(57)【要約】【課題】任意形状の領域に効率良くプラズマを照射すること。【解決手段】電極１０Ａ及び１０Ｂは、互いに対峙する面に各々一連の溝部１１を有する。電極１０Ａ及び１０Ｂと、プラズマを発生させるガスの流路２０１を有する絶縁物から成る治具２０とを組み合わせて開口部１０１を形成する。こうして電極１０Ａ及び１０Ｂに交流電位を印加すると、陰極側となった電極の溝部１１にホローカソードプラズマが発生し、プラズマを発生させるガスの流れと共に図面上方に位置する被加工物に照射される。電極１０Ａ及び１０Ｂの対峙する領域、即ちの開口部１０１の形状を設計することで、任意形状の領域に効率良くプラズマを照射することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生装置であって、
所望の形状の開口部を形成するように、間隙を挟んで用いられる２つの電極を有し、
少なくとも片方の前記電極の前記間隙に面する部分に、少なくとも１箇所の凹部が形成されており、
前記開口部とは逆側から前記間隙にプラズマを発生させるガスを注入することで、前記凹部においてホローカソード放電によるプラズマを発生可能とし、前記開口部からプラズマを放出可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
プラズマ発生装置であって、
所望の形状の開口部を形成するように、間隙を挟んで用いられる２つの電極を有し、
少なくとも片方の前記電極の前記間隙に面する部分に、前記開口部の形状に対応した一連の溝部が形成されており、
前記開口部とは逆側から前記間隙にプラズマを発生させるガスを注入することで、前記溝部においてホローカソード放電によるプラズマを発生可能とし、前記開口部の形状の範囲にプラズマを放出可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の形状の領域にプラズマを噴射するプラズマ発生装置に関する。本発明は表面処理及び膜形成その他の加工を行うために用いるプラズマ発生装置として特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いた表面処理及び膜形成その他の加工においては、例えば半導体ウエハ全面にプラズマを噴射して用いるものが周知である。例えば、反応性イオンエッチングによる表面加工やプラズマＣＶＤによる膜形成が良く知られている。
【０００３】
また、大口径ウエハ全体に高密度のプラズマを照射するものとして、いわゆる高周波ホローカソードプラズマも知られている（特許文献１及び２）。
【特許文献１】特開平１−２２６１４７号公報
【特許文献２】特開平９−２２７９８号公報
【非特許文献１】Applied Physics Letter, Vol. 85, 549-551(2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、プラズマが種々の処理及び加工に適用されるにつれ、プラズマを大気圧下で限られた領域に特に効率良く照射することが求められるようになった。例えばプリント基板に外部配線をはんだ付けする場合、当該はんだ付け箇所をプラズマを用いて清浄化処理する場合があげられる。当該はんだ付け箇所は、ストライプ状、矩形形状、又は円状の領域には限られず、長さ等の寸法も場所によって異なる。
【０００５】
例えば誘電体バリア放電やストリーマ放電を用いると放電箇所がランダムとなり、特定部分にプラズマを照射するような制御は非常に困難である。また、非特許文献１に記載の狭ギャップ電極を用いたマイクロ波励起プラズマは、当該ギャップをストライプ状又は円周状とすることは容易であるが、複雑な形状のプラズマ生成は困難である。
【０００６】
ここにおいて本発明者らは、２つの電極の空隙にプラズマガスを流し、ホローカソードプラズマをプラズマガスが流れる２つの電極の少なくとも一方の面に発生させることを着想し、本願発明を完成させた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため請求項１に記載の手段は、プラズマ発生装置であって、所望の形状の開口部を形成するように、間隙を挟んで用いられる２つの電極を有し、少なくとも片方の電極の間隙に面する部分に、少なくとも１箇所の凹部が形成されており、開口部とは逆側から間隙にプラズマを発生させるガスを注入することで、凹部においてホローカソード放電によるプラズマを発生可能とし、開口部からプラズマを放出可能としたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の手段は、プラズマ発生装置であって、所望の形状の開口部を形成するように、間隙を挟んで用いられる２つの電極を有し、少なくとも片方の電極の間隙に面する部分に、開口部の形状に対応した一連の溝部が形成されており、開口部とは逆側から間隙にプラズマを発生させるガスを注入することで、溝部においてホローカソード放電によるプラズマを発生可能とし、開口部の形状の範囲にプラズマを放出可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
電極を直流電源または交流電源に接続すると、負電位の印加された電極側の凹部又は溝部にホローカソード放電が生じ、当該凹部又は溝部に高密度のプラズマが発生する。本発明は当該プラズマがガス流に沿って放出され、開口部の形状で照射されるものである。このように本願発明により、２つの電極の間隙を所望の形状とすることで、微小な又は特殊な形状の領域に、プラズマを特に効率良く照射することが容易に達成できる。この際、直流電源を用いる場合は陰極側に、交流電源を用いる場合は少なくとも一方に、望ましくは両方に、凹部又は一連の溝部を形成すると良い。尚、本発明のプラズマ発生装置をプラズマを用いた処理装置又は加工装置の一部として組み込むことも本願発明に包含される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は開口部付近においてプラズマを発生させ、開口部間近に配置された被加工物に当該プラズマを照射させるので、他のプラズマ発生領域は必要ではない。開口部を形成するためには、２つの電極と、それを固定するための絶縁体から成る治具が必要である。当該絶縁体にガス流路を設け、当該ガス流路の終端に２つの電極を配設することが最も簡単な構成となる。例えば矩形形状（ストライプ状）の開口部を形成するためには、２つの電極の互いに対峙する面と、絶縁体から成る治具により４辺（面）を形成すると良い。ガス流路を有する絶縁体から成る治具は、１個で構成しても、複数個の部品を組み合わせて構成しても良い。
【００１１】
電極の材料としては、ステンレス、モリブデン、タンタル、ニッケル、銅、タングステン、又は、これらの合金などを使用することができる。ホローカソード放電を生じせしめる凹部を形成する面は、ガスの流路方向に１〜１０ｍｍ程度の厚さがあれば良い。ホローカソード放電を生じせしめる凹部は、例えば幅及び深さを１ｍｍ以下、０．５ｍｍ程度とすると良い。凹部はドット状に形成されても、溝状に形成されても良い。凹部の形状は、円柱面状、半球面状、角柱面状、角錐状、その他任意に形成できる。
【００１２】
プラズマを発生させるためのガスは被加工物に応じて、周知のガスを選択できる。例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒその他の希ガス、アンモニア、６フッ化イオウ、３フッ化窒素、フルオロカーボン類、特にＣ2Ｆ4等のフッ素化合物などが挙げられる。ガスの流速、供給量、或いは真空度は任意に設定できる。また、本発明は高周波によりプラズマを発生させるものではなく、電極に接続する電源は、直流、交流、その他任意であって、周波数に制限はない。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の具体的な一実施例に係るプラズマ発生装置の特徴ある要部の構成を示す図であり、 図１．Ａは開口部１０１付近を示す外観図、図１．Ｂはガス流路２０１に沿った断面図、図１．Ｃは電極１０Ａ及び１０Ｂの溝部１１の詳細を示す断面図である。
【００１４】
図１．Ｂのように、ガス流路２０１を中心に有する筒状の絶縁体から成る治具２０と、２つの屈曲した板状の電極１０Ａ及び１０Ｂを組み合わせる。この際、図１．Ａのように、２つの電極１０Ａ及び１０Ｂと治具２０と囲まれた、４辺（面）を有する開口部１０１が形成される。電極１０Ａ及び１０Ｂには、図１．Ｃのように互いに対峙する面において、幅及び深さが共に0.5mmの凹部１１が２箇所形成されており、当該凹部１１は開口部１０１の長辺の長さを有する溝部となっている。凹部１１の断面は１辺が除かれた矩形状である。尚、ガス流路２０１の形状は、ガスを導入する接続部２０３付近においては円筒状でありテーパ部２０１ｔを経由して先端部２０２においては断面が矩形状である。また、電極１０Ａ及び１０Ｂはボルト３０Ａ及び３０Ｂで各々治具２０に固定されている。
【００１５】
電極１０Ａ及び１０Ｂを交流電源に接続して電圧を印加し、治具２０のガス流路２０１を通して開口部１０１へプラズマを発生させるためのガスを流すと、電極１０Ａ及び１０Ｂのうち負電位が印加された側の凹部１１において、ホローカソード放電により放出された電子がガスに衝突してプラズマが高密度に発生する。このホローカソード放電によって発生したプラズマはガス流に乗って開口部１０１から照射される。これにより、被加工物の開口部１０１に面した狭い領域に効率良くプラズマが照射される。
【００１６】
図２は、電極１０Ａ及び１０Ｂ及び治具２０の形状を説明するための斜視図であり、図２．Ａは組み立て前の斜視図、図２．Ｂは組み立て後の斜視図である。図２．Ａのように、電極１０Ｂの溝部１１は、開口部１０１の長手方向に対応して一連の溝となっている。電極１０Ａの溝部１１も同様に形成される。治具２０のガス流路２０１の先端部２０２は図２．Ａに示す通り矩形状である。治具２０はガス流路２０１の先端部２０２よりも上部に、突出部２１１を有し、また、電極１０Ａを組み付けるための凹部２１０Ａを有している。また、電極１０Ｂを組み付けるための凹部２１０Ｂも同様に有している。図２．Ｂの如く、治具２０の突出部２１１の内面と、電極１０Ａ及び１０Ｂとで矩形状の開口部１０１が形成される。
【００１７】
図３は治具２０の形状を詳細に説明するための図であり、図３．Ａはガス流路２０１の先端部２０２側から見た平面図、図３．Ｂは正面図、図３．Ｃは図３．ＡのＣ矢視方向の断面図、図３．Ｄ及び図３．Ｅは各々図３．ＢでＤ、Ｅ矢視方向の断面図である。図２でも示した通り、ガス流路２０１を有する直方体に、治具２０はガス流路２０１の矩形状の先端部２０２よりも先に突出部２１１を設け、電極１０Ａ及び１０Ｂを組み付けるための凹部２１０Ａ及び２１０Ｂを設け、ガスを導入する接続部２０３を設けた形状である。図３．Ｃ、３．Ｄ及び３．Ｅに示す通り、ガス流路２０１の形状は、ガスを導入する接続部２０３付近においては円筒状でありテーパ部２０１ｔを経由して矩形状の先端部２０２になっている。
【００１８】
尚、図３の各図においては、ボルト３０Ａ及び３０Ｂを組み付けるための穴や、ガスを導入する接続部２０３のネジ山は省略した。また、電極１０Ａ及び１０Ｂの組み付けは、各々１個のボルト３０Ａ及び３０Ｂによるものに限定されない。例えばガス流路２０１の矩形状の先端部２０２付近に更に開口部１０１の空隙幅調整用のワッシャ及びボルトを設ける等の任意の公知の技術を追加又は置換することができる。また、図１乃至図３はプラズマ発生装置の要部である「プラズマ発生部分」を示したものであるが、これをプラズマ発生装置に組み込むことで、様々な加工処理を可能とするプラズマ発生装置を構成できる。この際、図１乃至３に示した、電極１０Ａ及び１０Ｂを固定した治具２０を、任意の手段で固定し、電源を接続し、接続部２０３にガス供給系を接続することは、全て本願発明の実施に当たる。尚、説明の都合上「開口部が上向き」の図を掲載しているが、プラズマを下向きに放出するダウンフロープラズマを発生させる構成が本願発明に包含されることは当然である。
【００１９】
図１の構成は、ガス流路を有する絶縁物から成る治具２０に２つの電極を組み合わせて開口部を形成するものであったが、例えば図４のように、２つの電極１０Ｃ及び１０Ｄのみで開口部１０１を形成する構成としても良い。図４の構成においては、開口部１０１を形成する電極１０Ｃ及び１０Ｄの互いに対峙する面に、凹部を形成する。凹部を連続した溝とする場合は、開口部１０１の星型形状に対応するように、当該溝部（凹部）が星型様に形成される。尚、ガス流路を有する治具の形状及び治具と電極との固定方法、並びに電極と電源との接続方法については任意である。
【００２０】
その他、開口部の形状は、図５．Ａのように鉤型でも、また図５．Ｂのように幅広の部分を有するストライプ状でも良い。図５．Ｂのように開口部の幅が場所によって異なる場合は、必要に応じ、幅広部分において電極の対峙する面に形成する凹部を多くする。
【００２１】
図１では、下方からプラズマ発生ガスを導入し、被加工物を開口部１０１の上方向に配設することを想定して記載したが、開口部の向き、即ちプラズマの放出方向は上方向に限られない。図１は本発明の要部を説明するための一実施例であり、開口部を横方向、下方向としてプラズマ発生装置を構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、微小範囲のプラズマ洗浄に適している。本発明はその他フォトレジストを用いない簡易なフォトリソグラフ（エッチング）及び膜形成にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係るプラズマ発生装置の要部の構成図。
【図２】電極１０Ａ及び１０Ｂ及び治具２０の形状を説明するための、組み立て前の斜視図（２．Ａ）、組み立て後の斜視図（２．Ｂ）。
【図３】治具２０の、ガス流路２０１の先端部２０２側から見た平面図（３．Ａ）、正面図（３．Ｂ）、３．ＡのＣ矢視方向の断面図（３．Ｃ）、３．ＢでＤ、Ｅ矢視方向の断面図（３．Ｄ及び３．Ｅ）。
【図４】他の電極形状（開口部形状）を示す図。
【図５】他の電極形状（開口部形状）を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１０Ａ、１０Ｂ：電極
１１：凹部または溝部
１０１：開口部
２０：絶縁体から成る治具
２０１：ガス流路
２０１ｔ：ガス流路のテーパ部
２０２：ガス流路の先端部
２０３：接続部
２１０Ａ、２１０Ｂ：電極１０Ａ、１０Ｂを組付けるための凹部
２１１：突出部
３０Ａ、３０Ｂ：ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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