(57)【要約】【課題】  ステージに吸着溝があってもプラズマ表面処理の均一性を確保する。【解決手段】  電極１０の下方に、真空チャックステージ２０を設ける。ステージ２０は、接地導体のステージ本体２１と、その上面の誘電部材２２とで構成する。誘電部材２２に基材Ｗを吸着する吸着溝２０ａを設ける。ステージ２０における吸着溝２０ａでない部分と吸着溝２０ａの部分とが単位面積あたり略等しい静電容量になるように、誘電部材２２の誘電率及び厚さ並びに吸着溝２０ａの深さを設定する。【選択図】  図１
2005332670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を略常圧のプラズマ化空間の内部に配置してプラズマ表面処理を行なう装置であって
、
１の電極と、
前記電極と対向するように配置され、その表側面に基材が設置されるべきステージと、
を備え、
前記ステージが、前記電極と協動して前記プラズマ化空間を形成する他の電極として提
供されるように導体にて構成されたステージ本体と、このステージ本体の表側に設けられ
た誘電体からなる誘電部材とを有し、
前記誘電部材には、表側に開口するとともに吸引手段に接続された吸着溝が設けられ、
吸着溝でない部分と吸着溝の部分とが単位面積あたり略等しい静電容量を有するように、
誘電部材の誘電率及び厚さ並びに吸着溝の深さが設定されていることを特徴とする常圧プ
ラズマ表面処理装置。
【請求項２】
前記ステージ本体の吸着溝に対応する部分が、対応しない部分より突出する一方、前記誘
電部材の表側面よりは引っ込んだ凸部になっており、
前記誘電部材には、厚さ方向に貫通するとともに前記凸部の挿入された貫通溝が形成さ
れ、この貫通溝において前記凸部より表側に空間として残った部分が、前記凸部の突出端
面を底面とする吸着溝となっており、
前記吸着溝の深さをｄ、吸着溝内の気体の比誘電率をε１とし、前記誘電部材の厚さを
ｔ、比誘電率をε２とすると、
ε１／ｄ≒ε２／ｔ
であることを特徴とする請求項１に記載の常圧プラズマ表面処理装置。
【請求項３】
基材を略常圧のプラズマ化空間の内部に配置してプラズマ表面処理を行なう装置であって
、
１の電極と、
前記電極と対向するように配置され、その表側面に基材が設置されるべきステージと、
を備え、
前記ステージが、前記電極と協動して前記プラズマ化空間を形成する他の電極として提
供されるように導体にて構成されたステージ本体と、このステージ本体の表側に設けられ
た誘電体からなる誘電部材とを有し、
前記誘電部材には、表側に開口するとともに吸引手段に接続された吸着溝が設けられ、
吸着溝でない部分の単位面積あたりの静電容量が、吸着溝の部分の単位面積あたりの静電
容量以上になるように、誘電部材の誘電率及び厚さ並びに吸着溝の深さが設定されている
ことを特徴とする常圧プラズマ表面処理装置。
【請求項４】
前記ステージ本体の吸着溝に対応する部分が、対応しない部分より突出する一方、前記誘
電部材の表側面よりは引っ込んだ凸部になっており、
前記誘電部材には、厚さ方向に貫通するとともに前記凸部の挿入された貫通溝が形成され
、この貫通溝において前記凸部より表側に空間として残った部分が、前記凸部の突出端面
を底面とする吸着溝となっており、
前記吸着溝の深さをｄ、吸着溝内の気体の比誘電率をε１とし、前記誘電部材の厚さを
ｔ、比誘電率をε２とすると、
ε１／ｄ≦ε２／ｔ
であることを特徴とする請求項３に記載の常圧プラズマ表面処理装置。
【請求項５】
基材を略常圧のプラズマ化空間の内部に配置してプラズマ表面処理を行なう装置であって
、
１の電極と、
前記電極と対向するように配置され、その表側面に基材が設置されるべきステージと、
を備え、
前記ステージが、前記電極と協動して前記プラズマ化空間を形成する他の電極として提
供されるように導体にて構成されたステージ本体と、このステージ本体の表側に設けられ
た誘電体からなる誘電部材とを有し、
前記誘電部材には、表側に開口するとともに吸引手段に接続された吸着溝が設けられ、
前記ステージ本体の吸着溝に対応する部分が、対応しない部分より突出する一方、前記誘
電部材の表側面よりは引っ込んだ凸部になっていることを特徴とする常圧プラズマ表面処
理装置。
【請求項６】
前記誘電部材には、厚さ方向に貫通するとともに前記凸部の挿入された貫通溝が形成され
、この貫通溝において前記凸部より表側に空間として残った部分が、前記凸部の突出端面
を底面とする吸着溝となっていることを特徴とする請求項５に記載の常圧プラズマ表面処
理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基材を略常圧のプラズマ化空間の内部に配置してプラズマ表面処理を行な
う装置に関し、特に、真空チャック式のステージにて基材を吸着、固定して処理を行なう
装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の装置では、アース電極が、基材をセットするステージを兼ねている。
ステージは、真空チャック式になっている。すなわち、ステージの表面には、吸着溝が形
成されている。この吸着溝を塞ぐようにして、ステージ上に基材が載置され、吸着溝が吸
引される。これにより、基材がステージに吸着される。この状態で、ホット電極とステー
ジ間にプロセスガスが導入されるとともにプラズマ電界が印加され、基材のプラズマ表面
処理が行われる。
【特許文献１】特開２００４−５７９１３号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構造では、ステージの吸着溝でない部分と吸着溝の部分とで、ホット電極との距離
が異なり、単位面積あたりの静電容量に差が生じる。このため、電界強度に差が出来、表
面処理が不均一になってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題点を解決するため、本発明は、基材を略常圧（大気圧近傍の圧力）のプラズマ
化空間の内部に配置してプラズマ表面処理を行なう装置であって、１の電極と、前記電極
と対向するように配置され、その表側面（前記電極と対向する側の面）に基材が設置され
るべきステージと、を備え、前記ステージが、前記電極と協動して前記プラズマ化空間を
形成する他の電極として提供されるように導体にて構成されたステージ本体と、このステ
ージ本体の表側に設けられた誘電体からなる誘電部材とを有し、前記誘電部材には、表側
に開口するとともに吸引手段に接続された吸着溝が設けられ、吸着溝でない部分と吸着溝
の部分とが単位面積あたり略等しい静電容量を有するように、誘電部材の誘電率及び厚さ
並びに吸着溝の深さが設定されていることを特徴とする。或いは、処理時には吸着溝で放
電が起き、そこのインピーダンスが低下するのを考慮し、吸着溝でない部分の単位面積あ
たりの静電容量が、吸着溝の部分の単位面積あたりの静電容量以上になるように、誘電部
材の誘電率及び厚さ並びに吸着溝の深さが設定されていることを特徴とする。
これによって、プラズマ化空間における吸着溝以外の部分に対応する箇所の電界強度と
吸着溝に対応する箇所の電界強度の差を緩和ないしは解消でき、表面処理の均一性を高め
ることができる。
【０００５】
誘電部材に有底の溝を設け、これを前記吸着溝としてもよい。この場合、誘電部材にお
ける吸着溝の底面を構成する部分と吸着溝でない部分とが、一体に構成されていてもよく
、互いに誘電率の異なる別部材にて構成されていてもよい。
【０００６】
前記ステージ本体の吸着溝に対応する部分が、対応しない部分より突出する一方、前記
誘電部材の表側面よりは引っ込んだ凸部になっており、前記誘電部材には、厚さ方向に貫
通するとともに前記凸部の挿入された貫通溝が形成され、この貫通溝において前記凸部よ
り表側に空間として残った部分が、前記凸部の突出端面を底面とする吸着溝となっていて
もよい。この場合、誘電部材は、ステージの吸着溝でない部分にだけ設けられることにな
る。この誘電部材と吸着溝の内部空間とが誘電体として互いに略等価になるように、誘電
部材の誘電率及び厚さ並びに吸着溝の深さが設定されていることが望ましい。すなわち、
前記吸着溝の深さをｄ、吸着溝内の気体の比誘電率をε１とし、前記誘電部材の厚さをｔ
、比誘電率をε２とすると、
ε１／ｄ≒ε２／ｔ
であることが望ましい。或いは、吸着溝での放電時のインピーダンス低下を考慮し、
ε１／ｄ≦ε２／ｔ
であることが望ましい。
【０００７】
また、本発明は、基材を略常圧のプラズマ化空間の内部に配置してプラズマ表面処理を
行なう装置であって、１の電極と、前記電極と対向するように配置され、その表側面に基
材が設置されるべきステージと、を備え、前記ステージが、前記電極と協動して前記プラ
ズマ化空間を形成する他の電極として提供されるように導体にて構成されたステージ本体
と、このステージ本体の表側を覆う誘電体からなる誘電部材とを有し、前記誘電部材には
、表側に開口するとともに吸引手段に接続された吸着溝が設けられ、前記ステージ本体の
吸着溝に対応する部分が、対応しない部分より突出する一方、前記誘電部材の表側面より
引っ込んだ凸部になっていることを特徴とする。これにより、吸着溝でない部分と吸着溝
の部分とが単位面積あたり略等しい静電容量になるようにすることができる。或いは、吸
着溝でない部分が、吸着溝の部分より単位面積あたりの静電容量が大きくなるようにする
ことができる。ひいては、表面処理の均一性を改善することができる。前記誘電部材には
、厚さ方向に貫通するとともに前記凸部の挿入された貫通溝が形成され、この貫通溝にお
いて前記凸部より表側に空間として残った部分が、前記凸部の突出端面を底面とする吸着
溝となっていることが望ましい。
【０００８】
前記１の電極が、電界印加手段に接続されて電界印加電極（ホット電極）を構成する一
方、前記ステージ本体が電気的に接地されることにより、前記ステージが、接地電極（ア
ース電極）を構成していることが望ましい。
【０００９】
なお、本発明における略常圧（大気圧近傍の圧力）とは、１．０１３×１０4〜５０．
６６３×１０4Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、
好ましくは、１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａであり、より好ましくは、９
．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステージの吸着溝でない部分に対応する箇所の電界強度と吸着溝に対
応する箇所の電界強度の差を緩和ないしは解消でき、表面処理の均一性を改善することが
できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を説明する。
図１に示すように、常圧プラズマ表面処理装置Ｍは、処理部１と、プロセスガス源２と
、電源３を備えている。
プロセスガス源２には、処理内容に応じた１又は複数の成分からなるプロセスガスが貯
えられている。複数成分からなる場合は、混合状態で貯えられていてもよく、別々に貯え
られ、適量ずつ混合するようになっていてもよい。液相で貯え、適量ずつ気化するように
なっていてもよい。
【００１２】
電源３は、例えばパルス状の高周波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、後記プラズマ化空間１ａでの電界強
度は１０〜１０００ｋＶ／ｃｍ、周波数は０．５ｋＨｚ以上であることが望ましい。なお
、出力電圧は、間欠的なパルスに代えて、正弦波等の連続波であってもよい。
【００１３】
処理部１は、電界印加電極１０（１の電極）と、処理すべき基材Ｗ用の真空チャックス
テージ２０を備えている。電極１０は、平板状の導電体にて構成され、ステージ２０の上
方に配置されている。図示は省略するが、電極１０のステージ１０側を向く下面には、固
体誘電体が設けられている。電極１０に電源３が接続されている。
【００１４】
真空チャックステージ２０は、ステージ本体２１と、このステージ本体２１の上面（表
側の面）に設けられた誘電部材２２とを備えている。ステージ本体２１は、アルミニウム
やステンレス等の導電体にて構成され、電気的に接地されている。これによって、ステー
ジ２０は、電界印加電極１０と対向する接地電極（他の電極）を兼ねている。電源３から
電界印加電極１０への電圧供給によって、電極１０とステージ２０の間がプラズマ化空間
１ａとなる。
【００１５】
ステージ本体２１の上面には、複数の凸部２１ａが設けられている。図２に示すように
、凸部２１ａは、各々前後に延びるとともに互いに左右に一定間隔で並べられている。凸
部２１ａの上面は、平坦になっている。図１に示すように、ステージ本体２１には、各凸
部２１ａの上面前端部から下面に延びる吸引孔２０ｂが開穿されている。吸引孔２０ｂの
下端部から吸引管４ａが延出されている。吸引管４ａは、吸引ポンプ４（吸引手段）に接
続されている。
【００１６】
誘電部材２２は、アルミナや石英等の誘電体にて構成され、板状をなしている。図３に
示すように、誘電部材２２の厚さは、ステージ本体２１の凸部２１ａの突出高さより大き
い。誘電部材２２には、上下厚さ方向に貫通する複数の貫通溝２２ａが形成されている。
図２に示すように、貫通溝２２ａは、各々前後に延びるとともに互いに左右に一定間隔で
並べられている。
【００１７】
図１及び図２に示すように、誘電部材２２は、ステージ本体２１の凸部２１ａ以外の上
面に被せられている。図３に最も良く図示されているように、誘電部材２２の貫通溝２２
ａにステージ本体２１の凸部２１ａが挿入されている。凸部２１ａの上面（突出端面）は
、誘電部材２２の上面（表側面）より下に引っ込んでいる。これによって、貫通溝２２ａ
において凸部２１ａより上側に空間として残された部分が、吸着溝２０ａになっている。
すなわち、誘電部材２２の貫通溝２２ａとステージ本体２１の凸部２１ａとにより、吸着
溝２０ａが画成されている。凸部２１ａの上面が、吸着溝２０ａの底面となっている。吸
着溝２０ａは、吸引孔２０ｂ及び吸引管４ａを介して吸引ポンプ４に接続されている。
【００１８】
ステージ２０の吸着溝２０ａでない部分（ステージ本体２１が誘電部材２２で覆われて
いる部分）と、吸着溝２０ａの部分（ステージ本体２１が誘電部材２２の貫通溝２２ａ内
に露出されている部分）とは、単位面積あたりの静電容量が互いに略等しくなるように構
成されている。言い換えると、誘電部材２２と吸着溝２０ａの内部空間とが、誘電体とし
て互いに略等価になるように構成されている。
【００１９】
すなわち、吸着溝２０ａの深さをｄ、吸着溝２０ａ内の気体の比誘電率をε１とし、誘
電部材２２の厚さをｔ、比誘電率をε２とすると、
ε１／ｄ＝ε２／ｔ  （式１）
が成立するように、誘電部材２２の誘電率及び厚さ並びに吸着溝２０ａの深さが設定され
ている。なお、吸着溝２０ａ内の気体は、一般に空気等であり、比誘電率は、ε１＝１と
考えることができる。したがって、例えば、吸着溝２０ａの深さが、ｄ＝０．３ｍｍ、誘
電部材２２の比誘電率が、ε２＝１０とすると、誘電部材２２の厚さは、上記式１を満た
すように、ｔ＝３ｍｍになっている。
【００２０】
上記構成のプラズマ表面処理装置による表面処理方法を説明する。
処理すべき基材Ｗを真空チャックステージ２０の上面に載置する。これによって、吸着
溝２０ａの上部開口が基材Ｗで塞がれる。次に、吸引ポンプ４を駆動する。これによって
、吸着溝２０ａ内が真空吸引され、基材Ｗがステージ２０に吸着される。続いて、プロセ
スガス源２のプロセスガスを、電極１０とステージ２０間の空間１ａに導入する。併行し
て、電源３から電極１０に電圧を供給する。これにより、空間１ａにプラズマ電界が印加
されて常圧グロー放電が起き、プロセスガスがプラズマ化される。このプラズマ化された
プロセスガスが基材Ｗに当たることにより、基材Ｗのプラズマ表面処理が行われる。
【００２１】
本装置では、上記式１が成立するように構成されているので、電極１０とステージ２０
間の空間１ａにおける吸着溝２０ａでない部分に対応する領域と吸着溝２０ａに対応する
領域の電界強度差を小さくすることができる。これによって、基材Ｗのプラズマ曝露量を
均一化することができ、ひいては、表面処理の均一性を高めることができる。
【００２２】
ところで、処理時には吸着溝２０ａ内でも放電が立ち、そこのインピーダンスが低下す
ることがある。すると、空間１ａにおける吸着溝２０ａに対応する部分のプラズマ量が増
える。そこで、吸着溝２０ａでない部分が、吸着溝２０ａの部分より単位面積あたりの静
電容量が大きくなるように、誘電部材２２の誘電率及び厚さ並びに吸着溝２０ａの深さが
設定されていてもよい。すなわち、
ε１／ｄ＜ε２／ｔ  （式２）
が成立するように、誘電部材２２の誘電率及び厚さ並びに吸着溝２０ａの深さが設定され
ていてもよい。例えば、ｄ＝０．３ｍｍ、ε１＝１、ε２＝１０とすると、０＜ｔ＜３ｍ
ｍの範囲で誘電部材２２の厚さｔを設定する。これによって、表面処理の均一性を改善す
ることができる。
【００２３】
なお、式２が成立するように設定する場合でも、なるべく、式１すなわちε１／ｄ＝ε
２／ｔに近くなるように設定するのが望ましい。
【００２４】
一方、ε１／ｄ＞ε２／ｔにすると、吸着溝２０ａでない部分に対応する領域の電界強
度が、吸着溝２０ａの部分に対応する領域より小さくなってしまい、吸着溝２０ａ内で放
電が立った場合にはその差がさらに大きくなるので、望ましくない。
【００２５】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変をなすことができる。
図４に示すように、誘電部材２２には、貫通溝に代えて有底の溝を設け、これを吸着溝
２０ａとしてもよい。誘電部材２２の吸着溝２０ａの底面構成部２２ｂの裏側には、逆さ
溝２２ｃが形成され、これにステージ本体２１の凸部２１ａが挿入されている。
図４の変形態様では、誘電部材２２における吸着溝２０ａでない部分と吸着溝２０ａの
底面構成部２２ｂとが、一体に構成されているが、図５に示すように、これら部分を互い
に別部材２２ｘ，２２ｙにて構成してもよい。図５の変形態様では、ステージ本体２１の
上面が平坦であり凸部２１ａが形成されていなくても、各部材２２ｘ，２２ｙの誘電率や
厚さを適宜設定することにより、式１又は式２が満たされるようにすることができる。勿
論、図５態様においても、ステージ本体２１の吸着溝２０ａに対応する部分に凸部２１ａ
を形成し、その上に吸着溝２０ａの底面を構成する誘電部材２２ｙを設けることにしても
よい。
【００２６】
ステージが、電極の上側に対向配置されていてもよい。
ステージが、電源に接続されて電界印加電極となり、これと対向する電極が、接地され
て接地電極を構成していてもよい。
電極１０とステージ２０の一方が、他方に対し水平に相対移動し、基材Ｗをスキャンし
つつプラズマ表面処理を行なうようにしてもよい。
本発明は、有機物除去、表面自由エネルギー制御（親水化、撥水化）、表面平坦性制御
、洗浄、エッチング、成膜、表面改質、アッシング等の種々のプラズマ処理に遍く適用で
きる。
【実施例１】
【００２７】
実施例を説明する。本発明が、当該実施例に限定されないことは当然である。
図１〜図３に示す装置を用いた。基材Ｗは、厚さ０．７ｍｍのガラス（コーニング１７
３７）とした。プロセスガスとしてＮ２とＯ２の混合ガスを使用した。Ｏ２の濃度は、３
％とした。（なお、Ｏ２濃度は、０．１〜１００％の範囲で選択可能である。）電極１０
として、表面を厚さ１ｍｍのアルミナでコーティングしたステンレス電極を使用した。プ
ラズマ化空間１ａの厚さは、２ｍｍとした。ステージ本体２１の材質はアルミニウムとし
た。
誘電部材２２としては、厚さｔ＝２．５ｍｍのアルミナ（ε２＝１０）を用いた。吸着
溝２０ａの深さは、ｄ＝０．３ｍｍとした。これは、上記式２を満たす。
電極１０とステージ２０間に、Ｖｐｐ＝２０ｋＶ、周波数１００ｋＨｚのパルス電圧を
印加してプラズマを形成し、基材Ｗの有機物除去を行なった。処理時間は、基材Ｗへの有
機物の付着量に応じて数秒〜数分の範囲で調節した。
結果、基材Ｗの表面を、吸着溝２０ａに対応する箇所か否かに拘わらず、均一に処理す
ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、例えば、半導体製造工程における基材の洗浄、エッチング、成膜、有機物除
去、表面自由エネルギー制御（親水化、撥水化）、表面平坦性制御等の表面処理に利用可
能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る常圧プラズマ表面処理装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】上記装置の真空チャックステージの平面図である。
【図３】上記真空チャックステージの一部を拡大して示す正面断面図である。
【図４】真空チャックステージの変形例を示す部分断面図である。
【図５】真空チャックステージの他の変形例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ｍ  常圧プラズマ表面処理装置
Ｗ  基材
１  処理部
１ａ  プラズマ化空間
２  プロセスガス源
３  電源
４  吸引ポンプ（吸引手段）
４ａ  吸引管
１０  電界印加電極（１の電極）
２０  真空チャックステージ
２０ａ  吸着溝
２０ｂ  吸引孔
２１  ステージ本体
２１ａ  凸部
２２  誘電部材
２２ａ  貫通溝
【図１】
2005332670.tif 000003
【図２】
2005332670.tif 000004
【図３】
2005332670.tif 000005
【図４】
2005332670.tif 000006
【図５】
2005332670.tif 000007