(57)【要約】  【課題】  電極の曲げ剛性を高め、均一な流通断面積のガス通路を確保できるプラズマ処理装置を提供する。  【解決手段】  対をなす長尺電極１０Ａ，１０Ｂ間に電界が印加され、その間のガス通路１８を通る被プラズマガスがプラズマ化される。電極１０Ａ，１０Ｂは断面形状が台形をなし、ガス通路１８を形成する傾斜面１１から離れた頂角部１５を有している。対をなす電極１０Ａ，１０Ｂともう一対の電極１０Ａ’，１０Ｂ’からなる電極群１０は、全体として断面長方形をなしている。【選択図】  図２
2005136204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対をなす長尺電極が長手方向と直交する方向に並べられ、これら電極の第１平面同士が互いに平行をなして対向することにより、これら第１平面間にガス通路としての隙間が形成され、これら電極間に印加される電界により、上記ガス通路を流れる被プラズマガスをプラズマ化する装置において、
上記電極のうち少なくとも一方は、断面形状が略多角形をなし、上記第１平面に加えて第２，第３平面を有し、これら第２，第３平面と上記第１平面とが鋭角をなし、第２，第３平面の交差により、第１平面から離れた頂角部が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
上記第２平面と第３平面が直角をなし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】
上記電極の断面形状がさらに第４平面を有して略台形をなし、第２，第４平面が互いに平行をなし、第３平面が第１平面から離れて対峙するとともに第２、第４平面と直角に交わり、第１平面が第２，第４平面と傾斜して交わることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
上記電極の断面形状が略三角形をなしていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
上記対をなす電極の両方が、上記第１〜第３平面を有するとともに上記頂角部を有して台形ないしは三角形をなし、これら電極の第２平面同士が互いに平行をなすとともに第３平面同士も互いに平行をなすとともに、これら電極の全体の断面形状が略方形をなすことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
上記対をなす電極が複数対配置され、対をなす電極の一方が、電界印加手段に接続された電界印加電極となり、他方が接地電極となり、電界印加電極どうしまたは接地電極どうしの第３平面が互いに平行に対向することにより、これら第３平面間に、ソースガスが通るガス通路としての隙間が形成され、これら電極群全体の断面形状が略方形をなしていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマＣＶＤなどの表面処理を行なうプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載のプラズマ処理装置は一対の電極を備えている。これら電極は長尺で水平に延びており断面長方形をなしている。これら電極は長手方向と直交する方向に近接して並べられ、これら電極の垂直をなす平面間にガス通路としての隙間が形成されている。そして、電極間に印加される電界により、上記ガス通路を流れる被プラズマガスをプラズマ化するようになっている。プラズマ化されたガスは、電極の下方において電極の並び方向に搬送される被処理物に向けて吹き出し、この被処理物を広い面にわたって表面処理する。
【特許文献１】特開２００３−１７３８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記公報のプラズマ処理装置では、対をなす電極同士が電界印加時に互いに引き付け合う方向のクーロン力を受ける。また、放電により放電面が加熱される。この際、長尺の電極の両端はスペーサ等を介在させることにより固定されているため、中央部が近づくように湾曲する。すると、ガス通路の流通断面積（電極の単位長さ当たりの流通断面積）が両端より中央部で狭くなってしまう。近年、表面処理の面積が増大する傾向にあり、これに伴い電極を長くすることが求められているが、電極を長くすると、上記湾曲による流通断面積の不均一が無視できないレベルとなり、その結果、プラズマ化した被プラズマガスの吹き出し量が均一でなくなり、均一な表面処理ができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、対をなす長尺電極が長手方向と直交する方向に並べられ、これら電極の第１平面同士が互いに平行をなして対向することにより、これら第１平面間にガス通路としての隙間が形成され、これら電極間に印加される電界により、上記ガス通路を流れる被プラズマガスをプラズマ化する装置において、
上記電極のうち少なくとも一方は、断面形状が略多角形をなし、上記第１平面に加えて第２，第３平面を有し、これら第２，第３平面と上記第１平面とが鋭角をなし、第２，第３平面の交差により、第１平面から離れた頂角部が形成されていることを特徴とする。
【０００５】
上記構成によれば、電界印加時に、ガス通路を形成する第１平面とほぼ直交する方向のクーロン力に伴って曲げモーメントが働くが、上記断面形状の電極は曲げ剛性が高いので、湾曲を抑制することができる。その結果、電極を長くしても、電極の全長にわたって被プラズマガスの均等供給を図ることができ、ひいては均一な表面処理を行なうことができる。
【０００６】
好ましくは、上記第２平面と第３平面が直角をなしている。これによれば、電極を保持する手段の構成が簡易になり、電極の保持がし易くなる。この保持手段の直交する保持面で電極の第２平面、第３平面を保持することができるからである。
【０００７】
好ましくは、上記電極の断面形状がさらに第４平面を有して略台形をなし、第２，第４平面が互いに平行をなし、第３平面が第１平面から離れて対峙するとともに第２、第４平面と直角に交わり、第１平面が第２，第４平面と傾斜して交わる。これによれば、保持手段は互いに平行をなす保持面とこれら保持面と直交する保持面で電極を確実かつ簡易に保持することができる。
【０００８】
電極の断面形状は略三角形をなしていてもよい。これによれば、小さな断面積で大きな曲げ剛性が得られる。
【０００９】
好ましくは、上記対をなす電極の両方が、上記第１〜第３平面を有するとともに上記頂角部を有して台形ないしは三角形をなし、これら電極の第２平面同士が互いに平行をなすとともに第３平面同士も互いに平行をなすとともに、これら電極の全体の断面形状が略方形をなす。これによれば、対をなす電極を収容保持する収容スペースの断面形状を略方形にすることができ、保持手段を簡易な構造とすることができる。
【００１０】
プラズマ処理装置が成膜を行なう場合には、上記対をなす電極が複数対配置され、対をなす電極の一方が、電界印加手段に接続された電界印加電極となり、他方が接地電極となり、電界印加電極どうしまたは接地電極どうしの第３平面が互いに平行に対向することにより、これら第３平面間に、ソースガスが通るガス通路としての隙間が形成され、これら電極群全体の断面形状が略方形をなしている。これによれば、電極群を収容保持する収容スペースの断面形状を略方形にすることができ、保持手段を簡易な構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電極の曲げ剛性を高めることにより、電極を長くしても全長にわたって被プラズマガスの均等供給を図ることができ、ひいては均一な表面処理を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る常圧プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）を示したものである。常圧プラズマＣＶＤ装置は、例えばシリコンウェハーなどの薄板状ワーク（被処理物、図示しない）の上面にアモルファスシリコンなどを常圧下で気相成長させ成膜するものであり、架台（図示せず）に支持されたノズルヘッド１を備えている。
【００１３】
ノズルヘッド１は、図１の紙面と直交する方向に水平に延びる４本の長尺の電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ’，１０Ｂ’からなる電極群１０と、この電極群１０を収容保持するホルダ２０（保持手段）と、ホルダ２０を収容保持するケーシング３０とを備えている。
【００１４】
電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ’，１０Ｂ’は、その長手方向と直交する方向に水平に並べられている。左側の２本の電極１０Ａ，１０Ｂが対をなし、同様に右側の２本の電極１０Ａ’，１０Ｂ’が対をなしている。
【００１５】
図３に示すように、中央の２本の電極１０Ａ，１０Ａ’には、電源３からの給電線３ａが接続されている。これによって、中央の２つの電極１０Ａ，１０Ａ’は、電界印加電極となっている。上記搬送方向の両端に位置する２つの電極１０Ｂ，１０Ｂ’には、接地線３ｂが接続されていて接地電極となっている。
【００１６】
図２に最も良く示すように、電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ’，１０Ｂ’は同一断面形状で台形（多角形）をなし、幅の広い水平面１２（第２平面）と、幅の狭い水平面１４（第４平面）と、垂直面１３（第３平面）と傾斜面１１（第１平面）とを有している。  水平面１２と垂直面１３は傾斜面１１に対して鋭角をなしており、この水平面１２と垂直面１３との交差により、頂角部１５が形成されている。
【００１７】
左側の対をなす電極１０Ａ，１０Ｂの配置状態について詳述する。電極１０Ａ，１０Ｂは点対称をなすように配置されており、傾斜面１１同士が互いに平行をなし所定間隔をおいて対向している。この傾斜面１１間の隙間が被プラズマガスのためのガス通路１８となり、電源３からの電極１０Ａへのパルス電圧供給で電界が印加され、プラズマ化空間となる。
【００１８】
電極１０Ａの上側の水平面１２と電極１０Ｂの水平面１４は同一高さで同一平面上に配置され、同様に電極１０Ａの下側の水平面１４と電極１０Ｂの水平面１２も同一高さで同一平面上に配置されている。これにより、対をなす電極１０Ａ，１０Ｂは、全体として断面形状が長方形（方形）をなす。  右側の対をなす電極１０Ａ’，１０Ｂ’も同様に配置されることにより、傾斜面１１間にガス通路１８が形成され、全体として断面形状が長方形をなす。
【００１９】
中央の２本の電界印加電極１０Ａ，１０Ａ’は左右対称をなして配置されており、その垂直面１３同士が互いに平行をなして所定間隔で対向することにより、ソースガスのためのガス通路１９が形成されている。全ての電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ’，１０Ｂ’の上側の水平面１２，１４は同一平面上にあり、下側の水平面１２，１４も同一平面上にあるため、電極群１０全体の断面形状は扁平な長方形をなす。
【００２０】
なお、詳細な図示は省略するが、各電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ’，１０Ｂ’の傾斜面１１，水平面１２，１４には、固体誘電体層が例えば溶射にて被膜されている。
【００２１】
図１，図３に示すように、電極群１０を収容保持するホルダ２０は、底板２１と天板２２と一対の側板２３と一対の端板２４とで構成され、内部に直方体形状（断面長方形）の収容空間２９を有している。底板２２と天板２３と側板２４はセラミック（絶縁材料）からなり、端板２５は樹脂（絶縁材料）からなる。
【００２２】
上記収容空間２９に前述した電極群１０ががたつきなく収容されるようになっている。すなわち、電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ’，１０Ｂ’の下側の水平面１２，１４が底板２１の水平な上面（保持面）に絶縁材料からなるパッキン３１を介して保持され、下側の水平面１２，１４が天板２２の水平な下面（保持面）に接して保持され、両側の電極１０Ｂ，１０Ｂ’の垂直面１３が側板２３の垂直をなす内側面（保持面）に接して保持され、電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ’，１０Ｂ’の両端面が端板２４に保持されている。
【００２３】
図３に示すように、電極１０Ａ，１０Ｂの両端においてその傾斜面１１間には絶縁材料からなる板状のスペーサ２７が介在されており、その間隔（ガス通路１８の間隔）が保持されるようになっている。同様に、電極１０Ａ’，１０Ｂ’の両端においてその傾斜面１１間に絶縁材料からなる板状のスペーサ２７が介在されており、その間隔（ガス通路１８の間隔）が保持されるようになっている。さらに電極１０Ａ，１０Ａ’の両端においてその垂直面１３間にも板状のスペーサ２７が介在されており、その間隔（ガス通路１９の間隔）が保持されるようになっている。上記スペーサ２７は端板２４に保持されている。
【００２４】
上記絶縁性ホルダ２０は、下部が開口した金属製のケーシング３０により囲われている。なお、ホルダ２０の天板２２とケーシング３０の上壁との間には、絶縁材料からなるパッキン３２が介在されている。
【００２５】
上記ホルダ２０の底板２１，天板２２およびケーシング３０の上壁には、上記電極群１０の２つのガス通路１８に連なるガス通路２１ａ，２２ａ，３０ａが形成されている。同様に、ホルダ２０の底板２１，天板２２およびケーシング３０の上壁には、上記電極群１０の中央のガス通路１９に連なるガス通路２１ｂ，２２ｂ，３０ｂが形成されている。これらガス通路２１ａ，２２ａ，３０ａ，２１ｂ，２２ｂ，３０ｂは、電極群１０の長手方向に延びるスリット形状をなしている。また、パッキン３１，３２にも電極群１０の長手方向に延びるスリットが形成されている。上記底板２１の２つのガス通路２１ａは、電極群１０のガス通路１８と反対方向に傾いており、その下端（被プラズマガスの吹き出し口）が、ガス通路２１ｂとの適宜間隔を確保するようになっている。
【００２６】
常圧プラズマＣＶＤ装置は、さらにソースガス供給源，被プラズマガス供給源（いずれも図示せず）を備えている。
上記ソースガス供給源は、シリコンソースとドーパンソースとキャリアガスを混合したソースガスを供給するようになっている。シリコンソースとしては、例えばＴＭＯＳ、ＴＥＯＳ、ＭＴＭＯＳなどのアルコキシ化合物、ＨＭＤＳＯ、ＴＭＣＴＳなどのシロキサン化合物などが用いられる。ドーパンソースとしては、例えばＴＥＯＰ、ＴＭＯＰなどのリン酸エステル、ＴＭＰ、ＴＥＰなどの亜リン酸エステル、ＴＥＢ、ＴＭＢなどのアルキルボレート、ＴＭＧｅ、ＴＥＧｅなどのアルコキシゲルマニウムなどが用いられる。キャリアガスとしては、例えばＯ２、Ｎ２、Ｎ２Ｏが用いられる。
被プラズマガス供給源は、例えばＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＮＯ、Ｈ２Ｏ、Ｏ３の何れか１つ、またはこれらの中から複数選んで混合したものを被プラズマガスとして供給するようになっている。
【００２７】
上記構成の常圧プラズマＣＶＤ装置の動作を説明する。ワークは、搬送手段により水平状態を保ちながら電極群１０の並び方向に（例えば左から右方向に）、ノズルヘッド１の下方を通過する。勿論、ワークを固定してヘッドを移動させてもよい。
被プラズマガス供給源からの被プラズマガスは、ガス通路３０ａ，２２ａを経て電極１０Ａ，１０Ｂ間のガス通路１８および電極１０Ａ’，１０Ｂ’間のガス通路１８に導入される。
【００２８】
また、パルス電源３からのパルス電圧が、電極１０Ａ，１０Ｂ間および電極電極１０Ａ’，１０Ｂ’に印加される。これによって、電極１０Ａ，１０Ｂ間および電極１０Ａ’，１０Ｂ’にパルス電界が発生してグロー放電が起き、被プラズマガスがプラズマ化（励起、活性化）される。プラズマ化した被プラズマガスは、ガス通路２１ａから下方へ吹出される。被プラズマガスは、膜の原料を含んでいないので、プラズマ化しても電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ’，１０Ｂ’の傾斜面１１に付着することはない。
【００２９】
被プラズマガスの流通と同時に、ソースガス供給源からのソースガスが、ガス通路３０ｂ，２２ｂを通って電極１０Ａ，１０Ａ’間のガス通路１９に導入される。このガス通路１９では電界が印加されないため、ソースガスは、プラズマ化されることなくそのまま通過する。したがって、電極１０Ａ，１０Ａ’の垂直面１３に膜が付着することはない。そして、ソースガスは、ガス通路２１ｂから下方へ吹出される。
【００３０】
中央の通路２１ｂから吹出されたソースガスは、ノズルヘッド１とワークとの間を前後２手に分かれて流れる。そして、搬送方向前後のガス通路２１ａからのプラズマ化された被プラズマガスと接触する。これにより、ソースガスの反応が起き、ワークに膜を形成することができる。
【００３１】
上述のように対をなす電極１０Ａ，１０Ｂ間に電界が印加されている時に、電極１０Ａ，１０Ｂはクーロン力により互いに引き付け合うが、電極１０Ａ，１０Ｂの両端間の間隔がスペーサ１７で維持されているので、その中央部が湾曲するような曲げモーメントが生じる。しかし、本実施形態では、電極１０Ａ，１０Ｂの断面形状が台形をなし、ガス通路１８を形成する傾斜面１１から離れた頂角部１５を有しているため曲げ剛性が高く、中央部の湾曲を抑制することができる。その結果、ガス通路１８の中央部（電極長手方向の中央部）の流通断面積が減少するのを回避でき、ガス流の均一性を確実に維持でき、ひいてはワークの膜厚を確実に均一にすることができる。
電極の長さ１０００ｍｍ、パルス電圧±７．５ＫＶ、放電時の電極温度３５０℃の条件で、電極のたわみ量を０．０５ｍｍ以下にすることができた。
本実施形態は、ガス通路１８が傾斜することによりガス流れ方向の距離が長くなるため、プラズマ化をより一層効率良く行なえるという利点も有している。
【００３２】
図４は本発明の他の実施形態を示す。図において第１実施形態に対応する構成部には同番号を付す。本実施形態の電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ’，１０Ｂ’は全て同一断面形状で直角三角形をなす。電極群１０の全体形状は長方形をなしている。他の構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
本発明において、対をなす電極の両方が本発明の特徴となる断面形状を有することが好ましいが、一方だけでも流通断面積の不均等を抑制でき、本発明の効果が得られる。
本発明のプラズマ処理装置は、成膜を行なわずエッチングを行うものであってもよい。この場合、ソースガスのためのガス通路は不要であり、電極は一対だけでもよい。
上記電極の角部（頂角部を含む）は、アークを防止するためにアール（丸み）を付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る常圧プラズマＣＶＤ装置のノズルヘッドの縦断面図である。
【図２】同電極群の拡大縦断面図である。
【図３】同ノズルヘッドの電極群とホルダを示す平断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す電極群の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
３  電源
１０  電極群
１０Ａ，１０Ａ’  電界印加電極
１０Ｂ，１０Ｂ’  接地電極
１１  傾斜面（第１平面）
１２  幅の広い水平面（第２平面）
１３  垂直面（第３平面）
１４  幅の狭い水平面（第４平面）
１５  頂角部
１８  被プラズマガスのガス通路
１９  ソースガスのガス通路
【図１】
2005136204.tif 000003
【図２】
2005136204.tif 000004
【図３】
2005136204.tif 000005
【図４】
2005136204.tif 000006