(57)【要約】【課題】  大電力を投入でき、長時間安定してプラズマ処理できる電極および該電極を用いたプラズマプロセス装置を提供する。【解決手段】  金属電極１１、１２と、誘電体２１、２２と、薄膜３１、３２と、緩衝部材４１、４２とを備える。誘電体２１、２２は、金属電極１１、１２と対向するように配置される。薄膜３１、３２は、誘電体２１、２２において金属電極１１、１２に対向する面の少なくとも一部を覆うように形成される。緩衝部材４１、４２は、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とを接続する導電性の部材である。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属電極と、
前記金属電極と対向するように配置された誘電体と、
前記誘電体において前記金属電極に対向する面の少なくとも一部を覆うように形成された導電性の薄膜と、
前記金属電極と前記薄膜とを接続する導電性の緩衝部材とを備える、電極。
【請求項２】
前記緩衝部材が、バネ状の合金であることを特徴とする、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記緩衝部材が、導電性接着剤、および導電性ペーストのいずれか一方を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の電極。
【請求項４】
プラズマを発生させる電極であって、
前記金属電極と前記薄膜とが接続される位置は、プラズマを発生させる領域と接する前記誘電体の面と反対側に、少なくとも１箇所あることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極。
【請求項５】
前記金属電極から前記誘電体を見る方向において、
前記方向に垂直な仮想面に対し、投影した前記金属電極の投影形状は、前記仮想面に投影した前記誘電体の投影形状に含まれるように、前記誘電体の形状が決定されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電極。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電極を少なくとも１つ備え、
前記電極近傍に反応ガスを導入するガス導入手段と、
前記電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段とをさらに備えている、プラズマプロセス装置。
【請求項７】
大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成することを特徴とする、請求項６に記載のプラズマプロセス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極および該電極を用いたプラズマプロセス装置に関し、より特定的には、大電力を投入でき、長時間安定して大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ処理できる電極および該電極を用いたプラズマプロセス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体や液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、太陽電池などさまざまな電子デバイスを製造するため、エッチング、成膜、アッシング、または表面親水化処理などをプラズマ処理で行なうプラズマプロセス装置が知られている。その多くは０．１Ｐａ〜１ｋＰａ程度の圧力下でプラズマを発生させ処理を行なうものである。プラズマプロセス装置において前記圧力を保つためには、真空容器を必要とする。そのため、（１）電極部の大きさに比べて装置サイズが大きくなる、（２）プラズマの活性種の密度が小さいため処理速度を高めることができない、（３）プラズマ処理の時間に比べ、真空排気や大気開放するための時間の方が長い、すなわち、被処理基板一枚当りの処理時間が長くなる、などの問題があった。
【０００３】
上記の問題に対して、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、プラズマ処理を行なう技術が開発されている。この技術に依れば大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ処理を行なうために、（１）真空容器を必要としないため装置サイズを小さくできる、（２）プラズマの活性種の密度が高いため処理速度を高くすることができる、（３）被処理基板一枚当りの処理時間もほぼプラズマ処理の時間に等しくできる、などの利点がある。
【０００４】
しかし、この大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ処理する電極は金属部が露出している場合、処理速度を高めようとしてプラズマを生成させるための投入電力を高めるとアーク放電が発生してしまう。このため、金属電極表面を固体誘電体で被覆する技術が開発されている。
【０００５】
固体誘電体で金属電極を被覆する方法として、たとえば、金属電極にアルミナ等の誘電体を溶射で形成する方法がある。この溶射法で形成した誘電体は、たとえば、粒径２μｍの粉材を用い、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理で製造された高密度焼結誘電体に比べて多孔質構造となる。そのため、絶縁破壊電圧が低くなる。また、電極に高電力を投入してプラズマを連続的に発生させると、プラズマ発生部で消費される電力により発熱して誘電体、および電極の温度が上昇する。この温度上昇に伴い、熱膨張係数と温度上昇量と物体の長さの積で表される、電極と誘電体との熱膨張量の違いが生じる。そのため、電極と誘電体との界面での応力が大きくなり、誘電体にクラックが入り絶縁破壊が生じやすくなる場合があるという問題があった。
【０００６】
また、金属電極のプラズマ放電面側に誘電体を設けた電極では、金属電極と誘電体との間に加工精度や組立精度などから部分的に隙間が生じる。この隙間は、熱膨張量の差による応力発生を回避するには有効である。しかし、大気圧または大気圧近傍の圧力下において電極に高電力を投入した際に、上記隙間があるため、不要な放電が生じる。そのため、プラズマ生成のための電力効率を上げることができなかった。
【０００７】
上記問題を解決するために、たとえば、特開平７−２２０８９５号公報（特許文献１）に記載の、ガラス管の内壁に銀メッキを施し、このメッキ膜を電極として交流電圧を印加する、大気圧グロー放電用電極が開示されている。
【０００８】
また、たとえば、特開平１１−４３７８１号公報（特許文献２）に記載の電極が開示されている。
【０００９】
図１０は、上記特許文献２に開示された電極の断面図である。電極２００は、焼結型セラミックス２１１、２１２にメッキ、蒸着、溶射、またはコーティングして金属電極２０１、２０２を付着させることにより確実に電極を形成し、この電極に交流電圧を印加することにより上記問題を解決している。
【特許文献１】特開平７−２２０８９５号公報
【特許文献２】特開平１１−４３７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１、２に開示された、メッキ、蒸着、溶射、または、コーティングなどで成膜した電極は、電極の厚さが数１０ミクロン程度しか形成できない。また、膜の導電率がバルクの金属に比べて低く、電極に高電力を投入しても電極での損失が大きくなり、その発熱の影響が大きくなる。そのため、電離電圧の低いＨｅ（ヘリウム）ガスなどを主に反応ガスとして用いたプラズマ処理では上記のような薄膜の電極を用いることもできる。しかし、電離電圧の高いハロゲン系やシラン系の反応ガスなどを用いたエッチングや成膜などの用途のプラズマ処理をすると、電極に高電力を投入しないと放電が安定しにくい場合や、プロセス速度が不十分な場合がある。このような場合において、電極として上記のような薄膜の電極を用いると、バルクの金属電極に比べて抵抗が高いためにジュール熱が大きくなる。そのため、薄膜電極の温度が上昇して溶融したり、温度上昇により誘電体との熱膨張量差が生じ、薄膜が誘電体から剥離したりするなどの問題がある。
【００１１】
それゆえ本発明の目的は、大電力を投入でき、長時間安定してプラズマ処理できる電極および該電極を用いたプラズマプロセス装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明にしたがった電極は、金属電極と、誘電体と、薄膜と、緩衝部材とを備える。誘電体は、金属電極と対向するように配置される。薄膜は、誘電体において金属電極に対向する面の少なくとも一部を覆うように形成される。緩衝部材は、金属電極と薄膜とを接続する導電性の部材である。
【００１３】
これにより、金属電極と薄膜との間に緩衝部材が媒介物として存在している。緩衝部材は、誘電体と誘電体の表面形状に依存して形成された金属電極との接触性を良好にしている。そのため、緩衝部材を媒介としてプラズマにより加熱された誘電体の熱を金属電極へ伝えることができる。よって、大電力を投入しても電極の温度の上昇を抑えることができる。
【００１４】
上記の電極において好ましくは、緩衝部材が、バネ状の合金である。この場合の「緩衝部材」とは、金属電極と誘電体との熱膨張により生じるそれぞれの延びを吸収できる弾性体を意味する。また、「ばね状の合金」とは、弾性を有する合金の材料を意味する。
【００１５】
これにより、電極に熱が加わった場合でも、緩衝部材により金属電極と薄膜との接続部に間隙などの接触不良部が発生することを防止できる。
【００１６】
上記の電極において好ましくは、緩衝部材が、導電性接着剤、および導電性ペーストのいずれか一方を含んでいる。
【００１７】
これにより、緩衝部材と、薄膜や金属電極との接触面積を大きくできるため、接触抵抗を低減することができる。
【００１８】
上記の電極において好ましくは、プラズマを発生させる電極であって、金属電極と薄膜とが接続される位置は、プラズマを発生させる領域と接する誘電体の面と反対側に、少なくとも１箇所ある。
【００１９】
これにより、大電力を投入しても電極の温度上昇が抑えられ、長時間安定してプラズマ処理できる。
【００２０】
上記の電極において好ましくは、金属電極から誘電体を見る方向において、方向に垂直な仮想面に対し、投影した金属電極の投影形状は、仮想面に投影した誘電体の投影形状に含まれるように、誘電体の形状が決定されている。
【００２１】
これにより、放電を防止することができる。また、電極を最大限利用できるため、大電力を効率良く投入することができる。
【００２２】
本発明のプラズマプロセス装置は、電極を少なくとも１つ備え、電極近傍に反応ガスを導入するガス導入手段と、電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段とをさらに備えている。
【００２３】
これにより、大電力を投入しても電極の温度上昇が抑えられ、長時間安定してプラズマ処理できる。
【００２４】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成する。
【００２５】
これにより、大気圧または大気圧近傍の圧力下において、大電力を投入しても電極の温度上昇が抑えられ、長時間安定してプラズマ処理できる。
【００２６】
なお、「大気圧近傍の圧力」とは、１．０×１０4Ｐａ以上１．１×１０5Ｐａ以下の圧力範囲を意味する。
【発明の効果】
【００２７】
このように、本発明によれば、緩衝部材を誘電体の一部を覆う薄膜と金属電極とを接続しているため、大気圧または大気圧近傍下の圧力下で大電力を投入しても電極の温度上昇が抑えられ、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による電極を示す断面模式図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１による電極を説明する。本発明の実施の形態１による電極は、図１に示すように、たとえば直接放電式の電極としている。直接放電方式の電極は、高周波印加側の電極５１と接地側の電極５２とを備える。本発明の実施の形態１による高周波印加側の電極５１は、図１に示すように、たとえば、金属電極１１と、誘電体２１と、薄膜３１と緩衝部材４１とを備える。また、本発明の実施の形態１による接地側の電極５２は、図１に示すように、たとえば金属電極１２と、誘電体２２と、薄膜３２と緩衝部材４２とを備える。
【００３０】
なお、電極５１は、整合器７２を介して電圧印加手段７１と接続され、電極５２は、接地されることにより、電極５１、５２の間に高周波電圧が印加される。電極５１と電極５２との間に被処理基板６１が配置されている。
【００３１】
誘電体２１、２２は、金属電極１１、１２とそれぞれ対向するように配置されている。薄膜３１、３２は、誘電体２１、２２において金属電極１１、１２に対向する面の少なくとも一部を覆うようにそれぞれ形成されている。また、薄膜３１、３２は、導電性である。緩衝部材４１、４２は、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とをそれぞれ接続している。また、緩衝部材４１、４２は、導電性である。
【００３２】
なお、薄膜３１、３２は誘電体２１、２２の一部を覆うように形成されており、薄膜３１、３２は一定条件下で成膜されている。たとえば、薄膜３１、３２と誘電体２１、２２との間に熱が加わった場合であっても薄膜３１、３２が剥がれない必要がある。誘電体２１、２２に薄膜３１、３２を形成する時に、材料や成膜時の温度等を一定条件として密着良く成膜している。あるいは、薄膜３１、３２に応力が負荷されないように、成膜方法、成膜時の成膜速度等を一定条件としたり、添加剤を加えたり、合金にするなどとしている。
【００３３】
電極５１、５２は、プラズマを発生させる電極である。金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とが接続される位置は、プラズマＡの発生する領域と接する誘電体２１、２２の面と反対側にそれぞれ２箇所ある。
【００３４】
高周波印加側の電極５１の金属電極１１から誘電体２２を見る方向Ｄにおいて、方向Ｄに垂直な仮想面Ｈに対し、投影した金属電極１１の投影形状Ｌ１１は、仮想面Ｈに投影した誘電体２１の投影形状Ｌ２１に含まれるように、誘電体２１の形状が決定されている。なお、接地側の電極５２における金属電極１２と誘電体２２との関係についても同様である。
【００３５】
金属電極１１、１２の材料は、たとえばＡｌ（アルミニウム）を用いている。金属電極１１、１２の材料は、ＡｌやＣｕ（銅）などの金属材料や合金などの、導電率が１×１０6［１／Ω・ｍ］以上のものを用いることが好ましい。さらに、導電率が∞である完全導体を用いるのが好ましい。導電率が１×１０6［１／Ω・ｍ］よりも小さい材料を用いると、高周波の伝播損失が大きくなるからである。なお、電極の大型化や電源の高周波化をする場合には、ＡｌまたはＣｕなどの導電率が１×１０7［１／Ω・ｍ］以上の材料のものを用いることが好ましい。
【００３６】
誘電体２１、２２の材料は、たとえば焼結型のアルミナを用いている。誘電体２１、２２の材料は、電気的絶縁性、耐熱性、耐腐食性、耐プラズマ性、加工性、および低損失性などが優れているものを用いることが好ましい。当該性質を備えたものとして、誘電体２１、２２の材料は、たとえばジルコニア系、窒化珪素系、窒化アルミ系の焼結型のセラミックスを用いても良い。また、誘電体２１、２２の他の材料としては、Ａｇ（銀）、Ａｌ、および前記材料を含む合金材料のうち導電率が高い材料についても用いることができる。また、誘電体２１、２２の形状は、平板形状としている。
【００３７】
薄膜３１、３２は、誘電体２１、２２の金属電極１１、１２側の面に、蒸着、メッキ、または溶射等により、１μｍ以上１００μｍ以下の厚さに成膜させている。
【００３８】
緩衝部材４１、４２は、バネ性を有し、かつ導電性が良いＢｅＣｕを用いている。バネ性を有するＢｅＣｕを用いると、導電性を導電性接着剤や導電性ペーストより高くできる。また、幅が５ｍｍ以上２０ｍｍ以下で、厚さが１０μｍ以上１ｍｍ以下のものを用いている。緩衝部材４１、４２は、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とが対向するそれぞれの面の外周にわたって１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の間隔で接続している。緩衝部材４１、４２の材料としては、バネ性を有し、導電率が１×１０6［１／Ω・ｍ］以上のものを用いるのが好ましい。たとえば、上記材料の他に、ＳＵＳや真鍮などを用いることもできる。また、上記のようなバネ性を有する材料以外に、たとえば、Ａｇフィラー等を含む導電性接着剤、および導電性ペーストのいずれか一方を含んだものを用いることもできる。導電性接着剤、および導電性ペーストのいずれか一方を含んだものを材料として用いると、バネ性の材料に比べて、薄膜３１、３２や金属電極１１、１２との接触面積を大きくできるので、接触抵抗を下げることができる。
【００３９】
次に、電極５１における電磁界について説明する。電極５１において、図１に示すように、金属電極１１と薄膜３１との間にある距離Ｄ４１を０．１ｍｍとした場合において、隙間部の距離Ｄ４１での電界を知るために電磁界解析を行った。図２にその結果を示す。図２は、薄膜３１と金属電極１１との間の電界強度を示す図である。図２において、縦軸は電界強度（単位：ａ．ｕ．）を示し、横軸は薄膜３１における端部からの位置（単位：ｍｍ）を示す。図２に示すように、緩衝部材４１を４ｍｍ間隔で３箇所に配置している状態としており、隙間部での電界強度は、緩衝部材４１を有していない電極の電界強度に比べて、２桁以上低くなった。なお、隙間部は金属材料で囲まれる構成としたため、隙間部での電界は０となるので不要な放電は発生し得ない。
【００４０】
また、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、電極５１と電極５２との間に反応ガスを導入し、たとえば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を電圧印加手段７１により印加してプラズマＡを生成すると、隙間部での不要な放電は生じることはない。また、電極は薄膜電極のみではなく主として金属電極としているため熱容量が大きく電極５１、５２の温度上昇を抑えることができる。そのため、効率的にプラズマＡを生成でき、被処理基板６１へプラズマＡを供給することができる。
【００４１】
一方、緩衝部材４１を設けない場合は、薄膜３１を形成しても金属電極１１と薄膜３１との間の隙間部の電界強度（図２における非接続の場合）は、放電する時の電界強度とほぼ同等となった。また、高電力を投入すると、隙間部で不要な放電が生じ、被処理基板６１へプラズマＡを供給するための電力を効率的に供給することができなかった。
【００４２】
次に、本発明による実施の形態１による電極５１、５２を用いたプラズマプロセス装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態１によるプラズマプロセス装置を示す断面図である。図１および図３を参照して、本発明の実施の形態１によるプラズマプロセス装置を説明する。本発明の実施の形態１によるプラズマプロセス装置は、図１、３に示すように、たとえば直接放電式の電極５１、５２を用いたプラズマプロセス装置としている。
【００４３】
プラズマプロセス装置１０は、電極５１、５２と、ガス導入手段８１と、ガス排出部９１と、電圧印加手段７１と、整合器７２と、搬送部１０１と、シールド部１１１とを備えている。ガス導入手段８１は電極５１、５２近傍に反応ガスを導入する。電圧印加手段７１は、電極５１、５２に高周波電圧を印加する。
【００４４】
被処理基板６１は、たとえばガラス基板にＳｉ系の薄膜とレジストパターンが形成されたものを用いた。被処理基板６１は、搬送部１０１により、被処理基板６１の長軸方向（図３において左方向から右方向）を搬送方向として、プラズマプロセス装置１０に搬送される。搬送部１０１の搬送方式としては、たとえばコロ搬送方式としているが、特にこの構成に限定されない。たとえば、ローラ搬送方式やベルト搬送方式を用いても良い。
【００４５】
ガス導入手段８１には、反応ガスとして、たとえばヘリウムガスとフッ素系のガスと酸素ガスとを混合したガスを導入した。反応ガスはこれに特に限定されず、反応ガスの種類、混合比、および流量は、被処理膜の膜種と下層膜とレジストとの選択比および処理時間などに応じて適宜選択できる。
【００４６】
反応ガスは、ガス導入手段８１から導入され、電極５１と電極５２との電極間を通り、被処理基板６１が搬送される経路を流路として通り、ガス排出部９１から排出される。電極５１、５２はアルミ等で形成されたシールド部１１１の中に配置されている。シールド部１１１では、その中に配置された電極５１、５２に高周波電圧を印加しても、電磁波が外部に漏れないような構成としている。
【００４７】
実施の形態１では、図３に示すように、誘電体２１、２２の厚さＤ２１、Ｄ２２をそれぞれ５ｍｍ、誘電体２１、２２における他方の電極側の表面間（対向する表面間）の距離Ｄ１０を５ｍｍとしている。
【００４８】
次に、プラズマプロセス装置１０の動作方法について説明する。実施の形態１によるプラズマプロセス装置において、たとえばプラズマ処理としてエッチング処理を行った場合について説明する。
【００４９】
電極５１には整合器７２を介して、たとえば周波数が１３．５６ＭＨｚの電圧印加手段７１を接続する。次いで、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、高周波電圧を印加して、電極５１と電極５２との間にプラズマＡを発生させる。そして、電極５１と電極５２との間に配置、搬送される被処理基板６１の片側の面または両側の面におけるＳｉ系薄膜に、プラズマ処理としてエッチング処理を行なった。
【００５０】
なお、電圧印加手段７１の周波数は、プロセス処理速度とプロセスの均一性に関係し、トレードオフの関係となっているため、目的に応じて１０ｋＨｚから１００ＭＨｚ程度の周波数から適宜選択することができる。また、電力はプロセス処理速度と関係があるため、所望の処理速度が得られるような電力を適宜選択することができる。
【００５１】
以上説明したように、実施の形態１による電極５１、５２は、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とを接続する導電性の緩衝部材４１、４２とを備えている。そのため、加熱により薄膜３１、３２と金属電極１１、１２とが熱膨張して膨張による変位量の差ができても、緩衝部材４１、４２が吸収するので、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２との接続部に間隙などの接触不良部が発生することがない。一方、熱膨張しない場合であっても、薄膜３１、３２は誘電体２１、２２に形成されているので、薄膜３１、３２の形状は誘電体２１、２２の表面形状に依存して形成される。そのため、薄膜３１、３２と金属電極１１、１２とを緩衝部材４１、４２を媒介物として接触させているため、接触の困難性を回避している。よって、電極５１、５２は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で大電力を投入しても、緩衝部材４１、４２を媒介として、誘電体２１、２２に割れ等が生じずに誘電体２１、２２に加えられた熱を金属電極１１、１２へ伝えることができるため、電極５１、５２の温度上昇が抑えられると共に、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理することができる。
【００５２】
また、緩衝部材４１、４２は、バネ状の合金（バネ性を有する合金）としている。そのため、導電性を高くすることができる。よって、緩衝部材としての役割を果たすことができる。
【００５３】
さらに、電極５１、５２は、プラズマを発生させる電極であって、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とが接続される位置は、プラズマＡを発生させる領域と接する誘電体２１、２２の面と反対側に、少なくとも１箇所ある。そのため、大電力を投入しても、緩衝部材４１、４２を媒介として、誘電体２１、２２に加えられた熱を金属電極１１、１２へ伝えることができるため、電極の温度上昇が抑えられ、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理できる。
【００５４】
さらには、金属電極１１から誘電体２１を見る方向Ｄにおいて、方向Ｄに垂直な仮想面Ｈに対し、投影した金属電極１１、１２の投影形状Ｌ１１は、仮想面Ｈに投影した誘電体２１の投影形状Ｌ２１に含まれるように、誘電体の形状が決定されている。そのため、放電を防止することができる。
【００５５】
また、実施の形態１によるプラズマプロセス装置１０は、上記の電極５１、５２を備え、電極５１、５２近傍に反応ガスを導入するガス導入手段８１と、電極５１に高周波電圧を印加する電圧印加手段７１とを備えている。そのため、大気圧または大気圧近傍の圧力下で大電力を投入しても電力を効率的に利用でき、長時間安定にプラズマ処理を行なうことができる。
【００５６】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による電極を示す断面模式図である。図４を参照して、本発明の実施の形態２による電極を説明する。本発明の実施の形態２による電極は、図４に示すように、たとえばリモート方式の電極としている。図４を参照して、実施の形態２による電極の構成は、基本的には本発明の実施の形態１による電極５１、５２と同様の構成を備えるが、１個の高周波印加側の電極５１と２個と接地側の電極５２を備える点において、図１に示した電極と異なる。
【００５７】
詳細には、電極５１、５２は、実施の形態１と同様の構成である。電極５１、５２は、図４に示すように、高周波印加側の電極５１が２つの接地側の電極５２で挟まれる構成としており、図４において横方向に並ぶように配置されている。
【００５８】
図４に示すように、高周波印加側の電極５１における誘電体２１は、断面の形状を略Ｕ字状としている。接地側の電極５２における誘電体２２は、断面の形状を略Ｌ字状としている。
【００５９】
緩衝部材４１は、金属電極１１と薄膜３１とを接続している。緩衝部材４１は、金属電極１１と薄膜３１との間の対向面の外周（誘電体２１の上部開口部側における金属電極１１の端部）に幅を１０ｍｍとし、間隔を５ｍｍとして配置している。
【００６０】
次に、緩衝部材４１の機能について説明する。誘電体２１の断面を上記のように略Ｕ字形状に加工する場合には、角部の加工精度および組立精度等により、金属電極１１と薄膜３１との間に隙間が生じる場合がある。同様に、電極５２側の誘電体２２の断面を上記のように略Ｌ字形状に加工する場合には、金属電極１２と薄膜３２との間に隙間が生じる場合がある。しかし、このような隙間が生じても、上述したように緩衝部材４１、４２を金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とを接続するように配置することにより、隙間部での不要な放電は生じることはない。
【００６１】
また、電極５１、５２は金属電極としているため熱容量が大きく、電極５１、５２の温度上昇が抑えられる。そのため、効率的にプラズマＢを生成でき、被処理基板６１へプラズマＢを供給することができる。
【００６２】
一方、緩衝部材４１、４２を備えていない場合には、誘電体２１、２２の一部を覆うように薄膜３１、３２をそれぞれ形成しても、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とのそれぞれの間の隙間部において、不要な放電は生じた。その結果、プラズマ処理部へ電力を効率的に供給することができなかった。
【００６３】
なお、実施の形態２で示した誘電体２１、２２の形状は、これに特に限定されない。たとえば、金属電極１１、１２を囲む形状であれば、どのような形状でも良い。
【００６４】
次に、本発明による実施の形態２による電極５１、５２を用いたプラズマプロセス装置について説明する。図５は、本発明の実施の形態２によるプラズマプロセス装置を示す断面図である。図４および図５を参照して、本発明の実施の形態２によるプラズマプロセス装置を説明する。本発明の実施の形態２によるプラズマプロセス装置は、図４、５に示すように、たとえばリモート方式の電極５１、５２を用いたプラズマプロセス装置としている。
【００６５】
図５を参照して、実施の形態２によるプラズマプロセス装置２０の構成は、基本的には本発明の実施の形態１によるプラズマプロセス装置１０と同様の構成を備えるが、リモート方式の電極５１、５２を備えている点において図３に示したプラズマプロセス装置１０と異なる。
【００６６】
詳細には、プラズマプロセス装置２０は、１個の高周波印加側の電極５１と、２個の接地側の電極５２と、ガス導入手段８１と、２箇所のガス排出部９１と、電圧印加手段７１と、整合器７２と、搬送部１０１と、シールド部１１１とを備えている。
【００６７】
反応ガスは、ガス導入手段８１から導入され、電極５１と電極５２との電極間である２流路に分岐され、被処理基板６１が搬送される経路を通り、２箇所のガス排出部９１から排出される。
【００６８】
実施の形態２では、図５に示すように、誘電体２１、２２の厚さＤ２１、Ｄ２２をそれぞれ５ｍｍ、誘電体２１、２２における他方の電極側の表面間の距離Ｄ２０を１ｍｍとしている。
【００６９】
次に、プラズマプロセス装置２０の動作方法について説明する。実施の形態２によるプラズマプロセス装置において、たとえばプラズマ処理としてエッチング処理を行った場合について説明する。
【００７０】
電極５１には整合器７２を介して、たとえば周波数が１３．５６ＭＨｚの電圧印加手段７１を接続する。次いで、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、高周波電圧を印加して、電極５１と電極５２との間にプラズマＢを発生させる。そして、イオンや活性種がガス流により被処理基板６１に運ばれる。これにより、リモートで被処理基板６１のＳｉ系薄膜にプラズマ処理としてエッチング処理を行なった。
【００７１】
なお、実施の形態２では、１個の電極５１と２個の電極５２を備えている構成としたが、特にこの構成に限定されない。たとえば、電極５１が２個、電極５２が３個として放電箇所を増やす構成や、実施の形態２による電極を複数組備える等として、プラズマ処理速度を上げる構成としても良い。
【００７２】
以上説明したように、実施の形態２による電極５１、５２は、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とを接続する導電性の緩衝部材４１、４２と備えている。よって、電極５１、５２は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で大電力を投入しても、緩衝部材４１、４２を媒介として、誘電体２１、２２に加えられた熱を金属電極１１、１２へ伝えることができるため、電極の温度上昇が抑えられると共に、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理することができる。
【００７３】
また、実施の形態２によるプラズマプロセス装置２０は、上記の電極５１、５２を備え、電極５１、５２近傍に反応ガスを導入するガス導入手段８１と、電極５１に高周波電圧を印加する電圧印加手段７１とを備えている。そのため、リモート方式の電極によるプラズマプロセス装置として、大電力を投入しても電力を効率的に利用でき、長時間安定にプラズマ処理を行なうことができる。
【００７４】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３による電極を示す断面模式図である。図６を参照して、本発明の実施の形態３による電極を説明する。本発明の実施の形態３による電極は、図６に示すように、たとえば直接放電方式およびリモート方式とは異なる方式の電極としている。図６を参照して、実施の形態３による電極の構成は、基本的には本発明の実施の形態２による電極５１、５２と同様の構成を備えるが、電極５１と電極５２の対向面側には放電空間はない点において、図４に示した電極と異なる。
【００７５】
詳細には、図６に示すように、誘電体２３は、電極５１と電極５２の両方の電極を覆う構成としている。誘電体２３において高周波側の電極５１側の断面形状は、略Ｕ字状としている。誘電体２３において接地側の電極５２側の断面形状は、略Ｌ字状としている。そして、電極５１および電極５２において、被処理基板６１側の領域で放電する構成としている。
【００７６】
電極５１と電極５２の対向面側には放電空間はない構成としているため、誘電体２３は１つの部材で構成しているが、特にこの構成に限定されない。たとえば、複数の部品で上記の形状となるように誘電体２３を形成しても良い。
【００７７】
次に、緩衝部材４１、４２の機能について説明する。実施の形態２で説明したのと同様に、誘電体２３の断面形状が上記の通りであるため、金属電極１１と薄膜３１、３２との間にそれぞれ隙間が生じる場合がある。しかし、このような隙間が生じても、緩衝部材４１、４２を上記のように配置することにより、隙間部での不要な放電は生じることはない。
【００７８】
また、電極５１、５２は金属電極としているため、電極５１、５２の温度上昇を抑えることができる。そのため、効率的にプラズマＣを生成でき、被処理基板６１へプラズマＣを供給することができる。
【００７９】
一方、緩衝部材４１、４２を備えていない場合には、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とのそれぞれの間の隙間部において、不要な放電が同様に生じる。
【００８０】
なお、実施の形態３で示した誘電体２３の形状は、これに特に限定されない。電極のうち高電界が発生する側が誘電体で囲まれる形状であれば、たとえば誘電体２３において接地側の電極５２側の断面形状は、略Ｕ字形状であっても良い。
【００８１】
次に、本発明による実施の形態３による電極５１、５２を用いたプラズマプロセス装置について説明する。図７は、本発明の実施の形態３によるプラズマプロセス装置を示す断面図である。図６および図７を参照して、本発明の実施の形態３によるプラズマプロセス装置を説明する。本発明の実施の形態３によるプラズマプロセス装置は、図６、７に示すように、たとえば直接放電方式およびリモート方式と異なる方式の電極５１、５２を用いたプラズマプロセス装置としている。
【００８２】
図７を参照して、実施の形態３によるプラズマプロセス装置３０の構成は、基本的には本発明の実施の形態２によるプラズマプロセス装置２０と同様の構成を備えるが、直接放電方式およびリモート方式と異なる方式の電極５１、５２を備えている点において図５に示したプラズマプロセス装置２０と異なる。
【００８３】
詳細には、プラズマプロセス装置３０は、１個の高周波印加側の電極５１と、２個の接地側の電極５２と、ガス導入手段８１と、１箇所のガス排出部９１と、電圧印加手段７１と、整合器７２と、搬送部１０１と、シールド部１１１とを備えている。
【００８４】
反応ガスは、ガス導入手段８１から導入され、被処理基板６１が搬送される経路を通り、ガス排出部９１から排出される。実施の形態３によるプラズマプロセス装置３０における反応ガスの流路は１流路である。
【００８５】
また、実施の形態３では、図７に示すように、誘電体２３の厚さＤ２３を５ｍｍとしている。
【００８６】
次に、プラズマプロセス装置３０の動作方法について説明する。実施の形態３によるプラズマプロセス装置において、たとえばプラズマ処理としてエッチング処理を行った場合について説明する。
【００８７】
電極５１には整合器７２を介して、たとえば周波数が１３．５６ＭＨｚの電圧印加手段７１を接続する。次いで、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、高周波電圧を印加して、電極５１と電極５２との間において下側の領域にプラズマＣを発生させる。その領域はプラズマプロセス装置３０では２箇所存在する。そして、イオンや活性種が被処理基板６１に作用する。これにより、被処理基板６１のＳｉ系薄膜にプラズマ処理としてエッチング処理を行なった。
【００８８】
なお、実施の形態３では、１個の電極５１と２個の電極５２とを備えている場合としたが、特にこの構成に限定されない。たとえば、電極５１が２個、電極５２が３個として放電箇所を増やす構成や、実施の形態３による電極を複数組備える等として、プラズマ処理速度を上げる構成としても良い。
【００８９】
以上説明したように、実施の形態３による電極５１、５２は、金属電極１１、１２と薄膜３１、３２とを接続する導電性の緩衝部材４１、４２とを備えている。よって、電極５１、５２は、本発明の実施の形態１、２と同様に、大気圧または大気圧近傍の圧力下で大電力を投入しても、電極の温度上昇が抑えられると共に、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理することができる。
【００９０】
また、実施の形態３によるプラズマプロセス装置３０は、上記の電極５１、５２を備え、電極５１、５２近傍に反応ガスを導入するガス導入手段８１と、電極５１に高周波電圧を印加する電圧印加手段７１とを備えている。そのため、直接放電方式およびリモート方式以外の方式の電極によるプラズマプロセス装置として、大電力を投入しても電力を効率的に利用でき、長時間安定にプラズマ処理を行なうことができる。
【００９１】
次に、実施の形態３の変形例について説明する。図８（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明の実施の形態３による電極５１の変形例１、２における電極を示す断面図である。なお、図８（Ａ）は、図６に示す電極５１の拡大断面図である。
【００９２】
図８（Ｂ）は、変形例１による電極１１０の拡大断面図である。図８（Ｂ）を参照して、変形例１による電極１１０の構成は、実施の形態３による電極５１と同様の構成を備えるが、金属電極１１および薄膜３１の配置において、図８（Ａ）に示した電極５１と異なる。
【００９３】
詳細には、図８（Ｂ）に示すように、誘電体２１の形状を略Ｕ字状とし、その金属電極１１に対向する面を覆うように薄膜３１を形成している。そのため、薄膜３１の形状も略Ｕ字状としている。薄膜３１の下面において金属電極１１と当接するように、金属電極１１および薄膜３１を配置している。
【００９４】
実施の形態３による電極５１および後述する図９に示す参考例による電極１５０では、隙間部での放電は生じないが、誘電体２１の温度が上昇し、誘電体２１が割れ、高電力を投入できない場合がある。この誘電体２１の割れの原因は、以下のように考えられる。
【００９５】
プラズマを発生する際に、プラズマＣにより誘電体２１のプラズマ発生側の面が加熱される。電極５１および電極１５０は、発生するプラズマの近傍に薄膜３１と金属電極１１との間の隙間部を有している。この隙間部は空気層である。空気の熱伝導率は、２．６×１０-2［Ｗ／ｍ・Ｋ］と低い。そのため、たとえば、金属電極１１に流路を設け（図示せず）、２０℃前後の水などの冷媒等を循環させて、金属電極１１を冷却する。しかし、上記の空気層があるために誘電体２１の表面は冷却され難い。そのため、誘電体２１の表面が５００℃以上となる場合があり、誘電体２１と金属電極１１との熱膨張量差や温度分布等により、局所的に応力が発生し、誘電体２１に割れが生じる場合があると考えられる。
【００９６】
しかしながら、上記の変形例１による電極１１０では、薄膜３１と金属電極１１とが当接する配置にしてプラズマ処理を行なうことができる。そのため、電極１１０は、プラズマＣを発生する領域のように熱流束が大きい領域において、熱伝導および電気伝導を良好にできる。具体的には、プラズマの発生する領域に近い領域である誘電体２１の下部において、金属電極１１と誘電体２１とが接触している。したがって、当該接触部を介して誘電体２１にプラズマにより加えられた熱を金属電極１１へ伝えることができる。この結果、誘電体２１を十分冷却できる。よって、誘電体２１の表面の温度を３００℃以下に下げることができるので、誘電体２１の割れが発生せず、隙間部での不要な放電を防止することができる。
【００９７】
図８（Ｃ）は、変形例２による電極１２０の拡大断面図である。図８（Ｃ）を参照して、変形例２による電極１２０の構成は、実施の形態３による電極５１と同様の構成を備えるが、緩衝部材４１の配置において、図８（Ａ）に示した電極５１と異なる。
【００９８】
詳細には、図８（Ｃ）に示すように、金属電極１１と薄膜３１とが接続される位置は、プラズマＣを発生させる領域と接する誘電体２１の面と反対側に３箇所ある。接続される３箇所の位置は、Ｕ字状の金属電極１１における１箇所の内周下面と２箇所の内周上面である。
【００９９】
変形例２による電極１２０を上記構成とし、緩衝部材４１を高導電率を有すると共に熱伝導率が１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上の高熱伝導率を有するものを用いれば、金属電極１１と薄膜３１との間の熱伝導を高めることができる。そのため、金属電極１１に設けた水などの冷媒等による冷却効果が大きくなり、誘電体２１の表面温度を３００℃以下に下げることができる。よって、大電力を投入しても誘電体２１の割れを防止することができる。
【０１００】
図９は、参考例による電極１５０の拡大断面図である。図９を参照して、参考例による電極１５０の構成は、実施の形態３による電極５１と基本的には同様の構成を備えるが、緩衝部材４１を備えていない点と、金属電極１１および誘電体２１の形状において、図８（Ａ）に示した電極５１と異なる。
【０１０１】
詳細には、金属電極１１の断面形状を略Ｔ字状とし、誘電体２１の断面形状を略Ｕ字状としている。そして、誘電体２１の上面に形成された薄膜３１と当接するように金属電極１１を備える。
【０１０２】
参考例による電極１５０を上記形状とすることにより、金属電極１１と薄膜３１とを、金属電極１１の外側に張り出したフランジ部下で電気的に接続することが可能となり、電極１５０に大電力を投入しても、金属電極１１と薄膜３１との間で放電しない構成とすることができる。
【０１０３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等な意味および範囲内でのすべての変更点が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施の形態１による電極を示す断面模式図である。
【図２】薄膜と金属電極との間の電界強度を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２による電極を示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２によるプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３による電極を示す断面模式図である。
【図７】本発明の実施の形態３によるプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図８】（Ａ）は、本発明の実施の形態３による電極を示す拡大断面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施の形態３による電極の変形例による電極を示す拡大断面図であり、（Ｃ）は、別の変形例による電極を示す拡大断面図である。
【図９】参考例による電極を示す拡大断面図である。
【図１０】特許文献２に開示された電極を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０，２０，３０  プラズマプロセス装置、１１，１２  金属電極、２１〜２３  誘電体、３１，３２  薄膜、４１，４２  緩衝部材、５１，５２，１１０，１２０，１５０  電極、６１  被処理基板、７１  電圧印加手段、７２  整合器、８１  ガス導入手段、９１  ガス排出部、１０１  搬送部、１１１  シールド部、２００  電極、２０１  金属電極、２１１，２１２  焼結型セラミックス、Ａ〜Ｃ  プラズマ、Ｄ  方向、Ｈ  仮想面。
【図１】
2006319192.tif 000003
【図２】
2006319192.tif 000004
【図３】
2006319192.tif 000005
【図４】
2006319192.tif 000006
【図５】
2006319192.tif 000007
【図６】
2006319192.tif 000008
【図７】
2006319192.tif 000009
【図８】
2006319192.tif 000010
【図９】
2006319192.tif 000011
【図１０】
2006319192.tif 000012