(57)【要約】【課題】被処理体を均一にプラズマ処理することができるプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】プラズマ処理装置１は、板状をなす被処理体Ｗに向けて処理ガスＧ１を噴出する開口２３、２４を有するガス供給管４、５と、処理ガスＧ１を活性化させてプラズマが発生するように電界を発生させる上部電極２および下部電極３と、浮上用ガスＧＳを供給することにより、被処理体Ｗを浮上させるエアギャップ生成部１５、１６とを備えている。このプラズマ処理装置１では、被処理体Ｗをプラズマ処理するとき、被処理体Ｗを浮上用ガスＧＳの作用によって浮上させて、被処理体Ｗを非接触で処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状をなす被処理体に向けて処理ガスを噴出する開口を有する処理ガス噴出部と、前記処理ガスを活性化させてプラズマが発生するように電界を発生させる一対の電極とを備えたプラズマ処理装置であって、
浮上用ガスを供給することにより、前記被処理体を浮上させる浮上手段を備え、
前記被処理体をプラズマ処理するとき、該被処理体を前記浮上用ガスの作用によって浮上させて、前記被処理体を非接触で処理することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記浮上手段は、前記被処理体の上側および下側の少なくとも一方に設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記浮上手段は、前記浮上用ガスを噴出する噴出口と、該噴出口と隣り合い、前記噴出した浮上用ガスを吸引する吸引口とを有する請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記浮上手段は、前記被処理体をその面方向に搬送する機能を有する請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記浮上用ガスを加熱する加熱手段を備えた請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ理装置。
【請求項６】
前記浮上用ガスは、不活性ガスである請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記噴出された処理ガスを回収する処理ガス回収手段を備えた請求項１ないし６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記一対の電極は、前記被処理体を介して、互いに対向して配置される請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記一対の電極における互いに対向する面には、それぞれ、前記処理ガス噴出部の開口が設けられている請求項８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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気圧下において、被処理体の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置としては、図３に示すような、平行平板型プラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、図３では、説明の都合上、図３中の上側を「上方」、下側を「下方」という。
図３に示すプラズマ処理装置４０は、被処理体Ｗを図中の矢印方向に搬送するコロコンベア（ローラ）４１と、搬送される被処理体Ｗを挟んで（介して）上方および下方にそれぞれ配置された上部電極４２および下部電極４３とを備えている。
【０００３】
このプラズマ処理装置４０では、上部電極４２および下部電極４３を貫通して設けられたガス導入管４４ａ、４４ｂから処理ガスが上部電極４２および下部電極４３の間（以下「処理空間Ｓ」という）に導入され、処理空間Ｓに発生する高周波電界Ｅによって、前記処理ガスが活性化される。該活性化された処理ガス（以下、「活性化ガス」という）は、プラズマとなり、処理空間Ｓを通過する被処理体Ｗの表面に接触して当該表面にプラズマ処理を施す。
【０００４】
また、前述したように、プラズマ処理装置４０では、被処理体Ｗがコロコンベア（ローラ）４１で搬送される。高周波電界Ｅを発生させる、すなわち、両電極間に電圧を印加すると、被処理体Ｗとコロコンベア４１が導通する。これにより、上部電極４２、下部電極４３および処理空間Ｓからなる系のインピーダンスが変化するため、高周波電界Ｅから被処理体Ｗを介してコロコンベア４１へ電流がリークする（流れる）。従って、電極間の放電が不安定となり、被処理体Ｗにおけるプラズマ処理する箇所にムラが生じる問題があった。
【０００５】
また、コロコンベア４１の各ローラの位置（図３中の上下方向）がバラつくため、搬送される被処理体Ｗと電極との距離（ギャップ）がバラつく。このギャップがバラつくと、例えば上部電極４２、下部電極４３および処理空間Ｓをコンデンサと見立てた場合、該コンデンサのインピーダンスの変化を引き起こすため、電極間の放電が不安定になる。
また、コロコンベア４１に付着しているゴミなどが被処理体Ｗへ付着する場合があり、このゴミにより、被処理体Ｗにおけるプラズマ処理する箇所にムラが生じるおそれがあった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１０２１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、被処理体を均一にプラズマ処理することができるプラズマ処理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】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のプラズマ処理装置は、板状をなす被処理体に向けて処理ガスを噴出する開口を有する処理ガス噴出部と、前記処理ガスを活性化させてプラズマが発生するように電界を発生させる一対の電極とを備えたプラズマ処理装置であって、
浮上用ガスを供給することにより、前記被処理体を浮上させる浮上手段を備え、
前記被処理体をプラズマ処理するとき、該被処理体を前記浮上用ガスの作用によって浮上させて、前記被処理体を非接触で処理することを特徴とする。
これにより、被処理体が非接触となり、当該被処理体を均一にプラズマ処理することができる。
【０００９】
本発明のプラズマ処理装置では、前記浮上手段は、前記被処理体の上側および下側の少なくとも一方に設けられていることが好ましい。
これにより、被処理体を確実に浮上させることができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記浮上手段は、前記浮上用ガスを噴出する噴出口と、該噴出口と隣り合い、前記噴出した浮上用ガスを吸引する吸引口とを有することが好ましい。
これにより、被処理体を確実に浮上させることができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記浮上手段は、前記被処理体をその面方向に搬送する機能を有することが好ましい。
これにより、被処理体を搬送することができる。
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置では、前記浮上用ガスを加熱する加熱手段を備えたことが好ましい。
これにより、被処理体に対するプラズマ処理が促進される。
本発明のプラズマ処理装置では、前記浮上用ガスは、不活性ガスであることが好ましい。
これにより、被処理体に高純度なプラズマ処理を施すことができる。
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置では、前記噴出された処理ガスを回収する処理ガス回収手段を備えたことが好ましい。
これにより、処理ガスを確実に回収することができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記一対の電極は、前記被処理体を介して、互いに対向して配置されることが好ましい。
これにより、被処理体の片面または両面をプラズマ処理することができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記一対の電極における互いに対向する面には、それぞれ、前記処理ガス噴出部の開口が設けられていることが好ましい。
これにより、被処理体におけるプラズマ処理される被処理部分に処理ガスを確実に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のプラズマ処理装置の好適な実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態の概略構成を示す断面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言い、図１中の上下方向を「垂直方向」、左右方向を「水平方向」と言う。
【００１３】
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、板状の被処理体Ｗに向けて処理ガスＧ１を供給（噴出）するガス供給管（処理ガス噴出部）４、５と、電界を発生させる一対の電極（上部電極２および下部電極３）と、被処理体Ｗを浮上させるエアギャップ生成部（浮上手段）１５、１６とを備えている。
まず、処理ガスＧ１について説明する。
処理ガスＧ１としては、特に限定されないが、例えば、Ｏ２、ＣＦ４、Ｎ２、アルゴン、ＣＨ４などの気体が挙げられる。
【００１４】
以下、プラズマ処理装置１の各部の構成について説明する。
図１に示すように、上部電極２および下部電極３は、被処理体Ｗ（例えばシリコンウエハのような半導体基板等）を介し、互いに対向して平行に配置される。これにより、被処理体Ｗの上面、下面または両面をプラズマ処理することができる。
上部電極２は、導線６を介して高周波電源７に接続されている。また、下部電極３は、導線８を介して接地されている。被処理体Ｗにプラズマ処理を施すとき、高周波電源７が作動して、両電極間に高周波電圧が印加される。このとき、両電極間（処理空間Ｓ）には、高周波電界Ｅが発生する。この高周波電界Ｅによって、上部電極２と下部電極３との間の空間（以下「処理空間Ｓ」という）に供給された処理ガスＧ１が活性化（例えば、励起、電離など）されて、プラズマが生じる。以下、活性化された処理ガスＧ１を「活性化ガス」ということがある。
【００１５】
なお、高周波電源７の周波数は、特に限定されないが、通常、数ｋＨｚ〜５０ＭＨｚで用いられるのが好ましい。
また、上部電極２および下部電極３における互いに対向する面のほぼ中央には、それぞれ、処理空間Ｓに向けて処理ガスＧ１を噴出するガス供給管４の開口２３およびガス供給管５の開口２４が設けられている。このように、開口２３、２４が処理空間Ｓに面していることにより、処理ガスＧ１を処理空間Ｓに確実に供給することができる。
【００１６】
また、上部電極２および下部電極３は、それぞれ、被処理体Ｗから所定距離（図１中、ｈ１、ｈ２で示す長さ）だけ離れた位置に配置される。これらの距離ｈ１、ｈ２は、高周波電源７の出力や、被処理体Ｗに施すプラズマ処理の種類等を考慮して適宜設定されるが常圧で用いる場合インピーダンス、ガス流量、ガス放電寿命等より０．５〜３ｍｍであるのがより好ましい。これにより、両電極間に高周波電界Ｅを確実に発生させることができる。
なお、上部電極２および下部電極３の材質としては、電導性の高い材質（例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、チタン、タングステン等）が用いられる。
【００１７】
また、高周波電界Ｅにおいてアーク放電の発生を防止する観点から、上部電極２の表面をアルミナ、石英、窒化シリコン等の誘電体で被覆するのが好ましい。この誘電体の厚さは、厚すぎるとプラズマ発生に高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生することがあるため、０．５〜２ｍｍ程度であるのが好ましい。
また、プラズマ処理装置１は、処理空間Ｓに供給された処理ガスＧ１を排出する（回収する）ガス排出管１２、１３を備えている。ガス排出管１２、１３は、上部電極２および下部電極３の外周にそれぞれ配置され、処理空間Ｓに開口する吸引口（回収口）１１を有している。
【００１８】
これらのガス排出管１２、１３は、排気ポンプ２５に連通している。この排気ポンプ２５が作動すると、ガス排出管１２、１３は、処理空間Ｓの処理ガスＧ１を吸引口１１から吸引する。
また、ガス排出管１２、１３は、排気ポンプ２５を介して、エアタンク（処理ガス精製処理装置）２６に接続されている。吸引口１１（ガス排出管１２、１３）から吸引された処理ガスＧ１は、エアタンク２６に蓄積される（回収される）。
【００１９】
このように、ガス排出管１２、１３と、排気ポンプ２５と、エアタンク２６とは、処理空間Ｓに噴出された処理ガスＧ１を回収する処理ガス回収手段としての機能を発揮している。これにより、簡単な構成で、処理ガスＧ１を確実に回収することができる。
また、回収された処理ガスＧ１は、再度、ガス供給管４から噴出されて、高周波電界Ｅによって活性化される。すなわち、回収された処理ガスＧ１は、プラズマ処理に再利用される。これにより、処理ガスＧ１の消費量（使用量）を削減することができる。
【００２０】
ところで、ガス排出管１２（ガス排出管１３）から吸引される処理ガスＧ１の量が、ガス供給管４（ガス供給管５）から供給される処理ガスＧ１の量より多い場合、ガス排出管１２が吸引する処理ガスＧ１には、当該処理ガスＧ１以外のガスが含まれる（巻き込まれる）。これにより、回収された処理ガスＧ１の濃度が低下して、処理ガスＧ１の再利用の効率が悪化する。
【００２１】
従って、プラズマ処理装置１は、ガス供給管４から供給される処理ガスＧ１の量は、ガス排出管１２から吸引される処理ガスＧ１の量より多くなるよう設定されるのが好ましい。また、エアギャップ生成部１５、１６を水平方向に長くすることで、ガス排出管１２、１３が外部から離され、これにより大気中のガスが巻き込まれるのが防止されて、回収された処理ガスＧ１の濃度の低下を防止することができ、よって、処理ガスＧ１の再利用の効率を高めることができる。
【００２２】
図１に示すように、エアギャップ生成部１５、１６は、それぞれ、ガス排出管１２、１３の外側にあり、被処理体Ｗの上側および下側に配置されている。また、エアギャップ生成部１５、１６は、それぞれ、被処理体Ｗに向けて浮上用ガスＧＳを噴出（供給）する複数の噴出孔１４と、噴出孔１４から噴出された浮上用ガスＧＳを回収（吸引）する複数の回収孔２０とを有している。各回収孔２０と各噴出孔１４とは、互いに隣り合うように形成されている。
【００２３】
各回収孔２０は、排気ポンプ２８に連通している（接続されている）。この排気ポンプ２８の作動により、浮上用ガスＧＳは、回収孔２０から吸引される。また、回収孔２０は、排気ポンプ２８を介して、エアタンク２９に接続されている。回収孔２０から吸引された浮上用ガスＧＳは、エアタンク２９に蓄積される（回収される）。
また、回収された浮上用ガスＧＳは、再度、噴出孔１４から噴出される。すなわち、浮上用ガスＧＳは、再利用される。これにより、浮上用ガスＧＳの消費量（使用量）を削減することができる。
【００２４】
また、プラズマ処理装置１（エアギャップ生成部１５、１６）では、噴出孔１４から噴出する浮上用ガスＧＳの量と、回収孔２０から回収する浮上用ガスＧＳの量とを調整することによって、エアギャップ生成部１５と被処理体Ｗとの間の空間Ｓ１の圧力を、エアギャップ生成部１６と被処理体Ｗとの空間Ｓ２の圧力より小さくすることができる。これにより、上方に向けて被処理体Ｗを吸引する吸引力が発生して、被処理体Ｗを確実に浮上させることができる。すなわち、被処理体Ｗの上側および下側には、それぞれ、エアギャップＡＳが形成されて、被処理体Ｗを確実に浮上させることができる。
【００２５】
被処理体Ｗをプラズマ処理するときには、前述のエアギャップＡＳ（浮上用ガスＧＳ）の作用によって被処理体Ｗを浮上させて、例えば上部電極２、下部電極３、エアギャップ生成部１５、１６等に対して非接触で被処理体Ｗを処理する。
従って、被処理体Ｗは、前述したような部位と導通することが防止され、電気的にフローティングする。これにより、上部電極２、下部電極３および処理空間Ｓからなる系のインピーダンスが変化することが防止される。その結果、高周波電界Ｅから被処理体Ｗを介して電流がリークする（流れる）ことが防止されて、上部電極２および下部電極３間の放電を安定させることができ、よって、被処理体Ｗにプラズマ処理を均一に施すことができる。
たとえ、被処理体Ｗに外力が加えられて、その被処理体Ｗがプラズマ処理装置１の構成部位に接触した場合でも、エアギャップＡＳにより、短時間で非接触状態が復帰することができる。従って、長時間の接触による電流がリークした状態が維持させるのが防止される。これにより、被処理体Ｗにプラズマ処理を均一に施すことができる。
【００２６】
また、エアギャップ生成部１５、１６では、噴出孔１４と回収孔２０とが互いに隣り合うように設けられているため、空間Ｓ１および空間Ｓ２のそれぞれにおいて、噴出孔１４から回収孔２０に向けての浮上用ガスＧＳの流れを発生させることができる。この流れ（気流）の方向を制御することによって、水平方向（被処理体Ｗの面方向）へ被処理体Ｗを移動する（搬送する）ことができる。これにより、例えばコロコンベアやテーブルのような搬送手段を別途設けるのが省略することができる。
【００２７】
このように、プラズマ処理装置１のエアギャップ生成部１５、１６は、被処理体Ｗを搬送する搬送手段としての機能を有している。
また、搬入側（図１中の左側）のエアギャップ生成部１５、１６には、浮上用ガスＧＳを加熱するヒータ（加熱手段）２７が設けられている。浮上用ガスＧＳは、ヒータ２７を通過することにより加熱されて（昇温されて）、被処理体Ｗへ向って噴出する。
【００２８】
この加熱された浮上用ガスＧＳを搬送中の被処理体Ｗに吹き付けることにより、当該被処理体Ｗは、処理空間Ｓに搬入される前に加熱される。このように、被処理体Ｗが加熱されることにより、プラズマ処理が促進される。例えば被処理体Ｗが１５０℃まで加熱された場合、レジストのアッシング処理では、通常、アッシングレートが加熱しない場合の数倍も早くなる。
【００２９】
また、浮上用ガスＧＳとしては、特に限定されないが、例えばＮ２ガスなどの不活性ガスが好ましい。例えば、浮上用ガスＧＳが空気である場合には、プラズマ処理がエッチング処理やＣＶＤ処理などのとき、Ｈ、Ｏ２などが活性化ガスと結合して多種の副生成物が発生する。このような副生成物は、被処理体Ｗの表面Ｗ１、Ｗ２に付着して該表面を汚染する。そこで、浮上用ガスＧＳが不活性ガスであると、前述したような副生成物の発生が防止さて、被処理体Ｗに高純度なプラズマ処理を施すことができる。
【００３０】
また、プラズマ処理装置１では、前述したように、電流のリークが発生するのを防止することができるため、放電エネルギを減少することもできる。
また、被処理体Ｗは、浮上して搬送されるため、例えばパーティクルなどのゴミが被処理体Ｗに付着することが防止される。仮に、ゴミが被処理体Ｗに付着したとしても、浮上用ガスＧＳの流れによって当該ゴミを剥離することができる。
【００３１】
また、例えばコロコンベヤによって被処理体Ｗが搬送される場合、コロコンベアの各搬送ローラが鉛直方向の位置のバラつきが生じる。このバラつきにより、被処理体Ｗの位置が鉛直方向に通常数ｍｍ程度バラつく。しかし、本実施形態では、被処理体ＷがエアーギャップＡＳにより安定して浮上するため、前記コロコンベヤによる被処理体Ｗの位置のバラつきの影響を受けることが防止される。従って、距離ｈ１、ｈ２がばらつくことが防止され、処理空間Ｓにおける処理ガスＧ１の流れが安定し、インピーダンスのバラつきがなく被処理体Ｗがより均一にプラズマ処理される。
また、プラズマ処理装置１では、前述したように空間Ｓ１が減圧されるため、処理ガスＧ１のガス分子の平均自由行程が長くなり、処理空間Ｓにおいてグロー放電を容易に発生させることができる。これにより、放電着火電力や放電維持電力を低減することができる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明のプラズマ処理装置の第２実施形態の概略構成を示す断面図である。なお、以下の説明では、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言い、図２中の上下方向を「垂直方向」、左右方向を「水平方向」と言う。
以下、第２実施形態のプラズマ処理装置について、前述した第１実施形態との違いを中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。本実施形態は、プラズマ処理装置が被処理体の下面をプラズマ処理するよう構成されていること以外は第１実施形態と同様である。
【００３３】
図２に示すように、プラズマ処理装置３０には、被処理体Ｗの下側にのみ、ガス供給管５が設けられている。これにより、被処理体Ｗの下面をプラズマ処理することができる。
また、プラズマ処理装置３０には、被処理体Ｗの下側にのみ、エアギャップ生成部１６が設置されている。噴出孔１４から噴出する浮上用ガスＧＳの量を、回収孔２０から回収する浮上用ガスＧＳの量より多く設定することによって、被処理体Ｗの下側にエアギャップＡＳが形成されて、被処理体Ｗを浮上させて搬送することができる。
このように、プラズマ処理装置３０においても、前記第１実施形態のプラズマ処理装置１と同様に、被処理体Ｗを浮上させて、非接触で被処理体Ｗを処理することができる。これにより、被処理体Ｗを介して電流がリークする（流れる）ことが防止することができ、よって、被処理体Ｗにプラズマ処理を均一に施すことができる。
【００３４】
また、プラズマ処理装置３０は、被処理体Ｗの下側にエアギャップ生成部１６が設置されているのに限定されず、被処理体Ｗの上側にエアギャップ生成部が設置されていてもよい。このとき、上側の噴出孔１４から噴出する浮上用ガスＧＳの量を、上側の回収孔２０から回収する浮上用ガスＧＳの量より少なく設定することによって、被処理体Ｗを吸引して浮上させる。
また、プラズマ処理装置３０は、被処理体Ｗの下面をプラズマ処理するよう構成されているのに限定されず、被処理体Ｗの上面をプラズマ処理するよう構成されていてもよい。
【００３５】
以上、本発明のプラズマ処理装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。プラズマ処理装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、プラズマ処理装置は、前記各実施形態に示すいわゆる平行平板型であるのに限定されず、例えば、いわゆるリモート型であってもよい。
また、被処理体に施すプラズマ処理としては、特に限定されず、例えば、アッシング処理、エッチング処理、親水処理、撥水処理などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明のプラズマ処理装置の第２実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図３】従来の平行平板型の大気圧プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、３０、４０……プラズマ処理装置  ２、４２……上部電極  ３、４３……下部電極  ４、５……ガス供給管  ６、８……導線  ７……高周波電源  １１……吸引口  １２、１３……ガス排出管  １４……噴出孔  １５、１６……エアギャップ生成部  ２０……回収孔  ２３、２４……開口  ２５、２８……排気ポンプ  ２６、２９……エアタンク  ２７……ヒータ  ４１……コロコンベア  ４４ａ、４４ｂ……ガス導入管  ＡＳ……エアギャップ  Ｅ……高周波電界  ｈ１、ｈ２……距離  Ｓ……処理空間  Ｓ１、Ｓ２……空間  Ｗ……被処理体  Ｗ１、Ｗ２……表面  Ｇ１……処理ガス  ＧＳ……浮上用ガス
【図１】
2006005316.tif 000003
【図２】
2006005316.tif 000004
【図３】
2006005316.tif 000005