KR20170056524A - 플라스마 가스 조사 장치 - Google Patents

플라스마 가스 조사 장치 Download PDF

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KR20170056524A
KR20170056524A KR1020177005300A KR20177005300A KR20170056524A KR 20170056524 A KR20170056524 A KR 20170056524A KR 1020177005300 A KR1020177005300 A KR 1020177005300A KR 20177005300 A KR20177005300 A KR 20177005300A KR 20170056524 A KR20170056524 A KR 20170056524A
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도시유키 이케도
다카히로 진도
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후지 기카이 세이조 가부시키가이샤
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Abstract

플라스마 가스를 조사하는 플라스마 가스 조사 장치에 있어서 플라스마 처리 능력의 저하를 억제한다. 하류측 하우징(20b)에 형성된 내측 가스 분출구(56)로부터 플라스마 가스가 분출하게 하고, 하우징(20b)과 커버부(28)와의 사이의 보호 가스실(70)에 보호 가스로서의 질소 가스가 공급된다. 플라스마 가스의 내측 가스 분출구(56)로부터의 분출에 수반하여 질소 가스가 말려 들어가 외측 가스 분출구(62)로부터 분출시켜진다. 이 경우에, 플라스마 가스 Gp의 주변에 질소 가스 Gc의 층이 형성되기 때문에, 플라스마 가스 Gp가 대기와 접촉하기 어렵게 할 수가 있어 플라스마 가스 Gp중의 라디칼 등의 반응종과 대기 중에 산소 등이 반응하기 어렵게 할 수가 있다. 그 결과, 플라스마 가스 Gp의 플라스마 처리 능력의 저하를 억제하고, 양호하게 피처리물에 플라스마 처리를 행하도록 할 수가 있다.

Description

플라스마 가스 조사 장치{PLASMA GAS IRRADIATION DEVICE}
본 발명은 피처리물의 플라스마 처리에 있어서 플라스마 가스를 피처리물에 조사하는 플라스마 가스 조사 장치에 관한 것이다.
특허 문헌 1에 기재의 플라스마 가스 조사 장치에 있어서는, 플라스마 가스용의 분출구의 주변이 쉴드재(shield member)에 의해 덮여지고, 그 쉴드재의 외측에 불활성 가스용의 분출구가 설치된다. 피처리물에는, 불활성 가스가 플라스마 가스의 조사의 전후에 조사되는 것이고, 이에 의해 플라스마 처리 효과를 향상시킬 수가 있다. 또, 불활성 가스가 플라스마 가스의 주변에 분출시켜지기 때문에, 플라스마 가스가 대기 중의 산소에 접촉하기 어렵게 할 수가 있다.
특허 문헌 2에 기재의 플라스마 가스 조사 장치에 있어서는, 플라스마 가스용의 분출구의 외측에 불활성 가스용의 분출구가 설치되지만, 플라스마 가스용의 분출구와 불활성 가스용의 분출구와의 사이에 배기 가스 회수 통로가 설치된다. 플라스마 처리에 있어서 생기는 배기 가스 등이 배기 가스 회수 통로를 거쳐 회수되지만, 배기 가스 회수 통로의 외측에 있어서 불활성 가스가 분출시켜지기 때문에, 배기 가스의 대기 중으로의 방출이 양호하게 억제된다.
특허 문헌 3에는, 복수의 플라스마 처리 장치가 연결부에 의해 연결된 플라스마 처리 시스템이 기재되어 있다. 본 플라스마 처리 시스템에 있어서 연결부의 각각에 불활성 가스가 공급됨으로써 에어 커튼이 형성되고, 복수의 플라스마 처리 장치의 각각의 플라스마 처리 공간이 나누어진다.
일본국 특허 제4871343호 공보 일본국 특허공개 1995-062546호 공보 일본국 특허공개 2013-020836호 공보
본 발명의 과제는, 플라스마 가스 조사 장치의 개량이며, 플라스마 처리 능력의 저하를 억제하는 것이다.
<청구 가능한 발명>
이하, 본 출원에 있어서 청구가 가능하다고 인식되고 있는 발명 또는 발명의 특징점 등에 대해 설명한다.
(1) 내측 하우징에 설치된 내측 가스 분출구로부터, 방전 공간에 있어서 활성화되어 얻어진 플라스마 가스를 분출시키는 플라스마 가스 분출부와,
상기 내측 하우징과 그 내측 하우징의 적어도 일부를 덮는 상태로 설치된 외측 하우징과의 사이의 보호 가스실에 보호 가스를 공급하는 보호 가스 공급부를 포함하고,
상기 외측 하우징에 설치된 외측 가스 분출구로부터, 상기 플라스마 가스와 상기 보호 가스를 분출시켜서 피처리물에 조사하는 것을 특징으로 하는 플라스마 가스 조사 장치.
외측 하우징은, 적어도, 내측 하우징의 내측 가스 분출구가 설치된 부분의 근방을 간극을 두어 덮는 것이면 좋고, 내측 하우징의 전체를 덮는 것으로 반드시 할 필요는 없다.
(2) 상기 외측 가스 분출구의 개구 면적 So가 상기 내측 가스 분출구의 개구 면적 Si보다 크게 된 (1)항에 기재의 플라스마 가스 조사 장치.
외측 가스 분출구의 개구 면적 So의 상기 내측 가스 분출구의 개구 면적 Si에 대한 비율 γs(So/Si)는 1보다 크다(γs＞1).
(3) 상기 외측 가스 분출구의 개구 면적 So의 상기 내측 가스 분출구의 개구 면적 Si에 대한 비율 γs(So/Si)가 2보다 크고 13보다 작게 된 (1)항 또는 (2)항에 기재의 플라스마 가스 조사 장치.
비율 γs(So/Si)는, 4보다 크고 9보다 작은 값으로 하는 것이 바람직하다. 「개구 면적」은, 외측 가스 분출구의 개수와 내측 가스 분출구의 개수가 같은 경우에는, 개개의 개구 면적으로 하거나 1개 이상의 분출구의 개구 면적의 합으로 하거나 할 수가 있다. 외측 가스 분출구의 개수와 내측 가스 분출구의 개수가 다른 경우에는, 외측 가스 분출구, 내측 가스 분출구의 각각의 개구 면적의 합으로 할 수가 있다.
또 예를 들면, 외측 가스 분출구, 내측 가스 분출구가 대체로 원형이며, 개수가 같은 경우에는, 외측 가스 분출구와 내측 가스 분출구와의 관계를 개개의 분출구의 직경의 비율 γd(do/di)로 나타낼 수도 있다.
γs=γd2
직경의 비율 γd는, 예를 들면, 1.5보다 크고 3.5보다 작은 값으로 할 수가 있고, 2.0보다 크고 3.0보다 작은 값으로 하는 것이 바람직하다.
(4) 상기 외측 가스 분출구와 상기 내측 가스 분출구가, 서로 상하 방향으로 떨어져, 이들을 규정하는 규정점의 각각이 동일 직선상에 위치하는 상태로 설치된 (1)항 내지 (3)항의 어느 하나에 기재의 플라스마 가스 조사 장치.
외측 가스 분출구, 내측 가스 분출구를 규정하는 규정점은, 이들 가스 분출구를 나타내는 대표적인 점을 말한다. 예를 들면, 가스 분출구가 대체로 원형을 이룬 것인 경우에는 원의 중심점으로 할 수가 있다. 또, 원형이 아닌 경우에는 길이 방향의 중점으로 하거나 개구의 거의 중앙에 있는 점으로 하거나 하는 것 등을 할 수가 있다.
(5) 상기 외측 가스 분출구가, 상기 내측 가스 분출구로부터 분출시켜지는 상기 플라스마 가스의 분출 방향의 하류측에 설치된 (1)항 내지 (4)항의 어느 하나에 기재의 플라스마 가스 조사 장치.
내측 가스 분출구로부터 분출시켜지는 플라스마 가스는 외측 가스 분출구를 거쳐 피처리물에 조사된다. 바꾸어 말하면, 방전 공간에 있어서 활성화된 플라스마 가스는 내측 가스 분출구와 외측 가스 분출구를 거쳐 피처리물에 조사된다.
(6) 상기 내측 하우징이, (i) 상기 방전 공간과, (ii) 일단부가 상기 방전 공간에 개구하는 방전측 개구로 되고, 타단부가 상기 보호 가스실에 개구하는 상기 내측 가스 분출구로 된 플라스마 가스 통로를 포함하는 (1)항 내지 (5)항의 어느 하나에 기재의 플라스마 가스 조사 장치.
플라스마 가스 통로는, 연속한 1개의 통로라고는 한정되지 않고, 복수의 통로를 포함하는 경우, 복수의 통로의 합류부, 분기부 등을 포함하는 경우도 있다. 어느 경우도 전체적으로 플라스마 통로라고 칭한다.
(7) 상기 보호 가스 공급부가, 적어도, 상기 외측 하우징의 양측면의 각각의, 상기 내측 하우징에 대향하는 부분에 설치된 한 쌍의 보호 가스 공급구를 포함하는 (1)항 내지 (6)항의 어느 하나에 기재의 플라스마 가스 조사 장치.
내측 가스 분출구, 외측 가스 분출구가, 예를 들면, 플라스마 가스 조사 장치의 폭 방향으로 복수개 늘어서 설치된 경우, 또는 폭 방향으로 긴 슬릿(slit) 형상을 이룬 것인 경우에는, 보호 가스 공급구는 외측 하우징의 폭 방향의 양측에 있는 양측면에 각각 설치된다. 바꾸어 말하면, 보호 가스 공급구는, 보호 가스실의 내측 가스 분출구와 외측 가스 분출구와의 사이의 부분에 균등하게 보호 가스를 공급 가능한 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
(8) 방전 공간에 있어서 활성화되어 얻어진 플라스마 가스를 분출시키는 플라스마 가스 분출부와,
상기 플라스마 가스의 분출에 의해 생기는 감압 영역에 보호 가스를 공급 가능한 보호 가스 공급부를 포함하고,
상기 플라스마 가스의 분출에 수반하여 상기 보호 가스를 말려들게 하여, 상기 플라스마 가스를 상기 보호 가스와 함께 가스 분출구로부터 분출시켜서 피처리물에 조사하는 것을 특징으로 하는 플라스마 가스 조사 장치.
본 항에 기재의 플라스마 가스 조사 장치에는 (1)항 내지 (7)항의 어느 하나에 기재의 기술적 특징을 채용할 수가 있다. 또, 본 항에 기재의 가스 분출구는, (1)항에 기재의 외측 가스 분출구에 대응하는 것이라고 생각할 수가 있다.
본 발명과 관련되는 플라스마 가스 조사 장치에 있어서는, 플라스마 가스가 보호 가스를 말려들게 하여 가스 분출구로부터 분출시켜지고, 피처리물에 조사된다. 분출시켜진 플라스마 가스가 대기 중의 산소에 접촉하기 어렵게 되고, 플라스마 가스 중에 포함되는 라디칼 등의 반응종이 대기 중의 산소 등과 반응하기 어렵게 된다. 그 결과, 플라스마 가스가 플라스마 가스 조사 장치로부터 분출하고 나서 피처리물에 조사될 때까지의 플라스마 처리 능력의 저하를 억제할 수가 있다.
또, 플라스마 처리 능력의 저하를 억제할 수가 있기 때문에, 플라스마 가스 조사 장치를 피처리물에 접근시킬 필요성이 낮아진다. 바꾸어 말하면, 플라스마 가스 조사 장치를 피처리물로부터 떼어 놓아도 양호하게 플라스마 처리를 행하는 것이 가능하게 되어 표면에 볼록부가 있는 피처리물에 대해서 유효하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1과 관련되는 플라스마 가스 조사 장치를 포함하는 플라스마 처리 장치를 개념적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 상기 플라스마 가스 조사 장치의 가열부를 제외한 부분의 사시도이다.
도 3은 상기 플라스마 가스 조사 장치의 주요부를 나타내는 사시도이다.
도 4(a)는 상기 플라스마 가스 조사 장치의 주요부를 나타내는 단면도이고, 도 4(b)는 상기 주요부를 나타내는 사시도이고, 도 4(c)는 플라스마 가스와 보호 가스와의 분출 상태를 나타내는 개념도이다.
도 5는 상기 주요부를 비스듬하게 하방으로부터 본 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 상기 주요부 및 가열부의 측면도이다.
도 7은 상기 플라스마 가스 조사 장치로부터 플라스마 가스와 보호 가스가 조사되는 상태를 시뮬레이션(simulation) 한 결과를 나타내는 도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2와 관련되는 플라스마 가스 조사 장치의 주요부를 나타내는 사시도이다.
도 9는 상기 주요부를 비스듬하게 하방으로부터 본 상태를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 3과 관련되는 플라스마 가스 조사 장치의 주요부를 비스듬하게 하방으로부터 본 상태를 나타내는 사시도이다.
도 11은 상기 플라스마 가스 조사 장치의 주요부를 한층 더 개량한 것을 비스듬하게 하방으로부터 본 사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 4와 관련되는 플라스마 가스 조사 장치의 주요부의 사시도이다.
이하, 본 발명의 몇 개의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.
<실시예 1>
도 1에 본 발명의 일실시 형태인 플라스마 가스 조사 장치를 포함하는 플라스마 처리 장치를 나타낸다. 본 플라스마 처리 장치는, (a) 플라스마 가스 조사 장치(2), (b) 플라스마 가스 조사 장치(2)를 보유함과 아울러 도시하지 않는 플라스마 처리 장치 본체에 대해서 승강시키는 승강 장치(4), (c) 피처리물 W를 반송함과 아울러 보유하는 반송·보유 장치(6), (d) 플라스마 처리 장치를 제어하는 컴퓨터를 주체로 하는 제어장치(8) 등을 포함한다. 도 1에 있어서 피처리물 W의 반송 방향(전후 방향이라고 칭할 수가 있음)을 x방향, 상하 방향을 z방향, 플라스마 가스 조사 장치(2)의 폭 방향을 y방향으로 한다. x방향, y방향, z방향은 서로 직교한다.
플라스마 가스 조사 장치(2)는, 도 2에 나타내는 플라스마 가스 생성·분출부(16), 가열부(18) 등을 포함한다. 플라스마 가스 생성·분출부(16)는, 도 3에 나타내듯이, (a) 내측 하우징으로서의 하우징(20), (b) 한 쌍의 전극(22, 23), (c) 이들 한 쌍의 전극(22, 23)의 사이에 형성된 공간(한 쌍의 전극(22, 23)이 인가됨으로써 방전 공간이 됨)(24), (d) 플라스마 가스 통로(26), (e) 외측 하우징으로서의 커버부(28) 등을 포함한다. 커버부(28)는, 하우징(20)에 간극을 두어 설치된다.
하우징(20)은, 상류측 하우징(20a)과 하류측 하우징(20b)을 포함하고, 하류측 하우징(20b)은 상류측 하우징(20a)에 착탈이 가능하게 되어 있다.
상류측 하우징(20a)의 상면에는, 도 1에 나타내듯이, 처리 가스 공급구(40)가 설치되고, 처리 가스원(42)이 유량 조정 장치(44)를 통해 접속된다. 처리 가스는, 반응 가스, 캐리어 가스 등을 포함하는 것이다. 반응 가스는 방전 공간(24)에 있어서 활성화(예를 들면, 라디칼, 양이온, 음이온 등의 반응종으로 하는 것을 말한다. 플라스마화라고 칭할 수도 있음)되기 쉬운 가스이며, 예를 들면, 산소 가스, 수소 가스 등이 해당한다. 캐리어 가스는, 반응종을 운반하기 위한 가스이며, 활성화되기 어려운 가스가 이용되는 것이 보통이다. 예를 들면, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스, 질소 가스 등이 해당한다.
상류측 하우징(20a)에는 도 3에 나타내듯이, 공간(24)이 형성됨과 아울러, 공간(24)에 대향하여 한 쌍의 전극(22, 23)이 보유된다.
플라스마 가스 통로(26)는, 도 3, 도 6에 나타내듯이, 상류측 하우징(20a)에 형성된 상류측 통로(50)와, 하류측 하우징(20b)에 형성된 하류측 통로(52)를 포함한다.
상류측 통로(50)는, x방향으로 뻗은 복수(본 실시예에 있어서는 4개)의 x통로(50x)와 z방향으로 뻗은 복수(본 실시예에 있어서는 4개)의 z통로(50z)를 포함한다. 4개의 x통로(50x)의 각각과 4개의 z통로(50z)의 각각은 서로 y방향으로 떨어져 형성된다. 또, 4개의 x통로(50x)의 각각에 있어서 일단부가 방전 공간(24)에 개구하는 방전 공간 개구(50a)로 되고, 타단부가 상류측 하우징(20a)의 전면(yz면)에 이르러 개구(50b)로 된다. 4개의 z통로(50z)는, 각각, 4개의 x통로(50x)의 각각에 서로 연통시켜지고, 하류측 단부는 상류측 하우징(20a)의 하면(xy면)에 이르러 개구(50c)로 된다.
하류측 통로(52)는, 도 3, 도 4(a), 도 4(b), 도 6 등에 나타내듯이, 하류측 하우징(20b)의 상면(상류측 하우징(20a)에의 맞닿음면)에 개구하여 설치된 접속 오목부(53)와, z방향으로 뻗고 y 방향으로 서로 떨어져 설치된 복수(본 실시예에 있어서는 6개)의 분출 통로(54z)를 포함한다. 접속 오목부(53)는 y방향으로 긴 긴 구멍 형상을 이룬 것이고, 그 접속 오목부(53)의 상부 개구에 상술의 4개의 z통로(50z)의 각각의 하단부의 개구(50c)가 대향하고, 접속 오목부(53)의 저면에 6개의 분출 통로(54z)의 각각의 상단부가 개구한다. 따라서, 접속 오목부(53)를 통해, z통로(50z)와 분출 통로(54z)가 연통시켜진다. 또, 분출 통로(54z)의 하단부는 하류측 하우징(20b)의 하면(xy면)에 이르러 개구하는 내측 가스 분출구(56)로 된다. 내측 가스 분출구(56)는 대체로 원형을 이룬 것이고, 커버부(28)를 향해 개구한다.
이상과 같이, 플라스마 가스 통로(26)에 있어서 x통로(50x), z통로(50z), 접속 오목부(53), 분출 통로(54z)는 서로 연통시켜지고, 일단부가 방전 공간(24)에 개구하는 방전 공간측 통로(50a)로 되고, 타단부가 내측 분출구(56)로 되는 것이고, 방전 공간(24)에 있어서 활성화된 플라스마 가스는, 플라스마 가스 통로(26)를 거쳐 내측 가스 분출구(56)로부터 분출시켜진다.
커버부(28)는, 도 4(a), 도 6 등에 나타내듯이, x, y, z방향으로 각각 간극을 두어, 하류측 하우징(20b)(내측 하우징(20)의 일부)을 덮는 것이고, 이들 하류측 하우징(20b)과 커버부(28)와의 사이가 보호 가스실(60)로 된다.
커버부(28)의 저면(xy면)에는 z방향으로 관통한 외측 가스 분출구(62)가 y방향으로 등간격으로 6개 형성된다. 도 4(a), 도 4(b), 도 5 등에 나타내듯이, 외측 가스 분출구(62)도 폐하여 원형을 이룬 것이고, 내측 가스 분출구(56)와 동심으로, 즉 내측 가스 분출구(56)의 중심과 외측 가스 분출구(62)의 중심이 z방향으로 뻗은 동일한 선 zi 상에 위치하는 상태로 형성된다. 이와 같이 내측 가스 분출구(56)와 외측 가스 분출구(62)는, 서로 플라스마 가스의 분출 방향(분출 통로(54z)가 뻗는 z방향)으로 떨어져, 외측 가스 분출구(62)가 내측 가스 분출구(56)의 하류측에 설치되는 것이고, 내측 가스 분출구(56)로부터 분출시켜진 플라스마 가스는 외측 가스 분출구(62)로부터 플라스마 가스 조사 장치(2)의 외부로 분출시켜진다. 또, 외측 가스 분출구(62)의 직경 do는 내측 가스 분출구(56)의 직경 di보다 크다. 바꾸어 말하면, 외측 가스 분출구(62)의 개구 면적 So는 내측 가스 분출구(56)의 개구 면적 Si보다 큰 것이다.
커버부(28)의 한 쌍의 측면(64), 즉 외측 가스 분출구(62)가 늘어서는 방향(폭 방향 y)의 양측의 면(zx면)에는 y방향으로 관통한 보호 가스 공급구(66)가 각각 형성된다. 보호 가스 공급구(66)에는 도 1에 나타내듯이, 보호 가스원(70)이 유량 조정 장치(72)를 통해 접속된다. 보호 가스는, 본 실시예에 있어서 플라스마 가스를 대기 중의 산소로부터 보호하는 가스이며, 예를 들면, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스, 질소 가스 등이 해당한다.
또, 보호 가스 공급구(66)는, 커버부(28)의 측면(64)의 하류측 하우징(20b)에 대향하는 부분(측면(64)의 부분 h), 즉 z방향에 있어서 내측 가스 분출구(56)보다 상방에 형성된다. 보호 가스 공급구(66)는, 보호 가스실(60)에 공급되는 보호 가스가 내측 가스 분출구(56)로부터 분출되는 플라스마 가스의 흐름의 방해가 되지 않고, 또한 보호 가스실(60)의 하부, 즉 하류측 하우징(20b)의 하방에 있어서 균일하게 공급될 수 있는 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
또 상류측 하우징(20a)의 전면에는, 도 1, 2에 나타내듯이, x통로(50x)의 개구(50b)를 폐색하는 상태로 방열부(80)가 장착된다. 방열부(80)는 복수의 핀을 가지는 것이다. 또, 도 3, 도 4, 도 6 등에 있어서 부호 82는 접지판을 나타낸다. 접지판(82)은 상류측 하우징(20a)의 구성 요소이며, 피뢰침으로서의 기능을 한다.
도 1, 도 6 등에 나타내듯이, 상류측 하우징(20a)의 전면의 방열부(80)의 근방에는 가열부(18)가 장착된다. 가열부(18)는 피처리물 W의 표면 WS를 가열하는 것이고, 가스를 가열하여 조사하는 것이다. 가열부(18)는, (a) 본체(90), (b) 히터부(92), (c) 가열 가스 분출부(94) 등을 포함한다. 본체(90)에는 가열용 가스 공급구(96)가 설치되고, 가열용 가스원(98)이 유량 조정 장치(100)를 통해 접속된다. 가열용 가스로서 예를 들면, 질소 가스, 불활성 가스, 드라이 에어 등을 이용할 수가 있다.
또, 도 6에 나타내듯이, 가열부(80)는 수평선에 대해서 θ의 각도로 가열 가스를 조사 가능한 상태로 장착된다.
또 도 1에 있어서 처리 가스원(42), 보호 가스원(70), 가열용 가스원(98)을 각각 별개로 기재했지만, 이들의 적어도 일부(예를 들면, 질소 가스원, 불활성 가스원 등)는 공통의 것으로 할 수가 있다.
이상과 같이 구성된 플라스마 처리 장치에 있어서 한 쌍의 전극(22, 23)에 전압이 인가됨으로써 방전 공간(24)이 형성된다. 방전 공간(24)에 공급된 처리 가스에 포함되는 산소 원자, 분자 등이 활성화되어 반응종으로 되지만, 이들 반응종이 캐리어 가스에 의해 운반된다. 방전 공간(24)에 있어서 활성화된 반응종을 포함하는 가스가 플라스마 가스이며, 플라스마 가스 통로(26)를 거쳐 내측 가스 분출구(56)로부터 분출시켜진다.
또, 보호 가스실(60)에는 보호 가스(본 실시예에 있어서는, 질소 가스가 이용됨)가 보호 가스 공급구(66)로부터 공급된다. 보호 가스는, 주로 하류측 하우징(20b)에 닿고, 하류측 하우징(20b)을 따라 이동시켜지고, 보호 가스 공급구(66)의 내측 가스 분출구(56)와 외측 가스 분출구(62)와의 사이의 부분에 균등하게 공급된다.
그리고, 플라스마 가스의 내측 가스 분출구(56)로부터의 분출에 수반하여 보호 가스실(60)에 존재하는 보호 가스가 말려 들어가고, 이들 플라스마 가스와 보호 가스가 외측 가스 분출구(62)로부터 분출시켜지고, 피처리물 W에 조사된다. 플라스마 가스의 내측 가스 분출구(56)로부터의 분출에 의해, 내측 가스 분출구(56)의 주변이 감압되는 것이고, 감압 영역, 즉 보호 가스실(60)에 있는 보호 가스가 말려 들어간다. 이른바 아스피레이터(aspirator)의 원리(벤투리(venturi) 효과)가 이용되는 것이고, 도 4(c)에 나타내듯이, 플라스마 가스 Gp의 주위를 보호 가스 Gc가 둘러싸는 상태로 분출시켜진다. 이 경우에 있어서 플라스마 가스 Gp의 주위 전체가 보호 가스 Gc의 층에 의해 덮이지 않는 경우도 있지만, 플라스마 가스 Gp는 보호 가스 Gc에 의해 대기 중의 산소에 접촉되기 어렵게 된다.
한편, 플라스마 가스 조사 장치로부터 분출시켜진 플라스마 가스 Gp가 대기에 접촉하면, 플라스마 가스 중의 라디칼 등의 반응종이 대기 중의 산소 등과 반응하고, 피처리물 W에 조사되기 전에, 플라스마 처리 능력이 저하한다고 하는 문제가 있었다. 이에 반해 본 실시예와 관련되는 플라스마 가스 조사 장치(2)에 있어서는, 분출시켜진 플라스마 가스 Gp가 대기에 접촉하기 어렵게 된다. 그 결과, 높은 처리 능력이 유지된 상태로 플라스마 가스를 피처리물에 조사할 수가 있는 것으로, 양호하게 플라스마 처리를 하도록 할 수가 있다.
이상으로부터, 하류측 하우징(20b)에 설치된 내측 가스 분출구(56), 커버부(28)에 설치된 외측 가스 분출구(62) 등에 의해 복합 가스(플라스마 가스와 그 주위의 보호 가스를 포함하는 가스를 말함)를 분출시키는 복합 가스 분출부(110)가 구성된다고 생각할 수가 있다. 본 실시예에 있어서 복합 가스 분출부(110)는 상류측 하우징(20a)(본체라고 칭할 수가 있음)에 대해서 착탈이 가능하게 된다.
또, 종래의 플라스마 처리 장치에 있어서는, 높은 처리 능력을 가지는 플라스마 가스를 피처리물 W에 조사시키기 위해서, 플라스마 가스 조사 장치를 피처리물 W의 표면에 접근시킨 상태로 플라스마 처리를 하도록 되어 있었다. 그러나, 표면에 볼록부가 있는 피처리물 W에 대해서는, 플라스마 가스 조사 장치를 접근시키지 못하고, 플라스마 처리를 양호하게 행할 수가 없었다. 이에 반해 본 실시예와 관련되는 플라스마 가스 조사 장치(2)에 있어서는, 분출시켜진 플라스마 가스 Gp의 처리 능력의 저하가 억제되기 때문에, 플라스마 가스 조사 장치(2)를 피처리물 W의 표면 WS에 접근시킬 필요성이 낮아진다. 외측 가스 분출구(62)와 피처리물 W의 표면 WS와의 사이의 거리 H(도 6 참조 : 높이로 칭할 수도 있음)를 크게 할 수가 있는 것이고, 표면 WS에 볼록부가 있는 피처리물 W에 대해서도 양호하게 플라스마 처리를 하도록 할 수가 있다.
또한 종래로부터 플라스마 가스 조사 장치의 가스 분출구의 주변에 수지제의 원통형의 커버 부재를 장착하여 사용되는 일이 있었다. 그러나, 원통형의 커버를 장착하는 것이 번거로운 등의 문제가 있었다. 이에 반해 본 실시예와 관련되는 플라스마 가스 조사 장치(2)에 있어서는, 원통형의 커버 부재를 장착하지 않아도 플라스마 가스의 처리 능력의 저하가 억제되기 때문에, 원통형의 커버를 장착할 필요가 없는 등의 이점이 있다.
또, 본 실시예와 관련되는 플라스마 처리 장치에 있어서는, 보호 가스가 직접 피처리물 W에 조사되는 것이 아니라, 하류측 하우징(20b)과 커버부(28)와의 사이의 보호 가스실(60)에 공급된 후에 조사된다. 하류측 하우징(20b)의 근방은 고온이기 때문에, 보호 가스실(60)도 고온이다. 따라서, 보호 가스가 피처리물 W에 조사되기 전에, 온도를 높게 할 수가 있고, 보호 가스의 조사에 기인하는 피처리물 W의 온도 저하를 억제할 수가 있어 플라스마 처리가 양호하게 행해지도록 할 수가 있다.
또한 가열부(18)에 의해서도 플라스마 처리가 양호하게 행해지도록 할 수가 있다. 예를 들면, 피처리물 W가 도 6의 화살표 A 방향으로 반송되는 경우에는, 가열부(18)에 의해 피처리물 W가 가열된 후에 플라스마 가스가 조사되게 되어, 한층 더 높은 능력으로 플라스마 처리를 하도록 할 수가 있다. 피처리물 W의 반송 방향이 화살표 B 방향인 경우에는, 플라스마 처리를 한 후에 가열 가스가 조사되게 되지만, 이 경우라도 플라스마 처리 효과가 양호하게 얻어지도록 할 수가 있다.
또 본 실시예에 있어서는, 도 6에 나타내듯이, 플라스마 가스 조사 장치(2)가 플라스마 가스 생성·분출부(16)의 외측 가스 분출구(62)와 피처리물 W의 표면 WS와의 사이의 거리 H, 가열부(18)(가열 가스 분출구(94))의 경사 각도(가열 가스의 조사 각도) θ, 피처리물 W의 플라스마 가스가 조사되는 부분과 가열 가스가 조사되는 부분과의 사이의 간격 x가 소망의 크기가 되는 상태로 장착된다.
예를 들면, 경사 각도 θ가 작은 경우는, 가열 가스 분출부(94)로부터 조사되는 가열 가스가 외측 가스 분출구(62)로부터 분출시켜지는 플라스마 가스 Gp, 보호 가스 Gc에 영향을 줄 가능성이 있어 바람직하지 않다. 또, 간격 x가 긴 경우에는 가열의 효과가 충분히 얻어지기 어려워지고, 간격 x가 짧은 경우에는 가열 가스가 플라스마 가스나 보호 가스에 영향을 미칠 가능성이 높아진다. 거리 H는 피처리물 W의 표면 WS의 요철이 큰 경우는 크게 하는 것이 바람직하다.
이상의 사정 등을 고려하여 거리 H, 각도 θ, 간격 x가 결정된다. 가열부(18)에 있어서 거리 H와 각도 θ로부터 간격 x가 일의적으로 정해지는 구조로 하거나, 거리 H, 각도 θ, 간격 x가 별개 독립하여 조절이 가능한 구조로 하거나 하는 것 등을 할 수가 있다.
또, 외측 가스 분출구(62)의 직경 do의 내측 가스 분출구(56)의 직경 di에 대한 비율 γd(do/di)는 1.5보다 크고 3.5보다 작은 값으로 할 수가 있고, 2.0보다 크고 3.0보다 작은 값으로 하는 것이 바람직하다.
비율 γd가 작은 경우에는, 플라스마 가스 Gp가 외측 가스 분출구(62)를 통과할 때의 저항으로 되어, 보호 가스의 층이 양호하게 형성되기 어려워 바람직하지 않다. 비율 γd가 큰 경우에는, 필요한 보호 가스량이 많아져 바람직하지 않다. 또, 플라스마 가스 조사 장치(2)의 구조상, 외측 가스 분출구(62)의 직경 do가, 서로 인접하는 개구끼리가 겹치지 않게 한다고 하는 제약이 있다.
이상의 사정 등을 고려하여 비율 γd가 설계되는 것이고, 플라스마 가스 Gp의 분출에 수반하여 보호 가스가 양호하게 말려 들어가 플라스마 가스 Gp의 둘레에, 도 4(c)에 나타내듯이, 양호하게 보호 가스의 층이 형성될 수 있는 범위로 된다.
또 외측 가스 분출구(62)와 내측 가스 분출구(56)와의 관계는, 외측 가스 분출구(56)의 각각의 개구 면적 So의 내측 가스 분출구(52)의 각각의 개구 면적 Si에 대한 비율 γs(=So/Si)로 나타낼 수도 있다.
비율 γs는 2보다 크고 13보다 작은 값으로 할 수가 있고, 4보다 크고 9보다 작은 값으로 하는 것이 바람직하다.
또, 하류측 하우징(20b)의 내측 가스 분출구(56)로부터 분출시켜지는 플라스마 가스의 유량이나 유속, 보호 가스 공급구(66)로부터 공급되는 보호 가스의 유량이나 유속 등도, 보호 가스 Gc의 층의 형성에 영향을 준다. 예를 들면, 플라스마 가스의 유속이 큰 경우는 작은 경우보다 보호 가스가 말려 들어가기 쉬워진다. 보호 가스의 유량이나 유속이 플라스마 가스의 유량이나 유속에 대해서 너무 작은 경우에는 보호 가스의 층이 양호하게 형성되기 어렵고, 너무 큰 경우에는 플라스마 가스의 분출에 영향을 주어 바람직하지 않다. 이에 반해 보호 가스의 유량이나 유속이 적정한 범위 내인 경우에는, 보호 가스의 층이 양호하게 형성될 수 있다고 추정된다. 또 하류측 하우징(20b)의 내측 가스 분출구(56)로부터 분출시켜지는 플라스마 가스의 유량이나 유속을 직접 취득하는 것은 곤란하기 때문에, 처리 가스 공급구(40)로부터 공급되는 처리 가스의 유량, 유속을 내측 가스 분출구(56)로부터 분출시켜지는 플라스마 가스의 유량, 유속이라고 간주한다. 또, 내측 가스 분출구(56)의 개구 면적이 정해져 있기 때문에, 유속이 큰 경우는 작은 경우보다 유량이 커진다.
도 7에는 플라스마 가스의 유량이 30L/min, 보호 가스의 공급 유량이 20L/min이며, 비율 γd(=do/di)가 3.5/1.2인 경우의 보호 가스 Gc의 흐름을 시뮬레이션(simulation) 한 결과를 나타낸다. 도 7에 나타내듯이, 이 조건에 있어서 플라스마 가스 Gp의 주위에 보호 가스 Gc의 층이 양호하게 형성되고, 플라스마 가스 Gp가 양호하게 대기로부터 차단되는 것이 분명하다. 또, 보호 가스 Gc의 유속이 보호 가스실(60)의 내부보다 외부(외측 가스 분출구(62)의 하류측)에 있어서의 쪽이 빠르게 되는 것이 인지되었다. 플라스마 가스 Gp의 분출에 수반하는 말려듬에 기인한다고 추측된다.
이상과 같이, 본 실시예에 있어서는, 처리 가스원(42), 처리 가스 공급구(40), 전극(22, 23), 방전 공간(24), 플라스마 가스 통로(26), 내측 가스 분출구(56) 등에 의해 플라스마 가스 분출부가 구성되고, 보호 가스 공급구(66), 보호 가스원(70) 등에 의해 보호 가스 공급부가 구성된다.
또 본 실시예에 있어서 플라스마 가스 조사 장치(2)에 전극(22, 23)이 한 쌍 설치되어 있었지만, 복수 쌍 설치할 수도 있다.
또, 보호 가스로서는, 질소 가스 외에 헬륨 등의 불활성 가스를 이용할 수도 있다. 또한 보호 가스 공급구(66)를 커버부(28)의 y방향에 대향하는 양측면(64)과 x방향에 대향하는 한 쌍의 yz면(전면 및 후면)의 양쪽 모두에 설치하거나 전면 및 후면의 각각에 2개씩 설치하거나 하는 등도 할 수 있다.
또, 커버부(28)는 하류측 하우징(20b)에 착탈이 가능하게 해도 좋고, 상류측 하우징(20a)에 착탈이 가능하게 해도 좋다. 또한 커버부(28)는 하류측 하우징(20b)과 일체적으로 설치해도 좋다. 또, 하류측 하우징(20b)을 상류측 하우징(20a)에 착탈이 가능하게 하는 것은 불가결하지 않고, 하류측 하우징과 상류측 하우징(20a)은 일체적으로 설치해도 좋다.
또한 플라스마 가스 통로(26)의 구조는 상관이 없다. 또, 내측 가스 분출구(56), 외측 가스 분출구(62)의 형상, 개수 등도 상관이 없다.
또한 가열부(18)를 설치하는 것은 불가결하지 않다. 가열부(18)가 없어도 플라스마 처리 능력의 저하를 양호하게 억제 할 수 있다.
<실시예 2>
복합 가스 분출부는 도 8, 9에 나타내는 구조를 이룬 것으로 할 수가 있다. 플라스마 처리 장치의 그 외의 부분에 대해서는 실시예 1과 마찬가지이기 때문에, 같은 부호를 붙이고 설명, 도시 등을 생략한다.
복합 가스 분출부(130)는, (a) 하류측 하우징(140)에 형성되고, y방향으로 긴 형상을 이룬 1개의 내측 가스 분출구(142)와, (b) 커버부(144)에 형성되고, y방향으로 긴 긴 구멍 형상을 이룬 1개의 외측 가스 분출구(146)를 포함한다. 또, 플라스마 가스 통로(148)는, 실시예 1에 있어서의 경우와 마찬가지로 상류측 통로(50)와 하류측 통로(150)를 포함하고, 하류측 통로(150)는 y방향으로 긴 슬릿(slit) 형상을 이룬 분출 통로(152)와, 접속 오목부(154)를 포함한다. 분출 통로(152)의 하단측의 개구가 내측 가스 분출구(142)로 되고, 상단부가 접속 오목부(154)의 저면에 개구한다. 접속 오목부(154)를 통해 상류측 통로(50)와 분출 통로(152)가 연통시켜진다.
또, 외측 가스 분출구(146)의 개구 면적 Sos는 내측 가스 분출구(142)의 개구 면적 Sis보다 크다.
이와 마찬가지로 플라스마 가스의 분출구를 y방향으로 긴 긴 구멍 형상을 이룬 것으로 함으로써, 플라스마 가스를 피처리물 W의 폭 방향으로 균등하게 조사할 수가 있다. 또, 플라스마 가스의 분출구가 y방향으로 긴 긴 구멍 형상을 이룬 것이라도, 마찬가지로 플라스마 가스의 주변에 질소 가스의 층이 형성되어 플라스마 가스가 대기에 접촉하기 어렵게 할 수가 있다.
<실시예 3>
복합 가스 분출부는 도 10에 나타내는 구조를 이룬 것으로 할 수가 있다. 플라스마 처리 장치의 그 외의 부분은 실시예 1과 관련되는 플라스마 처리 장치와 마찬가지이기 때문에, 같은 부호를 붙이고 설명, 도시 등을 생략한다.
복합 가스 분출부(180)는, 실시예 1과 관련되는 플라스마 처리 장치의 구성 요소인 하류측 하우징(20b)에, 실시예 2와 관련되는 플라스마 처리 장치의 구성 요소인 커버부(144)가 장착된 것이고, 하류측 하우징(20b)에 형성된 6개의 내측 가스 분출구(56)와, 커버부(144)에 형성된 긴 구멍 형상을 이룬 1개의 외측 가스 분출구(146)를 포함한다.
또 하류측 하우징(20b)에 형성하는 분출 통로(54z)의 수를 늘리고(7개 이상으로 하고), 도 11에 나타내듯이, 내측 가스 분출구(56)의 수를 7이상으로 할 수도 있다. 이와 같이 내측 가스 분출구(56)의 개수를 늘리고, 간격을 좁게 함으로써, 보호 가스의 층을 한층 더 형성되기 쉽게 할 수가 있다.
<실시예 4>
복합 가스 분출부는 도 12에 나타내는 구조를 이룬 것으로 할 수도 있다. 플라스마 처리 장치의 그 외의 부분은 실시예 1과 관련되는 플라스마 처리 장치와 마찬가지이기 때문에, 같은 부호를 붙이고 설명, 도시 등을 생략한다.
복합 가스 분출부(200)에 있어서는, 실시예 2에 기재의 복합 가스 분출부(130)와 비교하면, 분출 통로의 형상이 다르다. 하류측 하우징(210)에 형성된 슬릿 형상의 분출 통로(212)는 상류측으로부터 하류측을 향해 단면적이 작아지는 형상으로 된다. 즉, 접속 오목부(154)에 개구하는 상류측 통로(214)의 개구 면적 Sa보다 하류측의 개구인 내측 가스 분출구(216)의 개구 면적 Sb가 작게 된다(Sb＜Sa). 그 결과, 내측 가스 분출구(216)의 근방에 있어서, 플라스마 가스의 유속을 크게 할 수가 있어 질소 가스를 양호하게 말려들게 할 수가 있다. 본 실시예에 있어서 접속 오목부(154), 분출 통로(212) 등에 의해 하류측 통로(214)가 구성되고, 하류측 통로(214), 상류측 통로(50) 등에 의해 플라스마 가스 통로(216)가 구성된다.
또 실시예 4에 기재의 기술을 실시예 1, 3의 복합 가스 분출부(110, 180)에 적용할 수도 있다. 즉, 하류측 하우징(20b)에 형성된 분출 통로(54z)의 각각을 상류측으로부터 하류측을 향해 단면적이 작아지는 형상으로 할 수가 있다.
이상, 복수의 실시예에 있어서는 설명하였지만, 그 외에 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지가 변경을 가한 태양으로 실시할 수가 있다.
2 : 플라스마 가스 조사 장치
16 : 플라스마 생성·분출부
20 : 하우징 20a : 상류측 하우징
20b, 140, 210 : 하류측 하우징
26, 148, 216 : 플라스마 가스 통로 28 : 커버
40 : 처리 가스 공급구 42 : 처리 가스원
50 : 상류측 통로 52, 150, 216 : 하류측 통로
54 z, 152, 212 : 분출 통로
56, 142, 216 : 내측 가스 분출구
62, 146 : 외측 가스 분출구
110, 130, 150, 180, 200 : 복합 가스 분출부

Claims (5)

  1. 방전 공간을 구비한 하우징인 내측 하우징에 설치된 내측 가스 분출구로부터, 상기 방전 공간에 있어서 활성화되어 얻어진 플라스마 가스를 분출시키는 플라스마 가스 분출부와,
    상기 내측 하우징과 그 내측 하우징의 적어도 일부를 덮는 상태로 설치된 외측 하우징과의 사이의 보호 가스실에 보호 가스를 공급하는 보호 가스 공급부를 포함하고,
    상기 외측 하우징에 설치된 외측 가스 분출구로부터, 상기 플라스마 가스와 상기 보호 가스를 분출시켜서 피처리물에 조사하는 것을 특징으로 하는 플라스마 가스 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외측 가스 분출구의 개구 면적이 상기 내측 가스 분출구의 개구 면적보다 크게 된 플라스마 가스 조사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내측 하우징에, 일단부가 상기 방전 공간에 개구하는 방전 공간측 통로로 되고, 타단부가 상기 보호 가스실에 개구하는 상기 내측 가스 분출구로 된 플라스마 가스 통로가 형성되고,
    상기 외측 가스 분출구가, 상기 내측 가스 분출구의 하류측에 설치된 플라스마 가스 조사 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 가스 공급부가, 적어도, 상기 외측 하우징의 양측면의 각각의, 상기 내측 하우징에 대향하는 부분에 설치된 한 쌍의 보호 가스 공급구를 포함하는 플라스마 가스 조사 장치.
  5. 방전 공간에 있어서 활성화되어 얻어진 플라스마 가스를 분출시키는 플라스마 가스 분출부와,
    상기 플라스마 가스의 분출에 의해 생기는 감압 영역에 보호 가스를 공급 가능한 보호 가스 공급부를 포함하고,
    상기 플라스마 가스의 분출에 수반하여 상기 보호 가스를 말려들게 하여, 상기 플라스마 가스를 상기 보호 가스와 함께 가스 분출구로부터 분출시켜서 피처리물에 조사하는 것을 특징으로 하는 플라스마 가스 조사 장치.
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