(57)【要約】【課題】非減圧環境においてもプラズマを生じさせることができるプラズマ処理装置を提供すること。また、比較的大きな面積を有する基板の全面に均一にプラズマ処理を施す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】プラズマ処理装置は、高周波電力を発生させるための電力発生手段（１２）と、電力発生手段に電気的に接続された少なくとも１つの電極であってプラズマ用ガスが導入される空間（１８）と該空間に連なる先細の開口先端部（１６）とを有する少なくとも１つの電極（１４）とを含む。他のプラズマ処理装置は、さらに、複数の電極（３８）を支持する導電性部材であって電力発生手段と電極とに電気的に接続され、また、電極に導入されるプラズマ用ガスを受け入れるための受け入れ空間を有する導電性部材（６０）を含む。【選択図】　　図１
2004128257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置であって、高周波電力を発生させるための電力発生手段と、前記電力発生手段に電気的に接続された少なくとも１つの電極であってプラズマ用ガスが導入される空間と該空間に連なる先細の開口先端部とを有する少なくとも１つの電極とを含む、プラズマ処理装置。
【請求項２】
被処理物にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置であって、高周波電力を発生させるための電力発生手段と、前記電力発生手段に電気的に接続された複数の電極であってプラズマ用ガスが導入される空間と該空間に連なる先細の開口先端部とを有する複数の電極と、前記電極を支持する導電性部材であって前記電力発生手段と前記電極とに電気的に接続され、また、前記電極に導入される前記プラズマ用ガスを受け入れるための受け入れ空間を有する導電性部材とを含む、プラズマ処理装置。
【請求項３】
さらに、前記被処理物を前記電極の先端部に相対するように保持するための保持部材を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記被処理物は接地されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、半導体装置、液晶表示装置等の製造過程において施される、膜堆積、表面改質、エッチング等のためのプラズマ処理を施すための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置として、梯子状に配列された複数の導体棒からなる梯子型電極を用いた平行平板型の高周波プラズマ処理装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この装置によれば、一様な分布のプラズマを得ることができ、液晶パネル用基板のように比較的大きな面積を有する基板の全面に均一にプラズマ処理を施すことができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−７３１７４号公報（第３〜４頁、図２）
【０００５】
しかし、この装置では、一様な分布のプラズマを生じさせるために大気圧より低い所定の圧力に減圧しなければならず、減圧環境を作るための減圧装置及び減圧容器を必要とする。また、減圧容器は、該容器中のプラズマ生成用のガスの流れを制御することのできる構造を必要とする。このため、プラズマ処理装置として、複雑な構造になり、装置の製造費用が高価になる。
【０００６】
本発明の目的は、非減圧環境においてもプラズマを生じさせることができるプラズマ処理装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、比較的大きな面積を有する基板の全面に均一にプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決する解決手段、作用及び効果】
本発明に係る、プラズマ処理装置は、被処理物にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置であって、高周波電力を発生させるための電力発生手段と、前記電力発生手段に電気的に接続された少なくとも１つの電極であってプラズマ用ガスが導入される空間と該空間に連なる先細の開口先端部とを有する少なくとも１つの電極とを含む。
【０００８】
本発明によれば、電極を、プラズマ用ガスが導入される空間と該空間に連なる先細の開口先端部とを有するものとしたことから、電極に供給された高周波電力を電極の先端部に集中させて、前記先端部に局所的な高電圧を発生させ、前記先端部と被処理物との間に放電を生じさせることができる。また、この放電が生じた空間に電極の開口先端部から導かれたプラズマ用ガスによりプラズマを生成することができる。このため、前記電極と被処理物との間にプラズマを常圧環境すなわち大気圧環境下で生じさせることができる。
【０００９】
このような非減圧環境下で電極と被処理物との間にプラズマを生成することにより、プラズマ中の電子温度を下げ、プラズマによる被処理物の損傷を低減することができる。
【００１０】
本発明に係る他のプラズマ処理装置は、さらに、複数の電極を支持する導電性部材であって前記電力発生手段と前記電極とに電気的に接続され、また、前記電極に導入される前記プラズマ用ガスを受け入れるための受け入れ空間を有する導電性部材を含む。
【００１１】
これによれば、被処理物の被処理面の大きさに応じて適宜の数の電極を導電性部材に支持することにより、前記電極によるプラズマ生成を被処理物の全面で生じさせ、これにより、比較的大きな面積を有する被処理物の全面に均一かつ一時にプラズマ処理を施すことができる。また、例えば、複数の電極を直線状に配列、支持し、被処理物を電極の配列方向と直角の方向に移動させることにより、被処理物の全面に均一にプラズマ処理を施すことができる。
【００１２】
好ましくは、さらに、前記被処理物を前記電極の開口先端部に相対するように保持するための保持部材を含む。これによれば、電極と被処理物との間の放電について、電極の先細の開口先端部から該先端部の前方の空間に対称的に広がる放電エネルギが被処理物に均一に与えられ、電極と被処理物との間に安定した放電が生じる。この安定した均一な放電によって、電極と被処理物とでのプラズマの生成を容易にし、また、生成されたプラズマを継続させることができる。
【００１３】
好ましくは、前記被処理物は接地されている。これにより、電極と被処理物との間の放電についての基準電位が地球または大地の電位に等しく保たれ、安定した放電が継続され、プラズマを安定させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１を参照するに、本発明に係るプラズマ処理装置が全体に符号１０で示されている。プラズマ処理装置１０は、電力発生手段１２と、電力発生手段１２に電気的に接続された電極１４とを含む。
【００１５】
プラズマ処理装置１０は、後述するように電極１４に導入されるプラズマ用ガスとして、例えば気体酸素を主として含む混合ガスを用いた、酸素プラズマによる酸化処理を行うための装置として用いられる。生成された酸素プラズマにより、例えば、液晶パネル用の基板上の金属膜に酸化処理を施すことができる。また、プラズマ処理装置１０は、種々の気体元素を用いるアッシング、エッチング等のための装置として用いられる。
【００１６】
高周波電力を発生させるための電力発生手段１２として、無線周波数を有する交流電圧を発生させる高周波電源、図示の例のようなほぼ１ｍｍ以下の波長を有するマイクロ波による交流電圧を発生させるマイクロ波電源等を用いることができる。電力発生手段１２は、電気的端子の一方において接地されている。
【００１７】
電極１４は、銅のような導電性材料からなる。図示の電極１４は、全体に截頭円錐形状を呈し、先細の先端部１６と、電力発生手段１２の他方の電気的端子に接続された基部とを有する。電極１４は、また、前記プラズマ用ガスが導入される空間（図示の例では細長い通路）１８を有する。通路１８は、その一端が電極１４の先端部１６の端面に開口し、その他端において電極１４の側面に開口している。電極１４には、通路１８の前記他端において、プラズマ用ガスを供給するためのガス供給装置２０の供給管２２が密閉性を保つように取り付けられている。
【００１８】
プラズマ処理が施される被処理物２４が、電極１４の先端部１６に相対するように保持部材２６に保持され、また、保持部材２６を介して接地されている。図示の被処理物２４は、プラズマ処理を施される金属膜が形成された液晶パネル用基板からなる。
【００１９】
電力発生手段１２によりマイクロ波の交流電圧を電極１４に印加すると、電極１４に供給された高周波電力が電極１４の先端部１６に集中し、先端部１６に局所的な高電圧が発生する。この局所的な高電圧により、先端部１６と被処理物２４との間に、コロナ放電と呼ばれる放電を生じ、放電空間が形成される。このコロナ放電は、常圧環境すなわち大気圧環境下で生じる。
【００２０】
一方、ガス供給装置２０のバルブ２８を開いて、ボンベ３０内のプラズマ用ガスをマスフロー制御器３２によって適量に調整したうえで供給管２２に導き、供給管２２から電極１４の通路１８に導入する。
【００２１】
ガス供給装置２０から電極１４に導かれたプラズマ用ガスは、電極１４の先端部１６の開口から、先端部１６と被処理物２４との間に生じた前記放電空間に放出される。前記放電空間に放出された気体元素は電離し、電離した気体元素イオンがプラズマを生成する。
【００２２】
このプラズマは、電極１４の先端部１６から被処理物２４、図示の例では、プラズマ処理を施される金属膜が形成された液晶パネル用基板に、空間に対称的に広がる放電空間に沿って、プラズマジェット３４として形成される。
【００２３】
被処理物２４は保持部材２６を介して接地されているので、放電に関して、基準電位が地球または大地の電位に等しく保たれ、安定した放電が継続され、プラズマが安定する。
【００２４】
また、被処理物２４を接地せずに、電極１４に印加する電圧、電極１４の先端部１６と被処理物２４との間の距離等を調整することにより、プラズマジェット３４を発生させ、維持することができる。
【００２５】
本発明に係るプラズマ処理装置においては、プラズマを大気圧環境下で生成することができることから、プラズマ中の電子温度が下がり、プラズマによる被処理物２４の損傷が低減される。
【００２６】
プラズマによる被処理物２４の損傷のより一層の低減のために、本発明に係るプラズマ処理装置では、コロナ放電を用い、電極１４と被処理物２４との間の距離を調整することにより、常圧で局所的な高電子密度、低電子温度のプラズマを生成することができる。
【００２７】
図２及び図３を参照するに、本発明に係る他の例のプラズマ処理装置が全体に符号３６で示されている。プラズマ処理装置３６は、電力発生手段１２および複数の電極３８のほかに、さらに、電極３８を支持する、電力発生手段１２に電気的に接続された導電性部材４０を備える。
【００２８】
この例では、電極３８は短管からなり、その基部において、板状の導電性部材４０の下面に電気的に接続され、また密閉性を保つように例えば溶接されている。図示の電極３８の先端部４２はテーパ状にされ、これにより先細にされている。
【００２９】
導電性部材４０は、銅のような導電性材料からなり、下部材４４と上部材４６とを有する。導電性部材４０には、下部材４４に設けられかつ上部材４６で閉じられた、プラズマ用ガスの受け入れ空間４８が設けられている。受け入れ空間４８は、下部材４４に設けられた、ガス供給装置２０からのプラズマ用ガスを導入する入口５０と、プラズマ用ガスを電極３８に導く出口５２とを有する。上部材４６は、下部材４８に密閉性を保つように例えば溶接されている。
【００３０】
導電性部材４０は、インピーダンスを調整するための整合回路５４を介して、電力発生手段１２の電気的端子に接続されている。
【００３１】
電極３８は、電極３８によって生成されたプラズマが被処理物２４の被処理面５６の全面で生じるように、被処理物２４の被処理面５６の大きさに応じて、その数量が定められる。これにより、被処理面５６の全面に均一にかつ一時にプラズマ処理を施すことができる。
【００３２】
プラズマ処理装置３６によるプラズマ処理に関して、好ましいプラズマを生成するための具体的な例について、以下に説明する。
【００３３】
用いた電極３８は、０．３ｍｍの内径を有する管状体からなり、その軸線に対してほぼ３０度の傾斜（テーパ）をなす端面を有する先端部４２を備える。この電極３８を、２００ｍｍ角の導電性部材４０の下部材４４の下面に、１ｍｍの間隔で配列し、溶接した。
【００３４】
電力発生手段１２による供給電力を３０Ｗに設定し、１３．５６ＭＨｚの周波数の交流電圧を、導電性部材４０を通して電極３８に印加した。プラズマ用ガスとして気体ヘリウム（以下「Ｈｅ」という。）を用い、マスフロー制御器３２で１０００ｓｃｃｍの流量に調整したＨｅを電極３８に導いた。ここで、１ｓｃｃｍは、１標準ｃｃ／ｍｉｎとも表し、０℃の温度および１気圧（ほぼ１０１３ｈＰａ）の圧力環境下での１分間あたりの流量をｃｃすなわちｃｍ３単位で示したものであり、１ｓｃｃｍはほぼ１．６６７×１０−８ｍ３／ｓである。
【００３５】
電極３８の先端部４２と被処理物２４の被処理面５６との距離と、生じた電流値との関係を調べた。その結果、前記距離が１ｍｍ以下になると、電流値が急激に大きくなり、放電が不安定になることがわかった。また、前記距離が３ｍｍ以上になると、電流値が急激に小さくなり、プラズマジェットを維持することができない。この結果から、前記距離は、１ｍｍから３ｍｍの間が好ましい。
【００３６】
次に、電極３８の先端部４２と被処理物２４の被処理面５６との距離を１．０ｍｍとし、Ｈｅの供給流量を１００ｓｃｃｍとしたときの、供給電力と電流値との関係を調べた。その結果、プラズマジェットを発生させるために必要な供給電力に閾値があり、この例で用いた電極３８では、２０Ｗ以上の供給電力を必要とすることがわかった。
【００３７】
さらに、供給電力を３０Ｗにし、また、電極３８の先端部４２と被処理物２４の被処理面５６との距離を１．０ｍｍにし、Ｈｅの供給流量を変えたときの電流値を測定した。その結果、Ｈｅの供給流量が５００ｓｃｃｍ以上のとき、供給流量と電流値とが、ほぼ１次の関係すなわち比例関係にあることがわかった。
【００３８】
以上の結果を考慮して、直径１５０ｍｍのシリコン基板上にプラズマ用ガスとして酸素とＨｅとの混合ガス（酸素／Ｈｅの比率２％）を用い、電極３８の先端部４２と被処理物２４の被処理面５６との距離を１．０ｍｍにし、大気圧環境下で、１３．５６ＭＨｚの高周波を３０Ｗの電力で供給し、プラズマジェットを発生させて、シリコン基板の表面酸化処理を施した。そのときの表面酸化速度は約１ｎｍ／分であり、基板の直径方向での膜厚分布をエリプソメータで測定した。その結果、基板の面内の膜厚分布は±１．３％の誤差内に納まっていた。
【００３９】
図４を参照するに、本発明に係るさらに他の例のプラズマ処理装置が全体に符号５８で示されている。この例では、複数の電極３８を支持する導電性部材６０がほぼ長方形の断面形状を有する棒状体からなり、複数の電極３８は導電性部材６０の長手方向に等間隔に配置されている。
【００４０】
電極３８は、その一列の長さが被処理物２４の被処理面５６の幅寸法以上となるように、その数量が設定されている。これらの電極３８によって生成されたプラズマは被処理物２４の被処理面５６の幅の全部にわたって生じる。被処理物２４をローラ６２、６４で電極３８の配列方向と直角の方向に移動させることにより、被処理物２４の全面に均一にプラズマ処理を施すことができる。
【００４１】
図２、図３及び図４に示す例では、電極３８を導電性部材４０、６０に直接取り付けているが、導電性部材４０、６０に間接的に例えば導管を介して取り付けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の実施例を概略的に示す図。
【図２】本発明に係るプラズマ処理装置の他の実施例を概略的に示す図。
【図３】図２に示すプラズマ処理装置の、一部が断面で示された側面図。
【図４】本発明に係るプラズマ処理装置のさらに他の実施例を概略的に示す図。
【符号の説明】
１０、３６、５８　プラズマ処理装置
１２　電力発生手段
１４、３８　電極
１６、４２　先端部
１８　通路
２０　ガス供給装置
２２　供給管
２４　被処理物
２６　保持部材
２８　ボンベ
３０　バルブ
３２　マスフロー制御器
３４　プラズマジェット
４０、６０　導電性部材
４４　下部材
４６　上部材
４８　受け入れ空間
５０　入口
５２　出口
５４　整合回路
５６　被処理面
６２、６４　ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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