JPH08162294A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ雰囲気によって被処理物を完全性高
く洗浄するようにしているプラズマ処理装置において、
チャンバー内をクリーンな状態に保つことが出来て被処
理物の表面のフッ素汚染を防止できるようにする。 【構成】 内部に被処理物を存置させるようにしている
チャンバーを排気する為の真空ポンプとして、ケーシン
グの中で排気作用を行う可動部材の排気能力が、ケーシ
ングと可動部材との間を通してのガスの逆流があっても
なおかつチャンバー内をプラズマ形成用の圧力に排気す
るに足る排気能力を有するポンプを使用する。又チャン
バー内においてプラズマ雰囲気を形成する為の電極は、
フッ素を含有しない絶縁体によって絶縁状態での支持を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属、ガラス、プラス
チック等で製造された種々の被処理物に対して、プラズ
マを利用してそれらの表面を脱脂したり、洗浄したり、
或いは活性化したりする処理、所謂プラズマ処理を行う
為に用いられるプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理物を存置させる為の存置用空間を
内部に備えるチャンバーに真空ポンプを接続し、該真空
ポンプによって上記チャンバー内をプラズマ形成用の圧
力に排気する。そしてその状態でチャンバー内の電極に
高周波を加えることにより放電を起こさせ、上記存置用
空間にプラズマ雰囲気を形成し、その形成されたプラズ
マ雰囲気によって被処理物の洗浄を行うようにしてい
る。上記真空ポンプとしては、ケーシングとそのケーシ
ングとの間でポンプ作用を行う可動部材との間を、油で
シールするようにしたポンプを用い、その油としてはフ
ッ素オイルを用いている。

【０００３】このような装置によれば、被処理物の表面
を上記プラズマ雰囲気によって非常に完全性高く洗浄出
来る。又上記被処理物のプラズマ洗浄を行う場合、プラ
ズマ雰囲気が真空ポンプに流れても、フッ素オイルはプ
ラズマ雰囲気による変質を起こし難い為、長期にわたり
安定な稼働を行わせることが出来る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来のプラ
ズマ処理装置では、上記プラズマ洗浄の作業を行ってい
るときに、真空ポンプにおける上記シール用のフッ素オ
イルが真空チャンバー内に逆拡散し、それがチャンバー
内でプラズマ化されて、被処理物の表面にフッ素が付着
する問題点があった。このフッ素の付着は、洗浄を終え
た金属製の被処理物の耐食性を悪化させる点で問題であ
った。

【０００５】本願発明のプラズマ処理装置は上記従来技
術の問題点（技術的課題）を解決する為に提供するもの
である。第１の目的は、プラズマ雰囲気によって被処理
物を完全性高く洗浄できるようにすることである。第２
の目的は、チャンバー内を排気しながらそこにプラズマ
雰囲気を形成して被処理物の洗浄を行っている場合、被
処理物の表面の汚染を防止する為にチャンバー内をクリ
ーンな状態に保つことが出来るようにすることである。
他の目的及び利点は図面及びそれに関連した以下の説明
により容易に明らかになるであろう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本願発明におけるプラズマ処理装置は、被処理物を
存置させる為の存置用空間を内部に備えるチャンバー
と、上記チャンバー内をプラズマ形成用の圧力に排気す
る為の真空ポンプと、上記存置用空間にプラズマ雰囲気
を形成する為のプラズマ形成手段とを備えるプラズマ処
理装置において、上記真空ポンプとしては、ケーシング
の中で排気作用を行う可動部材の排気能力が、ケーシン
グと可動部材との間を通してのガスの逆流があってもな
おかつ上記チャンバー内をプラズマ形成用の圧力に排気
するに足る排気能力を有するポンプを使用したものであ
る。

【０００７】

【作用】被処理物をチャンバー内に装入し、真空ポンプ
によりチャンバー内を排気し、チャンバー内の非処理物
存置用空間にプラズマ雰囲気を形成する。すると被処理
物はそのプラズマ雰囲気によってプラズマ処理される。
上記真空ポンプは、ケーシングの中で排気作用を行う可
動部材の排気能力が、ケーシングと可動部材との間を通
してのガスの逆流があってもなおかつ上記チャンバー内
をプラズマ形成用の圧力に排気するに足る排気能力を有
するので、上記ケーシングと可動部材との間のオイルシ
ールが不要である。その結果、上記被処理物のプラズマ
処理を行っているときに、ポンプからチャンバー内へは
何等逆拡散が生じない。従ってチャンバー内はクリーン
な状態に保たれ、被処理物の表面の汚染を防止する。又
チャンバー内におけるフッ素非含有の絶縁体の使用は、
被処理物のフッ素による汚染をより高度に防ぐ。

【０００８】

【実施例】以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。図１及び図２に示すプラズマ処理装置において、Ａ
は装置本体、Ｂは装置本体Ａからの排気を行う為の排気
手段、Ｃは装置本体Ａに対してプラズマ発生用の電力を
供給する為の電力供給手段、Ｄは被処理物を保持する為
の保持具を夫々示す。尚図示はしないが、該プラズマ処
理装置は、上記装置本体Ａに向けてプラズマ化用のガス
を供給する為のガス供給手段を周知の如く備えている。

【０００９】上記装置本体Ａについて説明する。A1は被
処理物を収容してそのプラズマ処理を施す為のチャンバ
ーで、内部空間の気密の保持を可能に形成してある。該
チャンバーA1について説明する。１はチャンバー本体
で、例えばステンレスで形成される。２はチャンバー内
部の被処理物の存置空間を示す。３は被処理物の装入及
び取出の為の口で、上記保持具Ｄの通過が可能な大きさ
に形成している。４はチャンバー本体１内の排気を行う
為の排気口を示す。５は上記本体１における口３を密封
可能な扉である。

【００１０】次にA2は上記チャンバーA1内に備えた電極
体を示す。以下該電極体A2について説明する。８は支柱
で、導電材料例えばステンレスで形成している。又後述
の冷却手段に対して供給する為の冷却水を通ずるように
している。９はチャンバー本体１の底板1bと上記支柱８
との間の電気的な絶縁体で、フッ素を含まない絶縁材料
例えばポリアセタール樹脂で形成している。セラミック
スで形成したものであっても良い。10はフィードスルー
で、チャンバーA1とは電気的な絶縁を保った状態でチャ
ンバーA1の外から上記支柱に対して放電用の電力を供給
する為のものである。尚本例では上記支柱８を機械的に
支える支持部材及び支柱８に冷却水を供給する為の通水
部材としての機能も有している。11は上記支柱８に取付
けた電極で、プラズマ雰囲気の形成の為の放電を行わせ
る為のものである。該電極11は存置用空間２の各部での
均一なプラズマ雰囲気の形成の為に、図示の如く所定間
隔を隔てて多層状に設けている。そして各々の電極11は
プラズマ化用のガス或いはプラズマ化したガスの流通が
可能なよう多孔状の材料例えばステンレス製のパンチン
グメタルでもって構成している。12は各プラズマ発生用
電極11に備えさせた冷却手段で、例えば冷却水を通水す
る為のパイプである。13は支柱８から各電極11の冷却手
段12に対して冷却水の渡りを取る為の部材で、例えばス
テンレスのフレキシブルパイプを用いる。

【００１１】次に上記排気手段Ｂについて説明する。16
は排気装置として例示する真空ポンプである。該真空ポ
ンプ16としては、ケーシングの中で排気作用を行う可動
部材の排気能力が、ケーシングと可動部材との間を通し
てのガスの逆流があってもなおかつ上記チャンバー内を
プラズマ形成用の圧力に排気するに足る排気能力を有す
るポンプを用いている。このような真空ポンプはシール
用の作動油が不要であり、従って逆拡散が無く、前記従
来技術の如き逆拡散によるチャンバーA1内部のフッ素汚
染を防ぐことができる。このような真空ポンプはドライ
ポンプと称されている。このドライポンプの一例とし
て、上記可動部材がまゆ型形状のロータであるルーツ型
と呼ばれるものを用いる。その他スクリュー型、クロー
型、ターボ型、スクロール型などのものを用いても良
い。17はチャンバーA1における排気口４と上記真空ポン
プ16とを接続する管路を示す。

【００１２】次に上記電力供給手段Ｃについて説明す
る。19は高周波電源で、プラズマ形成の為の放電を行わ
せる電流、例えば高周波（ラジオ波とも呼ばれその周波
数は例えば１３．５６ＭＨｚ）の交流電流を供給できる
ものである。20はインピーダンス整合器で、高周波電源
19から出力される交流電流を効率良く電極11に供給する
為のものである。21，22は夫々インピーダンス整合器20
の出力端のホット側とフィードスルー10、及び接地側と
チャンバー本体１とを夫々結ぶ接続導体を示す。

【００１３】次に保持具Ｄについて説明する。該保持具
Ｄは被処理物を保持する部材であると共に、保持した被
処理物を上記存置用空間２に対して装入及び取出を行う
為の移送手段でもあって、移動枠としての台車を例示す
る。24は該台車における導電性の台座部で、下面にはチ
ャンバーにおける導電性の底板1bに接する滑動部材とし
ての導電性の車輪25を備えている。26は台座部24に固定
した支柱で、台座部24の４隅から樹立させている。図１
に示す支柱相互間の空間の幅W1はパイプ12を含めた電極
11の幅W2よりも広く形成して、その幅W1の部分への電極
11の矢印62方向の進入を可能にしている。27は支柱26に
取付けた受枠としての受棚で、上記支柱26により相互に
連結されて一体状となっている。これらの受棚27の相互
間においては、受棚27の直ぐ上側に被処理物を入れる為
の空間28が形成され、その空間28の上側に電極11を挿入
する為の空間29が夫々形成されている。空間28には例え
ば矢印61方向からバスケット30を出入りさせ、空間29に
は矢印62方向から電極11を出入りさせる。30は被処理物
を保持する為の部材で、受棚27の上に例えば着脱自在に
乗せるようにした導電材形成のバスケットが例示してあ
る。上記符号24〜27で示される部材は、真空チャンバー
A1とバスケット30とが電気的に繋がるよう何れも導電性
の材料例えばステンレスその他の金属材料で形成されて
いる。

【００１４】次に上記電極体A2における支柱８部分の詳
細な構成を示す図３について説明する。31は支柱８の主
体部材で、例えばステンレスの角筒で形成している。3
2，33は主体部材31の内部を冷却水の通水路とする為に
その上下の端部を水密的に塞ぐ板体を示す。34は主体部
材31の内部を往路の水路35と復路の水路36とに仕切るた
めの仕切板を示す。37は電極11を取付ける為の取付部材
で、アングルを例示し支柱８に固着している。38はチャ
ンバーの底板1bにおいて支柱８を設置する場所の補強の
ための受座で、ステンレス板で形成し底板1bに止着して
いる。39，40は受座38上にて絶縁体９を定置させるため
の枠体及び板体で、何れもステンレス製であり、受座38
に固着させている。受座38上にてこれらの枠体39及び板
体40の内側に絶縁体９を嵌まり込ませて、絶縁体９の横
ずれを防止している。41は絶縁体９に設けた凹部で、支
柱８の下端部を嵌まり込ませて支柱８の下端部の横ずれ
を防止している。42はライナーである。

【００１５】次に上記フィードスルー10の詳細な構成を
示す図４について説明する。43は取付用のベース、44は
支柱８への通電及び通水のための部材、45はベース43に
部材44を電気的に絶縁状態で取付ける為の取付機構を示
す。上記ベース43は例えばステンレスの筒体でもって構
成し、一端をチャンバー本体１における背面側の側板1c
に気密が保たれる状態に溶接している。46は機構44にお
ける絶縁用の筒体で、チャンバーA1内部のフッ素汚染を
防ぐ為にフッ素非含有の絶縁体例えばポリアセタール樹
脂で形成する。セラミックスで形成しても良い。47は絶
縁筒46をベース43に固定するための部材として例示する
クランプリングを示し、ベース43のフランジ43ａと絶縁
筒46のフランジ46ａとを結合させるようにしている。48
はベース43と絶縁筒46間の気密保持の為のＯリングであ
る。49，50は絶縁筒46に対する部材44の軸線方向の固定
を行うための止めリングで、例えばステンレス製であ
り、押しねじ51，52でもって部材44に固定するようにし
てある。尚53は絶縁筒46と部材44との間の気密を保持す
る為のＯリングである。

【００１６】次に部材44は上記通電のために導電材料例
えばステンレスで形成しており、一端には前記導体21を
接続する為の接続端子54を備え、他端55は支柱８の筒体
31に気密が保たれる状態に溶接している。56は部材44の
内部に通水のために形成した中空部、57は上記中空部56
を、前記往路35に連通する給水のための往路56ａと、前
記復路36に連通する排水のための復路56ｂとに仕切るた
めに設けた内筒である。58は給水孔、59は排水孔であ
る。

【００１７】次に上記構成のプラズマ処理装置によって
被処理物Ｅのプラズマ洗浄を行う場合の操作を説明す
る。チャンバーA1の外の位置において、保持具Ｄの受棚
27の上に夫々被処理物Ｅを入れたバスケット30を乗せ
る。次に扉５を開き、上記被処理物Ｅを積載した保持具
Ｄを、口３を通してチャンバーA1内の存置用空間２に図
２の如く送り込む。この場合、チャンバーA1内の各電極
11は、保持具Ｄにおける電極進入用空間29に進入する。
上記のようにして被処理物Ｅの装入を終えたならば扉５
を閉じてチャンバーA1内を密閉する。

【００１８】次に真空ポンプ16を作動させ、排気口４か
らチャンバーA1内を真空排気する。圧力は例えば０．１
ｍｂａｒ程度まで行う。次にプラズマ化用のガスの供給
手段からプラズマ化用のガスをチャンバーA1内に供給す
る。プラズマ化用のガスはプロセスガスとも称され、実
施しようとするプラズマ処理の種類及び被処理物の種類
に適合したものを用いる。例えば酸素、或いはアルゴン
と水素との混合気等である。上記ガスの供給量はチャン
バーA1内の圧力がプラズマ形成用の圧力例えば１ｍｂａ
ｒ程度となるように行う。尚上記排気口４からの排気と
上記プラズマ化用のガスの供給は継続して行う。上記状
態でプラズマ形成の為の放電用の電力を、電源19から整
合器20、フィードスルー10における部材44及び支柱８の
筒体31を通して全電極11に供給する。上記電力の供給に
よって、各電極11では放電（プラズマ放電或いはグロー
放電とも称される）が生じ、上記導入されたプラズマ化
用のガスがプラズマ化され、被処理物Ｅが位置している
全ての存置用空間２にプラズマ雰囲気が形成される。そ
の結果、被処理物存置用空間２においてはそのプラズマ
化したガスが被処理物Ｅに接触し、被処理物Ｅの表面を
プラズマ洗浄する。該プラズマ洗浄は次のように行われ
る。即ち、上記放電により生じた紫外線やプロセスガス
のイオン、或いはラジカルな状態のプロセスガスや電子
が夫々被処理物Ｅの表面に付着している油脂類に当る。
するとその油脂類は分解されて二酸化炭素や水蒸気とな
り、被処理物Ｅの表面から離脱する。尚上記プラズマ洗
浄を終えたガス（未だプラズマ化している状態のもの及
びその状態でなくなったものが含まれる）は排気口４に
向かい、そこから排気される。そのようなガスの流れと
共に、上記油脂類の分解により生じた二酸化炭素や水蒸
気も排気口４から排気される。

【００１９】上記の状態を所定時間例えば６０秒程度継
続させることによって上記被処理物Ｅの表面のプラズマ
洗浄が完了したならば、上記放電用の電力の供給、プロ
セスガスの供給及びポンプ16による排気を停止し、チャ
ンバーA1内を大気圧に復圧する。そして扉５を開き、上
記プラズマ処理の完了した被処理物Ｅが積載されている
保持具Ｄを上記の口３を通して取り出す。これにより一
連の作業が完了する。

【００２０】上記プラズマ処理を行っている場合、真空
ポンプ16としては前記のようなポンプを用いて排気を行
っているので、真空ポンプ16からチャンバーA1内へは何
等逆拡散が生じない、従ってチャンバーA1内はクリーン
な状態に保たれる。又電極11の絶縁を保つ為の絶縁体
９，46としてフッ素非含有の絶縁体を用いているので、
それらにプラズマ雰囲気が接触してもフッ素が発生する
ことはなく、チャンバーA1内は清浄な状態に保たれる。
これらのことから、被処理物Ｅの表面はフッ素等の汚染
物質による汚染から解放される。

【００２１】次に実験例を示す。 ［実験例１］ 試料：図５に示される水晶発振子ケース。材質は、洋白
製で表面をニッケルメッキ。寸法はＷ＝１０mm、Ｄ＝４
mm、Ｈ＝１５mm。71はケース外側の測定部、72はケース
内側の測定部を夫々示す。 分析方法：ＸＰＳ（ＥＳＣＡ）。測定部における試料表
面の元素組成（原子数比）を測定する。 装置：ＳＳＸ−１００−２０６（米国ＳＳＩ社） （Ａ）フッ素非対策のプラズマ処理装置による処理の前
と後の試料の測定結果。

【００２２】

【表１】

【００２３】（Ｂ）真空ポンプとしてドライポンプを用
いたプラズマ処理装置による処理品及び未処理品の測定
結果（測定部はケース外側）。

【００２４】

【表２】

【００２５】（Ｃ）真空ポンプとしてドライポンプを用
い、チャンバー内の絶縁体としてフッ素非含有の絶縁体
を用いたプラズマ処理装置による処理品及び未処理品の
測定結果（測定部はケース内側）。

【００２６】

【表３】

【００２７】［実験例２］ 分析方法 前処理：超純水４５０mlにて超音波１０分（抽出） 分析：イオンクロマトグラフィックアナライザーによっ
てフッ素イオン残査を測定。

【００２８】

【表４】

【００２９】上記実験結果から明らかなように、真空ポ
ンプとしてドライポンプを用いることにより、プラズマ
処理済みの被処理物の表面へのフッ素の付着を極めて減
少させることができ、又チャンバーA1内の絶縁物として
フッ素を含まない材質のものを用いることにより、上記
表面へのフッ素の付着をより一層減少させることができ
る。

【００３０】次に、上記存置用空間２にプラズマ雰囲気
を形成する為のプラズマ形成手段としては、チャンバー
外にプラズマ発生室を設けてそこでガスをプラズマ化さ
せ、プラズマしたガスをチャンバーに設ける導入口を通
してチャンバー内に導入するようにしても良い。この場
合、チャンバー１内には電極11は設けられない。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本願発明にあっては、被処
理物Ｆの表面の脱脂、洗浄或いは活性化等の処理を行う
場合、プラズマ雰囲気によって、それらの処理を完全性
高く行うことが出来る効果がある。しかも上記プラズマ
処理を行っている場合、真空ポンプ16からチャンバーA1
内へは何等逆拡散が無く、従ってチャンバーA1内をクリ
ーンな状態に保つことが出来る特長がある。このことは
被処理物を前記従来技術の如きフッ素汚染から解放出来
る効果がある。更に本発明においてプラズマ形成手段と
してチャンバーA1内で放電を行わせるようにした電極11
を用いた場合、被処理物の存置用空間においてはイオ
ン、ラジカル、電子或いは紫外線など種々の形態のプラ
ズマ雰囲気を形成しそれを被処理物に接触させることが
出来て、被処理物の非常に高い洗浄効果をあげられる特
長がある。しかもその電極11の絶縁を保つ為の絶縁体と
してフッ素非含有の絶縁体９，46を用いた場合、プラズ
マ処理中におけるそれらからのフッ素の発生も防止でき
て、被処理物のフッ素汚染からの解放をより一層高度に
達成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ処理装置の斜視図。

【図２】プラズマ処理装置の縦断面略示図。

【図３】（Ａ）は電極の支柱の拡大図、（Ｂ）は（Ａ）
におけるＢ−Ｂ線断面図。

【図４】フィードスルーの拡大断面図。

【図５】プラズマ洗浄を施した試料の斜視図。

【符号の説明】

A1 チャンバー 11 電極 16 真空ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物を存置させる為の存置用空間を
   内部に備えるチャンバーと、上記チャンバー内をプラズ
   マ形成用の圧力に排気する為の真空ポンプと、上記存置
   用空間にプラズマ雰囲気を形成する為のプラズマ形成手
   段とを備えるプラズマ処理装置において、上記真空ポン
   プとしては、ケーシングの中で排気作用を行う可動部材
   の排気能力が、ケーシングと可動部材との間を通しての
   ガスの逆流があってもなおかつ上記チャンバー内をプラ
   ズマ形成用の圧力に排気するに足る排気能力を有するポ
   ンプを使用したことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 上記プラズマ形成手段が上記チャンバー
   内においてチャンバーに絶縁体を介して取付けられた放
   電用の電極であり、上記絶縁体としてフッ素を含有しな
   い絶縁体を用いたことを特徴とする請求項１のプラズマ
   処理装置。