(57)【要約】【課題】大気圧近傍の圧力下でマイクロアークのない均一なプラズマを発生させ、被処理基板へのダメージなく改質等の表面処理を行う。【解決手段】被処理基板５が通過する対向電極２の間隙に向け、被処理基板５の導入側と排出側に設けたガス噴射口１１、１１の双方から、反応ガスを間隙内に閉じ込めるように噴射供給する。さらに、対向電極２に正弦波高周波電圧を供給する高周波発振機１２の発振周波数を、ＰＬＬ回路１５によって負荷側共振回路の共振周波数に追従させ、供給電圧の歪を防止し、急峻なノイズ成分によるマイクロアークの発生を抑止し、安定したプラズマを継続的に生成する。【選択図】　図１
2004076122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体誘電体で覆われた一対の対向電極の間隙に大気圧近傍圧力の反応ガスを満たし、この対向電極に高周波電圧を加えて間隙に発生させたプラズマにより、間隙を通過する被処理基板に表面処理をする装置において、
被処理基板の導入用開口及び排出用開口を開けた状態で、対向電極の間隙を外部空間と仕切り、反応ガスを、これら導入用開口及び排出用開口の双方から間隙に向け閉じ込めるように噴射供給することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２】
固体誘電体で覆われた一対の対向電極の間隙に大気圧近傍圧力の反応ガスを満たし、この対向電極に高周波電圧を加えて間隙に発生させたプラズマにより、間隙を通過する被処理基板に表面処理をする装置において、
被処理基板の導入用開口及び排出用開口を開けた状態で、対向電極の間隙を外部空間から仕切る隔壁と、これら導入用開口及び排出用開口の双方から、間隙に向け閉じ込めるように反応ガスを噴射供給するガス噴射口を具備し、
上記ガス噴射口は、上記導入用開口及び排出用開口について、通過する被処理基板によって二分される間隙の各空間毎に設けられていることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項３】
反応ガスを被処理基板に沿って間隙内に供給するガス噴射口の噴射方向が、被処理基板の面に対して、５゜〜４５°の傾斜を持つことを特徴とする請求項２に記載したプラズマ表面処理装置。
【請求項４】
電極内に、冷却液の流路が形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載したプラズマ表面処理装置。
【請求項５】
対向して被処理基板を通過させる間隙を形成し、この間隙に大気圧近傍の圧力で反応ガスの供給を受ける一対の電極と、昇圧トランスを介して前記電極に正弦波形の高周波電圧を供給する高周波発振機と、前記電極と前記昇圧トランスの２次側が接続されて生じる並列共振回路の共振周波数の変動に、高周波発振機の発振周波数を追従させるＰＬＬ回路を具備したことを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項６】
昇圧トランスを介して一対の電極に正弦波形の高周波電圧を供給する高周波発振機と、前記電極と前記昇圧トランスの２次側が接続されて生じる並列共振回路の共振周波数の変動に、高周波発振機の発振周波数を追従させるＰＬＬ回路を具備したことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載したプラズマ表面処理装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項に記載したプラズマ表面処理装置を用い、被処理基板の基板温度を常温から所定温度まで加熱することにより、乾燥、加熱、表面改質の同時処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項８】
半導体ウエハ処理工程における各種薬液およびレジストの塗布工程の前に、請求項２〜６のいずれか１項に記載したプラズマ表面処理装置を用いて、被着性改善のための表面改質を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
処理基板上または処理基板上に形成された薄膜上に、金属薄膜、誘電体薄膜をＣＶＤやスパッタ装置を用い薄膜堆積させる前に、請求項２〜６のいずれか１項に記載したプラズマ表面処理装置を用いて、被着性改善のための表面改質を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
ＩＣ製造工程において、ウエハ洗浄、ウエットエッチング後の乾燥工程に、請求項２〜６のいずれか１項に記載したプラズマ表面処理装置を用いてウエハ表面を乾燥させることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ表面処理方法およびその装置に関し、さらに詳細には、ＦＰＤ、ＦＰＤのカラーフィルタ、プリント基板、フィルム状基板、シリコンウエハ、フォトマスク、太陽電池等の基板に、常圧近傍圧力下で、プラズマによって表面処理をするプラズマ表面処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体関連産業では、ＦＰＤ（フラット・パネル・ディスプレイ）、ＦＰＤのカラーフィルタ、プリント基板、フィルム状基板、シリコンウエハ、フォトマスク、太陽電池等の基板に対する様々な表面処理が行われている。これは、親水性または疎水性を与えるための改質処理、残留物の除去等による密着性向上、乾燥等である。
【０００３】
親水性または疎水性を与えるための改質処理は、例えば、ＦＰＤのガラス基板上に各種膜を成膜するプロセスにおいて、スパッタ処理前、フォトレジスト塗布前、現像液塗布前、フォトレジスト剥離処理前に紫外線、遠紫外線を用いて行われる。しかし、この方法は光励起の反応を利用するので処理時間を短縮するのが困難である。
【０００４】
残留物の除去は、ＦＰＤのガラス基板上にアモルファスシリコンやポリシリコン、または金属薄膜を、ＣＶＤやスパッタリングで堆積させる前処理として行われる。薄膜堆積前の基板上に有機物等の残留物が残っていると、ガラス基板とその薄膜の密着性が悪く剥がれ易くなる場合があるので、これを改善するのである。すなわち、ＵＶランプやエキシマランプ装置を使用して、堆積前に有機物等の残留物を取り除くことで、密着性を向上させる。しかし、この方法も光励起の反応によるので、処理スピードが遅く生産性が悪い。
【０００５】
密着性向上は、ＦＰＤ等の製造工程でＵＶランプ、エキシマランプを用いてエッチング液、現像液、レジスト液を基板上に塗布する場合の前処理としても行われている。しかし、前述したように、光励起反応では反応速度が遅く、ランプの数が数十本以上になって装置も大型になるため、消費電力も大きかった。
【０００６】
上記ＵＶランプ、エキシマランプを使用する方法は、照射時間と共に照度が低下し、所定の性能が得られなくなり交換しなければならない。そのため、ランプ交換コスト、交換のための装置稼動停止を余儀なくされるという問題もある。
【０００７】
乾燥は、例えばシリコンウエハに対して行われる。従来は、ＩＰＡべーパーを用いた乾燥方法、ＩＰＡのマランゴニ現象を利用した乾燥方法、スピン乾燥方法、及びヒーター式乾燥方法などが採用されていた。
【０００８】
しかし、これらの方法は、乾燥後の基板上の残留物が問題になる。特に、ＩＰＡを用いた場合は、その有機溶剤で廃液が汚染され、環境汚染の問題を生じさせる。
【０００９】
以上の問題を解決するために、低圧下での真空プラズマを利用した表面処理の従来技術を採用することも考えられる。しかし、真空プラズマは、気密室内で発生させるため、この気密室と真空ポンプ等の排気機構が必要になり装置導入コストおよび装置設置占有面積が大きくなる。また、バッチ処理となって、ライン搬送による連続処理ができないので、生産性を高くするのが困難である。
【００１０】
上記問題を解決するには、常圧近傍圧力下での処理が必要になる。この処理を従来の技術を用いて行う場合、反応ガスとしてヘリウム、空気、窒素、アルゴンガス等を使用し一対の対向電極間にコロナ放電を発生させて表面処理を行うことになる。
しかし、コロナ放電で前記改質等の処理を行った場合、マイクロアークによる基板の熱的、電気的損傷が大きな問題となる。
【００１１】
上記方法の改善案として、反応ガス中のヘリウムの使用量を多くして、安定なグロー放電を発生させることも考えられる。しかし、この場合はヘリウムが高価であって相当のガス流量を必要とし、同時に印加電力密度も１　ｗ／ｃｍ２以上が必要である。このため、反応ガスの使用量と消費電力量が多くなり、ランニングコストが高くなる。また、その場合の電極部及び放電部の発熱により被処理基板への熱損傷を与えてしまう。特に不活性ガスを使用した場合スパッタ効果（２次電子放出現象）により処理基板に対し電極金属部からの金属汚染を引き起こす問題も生じる。
【００１２】
また、使用ガス種の組み合わせと処理流量の選定によってグロー放電を発生させて表面処理を行うことも可能である。しかし、この場合は、プリント基板やポリイミド等のフィルム基板中に金属薄膜があると、その金属薄膜部に電界が集中してマイクロアークが発生して薄膜が破損し、またマイクロアークにより基板のダメージも誘発されるという問題もあった。
【００１３】
したがって、ポリイミドなどの薄膜上に金属をパターンニングされたものやシリコンウエハ等の処理には不適当であった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記問題点を解決することを目的として提案されたもので、被処理基板の表面材質を問わず、大気圧近傍の圧力下でマイクロアークのない均一なプラズマを発生させ、常温状態で基板への表面処理を連続的に行い、基板への処理ダメージなく安定的に表面の有機物除去、表面改質、薄膜堆積等を可能にする処理方法とその装置を提供することを目的とする。
【００１５】
また、上記本発明は、ＩＰＡを使用しないで廃液による環境汚染を起さず、基板上の残留物の問題も生じさせないで基板の乾燥を行うことをも目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のプラズマ表面処理方法は、固体誘電体で覆われた一対の対向電極の間隙に大気圧近傍圧力の反応ガスを満たし、この対向電極に高周波電圧を加えて間隙に発生させたプラズマにより、間隙を通過する被処理基板に表面処理をする装置において、被処理基板の導入用開口及び排出用開口を開けて、対向電極の間隙を外部空間と仕切り、反応ガスを、これら導入用開口及び排出用開口の双方から間隙に向け閉じ込めるように噴射供給することによって特微づけられる。
【００１７】
上記構成では、被処理基板の導入側と排出側の双方から、間隙内に向けて噴射され、励起されてプラズマとなった反応ガスが、電極間隙内に閉じ込められる作用があり、最小限のガス流量で安定且つ均一なプラズマ生成が可能になると共に、被処理基板の通過方向である電極の長さ方向での均一なプラズマ発生を可能にする。
【００１８】
また、本発明のプラズマ表面処理装置は、被処理基板の導入用開口及び排出用開口を開けて、対向電極の間隙を外部空間から仕切る隔壁と、これら導入用開口及び排出用開口の双方から、間隙に向け閉じ込めるように反応ガスを噴射供給するガス噴射口を備え、上記ガス噴射口を、上記導入用開口及び排出用開口について、通過する被処理基板によって二分される間隙の各空間毎に設けたものとして構成される。
【００１９】
この装置は、キャビティによって整流となった反応ガスが、導入用開口及び排出用開口に上下に２箇所ずつ、電極の幅方向に延びるように設けられたスリット状のガス噴射口を通して被処理基板の表裏面に別々に供給されるので、プラズマ発生時の被処理基板の表裏面の誘電率を均一化して、表裏面に均一化されたプラズマを発生させることができる。
【００２０】
なお、上記一対の電極が固体誘電体で覆われているのは、電極を外気及び使用ガスと隔離して、電極構成金属によって被処理基板が汚染されるのを防止するためである。
【００２１】
上記ガス噴射口の噴射方向は、被処理基板の面に対して、５゜〜４５°が好ましい。これは、反応ガスの噴射圧力を、電極間隙の内部にまで作用させ、反応ガスを被処理基板に沿わせて間隙内に円滑に供給するためである。これによって、被処理基板の通過方向の電極長さが大きくなっても間隙内のプラズマを均一化できる。
【００２２】
また、上記一対の電極内には、冷却液の流路が形成されていることが好ましい。この冷却液の流路には純水または超純水、エチレングリコール、ガルデン、フロリナートなどの循環絶縁液体が、ポンプにより循環圧送され、高周波を印加することによる発熱が抑えられる。これによって、被処理基板の熱損傷を軽減できる。
【００２３】
本発明のプラズマ表面処理装置は、高周波電力供給について次の特徴を持つ。すなわち、このプラズマ表面処理装置は、対向して被処理基板を通過させる間隙を形成し、この間隙に大気圧近傍の圧力で反応ガスの供給を受ける一対の電極と、昇圧トランスを介して前記電極に正弦波形の高周波電圧を供給する高周波発振機と、前記電極と前記昇圧トランスの２次側が接続されて生じる並列共振回路の共振周波数の変動に、高周波発振機の発振周波数を追従させるＰＬＬ回路を具備したことを特徴とする。
【００２４】
このような高周波電力供給方式は、電極間隙の誘電率が、反応ガス種等のプラズマ生成条件により変動しても、電力供給側と負荷側のインピーダンス整合を常に確保できるようにしたものである。
【００２５】
これによって、供給電圧の歪を防止し高調波の発生を防止できるので、波高値が大きくて急峻なノイズ成分によるマイクロアークの発生を抑止して、良好なプラズマを安定且つ継続的に生成することができる。
【００２６】
また、継続的にプラズマを発生させることができる単位面積当りの最小電力量を小さくできるので、被処理基板へのダメージが極めて小さい表面処理が可能になる。
【００２７】
昇圧トランスを持つ上記高周波発振機の発振周波数を、ＰＬＬ回路によって、前記並列共振回路の共振周波数の変動に追従させる上記高周波電力供給方式は、反応ガスの供給方式に特徴を有する前記表面処理装置に組み込むことができる。
【００２８】
上記高周波電力供給方式と反応ガスの供給方式の組合わせによって、それらの効果である安定且つ均一なプラズマ生成が可能に効果が最大となる。
【００２９】
なお、上記高周波電力供給方式のみを採用し、上記反応ガスの供給方式を採用しない場合は、ガス流量が多くなるが、均一なプラズマ生成という効果は得られる。
【００３０】
以上に説明したプラズマ表面処理装置は、次のような使用方法が可能である。
【００３１】
▲１▼被処理基板の基板温度を常温から例えば１８０℃といった所定の温度まで加熱することにより乾燥、加熱、表面改質の同時処理を行うプラズマ表面処理方法。
【００３２】
▲２▼半導体ウエハ処理工程において、現像液や洗浄液等の各種薬液及びレジスト液の塗布工程の前に、被着性改善のための表面改質を行うプラズマ表面処理方法。
【００３３】
▲３▼処理基板上に形成された薄膜上に、金属薄膜、誘電体薄膜をＣＶＤやスパッタ装置を用い薄膜堆積させる前に、被着性改善のための表面改質を行うプラズマ表面処理方法。
【００３４】
▲４▼ＩＣ製造工程において、ウエハ洗浄、ウエットエッチング後の乾燥工程で、ウエハ表面を乾燥させるプラズマ表面処理方法。
【００３５】
【実施例】
本発明の一実施形態について、以下に説明する。図１は、本発明の一実施形態である表面処理装置の電極部１の断面図である。図において、２、２は一対の平板電極で、等間隔に対向させてある。この平板電極２、２は、内部に図示しない空洞が形成され、その周囲を固体誘電体３、３で覆っている。平板電極２、２の内部空洞には、冷却液供給パイプ４、４を通して、冷却液である絶縁液体が循環圧送され、平板電極２、２の発熱を抑える。絶縁液体は、例えば、純水または超純水、エチレングリコール、ガルデン、フロリナートなどであり、冷却温度は、例えば、平板電極２、２が１２０℃以下に保たれるようにして、被処理基板５の熱損傷が起こらないようにしている。
【００３６】
固体誘電体３、３で平板電極２、２を覆ったのは、当該電極を外気及び使用ガスと隔離して、平板電極２、２の金属で被処理基板５が汚染されるのを防止するためである。この固体誘電体３、３の比誘電率は、放電間隙に電界を集中させるために、１０以上とすることが好ましい。
【００３７】
前記固体誘電体３、３の対向面はプラズマを発生させる平行な放電面６、６となり、この間に被処理基板５を通過させる。７、７はその搬送用口ーラである。
【００３８】
８、８は一対の電極部カバーで、キャビティ９、９を形成している。　１０、１０はキャビティ９、９へのガス導入口、１１、１１、１１、１１はガス噴射口である。
【００３９】
ガス導入口１１、１１から導入された反応ガスは、キャビティ９、９により整流となり、被処理基板５の導入側と排出側に、各放電面６、６毎に、２つずつ配置されたガス噴射口１１、１１、１１、１１を通って放電面６、６の間隙内に噴射される。この噴射が均一に行われるように、ガス噴射口１１の構造は、図３に示すように放電面６に沿い図１の紙面と直交する方向（電極の幅方向）に延びるスリット状の開口となり、放電面６に対して適当な角度θを持つように設定されている。この角度付けは、被処理基板５の導入および排出側の固体誘電体３、３の角部を、テーパー面３ａとすると共に、キャビティ９、９を形成する電極部カバー８の内部に傾斜板８ａを配置することによりなされる。このテーパー面３ａと傾斜板８ａの傾きと位置を変えることによって、反応ガスの噴射状態を適切なものにすることができる。
【００４０】
図１の電極部１を、図１と直交する方向から見た断面図を図２として示す。図１と図２に示す電極部１の構造は、被処理基板５のサイズに応じて放電面６とその周辺部分の大きさを変えて製作することにより、自由に対応できるものとなっている。
【００４１】
図４は上記電極部１に高周波電力を供給するために高周波発振機１２を接続した電気回路を示すものである。この図には、電極部１のキャパシタンスＣと、高周波発振機１２の出力側に設けられた昇圧トランス１３の二次巻線のインダクタンスＬで、並列共振回路１４が形成されることを示している。
【００４２】
高周波印加によって電極部１にプラズマが発生すると放電面６、６の間隙における誘電率は大きく変動する。なお、この誘電率はプラズマの生成条件（ガス種、ガス流量、高周波電力、被処理基板の材質および厚さ、処理温度等）によって決まるものである。この誘電率の変動により、上記並列共振回路１４における共振周波数ｆｏ＝１／〔２π√（ＬＣ）〕は大きく変化し、高周波発振機１２と電極部１のインピーダンス不整合が生じる。　この場合、反射電力が発生して波形が歪み、大きな波高値で急峻に変動するその高調波成分でプラズマが不安定になり、均一な処理ができないことが予想される。
【００４３】
そこで、図４の回路では、高周波発振機１２にＰＬＬ回路１５を設けて、上記並列共振回路１４における共振周波数ｆｏの変動に追従して高周波発振機１２の発振周波数が変動するようにした。
【００４４】
これにより、上記共振周波数ｆ０に一致した周波数の高周波電圧が、常に並列共振回路１４に出力され、共振状態が保たれる。この場合、容量成分（ｊωＣ）とインダクタンス成分（ｊωＬ）は、その周波数において無視でき、図５の等価回路に示すように純抵抗Ｒのみで電流Ｉが決まる。すなわち、この回路で負荷Ｒである電極部１に最大消費電力を与える条件は、電池Ｖの内部抵抗ｒと負荷Ｒの値を同一にすることであり、このとき電流Ｉは最大となり、最大電力Ｐ＝Ｉ２Ｒが確保される。図６は上記並列共振回路１４に供給される高周波電圧の周波数ｆに対して、並列共振回路１４のインピーダンスＺの変化と、電極部１で消費される電力Ｐの変化を示している。すなわち、共振周波数ｆ０ときインピーダンスＺは最小となって、消費電力Ｐは最大となる。
【００４５】
次に、上記図１〜図３に示した反応ガスの供給方式と、図４、図５で説明した高周波電力供給方式を組合わた本発明の具体的な実験結果について説明する。
【００４６】
（実験例１）
図１〜図３において、電極幅ｗを８００ｍｍ、電極長さｌを３０ｍｍ、電極間距離ｇを４ｍｍ、固体誘電体３の厚さｄを３ｍｍとし、固体誘電体の材質として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、電極２の素材としてアルミニウムを採用し、また、図５の高周波発振機１２の供給可能電力を２０ｗ〜２Ｋｗとして実験を行った。
【００４７】
常圧下雰囲気で反応ガスを酸素、窒素、アルゴン、空気、ヘリウムの単体またはその混合ガスを用い放電実験を行ったときの発振周波数を測定した。その場合、プラズマ発生時の周波数は、２９ＫＨｚから５０ＫＨｚの間で変化し、各ガス種において共振周波数が変化するのは、電極間に発生するプラズマの誘電率の違いであることが確認できた。
【００４８】
このときの出力波形をシンクロスコープで測定するとノイズ成分の少ないサイン波が供給されており、マイクロアークは認められず、ア−クノイズも認められない良好なプラズマが発生していた。
【００４９】
しかし、ＰＬＬ回路１５の動作を停止させて、発振周波数を共振領域から外した場合はノイズ成分が多く見られるようになり、このノイズが所定の印加設定電圧を超えマイクロアークを発生させる状況となっていることが認められた。これは、アークノイズが発生するコロナ放電に近い状態であった。このときに電極部１の両極にかかるピーク電圧をシンクロスコープで測定すると印加設定電圧の１．５倍程度になっていた。
【００５０】
これらは、並列共振条件を保つことが、波形歪による高調波の発生をなくしてノイズ成分の少ないサイン波を供給でき、ノイズによる瞬間的な電圧上昇を抑制して、マイクロアークをなくすことにつながるということを表している。
【００５１】
本発明では、図２に示すように、被処理基板の導入側と排出側の双方から、この電極間隙内に向けて閉じ込めるように反応ガスを噴射している。
この構造は、高周波により一旦励起されイオン化されたガスを放電面６に封じ込めるものであり、最小限のガス流量で安定且つ均一なプラズマ生成が可能になる。これは、それだけプラズマ生成持続最低高周波電力を下げて、被処理基板に対するダメージを少なくできることである。
【００５２】
このプラズマ生成持続最低高周波電力は、反応ガスがヘリウム単体の場合で０．０１３ｗ／ｃｍ２という値が得られた。
【００５３】
また、ガス噴射口１１の噴射方向（図１の角度θ）を調整して、プラズマの生成状況を調べると、被処理基板の面に対して、θ＝５゜〜４５°の範囲で、マイクロアークのない良好なプラズマとなることが分かった。この場合に必要なガス流量は、図８に示すような、一方向に反応ガスを流す場合に比べて１／２程度に減らすことができた。
【００５４】
次に、上記実験例１のプラズマ表面処理装置（図１〜図３に示した反応ガスの供給方式と、図４の高周波電力供給方式）を用いて、いくつかの実験を行った。反応ガスに空気を使用しプラズマ照射によるガラス表面の改質実験を行った結果を図７に示す。処理直後に、濡れ性を示す接触角は１．５度程度であったが、時間とともに（１時間放置）少しずつその角度が上昇していくことが分かる。
【００５５】
また、ゲート酸化膜を約８０Å堆積し、ポリシリコン膜を４０００Å、フィールド酸化膜を４０００Å堆積させたシリコンウエハを２枚用意し、一方をリファレンスとして残し、他方に本発明装置でプラズマによる表面処理を行った。次に、リファレンスと処理済みウエーハの夫々に対して、ＩＶ特性、ＣＶ特性の測定を行い、ウエーハ上の同一位置の測定値同士で、比較を行った。これによって絶縁破壊、スパツタ効果などの原因によるそれらの薄膜へのダメージ等を調べたが、処理前の状態とほとんど変化が見られなかった。
【００５６】
また、上記本発明の表面処理装置を用い、へリウム、アルゴン、窒素、酸素、空気を単体または混合させて、そのプラズマを発生させると、これらのガス分子が電離、解離へと移行する過程における発光分光計の測定で、発光波長１７０〜３４０Åの真空紫外領域の発光がみられた。
【００５７】
その発光波長は、ウエハ表面の残留水分を酸素と水素に分解し、完全に乾燥させることが可能なものであった。したがって、ＩＣ製造工程において、ウエハ洗浄、ウエットエッチング後の乾燥工程で、ウエハ表面に残留物を残すことなく、また廃液による環境汚染なく乾燥させることが可能になる。
【００５８】
以上の実験により、先に列挙した▲１▼乾燥、加熱、表面改質の同時処理、▲２▼半導体ウエハの被着性改善のための表面改質、▲３▼処理基板上に形成された薄膜に、被着性改善のために行う表面改質、▲４▼半導体ウエハ表面乾燥が、マイクロアークによるダメージなく、実施できることが確認された。
【００５９】
次に、図８に示すように、反応ガスが電極面に沿って一方向に流れる方式の電極部１６を採用し、図４の高周波電力供給方式と組み合わせた実施例を説明する。
【００６０】
図８は、本発明のプラズマ表面処理装置の他の実施形態の電極部１６を示す断面図である。図において、２、２は一対の平板電極で、等間隔に対向させてある。この平板電極２、２は、内部に図示しない空洞が形成され、その周囲を固体誘電体３、３で覆っている。平板電極２、２の内部空洞には、冷却液供給パイプ４、４を通して、冷却液である純水などの絶縁液体が循環圧送され、図１の構造と同様の作用によって平板電極２、２の発熱を抑える。前記固体誘電体３、３の対向面はプラズマを発生させる平行な放電面となり、この間に被処理基板５を通過させる。７、７はその搬送用口ーラである。
【００６１】
１７、１７は一対の電極部カバーで、キャビティ１８、１８を形成している。１９、１９はキャビティ１８、１８へのガス導入管、２０、２０はガス排出管、２１、２１は、キャビティ１８を上流と下流に分離する隔壁、２２は排気用ブロアー、２３は高周波電力供給装置で、図４の高周波発振機１２、昇圧トランス１３、ＰＬＬ回路１５から構成されている。
【００６２】
この電極部１６で、ガス導入管１９からキャビティ１８に入って整流となった反応ガスは、隔壁２１で妨げられるので平板電極２、２の間隙を一方向に流れ、ガス排出管２０と排気用ブロアー２２を通って排気される。
【００６３】
この電極構造で、その共振周波数に追従する高周波電力供給装置２３（図４の高周波電力供給方式）で実験した結果を説明する。
【００６４】
へリウム、アルゴン、窒素、酸素、空気を単体または混合したものを、反応ガスとして用いた。マイクロアークの発生は、反応ガスの流速に依存し、流速が速い程にマイクロアークは少なくなる。常圧のヘリウム単体の場合は、ガス導入管１９からの導入圧を０．１ｋｇ／ｃｍ２以上とするとマイクロアークが消えた。さらに、ガス導入管１９からの導入量を上回る量を排気用ブロアー２２から排気することが好ましいことが分かった。このような、ガス導入法を採用した場合、処理中の被処理基板の残渣物等が基板に再付着するのを防止する効果も観測された。
【００６５】
【発明の効果】
本発明のプラズマ表面処理方法は、一対の対向電極の間隙に向け、被処理基板の導入側と排出側の双方から、間隙内に向けて閉じ込めるように反応ガスを噴射する。このため、高周波により一旦励起されイオン化されたガスが放電面付近に封じ込められ、最小限のガス流量で安定且つ均一なプラズマ生成が可能になると共に、被処理基板の通過方向である電極の長さ方向での均一なプラズマ発生を可能にする。
【００６６】
本発明のプラズマ表面処理装置のガス噴射口を、上記導入用開口及び排出用開口について、通過する被処理基板によって二分される間隙の各空間毎に設けると、キャビティによって整流となった反応ガスが、被処理基板の表裏面に別々に供給され、プラズマ発生時の被処理基板の表裏面の誘電率を均一化して、被処理基板の通過状態に影響されないで均一なプラズマを発生させることができる。
【００６７】
上記ガス噴射口の噴射方向の被処理基板に対する傾斜を、５°〜４５°とすると、反応ガスの噴射圧力を、電極間隙の内部にまで作用させながら、被処理基板の表面に沿って流すことができ、被処理基板の通過方向の電極長さが大きくなっても間隙内のプラズマを均一化できる。
【００６８】
一対の電極に、冷却液の流路を形成した上記プラズマ表面処理装置は、電極の過熱を抑制して、被処理基板の熱損傷を防止する。
【００６９】
本発明のプラズマ表面処理装置は、昇圧トランスを介して一対の電極に正弦波形の高周波電力を供給する高周波発振機にＰＬＬ回路を具備させ、電極間隙の誘電率が反応ガス種等のプラズマ生成条件により変動しても、負荷側の共振条件を確保し供給電圧の歪を防止して、安定したプラズマを、低い供給電力で継続的に生成することができる。
【００７０】
ＰＬＬ回路を用いた上記高周波電力供給方式を、前述した本発明の反応ガスの供給方式に組合わせると、安定して均一なプラズマが得られる効果が最大となる。
【００７１】
上記プラズマ表面処理装置は、操作が簡単で基板にダメージを与えることが少ない。そこで、次のようなプラズマ表面処理方法として使用して、半導体装置製造の各種表面処理を行うことができる。
【００７２】
被処理基板の基板温度を常温から所定温度まで加熱することにより、乾燥、加熱、表面改質の同時処理を行うプラズマ表面処理方法は、高い処理能力が得られる。
【００７３】
半導体ウエハ処理工程における各種薬液の塗布工程の前に、被着性改善のための表面改質を行うプラズマ表面処理方法として使用できる。この表面改質は、半導体装置の製造プロセスにおいて、非常に多く行われるものであるため、本発明装置の処理能力の高さにより、工数の削減に有効となる。
【００７４】
金属薄膜、誘電体薄膜をＣＶＤやスパッタ装置を用い薄膜堆積させる前に、被着性改善のための表面改質を行うプラズマ表面処理方法として使用できる。この方法も、本発明装置の処理能力の高さにより、工数の削減が可能になる。
【００７５】
ＩＣ製造工程の各種乾燥工程で、ウエハ表面を乾燥させるプラズマ表面処理方法として使用できる。この方法は、ウエハ表面に残留物を残さず、また廃液による環境汚染がないという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である表面処理装置の電極部の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である表面処理装置の電極部を図１と直交する方向で切断した断面図である。
【図３】図２のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図４】電極部に高周波発振機を接続して構成した本発明の表面処理装置の電気的構成図である。
【図５】図４において電極部と昇圧トランスの二次側によって形成される並列共振回路が、共振条件を満たしたときの等価回路図である。
【図６】図４の並列共振回路に供給される高周波電圧の周波数ｆに対する、並列共振回路のインピーダンスＺと、電極部で消費される電力の変化を共振周波数との関係で示す図である。
【図７】反応ガスに空気を使用しプラズマ照射によるガラス表面の改質実験を行った結果を示す図である。
【図８】本発明の表面処理装置の他の実施形態である電極部の断面図である。
【符号の説明】
１　　　　電極部
２　　　　平板電極
３　　　　固体誘電体
４　　　　冷却液供給パイプ
５　　　　被処理基板
６　　　　放電面
７　　　　搬送用ローラ
８、１７　電極部カバー
９、１８　キャビテイ
１０　　　ガス導入口
１１　　　ガス噴射口
１２　　　高周波発振機
１３　　　昇圧トランス
１４　　　並列共振回路
１５　　　ＰＬＬ回路
１９　　　ガス導入管
２０　　　ガス排出管
２１　　　隔壁
２２　　　排気用ブロアー
２３　　　高周波電力供給装置
【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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