JP2001237220A

JP2001237220A - 局所処理装置

Info

Publication number: JP2001237220A
Application number: JP2000043355A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Miyajima; 弘夫宮島; Takashi Koike; 孝小池; Hiroaki Akiyama; 博明秋山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電極部を酸化による劣化から保護することに
より、気体放電を安定的に効率よく発生させることで表
面処理効率を向上させることのできる局所処理装置を提
供する。【解決手段】処理用気体を流通させる放電管４０を挟
むように対向配置された一対の電極４６，４８と、当該
一方の電極４６を高周波電源に接続するリード３０とで
電極部を形成する。前記電極部の表面に金メッキ処理を
施すとともに、高周波電源は出力周波数が３０ＭＨｚ以
上のものを用いることとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理物の表面を
エッチング、アッシング、改質し又は薄膜を形成する表
面処理技術に関し、特に大気圧又はその近傍の圧力下で
プラズマに生成される励起活性種を用いて局所的に表面
処理をする局所処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、大気圧付近の圧力下でのプラ
ズマ放電により生成される励起活性種を利用することに
よって、真空設備を必要とせずに低コストで被処理物の
表面を様々に処理することができる表面処理技術が知ら
れている。大気圧下でのプラズマによる表面処理には、
電極と被処理物間で直接気体放電を生じさせ、これによ
り発生するプラズマに直接曝露させる直接放電方式と、
一対の電極間での気体放電によりプラズマを発生させ、
それにより生成される励起活性種に被処理物を曝露させ
る間接放電方式とがある。

【０００３】間接放電方式は、直接放電方式に比して処
理レートが低いので高出力を要求される場合があるが、
チャージアップによる被処理物の損傷の虞がない点で有
利である。特開平６−１９０２６９号公報には、一対の
電極間に電源から高周波電圧を印加して放電を発生さ
せ、両電極間の放電領域を通過するヘリウム、酸素等の
ガスを励起、イオン化して活性種を生成し、この活性種
を含むガスを反応性ガス流としてガス吹出し口から被処
理物に噴出させることによって、被処理物の形状や処理
範囲の制限に対応して局所的なドライ洗浄処理を可能と
するガン構造の表面処理装置が提案されている。

【０００４】更に、特にこのような大気圧プラズマに局
所表面処理に適した表面処理装置の典型例が、同じく特
開平９−２３２２９３号公報に開示されている。この従
来装置は、例えば内径１ｍｍ以下の狭小な断面を有する
ガラス等の誘電体材料からなる細い放電管と、当該放電
管を挟むように対向配置された一対の電極とを備え、放
電管先端のノズル部を被処理物の表面に向けて配置す
る。ガス供給源から放電管内に所定のガスを導入しつ
つ、両電極間で気体放電を発生させることにより生成さ
れる励起活性種を含む反応性ガスを、ノズル部から細い
ガス流として被処理物表面に噴射する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来において
は以下のような問題があった。

【０００６】気体放電を連続的に発生させると電極部が
発熱するため、周囲の空気と反応して酸化し電極部が劣
化してしまう。このため、電極部の性能が低下して気体
放電の発生効率が低下し、表面処理効率が低下するため
問題となっていた。特に、電極部の材質に銅を用いた場
合に、この問題が顕著であった。

【０００７】また、特に出力周波数が３０ＭＨｚ以上の
高周波電力で気体放電を起こさせる場合、高周波電力は
電極部の表面上を伝導するため、電極部表面の抵抗率を
下げて伝導効率を向上させることが求められていた。

【０００８】本発明の目的は、電極部を酸化による劣化
から保護することにより、気体放電を安定的に効率よく
発生させることで表面処理効率を向上させることのでき
る局所処理装置を提供することにある。

【０００９】さらに、本発明の他の目的は、高周波電力
の伝導効率を高めて表面処理効率を向上させることので
きる局所処理装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る局所処理装置においては、処理用気体
を流通させる放電管を挟むように対向配置された一対の
電極と、当該電極の一方を高周波電源に接続するリード
とで電極部を形成し、当該電極部の表面にメッキ処理を
施した構成とした。このため、気体放電を連続的に発生
させて電極部が発熱しても、電極部の表面はメッキ処理
により保護されるため、電極部を酸化による劣化から保
護することができる。特に電極部を銅で形成した場合で
も、電極部表面の酸化を防止して確実に性能を確保する
ことができる。これにより、気体放電を安定的に効率よ
く発生させることができる。

【００１１】上記構成においては、前記メッキは金メッ
キとした構成とすることができる。これにより、電極部
の表面を低い電気抵抗率とすることができ、伝導効率を
上昇させて、気体放電の発生効率を上昇させることがで
きる。

【００１２】上記構成においては、前記高周波電源は、
出力周波数が３０ＭＨｚ以上であるものとすることがで
きる。出力周波数が３０ＭＨｚ以上の場合には、高周波
電力が電極部の表面部を伝導する。表面部を金でメッキ
処理することにより、電極部の表面部は伝導効率が向上
しているため、効果的に高周波電力を伝導することがで
き、気体放電の発生効率を上昇させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の局所処理装置の実施形態
について図面に従って詳細に説明する。

【００１４】図１は本実施形態における局所処理装置２
０の断面図である。本実施形態における局所処理装置２
０はケーシング部材２１を有している。前記ケーシング
部材２１は、上部ケーシング部材２２、中部ケーシング
部材２４、下部ケーシング部材２６、底部ケーシング部
材２８にて形成される。前記上部〜底部ケーシング部材
２２，２４，２６，２８は、それぞれ略角柱形状のブロ
ック体のセンター部を略円筒形状に刳り抜いたものであ
る。前記ケーシング部材２１は、前記上部〜底部ケーシ
ング部材２２，２４，２６，２８の刳り抜き部を芯合わ
せして密接してなっている。このため、ケーシング部材
２１は、ケーシング部材２２，２４，２６，２８の一部
を省略したり追加したりできるため、ケーシング部材２
１内に入れ込む部材に合わせてサイズを調節することが
できる。本実施形態においては、ケーシング部材２１は
アルミにて形成している。このため、ケーシング部材２
１外部への電磁波の遮蔽をすることができる。なお、ケ
ーシング部材２１の材料としては、アルミに限らずシー
ルド機能を有する材質のものであればよい。

【００１５】前記ケーシング部材２１の軸心上には直管
状の放電管４０が配置されている。前記放電管４０は上
端部を上部ケーシング部材２２の軸心上に位置し、放電
管４０下端部を底部ケーシング部材２８内壁面に臨ませ
ている。一方、前記放電管４０下端部に対向する底部ケ
ーシング部材２８の対向面には、ノズルチップ４４が外
部に突出する形で着脱自在に設けられ、当該ノズルチッ
プ４４に前記放電管４０の下端部がはめ込まれている。
このように、放電管４０とノズルチップ４４とを分離可
能に形成させたことにより、ノズルチップ４４を異なる
孔径のものに交換することができる。このため、表面処
理するエリアを調整することができる。また、ノズルチ
ップ４４の材料としては、ステンレス（ＳＵＳ）やアル
ミが好ましい。

【００１６】前記ノズルチップ４４は底部ケーシング部
材２８内に上端部を突出させている。前記ノズルチップ
４４の上端部は略円筒形状に形成したノズルホルダ４２
に螺着されて固定保持される。ノズルホルダ４２の材質
としては、ステンレス（ＳＵＳ）やアルミが好ましい。

【００１７】前記放電管４０は、下部ケーシング部材２
６に対向する面の周囲を保護部材３６にて覆わせてい
る。前記保護部材３６は、受け部３７の中央部に仕切り
部３９を一体的に垂設した逆Ｔ字形状をなしている。前
記保護部材３６は仕切り部３９の中心軸部に放電管４０
を貫通させ、放電管４０の保護をなしている。そして、
保護部材３６は、受け部３７下面を前記ノズルホルダ４
２の上面に当接され、ノズルホルダ４２にて支持され
る。

【００１８】前記保護部材３６の仕切り部３９の両面３
９ａ，３９ｂの図２（ａ）に示した上下方向中央には、
それぞれ一対の棒状電極４６，４８を当接させている。
前記一対の棒状電極４６，４８はそれぞれ略直方形状を
なしており、図２（ａ）に示すように前記保護部材３６
の仕切り部３９を挟み込んで上面視一直線状となるよう
に対向配置している。棒状電極４６，４８に挟み込まれ
た仕切り部３９軸心部を放電管４０が上下方向を貫通し
ており、当該放電管４０の貫通部分内で気体放電を起こ
させるのである。このように、前記一対の棒状電極４
６，４８はノズルチップ４４近傍に配置している。これ
により、プラズマなどの励起活性種が直ちにノズルチッ
プ４４から外部へ放出することができる。このため、十
分な励起活性種を被処理物表面に到達させることができ
る。

【００１９】また、受け部３７の長手方向の長さは棒状
電極４６，４８の長手方向の長さより長く形成してい
る。これにより、両電極４６，４８の設置面積を確保さ
せている。特に、高周波電圧を印加される棒状電極４６
は、底部ケーシング部材２８を直線的に臨めないため、
棒状電極４６が底部ケーシング部材２８と短絡すること
を防止できる。前記保護部材３６はアルミナと石英にて
形成しており、両電極４６，４８の絶縁を保持させてい
る。なお、保護部材３６の材料としては、絶縁体材料で
あればこれに限られない。

【００２０】そして、前記保護部材３６の仕切り部３９
の高さは、図２（ｂ）に示すように、前記棒状電極４
６，４８よりも高く形成してある。また、前記保護部材
３６の仕切り部３９ａ，３９ｂは前記棒状電極４６，４
８の厚み方向に対して十分長く形成している。これによ
り、棒状電極４６，４８同士が直線的に臨めないように
している。棒状電極４６，４８同士が直線的に臨める
と、棒状電極４６，４８に印加させる際に、保護部材３
６の表面（沿面）を伝って導通してしまう沿面放電が発
生するおそれがある。沿面放電が発生すると、放電管４
０内での気体放電が発生せずまたは発生した気体放電を
停止させてしまう。上記したように、前記保護部材３６
の仕切り部３９は、前記棒状電極４６、４８の厚み方向
に対して十分長く形成しているため、沿面放電を防止す
ることができる。このため、放電管４０内を介した気体
放電を確実に発生させることができ、また発生した気体
放電を安定して持続させることができる。前記棒状電極
４６，４８はアルミにて形成しており、それぞれ表面に
金めっきを施している。これにより、棒状電極４６，４
８の腐食、酸化を防止させることができる。そして、金
は高い導電性を有しているため、棒状電極の伝導効率を
向上させることができる。また、棒状電極４６，４８の
性能の劣化を防止することができる。

【００２１】前記棒状電極４６背面と、ケーシング部材
２１内壁面との間には、ホルダ部材５０が介在してい
る。前記ホルダ部材５０は基端部を下部ケーシング部材
２６内壁面に当接し、ホルダ部材５０の先端部を前記棒
状電極４６の背面部に当接させている。これにより、棒
状電極４６が保護部材３６側に位置決め保持されてい
る。前記ホルダ部材５０の材質としては、アルミナや石
英を好ましく用いることができるが、絶縁体材料であれ
ばこれに限られない。

【００２２】これに対して、他方の棒状電極４８は、下
部ケーシング部材２１の外表面まで露出した延長電極４
９に一体的に連結されている。前記延長電極４９は、図
示しないアース経路に接続されている。これにより、棒
状電極４８の接地が確保され、ケーシング部材２１内に
おいて短絡を防止させることができる。

【００２３】前記保護部材３６の上には、略円柱形状の
中間部材３４が配置されている。前記中間部材３４は側
面部を中部ケーシング部材２４の内壁面に対向するよう
配置している。そして、前記中間部材３４は下面を前記
保護部材３６の仕切り部３９の上面に当接して、前記保
護部材３６の位置決めをなしているのである。また、前
記中間部材３４の中心軸部には貫通孔が設けられ、当該
貫通孔内に放電管４０を挿入させて当該放電管４０を保
護しているのである。前記中間部材３４は、テフロンや
マイカ系セラミックスにて形成され、これにより放電管
４０外部への絶縁を保持させている。なお、前記中間部
材３４としては、テフロンやマイカ系セラミックスが好
ましいが、絶縁体材料であればこれに限られない。

【００２４】前記中間部材３４の上側には、絶縁部材３
２が配置されている。前記絶縁部材３２は前記上部ケー
シング部材２２の刳り抜き部に対応する略円柱形状をな
している。前記絶縁部材３２は前記上部ケーシング部材
３２の刳り抜き部にはめ込まれている。これにより、ケ
ーシング部材２１の上面方向における密閉がなされ、ケ
ーシング部材２１内部に密閉空間を形成させることがで
きる。絶縁部材３２の上面は断面凹部形状に形成してあ
り、当該凹部底面は前記中間部材３４上面に対応させて
形成している。そして、絶縁部材３２の下面は下方に張
り出した断面逆凸部形状に形成してあり、当該逆凸部下
面にて中間部材３４上面と当接させている。前記絶縁部
材３２は周面部に開口したガス流入孔３３を有してい
る。上部ケーシング部材２２の一側面部にも、図示しな
いガス供給源に接続したガス流入パイプ６２が設けてあ
り、当該ガス流入パイプ６２の先端部を前記ガス流入孔
３３の上開口部に対応させている。前記ガス流入孔３３
は前記上開口部から絶縁部材３２の軸中心方向に向って
伸び、当該軸中心部にて軸心に沿って下方へ屈曲する。
そして、前記ガス流入孔３３は前記絶縁部材３２の下面
まで達し、当該下面部にて下開口部を有している。前記
絶縁部材３２下面部のガス流入孔３３の下開口部には、
放電管４０の上端部が挿入される。このため、ガス流入
パイプ６２から流入された処理気体がガス流入孔３３を
介して放電管４０上部に送り出されるのである。また、
前記ガス流入孔３３下開口部の内壁面は、円筒形状の押
え部材３５が形成されている。前記押え部材３５には内
側フランジが形成してあり、当該内側フランジが前記放
電管４０上部に当接して下方向に付勢する。このため、
前記放電管４０の位置決めをなすことができるのであ
る。前記絶縁部材３２はテフロンにて形成され、絶縁保
持を行わせている。なお、前記絶縁部材３２は、絶縁体
材料であればこれに限られない。

【００２５】また、前記上部ケーシング部材２２上面の
軸中心方向からリード３０が挿入配置されている。前記
リード３０は、前記絶縁部材３２上面付近にて直径方向
に屈曲する。そして、絶縁部材３２の上面凹部内壁面に
沿って下降し、絶縁部材３２を貫通する。上記したよう
に絶縁部材３２の上面凹部底面は中間部材３４上面に対
応して形成しているため、前記絶縁部材３２を貫通する
リード３０は、中間部材３４の側面に当接するように下
降する。これにより中間部材３４にてリード３０の保護
を行わせることができる。前記リード３０は、さらに下
方に伸びて棒状電極４６に接続する。これにより、リー
ド３０は棒状電極４６との電気的導通が確保される。そ
して、前記リード３０は下端部を保護部材３６の受け部
３７ａに当接し、伝導効率を向上させるのである。

【００２６】前記リード３０は、複数の板状部材にて形
成し、当該複数の板状部材を積層配置させてなってい
る。本実施形態においては、前記リード３０は、前記板
状部材を３枚積層配置させたものとしている。そして、
本実施形態においては、リード３０の上端部が、図示し
ない高周波電源に接続している。本実施形態において
は、高周波電圧として、周波数が４０．６８ＭＨｚのも
のを用いている。図示しない高周波電源にて発生した高
周波電力は前記リード３０の上端部より伝導されるが、
このような高周波電力はリード３０の内部ではなくリー
ド３０の表面部を通して棒状電極４６に伝導する。上記
したように、リード３０は複数の板状部材を積層配置し
ているが、高周波電力は板状部材の間隙を介して表面部
を伝導する。本実施形態においては、３枚の板状部材を
積層配置させているため、高周波電力の伝導効率を３倍
化させることができる。これにより、棒状電極４６に効
率よく高周波電圧を印加させることができ、高周波電圧
にて気体放電を行わせることができるのである。このよ
うに高周波電圧を棒状電極４６に印加することにより、
棒状電極４６，４８間で電子が高周波振動し、この電子
の衝突により処理気体がプラズマ化され励起活性種とな
る。従って、高密度のプラズマを高い生成率で発生する
ことができるとともに、異常放電を起こりにくくするこ
とができる。また、リード３０全体の体積を減少させて
もリード３０の表面積を増加させることで電力を効率よ
く伝えて、局所処理装置２０をコンパクト化することが
できる。さらに、前記高周波電圧は、周波数が３０ＭＨ
ｚ以上のものを用いることにより、高周波電圧の伝導効
率を保持しつつ棒状電極４６，４８間にて電子が振動す
るため、棒状電極４６，４８に電子が衝突して損傷を与
えることなく高密度のプラズマを発生させることがで
き、処理効率を向上させることができる。

【００２７】また、前記リード３０は銅にて形成され、
表面に金めっきを施している。これにより、前記リード
３０の酸化を防止して安定的に高周波電力を伝導させる
ことができる。

【００２８】また、前記ケーシング部材２１と、リード
３０及び棒状電極４６そして前記保護部材３６及び中間
部材３４との間は、中空領域６０が形成されている。前
記中空領域６０にマイカ系セラミックスなどの誘電体を
配置して絶縁する形態も考えられる。しかし、図３
（ｂ）に示したように、大気雰囲気中よりも誘電体（絶
縁体）であるマイカ系セラミックスの方が、比誘電率は
５倍以上大きい。このように、ケーシング部材２１内を
誘電体で充填する構成とするよりも、中空領域を設けて
絶縁空間を形成させる方が、高周波電力を伝導する際の
絶縁保持を効果的に行えることに本願発明者は着目し
た。このように中空領域６０を形成させたため、絶縁保
持が効果的になされ、もれ電流を最小化することができ
る。これにより、沿面放電を一層効果的に防止すること
ができ、プラズマといった励起活性種の生成効率を上昇
させることができるのである。

【００２９】また、下部ケーシング部材２６の一側面部
には空気供給管５２を突設するとともに、下部ケーシン
グ部材２６の他側面部には空気放出管５４を突設してい
る。空気供給管５２より冷却空気をケーシング部材２１
内に案内する。そして、ケーシング部材２１内の中空領
域６０を通ってケーシング部材２１内部の熱交換を行
い、空気放出管５４よりケーシング部材２１外部に放出
される。これにより、電極のプラズマ生成過程における
過熱状態を防止することができ、ケーシング部材２１内
部の温度を一定に保持することができ、放電を安定させ
ることができる。そして、電極部（棒状電極４６，４
８、延長電極４９、リード３０）の熱膨張等による破損
を防止することができる。なお、ケーシング部材２１内
の電極部を空冷できるような構造であれば特に上記構造
に限られない。

【００３０】以上のように構成した局所処理装置２０の
作用は以下のようになる。局所処理装置２０は、ノズル
チップ４４の先端を図示しない被処理物の上方に臨ませ
ている。

【００３１】処理用気体が上部ケーシング部材２２側壁
に設けた放電管４０開口部に流入する。処理用気体は放
電管４０内を進行してケーシング部材２１内を下降す
る。下部ケーシング部材２６の部分においては、棒状電
極４６，４８に高周波電圧が印加され、放電管４０内に
気体放電が発生する。本実施形態においては、高周波で
電圧を印加させているため、高密度の励起活性種を発生
させることができる。前記励起活性種はノズルチップ４
４からすぐ被処理物上に送りだされるため、十分な励起
活性種を被処理物上に送り出し、表面処理を行わせるこ
とができる。被処理物としては半導体チップ、ウエハ等
がある。処理工程としては、エッチング、アッシング、
改質又は薄膜形成等があるが、特に用途はこれに限られ
ない。

【００３２】図３（ａ）に実施例である局所処理装置２
０と比較例の局所処理装置におけるアッシングレイトの
比較図を示す。実施例は電極部（棒状電極４６，４８、
延長電極４９、リード３０）に金メッキを施した局所処
理装置２０であり、比較例は電極部にメッキを施してい
ない局所処理装置である。処理条件としては、Ｈｅ流量
は２ｌ／ｍｉｎであり、Ｏ₂流量は３０ｍｌ／ｍｉｎで
ある。ノズルチップ先端から被処理物までの距離は、
０．５ｍｍ程度である。ノズルチップの外径は３．０ｍ
ｍであり、内径は１．５ｍｍである。上記のような処理
条件で実施例と比較例におけるアッシングレイトを比較
すると、図３（ａ）に示すように同じ出力でも効率を３
倍以上に上昇させることができることがわかる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る局所
処理装置においては、処理用気体を流通させる放電管を
挟むように対向配置された一対の電極と、当該電極の一
方を高周波電源に接続するリードとで電極部を形成し、
当該電極部の表面にメッキ処理を施した構成とした。こ
のため、気体放電を連続的に発生させて電極部が発熱し
ても、電極部の表面はメッキ処理により保護されるた
め、電極部を酸化による劣化から保護することができ
る。特に電極部を銅で形成した場合でも、電極部表面の
酸化を防止して確実に性能を確保することができる。こ
れにより、気体放電を安定的に効率よく発生させること
ができる。

【００３４】また、前記メッキは金メッキとすることに
より、電極部の表面を低い電気抵抗率とすることがで
き、伝導効率を上昇させて、気体放電の発生効率を上昇
させることができる。

【００３５】また、前記高周波電源は、出力周波数が３
０ＭＨｚ以上であるものとすることで、効果的に高周波
電力を伝導することができ、気体放電の発生効率を上昇
させることができる。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における局所処理装置を示す
断面図である。

【図２】本発明の実施形態における局所処理装置の要部
上面図及び斜視図である。

【図３】本発明における局所処理装置の処理効率と材質
の比誘電率を示す説明図である。

【符号の説明】

２０………局所表面処理装置２１………ケーシング部材２２………上部ケーシング部材２４………中部ケーシング部材２６………下部ケーシング部材２８………底部ケーシング部材３０………リード３２………絶縁部材３３………ガス流入孔３４………中間部材３５………押え部材３６………保護部材３７………受け部３９………仕切り部４０………放電管４２………ノズルホルダ４４………ノズルチップ４６………棒状電極４８………棒状電極４９………延長電極５０………ホルダ部材５２………空気供給管５４………空気放出管６０………中空領域６２………ガス流入パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山博明長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA61 BA05 BC06 BC10 BD14 CA47 CA63 EB42 EC01 EC21 FA11 FB02 5F004 BA03 BA20 BB11 DA22 DA26 EA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理用気体を流通させる放電管を挟むよ
うに対向配置された一対の電極と、当該電極の一方を高
周波電源に接続するリードとで電極部を形成し、当該電
極部の表面にメッキ処理を施したことを特徴とする局所
処理装置。
【請求項２】前記メッキは金メッキとしたことを特徴
とする請求項１に記載の局所処理装置。
【請求項３】前記高周波電源は、出力周波数が３０Ｍ
Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項２に記載の局所
処理装置。