(57)【要約】【課題】安定した放電が得られ、ヘリウムガス等のキャリアガスの必要量も大幅に削減できるマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明のマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理方法は、処理チャンバ内を１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒに減圧した状態で、マイクロ波を処理チャンバ内に導入してグロー放電を生じさせ、その後処理チャンバ内を大気圧に戻して基板をプラズマ処理するように構成される。また、本発明のマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置は、処理チャンバ内を放電開始時に１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒに減圧できる排気ポンプ手段を処理チャンバに設け、処理チャンバの壁の少なくとも一部を誘電体で構成し、マイクロ波発振器から導波管及び処理チャンバの誘電体壁を介して処理チャンバ内にマイクロ波を導入するように構成される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧可能な処理チャンバ内に、マイクロ波及び処理ガスを導入してグロー放電プラズマを形成し、大気圧下で基板をプラズマ処理するマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理方法において、処理チャンバ内を１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒに減圧した状態で、マイクロ波を処理チャンバ内に導入してグロー放電を生じさせ、その後処理チャンバ内を大気圧に戻して基板をプラズマ処理することを特徴とするマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理方法。
【請求項２】
減圧可能な処理チャンバ内に、マイクロ波及び処理ガスを導入してグロー放電プラズマを形成し、大気圧下で基板をプラズマ処理するマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置において、処理チャンバ内を放電開始時に１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒに減圧できる排気ポンプ手段を処理チャンバに設け、処理チャンバの壁の少なくとも一部を誘電体で構成し、マイクロ波発振器から導波管及び処理チャンバの誘電体壁を介して処理チャンバ内にマイクロ波を導入するように構成したことを特徴とするマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置。
【請求項３】
導波管が処理チャンバの誘電体壁の周囲に環状に設けられ、そして誘電体壁に対向する側に所定の長さのマイクロ波導入開口部を備えていることを特徴とする請求項２記載のマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置。
【請求項４】
処理チャンバの天板を誘電体で構成し、天板の周縁部から処理チャンバ内の基板に向ってマイクロ波を導入するように環状導波管を斜めに方向決めしたことを特徴とする請求項２記載のマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置。
【請求項５】
斜めに方向決めした環状導波管から環状拡散管を通ってマイクロ波を処理チャンバ内に導入するように構成したことを特徴とする請求項４記載のマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種表面処理、アッシング、エッチング、成膜等に用いられ得る大気圧プラズマ処理方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低圧条件下ではさまざまな処理ガスを用いたグロー放電プラズマにより各種表面処理が行われているが、高価な真空装置が必要でかつすぐに試料を真空容器から取り出すことができず、装置にコストがかかるだけでなく、処理に時間がかかり、結果として製品のコストが高くなるなど、工業的には不利であった。
【０００３】
そこで大気圧下でグロー放電プラズマを発生させる方法が提案され、これにより装置のコストの低減や処理作業の簡易化が計られるようになった。大気圧プラズマ処理装置は、一般的には、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に作業ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成されている。　この種の大気圧プラズマ処理技術については例えば、特開平４−７４５２５号公報、特開平１１−２３６６７６号公報に開示されている。
【０００４】
高温状態ではアーク放電が発生し易く、電子が発生し易くなる。すなわち熱拡散密度が高くなると、アーク放電が発生し、安定なグロー放電とならない。そのため、安定な大気圧プラズマを発生させるためにはキャリアガスとして大流量のヘリウムが有効であるが、ヘリウムガスは高価であり、また処理速度も遅く、そのため基板のプラズマ処理にコストが掛り、最終製品のコストが高くなる一つの要因となっている。特開平１０−１５４５９８号公報には任意のガス雰囲気中の大気圧近傍の圧力下で短時間の内に電極間に高電圧を印加し、アーキングに至る前に電圧印加を遮断してプラズマを生成させるグロー放電プラズマ発生方法が開示されている。
【０００５】
また、マイクロ波を用いた場合には、いずれの放電ガスを使用しても大気圧下での着火性に問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上従来技術に伴う上述のような問題点を解決して、安定した放電が得られ、ヘリウムガス等のキャリアガスの必要量も大幅に削減できるマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、減圧可能な処理チャンバ内に、マイクロ波及び処理ガスを導入してグロー放電プラズマを形成し、大気圧下で基板をプラズマ処理するマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理方法において、処理チャンバ内を１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒに減圧した状態で、マイクロ波を処理チャンバ内に導入してグロー放電を生じさせ、その後処理チャンバ内を大気圧に戻して基板をプラズマ処理することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明によれば、減圧可能な処理チャンバ内に、マイクロ波及び処理ガスを導入してグロー放電プラズマを形成し、大気圧下で基板をプラズマ処理するマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置において、処理チャンバ内を放電開始時に１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒに減圧できる排気ポンプ手段を処理チャンバに設け、処理チャンバの壁の少なくとも一部を誘電体で構成し、マイクロ波発振器から導波管及び処理チャンバの誘電体壁を介して処理チャンバ内にマイクロ波を導入するように構成したことを特徴としている。
【０００９】
本発明によるマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置の一つの実施の形態においては、導波管は、処理チャンバの誘電体壁の周囲に環状に設けられ、そして誘電体壁に対向する側に所定の長さのマイクロ波導入開口部を備えることができる。
【００１０】
本発明によるマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置の別の実施の形態においては、処理チャンバの天板は誘電体で構成され、天板の周縁部から処理チャンバ内の基板に向ってマイクロ波を導入するように環状導波管が斜めに方向決めされ得る。好ましくは、斜めに方向決めした環状導波管から環状拡散管を通ってマイクロ波を処理チャンバ内に導入するように構成され得る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態による大気圧プラズマ処理装置を示している。図示装置において、１は円筒状の処理チャンバであり、この処理チャンバ１の少なくとも側壁１ａは誘電体で構成されている。また処理チャンバ１の側壁１ａには処理ガス導入ポート２が設けられ、この処理ガス導入ポート２は適当なガス供給系（図示していない）に接続される。処理チャンバ１内にはホットプレート３が配置され、その上に処理すべき基板４が装着される。さらに、処理チャンバ１は可変バルブ５を介して排気ポンプ６に接続され、排気ポンプ６は除外装置７に接続されている。これにより、放電開始時に処理チャンバ１内を１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒ好ましくは４００Ｔｏｒｒに減圧できるようにされている。
【００１２】
また、図示装置において、処理チャンバ１の側壁１ａの外周には図示したように断面矩形の環状導波管８が設けられている。環状導波管８は処理チャンバ１の側壁１ａに向い合った内周壁８ａにこの内周壁８ａに沿ってマイクロ波導入用の複数のスリツト９が予定の間隔で設けられている。環状導波管８はチューナー１０、サーキュレーター１１を介してマイクロ波発振器を成すマグネトロン発振管１２に接続されている。
【００１３】
図示装置において、マグネトロン発振管１２から２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管８を経て、放電管すなわち処理チャンバ１に導入される。同時にガス導入管２より処理ガスが処理チャンバ１に導入され、グロー放電プラズマを形成し、基板６を処理する。
【００１４】
図２は本発明の別の実施の形態による大気圧プラズマ処理装置を示している。図２において、２１は円筒状の処理チャンバであり、この処理チャンバ２１はチャンバ本体２１ａと誘電体で構成された天板２１ｂで構成されている。処理チャンバ２１の天板２１ｂには多数の処理ガス導入孔２２が同心状に設けられ、これらの処理ガス導入孔２２は適当なガス供給系（図示していない）に接続される。処理チャンバ２１内の下部には処理すべき基板２３が配置される。また、処理チャンバ２１は可変流量弁２４を介して油回転真空ポンプ２５に接続され、真空ポンプ２５は除外装置２６に接続されている。この場合も、放電開始時に処理チャンバ１内を１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒ好ましくは４００Ｔｏｒｒに減圧できるようにされている。
【００１５】
また、図２において、処理チャンバ２１の天板２１ｂの周縁部には図示したように横断面軸線が基板２３の中央部に向う環状拡散管２７及び同様に横断面軸線が基板２３の中央部に向う環状導波管２８が配置され、環状導波管２８は環状拡散管２７と連通するマイクロ波導入用の複数のスリツト２９が予定の間隔で設けられている。環状導波管２８は整合器３０を介してマイクロ波発振器３１に接続されている。
【００１６】
【実施例】
以下、図１に示す装置を用いて実施した実施例について説明する。
図１において、　基板４には厚さ３μｍのレジスト膜（東京応化社製ＯＦＰＲ−８００）を形成したシリコン基板を用いた。処理ガスはＡｒガスを２００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスを１００ｓｃｃｍ流し、可変バルブ５を介して排気ポンプ６により処理チャンバ１内の圧力を１００Ｔｏｒｒに調整して、１ｋＷの電力をマグネトロン放電管に印加し、放電させた後、容器内圧力を大気圧に昇圧し、２分間放電した。その結果、安定なグロー放電が得られ、レジスト膜は残渣なく、アッシングされた。放電によるダメージは見られなかった。
【００１７】
【比較例１】
放電開始時の容器内圧力を大気圧とした以外は実施例１と同様に処理を行った。表１に結果を示す。
【００１８】
【表１】
2004031509.tif 000003
【００１９】
ところで、実施例ではアッシングの場合について説明してきたが、本発明は、エッチング、ＣＤＶ、ドーピング、酸化・窒化、クリーニング、表面改質、接合等にも等しく応用され得る。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理方法においては、処理チャンバ内を１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒに減圧した状態で、マイクロ波を処理チャンバ内に導入してグロー放電を生じさせ、その後処理チャンバ内を大気圧に戻して基板をプラズマ処理するように構成しているので、任意のガスで安定した大気圧プラズマを実施し、表面改質、エッチング、アッシング、クリーニング、酸化・窒化及びＣＶＤ成膜時の処理効率を高めることができる。
【００２１】
また、本発明のマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置においては、処理チャンバ内を放電開始時に１０Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒに減圧できる排気ポンプ手段を処理チャンバに設け、処理チャンバの壁の少なくとも一部を誘電体で構成し、マイクロ波発振器から導波管及び処理チャンバの誘電体壁を介して処理チャンバ内にマイクロ波を導入するように構成しているので、処理チャンバ内に任意のガスで安定した安定した大気圧プラズマを形成することができ、表面改質、エッチング、アッシング、クリーニング、酸化・窒化及びＣＶＤ成膜など大気圧プラズマを利用した所望の処理を効率良く実施できるマイクロ波を用いた大気圧プラズマ処理装置を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の大気圧プラズマ処理装置の一実施の形態を示す概略部分断面図。
【図２】本発明の大気圧プラズマ処理装置の別の実施の形態を示す概略部分断面図。
【符号の説明】
１　：処理チャンバ
２　：処理ガス導入ポート
３　：ホットプレート
４　：処理すべき基板
５　：可変バルブ
６　：排気ポンプ
７　：除外装置
８　：環状導波管
９　：マイクロ波導入用の複数のスリツト
１０：チューナー
１１：サーキュレーター
１２：マグネトロン発振管
【図１】
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【図２】
2004031509.tif 000005