KR100995210B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR100995210B1
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도시마사 다께우찌
쥰이찌 마쯔자끼
사또시 마유미
오사무 니시까와
나오미찌 사이또오
요시노리 나까노
마꼬또 후꾸시
요시히꼬 후루노
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세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
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Abstract

피 처리물의 대면적화에 대응할 수 있는 동시에, 정규의 방전 처리 개시 지점에서의 처리의 양호성을 확보할 수 있는 대기압 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
대기압 플라즈마 처리 장치의 스테이지(20)의 제1 스테이지부(21)의 제1 금속 표면(21a)을 노출시켜, 유도체로 된 피 처리물(W)을 설치한다. 제1 스테이지부(21)의 주연에는 제2 스테이지부(22)를 설치한다. 이 제2 스테이지부(22)의 제2 금속(24) 위에 고체 유전체층(25)을 설치하고, 이 고체 유전체층(25)의 내측 유전부(26)에 피 처리물(W)의 주연부를 설치한다. 전극(11)은 제2 스테이지부(22) 상의 제2 이동 범위(R2)에서 조주 방전(D2)을 형성한 다음, 제1 스테이지부(21) 상의 제1 이동 범위(R1)로 이동하고, 정규의 플라즈마 방전(D1)을 형성한다.
플라즈마 처리 장치, 제1 스테이지부, 제2 스테이지부, 고체 유전체층, 플라즈마 방전

Description

플라즈마 처리 장치 {PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은, 대기압 근방하에서 플라즈마 방전을 형성하는 동시에 이 플라즈마 방전에 피 처리물을 노출시켜 표면 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 상기 피 처리물이 글래스 기판 등의 유전체일 경우에 적합한 대기압 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
대기압 근방하에서 플라즈마 방전을 형성하는 동시에 이 플라즈마 방전 공간 내에 글래스 기판 등의 피 처리물을 배치해서 표면 처리를 행하는 상압 플라즈마 처리 장치는 공지의 것이다. 이러한 종류의 장치에는, 고압 전극과 접지 전극이 서로 대향하도록 설치되어 있다. 각 전극의 대향면에는 안정 방전을 위해 고체 유전체층이 형성되어 있다. 고체 유전체층은 알루미나의 용사 또는 세라믹판으로 구성되어 있다. 대부분의 경우, 접지 전극은 피 처리물을 설치하는 스테이지를 겸하고 있다. 이 접지 전극겸 스테이지 상의 피 처리물에 고압 전극이 대향 배치된다. 고압 전극에의 전압 공급에 의해, 고압 전극과 접지 전극겸 스테이지 사이에 전계가 인가되어, 대기압 플라즈마 방전이 형성된다. 이 대기압 플라즈마 방전에 처리 목적에 따른 프로세스 가스가 도입되어서, 플라즈마화되는 동시에 피 처리물에 접촉해서 반응을 일으켜, 피 처리물의 표면 처리가 이루어진다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2004-228136호 공보
최근, 피 처리물의 대형화가 진행되어, 이것에 수반하여, 접지 전극겸 스테이지의 대형화가 필요해지고 있다. 스테이지가 대형화되면, 그 상면의 고체 유전체층도 대면적화할 필요가 있다. 그러나, 대면적의 고체 유전체층을 만드는 것은 쉽지 않아 제조비의 상승을 피할 수 없다.
한편, 피 처리물은 글래스 등의 유전체로 구성되는 경우가 많다. 그래서, 유전체로 만든 피 처리물을 스테이지의 고체 유전체층으로서 대용하기로 하면, 스테이지의 금속 표면 자체에 고체 유전체층을 설치할 필요가 없어진다. 그 경우, 아크 방전의 방지를 위해, 피 처리물로 스테이지의 금속 표면을 완전히 덮고, 피 처리물의 주연부를 스테이지의 금속 표면보다 조금 돌출시키는 것이 바람직하다.
그러나 그렇게 하면, 전극이 피 처리물의 주연부 및 그것보다 외측에 위치하고 있을 때는 방전이 일어나지 않고, 전극이 피 처리물의 주연부보다 내측으로 이동해서 스테이지의 금속 표면의 단부 상에 왔을 때, 갑자기 플라즈마 방전이 일어나, 처리가 개시된다. 그로 인해, 처리 개시 지점 즉 피 처리물의 주연부와 거기보다 내측의 주부분과의 경계 부분 등의 방전 상태가 불안정해져, 이 경계 부분(주부분의 단부) 등이 처리 불량이 되거나 손상을 입거나 한다.
본 발명은, 상기 고찰을 기초로 하여 이루어진 것으로, 글래스 기판 등의 유전체를 주성분으로 하는 피 처리물을 대기압 근방의 플라즈마 방전에 노출시켜 표면 처리하는 장치에 있어서,
노출된 제1 금속 표면(금속으로 구성된 주 설치면)을 갖는 제1 스테이지부(주 설치부)와, 고체 유전체층(측변 유전부)으로 피복된 제2 금속 표면(측변 금속부)을 갖고 상기 제1 스테이지부의 외주부에 설치된 제2 스테이지부(측변부)를 포함하고, 상기 제1 스테이지부의 제1 금속 표면 상에, 상기 피 처리물이 주연부를 상기 제2 스테이지부 측으로 돌출시키도록 해서 설치되는 스테이지와,
상기 스테이지에 대하여, 상기 제1 스테이지부와 대향해서 상기 플라즈마 방전을 형성하는 제1 이동 범위(제1 위치)와, 상기 제2 스테이지부와 대향하는 제2 이동 범위(제2 위치)를 포함하는 범위에서 상대 이동되는 전극을 구비한 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 피 처리물을 스테이지의 제1 금속 표면의 고체 유전체층으로서 대용할 수 있어, 제1 금속 표면에 용사막이나 세라믹판의 고체 유전체층을 설치할 필요가 없어져, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있고, 스테이지의 대형화가 용이해진다. 제2 이동 범위의 전극과 제2 스테이지부 사이에도 전계가 인가되도록 할 수가 있어, 이에 의해 전극이 제1 이동 범위로 들어가는데 앞서 조주적인 방전(run-up discharge)을 일으켜서 정규의 플라즈마 처리의 준비를 해 둘 수 있다. 이 결과, 피 처리물의 주연부와 그것보다 내측의 주부분과의 경계에서의 정규의 플라즈마 방전 개시 시에 있어서의 방전 상태를 안정시킬 수 있어, 피 처리물의 주부분의 단부 등의 손상 방지나 처리의 양호성 확보를 도모할 수 있다.
상기 제1 금속 표면이, 상기 피 처리물보다 약간 작은 면적인 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 피 처리물의 주부분에 의해, 상기 제1 금속 표면의 전체를 덮을 수 있다. 상기 피 처리물의 주연부는, 상기 제2 스테이지부에 설치되도록 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제2 이동 범위의 전극과 제2 스테이지부 사이에 플라즈마 방전이 형성되도록, 상기 제2 스테이지부의 고체 유전체층의 두께 및 유전율이 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 전극이 제1 이동 범위로 들어가기 전의 조주 방전(run-up discharge)을 확실히 일으킬 수 있고, 피 처리물의 주부분의 단부에서의 방전 상태를 확실히 안정시킬 수 있다.
상기 제2 스테이지부의 고체 유전체층이, 상기 피 처리물의 주연부가 설치되어야 할 내측 유전부(주연 설치부)와, 이 내측 유전부보다 상기 제1 스테이지부와는 반대측에 배치되고, 상기 피 처리물의 주연부보다 돌출되어야 할 외측 유전부를 갖고 있는 것이 바람직하다.
상기 내측 유전부와 외측 유전부 중 적어도 외측 유전부가, 상기 제2 금속 표면에 대응해서 배치되어, 제2 금속 표면을 덮고 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 조주 방전이 피 처리물의 주연부보다 외측에 형성되도록 할 수 있다.
상기 제2 이동 범위의 전극과 상기 외측 유전부 사이에 플라즈마 방전이 형성되도록, 상기 외측 유전부의 두께 및 유전율이 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 조주 방전이 피 처리물의 주연부보다 외측의 외측 유전부 상에서 형성되도록 할 수 있다.
상기 외측 유전부의 두께와 유전율의 비가, 상기 피 처리물의 두께와 유전율의 비와 대략 동일한 것이 바람직하다. 상기 외측 유전부의 단위 면적당의 정전 용량이 상기 피 처리물의 단위 면적당의 정전 용량과 서로 동등해지도록, 상기 외측 유전부의 유전율과 두께가 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 외측 유전부 상의 조주 방전의 상태를 피 처리물의 주부분 상에서의 정규의 방전 상태와 마찬가지의 레벨로 할 수 있다.
상기 전극의 상기 상대 이동 방향을 따르는 폭이, 상기 외측 유전부로부터 상기 제1 스테이지부에 걸칠 수 있는 크기인 것이 바람직하다.
이에 의해, 전극이 제2 이동 범위로부터 제1 이동 범위로 옮길 때, 전계가 피 처리물의 주부분의 단부 상뿐만 아니라 외측 유전부 상에도 존속하여 있도록 할 수 있어, 피 처리물의 주부분의 단부 위에 전계 집중이 일어나는 것을 방지할 수 있고, 피 처리물의 주부분의 단부 처리의 양호성을 확실하게 확보할 수 있다.
상기 전극의 상기 상대 이동 방향을 따르는 폭은, 적어도 상기 내측 유전부의 상기 상대 이동 방향을 따르는 폭보다 큰 것이 바람직하다.
상기 제1 금속 표면이, 상기 제2 금속 표면(제2 금속부와 고체 유전체층의 접합면)보다 상기 전극 측으로 돌출하고 있어도 된다. 상기 외측 유전부의 표면이, 상기 제1 금속 표면보다 상기 전극측으로 돌출하고 있어도 된다. 이 구성은, 외측 유전부의 유전율이, 피 처리물의 유전율보다 큰 경우에 적합하다.
외측 유전부의 유전율이, 상기 피 처리물의 유전율보다 작은 경우에는, 상기 제2 금속부와 고체 유전체층의 접합면이, 상기 제1 금속 표면보다 상기 전극측으로 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
상기 외측 유전부의 표면이, 상기 제1 금속 표면보다 상기 피 처리물의 두께와 대략 동일한 크기만큼 상기 전극측으로 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 조주 방전 시의 전극과 제2 스테이지부 사이의 프로세스 가스의 유통 상태를, 정규의 플라즈마 방전 시의 전극과 피 처리물 사이의 유통 상태와 대략 동일해지도록 할 수 있다.
상기 내측 유전부의 표면이, 상기 제1 금속 표면과 동일면으로 되어 있는 것이 바람직하다. 상기 내측 유전부의 표면이, 상기 제1 금속 표면과 동일면으로 연속하고 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 피 처리물의 주부분을 제1 금속 표면에 확실히 접촉시키는 동시에 피 처리물의 주연부를 내측 유전부에 확실히 접촉시킬 수 있어, 피 처리물의 이면과 스테이지 사이에 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다.
상기 내측 유전부의 표면이, 상기 제1 금속 표면과 동일면으로 되어 있고, 내측 유전부의 이면이 제1 스테이지부를 향함에 따라서 표면측으로 기우는 경사면이 되어, 내측 유전부의 두께가, 상기 제1 스테이지부에 근접함에 따라서 작아져 있어도 된다(도7 참조).
이에 의해, 내측 유전부와 그 위에 설치된 피 처리물의 주연부를 맞춘 전체의 유전율이, 제1 스테이지부 측을 향함에 따라서 피 처리물 단독의 유전율에 근접하도록 할 수 있다. 따라서, 피 처리물의 주연부 상의 조주 방전 부분에서의 플라즈마 방전 상태를, 정규 방전부에 근접함에 따라서 정규 방전부에서의 플라즈마 방전 상태에 근접시켜, 피 처리물의 주연부와 주부분의 단부의 경계에서의 방전 상태가 불연속이 되는 것을 방지할 수 있다.
상기 내측 유전부와 상기 외측 유전부가, 일체로 이어져 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 내측 유전부와 외측 유전부와의 경계에 있어서 제2 금속부가 노출되지 않도록 할 수 있고, 내측 유전부와 외측 유전부와의 경계를 통해서 제2 금속부에 연면 방전 등이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
상기 내측 유전부와 외측 유전부가, 별개로 되어 있어도 된다.
상기 내측 유전부와 외측 유전부 사이에 단차가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 단차에 피 처리물의 단부면을 댈 수 있어, 피 처리물을 확실하게 위치 결정할 수 있다.
상기 제1 스테이지부의 제1 금속부와 상기 제2 스테이지부의 제2 금속부가, 서로 접하고, 내지는 서로 연속하고 있는 것이 바람직하고, 제2 금속부가 내측 유전부의 이면측에도 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 전극이 제2 이동 범위로부터 제1 이동 범위에 걸칠 때, 플라즈마 방전의 조주부와 정규의 플라즈마 방전부가 연속하도록 할 수 있어, 피 처리물의 주부분의 단부 처리의 양호성을 한층 확실하게 확보할 수 있다.
상기 스테이지가, 금속으로 구성된 스테이지 본체를 구비하고,
상기 스테이지 본체의 주연부보다 내측 부분이, 노출된 상기 제1 금속 표면을 갖고 상기 제1 스테이지부가 되고,
상기 스테이지 본체의 주연부가, 상기 고체 유전체층으로 피복된 상기 제2 금속 표면을 갖고, 이 스테이지 본체의 주연부와 상기 고체 유전체층에 의해 상기 제2 스테이지부가 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 제1 스테이지부의 제1 금속부와 제2 스테이지부의 제2 금속부를 일체 구조로 할 수 있고, 전극이 제2 이동 범위로부터 제1 이동 범위에 걸칠 때, 플라즈마 방전의 조주부와 정규의 플라즈마 방전부가 확실하게 연속하도록 할 수 있다.
상기 전극이, 상기 제1 이동 범위와, 상기 제2 이동 범위와, 이 제2 이동 범위보다 상기 제1 이동 범위측과는 반대측의 제3 이동 범위를 포함하는 범위에서 상대 이동되도록 되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 전원 회로를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 상기 전극이 상기 제3 이동 범위로부터 제2 이동 범위를 지나 제1 이동 범위로 향할 때, 상기 전극이 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 위치와 상기 제1 이동 범위의 바로 근처에 있는 위치와의 사이에 있어서의 소정의 위치에 도달한 시점에서, 상기 전원 회로가, 상기 전극에 상기 플라즈마 방전을 위한 전압 공급을 개시하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 전압 공급 개시 시의 전극으로부터의 전계 방향을 제2 금속으로 확실히 향하게 할 수 있어, 전극으로부터 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전극으로부터의 전계가 제2 금속의 외단부 등에 국소적으로 집중하는 것을 회피할 수 있어, 제2 스테이지부의 고체 유전체층 등이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 소정 위치에 있어서, 상기 전극이 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸쳐 있어도 된다. 그 경우, 상기 전극의 약 3 내지 7할 부분이, 상기 제2 이동 범위에 있고, 잔여부가 상기 제3 이동 범위에 있는 것이 바람직하다.
약 3할 이상으로 함으로써, 전압 공급 개시 시의 이상 방전을 확실히 방지할 수 있는 동시에, 제2 금속의 외단부 등에의 전계 집중을 확실히 회피할 수 있다. 약 7할 이하로 함으로써 제2 스테이지부의 폭을 필요 이상으로 크게 할 필요가 없다.
상기 소정 위치에 있어서, 상기 전극의 약 5할 부분이, 상기 제2 이동 범위에 있고, 잔여부가 상기 제3 이동 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
이에 의해, 전극으로부터의 이상 방전 발생을 확실히 방지할 수 있는 동시에, 제2 금속의 외단부 등에의 전계 집중을 확실히 회피할 수 있다.
상기 전극의 상기 상대 이동 방향을 따르는 폭은, 상기 제2 스테이지부(나아가서는 상기 제2 이동 범위)의 상기 상대 이동 방향을 따르는 폭보다 커도 좋고, 동일해도 좋고, 작아도 좋다.
상기 소정 위치는, 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 위치로부터 적어도 상기 제1 이동 범위로 들어가기 전까지의 사이로 설정되어 있으면 좋다.
상기 전극의 폭이 상기 제2 스테이지부보다 큰 경우 등은, 상기 소정 위치가, 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치고, 또한 상기 제1 이동 범위의 바로 근처에 있는 위치라도 좋다.
상기 전극의 폭이 상기 제2 스테이지부보다 작은 경우에는, 상기 소정 위치가, 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 위치를 넘어, 상기 전극의 폭 방향의 전체가 상기 제2 이동 범위 내에 있는 위치라도 좋다.
상기 스테이지가, 상기 제2 스테이지부의 제1 스테이지부 측과는 반대측에 설치된 절연성의 제3 스테이지부를 더 갖고 있는 것이 바람직하다. 상기 제3 이동 범위의 전극이, 상기 제3 스테이지부와 대향하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 전극을 제3 스테이지부 상에 대기시킬 수 있다. 제2 스테이지부의 외측에도 전극과 제3 스테이지부 사이에 처리 가스의 통로가 형성되도록 할 수 있다.
제3 스테이지부의 표면은, 제2 스테이지부의 고체 유전체층의 표면과 동일면인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 유전체를 주성분으로 하는 피 처리물을 대기압 근방의 플라즈마 방전에 노출시켜 표면 처리하는 대기압 플라즈마 처리 장치에 있어서,
노출된 제1 금속 표면을 갖는 제1 스테이지부와, 고체 유전체층으로 피복된 제2 금속 표면을 갖고 상기 제1 스테이지부의 외주부에 설치된 제2 스테이지부를 포함하고, 상기 제1 스테이지부의 제1 금속 표면 상에, 상기 피 처리물이 주연부를 상기 제2 스테이지부 측으로 돌출시키도록 해서 설치되는 스테이지와,
상기 스테이지에 대하여, 상기 제1 스테이지부와 대향하는 제1 이동 범위와, 상기 제2 스테이지부와 대향하는 제2 이동 범위와, 이 제2 이동 범위보다 상기 제1 이동 범위측과는 반대측의 제3 이동 범위를 포함하는 범위에서 상대 이동되는 제1 전극과,
이 제1 전극의 상기 제3 이동 범위측에 배치되고, 제1 전극과 일체가 되어, 상기 스테이지에 대하여, 상기 제1 이동 범위와 상기 제2 이동 범위와 상기 제3 이동 범위를 포함하도록 상대 이동되는 제2 전극과,
상기 제1, 제2 전극이 상기 제3 이동 범위로부터 제2 이동 범위를 지나 제1 이동 범위를 향하는 진입 이동일 때, 상기 제1 전극이 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 위치와 상기 제1 이동 범위의 바로 근처에 있는 위치와의 사이에 있어서의 소정의 위치에 도달한 시점에서 상기 제1 전극에 상기 플라즈마 방전을 위한 전압 공급을 개시하는 제1 전원 회로와,
상기 진입 이동일 때, 상기 제2 전극이 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 위치와 상기 제1 이동 범위의 바로 근처에 있는 위치와의 사이에 있어서의 소정 위치에 도달한 시점에서 상기 제2 전극에 상기 플라즈마 방전을 위한 전압 공급을 개시하는 제2 전원 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 피 처리물을 스테이지의 제1 금속 표면의 고체 유전체층으로서 대용할 수 있고, 제1 금속 표면에 용사막이나 세라믹판의 고체 유전체층을 설치할 필요가 없어, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있고, 스테이지의 대형화가 용이해진다. 제2 이동 범위의 전극과 제2 스테이지부 사이에도 전계가 인가되도록 할 수 있고, 이에 의해, 전극이 제1 이동 범위로 들어가는데 앞서 조주적인 방전을 일으켜서 정규의 플라즈마 처리의 준비를 해 둘 수 있다. 이 결과, 피 처리물의 주연부와 그것보다 내측의 주부분과의 경계에서의 정규의 플라즈마 방전 개시 시에 있어서의 방전 상태를 안정시킬 수 있어, 피 처리물의 주부분의 단부 등의 손상 방지나 처리의 양호성 확보를 도모할 수 있다.
게다가, 제1 전극이 소정 위치에 도달한 시점에서 제1 전극에 대하여 전압 공급을 개시함으로써, 제1 전극으로부터의 전계 방향을 제2 금속에 확실히 향하게 할 수 있고, 그 후에 제2 전극이 소정 위치에 도달한 시점에서 제2 전극에 대하여 전압 공급을 개시함으로써, 제2 전극으로부터의 전계 방향을 제2 금속에 확실히 향하게 할 수 있다. 이와 같이, 제1, 제2 전극에 대하여 전압 공급 개시를 순차적으로 행함으로써, 전압 공급 개시 시에 이상 방전이나 전계 집중이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 표면 처리에 이용하는 방전의 태양으로서는, 코로나 방전, 연면 방전, 유전체 배리어 방전, 글로 방전 등을 들 수 있다. 바람직한 방전 태양은, 대기압 근방(대략 상압)에서의 글로 방전이다. 여기서, 대기압 근방이라 함은 1.013 × 1O4 내지 5O.663 × 1O4Pa의 범위를 말하고, 압력 조정의 용이화나 장치 구성의 간편화를 고려하면, 1.333 × 1O4 내지 1O.664 × 1O4pa가 바람직하고, 9.331 × 1O4 내지 1O.397 × 1O4Pa가 보다 바람직하다.
본 발명에 따르면, 피 처리물을 스테이지의 제1 금속 표면의 고체 유전체층으로서 대용할 수 있고, 제1 금속 표면에 용사막이나 세라믹판의 고체 유전체층을 설치할 필요가 없어, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있고, 스테이지의 대형화가 용이해진다. 덧붙여서, 제2 이동 범위의 전극과 제2 스테이지부 사이에도 전계가 인가되도록 할 수 있다. 이에 의해, 조주적인 방전을 일으켜서 정규의 플라즈마 처리의 준비를 해 둘 수 있다. 이 결과, 피 처리물의 주부분의 단부 상에서의 정규의 플라즈마 방전 개시 시에 있어서의 방전 상태를 안정시킬 수 있어, 피 처리물의 주부분의 단부 등의 손상 방지나 처리의 양호성 확보를 도모할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 처리 장치의 개략을 나타내는 정면 단면도이다.
도2는 상기 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리에 있어서, 기판을 스테이지에 설치하는 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도3은 상기 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리에 있어서, 전극이 제2 이동 범위로 들어가고, 외측 유전부 상에 조주 방전이 형성된 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도4는 상기 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리에 있어서, 전극이 제2 스테이지부의 전체에 덮이고, 기판의 주연부 상에도 조주 방전이 형성된 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도5는 상기 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리에 있어서, 전극이 제2 스테이지부의 상방 위치로부터 제1 스테이지부의 단부의 상방 위치에 걸치는 위치에 오고, 기판의 주부분의 단부 위에 정규의 플라즈마 방전이 형성된 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도6은 상기 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리에 있어서, 기판의 주 부분의 대략 중앙 부분을 플라즈마 처리하는 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도7은 본 발명의 제2 실시 형태(고체 유전체층의 변형예)에 관한 상압 플라즈마 처리 장치의 개략을 부분적으로 나타내는 정면 단면도이다.
도8은 본 발명의 제3 실시 형태(고체 유전체층의 변형예)에 관한 상압 플라즈마 처리 장치의 개략을 부분적으로 나타내는 정면 단면도이다.
도9는 본 발명의 제4 실시 형태(고체 유전체층의 변형예)에 관한 상압 플라즈마 처리 장치의 개략을 부분적으로 나타내는 정면 단면도이다.
도10은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 처리 장치의 개략을 나타내는 정면 단면도이다.
도11은 상기 제5 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리에 있어서, 처리 유닛을 스테이지의 외측으로 퇴피시켜 기판을 스테이지에 설치한 후, 처리 유닛을 스테이지의 상방 위치를 향해서 이동을 개시하는 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도12는 상기 제5 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리에 있어서, 우단부 전극이 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 소정 위치에 도달했을 때의 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도13은 상기 제5 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리에 있어서, 중앙 전극이 상기 소정 위치에 도달했을 때의 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도14는 상기 제5 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처 리에 있어서, 좌단부 전극이 상기 소정 위치에 도달하고, 우단부 전극이 제1 이동 범위와 제2 이동 범위에 걸치는 위치에 있는 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도15는 상기 제5 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리에 있어서, 처리 유닛의 전체가 제1 이동 범위 내에 위치하고, 기판의 주부분을 플라즈마 처리하는 상태를 나타내는 정면 단면도이다.
도16은 제5 실시 형태에 있어서, 전압 공급 개시의 포인트가 되는 소정 위치를 각 전극의 전체가 제2 이동 범위 내에 있을 때로 한 변형예를, 우단부 전극이 상기 소정 위치에 도달한 상태로 나타내는 상압 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다.
도17은 본 발명의 제6 실시 형태를 나타내고, 제2 스테이지부보다 폭이 넓은 단일 전극을 갖는 상압 플라즈마 처리 장치를, 상기 전극이 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 소정 위치에 도달했을 때의 상태로 나타내는 정면 단면도이다.
도18은 상기 제6 실시 형태에 있어서, 전극이 제1 이동 범위의 직전까지 온 위치를 전압 공급 개시의 포인트가 되는 소정 위치로 한 변형예를 나타내는 정면 단면도이다.
부호의 설명
W : 기판(피 처리물)
Wa : 기판의 주부분
Wae : 기판의 주부분의 단부
Wb : 기판의 주연부
M : 대기압 플라즈마 처리 장치
10 : 처리 유닛
11 : 전극
11A : 전극
11B : 전극
11C : 전극
12 : 홀더
13 : 고체 유전판
20 : 스테이지
20A : 스테이지 본체
21 : 제1 스테이지부
21a : 제1 금속 표면
22 : 제2 스테이지부
23 : 외부 프레임, 제3 스테이지부
24 : 제2 금속부
24a : 제2 금속 표면
25 : 고체 유전체층
26 : 내측 유전부
27 : 외측 유전부
30 : 전원 회로
31A : 스위치부
31B : 스위치부
31C : 스위치부
40 : 이동 기구
D1 : 정규의 플라즈마 방전부
D2 : 플라즈마 방전의 조주부
D2a : 조주 방전 부분
D2b : 조주 방전 부분
R1 : 제1 이동 범위
R2 : 제2 이동 범위
R3 : 제3 이동 범위
이하, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명한다.
도1은 상압 플라즈마 처리 장치(M)의 개략 구성을 나타낸 것이다. 상압 플라즈마 처리 장치(M)는, 처리 유닛(10)과, 스테이지(20)를 구비하고 있다. 처리 유닛(10)은 고압 전극(11)과, 이 전극(11)을 유지하는 홀더(12)를 갖고 있다. 처리 유닛(10) 및 고압 전극(11)은, 도1의 지면 직교 방향으로 길게 늘어나 있다. 고압 전극(11)에는, 전원 회로(30)가 접속되어 있다. 전원 회로(30)는, 각 전극(11)에 대기압 플라즈마 방전을 형성하기 위한 전압을 공급하도록 되어 있다. 공급 전압은, 정현파 등의 연속파 전압이라도 좋고, 펄스파 등의 간헐파 전압이라 도 좋다. 고압 전극(11)의 하면을 포함하는 처리 유닛(10)의 저부에는, 고체 유전체층으로서의 세라믹제의 고체 유전체판(13)이 설치되어 있다.
도면에 나타내는 것은 생략하지만, 처리 유닛(10)에는, 프로세스 가스원으로부터의 프로세스 가스 공급 라인이 접속되어 있다. 이 프로세스 가스 공급 라인으로부터의 프로세스 가스가, 처리 유닛(10)의 하방으로 분출되도록 되어 있다. 프로세스 가스로서는, 처리 목적에 맞춘 가스류가 이용되고 있다. 예를 들어, 에칭 처리나 발수화 처리에서는 CF4 등의 불화탄소 화합물과 질소가 이용되고 있다.
처리 유닛(10)의 하방에 스테이지(20)가 설치되어 있다. 처리 유닛(10)의 하면[고체 유전체판(13)의 하면]과 스테이지(20) 사이의 갭은 수 ㎜ 정도이다. 도면에 있어서, 상기의 갭은 과장해서 나타내고 있다.
스테이지(20)는 제1 스테이지부(21)와, 이 제1 스테이지부(21)의 외주부에 설치된 제2 스테이지부(22)와, 이 제2 스테이지부(22)의 외주부에 설치된 외부 프레임(23)(제3 스테이지부)을 구비하고 있다.
제1 스테이지부(21)는, 알루미늄 등의 금속(제1 금속)으로 구성되고, 평면에서 보아 사각형으로 되어 있다. 제1 스테이지부(21)의 깊이(도1의 지면과 직교하는 방향의 치수)는, 전극(11)의 길이와 거의 동일하게 되어 있다.
금속제의 제1 스테이지부(21)의 상면(21a)(제1 금속 표면)에는, 고체 유전체층이 설치되어 있지 않고, 상기 금속 표면(21a)이 노출되어 있다. 금속 표면(21a)은 평면에서 보아 사각형을 이루고 수평으로 되어 있다.
도1에 있어서 가상선으로 나타내고 있는 바와 같이, 노출된 제1 금속 표면(21a) 상에, 처리해야 할 기판(피 처리물)(W)이 직접적으로 설치되도록 되어 있다. 기판(W)은, 예를 들어 대형 액정용의 글래스나 컬러 필터 등의 유전체로 구성되고, 평면에서 보아 사각 형상을 이루고 있다. 기판(W)을 구성하는 글래스의 비유전율εw는, εw = 5 정도이다. 기판(W)의 두께 tw는, 예를 들어 tw = 0.7 ㎜ 정도이다.
제1 금속 표면(21a)의 면적[제1 스테이지부(21)의 면적]은, 기판(W)의 면적보다 조금 작다. 그로 인해, 기판(W)의 주연부(Wb)보다 내측의 주부분(Wa)이 제1 금속 표면(21a)의 전체를 덮고, 기판(W)의 주연부(Wb)는 제1 금속 표면(21a)으로부터 외측 즉 제2 스테이지부(22) 측으로 돌출하도록 되어 있다. 기판 주연부(Wb)의 제1 금속 표면(21a)으로부터의 돌출량은, 예를 들어 1O ㎜ 정도이다.
제2 스테이지부(22)는 제2 금속(24)과, 고체 유전체층(25)을 갖고 있다. 제2 금속(24)은 알루미늄 등의 금속으로 구성되어 있다. 제2 금속(24)은, 제1 스테이지부(21)를 구성하는 제1 금속과 일체로 이어져 있다. 이들 제1, 제2 금속(21, 24)에 의해 스테이지 본체(20A)가 구성되어 있다.
즉, 스테이지(20)는 알루미늄 등으로 이루어지는 평면에서 보아 사각형의 스테이지 본체(20A)를 구비하고, 이 스테이지 본체(20A)의 중앙부(주연부보다 내측 부분)가 제1 금속(21)(제1 스테이지부)으로 되어 있고, 스테이지 본체(20A)의 주연부가 제2 금속(24)으로 되어 있다. 스테이지 본체(20A)[제1, 제2 금속(21, 24)] 는, 전기적으로 접지되어 있다. 이에 의해, 스테이지 본체(20A)는 고압 전극(11)에 대한 접지 전극의 역할을 겸하고 있다.
제2 스테이지부(22)의 제2 금속(24)의 상면(24a)(제2 금속 표면)은, 제1 스테이지부(21)의 제1 금속 표면(21a)보다 아래에 위치하고 있으며, 양자 간에 단차가 형성되어 있다[제1 금속 표면(21a)은 제2 금속 표면(24a)보다 위로 돌출되어 있음]. 제2 금속 표면(24a)은, 수평으로 되어 있다.
제2 금속 표면(24a) 상에, 고체 유전체층(25)이 설치되어 있다[스테이지 본체(20A)의 주연부(24)와 그것보다 내측의 주부분(21) 중 주연부(24)에만, 고체 유전체층(25)이 설치되어 있음). 고체 유전체층(25)은 제2 금속 표면(24a)의 전체를 덮고 있다. 고체 유전체층(25)은 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹 부재로 구성되어 있다. 고체 유전체층(25)을 구성하는 알루미나의 비유전율ε25는, 기판(W)의 약 2배인 ε25 = 10 정도이다.
고체 유전체층(25)은 제1 스테이지부(21)측의 내측 유전부(26)와, 외부 프레임(23) 측의 외측 유전부(27)를 갖고 있다. 내외의 유전부(26, 27)는 일체로 이어져 있다.
내측 유전부(26)의 내측 단부면[제1 스테이지부(21)측의 단부면]은, 제1 금속 표면(21a)과 제2 금속 표면(24a) 사이의 단차면에 맞닿고 있다. 내측 유전부(26)의 상면은, 제1 금속 표면(21a)과 동일면을 이루고 있다.
내측 유전부(26)의 상면에 기판(W)의 주연부(Wb)가 설치되도록 되어 있다.
외측 유전부(27)는 내측 유전부(26)보다 두껍게 되어 있고, 내측 유전부(26)의 상면 및 제1 금속 표면(21a)보다 위로 돌출되어 있다. 외측 유전부(27)와 내측 유전부(26) 사이에 단차가 형성되어 있다. 이 단차는, 제2 금속(24)의 외단부보다 내측[제1 스테이지부(21) 측]에 위치되어 있다.
외측 유전부(27)와 내측 유전부(26) 사이의 단차면에 기판(W)의 주위 단부면이 대어지도록 되어 있다. 외측 유전부(27)와 내측 유전부(26) 사이의 단차의 높이는, 기판(W)의 두께와 대략 동일하게 되어 있다. 따라서, 외측 유전부(27)의 상면과 기판(W)의 상면과는 대략 동일면이 되도록 되어 있다.
외측 유전부(27)는 기판(W)보다 외측에 위치되게 된다.
외측 유전부(27)의 외측 단부면은, 제2 금속(24)보다 외측으로 돌출되어 있다. 이들 외측 유전부(27)와 제2 금속(24)의 외측면에, 수지 등의 절연체로 이루어지는 외부 프레임(23)이 첨부되어 있다.
외측 유전부(27)의 두께와 유전율의 비가, 기판(W)의 두께와 유전율의 비와 대략 동일해지도록 설정되어 있다. 이에 의해, 제2 스테이지(22) 상에서의 방전 상태가, 제1 스테이지(21) 상에서의 방전 상태와 거의 동일해지도록 되어 있다. 따라서, 고체 유전체층(25)의 유전율이 기판(W)의 2배일 경우에는, 외측 유전부(27)의 두께는 기판(W)의 대략 2배로 설정되어 있다. 글래스로 된 기판(W)의 비유전율이 εw = 5.3 내지 6.5 정도, 두께가 tW = 0.5 내지 0.7 ㎜ 정도이며, 고체 유전체층(25)의 비유전율이 ε25 = 9 내지 11 정도인 경우, 외측 유전부(27)의 두께 는, t27 = 0.69 내지 1.45 ㎜ 정도가 되도록 설정되어 있다. 예를 들어, 기판(W)이 비유전율εw = 5, 두께 tw = 0.7 ㎜ 정도일 경우, 비유전율ε25 = 10의 알루미나로 이루어지는 고체 유전체층(25)의 외측 유전부(27)의 두께 t27은 t27 = 1.4 ㎜ 정도 로 설정되어 있다.
제2 스테이지부(22)의 좌우의 폭 치수는, 고압 전극(11)의 좌우의 폭 치수보다 작다. 따라서, 고압 전극(11)의 폭은, 제2 스테이지부(22)와 제1 스테이지부(21) 사이에 걸칠 수 있는 크기로 되어 있다.
또한, 도1에 도시한 바와 같이 상압 플라즈마 처리 장치(M)에는 이동 기구(40)가 설치되어 있다. 이동 기구(40)는, 처리 유닛(10)에 접속되어 있다. 도2 내지 도6의 화살표로 나타낸 바와 같이 이동 기구(40)에 의해 처리 유닛(10)이 좌우[전극(11)의 길이 방향과 직교하는 방향]로 왕복 이동되도록 되어 있다. 나아가서는, 고압 전극(11)이 스테이지(20)에 대하여 좌우로 상대 이동되도록 되어 있다. 고압 전극(11)의 상대 이동 범위에는, 제1 스테이지부(21)에 대향하는 제1 이동 범위(R1)와, 제2 스테이지부(22)에 대향하는 제2 이동 범위(R2)(도3 내지 도5 참조)가 포함되어 있다. 도5의 고압 전극(11)은, 제1 스테이지부(21)의 단부와 제2 스테이지부(22)에 대향하고, 제1 이동 범위(R1)와 제2 이동 범위(R2)에 걸쳐 있다.
이동 기구(40)가 스테이지(20)에 접속되고, 스테이지(20)가 좌우로 왕복 이동되도록 되어 있어도 된다.
상기 구성의 상압 플라즈마 처리 장치(M)를 이용하여 기판(W)을 표면 처리할 때는, 도2에 도시한 바와 같이 처리 유닛(10)을 스테이지(20)보다 외측(예를 들어 좌측)으로 퇴피시킨 다음, 기판(W)을 스테이지(20)에 설치한다. 기판(W)의 주연부(Wb)보다 내측의 주부분(Wa)은, 스테이지 본체(20A)의 제1 금속 표면(21a)에 직접적으로 설치하고, 주연부(Wb)는 제2 스테이지부(22)의 내측 유전부(26)에 설치한다. 내측 유전부(26)의 상면과 제1 금속 표면(21a)이 동일면으로 연속하고 있으므로, 기판(W)의 이면과 스테이지(20) 사이에 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다. 기판(W)의 단부면은, 내측 유전부(26)와 외측 유전부(27) 사이의 단차면에 대어진다. 이에 의해, 기판(W)을 확실하게 위치 결정할 수 있다. 기판(W)의 상면(표면 측면)은, 외측 유전부(27)의 상면과 동일면이 된다.
다음에, 이동 기구(40)에 의해 처리 유닛(10)을 도2의 화살표 방향(우측 방향)으로 이동시켜 간다. 이에 의해, 도3에 도시한 바와 같이 고압 전극(11)이 제2 스테이지부(22)와 대향하는 제2 이동 범위(R2)로 들어온다. 이때, 전원 회로(30)로부터 고압 전극(11)에 전압을 공급한다. 이 전압 공급의 개시 타이밍은, 고압 전극(11)이 기판(W)의 단부 상에는 아직 이르지 않고, 또한 제2 스테이지부(22)[바람직하게는 외측 유전부(27)] 위에 위치하고 있는 시점으로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 고압 전극(11)과 그 하방의 제2 금속(24) 사이에 전계가 인가되어, 양자 간에 대기압 플라즈마 방전이 생성된다. 대기압 플라즈마 방전은, 당초 고체 유전체층(25)의 외측 유전부(27) 상에서만 일어난다. 이에 의해, 기판(W)보다 외측에 조주적인 플라즈마 방전(D2)을 형성할 수 있다. 이때, 외측 유전부(27)는 제2 금속(24)의 표면의 고체 유전체층으로서 기능을 하고, 안정 방전에 기여한 다. 외측 유전부(27)의 두께와 유전율의 설정에 의해, 후술하는 기판(W) 상에서의 정규의 플라즈마 방전(D1)과 대략 동일한 방전 상태를 얻을 수 있다. 외측 유전부(27)의 상면과 기판(W)의 상면이 동일면이므로, 제2 위치에서의 처리 유닛(10)과 외측 유전부(27) 사이의 갭을, 제1 위치에서의 처리 유닛(10)과 기판(W) 사이의 갭과 동일한 크기로 할 수 있고, 조주 방전(D2) 시의 프로세스 가스의 유통 상태를, 후기의 정규 플라즈마 방전(D1) 시의 유통 상태와 대략 동일하게 할 수 있다.
도4에 도시한 바와 같이 처리 유닛(10)의 화살표 방향으로의 이동에 따라, 고압 전극(11)이 기판(W)의 주연부(Wb)의 상방에도 위치하게 된다. 이에 의해, 조주 방전(D2)이 기판(W)의 주연부(Wb) 위로 신장해 온다. 이 조주 방전부(D2)에 프로세스 가스가 도입됨으로써, 기판 주연부(Wb)의 표면 측면을 플라즈마 처리할 수 있다. 이때, 기판 주연부(Wb)는, 내측 유전부(26)와 함께 제2 금속(24)의 표면의 고체 유전체층으로서 기능을 하고, 안정 방전에 기여한다.
이때, 전극(11)이 외측 유전부(27)로부터 내측 유전부(26)에 걸쳐지게 되지만, 외측 유전부(27)와 내측 유전부(26)는 일체로 연속해 제2 금속(24)을 완전히 덮고 있으므로, 제2 금속(24)에 연면 방전 등이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기판 주연부(Wb)와 내측 유전부(26)를 합친 유전율은, 외측 유전부(27) 단독의 유전율이나 기판 주부(Wa) 단독의 유전율과 다소 상이하고, 방전 상태가 외측 유전부(27) 상에서의 조주 방전(D2)이나 기판 주부(Wa) 상에서의 정규의 플라즈마 방전(D1)과 약간 다르게 되지만, 기판 주연부(Wb)는 제품의 품질과는 무관한 부분이기 때문에 지장은 없다.
도5에 도시한 바와 같이, 처리 유닛(10)이 화살표 방향으로 다시 이동하면, 고압 전극(11)이 제2 이동 범위(R2)로부터 제1 이동 범위(R1)의 단부에 걸쳐지게 된다. 이에 의해, 고압 전극(11)과 제1 스테이지부(21)의 단부 사이에도 전계가 인가된다. 이에 의해, 처리 유닛(10)과 기판(W)의 주부분(Wa)의 단부(Wae)[주연부(Wb)와의 경계 부분] 사이에, 정규의 대기압 플라즈마 방전(D1)이 형성된다. 이 정규의 플라즈마 방전부(D1)에 프로세스 가스가 도입됨으로써, 기판(W)의 주부분의 단부(Wae)에 대한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
정규의 플라즈마 처리는, 기판(W)의 주부분의 단부(Wae)로부터 개시되는, 이 정규의 플라즈마 처리의 개시 당초는, 고압 전극(11)과 제1 스테이지부(21)와의 겹침 부분이 좁고, 정규 방전부(D1)가 좁다. 한편, 이 시점에서는 고압 전극(11)이 제2 스테이지부(22)와도 대향하고, 양자 간의 전계가 유지되어, 조주 방전(D2)이 존속하고 있다. 따라서, 전계가 협소한 정규 방전부(D1)에만 집중하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 정규의 플라즈마 처리 개시 시에 있어서의 전원 회로(30)의 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기판(W)의 주부분의 단부(Wae) 상에서의 방전 상태를 안정시킬 수 있다. 또한, 전극(11)은 정규의 플라즈마 방전(D1)에 앞서, 제2 스테이지부(22) 상에서의 조주 방전(D2)에 의해 온도를 높일 수 있어, 세라믹제 고체 유전판(13)이 건조되는 등의 방전 준비가 이루어져 있다. 따라서, 기판(W)의 주부분의 단부(Wae) 상에서의 방전 상태를 한층 안정화시킬 수 있다. 또한, 조주 방전부(D2)와 정규 방전부(D1)가 연속하고 있으므로, 플라즈마가 2개의 방전부(D1, D2) 사이를 왕래할 수 있어, 전체적으로 균질한 플라즈마를 얻을 수 있 다. 따라서, 기판(W)의 주부분의 단부(Wae)를, 기판(W)의 중앙 부분과 같도록 처리할 수 있어, 처리의 균질화를 도모할 수 있다.
도6에 도시한 바와 같이, 처리 유닛(10)은 화살표 방향으로 다시 이동한다. 이에 의해, 전극(11)의 전체가 제1 이동 범위(R1)에 위치하고, 제1 스테이지부(21)와만 대향하게 된다. 이 제1 이동 범위(R1)의 전극(11)과 기판(W)의 주부분(Wa) 사이에 정규의 플라즈마 방전(D1)이 형성되고, 기판(W)의 주부분(Wa)을 플라즈마 처리할 수 있다. 이때, 기판(W)의 주부분(Wa)은 제1 스테이지부(21)의 고체 유전체층으로서 기능을 한다. 따라서, 제1 금속 표면(21a)에 고체 유전체층을 설치할 필요가 없어, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 대면적화에 대응하여, 스테이지(20)를 용이하게 대형화할 수 있다.
처리 유닛(10)은, 다시 화살표 방향으로 이동하고, 스테이지(20)의 반대측(도6에 있어서 우측)의 단부 위에 도달한다. 이에 의해, 기판(W)의 주부분(Wa)의 전체를 플라즈마 처리할 수 있다.
필요에 따라서 처리 유닛(10)을 좌우로 왕복시키는 것으로 해도 된다.
처리 종료 후는, 처리 유닛(10)을 스테이지(20)의 외측으로 퇴피시켜, 기판(W)을 픽업한다.
다음에, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다. 이하의 실시 형태에 있어서 이미 서술한 실시 형태와 중복되는 구성에 관해서는 도면에 동일한 부호를 붙여서 설명을 적당하게 생략한다.
도7은 본 발명의 제2 실시 형태를 나타낸 것이다. 본 실시 형태에서는, 고 체 유전체층(25)의 내측 유전부(26)의 저면이, 내측 단부[외측 유전부(27)측과는 반대측]를 향함에 따라서 상부로 기우는 경사면이 되고, 내측 유전부(26)의 단면 형상이 내측 단부를 향함에 따라서 얇아지는 삼각 형상으로 되어 있다. 이에 의해, 내측 유전부(26)와 그 상측에 설치된 기판(W)의 주연부(Wb)를 맞춘 전체의 유전율이, 내측 유전부(26)의 내측 단부를 향함에 따라서 점차 작아져, 기판(W) 단독의 유전율 εw에 근접하도록 되어 있다.
이에 의해, 기판(W)의 주연부(Wb) 상의 조주 방전 부분(D2a)에서의 플라즈마 방전 상태를, 기판의 주부분(Wa)에 근접함에 따라서 정규의 플라즈마 방전(D1)의 상태에 근접시킬 수 있다. 이 결과, 기판(W)의 주연부(Wb)와 주부분의 단부(Wae)의 경계에서 방전 상태가 불연속이 되는 것을 방지할 수 있고, 기판(W)의 주부분의 단부(Wae)에서의 방전 상태를 한층 안정화시킬 수 있어, 처리의 균질화를 한층 더 도모할 수 있다.
도8은 본 발명의 제3 실시 형태를 나타낸 것이다. 본 실시 형태에서는, 제2 스테이지부(22)의 제2 금속(24)이, 제1 스테이지부(21)를 구성하는 스테이지 본체(20A)와는 별개의 부재의 금속으로 구성되어 있다. 제2 금속(24)의 내측 단부가, 제1 스테이지부(21)에 맞대어져 직접적으로 접하고 있다. 제1 스테이지부(21)에 접지선이 설치되고, 제2 금속(24)은 제1 스테이지부(21)를 통해서 전기적으로 접지되어 있지만, 제2 금속(24)으로부터 직접적으로 접지선을 끌어내도 된다.
고체 유전체층(25)의 내측 유전부(26)와 외측 유전부(27)는, 서로 별개의 부 재로 되어 있다. 내측 유전부(26)는 알루미나 등의 세라믹으로 구성되고, 단면 L자의 프레임 모양을 이루고 있다. 이 프레임 형상의 내측 유전부(26)에 기판(W)의 주연부(Wb)가 대어지도록 되어 있다.
제2 금속(24)의 상면의 내측 단부측의 부분에는, 내측 유전부(26)를 끼워 넣기 위한 단차가 형성되어 있다.
외측 유전부(27)는, 세라믹 등의 고체 유전체의 평판으로 구성되고, 제2 금속(24)의 상면에 배치되어 있다. 외측 유전부(27)는 제2 금속(24)의 상면에 용사된 용사막이라도 된다. 외측 유전부(27)를 구성하는 고체 유전체는, 기판(W)보다 유전율이 작은 것이 이용되고 있다. 외측 유전부(27)의 두께는, 기판(W)보다 작다. 이에 의해, 외측 유전부(27)의 두께와 유전율의 비가, 기판(W)의 두께와 유전율의 비와 대략 동일하게 되어 있다. 외측 유전부(27)의 상면이 기재(W)의 상면과 동일면이 되도록, 제2 금속(24)의 상면이 제1 금속 표면(21a)보다 위에 위치되어 있다.
도9는 본 발명의 제4 실시 형태를 나타낸 것이다. 제1 내지 제3 실시 형태에서는, 제2 금속(24)이, 고체 유전체층(25)의 외측 유전부(27)의 이면측과 내측 유전부(26)의 이면측에 걸치고 있었지만, 제4 실시 형태에서는 제2 금속(24)이 외측 유전부(27)의 이면측에만 설치되어 있다. 내측 유전부(26)의 이면측에는 접지 전극이 될 수 있는 금속이 설치되어 있지 않다. 제2 금속(24)은, 내측 유전부(26)의 폭에 상당하는 거리만큼 제1 스테이지부(21)로부터 떨어져 있다. 제2 금속(24)에는, 제1 스테이지부(21)와는 별개로 접지선이 접속되어 있다.
제4 실시 형태에 의하면, 조주 방전(D2)이 외측 유전부(27)의 상방에서밖에 형성되지 않고, 내측 유전부(26) 및 기판(W)의 주연부(Wb)의 상방에서는 형성되지 않는다. 한편, 전극(11)은 외측 유전부(27)의 상방 위치로부터 제1 스테이지부(21)의 상방 위치에 걸치는 만큼의 폭 치수를 갖는다. 따라서, 전극(11)의 진행 방향의 전방 단부(도9에 있어서 우단부)와 제1 스테이지부(21)의 단부 사이에 전계가 인가될 때, 전극(11)의 진행 방향 후방의 단부(좌단부)와 제2 금속(24) 사이에도 전계가 계속해서 인가되어, 외측 유전부(27) 상의 조주 방전(D2)이 존속하고 있다. 따라서, 제1 스테이지부(21)의 단부 위에만 전계가 집중하는 일은 없다. 또한, 전극(11)의 진행 방향의 전방의 단부도, 제1 스테이지부(21)의 단부 위로 오기 전에 외측 유전부(27) 위를 통과하고 있으며, 이때의 조주 방전(D2)에 의해 가열되어, 고체 유전판(13)의 진행 방향의 전방 단부의 건조 처리가 이루어져 있다. 이에 의해, 기판(W)의 주부분(Wa)의 단부(Wae) 위에 양호한 플라즈마 방전(D1)을 형성할 수 있고, 이 단부(Wae)의 표면 처리를 양호하게 행할 수 있다.
도10은 본 발명의 제5 실시 형태를 나타낸 것이다. 제5 실시 형태의 상압 플라즈마 처리 장치(M)의 처리 유닛(10)에는, 3개(복수)의 고압 전극(11, 11, 11)이 설치되어 있다. 이하, 이들 3개의 전극(11, 11, 11)을 서로 구별할 때는, 우측의 전극 부호를 11A라 하고, 중앙의 전극 부호를 11B라 하고, 좌측의 전극 부호를 11C라 한다(도11 내지 도15 참조).
각 전극(11)은, 사각형 단면을 이루어 도10의 지면 직교 방향으로 길게 연장되어 있다. 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 각 전극(11)의 하면에는 고체 유전 체층으로서의 세라믹제의 고체 유전체층이 설치되어 있다. 3개의 전극(11, 11, 11)은, 좌우로 등간격으로 배열되어 있다.
이들 3개의 전극(11)은, 공통된 전원 회로(30)에 접속되어 있다. 전원 회로(30)는, 각 전극(11)에 대기압 플라즈마 방전을 형성하기 위한 전압을 공급하도록 되어 있다. 전원 회로(30)에는, 각 전극(11)에 대응하는 3개(복수)의 스위치부(31)가 설치되어 있다. 스위치부(31A)는 전극(11A)에 접속되고, 스위치부(31B)는 전극(11B)에 접속되고, 스위치부(31C)는 전극(11C)에 접속되어 있다(도11 내지 도15 참조).
좌우에 인접하는 전극(11, 11)끼리 간의 갭은, 처리 유닛(10)의 하면[각 전극(11)의 상기 고체 유전체층의 하면]과 스테이지(20) 사이의 실제 갭보다도 크다.
스테이지(20)의 제1 스테이지부(21)와 그 외측의 제2 스테이지부(22)의 제2 금속부(24)는, 별개의 부재의 금속으로 구성되고, 서로 접촉, 접합되어 있다. 제2 금속(24)은 제1 스테이지부(21)를 통해서 전기적으로 접지되어 있지만, 제1 스테이지부(21)를 거치지 않고 제2 금속(24)에 접지선을 직접 접속해도 된다.
제1 스테이지부(21)를 구성하는 제1 금속과 제2 스테이지부(22)의 제2 금속(24)이, 일체로 이어져 있어도 된다. 스테이지(20)가 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 스테이지 본체를 구비하고, 이 스테이지 본체의 중앙부(주연부보다 내측 부분)가, 표면이 노출된 제1 금속(21)(제1 스테이지부)이 되고, 스테이지 본체의 주연부가, 고체 유전체층(25)으로 덮힌 제2 금속(24)으로 되어 있어도 된다.
제2 스테이지부(22)의 내측 유전부(26)의 좌우 방향의 폭[기판 주연(Wb)의 폭]은, 각 전극(11)의 좌우 방향의 폭보다 작다.
외측 유전부(27)의 좌우 방향의 폭은, 각 전극(11)의 좌우 방향의 폭보다 크고, 좌단부 전극(11C)의 좌단부와 우단부 전극(11A)의 우단부 사이의 거리보다 작다.
제2 스테이지부(22)의 제2 금속(24)은, 외측 유전부(27)의 이면측(하면)에만 설치되어 있으면 좋고, 내측 유전부(26)의 이면측(하면)에는 설치되어 있지 않아도 좋다. 내측 유전부(26)와 외측 유전부(27)는, 서로 별개로 되어 있어도 좋고, 유전율이 서로 상이해도 좋다.
제2 스테이지부(22)의 제2 금속(24)과 고체 유전체층(25)의 외단부는, 동일면으로 일치되어 되어 있다. 이들 제2 금속(24)과 고체 유전체층(25)의 외측면에, 수지 등의 절연체로 이루어지는 외부 프레임 즉 제3 스테이지부(23)가 첨부되어 있다.
고체 유전체층(25)의 외측 유전부(27)가, 제2 금속(24)보다 외측으로 돌출되어 있어도 된다.
또한, 제5 실시 형태에서는 이동 기구(40)에 의해 처리 유닛(10)의 3개의 전극(11, 11, 11)이 일체가 되어서 좌우[전극(11)의 길이 방향과 직교하는 방향]로 왕복 이동 되도록 되어 있다. 도11 내지 도15에 도시한 바와 같이, 각 전극(11)의 이동 범위는 제1 스테이지부(21)와 대향하는 제1 이동 범위(R1)와, 제2 스테이지부(22)와 대향하는 제2 이동 범위(R2)와, 제3 스테이지부(23)와 대향하는 제3 이동 범위(R3)를 포함하고 있다.
처리 유닛(10) 나아가서는 전극(11, 11, 11)이 고정되는 한편, 이동 기구(40)가 스테이지(20)에 접속되고, 스테이지(20)가 좌우로 왕복 이동되도록 되어 있어도 된다.
상기 제5 실시 형태의 상압 플라즈마 처리 장치(M)를 이용해서 기판(W)을 표면 처리할 때는, 도11에 도시한 바와 같이 우선, 모든 전극(11A 내지 11C)에 대응하는 스위치부(31A 내지 31C)를 오프로 하고, 처리 유닛(10)의 전체를 스테이지(20) 중 적어도 제2 스테이지부(22)보다 외측(예를 들어 좌측)으로 퇴피시킨 다음, 기판(W)을 스테이지(20)에 설치한다. 즉, 기판(W)의 주연부(Wb)보다 내측의 주부분(Wa)을, 제1 스테이지부(21)의 제1 금속 표면(21a) 위에 설치하고, 주연부(Wb)를, 제2 스테이지부(22)의 내측 유전부(26) 위에 설치한다. 제1 금속 표면(21a)과 내측 유전부(26) 상면이 동일면으로 연속하고 있으므로, 기판(W)의 이면과 스테이지(20) 사이에 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다. 기판(W)의 단부면은, 내측 유전부(26)와 외측 유전부(27) 사이의 단차면에 대어진다. 이에 의해, 기판(W)을 확실하게 위치 결정할 수 있다. 기판(W)의 상면(표면 측면)은, 외측 유전부(27)의 상면과 동일면이 된다.
다음에, 이동 기구(40)에 의해 처리 유닛(10)을 도11의 화살표 방향(우측 방향)으로 이동시켜 간다.
그러면, 도12에 도시한 바와 같이 이윽고 우단부의 전극(11A)이, 제2 스테이지부(22)에 대응하는 제2 이동 범위(R2)와 제3 스테이지부(23)에 대응하는 제3 이동 범위(R3)에 걸치는 소정 위치에 위치하게 된다. 이 소정 위치에 있어서, 전 극(11A)의 약 3 내지 7할의 부분이 제2 이동 범위(R2)에 있고, 잔여부가 제3 이동 범위(R3)에 있다. 바람직하게는, 전극(11A)의 약 5할 부분이 제2 이동 범위(R2)에 있고, 잔여부가 제3 이동 범위(R3)에 있다. 이때, 스위치부(31A)를 온하고, 전원 회로(30)로부터 우단부 전극(11A)에의 전압 공급을 개시한다. 이에 의해, 우단부 전극(11A)과 제2 스테이지부(22)의 제2 금속(24) 사이에 전계를 인가할 수 있다. 우단부 전극(11A)의 약 3할 이상의 부분, 바람직하게는 약 5할의 부분이 제2 금속(24)과 대향하고 있으므로, 전극(11A)으로부터의 전계 방향을 제2 금속(24)에 확실하게 향하게 할 수 있고, 전극(11A)으로부터 주변의 금속 부재에 이상 방전이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 전극(11A)의 전체가 제2 이동 범위(R2)의 외측에 있을 때는 물론, 일부가 제2 이동 범위(R2) 내로 들어와도 상기 소정 위치보다 좌측에 위치하고 있을 동안은 전압 공급을 정지하고, 상기 소정 위치에 도달했을 때 비로소 전압 공급을 행하므로, 전극(11A)으로부터의 전계가 제2 금속(24)의 외단부에 국소적으로 집중하는 것을 회피할 수 있다. 이에 의해, 고체 유전체층(25) 등이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기한 전계 인가에 의해, 우단부 전극(11)과 외측 유전부(27) 사이에 대기압 플라즈마 방전이 생성된다. 이에 의해, 기판(W)보다 외측에 조주적인 플라즈마 방전(D2)을 형성할 수 있다. 이때, 제2 금속(24)은 전극(11)에 대한 접지 전극으로서 기능을 한다. 또한, 외측 유전부(27)는 제2 금속 표면(24a)의 고체 유전체층으로서 기능을 하고, 안정 방전에 기여한다. 외측 유전부(27)의 두께와 유전율의 설정에 의해, 후술하는 기판(W) 상에서의 정규의 플라즈마 방전(D1)과 대략 동일한 방전 상태를 얻을 수 있다. 외측 유전부(27)의 상면과 기판(W)의 상면이 동일면이므로, 제2 위치에서의 처리 유닛(10)과 외측 유전부(27) 사이의 갭을, 제1 위치에서의 처리 유닛(10)과 기판(W) 사이의 갭과 동일한 크기로 할 수 있고, 조주 방전(D2) 시의 프로세스 가스의 유통 상태를, 후기의 정규 플라즈마 방전(D1) 시의 유통 상태와 대략 동일하게 할 수 있다.
전극(11A)의 약 7할 이하의 부분이 제2 이동 범위(R2) 내에 위치하고 있으면 조주 방전(D2)이 개시되므로, 제2 스테이지부(22)의 폭을 필요 이상으로 크게 할 필요가 없다.
스위치부(31A)의 온 상태를 유지하고, 우단부 전극(11A)으로의 전압 공급을 계속하면서, 처리 유닛(10)을 다시 우측 방향으로 이동시킨다. 우단부 전극(11A)의 우측 방향으로의 이동에 수반하여, 상기 전극(11A)과 제2 스테이지부(22) 사이의 조주 방전부(D2)도 우측으로 이동해 간다. 이윽고, 도13에 도시한 바와 같이 중앙의 전극(11B)이, 제2, 제3 이동 범위(R2, R3)에 걸치는 상기 소정 위치에 위치하게 된다. 이때, 스위치부(31B)를 온하고, 전원 회로(30)로부터 중앙 전극(11B)에의 전압 공급을 개시한다. 이에 의해, 중앙 전극(11B)으로부터의 이상 방전 및 전계 집중을 방지하면서, 중앙 전극(11B)과 제2 금속(24) 사이에 전계를 인가할 수 있고, 중앙 전극(11B)과 외측 유전부(27) 사이에도 조주 방전(D2)을 생성할 수 있다.
스위치부(31A, 31B)의 온 상태를 유지하고, 우단부 전극(11A)과 중앙 전극(11B)에의 전압 공급을 계속하면서, 처리 유닛(10)을 다시 우측 방향으로 이동시 킨다. 이에 수반하여, 우단부 전극(11A)과 제2 스테이지부(22) 사이의 조주 방전부(D2), 및 중앙 전극(11B)과 제2 스테이지부(22) 사이의 조주 방전부(D2)가 우측으로 이동해 간다. 이윽고, 도14에 도시한 바와 같이 좌단부의 전극(11C)이, 제2, 제3 이동 범위(R2, R3)에 걸치는 상기 소정 위치에 위치하게 된다. 이때, 스위치부(31C)를 온하고, 전원 회로(30)로부터 좌단부 전극(11C)에의 전압 공급을 개시한다. 이에 의해, 좌단부 전극(11C)으로부터의 이상 방전 및 전계 집중을 방지하면서, 좌단부 전극(11C)과 제2 금속(24) 사이에 전계를 인가할 수 있고, 좌단부 전극(11C)과 외측 유전부(27) 사이에도 조주 방전(D2)을 생성할 수 있다.
이와 같이, 좌우로 배열한 전극(11A, 11B, 11C)이, 각각 제2, 제3 이동 범위(R2, R3)에 걸치는 상기 소정 위치보다도 제3 이동 범위(R3) 측에 위치하고 있는 기간은, 그 전극에의 전압 공급을 정지해 두고, 상기 소정 위치로 들어올 때마다 그 전극에의 전압 공급을 개시해서 조주 방전(D2)을 생성하고, 그 후에 상기 소정 위치보다도 제1 이동 범위(R1) 측에 위치하고 있는 기간은 전압 공급을 계속해 방전을 유지한다.
도14에 도시한 바와 같이, 좌단부의 전극(11C)이 상기 소정 위치에 도달하는데 전후하여, 우단부 전극(11A)이, 기판(W)의 주연부(Wb)의 상방에 위치하게 된다. 이에 의해, 우단부 전극(11A)과 기판 주연부(Wb) 사이에 조주 방전(D2B)이 생성된다. 이 우단부 전극(11A)과 기판 주연부(Wb) 사이에 프로세스 가스가 도입됨으로써, 기판 주연부(Wb)의 표면 측면을 플라즈마 처리할 수 있다. 이때, 기판 주연부(Wb)는 내측 유전부(26)와 함께 제2 금속(24)의 표면의 고체 유전체층으로서 기 능을 하고, 안정 방전에 기여한다.
또한, 기판 주연부(Wb)와 내측 유전부(26)를 합친 유전율은, 외측 유전부(27) 단독의 유전율이나 기판 주부(Wa) 단독의 유전율과 다소 상이하고, 방전(D2B)의 상태가 외측 유전부(27) 상에서의 조주 방전(D2)이나 기판 주부(Wa) 상에서의 정규의 플라즈마 방전(D1)과 약간 다르게 되지만, 기판 주연부(Wb)는 제품의 품질과는 무관한 부분이기 때문에 지장은 없다.
도14에 도시한 바와 같이, 우단부 전극(11A)은, 다시 제2 이동 범위(R2)로부터 제1 이동 범위(R1)에 걸치게 된다. 이에 의해, 우단부 전극(11A)과 제1 스테이지부(21)의 단부 사이에도 전계가 인가된다. 이에 의해, 우단부 전극(11A)과 기판(W)의 주부분(Wa)의 단부(Wae)[주연부(Wb)와의 경계 부분] 사이에, 정규의 대기압 플라즈마 방전(D1)이 형성된다. 이 정규의 플라즈마 방전부(D1)에 프로세스 가스가 도입됨으로써, 기판 주부분의 단부(Wae)에 대한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
이 정규의 플라즈마 처리의 개시 당초는, 전극(11A)과 제2 스테이지부(22) 사이의 조주 방전(D2 또는 D2b)이 존속하고 있다. 따라서, 전계가 협소한 정규 방전부(D1)에만 집중하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 전원 회로(30)의 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기판 주부분의 단부(Wae) 상에서의 방전 상태를 안정시킬 수 있다. 또한, 전극(11A)은 정규의 플라즈마 방전(D1)에 앞서, 제2 스테이지부(22) 상에서의 조주 방전(D2)에 의해 온도를 높일 수 있어, 상기 전극(11A)의 표면의 도시하지 않은 세라믹으로 된 고체 유전층이 건조되는 등의 방전 준비가 이 루어져 있다. 따라서, 기판 주부분의 단부(Wae) 상에서의 방전 상태를 한층 안정화시킬 수 있다. 또한, 전극(11A)에 의한 조주 방전부(D2)(D2b를 포함함)와 정규 방전부(D1)가 연속하고 있으므로, 플라즈마가 2개의 방전부(D1, D2) 사이를 왕래할 수 있어, 전체적으로 균질한 플라즈마를 얻을 수 있다. 따라서, 기판 주부분의 단부(Wae)를, 기판(W)의 중앙 부분과 동일하도록 처리할 수 있어, 처리의 균질화를 도모할 수 있다.
또한 처리 유닛(10)을 우측 방향으로 이동시켜 가면, 우단부 전극(11A)의 전체가 제1 이동 범위(R1)로 들어가는 동시에, 중앙 전극(11B)이 제2 이동 범위(R2)로부터 제1 이동 범위(R1)에 걸치게 되고, 중앙 전극(11B)과 기판 주연부(Wb) 사이에 플라즈마 방전(D2B)이 형성되고, 또한 중앙 전극(11B)과 기판 주부분의 단부(Wae) 사이에도 플라즈마 방전(D1)이 형성되게 된다.
계속해서, 이 중앙 전극(11B)의 전체가 제1 이동 범위(R1)로 들어가는 동시에, 좌단부 전극(11C)이 제2 이동 범위(R2)로부터 제1 이동 범위(R1)에 걸치게 되고, 좌단부 전극(11C)과 기판 주연부(Wb) 사이에 플라즈마 방전(D2B)이 형성되고, 또한 좌단부 전극(11C)과 기판 주부분의 단부(Wae) 사이에도 플라즈마 방전(D1)이 형성되게 된다.
그리고, 도15에 도시한 바와 같이 처리 유닛(10) 전체가 제1 이동 범위(R1)에 위치하게 되어, 각 전극(11A, 11B, 11C)과 제1 스테이지부(21) 사이에 전계가 인가되어, 각 전극(11A, 11B, 11C)과 기판 주부분(Wa) 사이에 정규의 플라즈마 방전(D1)이 생성된다. 이에 의해, 기판 주부분(Wa)에 있어서의 각 전극(11A, 11B, 11C)의 하측 부분을 플라즈마 표면 처리할 수 있다. 이때, 기판(W)은 제1 스테이지부(21)의 고체 유전체층으로서 기능을 한다. 따라서, 제1 금속 표면(21a)에 고체 유전체층을 설치할 필요가 없어, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 대면적화에 대응하여, 스테이지(20)를 용이하게 대형화할 수 있다.
처리 유닛(10)은, 다시 화살표 방향으로 이동하고, 스테이지(20)의 반대측의 단부(도10에 있어서 우측)를 향한다. 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 이 반대측 단부에 있어서, 각 전극(11)이 제2 이동 범위(R2)와 제3 이동 범위(R3)에 걸치는 소정 위치가 될 때마다, 대응하는 스위치부(31)를 오프하고, 그 전극(11)에의 전압 공급을 정지한다.
또한, 반대측 단부에 있어서의 전압 오프의 타이밍은, 각 전극(11)이 제1 이동 범위(R1)와 제2 이동 범위(R2)에 걸치는 소정 위치가 된 시점으로 설정해도 된다.
모든 전극(11)이 스테이지(20) 반대측의 단부에 도달함으로써, 기판(W)의 전체를 플라즈마 처리할 수 있다.
필요에 따라서 처리 유닛(10)을 좌우로 왕복시키는 것으로 해도 된다.
처리의 종료 후는, 처리 유닛(10)을 스테이지(20)의 외측으로 퇴피시켜, 기판(W)을 픽업한다.
도16에 도시한 바와 같이, 상기한 각 전극(11, 11, 11)의 좌우의 폭 치수는, 제2 스테이지부(22)의 좌우의 폭보다 작고, 나아가서는 제2 이동 범위(R2)의 좌우의 폭보다 작다. 따라서, 전극(11)의 폭 방향의 전체가 제2 이동 범위(R2) 내로 억제되는 구간이 존재한다. 그래서, 전압 공급 타이밍이 되는「소정 위치」를, 전극(11)이 제2 이동 범위(R2)와 제3 이동 범위(R3)에 걸치는 위치보다도 제1 이동 범위(R1) 측으로 옮겨, 전극(11)의 폭 방향의 전체가 제2 이동 범위(R2) 내에 있는 위치로 설정해도 된다. 즉, 각 전극(11)의 폭 방향의 전체가 제2 이동 범위(R2) 내로 들어가 있을 때, 당해 전극(11)에의 전압 공급 및 조주 방전(D2)의 형성을 개시한다.
이에 의해, 전압 공급 개시 시의 전극(11)으로부터의 전계 방향을 한층 확실하게 제2 스테이지부(22)의 제2 금속(24)을 향하게 할 수 있고, 전극(11)으로부터 이상 방전이 발생하는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있는 동시에, 제2 금속의 외단부 등에의 전계 집중을 한층 확실하게 회피할 수 있다.
도17에 나타내는 제6 실시 형태에서는, 처리 유닛(10)에 전극(11)이 1개만 구비되어 있다. 이 전극(11)의 좌우 방향의 폭은, 제5 실시 형태의 각 전극(11A, 11B, 11C)의 좌우 방향의 폭보다 크고, 또한 제2 스테이지부(22)의 좌우 방향의 폭보다 크다. 따라서, 전극(11)의 진행 방향 전단부(우단부)가 제1 이동 범위(R1)의 바로 근처에 이르렀을 때, 진행 방향 후단부(좌단부)는 아직 제3 이동 범위(R3)에 있고, 당해 전극(11)은 제2 이동 범위(R2)와 제3 이동 범위(R3)에 걸친 상태에 있다(도18 참조).
전원 회로(30)에는 스위치부(31)가 1개만 설치되어 있고, 이 스위치부(31)를 거쳐서 전극(11)이 전원 회로(30)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 단일의 폭이 넓은 전극(11)이, 제3 이동 범위(R3)에 위치하고 있는 기간은, 스위치부(31)를 오프로 해 두고, 전극(11)으로의 전압 공급을 정지한다. 전극(11)이 도17의 화살표 방향(우측 방향)으로 이동하고, 제2, 제3 이동 범위(R2, R3)에 걸치는 소정 위치에 도달했을 때, 스위치부(31)를 온하여 전극(11)으로의 전압 공급을 개시하고, 전극(11)과 제2 스테이지부(22) 사이에 조주 방전(D2)을 생성한다. 상기 소정 위치는, 예를 들어 폭이 넓은 전극(11)의 약 3 내지 7할의 부분이 제2 이동 범위(R2)에 있고, 잔여부가 제3 이동 범위(R3)에 있는 위치로 설정하고, 폭이 넓은 전극(11)이 이 소정 위치에 도달하였을 때, 전압 공급을 개시한다. 바람직하게는, 도17에 도시한 바와 같이 상기 소정 위치를, 폭이 넓은 전극(11)의 약 5할의 부분이 제2 이동 범위(R2)에 있고, 잔여부가 제3 이동 범위(R3)에 있는 위치로 설정하고, 폭이 넓은 전극(11)이 이 소정 위치에 도달하였을 때, 전압 공급을 개시한다. 이에 의해, 폭이 넓은 전극(11)으로부터의 이상 방전의 발생이나 제2 금속(24)의 외단부에의 전계 집중을 확실하게 방지할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 도18에 도시한 바와 같이 상기 소정 위치를, 폭이 넓은 전극(11)이 제1 이동 범위(R1)의 바로 근처에 있는 위치로 설정하고, 폭이 넓은 전극(11)의 소정 위치에 도달하였을 때, 전압 공급을 개시한다. 이에 의해, 폭이 넓은 전극(11)으로부터의 이상 방전의 발생이나 제2 금속(24)의 외단부에의 전계 집중을 한층 확실하게 방지할 수 있어, 안전성을 한층 높일 수 있다.
그 후에 폭이 넓은 전극(11)이 상기 소정 위치보다도 제1 이동 범위(R1) 측에 위치하고 있는 기간은 전압 공급을 계속한다. 이에 의해, 기판(W)을 플라즈마 표면 처리할 수 있다.
본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 개변을 이룰 수 있다.
예를 들어, 피 처리물(W)은 유전체를 주성분으로 하고 있으면 좋고, 특히 피처리면(표면)이 주로 유전체로 구성되어 있으면 좋지만, 반드시 전체가 유전체로 구성되어 있을 필요는 없다. 표면에 약간 금속이 배치되어서 있어도 좋다. 피 처리물(W)의 내부에 금속이 매립되어서 있어도 좋고, 이 금속이 외부에 노출되지 않도록 되어 있는 것이면 거의 문제는 없다. 그러한 피 처리물(W)로서, 구체적으로는 액정 디스플레이를 구성하는 액정 패널이나 액정 모듈 또는 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 및 전계 방출 디스플레이를 구성하는 패널이나 모듈을 들 수 있다.
제1 스테이지부(21)는 노출된 금속 표면을 갖고 있으면 좋고, 금속 표면의 전체가 노출되어 있을 필요는 없어, 금속 표면의 일부분이 고체 유전체층이나, 고체 유전체층으로서는 기능을 하지 않는 절연체(예를 들어 테이프나 도료나 반도체 분야에서 사용되는 절연 박막) 등으로 피복되어 있어도 된다. 여기서, 고체 유전체층이라 함은 전극의 금속 본체에 피복되어서 아크 방전 등의 이상 방전을 방지해 양호한 글로 방전을 얻는 기능을 완수하는 고체 유전체를 말한다.
제1 또는 제2 실시 형태에 있어서의 일체물의 고체 유전체층(25)과, 제3 실시 형태에 있어서의 제1 스테이지부(21)와 제2 금속(24)의 별개의 부재 구조를 조합하거나, 제3 실시 형태의 내측 유전부(26)를 제2 실시 형태와 같이 내측 단부[외측 유전부(27) 측과는 반대측]를 향함에 따라서 얇아지도록 하거나, 제3 실시 형태 의 외측 유전부(27)의 두께 및 유전율을 제1 실시 형태와 같이 기판(W)보다 크게 하거나 하는 등, 제1 내지 제6 실시 형태의 서로 다른 구성을 조합해도 좋다.
제5 실시 형태에 있어서, 전극의 수는 1개 또는 3개에 한정되지 않고, 2개라도 좋고, 4개 이상이라도 좋다. 2 이상의 전극은, 스테이지에 대한 상대 이동 방향을 따라 늘어서게 되는 것이 바람직하다. 2 이상의 전극 중 하나를「제1 전극」이라 하면, 그것보다 상기 이동 방향의 후방측(제3 이동 범위측)에 배치된 다른 1개의 전극이「제2 전극」이 된다.
제5 실시 형태에 있어서, 전원 회로(30)는 복수의 전극 각각에 대하여 따로따로 설치되어서 있어도 좋다. 상기 제1 전극에 대응하는 전원 회로가「제1 전원 회로」를 구성하고, 제2 전극에 대응하는 전원 회로가「제2 전원 회로」를 구성한다. 물론, 도10과 같이 제1 전원 회로와 제2 전원 회로가 공통된 전원 회로에 의해 구성되어서 있어도 된다.
본 발명은, 예를 들어 반도체 기판이나 액정용 기판의 제조에 있어서, 기판 표면을 플라즈마를 이용해서 세정, 개질(친수화, 발수화 등), 성막, 에칭 또는 애싱 등을 하는 데 적용 가능하다.

Claims (19)

  1. 유전체를 포함하는 피 처리물을 대기압 근방의 플라즈마 방전에 노출시켜 표면 처리하는 장치에 있어서,
    노출된 제1 금속 표면을 갖는 제1 스테이지부와, 고체 유전체층으로 피복된 제2 금속 표면을 갖고 상기 제1 스테이지부의 외주부에 설치된 제2 스테이지부를 포함하고, 상기 제1 스테이지부의 제1 금속 표면 상에, 상기 피 처리물이 주연부를 상기 제2 스테이지부 측으로 돌출시키도록 해서 설치되는 스테이지와,
    상기 스테이지에 대하여, 상기 제1 스테이지부와 대향해서 상기 플라즈마 방전을 형성하는 제1 이동 범위와, 상기 제2 스테이지부와 대향하는 제2 이동 범위를 포함하는 범위에서 상대 이동되는 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 이동 범위일 때의 전극과 제2 스테이지부 사이에 플라즈마 방전이 형성되도록, 상기 제2 스테이지부의 고체 유전체층의 두께 및 유전율이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 스테이지부의 고체 유전체층이, 상기 피 처리물의 주연부가 설치되어야 할 내측 유전부와, 이 내측 유전부보다 상기 제1 스테이지부와는 반대측에 배치되고, 상기 피 처리물의 주연부보다 돌출되어야 할 외측 유전부 를 갖고,
    상기 내측 유전부와 외측 유전부 중 적어도 외측 유전부가, 상기 제2 금속 표면에 대응해서 배치되고, 제2 금속 표면을 덮고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 이동 범위일 때의 전극과 상기 외측 유전부 사이에 플라즈마 방전이 형성되도록, 상기 외측 유전부의 두께 및 유전율이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 외측 유전부의 두께와 유전율의 비가, 상기 피 처리물의 두께와 유전율의 비와 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 전극의 상기 상대 이동 방향을 따르는 폭이, 상기 외측 유전부로부터 상기 제1 스테이지부에 걸칠 수 있는 크기인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제1 금속 표면이, 상기 제2 금속 표면보다 상기 전극의 측으로 돌출되고,
    상기 외측 유전부의 표면이, 상기 제1 금속 표면보다 상기 전극의 측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 외측 유전부의 표면이, 상기 제1 금속 표면보다 상기 피 처리물의 두께와 동일한 크기만큼 상기 전극 측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제3항에 있어서, 상기 내측 유전부의 표면이, 상기 제1 금속 표면과 동일면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 내측 유전부의 두께가, 상기 제1 스테이지부에 근접함에 따라서 작아져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제3항에 있어서, 상기 내측 유전부와 외측 유전부 사이에 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제3항에 있어서, 상기 내측 유전부와 상기 외측 유전부가, 일체로 연속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 스테이지가, 금속으로 구성된 스테이지 본체를 구비하고,
    상기 스테이지 본체의 주연부보다 내측 부분이, 노출된 상기 제1 금속 표면 을 갖고 상기 제1 스테이지부가 되고,
    상기 스테이지 본체의 주연부가, 상기 고체 유전체층으로 피복된 상기 제2 금속 표면을 갖고, 이 스테이지 본체의 주연부와 상기 고체 유전체층에 의해 상기 제2 스테이지부가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전극이, 상기 제1 이동 범위와, 상기 제2 이동 범위와, 이 제2 이동 범위보다 상기 제1 이동 범위측과는 반대측의 제3 이동 범위를 포함하는 범위에서 상대 이동되도록 되어 있으며,
    또한, 전원 회로를 구비하고,
    상기 전극이 상기 제3 이동 범위로부터 제2 이동 범위를 지나 제1 이동 범위 를 향할 때, 상기 전극이 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 위치와 상기 제1 이동 범위의 바로 근처에 있는 위치 사이에 있어서의 소정의 위치에 도달한 시점에서, 상기 전원 회로가 상기 전극에 상기 플라즈마 방전을 위한 전압 공급을 개시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 소정 위치에 있어서, 상기 전극의 3 내지 7할의 부분이, 상기 제2 이동 범위에 있고, 잔여부가 상기 제3 이동 범위에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 소정 위치에 있어서, 상기 전극의 5할의 부분이 상기 제2 이동 범위에 있고, 잔여부가 상기 제3 이동 범위에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 전극의 상기 상대 이동 방향을 따르는 폭이, 상기 제2 스테이지부의 상기 상대 이동 방향을 따르는 폭보다 작고,
    상기 소정 위치가, 상기 전극의 폭 방향의 전체가 상기 제2 이동 범위 내에 있는 위치인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 스테이지가, 상기 제2 스테이지부의 제1 스테이지부 측과는 반대측에 설치된 절연성의 제3 스테이지부를 더 갖고, 상기 제3 이동 범위의 전극이, 상기 제3 스테이지부와 대향하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  19. 유전체를 포함하는 피 처리물을 대기압 근방의 플라즈마 방전에 노출시켜 표면 처리하는 대기압 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    노출된 제1 금속 표면을 갖는 제1 스테이지부와, 고체 유전체층으로 피복된 제2 금속 표면을 갖고 상기 제1 스테이지부의 외주부에 설치된 제2 스테이지부를 포함하고, 상기 제1 스테이지부의 제1 금속 표면 상에, 상기 피 처리물이 주연부를 상기 제2 스테이지부 측으로 돌출시키도록 하여 설치되는 스테이지와,
    상기 스테이지에 대하여, 상기 제1 스테이지부와 대향하는 제1 이동 범위와, 상기 제2 스테이지부와 대향하는 제2 이동 범위와, 이 제2 이동 범위보다 상기 제1 이동 범위측과는 반대측의 제3 이동 범위를 포함하는 범위에서 상대 이동되는 제1 전극과,
    이 제1 전극의 상기 제3 이동 범위측에 배치되고, 제1 전극과 일체가 되어, 상기 스테이지에 대하여, 상기 제1 이동 범위와 상기 제2 이동 범위와 상기 제3 이동 범위를 포함하도록 상대 이동되는 제2 전극과,
    상기 제1, 제2 전극이 상기 제3 이동 범위로부터 제2 이동 범위를 지나 제1 이동 범위로 향하는 진입 이동일 때, 상기 제1 전극이 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 위치와 상기 제1 이동 범위의 바로 근처에 있는 위치와의 사이에 있어서의 소정의 위치에 도달한 시점에서 상기 제1 전극에 상기 플라즈마 방전을 위한 전압 공급을 개시하는 제1 전원 회로와,
    상기 진입 이동일 때, 상기 제2 전극이 상기 제2 이동 범위와 제3 이동 범위에 걸치는 위치와 상기 제1 이동 범위의 바로 근처에 있는 위치 사이에 있어서의 소정 위치에 도달한 시점에서 상기 제2 전극에 상기 플라즈마 방전을 위한 전압 공급을 개시하는 제2 전원 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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