(57)【要約】【課題】アーク放電を確実に抑制するプラズマ処理装置の電極構造と、これを備えたプラズマ処理装置とを提供する。【解決手段】プラズマ処理装置の互いに対向する上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂのそれぞれは、板状金属からなる電極本体１１、電極本体１１を収容する誘電体ケース１２、その誘電体ケース１２を塞ぐ誘電体蓋１３、グランド電極被覆誘電体１４およびグランド電極金属棒を備えて構成される。電極本体１１を収納した空間に、プラズマ処理を施すための処理ガスに含まれる希釈ガスよりも放電開始電圧の高い所定の充填ガスが充填される。【選択図】図４
2007250426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する１対の電極部の間に所定の電圧を印加することにより、１対の電極部の間の領域に導入される所定のプラズマ処理を施すための添加ガスとこの添加ガスを希釈する希釈ガスとを含む処理ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマの雰囲気に被処理部材を晒すことにより、被処理部材にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置の電極構造であって、
前記１対の電極部のそれぞれは、
電圧が印加される金属からなる電極本体と、
固定誘電体から形成されて前記電極本体を収容する空間を有し、前記電極本体を前記空間に配設して前記電極本体を取囲むように覆う被覆部材と、
前記電極本体が収容された前記被覆部材の前記空間に、前記希釈ガスよりも放電開始電圧の高い所定のガスを充填するための充填ガス導入部と
を備えた、プラズマ処理装置の電極構造。
【請求項２】
前記充填ガス導入部へ前記充填ガスを送る充填ガス供給部を備えた、請求項１記載のプラズマ処理装置の電極構造。
【請求項３】
前記充填ガスを充填された前記被覆部材の前記空間内の圧力が、前記被覆部材の外側の圧力よりも高く設定された、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置の電極構造。
【請求項４】
前記被覆部材は、
前記電極本体を収納する凹部を有するケース部材と、
前記電極本体を収納した状態で前記凹部を塞ぐ蓋部材と
を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置の電極構造。
【請求項５】
前記被覆部材は、前記ケース部材と前記蓋部材との間に介在させたシール部材を含む、請求項４記載のプラズマ処理装置の電極構造。
【請求項６】
前記充填ガスとして、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）、フロン、四フッ化炭素（ＣＦ4）、二酸化炭素（ＣＯ2）および六フッ化硫黄（ＳＦ6）からなる群から選ばれる少なくともいずれかのガスが使用される、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置の電極構造。
【請求項７】
前記希釈ガスとして、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）および窒素（Ｎ2）からなる群から選ばれる少なくともいずれかのガスが使用される、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置の電極構造。
【請求項８】
前記充填ガスとして、前記添加ガスと同じ種類のガスが使用される、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置の電極構造。
【請求項９】
互いに対向する１対の電極部の間に所定の電圧を印加することにより、１対の電極部の間の領域に導入される所定のプラズマ処理を施すための添加ガスとこの添加ガスを希釈する希釈ガスとを含む処理ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマの雰囲気に被処理部材を晒すことにより、被処理部材にプラズマ処理を施すための電極構造を有するプラズマ処理装置であって、
前記１対の電極部のそれぞれは、
電圧が印加される金属からなる電極本体と、
固定誘電体から形成されて前記電極本体を収容する空間を有し、前記電極本体を前記空間に配設して前記電極本体を取囲むように覆う被覆部材と、
前記電極本体が収容された前記被覆部材の前記空間に、前記希釈ガスよりも放電開始電圧の高い所定のガスを充填するための充填ガス導入部と
を備えた、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の電極構造およびこれを備えたプラズマ処理装置に関し、特に、大気圧のもとで生成される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の電極構造と、そのような電極構造を備えたプラズマ処理装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置には大気圧のもとでプラズマを生成する態様があり、このようなプラズマ処理装置は常圧プラズマ処理装置と称されている。そのような常圧プラズマ処理装置の一例として特許文献１に開示された常圧プラズマ処理装置について説明する。この常圧プラズマ処理装置では、上下方向に間隔を隔てて対向するように１対の電極部が配設されている。１対の電極部のそれぞれは金属製または合金製の電極本体を有している。１対の電極部間に高周波電界を印加することによって、電極部間の領域に導入された所定の処理ガスがプラズマ化する。そのプラズマに被処理基板を晒すことによって、被処理基板の表面にプラズマ処理が施される。
【０００３】
このプラズマ処理装置の電極構造では、１対の電極部において互いに対向する側の電極部の表面に電極本体の金属あるいは合金が露出していると、印加された電界の集中が起こりやすく、１対の電極部間にアーク放電が生じるおそれがある。このため、その互いに対向する側の電極本体の表面を覆うように固体誘電体を配置することによって、アーク放電を阻止するとともに、電極部の損傷を防ぎ、また、安定なグロー放電を得ている。
【０００４】
ところが、特許文献１に開示されたプラズマ処理装置の電極構造では、１対の電極部の間においてアーク放電を防止することはできても、１対の電極部のそれぞれの内部においてアーク放電が生じるおそれがある。すなわち、固体誘電体と金属等からなる電極本体との間に製造誤差等に伴って空隙が生じた場合には、その空隙においてアーク放電が発生する可能性がある。特に、処理ガスに含まれる添加ガスを希釈する希釈ガスとして、放電開始電圧の低いヘリウム等のガスを使用してプラズマ処理を行なう場合に、そのような希釈ガスが電極本体と固体誘電体との空隙に入り込むと容易にアーク放電に至りやすい。
【０００５】
このようなアーク放電を解消するために、特許文献２では固体誘電体と電極本体との間に隙間ができるのを阻止するプラズマ処理装置の電極構造が提案されている。このプラズマ処理装置の電極構造では、電極本体の両側面に対して固体誘電体の両側面側の端部を支持する板状支持部材が配設される。その固体誘電体を支持した板状支持部材をスライドさせ、固体誘電体を電極本体に押し当てた状態で板状支持部材が電極本体に固定されている。こうして、固体誘電体と電極本体との間に隙間ができるのを防止して、アーク放電が発生するのを抑制している。
【特許文献１】特開平２−１５１７１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置の電極構造では次のような問題点があった。固体誘電体を電極本体に押し当てることによって固体誘電体と電極本体との間に隙間ができるのを防止するには、電極本体と固体誘電体において、互いに接触する面が滑らかであり、うねりや反りのないことが前提とされる。ところで、近年、被処理基板の大型化が進められ、プラズマ処理装置においてもそのような大型の被処理基板を処理するために、電極部として長手方向の長さがたとえば１ｍを超えるような電極部が必要とされている。
【０００７】
このような電極部の電極本体や固体誘電体では、長手方向にわたって表面を均一に滑らかにすることが難しくなる。また、電極部が長くなるために、電極本体や固体誘電体が撓んだり反ったりしやすくなる。その結果、固体誘電体を電極本体に押し当てたとしても電極本体と固体誘電体との間に部分的に隙間が生じることがあり、その隙間においてアーク放電が発生するという問題があった。
【０００８】
また、１対の電極部では、電極本体と固体誘電体は、１対の電極部の間に生成されるプラズマによって発生する熱によって膨張することになる。このとき、金属からなる電極本体と固体誘電体とでは熱膨張率（単位温度変化あたりの寸法変化率）が異なるため、当初電極本体と固体誘電体の間に隙間がない状態であってもそれぞれ膨張する電極本体と固体誘電体との間に隙間が生じることがある。その結果、その生じた隙間においてアーク放電が発生するという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、アーク放電を確実に抑制するプラズマ処理装置の電極構造を提供することであり、他の目的は、そのような電極構造を備えた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】
【００１０】
本発明に係るプラズマ処理装置の電極構造は、互いに対向する１対の電極部の間に所定の電圧を印加することにより、１対の電極部の間の領域に導入される所定のプラズマ処理を施すための添加ガスとこの添加ガスを希釈する希釈ガスとを含む処理ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマの雰囲気に被処理部材を晒すことにより、被処理部材にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置の電極構造である。その１対の電極部のそれぞれは、電極本体と被覆部材と充填ガス導入部とを備えている。電極本体は金属から形成されて電圧が印加される。被覆部材は、固定誘電体から形成されて電極本体を収容する空間を有し、電極本体を空間に配設して電極本体を取囲むように覆う。充填ガス導入部は、電極本体が収容された被覆部材の空間に、希釈ガスよりも放電開始電圧の高い所定のガスを充填する。
【００１１】
この構成によれば、金属から形成された電極本体を収納する被覆部材の空間に、充填ガスとして希釈ガスより放電開始電圧の高いガスを使用することで、電極本体と被覆部材との間においてアーク放電が生じるのを阻止することができる。
【００１２】
そのような充填ガスを電極部のそれぞれに確実に供給するために、充填ガス導入部へ充填ガスを送る充填ガス供給部を備えていることが好ましい。
【００１３】
また、充填ガスを充填された被覆部材の空間内の圧力が、被覆部材の外側の圧力よりも高く設定されることが好ましい。
【００１４】
この場合には、放電しやすい希釈ガスが、被覆部材からその空間内に流入するのを阻止することができ、これにより、電極本体が収納される空間にそのような希釈ガスが流入することに伴って発生する異常放電やアーク放電を確実に抑制することができる。
【００１５】
具体的な被覆部材の構造として、被覆部材は、電極本体を収納する凹部を有するケース部材と、電極本体を収納した状態で凹部を塞ぐ蓋部材とを含むことが好ましい。
【００１６】
また、この場合には、被覆部材は、ケース部材と蓋部材との間に介在させたシール部材を含むことがより好ましい。
【００１７】
これにより、電極本体が収納される空間を確実に密閉することができる。
具体的な充填ガスとして、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）、フロン、四フッ化炭素（ＣＦ4）、二酸化炭素（ＣＯ2）および六フッ化硫黄（ＳＦ6）からなる群から選ばれる少なくともいずれかのガスが使用されることが好ましい。
【００１８】
また、希釈ガスとして、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）および窒素（Ｎ2）からなる群から選ばれる少なくともいずれかのガスが使用されることが好ましい。
【００１９】
これらの充填ガスや希釈ガスは、プラズマ処理に応じて適切なガスが選択される。
特に、充填ガスとしては、添加ガスと同じ種類のガスが使用されることが好ましい。
【００２０】
これにより、充填ガスが１対の電極部の間に生成されたプラズマの雰囲気に流出して反応・分解しても、その反応・分解は、添加ガスの反応・分解と同じものであり、被処理基板に対して不測のプラズマ処理が施されることはない。
【００２１】
本発明に係るプラズマ処理装置は、互いに対向する１対の電極部の間に所定の電圧を印加することにより、１対の電極部の間の領域に導入される所定のプラズマ処理を施すための添加ガスとこの添加ガスを希釈する希釈ガスとを含む処理ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマの雰囲気に被処理部材を晒すことにより、被処理部材にプラズマ処理を施すための電極構造を有するプラズマ処理装置である。その１対の電極部のそれぞれは、電極本体と被覆部材と充填ガス導入部とを備えている。電極本体は金属から形成されて電圧が印加される。被覆部材は、固定誘電体から形成されて電極本体を収容する空間を有し、電極本体を空間に配設して電極本体を取囲むように覆う。充填ガス導入部は、電極本体が収容された被覆部材の空間に、希釈ガスよりも放電開始電圧の高い所定のガスを充填する。
【００２２】
このプラズマ処理装置によれば、金属から形成された電極本体を収納する被覆部材の空間に、充填ガスとして希釈ガスより放電開始電圧の高いガスを使用することで、電極本体と被覆部材との間においてアーク放電が生じるのを阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の電極構造について説明する。まず、図１に示すように、プラズマ処理装置１では、上下方向に所定の間隔を隔てて１対の電極部１０，１０ａ，１０ｂが配設されている。また、ガラス基板等の被処理基板８０を所定の方向に搬送する搬送部８１が設けられている。搬送部８１により搬送される被処理基板８０は、１対の電極部１０ａ，１０ｂによって挟まれた領域を通過する間に、その領域に生成されたプラズマの雰囲気に晒されることによって所定のプラズマ処理が施されることになる。
【００２４】
その電極部１０の構造についてさらに詳しく説明する。図２および図３に示すように、１対の電極部１０は、搬送される被処理基板８０の上方に位置する上部電極部１０ａと、被処理基板８０の下方に位置する下部電極部１０ｂと備えて構成される。上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとは、電極部１０の長手方向の両端部にスペーサ５０を介在させることによって一定の間隔が保持されている。
【００２５】
上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂのそれぞれは、板状金属からなる電極本体１１、電極本体１１を収容する誘電体ケース１２、その誘電体ケース１２を塞ぐ誘電体蓋１３、グランド電極被覆誘電体１４およびグランド電極金属棒（図示せず）を備えて構成される。電極本体１１は、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属から形成されされている。電極本体１１に供給される電力によって発生する電界の集中を防ぐため、電極本体１１の稜部には丸みがつけられている。また、電極本体１１の長手方向に位置する４つの面には、電界集中を緩和するためにアルミナ等のセラミック溶射膜（図示せず）を付けることが好ましい。電極本体１１には、長手方向に沿って板状金属を貫通するように、円形の水冷管穴３１が設けられている。この水冷管穴３１に冷却水３０を流すことによって、電極部１０が冷却されることになる。
【００２６】
誘電体ケース１２は、アルミナやジルコニアなどのセラミックから形成されている。また、テフロン(登録商標)やＰＥＥＫ（登録商標）等の絶縁性の樹脂から形成されていてもよい。これにより、上部電極部１０ａの電極本体１１における、下部電極部１０ｂと対向する側の面が固体誘電体で覆われることになって、１対の電極部１０の間の領域に発生するプラズマＡがアーク放電に至るのを防止する。誘電体ケース１２の長手方向とほぼ直交する方向に沿った断面形状は凹形状であり、この凹形状（凹部）の内側に電極本体１１が収納される。誘電体ケース１２の凹部の内側に電極本体１１が収納された状態で、その電極本体１１を覆うように誘電体蓋１３が装着されて、電極本体１１を収納した空間（凹部の内側）が密閉されることになる。
【００２７】
図４に示すように、誘電体ケース１２の側面には誘電体ボルト１５を通すためのボルト穴１６が設けられ、誘電体蓋１３にはネジ穴１７が形成されている。誘電体ボルト１５をボルト穴１６より挿入してネジ穴１７と締結することにより、誘電体蓋１３が誘電体ケース１２に固定されて、電極本体１１が誘電体ケース１２と誘電体蓋１３によって覆われることになる。なお、電極部１０の電極本体１１、誘電体ケース１２および誘電体蓋１３を合せて、ここでは便宜上ホット電極と記すことがある。
【００２８】
図３に示すように、電極本体１１を収納した空間（凹部の内側）に、所定の充填ガスを充填するための充填ガス供給部２１が設けられている。この充填ガスは、ガスとして後述する希釈ガスより放電開始電圧の高いガスを使用することで、電極本体１１と誘電体ケース１２との間や、電極本体１１と誘電体蓋１３との間にアーク放電が生じるのを阻止する役目を果たす。そのような充填ガスとして、たとえば窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）、フロン、（ＣＦ4）、二酸化炭素（ＣＯ2）および六フッ化硫黄（ＳＦ6）等を使用することができる。
【００２９】
また、充填ガス２０としては、処理ガス中の添加ガスと同じ種類のガスを用いることが好ましい。これは、次の理由による。すなわち、充填ガス２０として添加ガスと異なる種類のガスが使用される場合に、たとえば充填ガス２０が誘電体ケース１２と誘電体蓋１３との接触部分（空隙）から種スリット１８の側に流れ出すようなことがあると、処理ガスに充填ガス２０が混入して充填ガスがプラズマＡの雰囲気に送り込まれることになる。そのため、充填ガス２０がプラズマにより反応・分解して、望んでいないプラズマ処理が被処理基板８０に施されてしまい、本来施すべき所定のプラズマ処理を行なうことができないおそれがあるからである。
【００３０】
これに対して、充填ガス２０として添加ガスと同じ種類のガスを使用する場合には、たとえ充填ガス２０がプラズマＡに送り込まれて反応・分解しても、その反応・分解は、添加ガスの反応・分解と同じものであり、被処理基板に対して不測のプラズマ処理が施されることはない。
【００３１】
そのような充填ガスを電極部１０に供給する充填ガス供給部２１は、充填ガス２０を供給するボンベ等の供給源２６、レギュレータ２７および流量調整コントローラ２８を備えて構成される。レギュレータ２７は供給源２６と配管により接続されて供給源２６から供給される充填ガスの圧力を減圧し、そのレギュレータ２７と接続された流量調整コントローラ２８は、減圧された充填ガスの流量を調整する。一方、電極部１０には、供給される充填ガスを取り入れる充填ガス供給コネクタ２５が設けられている。その充填ガス供給コネクタ２５と充填ガス供給部２１とは、たとえばＰＦＡ等から形成されたフレキシブルな配管によって接続されている。
【００３２】
充填ガス供給コネクタ２５は、電極部１０の長手方向の両端部に配設されたユーティリティ供給部材４０の一方のユーティリティ供給部材４０の側に設けられている。ユーティリティ供給部材４０はテフロン（登録商標）から形成され、ユーティリティ供給部材４０における所定の位置には、充填ガス供給コネクタ２５を取り付けるためのねじ山が形成されている。
【００３３】
また、ユーティリティ供給部材４０には、冷却水を水冷管穴に導くための貫通口が形成され、また、所定の金属ボルトを通すための穴が形成されている。その金属ボルトを取り付けることによって、電極本体１１と高電圧ケーブルとが電気的に接続される。さらに、ユーティリティ供給部材４０と誘電体ケース１２とのそれぞれの対向面同士が密着するとともに、ユーティリティ供給部材４０と誘電体蓋１３とのそれぞれの対向面同士が密着して、電極本体１１を収納した空間から充填ガスが流出するのを防止することができる。
【００３４】
さらに、電極本体１１を収納した空間に充填された充填ガスを排出するための充填ガス排出部２４が設けられている。充填ガス排出部２４は、充填ガス供給コネクタ２５が取り付けられたユーティリティ供給部材４０とは反対側の他方のユーティリティ供給部材４０に配管を介して接続されている。充填ガス排出部２４は、充填ガスとして無害なガスを使用する場合には、そのまま大気中に放出し、有害なガスを使用する場合には、排ガス処理を行なって有害物質を除去したうえで大気中に放出する。
【００３５】
上部電極部１０ａおよび下部電極部１０ｂのそれぞれの電極本体１１には、長手方向の一端部に電力を供給するための電力投入部（図示せず）が設けられている。電力投入部には高電圧ケーブルの一端側が金属ボルトを介して接続され、その高圧ケーブルの他端側は高周波高圧電源（図示せず）に接続される。
【００３６】
高周波高圧電源では、商用交流電源からの三相２００Ｖの電圧がトランスにより１〜３０ｋＶにまで昇圧されて、周波数１〜５０ｋＨｚの２系統の電力（交流波）が、互いに逆位相になるように出力される。出力された電力はそれぞれ高電圧ケーブルを経て上部電極部１０ａおよび下部電極部１０ｂのそれぞれに供給される。供給された電力によって、上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとの間に高電界が生じて、効率的にプラズマが発生する。
【００３７】
グランド電極被覆誘電体１４は、アルミナやジルコニア等のセラミックから形成されている。一つのホット電極に対して、２つのグランド電極被覆誘電体１４が用意されて、グランド電極被覆誘電体１４は、ホット電極の互いに対向する長手方向の側面の部分に距離約０．５ｍｍ〜２ｍｍを隔てて取り付けられている。グランド電極被覆誘電体１４におけるホット電極と対向する側面とは反対側の面にはグランド電極金属棒（図示せず）が設けてあり、このグランド電極金属棒は接地電位に接続される。
【００３８】
こうしてグランド電極被覆誘電体１４とホット電極との間に設けられた隙間にプラズマ処理を施すための所定のガスが導入される。この隙間は種スリット１８と称される。その所定のガスには、プラズマ処理を実質的に行なう添加ガスと、その添加ガスを希釈する希釈ガスが含まれる。なお、希釈ガスと添加ガスを合せて処理ガスと称される場合もある。
【００３９】
希釈ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガスの他に、窒素等が使用される。また、添加ガスとしては、被処理基板８０に施すべきプラズマ処理に依存するが、エッチングやアッシングの場合は、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）、Ａｉｒ等のガス、あるいは、ＣＦ４等のフッ素化合物のガスが使用される。
【００４０】
処理ガスは処理ガス供給部４５のボンベ（図示せず）に充填されている。そのボンベに充填された処理ガスは減圧され、そして、流量調整されて電極部１０へ供給される。電極部１０には、供給された処理ガスを一旦蓄える処理ガス溜め７０が設けられている。処理ガス溜め７０と誘電体蓋１３との間には、処理ガスを拡散させるための拡散板内蔵シャワープレート６０が配設されている。プラズマ処理装置の電極部とその周辺部は以上のように構成される。
【００４１】
次に、上述したプラズマ処理装置における各ガスの流れとして、まず、処理ガスの流れについて説明する。図２〜図５に示すように、処理ガスボンベに充填された処理ガスは、所定の圧力にまで減圧され、そして、所定の流量に調整されて電極部１０へ供給される。電極部１０に供給された処理ガスは、一旦処理ガス溜め７０に送られる。処理ガス溜め７０に蓄えられた処理ガスは、拡散板内蔵シャワープレート６０を通過することによって電極部１０の長手方向に均一に拡散されて種スリット１８に流れ込む。
【００４２】
上部電極部１０ａの種スリット１８に流れ込んだ処理ガスは、種スリット１８を下部電極部１０ｂが位置する下方に向って流れて、上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとの間の空間に生成されたプラズマＡの雰囲気（領域）に向けて噴出される。一方、下部電極部１０ｂの種スリット１８に流れ込んだ処理ガスは、種スリット１８を上部電極部１０ａが位置する上方に向かって流れて、プラズマＡの雰囲気に向けて噴出される。
【００４３】
また、電極部１０に電力が供給されることで、グランド電極被覆誘電体１４とホット電極との間の種スリット１８においても電界が生じ、この種スリット１８においてもこれを通過する処理ガスがプラズマ化されることになる。種スリット１８において生成される種プラズマＢによって、上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとの間の空間に生成されるプラズマＡの放電開始電圧が下がり、安定放電を維持することができる。また、種スリット１８において生成される種プラズマＢによっても処理ガスが分解・反応することで、プラズマ処理に寄与する処理ガスの割合（使用効率）が高くなる。その結果、プラズマ処理装置の処理能力を向上することができる。
【００４４】
次に、充填ガスの流れについて説明する。充填ガスボンベ２６に充填された充填ガスは、所定の圧力にまで減圧され、所定の流量に調整されて電極部１０へ供給される。電極部１０へ供給される充填ガスは、供給コネクタ２５を通りユーティリティ供給部材４０に設けられた貫通穴と供給スリット２２を経て、電極本体１１が収納された空間に流れ込む。
【００４５】
供給スリット２２は、略水平方向に延在する所定間隔の隙間としてユーティリティ供給部材４０において電極部１０の長手方向と直交する方向（短辺方向）に沿って形成されており、充填ガスを短辺方向に均一に噴出する機能を果たす。図５に示すように、ユーティリティ供給部材４０には、これを電極部１０へ取り付けるための突出部４１が設けられている。
【００４６】
一方、電極部１０には、誘電体ケース１２、誘電体蓋１３および電極本体１１によって、その突出部４１が差し込まれる差込み口が形成されている。その突出部４１には、差し込み口の断面積よりも小さい断面積となる部分が形成されていることによって、突出部４１の周囲に隙間Ｘ１が設けられている。これにより、供給スリット２２から噴出する充填ガス２０が、突出部４１の誘電体蓋１３側にだけ流れ込むのではなく、その隙間Ｘ１を通って、誘電体ケース１２の内側の側面部分や底面部分にも流れ込むことになる。
【００４７】
このとき、図４に示すように、電極本体１１、その電極本体１１が収納される空間を形成する誘電体ケース１２や誘電体蓋１３には製造上のばらつき等に伴って、電極本体１１と誘電体ケース１２とが互いに接触する部分や、電極本体１１と誘電体蓋１２とが互いに接触する部分には空隙Ｘが生じるところがある。また、電極本体１１と誘電体ケース１２等との熱膨張率の違いに伴う反りや撓みが生じることによって、空隙Ｘが生じるところがある。供給スリット２２より噴出した充填ガスはそのような空隙Ｘにも拡散して、その空隙Ｘが充填ガスで充填されることになる。
【００４８】
また、充填ガスは、誘電体ケース１２と誘電体蓋１３を締結する誘電体ボルト１５の表面が接する部分に存在する空隙Ｙにも拡散し、さらに、誘電体ケース１２と誘電体蓋１３とが互いに接触する部分に存在する空隙Ｚにも拡散して、これらの空隙Ｙ，Ｚが充填ガスでそれぞれ充填されることになる。その空隙Ｙ，Ｚに充填された充填ガスの一部は、種スリット１８に流れ込むことになる。なお、図４では、そのような空隙Ｘ，Ｙ，Ｚが存在することがわかるように、空隙は意図的に拡大して示されている。
【００４９】
図３に示すように、充填された充填ガス２０の大部分は、電極本体１１を収納した空間内を長手方向に流れて、供給スリット２２とは反対側に設けられた排出スリット２３から配管を経て、充填ガス排出部２４に送られる。充填ガス排出部２４に送られた充填ガスは、そのまま大気中に放出されるか、または、有害な物質を含む場合には、その有害物質を除去したうえで大気中に放出される。
【００５０】
その充填ガス排出部２４では、充填ガス２０を積極的に吸引する機構が設けられていないので、充填ガス２０で充填される電極本体１１を収納した空間内の圧力は、その空間の外の圧力よりも高く保持されることになる。
【００５１】
このように電極本体１１が収納される空間内をその空間の外の圧力よりも高い圧力に保つことで、放電しやすい希釈ガスが、たとえば誘電体ケース１２と誘電体蓋１３との隙間から空間内に流入するのを阻止することができる。これにより、電極本体が収納される空間にそのような希釈ガスが流入することに伴って発生する異常放電やアーク放電を確実に抑制することができる。
【００５２】
以上のようにして、上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとの間の領域において生成されるプラズマに処理ガスが送り込まれ、そのプラズマの雰囲気に被処理基板が搬送部８１により搬送されながら晒されることで、被処理基板の表面にアッシング、エッチング、親水化、撥水化、成膜等の所定のプラズマ処理が順次施されることになる。プラズマ処理が施された被処理基板８０は、搬送部８１によってプラズマ処理装置から搬出されることになる。
【００５３】
変形例
電極本体１１を収納した空間に充填された充填ガス２０の一部は、電極部１０を長手方向に拡散する間に、空隙Ｙや空隙Ｚ（図４参照）にも拡散して処理ガスが通る種スリット１８に流出する可能性がある。そのため、前述したように、被処理基板に所定のプラズマ処理を施す処理ガスとの関係では、充填ガス２０は処理ガスに含まれる添加ガスと同じ種類のガスであることが好ましい。
【００５４】
しかしながら、添加ガスと同じ種類のガスからなる充填ガスであっても、プロセス条件が厳格に要求されるプラズマ処理では、そのような充填ガスが種スリットに流れ込むことでプロセス条件が変わってしまうことがある。そこで、変形例として、充填ガスを種スリットに流出させないプラズマ処理装置の電極構造について説明する。
【００５５】
変形例に係るプラズマ処理装置の電極構造では、誘電体ケースと誘電体蓋との間に充填ガスの流出を阻止するシールが施されている。図６に示すように、誘電体ケース１２と誘電体蓋１３の間にバイトン（登録商標）製のシート１９を挟み込んだ状態で、誘電体蓋１３に挿通されたボルトが誘電体ケース１２に締結されている。ボルトを誘電体ケース１２に締結することで、誘電体ケース１２と誘電体蓋１３との間に挟み込まれたシート１９が押しつぶされて、誘電体ケース１２と誘電体蓋１３とが互いに接触する部分がシールされることになる。こうして、シート１９によって電極本体１１を収納した空間に充填された充填ガスが種スリット１８に流出することが阻止される。
【００５６】
また、ボルトを締結する向きとして、種スリット１８の側から締結するのではなく、誘電体蓋１３の上面の側から締結することで、ボルト１５とボルト穴１６との隙間から充填ガス２０が種スリット１８へ流出するのを確実に阻止することができる。こうして、所定の処理ガス以外の他のガスの流入を阻止して、プロセス条件が厳格に要求されるプラズマ処理を被処理基板に確実に施すことができる。
【実施例１】
【００５７】
図１〜図５に示す電極構造を備えたプラズマ処理装置を用い、図７に示す条件のもとで被処理基板にプラズマ処理としてアッシング処理を施し、電極部にアーク放電が発生するかどうか評価を行なった。また、電極部の内部においてアーク放電が発生していないかどうか、処理後に電極部を分解して電極本体、誘電体ケースおよび誘電体蓋の外観を目視により観察した。さらに、プラズマ処理装置の処理能力について検討した。
【００５８】
その評価結果について説明する。発明例に係るプラズマ処理装置の電極構造では、電極本体を収納する空間をはじめ、空隙Ｙあるいは空隙Ｚ等にも充填ガスが拡散することにより、上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとの間に印加する印加電圧を２０ｋＶまで上昇させても、誘電体ケース１２と誘電体蓋１３とで囲まれた空間内にアーク放電は発生しないことが確認された。
【００５９】
一方、比較例に係るプラズマ処理装置の電極構造では、充填ガスを使用しないために、上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとの間に１８ｋＶ以上の電圧を印加すると、アーク放電が発生しやすくなることがわかった。
【００６０】
また、その電極部を分解して、電極本体、誘電体ケースおよび誘電体蓋のそれぞれの外観を観察したところ、電極本体の角部が位置する部分の空隙、電極本体と誘電体ケースとの隙間、電極本体と誘電体蓋との隙間において内部放電（アーク放電）が発生して、誘電体ケースや誘電体蓋のアルミナの表面が白色から黄色に変色し、放電焼けの現象が認められた。これに対して、発明例に係るプラズマ処理装置の電極構造では、充填ガスを供給することによって、プラズマ処理後に電極部を分解してもアルミナの表面の変色は認められず、内部放電を抑制できることが実証された。
【００６１】
次に、プラズマ処理装置においてアッシング処理を施す場合のアッシング処理能力について説明する。アッシング処理能力は次のように評価した。まず、レジストパターンが形成された被処理基板を所定の向きに搬送しながらプラズマの雰囲気に晒してプラズマ処理を施し、そのプラズマ処理が完了すると、次に、被処理基板を反対向きに搬送しながら再びプラズマの雰囲気に晒してプラズマ処理を施す操作（往復）を５０回行ない、レジストパターンが形成された被処理基板をプラズマの雰囲気に合計１００回晒す操作を行なった。その後、被処理基板に残されたレジストパターンの厚みを段差計を用いて測定することによって、プラズマ処理１回あたりのレジストのアッシング量を求めた。なお、電極部に印加する印加電圧を１８ｋＶとした。
【００６２】
その評価結果について説明する。図８に示すように、プラズマ処理１回あたりのアッシングレートは、発明例に係るプラズマ処理装置の電極構造では２．７３ｎｍ（２７．３Å）であるのに対して、比較例に係るプラズマ処理装置では、それよりも低い２．５１ｎｍ（２５．１Å）であることがわかった。これは、発明例に係るプラズマ処理装置では充填ガスを使用することで、充填ガスを使用しない比較例の場合と比べると、電極部における内部放電が阻止されて、その分の電力が有効にプラズマＡの生成に費やされるためであると考えられる。
【実施例２】
【００６３】
次に、図６に示す電極構造を備えたプラズマ処理装置を用い、図９に示す条件のもとで被処理基板にプラズマ処理として撥水処理を施し、電極部にアーク放電が発生するかどうか評価を行なった。また、電極部の内部においてアーク放電が発生していないかどうか、処理後に電極部を分解して電極本体、誘電体ケースおよび誘電体蓋の外観を目視により観察した。さらに、プラズマ処理装置の処理能力について検討した。
【００６４】
その評価結果について説明する。発明例に係るプラズマ処理装置の電極構造では、電極本体を収納する空間等に充填ガスが拡散することにより、上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとの間に印加する印加電圧を２２ｋＶまで上昇させても、上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとの間にアーク放電は発生しないことが確認された。
【００６５】
一方、比較例に係るプラズマ処理装置の電極構造では、充填ガスを使用しないために、上部電極部１０ａと下部電極部１０ｂとの間に２０ｋＶ以上の電圧を印加すると、アーク放電が発生しやすくなることがわかった。また、その電極部を分解して、電極本体、誘電体ケースおよび誘電体蓋のそれぞれの外観を観察したところ、内部放電によって誘電体ケースや誘電体蓋におけるアルミナの表面が白色から黄色に変色し、放電焼けの現象が認められた。
【００６６】
これに対して、発明例に係るプラズマ処理装置の電極構造では、充填ガスを供給することによって、プラズマ処理後に電極部を分解してもアルミナの表面の変色は認められず、内部放電を抑制できることが実証された。
【００６７】
次に、プラズマ処理装置において撥水処理を施す場合の撥水処理能力について説明する。撥水処理能力は次のように評価した。まず、有機膜のパターンが形成された被処理基板を用意して、その被処理基板をプラズマの雰囲気に晒してプラズマ処理を施した。そして、そのプラズマ処理が施された被処理基板の表面にエーテル系溶剤を滴下して、その液滴の接触角を測定した。なお、電極部に印加する印加電圧を２０ｋＶとした。
【００６８】
その評価結果について説明する。図１０に示すように、比較例に係るプラズマ処理装置では接触角は５５．３°であるのに対して、発明例に係るプラズマ処理装置の電極構造では充填ガスを使用することで、接触角はそれよりも若干高い５５．７°であり、撥水効果が向上することがわかった。
【００６９】
なお、上記２つの実施例においては、大気圧のもとで被処理基板に施されるプラズマ処理として、希釈ガスとしていずれもヘリウム（Ｈｅ）を用い、添加ガスとして酸素（Ｏ2）と窒素（Ｎ2）を用いたアッシング処理と、四フッ化炭素（ＣＦ4）と窒素（Ｎ2）を用いた撥水処理とをそれぞれ例に挙げて説明した。本発明に係るプラズマ処理装置の電極構造では、プラズマ処理としてはアッシング処理や撥水処理に限られるもではなく、たとえばドライエッチングや成膜等のプラズマ処理にも適用することができる。ドライエッチングの場合には、添加ガスとして、たとえばＣＦ4等を適用し、成膜の場合には、添加ガスとして、たとえばＳｉＨ4等を適用し、そして、それぞれその処理に適した充填ガスを選択することにより、アーク放電や内部放電を抑制して効率的な処理を行なうことができる。
【００７０】
また、上述したプラズマ処理装置の電極構造によるプラズマ処理は、大気圧のもとだけに限定して行なわれるものではなく、減圧のもとにおいても行なうことが可能である。
【００７１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、特に大気圧下でプラズマを生成して、被処理基板の表面改質、薄膜の形成、加工を行なうプラズマ処理装置の電極構造として有効に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の電極構造を備えたプラズマ処理装置の斜視図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】同実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】同実施の形態において、図２に示す１対の電極部における互いに対向する部分を示す部分拡大断面図である。
【図５】同実施の形態において、図３に示す１対の電極部における長手方向の一端部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、変形例に係るプラズマ処理装置の電極構造の部分拡大断面図である。
【図７】実施例１に係るアッシング処理条件を示す図である。
【図８】同実施例において、アッシングレートの評価結果を示す図である。
【図９】実施例２に係る撥水処理条件を示す図である。
【図１０】同実施例において、撥水処理能力の評価結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  プラズマ処理装置、１０  電極部、１０ａ  上部電極部、１０ｂ  下部電極部、１１  電極本体、１２  誘電体ケース、１３  誘電体蓋、１４  グランド電極被覆誘電体、１５  誘電体ボルト、１６  ボルト穴、１７  ネジ穴、１８  種スリット、１９  シート、２０  充填ガス、２１  充填ガス供給部、２２  供給スリット、２３  排気スリット、２４  充填ガス排出部、２５  供給コネクタ、２６  排出コネクタ、３０  冷却水、３１  水冷管穴、４０  ユーティリティ供給部、４５  処理ガス供給部、５０  スペーサ、６０  拡散板内臓シャワープレート、７０  処理ガス溜め、８０  被処理基板、８１  搬送手段、Ａ，Ｂ  プラズマ、Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｘ１  空隙。
【図１】
2007250426.tif 000003
【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】
2007250426.tif 000009
【図８】
2007250426.tif 000010
【図９】
2007250426.tif 000011
【図１０】
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