KR101087445B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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šœ스께 구누기
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세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치의 접지 전극에서의 분출구의 내면에 이상 방전이 발생하는 것을 방지한다.
플라즈마 처리 장치의 접지 전극 (40)에서의 전계 인가 전극 (30)을 향하는 방전면 (42) 상에 유전 부재 (60)을 배치한다. 유전 부재 (60)에는 전극 사이의 방전 공간 (1p)에 연속해 있는 분출도공 (62)를 형성하고, 접지 전극 (40)에는 분출도공 (62)에 연속해 있는 분출구 (41)을 형성한다. 유전 부재 (60)에서의 분출도공 (62)의 내면을, 접지 전극 (40)에서의 분출구 (41)의 내면으로부터 돌출시킨다. 유전 부재 (60)에는 접지 전극 (40)과의 접촉면 (63)으로부터 동일면에 연장된 단차면 (64)를 설치한다.
Figure R1020097019106
플라즈마 처리 장치, 접지 전극, 전계 인가 전극, 유전 부재

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 하기 특허 문헌 1에는 한 쌍의 전극이 상하에 대향하여 배치된 플라즈마 처리 장치가 기재되어 있다. 상측의 전극은 전원이 접속되어 전계 인가 전극으로 되어 있다. 하측의 전극은 전기적으로 접지되어, 접지 전극으로 되어 있다. 이들 전극 사이에 전계가 인가되어 대기압 글로 방전이 생성됨과 동시에 처리 가스가 도입되어 플라즈마화되도록 되어 있다. 하측의 접지 전극에는 슬릿형의 분출구가 형성되어 있다. 이 분출구로부터 상기 처리 가스가 하측으로 분출된다. 접지 전극의 하측에는 피처리물이 배치되어 있다. 이 피처리물에 상기 분출구로부터의 처리 가스가 분무되고, 표면 처리가 이루어지도록 되어 있다.
접지 전극의 상면(전계 인가 전극과의 대향면)에는 알루미나의 용사막을 포함하는 고체 유전체층이 형성되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2004-006211호 공보
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
상기 구조의 플라즈마 처리 장치에서는 금속으로 이루어지는 접지 전극의 분출구의 내면이 노출되어 있으면, 여기에 아크가 발생할 우려가 있었다. 특히, 분출구의 전극 인가 전극측의 단부 가장자리에 전계가 집중하여, 그 단부 가장자리에 발광 강도가 보다 강한 방전이 일어나거나, 여기에 아크가 발생하였다. 그러면, 메탈 콘테미네이션이나 파티클이 발생하여 피처리물에 부착된다는 문제가 있었다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 처리 가스를 방전 공간에서 플라즈마화하여 분출하고, 상기 방전 공간의 외부의 피처리물 배치부에 배치된 피처리물에 접촉시켜 플라즈마 표면 처리를 행하는 장치에 있어서,
전원에 접속된 전계 인가 전극(핫 전극)과,
상기 전계 인가 전극을 향하는 방전면과 상기 피처리물 배치부를 향하는 처리면을 갖고, 전기적으로 접지된 접지 전극(어스 전극)과,
상기 접지 전극의 방전면에 접촉됨과 동시에 상기 전계 인가 전극에 면하여 상기 방전 공간을 구획 형성하는 고체 유전체로 이루어지는 접지측의 유전 부재
를 구비하고, 상기 유전 부재에는 상기 방전 공간에 연속해 있는 분출도공이 형성되고,
상기 접지 전극에는 상기 분출도공에 연속해 있음과 동시에 상기 방전면으로부터 상기 처리면으로 관통하는 분출구가 형성되고,
상기 유전 부재에서의 상기 분출도공의 내면이, 상기 접지 전극에서의 상기 분출구의 내면의 상기 방전면측의 단부 가장자리로부터 분출구의 직경 방향 내측으로 돌출하고,
상기 유전 부재가, 상기 접지 전극의 방전면과 접촉하는 접촉면과, 이 접촉면으로부터 동일면에 연장되어 상기 분출도공의 내면과 상기 분출구의 내면과의 사이의 단차를 형성하는 단차면을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 접지 전극에서의 분출구의 내면의 방전면측의 단부 가장자리에 아크 등의 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 메탈 콘테미네이션 및 파티클의 발생을 저지할 수 있고, 이들 메탈 콘테미네이션이나 파티클이 피처리물에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
상기 분출구의 크기 및 형상이 상기 분출구의 관통 방향(접지 전극의 두께 방향)으로 일정할 수도 있다. 이에 따라, 분출구를 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 분출구의 내면의 방전측의 단부 가장자리뿐만 아니라 내면의 어떤 개소에도 아크 등의 이상 방전이 발생하지 않도록 할 수 있다.
상기 분출도공의 크기 및 형상이 상기 분출도공의 관통 방향(유전 부재의 두께 방향)으로 일정할 수 있다. 이에 따라, 분출도공을 용이하게 형성할 수 있다.
상기 분출구의 상기 처리면측의 단부에서의 크기가 상기 방전면측의 단부에서의 크기보다 작게 되어 있을 수 있다. 이에 따라, 접지 전극에서의 분출구의 내면의 방전면측의 단부 가장자리에 아크 등의 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 분출구 내로의 외부 분위기의 개입을 방지할 수 있고, 나아가 처리 가스의 분출 기세를 확보할 수 있어, 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 분출구의 크기가 상기 처리면에 근접함에 따라 완만하게 작아지고 있을 수 있다. 이에 따라, 분출구의 내면에 전계 집중이 일어나는 것을 방지할 수 있어, 이상 방전이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 분출구의 상기 처리면측의 단부에서의 크기 및 형상이 상기 분출도공의 크기 및 형상과 대략 일치할 수 있다. 이에 따라, 외부 분위기의 개입을 충분히 방지할 수 있어, 처리 가스의 기세를 충분히 확보할 수 있음과 동시에, 분출구의 내면에 이상 방전이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 유전 부재를, 상기 접지 전극에 대하여 상기 방전면과 평행한 면내에서 오차를 허용하면서 위치 규제하는 위치 규제 수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 유전 부재와 접지 전극을 서로 독립적으로 열팽창 가능하게 할 수 있어, 양자의 팽창 차이에 의해 유전 부재가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기 유전 부재를 정규 위치에 위치시킨 상태에서의 상기 단차면의 상기 돌출 방향을 따르는 폭이 상기 오차의 허용량보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 유전 부재의 위치 결정 오차가 있더라도 이상 방전이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 유전 부재와는 별체의 절연체로 이루어지고, 상기 접지 전극의 분출구의 내면을 덮도록 설치된 피복 부재를 추가로 구비할 수 있다. 이에 따라, 분출구의 내면에 이상 방전이 발생하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
상기 피복 부재의 두께가 상기 단차면의 상기 돌출 방향을 따르는 폭과 대략 동일한 것이 바람직하다. 이에 따라, 유전체의 분출도공의 내면과 피복 부재의 내벽을 동일면으로 할 수 있어, 피복 부재의 모서리부 등의 결손을 확실하게 방지할 수 있어, 파티클의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명은 거의 대기압 근방하(상압하)에서의 플라즈마 처리에 적합하다. 여기서, 거의 대기압 근방하(거의 상압)란, 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.
<발명의 효과>
본 발명에 따르면, 접지 전극에서의 분출구의 내면의 방전면측의 단부 가장자리에 아크 등의 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 파티클의 발생을 저지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 대기압 플라즈마 처리 장치를 도 2의 I-I선을 따라 나타내는 측면 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따른, 상기 대기압 플라즈마 처리 장치의 처리 헤드의 정면 단면도이다.
도 3은 상기 처리 헤드의 분해 사시도이다.
도 4는 (a)는 상기 처리 헤드의 전극부를 확대하여 나타내는 정면 단면도이고, (b)는 (a)의 IVb-1Vb선을 따르는 평면도이다.
도 5는 도 4에 있어서 접지측 유전 부재가 위치 어긋나게 배치된 경우를 실 선으로 나타내고, 정규 위치를 가상선으로 나타낸 것으로, (a)는 상기 전극부의 확대 단면도이고, (b)는 (a)의 Vb-Vb선을 따르는 평면도이다.
도 6(a)는 상기 처리 헤드의 분출구 및 분출도공의 배열 구조의 일례를 나타내는 저면도이다.
도 6(b)는 상기 처리 헤드의 분출구 및 분출도공의 배열 구조의 일례를 나타내는 저면도이다.
도 7은 상기 전극부의 분출구의 변형예를 나타내고, (a)는 확대 단면도이고, (b)는 (a)의 Vlb-Vlb선을 따르는 평면도이다.
도 8은 상기 전극부의 분출구의 변형예를 나타내는 확대 단면도이다.
도 9는 상기 전극부의 분출구의 변형예를 나타내는 확대 단면도이다.
도 10은 상기 처리 헤드의 분출 구조의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 상기 처리 헤드의 분출구 및 분출도공의 형상의 변형예를 나타내는 저면도이다.
도 12는 상기 처리 헤드의 분출구 및 분출도공의 변형예를 나타내는 저면도이다.
도 13은 상기 처리 헤드의 분출구 및 분출도공의 변형예를 나타내는 저면도이다.
도 14는 상기 처리 헤드의 분출구 및 분출도공의 변형예를 나타내는 저면도이다.
부호의 설명
W: 피처리물
1: 처리 헤드
1a: 처리 공간
1p: 방전 공간
2: 피처리물 배치부
3: 전원
20: 프레임(위치 규제 수단)
30: 전계 인가 전극
40: 바닥판(접지 전극)
41: 분출구
41a: 분출구의 방전면측의 단부 가장자리
41b: 분출구의 처리면측의 단부 가장자리
42: 방전면
43: 처리면
60: 접지측 유전 부재
62: 분출도공
63: 접촉면
64: 단차면
70: 피복 부재
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 따라 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시 형태를 나타낸 것이다. 대기압 플라즈마 처리 장치는 처리 헤드 (1)과 피처리물 배치부 (2)를 구비하고 있다. 피처리물 배치부 (2)는 스테이지나 컨베어로 구성되어 있고, 그의 상측에 피처리물 W가 배치되도록 되어 있다. 피처리물 W는, 예를 들면 유리 기판이나 반도체 기판이다.
피처리물 배치부 (2)는 피처리물 W를 도 1의 지면 직교 방향으로 반송할 수 있도록 되어 있다. 피처리물 W가 위치 고정되어 있을 수도 있고, 처리 헤드 (1)이 도 1의 지면 직교 방향으로 이동하도록 되어 있을 수도 있다.
처리 헤드 (1)은 도시하지 않은 가대에 지지되고, 피처리물 배치부 (2)의 상측에 떨어져 위치하고 있다. 처리 헤드 (1)은 상부 덮개 부재 (10)과 프레임 (20)과 전계 인가 전극 (30)과 바닥판 (40)을 구비하고, 한 방향(도 1의 좌우 방향, 도 2의 지면 직교 방향)으로 연장되어 있다.
상부 덮개 부재 (10)은 내부식성이 높은 수지(절연체)로 구성되고, 처리 헤드 (1)의 긴 방향으로 연장되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 프레임 (20)은 한 쌍의 장변 프레임부 (21)과 한 쌍의 단변 프레임부 (22)를 갖고, 내부가 개구된, 평면에서 보아 직사각형으로 되어 있다. 장변 프레임부 (21)은 처리 헤드 (1)의 장변을 구성하고 있다. 단변 프레임부 (22)는 처리 헤드 (1)의 단변을 구성하고 있다. 프레임 (20)의 상면에 상부 덮개 부재 (10)의 주연부가 재치되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 짧은 볼트 (91)가 상부 덮개 부재 (10)을 수직으로 관통하여 프레임 (20)에 비틀어 넣어져 있다. 볼트 (91)에 의해 상부 덮개 부재 (10)과 프레임 (20)이 연결되어 있다. 상부 덮개 부재 (10)이 프레임 (20)의 내부 공간을 상측으로부터 막고 있다.
한 쌍의 장변 프레임부 (21)에는 각각 가스 도입로 (20a)가 형성되어 있다. 가스 도입로 (20a)는 처리 헤드 (1)의 긴 방향으로 연장되어 있다. 처리 가스원 (4)로부터의 가스 공급로 (4a)가 가스 도입로 (20a)의 일단부에 연속해 있다. 가스 도입로 (20a)의 측부로부터 가스 도입구 (20b)가 분기되어 있다. 가스 도입구 (20b)는 가스 도입로 (20a)의 연장 방향(도 2의 지면 직교 방향)으로 간격을 두고 복수 설치되어 있다. 각 가스 도입구 (20b)는 장변 프레임부 (21)의 내측면에 도달하여 개구되어 있다.
또한, 상기 처리 가스원 (4)에는 처리 목적에 맞는 처리 가스가 비축되어 있다.
프레임 (20)의 내부의 가스 도입로 (20a)보다 하측에는 접지측 냉각로 (20c)가 형성되어 있다. 접지측 냉각로 (20c)에는 냉각 매체 공급 수단(도시 생략)으로부터의 냉각 매체가 통과되도록 되어 있다. 냉각 매체로서 예를 들면 물이 이용되고 있다.
처리 헤드 (1)의 내부에는 전계 인가측 유전 부재 (50)이 설치되어 있다. 유전 부재 (50)은 바닥판부 (51)과 한 쌍의 측벽부 (52, 52)를 일체로 갖고 있다. 바닥판부 (51)은 처리 헤드 (1)의 긴 방향으로 연장되어 있다. 한 쌍의 측벽부 (52, 52)는 바닥판부 (51)의 짧은 방향의 양측의 가장자리로부터 위로 돌출되어 있다. 이들 바닥판부 (51)과 측벽부 (52, 52)가 조합되어 유전 부재 (50)의 단면이 대략 U자형으로 되어 있다.
바닥판부 (51)은 전극 (30)의 방전 생성면에 배치되어 방전을 안정화시키는 유전체층으로서의 역할을 담당하고 있고, 전극 (30)과는 별체로 분리 가능하게 되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 측벽부 (52)와 장변 프레임부 (21)과의 사이에는 한 쌍의 측부 간극 (1c)가 형성되어 있다. 각 측부 간극 (1c)의 상단부에 가스 도입구 (20b)가 연속해 있다.
볼트 (93)(도 2)이 상부 덮개 부재 (10)을 수직으로 관통하고, 측벽부 (52)에 비틀어 넣어져 있다. 볼트 (93)에 의해 상부 덮개 부재 (10)과 유전 부재 (50)이 연결되어 있다.
유전 부재 (50)의 내부에 전계 인가 전극 (30)이 수용되어 있다. 전극 (30)은 스테인리스나 알루미늄 등의 금속으로 구성되어 있다. 전극 (30)은 긴 방향을 도 1의 좌우 방향(처리 헤드 (1)의 긴 방향과 동일 방향)으로 향하게 하고, 짧은 방향을 도 1의 지면 직교 방향으로 향하게 한 평판상을 이루고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 전극 (30)은 급전선 (3a)를 통해 전원 (3)에 접속되어 있다. 이 전극 (30)이 유전 부재 (50)의 바닥판부 (51)의 상면에 재치되어 있다. 이에 따라, 전극 (30)의 하면(전계 인가측 방전면)이 고체 유전체층으로서의 판부 (51)로 덮여져 있다.
전극 (30)의 내부에는 전계 인가측 냉각로 (32c)가 형성되어 있다. 냉각로 (32c)는 전극 (30)의 긴 방향으로 연장되어 있다. 냉각로 (32c)에는 도시하지 않 은 냉각 매체 공급 수단으로부터의 냉각 매체가 통과되도록 되어 있다. 냉각 매체로서 예를 들면 물이 이용되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전극 (30)의 긴 방향의 양단면과 단변 프레임부 (22)와의 사이에는 엔드피스 (35)가 설치되어 있다. 엔드피스 (35)는 알루미나 등의 세라믹(절연체)으로 구성되어 있다. 엔드피스 (35)에 의해 전극 (30)과 프레임 (20)이 절연되어 있다.
전극 (30)의 긴 방향의 양단면과 엔드피스 (35)와의 사이에는 전극 (30)의 신장 변형을 허용하는 약간의 클리어런스가 설치되어 있다. 엔드피스 (35)와 전계 인가측 유전 부재 (50)와의 이음매는 접착제 등으로 완전히 코킹되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 전극 (30)의 짧은 방향의 양측면은 유전 부재 (50)의 측벽부 (52)와 대향하고 있다. 이들 전극 (30)과 측벽부 (52)와의 사이에는 측부 절연 간극 (1d)가 형성되어 있다.
전극 (30)의 상측에 상부 덮개 부재 (10)이 씌워져 있다. 전극 (30)과 상부 덮개 부재 (10)과의 사이에는 상부 절연 간극 (1e)가 형성되어 있다. 상부 절연 간극 (1e)와 측부 절연 간극 (1d)는 서로 연속해 있다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 처리 헤드 (1)의 바닥부에는 바닥판 (40)이 설치되어 있다. 바닥판 (40)은 긴 방향을 도 1의 좌우 방향(처리 헤드 (1)의 긴 방향과 동일 방향)으로 향하게 하고, 짧은 방향을 도 1의 지면 직교 방향으로 향하게 한 평판상을 이루고 있다. 바닥판 (40)의 주연부가 프레임 (20)의 하면에 접촉됨과 동시에, 약간 긴 볼트 (92)(도 2)가 상부 덮개 부재 (10) 및 프레임 (20)을 수직으로 관통하여 바닥판 (40)의 주연부에 비틀어 넣어져 있다. 볼트 (92)에 의해 바닥판 (40)이 프레임 (20)에 연결되어 있다. 바닥판 (40)이 프레임 (20)의 내부 공간을 하측으로부터 막고 있다.
바닥판 (40)은 스테인리스 등의 내열성 및 내부식성이 높은 금속으로 구성되어 있다. 바닥판 (40)은 접지선 (3b)(도 2)를 통해 전기적으로 접지되어 있다. 이에 따라, 바닥판 (40)은 전계 인가 전극 (30)에 대한 접지 전극으로 되어 있다. 이하, 바닥판 (40)을 적절히 "접지 전극 (40)"이라 칭한다.
접지 전극 (40)의 상면은 전계 인가 전극 (30)을 향하는 접지측 방전면 (42)(전계 인가 전극 (30)과의 사이에 방전을 생성해야 할 면)로 되어 있다.
접지 전극 (40)은 피처리물 배치부 (2), 나아가서는 피처리물 W와 대향하고, 피처리물 W와의 사이에 처리 공간 (1a)를 형성하도록 되어 있다. 접지 전극 (40)의 하면(방전면 (42)와는 반대측의 면)은 피처리물 W를 향하는 처리면 (43)(피처리물 W와의 사이에 처리 공간 (1a)를 구획 형성해야할 면)으로 되어 있다.
접지 전극 (40)의 방전면(상면) (42)에는 접지측 유전 부재 (60)이 설치되어 있다. 유전 부재 (60)은 알루미나 등의 세라믹(고체 유전체)으로 구성되어 있다. 유전 부재 (60)은 접지 전극 (40)과 동일 방향으로 연장되는 평판상을 이루고 있다. 유전 부재 (60)은 접지 전극 (40)의 방전면 (42)를 덮어, 방전을 안정화시키는 유전체층으로서의 역할을 담당하고 있다.
유전 부재 (60)은 프레임 (20)의 내부에 수용되어 있다. 유전 부재 (60)의 외주연과 프레임 (20)의 내주면과의 사이에는 유전 부재 (60)의 팽창을 허용하거 나, 유전 부재 (60)을 프레임 (20)에 수납하는 데 충분한 클리어런스가 형성되어 있다. 클리어런스의 크기 d1은 유전 부재 (60)의 수용 조작을 가능하게 하는 정도이고, 예를 들면 d1= 1 mm 미만이다. 프레임 (20)은 접지 전극 (40)의 상면 (42)에 대한 유전 부재 (60)의 위치를 규제하는 위치 규제 수단으로 되어 있다. 유전 부재 (60)의 위치는 상기 클리어런스의 크기 d1(<1 mm)에 대응하는 분의 오차가 허용되어 있다(도 5 참조).
도 1에 나타낸 바와 같이, 유전 부재 (60)의 긴 방향의 양단부 가장자리에는 각각 위로 돌출하는 볼록부 (61)이 형성되어 있다. 볼록부 (61)은 유전 부재 (60)의 긴 방향의 단부 가장자리를 따라 연장되어 있다. 이들 볼록부 (61)에 상기 전계 인가측 유전 부재 (50)의 바닥판부 (51)의 긴 방향의 양단부가 재치되어 있다.
전계 인가측 유전 부재 (50)의 바닥판부 (51)과 접지측 유전 부재 (60)과의 사이에는 좁은 하부 간극 (1b)가 형성되어 있다. 후술하는 바와 같이, 이 하부 간극 (1b)의 중앙부가 방전 공간 (1p)가 된다. 접지측 유전 부재 (60)의 상면은 전계 인가측 유전 부재 (50), 나아가서는 전계 인가 전극 (30)에 면해 있다. 접지측 유전 부재 (60)의 상면은 방전 공간 (1p)를 구획 형성하는 구획 형성면으로 되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 하부 간극 (1b)의 짧은 방향의 양단부는 측부 간극 (1c)의 하단부에 각각 연속해 있다.
처리 헤드 (1)의 분출 구조에 대하여 설명한다.
접지측 유전 부재 (60)에는 다수의 분출도공 (62)가 형성되어 있다. 분출도공 (62)는 유전 부재 (60)의 상면(방전 공간 (1p)의 구획 형성면)으로부터 하면(접 지 전극 (40)에 씌워지는 면)으로 두께 방향으로 관통하고 있다. 분출도공 (62)는 방전 공간 (1p)에 연속해 있다. 분출도공 (62)의 크기 및 형상은 관통 방향(상하 방향)으로 일정하게 되어 있다. 예를 들면, 분출도공 (62)는 직경 1 mm 정도의 일정한 크기의 원형 단면으로 되어 있다.
접지 전극 (40)에는 다수의 분출구 (41)이 형성되어 있다. 분출구 (41)은 접지 전극 (40)의 상면(방전면 (42))으로부터 하면(처리면 (43))으로 두께 방향으로 관통하고 있다. 분출구 (41)의 크기 및 형상은 관통 방향(상하 방향)으로 일정하게 되어 있다. 예를 들면, 분출구 (41)은 직경 3 mm 정도의 일정한 크기의 원형 단면으로 되어 있다. 분출구 (41)은 접지측 유전 부재 (60)의 분출도공 (62)와 일대일로 대응하도록 배열되고, 각각 대응하는 분출도공 (62)에 연속해 있는 동시에, 처리 공간 (1a)에 연속해 있다.
분출구 (41) 및 분출도공 (62)는 규칙적으로 배열되어 있다. 예를 들면, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 분출구 (41) 및 분출도공 (62)는 사각격자형으로 배열될 수 있다. 또는, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 분출구 (41) 및 분출도공 (62)는 삼각격자형 등으로 배열될 수도 있다.
도 4(a)에 확대하여 나타낸 바와 같이, 각 분출구 (41)은 분출도공 (62)보다 크다. 분출도공 (62)의 내면은 분출구 (41)의 내면보다 분출구 (41)의 직경 방향의 내측으로 돌출되어 있다. 유전 부재 (60)의 하면은 접촉면 (63)과 단차면 (64)를 포함하고 있다. 접촉면 (63)은 유전 부재 (60)의 하면 중, 접지 전극 (40)의 방전면 (42)에 닿아 접하는 부분이다. 단차면 (64)는 접촉면 (63)과 동일한 평면 을 구성하고, 접촉면 (63)으로부터 분출구 (41)의 직경 방향 내측으로 동일면으로 연장되어 있다. 단차면 (64)가 분출도공 (62)의 내면과 분출구 (41)의 내면과의 사이의 단차를 형성하고 있다. 단차면 (64)는 분출구 (41) 및 분출도공 (62)의 주연을 따르는 환형으로 되어 있다. 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 상측(전계 인가 전극 (30)의 측)에서 보면, 유전 부재 (60)의 분출도공 (62)의 주연 부분이 접지 전극 (40)의 분출구 (41)의 상단부 가장자리 (41a)(방전면 (42)측의 단부 가장자리)를 전체 둘레에 걸쳐 덮고 있다.
분출구 (41)의 직경은 분출도공 (62)의 직경보다 바람직하게는 0.5 내지 4 mm 정도 크고, 보다 바람직하게는 2 mm 정도 크다.
단차면 (64)의 폭 w1(분출구 (41)의 단부 가장자리로부터의 돌출량)은 w1=1 mm 정도이다. 단차면 (64)의 폭 w1은 유전 부재 (60)의 위치 결정 오차의 허용량 d1(<1 mm)보다 크다(w1>d1).
처리 헤드 (1)의 조립 절차를 설명한다.
바닥판, 즉 접지 전극 (40) 위에 프레임 (20)을 배치한다. 프레임 (20)의 내측에 접지측 유전 부재 (60)을 수용한다. 이 유전 부재 (60)을 접지 전극 (40)의 상면 (42)에 재치한다. 이에 따라, 유전 부재 (60)의 분출도공 (62)와 접지 전극 (40)의 분출구 (41)이 연통한다. 분출도공 (62)의 내면은 분출구 (41)의 내면보다 내측으로 돌출하고, 이들 분출도공 (62)의 내면 및 분출구 (41)의 내면끼리 사이에 단차 (64)가 형성된다. 유전 부재 (60)과 프레임 (20) 사이에는 클리어런스가 설정되어 있어, 유전 부재 (60)을 용이하게 수용할 수 있다. 이 클리어런스 는 매우 작기 때문에(d1<1 mm), 유전 부재 (60)을 접지 전극 (40)에 대하여 거의 정확하게 위치 결정할 수 있다. 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 설령 유전 부재 (60)의 위치 결정 오차가 있더라도 오차의 허용량 d1이 정규 위치 결정 상태에서의 단차면 (64)의 폭 w1(도 4(a))보다 작기 때문에(d1<w1), 분출도공 (62)의 내면의 전체 둘레가 반드시 분출구 (41)의 내면보다 내측으로 돌출된다. 따라서, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 상측에서 보아 분출구 (41)의 상단부 가장자리 (41a)의 전체 둘레가 유전 부재 (60)의 분출도공 (62)의 주연부로 반드시 덮이게 된다.
또한, 프레임 (20)의 내부에 전계 인가측 유전 부재 (50)을 삽입한다. 이 전계 인가측 유전 부재 (50)의 긴 방향의 양단부를 볼록부 (61) 위에 재치한다. 전계 인가측 유전 부재 (50)의 바닥판부 (51) 위에는 전계 인가 전극 (30)을 재치한다. 전계 인가 전극 (30)의 긴 방향의 양단부에는 엔드피스 (35)를 배치한다. 엔드피스 (35)와 전계 인가측 유전 부재 (50)과의 이음매는 접착제 등으로 완전히 코킹한다.
이어서, 상부 덮개 부재 (10)을 부재 (20, 30, 50) 위에 씌우고, 짧은 볼트 (91)로 프레임 (20)을 상부 덮개 부재 (10)에 고정하고, 긴 볼트 (92)로 접지 전극 (40)을 프레임 (20)에 고정하고, 중간 길이의 볼트 (93)으로 전계 인가측 유전 부재 (50)을 상부 덮개 부재 (10)에 고정한다. 이들 볼트 (91, 92, 93)은 모두 동일 방향(수직)으로 향해져 있기 때문에, 동시 병행하여 조여 갈 필요가 없고, 임의의 순서로 용이하게 볼트 체결할 수 있다.
상기 구성의 플라즈마 처리 장치에서 표면 처리를 행할 때에는 피처리물 W를 피처리물 배치부 (2) 위에 세팅한다.
그리고, 처리 가스원 (4)로부터의 처리 가스를 가스 공급로 (4a)를 거쳐 처리 헤드 (1)의 가스 도입로 (20a)에 공급한다. 이 처리 가스는 복수의 가스 도입구 (20b)로부터 측부 간극 (1c)에 균일하게 유입되고, 또한 하부 간극 (1b)에 도입된다.
병행하여, 전원 (3)으로부터 전계 인가 전극 (30)에 전압을 공급한다. 이에 따라, 전계 인가 전극 (30)과 접지 전극 (40)과의 사이에 대기압 글로 방전이 생성되고, 하부 간극 (1b)의 중앙부가 방전 공간 (1p)가 되고, 상기 공간 (1p)의 처리 가스가 플라즈마화(분해, 여기, 활성화, 라디칼화, 이온화를 포함함)된다.
플라즈마화된 처리 가스가 분출도공 (62)를 거쳐 분출구 (41)로부터 하측의 처리 공간 (1a)로 분출되고, 피처리물 W에 접촉된다. 이에 따라, 피처리물 W의 표면 상에서 반응이 일어나, 원하는 표면 처리가 행해진다. 또한, 피처리물 배치부 (2)를 좌우에 스캔함으로써, 피처리물 W의 전체를 처리할 수 있다.
접지측 유전 부재 (60)의 분출도공 (62)의 내면이 접지 전극 (40)의 분출구 (41)의 내면보다 내측으로 돌출되어 있기 때문에, 전계 인가 전극 (30) 측에서 보면, 유전 부재 (60)의 분출도공 (62)의 주연부가 분출구 (41)의 내면을 덮게 된다. 이 때문에, 아크 등의 이상 방전이 분출구 (41)의 내면의 특히 상단부 가장자리 (41a)에 발생하는 것을 방지할 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 설령 유전 부재 (60)의 위치 결정 오차가 있더라도 분출구 (41)의 상단부 가장자리 (41a)의 전체 둘레가 반드시 유전 부재 (60)으로 덮이도록 할 수 있다. 따라서, 이상 방전을 확실하게 방지할 수 있다. 이에 따라, 메탈 콘테미네이션 및 파티클의 발생을 저지할 수 있고, 이들 메탈 콘테미네이션이나 파티클이 피처리물 W에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다. 이하의 실시 형태에 있어서 이미 상술한 구성에 관해서는 도면에 동일 부호를 붙여 설명을 적절히 생략한다.
도 7은 분출구 (41)의 형상의 변형예를 나타낸 것이다. 동 도(a)에 나타낸 바와 같이, 이 변형예에 있어서는 접지 전극 (40)에서의 분출구 (41)의 상단부 가장자리 (41a)의 내경이 분출도공 (62)의 내경보다 커지면서 분출구 (41)이 밑을 향하여 직경이 축소되는 테이퍼형으로 되어 있다. 따라서, 분출구 (41)의 크기가 접지 전극 (40)의 하면(처리면 (43))에 근접함에 따라 완만하게 작아지고 있다. 분출구 (41)의 하단부 가장자리 (41b)의 내경(처리면 (43)측의 단부의 크기)은 상단부 가장자리 (41a)의 내경(방전면 (42)측의 단부의 크기)보다 작게 되어 있다.
또한, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 분출구 (41)의 하단부 가장자리 (41b)의 내경은 분출도공 (62)의 내경과 동일하게 되어 있다. 즉, 분출구 (41)의 처리면측의 단부 (41b)의 크기 및 형상이 분출도공 (62)의 크기 및 형상과 대략 일치하고 있다.
이에 따라, 분출구 (41)의 내면의 특히 상하의 단부 가장자리 (41a, 41b)에 아크 등의 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 분출구 (41) 내로의 외부 분위기의 개입을 방지할 수 있다. 나아가, 방전 공간 (1p)에서 플라즈마 화된 처리 가스가 분출도공 (62)를 거쳐 분출구 (41)을 통과할 때 점차로 조여져, 분출구 (41)로부터 기세 좋게 분출되도록 할 수 있다. 이 결과, 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 분출구 (41)을 테이퍼 구멍으로 하는 대신에, 분출구 (41)의 상측(방전면측)의 부분 (44)를 대직경으로 하고, 분출구 (41)의 하측(처리면측)의 부분 (45)를 소직경으로 하여, 상측 부분 (44)와 하측 부분 (45) 사이에 단차 (46)을 형성하고, 분출구 (41)을 계단형으로 할 수 있다. 상측 부분 (44)는 분출도공 (62)보다 대직경으로 되어 있다. 하측 부분 (45)는 분출도공 (62)와 거의 동일 직경으로 되어 있다.
도 9에 나타내는 변형예에서는 제1 실시 형태(도 1 내지 도 5)와 동일한 분출구 (41)의 내면에 피복 부재 (70)(부시)가 설치되어 있다. 피복 부재 (70)은 접지측 유전 부재 (60)과는 별체의 절연체로 구성되어 있다. 피복 부재 (70)이 되는 절연체는 내플라즈마성 및 내열성이 높은 재질인 것이 바람직하고, 예를 들면 불소계 수지, 석영, 유리 등이 바람직하다.
피복 부재 (70)은 통 형상을 이루고 있다. 피복 부재 (70)의 외주면이 분출구 (41)의 내면에 밀착되어 있다.
피복 부재 (70)의 두께는 단차면 (64)의 폭 w1과 동일하게 되어 있다. 따라서, 피복 부재 (70)의 내주면이 분출도공 (62)의 내면과 동일면으로 되어 있다. 분출구 (41) 중 피복 부재 (70)의 내부 공간이 분출도공 (62)에 연속해 있다. 방전 공간 (1p)에서 플라즈마화된 처리 가스는 분출도공 (62)를 거쳐 피복 부재 (70) 의 내부 공간을 통과하여 분출되도록 되어 있다.
이 양태에 따르면, 접지 전극 (40)의 분출구 (41)의 금속으로 이루어지는 내면이 피복 부재 (70)으로 덮여져 있기 때문에, 이상 방전을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 피복 부재 (70)의 내주면이 분출도공 (62)의 내면과 동일면으로 되어 있기 때문에, 피복 부재 (70)의 내주면의 상단부 가장자리 등으로부터 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 분출구 (41) 및 분출도공 (62)를 각각 접지 전극 (40) 및 유전 부재 (60)의 폭 방향의 중앙부에만 설치하도록 할 수 있다.
분출구 (41)의 단면 형상은 가공성 등을 고려하면 진원(眞圓)이 바람직하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 타원형이나 장원형일 수도 있고, 사각형 등의 다각 형상일 수도 있고, 슬릿형일 수도 있다.
도 11에 나타내는 실시 형태에서는 분출구 (41) 및 분출도공 (62)가 장공형으로 되어 있다. 분출구 (41) 및 분출도공 (62)의 장경끼리는 서로 동일 방향(여기서는 처리 헤드 (1)의 긴 방향)을 향하고 있다. 분출구 (41)의 장경은 분출도공 (62)의 장경보다 크다. 분출구 (41)의 단경은 분출도공 (62)의 단경보다 크다. 분출도공 (62)의 내부 공간 전체가 분출구 (41)에 연속해 있다. 분출구 (41)의 내면과 분출도공 (62)의 내면과의 사이에는 단차면 (64)가 형성되어 있다. 단차면 (64)는 분출구 (41) 및 분출도공 (62)의 주연을 따라 긴 환형으로 되어 있다. 복수의 장공형의 분출구 (41) 및 분출도공 (62)가 처리 헤드 (1)의 긴 방향으로 일렬로 배열되어 있다. 처리 헤드 (1)의 짧은 방향에 인접하는 분출구 (41) 및 분출도 공 (62)의 열끼리는 처리 헤드 (1)의 긴 방향으로 어긋나 있지만, 이들 열끼리가 처리 헤드 (1)의 긴 방향으로 모여 있을 수 있다.
도 12에 나타내는 실시 형태에서는 분출구 (41) 및 분출도공 (62)가 도 11의 장공형 분출구 (41) 및 분출도공 (62)보다 처리 헤드 (1)의 긴 방향으로 충분히 길게 연장되는 슬릿형으로 되어 있다. 슬릿형 분출구 (41)의 길이는 슬릿형 분출도공 (62)의 길이보다 크다. 슬릿형 분출구 (41)의 폭은 슬릿형 분출도공 (62)의 폭보다 크다. 슬릿형 분출도공 (62)의 내부 공간의 전체가 슬릿형 분출구 (41)에 연속해 있다. 슬릿형 분출구 (41)의 내면과 슬릿형 분출도공 (62)의 내면과의 사이에는 단차면 (64)가 형성되어 있다. 단차면 (64)는 슬릿형의 분출구 (41) 및 분출도공 (62)의 주연을 따라 긴 환형으로 되어 있다.
슬릿형의 분출구 (41) 및 분출도공 (62)는 처리 헤드 (1)의 짧은 방향의 중앙에 1 세트만 배치되어 있지만, 복수의 슬릿형의 분출구 (41) 및 분출도공 (62)가 처리 헤드 (1)의 짧은 방향으로 간격을 두고 배치될 수 있다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 장공형 내지는 슬릿형의 분출구 (41) 및 분출도공 (62)가 처리 헤드 (1)의 짧은 방향으로 연장되어 있을 수 있다. 도 13에서는 복수의 분출구 (41) 및 분출도공 (62)가 각각 처리 헤드 (1)의 짧은 방향으로 연장되고, 또한 서로 처리 헤드 (1)의 긴 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 장공형 내지는 슬릿형의 분출구 (41) 및 분출도공 (62)가 처리 헤드 (1)의 긴 방향 및 짧은 방향에 대하여 비스듬하게 연장되어 있을 수 있다. 도 14에서는 경사를 이루는 분출구 (41) 및 분출도공 (62)가 처리 헤드 (1)의 긴 방향으로 간격을 두고 복수 배치되어 있다.
본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 개변을 이룰 수 있다.
예를 들면, 분출도공 (62)의 단면 형상은 분출구 (41)의 단면 형상과 상사형으로 하는 것이 바람직하지만, 평면에서 보아 분출도공 (62)의 내측에 접지 전극 (40)이 노출되지 않는 한, 분출도공 (62)가 분출구 (41)과는 다른 형상이 될 수도 있다.
프레임 (20)을 유전 부재 (60)의 위치 규제 수단으로서 이용하는 대신에, 접지 전극 (40)이나 유전 부재 (50)에 볼록부 등을 설치하고, 이 볼록부를 유전 부재 (60)의 위치를 규제하는 위치 규제 수단으로서 이용할 수도 있고, 처리 헤드 (1)에 유전 부재 (60)의 위치를 규제하기 위한 전용의 부재를 위치 규제 수단으로서 조립할 수도 있다.
복수의 실시 형태를 서로 조합할 수 있다. 예를 들면, 도 11 내지 도 14의 장공형 또는 슬릿형의 분출구 (41)을, 도 7의 실시 형태와 같이 밑을 향하여 폭이 좁아지도록 할 수도 있다. 상기 장공형 또는 슬릿형의 분출구 (41)의 내면에, 도 8의 실시 형태와 같이 단차를 형성할 수도 있다. 상기 장공형 또는 슬릿형의 분출구 (41)에, 긴 환형의 절연성의 피복 부재(도 9 참조)를 끼워 넣을 수도 있고, 이 긴 환형의 피복 부재의 내주면의 전체 둘레가 장공형 또는 슬릿형의 분출도공 (62)의 내주면과 동일면이 될 수도 있다.
본 발명은 세정, 표면 개질(친수화, 발수화 등), 에칭, 성막 등의 다양한 표 면 처리에 적용 가능하다. 대기압 근방하에서의 플라즈마 처리로 한정되지 않고, 진공하에서의 플라즈마 처리에도 적용 가능하다.
본 발명은 예를 들면 평면 디스플레이용의 유리 기판이나 반도체 기판의 제조 공정에서의 표면 처리에 적용 가능하다.

Claims (8)

  1. 처리 가스를 방전 공간에서 플라즈마화하여 분출하고, 상기 방전 공간의 외부의 피처리물 배치부에 배치된 피처리물에 접촉시켜 플라즈마 표면 처리를 행하는 장치에 있어서,
    전원에 접속된 전계 인가 전극과,
    상기 전계 인가 전극을 향하는 방전면과 상기 피처리물 배치부를 향하는 처리면을 갖고, 전기적으로 접지된 접지 전극과,
    상기 접지 전극의 방전면에 접촉됨과 동시에 상기 전계 인가 전극에 면하여 상기 방전 공간을 구획 형성하는 고체 유전체로 이루어지는 유전 부재
    를 구비하고, 상기 유전 부재에는 상기 방전 공간에 연속해 있는 분출도공이 형성되고,
    상기 접지 전극에는 상기 분출도공에 연속해 있음과 동시에 상기 방전면으로부터 상기 처리면으로 관통하는 분출구가 형성되고,
    상기 유전 부재에서의 상기 분출도공의 내면이, 상기 접지 전극에서의 상기 분출구의 내면의 상기 방전면측의 단부 가장자리로부터 분출구의 직경 방향 내측으로 돌출되고,
    상기 유전 부재가, 상기 접지 전극의 방전면과 접촉하는 접촉면과, 이 접촉면으로부터 동일면에 연장되어 상기 분출도공의 내면과 상기 분출구의 내면과의 사이의 단차를 형성하는 단차면을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장 치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분출구의 크기 및 형상이 상기 분출구의 관통 방향으로 일정한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분출구의 상기 처리면의 단부에서의 크기가 상기 방전면측의 단부에서의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 분출구의 크기가 상기 처리면에 근접함에 따라 완만하게 작아지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 분출구의 상기 처리면측의 단부에서의 크기 및 형상이 상기 분출도공의 크기 및 형상과 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전 부재를, 상기 접지 전극에 대하여 상기 방전면과 평행한 면내에서 오차를 허용하면서 위치 규제하는 위치 규제 수단을 추가로 구비하고,
    상기 유전 부재를 정규 위치에 위치시킨 상태에서의 상기 단차면의 상기 돌출 방향을 따르는 폭이 상기 오차의 허용량보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유전 부재와는 별체의 절연체로 이루어지고, 상기 접지 전극의 분출구의 내면을 덮도록 설치된 피복 부재를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 피복 부재의 두께가 상기 단차면의 상기 돌출 방향을 따르는 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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