(57)【要約】      （修正有）【課題】大気圧プラズマ処理において、プラズマ処理部近傍のガス雰囲気を保ち、新たな装置を設置することなくプラズマ処理の効率を向上させること。【解決手段】被処理物１にプラズマ処理を行うプラズマ処理部５ａ，５ｂと、プラズマ処理部５ａ，５ｂを被処理物１に対して相対的に移動させる搬送機構２と、プラズマ処理部５ａ，５ｂの被処理物入口側と被処理物出口側にそれぞれ設けられたガスカーテン機構３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとを備え、少なくとも被処理物１入口側のガスカーテン機構３ａ，３ｂは、被処理物１を加熱可能なガスを噴出する装置。【選択図】図２
2007318037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理部と、プラズマ処理部を被処理物に対して相対的に移動させる搬送機構と、プラズマ処理部の被処理物入口側と被処理物出口側にそれぞれ設けられたガスカーテン機構とを備え、少なくとも被処理物入口側のガスカーテン機構は、被処理物を加熱可能なガスを噴出するプラズマプロセス装置。
【請求項２】
各ガスカーテン機構は、被処理物の両面に対向して各々配置される２つのガスカーテン機構を備える請求項１記載のプラズマプロセス装置。
【請求項３】
各ガスカーテン機構は、前記プラズマ処理部との間に排気処理機構を備える請求項１又は２記載のプラズマプロセス装置。
【請求項４】
被処理物入口側のガスカーテン機構は、被処理物の入口にガス噴出口を備える請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマプロセス装置。
【請求項５】
被処理物入口側のガスカーテン機構は、被処理物の入口から所定距離だけ下流にガス噴出口を備える請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマプロセス装置。
【請求項６】
各ガスカーテン機構にガスを供給するガス導入経路と、少なくとも被処理物入口側のガスカーテン機構のガスの導入経路に設けられた加熱手段とをさらに備える請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマプロセス装置。
【請求項７】
加熱手段が温度調整機構を備える請求項６記載のプラズマプロセス装置。
【請求項８】
被処理物が板状であり、プラズマ処理部が被処理物の片面に対向するプラズマ処理部からなり、搬送機構がプラズマ処理部を被処理物に対して移動させるように構成された請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマプロセス装置。
【請求項９】
被処理物が板状であり、プラズマ処理部が被処理物の両面にそれぞれ対向する２つのプラズマ処理部を有し、搬送機構が被処理物をプラズマ処理部に対して移動させるように構成された請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマプロセス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成・加工、および、表面処理用のプラズマプロセス装置に関し、更に詳しくは、プラズマを発生させ、大型の被処理物に対してプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池などのさまざまな電子デバイスの製造には、エッチング、成膜、アッシング、表面処理などのさまざまなプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置が用いられている。上記のデバイスのうち、特にフラットパネルディスプレイや薄膜アモルファスシリコンを用いた薄膜太陽電池などのデバイスは、デバイスの大型化と製造コスト削減のため、基板などの被処理物はサイズが大型化しており、これに伴ってプラズマプロセス装置も大型化してきている。
【０００３】
このようなプラズマプロセス装置は、従来は減圧（真空）下でのプラズマ（真空プラズマ）を利用するものが通常であったが、近年は大気圧、または、大気圧近傍で発生するプラズマ（以下「大気圧プラズマ」と称す）を用いて処理を行うプラズマプロセス装置も実用化されてきている。大気圧プラズマプロセス装置は、真空プラズマに比べ
（１）真空設備を必要とせず装置構成を簡便にできる、
（２）装置コストが安価で済む、
（３）プラズマの活性種の密度が高いため処理速度を高くすることができる、
（４）装置構成によっては被処理基板一枚当りの処理時間をほぼプラズマ処理の時間に等しくできる、
などの利点がある。その一方で、プラズマ処理部近傍のガス雰囲気に外気が混入することにより、被処理物の酸化、生成した膜の酸化、エッチング部の酸化等が生じる場合があるため、密閉容器により外気と遮断し、プロセスガス雰囲気を保つのが通例である。しかしながら、プロセスガス雰囲気を保つために、密閉容器内で一旦真空引きして処理を行うと、低圧下の処理と同じくプラズマ処理効率の向上や大面積基板等に対応できない。
【０００４】
また、プラズマ処理効率を向上させる際、加熱機構により被処理物を加熱する方法がとられているが、被処理物が大型化した場合、従来の加熱機構では装置が大掛かりになり、高コストになり、温度ムラが生じやすくなるという問題がある。
これに対して、プラズマ処理部近傍のプロセスガス雰囲気を保つために、ガスカーテンにより外気を遮断する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、被処理物をランプヒータまたは赤外線ヒータを用いて加熱処理した後、プラズマ処理することにより、大気圧プラズマによるプラズマ処理効率を向上させる方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１５１４９４号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４２３２号公報
【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、前者の方法では被処理物に対して加熱がなされておらず、プラズマ処理速度を十分に高くすることができない。
後者の方法ではランプヒータ又は赤外線ヒータを用いて基板を加熱するようにしているが、２ｍ以上のサイズの大型の被処理物を従来の加熱機構により加熱する場合、装置が大掛かりになる、高コストとなる、また加熱機構が大きくなるため温度ムラが生じるなどの課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理部と、プラズマ処理部を被処理物に対して相対的に移動させる搬送機構と、プラズマ処理部の被処理物入口側と被処理物出口側にそれぞれ設けられたガスカーテン機構とを備え、少なくとも被処理物入口側のガスカーテン機構は、被処理物を加熱可能なガスを噴出するプラズマプロセス装置を提供するものである。
【０００７】
前記各ガスカーテン機構は、被処理物の両面に対向して各々配置される２つのガスカーテン機構を備えてもよい。
前記各ガスカーテン機構は、前記プラズマ処理部との間に排気処理機構を備えてもよい。
被処理物入口側のガスカーテン機構は、被処理基板の入口にガス噴出口を備えてもよい。
被処理物入口側のガスカーテン機構は、被処理基板の入口から所定距離だけ下流にガス噴出口を備えてもよい。
【０００８】
前記各ガスカーテン機構にガスを供給するガス導入経路と、少なくとも被処理物入口側のガスカーテン機構のガスの導入経路に設けられた加熱手段とをさらに備えてもよい。
前記加熱手段が温度調整機構を備えてもよい。
被処理物が板状である場合に、前記プラズマ処理部が被処理物の片面に対向するプラズマ処理部からなり、前記搬送機構がプラズマ処理部を被処理物に対して移動させるようにしてもよい。
また、前記プラズマ処理部が板状被処理物の両面にそれぞれ対向する２つのプラズマ処理部を有し、前記搬送機構が被処理物をプラズマ処理部に対して移動させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のプラズマプロセス装置によれば、ガスカーテン機構により大気圧又は大気圧近傍の圧力下でプロセスガス雰囲気が保たれ、被処理物をプラズマ処理することが可能となり、ガスカーテン機構から加熱されたガスを噴射することにより、被処理物が均一に加熱され、プラズマ処理速度の向上が可能となる。
さらに、この発明のプラズマプロセス装置によれば、新たに大掛かりな加熱機構を取り付ける必要がなく、装置コスト及び装置設置面積の増加を抑制することができる。
さらに、ガスカーテンのガスの温度を調整する機構を用いると、プラズマ処理能力を効果的に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に示す実施形態を用いてこの発明を詳述する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１によるプラズマプロセス装置の構成を説明する説明図である。
図１に示すように、実施形態１によるプラズマプロセス装置は、板状の被処理物1の上方に配置されている処理部7a、及び、基板１を搭載するステージ6を備える。処理部7aは図示しない搬送機構によりステージ６上を矢印Ａ方向に移動するようになっている。
処理部7aは、ガスカーテン機構3a, 3bと、排気処理機構4a, 4bと、プラズマ処理部5aとを備える。排気処理機構4a，4bは、それぞれ排気ノズル11を備える。
【００１１】
プラズマ処理部5aには電極12aが設置されている。電極12aには電源30aが接続されて電力が供給されると共に、ガス流路22aを介してプロセスガス用ガスボンベ22からプロセスガスが供給される。
電極12aは、アルミニウム（Ａｌ）、又は、ステンレス（ＳＵＳ）などの導電率の高い金属からなる金属部を備え、アーク放電を防ぐため、金属部を固体誘電体で被覆している。また、電極12aの近傍にプロセスガスを供給するために図示しないガス流路を設けている。
排気処理機構4a, 4bは、プラズマ処理部5aへの外気の流入を防ぎ、また、プラズマ処理部5aでプラズマ処理を行った後のガスを排気している。
処理部7aの外部へ噴出されたガスは、処理部7aを覆う筐体13aを介して外部へ排気される。
【００１２】
ガスカーテン機構3a, 3bへは、ガスカーテン用ガスの窒素ガスボンベ21から加熱部20を通じて加熱されたガスが、流路21aを介して供給され、ガス噴出口10からそれぞれ噴出される。
このガスカーテン機構3a, 3bは、プラズマ処理部5aへの外気の混入を防ぎ、プラズマ処理部5aをプロセスガス雰囲気に保つと同時に被処理物1の加熱を行うものである。
ここで、図３を用いて加熱部20の詳細について説明する。
ガスは両端が継手24で流路21aに接続されている金属パイプ25内を通り、ヒータ等の加熱機構23によって加熱される。ガス温度は金属パイプ25に接続された熱電対28により検知され、温度調整機構27により、設定温度にするため加熱機構23のヒータ電流の大きさを調整し、ガス温度を調整することができる。
【００１３】
次に、実施形態１におけるプラズマプロセス装置（図１）を用いたプラズマプロセス処理について説明する。
まず、ガスカーテン機構3a, 3bにガスボンベ21から窒素ガスを導入し、プラズマプロセス装置の内部と外部のガスの流れを遮断する。排気処理機構4a, 4b、および、筐体排気カバー13aの排気によりプラズマ処理部5a内のガスを排気する。
そして、大気圧、あるいは、大気圧近傍の圧力下で、プロセスガス用ガスボンベ22から、例えば、Ｈｅ＝８０L/min、Ｎ2＝４５L/min、Ｏ2＝０．６L/min、を供給し、混合されたプロセスガスをプラズマ処理部5aに数１０秒以上導入し続ける。このプロセスガス導入、及び、ガスカーテン機構の3a, 3bによるガスの流れの遮断と排気処理機構4a, 4bのガスの排気、および、処理部7aを覆う筐体13a内のガスの排気によりプラズマ処理部5a付近の雰囲気を空気からプロセスガス雰囲気に置換する。
【００１４】
その後、電極12aとステージ６との間に周波数３０ｋＨｚ、電圧７．５ｋＶの高周波電圧を高周波電源から印加すると、電極12aとステージ6の間にプラズマが生成される。
ステージ6上には被処理物1を載置している。被処理物1としては、例えばレジストパターンが形成されたガラス基板を用いる。プラズマが生成されている処理部7aが被処理物1の上を矢印Ａ方向に移動することにより、被処理物１のプラズマ処理が行われる。
このように静止している被処理物1に対し処理部7a側を移動させることにより、被処理物1側を移動させる場合に比べ、被処理物１の平面度及び被処理物1と電極12aとのギャップの精度が高くなり、またギャップをより小さくすることができる。
【００１５】
また、この処理では、ガスカーテン機構3aは加熱部20で加熱されたガスを被処理物1に吹き付けており、被処理物1であるガラス基板は例えば80℃まで加熱され、この加熱効果によりプラズマ処理速度を向上することができる。
このように、本実施形態のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理を、ガラス基板上のレジストのアッシング量で評価した場合、加熱を行っていないガラス基板（温度２５℃）の場合に比べ、レジストのアッシングの処理速度が向上する。また、従来の加熱方法よりもアッシング量の均一性を向上させることができる。
【００１６】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２によるプラズマプロセス装置の構成を説明する説明図である。このプラズマプロセス装置は、インライン方式の基板処理や、シート状、あるいは、ロール状の被処理物の処理をするプラズマプロセス装置である。
図２に示すように、実施形態２によるプラズマプロセス装置は、上下に対向する処理部7a, 7b及び搬送機構2を備える。処理部7a, 7bは、それぞれ板状の被処理物1の上方、及び、下方に配置されている。被処理物1は搬送機構2に搭載され、搬送機構2により処理部7a, 7b方向（矢印Ｂの方向）へ搬送される。
処理部7a, 7bは、ガスカーテン機構3a〜3dと、排気処理機構4a〜4dと、プラズマ処理部5a, 5bとを備える。排気処理機構4a〜4dは、それぞれ排気ノズル11を備える。
【００１７】
プラズマ処理部5a, 5bには電極12a, 12bが設置されている。電極12a, 12bには電源30a, 30bが接続されてそれぞれ電力が供給されると共に、ガス流路22aを介してプロセスガス用ガスボンベ22からそれぞれプロセスガスが供給される。
電極12a, 12bは、アルミニウム（Ａｌ）、又は、ステンレス（ＳＵＳ）などの導電率の高い金属からなる金属部を備え、アーク放電を防ぐため、金属部を固体誘電体で被覆している。
ガスカーテン機構3a〜3dへはガスカーテン用ガスボンベ21から加熱部20を通じて加熱されたガスが、流路21aを介して供給され、ガス噴出口10からそれぞれ噴出される。
このガスカーテン機構3a〜3dは、プラズマ処理部5a, 5bへの外気の混入を防ぎ、プラズマ処理部5a，5bをプロセスガス雰囲気に保つと同時に被処理物1の加熱を行っている。
【００１８】
処理部7a, 7bの外部へ噴出されたガスは処理部7a, 7bを覆う筐体13a, 13bを介して外部へ排気される。
ここで、ガスカーテン機構3a, 3cの詳細について説明する。図４は、実施形態２によるプラズマプロセス装置のガスカーテン機構3a, 3cのガス噴出口10の一例を示す説明図である。
図４のガスカーテン機構3a, 3cは、上下に対向しており、ガス噴出口10がガスカーテン機構3a, 3cの被処理物入口側の端部にあり、このガス噴出口10から被処理物1に向けガス26が噴出される。
このとき、ガス噴出口10がガスカーテン機構3a, 3cの被処理物入口側の端部にあるため、前記端部からガスが噴出することにより、処理部7a, 7bからのプロセスガスの流出が少なくなり、また装置面積は小さくなる。
【００１９】
図５は、ガスカーテン機構3a, 3cのガス噴出口10の位置が上記と異なる例を示す図である。図５のガスカーテン機構3a, 3cも、上下に対向しているが、ガス噴出口10からプラズマプロセス装置の被処理物入口側端部までに所定の距離を有し、このガス噴出口10から被処理物1に向けガス26が噴出される。このようにすると被処理物1に対してガス26が接する面積が広くなるため、加熱効果及び外気混入防止効果が上昇する。
【００２０】
次に実施形態２におけるプラズマプロセス装置（図２）を用いたプラズマプロセス処理について説明する。
まず、ガスカーテン機構3a〜3dにガスボンベ21から窒素ガスを導入し、プラズマプロセス装置の内部と外部のガスの流れを遮断する。排気処理機構4a〜4d、および、筐体13a, 13bの排気によりプラズマ処理部5a内のガスを排気する。
そして、大気圧、あるいは、大気圧近傍の圧力下で、プロセスガス用ガスボンベ22から、例えば、Ｈｅ＝８０L/min、Ｎ2＝４０L/min、Ｏ2＝０．６L/min、を供給し、混合されたプロセスガスをプラズマ処理部5a, 5bに数１０秒以上導入し続ける。それにより、ガスカーテン機構の3a〜3dによるガスの流れの遮断と排気処理機構4a〜4dのガスの排気、および、処理部7a, 7bを覆う筐体13a, 13b内のガスの排気によりによりプラズマ処理部5a, 5b付近の雰囲気を空気からプロセスガス雰囲気に置換する。
【００２１】
その後、電極12a, 12bに周波数３０ｋＨｚ、電圧７．５ｋＶの高周波電圧を高周波電源からそれぞれ逆位相で印加すると、電極12a, 12b間には１５ｋＶの電圧が印加され、電極12a, 12b間にプラズマが生成される。
搬送機構2には被処理物1を載置している。被処理物1としては、例えば、レジストパターンが形成されたガラス基板を用いる。被処理物1は搬送機構2によって処理部7a, 7b方向（矢印Ｂ方向）へ搬送され、被処理物1のプラズマ処理が行われる。
このように、被処理物１に対して上下両側からガスカーテンによる加熱処理をすることにより、被処理物の上下面の温度差を無くすことができたわみが生じないようにすることができる。
【００２２】
この処理では、ガスカーテン機構3a〜3dは加熱部20で加熱されたガスを被処理物1に吹き付けており、被処理物1であるガラス基板は例えば80℃まで加熱され、この加熱効果によりプラズマ処理速度を向上することができる。
また、このように静止している処理部7a, 7bに対し被処理物1を搬送することにより、静止している被処理物1に対し処理部7a，7b側を動かす場合に比べ、容易に搬送速度を速くすることができる。
ここで、被処理物1の搬送速度を速くした場合、プラズマ処理時間が短くなるため、プラズマ処理量が低下するが、このような場合は、複数個の電極を用いる構成とすればよい。
【００２３】
このように、本実施形態のプラズマプロセス装置を用いたプラズマ処理を、ガラス基板上のレジストのアッシング量で評価した場合、加熱を行っていないガラス基板（温度２５℃）の場合に比べ、レジストのアッシング能力は１．６３倍に向上した。
実施形態１、及び、２に示した条件は一例であり、プラズマの処理能力は被処理物温度、プロセスガスの種類、構成比率、総流量、高周波電源の周波数、電極間ギャップ、電極形状被処理物の搬送速度、及び、プロセスガスの流速などによって決定されるので、所望の処理量を得るためには各条件を変化させればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態１によるプラズマプロセス装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態２によるプラズマプロセス装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】本発明に係るガス加熱部の概略構成を示す説明図である。
【図４】本発明に係るガスカーテン機構の一例を示す説明図である。
【図５】本発明に係るガスカーテン機構の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
1  被処理物
2  搬送機構
3a, 3b, 3c, 3d  ガスカーテン処理機構
4a, 4b, 4c, 4d  排気処理機構
5a, 5b  プラズマ処理部
6  ステージ
7a, 7b  処理部
10  ガス噴出口
11  排気ノズル
12a, 12b  電極
13a, 13b  筐体
20  加熱部
21  ガスカーテン用ガスボンベ
21a  流路
22  プロセスガス用ガスボンベ
22a  ガス流路
23  加熱機構
24  継ぎ手
25  金属パイプ
26  ガス
27  温度調整機構
28  熱電対
30a, 30b  電源
【図１】
2007318037.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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