(57)【要約】  【課題】  プラズマヘッドから噴射供給される処理ガスを被処理物に均質に供給することができる表面処理装置を提供する。  【解決手段】  所定のガスを送気するガス流路と、大気圧又はその近傍の圧力下、前記ガス流路内で気体放電を発生させて前記ガスの励起活性種を生成する少なくとも１対の電極とを備え、前記ガス流路から前記励起活性種を含む処理ガスを前記被処理物１の表面に向けて噴出するプラズマヘッドを備えて構成される表面処理装置であって、前記ガス流路からの処理ガスの流れを整流して前記被処理物１の表面に供給する整流機構５を設ける。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のガスを送気するガス流路と、大気圧又はその近傍の圧力下、前記ガス流路内で気体放電を発生させて前記ガスの励起活性種を生成する少なくとも１対の電極とを備え、前記ガス流路から前記励起活性種を含む処理ガスを被処理物表面に向けて噴出するプラズマヘッドを備えて構成される表面処理装置であって、
前記ガス流路からの処理ガスの流れを整流して前記被処理物の表面に供給する整流機構が設けられている表面処理装置。
【請求項２】
前記整流機構は、開口部の形状が異なる複数の整流板を積層して所定の整流状態が得られるように組合せ可能に構成されている請求項１記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記整流機構は、前記ガス流路からの処理ガスの流れを収束させて下流側に供給する小径の通過孔を備えた収束整流板と、前記収束整流板で収束された処理ガスを拡散させる拡散整流板を備えて構成されている請求項１または２記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記プラズマヘッドと前記被処理物が相対移動可能に構成され、前記整流機構が前記相対移動方向と直交する方向に処理ガスを均一に供給する終端整流板を備えて構成されている請求項１から３の何れかに記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ、光ディスク、液晶表示装置などの基材の表面に薄膜を成膜或いは、エッチング、洗浄する表面処理装置に関し、詳述すると、所定のガスを送気するガス流路と、大気圧又はその近傍の圧力下、前記ガス流路内で気体放電を発生させて前記ガスの励起活性種を生成する少なくとも１対の電極とを備え、前記ガス流路から前記励起活性種を含む処理ガスを前記被処理物表面に向けて噴出するプラズマヘッドを備えて構成される表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の表面処理装置では、前記ガス流路から前記励起活性種を含む処理ガスを前記被処理物表面に向けてそのまま吹き付けるように構成されていた。
【特許文献１】特開平１１−３３５８６８号公報
【特許文献２】特許第３２０７４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した従来の表面処理装置によれば、プラズマヘッド内部での放電ムラやガスの温度ムラ等に起因して、前記被処理物表面に吹き付けられる処理ガスに含まれる励起活性種の分布が不均一となり、その結果、被処理物の表面処理が不均一になるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述の従来欠点に鑑み、プラズマヘッドから噴射供給される処理ガスを被処理物に均質に供給することができる表面処理装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明による表面処理装置の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、所定のガスを送気するガス流路と、大気圧又はその近傍の圧力下、前記ガス流路内で気体放電を発生させて前記ガスの励起活性種を生成する少なくとも１対の電極とを備え、前記ガス流路から前記励起活性種を含む処理ガスを被処理物表面に向けて噴出するプラズマヘッドを備えて構成される表面処理装置であって、前記ガス流路からの処理ガスの流れを整流して前記被処理物の表面に供給する整流機構が設けられている点にある。
【０００６】
上述の構成によれば、プラズマヘッド内部での放電ムラやガスの温度ムラ等によって、ガス流路から供給される処理ガス中の励起活性種の分布が不均一となった場合であっても、整流機構により整流されて均質な状態で被処理物に供給されるようになるので、被処理物を均一に表面処理することができるようになるのである。
【０００７】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記整流機構は、開口部の形状が異なる複数の整流板を積層して所定の整流状態が得られるように組合せ可能に構成されている点にある。
【０００８】
ガス流路から被処理物までの距離は極めて短く、しかも、被処理物や処理内容によってガス種や流量が適宜変動するのに対応して、そのような狭小な空間に所望の整流状態が得られるようにフレキシブルに整流機構を構成するのは容易ではない。そこで、開口部の形状が異なる複数の整流板を適宜組み合わせて積層することにより、薄型で所定の整流状態を得られるようにフレキシブルに対応できる整流機構を実現することができるようになる
のである。
【０００９】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記整流機構は、前記ガス流路からの処理ガスの流れを収束させて下流側に供給する小径の通過孔を備えた収束整流板と、前記収束整流板で収束された処理ガスを拡散させる拡散整流板を備えて構成されている点にあり、このような構成によって、収束整流板によって不均一な処理ガスを収束して均質に混合し、その混合ガスを拡散整流板によって均質な状態を維持したままで周囲に拡散させることができるようになり、非処理物表面に均質な処理ガスを供給することができるようになるのである。
【００１０】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三特徴構成の何れかに加えて、前記プラズマヘッドと前記被処理物が相対移動可能に構成され、前記整流機構が前記相対移動方向と直交する方向に処理ガスを均一に供給する終端整流板を備えて構成されている点にあり、終端整流板によって処理ガスが前記相対移動方向と直交する方向に均質に供給され、以って、被処理物の均質な表面処理が可能になるのである。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明した通り、本発明により、プラズマヘッドから噴射供給される処理ガスを被処理物に均質に供給することができる表面処理装置を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明による表面処理装置の実施形態を説明する。図１に示すように、表面処理装置は、被処理物１に励起活性種を含む処理ガスを噴射供給するプラズマヘッド２と、前記被処理物１を載置し、前記プラズマヘッド２と一定間隔を保持しながら水平方向に搬送する搬送ステージ３から構成される。
【００１３】
前記プラズマヘッド２は、図２に示すように、一定の間隔を隔てて互いに対向する複数対の平行平板型の電極１８，１９を備え、前記電極間に原料ガスを導入し、大気圧近傍の圧力下（１Ｐａ〜常圧）で前記電極１８，１９間に電界を印加して発生する励起活性種を含む処理ガスを被処理物１の表面に噴射供給することにより表面処理を行なう装置で、更に、原料ガスを供給する原料ガス供給部７と、前記処理ガスの流れを整流して前記被処理物１の表面に供給する整流機構５と、前記被処理物１の表面に供給された後の処理ガスを排気するガス排気部８とを備えて構成される。
【００１４】
前記原料ガス供給部７は、原料ガス供給口７ａから供給された原料ガスが前記電極１８、１９間の電極間路７ｂを通過するように構成されている。また、前記ガス排気部８は、前記プラズマヘッド２の両端に配置され、前記被処理物１の表面に供給された後の処理ガスを排気管路９ａ，９ｂを介してブロワー１０により排気されるように構成されている。
【００１５】
前記整流機構５は、前記電極間路７ｂを通過することにより生成された処理ガスの流れを整流して前記被処理物１の表面に供給するもので、図３（ｃ）に示すように、図３（ａ）に示すような大きな開口部が形成されている枠状の拡散枠２１（整流拡散板）と、図３（ｂ）に示すような、スリット状の開口部が形成されている整流板２２（終端整流板）を積層して構成されている。
【００１６】
前記拡散枠２１は一定の空間を形成し、前記電極間路７ｂから供給されてきた処理ガスを前記空間内で拡散することにより、処理ガスの温度、及び、処理ガス中の励起活性種の分布を均一にする。また、前記整流板２２は、前記拡散枠２１で拡散された処理ガスを集気（収束整流）することにより、前記被処理物１への噴出流量を前記被処理物１の表面上において均一となるように整流する。
【００１７】
前記拡散枠２１、及び、前記整流板２２は、厚さ１．０〜５．０ｍｍのアルミニウムやステンレスを用いると、フライス盤などにより簡単に加工できるので好都合であるが、これに限定するものではない。また、その表面に耐腐食性の表面処理が行われていることが好ましい。
【００１８】
以下に、前記プラズマヘッド２に前記整流機構５を形成した場合におけるその効果について実験を行なった結果について説明する。
【００１９】
実験は被処理物としてガラス基板上にα−Ｓｉ膜を厚さ２０００Å形成したものを用い、前記処理ガスによって処理されたα−Ｓｉ膜の処理量（膜減り厚）について、基板面内分布を調べることにより行なった。尚、処理ガスにはＯ２で希釈したＣＨＦ３を用いた。
【００２０】
前記ガラス基板のサイズは３６０×４６０ｍｍであり、これに対する前記整流機構５のサイズは４８０×３４０ｍｍ、厚さが１０ｍｍ（拡散枠：５ｍｍ、整流板：５ｍｍ）である。前記拡散枠２１と前記整流板２２の開口部の形状は、図３に示した通りであり、開口部のサイズは前記拡散枠２１が４６０×３２０ｍｍ（枠部分が一律１０ｍｍ）、前記整流板２２においてはその中央に４６０×１０ｍｍとした。また、前記整流板２２のスリットはその長手方向が基板の搬送方向と垂直となる方向に配置した。
【００２１】
図４に示すように、前記整流機構５を備えることにより、基板面内で均一に表面処理を行うことが可能となった。
【００２２】
また、平行平板型の電極の向きと前記整流板２２のスリットの向きとの関係は、表面処理量及びその基板面内分布との間には相関は無く、ほぼ同じ結果内容を得た。
【００２３】
前記集気板２２の開口部の大きさは特に限定されるものではなく、処理ガスの流量と搬送ステージの搬送速度を適宜調整することにより、開口部の大きさに対応した表面処理を行うことができる。
【００２４】
前記整流機構５は、前記プラズマヘッド２から着脱が可能となっており、清掃等のメンテナンス作業が容易に行なえると同時に、以下に示す他の整流機構との組み換えも可能な構成となっている。
【００２５】
前記整流機構５は、図５（ｃ）に示すように、前記拡散枠２１と前記整流板２２との間に、図５（ａ）に示すような、中央に小さな開口部が形成されている集気板２３（収束整流板）と、図５（ｂ）に示すような前記拡散枠２１と同様な拡散枠２４とを更に積層した構成としてもよい。処理ガスが拡散と集気を繰り返しながら、前記整流機構５内を流れることにより、より一層処理ガスの温度、及び、処理ガス中の励起活性種の分布を均一にすることができる。前記集気板２３の開口部の大きさは、少なくとも拡散枠の開口部より小さければよく、そのような構成であれば拡散効率が少なからず向上する。また、開口部は前記集気板２３の中央にあることが好ましいが、特に限定されるものでもない。
【００２６】
更に前記整流機構５は、図６（ｃ）に示すように、前記拡散枠２４と前記整流板２２との間に、図６（ａ）に示すような両端にスリット状の開口部が形成されている集気板２５と、図６（ｂ）に示すような前記拡散枠２１と同様な拡散枠２６とを更に積層した構成としてもよい。処理ガスが拡散と集気を繰り返しながら、前記整流機構５内を流れることにより、より一層処理ガスの温度、及び、処理ガス中の励起活性種の分布を均一にすることができる。前記集気板２５の開口部の位置は、前記集気板２３の開口部からなるべく離れた箇所に設けることが好ましい。より激しく拡散することができるのである。また図６（
ａ）に示すように、そのスリット形状を前記集気板２３の開口部に近い箇所ではスリット幅を狭く、遠い箇所ではスリット幅を広くすることが好ましい。集気板を複数積層した場合に、開口部位置が近い箇所では処理ガスの流量が極端に増加する場合があるため、開口部幅を調整することによりそれを防止し、整流効果を高めることができる。また、前記集気板２５はスリット状の開口形状のほか、小孔の集合であってもよい。
【００２７】
前記拡散枠２１と前記整流板２２との間に積層する拡散枠と集気板は、これらを１組として複数積層することができ、積層数を増加するほど、処理ガスは拡散と集気を繰り返しながら、前記整流機構５内を流れることにより、処理ガスの温度、及び、処理ガス中の励起活性種の分布を均一にすることができる。このとき、前記集気板が複数形成される場合には、中央付近に開口部が形成される集気板と周囲に開口部が形成される集気板とが交互に積層されていることが好ましい。整流効果をより高めるためである。また、前記拡散枠と前記集気板を複数積層することにより、前記拡散枠における１枚の厚みを薄くすることも可能となる。拡散と集気を複数に渡って繰り返すため、拡散のみを行なう空間は小さくても十分に拡散が行なわれるのである。
【００２８】
前記拡散枠と前記集気板と前記整流板は、互いに密着して積層されていればよく、必ずしも接着する必要はない。つまり、適宜必要な開口形状を持つ拡散枠、集気板、或いは整流板を組み合わせて使用することも可能である。
【００２９】
上述した実施形態では、被処理物にはガラス基板上に形成したα−Ｓｉ膜の場合について説明したが、もちろん他の被処理物に対しても同様な効果を得ることができる。また、処理ガスにおいてもＣＨＦ３に限定されるものではなく、処理ガスにＣＨＦ３の他、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、或いはこれらの組合せに、希釈ガスとして、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等を用いることができる。
【００３０】
以下に別の実施形態について説明する。
【００３１】
上述した実施形態では、前記整流板２２、及び集気板２３、２５の断面形状は平らなものであったが、図７に示すように、開口部を中心としてテーパを設けてもよい。処理ガスの流れが安定し、より集気しやすくなるのである。
【００３２】
上述した実施形態では、前記整流板２２の開口部は一本のスリットにより開口していたが、図８（ａ）或いは（ｂ）に示すように複数のスリットでもよく、また、図８（ｃ）に示すように、千鳥状に複数の開口部を配置した構成でもよい。またこの形状は、円形に限られず多角形でもよい。一度拡散され、処理ガスの温度、及び、処理ガス中の励起活性種の分布が均一になった後に、前記整流板２２によって集気され、整流されることで、被処理物表面に均一な量の処理ガスが噴出されればよいのである。
【００３３】
上述した実施形態では、前記被処理物１を前記搬送ステージ３に積載固定し、前記搬送ステージ３を前記プラズマヘッド２と一定間隔を保持しながら水平方向に搬送するものについて説明したが、前記プラズマヘッド２を搬送する構成としてもよく、また、前記搬送ステージと前記プラズマヘッド２を相対する方向に搬送する構成としてもよい。
【００３４】
上述した実施形態では、前記平行平板型の電極１８、１９を複数対形成するものについて説明したが、前記平行平板型の電極１８、１９は一対とする構成としてもよい。
【００３５】
上述した実施形態では、前記ガス排気部８が前記プラズマヘッド２に形成されているものについて説明したが、前記ガス排気部８は前記プラズマヘッド２に形成されていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】表面処理装置の説明図
【図２】プラズマヘッドの説明図
【図３】整流機構の説明図であり、（ａ）は拡散枠の説明図、（ｂ）は整流板の説明図、（ｃ）は整流機構の断面図
【図４】実施形態における実験結果の説明図
【図５】整流機構の説明図であり、（ａ）は集気板の説明図、（ｂ）は拡散枠の説明図、（ｃ）は整流機構の断面図
【図６】整流機構の説明図であり、（ａ）は集気板の説明図、（ｂ）は拡散枠の説明図、（ｃ）は整流機構の断面図
【図７】（ａ）は整流板の説明図、（ｂ）及び（ｃ）は集気板の説明図
【図８】整流板の説明図
【符号の説明】
【００３７】
１：被処理物
２：プラズマヘッド
３：搬送ステージ
５：整流機構
１８、１９：平行平板型の電極
２１、２４、２６：拡散枠
２２：整流板
２３、２５：集気板
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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