(57)【要約】【課題】処理ガスを一対の電極どうしの長手側縁の間から対向面間に導入するプラズマ処理装置において、処理ガス流を上記長手方向に均一化する。【解決手段】プラズマ処理装置Ｓ１のガス導入装置１１内に、処理ガス流の略半分ずつを電極２０の長手方向に沿って互いに対向するように流しながら上側の１段目チャンバー１１ａへ漸次漏らす一対のパイプ４１，４２（均一化路）を設ける。チャンバー１１ａに漏れたガスは、そこからパイプ４１，４２の左右両側の狭隘な隙間１１ｃ（連通路）を通って下側の２段目かつ最終段チャンバー１１ｂへ流れ込む。そして、導入孔１０ａを経て電極２０間の空間２０ａへ導入される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手側縁を有する１の面どうしが互いに平行をなして対向する一対の電極と、処理ガス源と、この処理ガス源からの処理ガスを上記一対の電極の長手側縁どうしの間から対向面間へ導くガス導入装置と、上記電極間に電界を印加することにより上記導入装置からの処理ガスを上記対向面間においてプラズマ化させる電界印加手段とを備え、
上記ガス導入装置が、上記処理ガス流の略半分ずつを上記電極の長手側縁と平行な方向に沿って互いに対向するように流しながら周側部の略全長域から路外へ漸次漏らす一対の均一化路と、各々上記平行方向に沿う細長状をなすとともに段ごとに１又は複数の連通路で連通された複数段の均一化チャンバーとを有し、
１段目の均一化チャンバーが、上記一対の均一化路の路外空間を構成し、
各連通路が、連通すべき前後の段の均一化チャンバーの略全長域に及ぶスリット状又は複数のスポット状をなし、
最終段の均一化チャンバーには、上記電極の長手側縁どうし間の略全長域に臨む処理ガス導入孔が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
上記ガス導入装置が、上記平行方向に沿う細長状の装置本体の内部に、上記一対の均一化路を構成する部材を上記平行方向へ架け渡すように収容してなり、
この均一化路構成部材を挟んで上記電極とは逆側の装置本体内が、上記１段目の均一化チャンバーとして提供され、上記電極の側の装置本体内が、２段目かつ最終段目の均一化チャンバーとして提供され、更に、装置本体と均一化路構成部材との上記電極どうしの対向方向に沿って両側の隙間が、狭隘になって上記連通路として提供されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
上記一対の均一化路を構成する部材が、上記平行方向に延びるとともに互いに上記電極どうしの対向方向に並んで配された一対のパイプを含み、各パイプの管壁の略全長域に上記１段目の均一化チャンバーに通じる漏れ孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
上記均一化路の流路断面積が、ガスの流れ方向に沿って次第に小さくなっていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
上記処理ガスが、分流と合流を繰り返させられ、更に複数回にわたって折曲されたうえで、上記均一化路へ導かれることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
上記ガス導入装置と上記一対の電極を支持する電極ホルダとが一体に連なっており、上記一対の電極の対向面における導入装置とは逆側の長手側縁どうしの間が、上記プラズマ化された処理ガスを被処理物に吹き付ける吹出し孔となっていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマ処理装置に関するものであり、特に、平行な一対の長尺電極の長手側縁どうしの間から対向面間に処理ガスを導入してプラズマを生成し、薄膜形成、エッチング、表面改質、有機汚染物除去、撥水化又は親水化等の表面処理を行なう装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学蒸着（ＣＶＤ）法等により被処理基板上に薄膜を形成して半導体素子を製造する方法が種々開発されているが、反応ガス流の流束や濃度の均一性が薄膜の出来に影響を及ぼすことが知られている。大面積基板では特にその影響が大きい。ガス流を均一化させる方法として、例えばガスを面状に広がる多孔質材や多孔板に通すことが行なわれている（特開平６−２１４９号公報、特開平８−２０９３４９号公報等）。しかし、ガスの吹出し部が細長状になっている場合には、上記のような多孔部材だけでは、吹出し部の長手方向に沿って十分に均一化することができない。
【０００３】
そこで、特開平１１−２３６６７６号公報には、角筒状のガス吹出しノズルの長手方向の一端にガス受容れポートを形成するとともに、内部に一端から他端へ対角線状に斜板を設けて、ガスの流れ方向に沿って流路が次第に狭くなるようにし、さらに、ノズルの長手側板には多数の小さなノズル吹出し孔を長手方向及び幅方向に並べて配置することが提案されている。これによって、各ノズル吹出し孔から吹出すガスを互いに略同じ流速にすることができ、ひいては膜厚の均一化を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、より高品質の製品を作るには、ガス流の一層の均一化が求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、長手側縁を有する１の面どうしが互いに平行をなして対向する一対の電極と、処理ガス源と、この処理ガス源からの処理ガスを上記一対の電極の長手側縁どうしの間から対向面間へ導くガス導入装置と、上記電極間に電界を印加して例えばグロー放電等を起させることにより上記導入装置からの処理ガスを上記対向面間においてプラズマ化（イオン状態だけでなくラジカル状態も含む）させる電界印加手段とを備え、上記ガス導入装置が、上記処理ガス流の略半分ずつを上記電極の長手側縁と平行な方向に沿って互いに対向するように流しながら周側部の略全長域から路外へ漸次漏らす一対の均一化路と、各々上記平行方向に沿う細長状をなすとともに段ごとに１又は複数の連通路で連通された複数段の均一化チャンバーとを有し、１段目の均一化チャンバーが、上記一対の均一化路の路外空間を構成し、各連通路が、連通すべき前後の段の均一化チャンバーの略全長域に及ぶスリット状又は複数のスポット状をなし、最終段の均一化チャンバーには、上記電極の長手側縁どうし間の略全長域に臨む処理ガス導入孔が設けられていることを特徴とする。これによって、処理ガス流を電極の長手側縁に沿う方向に十分に均一化することができ、ひいては表面処理のばらつきを確実に無くすことができる。
【０００６】
上記ガス導入装置が、上記平行方向に沿う細長状の装置本体の内部に、上記一対の均一化路を構成する部材を上記平行方向へ架け渡すように収容してなり、この均一化路構成部材を挟んで上記電極とは逆側の装置本体内が、上記１段目の均一化チャンバーとして提供され、上記電極の側の装置本体内が、２段目かつ最終段目の均一化チャンバーとして提供され、更に、装置本体と均一化路構成部材との上記電極どうしの対向方向に沿って両側の隙間が、狭隘になって上記連通路として提供されていることが望ましい。これによって、処理ガスを均一化路から電極とは逆側へ出した後、電極の側へ向けさせることになり、流れの強弱を一層確実に均すことができる。また、均一化路構成部材を均一化チャンバー及び連通路の構成部材として兼用でき、部材点数を削減することができる。
【０００７】
上記一対の均一化路を構成する部材が、上記平行方向に延びるとともに互いに上記電極どうしの対向方向に並んで配された一対のパイプを含み、各パイプの管壁の略全長域に上記１段目の均一化チャンバーに通じる漏れ孔が形成されていることが望ましい。これによって、均一化路を最小限の部品点数で簡単に構成することができる。
【０００８】
上記均一化路の流路断面積が、処理ガスの流れ方向に沿って次第に小さくなっていることが望ましい。これによって、均一化路の内圧を路外（１段目のチャンバー）への漏れに拘わらず略一定に保つことができ、ひいては漏れ孔から１段目のチャンバーへ漏れるガスの流速を略一定にすることができる。
【０００９】
上記処理ガスが、分流と合流を繰り返させられ、更に複数回にわたって折曲されたうえで、上記均一化路へ導かれることが望ましい。これによって、ガスの一層の均一化を図ることができる。
【００１０】
上記ガス導入装置と上記一対の電極を支持する電極ホルダとが一体に連なっており、上記一対の電極の対向面における導入装置とは逆側の長手側縁どうしの間が、上記プラズマ化された処理ガスを被処理物に吹き付ける吹出し孔となっていることが望ましい。これによって、リモート式のプラズマ処理装置を構成することができ、被処理物が高電界空間に直接曝されるのを避けることができ、電気的熱的負担を軽減できる。
【００１１】
本発明の電極の材質としては、銅やアルミニウム等の金属単体、ステンレスや真鍮等の合金、金属間化合物等を用いることができる。
電極の少なくとも一方の対向面には、固体誘電体層を被膜する。この固体誘電体層の厚さは、０．０１〜４ｍｍであることが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。
固体誘電体層の材質としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物、又はこれらを複層化したもの等を用いることができる。
固体誘電体層の比誘電率は、２以上（２５℃環境下、以下同じ）であることが好ましい。そのような誘電体として、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス、金属酸化物等がある。高密度の放電プラズマを安定して発生させるには、比誘電率が１０以上の固体誘電体を用いるのが好ましい。比誘電率の上限は特に限定されるものではないが、現実の材料では１８，５００程度のものが知られている。比誘電率が１０以上である固体誘電体の具体例としては、酸化チタニウム５〜５０重量％、酸化アルミニウム５０〜９５重量％で混合された金属酸化物、または酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物からなるものが好ましい。
上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマ処理の内容等を考慮して適宜決定されるが、０．１〜５０ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。５０ｍｍを越えると均一な放電プラズマを発生させ難い。特に被処理物を電極間に配置するダイレクト式のプラズマ処理装置では、０．５〜２ｍｍが好ましく、リモート式のプラズマ処理装置では、０．１〜２ｍｍが好ましい。
【００１２】
本発明では、電極間にグロー放電、アーク放電等を起させることによりプラズマを発生させるが、放電の種類は限定されない。高密度プラズマ状態を保持するためには、グロー放電が好ましい。
本発明では、上記電極間に、高周波、パルス波、マイクロ波等による電界が印加され、プラズマを発生させるが、中でもパルス電界を印加することが好ましく、特に、パルスの立上がり及び／又は立下がり時間が、１０μｓ以下のものが好ましい。１０μｓを越えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、高密度プラズマ状態を保持しにくくなる。また、立上がり時間及び立下がり時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行なわれるが、４０ｎｓ未満の立上がり時間のパルス電界を実現することは、実際には困難である。より好ましくは５０ｎｓ〜５μｓである。なお、ここでいう立上がり時間とは、電圧（絶対値）が連続して増加する時間、立下り時間とは、電圧（絶対値）が連続して減少する時間を指すものとする。
【００１３】
上記パルス電界の電界強度は、１０〜１０００ｋＶ／ｃｍとなるようにするのが好ましく、１５〜１０００ｋＶ／ｃｍがより好ましい。電界強度が１０ｋＶ／ｃｍ未満であると処理に時間がかかりすぎ、１０００ｋＶ／ｃｍを越えるとアーク放電が発生しやすくなる。
上記パルス電界の周波数は、０．５ｋＨｚ以上であることが好ましい。０．５ｋＨｚ未満であると、プラズマ密度が低く、処理に時間がかかりすぎる。上限は特に限定されないが、常用されている１３．５６ＭＨｚ、試験的に使用されている５００ＭＨｚといった高周波帯でも構わない。負荷との整合のとり易さや取り扱い性を考慮すると、５００ｋＨｚ以下が好ましい。このようなパルス電界を印加することにより、処理速度を大きく向上させることができる。
上記パルス電界における１つのパルスの継続時間は、２００μｓ以下であることが好ましい。２００μｓを越えるとアーク放電に移行しやすくなる。ここで、１つのパルス継続時間とは、ＯＮ、ＯＦＦの繰り返しからなるパルス電界における、１つのパルスの連続するＯＮ時間を言う。
上記パルス電界におけるパルスのオフ時間は、０．５〜１０００μｓが好ましく、０．５〜５００μｓがより好ましい。１０００μｓを越えるとアーク放電に移行しやすくなる。
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置は、どのような圧力下でも用いることができるが、特に大気圧近傍の圧力下（常圧下）で用いるとその効果を十分に発揮できる。大気圧近傍の圧力とは、１．３３３×１０４〜１０．６６４×１０４Ｐａの範囲を指す。中でも、９．３３１×１０４〜１０．３９７×１０４Ｐａの範囲は、圧力調整が容易で装置が簡便になり、好ましい。大気圧近傍の圧力下では、ヘリウム、ケトン等の特定のガス以外は、プラズマ状態が安定して保持されずにアーク放電に移行しやすいことが知られているが、印加電界をパルス状にすることによって、アーク放電に移行する前に放電を止めることができる。
上記パルス電界を用いた大気圧放電プラズマ処理装置によると、ガス種にまったく依存せず、電極間において大気圧下で放電を起こすことが可能であり、電極構造や放電手順を単純化でき、高速処理を実現できる。
【００１５】
本発明で処理できる被処理基材（被処理物）は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、エポキシ樹脂、液晶ポリマー、アクリル樹脂等のプラスチック、ガラス、セラミック、シリコンウェハー、金属等が挙げられる。基材の形状としては、板状、フィルム状等のものが挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
本発明で用いる処理ガスとしては、電界を印加することによってプラズマを発生するガスであれば、特に限定されず、処理目的により種々のガスを使用できる。本発明の装置によれば、プラズマ発生空間中に存在する気体の種類を問わずグロー放電プラズマを発生させることが可能であり、開放系あるいは気体の自由な流失を防ぐ程度の低気密系での処理が可能となる。
処理ガスとして、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＣｌＦ３、ＳＦ６等のフッ素含有化合物ガスを用いることによって、撥水性表面を得ることができる。
処理ガスとして、Ｏ２、Ｏ３、水、空気等の酸素元素含有化合物、Ｎ２、ＮＨ３等の窒素元素含有化合物、ＳＯ２、ＳＯ３等の硫黄元素含有化合物を用いることによって、基材表面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の親水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親水性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタクリル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親水性重合膜を被膜することもできる。
Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｎ等の金属の金属−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラート等の処理ガスを用いることによって、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２等の金属酸化物薄膜を形成でき、基材表面に電気的、光学的機能を与えることができる。
さらに、ハロゲン系ガスを用いてエッチング処理やダイシング処理を行なったり、酸素系ガスを用いてレジスト処理や有機物汚染の除去を行なったり、アルゴン、窒素等の不活性ガスを用いて表面クリーニングや表面改質を行なうこともできる。
【００１７】
経済性及び安全性の観点から、処理ガス単独雰囲気よりも、以下に挙げる希釈ガスによって希釈された雰囲気中で処理を行なうことが望ましい。希釈ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、窒素ガス等が挙げられる。これらは単独でも２種以上を混合して用いてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るリモート式のプラズマ処理装置Ｓ１を示したものである。プラズマ処理装置Ｓ１は、大面積のワーク（基板、被処理物）Ｗを載せる載置台２と、この載置台２上に位置するようにしてフレーム（図示せず）に支持されたプラズマノズルヘッド１０とを備えている。載置台２には移動機構３が一体に接続されている。この移動機構３によって載置台２ひいてはワークＷが、後述する電極２０の延び方向（左右方向）と直交する前方向へ相対移動されるようになっている。載置台２を固定し、ヘッド１０を移動機構３に接続して移動できるようにしてもよい。
【００１９】
プラズマノズルヘッド１０について詳述する。
図１及び図２に示すように、ノズルヘッド１０は、一対の長尺電極２０と、これら長尺電極２０を保持する電極ホルダ３０と、その上に配置された処理ガス導入装置１１とを備えている。図１及び図３に示すように、電極２０は、角柱形状をなし、左右方向（図１の紙面と直交する方向）へ直線状に細長く延びている。電極２０は、例えばステンレス等の導電性材料で構成されている。一方（例えば後側）の電極２０にパルス電源１（電界印加手段）が接続され、他方（例えば前側）の電極２０が接地されている。
なお、パルス電源１は、電極２０にパルス電圧を出力するようになっている。このパルスの立上がり時間及び／又は立下り時間は、１０μｓ以下、電界強度は１０〜１０００ｋＶ／ｃｍであることが望ましい。
【００２０】
図１、図３、図６に示すように、一対の電極２０どうしは、狭い間隔（例えば２ｍｍ）を置いて互いに平行に配されている。これら電極２０の対向面（１の面）どうしの間の空間が、プラズマ化空間２０ａとなっている。空間２０ａは、電極２０の全長域にわたって等厚になっている。後述するように、空間２０ａには、対向面の上側の長手側縁どうしの間から処理ガスが導入される。この処理ガスがプラズマ化されたうえで空間２０ａの下側のワークＷへ吹出されるようになっている。空間２０ａの下側の開口は、吹出し孔２０ｘを構成している。電極２０の対向面及び下面には、セラミックを溶射してなる固体誘電体層２１が被膜されている。電極２０の上記対向面とは逆側の背面（外側面）及び上面は、各々真平らになり、しかも互いに真直角になるように研磨されている。更に、電極２０の内部には、冷却用の冷媒往復路２０ｂ，２０ｃが形成されている。
【００２１】
電極ホルダ３０は、各電極２０に被せられた前後一対のアングル部材３１と、各アングル部材３１に添えられた前後一対のサイドプレート３３と、これらサイドプレート３３及びアングル部材３１の上面間に架け渡されたカバープレート３２とを有し、左右方向に長く延びている。アングル部材３１は、ポリテトラフルオロエチレン等の絶縁性樹脂によって出来、上片部３１ｘと縦片部３１ｙとを有して断面逆Ｌ字形状に形成されている。各アングル部材３１の互いに真直角をなす上片部３１ｘの下面と縦片部３１ｙの内側面（ヘッド１０の前後中央を向く面）とに、電極２０の上記真直角をなす研磨面が添えられている。縦片部３１ｙの下端面には、細長板状の支え部材３７がボルト締めにて固定されている。支え部材３７は、縦片部３１ｙより内側へ僅かに突出し、この突出部分に電極２０の下外側の角部が載せられて支持されている。一対のアングル部材３１の上片部３１ｘどうしは、全長域にわたって等間隔の狭い隙間３１ａを介して対向している。
【００２２】
カバープレート３２は、鋼材等の剛性材料で構成されている。カバープレート３２には、左右を向く長手方向に沿ってスリット３２ａが形成されている。このスリット３２ａが、アングル部材３１間の隙間３１ａを介して、電極２０間の空間２０ａに連なっている。
【００２３】
図１及び図２に示すように、サイドプレート３３は、鋼材等の剛性材料によって長板状に形成され、幅方向を上下に向けるとともに左右方向に真直ぐに延びている。サイドプレート３３は、アングル部材３１の縦片部３１ｙの前後の外側面（背面）に宛がわれるとともに、上側縁がカバープレート３２に突き当てられてボルト締めされている。
【００２４】
電極ホルダ３０には、一対の電極２０どうしの間隔調節機構が設けられている。すなわち、図１、図２、図６に示すように、サイドプレート３３には、電極押しボルト３４と電極引きボルト３５が、それぞれ長手方向に離間して複数設けられている。押しボルト３４（間隔調節機構の接近手段）は、サイドプレート３３のネジ孔３３ａにねじ込まれて、これを貫通し、アングル部材３１の背面の凹部３１ｃに突き当てられている。ひいてはアングル部材３１を介して電極２０の背面に突き当たっている。押しボルト３４を更にねじ込むことによって、アングル部材３１を介して電極２０を押すことができるようになっている。
【００２５】
図１及び図６に示すように、サイドプレート３３とアングル部材３１には、収容孔３３ｂ，３１ｂが、長手方向に互いに離間して複数設けられている。これら収容孔３３ｂ，３１ｂに段付き筒状の引きボルトホルダ３６が収容されている。ボルトホルダ３６の外端部には、フランジ３６ａが設けられており、このフランジ３６ａが、サイドプレート３３の収容孔３３ｂの段差３３ｃに当たっている。ボルトホルダ３６には、その中心軸に沿って外端側に大径孔３６ｂが形成され、内端側に小径孔３６ｃが形成されている。これら孔３６ｂ，３６ｃに引きボルト３５が挿通されている。引きボルト３５の頭部は、孔３６ｂ，３６ｃどうしの段差に突き当たり、脚部は、小径孔３６ｃを貫通して、電極２０のネジ孔２０ｄにねじ込まれている。この引きボルト３５のねじ込みをきつくすると、電極２０を引き寄せる（他方の電極２０から遠ざける）ことができるようになっている。また、電極２０がクーロン力等で他方の電極側２０へ引き動かされようとすると、引きボルト３５の頭部がボルトホルダ３６の孔３６ｂ，３６ｃどうしの段差に引っ掛かり、更にボルトホルダ３６のフランジ３６ａがサイドプレート３３の段差３３ｃに引っ掛かる（ひいては、引きボルト３５の頭部がボルトホルダ３６を介してサイドプレート３３に引っ掛かる）ことにより、その動き（歪み）が阻止されるようになっている。
引きボルト３５及びホルダ３６は、協働して「間隔調節機構の離間手段」を構成するとともに「電極のクーロン力による歪みを阻止する阻止手段」を構成している。
【００２６】
上記電極２０間の空間２０ａには、ガス供給ライン６０及び導入装置１１を介して処理ガスが導入されるようになっている。図１に示すように、ガス供給ライン６０は、ＣＦ４等の処理ガス源６１と、このガス源６１と導入装置１１とを繋ぐチューブ手段６２とを備えている。チューブ手段６２は、処理ガス源６１に接続された１本の共通チューブ６３と、この共通チューブ６３から分岐された４本（複数）の分岐チューブ６４とを有している。分岐チューブ６４は、チューブ手段６２の長さの大半を占めるように長く延びている。各分岐チューブ６４の流路断面積は、共通チューブ６３の４分の１になっている。したがって、各分岐チューブ６４を細くすることができ、引き回しの容易化を図ることができる。これら分岐チューブ６４が２本ずつ互いに合流されて、そこから合流チューブ６５が延びている。各チューブ６５の流路断面積は、分岐チューブ６４の２倍になっている。これらチューブ６５が、導入装置１１に接続されている。
【００２７】
導入装置１１について説明する。
図１〜図３に示すように、導入装置１１は、左右方向に細長く延びる装置本体１２と、この装置本体１２内に収容されたインナーパイプユニット４０（均一化路構成部材）とを備えている。装置本体１２は、上面の開口された細長容器状のメインボディ１３と、このメインボディ１３の上面開口に嵌め込まれてこれを塞ぐキャッププレート１４と、このキャッププレート１４の上に重ねられたトッププレート１５とを有している。
【００２８】
図１〜図３及び図４（ａ）に示すように、トッププレート１５の上面には、左右両端に一対のエンドピース１６が設けられ、中央部にセンターピース１７が設けられている。各エンドピース１６とセンターピース１７との間に、左右に延びるアッパーパイプ５１，５２が２本ずつ前後に並べられて架け渡されている。センターピース１７を挟んで左右両側の後側アッパーパイプ５１どうしは、互いに一直線上に配され、前側アッパーパイプ５２どうしは、互いに一直線上に配されている。
【００２９】
左右のエンドピース１６には、後側アッパーパイプ５１内に連なるガス受容れポート１６ａがそれぞれ形成されている。左側の受容れポート１６ａに、上記ガス供給ライン６０の一方のチューブ６５が連ねられ、右側の受容れポート１６ａに、他方のチューブ６５が連ねられている。これによって、ガス源６１からの処理ガスが、各ポート１６ａからアッパーパイプ５１内に導かれ、センターピース１７へ向けて流れることになる。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、センターピース１７には、４本のアッパーパイプ５１，５２の内部どうしを互いに連通させる連通孔１７ａが形成されている。これによって、２本の後側アッパーパイプ５１からの処理ガスは、孔１７ａで合流した後、２本の前側アッパーパイプ５２内へ導かれ、左右両端へ向けて流れるようになっている。
【００３１】
図２に示すように、メインボディ１３の左右の端板には、一対のエンドブロック１８が設けられている。エンドブロック１８は、エンドピース１６の下面に突き当てられている。図１、図３〜図５に示すように、左右のエンドピース１６及びエンドブロック１８には、アッパーパイプ５２から続く折曲路１２ａが形成されている。すなわち、図３及び図４（ａ）に示すように、エンドピース１６には、前側アッパーパイプ５２内と一直線に連なる路１６ｂと、この路１６ｂから下へ延びてエンドピース１６の下面に達する路１６ｃとが形成されている。図３及び図４（ｂ）に示すように、エンドブロック１８の上面には、前後方向へ延びる長円形状の凹部が形成され、この長円形凹部とエンドピース１６の下面とによって路１２ｂが形成されている。路１２ｂの前側端に上記路１６ｃが連なっている。図３及び図４（ｂ），（ｃ）に示すように、エンドブロック１８には、路１２ｂの後側端から下へ延びる路１８ｂが形成されている。図３及び図５（ａ）に示すように、左エンドブロック１８には、路１８ｂの下端から前方へ延びる路１８ｃが形成されている。一方、右エンドブロック１８には、路１８ｂの下端から後方へ延びる路１８ｃ’が形成されている。後述するように、これら左右の路１８ｃ，１８ｃ’が、インナーパイプユニット４０の前後のパイプ４１，４２にそれぞれ連なっている。
【００３２】
インナーパイプユニット４０について説明する。
図１、図３、図５（ａ）に示すように、ユニット４０は、左右に延びるとともに互いに前後に並べられた２本のインナーパイプ（均一化路）４１，４２と、これらインナーパイプ４１，４２を上下から挟む挟持プレート４３，４４とを備えている。インナーパイプ４１，４２の左右両端部が、メインボディ１３の左右の端板に支持されている。図３及び図５（ａ）に示すように、前側インナーパイプ４１の左端は、左エンドブロック１８の路１８ｃに連なっている。一方、前側インナーパイプ４１の右端は、閉塞されている。図５（ａ）に示すように、後側インナーパイプ４２の右端は、右エンドブロック１８の路１８ｃ’に連なり、左端は、閉塞されている。
【００３３】
図１、図３、図５（ａ）に示すように、各インナーパイプ４１，４２の周方向の上側部には、内周面から外周面へ貫通する小さな漏れ孔４１ａ，４２ｂが、パイプ４１，４２の略全長域にわたって短間隔置きに多数形成されている。
【００３４】
図１に示すように、上下の挟持プレート４３，４４は、それぞれ前後のインナーパイプ４１，４２間に跨っている。これら挟持プレート４３，４４は、インナーパイプ４１，４２の間に通されたボルト４５によって連結され、ひいてはインナーパイプ４１，４２を挟持している。図１、図３、図４（ｃ）に示すように、上側の挟持プレート４３には、上記インナーパイプ４１，４２の孔４１ａ，４２ａに連なる漏れ孔４３ａが多数形成されている。これら漏れ孔４３ａが、挟持プレート４３の上面に開口されている。
【００３５】
図１及び図３に示すように、装置本体１２のキャッププレート１４と上側挟持プレート４３との間には、左右に細長い上側チャンバー（１段目の均一化チャンバー）１１ａが形成されている。このチャンバー１１ａに、上記挟持プレート４３の孔４３ａひいては両インナーパイプ４１，４２の漏れ孔４１ａ，４２ａが連なっている。
【００３６】
図１、図４（ｃ）、図５（ａ）に示すように、メインボディ１３の前後の側壁とインナーパイプ４１，４２との間には、それぞれ隙間１１ｃ（連通路）が形成されている。この隙間１１ｃは、インナーパイプ４，４２の全長にわたって等厚で且つ非常に狭隘になっている。
【００３７】
図１、図３、図５（ｂ）に示すように、下側挟持プレート４４とメインボディ１３の底板との間には、左右に細長い下側チャンバー（２段目且つ最終段目の均一化チャンバー）１１ｂが形成されている。下側チャンバー１１ｂは、隙間１１ｃを介して上側チャンバー１１ａに連なっている。
【００３８】
図１及び図５（ｂ）に示すように、メインボディ１３の底板の幅方向（前後方向）の中央部には、左右全長にわたって延びる条孔１３ａが形成されている。条孔１３ａは、メインボディ１３の底板の上面において幅広となり、下面に向かうにしたがって幅狭になっている。条孔１３ａは、電極ホルダ３０のスリット３２ａ及び隙間３１ａを介して一対の電極２０間のプラズマ化空間２０ａに連なっている。条孔１３ａとスリット３２ａと隙間３１ａとによって、プラズマ化空間２０ａへの処理ガスの導入孔１０ａが構成されている。
【００３９】
上記のように構成されたプラズマ処理装置Ｓ１の動作について説明する。
ガス源６１からの処理ガスは、共通チューブ６３を経て、分岐チューブ６４で４つに分流され、その後、２つずつ合流して２本のチューブ６５内を流れる。これらチューブ６５を経て、ノズルヘッド１０の左右のポート１６ａへ導入され、左右の後側アッパーパイプ５１内をそれぞれ装置１１の中央部へ向けて流れる。そして、センターピース１７の連通孔１７ａ内で１つに合流した後、略半分ずつに分流し、左右の前側アッパーパイプ５２内へ導かれ、それぞれ左右両端へ向けて流れる。更に、左右の折曲路１２ａで複数回にわたって直角に折曲させられる。このように、分流、合流、折曲を繰り返すことにより、処理ガス流を均していくことができる。
【００４０】
左右の折曲路１２ａを通過後の処理ガス流は、それぞれインナーパイプ４１，４２内に送られる。左側の折曲路１２ａから前側インナーパイプ４１へ入った処理ガスは、パイプ４１内を右へ流れながら、この流れ方向に並んだ漏れ孔４１ａ，４３ａを通って上側チャンバー１１ａ（均一路の外）へ漸次漏れ出る。同様に、右側の折曲路１２ａから後側インナーパイプ４２へ入った処理ガスは、パイプ４２内を左へ流れながら漏れ孔４２ａ，４３ａを通って上側チャンバー１１ａ（均一路の外）へ漸次漏れ出る。このとき、各々のパイプ４２では、処理ガスの流量や流速が流れに沿って次第に変化していくが、２本のパイプ４２で処理ガスを対向して流すことによって、上記の傾向を互いに打ち消すことができる。これによって、処理ガスを上側チャンバー１１ａ内に左右方向に略均一に導入することができる。上側チャンバー１１ａは十分広い容積を有しているので、処理ガスをチャンバー１１ａ内で一旦静圧にすることができる。
【００４１】
更に、処理ガスは、上側チャンバー１１ａの全長域から狭隘な隙間１１ｃを通って下側チャンバー１１ｂへ流れる。この時、隙間１１ｃにおいて圧損が生じ、圧の大きなところのガスが、より小さなところへ流れ込もうとする。これによって、ガス流を左右方向に一層均一化して下側チャンバー１１ｂへ送り込むことができる。処理ガスは、このチャンバー１１ａ内で再び静圧になる。そして、チャンバー１１ｂから導入孔１０ａへ導かれる。これによって、左右長手方向に均一な処理ガス流を一対の電極２０の上側縁間から対向面間の空間２０ａへ導入することができる。
【００４２】
一方、パルス電源１からのパルス電圧が電極２０間に印加され、空間２０ａにパルス電界が形成される。これによって、空間２０ａ内でグロー放電が起き、上記処理ガスがプラズマ化される。この処理ガスは左右方向に均一化されているので、プラズマも左右方向に均一化することができる。この均一なプラズマ流が、吹出し孔２０ｘからワークＷに吹き付けられることにより、ワークＷの上面に均一な表面処理を行なうことができる。
【００４３】
しかも、印加電界によって電極２０間にクーロン引力が働いても、電極２０にねじ込まれた引きボルト３５の頭部がボルトホルダ３６を介してサイドプレート３３に引っ掛かることによって、電極２０が他方の電極２０へ向けて引き動かされるのを阻止することができる。これによって、電極２０の撓みを防止でき、電極２０間の間隔すなわちプラズマ化空間２０ａの厚さを均一に維持することができる。この結果、プラズマ流を電極２０の長手方向に沿って一層確実に均一に吹出すことができ、均一な表面処理を一層確実に行なうことができる。
【００４４】
プラズマヘッドノズル１０では、電極２０の製造過程における固体誘電体層２１の溶射処理や、基準面の研磨処理によって電極２０に歪みが生じたとしても、押し引きボルト３４，３５を調節することによって、電極２０の歪みを解消することができ、ひいてはプラズマ化空間２０ａの厚さを確実に均一にすることができる。これによって、吹出しプラズマ流をより一層確実に均一にすることができ、より一層均一な表面処理を行なうことができる。また、空間２０ａの厚さを大きくしてガスを流れやすくしたり、空間２０ａの厚さを小さくしてグロー放電を起こしやすくしたりすることもできる。
【００４５】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と同様の構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図７、図８、図９は、本発明の第２実施形態に係るリモート式のプラズマ処理装置Ｓ２を示したものである。この装置Ｓ２のプラズマノズルヘッド１０は、処理ガス導入装置１１の左右に細長い容器状の装置本体１２の内部に、「均一化路構成部材」として、第１実施形態のパイプユニット４０に代えて、断面正四角形状の内筒４０Ｘが収容されている。内筒４０Ｘは、装置本体１２と同方向に延び、両端が装置本体１２の左右の端板に突き当てられて接合されている。装置本体１２の左右の端板には、処理ガス受容れポート１６ａがそれぞれ設けられている。これらポート１６ａが内筒４０Ｘ内にそれぞれ連なっている。
【００４６】
内筒４０Ｘの内部には、左端の前側の隅から右端の後側の隅へ対角線状に延びる斜め仕切り板４６が設けられている。この斜め仕切り板４６によって、内筒４０Ｘの内部が、互いに逆向きの平面視細長三角形状をなす前後２つの均一化路４２ｘ，４１ｘに仕切られている。後側の均一化路４１ｘは、左端において左側の処理ガス受容れポート１６ａに連なるとともに、右側へ向かうにしたがって流路断面積が次第に狭くなっている。前側の均一化路４２ｘは、右端において右側の処理ガス受容れポート１６ａに連なるとともに、左側へ向かうにしたがって流路断面積が次第に狭くなっている。
【００４７】
内筒４０Ｘの上側板の全域には、多数の小さな漏れ孔４０ａが左右長手方向及び前後幅方向に整列されて形成されている。これら漏れ孔４０ａを介して、２つの均一化路４２ｘ，４１ｘが、内筒４０Ｘより上側のチャンバー１１ａに連なっている。
装置本体１２の前後の側板と内筒４０Ｘとの間の隙間１１ｃは、内筒４０Ｘの高さ分の上下長さを有している。
【００４８】
この第２実施形態によれば、処理ガスが、左右のポート１６ａから路４１ｘ，４２ｘ内へ送り込まれ、漏れ孔４０ａから上側チャンバー１１ａへ順次漏れ出る。このとき、各路４１ｘ，４２ｘにおける流路断面積が処理ガスの流れ方向に沿ってしだいに狭くなっているので、路４１ｘ，４２ｘの内圧をそれぞれ略一定に保つことができ、ひいては漏れ孔４０ａから上側チャンバー１１ａへ漏れるガスの流速を略一定に保つことができる。上側チャンバー１１ａへ至った処理ガスは、その後、隙間１１ｃを通過する。隙間１１ｃが内筒４０Ｘの高さ分だけ上下に長くなっているので、確実に圧損を生じさせることができ、ガス流を左右長手方向に沿って一層確実に均一化することができる。この均一化された処理ガスが、内筒４０Ｘより下側のチャンバー１１ｂを経て導入孔１０ａから電極２０間の空間２０ａへ導入され、プラズマ流となってワークＷへ吹き付けられる。
【００４９】
図１０及び図１１は、本発明の第３実施形態に係るダイレクト式のプラズマ処理装置Ｓ３を示したものである。この実施形態では、一対の電極２０が、ノズルヘッド１０と分離され、上下に対向する平行平板状をなしている。これら電極２０の間に、例えばフィルム状のワークＷが介在され、ロール式の移動機構３Ｘによって順次前方（図１０において右）へ送られるようになっている。ノズルヘッド１０の処理ガス導入装置本体１２には、底部における電極２０を向く後側の隅に、処理ガス導入孔１０ａ（吹出し孔）が斜め下の電極間空間２０ａへ向かうようにして配されている。
【００５０】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変が可能である。
例えば、均一化チャンバーは、２段に限られず、３段以上設けられていてもよい。
均一化路の漏れ孔は、均一化構成部材の略全長域にわたって連続するスリット状をなしていてもよい。
処理ガス導入孔１０ａは、小孔状をなして電極２０の長手方向に多数並んで配置されていてもよい。
前後の段の均一化チャンバーを連通する連通路は、小孔（スポット）状をなしてこれらチャンバーの長手方向に例えば等ピッチで並べられていてもよい。
【００５１】
【実施例】
本発明の実施例を説明する。
実施例１
（１）処理ガス導入
図７〜図９に示す装置Ｓ２を用い、プラズマ化空間２０ａに処理ガスを送り込む際の流速分布を測定した。処理ガス導入装置１１の本体１２として、前後幅３２ｍｍ×高さ７５ｍｍ×左右長さ２３０ｍｍの箱状体を用意した。装置本体１２の内部には、前後幅３０ｍｍ×高さ３０ｍｍ×左右長さ２３０ｍｍの内筒４０Ｘを設置した。筒４０Ｘの内部は、仕切り板４６によって斜め半分に仕切って２つの対向流路４１ｘ，４２ｘを形成し、各々に７ｍｍφの円形の処理ガス受容れポート１６ａを連ねた。内筒４０Ｘの上板として、１ｍｍφの漏れ孔４０ａを４列に２２個開穿した多孔板を用いた。これと装置本体１２の上板との間の間隔、すなわち上側チャンバー１１ａの上下高さは、３０ｍｍとした。隙間１１ｃの厚さは１ｍｍであり、下側チャンバー１１ｂの上下高さは１５ｍｍである。装置本体１２の底部には高さ５ｍｍ、幅２ｍｍのスリット状導入孔１０ａを形成した。
処理ガスとして、乾燥空気を左右の各ポート１６ａから均一化路４１ｘ，４２ｘへそれぞれ１０Ｌ／ｍｉｎ、合計で２０Ｌ／ｍｉｎ送り込んだ。そして、導入孔１０ａの長手方向に沿って２０ｍｍ間隔置きに１１ヶ所で流速の測定を行なった。
その結果、流速のばらつきは±２．０％であった。ここで、流速ばらつきは、次式により求めた。
流速ばらつき＝（流速最大値−流速最小値）／流速平均値
【００５２】
（２）放電プラズマ処理
次に、上記（１）の処理ガス導入装置１１の下側に一対の電極２０を取り付け、電極間空間２０ａに処理ガスを導入し、プラズマ化させてワークＷ（被処理物）のプラズマ放電処理を行なった。電極２０として、２５ｍｍ×２０ｍｍ×２４０ｍｍのＳＵＳ製棒状体を用い、その表面にアルミナを１ｍｍの厚さに溶射した。一対の電極２０間の間隔すなわちプラズマ化空間２０ａの厚さは、２ｍｍとした。吹出し口２０ｘから２ｍｍ離して８インチのシリコンウェハーを設置した。処理ガスとして、酸素１５Ｌ／ｍｉｎと窒素５Ｌ／ｍｉｎの混合ガスに、気化させたＴＥＯＳを０．２ｇ／ｍｉｎの割合で混合したものを、左右の各ポート１６ａから均一化路４１ｘ，４２ｘへそれぞれ送り込んだ。そして、９５ｋＰａの圧力下で、電極２０間にパルス立上がり速度５μｓ、周波数５ｋＨｚ、ＶＰＰ＝２０ｋＶの電界を印加し、ヘッド１０を１００ｍｍ／ｍｉｎで移動させて、８インチ・シリコンウェハーからなるワークＷ上にＳｉＯ２膜を形成した。
得られたＳｉＯ２膜の厚さをエリプソメーターで６００ヶ所測定したところ、膜厚のばらつきは、±３．２％であった。ここで、膜厚ばらつきは、次式により求めた。
膜厚ばらつき＝（膜厚最大値−膜厚最小値）／膜厚平均値
【００５３】
比較例１
比較例として、図１２及び図１３に示す処理ガス導入装置１１’を用意した。導入装置１１’の箱状本体１２の大きさは、前後幅３２ｍｍ×高さ７５ｍｍ×左右長さ２３０ｍｍであり、左端板のみに１つの処理ガス受容れポート１６ａを配し、斜め仕切り板４６を本体１２の左上隅から右へ向かうにしたがって下へ傾くようにして設けた。斜め仕切り板４６の右端部は、本体１２の上板から２８ｍｍ下方に位置させ、これと同じ高さに水平板４７を設けた。水平板４７として、１ｍｍφの漏れ孔４７ａを４列に２２個開穿した多孔板を用いた。水平板４７から２８ｍｍ下方には、邪魔板４８を装置本体１２の左右端板間に水平に架け渡し、この邪魔板４８と水平板３７との間を上側チャンバー１１ａとし、邪魔板４８と装置本体１２の底板との間を下側チャンバー１１ｂとした。邪魔板４８の前後の側縁と装置本体１２の前後側板との間には、１ｍｍ幅の隙間１１ｃを形成した。装置本体１２の底板には、高さ５ｍｍ、幅２ｍｍのスリット状導入孔１０ａを形成した。
処理ガスとして、２０Ｌ／ｍｉｎの乾燥空気をポート１６ａから単一の均一化路４１ｘに送り込んだ。そして、実施例１（１）と同様に、導入孔１０ａの長手方向に沿って２０ｍｍ間隔置きに１１ヶ所で流速の測定を行なった。
結果、流速のばらつきは、±５．２％であった。
次に、実施例１（２）と同様にして、プラズマ放電処理を行なった。その結果、膜厚のばらつきは、±４．５％であった。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、これによって、処理ガス流を電極の長手側縁に沿う方向に十分に均一化することができ、ひいては表面処理のばらつきを確実に無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の側面断面図である。
【図２】上記プラズマ処理装置のプラズマヘッドノズルの斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う上記プラズマヘッドノズルの正面断面図である。
【図４】（ａ）図１のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。（ｂ）図１のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。（ｃ）図１のＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。
【図５】（ａ）図１のＶＡ−ＶＡ線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。（ｂ）図１のＶＢ−ＶＢ線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線に沿う上記プラズマヘッドノズルの電極ホルダの平面断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマノズルヘッドを模式的に示す斜視図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う上記第２実施形態のプラズマノズルヘッドのガス導入装置の側面断面図である。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う上記第２実施形態のガス導入装置の平面断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図１１】上記第３実施形態に係るプラズマ処理装置のガス導入装置を模式的に示す斜視図である。
【図１２】比較例で用いたガス導入装置を模式的に示す斜視図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う上記比較例装置の側面断面図である。
【符号の説明】
Ｗ　ワーク（被処理物）
Ｓ１〜Ｓ３　プラズマ処理装置
１　パルス電源（電界印加手段）
１０　プラズマノズルヘッド
１０ａ　ガス導入孔
１１　処理ガス導入装置
１１ａ　上側チャンバー（１段目のチャンバー）
１１ｂ　下側チャンバー（２段目かつ最終段のチャンバー）
１１ｃ　隙間（連通路）
１２　装置本体
２０　長尺電極
２０ａ　プラズマ化空間（電極どうしの対向面間の空間）
２０ｘ　吹出し口
３０　電極ホルダ
４０　インナーパイプユニット（均一化路構成部材）
４０Ｘ　内筒（均一化路構成部材）
４０ａ　漏れ孔
４１　前側インナーパイプ（均一化路）
４１ａ，４２ａ，４３ａ　漏れ孔
４１ｘ，４２ｘ　均一化路
４２　後側インナーパイプ（均一化路）
４６　斜め仕切り板
６０　処理ガス源
【図１】
2004006586.tif 000003
【図２】
2004006586.tif 000004
【図３】
2004006586.tif 000005
【図４】
2004006586.tif 000006
【図５】
2004006586.tif 000007
【図６】
2004006586.tif 000008
【図７】
2004006586.tif 000009
【図８】
2004006586.tif 000010
【図９】
2004006586.tif 000011
【図１０】
2004006586.tif 000012
【図１１】
2004006586.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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