(57)【要約】【課題】プラズマを簡単に被処理物に作用できるプラズマ源を提供すること、又は、被処理物の材質に係わらずプラズマ処理ができる処理装置と処理方法を提供すること。【解決手段】面状のプラズマを発生するプラズマ発生装置と、プラズマを移動するプラズマ移動装置とを備えているプラズマ源、又は、プラズマ発生装置と被処理物保持部とを備えている処理装置、又は、面状のプラズマを発生し、プラズマを移動し、被処理物の表面をプラズマで処理する被処理物の処理方法にある。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状もしくは線状のプラズマを発生するプラズマ発生装置と、
プラズマを移動するプラズマ移動装置と、を備えている、プラズマ源。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ源において、
プラズマ発生装置は、格子状に配列した電極と、電極間にプラズマ発生用の電圧を印加する電源とを有する、プラズマ源。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマ源において、
プラズマ移動装置は、プラズマを少なくともガス流又は電界でもって移動する、プラズマ源。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマ源において、
プラズマ発生装置は、プラズマを大気圧中で発生する、プラズマ源。
【請求項５】
面状もしくは線状のプラズマを発生するプラズマ発生装置と、
プラズマを移動するプラズマ移動装置と、
プラズマの移動先に被処理物を配置する保持部と、を備えている、処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の処理装置において、
保持部を内部に有するチャンバを備え、
保持部に配置された被処理物を処理する、処理装置。
【請求項７】
面状もしくは線状のプラズマを発生し、プラズマを移動し、被処理物の表面をプラズマで処理する、被処理物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを発生するプラズマ源と、プラズマを利用した被処理物の処理装置と処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、産業界では様々なプラズマ処理が行われているが、そのほとんどは真空容器中で行われている。例えば、ビニール等の印刷の際、インク等の接着度を増すために、現状では真空容器内でビニールのロールを巻き取りながらプラズマ処理が行われている。この方法ではロールの処理が終わると毎回真空容器を空けてロールを取り換える必要がある。これは、真空装置が不要である大気圧中で安定な大型プラズマを生成することが困難であることに起因している。近年、図８に示すように、面状の電極Ａと電極Ｂを対向して配置し、電極Ｂ側に誘電体１６０を配置したプラズマ発生装置がある。このプラズマ発生装置は、電極Ａと電極Ｂ間の数ｍｍの間隔に大気圧下でプラズマ１８を生成し、その間隔に被処理物２８を挿入して、表面処理をしている。しかし、高電圧の印加された放電の中に直接、被処理物２８を挿入するため、放電の安定性が低下する。また、被処理物２８は、電気電導性がなく、電極間隔よりも薄いものに限られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
（１）本発明は、プラズマを簡単に被処理物に作用できるプラズマ源を提供することにある。
（２）また、本発明は、被処理物に作用するプラズマのイオンと電子の比率を制御可能なプラズマ源を提供することにある。
（３）また、本発明は、真空容器を使用しないプラズマ源を提供することにある。
（４）また、本発明は、被処理物の材質に係わらずプラズマ処理ができる処理装置と処理方法を提供することにある。
（５）また、本発明は、被処理物の形状もしくは大きさに係わらずプラズマ処理ができる処理装置と処理方法を提供することにある。
（６）また、本発明は、イオン若しくは電子を被処理物に向けて加速又は減速可能な処理装置と処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）本発明は、面状もしくは線状のプラズマを発生するプラズマ発生装置と、プラズマを移動するプラズマ移動装置と、を備えている、プラズマ源にある。
（２）また、本発明は、面状もしくは線状のプラズマを発生するプラズマ発生装置と、プラズマを移動するプラズマ移動装置と、プラズマの移動先に被処理物を配置する被処理物保持部と、を備えている、処理装置にある。
（３）また、本発明は、面状もしくは線状のプラズマを発生し、プラズマを移動し、被処理物の表面をプラズマで処理する、被処理物の処理方法にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
（プラズマ源）
プラズマ源は、面状もしくは線状のプラズマを発生し、プラズマを所定の方向に移動するものである。図１は、プラズマ発生装置１２とプラズマ移動装置２０を備えているプラズマ源１０の例を示している。プラズマ源１０は、ビニール面の印刷処理、半導体ウェハの表面処理など、種々な被処理物２８の表面を処理する処理装置に使用することができる。もしくは、プラズマ源１０は、被処理物２８の表面に物質を堆積する処理装置に使用することもできる。
【０００６】
（プラズマ発生装置）
プラズマ発生装置１２は、プラズマ１８、例えば大気中、即ち大気圧プラズマを発生するものである。プラズマ発生装置１２で発生するプラズマ１８は、平面又は湾曲した面を有する形状、又は、線状となっている。湾曲した面は、例えば、球面でも円筒面でも、又はこれらの面の一部でもよい。プラズマ発生装置１２は、大面積な大気圧プラズマ１８を形成できることが好ましい。
【０００７】
プラズマ発生装置１２は、例えば、格子状の電極１４、１６で構成することができる。プラズマ発生装置１２は、例えば、棒状もしくは板状の電極１４、１６を平行に配列して格子を形成して作成することができる。この格子は、縦又は横の一方で構成される。隣接する電極の一方を電極Ａ１４とし、他方を電極Ｂ１６とする。プラズマ発生装置１２は、電極Ａと電極Ｂ間に接続される電源１２０を備えている。電源１２０は、電極Ａと電極Ｂ間に電圧を印加して、電極Ａと電極Ｂの間にパルス放電または高周波放電または交流放電または直流放電を発生し、プラズマ１８を発生する。安定な放電を生成するため、もしくは電極の材質をプラズマ中に混入させないためには、電極Ａと電極Ｂの少なくとも一方の電極の周囲に誘電体の膜を形成するとよい。プラズマ発生装置１２は、直線状の電極Ａと電極Ｂを使用し、平面上に配置しても、又は、円筒面に配置しても良い。又は、プラズマ発生装置１２は、曲線状の電極Ａと電極Ｂを使用し、円筒面に配置しても、又は、球面に配置しても良い。又は、プラズマ発生装置１２は、棒状の電極を縦と横の両方に平行に配列してなる格子を形成してもよい。この格子は、縦方向の電極と横方向の電極が所定の角度で交差することになる。プラズマ発生装置１２は、電極１４、１６の格子の配置状態に応じた形状のプラズマを発生することができる。特に、電極を格子状に配置すると大面積のプラズマを生成することが可能となる。又は、線状のプラズマを発生する場合、電極Ａと電極Ｂの組を棒状に配置してもよい。なお、本発明では、プラズマ１８は、大部分が電離している状態でも、或いは、大部分が中性粒子で、一部が電離している状態でも、或いは、殆ど活性原子になった状態をも含む。なお、プラズマの発生は、プラズマを燃焼、高周波、レーザーなどで形成することもできる。また、プラズマの発生は、低気圧、大気圧、高気圧などで行うことができる。ただ、大気圧は、圧力の調整が必要ない点で有用である。
【０００８】
（プラズマの作成例）
図２は、格子状の電極Ａと電極Ｂ間に電圧を印加したときの大気圧プラズマ１８を示す写真である。プラズマ発生装置１２は、約１００ｃｍ２程度の平面に棒状の電極Ａと電極Ｂを平行に配置し、格子を形成している。全ての電極には誘電体膜が被覆されている。プラズマ発生装置１２は、電極Ａと電極Ｂ間に約１０ｋＷの電力を供給し、高電圧パルスを付与している。プラズマ発生装置１２は、電極Ａと電極Ｂ間の空間にプラズマ１８を生じている。このプラズマ１８は、バリア放電の一種である。
【０００９】
（プラズマ移動装置）
プラズマ移動装置２０は、プラズマ発生装置１２で形成されたプラズマ１８を移動する装置である。プラズマ移動装置２０は、プラズマ１８を被処理物２８の方に移動して、被処理物２８をプラズマ処理することができる。プラズマ１８の移動手段は、種々の方法があり、例えば、プラズマガスなどのガスをプラズマ１８に吹き付けて、プラズマ１８をガス流によって下流側に流すガス供給装置２２がある。ガス供給装置２２は、ガスの流量や流速を変化させてプラズマ１８の移動速度や移動量の変化することができる。ガス供給装置２２は、ガス流を均一にするガス拡散器２２０を備えるとよい。ガス拡散器２２０は、ガス供給装置２２と別体でも、又は一体に形成しても良い。ガス拡散器２２０は、ガス供給装置２２の前面のガス排出口側に配置するとよい。ガス拡散器２２０は、例えば、スポンジ状もしくは軽石状など、ガスが通過する際、ガスの流速が均一になるものが良い。プラズマ移動装置２０は、プラズマガスを吹き付ける場合、プラズマ供給装置とすると良い。その場合、プラズマ供給装置は、プラズマガスの供給とプラズマ１８の移動とを同時に行うことができ、特に、プラズマ１８の移動速度や移動量を制御することができる。プラズマ１８の移動速度や移動量の変化は、プラズマガスの流量を変化させることにより行うことができる。
【００１０】
また、プラズマの移動装置２０は、プラズマ１８の移動経路に電界を付与する電界発生装置２４を使用することができる。電界発生装置２４は、例えば、被処理物２８の前面に配置された電界発生電極２４０と、電極１４、１６との間に電界を発生する電圧を印加する。電界発生電極２４０は、プラズマ１８の移動を妨げずに、電界を発生できるものが良く、例えば格子状、メッシュ状等の電極を利用できる。また、電圧を付与できる金属製の開口部でもよい。格子状、メッシュ状等の電極を複数枚２４０、２４０配置すると、場所ごとに異なった電界の制御が可能となる。このように、電界発生装置２４により、プラズマ生成時に発生する電界を外部に漏洩させない。電界発生装置２４は、プラズマ１８の移動経路に電界を発生できればよいので、保持部２６とガス供給装置２２に複数の電極を配置して、それらの間に電圧を印加してもよい。
【００１１】
プラズマ移動装置２０は、電界発生装置２４を使用すると、被処理物２８に作用するプラズマ１８のイオンと電子の比率を制御することができる。又は、プラズマ移動装置２０は、イオン若しくは電子を被処理物２８に向けて加速又は減速することができる。例えば、被処理物２８もしくはその下流側を正にし、プラズマ発生装置１２側を負にすると、負の電子やイオンが被処理物２８側に引き寄せられ、濃度が高くなり、加速され、逆に、正のイオンは、濃度が低くなり、減速される。それに対して、被処理物２８側を負にし、プラズマ発生装置１２側を正にすると、正のイオンが被処理物２８側に引き付けられ、濃度が高くなり、加速され、逆に、負の電子やイオンは、濃度が低くなり、減速される。このように、電界発生装置２４が印加する電圧の極性を変化させることにより、プラズマ１８が被処理物２８に作用する効果を変えることができる。特に、電界発生電極２４０を複数枚、対向して配置する、即ち多段にし、対向する電界発生電極２４０、２４０間に電圧を印加することにより、電子とイオンの加速や減速をより精密に制御することができる。電界発生装置２４とガス供給装置２２とを協働して使用すると、プラズマ１８の移動速度や移動量の制御、プラズマ１８のイオンと電子の比率、イオン若しくは電子の加速又は減速などの制御を複合的に行うことができる。このように、電子とイオンを加速又は減速する場合、低気圧又は高気圧にして気圧制御をするとよい。
【００１２】
（処理装置）
図３は、プラズマ源１０を用いた処理装置３０を示している。処理装置３０は、シリコンウェハなどの被処理物２８を処理するものであり、チャンバ３４と、チャンバ３４内にプラズマ源１０と、被処理物２８を保持する保持部３２とを備えている。プラズマ源１０は、プラズマ１８を発生し、プラズマ１８を被処理物２８の方向に移動し、被対象物２８の表面を処理する。保持部３２は、被処理物２８を保持し、必要に応じて被処理物２８を回転軸の周りで回転する。プラズマ源１０は、被処理物２８と対向して配置され、被処理物２８対して相対的に離間運動と接近運動を行うことができる。また、プラズマ源１０は、被処理物２８に対して一定間隔を保ち、相対的に平行運動を行うことができる。この運動により、大きな被処理物２８に対してもプラズマ処理が可能となる。
【００１３】
図４は、バッチ方式で同時に複数枚の被処理物２８を処理することができる処理装置３０である。処理装置３０は、ウェハなどの被処理物２８を乾燥できる乾燥装置にもなり得る。処理装置３０は、処理槽３６を備えている。処理槽３６は、図示しない薬液供給手段から供給される薬液（純水を含む）４０を溜め、薬液４０に被処理物２８を浸漬させることで、ウェット処理を行うことができる。ウェット処理後、薬液４０は、ポンプなどの排液装置４４により排液管４２から排出することができる。保持部２６は、複数のウェハなどの被処理物２８を直立させて保持しており、処理槽３６の薬液４０に複数の被処理物２８を浸漬可能に設けられている。薬液４０を排液管４２から排出しつつ、又は排出した後に、チャンバ３４の内部を減圧、あるいは加圧し、被処理物２８を回転するなどして被処理物２８を乾燥することができる。プラズマ源１０は、チャンバ３４の上蓋に相当する個所に配置され、チャンバ３４内にプラズマ又は活性原子を供給する。処理装置３０は、ウェット処理された被処理物２６の清浄な表面に対し、水素原子等のプラズマ又は活性原子による処理を行うことができる。
【００１４】
プラズマ源１０の移動装置は、プラズマ又は活性原子を上方から供給し、下方に向かって移動し、処理槽３６内部にプラズマ又は活性原子のみの気流及び雰囲気を作る。プラズマ又は活性原子は、移動の過程で被処理物２８の表面に対して反応し、被処理物２８の全体にドライ処理を均一に行うことができる。
【００１５】
図４の処理装置３０は、排液管４２に接続された排気管４６を備え、ポンプなどによる排気装置４８で排気することができる。この処理装置３０は、ウェット処理後、薬液４０を排出させると共に、減圧下において処理槽３６内を乾燥させることができる。この場合、処理装置３０は、真空排気をおこなっている最中、または真空排気をおこなった後、真空排気をいったん停止し、水素原子等のプラズマ又は活性原子を上方から供給してもよい。なお、プラズマ源１０は、大気圧下でプラズマを形成できるので、減圧下においてプラズマを発生させることも可能である。
【００１６】
図４の処理装置３０は、特に、プラズマ又は活性原子として水素を利用することで、被処理物２８の半導体表面を水素原子によって不活性化することができる。この結果、処理装置３０は、被処理物２８上の汚染を低減し、表面を不活性化させることにより半導体装置の信頼性を向上することができる。さらに、処理装置３０は、半導体装置の製造精度を高めることができ、製造歩留りを向上させることができる。
【００１７】
処理槽３６をマランゴニ洗浄乾燥槽とする場合、洗浄した後、ウェハなどの被処理物２８を引き上げながら、被処理物２８を乾燥することができる。処理装置３０は、引き上げる最中、又は引き上げた直後に、プラズマ又は活性原子を供給することが好ましい。
【００１８】
図５は、複数枚の被処理物２８を保持する複数の保持部２６、２６を有している。この処理装置３０は、バッチ方式で同時に複数の被処理物２８を処理することができる。この処理装置３０は、保持部２６であるウェハの保持冶具を高速に回転することにより、被処理物２８の表面に付着している水分を遠心分離法により除去することができる。同時に、処理装置３０は、大量の被処理物２８を乾燥処理することができるウェハ回転乾燥装置である。
【００１９】
図５の処理装置３０は、ウェハの回転乾燥時に、上蓋に相当する部分から、プラズマ源１０の移動装置２０からプラズマ又は活性原子を供給することにより、被処理物２８の清浄な表面に対し、水素原子等のプラズマ又は活性原子による処理を行うことができる。
【００２０】
図５において、上方から供給されたプラズマ又は活性原子は、下方に向かって進み、保持冶具２６の回転に伴って、回転する。図５の処理装置３０は、洗浄槽内部にプラズマ又は活性原子のみに満たされた気流及び雰囲気を作ることができる。その過程で被処理物２８の表面に対しプラズマ又は活性原子が反応し、ドライ処理を被処理物２８の全体に均一に行うことができる。この結果、ウェハの乾燥時に発生するウォータマークと呼ばれる乾燥不良を低減できる。
【００２１】
図６の処理装置３０は、例えば幅１ｍにも達する大面積ガラス基板である被処理物２８の表面を処理することができる。この処理装置３０のプラズマ発生装置１０は、例えば、２０００ｃｍ２程度の平面に棒状の電極Ａ１４と電極Ｂ１６を平行に配置して格子を形成する。この処理装置３０は、チャンバ３４と、チャンバ３４の上部の個所に配置されたプラズマ源１０と、被処理物２８を移動・保持する保持部２６とを備えている。この処理装置３０は、全体としては長方形の形状をしている。プラズマ源１０は、プラズマ１８を発生し、プラズマ１８を被処理物２８の方向に向けて移動し、被対象物２８の表面を処理する。保持部２６は、被処理物２８を保持し、矢印の方向（図６の右方向）に一定の速度で被処理物２８を移動させる。プラズマ源１０は、被処理物２８と対向して配置され、被処理物２８対して相対的に離間運動と接近運動を行うことができる。また、プラズマ源１０は、被処理物２８に対して一定間隔を保ち、相対的に平行運動を行うことができる。処理装置３０は、この運動により、大きな被処理物２８に対しても単位面積当たりのプラズマの照射量を増加させることが可能となる。
【００２２】
（処理方法）
図７は、処理装置３０により被処理物２８の処理方法を示している。まず、プラズマ源１０と保持部３２をチャンバ３４内に配置し、被処理物２８を保持部３２に載置する（Ｓ１）。プラズマ源１０を被処理物２８に対向して配置する（Ｓ２）。大面積かつ均一な大気圧プラズマ１８をパルス放電又は高周波放電であらかじめ生成する（Ｓ３）。プラズマ１８をガス流もしくは電界によって移動して被処理物２８に照射し、被処理物２８の表面を処理する（Ｓ４）。被処理物２８を移動して未処理の表面を処理する（Ｓ５）。
【００２３】
以上のように、本発明の実施の形態は、大気圧下での処理が可能であるため、真空容器は必要とせず、被処理物２８の処理効率を飛躍的に向上することができる。そのため、半導体などの大気圧プラズマプロセシングにも応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】プラズマ源の概略図
【図２】大気圧プラズマの写真の図
【図３】プラズマ源を用いた処理装置の図
【図４】プラズマ源を用いた他の処理装置の図
【図５】プラズマ源を用いた他の処理装置の図
【図６】プラズマ源を用いた他の処理装置の図
【図７】プラズマ源を利用した処理方法の流れ図
【図８】従来の狭い間隔に被処理物を挿入して処理するプラズマ源の説明図
【符号の説明】
【００２５】
１０・・・プラズマ源
１２・・・プラズマ発生装置
１２０・・電源
１４・・・電極Ａ
１６・・・電極Ｂ
１６０・・誘電体
１８・・・プラズマ
２０・・・プラズマ移動装置
２２・・・ガス供給装置
２２０・・ガス拡散器
２４・・・電界発生装置
２４０・・電界発生電極
２６・・・保持部
２８・・・被処理物
３０・・・処理装置
３２・・・支持部
３４・・・チャンバ
３６・・・処理槽
４０・・・薬液
４２・・・排液管
４４・・・排液装置
４６・・・排気管
４８・・・排気装置
【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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