JP2001237224A

JP2001237224A - 局所処理装置

Info

Publication number: JP2001237224A
Application number: JP2000046393A
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: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2001-08-31
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP3580211B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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】電磁的遮蔽をなすケーシング部材２１を
有する。前記ケーシング部材２１内に処理用気体を流通
させる放電管４０を設ける。前記放電管４０の両側に一
対の電極４６，４８を対向配置する。前記放電管４０と
前記一対の電極４６，４８との間に誘電体からなる逆Ｔ
字形状の保護部材３６を設ける。これにより、前記一対
の電極同士４６，４８とケーシング部材２１とを遮断す
る。

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。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、特開平９−２３２２９
３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。

【０００４】

【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。

【０００５】放電管を挟むように対向配置された一対の
電極が直線的に臨めるように対向配置された場合に電極
間に高電圧を印加すると、放電管の表面を介して電流が
流れる沿面放電が発生するおそれがある。このように放
電管表面で沿面放電が発生すると、放電管内で気体放電
が発生せず、また発生した気体放電が不安定となるた
め、励起活性種が生成されず表面処理が行えなくなると
いう問題があった。

【０００６】また、上記したプラズマにより生成される
励起活性種は、一般に大気圧下では不安定で寿命が短
く、非常に短時間で元の安定した状態に戻る傾向があ
る。そのため、上述した間接放電式の表面処理では、放
電領域とノズル又はガス吹出し口間の距離をできる限り
短くして、常に十分な量の励起活性種が被処理物表面に
到達し得るようにする必要がある。このため、上記した
放電管を挟む一対の電極を被処理物表面の近傍となるよ
うガスの吹出口側に設ける必要がある。そして、前記放
電管は、電磁的なシールドを行わせるため金属材料のケ
ーシングにて覆わせることがあるが、上記したように放
電管を挟む一対の電極はガスの吹出口側に設けるため、
ケーシング底部と近接して対向するように設けられるこ
とになる。このため、ケーシングと電極とが近接して直
線的に臨める場合、電極とケーシングとの間に異常放電
が発生するおそれがあった。このような異常放電が発生
すると、放電管内で気体放電が発生しないため、励起活
性種が生成せず表面処理が行えなくなるという問題があ
った。

【０００７】特に、３０ＭＨｚ以上の出力周波数の高周
波電力で気体放電を発生させる場合には、高周波電力が
電極の表面を伝導するため、上記した異常放電や沿面放
電の発生率が高くなり、高周波電力の伝導効率が低くな
るという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、沿面放電や異常放電を防
止することにより、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】また、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
る局所処理効率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、電磁的遮蔽
をなすケーシングを有し、当該ケーシング内に処理用気
体を流通させる放電管を設け、当該放電管の両側に一対
の電極を対向配置して、前記放電管と前記一対の電極と
の間に配置した仕切り部と、前記一対の電極の下部を覆
う受け部とからなる逆Ｔ字形状の誘電体である保護部材
を設けた構成とした。このため、電極同士とケーシング
とが遮断されることにより沿面放電や異常放電が発生せ
ず、気体放電を安定的に効率よく発生させることができ
る。また、保護部材は誘電体で形成されるため、一対の
電極の静電容量が増加して、放電管内における気体放電
の発生率を上昇させることができる。特に、出力周波数
が３０ＭＨｚ以上の場合には、高周波電力が電極の表面
部を伝導するが、電極同士とケーシングとが保護部材に
より遮断されているため、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。

【００１１】

【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。

【００１２】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の刳り抜き部が芯合わ
せされるように密接してなっている。このように、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２１のサイズを内部に入れ込む部
材に合わせて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はアルミなどの金属材料にて
形成し、電磁波の遮蔽をなしているのである。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。

【００１３】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
理を行わせる領域や形状に応じて最適な孔径のノズルで
表面処理を行うことができる。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。

【００１４】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、これによりノズルチップ４４が固定保持さ
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。

【００１５】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。

【００１６】前記保護部材３６は、図２（ａ）に示した
ように仕切り部３９両面３９ａ，３９ｂの図２（ａ）の
上下方向中央に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いる。そして、前記一対の棒状電
極４６，４８は、前記保護部材３６の仕切り部３９を挟
み込むように対向配置している。すなわち、図２（ａ）
に示すように前記棒状電極４６と保護部材３６と棒状電
極４８とが上面視一直線状となるように配置している。
前記仕切り部３９軸心部に放電管４０を上下方向に貫通
させて、当該放電管４０の貫通部分内で気体放電を発生
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ため、
気体放電により発生した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、ノ
ズルチップ４４近くに配置する被処理物表面に十分な量
の励起活性種を到達させることができる。

【００１７】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はアルミナや石英にて
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。

【００１８】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２倍以上に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３６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４０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、４
８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。

【００１９】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４６，４８の酸化による腐食を防止さ
せることができる。また、金は高い導電性を有している
ため、棒状電極４６，４８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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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、高周波電源の出力周波数が４０．６８ＭＨｚのもの
を用いている。図示しない高周波電源から出力される高
周波電力は、前記リード３０の上端部から棒状電極４６
に伝導されるが、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。このため、高周波電力は積層させた板状部材の間隙
を介してそれぞれの板状部材の表面部を伝導する。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、気体放電を発生させるのに十分な高
周波電圧を棒状電極４６に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。

【００２６】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。

【００２７】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が設けられている。前
記伝導経路の周囲をマイカ系セラミックスなどの誘電体
で囲っ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６０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、高周
波電力伝導時における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。

【００２８】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。電極部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。

【００２９】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。被処理物の表面処理を行う場
合には、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。

【００３０】表面処理を行うための処理用気体は上部ケ
ーシング部材２２側壁に設けたガス流入パイプ６２より
ケーシング部材２１内に流入する。この処理用気体は絶
縁部材３２のガス流入孔３３を介して放電管４０上部に
流入し、放電管４０内を下方に進行する。一方、前記放
電管４０に対向配置した棒状電極４６には上記したよう
に高周波電圧が印加される。このような高周波電圧を棒
状電極４６に印加すると、棒状電極４６，４８に挟まれ
た真空管４０内で電子が高周波振動する。上気したよう
に、前記真空管４０内には処理用気体が流入しているた
め、前記高周波振動する電子が処理用気体に衝突してプ
ラズマ化され、励起活性種のプラズマが発生する。従っ
て、高密度のプラズマを発生させることができるととも
に、プラズマの生成率を高くすることができ、異常放電
を起こりにくくすることができる。前記励起活性種はノ
ズルチップ４４の先端より、直ちに被処理物の表面上に
送りだすことができる。このため、十分な励起活性種を
被処理物上に送り出し、被処理物の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、被処理物表面の改質や薄膜形成等があるが、特に用
途はこれに限られない。

【００３１】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。実施例は保護部材３６にて一対の４６，
４８とケーシング部材２１とを遮断した電極局所処理装
置２０であり、比較例は前記保護部材３６を有さない局
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、０．５ｍ
ｍ程度である。ノズルチップの外径は３．０ｍｍであ
り、内径は１．５ｍｍである。上記処理条件において実
施例と比較例の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処理効率を３倍以上に
上昇させることができるという結果を得た。

【００３２】

【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、電磁的遮蔽をなすケーシングを有
し、当該ケーシング内に処理用気体を流通させる放電管
を設け、当該放電管の両側に一対の電極を対向配置し
て、前記放電管と前記一対の電極との間に配置した仕切
り部と、前記一対の電極の下部を覆う受け部とからなる
逆Ｔ字形状の誘電体である保護部材を設けたため、電極
同士とケーシングとが遮断されることにより沿面放電や
異常放電が発生せず、気体放電を安定的に効率よく発生
させることができる。また、保護部材は誘電体で形成さ
れるため、一対の電極の静電容量が増加して、放電管内
における気体放電の発生率を上昇させることができる。
特に、出力周波数が３０ＭＨｚ以上の場合には、高周波
電力が電極の表面部を伝導するが、電極同士とケーシン
グとが保護部材により遮断されているため、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。

【００３３】

【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 (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｈ (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） 4K030 FA01 KA15 KA30 4K057 DA16 DD01 DD10 DE14 DE20 DM02 DM06 DM39 DN01 5F004 AA16 BA06 BA20 BB11 BB32 BD01 BD04 5F045 AA08 AC17 EF02 EF11 EH04 EH08 EH13 EJ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁的遮蔽をなすケーシングを有し、当
該ケーシング内に処理用気体を流通させる放電管を設
け、当該放電管の両側に一対の電極を対向配置して、前
記放電管と前記一対の電極との間に配置した仕切り部
と、前記一対の電極の下部を覆う受け部とからなる逆Ｔ
字形状の誘電体である保護部材を設けたことを特徴とす
る局所処理装置。