(57)【要約】【課題】クリーニングを簡単に行うことができるプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】内部にプロセスガスが流通するガス流路１１１を有する胴部１１０と、電力が印可されることにより、ガス流路１１１内のプロセスガスにプラズマを発生させる第１の電極１４０及び第２の電極１５０とを有し、胴部１１０は、プラズマが発生したプラズマ領域Ｐにおいて生成された生成物を、胴部１１０外の処理対象物Ｓに供給するために排出する排出部１１２を有し、第１の電極１４０及び第２の電極１５０の一方は、排出部１１２から離隔した位置と、排出部１１２との間で移動可能に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にプロセスガスが流通するガス流路を有する胴部と、
電力が印可されることにより、前記ガス流路内のプロセスガスにプラズマを発生させる第１の電極及び第２の電極と、
を有し、
前記胴部は、前記プラズマが発生したプラズマ領域において生成された生成物を、前記胴部外の処理対象物に供給するために排出する排出部を有し、
前記第１の電極及び前記第２の電極の一方は、前記排出部から離隔した位置と、前記排出部との間で移動可能に設けられていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記ガス流路に、水蒸気を供給する水蒸気供給部を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記排出部の開口した縁部を覆い、前記開口から排出された生成物の流路を、前記排出部の外側面まで延長させるキャップを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記ガス流路を減圧する排気部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記ガス流路が、大気開放されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池などのさまざまな電子デバイスの製造においては、ウエハ等の基板に対して、プラズマ処理が行われている。このようなプラズマ処理を行う装置の中には、リモートプラズマ方式の装置がある。リモートプラズマ方式とは、基板等の処理対象物をプラズマ源から離隔した位置に置き、プラズマで発生した生成物を処理対象物に照射することによって、エッチングや堆積などの処理を行う方式である。このリモートプラズマ方式では、処理対象物とプラズマ源とが離隔しているため、プラズマで発生した生成物のうち、イオンのエネルギーが処理対象物に到達するまでに緩和される。このため、処理対象物の表面に対するイオンによるダメージを抑えることができる。
【０００３】
リモートプラズマ方式を採用したプラズマ処理装置には、減圧下でプラズマを発生させる減圧プラズマ装置と、大気圧下またはその近傍の圧力下でプラズマを発生させる大気圧プラズマ装置がある。ここで、エッチング処理を行うための減圧プラズマ装置の一例を説明する。この減圧プラズマ装置は、処理対象物の基板上に形成された薄膜をエッチングするエッチング部と、プラズマを発生させるプラズマ発生部とを分離し、これらを輸送管で接続したエッチング装置である。
【０００４】
このようなエッチング装置では、プラズマ発生部でプロセスガスが電離することにより、イオン、電子、ラジカル等の生成物が生成される。生成物は、プロセスガスの流れに従って、輸送管を介してエッチング部まで輸送される。すると、輸送管内を輸送される間に、イオンや電子は失活し、基板表面には主にラジカルが届けられる。このため、基板表面に届くイオンが低減されるので、基板表面にダメージを与えること無く、ラジカルによるケミカルドライエッチングが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０４６３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のようなプラズマ処理装置においては、プラズマ発生部で生成されるイオンやラジカルの中に、プラズマ発生部の先端の内壁や輸送管の内壁に付着し、膜を形成するものが存在する。すると、エッチング処理を実行するに伴い、これらの内壁に形成される膜の厚み（以下、膜厚という）が厚くなる。膜厚が厚くなるに伴い、膜応力も増加し、膜応力がある値を超えた瞬間に内壁から剥がれて、パーティクルとなる。このようなパーティクルはエッチング部において汚染源となる。このため、プラズマ発生部の先端のノズルや輸送管を定期的に交換したり、ノズルや輸送管を取り外して内壁をクリーニングする必要がある。しかし、ノズルや輸送管の交換や内壁のクリーニングには、非常に手間と時間がかかり、連続的なエッチング処理の効率が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、クリーニングを簡単に行うことができるプラズマ発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ発生装置は、内部にプロセスガスが流通するガス流路を有する胴部と、電力が印可されることにより、前記ガス流路内のプロセスガスにプラズマを発生させる第１の電極及び第２の電極と、を有し、前記胴部は、前記プラズマが発生したプラズマ領域において生成された生成物を、前記胴部外の処理対象物に供給するために排出する排出部を有し、前記第１の電極及び前記第２の電極の一方は、前記排出部から離隔した位置と、前記排出部との間で移動可能に設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クリーニングを簡単に行うことが可能なプラズマ発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態のプラズマ処理時を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態のクリーニング時を示す構成図である。
【図３】第２の実施形態のプラズマ処理時を示す構成図である。
【図４】第２の実施形態のクリーニング時を示す構成図である。
【図５】第２の実施形態の変形例を示す構成図である。
【図６】図５のキャップによるクリーニング時を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
［概要］
以下、第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のプラズマ発生装置１は、プロセスガスにプラズマを発生させる装置である。プラズマが発生する領域であるプラズマ領域Ｐは、放電によりプロセスガスが電離して、イオン、電子、ラジカルなどの生成物が生成される領域である。ここでいうラジカルとは、不対電子を持つ分子や原子のことである。このように、プラズマ領域Ｐは、生成物の生成源となる領域である。プラズマ発生装置１において生成された生成物のうちのラジカルは、処理対象物Ｓを収容した真空処理部２に供給され、処理対象物Ｓに対する処理が行われる。つまり、本実施形態のプラズマ発生装置１は、リモートプラズマ方式の装置である。また、プラズマ発生装置１及び真空処理部２は、制御装置３によって制御される。
【００１２】
［処理対象物］
処理対象物Ｓは、プラズマにより生成されたラジカルにより、各種の処理が行われる物体である。例えば、金属、樹脂、セラミクス等を処理対象物Ｓとすることができる。本実施形態の処理対象物Ｓは、半導体ウエハ等の基板である。処理対象物Ｓに対して行われる処理は、エッチング処理である。
【００１３】
［プラズマ発生装置］
プラズマ発生装置１は、図１及び図２に示すように、胴部１１０、ガス供給部１２０、水蒸気供給部１３０、第１の電極１４０、第２の電極１５０、電源１６０を有する。なお、図１及び図２における胴部１１０は透視図である。
【００１４】
（胴部）
胴部１１０は、内部にプロセスガスが流通するガス流路１１１を有する部材である。胴部１１０は、管状体の部材であり、プロセスガスにプラズマを発生させるための放電が生じる放電管である。胴部１１０は、例えば、ガラス又はアルミナにより形成されている。管状体である胴部１１０の内部の空間が、ガス流路１１１を構成する。なお、本実施形態においては、胴部１１０は、軸方向が水平となるように配置されている。
【００１５】
胴部１１０は、プラズマが発生したプラズマ領域Ｐにおいて生成された生成物を、胴部１１０外の処理対象物Ｓに供給するために排出する排出部１１２を有する。本実施形態の排出部１１２は、管状体である胴部１１０の一端が縮径した部分である。排出部１１２は、ノズル１１２ａを含む。ノズル１１２ａは、胴部１１０の縮径した部分のうち、さらに軸方向に延び、先端に開口が設けられた円筒形状の部分である。排出部１１２及びノズル１１２ａの一方又は双方は、胴部１１０と連続的に構成されていても、胴部１１０に着脱可能に設けられ、交換できるように構成されていてもよい。
【００１６】
以下の説明では、胴部１１０において、排出部１１２が設けられた一端側をガス排出側と呼ぶ。なお、排出部１１２は、プラズマ処理時に生成物が通過する領域であり、プラズマ処理時のプラズマ領域Ｐからは離隔している。プラズマ処理時のプラズマ領域Ｐから離隔している箇所であればよいため、排出部１１２は、胴部１１０が縮径した部分には限定されない。つまり、排出部１１２は、プラズマ処理時のプラズマ領域Ｐに晒されず、膜が堆積する領域であればよい。また、ノズル１１２ａのみを排出部１１２と捉えることもできる。
【００１７】
（ガス供給部）
ガス供給部１２０は、胴部１１０内のガス流路１１１にプロセスガスを供給する装置である。プロセスガスとしては、放電によりプラズマが発生するガスであればよい。例えば、処理対象物Ｓの表面を改質させたい場合には、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガス、Ｏ２、Ｎ２又はこれらを混合したガスを用いることができる。本実施形態では、真空処理部２においてエッチング処理を行うために、プロセスガスとしてＮＦ４、ＣＦ４を用いる。
【００１８】
ガス供給部１２０は、ガス源１２１Ａ、１２１Ｂ、調節部１２２Ａ、１２２Ｂ、開閉部１２３Ａ、１２３Ｂを有する。ガス源１２１Ａ、１２１Ｂは、プロセスガスを貯留したボンベである。本実施形態のガス源１２１ＡはＮＦ４を貯留し、ガス源１２１ＢはＣＦ４を貯留している。調節部１２２Ａ、１２２Ｂは、ガス源１２１Ａ、１２１Ｂからのガスの流量を調整する装置である。調節部１２２Ａ、１２２Ｂは、流体の流量を計測する質量流量計と、流量を制御する電磁弁を有するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）により構成される。開閉部１２３Ａ、１２３Ｂは、プロセスガスの流路を開閉する弁である。
【００１９】
水蒸気供給部１３０は、胴部１１０内のガス流路１１１に水蒸気を供給する装置である。水蒸気供給部１３０は、水蒸気源１３１、調節部１３２、開閉部１３３を有する。水蒸気源１３１は、水を加熱することにより水蒸気を発生させる水蒸気発生装置である。調節部１３２は、水蒸気源１３１からの水蒸気の流量を調整する装置である。調節部１３２は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）により構成される。開閉部１３３は、水蒸気の流路を開閉する弁である。
【００２０】
ガス源１２１Ａ、ガス源１２１Ｂ、水蒸気源１３１は、それぞれが配管によって、調節部１２２Ａ、１２２Ｂ、１３２、開閉部１２３Ａ、１２３Ｂ、１３３に接続されている。これらの配管は、収束されて胴部１１０の導入口１１３に接続されている。つまり、ガス源１２１Ａ、ガス源１２１Ｂからのプロセスガス、水蒸気源１３１からの水蒸気は、共通の導入口１１３から胴部１１０のガス流路１１１に導入される。このようなプロセスガス、水蒸気の導入位置は、胴部１１０のガス排出側と反対側である。胴部１１０の導入位置に近い端部側をガス導入側と呼ぶ。胴部１１０のガス導入側は、気密に封止されている。
【００２１】
（第１の電極、第２の電極）
第１の電極１４０、第２の電極１５０は、電力が印加されることにより、ガス流路１１１内のプロセスガスにプラズマを発生させる。つまり、第１の電極１４０、第２の電極１５０は、電力の印加によりガス流路１１１に放電を生じさせて、プロセスガスを電離させる。第１の電極１４０は、棒状の導電性の部材であり、胴部１１０のガス導入側の端部から挿入されて、ガス流路１１１内に延びている。第１の電極１４０は、例えば、タングステンにより形成されている。
【００２２】
第２の電極１５０は、排出部１１２から離隔した位置と、排出部１１２との間で移動可能に設けられている。第２の電極１５０は、リング状の導電性の部材であり、胴部１１０の外周に沿って設けられている。そして、第２の電極１５０は、胴部１１０の軸方向に沿って移動可能に設けられている。つまり、作業員が、第２の電極１５０を胴部１１０の長手方向に沿ってスライド移動させることができる。また、図示はしないが、絶縁性のスペーサを、第２の電極１５０の内周と胴部１１０の外周との間に挟むことにより、胴部１１０の所望の位置に位置決めできる。例えば、胴部１１０の大径の部分、小径のノズル１１２ａの部分等、第２の電極１５０の内周と胴部１１０の外周との間隔に応じた厚さを有するスペーサを複数用意して、それぞれの位置において位置決めできるようにするとよい。この場合、第２の電極１５０は、胴部１１０と同軸に位置決めされることが好ましい。第２の電極１５０は、例えば、ＮｉめっきされたＳＵＳにより形成されている。
【００２３】
（電源）
電源１６０は、第１の電極１４０、第２の電極１５０に電力を印加する電源である。電源１６０としては、例えば、プラズマ生成用の高周波電源を用いる。本実施形態では、第２の電極１５０が接地側となっている。つまり、第１の電極１４０は主電極であり、第２の電極１５０は、胴部１１０を同電位の接地電位で囲み、もれ電流を防ぐガード電極として機能する。
【００２４】
［真空処理部］
真空処理部２は、チャンバ２１０、支持台２２０、分散板２３０、排気部２４０を有する。チャンバ２１０は、内部を密閉して真空とすることが可能な処理室２１１を有する容器である。チャンバ２１０は、図示しないロードロック室を介して、処理室２１１の減圧状態を維持しつつ、処理対象物Ｓを出し入れ可能に設けられている。なお、図示はしないが、処理室２１１への処理対象物Ｓの出し入れは、ロボットアーム等の搬送装置によって行う。
【００２５】
チャンバ２１０は、供給口２１２、排気口２１３を有する。供給口２１２は、プラズマ発生装置１から排出されたラジカルが供給される開口である。排気口２１３は、排気により減圧を行うための開口である。
【００２６】
支持台２２０は、チャンバ２１０内に搬入された処理対象物Ｓを支持する台である。分散板２３０は、ラジカルが通過可能な複数の孔２３１が、均等に分散して形成された板である。分散板２３０は、処理対象物Ｓの処理面に離隔して対向する位置に固定され、処理室２１１を区分する。処理室２１１は、分散板２３０によって、ラジカルが供給される供給室２１１Ａと、ラジカルが処理対象物Ｓに照射される照射室２１１Ｂとに区分される。供給口２１２は供給室２１１Ａに連通し、排気口２１３は照射室２１１Ｂに連通している。
【００２７】
供給口２１２は、輸送管２１４を介して、胴部１１０の排出部１１２に接続されている。輸送管２１４は、プラズマからの生成物、主としてラジカルが流通可能な管である。本実施形態では、ノズル１１２ａの先端に、輸送管２１４が接続されている。このため、排出部１１２から排出されたラジカルが、輸送管２１４を介して供給室２１１Ａに供給される。排気口２１３は、排気管２１５を介して、排気部２４０に接続されている。排気部２４０は、真空ポンプ、バルブ等を含む空気圧回路である。排気部２４０による排気により、処理室２１１内が減圧されて真空となる。なお、排気部２４０は、処理室２１１を介して、胴部１１０内のガス流路１１１も減圧する。
【００２８】
［制御装置］
制御装置３は、プラズマ発生装置１、真空処理部２の動作を制御する装置である。制御装置３は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって実現できる。
【００２９】
制御装置３は、プラズマ発生装置１のガス供給部１２０、水蒸気供給部１３０、電源１６０、真空処理部２のロードロック室、搬送装置、排気部２４０等を制御する。つまり、制御装置３は、開閉部１２３Ａ、１２３Ｂ、１３３を制御することにより供給するプロセスガス、水蒸気の選択を行い、調節部１２２Ａ、１２２Ｂ、１３２を制御することによりプロセスガス、水蒸気の単位時間当たりの流量を制御し、電源１６０による印加電力を調整することによりプラズマ中の電界強度を制御し、処理室２１１への搬送装置による処理対象物Ｓの出し入れ、排気部２４０による排気等を制御する。
【００３０】
また、制御装置３は、プラズマ発生装置１の処理に必要な演算を行う演算部、処理に必要な各種の情報を記憶する記憶部、制御対象となる各部との間での信号の変換や入出力を制御するインタフェースを有する。さらに、制御装置３は、装置の状態を確認するためのディスプレイ、ランプ、メータ、ブザー、スピーカ等の出力装置、作業者が、プラズマ発生装置１の動作に必要な情報を入力するためのスイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力装置も有する。
【００３１】
例えば、制御装置３は、出力装置によって、クリーニングの時期が到来したかどうかを報知することができる。つまり、制御装置３は、プラズマ処理の時間等に基づいて算出される累積処理時間が、あらかじめ設定された処理時間を超えた場合に、ディスプレイの表示、ランプの点灯、メータ表示、ブザー、スピーカからの音等により、クリーニングの時期が到来したことを報知することができる。
【００３２】
［動作］
以上のような本実施形態のプラズマ発生装置１、真空処理部２の動作を、図１に加えて、図２を参照して説明する。
【００３３】
（プラズマ処理）
処理対象物Ｓに対するプラズマ処理を行う場合、図１に示すように、第２の電極１５０は、排出部１１２から離隔した位置にある。そして、排気部２４０による排気を行うことにより、真空処理部２の処理室２１１、プラズマ発生装置１のガス流路１１１を所定の圧力まで減圧する。搬送装置によって、ロードロック室を介して処理対象物Ｓを処理室２１１内に挿入して、支持台２２０に載置する。
【００３４】
このような状態で、開閉部１２３Ａ及び開閉部１２３Ｂを開き、ガス源１２１Ａ及びガス源１２１Ｂからのプロセスガスを、導入位置からガス流路１１１に導入する。本実施形態では、ＮＦ４及びＣＦ４を導入する。そして、電源１６０により、第１の電極１４０、第２の電極１５０に電力を印加する。すると、ガス流路１１１内に放電が生じて、プロセスガスが電離する。つまり、プラズマが点火する。
【００３５】
このプラズマが発生したプラズマ領域Ｐにおいて、イオン、電子、ラジカル等の生成物が生成される。例えば、プロセスガスとしてＣＦ４を用いた場合、ＣＦ３、ＣＦ２、ＣＦ、Ｆ、Ｃなどの複数種のラジカルが生成される。これらの生成物は、ガス流路１１１、輸送管２１４を介して、真空処理部２の供給室２１１Ａに供給される。生成物は、プラズマ領域Ｐから排出部１１２に移動する過程で、イオンや電子が失活して、主にラジカルが供給室２１１Ａに供給される。このように供給されたラジカルは、分散板２３０の孔２３１を介して、照射室２１１Ｂの処理対象物Ｓの表面に分散されて照射される。
【００３６】
これにより、イオンにより処理対象物Ｓの表面にダメージを与えることなく、ラジカルによるケミカルドライエッチングが行われる。その後、電源１６０による電力の印加を停止してプラズマを消火する。また、開閉部１２３Ａ及び開閉部１２３Ｂを閉じて、ガス源１２１Ａ又はガス源１２１Ｂからのプロセスガスの供給を停止する。そして、搬送装置によって、ロードロック室を介して処理対象物Ｓを処理室２１１から取り出す。
【００３７】
（クリーニング処理）
以上のようなプラズマ処理を継続的に行うことにより、排出部１１２の内壁には、膜が付着、堆積する。以下、このような膜を、クリーニングにより除去する処理を説明する。なお、処理対象物Ｓの替わりに、あらかじめ支持台２２０にダミー基板を載置して、剥離した膜が支持台２２０に付着することを防止することが好ましい。図２に示すように、クリーニングを行う場合、第２の電極１５０を、排出部１１２の周囲まで移動させる。そして、開閉部１２３Ａ、１２３Ｂ、１３３を閉じた状態で、排気部２４０によって処理室２１１及びガス流路１１１を減圧する。続いて、開閉部１３３を開いて、水蒸気源１３１からの水蒸気を、導入位置からガス流路１１１に導入する。また、開閉部１２３Ａ及び開閉部１２３Ｂを開いて、プロセスガスを導入位置からガス流路１１１に導入する。そして、電源１６０により、第１の電極１４０、第２の電極１５０に電力を印加する。
【００３８】
すると、ガス流路１１１内に放電が生じて、プロセスガスが電離してプラズマが点火する。図２に示すように、第２の電極１５０は排出部１１２の周囲にあるため、プラズマが発生したプラズマ領域Ｐは、排出部１１２まで拡張する。このため、プラズマ領域Ｐが排出部１１２内に達して、水蒸気から生成された過酸化水素による有機物の分解、ラジカルによるエッチング、プラズマの熱エネルギー等によって、排出部１１２に堆積した膜がクリーニングされる。また、より具体的には、イオンがガス流路１１１内に衝突する衝撃で、付着した膜がスパッタされること、付着した膜は主にカーボン（Ｃ）で形成されているので、Ｈ２Ｏの酸素と反応してＣＯ２として排出されること等により、クリーニングがなされる。さらに、ＦやＮがＨ２Ｏの水素と反応してＨＦやＮＨ３として排出されることも考えられる。
【００３９】
その後、電源１６０による電力の印加を停止してプラズマを消火する。また、開閉部１２３Ａ、開閉部１２３Ｂ及び開閉部１３３を閉じて、ガス源１２１Ａ及びガス源１２１Ｂからのプロセスガス、水蒸気源１３１からの水蒸気の供給を停止する。そして、第２の電極１５０を排出部１１２から離隔した位置に戻す。
【００４０】
［作用効果］
（１）本実施形態は、内部にプロセスガスが流通するガス流路１１１を有する胴部１１０と、電力が印可されることにより、ガス流路１１１内のプロセスガスにプラズマを発生させる第１の電極１４０及び第２の電極１５０とを有し、胴部１１０は、プラズマが発生したプラズマ領域Ｐにおいて生成された生成物を、胴部１１０外の処理対象物Ｓに供給するために排出する排出部１１２を有し、第２の電極１５０は、排出部１１２から離隔した位置と、排出部１１２との間で移動可能に設けられている。
【００４１】
このため、第２の電極１５０を移動させて、プラズマ領域Ｐを排出部１１２まで拡張させることができるので、排出部１１２の内壁に付着、堆積した膜を簡単にクリーニングすることができる。排出部１１２又はノズル１１２ａが胴部１１０に着脱可能でない場合には、胴部１１０の寿命を延ばすことができる。排出部１１２又はノズル１１２ａが着脱可能な場合であっても、取り外して洗浄する手間がかからず、交換の回数も低減することができる。さらに、排出部１１２に接続された輸送管２１４についても、洗浄や交換の手間を低減することができる。
【００４２】
なお、リモートプラズマ方式においては、所望の生成物のみが処理対象物Ｓに供給されるように、生成物の供給位置とプラズマ領域Ｐを離隔させる必要がある。このため、プラズマを発生させるための電極は、生成物の供給位置から離隔した位置に固定させることが技術常識である。
【００４３】
発明者らは、鋭意検討した結果、リモートプラズマ方式においては、生成物の供給位置から離隔して固定すべき電極を、敢えて可動とすることにより、電極を供給位置に移動させて、供給位置をプラズマ領域Ｐとして、プラズマによる供給位置のクリーニングができるようにした。つまり、クリーニング時に、プラズマ領域Ｐを、生成物の供給時よりも拡張させることができるようにしている。
【００４４】
なお、別途、クリーニングのためのプラズマ発生装置を、生成物の供給箇所に設けることは、装置が大がかりとなり、コストが増大する。本実施形態では、プラズマ発生装置を増設する必要がなく、コストを抑えることができる。
【００４５】
（２）本実施形態は、ガス流路１１１に、水蒸気を供給する水蒸気供給部１３０を有する。このため、クリーニング時に、水蒸気を供給することにより、プラズマにより生成される過酸化水素によって、膜の有機物を分解して、膜の剥離を促進することができる。
【００４６】
（３）本実施形態は、ガス流路１１１を減圧する排気部２４０を有する。このため、減圧下で胴部１１０内にプラズマを発生させることができ、真空中で処理を行う真空処理装置に適用することができる。真空中であるために、プラズマが点火しやすく、消費電力を抑えることができる。クリーニングの頻度が多くなった場合にも、消費電力を抑えることができる。なお、本実施形態において、排出部１１２と排気部２４０を接続するバイパス経路を設け、排気部２４０と真空処理部２との間の経路を開閉する手段を設けることにより、バイパス経路を介して、剥離した膜が排出されるようにしてもよい。例えば、輸送管２１４と排気管２１５をつなぐバイパス経路である配管を設けて、供給口２１２をバルブなどで閉じる。この状態で、上記のようにクリーニングを行うことにより、バイパス経路を介して剥離した膜が排気部２４０で排気される。これにより、剥離した膜が処理室２１１に入って再付着等することを防止できる。
【００４７】
［第２の実施形態］
第２の実施形態を、図３及び図４を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。
［構成］
本実施形態は、基本的には、第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態のプラズマ発生装置１は、大気圧下でプラズマを発生させる装置である。また、処理対象物Ｓは、繊維、有機溶剤等の有機物を含む樹脂製の基板である。プラズマ発生装置１は、このような処理対象物Ｓに対して、ラジカルを照射することによりエッチングを行う。
【００４８】
上記の第１の実施形態においては、排出部１１２は輸送管２１４を介して、処理室２１１に接続され、ガス流路１１１は外部から遮蔽された空間となっていた。本実施形態では、図３に示すように、排出部１１２の開口、つまりノズル１１２ａの先端の開口が外部に連通しており、大気圧又はこれに近い圧力となっている。つまり、ガス流路１１１は大気開放されている。また、処理対象物Ｓについても、上記の処理室２１１のような密閉された空間ではなく、大気開放された空間に載置されている。さらに、本実施形態のガス源１２１ＡはＡｒを貯留し、ガス源１２１ＢはＯ２を貯留している。
【００４９】
また、本実施形態では、胴部１１０は直立して配置されており、ノズル１１２ａの開口は、処理対象物Ｓに向かう。本実施形態においても、第２の電極１５０は胴部１１０の軸方向に移動可能に設けられ、第２の電極１５０と胴部１１０との間に、絶縁性のスペーサを挟むことによって、所望の位置に位置決めできる。
【００５０】
［動作］
以上のような本実施形態の動作は、以下の通りである。
（プラズマ処理）
処理対象物Ｓに対するプラズマ処理を行う場合、図３に示すように、第２の電極１５０は、排出部１１２から離隔した位置にある。このような状態で、開閉部１２３Ａ及び開閉部１２３Ｂを開き、ガス源１２１Ａ及びガス源１２１Ｂからのプロセスガスを、導入位置からガス流路１１１に導入する。例えば、ガス源１２１ＡからのＡｒ、ガス源１２１ＢからのＯ２を導入する。そして、電源１６０により、第１の電極１４０、第２の電極１５０に電力を印加する。すると、ガス流路１１１内に放電が生じてプラズマが点火する。
【００５１】
このプラズマが発生したプラズマ領域Ｐにおいて、イオン、電子、ラジカル等の生成物が生成される。これらの生成物は、プラズマ領域Ｐからガス流路１１１を介して、排出部１１２から排出される間に、イオンや電子が失活して、ラジカルのみが処理対象物Ｓに照射されて、ケミカルドライエッチングが行われる。エッチング処理後、電源１６０による電力の印加を停止してプラズマを消火する。また、開閉部１２３Ａ及び開閉部１２３Ｂを閉じて、ガス源１２１Ａ及びガス源１２１Ｂからのプロセスガスの供給を停止する。このとき、処理対象物Ｓからエッチングされた原子や分子が排出部１１２内に付着する。例えば、処理対象物Ｓが樹脂やプラスチックといった材料であった場合、有機物が排出部１１２内に付着する。
【００５２】
（クリーニング処理）
次に、排出部１１２の内部をクリーニングする処理を説明する。クリーニング処理を行う場合、図４に示すように、第２の電極１５０を排出部１１２に移動させる。また、載置台には処理対象物Ｓの替わりにダミー基板Ｓｄが載置されている。そして、開閉部１２３Ａ及び開閉部１２３Ｂを開いて、プロセスガスを導入位置からガス流路１１１に導入する。また、開閉部１３３を開いて、水蒸気源１３１からの水蒸気を、導入位置からガス流路１１１に導入する。さらに、電源１６０により、第１の電極１４０、第２の電極１５０に電力を印加する。
【００５３】
すると、ガス流路１１１内に放電が生じてプラズマが点火する。第２の電極１５０は、排出部１１２にあるため、プラズマが発生したプラズマ領域Ｐは、排出部１１２まで拡張する。このため、プラズマ領域Ｐが排出部１１２内に達して、水蒸気から生成された過酸化水素による有機物の分解、ラジカルによるエッチング、プラズマの熱エネルギー等によって、排出部１１２に堆積した膜がクリーニングされる。なお、排気部１１２まで延びたプラズマによって、電子やイオンが載置台に照射されるが、載置台にはダミー基板Ｓｄが載置されているので、ダミー基板Ｓｄによって保護される。
【００５４】
その後、電源１６０による電力の印加を停止してプラズマを消火する。また、開閉部１２３Ａ及び開閉部１２３Ｂを閉じて、ガス源１２１Ａ及びガス源１２１Ｂからのプロセスガスの供給を停止する。そして、第２の電極１５０を排出部１１２から離隔した位置に戻す。
【００５５】
［効果］
以上のような本実施形態では、大気圧プラズマ発生装置においても、排出部１１２の洗浄が可能となる。つまり、第１の実施形態の減圧プラズマ発生装置のように、処理対象物Ｓが、排出部１１２から離れた位置にある場合、処理対象物Ｓから離脱した物質が、排出部１１２に付着するおそれは少ない。しかし、本実施形態のような大気圧プラズマ発生装置の場合、排出部１１２と処理対象物Ｓとの距離が近接している。このため、処理対象物Ｓから離脱した物質が、排出部１１２に付着するおそれがある。例えば、本実施形態のように、処理対象物Ｓが有機物を含む基板の場合、エッチングにより除去された有機物が排出部１１２に付着する。本実施形態では、プラズマ領域Ｐを排出部１１２まで拡張することにより、過酸化水素による有機物の分解も含めて、付着物を効率良く除去できる。なお、胴部１１０を、プラズマ処理を行う位置とは異なるクリーニング位置に移動させてから、クリーニング処理を行ってもよい。これにより、排出部１１２に再度付着物が生じる可能性を低減できる。
【００５６】
［変形例］
以上のような第２の実施形態の変形例を、図５及び図６を参照して説明する。なお、図５及び図６は、キャップ４が断面図となっている。この変形例は、図５に示すように、排出部１１２の開口した縁部を覆い、開口から排出された生成物の流路を、排出部１１２の外側面まで延長させるキャップ４を有する例である。また、変形例では、ガス源１２１ＡはＨｅを貯留している。
【００５７】
キャップ４は、図６に示すように、円柱形状の筐体４１０を有する。筐体４１０は、洗浄室４１１、挿入口４１２、排出口４１３、仕切部４１４を有する。洗浄室４１１は、筐体４１０の内部に形成され、生成物が流入してノズル１１２ａの内壁及び外側面を洗浄するための空間である。
【００５８】
挿入口４１２は、筐体４１０の一面に形成され、ノズル１１２ａが筐体４１０の軸方向に挿入される開口である。挿入口４１２は円形であり、ノズル１１２ａが挿入されると、ノズル１１２ａの外側面と挿入口４１２の内縁との間を封止するＯリング等の密閉部材４１２ａが設けられている。排出口４１３は、ノズル１１２ａから導入された生成物を排出する開口である。排出口４１３は、排気管２１５を介して排気部２４０に接続されている。
【００５９】
筐体４１０の内部の洗浄室４１１には、ノズル１１２ａの外側面を、隙間を空けて囲む有底円筒形状の仕切部４１４が形成されている。仕切部４１４の一部は、図示はしないが、洗浄室４１１の内面に支持されている。この仕切部４１４の内面とノズル１１２ａとの間の隙間が、ノズル１１２ａの先端の開口から排出された生成物を、ノズル１１２ａの外側面に導く流路Ｆ１となる。さらに、仕切部４１４の外面と、洗浄室４１１の内面との間は、流路Ｆ１及び排出口４１３との間を連通する流路Ｆ２となる。
【００６０】
また、本実施形態では、第２の電極１５０を支持する支持機構１５１が設けられている。この支持機構１５１は、図５に示すように、支持部材１５２、支柱部１５３を有する。支持部材１５２は、第２の電極１５０を支持する部材である。支持部材１５２は、絶縁性の材料により形成されたリング状であり、第２の電極１５０と同心に配置され、第２の電極１５０の一面を支持する。
【００６１】
支柱部１５３は、胴部１１０の長手方向に沿って設けられた軸部１５３ａを有している。支持部材１５２は、バネにより付勢されたクリップにより、軸部１５３ａの所望の位置に位置決めすることができる。なお、後述するように、支持機構１５１を、リニアガイドを適用した構成としてもよい。
【００６２】
以上のような変形例では、以下のようにクリーニング処理を行う。まず、キャップ４の挿入口４１２にノズル１１２ａを挿入する。そして、第２の電極１５０を、排出部１１２に移動させる。開閉部１２３Ａ、１２３Ｂ、１３３を閉じた状態で、排気部２４０において、胴部１１０のガス流路１１１内及びキャップ４の洗浄室４１１内を減圧する。続いて、開閉部１３３を開き、水蒸気源１３１からの水蒸気を、ガス流路１１１内に導入する。さらに、開閉部１２３Ａを開き、ガス源１２１ＡからのＨｅを、ガス流路１１１内に導入する。そして、電源１６０によって、第１の電極１４０、第２の電極１５０に電力を印加する。
【００６３】
すると、ガス流路１１１内に放電が生じてプラズマが点火する。第２の電極１５０は、排出部１１２にあるため、プラズマが発生したプラズマ領域Ｐは、排出部１１２まで拡張する。このため、プラズマ領域Ｐが排出部１１２内に達して、水蒸気から生成された過酸化水素による有機物の分解、ラジカルによるエッチング、プラズマの熱エネルギー等によって、排出部１１２に堆積した膜がクリーニングされる。
【００６４】
さらに、ノズル１１２ａはキャップ４に挿入されている。このため、プラズマによる熱エネルギーも含めて、ノズル１１２ａから排出された過酸化水素、ラジカル等が、流路Ｆ１を通過する過程で、ノズル１１２ａの外側面に堆積した膜がクリーニングされる。過酸水素、ラジカル等の生成物は、排気部２４０によって排気される。その後、電源１６０による電力の印加を停止してプラズマを消火する。また、開閉部１２３Ａを閉じて、ガス源１２１Ａからのプロセスガスの供給を停止する。
【００６５】
このような変形例では、キャップ４を用いることにより、排気部２４０の外側面をクリーニングすることができる。つまり、大気圧プラズマ装置においては、上記のように、処理対象物Ｓが、排出部１１２の近傍となるため、処理対象物Ｓから離脱した物質が排出部１１２に付着しやすい。プラズマ領域Ｐを拡張することにより、ノズル１１２ａを含む排出部１１２の内壁のクリーニングは効率良く行うことができる。しかし、排出部１１２の外側面については、生成物やプラズマが届き難くなるため、外側面の膜を効率良く除去できない。本実施形態では、キャップ４により、排出部１１２の開口から排出された生成物の流路を、排出部１１２の外側面まで延長させることができるので、生成物による外側面のクリーニングを行うことができる。
【００６６】
また、この変形例では、第２の電極１５０の移動をガイドする支持機構１５１が設けられている。このため、キャップ４を用いる場合のように、胴部１１０との間で第２の電極１５０を支持する構造を設けることが難しい場合にも、第２の電極１５０を排出部１１２に位置決めすることができる。
【００６７】
［他の実施形態］
（１）支持機構１５１を、図１及び図２、図３及び図４で示した実施形態に適用してもよい。支持機構１５１を、駆動源により回動するボールねじによって、支持部材１５２をリニアガイドに沿って移動させる機構として、制御装置３によって、第２の電極１５０の位置を制御できる構成としてもよい。また、上記の態様では、固定電極を第１の電極１４０と呼び、可動電極を第２の電極１５０と呼んだが、固定電極を第２の電極、可動電極を第１の電極と呼んでもよい。
【００６８】
（２）処理対象物Ｓは、上記で例示したものには限定されない。プラズマにより生成されたラジカルにより、各種の処理が行われる物体であればよい。例えば、生体を処理対象物Ｓとすることもできる。処理は、エッチングには限定されない。例えば、親水化処理、コーティング処理等の表面処理、殺菌処理、分解処理、培養処理等を含む。プロセスガスについても、上記で例示したものには限定されず、処理対象物Ｓ、処理の内容に応じて、種々のものを適用することができる。
【００６９】
（３）以上、本発明の実施形態及び変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７０】
１  プラズマ発生装置
２  真空処理部
３  制御装置
４  キャップ
１１０  胴部
１１１  ガス流路
１１２  排出部
１１２ａ  ノズル
１１３  導入口
１２０  ガス供給部
１２１Ａ、１２１Ｂ  ガス源
１２２Ａ、１２２Ｂ、１３２  調節部
１２３Ａ、１２３Ｂ、１３３  開閉部
１３０  水蒸気供給部
１３１  水蒸気源
１４０  第１の電極
１５０  第２の電極
１５１  支持機構
１５２  支持部材
１５３  支柱部
１５３ａ  軸部
１６０  電源
２１０  チャンバ
２１１  処理室
２１１Ａ  供給室
２１１Ｂ  照射室
２１２  供給口
２１３  排気口
２１４  輸送管
２１５  排気管
２２０  支持台
２３０  分散板
２３１  孔
２４０  排気部
４１０  筐体
４１１  洗浄室
４１２  挿入口
４１２ａ  密閉部材
４１３  排出口
４１４  仕切部
Ｆ１  流路
Ｆ２  流路
Ｐ  プラズマ領域
Ｓ  処理対象物
Ｓｄ  ダミー基板
【図１】
2020155326.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020155326.tif 000007
【図６】
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