(57)【要約】【課題】１つの印加電極を用いて、ワークの処理面上の異なる形状の領域に対して位置選択的に行うプラズマ処理を、効率よく低コストで行う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、基板（ワーク）１０に対してプラズマ処理を施すものであって、基板１０を支持する接地電極（第１の電極）２と、印加電極（第２の電極）３と、電源回路４と、ガス供給部（ガス供給手段）５とを有する。ガス供給部５は、基板１０と印加電極３との間に所定のガスを噴出する１０本のノズル５１０〜５１９を有する。そして、ガス供給部５は、これらの各ノズル５１０〜５１９のうち、処理領域に対応する位置にあるノズルからプラズマガスを供給するとともに、処理領域と非処理領域との境界部の非処理領域側に対応する位置にあるノズルからシールドガスを供給するよう構成されている。【選択図】図１
2008053367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に接地された第１の電極と、
ワークを介して、前記第１の電極と対向して配置された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に高周波電圧を印加する電源を備えた電源回路と、
前記高周波電圧の作用により電離してプラズマとなるプラズマガスと、該プラズマガスよりも電離し難いシールドガスとを、それぞれ前記ワークと前記第２の電極との間に供給するガス供給手段とを有し、
前記プラズマと前記ワークとの反応により、前記ワークの一部の処理領域に選択的にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記ガス供給手段は、前記処理領域に向けて前記プラズマガスを選択的に供給するとともに、前記処理領域と非処理領域との境界部の前記非処理領域側に向けて前記シールドガスを供給するよう構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス供給手段は、前記ワークと前記第２の電極との間に開口する開口部を有する複数のノズルと、
前記各ノズルに向けて前記プラズマガスを供給するプラズマガス供給源と、
前記各ノズルに向けて前記シールドガスを供給するシールドガス供給源と、
該各供給源と前記複数のノズルとにそれぞれ接続され、該複数のノズルのうちの前記処理領域に対応する位置にあるノズルに前記プラズマガスを分配するとともに、前記境界部の前記非処理領域側に対応する位置にあるノズルに前記シールドガスを分配するガス切替手段とを有するものである請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス切替手段は、前記プラズマガスを、前記各ノズルにそれぞれ供給するプラズマガス供給路と、
前記各プラズマガス供給路の途中にそれぞれ設けられ、前記各プラズマガス供給路を開閉する第１のバルブと、
前記シールドガスを、前記各ノズルにそれぞれ供給するシールドガス供給路と、
前記各シールドガス供給路の途中にそれぞれ設けられ、前記各シールドガス供給路を開閉する第２のバルブとを有し、
前記プラズマガス供給源から、前記第１のバルブが開状態になっている前記プラズマガス供給路を介して、前記ノズルに前記プラズマガスが分配されるとともに、前記シールドガス供給源から、前記第２のバルブが開状態になっている前記シールドガス供給路を介して、前記ノズルに前記シールドガスが分配されるよう構成されている請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ガス切替手段は、前記シールドガス供給源から供給された前記シールドガスを一時的に貯留し、該貯留されたシールドガスを前記各ノズルにそれぞれ供給するシールドガス貯留室と、
該シールドガス貯留室内を、前記各ノズルの配列方向に移動可能な移動体と、
該移動体に設けられ、前記プラズマガス供給源と連通し、前記プラズマガスが通過するプラズマガス供給路とを有し、
前記移動体の移動により、前記プラズマガス供給路が前記複数のノズルのうちの一部のノズルに選択的に接続され、その接続されたノズルに前記プラズマガスが分配されるよう構成されている請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記複数のノズルは、前記ワークの処理面に対して平行に並んでいる請求項２ないし４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記各ノズルは、前記ワークの処理面に対して平行な面に沿って、前記プラズマガスまたは前記シールドガスを供給するよう設けられている請求項２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】
前記処理領域は、前記ノズルから噴出する前記プラズマガスの噴出方向に沿って延在する帯状をなしており、前記ワークの一端から他端まで連続している請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記各ノズルの内径は、それぞれ、５０μｍ〜２０ｍｍである請求項２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】
前記各ノズルは、それぞれ、セラミックス材料により構成されている請求項２ないし８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記複数のノズルのうち、前記ノズル１つあたりの前記プラズマガスの流量または前記シールドガスの流量は、０．１〜１０ｓｌｍである請求項２ないし９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記複数のノズルのうち、前記ノズル１つあたりの前記プラズマガスの流量は、前記ノズル１つあたりの前記シールドガスの流量と等しい請求項２ないし１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記複数のノズルのうち、前記ノズル１つあたりの前記プラズマガスの流量は、前記ノズル１つあたりの前記シールドガスの流量と異なる請求項２ないし１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記シールドガスは、空気または窒素ガスを主成分とするものである請求項１ないし１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記高周波電圧の出力は、１０Ｗ〜１０ｋＷである請求項１ないし１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第１の電極および前記第２の電極は、それぞれ、前記ワークの全体を覆うように設けられている請求項１ないし１４のいずれか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、基板（ワーク）の表面にプラズマ処理を施す装置が知られている。
このようなプラズマ処理装置は、高周波電圧が印加された電極間にプラズマガスを導入してプラズマを発生させ、基板の表面をプラズマに曝すことによりプラズマ処理を施すものである。プラズマに接触した基板には、プラズマ中の活性化原子（ラジカル）と基板材料とが反応し、この反応物が基板から離脱することにより、例えば、表面を削るエッチング加工のようなプラズマ処理が施される。
このとき、電極間の距離、すなわち電界強度に応じて、加工量が変化する。これを利用して、目的とする形状をなす電極を用意し、この電極を用いて基板にプラズマ処理を行うことにより、電極の形状を反映した形状に基板を加工することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、従来のプラズマ処理装置を模式的に示す斜視図である。
図１０に示すプラズマ処理装置１００は、基板（ワーク）１１０を支持する接地電極１０２と、基板１１０を介して接地電極１０２と対向して配置され、基板１１０の一部を覆うように設けられた印加電極１０３と、接地電極１０２と印加電極１０３との間に高周波電圧を印加する電源を備えた電源回路１０４と、基板１１０と印加電極１０３との間に所定のガスを供給するガス供給部１０５とを有する。
【０００４】
このようなプラズマ処理装置１００では、基板１１０と印加電極１０３との間にエッチング用のプラズマガスＧＰを供給しつつ、接地電極１０２と印加電極１０３との間に高周波電圧を印加すると、基板１１０と印加電極１０３との間に、プラズマＰが生成される。このプラズマＰは、基板１１０の一部と反応して、エッチング加工を施すことにより、凹部１０９を形成する。
【０００５】
かかるエッチング加工では、基板１１０を臨む面の形状が、凹部１０９の開口部の形状と等しい形状をなす印加電極１０３を用意する必要がある。具体的には、凹部１０９の幅Ｗ１よりも幅の広い凹部を形成する場合には、印加電極１０３の幅Ｗ２よりも幅の広い印加電極を用意する必要がある。このように、目的とする加工後の形状に合わせて専用の印加電極１０３を用意する必要があるため、多数の印加電極１０３が必要となり、印加電極１０３のコストが増大するとともに、目的とする形状を変更するたびに印加電極１０３を交換する手間がかかる。また、目的とする加工後の形状が同じであっても、基板１１０上における加工位置が異なる場合は、基板１１０に対して印加電極１０３を相対的に移動させる必要があり、加工効率の低下を招いている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３１６７０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、１つの印加電極を用いて、ワークの処理面上の異なる形状の領域に対して位置選択的に行うプラズマ処理を、効率よく低コストで行う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、電気的に接地された第１の電極と、
ワークを介して、前記第１の電極と対向して配置された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に高周波電圧を印加する電源を備えた電源回路と、
前記高周波電圧の作用により電離してプラズマとなるプラズマガスと、該プラズマガスよりも電離し難いシールドガスとを、それぞれ前記ワークと前記第２の電極との間に供給するガス供給手段とを有し、
前記プラズマと前記ワークとの反応により、前記ワークの一部の処理領域に選択的にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記ガス供給手段は、前記処理領域に向けて前記プラズマガスを選択的に供給するとともに、前記処理領域と非処理領域との境界部の前記非処理領域側に向けて前記シールドガスを供給するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、１つの前記第２の電極を用いて、前記ワークの前記処理面上の異なる形状の領域に対して位置選択的に行うプラズマ処理を、効率よく低コストで行うことができるプラズマ処理装置が得られる。
【０００９】
本発明のプラズマ処理装置では、前記ガス供給手段は、前記ワークと前記第２の電極との間に開口する開口部を有する複数のノズルと、
前記各ノズルに向けて前記プラズマガスを供給するプラズマガス供給源と、
前記各ノズルに向けて前記シールドガスを供給するシールドガス供給源と、
該各供給源と前記複数のノズルとにそれぞれ接続され、該複数のノズルのうちの前記処理領域に対応する位置にあるノズルに前記プラズマガスを分配するとともに、前記境界部の前記非処理領域側に対応する位置にあるノズルに前記シールドガスを分配するガス切替手段とを有するものであることが好ましい。
これにより、前記処理領域に向けて前記プラズマガスを選択的に供給するとともに、前記境界部の前記非処理領域側に向けて前記シールドガスを選択的に供給することを、それぞれ容易に行うことができる。
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置では、前記ガス切替手段は、前記プラズマガスを、前記各ノズルにそれぞれ供給するプラズマガス供給路と、
前記各プラズマガス供給路の途中にそれぞれ設けられ、前記各プラズマガス供給路を開閉する第１のバルブと、
前記シールドガスを、前記各ノズルにそれぞれ供給するシールドガス供給路と、
前記各シールドガス供給路の途中にそれぞれ設けられ、前記各シールドガス供給路を開閉する第２のバルブとを有し、
前記プラズマガス供給源から、前記第１のバルブが開状態になっている前記プラズマガス供給路を介して、前記ノズルに前記プラズマガスが分配されるとともに、前記シールドガス供給源から、前記第２のバルブが開状態になっている前記シールドガス供給路を介して、前記ノズルに前記シールドガスが分配されるよう構成されていることが好ましい。
これにより、前記第１のバルブの開閉量と前記第２のバルブの開閉量とをそれぞれ独立に制御することができるので、前記各ノズルから供給されるプラズマガスおよびシールドガスの各流量を、それぞれより精密に制御することができる。
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置では、前記ガス切替手段は、前記シールドガス供給源から供給された前記シールドガスを一時的に貯留し、該貯留されたシールドガスを前記各ノズルにそれぞれ供給するシールドガス貯留室と、
該シールドガス貯留室内を、前記各ノズルの配列方向に移動可能な移動体と、
該移動体に設けられ、前記プラズマガス供給源と連通し、前記プラズマガスが通過するプラズマガス供給路とを有し、
前記移動体の移動により、前記プラズマガス供給路が前記複数のノズルのうちの一部のノズルに選択的に接続され、その接続されたノズルに前記プラズマガスが分配されるよう構成されていることが好ましい。
これにより、プラズマ処理装置の製造コストの大幅な低減を図ることができる。
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置では、前記複数のノズルは、前記ワークの処理面に対して平行に並んでいることが好ましい。
これにより、前記プラズマガスを供給すべきノズルの選択と、前記シールドガスを供給すべきノズルの選択とが容易にできるようになり、プラズマ処理工程を簡略化することができる。
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置では、前記各ノズルは、前記ワークの処理面に対して平行な面に沿って、前記プラズマガスまたは前記シールドガスを供給するよう設けられていることが好ましい。
これにより、前記各ノズルから供給された所定のガスは、それぞれ、前記処理面に対して均一な濃度で分布するようになる。その結果、前記処理領域をムラなくプラズマ処理するとともに、前記非処理領域にプラズマ処理がなされるのを確実に防止することができる。
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置では、前記処理領域は、前記ノズルから噴出する前記プラズマガスの噴出方向に沿って延在する帯状をなしており、前記ワークの一端から他端まで連続していることが好ましい。
これにより、前記ワークに対して、より形状汎用性の高い矩形状のパターンで、プラズマ処理を行うことができる。
【００１５】
本発明のプラズマ処理装置では、前記各ノズルの内径は、それぞれ、５０μｍ〜２０ｍｍであることが好ましい。
これにより、前記処理領域における十分な位置分解能を確保することができるため、前記処理領域の面積が非常に小さい場合でも、その領域に対して位置選択的かつ確実にプラズマ処理を施すことができる。
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置では、前記各ノズルは、それぞれ、セラミックス材料により構成されていることが好ましい。
セラミックス材料は、電気伝導性が極めて低いため火花放電を確実に防止するとともに、耐熱性および耐候性に優れるため、仮に火花放電が起きても、前記各ノズルの変質・劣化を確実に防止することができる。
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置では、前記複数のノズルのうち、前記ノズル１つあたりの前記プラズマガスの流量または前記シールドガスの流量は、０．１〜１０ｓｌｍであることが好ましい。
これにより、前記プラズマガスおよび前記シールドガスの無駄な消費を抑えつつ、面積の大きな前記ワークに対してもプラズマ処理を確実に行うことができる。
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置では、前記複数のノズルのうち、前記ノズル１つあたりの前記プラズマガスの流量は、前記ノズル１つあたりの前記シールドガスの流量と等しいことが好ましい。
これにより、例えば、前記処理領域にエッチング加工を行う場合、処理領域と非処理領域との境界部が明瞭になり、加工精度を高めることができる。
【００１９】
本発明のプラズマ処理装置では、前記複数のノズルのうち、前記ノズル１つあたりの前記プラズマガスの流量は、前記ノズル１つあたりの前記シールドガスの流量と異なることが好ましい。
これにより、前記処理面のうち、前記プラズマガスの流量と前記シールドガスの流量とのバランスに応じた前記処理領域に対して位置選択的にプラズマ処理がなされる。すなわち、前記プラズマガスの流量と前記シールドガスの流量との差を適宜設定することにより、前記処理領域の形状を調整することができる。
【００２０】
本発明のプラズマ処理装置では、前記シールドガスは、空気または窒素ガスを主成分とするものであることが好ましい。
これらのガスは、電離し難く、また非常に安価であるため、多量に使用してもプラズマ処理コストの増大を招き難いため、前記シールドガスとして好適に用いられる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記高周波電圧の出力は、１０Ｗ〜１０ｋＷであることが好ましい。
これにより、プラズマをより安定して発生させることができる。
【００２１】
本発明のプラズマ処理装置では、前記第１の電極および前記第２の電極は、それぞれ、前記ワークの全体を覆うように設けられていることが好ましい。
これにより、前記ワーク全体にわたってムラなくプラズマ処理を施すことができる。また、前記処理領域の位置に応じて前記第２の電極を移動させる必要がないため、前記第２の電極の移動に要する時間を省略して、処理時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明のプラズマ処理装置について、図示の好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態を模式的に示す斜視図、図２は、図１に示すプラズマ処理装置を矢印Ａの方向から見た正面図、図３は、図１に示すガス供給手段の構成を詳細に説明するための図、図４は、図１に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う手順の一例を説明するための斜視図である。なお、以下の説明では、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２３】
図１に示すプラズマ処理装置１は、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置であって、基板（ワーク）１０に対して、エッチング加工、アッシング処理、親水処理、撥水処理等の各種プラズマ処理を施すものである。
このプラズマ処理装置１は、基板（ワーク）１０を支持する接地電極（第１の電極）２と、印加電極（第２の電極）３と、電源回路４と、ガス供給部（ガス供給手段）５とを有する。以下、各部について詳細に説明する。なお、以下の説明では、プラズマ処理としてエッチング加工を施す場合を例に説明する。
【００２４】
基板１０は、プラズマ処理装置１により、印加電極３を臨む面（以下、「処理面」とも言う。）にプラズマ処理を施されるものである。
このような基板１０を構成する材料としては、後に詳述するプラズマ中に含まれる活性化原子（ラジカル）と反応して、反応物が気化するような成分を含む材料が挙げられる。
かかる成分としては、具体的には、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４のシリコン系化合物、Ａｌ（アルミニウム）、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ−Ｓｉ等の各種金属、ポリオレフィン、ポリイミドのような有機系材料等が挙げられる。
なお、アッシング処理の場合、前記成分として、各種のレジスト材料等が挙げられる。
【００２５】
接地電極２は、基板１０の下面全体を支持している。これにより、基板１０が不本意に変形しないように支持することができ、また、基板１０全体の電界強度を均一にすることができるので、基板１０全体にわたってムラなくプラズマ処理を施すことができる。
また、接地電極２は、接地線２１により電気的に接地されている。
一方、印加電極３は、基板１０を介して、接地電極２と対向して配置されている。
この接地電極２と印加電極３との間には、後述する電源回路４により高周波電圧が印加される。電極間に高周波電圧が印加されると、基板１０と印加電極３との間に存在するガス分子が電離して、プラズマを発生させることができる。
【００２６】
また、印加電極３は、基板１０全体を覆うように配置されている。これにより、接地電極２と同様に、基板１０全体にわたってムラなくプラズマ処理を施すことができる。また、処理領域の位置に応じて印加電極３を移動させる必要がないため、印加電極３の移動に要する時間を省略して、処理時間の短縮を図ることができる。
このような接地電極２および印加電極３は、導電性の材料、例えば、銅などで構成されている。
また、印加電極３の下面と側面は、それぞれ図示しない誘電体層で覆われている。これにより、印加電極３に火花放電が生じるのを防止することができる。その結果、火花放電によってプラズマ処理装置１に不具合が生じるのを防止することができる。
【００２７】
誘電体層を構成する材料としては、できるだけ誘電率の高い材料であるのが好ましく、例えば、アルミナ、ジルコニアのような各種セラミックス材料や、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのような各種ガラス材料等が挙げられる。
また、誘電体層の厚さは、特に限定されないが、０．５〜１０ｍｍ程度であるのが好ましく、１〜３ｍｍ程度であるのがより好ましい。
【００２８】
電源回路４は、接地電極２と印加電極３との間に高周波電圧を印加する。これにより、接地電極２と印加電極３との間隙には、高い周波数で向きが反転する電界が誘起される。
このような電源回路４は、高周波電源４１と、高周波電源４１と接地電極２とを接続する配線４２と、高周波電源４１と印加電極３とを接続する配線４３と、整合器（マッチングボックス）４４と、電源回路４を開閉するスイッチ４５とを有する。
ガス供給部５は、基板１０と印加電極３との間に、所定のガスを供給するものである。
【００２９】
図１に示すガス供給部５は、基板１０と印加電極３との間に開口し、所定のガスを噴出する供給口（開口部）５１０ａ〜５１９ａを備えた１０本のノズル５１０〜５１９と、各ノズル５１０〜５１９に向けてプラズマガスを供給するプラズマガス供給源５３と、各ノズル５１０〜５１９に向けてシールドガスを供給するシールドガス供給源５４と、各供給源５３、５４と各ノズル５１０〜５１９とにそれぞれ接続され、各供給源５３、５４から供給されたプラズマガスまたはシールドガスを、それぞれ各ノズル５１０〜５１９に分配する流量制御器（ガス切替手段）５２とを有している。
【００３０】
本実施形態では、一例として、各ノズル５１０〜５１９のうち、ノズル５１４が、基板１０と印加電極３との間にプラズマガスを供給し、残るノズル５１０〜５１３と、ノズル５１５〜５１９とが、シールドガスを供給するよう構成されている。
プラズマガスは、高周波電圧の作用（電界の作用）により、含まれるガス分子が電離してプラズマを生じるガスである。具体的なプラズマガスとしては、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、Ａｒ（アルゴン）ガスのようなキャリアガスと、処理ガスとの混合ガス等が挙げられる。
このうち、処理ガスの成分は、プラズマ処理の種類に応じて異なる。
【００３１】
例えば、基板１０にエッチング加工を施す場合、基板１０の構成材料に応じて異なり、基板１０の構成材料が前述のシリコン系化合物である場合、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６のようなフッ素系ガス、ＣＣｌ４のような塩素系ガス等が挙げられ、基板１０の構成材料が前述の金属材料である場合、ＣＣｌ４、Ｃｌ２、ＢＣｌ３のような塩素系ガス等が挙げられ、基板１０の構成材料が前述の有機系材料である場合、Ｏ２のような酸素系ガス等が挙げられる。
また、基板１０の処理面１１を親水化する親水処理を施す場合、処理ガスとして、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等を用いることができる。
また、基板１０の処理面１１を撥水化する撥水処理を施す場合、処理ガスとして、前述のフッ素系ガスを用いることができる。
【００３２】
混合ガス中の処理ガスが占める割合（混合比）は、処理ガスやキャリアガスの種類等によって若干異なるが、例えば、混合ガス中の処理ガスの割合を０．１〜１０％程度に設定するのが好ましく、０．５〜５％程度に設定するのがより好ましい。
なお、複数のノズルからプラズマガスを供給する場合には、各ノズルから種類の異なるプラズマガスを供給するようにしてもよい。
【００３３】
一方、シールドガスは、含まれるガス分子がプラズマガスよりも電離し難いガスである。具体的なシールドガスとしては、空気または窒素ガスを主成分とするガスが好ましい。これらのガスは、前述したようなプラズマガスよりも電離し難く、また非常に安価であるため、多量に使用してもプラズマ処理コストの増大を招き難いため、シールドガスとして好適に用いられる。
【００３４】
各ノズル５１０〜５１９により供給するガスの成分を上記のように異ならせることにより、図２に示すように、ノズル５１４がプラズマガスを供給し、これによりプラズマガスが高濃度に存在する空間６１が形成される。
また、ノズル５１０〜５１３がシールドガスを供給し、これによりシールドガスが高濃度に存在する空間６２と、ノズル５１５〜５１９がシールドガスを供給し、これによりシールドガスが高濃度に存在する空間６３とが形成される。
なお、図２および図４に示す点線は、各空間６１、６２、６３のそれぞれの輪郭を模式的に示す仮想的な線である。
【００３５】
このように成分の異なるガスを空間選択的に充満させた状態で、印加電極３に、プラズマガスを電離してプラズマ化し、かつシールドガスを電離させないような出力で高周波電圧を印加すると、高周波電圧の作用によりプラズマガス中の分子が電離して、空間６１中にプラズマＰを生じる。これにより、基板１０の処理面１１の空間６１で覆われた領域には、プラズマＰ中の活性化原子（ラジカル）による処理がなされる。
【００３６】
一方、空間６２および空間６３中にはシールドガスが充満しているので、プラズマの発生が防止される。これにより、基板１０の処理面１１の空間６２および空間６３で覆われた領域は、プラズマによる処理がなされず、初期の状態を維持することができる。
すなわち、本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマガスとシールドガスとを供給する空間をそれぞれ制御することにより、１つの印加電極３で、形状の異なる領域に対してプラズマ処理を行うことができる。また、基板１０に対する印加電極３の位置を変えることなく、異なる位置の領域に対してプラズマ処理を行うこともできる。
なお、プラズマ処理については、後に詳述する。
【００３７】
各ノズル５１０〜５１９を構成する材料としては、電気伝導性の低い材料が好ましい。これにより、各ノズル５１０〜５１９に火花放電が生じるのを防止することができる。その結果、プラズマ処理装置１に不具合が生じるのを防止することができる。
電気伝導性の低い材料の具体例としては、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素のような各種セラミックス材料、ポリオレフィン、ポリイミドのような各種樹脂材料等が挙げられ、プラズマ処理として親水処理または撥水処理を行う場合には、さらにシリコン等が挙げられる。
【００３８】
このうち、各ノズル５１０〜５１９を構成する材料は、セラミックス材料であるのが好ましい。セラミックス材料は、電気伝導性が極めて低いため火花放電を確実に防止するとともに、耐熱性および耐候性に優れるため、仮に火花放電が起きても、各ノズル５１０〜５１９の変質・劣化を確実に防止することができる。
また、各ノズル５１０〜５１９の内径は、それぞれ５０μｍ〜２０ｍｍ程度であるのが好ましく、３００μｍ〜３ｍｍ程度であるのがより好ましい。これにより、処理領域における十分な位置分解能を確保することができるため、処理領域の面積が非常に小さい場合でも、その領域に対して位置選択的かつ確実にプラズマ処理を施すことができる。
【００３９】
また、各ノズル５１０〜５１９は、図１および図２に示すように、基板１０の処理面１１に対して平行に並んでいる。これにより、前記各空間６１、６２、６３の境界面は、それぞれ、基板１０の処理面１１に対して垂直になる。このため、各空間６１、６２、６３が、それぞれ処理面１１の一部を確実に覆うことになり、処理面１１の処理領域に、各空間６１、６２、６３を対応させ易くなる。その結果、プラズマガスを供給すべきノズルの選択と、シールドガスを供給すべきノズルの選択とが容易にできるようになり、プラズマ処理工程を簡略化することができる。
【００４０】
また、各供給口５１０ａ〜５１９ａのうち、供給口５１４ａは、図１に示すように、基板１０の処理面１１に対して平行な面に沿ってプラズマガスを供給するよう設けられている。さらに、各供給口５１０ａ〜５１３ａと各供給口５１５ａ〜５１９ａも、図１に示すように、基板１０の処理面１１に対して平行な面に沿ってシールドガスを供給するよう設けられている。これにより、各供給口５１０ａ〜５１９ａから供給された所定のガスは、それぞれ、各空間６１、６２、６３中に均一な濃度で分布するようになる。その結果、基板１０の処理面１１の空間６１で覆われた領域をムラなくプラズマ処理するとともに、空間６２および空間６３で覆われた領域にプラズマ処理がなされるのを確実に防止することができる。
したがって、例えば、基板１０に対してエッチング加工を施す場合、空間６１で覆われた領域において、加工量のバラツキを抑制することができる。
【００４１】
流量制御器５２は、配管５６１を介してプラズマガス供給源５３と接続され、また、配管５６２を介してシールドガス供給源５４と接続されている。
また、流量制御器５２と、各ノズル５１０〜５１９は、それぞれ、配管５５を介して接続されている。
流量制御器５２の内部には、図３に示すように、２系統の配管５７１、５７２が配設されている。
このうち、配管５７１の一端は、配管５６１のプラズマガス供給源５３と反対側の端部に接続されており、配管５７１の他端は、流量制御器５２の内部において１０箇所で２つに分岐し、分岐した配管５７１の各他端は、それぞれ、１０本の配管５５の各ノズル５１０〜５１９と反対側の端部に接続されている。
【００４２】
一方、配管５７２の一端は、配管５６２のガス収納部５４と反対側の端部に接続されており、配管５７２の他端は、流量制御器５２の内部において１０箇所で分岐し、分岐した配管５７２の各他端は、それぞれ、前述の分岐した配管５７１の各他端とともに、１０本の配管５５の各ノズル５１０〜５１９の反対側の端部に接続されている。
これにより、配管５６１、配管５７１および配管５５により、プラズマガス供給源５３から供給されたプラズマガスを、各ノズル５１０〜５１９に供給するプラズマガス供給路が構成される。
【００４３】
また、配管５６２、配管５７２および配管５５により、シールドガス供給源５４から供給されたシールドガスを、各ノズル５１０〜５１９に供給するシールドガス供給路が構成される。
また、１０本に分岐した配管５７１の途中には、それぞれバルブ（第１のバルブ）５８１が設けられており、同様に、１０本に分岐した配管５７２の途中には、それぞれバルブ（第２のバルブ）５８２が設けられている。
【００４４】
さらに、図３に示す流量制御器５２は、各バルブ５８１、５８２の開閉量を制御する制御部５９を有している。そして、前述の１０個のバルブ５８１および１０個のバルブ５８２は、それぞれ、配線５９１を介して、制御部５９に接続されている。これにより、制御部５９により各バルブ５８１、５８２の開閉量をそれぞれ独立に制御することができるので、各ノズル５１０〜５１９から供給されるプラズマガスおよびシールドガスの各流量を、それぞれより精密に制御することができる。
このような流量制御器５２では、プラズマガス供給源５３から、バルブ５８１が開状態になっているプラズマガス供給路を介して、各ノズル５１０〜５１９にプラズマガスが分配されるようになっている。
【００４５】
また、シールドガス供給源５４から、バルブ５８２が開状態になっているシールドガス供給路を介して、各ノズル５１０〜５１９にシールドガスが分配されるようになっている。かかる流量制御器５２を用い、各ノズル５１０〜５１９に分配するガスの種類と流量とを設定することにより、所定の領域に向けて、プラズマガスとシールドガスとをそれぞれ選択的に供給することが容易となる。
【００４６】
次に、プラズマ処理装置１が基板１０に対してプラズマ処理を施す場合のプラズマ処理装置１の一連の動作を順を追って説明する。
まず、基板１０を接地電極２上に載置する。
ここでは、図４に示す基板１０の処理面１１のうち、プラズマ処理を施すべき領域（以下、「処理領域」と言う。）１１ａにプラズマ処理を施す場合を例に説明する。
【００４７】
次に、基板１０の処理面１１のうち、処理領域１１ａを覆う空間６１にプラズマガスＧＰを供給するとともに、処理領域１１ａ以外の領域（以下、「非処理領域」と言う。）を覆う空間６２および空間６３にシールドガスＧＳを供給する。
具体的には、ガス供給部５を作動させ、基板１０と印加電極３との間に、ノズル５１４からプラズマガスＧＰを、各ノズル５１０〜５１３と各ノズル５１５〜５１９とからシールドガスＧＳを、それぞれ供給する。これにより、図４に示す空間６１にはプラズマガスＧＰが高濃度に存在し、非処理領域を覆う空間６２および空間６３にはシールドガスＧＳが高濃度に存在することとなる。
【００４８】
この際、ノズル５１４におけるプラズマガスＧＰの流量、および各ノズル５１０〜５１３、５１５〜５１９におけるシールドガスＧＳの流量は、それぞれ、０．１〜１０ｓｌｍ程度であるのが好ましく、０．５〜５ｓｌｍ程度であるのがより好ましい。これにより、プラズマガスＧＰおよびシールドガスＧＳの無駄な消費を抑えつつ、面積の大きな基板１０に対してもプラズマ処理を確実に行うことができる。
【００４９】
また、ノズル５１４におけるプラズマガスＧＰの流量は、各ノズル５１０〜５１３、５１５〜５１９におけるシールドガスＧＳの流量と等しくなるよう設定されるのが好ましい。これにより、各ノズル５１０〜５１９から供給されたガスは、それぞれ等しい体積を占める。このため、例えば、ノズル５１４から供給されたプラズマガスＧＰは、ノズル５１４とノズル５１３との境界を含む面付近において、ノズル５１３から供給されたシールドガスＧＳによってその広がりをより確実に阻止されることとなる。
【００５０】
また、プラズマガスＧＰは、ノズル５１４とノズル５１５との境界を含む面付近において、ノズル５１５から供給されたシールドガスＧＳによってその広がりをより確実に阻止されることとなる。その結果、プラズマガスＧＰは、空間６１に特に高濃度に存在する一方、空間６２および空間６３にはほとんど存在しなくなるとともに、シールドガスＧＳは、空間６２および空間６３に特に高濃度に存在する一方、空間６１にはほとんど存在しなくなる。
したがって、例えば、前記処理領域１１ａにエッチング加工を行う場合、処理領域１１ａと隣接する非処理領域との境界部が明瞭になり、加工精度を高めることができる。
【００５１】
また、空間６１と空間６２との境界面、および、空間６１と空間６３との境界面は、図４に示すように互いに平行になる。これにより、接地電極２と印加電極３との間に高周波電圧を印加した際に、空間６１内にプラズマＰが発生し、処理面１１において、ノズル５１４からのプラズマガスＧＰの噴出方向に沿って延在する帯状の領域に対して、プラズマ処理を施すことができる。この帯状の領域は、処理面１１の一端から他端まで連続したものである。このようにプラズマ処理を行う領域が帯状をなしているので、基板１０に対して、より形状における汎用性が高い矩形状のパターンで、プラズマ処理を行うことができる。
【００５２】
次に、電源回路４を作動させ、接地電極２と印加電極３との間に高周波電圧を印加する。これにより、接地電極２と印加電極３との間には、高い周波数で向きが反転する電界が誘起される。そして、この電界のエネルギーにより、空間６１に存在するプラズマガスＧＰ中の分子が電離して、図４に示すように、空間６１中にプラズマＰが発生する。
一方、空間６２および空間６３に存在するシールドガスＧＳは、電極間に高周波電圧を印加しても、ほとんど変化しない。
【００５３】
その結果、図４に示すように、基板１０の処理面１１のうち、空間６１で覆われた領域、すなわち処理領域１１ａに対して位置選択的にプラズマ処理がなされることとなる。
例えば、エッチング加工を施す場合、プラズマＰ中に含まれる活性化原子（ラジカル）と基板１０の処理領域１１ａとが反応する。そして、その反応物が気化することにより、基板１０の処理領域１１ａがエッチング加工され、図４に示すような凹部９が形成されることとなる。
高周波電圧の周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度であるのが好ましく、１０〜６０ＭＨｚ程度であるのがより好ましい。これにより、プラズマＰを安定して発生させることができる。
【００５４】
また、高周波電圧の出力は、プラズマガスＧＰを電離する出力以上で、かつ、シールドガスＧＳを電離する出力未満で印加される。具体的には、プラズマガスＧＰとシールドガスＧＳの種類（組成）や、接地電極２および印加電極３の面積等に応じて異なるが、１０Ｗ〜１０ｋＷ程度であるのが好ましく、１００Ｗ〜１ｋＷ程度であるのがより好ましい。これにより、プラズマＰをより安定して発生させることができる。
【００５５】
なお、ノズル５１４におけるプラズマガスＧＰの流量は、各ノズル５１０〜５１３、５１５〜５１９におけるシールドガスＧＳの流量と異なるよう設定されてもよい。このような設定にすれば、ノズル５１４から供給されたプラズマガスＧＰと、各ノズル５１０〜５１３、５１５〜５１９から供給されたシールドガスＧＳとは、それぞれ異なる体積を占める。このため、基板１０の処理面１１のうち、プラズマガスＧＰの流量とシールドガスＧＳの流量とのバランスに応じた領域に対して位置選択的にプラズマ処理がなされることとなる。すなわち、プラズマガスＧＰの流量とシールドガスＧＳの流量との差を適宜設定することにより、処理領域の形状を調整することができる。
【００５６】
図５ないし図８は、いずれも、図１に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う手順の他の例を説明するための斜視図である。なお、図５ないし図８では、図が煩雑になるのを避けるため、印加電極３および電源回路４を省略している。また、図５ないし図８に示す点線は、各空間６１、６２、６３のそれぞれの輪郭を模式的に示す仮想的な線である。
【００５７】
例えば、プラズマガスＧＰの流量がシールドガスＧＳの流量より大きい場合、プラズマガスＧＰはシールドガスＧＳよりも大きな体積を占めるため、図５に示すように、供給口５１４ａから離れるほど発散するような傾向を示す。この状態で電極間に高周波電圧を印加した場合、図５に示すような空間６１にプラズマＰが発生する。
その結果、図５に示すように、平面視で略扇形をなす領域に対して位置選択的にプラズマ処理がなされることとなる。そして、例えば、プラズマ処理としてエッチング加工を施した場合、図５に示すような凹部９を形成することができる。
【００５８】
一方、例えば、プラズマガスＧＰの流量がシールドガスＧＳの流量より小さい場合、プラズマガスＧＰはシールドガスＧＳよりも小さい体積を占めるため、図６に示すように、供給口５１４ａから離れるほど集束する傾向を示す。この状態で電極間に高周波電圧を印加した場合、図６に示すような空間６１にプラズマＰが発生する。
その結果、図６に示すように、平面視で略扇形をなす領域に対して位置選択的にプラズマ処理がなされることとなる。そして、例えば、プラズマ処理としてエッチング加工を施した場合、図６に示すような凹部９を形成することができる。
なお、以上のように、プラズマガスＧＰの流量がシールドガスＧＳの流量と異なっている場合、これらの流量の差は、５ｓｌｍ以下であるのが好ましく、３ｓｌｍ以下であるのがより好ましい。これにより、プラズマ処理を施す領域と施さない領域との境界を明瞭に維持しつつ、位置選択的にプラズマ処理を施すことができる。
【００５９】
また、図４に示すプラズマ処理装置１では、各ノズル５１０〜５１９のうち、１つのノズル５１４からプラズマガスＧＰを供給しているが、２つ以上のノズルからプラズマガスＧＰを供給するようにしてもよい。
図７に示すプラズマ処理装置１は、３つのノズル５１３〜５１５からプラズマガスＧＰを供給するようになっており、各ノズル５１０〜５１２、５１６〜５１９からシールドガスＧＳを供給するように設定されている。これにより、図３に示す処理領域１１ａの３倍程度の幅を持つ領域に対して、位置選択的にプラズマ処理を施すことができる。そして、例えば、プラズマ処理としてエッチング加工を施した場合、図７に示すように、図３に示す凹部９よりも幅の広い凹部９を形成することができる。
【００６０】
なお、本発明のプラズマ処理装置は、処理領域に向けてプラズマガスを供給するとともに、少なくとも、処理領域と非処理領域との境界部の非処理領域側に向けてシールドガスを供給すればよい。
具体的には、図８に示すプラズマ処理装置１は、処理領域１１ｂに対応する位置にあるノズル５１４から、空間６１に向けてプラズマガスＧＰを供給するとともに、処理領域１１ｂと非処理領域との境界部の非処理領域側に対応する位置にあるノズル５１３とノズル５１５とから、それぞれ空間６２と空間６３とに向けてシールドガスＧＳを供給するように設定されている。さらに、ノズル５１０〜５１２およびノズル５１６〜５１９からは、いずれのガスも供給されないように設定されている。このようなプラズマ処理装置１においても、図３に示すプラズマ処理装置１と同様の作用・効果が得られ、図３に示す凹部９と同等の凹部９を形成することができる。また、シールドガスＧＳの使用量を大幅に削減できるという利点もある。
【００６１】
ここで、プラズマ処理装置１により基板１０をエッチング加工する場合には、プラズマ処理装置１は、基板１０の処理面１１の高さに関するデータ（情報）を取得する高さ計測手段（図示せず）を有するのが好ましい。
高さ計測手段は、計測により取得したデータに基づき、基板１０の形状と目的とする形状との差を比較演算して、エッチング加工すべき領域（処理領域）を導出する。そして、この領域に関するデータに基づき、図示しない制御部により、流量制御器５２の動作を制御し、基板１０の形状を目的とする形状にエッチング加工する。
具体的には、処理領域に向けてプラズマガスＧＰを供給し、この領域に隣接する非処理領域に向けてシールドガスＧＳを供給するように、各ノズルを流れるプラズマガスＧＰとシールドガスＧＳの流量を流量制御器５２により調整すればよい。
【００６２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のプラズマ処理装置の第２実施形態について説明する。
図９は、本発明のプラズマ処理装置の第２実施形態が備えるガス供給手段の構成を説明するための図である。
以下、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６３】
本実施形態のプラズマ処理装置は、流量制御器の構成が異なること以外は、前記第１実施形態と同様である。
図９に示す流量制御器（ガス切替手段）５２は、シールドガス供給源５４から供給されたシールドガスを一時的に貯留するシールドガス貯留室を内部に備えたチャンバー５２０と、シールドガス貯留室内を各ノズル５１０〜５１９の配列方向に沿って移動可能な移動体６０と、移動体６０に設けられた配管５７１を有している。
【００６４】
チャンバー５２０は、内部の気密を維持し得る容器である。チャンバー５２０の内部空間で構成されたシールドガス貯留室内には、配管５５の各ノズル５１０〜５１９と反対側の開口部が開口している。
また、シールドガス貯留室内には、配管５６２のシールドガス供給源５４と反対側の開口部も開口しており、配管５６２の途中には、バルブ５８２が設けられている。
【００６５】
移動体６０は、移動機構６０１により各ノズル５１０〜５１９の配列方向に沿って移動する。図９に示す移動機構６０１は、移動体６０をワイヤ６０２で引っ張ることにより、移動体６０を軌道６０３に沿って移動させ得るものである。
この移動体６０には、配管５７１の一部が設けられている。この配管５７１の一端は、配管５６１のプラズマガス供給源５３と反対側の端部に接続されており、他端は、移動体６０において３つに分岐している。そして、分岐した配管５７２の各他端は、それぞれ、各ノズル５１０〜５１９のうちの隣接する３つのノズル（本実施形態では、各ノズル５１３〜５１５）に接続された配管５５を介して接続されている。なお、配管５７２と配管５５との接続部は、例えば摺接するようになっており、配管５７２の軸線と配管５５の軸線とが一致しているときには、配管５７２から配管５５に向けてプラズマガスが確実に流れるようになっている。また、この状態から移動体６０が移動したときには、配管５７２と配管５５とが確実に分離するようになっている。
このようなプラズマ処理装置１では、配管５６１、配管５７１および配管５５により、プラズマガス供給源５３から供給されたプラズマガスを、各ノズル５１３〜５１５に供給するプラズマガス供給路が構成される。
【００６６】
また、３つに分岐した配管５７１の途中には、それぞれバルブ５８１、５８１、５８１が設けられている。
さらに、各バルブ５８１、５８１、５８１およびバルブ５８２と、制御部５９とが、配線５９１を介して接続されており、各バルブ５８１、５８１、５８１およびバルブ５８２の開閉量をそれぞれ独立に制御することができる。
【００６７】
このようなプラズマ処理装置１では、移動体６０の移動により、プラズマガス供給路が、各ノズル５１０〜５１９のうちの一部のノズル（本実施形態では、各ノズル５１３〜５１５）に選択的に接続され、その接続された各ノズル５１３〜５１５にプラズマガスが分配されるようになっている。
以上のような流量制御器５２は、プラズマ処理装置１を、例えば、図８に示すように動作させる場合に有効である。
また、流量制御器５２は、構造が非常に簡単なので、プラズマ処理装置１の製造コストの大幅な低減を図ることができる。
【００６８】
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、これに限定されるものではなく、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と置換することができ、または、任意の構成のものを付加することもできる。
なお、プラズマガスは、各ノズル５１０〜５１９のいずれのノズルから供給されてもよく、ノズル５１０またはノズル５１９から供給されるようになっていてもよい。例えば、ノズル５１０からプラズマガスが供給され、各ノズル５１１〜５１９からシールドガスが供給されるようになっている場合、このようなプラズマ処理装置１は、基板１０の縁部をプラズマ処理する場合に好適に用いられる。これは、図２に示すプラズマ処理装置１の場合、ノズル５１０右側にプラズマガスが拡散してしまうが、基板１０の右側の縁部を処理する場合、拡散したプラズマガスが基板１０に対して何ら悪影響を及ぼさないためである。
また、前記実施形態では、ノズルの本数を１０本としたが、ノズルの本数は特に限定されず、ノズルの内径や基板１０の大きさに応じて適宜設定すればよい。なお、ノズルの本数が多いほど、ガスを供給する領域の位置分解能が高くなるので、加工精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置を矢印Ａの方向から見た正面図である。
【図３】図１に示すガス供給手段の構成を詳細に説明するための図である。
【図４】図１に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う手順の一例を説明するための斜視図である。
【図５】図１に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う手順の他の例を説明するための斜視図である。
【図６】図１に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う手順の他の例を説明するための斜視図である。
【図７】図１に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う手順の他の例を説明するための斜視図である。
【図８】図１に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う手順の他の例を説明するための斜視図である。
【図９】本発明のプラズマ処理装置の第２実施形態が備えるガス供給手段の構成を説明するための図である。
【図１０】従来のプラズマ処理装置を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１……プラズマ処理装置  ２……接地電極  ２１……接地線  ３……印加電極  ４……電源回路  ４１……高周波電源  ４２、４３……配線  ４４……整合器  ４５……スイッチ  ５……ガス供給部  ５１０〜５１９……ノズル  ５１０ａ〜５１９ａ……供給口  ５２……流量制御器  ５２０……チャンバー  ５３……プラズマガス供給源  ５４……シールドガス供給源  ５５、５６１、５６２、５７１、５７２……配管  ５８１、５８２……バルブ  ５９……制御部  ５９１……配線  ６０……移動体  ６０１……移動機構  ６０２……ワイヤ  ６０３……軌道  ９……凹部  １０……基板（ワーク）  １１……処理面  １１ａ、１１ｂ……処理領域  ６１、６２、６３……空間  １００……プラズマ処理装置  １０２……接地電極  １０３……印加電極  １０４……電源回路  １０５……ガス供給部  １０９……凹部  １１０……基板（ワーク）  Ｐ……プラズマ  ＧＰ……プラズマガス  ＧＳ……シールドガス  Ｗ１、Ｗ２……幅
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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