(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁的遮蔽をなすケーシング内に、処理用気体を流通させる放電管が形成され、当該放電管の周囲に誘電体にてなる保護部材が配置され、該保護部材の、当該放電管の両側に、一対の電極が配置され、該電極に印加された高周波電圧により励起活性種を得て、ノズルから被処理物上に送り出す局所処理装置であって、
前記ケーシングは前記放電管、前記保護部材、前記一対の電極を内包し、配管、配線用の開口を設けた上で、胴部と底面を閉鎖し、さらに上部を絶縁材料にて閉鎖し、
前記一対の電極の一方にリードが接続され、他方の電極はアース経路に接続され、
前記リードが接続された電極と、前記ケーシングの胴部の間に空間を設けるとともに、前記リードによって形成される伝導経路と、前記ケーシングの胴部の間にも空間を設け、
前記保護部材と前記ケーシングの胴部との間に空間を設け、且つ前記保護部材と前記ケーシングの底部との間にも空間を設けたことを特徴とする局所処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の前記放電管の先端に、着脱可能なノズルチップを有することを特徴とする局所処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物の表面をエッチング、アッシング、改質し又は薄膜を形成する表面処理技術に関し、特に大気圧又はその近傍の圧力下でプラズマに生成される励起活性種を用いて局所的に表面処理をする局所処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、大気圧付近の圧力下でのプラズマ放電により生成される励起活性種を利用することによって、真空設備を必要とせずに低コストで被処理物の表面を様々に処理することができる表面処理技術が知られている。大気圧下でのプラズマによる表面処理には、電極と被処理物間で直接気体放電を生じさせ、これにより発生するプラズマに直接曝露させる直接放電方式と、一対の電極間での気体放電によりプラズマを発生させ、それにより生成される励起活性種に被処理物を曝露させる間接放電方式とがある。
【０００３】
間接放電方式は、直接放電方式に比して処理レートが低いので高出力を要求される場合があるが、チャージアップによる被処理物の損傷の虞がない点で有利である。このような大気圧プラズマに局所表面処理に適した表面処理装置の典型例が、特開平９−２３２２９３号公報に開示されている。この従来装置は、例えば内径１ｍｍ以下の狭小な断面を有するガラス等の誘電体材料からなる細い放電管と、当該放電管を挟むように対向配置された一対の電極とを備え、放電管先端のノズル部を被処理物の表面に向けて配置する。ガス供給源から放電管内に所定のガスを導入しつつ、両電極間で気体放電を発生させることにより生成される励起活性種を含む反応性ガスを、ノズル部から細いガス流として被処理物表面に噴射する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来においては以下のような問題があった。
【０００５】
上記したように、放電管は内径１ｍｍ以下といった小径のものを使用する。このため、放電管を内部に取り込むケーシングを設けるのが一般的である。前記ケーシングは金属材料にて形成し、外部への電磁的なシールドを行わせるのが一般的である。また、ケーシング内に設けた放電管を振動等から保護するため、誘電体からなる保護部材をケーシング内に充填して放電管の周囲を覆うことが好ましい。
【０００６】
しかし、このような場合に、高周波電圧を電極に印加すると、保護部材を介してケーシングへの高周波電力の漏れが発生し、電極に伝導する高周波電力に無視できない程の損失を与えていた。電極に印加される高周波電力の損失により、気体放電による表面処理効率も低下するため、ケーシングへの高周波電力の漏れを防止することが望まれていた。
【０００７】
本発明の目的は、高周波電力の損失を最小限として、安定した気体放電を行うことのできる局所処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
伝導経路の絶縁保持を行うにあたり、上記したような誘電体で周囲を覆わせることが考えられる。しかし、大気雰囲気中よりも誘電体（絶縁体）の方が、比誘電率は数倍以上大きい。このため、ケーシング内を誘電体で充填させる構成とするよりも、ケーシング内を大気雰囲気中に近づける方が、高周波電力の漏れを効果的に防止できることに本願発明者は着目した。
【０００９】
本発明に係る局所処理装置は上記した知見に基づいてなされ、電磁的遮蔽をなすケーシング内に処理用気体を流通させる放電管が形成されてなり、当該放電管の周囲に誘電体にてなる保護部材が配置されてなるとともに、当該放電管の両側に一対の電極が配置され、当該電極の一方にリードが接続されてなり、前記一方の電極と前記リードによって形成されてなる伝導経路及び保護部材とケーシングとの間に中空部分が形成されてなる構成とした。
【００１０】
このため、高周波電圧を伝導経路に伝導させる際に、前記伝導経路及び前記保護部材と、ケーシングとの絶縁保持が効果的になされ、もれ電流を最小化することができる。これにより、気体放電を安定的に発生させることができる。
また、本発明に係る局所排気装置は、放電管の先端に、着脱可能なノズルチップを有するため、異なる孔径のものに交換でき、表面処理するエリアを調整することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の局所処理装置の実施形態について図面に従って詳細に説明する。
【００１２】
図１は本実施形態における局所処理装置２０の断面図である。本実施形態における局所処理装置２０はケーシング部材２１を有している。前記ケーシング部材２１は、上部ケーシング部材２２、中部ケーシング部材２４、下部ケーシング部材２６、底部ケーシング部材２８にて形成される。前記上部〜底部ケーシング部材２２，２４，２６，２８は、それぞれ略角柱形状のブロック体のセンター部を略円筒形状に刳り抜いたものである。前記ケーシング部材２１は、前記上部〜底部ケーシング部材２２，２４，２６，２８の刳り抜き部を芯合わせして密接してなっている。このため、ケーシング部材２１は、ケーシング部材２２，２４，２６，２８の一部を省略したり追加したりできるため、ケーシング部材２１内に入れ込む部材に合わせてサイズを調節することができる。本実施形態においては、ケーシング部材２１はアルミにて形成している。このため、ケーシング部材２１外部への電磁波の遮蔽をすることができる。なお、ケーシング部材２１の材料としては、アルミに限らずシールド機能を有する材質のものであればよい。
【００１３】
前記ケーシング部材２１の軸心上には直管状の放電管４０が配置されている。前記放電管４０は上端部を上部ケーシング部材２２の軸心上に位置し、放電管４０下端部を底部ケーシング部材２８内壁面に臨ませている。一方、前記放電管４０下端部に対向する底部ケーシング部材２８の対向面には、ノズルチップ４４が外部に突出する形で着脱自在に設けられ、当該ノズルチップ４４に前記放電管４０の下端部がはめ込まれている。このように、放電管４０とノズルチップ４４とを分離可能に形成させたことにより、ノズルチップ４４を異なる孔径のものに交換することができる。このため、表面処理するエリアを調整することができる。また、ノズルチップ４４の材料としては、ステンレス（ＳＵＳ）やアルミが好ましい。
【００１４】
前記ノズルチップ４４は底部ケーシング部材２８内に上端部を突出させている。前記ノズルチップ４４の上端部は略円筒形状に形成したノズルホルダ４２に螺着されて固定保持される。ノズルホルダ４２の材質としては、ステンレス（ＳＵＳ）やアルミが好ましい。
【００１５】
前記放電管４０は、下部ケーシング部材２６に対向する面の周囲を保護部材３６にて覆わせている。前記保護部材３６は、受け部３７の中央部に仕切り部３９を一体的に垂設した逆Ｔ字形状をなしている。前記保護部材３６は仕切り部３９の中心軸部に放電管４０を貫通させ、放電管４０の保護をなしている。そして、保護部材３６は、受け部３７下面を前記ノズルホルダ４２の上面に当接され、ノズルホルダ４２にて支持される。
【００１６】
前記保護部材３６の仕切り部３９の両面３９ａ，３９ｂの図２（ａ）に示した上下方向中央には、それぞれ一対の棒状電極４６，４８を当接させている。前記一対の棒状電極４６，４８はそれぞれ略直方形状をなしており、図２（ａ）に示すように前記保護部材３６の仕切り部３９を挟み込んで上面視一直線状となるように対向配置している。棒状電極４６，４８に挟み込まれた仕切り部３９軸心部を放電管４０が上下方向を貫通しており、当該放電管４０の貫通部分内で気体放電を起こさせるのである。このように、前記一対の棒状電極４６，４８はノズルチップ４４近傍に配置している。これにより、プラズマなどの励起活性種が直ちにノズルチップ４４から外部へ放出することができる。このため、十分な励起活性種を被処理物表面に到達させることができる。
【００１７】
また、受け部３７の長手方向の長さは棒状電極４６，４８の長手方向の長さより長く形成している。これにより、両電極４６，４８の設置面積を確保させている。特に、高周波電圧を印加される棒状電極４６は、底部ケーシング部材２８を直線的に臨めないため、棒状電極４６と底部ケーシング部材２８との間で放電が発生することを防止できる。前記保護部材３６はアルミナや石英にて形成しており、両電極４６，４８の絶縁を保持させている。なお、保護部材３６の材料としては、絶縁体材料であればこれに限られない。
【００１８】
そして、前記保護部材３６の仕切り部３９の高さは、図２（ｂ）に示すように、前記棒状電極４６，４８よりも高く形成してある。また、前記保護部材３６の仕切り部３９ａ，３９ｂは前記棒状電極４６，４８の厚み方向に対して十分長く形成している。これにより、棒状電極４６，４８同士が直線的に臨めないようにしている。棒状電極４６，４８同士が直線的に臨めると、棒状電極４６，４８に印加させる際に、保護部材３６の表面（沿面）を伝って導通してしまう沿面放電が発生するおそれがある。沿面放電が発生すると、放電管４０内での気体放電が発生せずまたは発生した気体放電を停止させてしまう。上記したように、前記保護部材３６の仕切り部３９は、前記棒状電極４６、４８の厚み方向に対して十分長く形成しているため、沿面放電を防止することができる。このため、放電管４０内を介した気体放電を確実に発生させることができ、また発生した気体放電を安定して持続させることができる。前記棒状電極４６，４８はアルミにて形成しており、それぞれ表面に金めっきを施している。これにより、棒状電極４６，４８の腐食、酸化を防止させることができる。そして、金は高い導電性を有しているため、棒状電極の伝導効率を向上させることができる。また、棒状電極４６，４８の性能の劣化を防止することができる。
【００１９】
前記棒状電極４６背面と、ケーシング部材２１内壁面との間には、ホルダ部材５０が介在している。前記ホルダ部材５０は基端部を下部ケーシング部材２６内壁面に当接し、ホルダ部材５０の先端部を前記棒状電極４６の背面部に当接させている。これにより、棒状電極４６が保護部材３６側に位置決め保持されている。前記ホルダ部材５０の材質としては、アルミナや石英を好ましく用いることができるが、絶縁体材料であればこれに限られない。
【００２０】
これに対して、他方の棒状電極４８は、下部ケーシング部材２１の外表面まで露出した延長電極４９に一体的に連結されている。前記延長電極４９は、図示しないアース経路に接続されている。これにより、棒状電極４８の接地が確保されている。
【００２１】
前記保護部材３６の上には、略円柱形状の中間部材３４が配置されている。前記中間部材３４は側面部を中部ケーシング部材２４の内壁面に対向するよう配置している。そして、前記中間部材３４は下面を前記保護部材３６の仕切り部３９の上面に当接して、前記保護部材３６の位置決めをなしているのである。また、前記中間部材３４の中心軸部には貫通孔が設けられ、当該貫通孔内に放電管４０を挿入させて当該放電管４０を保護しているのである。なお、前記中間部材３４としては、テフロンやマイカ系セラミックスが好ましいが、絶縁体材料であればこれに限られない。
【００２２】
前記中間部材３４の上側には、絶縁部材３２が配置されている。前記絶縁部材３２は前記上部ケーシング部材２２の刳り抜き部に対応する略円柱形状をなしている。前記絶縁部材３２は前記上部ケーシング部材３２の刳り抜き部にはめ込まれている。これにより、ケーシング部材２１の上面方向における密閉がなされ、ケーシング部材２１内部に密閉空間を形成させることができる。絶縁部材３２の上面は断面凹部形状に形成してあり、当該凹部底面は前記中間部材３４上面に対応させて形成している。そして、絶縁部材３２の下面は下方に張り出した断面逆凸部形状に形成してあり、当該逆凸部下面にて中間部材３４上面と当接させている。前記絶縁部材３２は周面部に開口したガス流入孔３３を有している。上部ケーシング部材２２の一側面部にも、図示しないガス供給源に接続したガス流入パイプ６２が設けてあり、当該ガス流入パイプ６２の先端部を前記ガス流入孔３３の上開口部に対応させている。前記ガス流入孔３３は前記上開口部から絶縁部材３２の軸中心方向に向って伸び、当該軸中心部にて軸心に沿って下方へ屈曲する。そして、前記ガス流入孔３３は前記絶縁部材３２の下面まで達し、当該下面部にて下開口部を有している。前記絶縁部材３２下面部のガス流入孔３３の下開口部には、放電管４０の上端部が挿入される。このため、ガス流入パイプ６２から流入された処理気体がガス流入孔３３を介して放電管４０上部に送り出されるのである。また、前記ガス流入孔３３下開口部の内壁面は、円筒形状の押え部材３５が形成されている。前記押え部材３５には内側フランジが形成してあり、当該内側フランジが前記放電管４０上部に当接して下方向に付勢する。このため、前記放電管４０の位置決めをなすことができるのである。前記絶縁部材３２はテフロンにて形成され、絶縁保持を行わせている。なお、前記絶縁部材３２は、絶縁体材料であればこれに限られない。
【００２３】
また、前記上部ケーシング部材２２上面の軸中心方向からリード３０が挿入配置されている。前記リード３０は、前記絶縁部材３２上面付近にて直径方向に屈曲する。そして、絶縁部材３２の上面凹部内壁面に沿って下降し、絶縁部材３２を貫通する。上記したように絶縁部材３２の上面凹部底面は中間部材３４上面に対応して形成しているため、前記絶縁部材３２を貫通するリード３０は、中間部材３４の側面に当接するように下降する。これにより中間部材３４にてリード３０の保護を行わせることができる。前記リード３０は、さらに下方に伸びて棒状電極４６に接続する。これにより、リード３０は棒状電極４６との電気的導通が確保される。そして、前記リード３０は下端部を保護部材３６の受け部３７ａに当接し、伝導効率を向上させるのである。
【００２４】
前記リード３０は、複数の板状部材にて形成し、当該複数の板状部材を積層配置させてなっている。本実施形態においては、前記リード３０は、前記板状部材を３枚積層配置させたものとしている。そして、本実施形態においては、リード３０の上端部が、図示しない高周波電源に接続している。本実施形態においては、高周波電圧として、周波数が４０．６８ＭＨｚのものを用いている。図示しない高周波電源にて発生した高周波電力は前記リード３０の上端部より伝導されるが、このような高周波電力はリード３０の内部ではなくリード３０の表面部を通して棒状電極４６に伝導する。上記したように、リード３０は複数の板状部材を積層配置しているが、高周波電力は板状部材の間隙を介して表面部を伝導する。本実施形態においては、３枚の板状部材を積層配置させているため、高周波電力の伝導効率を３倍化させることができる。これにより、棒状電極４６に効率よく高周波電圧を印加させることができ、高周波電圧にて気体放電を行わせることができるのである。このように高周波電圧を棒状電極４６に印加することにより、棒状電極４６，４８間で電子が高周波振動し、この電子の衝突により処理気体がプラズマ化され励起活性種となる。従って、高密度のプラズマを高い生成率で発生することができるとともに、異常放電を起こりにくくすることができる。また、リード３０全体の体積を減少させてもリード３０の表面積を増加させることで電力を効率よく伝えて、局所処理装置２０をコンパクト化することができる。さらに、前記高周波電圧は、周波数が３０ＭＨｚ以上のものを用いることにより、高周波電圧の伝導効率を保持しつつ棒状電極４６，４８間にて電子が振動するため、棒状電極４６，４８に電子が衝突して損傷を与えることなく高密度のプラズマを発生させることができ、処理効率を向上させることができる。
【００２５】
また、前記リード３０は銅にて形成され、表面に金めっきを施している。これにより、前記リード３０の酸化を防止して安定的に高周波電力を伝導させることができる。
【００２６】
前記局所処理装置２０は、前記伝導経路（リード３０、棒状電極４６）及び前記保護部材（保護部材３６、中間部材３４）と、ケーシング部材２１内との間に中空領域６０を設けて絶縁空間を形成している。前記伝導経路の周囲をマイカ系セラミックスなどの誘電体で囲って絶縁する形態も考えられる。しかし、図３（ｂ）に示したように、大気雰囲気中よりも誘電体（絶縁体）であるマイカ系セラミックスの方が、比誘電率は５倍以上大きい。このように、伝導経路の周囲を誘電体で囲む構成とするよりも、中空領域を形成させて大気雰囲気中とする方が絶縁保持を効果的に行えることに本願発明者は着目した。このように中空領域６０を形成させたため、前記伝導経路（リード３０、棒状電極４６）及び前記保護部材（保護部材３６、中間部材３４）と、ケーシング部材２１内との絶縁保持が効果的になされ、もれ電流を最小化することができる。これにより、気体放電を安定的に発生させることができるのである。
【００２７】
また、下部ケーシング部材２６の一側面部には空気供給管５２を突設するとともに、下部ケーシング部材２６の他側面部には空気放出管５４を突設している。空気供給管５２より冷却空気をケーシング部材２１内に案内する。そして、ケーシング部材２１内の中空領域６０を通ってケーシング部材２１内部の熱交換を行い、空気放出管５４よりケーシング部材２１外部に放出される。これにより、電極のプラズマ生成過程における過熱状態を防止することができ、ケーシング部材２１内部の温度を一定に保持することができ、放電を安定させることができる。電極部の熱膨張等による破損を防止することができる。なお、ケーシング部材２１内の電極部を空冷できるような構造であれば特に上記構造に限られない。
【００２８】
以上のように構成した局所処理装置２０の作用は以下のようになる。局所処理装置２０は、ノズルチップ４４の先端を図示しない被処理物の上方に臨ませている。
【００２９】
処理用気体が上部ケーシング部材２２側壁に設けた放電管４０開口部に流入する。処理用気体は放電管４０内を進行してケーシング部材２１内を下降する。下部ケーシング部材２６の部分においては、棒状電極４６，４８に高周波電圧が印加され、放電管４０内に気体放電が発生する。本実施形態においては、高周波で電圧を印加させているため、高密度の励起活性種を発生させることができる。前記励起活性種はノズルチップ４４からすぐ被処理物上に送りだされるため、十分な励起活性種を被処理物上に送り出し、表面処理を行わせることができる。被処理物としては半導体チップ、ウエハ等がある。処理工程としては、エッチング、アッシング、改質し又は薄膜形成等があるが、特に用途はこれに限られない。
【００３０】
図３（ａ）に実施例である局所処理装置２０と比較例の局所処理装置におけるアッシングレイトの比較図を示す。比較例の局所処理装置は中空領域６０にマイカ系セラミックスを配置したものである。処理条件としては、Ｈｅ流量は２ｌ／ｍｉｎであり、Ｏ２流量は３０ｍｌ／ｍｉｎである。ノズルチップ先端から被処理物までの距離は、０．５ｍｍ程度である。ノズルチップの外径は３．０ｍｍであり、内径は１．５ｍｍである。上記処理条件において実施例と比較例のアッシングレイトを比較すると、図３（ａ）に示すように同じ出力でも処理効率を３倍以上に上昇させることができるという結果を得た。
【００３１】
【発明の効果】
本発明における局所処理装置においては、電磁的遮蔽をなすケーシング内に処理用気体を流通させる放電管が形成されてなり、当該放電管の周囲に誘電体にてなる保護部材が配置されてなるとともに、当該放電管の両側に一対の電極が配置され、当該電極の一方にリードが接続されてなり、前記一方の電極と前記リードによって形成されてなる伝導経路及び保護部材とケーシングとの間に中空部分が形成されてなるため、前記伝導経路及び前記保護部材と、ケーシング内の絶縁保持が効果的になされ、もれ電流を最小化することができる。これにより、気体放電を安定的に発生させることができるのである。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における局所処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における局所処理装置の要部上面図及び斜視図である。
【図３】本発明における局所処理装置の処理効率と材質の比誘電率を示す説明図である。
【符号の説明】
２０………局所表面処理装置
２１………ケーシング部材
２２………上部ケーシング部材
２４………中部ケーシング部材
２６………下部ケーシング部材
２８………底部ケーシング部材
３０………リード
３２………絶縁部材
３３………ガス流入孔
３４………中間部材
３５………押え部材
３６………保護部材
３７………受け部
３９………仕切り部
４０………放電管
４２………ノズルホルダ
４４………ノズルチップ
４６………棒状電極
４８………棒状電極
４９………延長電極
５０………ホルダ部材
５２………空気供給管
５４………空気放出管
６０………中空領域
６２………ガス流入パイプ
【図１】
0003591407.tif 000002
【図２】
0003591407.tif 000003
【図３】
0003591407.tif 000004