(57)【要約】【課題】コストを抑えて高密度のプラズマを均一に生成して処理能力の改善が図られるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１の上部電極ユニット２３ａおよび下部電極ユニット２３ｂは、主電極部３ａ，３ｂおよび側方電極部７ａ〜７ｄをそれぞれ備えている。主電極部３ａ，３ｂは、主電極本体４ａ，４ｂと誘電体部５ａ，５ｂからそれぞれ構成され、側方電極部７ａ〜７ｄは、側方電極本体８ａ〜８ｄと誘電体部９ａ〜９ｄからそれぞれ構成される。側方電極本体８ａ〜８ｄにおける主電極部３ａ，３ｂと対向する表面には、主電極部３ａ，３ｂの側に向かって突出した凸部８８がそれぞれ形成されている。主電極本体４ａ，４ｂの表面と凸部８８を含む側方電極本体８ａ〜８ｄの表面を覆う誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄの表面は平滑とされる。【選択図】図２
2007294292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに所定の距離を隔てて対向するように配設された１対の主電極部と、
前記１対の主電極部のうちの少なくとも一方の主電極部に所定の電力を供給する電力供給部と、
前記一方の主電極部に対して、前記一方の主電極部から他方の主電極に向う第１方向と交差する第２方向の一方の側に間隔を隔てて配設された第１側方電極部と、
プラズマ処理のための所定の処理ガスを供給するガス供給部と、
前記一方の主電極部と前記第１側方電極部との間に形成されて、前記ガス供給部から供給される前記所定の処理ガスを前記１対の主電極部によって挟まれた領域に向けて流す第１ガス通路と、
少なくとも前記電力供給部および前記ガス供給部を制御する制御部と
を有し、
前記１対の主電極部のそれぞれは、
主電極本体と、
前記主電極本体を被覆する主固体誘電体部と
を備え、
前記第１側方電極部は、
第１側方電極本体と、
前記第１側方電極本体を被覆する第１側方固体誘電体部と
を備え、
前記第１側方電極本体における前記一方の主電極部に対向して前記第１ガス通路に臨む側の部分には、所定の密度をもって前記一方の主電極部に向って突出する第１凸部が形成され、
前記第１側方固体誘電体部は、前記一方の主電極部と対向する側の表面が平坦になるように前記第１凸部を被覆し、
前記第１ガス通路に第１予備放電空間が形成され、
前記１対の主電極部によって挟まれた領域にプラズマ処理空間が形成される、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記他方の主電極部は、前記一方の主電極部に対向するとともに、前記一方の主電極部と前記第１側方電極部との間に位置する前記第１ガス通路の吹き出し口に対向するように配設された、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１側方電極部と対向するように、前記他方の主電極部に対して前記第２方向の前記一方の側に間隔を隔てて配設された第２側方電極部と、
前記他方の主電極部と前記第２側方電極部との間に形成されて、前記ガス供給部から供給される所定の処理ガスを前記１対の主電極部によって挟まれた領域に向けて流す第２ガス通路と
を備え、
前記第２側方電極部は、
第２側方電極本体と、
前記第２側方電極本体を被覆する第２側方固体誘電体部と
を含み、
前記第２側方電極本体における前記他方の主電極部に対向して前記２ガス通路に臨む側の部分には、所定の密度をもって前記他方の主電極部に向って突出する第２凸部が形成され、
前記第２側方固体誘電体部は、前記他方の主電極部と対向する側の表面が平坦になるように前記第２凸部を被覆し、
前記第２ガス通路に第２予備放電空間が形成される、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記一方の主電極部に対して、前記第２方向の他方の側に間隔を隔てて配設された第３側方電極部と、
前記一方の主電極部と前記第３側方電極部との間に形成されて、前記ガス供給部から供給される所定の処理ガスを前記１対の主電極部によって挟まれた領域に向けて流す第３ガス通路と、
前記第３側方電極部と対向するように、前記他方の主電極部に対して前記第２方向の他方の側に間隔を隔てて配設された第４側方電極部と、
前記他方の主電極部と前記第４側方電極部との間に形成されて、前記ガス供給部から供給される所定の処理ガスを前記１対の主電極部によって挟まれた領域に向けて流す第４ガス通路と
を備え、
前記第３側方電極部は、
第３側方電極本体と、
前記第３側方電極本体を被覆する第３側方固体誘電体部と
を含み、
前記第３側方電極本体における前記他方の主電極部に対向して前記第３ガス通路に臨む側の部分には、所定の密度をもって前記他方の主電極部に向って突出する第３凸部が形成され、
前記第３側方固体誘電体部は、前記他方の主電極部と対向する側の表面が平坦になるように前記第３凸部を被覆し、
前記第３ガス通路に第３予備放電空間が形成され、
前記第４側方電極部は、
第４側方電極本体と、
前記第４側方電極本体を被覆する第４側方固体誘電体部と
を含み、
前記第４側方電極本体における前記他方の主電極部に対向して前記第４ガス通路に臨む側の部分には、所定の密度をもって前記他方の主電極部に向って突出する第４凸部が形成され、
前記第４側方固体誘電体部は、前記他方の主電極部と対向する側の表面が平坦になるように前記第４凸部を被覆し、
前記第４ガス通路に第４予備放電空間が形成される、請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電力供給部から前記一方の主電極部に供給される電圧値に対応して、前記第１予備放電空間が形成される少なくとも前記第１ガス通路を流れる処理ガスの流速を制御する機能を備えた、請求項１〜４のいずれか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】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、大気圧のもとでプラズマを生成し、生成されたプラズマによって被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池等の製造工程においては、ガラス基板や半導体ウェハ等の被処理基材をプラズマに晒すことによって所定の処理を施すプラズマ処理工程がある。そのようなプラズマ処理の中でも、真空チャンバーや排気装置などの設備を必要としない大気圧のもとでプラズマを生成するプラズマ処理装置を用いて、ガラス基板等へ改質、洗浄、加工、成膜等の処理を施すことが注目されている。そのような処理のうち、表面改質、洗浄あるいはドライエッチングについては実用化が進められている。
【０００３】
従来この種のプラズマ処理装置として、特許文献１あるいは非特許文献１に開示されたプラズマ処理装置がある。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、互いに対向する電極部の少なくとも一方の電極部における他方の電極部と対向する面に固体誘電体が設けられている。その対向する電極の間に反応ガスを供給し、互いに対向する電極部の一方の電極部を接地し、他方の電極部にパルス状の電圧を印加することによって、グロー放電プラズマが生成される。その生成されたプラズマに被処理基材を晒すことによって、被処理基材に所定のプラズマ処理が施されることになる。
【０００４】
また、非特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、まず、互いに対向する２つの電極部の双方に固体誘電体が設けられ、一方の電極部が接地されて他方の電極部に所定の電圧が印加される。所定の電圧が印加される電極部において、接地された電極部と対向する部分に針状部が形成されている。その針状部に電界が集中することを利用して電極部間に高密度のプラズマを生成することによって、プラズマ処理装置の処理能力の向上を図っている。
【特許文献１】特許第３０４０３５８号公報
【非特許文献１】Y.-H.Lee et al. :Jpn.J.Appl.Phys., Vol.44, No.2, 2005, pp.L78-L81.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置では次のような問題点があった。まず、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、処理ガスの分解が進みにくくガスの利用効率が低いために、プラズマ処理の処理能力が低いという問題があった。また、被処理基材として比較的厚い被処理基材にプラズマ処理を施そうとして対向する電極と電極との距離を離すと、グロー放電を維持することができないという問題があった。さらに、他方の電極部に印加するパルス発生電源が高周波高圧電源よりも大型であり、また、高価であるという問題があった。
【０００６】
一方、非特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、電極の針状電極付近に電界が集中することによって、被処理基材の処理面におけるプラズマが不均一となり、被処理基材における被処理面内のプラズマ処理が不均一になるという問題があった。また、局所的にプラズマ密度が上昇することに伴って周辺の気体の温度が上昇してしまい、被処理基材に熱的ダメージを与えるおそれがあった。
【０００７】
本発明は上述した種々の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、コストを抑えて高密度のプラズマを均一に生成して処理能力の改善が図られるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るプラズマ処理装置は、１対の主電極部と電力供給部と第１側方電極部とガス供給部と第１ガス通路と制御部とを有している。１対の主電極部は、互いに所定の距離を隔てて対向するように配設されている。電力供給部は、１対の主電極部のうちの少なくとも一方の主電極部に所定の電力を供給する。第１側方電極部は、一方の主電極部に対して、一方の主電極部から他方の主電極に向う第１方向と交差する第２方向の一方の側に間隔を隔てて配設されている。ガス供給部はプラズマ処理のための所定の処理ガスを供給する。第１ガス通路は、一方の主電極部と第１側方電極部との間に形成されて、ガス供給部から供給される所定の処理ガスを１対の主電極部によって挟まれた領域に向けて流す。制御部は、少なくとも電力供給部およびガス供給部を制御する。１対の主電極部のそれぞれは、主電極本体とその主電極本体を被覆する主固体誘電体部とを備えている。第１側方電極部は、第１側方電極本体とその第１側方電極本体を被覆する第１側方固体誘電体部とを備えている。第１側方電極本体における一方の主電極部に対向して第１ガス通路に臨む側の部分には、所定の密度をもって一方の主電極部に向って突出する第１凸部が形成されている。第１側方固体誘電体部は、一方の主電極部と対向する側の表面が平坦になるように第１凸部を被覆している。第１ガス通路に第１予備放電空間が形成される。１対の主電極部によって挟まれた領域にプラズマ処理空間が形成される。
【０００９】
この構成によれば、第１ガス通路に予備放電空間が形成され、その予備放電空間では主固体誘電体部あるいは第１側方固体誘電体部の表面に沿って放電（沿面放電）することで高密度のプラズマが生成される。これにより、第１ガス通路を流れる所定の処理ガスがプラズマ化されて処理ガスに基づく励起種や電子が生成され、この励起種や電子がプラズマ処理空間に供給されることになる。その結果、予備放電空間が形成されない場合と比べて、より多くの励起種や電子がプラズマ処理空間に供給されることになり、プラズマ処理の処理能力を向上することができるとともに、処理ガスの利用効率を高めることができる。
【００１０】
プラズマ処理空間に励起種や電子を効率よく送り込むには、他方の主電極部は、一方の主電極部に対向するとともに、一方の主電極部と第１側方電極部との間に位置する第１ガス通路の吹き出し口に対向するように配設されていることが好ましい。
【００１１】
また、第１側方電極部と対向するように、他方の主電極部に対して第２方向の一方の側に間隔を隔てて配設された第２側方電極部と、他方の主電極部と第２側方電極部との間に形成されて、ガス供給部から供給される所定の処理ガスを１対の主電極部によって挟まれた領域に向けて流す第２ガス通路とを備え、第２側方電極部は、第２側方電極本体とその第２側方電極本体を被覆する第２側方固体誘電体部とを含み、第２側方電極本体における他方の主電極部に対向して２ガス通路に臨む側の部分には、所定の密度をもって他方の主電極部に向って突出する第２凸部が形成され、第２側方固体誘電体部は、他方の主電極部と対向する側の表面が平坦になるように第２凸部を被覆し、第２ガス通路に第２予備放電空間が形成されるように構成されていてもよい。
【００１２】
これにより、第２ガス通路からもプラズマ処理に寄与する励起種や電子をプラズマ処理空間に供給することができて、プラズマ処理の処理能力をさらに向上することができる。
【００１３】
さらに、プラズマ処理装置は、第３側方電極部と第３ガス通路と第４側方電極部と第４ガス通路とを備えていてもよい。第３側方電極部は、一方の主電極部に対して、第２方向の他方の側に間隔を隔てて配設されている。第３ガス通路は、一方の主電極部と第３側方電極部との間に形成されて、ガス供給部から供給される所定の処理ガスを１対の主電極部によって挟まれた領域に向けて流す。第４側方電極部は、第３側方電極部と対向するように、他方の主電極部に対して第２方向の他方の側に間隔を隔てて配設されている。第４ガス通路は、他方の主電極部と第４側方電極部との間に形成されて、ガス供給部から供給される所定の処理ガスを１対の主電極部によって挟まれた領域に向けて流す。その第３側方電極部は、第３側方電極本体とその第３側方電極本体を被覆する第３側方固体誘電体部とを含んでいる。第３側方電極本体における他方の主電極部に対向して第３ガス通路に臨む側の部分には、所定の密度をもって他方の主電極部に向って突出する第３凸部が形成されている。第３側方固体誘電体部は、他方の主電極部と対向する側の表面が平坦になるように第３凸部を被覆している。第３ガス通路に第３予備放電空間が形成される。また、第４側方電極部は、第４側方電極本体とその第４側方電極本体を被覆する第４側方固体誘電体部とを含んでいる。第４側方電極本体における他方の主電極部に対向して第４ガス通路に臨む側の部分には、所定の密度をもって他方の主電極部に向って突出する第４凸部が形成されている。第４側方固体誘電体部は、他方の主電極部と対向する側の表面が平坦になるように第４凸部を被覆している。第４ガス通路に第４予備放電空間が形成される。
【００１４】
これにより、第３ガス通路および第４ガス通路からもプラズマ処理に寄与する励起種や電子をプラズマ処理空間に供給することができて、プラズマ処理の処理能力をさらに向上することができる。
【００１５】
プラズマ処理のための所定の処理ガスを効率よくプラズマ化するためには、制御部は、電力供給部から一方の主電極部に供給される電圧値に対応して、第１予備放電空間が形成される少なくとも第１ガス通路を流れる処理ガスの流速を制御する機能を備えていることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１に示すように、プラズマ処理装置１では、被処理基材５０に所定のプラズマ処理を施すためのチャンバー２０と、そのチャンバー２０内においてプラズマを生成するための上部電極ユニット２３ａおよび下部電極ユニット２３ｂとが配設されている。上部電極ユニット２３ａおよび下部電極ユニット２３ｂには、所定の高周波電力を供給する高周波電源１２ａ，１２ｂがそれぞれ接続されている。
【００１７】
上部電極ユニット２３ａおよび下部電極ユニット２３ｂは、主電極部３ａ，３ｂ、側方電極部７ａ〜７ｄおよび基部２４ａ，２４ｂによってそれぞれ構成されている。主電極部３ａ，３ｂは基部２４ａ，２４ｂにそれぞれ固定されている。その基部２４ａ，２４ｂには、ガス供給口２５ａ，２５ｂ、ガス溜め２７ａ，２７ｂおよびガス供給スリット２６ａ，２６ｂがそれぞれ形成されている。ガス供給口２５ａ，２５ｂはガス供給部１１と接続されて、ガス供給部１１から送られるガスが取り入れられる。ガス供給口２５ａ，２５ｂから供給されたガスは一旦ガス溜め２７ａ，２７ｂに溜められて、ガス供給スリット２６ａ，２６ｂに送られる。
【００１８】
チャンバー２０は上部チャンバー２１と下部チャンバー２２によって構成される。上部電極ユニット２３ａと下部電極ユニット２３ｂとは、互いに所定の間隔を隔てて対向するように配置され、上部電極ユニット２３ａは上部チャンバー２１に取付けられ、下部電極ユニット２３ｂは下部チャンバー２２に取付けられている。
【００１９】
下部チャンバー２２の側には、ローラ軸３１に支持されて被処理基材５０を搬送する搬送ローラ３０が所定の位置に配設されている。チャンバー２０の搬送方向の上流側には搬送される被処理基材５０をチャンバー２０内に送り込む搬入口が設けられ、搬送方向の下流側には所定のプラズマ処理が施された被処理基材５０を送り出す搬出口が設けられている。
【００２０】
そのチャンバー下部２２では、搬送用ローラ３０の回転による空気成分の巻き込みを防止するために仕切り板３２が配設されている。仕切り板３２は被処理基材５０とローラ軸３１との間に、搬送用ローラ３０をかわすように配設されている。そして、チャンバー下部２２と仕切り板３２とによって囲まれる空間内に、プラズマ処理に影響を与えない不活性ガスを充填する置換ガス供給口２８と、これを排出する排気口２９が設けられている。
【００２１】
このプラズマ処理装置１では、上部電極ユニット２３ａと下部電極ユニット２３ｂとの間の領域に生成されるプラズマに、被処理基材５０が搬送されながら晒されることによって、被処理基材５０に所定のプラズマ処理が施されることになる。制御部１０は、高周波電源１２ａ，１２ｂの制御、搬送ローラ３０の駆動、ガス供給部１１による所定のガスの供給等のプラズマ処理装置１によるプラズマ処理の一連の動作を制御する。
【００２２】
次に、プラズマ処理装置１の上部電極ユニット２３ａおよび下部電極ユニット２３ｂについてさらに詳しく説明する。図２に示すように、上部電極ユニット２３ａは１つの主電極部３ａと２つの側方電極部７ａ，７ｂを備えて構成され、下部電極ユニット２３ｂは１つの主電極部３ｂと２つの側方電極部７ｃ，７ｄを備えて構成される。主電極部３ａ，３ｂには高周波電源１２ａ，１２ｂのそれぞれの一端側が接続され、高周波電源１２ａ，１２ｂのそれぞれの他端側は接地されている。また、側方電極部７ａ〜７ｄのそれぞれは接地されている。主電極部３ａ，３ｂのそれぞれに高周波電源１２ａ，１２ｂによって所定の高周波電力を供給することで、主電極部３ａと主電極部３ｂとの間にプラズマを生成するための電界が形成される。
【００２３】
なお、このプラズマ処理装置１では、高周波電源１２ａが出力する高周波電力と高周波電源１２ｂが出力する高周波電力とは、周波数は同じで位相が異なる電力とされる。また、主電極部３ａと主電極部３ｂとの間には、主電極部３ａと主電極部３ｂとの距離を調整するためのマイクロメーターヘッド等を含むギャップ調整保持部（図示せず）が設けられている。
【００２４】
上部電極ユニット２３ａにおける２つの側方電極部７ａ，７ｂのうち、側方電極部７ａは、主電極部３ａに対して主電極部３ａから下部電極ユニット２３ｂの主電極部３ｂへ向う略垂直方向（第１方向）と交差する略水平方向（第２方向）の一方に間隔を隔てて配設されている。側方電極部７ｂは、主電極部３ａに対して側方電極部７ａとは反対側の略水平方向の他方に間隔を隔てて配設されている。主電極部３ａと側方電極部７ａとの隙間はガス通路１３ａとしてガス供給スリット２６ａに連通し、このガス通路１３ａに予備放電空間１５が形成されることになる。また、同様に、主電極部３ａと側方電極部７ｂとの隙間がガス通路１３ｂとしてガス供給スリット２６ｂに連通し、このガス通路１３ｂに予備放電空間１５が形成されることになる。
【００２５】
一方、下部電極ユニット２３ｂにおける２つの側方電極部７ｃ、７ｄについても、側方電極部７ｃは、主電極部３ｂに対して略水平方向の一方に間隔を隔てて配設され、側方電極部７ｄは、主電極部３ｂに対して略水平方向の他方に間隔を隔てて配設されている。主電極部３ｂと側方電極部７ｃとの隙間がガス通路１３ｃとしてガス供給スリット２６ｃに連通し、このガス通路１３ｃに予備放電空間１５が形成されることになる。また、同様に、主電極部３ｂと側方電極部７ｄとの隙間がガス通路１３ｄとしてガス供給スリット２６ｄに連通し、このガス通路１３ｄに予備放電空間１５が形成されることになる。
【００２６】
主電極部３ａ，３ｂは、金属製の主電極本体４ａ，４ｂと固体の誘電体部５ａ，５ｂからそれぞれ構成される。誘電体部５ａは、主電極本体４ａにおいて主電極部３ｂと対向する表面と、主電極部３ｂと対向する表面とは反対側の表面（背面）と、側方電極部７ａ，７ｂにそれぞれ対向する表面とを覆うように形成されている。一方、誘電体部５ｂは主電極本体４ｂにおいて主電極部３ａと対向する表面と、主電極部３ａと対向する表面とは反対側の表面（背面）と、側方電極部７ｃ、７ｄにそれぞれ対向する表面とを覆うように形成されている。
【００２７】
側方電極部７ａ〜７ｄは、金属製の側方電極本体８ａ〜８ｄと固体の誘電体部９ａ〜９ｄからそれぞれ構成される。誘電体部９ａは、側方電極本体８ａにおいて主電極部３ａと対向する表面と、側方電極部７ｃと対向する表面と、その側方電極部７ｃと対向する表面とは反対側の表面（背面）とを覆うように形成されている。誘電体部９ｂは、側方電極本体８ｂにおいて主電極部３ａと対向する表面と、側方電極部７ｄと対向する表面と、その側方電極部７ｄと対向する表面とは反対側の表面（背面）とを覆うように形成されている。
【００２８】
一方、誘電体部９ｃは、側方電極本体８ｃにおいて主電極部３ｂと対向する表面と、側方電極部７ａと対向する表面と、その側方電極部７ａと対向する表面とは反対側の表面（背面）とを覆うように形成されている。誘電体部９ｄは、側方電極本体８ｄにおいて主電極部３ｂと対向する表面と、側方電極部７ｂと対向する表面と、その側方電極部７ｂと対向する表面とは反対側の表面（背面）とを覆うように形成されている。
【００２９】
ガス通路１３ａにそれぞれ臨む誘電体部５ａの表面と誘電体部９ａの表面と、ガス通路１３ｂにそれぞれ臨む誘電体部５ａの表面と誘電体部９ｂの表面は、平滑表面とされる。また、同様に、ガス通路１３ｃにそれぞれ臨む誘電体部５ｂの表面と誘電体部９ｃの表面と、ガス通路１３ｄにそれぞれ臨む誘電体部５ｂの表面と誘電体部９ｄの表面も、平滑表面とされる。
【００３０】
これは次の理由による。誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄの表面に凹凸があると、ガス通路１３ａ〜１３ｄをガスが流れる際に流れが停滞する部分が生じ、処理ガスの均一な供給を妨げるだけでなく、予備放電空間１５に生成されたプラズマによって、停滞した処理ガスと誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄの表面が長時間加熱されることになる。そのため、気体の温度が上昇してアーク放電への遷移が引き起こされて、誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄを含めて主電極部３ａ，３ｂおよび側方電極部７ａ〜７ｄを損傷させてしまうことになる。したがって、誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄの表面は平滑であることが好ましい。
【００３１】
ガス供給スリット２６ａ〜２６ｄを経てガス通路１３ａ〜１３ｄを流れるガスの流速は所定の流速に設定される必要がある。ガス通路１３ａ〜１３ｄにはそれぞれ予備放電空間１５が形成されるため、その予備放電空間１５に臨む誘電体部５ａ，５ｂの部分と誘電体部９ａ〜９ｄの部分は温度が上昇する。そのため、その誘電体部５ａ，５ｂの部分と誘電体部９ａ〜９ｄの部分を冷却する観点からは、ガスの流速は速い方が好ましい。
【００３２】
ところが、ガスの流速が速すぎると、側方電極本体８ａ〜８ｄのそれぞれに形成された凸部８８に対応して誘発された電荷がガスによって移動されてしまい、グロー放電プラズマが生成される場合がある。そうすると、上部電極ユニット２３ａと下部電極ユニット２３ｂとの間に高密度のプラズマを生成することができず、ガスの分解効率が低下することになる。そのため、所定の流速を超えない範囲でガスの流速を速くすることが好ましい。
【００３３】
このガス流速は、主電極部３ａ，３ｂに印加される電圧の高さと周波数、ガスの種類とその流量、誘電体部５ａ，５ｂ、９ａ〜９ｄの電気的特性やその厚み、後述する凸部の形状等に依存して変化することになるが、約０.０５ｍ／秒〜約１０ｍ／秒の範囲において適当な値が設定されることになる。
【００３４】
側方電極本体８ａ，８ｂにおける主電極部３ａと対向する表面には、主電極部３ａの側に向かって突出した凸部８８がそれぞれ形成されている。同様に、側方電極本体８ｃ，８ｄにおける主電極部３ｂと対向する表面には、主電極部３ｂの側に向かって突出した凸部８８がそれぞれ形成されている。
【００３５】
図３および図４に示すように、その凸部８８は、たとえば略円柱状の形状をなして、側方電極本体８ａ〜８ｄのそれぞれの対応する表面に均一に形成されている。この円柱状の凸部８８の大きさは、主電極部３ａ，３ｂに印加される電圧の高さと周波数、ガスの種類とその流量、誘電体部５ａ，５ｂ、９ａ〜９ｄの電気的特性やその厚み等に基づいて決定されることになる。
【００３６】
たとえば誘電体部５ａ，５ｂ、９ａ〜９ｄの厚みが、約０．５ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲では、円柱形の凸部８８の直径Ｄは約５．０ｍｍ〜約０．５ｍｍであり、高さＨは約０．５ｍｍ〜約５．０ｍｍであることが好ましい。また、誘電体部５ａ，５ｂ、９ａ〜９ｄの厚みが比較的厚い場合には、凸部８８の直径Ｄをより小さくし、高さＨをより高くすることが好ましい。そして、凸部８８の密度としては、１〜１０個／ｃｍ2程度が好ましい。こうすることで、予備放電空間１５に高密度のプラズマを効率よく生成することができる。
【００３７】
なお、プラズマ処理装置１の主電極部３ａ，３ｂの主電極本体４ａ，４ｂには、主電極部３ａ，３ｂを冷却する冷媒を流すための貫通孔１４ａ，１４ｂが形成されている。冷媒は、所定の冷媒供給装置あるいは冷媒供給施設等（いずれも図示せず）から供給されて、主電極本体４ａ，４ｂあるいは必要に応じて高周波電源１２ａ，１２ｂを流れた後にプラズマ処理装置１の外へ排出される。この冷媒は主電極３ａ，３ｂ等を冷却するだけではなく、プラズマ処理装置１における各部分の温度を一定に保持するためにも用いられる。
【００３８】
次に、上述したプラズマ処理装置１の動作について説明する。ガス供給部１１として、たとえばプロセスに対応した所定の複数の処理ガスをそれぞれ貯蔵したガスボンベ、あるいは、ガス供給タンクから供給されてマスフローおよびミキサー（いずれも図示せず）を経て混合された処理ガスが、上部電極ユニット２３ａのガス供給口２５ａと下部電極ユニット２３ｂのガス供給口２５ｂとを経て、ガス溜り２７ａ，２７ｂに送られる。
【００３９】
ガス溜り２７ａ，２７ｂに送られた処理ガスは、ガス溜り２７ａ，２７ｂ内を拡散（紙面奥行き方向）してガス供給スリット２６ａ〜２６ｄに流れ込む。ガス供給スリット２６ａ〜２６ｄの流路断面積は、ガス溜り２７ａ，２７ｂの断面積（紙面奥行き方向）よりも狭いため、ガス供給スリット２６ａ〜２６ｄを通過する処理ガスの流速が上昇する。ガス供給スリット２６ａ〜２６ｄを通過した処理ガスは、予備放電空間１５が形成されるガス通路１３ａ〜１３ｄを流れて、上部電極ユニット２３ａと下部電極ユニット２３ｂとによって挟まれてプラズマが生成される領域（プラズマ処理空間）に向って吹き出る。
【００４０】
ガス通路１３ａでは、主電極部３ａと側方電極部７ａとの間に印加される電圧によって予備放電空間１５が形成され、そして、ガス通路１３ｂでも、主電極部３ａと側方電極部７ｂとの間に印加される電圧によって予備放電空間１５が形成される。また、ガス通路１３ｃでは、主電極部３ｂと側方電極部７ｃとの間に印加される電圧によって予備放電空間１５が形成され、そして、ガス通路１３ｄでも、主電極部３ｂと側方電極部７ｄとの間に印加される電圧によって予備放電空間１５が形成される。ガス通路１３ａ〜１３ｄをそれぞれ流れる処理ガスは、ガス通路１３ａ〜１３ｄのそれぞれに形成された予備放電空間１５においてプラズマ化される。
【００４１】
予備放電空間１５における処理ガスのプラズマ化は、誘電体部５ａと誘電体部９ａ，９ｂとの距離と、誘電体部５ｂと誘電体部９ｃ，９ｄとの距離を適切に選択することによって実現される。この距離は、高周波電源１２ａ，１２ｂが主電極部３ａ，３ｂに印加する電力と周波数、処理ガスの種類とその流量、誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄの電気的特性、その２次電子放出特性、その厚さおよびその温度等によって決定される。
【００４２】
このプラズマ処理装置１では、ガス供給部１１を主電極部３ａ，３ｂの背面側に配設し、そして、ガス供給口２５ａ，２５ｂを主電極部３ａ，３ｂに対してガス通路１３ａ〜１３ｄが位置する側と反対側に設けることにより、ガス供給口２５ａ，２５ｂがプラズマ処理空間１６から隔てられることになる。
【００４３】
こうして、ガス通路１３ａ〜１３ｄを流れてプラズマ処理空間１６に送り込まれた処理ガスは、プラズマ処理空間１６に形成された電界によって大気圧のもとでプラズマ化されて、そのプラズマ処理空間１６に搬送された被処理基材５０の表面がプラズマに晒される。プラズマ処理空間１６に晒された被処理基材５０の表面には、活性種による反応促進効果、イオンによる物理的なエッチング効果等によって、表面改質、洗浄、アッシング、加工、成膜等の所定のプラズマ処理が面内に均一に施されることになる。
【００４４】
なお、ここで、大気圧とは、たとえば圧力範囲が０.５気圧以上２気圧以下の圧力をいう。また、このプラズマ処理装置に適用される処理ガスとしては、たとえば被処理基材５０にアッシング処理する場合には、ヘリウム、アルゴン、窒素、酸素、空気などが使用される。また、この処理ガスの組成はプロセスごとに異なり、プロセスに応じて適切な処理ガスの組み合わせと混合比が設定されることになる。
【００４５】
上述したプラズマ処理装置１では、ガス通路１３ａ〜１３ｄに予備放電空間１５が形成され、その予備放電空間１５では誘電体部５ａ，５ｂの表面に沿って放電（沿面放電）することで高密度のプラズマが生成される。これにより、ガス通路１３ａ〜１３ｄを流れる処理ガスがプラズマ化されて、処理ガスに基づく励起種や電子が生成され、この励起種や電子がプラズマ処理空間１６に供給されることになる。その結果、予備放電空間１５が形成されない場合に比べて、より多くの励起種や電子がプラズマ処理空間１６に供給されることになり、プラズマ処理の処理能力が向上するとともに、処理ガスの利用効率を高めることができる。
【００４６】
なお、上述したプラズマ処理装置１では、凸部８８を側方電極部７ａ〜７ｄの側方電極本体８ａ〜８ｄに設けた場合を例に挙げて説明した。凸部としては側方電極本体８ａ〜８ｄおよび主電極本体４ａ，４ｂのいずれか一方に形成されることが好ましいが、側方電極本体８ａ〜８ｄの側に形成されることがより好ましい。
【００４７】
これは次の理由による。まず、主電極本体４ａ，４ｂには高周波電源１２ａ，１２ｂから高周波電力が供給されるため、主電極本体４ａ，４ｂと側方電極本体８ａ〜８ｄとの隙間において放電が発生しやすい。この放電はプラズマ処理に寄与するものではないため、プラズマ処理の効率が低下してしまう。したがって、凸部８８は側方電極本体８ａ〜８ｄに設けることが好ましい。
【００４８】
また、側方電極本体８ａ〜８ｄでは誘電体部９ａ〜９ｄによって少なくとも１面を覆うことができればよいのに対して、主電極本体４ａ，４ｂでは誘電体部５ａ，５ｂによって少なくとも４面を覆う必要があり、隙間が生じないように主電極本体４ａ，４ｂを誘電体部５ａ，５ｂによって覆うことに手間を要してしまう。したがって、プラズマ処理装置の生産コストおよび信頼性の観点から、凸部は側方電極本体８ａ〜８ｄに設けることが好ましい。
【００４９】
また、上述したプラズマ処理装置１では、主電極本体４ａ，４ｂおよび側方電極本体８ａ〜８ｄにおいて、ガス通路１３ａ〜１３ｄに臨む側の部分を覆うように誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄが形成されていることで、予備放電空間１５が形成されることに伴う放電によるダメージを防止することができる。
【００５０】
その誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄとしては、主電極本体４ａ，４ｂおよび側方電極本体８ａ〜８ｄのそれぞれの表面に、溶射や陽極酸化などを直接行なうことによって形成してもよい。また、メンテナンス時の労力やコストの観点からは、誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄを、主電極本体４ａ，４ｂおよび側方電極本体８ａ〜８ｄとは別体の独立した部品として交換可能にしてもよい。
【００５１】
さらに、その誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄの厚さは、高周波電源１２ａ，１２ｂの繰り返し周波数、処理ガスの種類、誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄそのものの材料特性等と密接に関係して決定され、たとえば誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄを、主電極本体４ａ，４ｂおよび側方電極本体８ａ〜８ｄとは別体の独立した部品とすると、通常５ｍｍ以下に設定することが好ましい。特に、高周波電源１２ａ，１２ｂの電源周波数が１ＭＨｚ以上である場合には、その厚さは２ｍｍ以下に設定することがより好ましい。
【００５２】
また、誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄの厚さが薄いほど、プラズマ処理空間１６および予備放電空間１５における電界強度を強くできる一方、強度的には弱くなって破損しやすくなる。このため、実用上、誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄの厚さは、約０.５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。一方、誘電体部５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄを、主電極本体４ａ，４ｂおよび側方電極本体８ａ〜８ｄとは独立した部品としない場合には、その厚さを上述した厚さの範囲よりもさらに薄くしてもよい。
【００５３】
なお、そのような主電極部３ａ，３ｂ等を備えたプラズマ処理装置１の奥行き方向（紙面に垂直方向）の寸法は、被処理基材５０の全面にプラズマ処理を施すことが可能な寸法に設定され、実用上、被処理基材５０の対応する寸法より、少なくとも２０ｃｍ以上長い寸法とされることが好ましい。
【００５４】
また、上述したプラズマ処理装置１では、上部電極ユニット２３ａと下部電極ユニット２３ｂに対して高周波電源１２ａ，１２ｂによって高周波電力を供給する場合を例に挙げて説明した。電力としては高周波電力に限られず、たとえば、パルス電源を用いてもよい。また、高周波電源とパルス電源とをスイッチングさせてもよいし、重畳させてもよく、周波数、繰り返し周波数の他にプロセスに要求される諸条件、処理ガスの制限、要求される処理能力、ダメージの発生有無等の観点から適切な電源を決定することが望ましい。なお、高周波電源とは、たとえば周波数が１ＫＨｚ以上１００ＭＨｚ以下のものを意図し、パルス電源とは、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以下、波形の立ち上がり時間が１００μ秒以下、パルス印加時間が１ｍ秒以下であるものを意図する。
【００５５】
変形例
上述したプラズマ処理装置１では、主電極部３ａ，３ｂに対して水平方向の一方と他方の側にそれぞれに、側方電極部７ａ〜７ｄを配設した構造を例に挙げて説明したが、たとえば図５に示すように、主電極部３ａ，３ｂに対して水平方向の一方の側にだけ側方電極部７ａ，７ｃを配設するようにしてもよい。
【００５６】
また、図６に示すように、上部電極ユニット２３ａの電極部３ａに対して水平方向の一方にだけ側方電極部７ａを配設してもよい。この場合、側方電極部７ａは主電極部３ａに対向するとともに、ガス通路１３ａの吹き出し口にも対向する。そして、主電極部３ａに高周波電源１２が印加され、下部電極ユニット２３ｂが接地される。
【００５７】
このようなプラズマ処理装置においても、ガス通路１３を流れる処理ガスがプラズマ化されて、処理ガスに基づく励起種や電子が生成され、この励起種や電子がプラズマ処理空間１６に供給されることになる。その結果、より多くの励起種や電子がプラズマ処理空間１６に供給されて、プラズマ処理の処理能力が向上するとともに、処理ガスの利用効率を高めることができる。
【００５８】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示すプラズマ処理装置の上部電極部ユニットおよび下部電極ユニットを示す部分拡大断面図である。
【図３】同実施の形態において、側方電極部における側方電極本体の構造を示す部分平面図である。
【図４】同実施の形態において、図３に示す断面線ＩＶ−ＩＶにおける部分断面図である。
【図５】同実施の形態において、一変形例に係るプラズマ処理装置の上部電極部ユニットおよび下部電極ユニットを示す部分拡大断面図である。
【図６】同実施の形態において、他の変形例に係るプラズマ処理装置の上部電極部ユニットおよび下部電極ユニットを示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  プラズマ処理装置、３ａ，３ｂ  主電極部、４ａ，４ｂ  主電極本体、５ａ，５ｂ，９ａ〜９ｄ  誘電体部、７ａ〜７ｄ  側方電極部、８ａ〜８ｄ  側方電極本体、１０  制御部、１１  ガス供給部、１２，１２ａ，１２ｂ  高周波電源、１３ａ〜１３ｄ  ガス通路、１４ａ，１４ｂ  貫通孔、１５  予備放電空間、１６  プラズマ処理空間、２０  チャンバー、２１  チャンバー上部、２２  チャンバー下部、２３ａ  上部電極ユニット、２３ｂ  下部電極ユニット、２４ａ，２４ｂ  基部、２５ａ，２５ｂ  ガス供給部、２６ａ〜２６ｄ  ガス供給スリット、２７ａ，２７ｂ  ガス溜め、２８  置換ガス供給口、２９  排気口、３０  搬送用ローラ、３１  ローラ軸、３２  仕切り板、５０  被処理基材。
【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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