(57)【要約】【課題】処理速度の高速化に有効なフィラメント状放電を利用しつつ処理特性の均一化を図ることができ、さらには装置コストの増大や装置構成の複雑化を招くこともないプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】プラズマ処理装置は、絶縁体を挟んで互いに隣接する一対の第１電極および第２電極とからなる電極ユニットと、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガスを供給するガス供給手段と、前記空間からガスを排出するガス排出手段と、前記空間に被処理物を導入し搬送し搬出する搬送手段とを備え、電極ユニットは電力が投入された際に第１および第２電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成でき、電極ユニット、ガス供給手段およびガス排出手段は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するようにそれぞれ配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体を挟んで互いに隣接する一対の第１電極および第２電極とからなる電極ユニットと、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガスを供給するガス供給手段と、前記空間からガスを排出するガス排出手段と、前記空間に被処理物を導入し搬送し搬出する搬送手段とを備え、電極ユニットは電力が投入された際に第１および第２電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成でき、電極ユニット、ガス供給手段およびガス排出手段は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するようにそれぞれ配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流は、第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向に対して直交する方向成分のガス流を含む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】
請求項１に記載のプラズマ処理装置を用い、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガス供給手段からガスを供給する工程と、電極ユニットに電力を投入して第１および第２電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成する工程と、搬送手段によって被処理物を前記空間に導入し搬送し搬出する工程とを備え、ガス供給手段からガスを供給する工程は、電力の投入によって発生したフィラメント状放電の発生位置がガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によって連続的に移動するようにガスを供給する工程であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
ガス供給手段からガスを供給する工程は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流が、第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向に対して直交する方向成分のガス流を含むようにガスを供給する工程であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
ガス供給手段からガスを供給する工程は、電極ユニットと対向する部位におけるガス流の方向と第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向とのなす角度θが、０＜θ＜９０°の条件を満たすようにガスを供給する工程であることを特徴とする請求項３または４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
フィラメント状放電の発生位置が連続的に移動する速度は、第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向と直交する方向成分のガス流の流速と略等しいことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流の流速Ｊは、フィラメント状放電の発生位置が移動しない時のフィラメント状放電のピッチＭ、被処理物の移動速度Ｖ、第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向に平行な方向のプラズマ発生領域の幅Ｗ、前記角度θ、１以上の整数ｋにより、Ｊ＝ｋＭＶ／（Ｗｓｉｎθｃｏｓθ）の関係を満たすように設定されることを特徴とする請求項５または６に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
被処理物がガラス基板上に導体パターンと半導体または絶縁体パターンが混在あるいは積層された液晶用基板基板であり、ガス供給手段から供給されるガスが希ガスに酸化性ガスまたはハロゲンガスが添加された反応ガスであることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置とそれを用いたプラズマ処理方法に関し、詳しくは、フィラメント状放電によるプラズマを利用するプラズマ処理装置とプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気圧またはその近傍の圧力下においてプラズマを生成し、前記プラズマによる化学反応を利用して、各種基板上への薄膜形成、基板の加工、基板の表面処理等のプラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理装置が種々提案されている。大気圧付近でプラズマ処理を行うことが可能であれば、反応容器内を高真空に排気する必要がなく、装置構成を簡略化できるため、プラズマ処理装置の製造コストを大幅に削減できる利点がある。
【０００３】
大気圧プラズマ処理方法としては、対向する電極間にガス流路を形成し、前記電極間に電圧を印加することによって電極間にプラズマを発生させ、被処理物を電極間内に配置することで所望の処理を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、このような大気圧プラズマ処理方法をダイレクトプラズマ方式と称する。
【０００４】
ダイレクトプラズマ方式では、被処理物表面の極めて近傍で活性種が生成され、生成された活性種は失活するよりも早く被処理物の表面に到達するため、高速処理が可能であるという利点がある。その一方で、電気力線方向は、被処理物の表面に対して略垂直となるため、必然的にプラズマが被処理物の表面と直接接触することになり、特に、電極間でアーク状の放電が発生した場合には被処理物が甚大なダメージを受けるという問題がある。
【０００５】
これに対し、プラズマが被処理物と直接接触せず所望の処理を行える大気圧プラズマ処理方法として、対向した電極間にガス流路を形成し、前記電極間に電圧を印加することによってプラズマを発生させ、活性種を放電領域外に配置された被処理物に向けて噴出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。ここでは、このような大気圧プラズマ処理方法をリモートプラズマ方式と称する。
【０００６】
リモートプラズマ方式では、プラズマ生成位置が被処理物から離れた位置にあり、プラズマ中に生成した活性種が拡散して被処理物の表面に到達し処理が行われるため、ダイレクトプラズマ方式ほどプラズマダメージが大きくならないという利点を有する。
しかしながら、このような利点を有する一方で、プラズマ生成位置から被処理物の表面に到達するまでに失活する活性種が多いため処理速度が遅く、これを解決するには電極を複数組並べることによって、発生するプラズマの本数を増加させなければならず、装置コストが増大するという問題がある。
【０００７】
また、発生するプラズマの本数を増加させたとしても、対向した電極間にガス流路が形成されることから、一度プラズマ放電に供された反応ガスを再度プラズマ放電に利用することは困難であり、反応ガスの利用効率が低くなり反応ガスに係るコストが増大するという問題がある。
【０００８】
そこで、処理速度が速く、かつ、被処理物にダメージを与えない処理を実現する大気圧プラズマ処理方法として、絶縁体を挟んで隣接する一対の電力印加電極と接地電極とからなる電極ユニットを設け、この電極ユニットと対向するように被処理物を配置して絶縁体と被処理物の間にガス流路を形成し、電力印加電極と接地電極との間に電圧を印加することにより大気圧プラズマを発生させ、この大気圧プラズマ中で生成された活性種によって処理を行う方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。ここでは、このような大気圧プラズマ処理方法をセミリモートプラズマ方式と称する。
【０００９】
セミリモートプラズマ方式によれば、電気力線方向と被処理物表面とが略平行となり、プラズマ生成位置が被処理物と離れた位置となるため、プラズマが被処理物に直接接触せず、リモートプラズマ方式と同様、ダイレクトプラズマ方式に比べてダメージが少ない。また、セミリモートプラズマ方式によれば、絶縁体と被処理物との間のガス流路において放電が起こるため、失活する活性種が少なく、リモートプラズマ方式と比べて処理が高速になる。
さらに、処理速度向上のため、電極を複数本並べて発生するプラズマの本数を増加させた場合、ガス流方向の上流側でプラズマ放電に供された反応ガスをガス流方向の下流側でもプラズマ放電に再度利用できるため、反応ガスの利用効率が非常に高くなり、リモートプラズマ方式よりも反応ガスに係るコストを削減できる。このような事情から、セミリモートプラズマ方式に係る研究が現在盛んに進められている。
【００１０】
ここで、電圧の印加に伴い、一般にセミリモートプラズマ方式の放電状態がどのように変化するのか説明する。
ガス流路に反応ガスを流した状態で、絶縁体を挟んで隣接する電極間に印加する電圧を増加させていくと、放電開始電圧を超えたところでグロー放電が発生する。この状態では、電界によって加速された電子がガス分子と衝突することにより引き起こされるガス分子の電離が放電空間全体で起こるため、空間的に均一な放電となる。しかし、プラズマ空間の電界が低いため、電離はゆっくりと進行し、プラズマ中の電子密度は低く、結果として活性種の密度も低いため、処理速度は非常に遅くなる。
【００１１】
そして、グロー放電が発生した状態から更に印加電圧を増加させると、輝度の高いフィラメント状放電が等ピッチで発生する。フィラメント状放電の領域は、それ以外の領域に比べて電子密度が高いため、活性種密度も非常に高くなり、フィラメント状放電の領域で処理を行えば高い処理速度を得ることができる（例えば、特許文献４参照）。なお、大気圧プラズマ放電は、グロー放電からフィラメント状放電に至るまでの電圧の幅が小さいという特徴がある。
【特許文献１】特許第３０１４１１１号公報
【特許文献２】特許第２５３７３０４号公報
【特許文献３】特開２０００−３０６８４８号公報
【特許文献４】特開２０００−１６９９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、フィラメント状放電によるプラズマ処理は、以下の３つの課題を抱える。
第一に、フィラメント状放電を反映した処理特性分布が生じる点が挙げられる。前述のように、フィラメント状放電では、局所的に電子密度の高い領域が発生するため、被処理物のうち、フィラメント状放電が発生している位置の直下に対応する部分は処理速度が速く、フィラメント状放電が発生していない位置の直下に対応する部分は処理速度が遅い。この結果、被処理物上の処理効果に大きなばらつきが発生することになる。
【００１３】
第二に、特に液晶用基板など、導体パターンと半導体あるいは絶縁体パターンが混在、または積層されているような被処理物に対してフィラメント状放電によるプラズマを適用すると、被処理物に対して与えるダメージが大きいことが挙げられる。フィラメント状放電部分は局所的に電界強度が強くなるため、電気力線が電力印加電極と接地電極間だけでなく、電力印加電極と被処理物間にも形成されることがある。したがって、非常に大きな処理特性分布が発生するだけでなく、場合によっては被処理物に大きなダメージを与えることになる。
【００１４】
そして第三に、電極ユニット部品の耐久性を低下させる点が挙げられる。前述したように、フィラメント状放電の発生位置が固定されるため、絶縁体に熱伝導度の低い材料を用いた場合、フィラメント状放電の発生位置の温度が局所的に上昇し、熱応力で絶縁体が割れる場合がある。この割れが発生した領域は、割れが発生していない領域と異なるプラズマ状態になり、処理特性分布が生じる原因になる。これを解決するには絶縁体を交換するほかなく、装置のメンテナンスコストを増大させる。
【００１５】
これらの課題から、フィラメント状放電を用いた処理を行う場合は、処理用途や処理対象が限定され、また処理を行う場合でも、必要な処理特性を得るためのプロセスウインドウが非常に狭くなる。このため、フィラメント状放電によるプラズマ処理は、排ガスの無害化処理などに使うことはあっても、特に基板の処理においては敬遠され、むしろフィラメント状放電は抑制してグロー放電によりプラズマ処理を行うことが多いのが現状である。
しかしながら、グロー放電による処理の場合、低い処理速度を電極組数の増加などで補う必要があり、装置コストの増大や、装置構成の複雑化などを伴う。特に被処理物が大型化するほど、この問題は顕著になる。
【００１６】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、処理速度の高速化に有効なフィラメント状放電を利用しつつ処理特性の均一化を図ることができ、さらには装置コストの増大や装置構成の複雑化を招くこともないプラズマ処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明は、絶縁体を挟んで互いに隣接する一対の第１電極および第２電極とからなる電極ユニットと、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガスを供給するガス供給手段と、前記空間からガスを排出するガス排出手段と、前記空間に被処理物を導入し搬送し搬出する搬送手段とを備え、電極ユニットは電力が投入された際に第１および第２電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成でき、電極ユニット、ガス供給手段およびガス排出手段は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するようにそれぞれ配置されることを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、略等ピッチで並ぶフィラメント状放電の発生位置が、ガス流によって連続的に移動するので、処理速度の高速化を図りつつ処理特性の均一化を図ることができる。
また、フィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するので、被処理物へのダメージも抑制される。
さらには、フィラメント状放電の発生位置を移動させる手段としてガス流を利用するので、装置コストの増大や装置構成の複雑化を招くこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明によるプラズマ処理装置は、絶縁体を挟んで互いに隣接する一対の第１電極および第２電極とからなる電極ユニットと、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガスを供給するガス供給手段と、前記空間からガスを排出するガス排出手段と、前記空間に被処理物を導入し搬送し搬出する搬送手段とを備え、電極ユニットは電力が投入された際に第１および第２電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成でき、電極ユニット、ガス供給手段およびガス排出手段は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するようにそれぞれ配置されることを特徴とする。
【００２０】
この発明によるプラズマ処理装置において、常圧とは、大気圧又は大気圧の近傍の圧力を意味する。したがって、この発明によるプラズマプロセス装置において、常圧には、大気圧はもちろん、大気圧からある程度減圧された圧力や、大気圧からある程度加圧された圧力も含まれる。
【００２１】
電極ユニットを構成する一対の第１および第２電極は、導電体で形成されていればよく、その材料は特に限定されないが、具体例としては、例えば、アルミニウム、銅、または真鍮などの導電性金属材料が挙げられる。
また、第１および第２電極に挟まれる絶縁体としては、耐熱性、耐電圧性、耐プラズマ性、耐ガス性に優れた絶縁性材料で形成されていればよく、その材料は特に限定されないが、具体例としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＡｌＮなどの絶縁性材料が挙げられる。
なお、第１電極および第２電極のうち少なくとも被処理物と対向する面は、反応ガス、プラズマ中で生成された活性種、反応後の生成物などによって表面が侵されないように絶縁体で被覆されることが好ましい。
【００２２】
ガス供給手段としては、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガスを供給できる構成を備えていればよく、その構成は特に限定されないが、具体例としては、ガスボンベ、ガスボンベから前記空間内へ通ずるガス供給路、ガス供給路中に設けられたガス流量調節機構などで構成されたものが挙げられる。
ガス排出手段としては、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間内からガスを排出できるものであればよく、その構成は特に限定されないが、具体例としては、例えば、排気ポンプと、前記空間内から導出され排気ポンプへ接続されたガス排出路とから構成されるものが挙げられる。
【００２３】
搬送手段としては、被処理物を電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間に導入し、前記空間内で被処理物を搬送し、前記空間から被処理物を搬出できるものであればよく、その構成は特に限定されない。
ガスとしては、処理の目的に応じて様々なガスを用いることができ限定されるものではないが、放電を容易に維持できるようにＨｅ、Ｎｅ、Ａｒなどの希ガスが含まれることが望ましく、前記希ガスに所望の処理に応じて添加ガスを加える。添加ガスとしては、例えば被処理物表面の有機物のクリーニング、レジストの除去、有機材料フィルムの加工などの処理を行うのであれば、Ｏ２、空気、水蒸気などの酸化性ガスを用いればよく、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどのシリコン材料のエッチング処理を行うのであれば、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＳＦ６などのハロゲンガスを用いればよい。
【００２４】
この発明によるプラズマ処理装置において、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流は、第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向に対して直交する方向成分のガス流を含むことが好ましい。
【００２５】
この発明は別の観点からみると、上述のこの発明によるプラズマ処理装置を用い、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガス供給手段からガスを供給する工程と、電極ユニットに電力を投入して第１および第２電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成する工程と、搬送手段によって被処理物を前記空間に導入し搬送し搬出する工程とを備え、ガス供給手段からガスを供給する工程は、電力の投入によって発生したフィラメント状放電の発生位置がガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によって連続的に移動するようにガスを供給する工程であることを特徴とするプラズマ処理方法を提供するものでもある。
【００２６】
この発明による上述のプラズマ処理方法において、ガス供給手段からガスを供給する工程は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流が、第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向に対して直交する方向成分のガス流を含むようにガスを供給する工程であることが好ましい。
【００２７】
また、この発明による上述のプラズマ処理方法において、ガス供給手段からガスを供給する工程は、電極ユニットと対向する部位におけるガス流の方向と第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向とのなす角度θが、０＜θ＜９０°の条件を満たすようにガスを供給する工程であってもよい。
【００２８】
また、この発明による上述のプラズマ処理方法において、フィラメント状放電の発生位置が連続的に移動する速度は、第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向と直交する方向成分のガス流の流速と略等しくてもよい。
【００２９】
また、電極ユニットと対向する部位におけるガス流の方向と第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向とのなす角度θが、０＜θ＜９０°の条件を満たすようにガスが供給される上記のプラズマ処理方法において、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流の流速Ｊは、フィラメント状放電の発生位置が移動しない時のフィラメント状放電のピッチＭ、被処理物の移動速度Ｖ、第１電極から第２電極へ向かう電気力線方向に平行な方向のプラズマ発生領域の幅Ｗ、前記角度θ、１以上の整数ｋにより、Ｊ＝ｋＭＶ／（Ｗｓｉｎθｃｏｓθ）の関係を満たすように設定されてもよい。
【００３０】
また、この発明による上述のプラズマ処理方法は、被処理物がガラス基板上に導体パターンと半導体または絶縁体パターンが混在あるいは積層された液晶用基板基板であり、ガス供給手段から供給されるガスが希ガスに酸化性ガスまたはハロゲンガスが添加された反応ガスであってもよい。
【００３１】
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。
【実施例】
【００３２】
実施例
図１〜４に基づいて、この発明の実施例によるプラズマ処理装置とそれを用いたプラズマ処理方法について説明する。
図１は、実施例によるプラズマ処理装置の横断面図（図２のＸ−Ｘ'断面図）、図２は実施例によるプラズマ処理装置の縦断面図（図１のＹ−Ｙ'断面図）、図３は図１に示されるプラズマ処理装置の電極ユニットの底面図、図４はフィラメント状放電が移動する様子を説明する説明図である。
【００３３】
図１〜３に示されるように、実施例によるプラズマ処理装置１８は、絶縁体４を挟んで互いに隣接する一対の高電圧印加電極（第１電極）２および接地電極（第２電極）３とからなる電極ユニット１と、電極ユニット１と対向しかつ外部と通ずるガス流路（常圧の空間）９に反応ガスを供給するガス導入口（ガス供給手段）６と、ガス流路９からガスを排出するガス排出口（ガス排出手段）７と、ガス流路９に被処理物１０を導入し搬送し搬出する搬送装置（搬送手段）８とを備えている。
電極ユニット１は電源１１から電力が投入された際に高電圧印加電極２と接地電極３との間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマ５を生成でき、電極ユニット１、ガス導入口６およびガス排出口７は、ガス導入口６からガス排出口７へガス流路９を流れるガス流によってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するようにそれぞれ配置されている。
【００３４】
高電圧印加電極２は電源１１に接続されており、接地電極３は接地されている。高電圧印加電極２と接地電極３との間には、絶縁体４が挟まれているので、高電圧印加電極２と接地電極３との間に電圧を印加した場合、絶縁体４の一部の領域に電力伝達線路開放端１２が形成される。電源１１から投入された電力は電力伝達線路開放端１２に達し、電力伝達線路開放端１２の近傍に高電界を発生させる。前記電界が放電開始電界を越えると電力伝達線路開放端１２付近にプラズマ５が発生する。
本実施例において、高電圧印加電極２および接地電極３はＡｌからなり、絶縁体はＡｌ２Ｏ３からなる。電源１１には、１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いているが、必要であれば、高電圧印加電極２に効率よく電力を投入するために電源、プラズマを含む共振回路のインピーダンスを制御する装置を挿入してもよい。
【００３５】
ガス導入口６より反応ガスを導入し、ガス排出口７から排気することにより、電極ユニット１と被処理物との間に形成されたガス流路９に反応ガスが流れる。
電極ユニット１と被処理物１０との距離Ｌは小さく設定するほど、失活する前に被処理物１０に到達する活性種の数が増加し、処理速度が向上するので望ましいが、小さく設定しすぎると放電空間と被処理物１０との距離が近くなりすぎるため、高電圧印加電極２と被処理物１０との間でアーク放電が発生し、被処理物１０に甚大なダメージを与える恐れが生ずる。電極ユニット１と被処理物１０との距離Ｌの適切な値は、電極構造や投入電力などで決まる放電空間の電界強度に応じて適宜変更される。
【００３６】
発生したプラズマ５に反応ガスが供給されると、反応ガスが励起されて活性種が生成される。ここで、投入電力を調整し、フィラメント状放電を発生させる。この際に投入する電力は、大きいほど処理速度を向上させることができるので望ましいが、大きくしすぎると放電空間が被処理物１０の方へ拡大しすぎるため、高電圧印加電極２と被処理物１０との間でアーク状放電が発生し、被処理物１０に甚大なダメージを与えることがある。このため、投入電力の適切な値は、反応ガスの種類、反応ガスの組成、反応ガスの流量、電極ユニット１と被処理物１０との距離Ｌ、高電圧印加電極２と接地電極３との距離Ｄ、必要な処理能力などの応じて適宜決定される。
【００３７】
ここで、本実施例においては、前記高電圧印加電極２から接地電極３へ向かう電気力線方向１３と、電極ユニット１の下方におけるガス流方向１４とのなす角度θが、０＜θ＜９０°の条件を満たすように、電極ユニット１、ガス導入口６およびガス排出口７の配置がそれぞれ設定される。この状態でフィラメント状放電を発生させると、フィラメント状放電の発生位置がガス流方向１４の上流側から下流側へ向かって斜め方向、すなわち電気力線方向１３と直交する方向に沿って連続的に移動する。
【００３８】
このようなプラズマ５の状態を維持したまま、被処理物１０を搬送装置８に設置し、ガス流方向１４と平行方向に被処理物１０を搬送すると、被処理物１０へ向かって拡散した活性種が被処理物１０に作用し、プラズマ処理が進行する。
【００３９】
ここで、フィラメント放電に着目して、本実施例のプラズマ処理装置１８と従来のプラズマ処理装置とを比較する。図５は従来のプラズマ処理装置の縦断面図であり、本実施例のプラズマ処理装置の図２に相当する図である。
図５に示されるように、従来のプラズマ処理装置の電極ユニット１０１は、電力印加電極１０２から接地電極１０３へ向かう電気力線方向１１３と、電極ユニット１０１の下方におけるガス流方向１１４とがおおよそ平行であり、電気力線方向に交差する方向のガス流成分がほぼゼロである。このため、従来のプラズマ処理装置では、フィラメント状放電の発生位置が移動することなく固定され等ピッチで並ぶ。
【００４０】
一方、図１〜３に示される本実施例のプラズマ処理装置１８では、高電圧印加電極２から接地電極３へ向かう電気力線方向１３と、電極ユニット１の下方におけるガス流方向１４とのなす角度θが、０＜θ＜９０°の条件を満たすように設定されているため、電気力線方向１３に対して交差する方向に流れるガス流によって電池力線方向１３に直交する方向に沿ってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動していく。この結果、図３に示すように電極ユニット１の底面からプラズマ５を観察すると、フィラメント状放電の発生位置がフィラメントピッチＭを保ったまま、プラズマ端１５からプラズマ端１６の方向に向かって電気力線方向１３に直交する方向に沿って移動しているように見えることになる。
【００４１】
このフィラメント状放電の発生位置の移動速度は、ガス流速の増加に伴って速くなり、ついには発光が強い領域と弱い領域との区別がつかなくなるまで、フィラメント状放電を見かけ上均一化することが可能である。また、θの値は大きくなるほど、電気力線方向１３に対して直交する方向成分のガス流が増大するので、フィラメント状放電の発生位置の移動速度は速くなる。この一方で、ガス流速が速くなるほど、反応ガスがプラズマ５中に滞在する時間が短縮され反応ガスの分解効率が低下するため、処理速度は低下する。このためガス流速の過剰な増加は回避すべきである。
【００４２】
そこで、本発明者らはガス流速に関して鋭意研究を重ねた結果、電気力線方向１３に対して直交する方向成分のガス流の流速と、フィラメント状放電の発生位置の移動速度とが略等しいことを見出し、最良の処理特性を得るうえで好ましいガス流速（ガス導入口６からガス排出口７へ流れるガス流の流速）の設定方法を考察した。
つまり、本発明者らは、最良の処理特性が得られるガス流速Ｊと、フィラメント放電ピッチＭ、被処理物の移動速度Ｖ、プラズマ発生領域の幅Ｗ、および、電気力線方向１３とガス流方向１４とのなす角度θとが満たすべき関係について次のように考察した。
【００４３】
まず、図４に示すような、幅Ｗのフィラメント状放電発生位置Ａ１がプラズマ発生領域Ｃ内を移動してフィラメント状放電発生位置Ａ２に至ると同時に、要素Ｂ１が搬送方向１７の方向へプラズマ発生領域Ｃ内を移動して要素Ｂ２に至るような処理工程を考える。
このとき、フィラメント状放電発生位置Ａ１がＡ２に至る時間Ｔ１は、次の式１で示される。
Ｔ１＝Ｍ／（Ｊｓｉｎθ）・・・（式１）
次に、要素Ｂ１がＢ２に至るまでの時間Ｔ２は、次の式２で示される。
Ｔ２＝Ｗ／（Ｖ／ｃｏｓθ）・・・（式２）
そして、Ｔ１＝Ｔ２であるとき、要素Ａ１内の全ての点が、ｋ回だけフィラメント状放電発生位置を通過することになるので、要素Ｂ１内は均一に処理されてＢ２に達する。すなわち、ガス流速Ｊが次の式３を満たす。但し、ｋは１以上の整数である。
Ｊ＝ｋＭＶ／（Ｗｓｉｎθｃｏｓθ）・・・（式３）
本実施例では、式３で求められたガス流速に設定することにより、処理特性の均一性を劇的に改善することができる。
【００４４】
以上に示したような本実施例のフィラメント状放電によるプラズマ処理は、従来のフィラメント状放電によるプラズマ処理を行った場合に生じていた課題を解決することができる。
【００４５】
第一に、フィラメント状放電が発生する位置が移動して均一化されているため、電子密度が局所的に高くなる領域が発生せず、被処理物１０の処理領域内において処理速度が一定となる。このため、被処理物１０の処理特性のばらつきが大きく低減される。
【００４６】
第二に、フィラメント状放電の発生位置が移動して、局所的な電界強度の集中が緩和されるため、高電圧印加電極２と被処理物１０との間に電気力線が形成されにくくなり、被処理物１０に対するダメージが小さくなる。このため、液晶用基板など、導体パターンと半導体あるいは絶縁体パターンが混在、または積層されているような被処理物１０に対してもダメージを与えることなく処理することができる。
【００４７】
そして第三に、フィラメント状放電の発生位置が移動するため、絶縁体４の温度が局所的に上昇することがなく、熱応力で割れることがない。したがって、電極ユニット１の耐久性が低下することがない。
【００４８】
以上の結果、本実施例によるプラズマ処理装置１８は、従来、フィラメント状放電によるプラズマ処理に適さなかった様々なプラズマ処理に利用することが可能である。
また、フィラメント状放電によるプラズマ処理であるため、グロー放電によるプラズマ処理に比べて、処理速度が格段に速くなる。したがって、グロー放電による処理の場合のように、遅い処理速度を電極組数の増加などによって補う必要がない。
このように、本実施例のプラズマ処理装置１８によれば、コスト増加や装置構成の複雑化を伴うことなく、処理速度が速く、かつ、処理特性が均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００４９】
なお、本実施例においては、電極ユニット１として図１〜３に示される構造のものを例示したが、この発明によるプラズマ処理装置１８の電極ユニット１は、必ずしも本実施例で例示された構造に限られるものではない。
本実施例においては、矩形形状のガス導入口６とガス排出口７を例示したが、放電空間に均一にガスを供給できるのであれば、必ずしも矩形形状でなくともよく、その形状は特に限定されない。
本実施例においては、電源１１の周波数として１３．５６ＭＨｚを用いているが、必ずしもこの周波数に限られるものではない。
本実施例においては、被処理物１０の搬送方向１７とガス流方向１４が同じである場合について説明したが、被処理物１０の搬送方向１７とガス流方向１４は互いに逆方向であってもよい。
【００５０】
以下、上述の実施例によるプラズマ処理装置１８を用いてシリコン膜のエッチングを行った試験例について説明する。
被処理物１０は、ガラス基板上にシリコン膜が形成された基板を用いた。基板サイズは４００ｍｍ角である。大気圧雰囲気で、Ｈｅ、ＣＦ４、Ｏ２を体積比率で１００：５：２の割合で混合した反応ガスを、ガス流速が１．２ｍ／分となるようにガス導入口６から導入し、ガス排出口７から排出させた。電極ユニット１と被処理物１０との距離Ｌは４ｍｍ、被処理物１０の移動速度Ｖは３．６ｍ／分とした。
【００５１】
この状態で、高電圧印加電極２から接地電極３へ向かう電気力線方向１３と電極ユニット１の下方におけるガス流方向１４とのなす角度θおよび、電力印加電極２に投入する電力を変化させた。
まず、角度θが０°である状態で７００Ｗの電力を投入したところ、グロー放電が発生した（この状態を「プラズマＡ」と称する）。さらに、角度θが０°のままで投入電力を２０００Ｗに増加させると、フィラメント状放電が発生した。このとき、フィラメント状放電が発生する位置は移動せずに等ピッチで並び、フィラメントピッチＭは１ｍｍであった（この状態を「プラズマＢ」と称する）。次に、角度θを４５°とした状態で、２０００Ｗの電力を投入したところ、フィラメント状放電の発生位置が移動するようになった（この状態を「プラズマＣ」と称する）。プラズマＡ〜Ｃのいずれにおいても、電気力線に平行な方向のプラズマ発生領域の幅Ｗは３ｍｍであった。
【００５２】
次に、各プラズマＡ〜Ｃを発生させた状態で、被処理物１０を搬送してエッチング処理を行った。その際の平均エッチング深さ、およびそのばらつきを評価した結果を以下の表１に示す。
【００５３】
【表１】
2007027187.tif 000003
【００５４】
表１から明らかなように、プラズマＡによる処理では、処理特性のばらつきは小さいが処理速度が遅く、プラズマＢによる処理では、処理速度は速いが処理特性のばらつきが大きい。
これに対し、本実施例の利点を生かしたプラズマＣによる処理では、処理特性のばらつき、処理速度の両方について優れていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の実施例によるプラズマ処理装置の横断面図（図２のＸ−Ｘ'断面図）である。
【図２】この発明の実施例によるプラズマ処理装置の縦断面図（図１のＹ−Ｙ'断面図）である。
【図３】図１に示されるプラズマ処理装置の電極ユニットの底面図である。
【図４】この発明の実施例によるプラズマ処理装置において、フィラメント状放電が移動する様子を説明する説明図である。
【図５】従来のプラズマ処理装置の縦断面図であり、この発明の実施例によるプラズマ処理装置の図２に相当する図である。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・電極ユニット
２・・・高電圧印加電極
３・・・接地電極
４・・・絶縁体
５・・・プラズマ
６・・・ガス導入口
７・・・ガス排出口
８・・・搬送装置
９・・・ガス流路
１０・・・被処理物
１１・・・電源
１２・・・電力伝達線路開放端
１３・・・電気力線方向
１４・・・ガス流方向
１５，１６・・・プラズマ端
１７・・・搬送方向
１８・・・プラズマ処理装置
【図１】
2007027187.tif 000004
【図２】
2007027187.tif 000005
【図３】
2007027187.tif 000006
【図４】
2007027187.tif 000007
【図５】
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