(57)【要約】【課題】大気圧下のプラズマ処理装置での吸着ガスを除去することができるプラズマ処理装置を得ること。【解決手段】ガス配管１１、ガス配管１１のガス吐出口１１１付近に高周波電圧が印加される一対の電極１３ａ，１３ｂ、およびガス吐出口１１１付近のガス配管１１を支持する配管支持部材１７を有するガス吐出部１０と、ガス吐出部１０のガス吐出口１１１付近に付着した吸着ガスを脱離させる吸着ガス脱離部３０と、ガス吐出部１０から吐出されるプラズマガスを用いてプラズマ処理する加工対象を保持するステージ５１と、を備え、吸着ガス脱離部３０は、配管支持部材１７に対して接触することでガス吐出口１１１周囲に密閉した空間を形成するチャンバ３１と、チャンバ３１内を排気する排気部３４と、チャンバ３１内の吸着ガスの濃度を測定するガス分析部３８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス配管、前記ガス配管のガス吐出口付近に高周波電圧が印加される一対の電極、および前記ガス吐出口付近の前記ガス配管を支持するガス配管支持部材を有するガス吐出部と、
前記ガス吐出部の前記ガス吐出口付近に付着した吸着ガスを脱離させる吸着ガス脱離部と、
前記ガス吐出部から吐出されるプラズマガスを用いてプラズマ処理する加工対象を保持する加工対象保持部と、
を備え、
前記吸着ガス脱離部は、
前記ガス配管支持部材に対して接触することで前記ガス吐出口周囲に密閉した空間を形成するチャンバと、
前記チャンバ内を排気する排気手段と、
前記チャンバ内の前記吸着ガスの濃度を測定するガス分析手段と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス配管支持部材と前記チャンバとの接触する領域の前記空間の外周にＯリングを備える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】
前記ガス吐出部を加熱する加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記ガス吐出部の前記ガス吐出口付近に設けられることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記吸着ガス脱離部の前記チャンバに設けられることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記吸着ガス脱離部と前記加工対象保持部を、前記ガス吐出部に対して上下に可動させ、前記ガス吐出部を、前記吸着ガス脱離部と前記加工対象保持部に対して水平方向に可動させる可動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
ガス配管、前記ガス配管のガス吐出口付近に高周波電圧が印加される一対の電極、および前記ガス配管を支持するガス配管支持部材を有するガス吐出部と、
前記ガス吐出部から吐出されるプラズマガスを用いてプラズマ処理する加工対象を保持する加工対象保持部と、
チャンバ、前記チャンバ内を排気する排気手段、および前記チャンバ内の前記吸着ガスの濃度を測定するガス分析手段を有する吸着ガス脱離部と、
を備えるプラズマ処理装置における吸着ガス除去方法であって、
前記ガス吐出口周囲に密閉した空間を形成するように、前記ガス吐出部の前記ガス配管支持部材と前記吸着ガス脱離部の前記チャンバとを接触させる接触工程と、
前記排気手段によって前記チャンバ内を排気する排気工程と、
前記排気工程中に、前記ガス分析手段によって測定された前記チャンバ内の前記吸着ガスの濃度を測定する濃度測定工程と、
前記吸着ガスの濃度が所定値以下である場合に、前記排気手段による前記チャンバ内の排気を停止する排気停止工程と、
前記ガス吐出部からガスを吐出するガス吐出工程と、
前記チャンバ内の圧力が所定の圧力になった場合に、前記ガス吐出部と前記吸着ガス脱離部とを引き離す引き離し工程と、
を含むことを特徴とする吸着ガス除去方法。
【請求項８】
前記排気工程中に前記ガス吐出部を加熱することを特徴とする請求項７に記載の吸着ガス除去方法。
【請求項９】
前記引き離し工程では、前記ガス吐出部から前記ガスを吐出させた状態のまま前記ガス吐出部と前記吸着ガス脱離部とを引き離し、
前記引き離し工程の後に、前記ガス吐出部を前記加工対象保持部上まで移動させることを特徴とする請求項７または８に記載の吸着ガス除去方法。
【請求項１０】
前記引き離し工程では、前記ガス吐出部の前記ガス吐出口と前記吸着ガス脱離部の上面との間の距離が、前記ガス吐出部の前記ガス吐出口と前記加工対象保持部の上面との間の距離と一致するように、前記ガス吐出部と前記吸着ガス脱離部とを引き離すことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の吸着ガス除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大気圧下でのプラズマ処理装置および吸着ガス除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気圧下でのプラズマ処理技術は真空排気系が不要なため、装置コストの大幅削減技術として期待されている。また、チャンバを用いない完全開放型のプラズマ処理装置への展開の可能性もあり数多くの研究がなされている。大気圧下における開放型のプラズマ処理装置では、周辺雰囲気からの隔離を目的としてガスカーテンを用いる場合が多い。たとえば大気圧下での成膜を行う装置として、被成膜基板をスキャンさせて連続的に成膜を行い、基板の移動に伴う周囲雰囲気混入をガスカーテンを用いて抑制する構造のものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この装置ではＳｉＨ4ガスを用いているため、基板の移動方向の上下流に酸素吸着材を配置して、酸素の混入を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術は、周囲雰囲気からの混入を抑制するための構造であるが、減圧下と異なり「大気圧下」であるが故の課題もある。それはチャンバ等のガスの接する壁面からのガス放出である。壁面でのガス吸着、脱離は圧力が低いほど低い濃度で平衡状態になり、減圧下ほど吸着ガスの影響を受け難い。一方、大気圧下では、高濃度で平衡状態になるため、脱離した吸着ガスが高濃度で存在することになる。そのため、大気圧下での高品質な成膜を実現するためには、吸着ガスの低減が重要となる。
【０００５】
つまり、大気圧下でプラズマ処理を行う際には、壁面に吸着している吸着ガス濃度を下げることが必要であるが、プラズマ処理を行う筺体内を真空排気しない開放型の装置では、壁面に吸着している水分や様々な吸着ガスを除去することができないという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、大気圧下のプラズマ処理装置での吸着ガスを除去することができるプラズマ処理装置および吸着ガス除去方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明にかかるプラズマ処理装置は、ガス配管、前記ガス配管のガス吐出口付近に高周波電圧が印加される一対の電極、および前記ガス吐出口付近の前記ガス配管を支持するガス配管支持部材を有するガス吐出部と、前記ガス吐出部の前記ガス吐出口付近に付着した吸着ガスを脱離させる吸着ガス脱離部と、前記ガス吐出部から吐出されるプラズマガスを用いてプラズマ処理する加工対象を保持する加工対象保持部と、を備え、前記吸着ガス脱離部は、前記ガス配管支持部材に対して接触することで前記ガス吐出口周囲に密閉した空間を形成するチャンバと、前記チャンバ内を排気する排気手段と、前記チャンバ内の前記吸着ガスの濃度を測定するガス分析手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ガス吐出部のガス吐出口付近に付着した吸着ガスを脱離させる吸着ガス脱離部を備えるようにしたので、ガス吐出部近傍の雰囲気中に存在する吸着ガスの脱離による不純物を低減させ、プラズマ処理時の吸着ガスによる酸化や窒化などの悪影響を防止することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、プラズマ処理の様子を模式的に示す図である。
【図３】図３は、吸着ガス脱離処理の様子を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置および吸着ガス除去方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。プラズマ処理装置は、処理ガスを吐出してプラズマ化するガス吐出部１０と、吸着ガスを除去する吸着ガス脱離部３０と、処理対象である基板５２を載置するステージ５１と、を備える。
【００１２】
ガス吐出部１０は、ガス配管１１を備える。ガス配管１１の一方の端部は、図示しないガス供給部に接続され、他方の端部は、ガス吐出口１１１となり、プラズマ処理時に処理対象に対向して配置される。ガス配管１１上には、ガスのオン／オフを切り替えるガスバルブ１２が設けられている。なお、ガス供給部として、プラズマ処理に必要な処理ガスのほかに、吸着ガス除去時に使用するアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスなど、用途に応じて複数のガス種が設けられる。
【００１３】
ガス配管１１のガス吐出口１１１近傍の周囲には、ガス配管１１の長手方向に延在した一対の電極１３ａ，１３ｂが互いに平行に配置されている。一方の電極１３ａは接地され、他方の電極１３ｂは高周波電源１４に接続されている。これらの電極１３ａ，１３ｂの間に高周波電圧を印加することで、ガス配管１１中を流れるガスをプラズマ化する。
【００１４】
また、ガス配管１１のガス吐出口１１１近傍の周囲には、吸着ガスの脱離処理時に吸着ガスの脱離を促進するヒータ１５が設けられる。ヒータ１５には、ヒータ用電源１６が接続されている。
【００１５】
ガス配管１１のガス吐出口１１１近傍と、電極１３ａ，１３ｂおよびヒータ１５は、配管支持部材１７によって支持されている。なお、配管支持部材１７は、内部の電極１３ａ，１３ｂとの間の絶縁を保つようにアルミナなどの誘電体で覆われている。また、配管支持部材１７は、後述する吸着ガス脱離部３０のチャンバ３１の蓋部材としても機能し、配管支持部材１７のサイズは、チャンバ３１の開口部３２１を覆うことができる大きさとされる。
【００１６】
吸着ガス脱離部３０は、吸着ガス脱離処理時にガス吐出部１０の配管支持部材１７と密着し、ガス吐出口１１１から吐出されるガスを貯留することができるガス排気空間３２を構成するチャンバ３１を備える。チャンバ３１は、たとえばプレート状を有するステンレス等の金属部材からなり、金属部材の上面の一部に設けられた凹部がガス排気空間３２となっている。ガス排気空間３２の開口部３２１は、通常は開放された状態となっており、吸着ガス脱離処理時にガス吐出部１０の配管支持部材１７によって覆われる。また、開口部３２１と対向する側には排気口３２２が設けられており、配管３５を介して真空ポンプなどの排気部３４と接続されている。排気部３４として、１０-2Ｐａ程度までの低真空を実現するソープションポンプ（ドライポンプ）などの低真空ポンプを用いることができるが、吸着ガスの脱離を促進させるために、１０-2Ｐａ以下の超高真空を実現するターボ分子ポンプやスパッタイオンポンプやチタンサブリメーションポンプ、クライオポンプ、クライオソープションポンプなどの超高真空ポンプを用いることが望ましい。配管３５上には、排気部３４によるガス排気空間３２内のガスの排気状態を調節するバルブ３６が設けられている。
【００１７】
チャンバ３１の上面の開口部３２１の外周には溝３３１が形成され、この溝３３１内にＯリング３３が設けられている。このＯリング３３は、チャンバ３１がガス吐出部１０の配管支持部材１７と接触（密着）した際に、ガス排気空間３２内を気密に保持する役割を有する。
【００１８】
また、吸着ガス脱離部３０は、ガス排気空間３２内の圧力を計測する圧力計３７と、ガス排気空間３２内の吸着ガスの有無を分析するガス分析部３８と、を備える。これらの圧力計３７とガス分析部３８とはガスの排気経路上に設けられればどの位置に設けられてもよい。圧力計３７としては、ガス排気空間３２内の圧力に応じてピラニ真空計やＢ−Ａゲージ（Bayard-Alpert  hot  cathode  ionization  gauge）などを用いることができ、ガス分析部３８としては、四重極型質量分析計などを用いることができる。
【００１９】
ステージ５１は、プラズマ処理時にガス吐出部１０に対向して配置され、基板５２を保持する。ここでは、基板５２は、基板５２の上面とステージ５１の上面とが一致するように、ステージ５１上に設けられた凹部５１１内に載置される場合が示されている。
【００２０】
図１に示されるように、ガス吐出部１０は、吸着ガス脱離部３０とステージ５１に対向して配置される。また、プラズマ処理時には、ガス吐出部１０がステージ５１上に配置され、吸着ガス脱離処理時には、ガス吐出部１０が吸着ガス脱離部３０と密着して配置されるように、ガス吐出部１０と、吸着ガス脱離部３０およびステージ５１との間の位置を移動させる図示しない可動機構が設けられる。
【００２１】
具体的には、吸着ガス脱離処理時には、ガス吐出部１０のガス吐出口１１１の位置が、吸着ガス脱離部３０のガス排気空間３２の開口部３２１内に位置するように、ガス吐出部１０と吸着ガス脱離部３０とが配置されるとともに、ガス吐出部１０と吸着ガス脱離部３０の少なくともいずれか一方には、高さ方向に移動する可動機構が設けられる。ただし、吸着ガス脱離部３０に可動機構を設けた場合には、ガス吐出部１０に上下の可動機構を設ける必要がないという利点を有する。また、吸着ガス脱離処理時とプラズマ処理時とで、ガス吐出部１０の位置を、吸着ガス脱離部３０とステージ５１との間で水平方向に移動可能なように、ガス吐出部１０と、吸着ガス脱離部３０およびステージ５１との間の少なくともいずれか一方には、水平面内で移動可能な可動機構が設けられる。
【００２２】
つぎに、このような構成のプラズマ処理装置の動作について、プラズマ処理時と吸着ガス脱離処理時について説明する。
【００２３】
＜プラズマ処理時＞
図２は、プラズマ処理の様子を模式的に示す図である。プラズマ処理時には、ガス吐出部１０と吸着ガス脱離部３０とを上下に離した状態にし、処理対象である基板５２を配置したステージ５１をガス吐出部１０のガス吐出口１１１に対向して配置する。ついで、ガス供給部から処理ガスを供給し、ガスバルブ１２を開けると、ガス配管１１中を処理ガスが流れ、ガス吐出口１１１から吐出される。その後、電極１３ａを接地した状態で、高周波電源１４から電極１３ｂに高周波電圧を印加し、ガス配管１１中を流れる処理ガスをプラズマ化する。このプラズマ内に存在する粒子を、ガス流によって処理対象に噴き付けることで、基板５２の表面に、成膜などの必要な処理が施される。
【００２４】
＜吸着ガス脱離処理＞
図３は、吸着ガス脱離処理の様子を模式的に示す図である。この吸着ガス脱離処理は、上記したプラズマ処理工程に入る前に行われる。まず、ガス吐出部１０と吸着ガス脱離部３０の少なくとも一方を移動させ、ガス吐出口１１１にガス排気空間３２が通じるように、両者を密着させた後、ガスバルブ１２を閉じる。これによって、チャンバ３１の開口部３２１が配管支持部材１７で覆われた状態となる。
【００２５】
ついで、吸着ガス脱離部３０の排気部３４を稼働させ、ガス排気空間３２内を排気する。このとき、ガス吐出部１０のヒータ用電源１６をオンにして、ヒータ１５を加熱してもよい。これによって、ガス配管１１内や配管支持部材１７の下面（吸着ガス脱離部３０側の面）に吸着したガス（吸着ガス）を効率的に放出させることができる。また、排気部３４として、超高真空ポンプを用いることで、吸着ガスをより多く脱離させることができる。排気中に、ガス分析部３８で、吸着ガスの脱離程度をモニタし、吸着ガスの濃度が所定値以下となるまで排気を行う。なお、吸着ガスとして、水分や炭化水素系のガスなどを例示することができる。
【００２６】
その後、吸着ガスの濃度が所定値以下になった場合には、排気部３４に接続されるバルブ３６を閉め、ガスバルブ１２を開け、ガス供給部からたとえば窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスをガス排気空間３２に供給する。そして、ガス配管１１内およびガス排気空間３２の圧力を常圧に戻す。さらに、不活性ガスを供給し、圧力計３７でガス排気空間３２内の圧力をモニタし、ガス排気空間３２外の圧力よりも内部の圧力の方が高くなる陽圧になった時点で、図示しない可動機構を動作させてガス吐出部１０を吸着ガス脱離部３０から引き離し、本来のプラズマ処理を行う位置に移動させる。
【００２７】
図１に示されるように、ガス吐出部１０と、吸着ガス脱離部３０およびステージ５１との間は水平面内で互いに移動可能に構成されている。この場合も、ガス吐出部１０を水平面内で移動可能に構成してもよいし、吸着ガス脱離部３０およびステージ５１を水平面内で移動可能に構成してもよいし、両者を水平面内で移動可能に構成してもよい。
【００２８】
上記ガス吐出部１０をプラズマ処理を行う位置に移動させるときに、不純物等の拡散による混入を抑制するためにガス配管１１からは不活性ガスを常に流した状態を保つ。また、ガス吐出部１０と吸着ガス脱離部３０との間の距離として、図２に示すプラズマ処理時と同じ距離を維持したまま移動させると、ガス配管１１から出る清浄なガス流がヘッド下面に接触する状態を維持できることから、不純物とガスの再吸着を抑制することが可能になる。その際、図１に示されるように、基板５２の上面とステージ５１の上面との間に段差が生じないように、ステージ５１に凹部５１１を設ける構造とすると、さらに効果的である。そして、ガス吐出部１０がステージ５１上の所定の位置まで移動すると、上記したプラズマ処理が行われる。
【００２９】
なお、上記したプラズマ処理と吸着ガス脱離処理とは、ガス吐出部１０のガスバルブ１２、高周波電源１４およびヒータ用電源１６と、吸着ガス脱離部３０の排気部３４、バルブ３６、圧力計３７およびガス分析部３８と、ガス吐出部１０、吸着ガス脱離部３０およびステージ５１と、可動機構と、を制御手段で制御することによって実現することが可能である。
【００３０】
実施の形態１では、ガス吐出部１０に吸着ガス脱離部３０を密着させ、排気部３４でガス排気空間３２内を排気し、ガス分析部３８で吸着ガスや不純物の濃度が所定値以下となったところで、ガス排気空間３２内を常圧に戻し、陽圧となったところでガス吐出部１０から吸着ガス脱離部３０を引き離し、プラズマ処理を行うようにした。これによって、ガス吐出部１０のガス吐出口１１１付近の構成部材に付着した吸着ガスや不純物が放出されるので、大気圧下でもガス吐出部１０近傍の雰囲気中に存在する吸着ガスの脱離による不純物を低減させ、プラズマ処理への悪影響を抑制することができるという効果を有する。また、排気中にヒータ１５でガス吐出口１１１近傍を加熱することで、吸着ガスなどの放出を促進することができるという効果も有する。
【００３１】
さらに、ガス吐出部１０から吸着ガス脱離部３０を引き離す際に、不活性ガスを吐出させた状態でプラズマ処理位置まで移動させるようにしたので、吸着ガスを脱離させた後の再吸着を抑制することが可能になり、吸着ガスを低減させた状態を維持することが可能になるという効果も有する。さらにまた、プラズマ処理時のギャップを保ち、ガス吐出部１０をプラズマ処理時の位置に戻すようにしたので、吸着ガスを脱離させた面をガスで覆うことが可能になり、清浄度を維持したままプラズマ処理工程に移ることができるという効果も有する。
【００３２】
また、ガス吐出部１０と吸着ガス脱離部３０とを密着させる際に、吸着ガス脱離部３０をガス吐出部１０に対して上下させるように可動機構を設けることで、ガス吐出部１０は水平方向の可動機構のみ具備していればよく、ガス吐出部１０の軽量化を図ることができる。
【００３３】
さらに、ガス吐出部１０の配管支持部材１７と吸着ガス脱離部３０のチャンバ３１との間にＯリング３３を配置することで、高真空領域まで排気可能になり、吸着ガスをさらに低減することができる。
【００３４】
実施の形態２．
実施の形態１では、ヒータをガス吐出部側に設けていたが、実施の形態２では、ヒータを吸着ガス脱離部側に設ける場合を示す。
【００３５】
図４は、実施の形態２によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ処理装置は、ガス吐出部１０に設けられていたヒータが外され、吸着ガス脱離部３０のチャンバ３１の上部にヒータ３９が設けられる構造となっている。これによって、吸着ガス脱離処理時には、吸着ガス脱離部３０のヒータ３９を加熱し、このヒータ３９からの熱伝導を利用してガス吐出部１０に付着した吸着ガスを放出させる。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。また、このような構成のプラズマ処理装置の動作は、実施の形態１と同様であるので、その説明も省略する。
【００３６】
実施の形態２によれば、ガス吐出部１０からヒータ１５を外し、吸着ガス脱離部３０にヒータを設けたので、ガス吐出部１０の軽量化を図ることができ、ガス吐出部１０の移動機構を簡便にすることができるという効果を有する。また、既存のガス吐出部１０を有するプラズマ処理装置に対しても、その構造を変えずに、吸着ガス脱離処理を行うことが可能な吸着ガス脱離部３０を設けることができるという効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、この発明にかかるプラズマ処理装置は、大面積の基板に薄膜を形成する場合に有用であり、特に、薄膜太陽電池の製造に適している。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ガス吐出部
１１  ガス配管
１２  ガスバルブ
１３ａ，１３ｂ  電極
１４  高周波電源
１５，３９  ヒータ
１６  ヒータ用電源
１７  配管支持部材
３０  吸着ガス脱離部
３１  チャンバ
３２  ガス排気空間
３３  Ｏリング
３４  排気部
３５  配管
３６  バルブ
３７  圧力計
３８  ガス分析部
５１  ステージ
５２  基板
１１１  ガス吐出口
３２１  開口部
３２２  排気口
３３１  溝
５１１  凹部
【図１】
2012241235.tif 000003
【図２】
2012241235.tif 000004
【図３】
2012241235.tif 000005
【図４】
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