(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面を処理するためのプラズマを噴出させるジェットプラズマ銃であって、
前記プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記基板と前記プラズマ生成部の間に配設され、前記プラズマ生成部に対向する第１の開口部と、前記基板に対向する第２の開口部を備えたプラズマノズルと、
前記プラズマノズルと前記基板との間に配される絶縁体であり、プラズマノズルを被覆し、前記第２の開口部に連通する通孔を有する障壁とを具備し、
前記プラズマは前記通孔と前記プラズマノズルを介して前記基板に到達することを特徴とするジェットプラズマ銃。
【請求項２】
前記第２の開口部は前記プラズマノズルの第１の表面に設けられ、前記障壁の第２の表面は前記第１の表面に対向し、前記第２の表面の面積は前記第１の表面の面積に等しくされ、前記通孔の最大径は大きくとも前記第２の開口部の最小径に実質的に等しいことを特徴とする請求項１記載のジェットプラズマ銃。
【請求項３】
前記プラズマは前記基板の表面の所定の粒子を除去し、前記基板の表面層を除去し、或いは前記基板の表面に堆積層を形成することを特徴とする請求項１記載のジェットプラズマ銃。
【請求項４】
前記障壁はセラミック材料若しくは水晶硝子であることを特徴とする請求項１記載のジェットプラズマ銃。
【請求項５】
基板の表面を処理するプラズマを提供するプラズマ装置であって、
その支持面に基板が載置される台座部と、
前記プラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部に対向する第１の開口部および前記台座部に対向する第２の開口部とを備え前記基板と前記プラズマ生成部の間に配設されるプラズマノズルと、前記プラズマノズルと前記基板との間に配される絶縁体であって、前記プラズマノズルを被覆し、前記第２の開口部に連通する通孔を有する障壁とを備え、前記プラズマが前記通孔と前記プラズマノズルを介して前記基板に到達するジェットプラズマ銃と、
前記台座部と前記プラズマノズルを受け、内部に前記ジェットプラズマ銃が固定され、前記台座部の支持面とは電気的に絶縁されている空洞部とを有することを特徴とするプラズマ装置。
【請求項６】
前記台座部はその一方の面が前記支持面として使用される絶縁層を有することを特徴とする請求項５記載のプラズマ装置。
【請求項７】
前記装置は大気圧雰囲気で前記プラズマを発生させ、該プラズマは前記基板の表面の所定の粒子を除去し、前記基板の表面層を除去し、或いは前記基板の表面に堆積層を形成することを特徴とする請求項５記載のプラズマ装置。
【請求項８】
前記第２の開口部は前記プラズマノズルの第１の表面に設けられ、前記障壁の第２の表面は前記第１の表面に対向し、前記第２の表面の面積は前記第１の表面の面積に等しくされ、前記通孔の最大径は大きくとも前記第２の開口部の最小径に実質的に等しいことを特徴とする請求項５記載のプラズマ装置。
【請求項９】
前記障壁はセラミック材料若しくは水晶硝子であることを特徴とする請求項５記載のプラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にジェットプラズマ銃及びそれを用いたプラズマ装置に関し、特にプラズマノズルを用いたジェットプラズマ銃とそれを用いたプラズマ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業が急速な成長を経験するにつれ、製造プロセスのための種々の方法や装置が提供され、使用されている。プラズマは表面の洗浄、表面エッチング、トレンチエッチング、薄膜体積、基板表面の表面組成変更などに使用することができる。プラズマ装置の例としては、プラズマクリーニング装置、プラズマ化学気相成長装置（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ反応性イオンエッチング装置（ＰＥＲＩＥ）、マイクロ波プラズマ酸化装置、マイクロ波プラズマ窒化装置、イオン化金属プラズマ堆積装置、スパッタリング装置がある。ジェットプラズマ銃は、前述のプラズマ装置で最も使用されており、高速でプラズマを噴出する環境を必要とする。高パルス繰返しレートプラズマ銃についても開示されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】米国特許  第５８６６８７１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマは電気的に中性な状態であるが、プラズマの雰囲気は異なる電位を持った粒子を含むものである。これら粒子の例としては、原子、ラジカル塩基、イオン、分子、分子状ラジカル塩基、極性分子、電子、フォトンが含まれる。基板の表面処理工程において、プラズマは基板の表面に同じ電気的特性の粒子を集める傾向にある。例えば、基板の表面近傍に電子の殆どがあるときに、負に帯電した粒子は基板に向かって動くように引きつけられ、正に帯電した粒子は反対方向に動くように引きつけられてプラズマ銃で集められる。  従って、プラズマ銃と基板の表面の間にバイアス電圧が形成される。もし基板とプラズマ銃の間の距離が極めて小さく、プラズマ銃が高圧のプラズマ（例えば、大気圧雰囲気中でプラズマによる表面処理の間）を提供する場合に、プラズマの粒子の平均自由行程は粒子間で思わぬ衝突が生じるほどかなり小さくなり、その結果、プラズマ銃と基板の表面の間に予期せぬ制御できない異常な放電が生じることになる。例えば、電気アークとヘアースプリング状の放電により基板表面とプラズマ装置が損傷を受けることになる。
【０００５】
さらには、プラズマを発生させる工程中に、プラズマ雰囲気中の渦巻きによりジェットプラズマ銃の開口部に電気アークが発生する。この電気アークはジェットプラズマ銃を損傷させ、プラズマノズルの表面から金属粒子を出させて基板を汚染する。ジェットプラズマ銃の開口部で電気アークと異常な放電が起こることから、基板処理へのプラズマの応用は制限されたものとなっていた。
【０００６】
本発明はジェットプラズマ銃及びそれを用いたプラズマ装置を対象とするものであり、絶縁材料を使用することにより、プラズマの電気アークと異常な放電は抑制され、基板の表面処理の質は改善されることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の特徴によれば、基板の表面を処理するためのプラズマを噴出させるジェットプラズマ銃が提供される。前記ジェットプラズマ銃は、プラズマ生成部と、プラズマノズルと、障壁とを有する。前記プラズマ生成部は前記プラズマを生成する。前記基板と前記プラズマ生成部の間に配設された前記プラズマノズルは、前記プラズマ生成部に対向する第１の開口部と、前記基板に対向する第２の開口部を備えている。前記プラズマノズルと前記基板との間に配される絶縁体とされる障壁は、プラズマノズルを被覆し、前記第２の開口部に連通する通孔を有する。前記プラズマは前記通孔と前記プラズマノズルを介して前記基板に到達する。
【０００８】
本発明の第２の特徴によれば、基板の表面を処理するプラズマを提供するプラズマ装置が提供される。前記プラズマ装置は、台座部と、ジェットプラズマ銃と、空洞部とを有する。前記ジェットプラズマ銃は、プラズマ生成部と、プラズマノズルと、障壁とを有する。前記プラズマ生成部は前記プラズマを生成する。前記基板と前記プラズマ生成部の間に配設された前記プラズマノズルは、前記プラズマ生成部に対向する第１の開口部と、前記台座部に対向する第２の開口部を備えている。前記障壁は、前記プラズマノズルと前記基板との間に配される絶縁体であって、前記プラズマノズルを被覆し、前記第２の開口部に連通する通孔を有する。前記プラズマは前記通孔と前記プラズマノズルを介して前記基板に到達する。前記空洞部は前記台座部と前記プラズマノズルを受ける。前記ジェットプラズマ銃が前記空洞部内で固定され、前記台座部の支持面は前記空洞部と電気的に絶縁される。
【０００９】
本発明は次の好適で非限定的な実施形態の詳細な説明により明らかとなる。以下は添付の図面を参照しながら説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[第１の実施形態]
図１Ａ、１Ｂを参照して、図１Ａは本発明の第１の実施形態に従うプラズマ装置を示し、図１Ｂは図１Ａに示すプラズマノズルの部分断面図である。プラズマ装置１００は基板１３０の表面を処理するためのプラズマ１１０を提供する。プラズマ装置１００は台座部１５０と、ジェットプラズマ銃１７０と、空洞部１９０を有している。ジェットプラズマ銃１７０はプラズマ生成部１７１と、プラズマノズル１７３を有する。基板１３０は台座部１５０の支持面に載置される。プラズマ生成部１７１は、プラズマ１１０を提供する。プラズマノズル１７３は基板１３０とプラズマ生成部１７１の間に配設され、第１の開口部１７２と第２の開口部１７４を有する。第１の開口部１７２はプラズマ生成部１７１に対向し、第２の開口部１７４は台座部１５０に対向する。空洞部１９０は台座部１５０とプラズマノズル１７３を受ける。ジェットプラズマ銃１７０が空洞部１９０内で固定され、台座部１５０の支持面は空洞部１９０と電気的に絶縁される。
【００１１】
図１Ａに示すように、台座部１５０はその上面が台座部１５０の支持面として使用される絶縁層１５１を有している。すなわち、絶縁層１５１は、台座部１５０の支持面が接地された空洞部１９０から電気的に絶縁されるようにし、基板１３０はプラズマ１１０の雰囲気中で浮遊電位の状態を示すことになる。より詳しくは、基板１３０は絶縁層１５１を介して空洞部１９０から電気的に絶縁される。プラズマ雰囲気中の電子が基板１３０の表面１３１に接して電気的に中性な基板１３０と反応して、基板１３０は負に帯電して、正に帯電しているプラズマ１１０の粒子を基板１３０に引き寄せて表面１３１を反応させ、基板１３０の電気的な中立性を回復させる。
【００１２】
さらに、第１の開口部１７２の最小径ｄ１０は、第2の開口部１７４の最大径ｄ３０よりも実質的に大きくされる。プラズマ１１０は第１の開口部１７２および第２の開口部１７４を介してプラズマノズル１７３から基板１３０の表面１３１に噴出され、その断面は第１の開口部１７２から第２の開口部１７４にかけて徐々に狭くされる。
【００１３】
さらにプラズマ装置１００は大気雰囲気下でプラズマ１００を生成させる。このプラズマ１１０は基板１３０の表面１３１の特別な粒子を除去するのに使用される。プラズマ装置１００はプラズマクリーニング装置であっても良い。プラズマ１１０は基板１３０の表
面層を除去するために使用される。プラズマ装置１００はプラズマ反応性イオンエッチング装置（PERIE）であっても良い。また、プラズマ装置は、プラズマ化学気相成長装置（PECVD）、イオン化金属プラズマ堆積装置（IMP）、或いはスパッタ装置であっても良い。
さらに、連続した処理装置の中で使用されるところのプラズマ装置１００は、さらに搬送装置（図示しない）を有している。台座部１５０は基板１３０を搬送するための搬送装置の上に配設される。
【００１４】
本発明の第１の実施形態では、プラズマ装置は基板上に支持面を配することでプラズマ装置が空洞から電気的に絶縁され、プラズマ処理中には基板は浮遊電位の状態を示し、極性化したプラズマの粒子を抑制し、プラズマからの予期せぬバイアス電圧の発生を防止する。本発明の当実施形態では、電気アークやヘアスプリング放電はジェットプラズマ銃と基板の間に発生しない。
【００１５】
本発明の第２の実施形態のジェットプラズマ銃は障壁を有する。第１の実施形態と第２の実施形態のその他の類似点については、同じ名称が用いられ、ここでは反復しない。
【００１６】
図２Ａ、図２Ｂを参照し、図２Ａは本発明の第２の実施形態に従った基板とジェットプラズマ銃を示し、図２Ｂは図２Ａに示したジェットプラズマ銃の障壁の斜視図である。ジェットプラズマ銃２７０はプラズマ生成部１７１と、プラズマノズル１７３と、障壁２７５を有する。絶縁体である障壁２７５は、プラズマノズル１７３と基板１３０の間に配設され、図１Ｂに示すように、第２の開口部１７４に対応した通孔２７７を有する。プラズマ１１０はプラズマノズル１７３と通孔２７７を通過して基板１３０に到達する。
【００１７】
図１Ｂと図２Ｂに示すように、障壁２７５はプラズマノズル１７３に連結される。プラズマノズル１７３の第２の開口部１７４はプラズマノズル１７３の表面１７６に配設される。障壁２７５の表面２７９はノズル１７３の表面１７６に対向し、障壁２７５の表面２７９の面積は少なくとも表面１７６の面積と実質的に等しくされる。通孔２７７の最大径ｄ５０は大きくとも第２の開口部１７４の最小径ｄ３０に実質的に等しくされる。
【００１８】
プラズマ１１０がプラズマノズル１７３の第２の開口部１７４に到達すると、絶縁体の障壁２７５の表面２７９は、プラズマからプラズマノズル１７３の開口部における電気アークの発生を抑制する。このため障壁２７５はプラズマ１１０がジェットプラズマ銃２７０に突き当たり、金属粒子が出てきて基板１３０上に落ちるようなことを効果的に回避させる。さらに、プラズマ１１０が基板１３０の表面を処理しているときに障壁２７５が安定性を維持するように、障壁２７５は高い化学的な安定性を有し高温に耐える必要がある。障壁２７５は好ましくは水晶ガラスかセラミック材料である。
【００１９】
さらにジェットプラズマ銃の障壁は多くの異なるモードを有する。図３には、本発明の他の１つの実施形態に従う他の１つのプラズマノズルと障壁の断面図を示す。障壁３７５は通孔３７７を有する。通孔３７７の直径ｄ７０は少なくとも第２の開口部１７４の直径ｄ３０に実質的に等しくされる。障壁３７５の表面３７９はさらにプラズマノズル１７３を被覆する。障壁３７５は回転の方法によりプラズマノズル１７３に結合する。
【００２０】
図４には、本発明のさらに他の１つの実施形態に従うさらに他の１つのプラズマノズルと障壁の断面図を示す。障壁４７５とプラズマノズル１７３の間には距離ｈ１０がある。プラズマ装置のモードに応じて、障壁４７５とプラズマノズル１７３の間に距離ｈ１０が存在するとき、障壁４７５はコリメーターを伴うことができ、プラズマノズル１７３は障壁４７５に対して位置をずらすようにできる。或いは、プラズマノズル１７３と障壁４７５が基板１３０に対して位置をずらせるようにもできる。故に、プラズマ装置は広い範囲での応用が利くことになる。
【００２１】
本発明の第２の実施形態のジェットプラズマ銃はプラズマノズルと基板の間に配設される障壁を有しており、プラズマノズルの第２の開口部にプラズマが到達した際、サイクロン現象が生じた時にプラズマがジェットプラズマ銃に突き当たることはない。障壁の通孔を介してプラズマが通過した後、気流とプラズマの電気的状態はより安定したものとなり、よって基板の表面処理の品質は改善されたものとなる。
【００２２】
本発明の上述の実施形態に開示されるジェットプラズマ銃とそれを用いたプラズマ装置によれば、空洞部から電気的に絶縁される担持体の支持面上に基板に載置され、プラズマノズルと基板の間に配設される障壁が存在する。担持体から電気的に絶縁されたプラズマがプラズマノズルの開口部に存在した後、プラズマは基板とジェットプラズマ銃の間の異常な放電を生むことはなく、よってプラズマは基板表面を安定して処理することができる。基板とプラズマノズルの間に障壁を配設することで、プラズマノズルの外に電気アークをプラズマから発生させることは抑制され、プラズマノズルの表面から粒子が出てきて基板を汚すようなことは回避される。従って、基板の表面処理の間に、本発明のジェットプラズマ銃とそれを用いたプラズマ装置はプラズマをより安定したモードへの制御し、基板の表面処理の品質を向上させると共に、プラズマ装置の応用範囲を広げることができる。
【００２３】
本発明は例示によって及び好ましい実施形態として説明されているが、本発明はこれらに限定されるものと理解すべきではない。むしろ、種々の変形例や似たような組み合わせや方法をも保護対象とするものである。従って、係属する請求項の範囲は、これらの変形例や似たような組み合わせや方法の全てを包括するような最も広い解釈に沿うものとすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ装置を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａの装置のプラズマノズルの部分断面図である。
【図２Ａ】本発明の第２の実施形態にかかるジェットプラズマ銃と基板を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａのジェットプラズマ銃の障壁の斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態にかかる他のプラズマノズルと障壁の断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態にかかるさらに他のプラズマノズルと障壁の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００  プラズマ装置
１１０  プラズマ
１３０  基板
１３１  表面
１５０  台座部
１５１  絶縁層
１７０  ジェットプラズマ銃
１７１  プラズマ生成部
１７２  第１の開口部
１７３  プラズマノズル
１７４  第２の開口部
１７６  表面
１９０  空洞部
２７０  ジェットプラズマ銃
２７５  障壁
２７７  通孔
２７９  表面
３７５  障壁
３７７  通孔
３７９  表面
４７５  障壁
【図１Ａ】
0005296479.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
0005296479.tif 000004
【図２Ｂ】
0005296479.tif 000005
【図３】
0005296479.tif 000006
【図４】
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