JP2015076328A

JP2015076328A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2015076328A
Application number: JP2013212990A
Authority: JP
Inventors: 聖隆加藤; Kiyotaka Kato
Original assignee: KTECH RESEARCH CORP
Current assignee: KTECH RESEARCH CORP
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2015-04-20

Abstract

【課題】本願発明は、大気圧プラズマ処理や減圧プラズマ処理に用いられる大型電極を構成し、均一な成膜を形成するための電極構造を有するプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】本願発明は、処理される基板４との間に電圧を印加するために、前記基板４に対向して設けられる電極部２を具備するプラズマ処理装置１において、前記電極部２は、前記基板４の進行方向に対して垂直に位置する一対の平行辺３０ａ，３０ｂ及び前記基板４の進行方向に対して傾斜する一対の傾斜辺３０ｃ、３０ｄを有する複数の平行四辺形電極３０と、前記基板４の進行方向後琉側であって、前記平行四辺形電極３０の平行辺３０ａ，３０ｂに平行に形成されるガス導入口５と、前記前記電極部２の基板進行方向の両側に位置し、前記基板４に向かって延出して前記ガス導入口５から吐出されるガスを基板上に保持する鍔部７，８とを具備することにある。
【選択図】図１

Description

本願発明は、大気圧プラズマ処理若しくは減圧プラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。

特許文献１（特開２００６−３２７９５号公報）に開示されるプラズマ処理装置は、高周波電力を発信する発信器と、該発信器からの高周波電力が供給されるパワー電極とを備え、該パワー電極に対向配置されて相対的に移動する基板との間でプラズマを形成し、該基板上にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられる給電装置において、前記パワー電極は、複数に分割された小電極により形成され、これら小電極間には間隙が形成され、前記間隙が、前記基板の搬送方向に対して傾斜して配置されたことを特徴とする給電装置と、内部圧力を調整可能に設けられたチャンバーと、前記チャンバー内に処理されるガスを供給する処理ガス供給手段と、前記チャンバー内に基板を保持するように設けられ、接地されているアース電極と、前記基板を前記給電装置と略直交する方向へ移動させる基板搬送手段とを備えたことを特徴とし、これによって、基板面に均一で高密度のプラズマが形成されるので、大面積基板における処理速度の向上及び生産コストの低減、並びに処理品質の向上を図ることができるものである。

特許文献２（特開２００２−２５９９３号公報）は、片側に対象物引出口、アッシングガス排気口、及びガス供給部が形成されたアッシングチャンバーと、前記アッシングチャンバー内において、フォトレジストが塗布された対象物が安着される下部電極と、前記下部電極に電源を印加するＲＦ電源と、前記アッシングチャンバー内にプラズマを形成する、マイクロ波発生部、導波管、プラズマ防電室、磁気コイルからなるＥＣＲソースと、前記ＥＣＲソースに電源を印加する電力供給装置と、前記ＥＣＲを前後又は左右に駆動するスキャン装置からなるアッシング装置において、前記ＥＣＲソースの導波管形状が長方形、平行四辺形、円形又は楕円形状のうちの１つであることを開示する。

特開２００６−３２７９５号公報特開２００２−２５９９３号公報

特許文献１の背景技術の欄に記載されているように、現在では、成膜される基板の生産性を向上と生産コストの大幅な低減を実現させるために、大面積化に伴うプラズマ処理装置の電極の大型化か要望される。このため、複数の小型電極を配置して大型電極を形成することが考えられていたが、基板の移動方向に対してスジ状のムラが生じ、基板の膜圧が均一に成膜されないという問題が生じた。このため、上述した特許文献で示すように、基板の搬送方向に対して傾斜した状態で小電極を配置することで、基板が必ず隙間だけでなく小電極とも公差するよう移動するため、基板の搬送方向に対して小電極間の隙間によるスジ状のムラが生じることなく、均一な処理（例えば成膜）が可能となるものである。

しかしながら、従来の装置では、基板の進行方向に傾斜して配置された小電極間に隙間が形成されていることから、電極間の電界に微妙な干渉が生じ、これが基板の成膜に微妙な変化を与えるという問題点があった。

このため、本願発明は、大気圧プラズマ処理や減圧プラズマ処理に用いられる大型電極を構成し、均一な成膜を形成するための電極構造を有するプラズマ処理装置を提供するものである。

したがって、本願発明は、処理される基板に対してプラズマを発生させるために設けられる電極の一方を構成し、前記基板に対向して配置される電極部を具備するプラズマ処理装置において、処理される基板に対してプラズマを発生させるために、前記基板に対面して設けられる電極部を具備するプラズマ処理装置において、前記電極部は、前記基板の進行方向に対して垂直に位置する一対の平行辺及び前記基板の進行方向に対して傾斜する一対の傾斜辺を有する複数の平行四辺形電極と、前記基板の進行方向上流側であって、前記平行四辺形電極の平行辺に平行に形成されるガス導入口と、前記前記電極部の基板進行方向の前後両側に位置し、前記ガス導入口から吐出されるガスを基板上に保持する鍔部とを具備することにある。

したがって、本願発明によれば、処理される基板の進行方向に垂直に配置された複数の平行四辺形電極と、複数の平行四辺形電極に平行に形成されたガス導入口と、基板進行方向の両側に設けられた鍔部とを具備する電極部によって、電極部に対向して移動する基板上にガスを保持することから、発生するプラズマを維持できるため、プラズマによる処理を効率的に行うことができるものである。

また、前記平行四辺形電極は、前記基板の進行方向に対して垂直に複数配置される電極群を構成することが望ましい。この場合、垂直方向に配置される電極群を構成する平行四辺形電極同士は、所定の隙間を空けて配置されても良く、またお互いに接触するように連設しても良いものである。これによって処理される基板の幅に合わせて電極数を増やすことで電極自体を長くすることが可能であり、さらに平行四辺形電極としたことによって、基板の進行方向における電極間のプラズマ分布を均一にすることができるものである。

さらに、前記電極群は、前記基板の進行方向に沿って複数配置されることが望ましい。

これによって、電極群の数を増やすことによって、プラズマ処理時間を長くすることができるものである。

さらにまた、前記ガス導入口は、前記平行四辺形電極と所定の間隔を開けて配置されることが望ましく、また前記ガス導入口は、前記平行四辺形電極に接して配置されるものであっても良い。さらに、前記ガス導入口は、前記平行四辺形電極の基板進行方向上流側に形成されることが望ましい。

また、前記平行四辺形電極は、導電性材料からなる電極プレートと、該電極プレートに囲設される無機系絶縁体若しくは有機系絶縁体からなる絶縁材とによって構成されることが望ましい。さらに、前記電極プレートの厚さは１０〜１００μｍの範囲内であり、前記電極プレート上の絶縁体の厚さは１０μｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが望ましい。

さらに、前記鍔部は、前記電極部の基板進行方向前後両端から、前記基板に向かって延出すルことが望ましく、また前記電極部の基板進行方向前後両端から、前記基板に沿って延出するものであっても良い。

さらにまた、前記基板は、前記電極部に対して側面が対向する円筒状に形成され、前記鍔部は、円筒状基板の周面に沿って前記電極部から延出することが望ましい。

また、前記両側の鍔部の先端部に金属メッシュが配置され、該金属メッシュは接地されて前記電極部の反対極性に印加されることが望ましい。

本願発明のプラズマ処理装置によれば、移動する基板上にガスを効率的に閉じ込めることができるため、基板上にプラズマを効果的に保持することができるため、プラズマ処理効果を増大させることができるものである。

本願発明に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。本願発明の実施例１に係る電極部を示した説明図である。本願発明の実施例２に係る電極部を示した説明図である。本願発明の実施例３に係る電極部を示した説明図である。本願発明の実施例４に係る電極部を示した説明図である。本願発明の平行四辺形電極を示した説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。本願発明の実施例５に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。本願発明の実施例６に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。本願発明の実施例７に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。

以下、本願発明の実施例について、図面により説明する。

本願発明に係るプラズマ処理装置１は、例えば図１に示すように、高周波発生装置６によって発生される１ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ程度（１０００ＭＨｚ）の周波数と、処理される基板４に対して数Ｗから数百Ｗの電力を有する高周波電力が印加される複数の平行四辺形電極３０からなる電極群３と、前記基板４の上部に処理ガスを供給するガス導入口５と、前記基板４の進行方向の前後に形成される鍔部７，８を少なくとも有する電極部２を具備するものである。さらに、この実施例では、上述した高周波電力を用いたが、１Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数と１ｋＶ〜５０ｋＶの電圧（尖頭値）を有する直流パルス電圧、商用交流電力を１ｋＶ〜５０ｋＶまで昇圧した交流電力が使用される場合もあり、これらの場合にも同様の効果を得ることが可能である。また、この実施例１では、処理される基板４は、絶縁体によって形成される絶縁層４１を介して対向電極部４０によって前記電極群３と反対の極性の電位が付与されるものである。

以上の構成により、電極群３と基板４との間に高周波電力が供給されると同時に、ガス導入口５から処理ガスが導入されて基板４上にプラズマが形成され、基板４の表面が処理される。この時、基板４の進行方向前後に鍔部７，８が形成されていることから、プラズマが基板４の表面上に十分に保持されるため、基板４の表面処理を十分に行うことができるものである。

本願発明の実施例１では、前記電極群３は、図６（ａ），（ｂ）で示すような平行四辺形電極３０が、前記基板４の進行方向に対して垂直に複数配置されて構成されるものである。前記平行四辺形電極３０は、前記基板４の進行方向に対して垂直に延出する一対の平行辺３０ａ，３０ｂと、前記基板４の進行方向に対して傾斜する傾斜辺３０ｃ，３０ｄとを有する。また前記平行四辺形電極３０は、内部に配置された導電性物質からなる電極プレート３１と、この電極プレート３１に囲設される絶縁性物質からなる絶縁部３２とからなる。また、この実施例において、前記電極プレート３１の厚さｄｐは、１０〜１００μ、ｍの範囲内であり、前記電極プレート３１上の絶縁部３２の厚さｄｉは、１０μｍ〜１０ｍｍの範囲内である。また、前記平行辺３０ａ，３０ｂと傾斜辺３０ｃ、３０ｄとがなす鋭角θは、４５°以上９０°未満であることが望ましい。

本願発明の実施例１に係る電極部２は、図２に示すもので、平行四辺形電極３０が基板４の進行方向に垂直（垂直方向）に複数（この実施例では３つ）配設されて構成された電極群３を具備し、ガス導入口５が、この電極群３から所定の距離離れた位置（特に基板４の進行方向上流側）に形成される。このように、この実施例１では、平行四辺形電極３０は垂直方向に傾斜辺を接して配設されること、ガス導入口５が電極群３と所定の間隔を有して、この電極群３の上流側に形成されることを特徴とするものである。

本願発明の実施例２に係る電極部２Ａは、たとえば図３に示すもので、前記垂直方向に配設される平行四辺形電極３０が所定の間隔を空けて配設されることを特徴とするものである。また、この実施例２では、ガス導入口５を前記平行四辺形電極３０に接触するように形成した例を開示する。尚、前記所定の間隔は、平行四辺形電極３０の傾斜辺３０ｃ、３０ｄの前記垂直方向に長さよりも小さいことが望ましいものである。

本願発明の実施例３に係る電極部２Ｂは、例えば図４に示すもので、平行四辺形電極３０を前記垂直方向に配設して第１群３０Ａを形成し、さらに基板４の進行方向に平行四辺形電極３０を垂直方向配設した第２群３０Ｂを連設して電極群３Ｂを形成したものである。この実施例３において前記第２群３０Ｂは前記第１群３０Ａの平行四辺形電極３０の接合部分が第２群３０Ｂの平行四辺形電極３０の中央部分となるように配設されることを特徴とするものである。

本願発明の実施例４に係る電極部２Ｃは、例えば図５に示すもので、上述した実施例３と同様に、平行四辺形電極３０を前記垂直方向に配設して第１群３０Ａを形成し、さらに基板４の進行方向に平行四辺形電極３０を垂直方向配設した第２群３０Ｂを連設して電極群３Ｃを形成したものである。この実施例４は、実施例３の場合と異なり、前記第１群３０Ａと前記第２群３０Ｂとが、基板４の進行方向に同じように連設されることを特徴とするものである。

以上のように、本願発明の実施例に係る電極部によれば、基板４の大きさ、厚さ、性質、さらには処理ガスの性質等に基づいて最適な電極群を選択して使用することができるものである。

図７に示される本願発明に実施例５に係るプラズマ処理装置１Ａは、図１に示される実施例１に係るプラズマ処理装置１に対して、鍔部７Ａ，８Ａが前記電極部２の基板進行方向両側から基板４の進行方向前後に前記基板４に沿って延出することを特徴とするものである。

さらに、基板４の進行方向上流側に位置する鍔部７Ａは、基板４上への空気の巻き込みを防止する効果があり、さらに下流側に位置する鍔部８Ａは、処理後の反応雰囲気の安定化を図ることができるという効果を奏するものであり、さらに処理ガスの閉じ込め効果が向上するという効果を奏するものである。

尚、この実施例５では、鍔部７Ａ，８Ａが基板４の移動方向に沿って延出していることから、基板４を電極部２に対して前後に移動して処理させることもできるものである。

図８に示される本願発明に実施例６に係るプラズマ処理装置１Ｂにおいて、基板４Ａは、電極部２に側周面が対面する円筒状であり、プラズマ処理装置１Ｂは、円筒状の基板４Ａの側周面を処理するか、又は円筒状のローラ４Ａの側周面を移動するテープ状の被処理体の表面を連続してプラズマ処理するものである。このように、実施例５に係るプラズマ処理装置１Ｂは、電極部２の電極群３の前面を円弧状に移動する表面にプラズマ処理を施すために使用するものである。このため、本願発明の実施例５に係る鍔部７Ｂ，８Ｂは、前記電極部２の基板４Ａの回転方向の前後方向の両端から、前記基板４Ａの円弧形状に沿って延出するものである。これによって、基板４Ａの回転方向前方側の鍔部７Ｂでの空気の巻き込みを防止することができると共に、回転方向後流側の鍔部８Ｂで処理後の反応雰囲気安定化を達成できるものである。

図９に示される本願発明の実施例７に係るプラズマ処理装置１Ｃは、鍔部７，８を橋架するように、金属メッシュで形成された対向電極部９を設けたことを特徴とする。この対向電極部９は接地され、前記電極群３の極性と反対の極性となり、前記電極群３と前記対向電極部９の間にプラズマを発生させるものである。このプラズマで生成されたラジカルは、基板４の表面に到達することができるため、基板４の表面処理を実施できるものである。これは、基板４が被導電性物質で形成され、前記電極群３の極性の反対の極性に印加できない場合などの場合、基板４に反対極性を印加するための手段が基板の下方にあり、基板４が厚く基板表面の電位が十分でない場合に有効である。

１，１Ｂ，１Ｃプラズマ処理装置
２，２ａ，２Ｂ，２Ｃ電極部
３、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ電極群
４基板
５ガス導入口
６電源
７，８鍔部
９対向電極部
３０平行四辺形電極
３０ａ，３０ｂ平行辺
３０ｃ、３０ｄ傾斜辺

Claims

処理される基板に対してプラズマを発生させるために設けられる電極の一方を構成し、前記基板に対向して配置される電極部を具備するプラズマ処理装置において、
前記電極部は、
前記基板の進行方向に対して垂直に位置する一対の平行辺及び前記基板の進行方向に対して傾斜する一対の傾斜辺を有する複数の平行四辺形電極と、
前記基板の進行方向上流側であって、前記平行四辺形電極の平行辺に平行に形成されるガス導入口と、
前記前記電極部の基板進行方向の前後両側に位置し、前記ガス導入口から吐出されるガスを基板上に保持する鍔部とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記平行四辺形電極は、前記基板の進行方向に対して垂直に複数配置される電極群を構成することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記電極群は、前記基板の進行方向に沿って複数配置されることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
前記ガス導入口は、前記平行四辺形電極と所定の間隔を開けて配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記ガス導入口は、前記平行四辺形電極に接して配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記平行四辺形電極は、導電性材料からなる電極プレートと、該電極プレートに囲設される無機系絶縁体若しくは有機系絶縁体からなる絶縁材とによって構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記電極プレートの厚さは１０〜１００μｍの範囲内であり、前記電極プレート上の絶縁体の厚さは１０μｍ〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
前記鍔部は、前記電極部の基板進行方向前後両端から、前記基板に向かって延出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記鍔部は、前記電極部の基板進行方向前後両端から、前記基板に沿って延出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記基板は、前記電極部に対して側面が対向する円筒状に形成され、前記鍔部は、円筒状基板の周面に沿って前記電極部から延出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記両側の鍔部の先端部に金属メッシュが配置され、該金属メッシュは接地されて前記電極部の反対極性に印加されることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。