TW202315464A - 電漿處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種先前完全未見的電漿處理裝置100，可容易地應對更廣的用途。電漿處理裝置100設定為包括：固持器3，保持處理對象物W；以及空心陰極電極2，與所述固持器3相向配置，於作為朝向該固持器3的面的電漿生成面2a形成了有底的空心7，且所述電漿處理裝置100以可將電漿生成面為平面的平板陰極電極10與所述空心陰極電極2進行更換的方式構成。

Description

電漿處理裝置

本發明是有關於一種電漿處理裝置，利用電漿對處理對象物實施表面改質或成膜等電漿處理。

此種電漿處理裝置藉由來自陰極電極的放電將導入至真空腔室內的原料氣體製成電漿，對處理對象物實施表面改質或成膜等電漿處理。

此外，如專利文獻1所示，作為所述陰極電極，已知有使用平板陰極電極的類型與使用空心陰極電極的類型，該些類型因電漿的產生態樣稍許不同，故而視處理目的而區分使用。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利5614180號公報

[發明所欲解決之課題]

然而，先前對於用戶而言，若處理目的不同則需要兩種電漿處理裝置，對於廠商而言，必須可製造至少兩個機種的電漿處理裝置，以可應對各種處理目的。 本發明是鑒於所述課題而成，其目的在提供一種先前完全未見的電漿處理裝置，該電漿處理裝置當然可確保有效率且高品質的電漿處理，而且可更容易地應對更廣泛的用途等。 [解決課題之手段]

即，本發明的電漿處理裝置的特徵在於包括：固持器，保持處理對象物；空心陰極電極，與所述固持器相向配置，於作為朝向該固持器的面的電漿生成面形成了有底的空心；以及電位遮蔽板，呈形成有多個貫通孔的平板狀， 所述電位遮蔽板自所述空心陰極電極的電漿生成面遠離既定距離並可裝卸地安裝，並且所述電漿處理裝置以可將電漿生成面為平面的平板陰極電極與所述空心陰極電極進行更換的方式構成。 [發明的效果]

若為此種電漿處理裝置，則藉由使原料氣體的流通路徑通用，從而僅更換空心陰極電極與平板陰極電極便可將電漿處理裝置的類型簡單地變更為空心陰極電極類型與平行平板電極類型的任一個，因而可容易地應對更廣的用途。而且，可利用電位遮蔽板來提高電漿處理品質，並且實現低電力化或週期時間的縮短。

以下，參照圖式對本發明的一實施形態進行說明。

本實施形態的電漿處理裝置100如圖1中示意性表示，包括真空腔室1（以下亦簡稱為腔室1）、於該腔室1內以相互相向的方式配置的空心陰極電極2及固持器3、將所述空心陰極電極2加以冷卻的冷卻機構4、以及對所述空心陰極電極2施加高頻電壓的電源5，藉由來自空心陰極電極2的放電將導入至腔室1內的原料氣體（例如O ₂/Ar）製成電漿，藉此對保持於所述固持器3的處理對象物W進行表面改質處理。

繼而，對各部加以詳述。 所述腔室1為由一對相向壁11、12與其間的側周壁13所形成的可密閉的金屬製品，連接於對其內部空間進行減壓的、未圖示的排氣系統。另外，於其中一個相向壁11安裝有空心陰極電極2，於另一個相向壁12安裝有所述固持器3。而且，於所述側周壁13，形成有導入原料氣體的未圖示的原料氣體導入口。再者，該真空腔室1若提及電位，則經接地。

所述空心陰極電極2例如呈矩形等厚平板。另外，於作為其朝向固持器3側的其中一面的、電漿生成面2a，以矩陣狀規則地設置了有底圓孔狀的空心7，另一個面2b（以下亦稱為背面2b）成為平面。 所述固持器3呈台狀，於朝向空心陰極電極2的面，設有保持所述處理對象物W的保持區域。

所述冷卻機構4包括：金屬製的冷卻體41，為導電體；以及循環機構42，包含使冷媒（此處為作為液體的水）在形成於所述冷卻體41的內部的流路41a中循環流通的泵等。

所述冷卻體41如圖2所示，例如呈具有簷部411的矩形平板狀，其中一個面41b成為輪廓形狀與空心陰極電極2相同的矩形。另外，所述冷卻體41的簷部411以將設於所述真空腔室1的其中一個相向壁11的開口11a堵塞的方式安裝於該相向壁11，並且以該冷卻體41的其中一個面41b突出至真空腔室1內的方式嵌入至該開口11a。再者，圖2中符號6為呈矩形環狀的絕緣體，為了將冷卻體41與真空腔室1加以電性絕緣，而介置於該冷卻體41與相向壁11之間。

另外，如上文所述，於突出至真空腔室1內的冷卻體41的其中一個面41b，藉由既定的安裝結構8密接地安裝有所述空心陰極電極2的背面2b。

所謂該安裝結構8，例如針對設置於所述冷卻體41的其中一個面的多處的螺孔（未圖示），經由在所述空心陰極電極2的對應部位貫通的多個螺桿穿插孔（未圖示）分別緊固螺桿（未圖示），藉此將空心陰極電極2可裝卸地安裝於所述冷卻體41。當然，安裝結構8不限於此，例如也可利用夾頭等而設為可裝卸。

進而，所述實施形態中，如圖1、圖2所示，電位遮蔽板9配設於空心陰極電極2與固持器3之間。該電位遮蔽板9例如呈大於所述空心陰極電極2的矩形等厚平板狀，以與空心陰極電極2接近相向的方式配置。

具體而言，如圖2所示，設置有自設於所述相向壁11的開口11a的周緣部向內側一體地突出的保持體14，於該保持體14的頂端部，藉由螺桿等可裝卸地安裝有所述電位遮蔽板9的周緣部。藉此，電位遮蔽板9的電位維持於與真空腔室1相同的接地電位。而且，於該電位遮蔽板9，如圖2等所示，於與所述空心陰極電極2的各空心7同軸的位置，分別設置有較該空心7更為大徑的貫通孔91。

電源5經由冷卻體41向所述空心陰極電極2供給高頻電力。

再者，本實施形態的電漿處理裝置100如圖3所示，包括可與所述空心陰極電極2進行更換的平板陰極電極10。 該平板陰極電極10為平面視與所述空心陰極電極2呈大致相同形狀的矩形等厚平板狀，朝向固持器3側的電漿生成面10a為平面。 另外，可利用與空心陰極電極2通用的安裝結構8，使該平板陰極電極10可裝卸地密接於所述冷卻體41。

具體而言，於該平板陰極電極10，於與所述空心陰極電極2的螺桿穿插孔相同的位置設置有螺桿穿插孔，與空心陰極電極2同樣地，藉由在冷卻體41的螺孔緊固穿過所述螺桿穿插孔的螺桿，從而可將平板陰極電極10的背面10b可裝卸地安裝於所述冷卻體41的端面41b。再者，於安裝有平板陰極電極10的情形時，電位遮蔽板9卸除。

繼而，對使用所述電漿處理裝置100的電漿處理（表面改質）方法加以簡單說明。

首先，對安裝有空心陰極電極2及電位遮蔽板9的情形（圖1）加以描述。 於在固持器3上配置有處理對象物W的狀態下，自未圖示的原料氣體導入口向真空腔室1內導入原料氣體，並且驅動電源5，向空心陰極電極2供給高頻電力。

藉此，於空心陰極電極2與電位遮蔽板9之間，尤其是空心陰極電極2的空心7內或其附近產生放電而原料氣體形成電漿，該電漿通過電位遮蔽板9的貫通孔91到達處理對象物W，對該處理對象物W的表面進行改質。

於使用平板陰極電極10的情形時，將所述空心陰極電極2及電位遮蔽板9卸除，如圖3所示，於冷卻體41的一面安裝平板陰極電極10。

繼而，與空心陰極電極2的情形同樣地，於固持器3上配置處理對象物W後，自原料氣體導入口向真空腔室1內導入原料氣體，並且驅動電源5，向平板陰極電極10供給高頻電力。

藉此，於平板陰極電極10與固持器3之間產生輝光放電，原料氣體形成電漿而對處理對象物W的表面進行改質。當然，亦可利用原料氣體分子對處理對象物W進行成膜。

根據以上所述的結構，僅對冷卻體41安裝空心陰極電極2或平板陰極電極10的任一個，便可在幾乎不改變真空腔室1、固持器3、原料氣體的供給路徑等其他結構的情況下，將電漿處理裝置100的類型容易地變更為空心陰極電極類型與平行平板電極類型的任一個。

因此，對於用戶而言，可將電漿處理裝置100變更為與處理目的相應的類型，因而其用途大幅度地擴展。 而且，對於廠商而言，僅更換電極便可製造兩個類型的電漿處理裝置100，因而可靈活且迅速應對來自用戶的訂購，並且亦可藉由使構件通用從而實現成本削減。

進而，本實施形態中，空心陰極電極2與電位遮蔽板9成套，因而於更換電極時，需要裝卸電位遮蔽板9，而由於腔室1接地，因此僅利用螺桿等將電位遮蔽板9直接安裝於該腔室1（自其一體地突出的所述保持體14）即可，其裝卸不耗費大量的工夫，而且亦無需用以將該電位遮蔽板9維持於接地電位的特殊配線等。

而且，冷卻體41與空心陰極電極2的整個背面2b及平板陰極電極10的整個背面10b進行面密接，因而可將該些電極2、10均勻地冷卻，抑制其熱變形等，可進行有效率且高品質的電漿處理。

進而，本實施形態中，使電位遮蔽板9介置於空心陰極電極2與固持器3之間，因而不僅抑制平行平板型放電（CCP）的產生，而且可抑制由此所致的處理對象物W的溫度上升，例如即便處理對象物W為塑膠材料等，亦可避免其變形或熔融的問題。

再者，下述表中示出下述情形的剝離強度評價結果，即：使用所述空心陰極電極2進行作為處理對象物W的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，ABS）基板的表面改質，進而於其上藉由濺鍍將銅（Cu）加以成膜。比較對象為圖4所示的具有先前型的空心陰極電極的電漿處理裝置。

[表1]

	高頻電力 （kW）	放電時間 （sec）	密接強度 （N/cm）
先前型電漿處理裝置	2.1	60	33.0
本電漿處理裝置	1.0	60	33.9
本電漿處理裝置	1.5	60	38.5
本電漿處理裝置	1.5	30	39.8

如由所述結果表明，與先前型相比，根據本實施形態的電漿處理裝置100，能以一半以下的電力獲得大致同等的密接強度，或亦可縮短放電時間而縮短週期時間（cycle time）。

以上所述的本實施形態的特徵可如下般總結。 （1）本實施形態的電漿處理裝置100的特徵在於包括：固持器3，保持處理對象物W；空心陰極電極2，與所述固持器3相向配置，於作為朝向該固持器3的面的電漿生成面2a形成了有底的空心7；以及電位遮蔽板9，自所述電漿生成面2a遠離既定距離並可裝卸地安裝，並且呈形成有多個貫通孔91的平板狀，並且 所述電漿處理裝置100以電漿生成面2a為平面的平板陰極電極10可與所述空心陰極電極2進行更換的方式構成。

（2）為了實現電位遮蔽板9的裝卸結構的簡化，較佳為更包括：腔室1，收容所述空心陰極電極2及電位遮蔽板9，經設定為接地電位等基準電位，所述空心陰極電極2藉由絕緣構件而安裝於所述腔室1，並且所述電位遮蔽板9直接安裝於所述腔室1。

（3）作為用以使更換變容易的具體實施態樣，可列舉：更包括安裝有所述空心陰極電極2並將其冷卻的冷卻體41，對於所述冷卻體41，以可與所述空心陰極電極2進行更換的方式安裝有所述平板陰極電極10。

（4）為了使空心陰極電極2與平板陰極電極10的更換變得更容易且實現零件數等的削減，較理想為使空心陰極電極2對所述冷卻體41的安裝結構8與所述平板陰極電極10對該冷卻機構4的安裝結構8通用。

（5）為了使陰極電極2、陰極電極10可直接連接於所述冷卻體41而實現所述安裝結構8的簡化，較佳為所述冷卻體41由導電體形成，用以進行電漿放電的高頻電源經由該冷卻體41連接於所述陰極電極2、陰極電極10。

再者，本發明不限於所述實施形態。 例如，各陰極電極的形狀不限於圓形狀，亦可為矩形狀或多邊形狀等。冷卻體的形狀亦可進行各種變更，冷卻機構亦不限於液冷式，亦可為利用空冷式或冷凍循環等。而且，亦可使用溫水進行調溫至70度左右。 空心的形狀只要為有底凹部即可，例如亦可為矩形狀的孔或槽。

各陰極電極對冷卻體的安裝結構或電位遮蔽板的安裝結構亦不限於所述實施形態。 固持器或電位遮蔽板不僅為接地電位，亦可設定為其他電位，不限於高頻電源，亦可為直流電源。 電漿處理不限於表面改質處理，亦可為成膜或蝕刻。例如，亦可導入CH ₄氣體作為原料氣體進行類鑽碳（Diamond Like Carbon，DLC）成膜，或導入Ar氣體進行蝕刻。 此外，本發明不限於以上所述的圖示例或說明，可於不偏離其主旨的範圍內進行各種變形。 [產業上的可利用性]

由於僅更換空心陰極電極與平板陰極電極便可將電漿處理裝置的類型簡單地變更為空心陰極電極類型與平行平板電極類型的任一個，因而可容易地應對更廣的用途。而且，可利用電位遮蔽板來提高電漿處理品質，並且實現低電力化或週期時間的縮短。

1:腔室 2:空心陰極電極 2a、10a:電漿生成面 2b、10b:背面（電漿生成面反面） 3:固持器 4:冷卻機構 5:電源 6:絕緣體 7:空心 8:安裝結構 9:電位遮蔽板 10:平板陰極電極 11、12:相向壁 11a:開口 13:側周壁 14:保持體 41:冷卻體 41a:流路 41b:其中一個面 42:循環機構 91:貫通孔 100:電漿處理裝置 411:簷部 W:處理對象物

圖1是本發明的一實施形態的電漿處理裝置的示意性剖面圖。 圖2是於所述實施形態的電漿處理裝置安裝有空心陰極電極時的部分縱剖面圖（a）、及自下方觀看空心陰極電極的部分平面圖（b）。 圖3是於所述實施形態的電漿處理裝置安裝有平板陰極電極時的部分縱剖面圖（a）、及自下方觀看空心陰極電極的部分平面圖（b）。 圖4是先前的電漿處理裝置的示意性剖面圖。

1:腔室

2:空心陰極電極

2a:電漿生成面

2b:背面(電漿生成面反面)

3:固持器

4:冷卻機構

5:電源

7:空心

9:電位遮蔽板

11、12:相向壁

13:側周壁

41:冷卻體

41a:流路

42:循環機構

91:貫通孔

100:電漿處理裝置

W:處理對象物

Claims (5)

1. 一種電漿處理裝置，包括： 固持器，保持處理對象物； 空心陰極電極，與所述固持器相向配置，於作為朝向所述固持器的面的電漿生成面形成了有底的空心；以及 電位遮蔽板，自所述空心陰極電極的電漿生成面遠離既定距離並以能夠裝卸的方式安裝，並且呈形成有多個貫通孔的平板狀，且 所述電漿處理裝置以能夠將電漿生成面為平面的平板陰極電極與所述空心陰極電極進行更換的方式構成。
2. 如請求項1所述的電漿處理裝置，更包括： 腔室，收容所述空心陰極電極及電位遮蔽板，所述空心陰極電極藉由絕緣構件安裝於所述腔室，並且所述電位遮蔽板直接安裝於所述腔室。
3. 如請求項1或請求項2所述的電漿處理裝置，更包括： 冷卻體，安裝有所述空心陰極電極並將所述空心陰極電極加以冷卻， 對於所述冷卻體，以能夠與所述空心陰極電極進行更換的方式安裝有所述平板陰極電極。
4. 如請求項3所述的電漿處理裝置，其中空心陰極電極對所述冷卻體的安裝結構與所述平板陰極電極對所述冷卻機構的安裝結構通用。
5. 如請求項3所述的電漿處理裝置，其中所述冷卻體由導電體所形成，用以進行電漿放電的電源經由所述冷卻體連接於所述空心陰極電極。

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