(57)【要約】      （修正有）【課題】電極表面の温度上昇を抑制し、熱電子の放出を抑え、アーク放電への移行を防止するプラズマ処理装置の提供。【解決手段】高周波電源１から電極２ａ，２ｂ間に電圧が印加されることにより誘電体４ａと誘電体４ｂの間にプラズマ５が形成される。被処理基材６は、隔壁８で形成された、搬送するに必要十分な断面積をもった、少なくとも上部方向に気密性を有する搬送路９内を搬送されていて、搬送路９の上流には電極２ａ、２ｂ間へ第１プロセスガスを供給するガス供給部１０ａが、下流には第１プロセスガスを排気するガス排気部１１ａが設置される。さらに、誘電体４ａと接して、搬送路９の上流側には電極間に第２プロセスガスを供給するガス供給部１０ｂ、下流側には第２プロセスガス１２ｂを排気するガス排気部１１ｂが設置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間にプラズマを生成するために少なくとも一方が誘電体で被覆された一対の対向電極と、電極間に被処理基板を搬入するための搬入路と、電極間から被処理基材を搬出する搬出路と、前記搬入路と搬出路を通って電極間に被処理基材を搬入して搬出する基材搬送部材と、前記搬入路の上流より電極間に第１プロセスガスを供給する第１ガス供給部と、前記搬出路の下流から第１プロセスガスを排気する第１ガス排気部と、第１ガス供給部よりも対向電極の近くで前記搬入路の上流より電極間に第２プロセスガスを供給する第２ガス供給部と、第１ガス排気部よりも対向電極の近くで前記搬出路の下流から第２プロセスガスを排気する第２ガス排気部とを備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
第２ガス供給部と第２ガス排気部が、対向電極に隣接あるいは一体化して配設され、第２ガス供給部および第２ガス排気部は被処理基材の移動方向に対して直交する方向にスリット状であり、かつ、電極面に沿うような形状のガス供給口およびガス排出口それぞれ備える請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
搬入路は、第２ガス供給部の上流で第１プロセスガスの流れを搬入路の中心方向へ偏向させる突出部を備えた請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
第１プロセスガスと第２プロセスガスが電極間で概ね層流となり、かつ、電極間における第２プロセスガスの流速が第１プロセスガスの流速より速い請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
第２プロセスガスの比熱容量が第１のプロセスガスの比熱容量より大きい請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
第２プロセスガスがヘリウムおよび水素を含んでいる請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
第２プロセスガスの供給温度が室温より低い請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
第２プロセスガスには水が含まれている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置に関し、とくにプラズマの生成、制御技術を応用することで、表面改質、洗浄、加工、成膜等の処理を行うプラズマ処理装置に関し、例えば、半導体、液晶表示素子やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルやＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）をはじめとするフラットパネルディスプレイ、太陽電池等を製造する装置で用いられるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池等の製造工程では、ガラス基板や半導体ウエハのような被処理基材に対して、真空チャンバや排気装置など大掛かりな設備を必要としない大気圧プラズマ技術を用いた改質、洗浄、加工、成膜等の処理への注目度が高まってきており、表面改質や洗浄、ドライエッチングといった一部のプロセスにおいては実用化されている。
【０００３】
しかしながら、長時間の放電を行うとプラズマ中の粒子と電極との衝突や輻射熱によって電極表面の温度が上昇するため、熱電子が放出しやすくなる。その結果、熱電子の空間密度が高くなり、グロー放電空間中に電子の偏りが生じて、グロー放電からアーク放電に移行しやすくなる。アーク放電に移行するとプラズマが高温となり、被処理基材への熱的なダメージのほか、電極自体が溶融してしまうという問題が生じる。
【０００４】
このため、回転電極を用いることによりプラズマに接する電極表面を常に変化させることで電極表面の熱的安定性を確保するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３００６９２７１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転電極を用いる場合、電極部を回転させるための機構系と動力源が必要であり、装置が大型化するうえ、電極の振動、偏芯によるばらつきのため、空間的にもプロセス的にも冗長を多くとる必要がある。特に、板状の被処理基材を一方向に搬送させてプラズマ空間を通過させ、プラズマ処理を施していく場合においては、処理量のばらつきが大きくなることが十分に予見される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、電極間にプラズマを生成するために少なくとも一方が誘電体で被覆された一対の対向電極と、電極間に被処理基板を搬入するための搬入路と、電極間から被処理基材を搬出する搬出路と、前記搬入路と搬出路を通って電極間に被処理基材を搬入して搬出する基材搬送部材と、前記搬入路の上流より電極間に第１プロセスガスを供給する第１ガス供給部と、前記搬出路の下流から第１プロセスガスを排気する第１ガス排気部と、第１ガス供給部よりも対向電極の近くで前記搬入路の上流より電極間に第２プロセスガスを供給する第２ガス供給部と、第１ガス排気部よりも対向電極の近くで前記搬出路の下流から第２プロセスガスを排気する第２ガス排気部とを備えるプラズマ処理装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、処理に直接寄与する被処理基材表面には第１プロセスガスが供給され、電極表面には電極表面の温度上昇を抑えるように第２プロセスガスが供給される。
従って、電極表面の熱的安定性が効果的に確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明のプラズマ処理装置は、電極間にプラズマを生成するために少なくとも一方が誘電体で被覆された一対の対向電極と、電極間に被処理基板を搬入するための搬入路と、電極間から被処理基材を搬出する搬出路と、前記搬入路と搬出路を通って電極間に被処理基材を搬入して搬出する基材搬送部材と、前記搬入路の上流より電極間に第１プロセスガスを供給する第１ガス供給部と、前記搬出路の下流から第１プロセスガスを排気する第１ガス排気部と、第１ガス供給部よりも対向電極の近くで前記搬入路の上流より電極間に第２プロセスガスを供給する第２ガス供給部と、第１ガス排気部よりも対向電極の近くで前記搬出路の下流から第２プロセスガスを排気する第２ガス排気部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２ガス供給部と第２ガス排気部が、対向電極に隣接あるいは一体化して配設され、第２ガス供給部および第２のガス排気部は被処理基材の移動方向に対して直交する方向にスリット状であり、かつ、電極面に沿うような形状のガス供給口およびガス排出口をそれぞれ備えてもよい。
第１プロセスガスと第２プロセスガスが電極間で概ね層流となり、かつ、電極間における第２プロセスガスの流速が第１プロセスガスの流速より速いことが好ましい。
【００１０】
第２プロセスガスの比熱容量が第１のプロセスガスの比熱容量より大きくてもよい。
第２プロセスガスがヘリウムおよび水素を含んでいてもよい。
第２プロセスガスの供給温度が室温より低くてもよい。
第２プロセスガスには水が含まれていてもよい。
上記のように、第２のガス供給部と第２のガス排気部が、対向電極に隣接あるいは一体化して配設され、第２ガス供給部および第２のガス排気部は被処理基材の移動方向に対して直交する方向にスリット状であり、かつ、電極面に沿うような形状のガス供給口およびガス排出口を備えることにより、第２プロセスガスがコアンダ効果により電極表面を流れやすくなるため、プラズマ中において第１プロセスガスと第２プロセスガスが層流を形成しやすくなる。
【００１１】
さらには、第１プロセスガス流が直接電極表面を吹き付けないようにすれば、第２プロセスガス流への影響を低減できる。
また、電極間、つまり、プラズマ処理空間おける第２プロセスガスの流速を速くすることにより電極表面の熱を多く奪い、温度上昇を抑制できる。
【００１２】
また、プロセスガスの流速が速くなることにより規則化されていた放電状態、すなわち被処理基材面に対しては不均一な処理となる放電が、規則化されない均一な放電へと移行する。しかし、一定の放電空間内において流速をあげるには、プロセスガスの供給量を増加させる必要があり、これはプロセスガスの消費量増加となり不経済であるが、この発明では電極表面を流れる第２プロセスガスの流速のみを速くすればよく、プロセスガス全体の消費量を抑えられる。
また、第２プロセスガスを比熱容量の大きいガスとすることでも、電極表面の熱を多く奪うことができ、電極表面の温度上昇を抑制できる。
第２プロセスガスは、そのガス自体が被処理基材の処理に寄与する影響は小さいため、比熱容量の大きいヘリウムや水素を第１プロセスガスより多く含んでいると、より電極表面の温度上昇を抑制できる。
あるいは、第２プロセスガスの温度自体を低くすることにより電極表面の温度上昇を抑えられる。
【００１３】
または、第２プロセスガスを導入する前段階でバブリング等の方法によりガス中に水分を含ませることで、第２プロセスガス中の水が電極表面近傍でプラズマにより気化し、周囲の熱を奪うため、電極温度の上昇を抑えられる。
【００１４】
以下、図面に示す実施形態を用いてこの発明を詳述する。
実施形態１
図１に、本発明におけるプラズマ処理装置の実施形態１を示す。高周波電源１が接続された金属製の電極２ａの内部には冷却水３が流れている。電極２ａの外部はセラミックよりなる誘電体４ａにより覆われている。電極２ａと対向する位置に電極２ｂが設置され、電極２ａと同様に電極２ｂ内部には冷却水３が流れていて、外側は誘電体４ｂにより覆われている。高周波電源１から電極２ａ，２ｂ間に電圧が印加されることにより誘電体４ａと誘電体４ｂの間にプラズマ５が形成される。プラズマ５には被処理基材６が搬送部材７により白抜き矢印で示す方向に搬送され、所望のプラズマ処理が施される。被処理基材６は、隔壁８で形成された、搬送するに必要十分な断面積をもった、少なくとも上部方向に気密性を有する搬送路９内を搬送されていて、搬送路９の上流には電極２ａ、２ｂ間へ第１プロセスガス１２ａを供給するガス供給部１０ａが、下流には第１プロセスガス１２ａを排気するガス排気部１１ａが設置されている。さらに、誘電体４ａと接して、搬送路９の上流側には電極間に第２プロセスガス１２ｂを供給するガス供給部１０ｂ、下流側には第２プロセスガス１２ｂを排気するガス排気部１１ｂが設置されている。第２プロセスガスは第１プロセスガスより比熱容量の大きいガスを供給できるようにしており、図中には記載していないが、ガス供給部１０ｂからはＨ2、Ｈｅ、Ｎ2を、ガス供給部１０ａからはＨ2、Ｈｅ、Ｏ2、Ｎ2、Ａｒ、ＣＦ4を用途に応じて、選択して供給する。第２プロセスガス自体は被処理基材の処理に寄与する影響は小さいため、比熱容量の大きいヘリウムや水素の比率を高くして供給するとより好ましい。なお、ガス１２ａ、１２ｂは電極２ａ、３ｂ間で概ね層流になり、かつ、ガス１２ｂはガス１２ａよりも流層が速くなるように、それぞれの流速が設定される。
【００１５】
図２は、このプラズマ処理装置における電極部を拡大したものである。上述のように誘電体４ａを挟むようにガス供給部１０ｂ、ガス排気部１１ｂが配置されており、誘電体４ａの表面を流れるようにガス供給部１０ｂからガス１２ｂが供給され、ガス排気部１１ｂからガス１２ｂが排気される。ガス供給部１０ｂおよびガス排気部１１ｂは、被処理基材６の移動方向に直交する方向にスリット状で、かつ、誘電体４ａの表面に沿うような形状のガス供給口およびガス排出口をそれぞれ備える。
【００１６】
実施形態２
この実施形態では、図３に示すようにガス供給部１０ｂ、ガス排気部１１ｂの一部は誘電体４ａを利用して形成している。その他の構成は実施形態１に準拠する。誘電体４ａはセラミックよりなっており、表面の平滑性を良くできるため、ガス１２ｂが表面に沿って流れやすい。
【００１７】
実施形態３
この実施形態では、図４に示すようにガス供給部１０ｂの一部は搬送路９の中心側に飛び出している。その他の構成は実施形態１に準拠する。このためガス供給部１０ａから供給されているガス１２ａが搬送路９の中心方向に流れ（偏向され）、ガス１２ｂの流れを乱さない。
【００１８】
実施形態４
この実施形態では、図５に示すようにガス供給部１０ｂにガス１２ｂを供給する前段階で純水１４中を通過させる。その他の構成は実施形態１に準拠する。これによりガス１２ｂに水分が含まれ、ガス１２ｂ中の水分の気化熱により誘電体４ａの表面が冷却されやすくなる。さらに、純水１４の温度を５〜２０℃程度に室温より低く保持しておくことにより、第２プロセスガスの温度を室温より低くすることができ、電極表面の温度上昇を抑えられる。なお、ＣＦ4ガスなどを用いた撥水化処理を目的とした場合では、ガス１２ａ中のＦと１２ｂ中のＨの反応によるＨＦの生成などがあるため、この方法は適さず、Ｏ2ガスなどを用いたアッシング処理、親水化処理などに適用される。
【００１９】
実施形態５
この実施形態では、図６に示すように、誘電体４ｂを挟むようにガス供給部１０ｃ、ガス排気部１１ｃが配置され、他の構成は実施形態１に準拠する。これにより誘電体４ｂの表面が冷却されやすくなる。このことにより、誘電体４ｂ側での放電不均一が抑えられる。
また、この場合には、被処理基材６の下部側には搬送部材７が設けられているため、搬送部材７の隙間に誘電体４ｂ、ガス供給部１０ｃ、ガス排気部１１ｃを配置するには、これらをコンパクトにまとめる必要がある。よって、このような場合には、実施形態２で示したようなガス供給部１０ｂ、１０ｃ、ガス排気部１１ｂ、１１ｃの一部を誘電体４ａ、４ｂを利用して形成すると良い。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
この発明によれば、プロセスガスの消費量を抑えつつ、電極表面の温度上昇を抑えることで電極表面からの熱電子放出を抑制してグロー放電を維持し、プラズマ処理空間では多くの電子や励起種が存在した均一性の良いプラズマを発生させることが可能で、低ランニングコストと高速処理を両立できるプラズマ処理装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明のプラズマ処理装置の実施形態１の構成を示す側断面図である。
【図２】実施形態１のプラズマ処理装置の主要部の構成を示す拡大側断面図である。
【図３】この発明のプラズマ処理装置の実施形態２のプラズマ処理装置の主要部の構成を示す拡大側断面図である。
【図４】この発明のプラズマ処理装置の実施形態３のプラズマ処理装置の主要部の構成を示す拡大側断面図である。
【図５】この発明のプラズマ処理装置の実施形態４のプラズマ処理装置の主要部の構成を示す拡大側断面図である。
【図６】この発明のプラズマ処理装置の実施形態５の構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    高周波電源
２ａ，２ｂ    電極
３    冷却水
４ａ，４ｂ    誘電体
５    プラズマ
６    被処理基材
７    搬送部材
８    隔壁
９    搬送路
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ    ガス供給部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ    ガス排気部
１２ａ，１２ｂ    ガス
【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】
2008204650.tif 000007
【図６】
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