KR20050103251A - 플라즈마 표면 처리 장치 - Google Patents

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KR20050103251A
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스미오 나가따께
히로야 기따하따
세쯔오 나까지마
유우지 에구찌
준이찌로 안자이
요시노리 나까노
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세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
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Abstract

플라즈마 성막 장치에는 전원(4)에 접속된 2개의 제1 전극(51)과, 접지된 2개의 제2 전극(52)이 제2 전극(52), 제1 전극(51), 제1 전극(51), 제2 전극(52)의 순서로 늘어서 있다. 중앙의 제1 전극(51)끼리의 사이에 형성된 제1 유로(50a)에는 막의 원료 가스(제1 가스)가 통과된다. 양측의 제1 및 제2 전극(51, 52)끼리의 사이에 형성된 제2 유로의 플라즈마 방전 공간(50b)에는 플라즈마에 의해 상기 원료를 막화 가능하게 여기되는 한편, 그 자체는 여기하는 것만으로는 막화되지 않는 여기 가스(제2 가스)가 통과된다. 이들 가스는 제1, 제2 유로의 교차부(20c)에서 합류하고 공통 불어내기로(25a)를 경유하여 불어내어진다. 이에 의해, 전극 등의 장치 구성 부재에 막이 부착되는 것을 방지할 수 있다.

Description

플라즈마 표면 처리 장치 {PLASMA SURFACE TREATMENT DEVICE}
본 발명은, 한 쌍의 전극 사이의 인가 전계에 의해 처리 가스를 플라즈마화하고, 반도체 베이스 등의 베이스의 표면에 성막, 엣칭, 앳싱, 세정, 개질 등의 처리를 행하는 플라즈마 표면 처리 기술에 관한 것이다. 특히, 플라즈마 성막에 있어서 베이스를 전극 사이의 전계 인가 공간으로부터 떨어져 배치하는 소위 리모트식에 적합한 장치에 관한 것이다.
플라즈마 표면 처리 장치에는 한 쌍의 전극이 설치되어 있다(예를 들어 일본 특허 공개 평11-236676호 공보 참조). 이들 한 쌍의 전극끼리의 사이로 처리 가스가 도입되는 동시에 전계가 인가되어 글로우 방전이 형성된다. 이에 의해, 처리 가스가 플라즈마화된다. 이 플라즈마화된 처리 가스가 반도체 베이스 등의 베이스에 닿게 된다. 이에 의해, 베이스의 표면에 성막(CVD), 엣칭, 앳싱, 세정, 표면 개질 등의 처리를 실시할 수 있다.
1대의 장치에 설치된 전극은 2개로 한정되지 않는다. 예를 들어, 일본 특허 공개 평5-226258호 공보에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는 다수매의 전극이 극성이 교대가 되도록 하여 늘어서 있다.
플라즈마 표면 처리의 방식에는 베이스를 한 쌍의 전극끼리의 사이의 전계 인가 공간에 배치하는 소위 다이렉트식과, 베이스를 전계 인가 공간으로부터 떨어져 배치하고 이 베이스를 향해 전계 인가 공간에서 플라즈마화된 처리 가스를 송풍하는 소위 리모트식이 있다. 또한, 장치 전체를 감압 챔버에 넣어 저압 환경에서 처리를 행하는 저압 플라즈마 처리 방식과, 대기압 근방의 압력(대략 상압) 하에서 처리를 행하는 상압 플라즈마 처리 방식이 있다.
예를 들어, 일본 특허 공개 평11-251304호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 리모트식의 상압 플라즈마 표면 처리 장치에는 처리 가스의 불어내기 노즐이 구비되어 있다. 이 노즐의 내부에 한 쌍의 전극이 대향 배치되어 있다. 적어도 한 쪽 전극의 대향면에는 세라믹 등의 고체 유전체층이 용사 피막 등의 수단으로 마련되어 있다. 이는 상압의 전극간 공간에서 발생하는 아크 방전을 방지하기 위해서이다. 노즐에는 전극 사이의 전계 인가 공간에 연결되는 불어내기로가 형성되어 있다. 이 불어내기로의 끝에 베이스가 배치된다.
플라즈마 표면 처리용 가스는 처리 목적에 따른 것이 이용된다. 성막(CVD)의 경우에는 막의 원료를 포함하는 가스가 이용된다. 이 원료 가스가 전극 사이로 도입되어 플라즈마에 의해 반응을 일으켜 베이스의 표면에 피막된다.
그러나, 성막 처리에 있어서는 막이 베이스에 부착해야 할 곳, 장치의 측에 부착되어 버리기 쉽다는 문제가 있다. 특히, 리모트식에서는 불어내기로로부터 불어내어지기 전에 전극의 표면에 부착하기 쉽다. 노즐의 불어내기로의 주위나 베이스와의 대향면에도 부착하기 쉽다. 이로 인해, 원료의 손실이 많게 되어 버린다. 전극 등의 교체나 세정 등의 메인터넌스도 빈번히 행해야만 한다. 전극 등의 구성 부재를 한번에 교체하는 것은 자재의 낭비가 심하다. 또한, 불어내기로 주위의 부착물(오염)을 떨어뜨리기 위해 노즐을 한번에 세정하는 것은 매우 번잡하다. 게다가, 메인터넌스 중에는 처리를 중단할 수밖에 없다.
그런데, 일본 특허 공개 평3-248415호 공보에는 상압 CVD 일반에 있어서, 노즐의 주변으로부터 배기부에 걸친 벽면을 철망으로 구성하고, 그 그물코로부터 불활성 가스를 송풍함으로써 장치측에의 막의 부착을 방지하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 그물코로부터의 불활성 가스로 처리 가스 흐름이 흐트러져 베이스에의 성막 효율을 손상시킬 우려가 있다.
또한, 상압에서의 플라즈마 표면 처리에서는 저압 환경에 비해 래디컬의 평균 자유 공정(수명)이 짧다는 문제가 있다. 그로 인해, 노즐을 베이스로부터 지나치게 떨어뜨리면 활성을 잃어 성막할 수 없게 된다. 한편, 노즐을 베이스에 지나치게 가깝게 하면 전계를 인가하는 측의 전극과 베이스 사이에서 아크가 발생하기 쉬워져 베이스를 손상시키는 일이 있다.
또한, 상압 플라즈마 표면 처리에서는, 아크(이상 방전)는 전극의 배면(대향면과는 반대측의 면)이나 전극의 엣지로부터도 발생하는 일이 있다. 특히 처리 가스로서 아르곤을 비롯한 희박 가스나 수소를 이용하였을 때에 현저하다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 플라즈마 표면 처리 중에서도 플라즈마 성막에 있어서의, 특히 리모트식의 플라즈마 성막에 있어서의 전극 등에의 막부착의 문제에 대한 해결 기술을 제공하는 것이다. 또는, 아크 방전도 방지하여 양호한 성막 처리를 할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간을 통해 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 상기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
상기 제1 유로가 형성된 전계 인가 전극과, 이 전계 인가 전극 사이에 상기 플라즈마 방전 공간을 형성하는 접지 전극을 포함하는 처리 헤드를 구비하고,
이 처리 헤드가 기재와 평행하게 대향해야 하는 면을 갖고,
상기 기재 대향 면에는 상기 제1 유로에 연결되는 제1 불어내기구와, 상기 플라즈마 방전 공간에 연결되는 제2 불어내기구가 각각 형성되어 이 제1 불어내기구와 제2 불어내기구가 상기 처리 헤드에 대한 기재의 상대적인 반송 방향에 따라서 서로 떨어져 있는 것을 제1 특징으로 한다.
제1 특징에 따르면, 제1 가스와 제2 가스가 처리 헤드의 내부에서는 혼합하지 않고, 따라서 처리 헤드의 내부가 플라즈마 처리되는 것을 방지할 수 있다. 제1 가스와, 플라즈마 공간에서 여기된 제2 가스는 처리 헤드로부터 불어내어진 후, 기판의 표면 상에서 접촉한다. 이에 의해, 제1 가스가 여기되어 기판의 표면 처리를 행할 수 있다.
본 발명은 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간을 통해 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 상기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
2개의 전계 인가 전극과, 2개의 접지 전극을 갖는 처리 헤드를 구비하고,
상기 4개의 전극이 접지 전극, 전계 인가 전극, 전계 인가 전극, 접지 전극의 순으로 늘어서고, 2개의 전계 인가 전극 사이에 상기 제1 유로가 형성되어 전계 인가 전극과 접지 전극 사이에 전기 플라즈마 방전 공간이 형성되고, 이에 의해 2개의 플라즈마 방전 공간이 1개의 제1 유로를 협지하여 양측에 배치되어 있는 것을 제2 특징으로 한다.
제2 특징에 따르면, 여기된 제2 가스를 제1 가스의 양측으로부터 제1 가스에 접촉시킬 수 있다.
제2 특징에 있어서, 상기 처리 헤드가 기재와 대향해야 하는 기재 대향 부재를 갖고, 이 기재 대향 부재에는 상기 1개의 제1 유로와 2개의 플라즈마 방전 공간에 각각 연결되는 개별 불어내기로가 상기 처리 헤드에 대한 상기 기재의 상대적인 반송 방향에 따라서 서로 떨어져 형성되어 있어도 좋다.
제2 특징에 있어서, 상기 처리 헤드가 기재와 대향해야 하는 기재 대향 부재를 갖고, 이 기재 대향 부재와 각 전계 인가 전극 사이에 연통로가 형성되고, 이 연통로를 거쳐서 플라즈마 방전 공간과 제1 유로가 연통되고, 상기 기재 대향 부재에는 제1, 제2 가스의 공통의 불어내기로가 상기 제1 유로와 연통로의 교차부에 연결되도록 하여 형성되어 있어도 좋다.
본 발명은 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간을 통해 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 상기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
복수의 전계 인가 전극과, 복수의 접지 전극을 갖는 처리 헤드를 구비하고,
이들 전극이 동극성의 전극끼리 사이에 형성된 상기 제1 유로와, 이극성의 전극끼리 사이에 형성된 플라즈마 방전 공간이 교대로 배치되도록 하여 늘어서 있는 것을 제3 특징으로 한다.
제3 특징에 따르면 제1 가스와 제2 가스를 확실하게 접촉시킬 수 있어, 표면 처리를 확실하게 행할 수 있다.
제3 특징에 있어서, 상기 배열 방향의 양단부에 위치하는 전극이 접지 전극인 것이 바람직하다.
본 발명은 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간을 통해 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 전기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
상기 제1 유로가 형성된 전계 인가 전극과, 이 전계 인가 전극과의 사이에 상기 플라즈마 방전 공간을 형성하는 접지 전극을 갖는 처리 헤드를 구비하고,
상기 처리 헤드에 있어서, 상기 접지 전극이 상기 전계 인가 전극의 기재를 향해야 하는 측에 대향 배치되어 있는 것을 제4 특징으로 한다.
제4 특징에 따르면, 전계 인가 전극과 기재 사이에서 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있어, 기재의 손상을 방지할 수 있다.
제4 특징에 있어서, 상기 처리 헤드가 상기 전계 인가 전극의 기재를 향하게 하는 면에 덮이는 기재 대향 부재를 갖고, 이 기재 대향 부재에 상기 접지 전극이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 전계 인가 전극과 기재 대향 부재 사이에 간극이 형성되고, 이 간극이 상기 플라즈마 방전 공간을 포함하는 제2 유로로 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 플라즈마 방전 공간이 상기 제1 유로와 직접 교차하고, 상기 기재 대향 부재에는 제1, 제2 가스의 공통의 불어내기로가 상기 교차부에 연결되도록 하여 형성되어 있어도 좋다.
상기 기재 방향 부재가 세라믹으로 구성되어 그 기재를 향해야 하는 면, 즉 전계 인가 전극과는 반대측의 면에는 상기 접지 전극을 위한 수용 오목부가 형성되고, 이 수용 오목부의 형성 부분이 상기 접지 전극의 금속 본체에 덮이는 고체 유전체층으로서 제공되어 있어도 좋다.
상기 접지 전극의 금속 본체의 상기 공통 불어내기로를 향하는 측의 단부면이 상기 전계 인가 전극의 금속 본체의 동측 단부면과 대략 같은 높이 또는 그보다 돌출되어 있어도 좋다.
상기 접지 전극의 금속 본체의 상기 공통 불어내기로를 향하는 측의 단부면이 상기 전계 인가 전극의 금속 본체의 동측 단부면보다 들어가 있어도 좋다.
제4 특징에 있어서, 상기 처리 헤드가 기재에 대향해야 하는 면을 갖고,
상기 제1 유로가 상기 기재 대향면에 대해 직교하여 상기 플라즈마 방전 공간이 상기 기재 대향면에 대해 경사를 이루어 상기 기재 대향면 상 또는 그 근방에서 상기 제1 유로와 예각으로 교차하고 있는 것이 바람직하다.
제1 내지 제4 특징에 있어서, 상기 처리 헤드에는 기재 대향면의 주연부를 둘러싸는 흡입구를 갖는 흡입 덕트가 부설되어 있는 것이 바람직하다.
제1 내지 제4 특징에 있어서, 상기 처리 헤드가 전계 인가 전극을 포함하는 상측 부분과, 이 상측 부분으로부터 하측으로 착탈 가능하게 배치된 기재 대향 부재를 갖고,
상기 기재 대향 부재의 기재와 대향해야 하는 면을 하방을 향한 상태에서 기재 대향 부재의 주연부를 적재하도록 하여 지지하는 지지 수단을 구비하고,
상기 상측 부분이 기재 대향 부재 상에 적재되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 지지 수단이 하방으로 개구되는 흡입구를 갖고 상기 처리 헤드를 둘러싸는 흡입 덕트를 일체로 갖고 있는 것이 바람직하다.
제1 내지 제4 특징에 있어서, 상기 처리 헤드가 기재와 대향해야 하는 부재를 갖고, 이 기재 대향 부재가 상기 제1, 제2 가스의 불어내기로가 배치된 불어내기 영역과, 이 불어내기 영역으로부터 돌출되어 성막 비율을 확보하는 돌출 영역을 갖고, 이 돌출 영역에 불활성 가스 도입 수단이 접속되어 있고,
상기 기재 대향 부재의 돌출 영역이 상기 도입 수단으로부터의 불활성 가스를 기재 대향면을 향해 침투시키고, 게다가 그 침투도, 나아가서는 기재 대향면으로부터의 스며나옴 정도가 상기 처리 가스의 기재 대향면으로의 접촉을 상기 처리 가스의 흐름을 흐트러뜨리지 않고 저지할 수 있을 정도의 가스 침투성 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 가스 침투성 재료가 다공질인 것이 바람직하다.
상기 가스 침투성 재료가 다공질 세라믹인 것이 바람직하다.
상기 기재 대향 부재의 돌출 영역에 있어서의 기재 대향면과는 반대측면에 상기 가스 도입 수단으로부터의 불활성 가스를 일단 저장하는 홈이 기재 대향면을 향해 오목해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 기재 대향 부재가 짧은 방향과 긴 방향을 갖고, 각 영역이 긴 방향으로 연장되는 동시에 불어내기 영역을 협지하여 짧은 방향의 양측에 돌출 영역이 마련되어 있고, 양측의 돌출 영역 각각에 상기 홈이 긴 방향으로 연장되도록 하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 기재 대향 부재의 전체가 가스 침투성 재료로 일체 형성되어 있고, 상기 홈의 불어내기 영역을 향하는 내측면에 가스 침투를 저지하는 가스 침투 저지 부재가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 홈의 깊이 방향의 중간부에는 구획이 설치되고, 이 구획이 상기 가스 침투성 재료보다 가스의 통과가 충분히 높은 가스 투과성을 갖는 동시에, 상기 홈을 상기 불활성 가스 도입 수단에 연결되는 상단 홈부와, 기재 대향면 근처의 하단 홈부로 구획되어 있는 것이 바람직하다.
제1 내지 제4 특징에 있어서, 상기 전계 인가 전극과 접지 전극이 이들 전극의 대향 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 이들 전극 사이의 플라즈마 방전 공간의 상류단부가 상기 대향 방향 및 연장 방향과 직교하는 제1 방향의 일단부에 마련되고, 하류단부가 상기 제1 방향의 타단부에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 전계 인가 전극의 긴 방향의 일단부에 상기 전계 인가 수단으로의 급전선이 접속되어 상기 접지 전극의 긴 방향의 타단부에 접지선이 접속되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간에서 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 상기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
전계 인가 전극과, 접지 전극과, 제1 불어내기 노즐과, 제2 불어내기 노즐을 구비하고,
상기 접지 전극이 상기 전계 인가 전극의 기재를 향해야 할 측에 유전 부재를 협지하여 배치되는 동시에, 이 접지 전극의 일부에 상기 유전 부재를 노출시키는 절결부가 형성되고, 이 절결부 내가 상기 플라즈마 방전 공간이 되고,
상기 제2 불어내기 노즐이 제2 가스를 접지 전극의 기재 대향면에 더하도록 불어내고, 이에 의해 제2 가스가 상기 절결부에 인입하고,
상기 제1 불어내기 노즐이 상기 제2 불어내기 노즐보다 기재측의 위치로부터 제1 가스를 제2 가스와 거의 평행하게 불어내는 것을 제5 특징으로 한다.
제5 특징에 따르면, 전계 인가 전극과 기재 사이에서 아크가 발생하는 것을 방지하여 기재의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명은, 예를 들어 플라즈마의 작용으로 기재의 표면에 막을 형성하는 플라즈마 성막 처리 등에 적용 가능하다. 이 플라즈마 성막용 장치는,
(A) 상기 막의 원료를 포함하는 제1 가스의 공급원과,
(B) 플라즈마 방전에 의해 상기 원료를 막화 가능한 여기 상태가 되는 한편, 스스로 막화되는 성분을 포함하지 않는 제2 가스의 공급원과,
(C) 베이스와 대향되어야 할 처리 헤드를 구비하고, 상기 처리 헤드에는,
(a) 접지된 접지 전극과,
(b) 전원에 접속되는 동시에 상기 접지 전극과의 사이에 플라즈마 방전 공간을 형성하는 전계 인가 전극이 설치되는 동시에,
(c) 상기 제1 가스 공급원으로부터의 제1 가스를, 상기 플라즈마 방전 공간을 피하도록 하거나, 또는 스치도록 하여 베이스로 유도하는 제1 유로와,
(d) 상기 플라즈마 방전 공간을 포함하여 상기 제2 가스 공급원으로부터의 제2 가스를 상기 플라즈마 방전 공간에 통과시킨 후, 상기 제1 가스와 접촉시키는 제2 유로가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 플라즈마 방전 공간을 구성하는 전극의 표면에 막이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 원료의 손실을 저감할 수 있다. 또한, 전극의 교체나 세정 등의 메인터넌스의 시간을 경감할 수 있다.
상기 플라즈마 성막 장치에 있어서, 예를 들어 상기 제1, 제2 유로끼리는 서로 합류하여 공통의 불어내기로에 연결되고, 이 공통 불어내기로가 상기 처리 헤드의 베이스와 대향해야 할 면에 개구되어 있어도 좋고(도3 등 참조), 상기 처리 헤드의 베이스와 대향해야 할 면에 상기 제1, 제2 유로의 하류단부가 서로 떨어져 개구되어 각각 제1, 제2 가스의 개별의 불어내기구를 구성하고 있어도 좋다(도11 등 참조). 전자의 공통 불어내기 구조에서는 제1 가스와, 플라즈마화된 제2 가스를 공통 불어내기로에서 접촉시켜 확실하게 반응시킬 수 있다. 후자의 개별 불어내기 구조에서는 불어내기로의 내주면에의 막을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 공통 불어내기 구조에서는, 예를 들어 상기 제1, 제2 유로 중 한 쪽의 유로가 상기 공통 불어내기로에 곧바로 연결되고, 다른 쪽 유로가 상기 한 쪽의 유로와 각도를 이루어 교차하고 있다. 제1, 제2 가스의 한 쪽을 곧바로 불어내기 방향으로 흐르게 하고, 이에 다른 쪽 가스를 합류시킬 수 있다.
공통 불어내기 구조에 있어서의 상기 제1, 제2 유로의 교차 각도는, 예를 들어 직각을 이루고 있다. 단, 이에 한정되는 것은 아니고, 예각이라도 좋고, 둔각이라도 좋다. 상기 제1, 제2 유로가 모두 상기 공통 불어내기로에 대해 각도를 이루고 있어도 좋다.
상기 플라즈마 성막 장치에 있어서, 예를 들어 상기 전극은 상기 제1 유로를 구획하는 부재로서 제공되어 있다. 이에 의해, 전용의 제1 유로 형성 부재를 생략하거나 짧게 하거나 할 수 있다.
상기 플라즈마 성막 장치에 있어서, 예를 들어 상기 처리 헤드에는 동극성의 전극이 서로 인접하여 2개 설치되어 있고, 이들 동극성의 전극 사이에 상기 제1 유로가 형성되어 있다. 상기 동극성의 전극이라 함은, 전계 인가 전극끼리라도 좋고, 접지 전극끼리라도 좋다.
상기 플라즈마 성막 장치에 있어서, 예를 들어 상기 처리 헤드에는 상기 전계 인가 전극과 접지 전극이 2개씩, 합계 4개의 전극이 설치되어 있고, 2개의 전계 인가 전극이 서로 인접하여 사이에 상기 제1 유로를 형성하고, 전계 인가 전극과 접지 전극이 하나씩 대향하여 사이에 상기 플라즈마 방전 공간을 형성하고 있다(도3 등 참조).
상기 4개의 전극은, 예를 들어 접지 전극, 전계 인가 전극, 전계 인가 전극, 접지 전극의 순서로 늘어서고, 이에 의해 2개의 플라즈마 방전 공간, 나아가서는 제2 유로가 하나의 제1 유로를 협지하여 양측에 배치되어 있다.
이 4전극ㆍ3유로 구조에서는, 예를 들어 상기 처리 헤드가 상기 전극의 베이스를 향해야 할 면에 피복되는 베이스 대향 부재를 갖고, 이 베이스 대향 부재에는 상기 3개의 유로의 개별의 불어내기로가 늘어서서 형성되어 있다(도11 참조). 이에 의해, 상기 개별 불어내기 구조의 일형태가 구성된다.
또한, 상기 4전극ㆍ3유로 구조에 있어서, 상기 처리 헤드가 상기 전극의 베이스를 향해야 할 면에 피복되는 베이스 대향 부재를 갖고, 이 베이스 대향 부재와 각 전계 인가 전극 사이에 상기 제2 유로의 일부로서 연통로가 형성되고, 이 연통로를 거쳐서 플라즈마 방전 공간과 제1 유로가 연통되고, 상기 베이스 대향 부재에는 제1, 제2 가스의 공통의 불어내기로가 상기 제1 유로와 연통로의 교차부에 연결되도록 하여 형성되어 있어도 좋다(도3 참조). 이에 의해, 상기 개별 불어내기 구조의 일형태가 구성된다.
상기 베이스 대향 부재는, 예를 들어 세라믹 등의 절연성(유전성) 재료로 구성한다.
상기 4전극ㆍ3유로 구조를 보다 일반화시킨 구조로서, 상기 처리 헤드에는 복수의 전계 인가 전극과 복수의 접지 전극이 설치되고, 이들 전극이 동극성의 전극끼리의 사이에 형성된 제1 유로와, 이극성의 전극끼리의 사이에 형성된 플라즈마 방전 공간, 즉 제2 유로가 교대로 배치되도록 하여 늘어서 있어도 좋다(도13 참조). 「동극성의 전극끼리」라 함은, 전계 인가 전극끼리, 또는 접지 전극끼리의 것이고,「이극성의 전극끼리」라 함은, 전계 인가 전극과 접지 전극끼리의 것이다.
이 제1, 제2 유로 교대 배치 구조에서는 상기 배열 방향의 양단부에 위치하는 전극이 접지 전극인 것이 바람직하다. 이에 의해, 전극열의 외측으로 전계가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
상기 교대 배치 구조에 있어서, 제1, 제2 유로는 1개씩 교대로 배열되어 있어도 좋고, 복수씩 교대로 배열되어 있어도 좋다. 복수의 제2 유로와 1개의 제1 유로가 교대로 배열되어 있어도 좋다. 혹은, 복수의 제1 유로와 하나의 제2 유로가 교대로 배열되어 있어도 좋다. 한 덩어리의 제1 또는 제2 유로의 수가 배열 방향의 위치에 따라서 달라도 좋다. 전체적으로 제1 유로보다도 제2 유로의 수가 많은 쪽이 원료 가스의 반응을 충분히 확보할 수 있어 바람직하다.
상기 플라즈마 성막 장치에 있어서, 예를 들어 상기 전계 인가 전극과 접지 전극이 이들 전극의 대향 방향과 직교하는 방향으로 연장되고, 이들 전극 사이의 플라즈마 방전 공간의 상류단부가 상기 대향 방향 및 연장 방향과 직교하는 제1 방향의 일단부에 설치되고, 하류단부가 상기 제1 방향의 타단부에 설치되어 있다. 이에 의해, 한번에 성막 처리 가능한 범위를 길게 할 수 있어 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 긴 전극 구조에서는 상기 전계 인가 전극의 길이 방향의 일단부에 상기 전계 인가 수단에의 급전선이 접속되고, 상기 접지 전극의 길이 방향의 타단부에 접지선이 접속되어 있는 것이 바람직하다(도6 참조). 이에 의해, 급전선과 접지선이 쇼트하는 것을 방지할 수 있다.
상기 플라즈마 성막 장치의 상기 처리 헤드에 있어서 상기 접지 전극이 상기 전계 인가 전극의 베이스를 향해야 할 측에 대향 배치되어 있는 것이 바람직하다(도15 참조). 이에 의해, 전계 인가 전극과 베이스 사이에 접지 전극을 개재시키고, 전계 인가 전극과 베이스 사이에서 아크가 발생하는 것을 방지하여 베이스의 손상을 방지할 수 있는 동시에, 처리 헤드, 나아가서는 플라즈마 방전 공간을 베이스에 충분히 가깝게 할 수 있다. 이 결과, 활성 종류가 실활하지 않는 것 중에 이를 베이스에 확실하게 도달시킬 수 있어 고속이고 또한 양호한 성막 처리를 행할 수 있다. 이 개재 구조는 래디컬의 평균 자유 공정(실활하기까지의 거리)이 짧은 대략 상압 하에서의 플라즈마 성막 처리에 있어서 특히 유효하다.
여기서, 본 발명에 있어서의 대략 상압(대기압 근방)이라 함은, 1.333 × 104 내지 10.664 × 104 ㎩의 범위를 말한다. 특히 9.331 × 104 내지 10.397 × 104 ㎩의 범위는 압력 조정이 용이하고 장치 구성이 간편해져 바람직하다.
상기 접지 전극 개재 구조에서는, 예를 들어 상기 처리 헤드가 상기 전계 인가 전극의 베이스를 향해야 할 면에 피복되는 베이스 대향 부재를 갖고, 이 베이스 대향 부재에 상기 접지 전극이 설치되어 있다. 이 베이스 대향 부재와 전계 인가 전극 사이에 간극이 형성되고, 이 간극이 상기 플라즈마 방전 공간을 포함하는 제2 유로로 되어 있다. 이 플라즈마 방전 공간이 상기 제1 유로와 직접 교차하고, 상기 베이스 대향 부재에는 제1, 제2 가스의 공통의 불어내기로가 상기 교차부에 연결되도록 하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 직접 합류 구조에 따르면, 방전 공간의 플라즈마를 교차부는 비어져 나오게 할 수 있다. 이 비어져 나온 부분에 의해 제1 가스를 직접적으로 플라즈마화시킬 수 있다(제1 가스가 플라즈마 방전 공간을 스치도록 할 수 있음). 이에 의해, 성막 효율을 높일 수 있다.
상기 접지 전극 개재 구조에 있어서, 예를 들어 상기 베이스 대향 부재의 베이스를 향해야 할 면(전계 인가 전극측과는 반대측의 면)에 상기 접지 전극을 위한 수용 오목부가 형성되어 있다. 이에 의해, 접지 전극이 베이스에 직접 대향하게 된다. 이 접지 전극의 직접 대향 구조에 있어서, 상기 베이스 대향 부재가 세라믹으로 구성되어 있고, 이 베이스 대향 부재의 상기 수용 오목부의 형성 부분이 상기 접지 전극의 금속 본체에 피복되는 고체 유전체층으로서 제공되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 접지 전극에 전용의 고체 유전체층을 설치할 필요가 없다.
상기 접지 전극 개재 구조에 있어서, 예를 들어 상기 접지 전극의 금속 본체의 상기 공통 불어내기로를 향하는 측의 단부면이 상기 전계 인가 전극의 금속 본체의 동측단부면과 대략 동일면이거나(도20 참조), 또는 그보다 돌출되어 있어도 좋고, 혹은 상기 접지 전극의 금속 본체의 상기 공통 불어내기로를 향하는 측의 단부면이 상기 전계 인가 전극의 금속 본체의 동측단부면보다 인입되어도 좋다(도21 참조). 전자의 대략 동일면 또는 돌출 구조에서는 전계가 접지 전극보다 베이스측으로 누설되는 것을 확실하게 방지할 수 있고, 베이스에 아크가 떨어지는 것을 확실하게 방지할 수 있고, 처리 헤드와 베이스 사이의 거리를 확실하게 작게 할 수 있다. 후자의 인입 구조에서는 전계 인가 전극과 접지 전극의 단부면 사이에 횡방향 전계를 형성할 수 있고, 제1 가스의 반응 공간을 베이스에 의해 가깝게 할 수 있다.
상기 플라즈마 성막 장치에 있어서, 예를 들어 상기 처리 헤드에는 접지된 도전 부재가 상기 전계 인가 전극의 베이스를 향해야 할 측에 피복되도록 설치되어 있다(도15, 도23 등 참조). 이에 의해, 전계 인가 전극과 베이스 사이에 접지된 도전 부재를 개재시켜 전계 인가 전극과 베이스 사이에서 아크가 발생하는 것을 방지하여 베이스의 손상을 방지할 수 있는 동시에, 처리 헤드, 나아가서는 플라즈마 방전 공간을 베이스에 충분히 가깝게 할 수 있다. 이 결과, 활성종이 실활하지 않는 것 중에 이를 베이스에 확실하게 도달시킬 수 있어 고속이고 또한 양호한 성막 처리를 행할 수 있다. 이 개재 구조는 래디컬의 평균 자유 공정(실활하기까지의 거리)이 짧은 대략 상압 하에서의 플라즈마 성막 처리에 있어서 특히 유효하다.
이 도전 부재 개재 구조에 있어서, 상기 도전 부재가 전계 인가 전극과의 사이에 플라즈마 방전 공간을 형성하여 상기 접지 전극으로서 제공되어 있어도 좋다(도15 참조). 이에 의해, 도전 부재가 접지 전극을 겸하여 부품 갯수를 줄일 수 있다.
상기 도전 부재 개재 구조에 있어서, 상기 도전 부재와 전계 인가 전극 사이에 양자를 절연하는 절연 부재가 장전되어 있어도 좋다(도23 참조). 이에 의해, 도전 부재와 전계 인가 전극 사이의 방전을 방지할 수 있다.
상기 플라즈마 성막 장치에 있어서, 상기 처리 헤드에는 베이스와 대향해야 할 면의 주연부를 둘러싸는 흡입구를 갖는 흡입 덕트가 부설되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 처리가 종료된 가스가 처리 헤드와 베이스 사이의 공간에 체류하는 것을 방지할 수 있어 원활하게 배출할 수 있다. 나아가서는 베이스 대향재에 오염이 부착되는 것을 저감할 수 있어 메인터넌스의 빈도를 줄일 수 있다. 또한, 처리 헤드와 베이스 사이의 공간 내에서의 제1 가스와 제2 가스의 흐름을 안정시킬 수 있고, 대략 층류의 상태를 형성할 수 있다.
플라즈마의 작용으로 베이스의 표면에 막을 형성하는 플라즈마 성막 장치에 있어서, 상기 막의 원료를 포함하는 제1 가스의 공급원과, 플라즈마 방전에 의해 상기 원료를 막화 가능한 여기 상태가 되는 한편, 스스로 막화되는 성분을 포함하지 않는 제2 가스의 공급원과, 접지된 접지 전극과, 전원에 접속되는 동시에 상기 접지 전극과 대향하여 플라즈마 방전 공간을 형성하는 전계 인가 전극과, 상기 제1 가스 공급원으로부터의 제1 가스를 상기 플라즈마 방전 공간을 피하도록 하거나, 또는 스치도록 흐르게 하여 베이스로 송풍하는 제1 유로 형성 수단과, 상기 제2 가스 공급원으로부터의 제2 가스를 상기 플라즈마 방전 공간을 경유하도록 흐르게 하여 상기 제1 가스와 접촉시키는 제2 유로 형성 수단을 구비하고 있어도 좋다. 이에 의해, 플라즈마 방전 공간을 구성하는 전극의 표면에 막이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 원료의 손실을 저감할 수 있다. 또한, 전극의 교체나 세정 등의 메인터넌스의 시간을 경감할 수 있다.
상술한 바와 같이, 동극 전극끼리는 제1 유로 형성 수단이 될 수 있고, 이극 전극끼리는 제2 유로 형성 수단이 될 수 있다. 즉, 예를 들어, 상기 전계 인가 전극이 제1 가스를 통과시키는 유로를 형성하는 면을 갖고 상기 제1 유로 형성 수단으로서 제공되어 있어도 좋다. 또한, 상기 전계 인가 전극과 접지 전극이 사이에 상기 제2 가스를 통과시키는 제2 유로, 나아가서는 플라즈마 방전 공간을 형성함으로써 상기 제2 유로 형성 수단으로서 제공되어 있어도 좋다.
상기 접지 전극이 상기 전계 인가 전극의 베이스를 향해야 할 측에 유전 부재(절연 부재)를 협지하여 배치되는 동시에, 이 접지 전극의 일부에 상기 유전 부재를 노출시키는 절결부가 형성되고, 이 절결부 내가 상기 플라즈마 방전 공간이 되어 있고, 상기 제2 유로 형성 수단이 제2 가스를 접지 전극에 따르도록 불어내어 상기 절결부에 인입시키고, 상기 제1 유로 형성 수단이 제1 가스를 제2 가스로부터 접지 전극과는 반대측에 있어서 제2 가스와 층류를 이루도록 불어내어지도록 해도 좋다(도22 참조). 이에 의해, 제1 가스를 플라즈마 방전 공간을 스치도록 흐르게 할 수 있고, 또한 베이스의 보다 가까운 곳에서 반응시킬 수 있고, 게다가 장치측에의 막부착을 억제할 수 있다.
본 발명과 같은 플라즈마 표면 처리(특히 상압 플라즈마 표면 처리)에서는 전계 인가 전극과 접지 전극 중 적어도 한 쪽의 대향면에는 아크(이상 방전) 방지를 위해 고체 유전체층이 설치되어 있다. 이 고체 유전체층은 전극의 금속 본체에 용사 등으로 피막되어 있어도 좋다(도3 참조). 혹은, 이하와 같은 유전 케이스 수용 구조로 해도 좋다.
즉, 본 발명의 플라즈마 표면 처리 장치의 전극은 금속으로 이루어지는 본체와, 이 전극 본체를 수용하는 고체 유전체로 이루어지는 유전 케이스를 구비하고 있어도 좋다(도19 참조). 이에 의해, 예를 들어 막(오염)이 전극에 부착되었다고 해도 유전 케이스에만 부착되지 않아, 전극 본체에 부착되는 일은 없다. 따라서, 유전 케이스만을 세정 등을 하면 본체는 그대로 사용할 수 있다. 또한, 전극 본체의 전체가 고체 유전체층으로서의 유전 케이스로 피복되게 되므로, 다른 쪽 전극과의 대향면은 물론, 배면이나 엣지에 있어서도 이상 방전을 방지할 수 있다. 특히, 처리 가스로서 아르곤이나 수소 등의 방전되기 쉬운 물질을 이용한 경우라도 배면 등에 있어서의 이상 방전을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 전극 본체의 표면에 용사 등으로 직접 피막하는 데 비해 두께에 변화를 주거나 하는 것이 용이하다. 또한, 이 유전 케이스 수용 구조는 플라즈마 성막에 한정되지 않고, 세정, 엣칭, 앳싱, 표면 개질 등의 다른 플라즈마 표면 처리의 전극 구조에도 적용할 수 있다. 리모트식 플라즈마 처리에 한정되지 않고 다이렉트식에도 적용할 수 있다.
상기 유전 케이스는 일면이 개구된 내부 공간에 상기 전극 본체를 취출 가능하게 수용하는 케이스 본체와, 상기 개구를 막는 덮개를 갖고 있는 것이 바람직하다.
쌍을 이루는 전계 인가 전극과 접지 전극의 양쪽을 상기 유전 케이스 수용 구조로 해도 좋다. 그 경우, 전계 인가 전극의 유전 케이스와 접지 전극의 유전 케이스 사이에는 상기 제2 유로의 플라즈마 방전 공간이 형성되게 된다.
상기 제1 유로를 형성하는 2개의 동극 전극의 각각이 금속으로 이루어지는 본체와, 이 본체를 수용하는 고체 유전체로 이루어지는 유전 케이스를 구비하고, 이들 전극의 유전 케이스끼리 서로 대향하여 사이에 상기 제1 유로를 형성하고 있어도 좋다.
각 전극의 유전 케이스가 서로 별도로 되어 있어도 좋고, 복수의 전극의 유전 케이스끼리 일체로 연결되어 있어도 좋다(도28 등 참조). 전자의 별도 부재 구조에 있어서는, 부착물(오염)의 상황에 따라서 교체 등의 메인터넌스를 서로 별개로 행할 수 있다. 후자의 일체 구조에 있어서는 부품 갯수를 적게 할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 상호의 위치 결정 등을 간단하고 또한 정확하게 행할 수 있다. 일체 구조의 경우, 케이스 본체에 가스의 유로가 형성되고, 이 유로를 협지하여 양측에 전극 본체의 수용 공간이 형성되는 것이 바람직하다. 이 유로의 길 단면적을 가스의 유동 방향에 따라서 다르게 하고, 점차 좁게 하거나 넓게 하거나 단차를 붙이거나 해도 좋다. 이에 의해, 가스 흐름의 압력이나 속도를 변화시킬 수 있다. 일체 구조에 따르면, 이와 같은 이형 유로를 쉽게 만들 수 있다.
각 전극, 나아가서는 그 유전 케이스가 다른 전극과의 대향 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있고, 상기 유전 케이스가 다른 전극과의 사이의 유로로 도입되는 가스를 상기 연장 방향으로 균일하게 확산시키는 가스 균일화부를 일체로 갖고 있어도 좋다(도30 참조). 이에 의해, 가스 균일화를 위한 별도의 부재가 불필요해져 부품 갯수를 적게 할 수 있다.
상기 유전 케이스에 있어서의 플라즈마 방전 공간을 형성하는 측의 판부의 두께가 플라즈마 방전 공간의 상류측과 하류측에서 달라도 좋다(도28 참조). 또한, 상기 케이스 일체 구조에 있어서, 일체를 이루는 유전 케이스에는 플라즈마 방전 공간이 되는 제2 유로가 형성되고, 이 유로를 협지하여 양측에 금속의 전극 본체가 각각 수용되어 있고, 이들 전극 본체끼리의 간격이 이들 사이의 플라즈마 방전 공간의 상류측과 하류측에서 달라도 좋다(도29 참조). 이에 의해, 흐름에 따라서 래디컬종의 생성 방법을 변화시키는 등, 플라즈마의 상태에 다양한 바리에이션을 붙일 수 있어 처리 레시피의 풍부화를 도모할 수 있다.
각 전극이 금속으로 이루어지는 본체와, 이 본체 중 적어도 플라즈마 방전 공간 형성면에 설치된 고체 유전체층을 구비하고, 상기 플라즈마 방전 공간 형성면에 있어서의 고체 유전체층의 두께가 플라즈마 방전 공간의 상류측과 하류측에서 달라도 좋다. 각 전극이 금속으로 이루어지는 본체와, 이 본체 중 적어도 플라즈마 방전 공간 형성면에 설치된 고체 유전체층을 구비하고, 2개의 전극의 본체끼리의 사이의 간격이 플라즈마 방전 공간의 상류측과 하류측에서 달라도 좋다.
본 발명의 전극에의 전계 인가 또는 접지의 수단으로서, 급전 및 접지용 핀을 이용해도 좋고, 피복 도선을 전극에 직접 접속해도 좋다.
전자의 핀 구조에 있어서는, 상기 핀이 선단면으로 개구되는 축 구멍을 갖고 상기 전극에 인발 가능하게 매립된 도전성의 핀 본체와, 이 핀 본체와 전기적으로 도통하도록 하여 상기 축 구멍에 미끄럼 이동 가능하게 수용된 도전성의 코어 부재와, 상기 축 구멍에 수용되어 상기 코어 부재를 축 구멍의 선단부 개구로부터 압출하도록 압박하는 스프링을 갖고 있는 것이 바람직하다(도10 참조). 이에 의해, 핀과 전극을 전기적으로 확실하게 도통시킬 수 있다. 또한, 급전 핀은 전극으로부터 인발 가능하므로, 메인터넌스시에 장해가 되는 일은 없다.
후자의 피복 도선 구조에 있어서는 상기 전극에 도선용 구멍이 형성되어 이 구멍에 피복 도선이 삽입되어 있고, 이 피복 도선이 도체의 선재를 절연재로 피복하여 이루어지고, 게다가 상기 선재에 있어서의 상기 구멍의 안측에 위치하는 단말 부분만이 절연재로부터 노출되어 있고, 한편 상기 전극에는 상기 도선용 구멍과 대략 직교하도록 나사가 비틀어 넣어지고, 이 나사가 상기 선재의 노출 단말 부분을 상기 도선용 구멍의 내주면에 압박하고 있는 것이 바람직하다(도24). 이에 의해, 도선 단말을 전극 본체에 확실하게 고정할 수 있고, 전기적으로 확실하게 도통시킬 수 있다. 또한, 전극으로부터의 도선 인출 부분에 있어서의 이상 방전을 확실하게 방지할 수 있다. 메인터넌스시에는 상기 나사를 헐겁게 함으로써 도선을 전극으로부터 간단하게 인발할 수 있다.
상기 처리 헤드는 제1, 제2 가스의 불어내기로가 형성되는 동시에 베이스와 대향해야 할 베이스 대향 부재를 착탈 가능하게 갖고 있는 것이 바람직하다(도9 참조). 이에 의해, 처리 헤드의 베이스 대향면 등에 막(오염)이 부착되었다고 해도 베이스 대향 부재만을 분리할 수 있다. 그리고, 베이스 대향 부재만을, 예를 들어 강산 등의 약액에 침지하는 등하여 세정할 수 있다. 따라서, 처리 헤드의 전체를 세정 공정에 갖고 갈 필요가 없어 메인터넌스를 용이화할 수 있다. 또한, 베이스 대향 부재의 스페어를 준비해 두면, 상기한 메인터넌스 중에서도 표면 처리를 중단하지 않고 행할 수 있다.
또한, 이 베이스 대향 부재의 착탈 구조는 플라즈마 성막에 한정되지 않고, 세정, 엣칭, 앳싱, 표면 개질 등의 다른 플라즈마 표면 처리의 헤드에도 적용할 수 있다. 리모트식 플라즈마 처리에 한정되지 않고 다이렉트식에도 부행 적용할 수 있다. 또는, 열CVD 등의 플라즈마 이외의 표면 처리의 헤드에도 적용할 수 있다.
상기 대향 부재 착탈 구조에 있어서, 상기 베이스 대향 부재의 베이스와 대향해야 할 면을 하방을 향한 상태에서 베이스 대향 부재의 주연부를 적재하도록 하여 지지하는 지지 수단을 구비하고, 상기 처리 헤드의 베이스 대향 부재보다 상측 부분이 일체를 이루어 베이스 대향 부재 상에 적재되어 있는 것이 바람직하다. 또는, 상기 지지 수단이 상기 처리 헤드를 상방으로 취출 가능하게 수용하는 프레임 형상을 이루고, 하단부의 내주연에 상기 베이스 대향 부재의 주연부를 거는 내부 플랜지가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 메인터넌스시에 처리 헤드를 인상하는 것만으로 베이스 대향 부재를 분리할 수 있다. 또한, 하향의 처리 헤드가 구성되어 그 하방에 베이스가 배치되게 된다.
상기 대향 부재 착탈 구조에 있어서, 상기 처리 헤드의 베이스 대향 부재보다 상측 부분과 상기 지지 수단 중 한 쪽에 위치 결정 볼록부가 마련되고, 다른 쪽에 상기 위치 결정 볼록부와 상하로 끼워 맞추어지는 위치 결정 오목부가 마련되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 처리 헤드를 지지 수단에 확실하게 위치 결정할 수 있다.
상기 지지 수단이 하방으로 개구되는 흡입구를 갖고 상기 처리 헤드를 둘러싸는 흡입 덕트를 일체로 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 처리가 종료된 가스가 처리 헤드와 베이스 사이의 공간에 체류되는 것을 방지할 수 있어 원활하게 배출할 수 있다. 나아가서는 베이스 대향재에 오염이 부착되느 것을 저감할 수 있어 메인터넌스의 빈도를 줄일 수 있다. 또한, 지지 수단과 흡입 덕트가 공통의 부재로 구성되므로 부품 갯수의 삭감을 도모할 수 있다.
상기 플라즈마 성막 장치에 있어서, 상기 처리 헤드가 베이스와 대향해야 할 부재를 갖고, 이 베이스 대향 부재가 상기 제1, 제2 가스의 불어내기로가 배치된 불어내기 영역과, 이 불어내기 영역으로부터 돌출되어 성막 비율변에서 유리한 돌출 영역을 갖고, 이 돌출 영역에 불활성 가스 도입 수단이 접속되어 있고, 상기 베이스 대향 부재의 돌출 영역이 상기 도입 수단으로부터의 불활성 가스를 베이스 대향면을 향해 침투시키고, 게다가 그 침투도, 나아가서는 베이스 대향면으로부터의 베어져 나오는 정도가 상기 처리 가스의 베이스 대향면에의 접촉을, 상기 처리 가스의 흐름을 흐트러뜨리지 않고 저지할 수 있을 정도의 가스 침투성 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다(도34 참조). 이에 의해, 베이스 대향면의, 특히 돌출 영역에 불활성 가스의 얇은 층을 형성할 수 있어 베이스 대향면에의 막부착을 확실하게 방지할 수 있다. 게다가, 처리 헤드와 베이스 사이의 공간의 처리 가스 흐름을 흐트러뜨리는 일 없이 돌출 영역으로 유도하면서 충분히 성막할 수 있어 원료의 손실을 저감할 수 있다.
상기 가스 침투성 재료는 다공질 세라믹 등의 다공질 재료인 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기한 원하는 침투도, 나아가서는 베어져 나오는 정도를 간단하고 또한 확실하게 얻을 수 있다. 특히, 다공질 세라믹으로 구성함으로써 절연성도 확실하게 확보할 수 있다.
상기 베이스 대향 부재의 돌출 영역에 있어서의 베이스 대향면과는 반대측면에 상기 가스 도입 수단으로부터의 불활성 가스를 일단 저장하는 홈이 베이스 대향면을 향해 오목해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 돌출 영역의 베이스 대향부를 얇게 할 수 있고, 그 베이스 대향면에 불활성 가스의 막을 확실하게 형성할 수 있어 이 면에의 막부착을 한층 확실하게 방지할 수 있다.
상기 베이스 대향 부재가 짧은 방향과 긴 방향을 갖고, 각 영역이 긴 방향으로 연장되는 동시에 불어내기 영역을 협지하여 짧은 방향의 양측에 돌출 영역이 설치되어 있고, 양측의 돌출 영역의 각각에 상기 홈이 긴 방향으로 연장되도록 하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 넓은 범위에 걸쳐서 한번에 효율적으로 성막할 수 있는 동시에, 양 돌출 영역에의 막부착을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 베이스 대향 부재의 전체가 가스 침투성 재료로 일체 형성되어 있고, 상기 홈의 불어내기 영역을 향하는 내측면에 가스 침투를 저지하는 가스 침투 저지 부재가 설치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 불어내기 영역에 있어서는 처리 가스 흐름이 불활성 가스로 흐트러지거나 옅어지거나 하는 것을 확실하게 방지할 수 있어 고품질의 성막을 행할 수 있다.
상기 홈의 깊이 방향의 중간부에는 구획부가 설치되고, 이 구획부가 상기 가스 침투성 재료보다 가스의 통과가 충분히 높은 가스 투과성을 갖는 동시에, 상기 홈을 상기 불활성 가스 도입 수단에 연결되는 상단 홈부와, 베이스 대향면 근처의 하단 홈부로 구획되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 불활성 가스를 홈의 내부에서 균일화할 수 있다. 상기 구획은 상기 가스 침투성 재료보다 눈금이 충분히 거친 다공판으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가스 침투 저지 부재는 상단 홈부의 불어내기 영역을 향하는 내측면에만 설치하는 것이 바람직하다. 하단 홈부를 상단 홈부보다 대용적으로 하는 것이 바람직하다. 상기 가스 침투 저지 부재를 상단 홈부에만 설치함으로써 하단 홈부를 상단 홈부보다 대용적으로 할 수 있다.
상기 플라즈마 성막 장치에 있어서, 상기 제1 유로의 하류단부와 제2 유로의 하류단부가 서로 교차되고, 게다가 이 교차부가 제1, 제2 가스의 공통 불어내기구가 되어 있는 것이 바람직하다(도37 참조). 이에 의해, 각 전극의 대향면에 막이 부착되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 가스와 플라즈마화된 제2 가스를 불어내기와 동시에 혼합할 수 있고, 확산을 기다리는 일 없이 활성종이 활성을 잃지 않는 것 중에 충분한 막화 반응을 얻을 수 있어 성막 효율을 높일 수 있다.
이 혼합 동시 불어내기 구조에 있어서는 상기 제1 유로와 제2 유로가 예각으로 교차하고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1, 제2 가스를 하나의 흐름이 되도록 혼합하면서 베이스에 송풍할 수 있다.
상기 혼합 동시 불어내기 구조에 있어서, 상기 처리 헤드가, 상기 불어내기구가 개구되는 동시에 베이스에 대향해야 할 면을 갖고, 상기 제1, 제2 유로 중 한 쪽 유로가 상기 베이스 대향면에 대해 직교하고, 다른 쪽 유로가 상기 베이스 대향면에 대해 경사를 이루어 상기 한 쪽 유로와 예각으로 교차하고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 한 쪽 가스를 베이스에 대해 정면으로부터 불어내는 동시에 다른 쪽 가스를 경사지게 합류시켜 하나의 흐름이 되도록 할 수 있다.
상기 혼합 동시 불어내기 구조에 있어서, 제2 유로가 제1 유로를 속에 두고 이 제1 유로를 협지하도록, 또는 둘러싸도록 배치되고, 또한 하류단부를 향함에 따라서 제1 유로에 근접하여 불어내기구에 있어서 서로 교차하고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 가스의 양측 또는 주위에 제2 가스를 합류시킬 수 있다. 여기서,「제2 유로가 제1 유로를 협지한다」는 경우라 함은, 제2 유로가 제1 유로의 양측에 2개 배치되어 있는 경우이다. 「제2 유로가 제1 유로를 둘러싼다」는 경우라 함은, 제2 유로가 제1 유로를 속에 두고 하류를 향해 제1 유로에 근접하도록 구심형으로 배치되어 있는 경우이다. 구심형의 제2 유로라 함은, 제1 유로를 둘러싸는 환형 단면을 이루어 하류를 향해 직경 축소하는 구조로 되어 있어도 좋고, 제1 유로를 둘러싸도록 제1 유로의 주위 방향에 간격을 두고 배치된 복수의 가지 경로로 구성되어 이들 가지 경로가 하류를 향해 제1 유로에 근접하는 구조로 되어 있어도 좋다. 제1 유로와 제2 유로의 관계는 이것과 반대라도 좋다. 즉, 제1 유로가 제2 유로를 속에 두고 이 제2 유로를 협지하도록, 또는 둘러싸도록 배치되고, 또한 하류단부를 향함에 따라서 제2 유로에 근접하여 불어내기구에 있어서 서로 교차하고 있어도 좋다.
상기 혼합 동시 불어내기 구조에 있어서, 상기 처리 헤드에는 전계 인가 전극과 접지 전극이 2개씩 설치되고, 2개의 전계 인가 전극이 서로 대향하여 사이에 상기 제1 유로가 설치되는 동시에, 전계 인가 전극과 접지 전극이 하나씩 대향하여 사이에 상기 제2 유로가 각각 형성되고, 또한 하나의 제1 유로를 협지하여 2개의 제2 유로가 하류단부를 향함에 따라서 제1 유로로 근접하도록 배치되고, 불어내기구에 있어서 이들 3개의 통로가 서로 교차하고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 플라즈마화된 제2 가스를 제1 가스의 양측으로부터 합류시킬 수 있다.
또한, 상기 처리 헤드가, 상기 불어내기구가 개구되는 동시에 베이스에 대향해야 할 면을 갖고, 이 베이스 대향면에 대해 상기 2개의 전계 인가 전극 사이의 제1 유로가 직교하고 있고, 상기 2개의 전계 인가 전극의 각각이 상기 제1 유로를 향하는 측과는 반대측이며 상기 베이스 대향면에 대해 경사를 이루는 제1의 면을 갖고, 상기 2개의 접지 전극의 각각이 대응 전계 인가 전극의 상기 제1 면과 평행하게 대향하여 사이에 상기 제2 유로를 형성하는 제2 면을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 각 전계 인가 전극을, 접지 전극을 협지하여 베이스와는 반대측에 배치할 수 있고, 전계 인가 전극으로부터 베이스에의 아크 방전을 방지할 수 있어 확실하게 양호한 성막 처리를 행할 수 있다. 또한, 제1 가스를 베이스에 대해 바로 정면에서 불어내는 동시에 이 제1 가스의 양측에 플라즈마화된 제2 가스를 경사지게 합류시켜 하나의 흐름이 되도록 할 수 있다.
상기 제1 유로의 양측에 2개의 제2 유로가 배치되어 있는 구조에 있어서는 상기 2개의 제2 유로가 상기 제1 유로를 협지하여 대칭을 이루고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 플라즈마화된 제2 가스를 제1 가스의 양측으로부터 균등하게 합류시킬 수 있다.
상기 접지 전극이 상기 베이스 대향면을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 각 전계 인가 전극으로부터 베이스에의 아크 방전을 한층 확실하게 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 성막 장치(M1)를 도시한 것이다. 상압 플라즈마 성막 장치(M1)는 하우징(10)을 포함하는 가대(지지 수단)과, 이 프레임의 하우징(10)에 지지된 처리 헤드(3)와, 이 처리 헤드(3)에 접속된 2종류의 처리 가스원(1, 2)과 전원(4)을 구비하고 있다. 처리 헤드(3)의 하방에는 대면적의 판형의 베이스(W)(피처리물)가 반송 수단(도시하지 않음)에 의해 좌우 방향으로 이송되어 온다. 물론, 베이스(W)가 고정되어 처리 헤드(3)가 이동되도록 되어 있어도 좋다. 상압 플라즈마 성막 장치(M1)는 이 베이스(W)의 상면에, 예를 들어 아몰퍼스 실리콘(a-Si)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 막(A)(도8)을 형성하도록 되어 있다.
2종류의 처리 가스원 중 원료 가스원(1)(제1 가스원)에는 상기 아몰퍼스 실리콘 등의 막(A)이 되는 원료 가스[제1 가스, 예를 들어 실란(SiH4)]가 저장되어 있다. 여기 가스원(2)(제2 가스원)에는 여기 가스(제2 가스, 예를 들어 수소나 질소)가 저장되어 있다. 여기 가스는 플라즈마로 여기됨으로써, 상기 실란 등의 원료를 반응시켜 아몰퍼스 실리콘 등의 막(A)을 생성하는 것이다. 한편, 여기 가스는 플라즈마 여기에 의해 그 자체가 단독으로 막화되는 성분(막원료)은 포함되어 있지 않다. 각 가스는 액상으로 저장되어 기화기에서 기화되도록 되어 있어도 좋다.
원료 가스와 여기 가스를 총칭하여「처리 가스」라 한다.
펄스 전원(4)(전계 인가 수단)은 상기 전극(51)에 펄스 전압을 출력하도록 되어 있다. 이 펄스의 수직 상승 시간 및/또는 수직 하강 시간은 10 ㎛ 이하, 펄스 계속 시간은 200 s 이하, 전계 강도는 1 내지 1000 ㎸/㎝, 주파수는 0.5 ㎑ 이상인 것이 바람직하다.
처리 헤드(3)를 수용하여 지지하는 하우징(10)은, 예를 들어 측면으로부터 보아 반원 형상의 좌우 벽(11)과, 이들 벽(11)의 하단부끼리를 연결하는 전후의 낮은 벽(12)을 갖고, 평면으로부터 보아 사각 형상을 이루고 있다. 처리 헤드(3)의 지지 수단으로서의 하우징(10)은 흡입 덕트를 겸하고 있다. 즉, 도3, 도6에 도시한 바와 같이, 하우징(10)의 전후 좌우 벽(11, 12)은 중공으로 되어 있다. 이들 중공부(10b)의 하단부는 벽(11, 12)의 하단부면에 개구됨으로써 처리 헤드(3)의 하단부의 외주를 둘러싸는 흡입구(10a)를 형성하고 있다. 도1에 도시한 바와 같이, 좌우 벽(11)의 상단부에는 중공부(10b)에 연결되는 개구(11b)가 각각 설치되어 있다. 이들 상단부 개구(11b)로부터 배기로(13)가 각각 연장되어 있다. 배기로(13)는 서로 합류된 후, 진공 펌프(14)(배기 수단)에 연결되어 있다.
처리 헤드(3)는 전후로 긴 대략 직사각 형상을 이루고, 전후 좌우 벽(11, 12)에 둘러싸이도록 하여 하우징(10)에 수용되어 지지되어 있다. 처리 헤드(3)의 지지 구조에 대해 설명한다.
도3 및 도7에 도시한 바와 같이, 하우징(10)의 좌우 벽(11)의 내벽면의 하단부 모서리에는 내부 플랜지(11d)가 설치되어 있다. 이 내부 플랜지(11d)에 처리 헤드(3)의 하부 프레임(24)의 좌우부가 걸리도록 하여 적재되어 있다. 도5 및 도7에 도시한 바와 같이, 하우징(10)의 전후의 벽(12)에도 같은 내부 플랜지(12d)가 설치되어 있고, 이것에 하부 프레임(24)의 전후방부가 적재되어 있다.
도1에 도시한 바와 같이, 전후의 벽(12)의 상단부면에는 역삼각 형상으로 오목한 위치 결정 오목부(12b)(헤드 지지부)가 형성되어 있다. 한편, 처리 헤드(3)의 사이드 프레임(23)에는 역삼각 형상을 이루는 위치 결정용 볼록부(23a)가 마련되어 있다. 위치 결정 오목부(12b) 상에 위치 결정 볼록부(23a)가 끼워 맞추어져 있다. 이에 의해, 처리 헤드(3)가 하우징(10)에 위치 결정되어 지지되어 있다.
또한, 위치 결정 오목부를 처리 헤드(3)에 설치하여 위치 결정 볼록부를 하우징(지지 수단)(10)에 설치해도 좋다.
도1에 도시한 바와 같이, 처리 헤드(3)는 가스 균일화부(30)와 노즐부(20)를 상하로 포갬으로써 구성되어 있다. 상측의 가스 균일화부(30)에는 가스원(1, 2)으로부터의 가스가 도입된다. 가스 균일화부(30)는 이 가스를 처리 헤드(3)의 길이 방향에 균일화시켜 하방의 노즐부(20)로 공급하도록 되어 있다.
상세하게 서술하면, 도2 및 도4에 도시한 바와 같이, 가스 균일화부(30)는 전후로 연장되는 복수의 강제의 플레이트(31 내지 38)를 적층함으로써 구성되어 있다. 이들 플레이트(31 내지 38), 즉 가스 균일화부(30)에는 가상적으로 3개의 가스 유통 영역(30B, 30A, 30B)이 좌우로 분할 설정되어 있다.
도1에 도시한 바와 같이, 2단째의 플레이트(32)의 전단부(일단부)에는 3개의 가스 플러그(32P)가 영역(30B, 30A, 30B)에 대응하여 좌우로 늘어서서 설치되어 있다. 중앙의 원료 가스 유통 영역(30A)의 가스 플러그(32P)에는 원료 가스관(1a)을 거쳐서 원료 가스원(1)이 접속되어 있다. 좌우 여기 가스 유통 영역(30B, 30B)의 가스 플러그(32P)에는 여기 가스관(2a)을 거쳐서 여기 가스원(2)이 접속되어 있다. 또한, 여기 가스관(2a)은 여기 가스원(2)으로부터 1개의 관의 상태로 연장되고, 그것이 2개로 분기되어 각 영역(30B, 30B)의 가스 플러그(32P)에 연결되어 있다.
도2에 도시한 바와 같이, 2단째로부터 최하단까지의 플레이트(32 내지 38)에는 영역(30B, 30A, 30B)마다 가스 균일화로(30x)가 형성되어 있다. 이들 가스 균일화로(30x)는 서로 동일 구성으로 되어 있다.
도2 및 도4에 도시한 바와 같이, 각 영역(30B, 30A, 30B)의 가스 균일화로(30x)로서, 2단째의 플레이트(32)에는 전단부에 상기 가스 플러그(32P)가 접속되는 입력 포트(32b)가 형성되는 동시에, 이 포트(32b)로부터 플레이트(32)의 전후 중앙부까지 연장되는 깊은 역방향 요홈(32a)이 하면으로 개구되도록 형성되어 있다.
3단째의 플레이트(33)의 전후 중앙부에는 깊은 역방향 요홈(32a)에 연결되는 좌우 한 쌍의 연통 구멍(33a, 33b)이 형성되어 있다.
4단째의 플레이트(34)에는 상기 연통 구멍(33a)에 연결되는 동시에 후방으로 연장되는 조홈(34a) 및 이 조홈(34a)의 종단부(후단부)부터 하면으로 도달하는 연통 구멍(34c) 및 상기 연통 구멍(33b)에 연결되는 동시에 전방으로 연장되는 조홈(34b) 및 이 조홈(34b)의 종단부(전단부)로부터 하면으로 도달하는 연통 구멍(34d)이 형성되어 있다.
5단째의 플레이트(35)에는 상기 연통 구멍(34c)에 연결되는 동시에 전후 길이 방향의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 조홈(35a) 및 상기 연통 구멍(34d)에 연결되는 동시에 전후 길이 방향의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 조홈(35b) 및 각 조홈(35a, 35b)으로부터 하면으로 연장되는 동시에 전후에 등피치로 늘어선 다수의 가는 구멍(압력 손실 형성로)(35c, 35d)이 형성되어 있다.
6단째의 플레이트(36)에는 상기 가는 구멍(35c, 35d)에 연결되는 동시에 전후 길이 방향의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 폭이 넓은 조홈(팽창실)(36a) 및 이 조홈(36a)으로부터 하면으로 연장되는 동시에 전후에 등피치로 지그재그형으로 2열로 늘어선 다수의 가는 구멍(압력 손실 형성로)(36b)이 형성되어 있다.
7단째의 플레이트(37)에는 상기 가는 구멍(36b)에 연결되는 동시에 전후 길이 방향의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 폭이 넓은 조홈(팽창실)(37a) 및 이 조홈(37a)으로부터 하면으로 연장되는 동시에 전후에 등피치로 지그재그형으로 2열로 늘어선 다수의 가는 구멍(압력 손실 형성로)(37b)이 형성되어 있다.
최하단의 플레이트(38)에는 상기 가는 구멍(37b)에 연결되는 동시에 전후 길이 방향의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 폭이 넓은 관통 구멍(팽창실)(38a)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(38a)이 가스 균일화로(30x)의 하류단부를 구성하고 있다. 후술하는 바와 같이, 관통 구멍(38a)은 절연 플레이트(27)의 유도로(27b, 27a, 27b)에 연통되어 있다.
또한, 최상단의 플레이트(31)에는 각 영역(30B, 30A, 30B)의 가스 균일화로(30x)를 가온하기 위한 얇고 가늘고 긴 형의 플레이트 히터(31H)가 전후로 연장되도록 수용되어 있다. 2단째로부터 최하단까지의 플레이트(32 내지 38)에는 영역(30B, 30A, 30B)의 경계에 따라서 슬릿(30s)이 형성되어 있다. 이에 의해, 영역(30B, 30A, 30B)마다 열적으로 절연(차단)되어 있다.
도1 및 도2에 있어서, 부호 39S는 최상단과 2단째의 플레이트(31, 32)를 연결하는 볼트이고, 부호 39L은 2단째로부터 최하단까지의 플레이트(32 내지 38)를 연결하는 볼트이다.
다음에, 처리 헤드(3)의 노즐부(20)에 대해 설명한다. 도3에 도시한 바와 같이, 노즐부(20)는 노즐 본체(21)와, 이 노즐 본체(21)의 내부에 수용된 전극 유닛(50)과, 이 유닛(50) 상에 피복된 절연 플레이트(27)와, 유닛(50)의 하측에 설치된 베이스 대향 부재(24, 25)를 구비하고 있다. 도6에 도시한 바와 같이, 노즐 본체(21)는 전후로 길게 연장되는 금속제의 좌우 사이드 프레임(22)과, 이들 사이드 프레임(22)의 전후 단부끼리의 사이에 가설된 절연 수지제의 전후 사이드 프레임(23)을 갖고, 전후로 긴 상자형을 이루고 있다. 사이드 프레임(22)은 볼트(26A)(도3)에 의해 가스 균일화부(30)의 최하단의 플레이트(38)에 연결되어 있다.
도3 및 도7에 도시한 바와 같이, 베이스 대향 부재의 일요소를 구성하는 하부 프레임(24)은 스테인레스나 알루미늄 등의 금속으로 만들어 전후로 연장되는 직사각 형상을 이루고 있다. 상술한 바와 같이, 하부 프레임(24)은 하우징(10)의 내부 플랜지(11d, 12d)에 걸리도록 하여 지지되어 있다. 하부 프레임(24) 상에 사이드 프레임(22)이 적재되어 있다. 또한, 하부 프레임(24)과 사이드 프레임(22)은 단순히 접촉하고 있을 뿐이고 연결되어 있지 않지만, 볼트나 훅 등의 간이 착탈 기구를 거쳐서 연결되어 있어도 좋다.
도3에 도시한 바와 같이, 하부 프레임(24)의 내주연에는 단차(24a)가 형성되어 있다. 이 단차(24a)에 베이스 대향 부재의 주요소를 구성하는 직사각 형상의 하부 플레이트(25)의 주연부가 걸리도록 하여 적재되어 지지되어 있다. 하부 플레이트(25)는, 예를 들어 알루미나 등의 세라믹(유전체, 절연체)으로 구성되어 있다. 하부 플레이트(25)의 상면에는 전극 수용 오목부(25c)가 마련되어 있다. 이 수용 오목부(25c)에 상기 전극 유닛(50)이 끼워 넣어져 있다.
도3 및 도5에 도시한 바와 같이, 하부 플레이트(25)의 상면의 수용 오목부(25c)에는 더욱 얕은 오목부(25d)가 마련되어 있다. 오목부(25d)는 넓은 폭을 이루어 전후로 연장되어 있다. 도3에 도시한 바와 같이, 하부 플레이트(25)의 좌우 중앙부에는 오목부(25d)로부터 하면으로 도달하는 불어내기로(25a)가 형성되어 있다. 도7에 도시한 바와 같이, 불어내기로(25a)는 슬릿형을 이루어 전후로 연장되어 있다.
도3에 도시한 바와 같이, 세라믹(절연체)으로 이루어지는 절연 플레이트(27)는 상기 가스 균일화부(30)의 최하단의 플레이트(38)와 전극 유닛(50)에 의해 상하로부터 협지되어 있다. 절연 플레이트(27)에는 전후 길이 방향의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 3개의 가스 유도로(27b, 27a, 27b)가 서로 좌우로 떨어져 형성되어 있다. 중앙의 원료 가스 유도로(27a)는 절연 플레이트(27)를 수직으로 관통하고 있다. 우측의 여기 가스 유도로(27b)는 절연 플레이트(27)의 상면으로부터 하방을 향함에 따라서 좌측으로 기울어 플레이트(27)의 하면으로 도달하고 있다. 좌측의 여기 가스 유도로(27b)는 절연 플레이트(27)의 상면으로부터 하방을 향함에 따라서 우측으로 기울어 플레이트(27)의 하면으로 도달하고 있다.
도3 및 도6에 도시한 바와 같이, 전극 유닛(50)은 4개(복수)의 전극(51, 52)으로 이루어지는 전극군과, 좌우 한 쌍의 사이드 플레이트(53)와, 전후 한 쌍의 엔드 플레이트(54)를 구비하고 있다. 각 전극(51, 52)은 알루미늄이나 스테인레스 등의 금속으로 이루어지는 본체(56)의 표면에 아크 방지의 고체 유전체층(59)을 설치함으로써 구성되어 있다. 금속 본체(56)는 세로로 긴 사각형 단면을 이루어 전후로 길게 연장되어 있다. 고체 유전체층(59)은 세라믹 등의 유전체로 구성되어 금속 본체(56)의 후술 유로(50b)측의 면 및 상하의 면에 용사 등으로 피막되어 있다. 용사막(59) 대신에 폴리테트라플루오르에틸렌 등의 수지제 시트를 금속 본체(56)에 접착하는 것으로 해도 좋다.
4개의 전극(51, 52)은 서로 좌우로 평행하게 늘어서 있다.
전극군에 있어서, 중앙측의 2개의 전극(51)은 전계 인가 전극(제1 전극)이고, 좌우 양단부(늘어선 방향의 양단부)의 2개의 전극(52)은 접지 전극(제2 전극)이다. 따라서, 전극군은 접지 전극(52), 전계 인가 전극(51), 전계 인가 전극(51), 접지 전극(52)의 순서로 좌우로 늘어섬으로써 구성되어 있다.
각 전극(51, 52)의 내부에는 온도 조절용 냉각수 등을 통과시키는 온도 조절로를 형성해도 좋다.
전극 유닛(50)의 사이드 플레이트(53)는 절연 수지로 이루어져 좌우 접지 전극(52)의 배면[전극(51)과의 대향측과는 반대측의 면)에 더해져 전극군을 좌우로부터 협지하고 있다. 사이드 플레이트(53)의 배면에 사이드 프레임(22)으로부터 비틀어 넣어진 볼트(26)가 맞갈라져 있다. 이에 의해, 전극 유닛(50)이 노즐 본체(21) 내에 정확하게 위치 결정되어 보유 지지되어 있다.
전극 유닛(50)의 엔드 플레이트(54)는 절연 수지로 이루어져 4개의 전극(51, 52)의 길이 방향의 양단부면에 갈라져 전극군을 전후로부터 협지하고 있다.
전극(51, 52)의 급전 및 접지 구조를 설명한다. 도6에 도시한 바와 같이 중앙측의 2개의 전계 인가 전극(51)의, 예를 들어 전단부(길이 방향의 일단부)에는 급전 핀(40)이 각각 매립되고, 좌우 양단부의 2개의 전극(52)의 후단부(길이 방향의 타단부)에는 급전 핀(40)과 동일 구성의 접지 핀(40A)이 각각 매립되어 있다.
도10에 도시한 바와 같이, 전계 인가 전극(51)용 급전 핀(40)은 선단부면에 개구되는 축 구멍(41a)이 형성된 축형의 핀 본체(41)와, 축 구멍(41a)에 수용된 통체(42)와, 이 통체(42) 에 미끄럼 이동 가능하게 수용된 코어 부재(43)를 구비하고 있다. 핀 본체(41)와 통체(42)와 코어 부재(43)는 스테인레스 등의 도전성 금속으로 구성되어 내외의 주위면끼리 접촉함으로써 전기적으로 서로 도통하고 있다.
핀 본체(41)의 선단부가 전계 인가 전극(51)의 전단부면에 형성된 핀 구멍(56a)에 인발 가능하게 삽입되어 있다. 이에 의해, 핀 본체(41)와 전극(51)이 도통하고 있다. 통체(42)에는 코일 스프링(44)(압박 수단)이 수용되어 있고, 이 코일 스프링(44)에 의해 코어 부재(43)가 선단부 방향, 즉 축 구멍(41a)으로부터 압출되는 방향으로 압박되어 있다. 이에 의해, 코어 부재(43)의 선단부가 핀 구멍(56a)의 안측단부면에 강하게 압박되어 있다. 이 결과, 급전 핀(40)과 전극 본체(56)의 도통 상태가 확실하게 유지되어 있다.
핀 본체(41)의 기단부(헤드부)에는 절연체제의 통형 핀 홀더(45A, 45B)가 장착되어 있다. 홀더 부착 핀 본체(41)의 기단부는 엔드 플레이트(54)로부터 돌출되어 전측의 엔드 플레이트(54)와 사이드 프레임(23) 사이에 배치되어 있다. 도5에 도시한 바와 같이, 이 핀 본체(41)의 기단부로부터 급전선(4a)이 연장되어 상기 펄스 전원(4)에 접속되어 있다.
접지 전극(52)용 접지 핀(40A)은 급전 핀(40)과 동일 구조로 되어 있다. 도6에 도시한 바와 같이, 접지 핀(40A)의 헤드부는 후방측의 엔드 플레이트(54)로부터 돌출되어 있다. 이 접지 핀(40A)의 헤드부에 접지선(4b)이 접속되어 있다. 접지선(4b)은 후방측의 사이드 프레임(23)의 상면과 절연 플레이트(27) 사이를 통해 처리 헤드(3)의 밖으로 인출되어 접지되어 있다.
도3 및 도6에 도시한 바와 같이, 인접하는 전극(51, 52)끼리의 사이에는 처리 가스, 즉 상기 원료 가스 또는 여기 가스를 위한 유로(50a, 50b)가 형성되어 있다.
상세하게 서술하면, 중앙측의 동극성의 전극(51, 51)끼리의 사이에는 원료 가스를 위한 유로(50a)가 형성되어 있다. 좌우 양측의 이극성의 전극(52, 51)끼리의 사이에는 여기 가스를 위한 유로(50b)(플라즈마 방전 공간)가 각각 형성되어 있다. 따라서, 좌측으로부터 여기 가스 유로(50b), 원료 가스 유로(50a), 여기 가스 유로(50b)의 순서로 배열되어 있다.
전극 유닛(50)의 전후 엔드 플레이트(54)에는 절연 수지로 이루어지는 3개의 판편형 스페이서(55)가 설치되어 있다. 이들 판편형 스페이서(55)가 각 전극(51, 52) 사이에 삽입됨으로써 상기 유로(50b, 50a, 50b)의 폭이 확보되어 있다.
도3에 도시한 바와 같이, 중앙의 유로(50a)의 상단부(상류단부)는 상기 절연 플레이트(27)의 중앙 유도로(27a)를 거쳐서 가스 균일화부(30)의 중앙 영역(30A)의 가스 균일화로(30x)에 스트레이트로 연결되고, 나아가서는 관(1a)을 거쳐서 원료 가스원(1)에 연결되어 있다.
각 전계 인가 전극(51)의 유로(50a) 형성면은 상측이 인입되고, 하측이 돌출되고, 중간에 단차가 형성되어 있다. 이에 의해, 유로(50a)는 상측이 넓은 폭이고 하측이 좁은 폭으로 되어 있다.
좌우 양측의 유로(50b, 50b)의 상단부(상류단부)는 절연 플레이트(27)의 좌우 유도로(27b, 27b)를 거쳐서 가스 균일화부(30)의 좌우 영역(30B, 30B)의 가스 균일화로(30x, 30x)에 각각 연결되고, 나아가서는 관(2a)을 거쳐서 여기 가스원(2)에 연결되어 있다.
각 접지 전극(52)은 상기 하부 플레이트(25)의 전극 수용 오목부(25c)의 상면에 적재되어 있다. 한편, 도3 및 도5에 도시한 바와 같이, 각 전계 인가 전극(51)은 하부 플레이트(25)의 오목부(25d)의 상방으로부터 떨어져 배치되어 있다. 이에 의해, 각 전계 인가 전극(51)의 하면과 하부 플레이트(25) 사이에는 각각 간극(20b)이 형성되어 있다.
도3에 도시한 바와 같이, 이들 좌우 간극(20b)은 이극 전극 사이의 유로(50b)를 동극 전극 사이의 유로(50a)에 연결하는 연통로로 되어 있다. 즉, 좌측의 연통로(20b)의 좌측단부(상류단부)는 좌측의 이극 전극 사이의 유로(50b)에 연결되고, 우측단부(하류단부)는 동극 전극간 유로(50a)의 하단부(하류단부)와 교차하고 있다. 우측의 연통로(20b)의 우측단부(상류단부)는 우측의 이극 전극 사이의 유로(50b)에 연결되고, 좌측단부(하류단부)는 동극 전극간 유로(50a)의 하류단부와 교차하고 있다.
동극간 유로(50a)는「제1 유로」를 구성하고, 이극간 유로(50a)와 연통로(20b)는「제2 유로」를 구성하고 있다.
*동극 전극(51, 51)끼리는「제1 유로 형성 수단」을 구성하고 있다. 이극 전극(51, 52)끼리 및 전극(51)과 하부 플레이트(25)끼리는「제2 유로 형성 수단」을 구성하고 있다.
좌우 연통로(20b)는 수평을 이루고, 수직인 제1 유로(50a)와 직교하고 있다. 좌우 제2 유로(50b, 20b)끼리는 중앙의 제1 유로(20a)를 협지하여 대칭을 이루고 있다.
도8에 확대하여 도시한 바와 같이, 3개의 유로(20b, 50a, 20b)끼리의 교차부(합류부)(20c)에 상기 하부 플레이트(25)의 불어내기로(25a)가 연결되어 있다. 이 불어내기로(25a)는 원료 가스와 여기 가스의 공통의 불어내기로가 되어 있고, 그 하류단부(불어내기구)가 하부 플레이트(25)의 하면에 개구되어 있다. 불어내기로(25a)는 수직인 유로(50a)의 바로 아래에 배치되어 있다.
상기와 같이 구성된 상압 플라즈마 성막 장치(M1)의 동작에 대해 설명한다.
여기 가스원(2)으로부터의 수소 등의 여기 가스(제2 가스)가 가스관(2a)을 경유하여 처리 헤드(3)의 좌우 2개의 플러그(32P)로부터 좌우 영역(30B)의 가스 균일화로(30x)로 각각 도입되어 이들 로(30x)에 의해 전후 길이 방향으로 균일화된다. 이 균일화된 여기 가스가 좌우 유도로(27b)를 경유하여 좌우 유로(50b)로 각각 도입된다.
한편, 펄스 전원(4)으로부터의 펄스 전압이 전계 인가 전극(51)으로 공급되어 이극 전극(51, 52)끼리의 사이에 펄스 전계가 인가된다. 이에 의해, 도8에 도시한 바와 같이 좌우의 유로(50b) 내에 글로우 방전이 발생하여 여기 가스가 플라즈마화(여기, 활성화)된다. 이 플라즈마화된 여기 가스가 유로(50b)로부터 연통로(20b)로 유도되어 교차부(20c)를 향해 흐른다. 이 여기 가스 자체에는 여기에 의해 세라믹 등의 표면에 부착, 퇴적되는 성분은 포함되어 있지 않다. 따라서, 막이 이극 전극(51, 52)끼리의 대향면이나 전극(51)의 하면이나 하부 플레이트(25)의 상면(제2 유로 형성면)에 부착되는 일은 없다.
상기 여기 가스의 유통과 동시 병행하여 원료 가스원(1)으로부터의 실란 등의 원료 가스(제1 가스)가 가스관(1a)을 경유하여 처리 헤드(3)의 중앙의 가스 플러그(32P)로부터 중앙 영역(30A)의 가스 균일화로(30x)로 도입되어 전후 길이 방향으로 균일화된 후, 중앙 유도로(27a)를 경유하여 중앙의 동극간 유로(50a)로 도입된다. 2개의 전계 인가 전극(51)에는 각각 펄스 전압이 공급되어 있지만, 이들 동극 전극(51, 51) 사이에 전계가 인가되는 일은 없으므로, 유로(50a)에서 플라즈마 방전이 일어나는 일은 없다. 따라서, 원료 가스는 플라즈마화되는 일 없이 그대로 통과한다. 따라서, 동극 전극(51)끼리의 대향면(제1 유로 형성면)에 막이 부착되는 일은 없다. 따라서, 4개의 전극(51, 52)의 어디에도 막이 부착되는 일은 없어 전극(51, 52)의 메인터넌스의 수고를 줄일 수 있다. 또한, 전극 통과시의 원료의 손실을 없앨 수 있다. 또한, 원료 가스는 유로(50a)의 도중으로부터 하측의 좁아져 있는 부분에서 교축되어 압력이 높아진다.
중앙의 유로(50a)를 통과한 후의 원료 가스는 좌우 연통로(20b)와의 교차부(20c)로 나간다. 또한, 좌우 유로(50b)에서 플라즈마화된 여기 가스가 각각 연통로(20b)를 통해 교차부(20c)로 나간다. 이에 의해, 원료 가스가 플라즈마화된 여기 가스(활성종)에 닿아 분해나 여기 등의 반응을 일으켜 막이 되어야 할 래디컬한 반응 생성물(p)이 생성된다.
좌우의 통로(25a)로부터 교차부(20c)로 들어온 여기 가스 흐름은 원료 가스의 흐름에 압박되도록 하여 아래로 구부린다. 이에 의해, 여기 가스의 대부분은 불어내기로(25a)의 우측의 모서리면과 좌측의 모서리면에 따르도록 하여 흐르고, 원료 가스의 대부분은 이들 좌우 여기 가스 흐름 사이에 협지되도록 하여 불어내기로(15a)의 중앙측을 통과한다. 이에 의해, 반응 생성물(p)이 불어내기로(25a)의 모서리면에 그다지 접촉하지 않도록 할 수 있다. 따라서, 불어내기로(25a)의 모서리면에의 막부착을 저감할 수 있고, 원료 손실의 한층 저감을 도모할 수 있다. 관(1a)에 제1 가스 유량 조절 수단을 마련하고, 관(2a)에 재2 가스 유량 조절 수단을 마련하여 제1, 제2 가스의 유량을 각각 조절함으로써 상기와 같은 대략 층류 상태를 확실하게 얻을 수 있다.
그리고, 처리 가스(여기 가스와 원료 가스)가 대략 층류 상태에서 불어내기로(25a)로부터 불어내어진다. 이에 의해, 반응 생성물(p)을 불어내기로(25a)의 바로 아래의 베이스(W)의 상면에 닿게 하여 원하는 막(A)을 형성할 수 있다.
상기 가스 균일화부(30)에 의해 가스가 전후 방향으로 균일화되어 있으므로 전후 방향에 균일한 막(A)을 한번에 형성할 수 있다.
그 후, 처리 가스는 불어내기로(25a)로부터 떨어지도록 처리 헤드(3)와 베이스(W) 사이의 공간 내를 좌우 2방향으로 흘러간다. 이 때, 여기 가스의 대부분은 상부의 처리 헤드(3)측으로 치우치고, 원료 가스의 대부분은 하부의 베이스(W)측에 치우친다. 이에 의해, 반응 생성물(p)이 하부 플레이트(25) 및 하부 프레임(24)의 하면에 그다지 접촉하지 않도록 할 수 있다. 이 결과, 이들 부재(25, 24)에의 막부착을 저감할 수 있고, 막제법의 메인터넌스를 행하는 빈도를 줄일 수 있다.
처리가 종료된 가스는 진공 펌프(14)의 구동에 의해 하우징(10)의 흡입구(10a)로부터 흡입되어 배출된다. 이 진공 펌프(14)의 흡입압 등을 조절함으로써 여기 가스와 원료 가스가 상기한 대략 층류 상태로 유지되도록 할 수 있고, 처리 헤드(3)에의 막부착을 한층 확실하게 방지할 수 있다.
예를 들어, 베이스 대향 부재[하부 프레임(24)이나 하부 플레이트(25)]에 막이 생겼다고 해도 도9에 도시한 바와 같이 처리 헤드(3)를 인상하여 하우징(10)으로부터 꺼내면, 베이스 대향 부재(24, 25)만이 하우징(10)의 내부 플랜지(11d, 12d)에 걸린 상태에서 남겨진다. 이에 의해, 베이스 대향 부재(24, 25)를 처리 헤드(3)로부터 매우 간단하게 분리할 수 있다. 그 후, 베이스 대향 부재(24, 25)만을, 예를 들어 강산 등의 액약에 침지하는 등의 세정 공정을 행하지 않고 막을 제거한다. 처리 헤드(3)의 전체를 세정 공정에 갖고 갈 필요가 없어 메인터넌스를 용이화할 수 있다. 한편, 스페어의 베이스 대향 부재(24, 25)를 준비해 두고, 이를 상기 장치(M1)에 부착하는 것으로 하면, 상기한 세정 공정도 중에 성막 처리를 중단하는 일 없이 속행할 수 있다.
상압 플라즈마 성막 장치(M1)에 따르면, 처리 헤드(3)의 일단부로부터 급전선(4a)이 인출되고, 타단부로부터 접지선(4b)이 인출되어 있으므로(도5 및 도7), 이들 선(4a, 4b)이 쇼트될 우려를 방지할 수 있다.
또한, 급전 및 접지 핀(40, 40A)에 의해 급전 및 접지선(4a, 4b)과 전극 본체(56)를 전기적으로 확실하고 또한 용이하게 접속할 수 있다. 급전 및 접지 핀(40, 40A)은 전극(51, 52)으로부터 간단하게 제거할 수 있으므로, 메인터넌스시에 장해가 되는 일은 없다.
또한, 2개의 접지 전극(52)이 2개의 인계 인가 장치(51)를 협지하도록 좌우 외측에 배치되어 있으므로, 외부에의 전계의 누설을 방지할 수 있고, 처리 헤드(3) 전체의 접지도 용이하다.
다음에, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다. 이하의 실시 형태에 있어서 이미 서술한 실시 형태와 같은 구성에 관해서는 도면에 동일 부호를 붙여 설명을 간략화한다.
도11 및 도12는 본 발명의 제2 실시 형태를 나타낸 것이다. 제2 실시 형태에서는 제1, 제2 가스의 불어내기구가 개별적으로 형성되어 있다.
상세하게 서술하면, 도12에 도시한 바와 같이 하부 플레이트(25)에는 전후로 연장되는 3개의 슬릿형의 개별 불어내기로(25b, 25a, 25b)가 평행을 이루어 좌우에 등간격으로 늘어서서 형성되어 있다.
도11에 도시한 바와 같이, 좌측의 불어내기로(25b)는 좌측의 이극 전극(52,51) 끼리 사이의 유로(50b)의 하방에 스트레이트로 연결되어 있다. 중앙의 불어내기로(25a)는 중앙의 동극 전극(51, 51)끼리 사이의 유로(50a)의 하방에 스트레이트로 연결되어 있다. 우측의 불어내기로(25b)는 우측의 이극(51, 52)끼리 사이의 유로(50b)의 하방에 스트레이트로 연결되어 있다. 3개의 불어내기로(25b, 25a, 25b)의 하단부는 하부 플레이트(25)의 하면에 각각 개구되어 있다. 중앙의 불어내기로(25a)의 하단부 개구는 원료 가스(제1 가스)의 불어내기구를 구성하고, 좌우 불어내기로(25b)의 하단부 개구는 여기 가스(제2 가스)의 불어내기구를 구성하고 있다.
하부 플레이트(25)의 전극 수용 오목부(25c)에는 상기 제1 실시 형태에 있어서의 오목부(25d)가 설치되어 있지 않고, 수용 오목부(25c) 상에 전계 인가 전극(51)이 접촉되어 있다. 따라서, 제1 실시 형태의 연통로(20b)는 형성되어 있지 않다.
중앙의 유로(50a)로 도입된 원료 가스는 그대로 불어내기로(25a)로부터 불어내어진 후, 하부 플레이트(25)와 베이스(W) 사이를 좌우 2방향으로 분리되어 흐른다. 한편, 좌우 유로(50b)로 도입된 여기 가스는 각각 이극 전극(51, 52) 사이의 전계에 의해 플라즈마화(여기, 활성화)된 후, 좌우 불어내기로(25b)로부터 불어내어진다. 이 불어내어진 후의 여기 가스에 상기 베이스(W) 상을 흘러 온 원료 가스가 닿아 반응이 일어난다. 이에 의해, 베이스(W)에 막(A)이 형성된다. 그 후, 여기 가스와 원료 가스는 상하로 포개어지는 대략 층류형을 이루어 흡입구(10a)를 향해 흘러 배출된다.
도13은 본 발명의 제3 실시 형태를 나타낸 것이다.
제3 실시 형태에서는 처리 헤드(3)의 금속 도체로 이루어지는 노즐 본체(20B) 내에 8개(다수)의 평판형의 전극(51, 52)으로 이루어지는 전극군이 설치되어 있다. 이들 전극은 서로 평행을 이루어 좌측으로부터 등간격으로 접지 전극(52), 전계 인가 전극(51), 전계 인가 전극(51), 접지 전극(52), 접지 전극(52), 전계 인가 전극(51), 전계 인가 전극(51), 접지 전극(52)의 순서로 배열되어 있다. 이에 의해, 이극 전극간의 제2 유로(플라즈마 방전 공간)(50b)와, 동극 전극간의 제1 유로(50a)가 교대로 배열되어 있다. 각 제1 유로(50a)에는 원료 가스원(도시 생략)으로부터의 원료 가스(제1 가스)가 통과되고, 각 제2 유로(50b)에는 여기 가스원(도시 생략)으로부터의 여기 가스(제2 가스)가 통과된다.
전극군의 배열 방향의 양단부의 접지 전극(52)은 배면이 노즐 본체(20B)에 따르도록 닿게 되어 이 노즐 본체(20B)와 전기적으로 도통하고 있다. 구체적인 도시는 생략하지만, 중앙측의 2개의 접지 전극(52)은 길이 방향(도13의 종이면과 직교하는 방향)의 양단부가 노즐 본체(20B)에 맞대어져 이 노즐 본체(20B)와 전기적으로 도통하고 있다. 그리고, 노즐 본체(20B)가 접지선(4b)을 거쳐서 접지되어 있다. 이에 의해, 처리 헤드(3) 전체의 접지를 취하는 동시에, 접지 전극(52)의 접지를 취할 수 있다.
또한, 제3 실시 형태에 있어서, 양 외측의 접지 전극(52)을 노즐 본체(20B)와 일체로 형성해도 좋다. 즉, 노즐 본체(20B)가 양 외측의 접지 전극(52)을 겸하고 있어도 좋다.
제3 실시 형태에 있어서, 전극군의 전극수는 8개로 한정되지 않고, 3개라도 좋고, 5개 내지 7개라도 좋고, 9개 이상이라도 좋다. 이들 전극은 제2 가스를 통과해야 할 이극 대향 공간(제2 유로)과 제1 가스를 통과해야 할 동극간 공간(제1 유로)이 교대로 형성되도록 늘어선다. 즉, … 제2 전극, 제1 전극, 제1 전극, 제2 전극, 제2 전극, 제1 전극, 제1 전극, 제2 전극, 제2 전극, 제1 전극, 제1 전극, 제2 전극…의 순서로 늘어선다. 가장 외측에는 접지 전극으로서의 제2 전극을 배치하는 것이 바람직하다. 전극수가 전체 짝수일 때에는 제1 전극과 제2 전극은 동수이고, 홀수일 때에는 제2 전극이 제1 전극보다 하나 많아진다. 가장 외측과 그 하나 내측에 동극의 전극(접지 전극이 바람직함)을 배치하여 가장 외측의 대향 공간에 제1 가스를 통과시키는 것으로 해도 좋다. 대면적의 베이스의 전체 길이에 미치는 긴 제1 및 제2 전극을 상기한 배치 순서에 따라서 다수개, 베이스의 전체 폭에 걸치도록 배치하여 베이스 전체를 한번에 성막할 수 있도록 해도 좋다.
또한, 제1, 제2 유로가 하나씩 교대로 배열되어 있지 않아도 좋고, 적어도 한 쪽 유로가 복수 인접하여 이들 인접하는 한 덩어리의 유로와 다른 쪽 유로가 교대로 늘어서 있어도 좋다.
도14는 그와 같은 교대 배열 구조의 변형 형태를 나타낸 것이다. 상기 형태의 처리 헤드(3)에는 전극군이 제2 전극(52), 제1 전극(51), 제2 전극(52), 제2 전극(52), 제1 전극(51), 제2 전극(52)의 순서로 늘어서 있다. 이에 의해, 중앙에 제1 유로(50a)가 하나 배치되고, 그 좌우 양측에 제2 유로(50b)가 2개씩 배치되어 있다. 즉, 2개(복수)의 제2 유로(50b)와 1개의 제1 유로(50a)가 교대로 늘어서 있다. 도14에 있어서, 제2 전극(52)의 접지선의 도시는 생략하고 있다.
도14의 형태에 따르면, 원료 가스와, 플라즈마화된 여기 가스의 반응 영역을 넓게 확보할 수 있고, 원료 가스를 충분히 반응시켜 막화시킬 수 있어 반응 효율(수율)을 높일 수 있다. 또한, 플라즈마화된 여기 가스를 각 제2 유로(50ab)로부터 마일드하게 불어냄으로써 대략 층류의 상태를 확실하게 만들 수 있다.
도15 내지 도20은 본 발명의 제4 실시 형태를 나타낸 것이다.
제4 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 중앙의 제1 유로를 협지하여 그 좌우 양측에 제2 유로가 배치되고, 이들 3개의 유로가 서로 합류하여 단일의 공통 불어내기로(25a)에 연결되어 있다. 제4 실시 형태는 접지 전극의 배치 위치와, 제2 유로의 플라즈마 방전 부분의 장소에 있어서, 제1 실시 형태와 다르다.
상세하게 서술하면, 도15 및 도17에 도시한 바와 같이, 제4 실시 형태의 처리 헤드(3)에서는 제1 실시 형태(도3, 도6)의 각 접지 전극(52)의 수용 위치에, 이것 대신에 의사 전극 스페이서(52S)가 설치되어 있다. 의사 전극 스페이서(52S)는 상기 제1 실시 형태의 접지 전극(52)과 실질적으로 동일한 형상을 이루는 한편, 도전 금속이 아닌 세라믹 등의 절연체(유전체)로 구성되어 있다. 따라서, 의사 전극 스페이서(52S)와 전계 인가 전극(51) 사이의 유로(50b)는 플라즈마 방전 공간은 되지 않는다. 여기 가스는 플라즈마화되는 일 없이 유로(50b) 내를 통과하게 된다.
제4 실시 형태의 하부 플레이트(25)는 처리 헤드(3)의 베이스 대향 부재 내지는 불어내기구 구성 부재로서의 기능뿐만 아니라, 접지 전극의 보유 지지 부재로서의 기능을 갖고 있다. 즉, 도15 및 도18에 도시한 바와 같이, 하부 플레이트(25)의 하면에는 공통 불어내기로(25a)를 협지하여 한 쌍의 얕은 수용 오목부(25e)가 전후로 연장되도록 하여 형성되어 있다. 이들 수용 오목부(25e)에 가늘고 긴 얇은 두께의 급속 도체판으로 이루어지는 접지 전극(52A)이 각각 끼워 넣어져 있다. 이에 의해, 접지 전극(52A)이 전계 인가 전극(51)의 베이스(W)를 향해야 할 측(하측)에 대향 배치되어 있다. 따라서, 2개의 전계 인가 전극(51)과 하부 플레이트(25) 사이의 연통로(20b)가 각각 플라즈마 방전 공간이 된다.
또한, 도20에 도시한 바와 같이, 플라즈마(PL)는 연통로(20b) 내 뿐만 아니라, 교차부(20c)로 비어져 나오게 된다.
알루미나 등의 유전체로 이루어지는 하부 플레이트(25)에 있어서, 금속제의 접지 전극(52A)의 상면에 피복된 부분과, 접지 전극(52A)의 불어내기로(25a)측의 단부면에 따르는 부분[즉 불어내기로(25a) 형성 부분]은 접지 전극의 고체 유전체층으로서의 역할을 담당하고 있다.
도20에 도시한 바와 같이, 좌측의 접지 전극(금속 본체)(52A)의 공통 불어내기로(25a)를 향하는 우측단부면은 좌측의 전계 인가 전극(51)의 금속 본체(56)의 동측단부면(우측단부면)과 동일면으로 되어 있다. 우측의 접지 전극(금속 본체)(52A)의 공통 불어내기로(25a)를 향하는 좌측단부면은 우측의 전계 인가 전극(51)의 금속 본체(56)의 동측단부면(좌측단부면)과 동일면으로 되어 있다. 또한, 각 접지 전극(52A)의 공통 불어내기로(25a)측의 단부면은 전계 인가 전극 본체(56)의 동측단부면보다 좌우로 돌출되어도 좋다.
도15에 도시한 바와 같이, 각 접지 전극(52A)의 상기 공통 불어내기로(25a)측과는 반대측의 단부면은 전계 인가 전극 본체(56)의 배면보다 돌출되어 있다.
도16에 도시한 바와 같이, 접지 전극(52A)의 길이 방향의 양단부 모서리는 금속 도체로 이루어지는 하부 프레임(24)과 접촉하고 있다. 하부 프레임(24)의 후방단부[급전 핀(40)의 배치측과는 반대측]로부터 접지선(4b)이 연장되어 접지되어 있다.
또한, 접지 전극(52A)은 1매의 가늘고 긴 금속 도체판에 불어내기로(25a)가 되어야 할 슬릿을 뚫음으로써 구성해도 좋다.
제4 실시 형태에서는 전극(51)의 고체 유전체층 구조에 있어서도 제1 실시 형태와 다르다.
즉, 도19에 도시한 바와 같이 제4 실시 형태에 있어서의 전계 인가 전극(51)의 고체 유전체층은 전극 본체(56)에 일체로 용사된 용사막(59)(도3) 대신에, 전극 본체(56)와는 별개의 부재를 이루는 케이스(57)로 구성되어 있다. 케이스(57)는 알루미나나 유리 등의 세라믹(유전체)으로 형성된 케이스 본체(57a)와, 이것과 동재질의 덮개(57b)를 갖고, 전후로 길게 연장되어 있다.
케이스 본체(57a)는 전극 본체(56)와 동형상의 내부 공간을 갖는 동시에, 배면[다른 쪽 전극(51)과의 대향측과는 반대측의 면]이 개구되어 있다. 이 케이스 본체(57a)의 내부 공간에 전극 본체(56)가 취출 가능하게 수용되는 동시에, 배면 개구가 덮개(57b)로 막혀 있다. 이에 의해, 전극 본체(56)의 전체 표면이 케이스(57)로 이루어지는 고체 유전체층으로 막혀 있다.
덮개(57b)는 케이스 본체(57a)에 대해 착탈 가능하게 되어 있다.
케이스 본체(57a)의, 예를 들어 전방측의 단부판에는 급전 핀(40)을 삽입 관통하기 위한 구멍(57c)이 형성되어 있다.
각 전계 인가 전극(51)의 케이스 본체(57a)에 있어서의 다른 쪽 전극(51)과 대향하는 쪽의 판은 상측이 얇고, 하측이 두껍게 되고, 중간에 단차가 형성되어 있다. 이에 의해, 한 쌍의 전극(51) 사이의 유로(50a)는 상측이 넓은 폭으로 되어 있다.
제4 실시 형태에 따르면, 여기 가스원(2)으로부터의 여기 가스는, 좌우 유로(50b, 50b)에서는 플라즈마화되지 않고, 그 끝의 연통로(20b, 20b)에 있어서 플라즈마화(여기, 활성화)된다. 여기 가스는 막화 성분을 포함하고 있지 않으므로, 전극(51)의 하면이나 하부 플레이트(25)의 상면[연통로(20b) 형성면]에 막이 부착되는 일은 없다.
도20에 도시한 바와 같이, 좌우 연통로(20b)에서 플라즈마화된 여기 가스는 교차부(20c)로 흘러간다. 또한, 원료 가스원(1)으로부터의 원료 가스가 중앙의 유로(50a)를 통해 교차부(20c)로 들어온다. 이에 의해, 막원료가 플라즈마화된 여기 가스와 반응을 일으켜 막이 되어야 할 반응 생성물(p)이 발생한다. 그것에다가, 원료 가스는 교차부(20c)로 비어져 나온 플라즈마(PL)의 내부도 통과한다(원료 가스가 플라즈마 방전 공간을 스침). 이에 의해, 원료 가스를 직접적으로 플라즈마화할 수 있어 보다 많은 반응 생성물(p)을 얻을 수 있다. 이 결과, 베이스(W)에의 성막 효율을 향상시킬 수 있다.
전계 인가 전극(51)과 베이스(W) 사이에는 접지 전극(52A)(접지된 도전 부재)가 개재되어 있으므로, 베이스(W)에 아크가 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 베이스(W)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 접지 전극(52A)의 공통 불어내기로(25a)를 향하는 측의 단부면이 전계 인가 전극 본체(56)의 동측단부면과 동일면으로 되어 있으므로, 전계가 접지 전극(52A)의 공통 불어내기로(25a)측단부면으로부터 하방으로 누설되는 것을 방지할 수 있고, 베이스(W)에 아크가 떨어지는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있다. 이에 의해, 처리 헤드(3)를 베이스(W)에 근접시킬 수 있어 이들 사이의 거리(워킹 디스턴스)를 충분히 작게 할 수 있고, 상압 하에 있어서의 래디컬의 단소한 활성화 거리(예를 들어 2 ㎜보다 작게 할 수 있다. 따라서, 반응 생성물(p)이 활성화 되지 않는 것 중에 베이스(W)에 확실하게 도달시킬 수 있다. 이 결과, 고속이고 또한 확실하게 성막을 행할 수 있다.
전계 인가 전극 본체(56)는 전체가 고체 유전체층으로서의 케이스(57)에 둘러싸여 있으므로, 이상 방전을 한층 확실하게 방지할 수 있다.
전계 인가 전극(51)의 케이스(57)에 막이 부착되어 있는 경우에는, 노즐 본체(21)로부터 전극(51)을 제거하여 분해한다. 분해에 있어서, 급전 핀(40)은 쉽게 인발할 수 있다. 케이스 본체(57a)로부터 덮개(57b)를 제거하면 전극 본체(56)를 간단하게 취출할 수 있다. 막은 케이스(57)에만 부착되지 않으므로, 예를 들어 케이스(57)만 교체하는 것으로 하여 전극 본체(56)는 새로운 케이스로 교체한다. 이에 의해, 전극 본체(56)를 몇 개나 준비할 필요가 없다. 교체 작업도 간단하다. 한편, 막이 부착된 케이스(57)에 대해서는 그것만을 강산에 침지하는 등하여 막을 제거한다. 이에 의해, 재사용 가능해져 자재의 낭비를 없앨 수 있다. 케이스(57)는 전극(51)마다 개별적으로 되어 있으므로, 부착의 상황에 따라서 메인터넌스 작업을 서로 별개로 행할 수 있다.
의사 전극 스페이서(52S)를 유전체가 아닌 금속 도체로 구성하여 접지함으로써, 평판형 전극(52A)과 함께 접지 전극부로서 이용하는 것으로 해도 좋다. 그렇게 하면, 제2 유로(50b, 20b)의 전체를 플라즈마 방전 공간으로 할 수 있다. 이 경우의 접지 전극(52S)에 대해 전계 인가 전극(51)과 같은 유전 케이스 수용 구조로 해도 좋다.
제2 실시 형태(도11)의 개별 불어내기 구조에 있어서, 4개의 전극(51, 52)의 각각을 유전 케이스 수용 구조로 해도 좋다.
도21은 제4 실시 형태에 있어서, 접지 전극 구조의 변형 형태를 나타낸 것이다.
본 변형 형태에서는 각 접지 전극(금속 본체)(52A)의 공통 불어내기로(25a)를 향하는 측의 단부면이 전계 인가 전극(51)의 금속 본체(56)의 동측단부으로부터 인입되어 있다. 하부 플레이트(25)의 공통 불어내기로(25a) 형성면은 전계 인가 전극 본체(56)의 동측단부면과 대략 동일면이지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 접지 전극(52A)의 단부면 근처까지 인입해도 좋다. 즉, 공통 불어내기로(25a)의 폭을 좌우 접지 전극(52A)의 대향단부면 사이의 거리 정도까지 넓은 것으로 해도 좋다.
본 변형 형태에 따르면, 전계 인가 전극 본체(56)와 접지 전극 본체(52A)의 어긋남에 의해 횡방향 전계가 형성된다. 이 횡방향 전계에 의해, 플라즈마(PL)가 하부 플레이트(25)의 전극(52A)으로부터 돌출된 부분(25H)의 하측으로 돌아 들어간다. 이에 의해, 베이스(W)에 의해 가까운 장소에서 원료 가스의 반응을 한층 일으키게 할 수 있고, 한층 고속이고 또한 확실하게 성막을 행할 수 있다.
또한, 접지 전극 본체(52A)의 표면 전체에는 별도로 얇은 유전체(59A)가 코팅되어 있다. 이에 의해, 이상 방전의 방지를 한층 도모할 수 있다.
도22는 본 발명의 제5 실시 형태를 나타낸 것이다.
제5 실시 형태의 처리 헤드(3X)는 금속 도체로 이루어지는 전계 인가 전극(51X)과, 그 하측[베이스(W)를 향해야 할 측]에 피복되는 금속 도체로 이루어지는 접지 전극(접지된 도전 부재)(52X)을 갖고 있다. 이들 상하의 전극(51X, 52X)끼리의 사이에 세라믹 등으로 이루어지는 고체 유전 부재(28)가 장전되어 있다. 고체 유전 부재(28)는 2개의 전극(51X, 52X)에 공통의 고체 유전체층으로 되어 있다. 이 고체 유전 부재(28)에 의해 양 전극(51X, 52X)이 절연되어 있다. 접지 전극(52X)의 중앙부에는 절결부(52b)가 형성되고, 이 절결부(52b)로부터 고체 유전 부재(28)의 하면이 노출되어 있다.
접지 전극(52X)의 옆에는 2개의 불어내기 노즐(61, 62)의 선단부가 배치되어 있다. 원료 가스 불어내기 노즐(61)(제1 유로 형성 수단)의 기단부는 원료 가스관(1a)을 거쳐서 원료 가스원(1)에 연결되고, 여기 가스 불어내기 노즐(62)(제2 유로 형성 수단)의 기단부는 여기 가스관(2a)을 거쳐서 여기 가스원(2)에 연결되어 있다. 이들 노즐(61, 62)의 선단부의 불어내기축은 접지 전극(52X)과 베이스(W) 사이의 공간을 향해 기울어져 배치되어 있다. 게다가, 여기 가스 불어내기 노즐(62)이 원료 가스 불어내기 노즐(61)보다 상측[접지 전극(52X) 집합]에 배치되어 있다.
제5 실시 형태에 따르면, 여기 가스가 상측 노즐(62)로부터 접지 전극(52X)과 베이스(W) 사이의 공간으로 불어내어지는 동시에, 원료 가스가 하측 노즐(61)로부터 동일 공간으로 불어내어진다. 이 때, 여기 가스가 상측으로 치우치고, 원료 가스가 하측으로 치우친 대략 층류가 형성된다. 그리고, 상측의 여기 가스가 절결부(52b)의 내부로 유입된다.
한편, 펄스 전원(4)의 펄스 전압 인가에 의해 상기한 절결부(52b) 내에 횡방향 전계가 생긴다. 이에 의해, 절결부(52b)의 내부가 플라즈마 방전 공간이 되고, 그곳으로 유입된 여기 가스가 플라즈마화(여기, 활성화)된다. 이 플라즈마화된 여기 가스에 원료 가스가 닿는다. 또는, 원료 가스가 플라즈마 방전 공간(52b)을 스친다. 이에 의해, 베이스(W)의 바로 근처에서 원료 가스를 반응시킬 수 있어 고속이고 또한 확실하게 막(A)을 형성할 수 있다. 여기 가스 흐름이 플라즈마 방전 공간(52b)을 통과한 후에도 원료 가스 흐름보다 접지 전극(52X)의 측에 오도록 할 수 있으므로, 접지 전극(52X)의 하면, 즉 처리 헤드(3X)의 하면에 막이 부착되는 것을 방지 내지는 억제할 수 있다.
전계 인가 전극(51X)과 베이스(W) 사이에는 접지 전극(52X)(접지된 도전 부재)이 개재되어 있으므로, 베이스(W)에 아크가 떨어지는 것을 방지할 수 있어 베이스(W)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도23은 본 발명의 제6 실시 형태를 나타낸 것이다.
제6 실시 형태의 처리 헤드(3Y)에는 한 쌍을 이루는 전계 인가 전극(51Y)과 접지 전극(52Y)이 좌우로 떨어져 대향 배치되어 있다. 이들 전극(51Y, 52Y) 사이에 플라즈마 방전 공간이 되는 제2 유로(20h)가 수직으로 형성되어 있다. 여기 가스원(2)으로부터의 관(2a)이 제2 유로(20h)의 상단부(상류단부)에 접속되어 있다.
처리 헤드(3Y)의 하단부에는 금속판으로 이루어지는 도전 부재(29)가 배치되어 있다. 도전 부재(29)는 접지선(4b)을 거쳐서 접지되어 있다. 도전 부재(29)는 전계 인가 전극(51Y)의 하측[베이스(W)를 향해야 할 측]에 피복되어 있다. 전계 인가 전극(51Y)과 도전 부재(29) 사이에는 양자를 절연하는 절연 부재(28Y)가 장전되어 있다.
접지 전극(52Y)과 도전 부재(29) 사이에는 제1 유로가 되는 간극(20g)이 수평으로 형성되어 있다. 원료 가스원(1)으로부터의 관(1a)이 제1 유로(20g)의 우측단부(상류단부)에 접속되어 있다. 제1 유로(20g)의 좌측단부(하류단부)는 제2 유로(20h)의 하단부(하류단부)와 교차하고 있다. 도전 부재(29)에는 제1, 제2 유로(20g, 20h)끼리의 교차부(20c)로부터 바로 아래로 연장되는 불어내기로(29a)가 형성되어 있다. 불어내기로(29a)는 원료 가스와 여기 가스의 공통의 불어내기로로 되어 있다.
제6 실시 형태에 있어서도 전극(51Y, 52Y)의 플라즈마 방전 공간 형성면 등에 막이 부착되는 것을 방지할 수 있는 동시에, 전계 인가 전극(51Y)으로부터 베이스(W)로 아크가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
도24는 전극의 급전 및 접지 구조의 변형 형태를 나타낸 것이다. 급전선(4a) 또는 접지선(4b)으로서의 피복 도선(46)은 도체의 선재(46a)를 절연 튜브(46b)로 피복함으로써 구성되어 있다. 피복 도선(46)은 유전 케이스(57)의 구멍(57d)을 통해 전극 본체(56)의 구멍(56d)에 삽입되어 있다.
피복 도선(46)의 선재(46a)는 구멍(56d)의 안측에 위치하는 단말 부분만이 절연 튜브(46b)로부터 노출되고, 구멍(56d) 내의 전방측에 위치하는 부분에 있어서는 절연 튜브(46b)에 의해 피복되어 있다. 물론, 선재(46a)는 유전 케이스(57)의 구멍(57d)의 내부에 위치하는 부분이나 케이스(57)의 외측에 위치하는 부분에서는 절연 튜브(46b)에 의해 피복되어 있다.
전극 본체(56)에는 구멍(57d)과 대략 직교하도록 하여 나사(볼트)(47)가 비틀어 넣어져 있다. 이 나사(47)에 의해, 선재(46a)의 노출된 단말 부분이 구멍(57d)의 안측단부의 내주면에 압박되어 있다.
본 구성에 따르면, 도선(46)으로부터의 이상 방전을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 도선(46)의 단말을 전극 본체(56)에 확실하게 고정할 수 있고, 전기적으로 확실하게 도통시킬 수 있다. 또한, 유전 케이스(57)의 교체 등의 메인터넌스시에는 나사(47)를 헐겁게 함으로써 도선(46)을 전극(51)으로부터 간단하게 제거할 수 있다.
도25는 전극의 고체 유전체층으로서의 유전 케이스의 변형 형태를 나타낸 것이다.
상기 변형 형태의 유전 케이스(57X)에서는 케이스 본체(57a)의 개구가 도19 형태의 배면 대신에 길이 방향의 일단부면에 형성되어 있다. 이 단부면의 개구로부터 전극의 금속 본체(56)를 삽입하도록 되어 있다. 케이스(57X)의 덮개(57b)는 상기 단부면 개구를 막도록 되어 있다.
도26 및 도27은 유전 케이스의 다른 변형 형태를 나타낸 것이다. 이 유전 케이스(58)의 본체(58X)는 단면 L자형을 이루는 한 쌍의 피스(58a, 58b)를 조합함으로써 구성되어 있다. 각 피스(58a, 58b)의 단부 모서리에는 갈고리(58c, 58d)가 형성되어 있다. 서로의 갈고리(58c, 58d)끼리를 끼워 맞춤으로써 긴 사각 형상의 케이스 본체(58X)가 형성되어 있다. 이 케이스 본체(58X)의 길이 방향의 양단부에 개구(58e)가 각각 형성되어 있다. 이들 개구(58e)에는 각각 덮개(58f)가 착탈 가능하게 설치되어 있다.
도28은 유전 케이스의 다른 변형 형태를 나타낸 것이다. 이 변형 형태에서는 2개(복수)의 전극의 유전 케이스가 일체로 연결되어 있다. 환언하면, 2개(복수)의 전극의 금속 본체(56)가 단일의 공통 유전 케이스(70)에 수용되어 있다.
공통 유전 케이스(70)는 유전체로 이루어지는 하나의 케이스 본체(71)와, 유전체로 이루어지는 2개의 덮개(74)를 구비하고 있다. 케이스 본체(71)는 서로 평행을 이루어 수평으로 길게 연장되는 2개의 케이스 본체부(72)와, 이들 본체부(72)의 양단부(도28에서는 종이면 안측만 도시) 사이를 연결하는 연결부(73)를 갖고 있다. 이들 본체부(72)의 서로의 대향측과는 반대측의 배면은 개구되어 있다. 이 배면 개구로부터 전극의 금속 본체(56)가 본체부(72)의 내부에 삽입된 후, 배면 개구가 덮개(74)에 의해 각각 막히도록 되어 있다.
또한, 여기서는 2개의 전극의 한 쪽은 전원(4)에 접속된 전계 인가 전극이고, 다른 쪽은 접지된 접지 전극이지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 서로 동극성의 전극이라도 좋다.
공통 유전 케이스(70)의 2개의 본체부(72) 사이에는 유로(70a)(여기서는 플라즈마 방전 공간이 되는 제2 유로)가 형성되어 있다. 유로(70a)는 본체부(72)와 같은 방향으로 길게 연장되어 있다. 유로(70a)의 상단부 개구(상류단부)에는 처리 가스(여기서는 여기 가스)가 길이 방향으로 균일화된 것 후에 도입되도록 되어 있다. 유로(70a)의 하단부 개구는 불어내기구로 되어 있다.
유전 케이스(70)는 제2 유로 형성 수단을 구성하고 있다. 제1 유로 형성 수단의 도시는 생략하고 있다(도29 내지 도33에 있어서 동일 모양).
2개의 본체부(72)에 있어서의 서로 대향하는 측판(즉 2개의 전극끼리의 대향측의 고체 유전체층)의 상측부(72c)는 상대적으로 얇고, 하측부(72d)는 상대적으로 두껍게 되어 있고, 중간 높이에 단차(72g)가 형성되어 있다. 이에 의해, 제1 실시 형태(도3)의 유로(50a) 등과 마찬가지로 유로(70a)의 상측은 폭이 넓게 되고, 하측은 폭이 좁게 되어 있다.
유로(70a)는 펄스 전원(4)의 전계 인가에 의해 플라즈마 방전 공간이 된다. 이 플라즈마는 상기 고체 유전체층으로서의 상하의 판부(72c, 72d)의 두께의 차이에 의해 단차(72g)보다 상측(상류측)에서 상대적으로 강해지고, 하측(하류측)에서 상대적으로 약해진다. 이와 같이, 유전 케이스의 판두께를 바꿈으로써 플라즈마의 상태로 바리에이션을 갖게 할 수 있다.
또한, 목적에 따라서, 고체 유전체층으로서의 상하의 판부(72c, 72d)의 두께를 반대로 해도 좋다.
도28의 형태에서는 2개의 전극의 유전 케이스가 일체화되어 있으므로, 부품 갯수를 적게 할 수 있다. 또한, 2개의 전극의 조립 수고가 생략되어 전극 상호의 위치 결정을 간단하고 또한 정확하게 할 수 있어 유로(70a)의 형상 치수의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 제4 실시 형태 및 그 각종 변형 형태에서 개시한 유전 케이스 구조 그 자체는 성막에 한정되지 않고, 세정이나 엣칭 등의 다른 플라즈마 표면 처리 장치용 전극에도 적용 가능하다. 성막의 경우, 원료 가스와 여기 가스의 혼합 가스(예를 들어 실란과 수소의 혼합 가스)를 플라즈마 방전 공간으로 유도하는 종래 방식의 전극에도 적용 가능하다(이하에 서술하는 변형 형태에 대해서도 마찬가지임). 종래의 성막 방식에, 예를 들어 도28 형태의 유전 케이스(70)를 적용한 경우, 유로(70a)의 상측부에서 수소의 래디컬종 생성이 억제되어 상대적으로 실란의 래디컬종을 많게 할 수 있다. 그리고, 유로(70a)의 하측부에서는 수소의 래디컬종을 증가시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 흐름에 따라서 래디컬종의 생성 방법을 변화시킬 수 있어 표면 처리 레시피의 풍부화를 도모할 수 있다.
도29는 유전 케이스의 다른 변형 형태를 나타낸 것이다. 이 유전 케이스(70A)는 2개의 케이스 본체부(72)끼리의 대향판(72b)이 하방을 향함에 따라서 서로 근접하도록 경사져 있다. 이에 의해, 유로(70a)의 유로 단면적이 하방을 향함에 따라서 연속적으로 좁게 되어 있다. 또한, 각 케이스 본체부(72)의 내부 공간이 경사지고, 2개의 전극 본체(56)의 대향면이 하방을 향함에 따라서 근접하도록 기울어져 있다. 이에 의해, 유로(70a) 내의 처리 가스의 유속이나 플라즈마 상태를 유동 방향에 따라서 연속적으로 변화시킬 수 있어 표면 처리 레시피가 풍부화를 도모할 수 있다. 또한, 목적에 따라서, 유로(70a)를 유동 방향에 따라서 점차 확대 개방하도록 구성해도 좋다.
도30 및 도31은 유전 케이스의 다른 변형 형태를 나타낸 것이다. 좌우 각 전극의 유전 케이스(57)는, 제4 실시 형태의 것과 마찬가지로 전극 본체(56)를 수용하는 케이스 본체(57a)와, 그 배면 개구를 막는 덮개(57b)를 갖고 있다. 유전 케이스(57)는 긴 전극 본체(56)에 맞추어 전후로 길게 연장되어 있다(도31).
각 유전 케이스 본체(57a)의 상측에는 가스 균일화부(80)가 일체로 설치되어 있다. 가스 균일화부(80)의 하부판과 케이스 본체(57a)의 상부판은 공통의 판(84)으로 구성되어 있다. 가스 균일화부(80)에는 수평인 구획판(83)으로 구획된 상하 2개의 반분할 팽창실(80a, 80b)이 형성되어 있다.
좌우 한 쌍의 가스 균일화 부착 유전 케이스(57)는 서로 반회전 형상을 이루고 있다. 이들 가스 균일화 부착 유전 케이스(57)의 대향 모서리끼리 맞갈라져 있다. 이에 의해, 양쪽의 상측의 반분할 팽창실(80a)끼리 맞추어져 제1 팽창실(81)이 형성되고, 하측의 반분할 팽창실(80b)끼리 맞추어져 제2 팽창실(82)이 형성되어 있다. 이들 팽창실(81, 82)은 가스 균일화 부착 유전 케이스(57), 나아가서는 전극의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 동시에, 폭방향으로도 넓고, 충분히 큰 용적을 갖고 있다. 상하의 팽창실(81, 82)의 용적은 서로 동등하게 되어 있지만 달라도 좋다.
한 쌍의 가스 균일화부(80)의 상부판의 대향 모서리끼리는 서로 접촉되는 동시에, 길이 방향의 중앙부에는 처리 가스(여기서는 여기 가스)의 수용구(80c)가 형성되어 있다.
한 쌍의 구획판(83)의 대향 모서리끼리의 사이에는 좁은 간극형의 압력 손실 형성로(80d)가 형성되어 있다. 압력 손실 형성로(80d)는 가스 균일화 부착 유전 케이스(57)의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되어 있다. 압력 손실 형성로(80d)를 거쳐서 상하의 팽창실(81, 82)끼리 연결되어 있다.
한 쌍의 판(84)의 대향 모서리끼리의 사이에는 좁은 간극형의 도입로(80e)가 형성되어 있다. 도입로(80c)는 가스 균일화 부착 유전 케이스(57)의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되어 있다. 도입로(80e)를 거쳐서 제2 팽창실(82)이 한 쌍의 케이스 본체(57a) 사이의 유로(50b)에 연결되어 있다. 팽창실(81, 82)과 길(80d, 80e)에 의해「가스 균일화로」가 구성되어 있다.
처리 가스는 상단부의 수용구(80c)로부터 제1 팽창실(81)로 도입되어 팽창된 후, 압력 손실 형성로(80d)에서 교축되어 압력 손실이 생기고, 다음에 제2 팽창실(82)로 도입되어 다시 팽창된다. 또한, 도입로(80c)에서 다시 교축되어 압력 손실이 생긴다. 이와 같이, 팽창과 교축을 교대로 가함으로써 처리 가스를 길이 방향에 충분히 균일화시킨 후, 전극간 유로(50a)로 도입할 수 있다. 이에 의해, 균일한 처리를 행할 수 있다.
상기한 가스 균일화부 일체형의 유전 케이스 구조에 따르면, 부품 갯수를 적게 할 수 있다.
또한, 가스 균일화부의 팽창실은 제1, 제2 실(81, 82)의 2단으로만 한정되지 않고, 3단 이상 설치해도 좋다. 팽창실끼리를 연결하는 압력 손실 형성로(80d)는 상기 슬릿형 대신에 길이 방향에 늘어선 다수의 스폿형의 구멍으로 구성해도 좋다.
도32 및 도33은 유전 케이스의 다른 변형 형태를 나타낸 것이다.
각 전극의 유전 케이스(90)는, 제4 실시 형태의 것과 마찬가지로 전극 본체(56)를 수용하는 케이스 본체(91)와, 그 배면 개구를 막는 덮개(92)를 갖고 있다. 도33에 도시한 바와 같이, 유전 케이스(90)는 긴 전극 본체(56)에 맞추어 전후로 길게 연장되어 있다.
좌우 각 케이스 본체(91)에 있어서의 다른 쪽 전극과의 대향면의 상측부에는 얕은 트리형의 홈(91a)이 형성되고, 하측부에는 얕은 오목부(91b)가 형성되어 있다. 트리형 홈(91a)은 케이스 본체(91)의 상단부 모서리의 중앙부로부터 출발하여 하방을 향함에 따라서 길이 방향으로 넓어지도록 복수 단계에 걸쳐서 분기되어 있다. 트리형 홈(91a)의 말단의 다수의 가지홈에 오목부(91b)가 연결되어 있다. 오목부(91b)는 케이스 본체(91)의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 동시에 케이스 본체(91)의 하단부 모서리로 연결되어 있다.
좌우 유전 케이스(90)끼리는 서로 합장 상태에서 맞갈라져 있다. 이에 의해, 좌우 트리형 홈(91a)끼리 맞추어져 트리형의 가스 분산 통로(가스 균일화로)(90a)가 형성되고, 오목부(91b)끼리 맞추어져 가스 불어내기 통로(90b)가 형성되어 있다. 통로(90b)는 케이스(90), 나아가서는 전극 본체(56)의 대략 전체 길이에 걸쳐서 연장되어 트리형 가스 분산 통로(90a)의 말단부의 전체 가지 경로에 연결되는 동시에 하방으로 개구되어 있다. 이들 통로(90a, 90b)의 대략 전체가 한 쌍의 전극 본체(56) 사이에 개재되어 있다.
트리형 통로(90a)의 상단부 개구에 도입된 처리 가스(여기서는 여기 가스)는 트리형 통로(90a)에 의해 길이 방향에 차례로 분류된 후, 통로(90b)로 유도된다. 동시에, 전원(4)에 의해 한 쌍의 전극 사이에 전계 인가가 인가된다. 이에 의해, 처리 가스는 트리형 통로(90a)에서의 분류 과정에서도, 불어내기 통로(90b)의 통과 과정에서도 플라즈마화된다. 그리고, 불어내기 통로(90b)의 하단부 개구로부터 불어내어진다. 트리형 통로(90a)와 불어내기 통로(90b)는「제2 유로의 플라즈마 방전 공간」을 구성하고 있다.
도34는 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 성막 장치(M7)를 도시한 것이다.
상압 플라즈마 성막 장치(M7)의 처리 헤드(3Z)는 상기 제1 실시 형태 등과 마찬가지로, 가스 균일화부(도시 생략)와 노즐부(20)를 상하로 포갬으로서 구성되어 있다.
노즐부(20)의 하단부에는 베이스(W)와 대향해야 할 하부 플레이트(101)(베이스 대향 부재)가 설치되어 있다.
도35에 도시한 바와 같이, 하부 플레이트(101)는 전후로 연장되는 평면으로부터 보아 직사각형의 수평 판형을 이루고 있다. 하부 플레이트(101)는 절연성 또한 다공질의 세라믹(가스 침투성 재료)으로 구성되어 있다. 그 기공 직경은, 예를 들어 10 ㎛ 정도, 기공률은, 예를 들어 47 ％ 정도이다.
도34 및 도35에 도시한 바와 같이, 하부 플레이트(101)의 폭방향(짧은 방향)은 4개의 전극(51, 52)으로 이루어지는 전극군 전체의 좌우 폭보다도 크게 좌우로 돌출되어 있다. 하부 플레이트(101)에 있어서, 전극군에 대응하는 폭방향의 중앙부가 불어내기 영역(101R1)이 되고, 폭방향의 양단부가 한 쌍의 돌출 영역(101R2)이 되어 있다.
도34 내지 도36에 도시한 바와 같이, 하부 플레이트(101)의 불어내기 영역(101R1)의 상면[베이스(W)와의 대향면과는 반대측]에는 전극 수용 오목부(25c)가 형성되어 있다. 이 수용 오목부(25c)에 4개의 전극(51, 52)의 하단부가 삽입되어 있다. 하부 플레이트(101)에는 오목부(25c)의 바닥으로부터 하면으로 도달하는 동시에 전후로 가늘고 길게 연장되는 3조의 슬릿형 불어내기로(25b, 25a, 25b)가 좌우로 늘어서 형성되어 있다. 이들 불어내기로(25b, 25a, 25b)가 대응하는 전극간 유로(50b, 50a, 50b)에 각각 연결되어 있다.
하부 플레이트(101)의 좌우 돌출 영역(101R2)의 상면에는 전후로 가늘고 길게 연장되는 홈(101b)이 각각 형성되어 있다. 홈(101b)은 하부 플레이트(101)의 하면의 근처까지 깊게 오목하게 되어 있다. 이에 의해, 홈(101b)의 부분에서는 하부 플레이트(101)가 얇은 두께로 되어 있다.
홈(101b)의 깊이 방향의 중간부에는 작은 단차(101c)가 형성되어 있다. 이 단차(101c)에 봉재(102)(가스 침투 저지 부재)와 앵글 플레이트(103)(구획)가 걸려 있다. 봉재(102)는 비다공질 세라믹(가스 침투 저지 재료)으로 구성되어 단면 사각 형상을 이루어 홈(101b)에 따라서 전후로 연장되어 있다. 이 봉재(102)가 단차(101c)보다 상측의 홈(101b)[후기 홈부(101d)]의 불어내기 영역(101R1)측의 내측면에 압박되어 있다.
앵글 플레이트(103)는 직경 1 ㎜ 정도의 다수의 작은 구멍(103a)이 밀하게 형성된 펀칭 메탈(다공판)로 구성되어 있다. 앵글 플레이트(103)는 다공질 세라믹제의 하부 플레이트(101)보다 가스의 투과성이 충분히 크다. 앵글 플레이트(103)는 단면 L자형을 이루고, 홈(101b)에 따라서 전후로 가늘고 길게 연장되어 있다. 앵글 플레이트(103)의 저변부에 의해 홈(101b)이 상하 2단의 홈부(101d, 101e)로 구획되어 있다. 하단 홈부(101e)는 봉재(102)가 없는만큼 상단 홈부(101d)보다 폭이 넓고 또한 대용적으로 되어 있다.
또한, 앵글 플레이트(103)에 있어서, 봉재(102)에 닿게 되는 종편부에는 작은 구멍(103a)이 형성되어 있지 않아도 좋다. 이 구멍이 없는 종편부를 홈부(101d)의 불어내기 영역(101R1) 측면에 직접 닿는 것으로 하고, 봉재(102)를 생략하는 것으로 해도 좋다.
하부 플레이트(101)의 좌우 돌출 영역(101R2)의 상측에는 전극 유닛(50)을 좌우로부터 협지하는 한 쌍의 단면 역ㄷ자형의 사이드 프레임(104)이 설치되어 있다. 이 사이드 프레임(104)에 의해 상단 홈부(101d)의 상면 개구가 막혀 있다. 사이드 프레임(104)의 하면에는 상단 홈부(101d)를 밀봉하기 위한 O링(106)이 설치되어 있다.
또한, 한 쌍의 사이드 프레임(104)에는 상단 홈부(101d)에 연통하는 불활성 가스 도입 파이프(105)가 각각 설치되어 있다. 이 불활성 가스 도입 파이프(105)가 불활성 가스로(5a)를 거쳐서 불활성 가스원(5)에 연결되어 있다. 불활성 가스원(5)에는 질소 등의 불활성 가스가 저장되어 있다. 또한, 불활성 가스 도입 파이프(105)는 처리 헤드(3)의 전후로 떨어져 2군데에 설치되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전후로 떨어져 3군데 이상에 설치되어 있어도 좋고, 전후 방향의 중앙의 1군데에 설치되어 있어도 좋다.
불활성 가스원(5)과, 불활성 가스로(5a)와, 불활성 가스 도입 파이프(105)와, 홈부(101d)를 막는 사이드 프레임(104)에 의해「불활성 가스 도입 수단」이 구성되어 있다.
제7 실시 형태의 상압 플라즈마 성막 장치(M7)에 따르면, 도34에 도시한 바와 같이 불어내기 영역(101R1)을 경유한 처리 가스 흐름(a)은 돌출 영역(101R2)과 베이스(W) 사이로 유도되어 간다. 이에 의해, 돌출 영역(101R2) 바로 아래의 베이스(W)에도 막(A)을 형성할 수 있다. 이 결과, 원료의 성막 비율면에서 유리해 손실을 작게 할 수 있다.
상기한 성막 조작과 병행하여 불활성 가스원(5)으로부터의 불활성 가스가 길(5a) 및 파이프(105)를 경유하여 상단 홈부(101d)로 도입된다. 그 후, 불활성 가스는 앵글 플레이트(103)의 바닥변부의 다수의 작은 구멍(103a)을 통과한다. 이 때, 압력 손실이 생긴다. 그리고, 하단 홈부(101e)로 이송되어 팽창된다. 이에 의해, 불활성 가스를 전후 길이 방향에 균일화시킬 수 있다.
또한, 불활성 가스는 하단 홈부(101e)의 내주면(바닥면 및 좌우 측면)으로부터 다공질의 하부 플레이트(101)의 내부로 침투해 간다. 그리고, 하부 플레이트(101)의 돌출 영역(101R2)의 하면으로부터 미량씩 베어져 나온다. 이에 의해, 돌출 영역(101R2)의 하면이 불활성 가스의 얇은 층(b)으로 덮인다. 이 불활성 가스층(b)에 의해 처리 가스 흐름(a)이 하부 플레이트(101)의 돌출 영역(101R2)에 직접 닿지 않도록 할 수 있다. 이 결과, 하부 플레이트(101)의 돌출 영역(101R2)에 막이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 홈부(101e)의 부분에서는 하부 플레이트(101)가 매우 얇은 두께로 되어 있으므로, 그 하방에 불활성 가스층(b)을 확실하게 형성할 수 있어 막부착을 확실하게 방지할 수 있다.
한편, 불활성 가스의 베어져 나오는 양이 미량이므로, 처리 가스 흐름(a)은 거의 흐트러지는 일이 없다. 이에 의해, 돌출 영역(101R2) 바로 아래의 베이스(W)에의 성막을 확실하게 행할 수 있다. 게다가, 하부 플레이트(101)에의 부착이 없는만큼 베이스(W)에의 성막량을 증가시킬 수 있다. 이 결과, 원료의 손실을 한층 확실하게 작게 할 수 있어 성막 효율을 한층 높일 수 있다.
그런데, 상단 홈부(101d)에 있어서의 불활성 가스는 가스 침투성이 전혀 없는 봉재(102)에 의해 불어내기 영역(101R1)측에의 침투가 저지된다. 이에 의해, 불어내기 영역(101R1)에는 불활성 가스층(b)가 거의 미치지 않도록 할 수 있다. 따라서, 불어내기 영역(101R1)에 있어서의 활성종을 많이 포함하는 처리 가스 흐름(a)은 불활성 가스로 흐트러지거나 묽게하거나 하는 일이 없다. 이에 의해, 불어내기 영역(101R1) 바로 아래의 베이스(W) 상에 만들어지는 막(A)의 품질을 확실하게 양호하게 할 수 있다. 한편, 이 불어내기 영역(101R1)에서는 노즐 엔드 피스(101)에 막이 부착되는 일은 그다지 없으므로 불활성 가스층(b)이 형성되어 있지 않아도 지장이 없다.
또한, 하부 플레이트(101)의 돌출 영역(101R2)에 대해서는 다공질 세라믹 등의 가스 침투성 재료로 형성하는 한편, 불어내기 영역(101R1)에 대해서는 비다공질 세라믹 등의 가스 침투 저지 재료로 형성하는 것으로 해도 좋다.
불어내기 영역(101R1)의 구성 부재와 돌출 영역(101R2)의 구성 부재를 별도의 부재로 해도 좋다. 돌출 영역(101R2)의 구성 부재는 처리 헤드용 수평 프레임(지지 수단)에 의해 구성해도 좋다.
본 실시 형태의 가스 베어져 나오는 구조를 제1, 제4 실시 형태 등의 공통 불어내기로 구조에 적용해도 좋다.
도37은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 성막 장치(M8)를 도시한 것이다.
장치(M8)의 처리 헤드(3A)의 노즐부(20)는 전후(도37의 종이면에 대해 직교 방향)로 연장되는 홀더(110)와, 그 측부에 설치된 사이드 프레임(112)과, 이들 상면에 피복된 상부 플레이트(113)를 갖고 있다.
상부 플레이트(113)는 상하로 포개어진 2매의 세라믹판으로 구성되어 있다. 상부 플레이트(113) 상에는 제1 가스 정류부(114)가 설치되어 있다. 제1 가스원(원료 가스원)(1)으로부터의 관(1a)이 제1 가스 정류부(114)에 접속되어 있다. 도시는 간략화하지만, 제1 가스 정류부(114)의 스테인레스제 본체(114X)의 내부에는 전후로 분산 배치된 다수의 작은 구멍이나 전후로 연장되는 챔버 등을 상하로 연결하여 이루어지는 균일화로(30x)가 설치되어 있다. 균일화로(30x)의 하단부는 상부 플레이트(113)의 좌우 중앙부에 형성된 전후로 가늘고 긴 슬릿형의 도입로(113a)에 연결되어 있다. 제1 가스원(1)으로부터의 제1 가스(원료 가스)는 상기 균일화로(30x)에서 전후로 균일화된 후, 도입로(113a)로 도입되도록 되어 있다.
처리 헤드(3A)의 사이드 프레임(112)은 1매의 두꺼운 세라믹판(112U)과, 2매의 스테인레스나 알루미늄 등으로 이루어지는 금속판(112M, 112L)을 상하로 포갬으로써 구성되어 있다. 세라믹판(112U)의 좌우 양측에는 제2 가스 수용 포트(115)가 전후로 떨어져 복수(도면에서는 하나만 도시) 설치되어 있다. 제2 가스원(여기 가스원)(2)으로부터의 관(2a)이 분기하여 각 수용 포트(115)에 접속되어 있다. 세라믹판(112U)과 그 하측의 금속판(112M) 사이에는 박두께의 간극(112a)이 형성되고, 이 간극(112a)의 좌우단부가 수용 포트(115)에 연결되어 있다.
처리 헤드(3A)의 전극 홀더(110)는 세라믹 등의 절연 부재로 구성되어 있다. 도38에 확대하여 도시한 바와 같이, 이 홀더(110)에 의해 좌우 2개의 전계 인가 전극(51)이 지지되어 있다.
각 전계 인가 전극(51)은 스테인레스나 알루미늄 등의 도체 금속으로 이루어지는 본체(56H)와, 이 금속 본체(56H)를 수용하는 세라믹제의 유전 케이스(57)를 갖고, 전후(도면의 종이면 직교 방향)로 연장되어 있다. 전계 인가 전극 본체(56H)의 단면은 바닥면이 좌우 중앙[다른 쪽 전계 인가 전극(51)측]을 향해 아래로 기울어지는 경사면을 이루는 대략 사다리꼴을 이루고 있다. 전계 인가 전극 본체(56H)의 모든 각은 아크 방전 방지를 위해 R이 부착되어 있다.
유전 케이스(57)는 상면이 개구되는 동시에 전후로 가늘고 긴 상자형을 이루는 케이스 본체(57a)와, 이 케이스 본체(57a)의 상면 개구를 막는 덮개(57b)를 갖고 있다. 케이스 본체(57a)의 바닥판은 측판 및 덮개(57b)에 비해 매우 얇게 되어 있다. 이 케이스 본체(57a)의 바닥판은 좌우 중앙[다른 쪽 전계 인가 전극(51)측]을 향해 아래로 기울어져 있다. 이 경사진 바닥판의 내부 바닥에 사다리꼴형 단면의 금속 본체(56H)의 경사진 바닥면이 갈라져 있다.
케이스 본체(57a) 내의 금속 본체(51H)보다 상측에는 세라믹제의 스페이서(135)가 장전되어 있다.
각 전계 인가 전극(51)에는 급전 핀(137)이 설치되어 있다. 급전 핀(137)은 수직을 이루어 덮개(57b)와 스페이서(135)를 관통하고, 금속 본체(56H)에 삽입되어 있다. 급전 핀(137)의 상단부는 홀더(110)의 상면에 형성된 오목부(116a)에 수용되어 있다. 도37에 도시한 바와 같이, 전원(4)으로부터 급전선(4a)이 각 급전 핀(137)의 상단부에 접속되어 있다. 또한, 오목부(116a)의 상단부 개구에는 세라믹제의 캡(117)이 설치되어 있다.
홀더(110)의 좌우 대칭을 이루는 2개의 전계 인가 전극(51)끼리의 사이에는 제1 가스를 위한 제1 유로(50a)가 설치되어 있다. 제1 유로(50a)는 수직을 이루어 전극(51)의 전체 길이에 걸쳐서 전후(도면의 종이면 직교 방향)로 연장되어 있다. 제1 유로(50a)의 상단부(상류단부)는 홀더(110)를 관통하여 상부 플레이트(113)의 도입로(113a)의 전후 전체 길이에 연결되어 있다. 나아가서는, 정류부(114)의 균일화로(30x) 및 관(1a)을 거쳐서 제1 가스원(1)에 연결되어 있다.
각 전계 인가 전극(51)과 홀더(110)의 제1 유로측의 면에는 세라믹제의 플레이트(118)가 각각 갈라져 있다. 플레이트(118)의 상단부는 도입로(113a)의 내면에 미치고 있다. 한 쌍의 플레이트(118)는「제1 유로 형성 수단」을 구성하고 있다.
처리 헤드(3A)에는 각 전계 인가 전극(51)의 하측에 그것과 쌍을 이루는 접지 전극(52)이 설치되어 있다. 좌우 접지 전극(52)끼리는 중앙의 제1 유로(50a)를 협지하여 대칭을 이루고 있다. 각 접지 전극(52)은 스테인레스나 알루미늄 등의 도체 금속으로 이루어지는 본체(56E)와, 이 금속 본체(56E)의 고체 유전체층으로서의 알루미나 등으로 이루어지는 얇고 평평한 판(34)을 갖고, 전후(도면의 종이면 직교 방향)로 연장되어 있다.
접지 전극 본체(56E)는 수평인 바닥면(베이스 대향면)과, 이 바닥면에 대해 예각을 이루도록 좌우 중앙을 향해 아래로 기울어지는 경사면을 갖고, 단면 사다리꼴 형상을 이루고 있다. 좌우 접지 전극(52)의 본체(56E)의 바닥면끼리는 서로 동일면을 이루고 있다.
도37에 도시한 바와 같이, 각 접지 전극 본체(56E)는 좌우 외측의 금속판(112M, 112L)에 연결되어 있다. 금속판(112M, 112L)의 외측단부면에 접지 핀(138)이 설치되어 있다. 이 접지 핀(138)으로부터 접지선(4b)이 연장되어 접지되어 있다. 이에 의해, 접지 전극(52)의 접지가 이루어져 있다.
사다리꼴 단면을 이루는 접지 전극 본체(56E)의 경사면의 경사 각도는 그것과 쌍을 이루는 상측의 전계 인가 전극(51)의 경사 바닥부의 경사 각도와 동등하다. 이 접지 전극 본체(56E)의 경사면 상에 고체 유전체판(134)이 갈라져 있다. 물론, 고체 유전체판(134)은 본체(56E)의 경사면에 따라서 그것과 등각도로 경사져 있다.
전극(51, 52)에 의해「제2 유로 형성 수단」이 구성되어 있다. 즉, 제1 유로(50a)보다 좌측에 있어서 상하로 쌍을 이루는 전극(51, 52)끼리의 사이와, 제1 유로(50a)보다 우측에 있어서 상하로 쌍을 이루는 전극(51, 52)끼리의 사이에 각각 플라즈마 방전 공간이 되는 제2 유로(50b)가 형성되어 있다. 구체적으로는, 전계 인가 전극(51)의 케이스 본체(57a)의 경사진 바닥면(제1 면)과, 그 하측의 접지 전극(52)의 고체 유전체판(134)의 경사진 표측면(제2 면) 사이의 공간이 제2 유로(50b)로 되어 있다. 또한, 각 제2 유로(50b)는 전극(51, 52)의 전체 길이에 걸쳐서 전후(도면의 종이면 직교 방향)로 연장되어 있다.
각 제2 유로(50b)의 상단부(상류단부)는 접지 전극(52)의 상면과 홀더(110) 사이의 수평인 간극(154)을 거쳐서 사이드 프레임(112)의 간극(112a)의 전후 전체 길이에 연결되어 있다. 나아가서는, 수용 포트(115) 및 관(2a)을 거쳐서 제2 가스원(2)에 연결되어 있다.
좌측의 제2 유로(50b)는 좌측의 전극(51, 52)의 경사면에 대응하여 하방을 향함에 따라서 우측으로 기울어져 제1 유로(50a)에 근접하고 있다. 우측의 제2 유로(50b)는 우측의 전극(51, 52)의 경사면에 대응하여 하방을 향함에 따라서 좌측으로 기울어져 제1 유로(50a)에 근접하고 있다. 좌우 제2 유로(50b)의 경사 각도는 수직인 제1 유로(50a)를 협지하여 대칭으로 되어 있다.
좌우 제2 유로(50b)의 하단부(하류단부)는 제1 유로(50a)의 하단부(하류단부)와 1군데에서 예각으로 교차하고 있다. 게다가, 이 3개의 통로(50b, 50a, 50b)의 교차부가 직접 불어내기구(50c)로 되어 있다. 불어내기구(50c)는 좌우 접지 전극(52)끼리로 만드는 처리 헤드(3A)의 바닥면에 개구되어 있다.
제8 실시 형태의 상압 플라즈마 성막 장치(M8)에 따르면, 제1 가스원(1)의 제1 가스가 관(1a), 균일화로(30x), 도입로(113a)를 차례로 경유하여 중앙의 제1 유로(50a)로 도입된다. 이와 동시 병행하여 제2 가스원(2)의 제2 가스가 관(2a), 수용 포트(115), 간극(112a, 154)을 차례로 경유하여 좌우 제2 유로(50b)로 각각 도입되고, 전계 인가에 의해 플라즈마화(여기, 활성화)되어 활성종이 발생한다.
이 플라즈마화된 제2 가스가 제2 유로(50b)의 하류단부의 불어내기구(50c)에 도달하였을 때, 제1 유로(50a)로부터의 제1 가스와 합류한다. 합류에 의해 제1 가스의 막원료가 제2 가스의 활성종과 접촉하여 반응을 일으킨다. 이들 처리 가스는 합류와 동시에, 즉 상기 반응이 일어나는 동시에, 불어내기구(50c)로부터 하방으로 불어내어진다. 따라서, 불어내기구(50c)에 막이 부착되는 일은 거의 없다. 그리고, 처리 가스가 베이스(W)에 송풍됨으로써 폴리 실리콘(p-Si) 등의 성막이 이루어진다.
상술한 바와 같이, 제1 가스의 막원료와 플라즈마화된 제2 가스의 활성종의 접촉은 제1, 제2 가스가 각각 불어내기구(50c)에 도달하여 불어내어지는 것과 동시에 일어난다. 따라서, 불어내어진 후의 확산을 기다릴 필요가 없다. 따라서, 활성종이 거의 활성화되지 않아 반응을 충분히 일으킬 수 있다. 특히, 활성종의 수명이 짧은 상압 하에서의 처리라도 충분한 반응을 확보할 수 있다. 이 결과, 양호한 막(A)을 얻을 수 있어 성막 효율을 높일 수 있다. 또한, 반응성을 높이기 위해 베이스(W)를 고온 가열하지 않아도 종료되어 상온에서도 충분히 성막할 수 있다.
수직인 제1 유로(50a)에 대해 제2 유로(50b)가 예각으로 교차하고 있으므로, 제1, 제2 가스를 하나의 흐름이 되도록 혼합하면서 베이스(W)에 확실하게 송풍할 수 있어 성막 효율을 보다 높일 수 있다.
게다가, 중앙의 제1 유로(50a)를 협지하여 좌우 제2 유로(50b)가 대칭적으로 설치되어 있으므로, 제1 가스의 좌우 양측에 제2 가스를 균등하게 합류시켜 하나의 흐름으로 하고, 베이스(W)에 바로 정면으로 송풍되도록 할 수 있어 성막 효율을 한층 높일 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 한 다양한 개변을 이룰 수 있다.
전원(전계 인가 수단)으로서, 제1, 제2 전극 사이에 고주파 전계를 인가하는 고주파 전원을 이용해도 좋다.
대략 상압 환경에서의 상압 플라즈마 성막에 한정되지 않고, 감압 하에서의 저압 플라즈마 성막에도 적용할 수 있다.
a-Si, p-Si, SiN, SiO2 등 다양한 종류의 성막에 적용할 수 있는 것은 물론이다. a-Si나 p-Si를 성막하는 경우의 제1 가스는 SiH4를 이용하고, 제2 가스는 H2를 이용한다. SiN을 성막하는 경우의 제1 가스는 SiH4를 이용하고, 제2 가스는 N2를 이용한다. SiO2를 성막하는 경우의 제1 가스는 TEOS 또는 TMOS를 이용하고, 제2 가스는 O2를 이용한다.
제1, 제2, 제7 실시 형태 등의 전극(51, 52)을 제4 실시 형태(도19)나 그 변형 형태(도25 등)와 같은 유전 케이스 수용 구조로 해도 좋다.
제4, 제8 실시 형태 등의 전극(51)의 고체 유전체층으로서, 유전 케이스(57) 대신에 전극 본체(56)의 표면에 세라믹 등의 유전체를 용사 등하여 피막하거나, 테트라플루오르에틸렌 등의 수지제 시트를 접합하거나 해도 좋다.
유전 케이스 수용 구조에 있어서, 유전 케이스의 덮개는 케이스 본체에 회전 가능하게 연결되어 있어도 좋다. 급전 및 접지용 핀이나 피복 도선은 케이스 본체가 아닌 덮개를 통해 전극 본체 내에 삽입되도록 되어 있어도 좋다.
전계 인가 전극은 통형 또는 환형을 이루어 그 내부 공간이 제1 유로가 되어 있어도 좋다. 접지 전극은 이 통형 전계 인가 전극을 동축에 수용하는 통형 또는 환형을 이루고, 이들 전극 사이의 환형 공간이 제2 유로로 되어 있어도 좋다.
처리 헤드의 상방에 베이스가 배치되도록 되어 있어도 좋다. 그 경우, 베이스 대향 부재는 처리 헤드의 상단부에 적재하면 된다. 또한, 하우징(10)의 흡입구(10a)에 대해서도 상방을 향한다. 이 외부 하우징(10)에 처리 헤드(20)를 볼트나 훅 등의 간이 착탈 기구로 고정하면 된다.
제1 유로는 2개의 전계 인가 전극 사이에 설치하거나 전계 인가 전극에 의해 형성하거나 하는 데 한정되지 않고, 노즐체나 관 등의 전용의 제1 유로 형성 부재에 의해 구성해도 좋다.
제8 실시 형태에 있어서, 제2 유로를 베이스 대향면에 대해 수직으로 배치하고, 제1 유로를 경사지게 하여 배치해도 좋다. 제2 유로를 중앙에 하나 배치하고, 그 양측에 2개의 제1 유로를 배치하는 것으로 해도 좋다. 제1, 제2 유로 및 전극은 전후로 직선형으로 연장되어 있는 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 단면 환형을 이루고 있어도 좋다. 전계 인가 전극과 접지 전극 중 한 쪽 전극의 주위를 다른 쪽 전극이 환형을 이루어 둘러싸고 있어도 좋다. 이 경우, 내측의 전극의 내부에 제1 유로를 형성하고, 내외의 전극 사이의 환형 공간을 제2 유로로 해도 좋다. 제1, 제2 유로의 한 쪽을 속에 두고, 다른 쪽 통로가 하류를 향해 한 쪽 통로에 근접하도록 구심형으로 배치되어 있어도 좋다.
본 발명은, 예를 들어 반도체 베이스에의 플라즈마 CVD에 이용할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 플라즈마 성막 장치의 개략도이다.
도2는 상기 플라즈마 성막 장치의 처리 헤드의 가스 균일화부의 정면 단면도이다.
도3은 상기 처리 헤드의 노즐부의 정면 단면도이다.
도4는 상기 가스 균일화부의 길이 방향에 따르는 측면 단면도이다.
도5는 도3의 V-V선에 따르는 상기 노즐부의 측면 단면도이다.
도6은 도3의 Ⅵ-Ⅵ선에 따르는 상기 노즐부의 좌측부의 평면 단면도이다.
도7은 상기 처리 헤드의 바닥면도이다.
도8은 상기 처리 헤드의 가스 불어내기 부분의 확대도이다.
도9는 메인터넌스시에 처리 헤드의 헤드 본체와 노즐 선단부 구성 부재를 분리하는 모습을 도시하는 정면 단면도이다.
도10은 상기 노즐부의 급전 핀의 상세도이다.
도11은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 성막 장치에 있어서의 처리 헤드의 노즐부의 정면 단면도이다.
도12는 상기 제2 실시 형태의 처리 헤드의 바닥면도이다.
도13은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 플라즈마 성막 장치에 있어서의 처리 헤드의 정면 단면도이다.
도14는 제3 실시 형태의 변형 형태를 나타내는 단면도이다.
도15는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 플라즈마 성막 장치에 있어서의 처리 헤드의 노즐부의 정면 단면도이다.
도16은 도15의 XⅥ-XⅥ선에 따르는 상기 노즐부의 측면 단면도이다.
도17은 도15의 XⅦ-XⅦ선에 따르는 상기 노즐부의 평면 단면도이다.
도18은 제4 실시 형태의 처리 헤드의 바닥면도이다.
도19는 제4 실시 형태의 전계 인가 전극의 분해 사시도이다.
도20은 제4 실시 형태의 가스 불어내기 부분의 확대도이다.
도21은 제4 실시 형태의 접지 전극 구조의 변형 형태를 나타내는 가스 불어내기 부분의 확대도이다.
도22는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 플라즈마 성막 장치의 개략 구성도이다.
도23은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 플라즈마 성막 장치의 개략 구성도이다.
도24는 전계 인가 전극과 급전선의 접속 구조의 변형 형태를 나타내는 단면도이다.
도25는 전극의 유전 케이스의 변형 형태를 나타내는 분해 사시도이다.
도26은 유전 케이스의 다른 변형 형태를 나타내는 정면 단면도이다.
도27은 도26의 유전 케이스의 분해 사시도이다.
도28은 유전 케이스 부착 전극 구조의 변형 형태를 나타내는 사시도이다.
도29는 유전 케이스 부착 전극 구조의 다른 변형 형태를 나타내는 사시도이다.
도30은 가스 균일화부 일체형 유전 케이스를 갖는 전극 구조의 정면 단면도이다.
도31은 도30의 XXXI-XXXI선에 따르는 가스 균일화부 일체형 유전 케이스의 측면도이다.
도32는 트리형 통로 부착 유전 케이스를 갖는 전극 구조의 정면 단면도이다.
도33은 도32의 XXXⅢ-XXXⅢ선에 따르는 트리형 통로 부착 유전 케이스의 측면도이다.
도34는 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 성막 장치의 개략 구성 및 상기 장치의 처리 헤드의 정면 단면을 도시하는 도면이다.
도35는 도34의 XXXV-XXXV선에 따르는 처리 헤드의 하부 플레이트의 평면도이다.
도36은 도35의 XXXⅥ-XXXⅥ선에 따르는 처리 헤드의 노즐부의 측면 단면도이다.
도37은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 상압 플라즈마 성막 장치의 개략 구성 및 상기 장치의 처리 헤드의 정면 단면을 도시한 도면이다.
도38은 도37의 처리 헤드의 노즐의 확대 단면도이다.

Claims (27)

  1. 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간을 통해 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 상기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
    상기 제1 유로가 형성된 전계 인가 전극과, 이 전계 인가 전극과의 사이에 상기 플라즈마 방전 공간을 형성하는 접지 전극을 포함하는 처리 헤드를 구비하고,
    이 처리 헤드가 기재와 평행하게 대향해야 하는 면을 갖고,
    상기 기재 대향 면에는 상기 제1 유로에 연결되는 제1 불어내기구와, 상기 플라즈마 방전 공간에 연결되는 제2 불어내기구가 각각 형성되어 이 제1 불어내기구와 제2 불어내기구가 상기 처리 헤드에 대한 기재의 상대적인 반송 방향에 따라서 서로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  2. 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간을 통해 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 상기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
    2개의 전계 인가 전극과, 2개의 접지 전극을 갖는 처리 헤드를 구비하고,
    상기 4개의 전극이 접지 전극, 전계 인가 전극, 전계 인가 전극, 접지 전극의 순으로 늘어서고, 2개의 전계 인가 전극의 사이에 상기 제1 유로가 형성되어 전계 인가 전극과 접지 전극 사이에 전기 플라즈마 방전 공간이 형성되고, 이에 의해 2개의 플라즈마 방전 공간이 1개의 제1 유로를 협지하여 양측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 처리 헤드가 기재와 대향해야 하는 기재 대향 부재를 갖고, 이 기재 대향 부재에는 상기 1개의 제1 유로와 2개의 플라즈마 방전 공간에 각각 연결되는 개별 불어내기로가 상기 처리 헤드에 대한 상기 기재의 상대적인 반송 방향에 따라서 서로 떨어져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 처리 헤드가 기재와 대향해야 하는 기재 대향 부재를 갖고, 이 기재 대향 부재와 각 전계 인가 전극 사이에 연통로가 형성되고, 이 연통로를 거쳐서 플라즈마 방전 공간과 제1 유로가 연통되고, 상기 기재 대향 부재에는 제1, 제2 가스의 공통의 불어내기로가 상기 제1 유로와 연통로의 교차부에 연결되도록 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  5. 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간을 통해 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 상기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
    복수의 전계 인가 전극과, 복수의 접지 전극을 갖는 처리 헤드를 구비하고,
    이들 전극이 동극성의 전극끼리 사이에 형성된 상기 제1 유로와, 이극성의 전극끼리 사이에 형성된 상기 플라즈마 방전 공간이 교대로 배치되도록 하여 늘어서 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 배열 방향의 양단부에 위치하는 전극이 접지 전극인 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  7. 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간을 통해 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 상기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
    상기 제1 유로가 형성된 전계 인가 전극과, 이 전계 인가 전극과의 사이에 상기 플라즈마 방전 공간을 형성하는 접지 전극을 갖는 처리 헤드를 구비하고,
    상기 처리 헤드에 있어서, 상기 접지 전극이 상기 전계 인가 전극의 기재를 향해야 하는 측에 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 처리 헤드가 상기 전계 인가 전극의 기재를 향하게 하는 면에 덮이는 기재 대향 부재를 갖고, 이 기재 대향 부재에 상기 접지 전극이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전계 인가 전극과 기재 대향 부재 사이에 간극이 형성되고, 이 간극이 상기 플라즈마 방전 공간을 포함하는 제2 유로로 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 플라즈마 방전 공간이 상기 제1 유로와 직접 교차하고, 상기 기재 대향 부재에는 제1, 제2 가스의 공통의 불어내기로가 상기 교차부에 연결되도록 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 기재 방향 부재가 세라믹으로 구성되어 그 기재를 향해야 하는 면, 즉 전계 인가 전극 측과는 반대측의 면에는 상기 접지 전극을 위한 수용 오목부가 형성되고, 이 수용 오목부의 형성 부분이 상기 접지 전극의 금속 본체에 덮이는 고체 유전체층으로서 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 접지 전극의 금속 본체의 상기 공통 불어내기로를 향하는 측의 단부면이 상기 전계 인가 전극의 금속 본체의 동측 단부면과 대략 같은 높이 또는 그보다 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 접지 전극의 금속 본체의 상기 공통 불어내기로를 향하는 측의 단부면이 상기 전계 인가 전극의 금속 본체의 동측 단부면보다 들어가 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  14. 제7항에 있어서, 상기 처리 헤드가 기재에 대향해야 하는 면을 갖고,
    상기 제1 유로가 상기 기재 대향면에 대해 직교하여 상기 플라즈마 방전 공간이 상기 기재 대향면에 대해 경사를 이루어 상기 기재 대향면 상 또는 그 근방에서 상기 제1 유로와 예각으로 교차하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  15. 제1항, 제2항, 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 처리 헤드에는 기재 대향면의 주연부를 둘러싸는 흡입구를 갖는 흡입 덕트가 부설되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  16. 제1항, 제2항, 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 처리 헤드가 전계 인가 전극을 포함하는 상측 부분과, 이 상측 부분으로부터 하측으로 착탈 가능하게 배치된 기재 대향 부재를 갖고,
    상기 기재 대향 부재의 기재와 대향해야 하는 면을 하방을 향한 상태에서 기재 대향 부재의 주연부를 적재하도록 하여 지지하는 지지 수단을 구비하고,
    상기 상측 부분이 기재 대향 부재 상에 적재되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 지지 수단이 하방으로 개구되는 흡입구를 갖고 상기 처리 헤드를 둘러싸는 흡입 덕트를 일체로 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  18. 제1항, 제2항, 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 처리 헤드가 기재와 대향해야 하는 부재를 갖고, 이 기재 대향 부재가 상기 제1, 제2 가스의 불어내기로가 배치된 불어내기 영역과, 이 불어내기 영역으로부터 돌출되어 성막 비율을 확보하는 돌출 영역을 갖고, 이 돌출 영역에 불활성 가스 도입 수단이 접속되어 있고,
    상기 기재 대향 부재의 돌출 영역이 상기 도입 수단으로부터의 불활성 가스를 기재 대향면을 향해 침투시키고, 게다가 그 침투도, 나아가서는 기재 대향면으로부터의 스며나옴 정도가 상기 처리 가스의 기재 대향면으로의 접촉을 상기 처리 가스의 흐름을 흐트러뜨리지 않고 저지할 수 있을 정도의 가스 침투성 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 가스 침투성 재료가 다공질인 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 가스 침투성 재료가 다공질 세라믹인 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  21. 제18항에 있어서, 상기 기재 대향 부재의 돌출 영역에 있어서의 기재 대향면과는 반대측면에 상기 가스 도입 수단으로부터의 불활성 가스를 일단 저장하는 홈이 기재 대향면을 향해 오목해지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 기재 대향 부재가 짧은 방향과 긴 방향을 갖고, 각 영역이 긴 방향으로 연장되는 동시에 불어내기 영역을 협지하여 짧은 방향의 양측에 돌출 영역이 마련되어 있고, 양측의 돌출 영역 각각에 상기 홈이 긴 방향으로 연장되도록 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 기재 대향 부재의 전체가 가스 침투성 재료로 일체 형성되어 있고, 상기 홈의 불어내기 영역을 향하는 내측면에 가스 침투를 저지하는 가스 침투 저지 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  24. 제21항에 있어서, 상기 홈의 깊이 방향의 중간부에는 구획이 설치되고, 이 구획이 상기 가스 침투성 재료보다 가스의 통과가 충분히 높은 가스 투과성을 갖는 동시에, 상기 홈을 상기 불활성 가스 도입 수단에 연결되는 상단 홈부와, 기재 대향면 근처의 하단 홈부로 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  25. 제1항, 제2항, 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 전계 인가 전극과 접지 전극이 이들 전극의 대향 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 이들 전극 사이의 플라즈마 방전 공간의 상류단부가 상기 대향 방향 및 연장 방향과 직교하는 제1 방향의 일단부에 마련되고, 하류단부가 상기 제1 방향의 타단부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 전계 인가 전극의 긴 방향의 일단부에 상기 전계 인가 수단으로의 급전선이 접속되어 상기 접지 전극의 긴 방향의 타단부에 접지선이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
  27. 제1 유로를 경유한 제1 가스와, 플라즈마 방전 공간에서 여기된 제2 가스를 서로 접촉시키고, 상기 제1 가스를 상기 여기된 제2 가스로 여기하는 동시에 기재의 표면에 접촉시켜 상기 기재 표면의 플라즈마 처리를 행하는 장치에 있어서,
    전계 인가 전극과, 접지 전극과, 제1 불어내기 노즐과, 제2 불어내기 노즐을 구비하고,
    상기 접지 전극이 상기 전계 인가 전극의 기재를 향해야 할 측에 유전 부재를 협지하여 배치되는 동시에, 이 접지 전극의 일부에 상기 유전 부재를 노출시키는 절결부가 형성되고, 이 절결부 내가 상기 플라즈마 방전 공간이 되고,
    상기 제2 불어내기 노즐이 제2 가스를 접지 전극의 기재 대향면에 더하도록 불어내고, 이에 의해 제2 가스가 상기 절결부에 인입하고,
    상기 제1 불어내기 노즐이 상기 제2 불어내기 노즐보다 기재측의 위치로부터 제1 가스를 제2 가스와 거의 평행하게 불어내는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면 처리 장치.
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