(57)【要約】【課題】  プラズマソースと被処理基材とを相対移動して、被処理基材を安定にプラズマ処理するができる、プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  プラズマ処理装置１０は、プラズマソース３０および被処理基材２を収納する内チャンバ２０と、内チャンバ２０を収納する外チャンバ１２とを備え、内チャンバ２０の内圧が外チャンバ１２の内圧よりも大きい状態で被処理基材２をプラズマ処理する。内チャンバ２０には、内チャンバ２０の内部と外部を連通する開口部を設ける。開口部に、内チャンバ２０内に収納されたプラズマソース３０及び被処理基材２の少なくとも一方を支持するフレーム３２ａ，３２ｂを挿通する。フレーム３２ａ，３２ｂは、内チャンバ２０の外部まで延在して搬送機構３６に取り付けられる。搬送機構３６により、内チャンバ２０内においてプラズマソース３０と被処理基材２とを相対移動させる。【選択図】図１
2006114461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマソースおよび被処理基材を収納する内チャンバと、該内チャンバを収納する外チャンバとを備えたプラズマ処理装置において、
前記内チャンバには、前記内チャンバの内部と外部を連通する開口部が設けられ、
該開口部に、前記内チャンバ内に収納された前記プラズマソース及び前記被処理基材の少なくとも一方を支持するフレームが挿通され、
該フレームは、前記内チャンバの外部まで延在して搬送機構に取り付けられ、
該搬送機構により、前記内チャンバ内において前記プラズマソースと前記被処理基材とを相対移動させることを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記開口部の近傍において前記開口部を横断する方向にガス流れを発生させるガスカーテン装置を備え、前記開口部から前記内チャンバの内部へのガスの流入を防ぐことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
対向する一対の前記開口部が前記内チャンバに設けられ、一方の前記開口部から前記被処理基材を出し入れし、他方の前記開口部から前記プラズマソースと前記内チャンバの外部とを接続することを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記開口部の近傍に、前記開口部を覆い、前記フレームの移動に伴って伸縮又は移動するシャッター部材を備え、前記開口部から前記内チャンバの内部へのガスの流入を防ぐことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記開口部以外に、前記内チャンバに前記被処理基材の出し入れのための開口部を設けたことを特徴とする、請求項１又は４に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に大気圧下で被処理基材の表面をプラズマにより処理する大気圧プラズマ表面処理装置に好適な、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気圧下で発生させたプラズマにより基材表面を処理する方法が種々提案されている。中でも大気の巻き込みにより処理が不安定化するようなものについては、チャンバを内側と外側の二重にし、内側のチャンバの内圧を外側のチャンバの内圧より大きくし、さらに外側のチャンバの内圧を外気圧より小さくして、プラズマソースが収納される内側のチャンバの雰囲気を一定に保ち、かつ外気を内側のチャンバに巻き込まないにして、処理を安定に行うことが提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１４２２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように内側と外側のチャンバを備えた装置の場合、基材又はプラズマソースを移動させる搬送機構を内側のチャンバの内部に設置すると、使用するガスによっては、プラズマによる分解で腐食性のガスを発生し、搬送機構が損傷しやすい。また、搬送機構から、パーティクル、不純物が発生する場合がある。搬送機構の損傷や、パーティクル、不純物の発生は、安定なプラズマ処理の障害となる。
【０００４】
また、例えば被処理基材が８インチ程度以上のサイズになると、枚様式の処理を行う装置のフットプリントを小さくするには、プラズマソースを移動させる方が有利な場合が多い。しかし、この場合、プラズマソースのスキャンに必要な内チャンバの開口部は、各ユーティリティのプラズマソースへの接続等にも使用する必要があるため、開口部の面積が大きくなりやすく、内チャンバの内圧を高く保持しにくい。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑み、プラズマソースと被処理基材とを相対移動して、被処理基材を安定にプラズマ処理するができる、プラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したプラズマ処理装置を提供する。
【０００７】
プラズマ処理装置は、プラズマソースおよび被処理基材を収納する内チャンバと、該内チャンバを収納する外チャンバとを備え、前記内チャンバの内圧が前記外チャンバの内圧よりも大きい状態で前記被処理基材をプラズマ処理できるものである。前記内チャンバには、前記内チャンバの内部と外部を連通する開口部が設けられる。該開口部に、前記内チャンバ内に収納された前記プラズマソース及び前記被処理基材の少なくとも一方を支持するフレームが挿通される。該フレームは、前記内チャンバの外部まで延在して搬送機構に取り付けられる。該搬送機構により、前記内チャンバ内において前記プラズマソースと前記被処理基材とを相対移動させる。
【０００８】
上記構成によれば、搬送機構は内チャンバの外側に配置されるので、外チャンバの希釈ガス等により損傷を防止することが容易である。内チャンバの内部から外部に向けてガスが流れるので、内チャンバの外側に配置された搬送機構からパーティクル、不純物が発生しても、内チャンバ内の被処理基材に付着することはない。
【０００９】
上記構成において、プラズマソースをフレームで支持し、搬送機構により移動すれば、相対的に大きな被処理基材を枚様式で処理する装置のフットプリントを小さくすることができる。
【００１０】
なお、上記の作用効果は、外チャンバの内圧と外気圧との大小関係とは無関係である。もっとも、外チャンバの内圧は外気圧より小さくすれば、処理ガスが装置外部に流出しないので好ましい。
【００１１】
第１の具体的な態様として、好ましくは、前記開口部の近傍において前記開口部を横断する方向にガス流れを発生させるガスカーテン装置を備え、前記開口部から前記内チャンバの内部へのガスの流入を防ぐ。
【００１２】
上記構成によれば、開口部を横断する方向のガス流れによって、ガスカーテンが形成され、内チャンバの内部へのガスの流入を防ぐことができ、また、開口部の面積が大きくなっても、内チャンバの内圧を高く保持することができる。
【００１３】
好ましくは、対向する一対の前記開口部が前記内チャンバに設けられ、一方の前記開口部から前記被処理基材を出し入れし、他方の前記開口部から前記プラズマソースと前記内チャンバの外部とを接続する。
【００１４】
この場合、被処理基材の出し入れに開口部を利用するので、開口部とは別に、被処理基材の出し入れのために内チャンバの内外を連通する部分を設けることが不要となる。
【００１５】
第２の具体的な態様として、好ましくは、前記開口部の近傍に、前記開口部を覆い、前記フレームの移動に伴って伸縮又は移動するシャッター部材を備え、前記開口部から前記内チャンバの内部へのガスの流入を防ぐ。
【００１６】
上記構成によれば、搬送機構によるフレームの移動に伴って、シャッター部材が伸縮又は移動することにより、シャッター部材で常に開口部を覆うようにすることができる。開口部をシャッター部材で覆うことにより、内チャンバの内外が連通する部分を減らして、内チャンバの内部へのガスの流入を防ぐことができる。また、開口部の面積が大きくなっても、内チャンバの内圧を高く保持することができる。
【００１７】
好ましくは、前記開口部以外に、前記内チャンバに前記被処理基材の出し入れのための開口部を設ける。
【００１８】
この場合、例えばシャッター部材で開口部を覆ったまま、内チャンバに被処理基材を出し入れすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、プラズマソースと被処理基材とを相対移動して、被処理基材を安定にプラズマ処理するができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態として実施例を、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施例１）
実施例１のプラズマ処理装置１０について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２２】
図１の上面図及び図２の側面図に模式的に示すように、実施例１のプラズマ処理装置１０は、大略、内チャンバ２０と、内チャンバ２０を収納する外チャンバ１２とを備え、外チャンバ１２は大気中に設置される。
【００２３】
内チャンバ２０内には、被処理基材２が水平に載置される支持台２４と、支持台２４の上方を水平方向に移動するプラズマソース３０とが配置されている。プラズマソース３０は、不図示の電極対を含む。電極対は、例えば平板状であり、互いに対向して平行に配置され、プラズマソース３０の移動方向に対して垂直に延在する。電極対間に適宜な電圧（例えば、パルス電圧）を印加して放電が発生した状態で、電極対間に上部からガスを供給してプラズマ化し、下部から被処理基材２の上面に吹き付けて、プラズマ処理を行う。電極対間で発生する放電は、大気圧下、減圧下でのグロー放電、コロナ放電又は沿面放電など、どのようなものであってもよい。
【００２４】
外チャンバ１２には排気口１３が設けられ、不図示のポンプで排気する。これによって、外チャンバ１２の内圧が外気圧よりも小さく、内チャンバ２０の内圧が外チャンバ１２の内圧よりも大きい状態でプラズマ処理を行う。
【００２５】
内チャンバ２０の対向する側面２１ａ，２１ｂには、水平方向に延在するスリット２２がそれぞれ形成されている。プラズマソース３０を支持するフレーム３２ａ，３２ｂが、スリット２２を貫通して、内チャンバ２０の外部に突出するようになっている。
【００２６】
外チャンバ１２の内部かつ内チャンバ２０の外部には、内チャンバ２０のスリット２２に沿って一対のソース搬送機構３６が配置されている。ソース搬送機構３６は、その上部に、駆動されてスリット２２と平行に移動する移動部３４を有する。移動部３４にはスリット２２から突出したフレーム３２ａ，３２ｂがそれぞれ取り付けられ、ソース搬送機構３６によってプラズマソース３０が水平方向に移動するようになっている。
【００２７】
スリット２２の上方には、ガスカーテン装置２８が設けられている。ガスカーテン装置２８は下方に向けてガスを吹き出し、図２において矢印２３で示すように、スリット２２の近傍においてスリット２２を横断する方向にガス流れを発生させる。
【００２８】
スリット２２から突出する一方のフレーム３２ｂには、ケーブルベア３８の一端が接続されている。ケーブルベア３８の内部には、図示していないが、プラズマソース３０と各ユーティリティーとを接続する可撓性のある配線や配管が収納される。すなわち、プラズマソース３０の電極対に接続されるＨｏｔや接地の配線や、電極対間にガスを供給するための配管などが収納される。
【００２９】
外チャンバ１２は、内チャンバ２０の他方のフレーム３２ａが突出するスリット２２に対向して、ロード／アンロード室１５が接続されている。外チャンバ１２とロード／アンロード室１５との間には、ゲートバルブ１５が配置され、外チャンバ１２の内部のロード／アンロード室１５の内部との連通・非連通を切り換えることができる。
【００３０】
ロード／アンロード室１５には、基板搬送機構１６が設けられ、被処理基材２ａを、ゲートバルブ１５、フレーム３２ａ側のスリット２２を介して、内チャンバ２０の内部まで搬送するようになっている。
【００３１】
図示していなが、ロード／アンロード室１５にカセットを配置し、複数の被処理基材を収納するようにしてもよい。この場合、基板搬送機構により、カセットに収納された被処理基材を１枚ずつ取り出し、内チャンバに搬送して処理した後、カセットに戻すようにする。
【００３２】
図２に示すように、内チャンバ２０の内部には、リフトピン２７が突出し、ピン昇降装置２６によりリフトピン２７が伸縮して、基板搬送機構１６との間で被処理基材２ｂの受け渡しを行うようになっている。
【００３３】
被処理基材２は、Ｓｉウェハ、ガラス、さらには各種膜が成膜されたものなどである。被処理基材２は、前処理やアニールを行ってもよい。また、プラズマ処理時に被処理基材２を加熱してもよい。加熱せずにプラズマ処理することも可能である。プラズマ処理により、被処理基材の表面に対して親水、撥水、還元、酸化などの処理を行うことができる。
【００３４】
プラズマソース３０に供給する処理ガスは、目的に応じて選択すればよい。例えば、酸化処理には、窒素と酸素の混合ガスを用いる。還元処理には、アルゴンと水素を用いる。撥水化やエッチングには、フルオロカーバオンを用いる。希釈ガス及びガスカーテン装置２８からの吹き出し用として、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いる。
【００３５】
次に、プラズマ処理装置１０の動作について説明する。
【００３６】
被処理基材２ａをロード／アンロード室１５内に搬入し、基板搬送機構１６上に載置する。次に、基板搬送機構１６が、ゲートバルブ１５、内チャンバ２０のフレーム３２ａ側のスリット２２を通って、内チャンバ２０まで被処理基材２を搬送する。次に、リフトピン２７が上方に伸びて被処理基材２ｂを持ち上げた後、基板搬送機構１６がロード／アンロード室１５に戻る。次に、リフトピン２７が縮んで下降し、被処理基材２を支持台２４に載置する。次に、ソース搬送機構３６によりプラズマソース３０が移動し、被処理基材２の上面をスキャンしながら処理ガスを吹き付けてプラズマ処理を行う。処理が完了すると、リフトピン２７が伸びて被処理基材２を持ち上げ、基板搬送機構１６が内チャンバ２０に入った後、リフトピン２７が縮んで下降し、被処理基材２ｂを基板搬送機構１６に受け渡たす。基板搬送機構１６は、被処理基材２ｂをロード／アンロード室１５まで搬送する。
【００３７】
プラズマ処理装置１０において、ソース搬送機構３６は、内チャンバ２０の外側に配置されるので、内チャンバ２０の内部で発生する腐食性のガスに直接さらされることはなく、内チャンバ２０の内部で発生する腐食性のガスによる損傷を、外チャンバ１２内の希釈ガス等を利用して、容易に防止することができる。例えば、内チャンバ２０の内部から流出したガスが、ソース搬送機構３６から離れて流れるようにする。
【００３８】
また、内圧差により内チャンバ２０の内部から外部に向けてガスが流れるが、スリット２２の近傍にガスカーテンを形成して、スリット２２を通るガスの流れの大部分を遮断し、内チャンバ２０の内部へのガスの流入をなくすことができる。その結果、内チャンバ２０の外側に配置されソース搬送機構３６から発生したパーティクル、不純物が、内チャンバ２０の内部に運ばれて被処理基材２に付着したり、ガス濃度の不均一による処理むらが発生したりすることを、確実に防止することができる。
【００３９】
（実施例２）
実施例２のプラズマ処理装置１０ｓについて、図３〜図７を参照しながら説明する。実施例２のプラズマ処理装置１０ｓは、実施例１のプラズマ処理装置１０と略同様に構成される。以下では、同じ構成部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。
【００４０】
実施例１と同様、内チャンバ２０の側面２０ａ，２０ｂには一対のスリット２２が設けられ、フレーム３２ａ，３２ｂが貫通する。
【００４１】
実施例１と異なり、スリット２２から内チャンバ２０内へのガスの流入を防ぐため、スリット２２を覆うシャッター部材４０，４４を設けている。
【００４２】
図５の要部拡大図に示すように、シャッター部材４０，４４は、巻き取り部４１，４５から一端４３，４７側を引き出すことができるようになっている。シャッター部材４０，４４の一端４３，４７は、それぞれスリット２２の端部近傍に固定される。シャッター部材４０，４４の巻き取り部４１，４５は、フレーム３２ａ，３２ｂに固定されて両側に突出する支持部材５０によって、それぞれ回転自在に支持される。支持部材５０には、スリット２２側に突出するアーム５２が設けられ、アーム５２の先端部は、ローラ５４を回転自在に支持する。ローラ５４は、シャッター部材４０，４４の巻き取り部４１，４５から引き出された部分４２，４６をスリット２２に沿わせ、スリット２２とシャッター部材４０，４４との間の隙間をできるだけ小さくする。
【００４３】
なお、シャッター部材４０，４４の巻き取り部４１，４５と一端４３，４７の配置を逆にし、フレーム３２ａ，３２ｂにシャッター部材４０，４４の一端４３，４７を固定し、スリット２２の端部近傍に巻き取り部４１，４５を配置してもよい。
【００４４】
シャッター部材４０，４４は、フィルムなどのシート状部材や、複数の小片を揺動自在にベルト状に結合したものなどを用いることができる。巻き取り部４１，４５は、ばね等を用いて巻き取り方向に回転するように付勢して、シャッター部材４０，４４のスリット２２を覆う部分４２，４６に張力が働くようにする。
【００４５】
図３に示すように、ロード／アンロード室１５は、内チャンバ２０のスリット２２以外の部分と対向するよう外チャンバ１２に接続され、内チャンバ２０への被処理基材２の出し入れは、内チャンバ２０のスリット２２のない面２１ｃに設けた開口部（図示せず）から行うようになっている。スリット２２から被処理基材２を出し入れしないので、シャッター部材４０，４４が常にスリット２２を覆う状態にしておくことができる。
【００４６】
実施例２のプラズマ処理装置は、実施例１と同様に、ソース搬送機構３６が内チャンバ２０の外側に配置されるので、内チャンバ２０の内部で発生する腐食性のガスによるソース搬送機構３６の損傷を、容易に防止することができる。内チャンバ２０の内外の内圧差により、内チャンバ２０の内部から外部に向けてガスが流れるが、スリット２２の近傍にシャッター部材４０，４４を設け、スリット２２を通るガスの流れの大部分を遮断するので、内チャンバ２０内へのガスの流入をなくし、ソース搬送機構３６から発生したパーティクル、不純物が、内チャンバ２０内に運ばれて被処理基材２に付着したり、処理むらが発生したりすることを、確実に防止することができる。
【００４７】
さらに、プラズマソース３０を移動する構成であるので、相対的に大きな被処理基材を枚様式で処理する場合などには、装置のフットプリントを小さくすることができる。
【００４８】
図６は、スリット２２を覆うシャッター部材の変形例を模式的に示した要部構成図である。帯状のベルト部材６０の両端６１，６２を、スリット２２から突出したフレーム３２ａ，３２ｂの両側に固定し、ローラ６４〜６７で移動自在に支持し、フレーム３２ａ，３２ｂの移動に伴って移動する無端ベルト状に構成する。フレーム３２ａ，３２ｂが移動しても、フレーム３２ａ，３２ｂの両側に延在する部分６０ａ，６０ｂがスリット２２に沿って配置され、ベルト部材６０で常にスリット２２を覆うようにする。
【００４９】
図７は、スリット２２を覆うシャッター部材の他の変形例を模式的に示した要部構成図である。スリット２２から突出したフレーム３２ａ，３２ｂの両側に、複数の板状部材を含むスライド部材７０，７２をスリットに沿ってスライド自在に重ね合わせて配置し、引き戸状に構成する。スライド部材７０，７２の板状部材のうち、重ね合わせ方向両側のものは、それぞれ、スリット２２の端部近傍と、フレーム３２ａ，３２ｂとに固定する。各板状部材は、重ね合わせ方向に隣接する板状部材同士が重なり部分を残しながら、フレーム３２ａ，３２ｂの移動に伴いスライドするようにする。これにより、スライド部材７０，７２は、常にスリット２２を覆うようにする。
【００５０】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することができる。
【００５１】
例えば、実施例ではプラズマソースを移動する構成であったが、これに限るものではなく、プラズマソースを固定して被処理基材を移動するように構成しても、プラズマソースと被処理基材の両方を移動するように構成してもよい。
【００５２】
プラズマソース及び被処理基材の少なくとも一方を支持するフレームは、プラズマソース及び被処理基材の少なくとも一方を搬送する方向と直角に延在する場合に限らず、例えば搬送方向と平行に延在してもよい。開口部の形状や位置は、実施例に限定されるものではない。また、外チャンバの周囲の環境が外気圧よりも高くても低くて、本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】プラズマ処理装置の上面図である。（実施例１）
【図２】プラズマ処理装置の側面図である。（実施例１）
【図３】プラズマ処理装置の上面図である。（実施例２）
【図４】プラズマ処理装置の側面図である。（実施例２）
【図５】プラズマ処理装置の要部拡大図である。（実施例２）
【図６】プラズマ処理装置の要部拡大図である。（変形例１）
【図７】プラズマ処理装置の要部拡大図である。（変形例２）
【符号の説明】
【００５４】
２  被処理基材
１０，１０ｓ  プラズマ処理装置
１２  外チャンバ
１６  基板搬送機構
２０  内チャンバ
２２  スリット（開口部）
２４  プラズマソース
２８  エアーカーテン装置
３２ａ，３２ｂ  フレーム
３６  ソース搬送機構（搬送機構）
４２，４６  シャッター部材
６０  ベルト部材（シャッター部材）
７０  スライド部材（シャッター部材）
【図１】
2006114461.tif 000003
【図２】
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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】
2006114461.tif 000009