KR101020411B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마 처리 장치에 있어서, 전극과 고체 유전체의 열 팽창차에 의해 아킹이 발생하는 것을 방지한다. 처리 유닛(10L, 10R)의 하우징(20)의 바닥부를 개방하고, 이것을 고체 유전체의 판(50)으로 폐색하여 하우징(20) 내에 전극(30)을 길이 방향으로 자유롭게 하여 수용한다. 고체 유전체 판(50)은, 단독으로 전극(30)의 자중을 지지 가능한 강도를 갖고 있다. 전극(30)은 고체 유전체 판(50)의 상면에 비고정 상태로 적재되고, 자중의 거의 전부를 고체 유전체 판(50)에 걸고 있다.

처리 유닛, 하우징, 고체 유전체 판, 전극, 플라즈마 처리 장치

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING SYSTEM}

본 발명은, 프로세스 가스를 방전 공간에 도입하여 기판의 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

전원에 접속된 전극과 접지된 전극을 예를 들어 상하로 대향 배치하고, 이들 전극 사이에 상압의 플라즈마 방전 공간을 형성하고, 이 방전 공간에 기판을 배치하여 플라즈마 처리를 행하는 장치는 이미 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 등). 전극의 방전 공간 형성면에는, 안정 방전을 위해 고체 유전체로 이루어지는 용사막이나 판이 설치되어 있다. 통상, 전극은 장치 본체의 홀더에 덜걱거림이 없도록 확실히 고정되어 수용되어 있다. 특허 문헌 2에는, 전극을 홀더에 느슨하게 보유 지지하는 것이 기재되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2004-228136호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 평9-92493호 공보

플라즈마 처리의 실행시에는, 전극이 열을 갖고 연신하려고 한다. 그러나, 장치 본체에 의해 연신 변형이 구속되므로, 전극 내부에 열 응력이 생겨 휨이 발생되어 버린다. 또한, 전극에 고체 유전체가 용사 등에 의해 일체로 되어 있으면, 양자의 선팽창 계수의 차이(열 팽창차)에 의해서도 휨이 발생된다.

한편, 고체 유전체가 판형으로 되어 있고 전극과 일체가 아닌 경우에는, 양자의 열 팽창차는 그다지 문제가 되지 않지만, 어느 쪽이든 전극이 장치 본체의 구속을 받아 휠 우려가 있다. 그렇게 되면, 전극과 고체 유전체의 판과의 사이에 간극이 형성되고, 이 간극에 의해 아킹(arcing)이 발생될 우려가 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로,

기판과의 사이에 형성된 처리 통로에 프로세스 가스를 도입하는 동시에 상기 처리 통로의 적어도 일부를 방전 공간으로 하여, 기판을 플라즈마 처리하는 장치에 있어서,

상기 기판의 상방에 배치되고, 기판과의 사이에 상기 처리 통로를 형성하는 처리 유닛(플라즈마 처리부)을 구비하고, 이 처리 유닛이,

바닥부가 개방된 하우징과, 이 하우징의 바닥부를 폐색하도록 하우징에 지지된 고체 유전체의 판과, 상기 방전 공간을 형성하기 위해 상기 하우징의 내부에 수용된 전극을 포함하고,

상기 고체 유전체 판이, 단독으로 상기 전극의 자중을 지지 가능한 강도를 갖고,

상기 전극이, 수평 방향의 적어도 제1 방향으로 자유로워지는 동시에, 상기 고체 유전체 판의 상면에 비고정 상태로 적재되고, 자중의 거의 전부를 고체 유전체 판에 걸고 있는 것을 특징으로 한다.

여기서,「비고정 상태로 적재」된 상태라 함은, 접착이나 나사 고정 등의 고정 수단을 사용하지 않고 단순히 적재되고, 고체 유전체 판의 상면을 따라 변위 가능한 상태를 말한다.

이에 의해, 전극이 고체 유전체 판으로부터 독립하여 자유 열 팽창할 수 있어, 고체 유전체 판과의 열 팽창차나 하우징의 구속에 의해 휨 변형을 초래하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 전극을 자중에 의한 압박력으로 고체 유전체 판에 상시 접촉시킬 수 있다. 이에 의해, 전극과 고체 유전체 판과의 사이에 아킹이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 고체 유전체 판에는 전극과의 열 팽창차에 의한 열 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 파손을 방지할 수 있다.

본 발명은, 상기 전극이, 상기 제1 방향으로 연장되는 장척(長尺) 형상을 이루고 있는 경우에 특히 효과적이다. 이 경우, 상기 하우징에 상기 전극을 적어도 길이 방향으로 자유로워지도록(변위 가능해지도록) 하여 수용한다.

이에 의해, 전극의 길이 방향으로의 열 팽창에 의한 휨을 확실하게 방지할 수 있어, 고체 유전체 판과의 접촉 상태를 확실하게 유지할 수 있고, 아킹의 발생 및 고체 유전체 판의 파손을 확실하게 방지할 수 있다.

상기 하우징에는 상기 전극의 길이 방향과 직교하는 폭 방향의 위치를, 유격을 갖고 규제하는 전극 규제부가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 전극을 폭 방향으로 어느 정도 위치 결정할 수 있는 동시에, 폭 방향으로의 자유 열 팽창도 허용할 수 있어, 휨 변형을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

상기 고체 유전체 판이, 상기 전극과 동일 방향으로 연장되어 있고, 상기 하우징에는, 고체 유전체 판의 폭 방향의 양 단부를 길이 방향으로 변위 가능하게 지지하는 한 쌍의 판 지지부가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 고체 유전체 판에 대해서도 길이 방향으로의 자유 열 팽창을 허용할 수 있어, 파손을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

상기 고체 유전체 판이, 상기 전극과 동일 방향으로 연장되고, 그 폭 방향의 양 단부면이, 하향 경사면으로 되어 있고,

상기 하우징에는, 상기 고체 유전체 판의 폭 방향의 양 단부를 지지하는 한 쌍의 판 지지부가 설치되고, 각 판 지지부가, 상향 경사면을 이루어 상기 고체 유전체 판의 하향 경사면과 접촉하는 판 지지면을 갖고 있어도 좋다.

상기 한 쌍의 판 지지부의 적어도 한쪽이, 상기 고체 유전체 판보다 연질인 것이 바람직하다.

이에 의해, 고체 유전체 판에의 지지 응력을 완화하여 파손을 확실하게 방지할 수 있다.

상기 고체 유전체 판이, 세라믹으로 구성되고, 상기 한 쌍의 판 지지부의 한쪽이, 수지(바람직하게는 내부식성 수지)로 구성되고, 다른 쪽의 판 지지부가, 금속으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 고체 유전체 판을 확실하게 위치 결정하여 지지할 수 있는 동시에, 세라믹으로 이루어지는 고체 유전체 판에의 지지 응력을 완화하여 파손을 확실하게 방지할 수 있다.

상기 처리 유닛과 기판과의 사이의 방전 공간보다 하류측에서는, 방전 공간으로부터 도출된 가스와 접촉하는 구성 부재가 부식되기 쉽다. 예를 들어, CF₄ 등의 불소계 가스를 주 성분으로 하고 미량의 물을 첨가하는 등의 프로세스 가스를 이용한 플라즈마 에칭에서는, 방전 공간에서의 처리 반응에 의해 HF계 가스나 오존 등의 부식성이 높은 물질이 생성된다. 이 부식성 물질이 하류로 흘러, 장치의 구성 부재에 접촉하여 부식시킨다. 이러한 부식은 오염(contamination)의 원인이 되어, 수율을 저하시킨다.

그래서, 상기 내부식성 수지제의 판 지지부는, 상기 처리 유닛과 기판과의 사이의 가스류 방향을 따라 하류측에 배치되고, 상기 금속제의 판 지지부는, 상기 가스류 방향을 따라 하류측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 처리 유닛과 기판과의 사이의 가스류 방향을 따라 하류측의 판 지지부가, 상기 가스류 방향을 따라 상류측의 판 지지부보다 내부식성이 높은 재료로 구성되어 있어도 좋다.

이에 의해, 상기 처리 유닛과 기판과의 사이의 방전 공간에서의 처리 반응에 의해 부식성의 가스 성분이 발생해도, 하류측의 판 지지부가 부식되는 것을 방지할 수 있어, 오염이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

상기 내부식성 수지는, PVDF(폴리불화비닐리덴), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PEEK(폴리에테르에테르케톤)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 주 성분으로 하여 구성되어 있어도 좋고, 테프론(등록 상표)으로 구성되어 있어도 좋다.

이에 의해, HF계나 오존 등에 대한 내부식성을 확실하게 확보할 수 있다.

상기 하우징의 하류측의 외측면에 내부식 코팅이 실시되어 있어도 좋다.

이에 의해, 하우징의 하류측 부분의 부식도 방지할 수 있고, 나아가서는 오염을 확실하게 방지할 수 있다.

방전 공간의 하류측을 내부식성으로 하는 기술은, 기판을 방전 공간 내에 배치하는 소위 다이렉트식 플라즈마 처리만에 한정되지 않으며, 기판을 방전 공간의 외부에 배치하고, 이를 향해 플라즈마 가스를 내뿜는 소위 리모트식 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다.

상기 전극이, 제1 금속 부재와 제2 금속 부재로 나뉘고, 제1 금속 부재는 제2 금속 부재보다 무겁고, 제2 금속 부재는 박판형을 이루고 있고, 상기 고체 유전체 판의 위에 상기 제2 금속 부재가 비고정 상태로 적재되고, 이 제2 금속 부재의 위에 상기 제1 금속 부재가 비고정 상태로 적재되어 있어도 좋다. 이 경우, 제2 금속 부재의 상면과 하면의 플라즈마 방전시의 온도차가 소정 이하가 되도록, 제2 금속 부재의 재료 및 두께가 설정되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 소정의 온도차는, 제2 금속 부재가 플라즈마 방전시에 휨 변형을 거의 초래하지 않는 상한의 온도차로 하고, 약 1 ℃인 것이 바람직하다.

제2 금속 부재가 되는 재료의 열 전도도가 높을수록 두께를 크게 설정할 수 있고, 반대로 열 전도도가 낮을수록 두께를 작게 할 필요가 있다.

제2 금속 부재는, 알루미늄으로 이루어지는 얇은 평판인 것이 바람직하다. 제2 금속 부재의 재료로서 알루미늄을 이용하는 경우, 두께는 2 ㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다. 제2 금속 부재의 재료로서 알루미늄 합금을 이용해도 좋다. 제2 금속 부재의 재료로서 스테인레스를 이용해도 좋고, 그 경우 두께는 0.3 내지 0.5 ㎜ 정도가 바람직하다. 상기 제2 금속 부재는, 최저한 평판 형상을 유지 가능한 두께를 갖고 있는 것이 바람직하다.

상기한 제1 금속 부재와 제2 금속 부재의 2 부재 분할 구조에 따르면, 플라즈마 방전에 의해 제2 금속 부재가 가열 팽창할 때, 제2 금속 부재의 두께 방향의 온도 구배를 매우 작게 할 수 있어, 휨 변형을 방지할 수 있다. 이에 의해, 제2 금속 부재와 고체 유전체 판의 사이에 간극이 형성되는 것을 확실하게 방지할 수 있어, 양자간에 아킹이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 한편, 제1 금속 부재가 제2 금속 부재로부터의 열 전달에 의해 휜다고 해도, 어딘가 1군데에서 제2 금속 부재와 접촉하고 있으면, 이들 제1, 제2 금속 부재간의 전기적 도통 상태를 유지할 수 있다.

상기 제1 금속 부재는, 제2 금속 부재보다 충분히 큰 중량을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 금속 부재의 자중으로 제2 금속 부재를 고체 유전체 판에 확실히 압박할 수 있어, 제2 금속 부재와 고체 유전체 판과의 사이에 간극이 형성되는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

제1 금속 부재는 온도 조정 구조(냉매·온도 조정 매체의 통로 등)를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제2 금속 부재의 열 팽창의 억제 등을 행할 수 있다.

본 발명은, 대략 상압(대기압 근방)의 압력 환경에서의 상압 플라즈마 처리에 특히 효과적이다. 여기서, 대략 상압이라 함은, 1.013 × 10⁴ 내지 50.663 × 10⁴ Pa의 범위를 말하고, 압력 조정의 용이화나 장치 구성의 간편화를 고려하면, 1.333 × 10⁴ 내지 10.664 × 10⁴ Pa가 바람직하고, 9.331 × 10⁴ 내지 10.397 × 10⁴ Pa가 보다 바람직하다.

상기 게재된 문헌(일본 특허 출원 공개 제2004-228136호 공보)의 각 전극은, 수지 등의 절연 재료로 이루어지는 홀더를 통해 금속제 프레임에 수용되어 있다. 홀더는 전극과 금속 프레임을 절연하기 위한 것이지만, 확실한 절연성을 발휘하도록 하기 위해서는 그 나름의 재료나 두께로 해야만 해 비용이 든다.

그래서, 상기 하우징과 그 내부의 상기 전극과의 사이에 하우징 내 공간(전극 내 공간)이 형성되고, 이 하우징 내 공간이 실질적으로 순수(불가피적 불순물을 포함함)한 질소 가스로 채워져 있어도 좋다.

이에 의해, 수지 등의 절연 부재에 의존하지 않고도 전극과 하우징과의 사이의 절연성을 높일 수 있어, 이상 방전의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 전극을 외측으로부터 온도 조정할 수도 있다.

하우징 내 공간에 질소를 충전하는 기술은, 소위 다이렉트식 플라즈마 처리만에 한정되지 않고, 소위 리모트식 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다.

상기 하우징 내 공간에는, 질소 가스의 도입로와 도출로가 연결되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 프로세스 가스가 하우징 내 공간에 스며들어 와도 질소 가스와 함께 유통시켜 도출로로부터 배출할 수 있어, 하우징 내 공간에서의 이상 방전을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 전극의 외측으로부터의 온도 조정 효율을 높일 수 있다.

상기 하우징 내 공간의 질소 가스압이, 방전 공간의 가스압보다 높은 것이 바람직하다.

이에 의해, 프로세스 가스가 하우징 내 공간에 스며들어 오는 것을 확실하게 방지할 수 있어, 이상 방전을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

상기 전극의 내부에, 상기 전극의 온도 조정을 위한 전극 내 통로가 형성되고, 이 전극 내 통로에 질소 가스가 통과되는 것이 바람직하다.

이에 의해, 전극을 동일한 매체로 내측과 외측으로부터 온도 조정할 수 있다.

상기 전극이, 상기 방전 공간 형성면을 갖는 금속제의 판과, 이 판의 방전 공간 형성면과는 반대측의 면에 마련된 사각 파이프를 갖고, 이 사각 파이프의 내부가, 상기 전극 내 통로로 되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 온도 조정용 내부 통로를 갖는 전극을 간단하고 또한 저비용으로 제조할 수 있다.

상기 처리 유닛을 기판에 대해 상대 이동시키는 이동 기구를 구비하는 것이 바람직하다. 이동 방향은 상기 처리 유닛과 기판과의 사이의 처리 통로의 가스류 방향을 따르고 있는 것이 바람직하다.

반송 속도를 고속화하면, 실질적인 처리 시간(플라즈마가 조사되는 시간)이 짧아질 뿐만 아니라, 대략 대기압 하에 있어서는 외부 분위기 중의 산소가 대기압 플라즈마 방전 공간으로 말려 들어가는 양이 증가한다. 한편, 상압 플라즈마 처리 중에는, 발수화 처리와 같이 방전 공간으로의 산소 혼입을 꺼리는 것이 있다. 발수화 처리 등에 있어서는 프로세스 가스 중에 산소 혼입이 있으면 처리 능력이 저하되어 버린다. 이 대책으로서 프로세스 가스의 유속을 크게 하면, 외부 분위기가 말려들려고 하는 것을 되돌릴 수 있다. 그러나, 프로세스 가스의 사용량의 증대를 초래하여, 운전 비용의 관점에서 바람직하지 않다.

발명자들은, 기판을 전극간의 플라즈마에 직접 노출시키는 소위 다이렉트 방식의 상압 플라즈마 처리 장치에 있어서, 고속 스캔에 대해 예의 연구를 행하였다. 장치 구성은 기판의 표면을 따른 처리 통로에 프로세스 가스를 흘리는 동시에, 상기 처리 통로의 일부를 대략 대기압의 플라즈마 방전 공간으로 하여 상기 기판의 표면을 플라즈마 처리하는 것이며, 상기 방전 공간을 형성하기 위한 전극과, 상기 기판과 대향하여 상기 처리 통로를 형성하는 기판 대향면을 갖고, 상기 기판 대향면에는 상기 처리 통로의 상류 단부에 연결되는 프로세스 가스의 도입구와 상기 처리 통로의 하류 단부에 연결되는 배기구가 마련된 처리 헤드와, 상기 기판을 상기 처리 헤드에 대해 상기 처리 통로를 따른 방향(처리 통로의 가스류의 순방향 또는 역방향)으로 상대 이동시키는 이동 기구를 구비한 상압 플라즈마 처리 장치로 하였다. 상기 처리 헤드는, 1 또는 복수의 처리 유닛으로 구성된다.

도8은 상기 구성의 상압 플라즈마 처리 장치에 의해 유리 기판 상의 레지스트막을 발수화 처리한 결과를 나타낸 것이다. 접촉각으로 평가되는 처리 능력은, 기판의 반송 속도가 0.5 내지 3 m/분의 범위에서는 거의 일정했던 것에 반해, 4 m/분에 있어서 대폭 저하하였다. 이 현상은, 외부 공기가 점성에 의해 플라즈마 방전 공간으로 말려들고, 이 말려든 공기 중의 산소가 발수화를 위한 반응을 저해하였기 때문이라 추측된다.

또한, 발명자들은 반송 속도뿐만 아니라 가스 유속이나 장치의 치수 구성도 포함하여 검토를 진행한 바, 표1에 나타내는 데이터를 얻었다.

[표1]

L(㎜)	Vf(m/분)	Vs(m/분)	CA(a.u.)
60	18.36	1.5	1.01
60	18.36	3.0	0.85
60	36.72	1.5	1.08
60	36.72	3.0	1.01
90	18.36	1.5	1.02
90	18.36	3.0	0.92
90	36.72	1.5	1.07
90	36.72	3.0	1.02

표1에 있어서, L은 상기 처리 통로에 있어서의 플라즈마 방전 공간의 하류 단부로부터 배기구까지의 거리, 즉 처리 통로의 플라즈마 방전 공간보다 하류측의 부분의 길이(㎜)이며, L = 60 ㎜와 L = 90 ㎜의 2가지로 하였다.

Vf는, 상기 처리 통로에서의 프로세스 가스 유속이며, Vf = 306 ㎜/초 = 18.36 m/분과, Vf = 612 ㎜/초 = 36.72 m/분의 2가지로 하였다.

Vs는, 상기 이동 기구에 의한 반송 속도이며, Vs = 25 ㎜/초 = 1.5 m/분과, Vs = 50 ㎜/초 = 3.0 m/분의 2가지로 하였다. 상기 처리 헤드를 고정하고, 기판을 상기 배기구로부터 상기 도입구를 향하게 하는 방향(상기 처리 통로에서의 프로세스 가스의 흐름과는 역방향)으로 반송시켰다.

CA는 발수화 처리 후의 기판 표면의 접촉각이다.

그 밖의 조건은 하기와 같다.

프로세스 가스 ; N₂ + CF₄

처리 헤드의 하면과 기판 사이의 갭 ; 1.0 ㎜

도9는 표1을 그래프화한 것이다. 도9의 횡축은, L × Vf / Vs(단위 : ㎜)이다.

상기한 결과로부터, 충분한 처리 능력을 얻는 조건으로서 다음 식 1a가 도출되었다.

k = L × Vf / Vs > 700 … (식 1a)

다음 식 2a가 충족되는 것이, 보다 바람직하다.

k = L × Vf / Vs > 1400 … (식 2a)

상기 표1 및 도9의 데이터는 대기 분위기 하에서의 것이고, 플라즈마 방전 공간에 말려들어 오는 분위기 중의 산소 농도는, 약 20 ％였다. 한편, 분위기 중의 산소 농도가 바뀌면, 그에 수반하여 말려드는 산소량도 바뀌므로 상기 k의 하한치가 바뀐다.

분위기 중의 산소 농도도 고려하면, 식 1a 및 식 2a는 각각 다음 식 1 및 식 2로 치환된다.

k = L × Vf / Vs > 700 × r … (식 1)

k = L × Vf / Vs > 1400 × r … (식 2)

여기서, r은 대기 중의 산소 농도(약 20 ％)에 대한 분위기 중의 산소 농도(엄밀하게는 상기 배기구에서의 프로세스 가스를 제외한 분위기 중의 산소 농도)의 비이다.

그래서, 다음의 관계가 충족되는 것이 바람직하다.

L × Vf / Vs > 700 × r (식 1)

다음의 관계가 충족되는 것이 보다 바람직하다.

L × Vf / Vs > 1400 × r (식 2)

여기서,

L : 상기 방전 공간의 하류 단부로부터 배기구까지의 거리, 즉 상기 처리 통로에 있어서의 상기 방전 공간보다 하류측의 통로부의 길이(㎜)

Vf : 상기 처리 통로에서의 프로세스 가스 유속

Vs : 상기 이동 기구에 의한 반송 속도

r : 대기 중의 산소 농도에 대한 상기 배기구에서의 프로세스 가스를 제외한 분위기 중의 산소 농도의 비

이에 의해, 분위기가 처리 통로로 말려드는 것을 방지 내지 억제할 수 있고, 상기 방전 공간의 하류 단부로부터 배기구까지의 거리(L)를 충분히 취하면, 반송 속도(Vs)를 크게 해도 프로세스 가스의 사용량을 증가시키는 일 없이 처리 능력을 유지할 수 있다.

상기 이동 기구에 의한 반송 속도(Vs)는, 바람직하게는 Vs > 2 m/분이고, 보다 바람직하게는 Vs > 4 m/분이다. 본 발명에 따르면, Vs > 2 m/분은 물론, Vs > 4 m/분의 고속 스캔하에서도, 분위기가 처리 통로로 말려드는 것을 확실하게 방지 내지 억제할 수 있어, 처리 능력을 확실하게 유지할 수 있다.

발수화 처리의 경우의 프로세스 가스는, CF₄ 등의 불화 탄소 화합물을 주 성분으로 하는 것이 바람직하고, 이것에 질소를 포함시키는 것이 바람직하다.

처리 통로의 하류측부에서의 산소 농도는, 방전 공간에 가까운 위치일수록 작아질 것이라 생각된다.

발수화 처리에서는, 방전 공간에서의 산소 농도가 100 ppm 이하인 것이 요구된다. 그래서, 방전 공간의 하류 단부에서의 산소 농도가 100 ppm 이하가 되도록 상기 L, Vf, Vs, r을 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 발수화 처리에 있어서의 처리 능력을 확실하게 확보할 수 있다.

상기 처리 유닛에는 상기 배기구를 사이에 두고 상기 처리 통로의 반대측에 커튼 가스(curtain gas)의 취출부(吹出部)를 설치하여, 상기 처리 통로의 프로세스 가스 유량과, 상기 취출부로부터의 커튼 가스 유량과, 상기 배기구로부터의 배기 유량에 의해 상기 r을 조절하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 대략 대기압 하에 있어서의 발수화 처리 등에 있어서는, 외부 분위기의 말려듦이 있으면, 말려든 분위기 중의 산소에 의해 처리 통로의 하류측의 단부에서의 처리 능력이 저하되어 버리지만, 세정 처리 등과 같이 산소가 제로보다도 미량 혼입되어 있는 쪽이 처리 능력이 높아지는 것도 있다.

그래서, 상기 처리 유닛을 기판에 대해 상대적으로 왕복 이동시키면서 기판의 플라즈마 처리를 행할 때에, 상기 처리 유닛과 기판과의 사이의 처리 통로 내의 프로세스 가스류의 방향을 상기 처리 유닛의 상대 이동 방향에 따라서 절환하는 것으로 해도 좋다.

외부 분위기가 처리 통로에 말려드는 것을 되도록 저지하는 처리(예를 들어, 발수화 처리)에 있어서는, 다음과 같이 동작하는 것이 바람직하다.

상기 처리 유닛이 왕(往) 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입한다. 상기 처리 통로의 복(復) 방향측의 단부로부터의 프로세스 가스 도입은 거의 정지하고, 바람직하게는 완전히 정지한다. 이에 의해, 프로세스 가스가 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 복 방향측의 단부를 향해 흐른다. 상기 처리 유닛의 상대 이동 방향이 왕 방향으로부터 복 방향으로 반전(反轉)할 때, 프로세스 가스의 주요한 도입 위치를 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 복 방향측의 단부로 절환한다. 그리고, 상기 처리 유닛이 복 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입한다. 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터의 프로세스 가스 도입은 거의 정지하고, 바람직하게는 완전히 정지한다. 이에 의해, 프로세스 가스가 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 왕 방향측의 단부를 향해 흐른다. 상기 처리 유닛의 상대 이동 방향이 복 방향으로부터 왕 방향으로 반전할 때, 프로세스 가스의 주된 도입 위치를 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 왕 방향측의 단부로 절환한다.

외부 분위기의 처리 통로에의 약간의 말려듦을 허용하는 처리(예를 들어, 세정 처리)에 있어서는, 다음과 같이 동작하는 것이 바람직하다.

상기 처리 유닛이 왕 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입한다. 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터의 프로세스 가스 도입은 거의 정지하고, 바람직하게는 완전히 정지한다. 이에 의해, 프로세스 가스가 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 왕 방향측의 단부를 향해 흐른다. 상기 처리 유닛의 상대 이동 방향이 왕 방향으로부터 복 방향으로 반전할 때, 프로세스 가스의 중심이 된 도입 위치를 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 왕 방향측의 단부로 절환한다. 그리고, 상기 처리 유닛이 복 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입한다. 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터의 프로세스 가스 도입은 거의 정지하고, 바람직하게는 완전히 정지한다. 이에 의해, 프로세스 가스가 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 복 방향측의 단부를 향해 흐른다. 상기 처리 유닛의 상대 이동 방향이 복 방향으로부터 왕 방향으로 반전할 때, 프로세스 가스의 중심이 된 도입 위치를 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 복 방향측의 단부로 절환한다.

상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부와 복 방향측의 단부 중, 상기 프로세스 가스의 도입 위치가 되는 단부와는 반대측의 단부를 흡인 배기하도록 해도 좋다. 그 경우, 흡인 배기 위치는 프로세스 가스 도입 위치의 절환과 병행하여 절환하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 외부 분위기가 처리 통로로 말려드는 것을 되도록 저지하는 처리(예를 들어, 발수화 처리)에 있어서는, 다음과 같이 동작하는 것이 바람직하다.

상기 처리 유닛이 왕 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입하는 동시에 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 흡인 배기를 행한다. 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터의 흡인 배기는 완전히 정지해도 좋고 약간(상기 복 방향측의 흡인 배기보다 소량)의 흡인 배기를 행해도 좋다. 이에 의해, 프로세스 가스가 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 복 방향측의 단부를 향해 확실하게 흐른다. 한편, 상기 처리 유닛이 복 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입하는 동시에, 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 흡인 배기를 행한다. 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터의 흡인 배기는 완전히 정지해도 좋고 약간(상기 왕 방향측의 흡인 배기보다 소량)의 흡인 배기를 행해도 좋다. 이에 의해, 프로세스 가스가 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 왕 방향측의 단부를 향해 확실하게 흐른다.

외부 분위기의 처리 통로에의 약간의 말려듦을 허용하는 처리(예를 들어, 세정 처리)에 있어서는, 다음과 같이 동작하는 것이 바람직하다.

상기 처리 유닛이 왕 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입하는 동시에 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 흡인 배기를 행한다. 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터의 흡인 배기는 완전히 정지해도 좋고 약간(상기 왕 방향측의 흡인 배기보다 소량)의 흡인 배기를 행해도 좋다. 이에 의해, 프로세스 가스가 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 왕 방향측의 단부를 향해 확실하게 흐른다. 한편, 상기 처리 유닛이 복 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입하는 동시에 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 흡인 배기를 행하는 것으로 하면 좋다. 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터의 흡인 배기는 완전히 정지해도 좋고 약간(상기 복 방향측의 흡인 배기보다 소량)의 흡인 배기를 행해도 좋다. 이에 의해, 프로세스 가스가 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 복 방향측의 단부를 향해 확실하게 흐른다.

상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부와 복 방향측의 단부 중, 주로 상기 프로세스 가스의 도입 위치가 되는 단부의 외측에 가스 커튼을 형성하는 것으로 해도 좋다. 그 경우, 주된 가스 커튼 형성 위치는, 프로세스 가스 도입 위치의 절환과 병행하여 절환하면 좋다.

예를 들어, 외부 분위기가 처리 통로로 말려드는 것을 되도록 저지하는 처리(예를 들어, 발수화 처리)에 있어서는, 상기 처리 유닛이 왕 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입하는 동시에 이 프로세스 가스 도입 위치보다 왕 방향의 외측에 가스 커튼을 형성하고, 상기 처리 유닛이 복 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입하는 동시에 이 프로세스 가스 도입 위치보다 복 방향의 외측에 가스 커튼을 형성하는 것으로 해도 좋다.

외부 분위기의 처리 통로에의 약간의 말려듦을 허용하는 처리(예를 들어, 세정 처리)에 있어서는, 상기 처리 유닛이 왕 방향으로 상대 이동할 때에는, 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입하는 동시에 이 프로세스 가스 도입 위치보다 복 방향의 외측에 가스 커튼을 형성하고, 상기 처리 유닛이 복 방향으로 상대 이동할 때에는 프로세스 가스를 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부로부터 처리 통로 내로 도입하는 동시에 이 프로세스 가스 도입 위치보다 왕 방향의 외측에 가스 커튼을 형성하는 것으로 해도 좋다.

프로세스 가스의 도입 위치의 절환과, 배기 위치의 절환과, 가스 커튼 형성 위치의 절환을 조합해도 좋다. 가스 커튼 형성측의 단부에서는 커튼 가스를 흡인 배기하기 위한 흡입을 행해도 좋다.

상기한 절환 방법에 대응하는 장치 구성으로서,

상기 처리 유닛의 상기 처리 통로를 따른 양 단부에는, 각각 상기 처리 통로 내에 프로세스 가스를 도입하는 한 쌍의 도입 노즐이 설치되어 있고,

상기 처리 유닛을 기판에 대해 상대적으로 상기 한 쌍의 도입 노즐의 대치 방향으로 왕복 이동시키는 이동 기구와,

상기 이동 기구에 의한 이동 방향에 따라서 상기 한 쌍의 도입 노즐 중 1개를 택일적으로 프로세스 가스원에 연결하는 도입 노즐 절환 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

외부 분위기가 처리 통로로 말려드는 것을 되도록 저지하는 처리(예를 들어, 발수화 처리)에 있어서는, 상기 도입 노즐 절환 수단은 상기 처리 유닛이 왕 방향으로 상대 이동할 때에는, 상기 한 쌍의 도입 노즐 중 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부의 도입 노즐을 선택하여 프로세스 가스원에 연결하고, 상기 처리 유닛이 복 방향으로 상대 이동할 때에는, 상기 한 쌍의 도입 노즐 중 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부의 도입 노즐을 선택하여 프로세스 가스원에 연결하도록 하면 좋다.

외부 분위기의 처리 통로로의 약간의 말려듦을 허용하는 처리(예를 들어, 세정 처리)에 있어서는, 상기 도입 노즐 절환 수단은, 상기 처리 유닛이 왕 방향으로 상대 이동할 때에는, 상기 한 쌍의 도입 노즐 중 상기 처리 통로의 복 방향측의 단부의 도입 노즐을 선택하여 프로세스 가스원에 연결하고, 상기 처리 유닛이 복 방향으로 상대 이동할 때에는, 상기 한 쌍의 도입 노즐 중 상기 처리 통로의 왕 방향측의 단부의 도입 노즐을 선택하여 프로세스 가스원에 연결하도록 하면 좋다.

상기 처리 유닛의 양 측부에는 한 쌍의 배기 노즐이 각각 설치되어 있고,

상기 이동 기구에 의한 이동 방향에 따라서 선택된 도입 노즐과는 반대측의 배기 노즐을 선택하여 배기 장치에 연결하는 배기 노즐 절환 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이 경우의 배기 노즐은, 상기 도입 노즐보다 외측에 배치되어 있어도 좋고 도입 노즐보다 내측에 배치되어 있어도 좋다. 배기 노즐 절환 수단으로 선택되지 않는 측의 배기 노즐은 배기 장치로부터 차단되는 것이 바람직하다.

상기 처리 유닛의 상기 한 쌍의 도입 노즐의 외측에는 배기 장치에 연결되는 한 쌍의 배기 노즐이 각각 설치되어 있고,

상기 이동 기구에 의한 이동 방향에 따라서 선택된 도입 노즐과는 반대측의 배기 노즐의 흡인량을 상대적으로 크게 하고, 상기 선택된 도입 노즐과 같은 측의 배기 노즐의 흡인량을 상대적으로 작게 하는 배기 노즐 조절 수단을 구비하고 있어도 좋다.

상기 처리 유닛의 상기 한 쌍의 도입 노즐의 외측에는 가스 커튼을 형성하기 위한 한 쌍의 커튼 노즐이 각각 설치되어 있고,

상기 이동 기구에 의한 이동 방향에 따라서 선택된 도입 노즐과 같은 측의 커튼 노즐을 선택하여 커튼 가스원에 연결하는 커튼 노즐 절환 수단을 구비한 것이 바람직하다. 커튼 노즐 절환 수단으로 선택되지 않는 측의 커튼 노즐은 커튼 가스원으로부터 차단되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 전극이 다른 부재로부터 거의 독립하여 자유 열 팽창할 수 있어, 고체 유전체 판과의 열 팽창차나 하우징의 구속에 의해 휨 변형을 초래하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 전극을 자중에 의한 압박력으로 고체 유전체 판에 상시 접촉시킬 수 있다. 이에 의해, 전극과 고체 유전체 판과의 사이에 아킹이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 고체 유전체 판에는, 전극과의 열 팽창차에 의한 열 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 파손을 방지할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 처리 장치를 도시하는 것으로, 도2의 I-I선을 따른 정면 단면도이다.

도2는 도1의 II-II선을 따른 상기 상압 플라즈마 처리 장치의 측면 단면도이다.

도3은 상기 상압 플라즈마 처리 장치의 좌측의 처리 통로를 확대하여 도시하는 정면 단면도이다.

도4는 상기 상압 플라즈마 처리 장치의 전극의 변형 태양을 도시하는 사시도이다.

도5는 상기 상압 플라즈마 처리 장치의 전극의 다른 변형 태양을 도시하는 사시도이다.

도6은 발수화용의 상압 플라즈마 처리 장치의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 정면도이다.

도7은 발수화용의 상압 플라즈마 처리 장치의 다른 실시 형태를 개략적으로 도시하는 정면도이다.

도8은 발수화용의 상압 플라즈마 처리에 있어서의 적합 설정 조건(식 1 및 식 2)을 도출하는 연구 과정에 있어서, 유리 기판 상의 레지스트막을 발수화 처리하였을 때의 반송 속도에 대한 처리 후 접촉각을 나타내는 그래프이다.

도9는 발수화용의 상압 플라즈마 처리에 있어서의 적합 설정 조건(식 1 및 식 2)을 도출하는 연구 과정에 있어서, 상압 플라즈마 처리 장치의 처리 통로의 하류측부의 길이와, 처리 통로에서의 프로세스 가스 유속과, 반송 속도를 조절한 경우의 발수화 처리 후의 접촉각을 나타내는 그래프이다.

도10은 프로세스 가스 도입 위치의 절환 수단을 갖는 발수화용의 상압 플라즈마 처리 장치의 실시 형태를 개략적으로 도시하는 정면 해설도이다.

도11은 도10의 실시 형태의 처리 유닛이 기판에 대해 좌측 방향으로 이동하 고 있을 때의 가스류의 상태를 도시하는 정면 해설도이다.

도12는 도10의 실시 형태의 처리 유닛이 기판에 대해 우측 방향으로 이동하고 있을 때의 가스류의 상태를 도시하는 정면 해설도이다.

도13은 프로세스 가스 도입 위치의 절환 수단을 갖는 발수화용의 상압 플라즈마 처리 장치의 다른 실시 형태를 개략적으로 도시하는 정면 해설도이다.

도14는 도13의 실시 형태의 처리 유닛이 기판에 대해 좌측 방향으로 이동하고 있을 때의 가스류의 상태를 도시하는 정면 해설도이다.

도15는 도13의 실시 형태의 처리 유닛이 기판에 대해 우측 방향으로 이동하고 있을 때의 가스류의 상태를 도시하는 정면 해설도이다.

[부호의 설명]

M : 플라즈마 처리 장치

F : 이동 기구

G : 프로세스 가스원

H : 처리 헤드

L : 처리 통로의 하류측부의 길이(방전 공간의 하류 단부로부터 배기구까지의 거리)

S : 스테이지

W : 기판

10L, 10R : 처리 유닛

11 : 프로세스 가스 도입로

12 : 처리 통로

12a : 방전 공간

12b : 처리 통로에 있어서의 방전 공간의 상류측에 연결되는 공간(처리 통로의 상류측부)

12c : 처리 통로에 있어서의 방전 공간의 하류측에 연결되는 공간(처리 통로의 하류측부)

20 : 하우징

29, 29a, 29b : 하우징 내 공간

30 : 전극

30a, 30b : 전극 내 통로

31 : 사각 파이프

32U, 32L : 평판

34 : 제1 금속 부재

35 : 제2 금속 부재

46a : 전극 규제부

50 : 고체 유전체 판

61 : 상류측의 금속제 판 지지 부재(상류 부재)

61a : 상류측의 판 지지부

62 : 하류측의 금속제 판 지지 부재(하류 부재)

62a : 하류측의 판 지지부

73a : 질소 도입로

74a : 질소 도출로

80 : 프로세스 가스 공급계

82 : 공통 공급로

83 : 전자기 삼방 밸브(도입 노즐 절환 수단)

84L, 84R, 104L, 104R : 개별 공급로

85L, 85R : 가스 도입 노즐

90 : 배기계

91 : 배기 수단

92 : 공통 배기로

93 : 전자기 삼방 밸브(배기 노즐 절환 수단)

93L, 93R : 전자기 유량 제어 밸브(배기 노즐 조절 수단)

94L, 94R : 개별 배기로

95 : 배기통

95a : 배기구

95L, 95R : 배기 노즐

100 : 커튼 가스 공급계

101 : 커튼 가스원

102 : 공통 공급로

103 : 전자기 삼방 밸브(커튼 노즐 절환 수단)

105, 105L, 105R : 커튼 노즐(커튼 가스 취출부)

이하, 본 발명의 제1 실시 형태를 도면에 따라서 설명한다.

도1에 도시한 바와 같이, 상압 플라즈마 처리 장치(M)는 처리 헤드(H)와, 스테이지(S)를 구비하고 있다. 처리 헤드(H)는 장치 프레임(도시하지 않음)에 고정, 지지되어 있다. 처리 헤드(H)는 좌우 2개(복수)의 처리 유닛(10)을 갖고 있다. 2개의 처리 유닛(10)의 사이에는 좁은 간극(11)이 형성되어 있다. 간극(11)의 두께는, 예를 들어 1 ㎜ 정도이다. 이 간극(11)의 상단부에 프로세스 가스원(G)이 접속되어 있다. 간극(11)은 프로세스 가스의 도입로로서 제공되어 있다. 간극(11)의 하단부 개구(11a)는 프로세스 가스를 후기 처리 통로(12)로 도입하는 도입구로서 제공되어 있다. 프로세스 가스는 처리 내용에 따른 가스종이 이용된다. 예를 들어, 에칭 처리에서는, CF₄ 등의 불소계 가스를 주 성분으로 하고, 이것에 미량의 물 등을 첨가한 혼합 가스 등이 이용된다.

처리 헤드(H)의 좌우 양측에는 배기통(95)이 각각 설치되어 있다. 배기통(95)의 하면은 처리 헤드(H)의 하면과 수평하게 되어 있다. 배기통(95)의 하단부면은 처리 헤드(H)의 하면과 수평하지 않게 되어 있어도 좋다.

배기통(95)의 하면에는 슬릿형의 배기구(95a)가 형성되어 있다. 도시는 생략하지만, 배기통(95)의 상단부는 흡인 펌프 등의 배기 수단에 접속되어 있다.

처리 헤드(H)의 하방에, 상기 스테이지(S)가 설치되어 있다. 스테이지(S) 는, 전기적으로 접지되고, 후기 인가 전극(30)에 대한 접지 전극을 구성하고 있다. 스테이지(S)에는 이동 기구(F)(도3)가 접속되어 있다. 이 이동 기구(F)에 의해, 스테이지(S)가 좌우 방향으로 이동되도록 되어 있다. 스테이지(S)가 고정되고, 처리 헤드(H)가 이동되도록 되어 있어도 좋다.

스테이지(S)의 상면에, 처리할 기판(W)이 배치되도록 되어 있다. 이에 의해, 처리 헤드(H)와 기판(W)과의 사이에, 중앙부로부터 좌우 방향을 향하는 처리 통로(12)가 형성되도록 되어 있다. 처리 통로(12)의 두께[워킹 디스턴스(working distance)]는, 예를 들어 1 ㎜ 내지 2 ㎜이다.

기판(W)이, 직접적으로 전기적으로 접지되어 있어도 좋다.

2개의 처리 유닛(10, 10)은, 좌우 대칭 형상을 이루고 있다. 2개의 처리 유닛(10L, 10R)은 서로 형상, 치수, 구조 등이 달라도 좋다. 이하, 2개의 처리 유닛(10)을 서로 구별할 때에는, 좌측의 처리 유닛(10)에 L을 붙이고, 우측의 처리 유닛(10)에 R을 붙이는 것으로 한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 좌측의 처리 유닛(10L)에 대해 그 구조를 설명한다.

도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 처리 유닛(10)은 본체로서의 하우징(20)과, 이 하우징(20)의 내부에 수용된 전극(30)을 구비하고, 전후 방향(도1의 지면과 직교하는 방향, 도2의 좌우 방향)으로 길게 연장되어 있다.

하우징(20)은, 도시하지 않은 가대(架臺)에 지지된 하우징 본체(21)와, 이 하우징 본체(21)의 내주면에 마련된 라이닝(lining) 부재(40)를 갖고 있다.

하우징 본체(21)는 좌우의 벽(22)과, 전후의 벽(23)과, 상부판(25)을 갖고, 바닥부가 개방되어 있다. 이 하우징 본체(21)의 각 구성 부재(22, 23, 25)는, 스테인레스 등의 금속으로 구성되어 있다. 하우징 본체(21)의 좌우 방향의 외폭은, 예를 들어 100 m 정도이고, 전후 방향의 길이는 예를 들어 2 m 이상이다.

라이닝 부재(40)는 하우징 본체(21)의 좌우의 벽(22)의 내측면에 마련된 내벽부(42)와, 전후의 벽(23)의 내측면에 마련된 내벽부(43, 44)와, 상부판(25)의 하면에 마련된 천장부(45)를 포함하고 있다. 이 내벽 부재(40)의 각 구성 부재(42, 43, 44, 45)는 수지 등의 절연성 재료로 구성되어 있다.

하우징 본체(21)의 하부에는, 알루미나나 석영 등의 세라믹으로 이루어지는 고체 유전체 판(50)이 설치되어 있다. 고체 유전체 판(50)은 전후 방향으로 길게 연장되는 얇은 평판형을 이루고 있고, 그 두께는 예를 들어 2 ㎜ 정도이고, 폭은 예를 들어 60 ㎜ 정도이고, 길이는 상기 하우징(20)과 거의 동일하며 2 m 이상에 이르고 있다. 이 고체 유전체 판(50)에 의해 하우징 본체(21)의 바닥부가 폐색되어 있다.

고체 유전체 판(50)은, 다음과 같이 하여 지지되어 있다.

도1 및 도3에 도시한 바와 같이, 고체 유전체 판(50)의 폭 방향의 양 단부면은 하향 경사면으로 되어 있다. 한편, 하우징 본체(21)의 좌우의 벽(22)의 하단부에는, 한 쌍의 판 지지 부재(61, 62)가 볼트 체결에 의해 고정되어 있다. 이들 판 지지 부재(61, 62)의 하단부에는, 서로 마주보는 방향으로 돌출하는 판 지지부(61a, 62a)가 각각 설치되어 있다. 판 지지부(61a, 62a)의 단부면은, 상향 경사면으로 되어 있다. 이들 판 지지부(61a, 62a)의 상향 경사 단부면(판 지지면) 상 에, 고체 유전체 판(50)의 하향 경사 단부면이 각각 접촉되어 있다. 이에 의해, 고체 유전체 판(50)이, 양측의 판 지지 부재(61, 62) 사이에 걸쳐지도록 하여 수평으로 지지되어 있다. 고체 유전체 판(50)은, 이 피지지 상태에서 길이 방향으로 변위 가능하게 되어 있다. 고체 유전체 판(50)의 전단부 또는 후단부와 하우징(20)의 내벽부(43 또는 44)와의 사이에는 변위를 허용하는 클리어런스(clearance)가 형성되어 있다.

고체 유전체 판(50)의 상면의 좌우 양 측부는, 하우징 본체(21)의 좌우의 벽(22)의 하단부면에 접촉되어 있다. 도시는 생략하지만, 이 고체 유전체(50)와 벽(22)의 하단부면의 사이에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 개재되어 있다.

처리 유닛(10L)의 우측[처리 통로(12)의 상류측부]의 판 지지 부재(61)는, 하우징 본체(21)와 동일한 금속(예를 들어, 스테인레스)으로 구성되어 있다. 처리 유닛(10L)의 좌측[처리 통로(12)의 하류측부]의 판 지지 부재(62)는 수지로 구성되어 있다. 이 판 지지 부재(62)를 구성하는 수지 재료는, 오존이나 HF계 가스 등의 부식성 물질에 대한 내부식성이 양호한 것이 바람직하다. 그러한 수지로서, 테프론(등록 상표)계의 수지가 적합하며, PVDF(폴리불화비닐리덴)가 보다 적합하다. PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)라도 좋고, PEEK(폴리에테르에테르케톤)라도 좋다. 수지제의 판 지지 부재(62)는 금속제의 판 지지 부재(61)보다 연질인 것은 물론, 세라믹제의 고체 유전체 판(50)보다도 연질로 되어 있다.

도3에 도시한 바와 같이, 고체 유전체 판(50)의 우측부의 하면과, 금속제의 판 지지 부재(61)의 하면은, 기판(W)과 협동하여 처리 통로(12)에 있어서의 후기 방전 공간(12a)보다 상류측의 통로부(12b)를 형성하고 있다. 상류측 통로부(12b)는, 프로세스 가스 도입구(11a)로부터 방전 공간(12a)의 상류 단부까지의 사이의 처리 통로(12)를 차지하고 있다.

고체 유전체 판(50)의 좌측부의 하면과, 내부식성 수지제의 판 지지 부재(62)의 하면은, 기판(W)과 협동하여 처리 통로(12)에 있어서의 후기 방전 공간(12a)보다 하류측의 통로부(12c)를 형성하고 있다. 하류측 통로부(12c)는 방전 공간(12a)의 하류 단부로부터 배기구(95a)까지의 사이의 처리 통로(12)를 차지하고 있다.

다음에, 처리 유닛(10)의 내부의 전극(30)에 대해 설명한다.

도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 전극(30)은 알루미늄이나 스테인레스 등의 금속으로 구성되고, 단면 사각 형상을 이루어 전후 수평 방향으로 길게 연장되어 있다. 이 전극(30)의 길이는, 예를 들어 약 2 m이다. 전극(30)의 상부에는, 리브(33)가 마련되어 있다. 리브(33)의 전극(30)에의 고정 수단은, 볼트(도시하지 않음) 등이 이용되어 있다. 리브(33)는 전극(30)과 동일 방향으로 연장되고, 전극(30)을 보강하여 전극(30)의 휨을 방지하고 있다. 리브(33)는 전극(30)과 마찬가지로 금속(스테인레스 등)으로 구성되고, 전극(30)과 전기적으로 일체로 되어 있다. 도시는 생략하지만, 리브(33)에 급전 핀이 돌출되고, 이 급전 핀으로부터 급전선이 연장되어 전원에 접속되어 있다. 이에 의해, 전극(30)에의 급전이 이루어지도록 되어 있다. 이 급전에 의해, 전극(30)과 그 하방의 접지 전극으로서의 기판(W) 등과의 사이[처리 통로(12)의 중앙 부분(12a)]에 상압 글로 방전(glow discharge) 플라즈마가 발생하여, 처리 통로(12)의 중앙 부분(12a)이 방전 공간이 되도록 되어 있다. 전극(30)의 하면은「방전 공간 형성면」이 된다.

전원은, 2개의 처리 유닛(10L, 10R)에 공통인 것이 이용되어 있다.

전극(30)[리브(33)를 포함함]의 단위 길이당의 무게는, 예를 들어 30 내지 60 g/cm이다. 이 전극(30)이, 하우징(20) 내에 수용되는 동시에, 고체 유전체 판(50)의 상면에 비고정 상태로 단순히 적재되어 있다. 이에 의해, 전극(30)[리브(33)를 포함함]의 전체 자중이, 고체 유전체 판(50)에 걸려 있다. 이 전극(30)의 자중에 의한 압박력에 의해, 전극(30)의 편평한 하면의 전체가, 고체 유전체 판(50)의 편평한 상면에 꼭 압박되어 있다. 2 ㎜ 두께의 세라믹제의 고체 유전체 판(50)은, 이 전극 하중에 충분히 견딜 수 있는 강도를 갖고 있다.

전극(30)의 전단부는, 하우징(20)의 전방측의 내벽부(43)에서 위치 결정되어 있다. 한편, 전극(30)의 후단부와 하우징(20)의 후방측의 내벽부(44)와의 사이에는 클리어런스가 형성되어 있다. 이에 의해, 전극(30)은 길이 방향으로 자유로워져 열 팽창·수축 가능하게 되어 있다.

하우징(20)의 천장부(45)에는 절연 수지로 이루어지는 전극 규제 부재(46)가 현수되어 있다. 전극 규제 부재(46)의 하면에는, 좌우 한 쌍의 전극 규제부(46a)가 아래로 돌출하도록 설치되어 있다. 이들 좌우의 전극 규제부(46a)의 사이에, 리브(33)의 상단부가 삽입되어 있다. 이들 전극 규제부(46a)와 리브(33)와의 사이에는, 어느 정도(예를 들어, 0.5 ㎜ 정도)의 유격이 마련되어 있다. 좌우의 전극 규제부(46a)는, 이 유격을 허용하면서 전극(30)의 좌우 방향의 위치를 규제하고 있 다.

전극(30)의 내부에는, 2개의 통로(30a, 30b)가 형성되어 있다. 이들 전극 내 통로(30a, 30b)는 서로 좌우로 나열되고, 전극(30)의 전체 길이에 걸쳐 전후로 연장되어 있다. 한쪽의 전극 내 통로(30a)의 전방측(도2에 있어서 좌측)의 단부는, 전방측의 내벽부(43)와 상부판(25)에 형성된 질소 도입로(71a) 및 질소 도입 커넥터(71c)를 통해, 질소 공급관(71)에 접속되어 있다. 질소 공급관(71)은, 도시하지 않은 질소 가스원에 접속되어 있다. 질소 가스원에는, 실질적으로 순수(불가피적 불순물을 포함함)한 질소 가스가 압축되어 축적되어 있다. 전극 내 통로(30a)의 후방측의 단부는, 후방측의 내벽부(44)에 형성된 연통로(44a)를 통해, 다른 하나의 전극 내 통로(30b)의 후방측의 단부에 연결되어 있다. 이 전극 내 통로(30b) 전방측의 단부는, 전방측의 내벽부(43)와 상부판(25)에 형성된 질소 도출로(72a) 및 질소 도출 커넥터(72c)를 통해 질소 회수로(72)에 접속되어 있다.

하우징(20)의 라이닝 부재(40)와 전극(30)과의 사이에는, 하우징 내 공간(29)이 형성되어 있다. 하우징 내 공간(29)은, 전극(30)[리브(33)를 포함함] 및 전극 규제 부재(46)를 사이에 두고 2개로 나누어져 있다. 이들 2개의 하우징 내 공간을 구별할 때에는, 부호에 a 또는 b를 붙이는 것으로 한다. 처리 유닛(10L)에 있어서의 좌측의 하우징 내 공간(29a)의 전방측의 단부는, 전방측의 내벽부(43)와 상부판(25)에 형성된 질소 도입로(73a) 및 질소 도입 커넥터(73c)를 통해 질소 공급관(73)에 접속되어 있다. 질소 공급관(73)은 상기 질소 가스원에 접속되어 있다. 하우징 내 공간(29a)의 후방측의 단부는, 후방측의 내벽부(44)에 형성된 연통 로(44b)를 통해, 우측의 하우징 내 공간(29b)의 후방측의 단부에 연결되어 있다. 이 하우징 내 공간(29b) 전방측의 단부는, 전방측의 내벽부(43)와 상부판(25)에 형성된 질소 도출로(74a) 및 질소 도출 커넥터(74c)를 통해 질소 회수로(74)에 접속되어 있다.

상기 구성의 플라즈마 처리 장치(M)에 의해 기판(W)을 플라즈마 처리할 때에는, 처리 유닛(10L, 10R)의 하방에 기판(W)을 배치하는 동시에, 프로세스 가스원(G)의 CF₄ 등을 포함하는 프로세스 가스를 가스 도입로(11)로 송입한다. 이 프로세스 가스는 가스 도입로(11)를 지나 좌우의 처리 통로(12)로 분류(分流)하고, 상기 처리 통로(12)의 상류측 부분(12b)을 통해 중앙 부분(12a)으로 들어온다. 병행하여, 전원으로부터 전극(30)으로 전압 공급한다. 이에 의해, 처리 통로(12)의 중앙 부분(12a)이, 상압의 플라즈마 방전 공간이 되어, 프로세스 가스를 플라즈마화할 수 있다. 이 플라즈마화된 프로세스 가스가 기판(W)의 표면에 닿음으로써, 에칭 등의 플라즈마 처리를 상압 상태에서 행할 수 있다.

이 처리 반응에 의해 오존이나 HF계 가스 등의 부식성 물질이 발생한다. 이 부식성 물질을 포함하는 처리된 가스는, 방전 공간(12a)보다 하류측의 통로부(12c)를 지나, 배기구(95a)로부터 배기통(95) 내로 흡입되어, 배기된다. 여기서, 하류측의 통로부(12c)를 형성하는 판 지지 부재(62)는 내부식성이므로, 상기 부식성 물질에 노출되어도 부식을 초래하지 않도록 할 수 있다. 이에 의해, 오염의 발생을 방지할 수 있다.

전극(30)은 상기한 방전에 의해 열을 갖고, 주로 길이 방향으로 팽창하려고 한다. 이 전극(30)은 길이 방향으로 자유롭게 되어 있어, 길이 방향으로 자유 열 팽창할 수 있으므로, 내부에 하우징(20)의 구속에 의한 열 응력이 발생하는 일이 없다. 마찬가지로, 고체 유전체 판(50)도 길이 방향으로 자유 열 팽창할 수 있어, 하우징(20)에 의한 열 응력이 발생하는 일이 없다. 게다가, 전극(30)이 고체 유전체 판(50) 상에 비고정 상태로 단순히 적재되어 있을 뿐이므로, 전극(30)과 고체 유전체 판(50)은 서로 독립하여 열 팽창할 수 있어, 서로의 열 팽창차에 의한 열 응력을 서로 미치게 하는 일이 없다. 따라서, 전극(30)은 길이 방향으로 곧게 연신 변형하는 것만으로 휨 변형을 초래하는 일이 없어, 고체 유전체 판(50)도 휘지 않도록 할 수 있다. 게다가, 전극(30)이 자중에 의해 고체 유전체 판(50)에 압박되어 있으므로, 전극(30)의 하면과 고체 유전체 판(50)의 상면과의 접촉 상태를 항상 유지할 수 있다. 이에 의해, 전극(30)과 고체 유전체 판(50)의 사이에 간극이 형성되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 이 결과, 전극(30)과 고체 유전체 판(50)의 사이에 아킹이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 고체 유전체 판(50)은 전극(30)과의 열 팽창차에 의한 열 응력을 받는 일이 없는 데 더하여, 좌우 양 단부의 지지 기구와 전후 단부면의 클리어런스에 의해 길이 방향의 변위를 허용하고 있으므로, 하우징(20) 등의 구속에 의한 열 응력을 받는 일도 없다. 이에 의해, 고체 유전체 판(50)이 열 응력에 의해 균열되는 것을 방지할 수 있다.

상기 프로세스 가스의 유통과 병행하여, 상기 질소 가스원의 순수 질소 가스 를 유통시킨다. 이 질소 가스의 일부는, 질소 공급관(71), 질소 도입 커넥터(71c), 질소 도입로(71a)를 차례로 거쳐서, 전극(30) 내의 한쪽의 통로(30a)의 전단부에 도입된다. 그리고, 전극 내 통로(30a)를 전단부로부터 후단부로 흐른다. 이어서, 연통로(44a)를 통해, 다른 쪽의 전극 내 통로(30b)를 후단부로부터 전단부로 흐른다. 그리고, 질소 도출로(72a)로부터 질소 도출 커넥터(72c)를 통해, 질소 회수로(72)로 송출된다. 이에 의해, 전극(30)을 내부로부터 냉각·온도 조정할 수 있다. 게다가, 전극(30)의 길이 방향을 따라 질소가 왕복하게 되므로, 전극(30)의 전체를 치우침 없이 균일하게 냉각·온도 조정할 수 있어, 온도 분포가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 냉매(온도 조정 매체)로서 질소를 이용하고 있으므로, 누전 등을 일으킬 우려가 없다.

또한, 상기 질소 가스원의 질소 가스의 다른 일부는, 질소 공급관(73), 질소 도입 커넥터(73c), 질소 도입로(73a)를 차례로 거쳐서, 전극(30)의 외측의 통로(13)의 전단부에 도입된다. 그리고, 전극 외 통로(13)를 전단부로부터 후단부로 흐른다. 이어서, 연통로(44b)를 통해, 다른 쪽의 전극 외 통로(14)를 후단부로부터 전단부로 흐른다. 그리고, 질소 도출로(74a)로부터 질소 도출 커넥터(74c)를 통해, 질소 회수로(74)로 송출된다. 이에 의해, 전극(30)을 외측으로부터도 냉각·온도 조정할 수 있다. 게다가, 내부와 마찬가지로 치우침 없이 균일하게 냉각·온도 조정할 수 있다. 이에 의해, 전극(30)의 냉각·온도 조정 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 전극(30)의 길이 방향은 물론, 두께 방향으로도 온도 분포가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

금속제의 하우징 본체(21)의 내측에는 수지제의 라이닝 부재(40)가 마련되어 있을 뿐만 아니라, 이 라이닝 부재(40)와 전극(30)과의 사이에 하우징 내 공간(29)이 형성되어 있으므로, 전극(30)과 하우징 본체(21)와의 절연을 확보할 수 있다. 덧붙여, 공간(29) 내는, 순수한 질소 가스로 채워지도록 되어 있으므로, 절연성을 한층 높일 수 있다. 이에 의해, 전극(30)과 하우징 본체(21)의 사이에서 이상 방전이 일어나는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 전극(30)과 고체 유전체 판(50)의 사이에, 만일 간극이 형성되었다고 해도, 그곳으로 질소 가스가 들어가게 되어 아킹의 발생을 방지할 수 있다.

게다가, 상기 질소 가스에 압력을 부여함으로써, 하우징 내 공간(29)을 프로세스 가스 도입로(11) 및 처리 통로(12)보다 고압으로 할 수 있어, 프로세스 가스가 하우징 내 공간(29) 내로 스며드는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 이에 의해, 전극(30)과 하우징 본체(21)의 사이의 절연성을 확실하게 유지할 수 있어, 이상 방전을 한층 확실하게 방지할 수 있다. 또한 질소 가스는, 상술한 바와 같이 한쪽의 하우징 내 공간(29a)을 왕로(往路)로 하고, 다른 쪽의 하우징 내 공간(29b)을 복로(復路)로 하여 유통하고 있으므로, 가령 프로세스 가스가 하우징 내 공간(29) 내로 스며들어 왔다고 해도, 상기한 질소 가스와 함께 신속하게 배출할 수 있다. 이에 의해, 전극(30)과 하우징 본체(21) 사이의 절연성을 한층 확실하게 유지할 수 있어, 이상 방전을 한층 더 확실하게 방지할 수 있다.

하우징 본체(21)는 금속으로 구성되고, 단면 문형(門型)을 이루고 있으므로, 휨에 대한 강성을 확실하게 발휘할 수 있어, 장척화가 가능해진다.

고체 유전체 판(50)은 평판형이고, 형상이 단순하므로 제조가 용이하며, 2 m 이상에 이르는 장척 치수에도 용이하게 대응할 수 있다.

고체 유전체 판(50)의 하향 경사면을 이루는 일단부에 대한 지지 부재(61)는 금속으로 구성되는 한편, 타단부에 대한 지지 부재(62)는 수지로 구성되어 있으므로, 고체 유전체 판(50)이나 지지 부재(61, 62) 등의 치수 오차가 있어도 고체 유전체 판(50)의 하향 경사면부에 무리한 힘이 걸리지 않도록 할 수 있다. 이에 의해, 세라믹제의 고체 유전체 판(50)을 장치(M)에 조립 부착 등을 할 때, 그 하향 경사면부가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다. 이하의 실시 형태에 있어서, 이미 서술한 실시 형태와 동일한 구성에 관해서는, 적절하게 도면에 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

도4는 전극의 변형 태양을 도시한 것이다.

이 전극(30)은, 단면 사각 형상을 이루는 2개의 금속제 사각 파이프(31)를 평행하게 나열하고, 이들 사각 파이프(31, 31)를 한 쌍의 금속제 평판(32U, 32L)으로 상하로부터 끼움으로써 구성되고, 전후 방향으로 길게 연장되어 있다. 상측의 평판(32U)의 상면에는, 금속제 리브(33)가 길이 방향을 따라 설치되어 있다. 이 전극(30)이, 고체 유전체 판(50)(도시 생략) 상에 단순히 적재되고, 하측의 평판(32L)의 하면(방전 공간 형성면)이, 고체 유전체 판(50)의 상면에 접촉된다.

사각 파이프(31)는 시판된 것을 사용할 수 있다. 사각 파이프(31)의 내부 공간은, 질소 가스를 통과시키는 전극 내 통로(30a, 30b)로서 제공된다. 따라서, 전술한 제1 실시 형태(도1)의 전극과 같이, 2 m에 이르는 전극 내 통로를 카운터보링(counterboring) 가공 등으로 개방 형성할 필요가 없어, 비용의 저렴화를 도모할 수 있다.

도5는 전극의 다른 변형 태양을 도시한 것이다.

이 전극(30)은, 상측의 제1 금속 부재(34)와, 하측의 제2 금속 부재(35)로 나누어져 있다. 제1 금속 부재(34)와 제2 금속 부재(35)는 단순히 상하로 포개져 있을 뿐이며, 볼트나 용접 등의 고정 수단으로 접합, 고정되어 있지는 않다.

제1 금속 부재(34)는 제1 실시 형태의 전극(30)과 동일한 구조로 되어 있다. 개략적으로 설명하면, 제1 금속 부재(34)는 알루미늄이나 스테인레스 등의 금속으로 구성되고, 두꺼운 평판형(단면 사각형)을 이루어 전후로 길게 연장되어 있다. 제1 금속 부재(34)는 제2 금속 부재(35)보다 충분히 큰 중량을 갖고 있다. 제1 금속 부재(34)의 상면에는 금속 리브(93)가 마련되어 있다. 제1 금속 부재(34)의 내부에는, 냉각·온도 조정 구조로서 2개의 통로(30a, 30b)가 형성되어 있다. 순수 질소 가스(냉각·온도 조정 매체)가 통로(30a)를 왕로로 하고, 통로(30b)를 복로로 하여 유통됨으로써, 제1 금속 부재(34)가 내부로부터 냉각·온도 조정되도록 되어 있다.

제1 금속 부재(34)의 냉각·온도 조정 구조는, 상기 통로(30a, 30b) 대신에, 도4에 도시한 바와 같은 2개의 파이프(31, 31)로 구성되어 있어도 좋다.

제2 금속 부재(35)는 제1 금속 부재(34)보다 약간 폭이 넓고, 제1 금속 부재(34)보다 충분히 얇은 평판형을 이루어 전후로 연장되어 있다.

제2 금속 부재(35)는 알루미늄으로 구성되고, 그 두께는 약 2 ㎜로 설정되어 있다.

이 제2 금속 부재(35)가, 고체 유전체 판(50) 상에 비고정 상태로 단순히 적재되어 있다. 이 제2 금속 부재(35) 상에 제1 금속 부재(34)가 비고정 상태로 단순히 적재되어 있다.

따라서, 제2 금속 부재(35)가 자신의 자중뿐만 아니라 제1 금속 부재(34)의 무게에 의해서도 고체 유전체 판(50)에 압박되어 있다. 이에 의해, 제2 금속 부재(35)의 편평한 하면 전체를 고체 유전체 판(50)과 면 접촉시킬 수 있다. 제1 금속 부재(34)는 두꺼운 평판형이며, 하중을 제2 금속 부재(35)의 거의 전체에 균일하게 걸 수 있다.

플라즈마 방전시에는 제2 금속 부재(35)의 하면[고체 유전체 판(50)과의 접촉면]이 가장 고온이 된다. 제2 금속 부재(35)의 재료인 알루미늄은 열 전도가 양호하므로, 제2 금속 부재(35)의 하면의 열은 두께 방향으로 신속하게 전달된다. 게다가, 제2 금속 부재(35)의 두께는 2 ㎜ 정도로 매우 작다. 이에 의해, 열이 제2 금속 부재(35)의 상면에 간단히 도달할 수 있다. 따라서, 플라즈마 방전시에는 제2 금속 부재(35)의 전체가 거의 균일하게 온도 상승하게 되어, 제2 금속 부재(35)의 두께 방향의 온도 구배가 매우 작으며, 제2 금속 부재(35)의 상면과 하면의 온도차는 불과 1 ℃ 정도 이내에 그친다. 게다가 제2 금속 부재(35)는 고체 유전체 판(50) 상에 비고정 상태로 단순히 적재되어 있을 뿐이며, 고체 유전체 판(50)으로부터 독립하여 단독으로 고체 유전체 판(50)의 상면을 따르는 수평 방향 으로 변위 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 제2 금속 부재(35)는 주로 길이 방향으로 곧게 연신 변형하게 되어, 휨 변형을 초래하지 않도록 할 수 있어 편평한 형상을 유지할 수 있다. 따라서, 제2 금속 부재(35)와 고체 유전체 판(50)의 사이에 간극이 형성되는 것을 확실하게 방지할 수 있어, 양자간에 아킹이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

열은 제2 금속 부재(35)로부터 제1 금속 부재(34)로 전달되어, 제1 금속 부재(34)도 온도 상승하게 된다. 이때, 제1 금속 부재(34)의 내부에 두께 방향으로 온도 구배가 형성되어, 제1 금속 부재(34)가 휘는 경우가 있다. 그러나, 제1 금속 부재(34)가 고체 유전체 판(50)과 직접 접하고 있는 것은 아니며, 게다가 제1 금속 부재(34)는 제2 금속 부재(35)로부터 독립하여 휨 변형 가능하므로, 제2 금속 부재(35)에 열 응력이 전달되는 일은 없다. 따라서, 전극(90)의 제1 금속 부재(34)가 휨 변형을 초래해도, 고체 유전체 판(50)과 전극(90)의 사이에 간극이 형성되는 일은 없으며, 양자간에 아킹이 발생하는 일이 없어 전혀 문제가 없다.

한편, 제1 금속 부재(34)가 휘어도 제1 금속 부재(34)의 어딘가 1군데는 반드시 제2 금속 부재(34)와 접촉하고 있다. 이에 의해, 제1 금속 부재(34)와 제2 금속 부재(35)의 전기적 도통 상태를 유지할 수 있어, 제1 금속 부재(34)를 통해 제2 금속 부재(35)에 확실하게 급전할 수 있다.

제2 금속 부재(35)가 제1 금속 부재(34)보다 약간 폭 방향으로 돌출되도록 되어 있으므로, 제1 금속 부재(34)의 폭 방향의 단부로부터 아크가 튀는 것을 방지할 수 있다.

플라즈마 방전과 병행하여, 통로(30a, 30b)에 순수 질소 가스(냉각·온도 조정 매체)를 통과시킴으로써, 제1 금속 부재(34), 나아가서는 제2 금속 부재(35)를 냉각·온도 조정할 수 있어, 이들 금속 부재(34, 35)의 열 변형을 억제할 수 있다.

제2 금속 부재(35)는 알루미늄에 한정되지 않으며, 스테인레스 등의 다른 금속 재료로 구성해도 좋다. 제2 금속 부재(35)의 두께는, 재료의 열 전도도에 따라서 설정하고, 플라즈마 방전시의 가열에 의한 상면과 하면의 온도차가 약 1 ℃ 이하가 되는 크기로 한다. 따라서, 제2 금속 부재(35)로서 알루미늄보다 열 전도도가 작은 재료를 이용하는 경우, 두께를 보다 작게 한다. 예를 들어, 스테인레스인 경우, 제2 금속 부재(35)의 두께는 대략 0.3 내지 0.5 ㎜로 한다.

발수화 처리 등과 같이 방전 공간(12a)으로의 산소 혼입을 꺼리는 처리에 있어서는, 다음 식의 관계를 충족시키도록 설정하는 것이 바람직하다.

L × Vf / Vs > 700 (㎜) (식 1a)

보다 바람직하게는, 다음 식의 관계를 충족시키도록 설정한다.

L × Vf / Vs > 1400 (㎜) (식 2a)

여기서, 도3 및 도6에 도시한 바와 같이, L은 처리 통로(12)의 하류측부(12c)의 좌우 길이(㎜)이고, Vs는 스테이지(S)의 반송 속도(m/분)이고, Vf는 처리 통로(12)에서의 프로세스 가스의 유속(m/분)이다. 처리 통로(12)의 하류측부(12c)의 길이(L)는, 처리 통로(12)의 중앙의 방전 공간(12a)의 하류 단부로부터 배기구(95a)까지의 거리를 가리키고, 전원 전극(30)의 배기구(95a)측의 가장자리로부터 배기구(95a)까지의 거리와 동등하다.

도6에 있어서, 전원 전극(30)은 고체 유전체 판(50) 상에 비고정 상태로 적재되어 있다. 하우징(20)과 전극(30)과 고체 유전체 판(50)의 사이의 하우징 내 공간(29)에는 순수 질소가 충전되어 있다.

상압 플라즈마 처리 장치(M)의 주변의 분위기는 대기이며, 분위기압은 대략 대기압이다.

발수화 처리용의 프로세스 가스로서는, 예를 들어 CF₄ 등의 불화 탄소 화합물을 질소로 희석한 것이 이용된다.

표면을 발수화 처리할 기판(W)은, 예를 들어 대면적의 액정 유리이다. 액정 유리의 표면에는 레지스트막이 피막되어 있고, 이 레지스트막에 발수성이 부여된다.

기판(W)이 예를 들어 좌측으로부터 우측 방향으로 반송될 때, 기판(W)의 좌측 부분의 상방의 대기가 점성에 의해 좌측의 유닛(10L)의 처리 통로(12)의 하류측부(12c)로 말려들려고 한다[또한, 이때 우측의 유닛(10R)의 처리 통로(12)에서는 대기의 말려듦은 거의 일어나지 않음].

한편, 처리 통로(12)의 하류측부(12c)의 길이(L)와, 반송 속도(Vs)와, 처리 통로(12)에서의 프로세스 가스 유속(Vf)이, 상기 식 1a 및 식 2a를 충족시키도록 설정되어 있으므로, 좌측의 처리 통로(12)의 하류측부(12c)에 말려든 대기가 좌측의 방전 공간(12a)에까지 도달하는 것을 방지 또는 저감할 수 있다. 이에 의해, 좌측의 방전 공간(12a)에 침입하는 대기 중의 산소 농도를 거의 제로(예를 들어, 100 ppm 이하)로 억제할 수 있다.

마찬가지로, 기판(W)이 우측으로부터 좌측 방향으로 반송될 때에는, 대기가 우측의 유닛(10R)의 처리 통로(12)의 하류측부(12c)로 말려들려고 하지만, 상기 식 1a 및 식 2a를 충족시키는 설정 구성에 의해, 대기가 우측의 유닛(10R)의 방전 공간(12a)에까지 도달하는 것을 방지 내지 저감할 수 있어, 우측의 방전 공간(12a)에 침입하는 대기 중의 산소 농도를 거의 제로(예를 들어, 100 ppm 이하)로 억제할 수 있다.

이에 의해, 처리 능력을 충분히 유지할 수 있다.

각 처리 통로(12)의 하류측부(12c)의 길이(L)를 충분히 취하면, 반송 속도(Vs)를 크게 해도 프로세스 가스의 사용량을 증가시키는 일 없이 처리 능력을 충분히 유지할 수 있다. 예를 들어, 반송 속도(Vs)를, Vs = 4 m/분 정도의 고속으로 해도, 처리 능력을 충분히 유지할 수 있다. 이 결과, 처리 능력을 유지하면서 고속 처리를 행할 수 있다.

도6과 동일한 장치로 행한 발수화 처리의 실시예를 설명한다. 장치의 치수 구성 및 처리 조건은, 이하와 같다.

전원 전극(30)의 치수 : 40 ㎜(좌우) × 700(전후)

처리 헤드(H)와 기판(W)의 사이의 갭[처리 통로(12)의 두께] : 1 ㎜

투입 전력 : 1 kW

기판(W) : 유리(#1737), 880 ㎜(좌우 길이) × 680 ㎜(전후 폭)

기판(W)의 표면의 레지스트막의 처리 전 접촉각 : 70°[대수(對水)]

프로세스 가스 : N₂ + CF₄

각 처리 통로(12)의 프로세스 가스 유량 : Qp = 30 slm

각 처리 통로(12)의 하류측부(12c)의 길이 : L = 90 ㎜

각 처리 통로(12)에서의 프로세스 가스 유속 : Vf = 42.8 m/분

반송 속도 : Vs = 4 m/분

따라서, L × Vf / Vs = 963 (㎜) > 700 (㎜)가 되어, 식 1a를 충족시킨다.

그 결과, 처리 후의 기판 표면의 레지스트막의 물에 대한 접촉각을 110°로 할 수 있어, Vs = 4 m/분의 고속 스캔하에서 충분한 발수 표면을 얻을 수 있었다.

도7은 발수화용의 상압 플라즈마 처리 장치(M)의 다른 실시 형태를 도시한 것이다. 본 실시 형태에서는 처리 헤드(H)의 좌우의 배기통(95)의 외측에 커튼 가스 취출(吹出) 노즐(105)이 각각 설치되어 있다. 각 취출 노즐(105)에 커튼 가스원(도시하지 않음)이 연결되어 있다. 커튼 가스로서 질소(N₂)가 이용되어 있다. 커튼 가스는 프로세스 가스용의 질소원과 공용해도 좋다.

도7의 실시 형태에 따르면, 기판(W)의 처리시에는 좌우의 취출 노즐(105)로부터 질소 가스를 취출한다. 이에 의해, 취출 노즐(105)의 하단부와 기판(W)의 사이에 질소 가스 커튼을 형성할 수 있어, 외부 분위기의 대기가, 취출 노즐(105)보다 배기구(95a)의 측, 나아가서는 처리 통로(12)로 인입되는 것을 한층 확실하게 방지 내지 억제할 수 있다. 이에 의해, 처리 능력을 한층 확실하게 유지할 수 있다.

제2 실시 형태에 있어서는, 다음 식이 성립되도록 설정한다.

L × Vf / Vs > 700 × r (식 1)

L × Vf / Vs > 1400 × r (식 2)

여기서, r은,

r = [배기구(95a)에서의 분위기 중의 산소 농도]/(대기 중의 산소 농도) (식 3)

이다. 대기 중의 산소 농도는 약 20 ％이다. 프로세스 가스 유량을 Qp, 커튼 가스 유량을 Qc, 배기구(95a)로부터의 배기 유량을 Qs, 대기의 말려듦 유량을 Qa라 하면, 이하의 관계가 있다.

Qs = Qp + Qc + Qa (식 4)

배기구(95a)에서의 분위기 유량(Q1)은, 하기 식 5와 같이 커튼 가스 유량(Qc)과 대기의 말려듦 유량(Qa)의 합이며, 전체의 가스 유량[Qp + Qc + Qa(= Qs)]으로부터 프로세스 가스 유량(Qp)을 뺀 크기가 된다.

Q1 = Qa + Qc

= Qs - Qp (식 5)

식 3 내지 식 5로부터, r은 다음 식으로 나타내어지고, 프로세스 가스 유량(Qp)과 커튼 가스 유량(Qc)과 배기 유량(Qs)에 의해 조절할 수 있다.

r = (Qs - Qp - Qc)/(Qs - Qp) (식 6)

상기한 설정에 의해, 외부 분위기 중의 산소가 처리 통로(12)까지 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있어, 프로세스 가스의 사용량을 증가시키는 일 없이 처 리 능력을 한층 확실하게 유지할 수 있다. 또한, 처리 통로(12)의 하류측부(12c)의 길이(L)를 제1 실시 형태보다 짧게 할 수 있는 동시에, 한층 고속 스캔을 실현할 수 있다.

도7과 동일한 장치로 행한 발수화 처리의 실시예를 설명한다. 장치의 치수 구성 및 처리 조건은, 이하와 같다.

전원 전극(30)의 치수 : 40 ㎜(좌우) × 700(전후)

처리 헤드(H)와 기판(W) 사이의 갭[처리 통로(12)의 두께] : 1 ㎜

투입 전력 : 1 kW

기판(W) : 유리(#1737), 880 ㎜(좌우 길이) × 680 ㎜(전후 폭)

기판(W)의 표면의 레지스트막의 처리 전 접촉각 : 70°(대수)

프로세스 가스 : N₂ + CF₄

각 처리 통로(12)의 프로세스 가스 유량 : Qp = 15 slm

각 노즐(105)로부터의 커튼 가스 유량 : Qc = 17.5 slm

각 배기구(95a)로부터의 배기 유량 : Qs = 50l/분

대기 중의 산소 농도에 대한 말려듦 산소 농도의 비 : r = 0.5

각 처리 통로(12)의 하류측부(12c)의 길이 : L = 90 ㎜

각 처리 통로(12)에서의 프로세스 가스 유속 : Vf = 21.4 m/분

반송 속도 : Vs = 4 m/분

따라서, L × Vf / Vs = 482 (㎜) > 700 (㎜) × r = 350 (㎜)

이 되어, 식 1을 충족시킨다.

그 결과, 처리 후의 기판 표면의 레지스트막의 접촉각(CA)을, CA > 100°로 할 수 있어, Vs = 4 m/분의 고속 스캔하에서 충분한 발수 표면을 얻을 수 있었다. 가스 커튼을 형성함으로써, 처리 통로(12)의 하류측부(12c)의 길이(L) 및 프로세스 가스의 사용량을 도6의 가스 커튼 없음의 경우보다 충분히 작게 할 수 있는 것이 확인되었다.

도10은 발수화용의 상압 플라즈마 처리 장치(M)의 다른 실시 형태를 도시한 것이다. 장치(M)의 주변의 분위기는 대기이다.

본 실시 형태의 처리 헤드는, 1개의 처리 유닛(10)에 의해 구성되어 있지만, 복수의 처리 유닛을 병설함으로써 구성해도 좋다.

본 실시 형태에서는 처리 유닛(10)이 이동 기구(F)에 접속되어 있다. 이 이동 기구(F)에 의해, 처리 유닛(10)이 좌우 방향[후기 한 쌍의 도입 노즐(85L, 85R)의 대치 방향]으로 왕복 이동되도록 되어 있다. 예를 들어, 좌측 방향을 왕 방향이라 하면, 우측 방향이 복 방향이 된다.

물론, 이미 서술한 실시 형태와 마찬가지로, 처리 유닛(10)이 고정되는 한편, 스테이지(S)가 이동 기구에 접속되어, 좌우로 왕복 이동되도록 되어 있어도 좋다.

처리 유닛(10)의 바닥면은, 기판 대향면 내지는 처리 통로 형성면을 구성하고 있다.

상압 플라즈마 처리 장치(M)에는, 프로세스 가스 공급계(80)와 배기계(90)가 마련되어 있다.

프로세스 가스 공급계(80)는, 다음과 같이 구성되어 있다.

프로세스 가스원(G)으로부터 공통 공급로(82)가 연장되어 있다. 프로세스 가스원(G)은 발수화 처리용 프로세스 가스로서 CF₄ 등의 불화 탄소 화합물과 질소를 적량씩 혼합하여, 공통 공급로(82)로 송출하도록 되어 있다. 공통 공급로(82)로부터 전자기 삼방 밸브(83)(도입 노즐 절환 수단)를 통해 2개의 개별 공급로(84L, 84R)가 분기되어 있다.

처리 유닛(10)의 좌측부에는 가스 도입 노즐(85L)이 설치되고, 우측부에는 가스 도입 노즐(85R)이 설치되어 있다. 좌측의 가스 도입 노즐(85L)에 개별 공급로(84L)가 연결되어 있다. 우측의 가스 도입 노즐(85R)에 개별 공급로(84R)가 연결되어 있다.

전자기 삼방 밸브(83)에 의해, 개별 공급로(84L, 84R), 나아가서는 좌우의 도입 노즐(85L, 85R) 중 어느 한쪽이 선택적으로 개통되어 프로세스 가스원(G)과 연통하도록 되어 있다.

도입 노즐 절환 수단으로서, 전자기 삼방 밸브(83) 대신에, 각 개별 공급로(84L, 84R)나 노즐(85L, 85R)에 개폐 수단을 마련해도 좋다.

배기계(90)는 다음과 같이 구성되어 있다.

처리 유닛(10)의 좌우의 가스 도입 노즐(85L, 85R)의 더욱 외측에는, 배기 노즐(95L, 95R)이 각각 설치되어 있다. 배기 노즐(95L, 95R)로부터 개별 배기 로(94L, 94R)가 각각 연장되어 있다. 2개의 개별 배기로(94L, 94R)는, 전자기 삼방 밸브(93)(배기 노즐 절환 수단)에 연결되고, 그곳으로부터 공통 배기로(92)가 연장되어 흡인 펌프 등의 배기 수단(91)에 연결되어 있다.

전자기 삼방 밸브(93)에 의해, 개별 배기로(94L, 94R), 나아가서는 좌우의 배기 노즐(95L, 95R) 중 어느 한쪽이 선택적으로 개통되어 배기 수단(91)과 연통하도록 되어 있다.

배기 노즐 절환 수단으로서, 전자기 삼방 밸브(93) 대신에, 각 개별 배기로(94L, 94R)나 노즐(95L, 95R)에 개폐 수단을 마련해도 좋다.

상기 구성에 있어서, 전원으로부터 전원 전극(30)으로의 전압 공급에 의해, 처리 통로(12)의 중간부가 대략 대기압의 플라즈마 방전 공간(12a)이 된다. 상기 전압 공급과 병행하여, 프로세스 가스를 프로세스 가스 공급계(80)로부터 처리 통로(12)로 취출한다. 이 프로세스 가스가 방전 공간(12a)으로 도입되어 플라즈마화되고, 기판(W)과 접촉하여 반응을 일으킨다. 이에 의해, 기판(W)의 표면을 발수화 처리할 수 있다. 처리된 가스와 반응 부생성물은 배기계(90)로부터 배기된다. 동시에 처리 유닛(10)이 좌우로 왕복 이동되어, 기판(W)의 전체면이 발수화 처리된다.

상기한 플라즈마 처리시에, 전자기 삼방 밸브(83, 93)와 이동 기구(F)가 연계되어 동작한다. 이에 의해, 프로세스 가스가 항상 처리 유닛(10)의 진행 방향의 전방으로부터 처리 통로(12) 내로 도입되도록 되어 있다. 이하, 상세하게 서술한다.

도11에 도시한 바와 같이, 이동 기구(F)에 의해 처리 유닛(10)이 좌측 방향으로 이동할 때에는, 프로세스 가스 공급계(80)의 전자기 삼방 밸브(83)에 의해 좌측의 가스 도입 노즐(85L)이 개통되는 한편, 우측의 가스 도입 노즐(85R)이 차단된다. 또한, 배기계(90)의 전자기 삼방 밸브(93)에 의해 우측의 배기 노즐(95R)이 개통되는 한편, 좌측의 배기 노즐(95L)이 차단된다.

이에 의해, 프로세스 가스가 좌측의 도입 노즐(85L)로부터만 취출되어, 처리 통로(12) 내를 우측 방향으로 흐르고, 우측의 배기 노즐(95R)로부터 흡인 배기된다. 이때, 처리 통로(12)의 우측 단부는 외부 분위기에 대해 후퇴하는 방향으로 이동하게 되므로, 외부 분위기가 처리 통로(12)의 우측 단부로부터 처리 통로(12) 내로 말려드는 일은 거의 없다. 또한, 처리 통로(12)의 좌측 단부에서는, 프로세스 가스의 커튼 효과에 의해 외부 분위기의 침입은 거의 일어나지 않는다.

처리 유닛(10)이 왕복 이동 범위의 좌측의 한계 위치에 도달하였을 때, 이동 기구(F)는 처리 유닛(10)의 이동 방향을 우측 방향으로 반전시킨다. 이에 연동하여, 프로세스 가스 공급계(80)의 좌측의 가스 도입 노즐(85L)이 차단되고, 우측의 가스 도입 노즐(85R)이 개통되는 동시에, 배기계(90)의 우측의 배기 노즐(95R)이 차단되고, 좌측의 배기 노즐(95L)이 개통된다.

이에 의해, 도12에 도시한 바와 같이 처리 유닛(10)이 우측 방향으로 이동할 때에는, 프로세스 가스가 우측의 도입 노즐(85R)로부터만 취출되어, 처리 통로(12) 내를 좌측 방향으로 흐르고, 좌측의 배기 노즐(95L)로부터 흡인 배기된다. 이때, 처리 통로(12)의 좌측 단부는 외부 분위기에 대해 후퇴하는 방향으로 이동하게 되 므로, 외부 분위기가 처리 통로(12)의 좌측 단부로부터 처리 통로(12) 내로 말려드는 일은 거의 없다. 또한, 처리 통로(12)의 우측 단부에서는, 프로세스 가스의 커튼 효과에 의해 외부 분위기의 침입은 거의 일어나지 않는다.

처리 유닛(10)이 왕복 이동 범위의 우측의 한계 위치에 도달하였을 때, 이동 기구(F)는 처리 유닛(10)의 이동 방향을 좌측 방향으로 반전시킨다. 이와 연계하여, 다시 프로세스 가스 공급계(80)의 좌측의 가스 도입 노즐(85L)이 개통되고, 우측의 가스 도입 노즐(85R)이 차단되는 동시에, 배기계(90)의 우측의 배기 노즐(95R)이 개통되고, 좌측의 배기 노즐(95L)이 차단된다.

이상의 조작을 반복함으로써, 처리 유닛(10)이 좌측 방향으로 이동할지 우측 방향으로 이동할지에 상관없이, 외부 분위기가 처리 통로(12) 내에 침입하는 것을 상시 방지할 수 있다. 이 결과, 상압 플라즈마 처리의 처리 능력을 충분히 유지하면서, 이동 속도, 나아가서는 플라즈마 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

도11에 도시한 바와 같이, 좌측의 도입 노즐(85L)로부터 프로세스 가스를 취출하여, 우측의 배기 노즐(95R)로부터 흡인하고 있을 때, 좌측의 노즐(95L)로부터도 소량의 배기를 행하도록 해도 좋다(도11의 가상 화살표선). 이에 의해, 좌측의 도입 노즐(85R)로부터 취출된 프로세스 가스의 일부가 좌측 외측으로 누설되려고 한 경우, 이것을 배기 노즐(95L)로부터 배기할 수 있다. 마찬가지로, 도12에 도시한 바와 같이 우측의 도입 노즐(85R)로부터 프로세스 가스를 취출하여, 좌측의 배기 노즐(95L)로부터 흡인하고 있을 때, 우측의 배기 노즐(95R)로부터도 소량의 배기를 행하도록 해도 좋다(도12의 가상 화살표선). 이에 의해, 우측의 도입 노 즐(85R)로부터 취출된 프로세스 가스의 일부가 우측 외측으로 누설되려고 한 경우, 이것을 우측의 노즐(95R)로부터 배기할 수 있다. 이 결과, 프로세스 가스가 밖으로 누설되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

이 경우, 배기계(90)에는 전자기 삼방 밸브(93) 등의 배기 노즐 절환 수단 대신에, 각 개별 배기로(94L, 94R)에 전자기 유량 제어 밸브 등의 배기 노즐 조정 수단을 마련하여, 각 배기 노즐(95L, 95R)로부터의 흡인량을 조절 가능하게 하는 것이 바람직하다.

도13은 발수화용의 상압 플라즈마 처리 장치(M)의 다른 실시 형태를 도시한 것이다. 본 실시 형태의 장치(M)에는, 커튼 가스 공급계(100)가 부가되어 있다. 커튼 가스 공급계(100)는, 다음과 같이 구성되어 있다.

커튼 가스원(101)으로부터 공통 공급로(102)가 연장되어 있다. 커튼 가스로서는 질소가 이용되어 있다. 공통 공급로(102)로부터 전자기 삼방 밸브(103)(커튼 노즐 절환 수단)를 통해 2개의 개별 공급로(104L, 104R)가 분기되어 있다.

처리 유닛(10)의 좌우의 배기 노즐(95L, 95R)의 더욱 외측에는, 커튼 노즐(105L, 105R)이 각각 설치되어 있다. 좌측의 커튼 노즐(105L)에 개별 공급로(104L)가 연결되고, 우측의 커튼 노즐(105R)에 개별 공급로(104R)가 연결되어 있다.

커튼 노즐(105L)을 배기 노즐(95L)과 도입 노즐(85L)의 사이에 설치해도 좋고, 커튼 노즐(105R)을 배기 노즐(95R)과 도입 노즐(85R)의 사이에 설치해도 좋다.

전자기 삼방 밸브(103)에 의해, 개별 공급로(104L, 104R), 나아가서는 좌우 의 커튼 노즐(105L, 105R) 중 어느 한쪽이 선택적으로 개통되어 커튼 가스원(101)과 연통하도록 되어 있다.

커튼 노즐 절환 수단으로서, 전자기 삼방 밸브(103) 대신에, 각 개별 공급로(104L, 104R)에 전자기 개폐 밸브를 설치하여, 이들 전자기 개폐 밸브의 한쪽을 선택적으로 개방하고, 다른 쪽을 폐쇄하도록 구성해도 좋다. 혹은, 각 개별 공급로(104L, 104R)에 전자기 유량 제어 밸브를 설치하여, 어느 한쪽의 전자기 유량 제어 밸브를 선택하여 그 개방도를 상대적으로 크게 하고, 다른 쪽의 전자기 유량 제어 밸브의 개방도를 상대적으로 작게 하거나, 또는 완전히 폐쇄하도록 구성해도 좋다.

도13의 실시 형태의 배기계(90)에서는, 전자기 삼방 밸브(93) 대신에, 개별 공급로(94L)에 전자기 유량 제어 밸브(93L)(배기 노즐 조절 수단)가 설치되고, 개별 공급로(94R)에 전자기 유량 제어 밸브(93R)(배기 노즐 조절 수단)가 설치되어 있다.

본 실시 형태에 따르면, 기판(W)의 플라즈마 처리시, 전자기 밸브(83, 93L, 93R, 103)와 이동 기구(F)가 연계되어 동작한다. 이하, 상세하게 서술한다.

도14에 도시한 바와 같이, 이동 기구(F)에 의해 처리 유닛(10)이 좌측 방향으로 이동할 때에는, 프로세스 가스 공급계(80)의 전자기 삼방 밸브(83)에 의해 좌측의 가스 도입 노즐(85L)이 개통되고, 우측의 가스 도입 노즐(85R)이 차단된다. 또한, 배기계(90)의 제어 밸브(93R)에 의해 우측의 배기 노즐(95R)이 프로세스 가스의 공급 유량 이상에 대응하는 개방도만큼 개방되고, 제어 밸브(93L)에 의해 좌 측의 배기 노즐(95L)이 후기 커튼 가스의 취출 유량에 대략 대응하는 개방도만큼 개방된다. 또한, 커튼 가스 공급계(100)의 전자기 삼방 밸브(103)에 의해 좌측의 커튼 노즐(105L)이 개통되고, 우측의 커튼 노즐(105R)이 차단된다.

이에 의해, 프로세스 가스가 좌측의 도입 노즐(85L)로부터 취출되어, 처리 통로(12) 내를 우측 방향으로 흐르고, 우측의 배기 노즐(95R)로부터 흡인 배기된다. 덧붙여, 좌측의 커튼 노즐(105L)로부터 질소 가스가 취출되어, 처리 통로(12)의 좌측 단부의 외측에 질소 가스 커튼이 형성된다. 이 질소 가스 커튼에 의해 외부 분위기와 처리 통로(12)의 좌측 단부를 격리시킬 수 있어, 외부 분위기가 처리 통로(12)의 좌측 단부로부터 처리 통로(12) 내에 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 커튼 가스는 배기 노즐(95L)로부터 흡인 배기할 수 있다.

도15에 도시한 바와 같이, 이동 기구(F)에 의해 처리 유닛(10)이 우측 방향으로 이동할 때에는, 프로세스 가스 공급계(80)의 우측의 가스 도입 노즐(85R)이 개통되고, 좌측의 가스 도입 노즐(85L)이 차단된다. 또한, 배기계(90)의 좌측의 배기 노즐(95L)이 프로세스 가스의 공급 유량 이상에 대응하는 개방도만큼 개방되고, 우측의 배기 노즐(95R)이 후기 커튼 가스의 취출 유량에 대략 대응하는 개방도만큼 개방된다. 또한, 커튼 가스 공급계(100)의 우측의 커튼 노즐(105R)이 개통되고, 좌측의 커튼 노즐(105L)이 차단된다.

이에 의해, 프로세스 가스가 우측의 도입 노즐(85R)로부터 취출되어, 처리 통로(12) 내를 좌측 방향으로 흐르고, 좌측의 배기 노즐(95L)로부터 흡인 배기된다. 덧붙여, 우측의 커튼 노즐(105R)로부터 질소 가스가 취출되어, 처리 통로(12) 의 우측 단부의 외측에 질소 가스 커튼이 형성된다. 이 질소 가스 커튼에 의해 외부 분위기와 처리 통로(12)의 우측 단부를 격리시킬 수 있어, 외부 분위기가 처리 통로(12)의 우측 단부로부터 처리 통로(12) 내로 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 커튼 가스는, 배기 노즐(95R)로부터 흡인 배기할 수 있다.

이 결과, 상압 플라즈마 처리의 처리 능력을 한층 확실하게 확보할 수 있다.

세정 처리와 같이 산소 농도가 제로보다도 미량 혼입되어 있는 쪽이 처리 능력이 향상되는 경우에는, 이동 기구(F)에 의한 처리 유닛(10)의 이동 방향과 각 전자기 밸브와의 연계 동작을 상기 발수화용의 실시 형태와는 반대로 하여, 프로세스 가스가 항상 처리 유닛(10)의 진행 방향의 후방으로부터 처리 통로(12) 내로 도입되고, 진행 방향의 전방으로부터 배기되도록 해도 좋다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 개변을 할 수 있다.

하우징 본체(21)에 있어서의 처리 통로(12)의 하류측의 외측면에, 테프론(등록 상표) 등으로 이루어지는 내부식성의 코팅을 실시하는 것으로 해도 좋다.

처리 통로(12)의 가스류를 따른 하류측의 판 지지 부재(62)는, PVDF(폴리불화비닐리덴), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 등의 내식성 재료를 주 성분으로 하고 있으면 좋고, 다른 재료가 포함되어 있어도 좋다. PVDF(폴리불화비닐리덴), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 등의 복수의 내식성 성분이 혼합되어 있어도 좋다.

세라믹제의 고체 유전체(50)의 파손을 방지한다는 관점에서는, 하류측의 판 지지 부재(62)를 금속으로 하는 한편, 상류측의 판 지지 부재(61)를 고체 유전 체(50)보다 연질인 수지 등으로 구성해도 좋고, 2개의 부재(61, 62)를 모두 고체 유전체(50)보다 연질인 수지 등으로 구성해도 좋다.

금속제의 판 지지 부재(61)는 하우징 본체(21)와 일체로 되어 있어도 좋다.

전극의 냉각·온도 조정 매체로서 질소 이외의 물질(예를 들어 물, 공기 등)을 이용하는 것으로 해도 좋다.

처리 헤드(H)는, 1개의 처리 유닛만으로 구성하여, 프로세스 가스의 전량이 1개의 처리 유닛의 일단부로부터 타단부로 흐르도록 되어 있어도 좋다.

본 발명의 전극 구조 및 처리 유닛 구조는 에칭, 성막, 표면 개질 등의 다양한 플라즈마 처리에 적용할 수 있어, 상압 프로세스에 한정되지 않고 감압 프로세스에도 적용할 수 있다.

본 발명은, 예를 들어 반도체 제조에 있어서의 기판의 플라즈마 표면 처리에 이용 가능하다.

Claims (13)

1. 하방에 기판이 배치되고, 이 기판과의 사이에 프로세스 가스가 도입되어야 하는 처리 통로를 형성하는 플라즈마 처리부를 갖는 플라즈마 처리 장치에 있어서,

   상기 플라즈마 처리부는, 바닥부가 개방된 하우징과, 이 하우징의 바닥부를 폐색하도록 하우징에 지지된 고체 유전체 판과, 상기 하우징의 내부에 수평 방향의 적어도 일방향으로 프리하게 되도록 하여 수용된 전극을 구비하고,

   상기 고체 유전체 판이, 단독으로 상기 전극의 자중을 지지 가능한 강도를 갖고,

   상기 전극이, 상기 고체 유전체 판의 상면에 비고정 상태로 적재되고, 자중의 전부를 고체 유전체 판에 가하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전극이, 상기 일방향으로 연장되는 장척 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 하우징에는, 상기 전극의 길이 방향과 직교하는 폭 방 향의 위치를, 유격을 갖고 규제하는 전극 규제부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 고체 유전체 판이, 상기 전극과 동일 방향으로 연장되어 있고,

   상기 하우징에는, 고체 유전체 판의 폭 방향의 양 단부를 길이 방향으로 변위 가능하게 지지하는 한 쌍의 판 지지부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 고체 유전체 판이, 상기 전극과 동일 방향으로 연장되고, 그 폭 방향의 양 단부면이, 하향 경사면으로 되어 있고,

   상기 하우징에는, 상기 고체 유전체 판의 폭 방향의 양 단부를 지지하는 한 쌍의 판 지지부가 설치되고, 각 판 지지부가, 상향 경사면을 이루어 상기 고체 유전체 판의 하향 경사면과 접촉하는 판 지지면을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 한 쌍의 판 지지부의 적어도 한쪽이, 상기 고체 유전체 판보다 연질인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 고체 유전체 판이, 세라믹으로 구성되어 있고,

   상기 한 쌍의 판 지지부의 한쪽이, 내부식성 수지로 구성되고, 다른 쪽의 판 지지부가, 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 전극이, 제1 금속 부재와 제2 금속 부재로 나뉘고, 제1 금속 부재는 제2 금속 부재보다 무겁고, 제2 금속 부재는 박판 형상을 이루고 있고,

   상기 고체 유전체 판 상에 상기 제2 금속 부재가 비고정 상태로 적재되고, 이 제2 금속 부재 상에 상기 제1 금속 부재가 비고정 상태로 적재되어 있고,

   제2 금속 부재의 상면과 하면의 플라즈마 방전시의 온도차가 소정 이하가 되도록, 제2 금속 부재의 재료 및 두께가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 소정의 온도차가, 1 ℃인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제2 금속 부재가, 알루미늄으로 이루어지는 두께 2 ㎜의 평판인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 하우징과 그 내부의 상기 전극과의 사이에 하우징 내 공간이 형성되고,

    이 하우징 내 공간이, 실질적으로 순수한 질소 가스로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 기판을 상기 플라즈마 처리부에 대해 상기 처리 통로를 따라 상대 이동시키는 이동 기구를 구비하고,

    상기 플라즈마 처리부의 측부에는 상기 처리 통로의 하류 단부로 연결되는 배기구가 마련되어 있고, 상기 처리 통로의 적어도 일부를 방전 공간으로 하고,

    다음 관계가 충족되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.

    L × Vf / Vs > 700 × r (식 1)

    여기서,

    L : 상기 방전 공간의 하류 단부로부터 상기 배기구까지의 거리(㎜)

    Vf : 상기 처리 통로에서의 프로세스 가스 유속

    Vs : 상기 이동 기구에 의한 반송 속도

    r : 대기 중의 산소 농도에 대한 상기 배기구에서의 프로세스 가스를 제외한 분위기 중의 산소 농도의 비
13. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리부의 상기 처리 통로를 따른 양 단부에는, 각각 상기 처리 통로 내에 프로세스 가스를 도입하는 한 쌍의 도입 노즐이 설치되어 있고,

    상기 플라즈마 처리부를 기판에 대해 상대적으로 상기 한 쌍의 도입 노즐의 대치 방향으로 왕복 이동시키는 이동 기구와,

    상기 이동 기구에 의한 이동 방향에 따라서 상기 한 쌍의 도입 노즐 중 1개를 택일적으로 프로세스 가스원에 연결하는 도입 노즐 절환 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.

Images