JP6282979B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空の処理室内で被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。

真空にされた処理室内で被処理物として、例えば基板に対してプラズマを用いて各種処理を行うプラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理としては、例えば基板表面の汚れを除去するクリーニングや、エッチング、基板にスルーホールに形成した際にそのスルーホールの壁面に付着する樹脂残渣（スミア）を除去するデスミア、基板表面のレジスト（有機物）の残渣（スカム）を除去するデスカムなどがある。プラズマ処理では、処理室内を真空にして一対の電極間に高周波電源から高周波電圧を印加した状態でプロセスガスを導入する。これにより、プロセスガスをプラズマ化する。そして、発生したプラズマ中のラジカルやイオンが被処理物の表面に接触ないし衝突することによって、例えば表面の汚れを除去してクリーニングする。

特許文献１のプラズマ処理装置では、処理室内の一対の平板電極の間に被処理物としての基板を配置してアッシング処理を行っている。一対の平板電極は、一方の電極に高周波電圧が印加され、他方の電極が接地される。基板は接地される電極に載置した状態で、プロセスガスを導入してプラズマを発生させて処理を行っている。また、特許文献２には、プラズマによるエッチングを行う際に、高周波電圧が印加される高周波電極側に基板を配置するとともに、その高周波電極に対向して設けたガス導入口を接地した状態で、基板に向けてプロセスガスを放出するようにしている。

被処理物としての基板に対向させて１列の電極列を配したプラズマ処理装置も知られている。このブラズマ処理装置では、電極列には極の異なる電極を交互に並べて配してある。それら電極間に高周波電圧を印加した状態にすることで、電極列の周囲にプラズマを発生させ、その発生したプラズマ領域から基板の表面にラジカルやイオンを供給することによって処理を行っている。電極列の各電極の相互の間隔は、電極列と基板の間隔や処理内容、必要とする処理速度を考慮し、高周波数電源から投入する電力、周波数、プロセスガスの導入速度等とともに適切に決められている。

特許文献３には、大気圧プラズマ処理装置が記載されている。この大気圧プラズマ処理装置では、大気圧に維持された処理室内にプロセスガスを導入するガス導入口と、このガス導入口からのプロセスガスの流れの下流に平行に配した２枚以上の電極と、これら電極よりもプロセスガスの流れの下流で被処理物としての基板を支持する支持台とを設けた大気圧プラズマ反応装置が記載されている。この大気圧プラズマ反応装置では、電極間にプロセスガスを通してプラズマ化し、そのプラズマをガス流によって下流に運び支持台で支持された基板の表面に対して処理を行っている。プロセスガスとしては、希ガスと反応性ガスとの混合ガスを用いている。

特開平８−３７１７８号公報 特開平８−１１５９０３号公報 特開平４−３５８０７６号公報

ところで、特許文献１や特許文献２のように一対の電極間に被処理物としての基板を配置する構成では、プラズマ中に基板が置かれる。このため、基板表面におけるプラズマの量が大きくなり過ぎて基板にダメージを与えやすい。また、基板表面におけるプラズマの量や分布の調整が容易でなく、基板表面を均一に処理することが困難であった。さらには、電極の発熱によって基板の温度が上昇し、温度によるダメージを基板に与える場合もあった。

また、１列の電極列を配したプラズマ処理装置では、異なる極の一対の電極間に被処理物を配置することなくプラズマ処理ができる。このため、上記のような基板のダメージを与えないようにできるが、電極列によりその周囲に形成されるプラズマ領域の厚みが薄くプラズマの生成量が少ないため、効率的な処理が難しいといった問題があった。

一方、特許文献３のような大気プラズマ処理装置では、基板表面におけるプラズマの量を均一にし易いが、大気圧でプラズマを発生させているため、電極間で発生したプラズマがプラズマ化されていないガスによって消滅しやすく、十分なプラズマを供給することができない。このため、処理時間が著しく長くなったり、処理時間が著しく長くなることにより、基板が電極の熱の影響を受けやすくなるといった問題もあった。

本発明は、プラズマ処理を被処理物に対して行う際に、被処理物に対して十分なプラズマを供給し、またプラズマの供給量が調整しやすいプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ処理装置は、被処理物を処理室内に収容し、真空にした処理室内に導入したプロセスガスからプラズマを発生させ、このプラズマによって被処理物に処理を行う。プラズマ処理装置は、電源と、電極ユニットと、ガス導入部と、排気口と、流路制御部材とを備える。電源は、プラズマ発生用の高周波電圧を出力する。電極ユニットは、一対の電極セットとホルダーとを有する。一対の電極ユニットは、第１の電極部及び第２の電極部を有し、電源からの高周波電圧によってプロセスガスを励起させてプラズマを発生させる。第１の電極部は、複数の棒状の電極を所定の間隔で互いに平行に配列されている。第２の電極部は、第１の電極部と離間して配され、複数の棒状の電極を所定の間隔で互いに平行に配列されている。これら第１及び第２の電極部の各電極は被処理物の表面に平行に配されている。ホルダーは、一対の電極セットの間で被処理物の表面を露呈させて保持する。ガス導入部は、プロセスガスを処理室内に導入する複数の導入口を有する。そして、ガス導入部は、複数の導入口から電極ユニットに向けて、第１及び第２の電極部における電極の並ぶ方向にプロセスガスを放出し、プロセスガスを被処理物の表面に平行に流す。排気口は、被処理物を挟んで導入口と対向する位置に設けられ、処理室内の排気を行う。流路制御部材は、ガス導入部から放出されたプロセスガスが電極ユニットと処理室との間を通って排気口側に流れることを制限する。なお、ガス導入部は、電極ユニットに対応する面の領域に複数の導入口を有することが好ましい。

本発明によれば、被処理物に対してプラズマを均一かつ十分に供給することができ、処理を均一にかつ短時間で行うことができる。また、被処理物に対して供給されるプラズマの量を容易に調整することができるようになる。さらには、短時間でプラズマ処理を完了させることができ、熱による被処理物のダメージの発生を防止できる。

本発明のプラズマ処理装置の外観を示す斜視図である。 処理室の各部の状態を示す斜視図である。 基板を保持するホルダーを含む電極ユニットを示す斜視図である。 処理ユニットの電気的な接続を示す説明図である。 各電極部を同じ種類の電極で構成し、基板に近い第１電極部を接地電極で構成した例を示す説明図である。 各電極部を同じ種類の電極で構成し、基板に近い第１電極部を高周波電極で構成した例を示す説明図である。 電極ユニットを高周波電極の電極部と接地電極の電極部とから構成し、電極部の位置をずらした例を示す説明図である。 電極部の相互で高周波電極と接地電極の配置をずらした例を示す説明図である。 電極セットを介して被処理物に向けてプロセスガスを放出する参考例を示す説明図である。 各電極を角柱形状にした参考例を示す斜視図である。 電極を中空にして冷却水で冷却する例を示す説明図である。 一対の格子状の電極板を用いた参考例を示す説明図である。 一対の電極板の格子を編目にした参考例を示す説明図である。 電極部の電極の並ぶ方向にプロセスガスを放出方向する構成で流路制御板を設けた例を示す説明図である。 電極セットを介して被処理物に向けてプロセスガスを放出する構成で流路制御板を設けた参考例を示す説明図である。 被処理面が１面である２枚の基板を重ねてホルダーに保持させる例を示す斜視図である。 複数枚の小サイズの基板をホルダーに保持させる例を示す斜視図である。 電極セットを挟むように２枚の基板を配置する参考例を示す斜視図である。 真空槽及び電極ユニットを上下２分割にした参考例を示す斜視図である。 基板の表面の１面にだけ電極セットを対向させた参考例を示すものである。 各電極を接地しない例を示す説明図である。 処理室の内壁面を第２電極部の電極とした参考例を示す断面図である。 処理室の内壁面を非接地の電極として参考例を示す断面図である。

図１に示すように、本発明を実施したプラズマ処理装置１０は、被処理物に対して、プラズマ処理を行う。この例では被処理物として、板状の被処理物である基板１１（図３参照）の表面（二面）を被処理面としてプラズマ処理する。なお、被処理物としては、基板１１に限らず、リードフレームなどでもよい。また、表面に凹凸があるものや基板等の表面に半導体チップを実装したもののように板状といえる被処理物や、立体的な形状の被処理物に対してプラズマ処理をすることができる。

さらに、この例では、プラズマ処理として基板表面に付着した樹脂等を除去するプラズマ洗浄（クリーニング）について説明するが、プラズマ処理は、基板等の表面に実装された半導体チップの電極のクリーニングや、レジストのエッチングやデスカムやデスミア、表面改質などでもよい。

プラズマ処理装置１０は、処理ユニット１２と、処理ユニット１２を制御する回路などで構成される制御ユニット１３を有する。処理ユニット１２は、内部に処理室１４（図２参照）を形成する真空槽１５、処理室１４内に配された電極や、真空ポンプ１６，ガス供給装置１７、高周波電源１８等などで構成される。真空槽１５は、例えばステンレス製の箱状であり、本体部１５ａと、その前面に設けた蓋部１５ｂとからなる。蓋部１５ｂは、実線で示す閉鎖位置と、二点鎖線で示す開放位置との間で回動自在である。

プラズマ処理を行う際には、蓋部１５ｂを閉鎖位置とする。これにより、気密な処理室１４が形成される。蓋部１５ｂを開放位置とすることにより、処理室１４が開放される。これにより、本体部１５ａの前面に露呈される開口（図示省略）から基板１１の処理室１４への搬入・搬出の他、調整やクリーニングのために電極ユニット２１（図２参照）の出し入れをすることができる。

真空ポンプ１６は、処理室１４の排気を行う。この排気により処理室１４を例えば１０〜３０Ｐａの真空度にする。また、真空ポンプ１６は、プラズマ処理中においても、処理室１４からの排気を継続して行い、所定の真空度を維持する。ガス供給装置１７は、処理室１４に導入するプロセスガス、例えば四フッ化炭素（ＣＦ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガスを供給する。なお、プロセスガスとしては、プラズマ処理の内容や処理対象によって適宜に選択することができ、上記混合ガスに代えて窒素ガス、酸素ガス，水素ガス、アルゴンガス等や、その他の組み合わせの混合ガスを用いることができる。

高周波電源１８は、プラズマを発生させるためのプラズマ発生用電圧として高周波電圧を出力する。高周波電源１８が出力する高周波電圧の周波数は、例えば４０ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度である。なお、高周波電圧の周波数は、上記周波数に限らず、プラズマ処理の内容等に応じて適宜に設定することができ、例えば上記範囲より高い周波数や低い周波数であってもよい。

図２に示すように、処理室１４内には、前述の電極ユニット２１の他、ガス導入部２２が配される。ガス導入部２２は、蓋部１５ｂの内面に取付けられており、蓋部１５ｂと一体に回動する。このガス導入部２２は、箱形状であり、その中空な内部にガス供給管パイプ２３を介してガス供給装置１７からのプロセスガスが供給される。ガス導入部２２の後方を向いた面、すなわち電極ユニット２１に対向する面２２ａには、微小な例えば直径が１ｍｍ程度の複数の導入口２４が形成されている。なお、ガス導入部２２は、絶縁板２２ｂを挟んで蓋部１５ｂに取付けられており、真空槽１５とは電気的に絶縁されている。

各導入口２４は、それぞれ中空部に供給されたプロセスガスを電極ユニット２１に向けて水平に放出する。これにより、電極ユニット２１内に水平に保持される基板１１と平行な方向に、また後述する電極部で電極の並ぶ方向にプロセスガスを放出して処理室１４内に導入する。また、複数の導入口２４は、電極ユニット２１に対応する面２２ａ上の領域に均一に分布してある。これにより、電極ユニット２１内に均一にプロセスガスが供給されるようにシャワー状にプロセスガスを放出する。なお、シャワー状にプロセスガスを導入する代りに、１箇所あるいは数箇所の導入口からプロセスガスを導入してもよい。

電極ユニット２１は、プラズマを発生させるための複数の高周波電極２５，接地電極２６を有している。この電極ユニット２１は、処理室１４のほぼ中央に配され、その前面がガス導入部２２の面２２ａに対向して配されている。また、この電極ユニット２１の内部に基板１１が保持される。電極ユニット２１は、絶縁材２９を介して真空槽１５内に取り付けられており、真空槽１５とは電気的に絶縁されている。

電極ユニット２１内に保持された基板１１を挟んで導入口２４に対向する処理室１４の後側の壁面に排気口２８を設けてある。この排気口２８には、真空ポンプ１６が接続されており、この排気口２８から処理室１４の排気を行う。このように導入口２４と排気口２８との間に電極ユニット２１を配置することにより、導入口２４からのプロセスガスを電極ユニット２１の各電極間を通し、電極ユニット２１の内部で均一にプラズマを発生させる。

図３に示すように、電極ユニット２１は、一対の側板３０、上部電極セット３１、下部電極セット３２、基板１１を保持するホルダー３３などで構成される。一対の側板３０は、後述するように一方の側板３０に各電極２５，２６の一端を他方の側板３０に各電極２５，２６の他端をそれぞれ固定することにより、互いに平行で対面させた状態に固定されている。なお、各電極２５，２６は、側板３０に電気的に絶縁されて組み付けられている。

各側板３０の内面には、ホルダー３３を構成するレール部材３４がそれぞれ設けられている。各レール部材３４は、それぞれ側板３０の高さ方向の中央に前面から後面に向けて水平に伸びており、先端にはそれぞれ溝３４ａを形成してある。電極ユニット２１の前面側より、処理すべき基板１１の両側縁を各溝３４ａに差し込むことによって、基板１１が被処理面を上方及び下方に向けた姿勢、すなわち各電極セット３１，３２に向けた姿勢で電極ユニット２１内に水平に保持される。

上部電極セット３１、下部電極セット３２は、いずれもプロセスガスを励起してプラズマを発生させるものであり、それぞれ複数本の高周波電極２５，接地電極２６からなる。各電極２５，２６は、導電性を有する金属製、例えばアルミ製であって、断面が円形の棒状（円柱形状）に形成されている。各電極２５，２６は、同一の形状・サイズとなっている。高周波電極は、高周波電源１８からの高周波電圧が印加され、接地電極２６は、接地されている。これら高周波電極２５，接地電極２６が第１の電極，第２の電極となっている。

上部電極セット３１は、ホルダー３３、すなわち基板１１の上面側にその上面に対向させて配してある。この上部電極セット３１は、上下２段に配した第１電極部３１ａと第２電極部３１ｂとを有している。第１電極部３１ａは、基板１１の上面（被処理面）に対向しかつそれに離間して配してある。第２電極部３１ｂは、第１電極部３１ａの上側に配されており、第１電極部３１ａを挟んで基板１１の上面に対向し、かつ第１電極部３１ａと離間して配してあり、第１電極部３１ａと第２電極部３２ａとの間にプロセスガスが流れるように所定の間隔をあけるように調整される。

各電極部３１ａ，３１ｂは、それぞれ複数の高周波電極２５，接地電極２６をプロセスガスの放出方向に互いに離間させて並べた電極列となっている。また、各電極部３１ａ，３１ｂの高周波電極２５，接地電極２６は、いずれも基板１１に平行である。さらに、高周波電極２５，接地電極２６は、矢印Ａで示すプロセスガスの放出方向に対して直交する方向に長尺、すなわち各電極２５，２６の軸方向をプロセスガスの放出方向に直交させて配してある。この例では、プロセスガスの放出方向には、各電極部３１ａ，３１ｂのいずれも、高周波電極２５，接地電極２６とを交互に並べており、上下方向に同じ種類の電極が配されている。

下部電極セット３２は、基板１１の下面側に配される。この下部電極セット３２は、第１電極部３２ａと、この第１電極部３２ａの下側に配された第２電極部３２ｂとを有しており、それらの各電極２５，２６の配列などは上部電極セット３１と同じである。すなわち、第１電極部３２ａは、基板１１の下面に対向しかつ離間させて配してあり、第２電極部３２ｂは、第１電極部３２ａを挟んで基板１１の下面に対向し、かつ第１電極部３１ａと離間して配してある。したがって、第１，第２電極部３２ａ，３２ｂについても、電極列となっている。

基板１１に対しては上記のように各電極部を被処理面である上面に対向して配置しているが、各電極部を対向すべき被処理物の面は、必ずしも被処理面となるとは限らない。すなわち、基板のスルーホールやビアホールの壁面に付着する樹脂残渣を除去するデスミアの場合、基板に設けたスルーホールやビアホールの壁面が被処理面となる。この場合には、スルーホール等の開口が形成された基板の表面（上面または下面）がプラズマを一次的に供給すべき面となり各電極部３１ａ，３１ｂを対向すべき面である。そして、その面に形成された開口からスルーホール等の内部にプラズマを供給する。

各電極部は、基板１１の表面（上面，下面）よりも広い範囲に高周波電極２５，接地電極２６を配してあり、基板１１から離間した状態でその表面を覆うように対面している。これにより、基板１１の表面（上面、下面）が各電極セット３１，３２内のプラズマ領域に確実に対面し、そこから供給されるプラズマ（ラジカルやイオン）で基板１１の表面を均一にプラズマ処理する。

上記の各電極２５，２６は、各端部にそれぞれ絶縁性の材料で作製したブッシュ３５を取り付けてある。そのブッシュ３５を側板３０に形成したＵ字状の取付け溝３６に嵌め込むことにより、各電極２５，２６は、上下方向に移動自在かつ絶縁された状態で側板３０に組み付けられる。ブッシュ３５は、側板３０の外側と内側とのそれぞれに配される一対のフランジ３５ａが形成されている。

側板３０の外側からネジ３７をブッシュ３５に通して高周波電極２５，接地電極２６の端部に螺合させることによって、ブッシュ３５を弾性変形させて外側と内側の各フランジ３５ａで側板３０を挟持する。これにより、高周波電極２５，接地電極２６が側板３０に対して固定される。ネジ３７を緩めて高周波電極２５，接地電極２６を上下方向に移動することで、電極同士の上下方向（基板１１に垂直な方向）の間隔、及び電極２５，２６と基板１１との間隔を調整することができる。なお、ブッシュ３５を、側板３０の外側と内側とで分割されたものを用いてもよい。

上記のように基板１１の表面に垂直な方向での電極同士の上下方向の間隔を調整することにより、電極セット３１，３２内へのプロセスガスの通り易さや、電極セット３１，３２内のプラズマの密度や分布を調整することができる。また、電極２５，２６と基板１１との間隔を調整することにより、電極セット３１，３２内のプラズマと基板１１との近さを調整することができる。そして、これらにより、基板１１の表面に対するプラズマ処理の均一性や処理速度を所望とするものに調整できる。

各電極セット３１，３２の内部でプロセスガスを円滑に流すために、電極セット３１，３２は、プロセスガスの放出方向から見た電極の上下方向の間隔がプロセスガスの放出方向から見た電極の幅以上であることが好ましい。この例では上下方向に並ぶ高周波電極２５同士の間隔、接地電極２６同士の間隔が電極２５，２６の直径以上とすることが好ましい。また、この例のように一対の電極セット３１，３２が基板１１を挟むように配置する場合、一方の電極セットの電極と他方の電極セットの電極との間でプラズマが発生しないようにするために、それら各電極セットは、基板を挟んで対称配置とすることが好ましい。

なお、上記電極ユニット２１の構成は一例であり、例えば、後述するように上部電極セットと下部電極セットとを別々のユニットとして構成してもよい。また、高周波電極２５，接地電極２６を上下方向に移動自在にしているが、水平方向（前後方向）に移動自在として、前後方向で隣接する電極の間隔を調整できるようにすることも好ましい。さらに、各電極セット３１，３２は、相互に離間した状態で重層した３列以上の電極列（電極部）を配した構成でもよい。また、この例では、導入口２４からのプロセスガスの放出方向が電極部における各電極２５，２６の並び方向であるが、各電極２５，２６の軸方向にプロセスガスを放出してもよい。

図４に示すように、高周波電極２５は、図示しない配線によって処理室１４内で高周波電源１８に接続されて高周波電圧が印加され、接地電極２６は接地されている。また、真空槽１５は接地されている。前述のように、ガス導入部２２及び電極ユニット２１の側板３０は、絶縁性の部材を挟んで真空槽１５に固定されているため、電気的には高周波電源１８に接続されておらず、また接地もされない。なお、ホルダー３３、及びこれに保持される基板１１についても電気的には高周波電源１８に接続されておらず、また接地もされない。

次に上記構成の作用について説明する。プラズマ処理は、制御ユニット１３の制御下で各部が作動されて実施される。まず、処理室１４内が大気圧になっていることを確認してから蓋部１５ｂを開放位置に回動する。次にホルダー３３に保持された処理済みの基板１１を引き出して処理室１４の外に搬出する。この搬出後に、処理すべき基板１１をホルダー３３に差し込んで処理室１４内にセットしてから、蓋部１５ｂを閉鎖位置とする。なお、処理室１４の開閉や基板１１の搬出・搬入をロボットアーム等により行って自動化してもよい。

真空ポンプ１６が作動されて、処理室１４内が所定の真空度となるまで排気される。所定の真空度に達すると、ガス供給装置１７からのプロセスガスの供給が開始されるとともに、高周波電源１８により高周波電極２５に対する高周波電圧の印加が開始される。プロセスガスは、各導入口２４のそれぞれから処理室１４内に導入される。そして、このプロセスガスが、高周波電極２５に対する高周波電圧の印加により高周波電極２５と接地電極２６と間に生じる電界で励起されてプラズマ化される。そして、発生したプラズマ中のラジカルやイオンが電極セット３１，３２内から基板１１に供給され、基板１１の表面に付着している汚染物質が除去される。

上記のようにして基板１１のクリーニングを行うが、導入口２４からのプロセスガスは、電極ユニット２１に向けて放出され、この電極ユニット２１を挟んで各導入口２４と反対側の排気口２８で排気されている。このため、プロセスガスは、電極ユニット２１の前面側より、例えば上部電極セット３１の上下２段に配置された第１，第２電極部３１ａ，３１ｂの間を通って後方に流れる。また、上部電極セット３１に対向する複数の導入口２４からのプロセスガスが上部電極セット３１の内部に供給される。

これにより、プロセスガスが上部電極セット３１の内部で効率的にプラズマ化され、しかも内部で均一に広がるプラズマ領域が生じ、そのプラズマ領域からプラズマ（ラジカルやイオン）が基板１１の上面の各部に均一かつ十分に供給される。このため、基板１１の上面は、プラズマによって均一にクリーニングされる。また、十分なプラズマでクリーニングされるから、短時間でプラズマ処理が完了する。短時間で処理が済むので、各電極２５，２６に生じる熱の影響も受けにくい。しかも、プラズマ領域中に基板１１を配置する場合と異なり、基板１１のプラズマによる損傷も小さい。同様に、下部電極セット３２の内部にもプロセスガス流れて、プラズマが発生するので、基板１１の下面も均一に短時間でクリーニングされる。

上記のようにして基板１１に対してプラズマ処理を行った後、プロセスガスの供給、排気、及び高周波電圧の印加が停止される。この後、処理室１４内を大気圧に戻してから蓋部１５ｂを開放位置に回動して、処理室１４を開放する。そして、処理室１４からプラズマ洗浄した基板１１を取り出す。

上記実施形態では、異なる極の電極、すなわち第１の電極（高周波電極）と第２の電極（接地電極）とを交互に並べて各電極部を構成しているが、第１の電極と第２の電極の配列は種々のものを採用することができる。図５，図６に示す各例は、電極部を同じ種類の複数本の電極で構成し、電極の種類の異なる電極部を互いに離間させて配して電極セットを構成したものである。

図５の例では、上部電極セット３１の基板１１に近い第１電極部３１ａは、接地電極２６だけを並べて構成し、第１電極部３１ａを挟んで基板１１に対面する第２電極部３１ｂは、高周波電極２５だけを並べて構成している。同様に、下部電極セット３２の第１電極部３２ａを接地電極２６だけで構成し、第１電極部３２ａを挟んで基板１１に対面する第２電極部３２ｂを高周波電極２５だけで構成している。図６の例では、図５の例とは逆に、第１電極部３１ａ，３２ａを高周波電極２５だけで構成し、第２電極部３１ｂ，３２ｂを接地電極２６だけで構成している。

図７は、第１電極部と第２電極部とで電極の位置をずらした電極ユニットの列を示すものである。この例では、図５の例と同様に、第１電極部３１ａ，３２ａを接地電極２６だけで構成し、第２電極部３１ｂ，３２ｂを高周波電極２５だけで構成している。各電極部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、同じピッチで電極が配列されている。第１電極部３１ａと第２電極部３１ｂの各電極は、電極の配列ピッチの半分だけ位置が相互にずらされている。同様に、第１電極部３２ａと第２電極部３２ｂの各電極は、電極の配列ピッチの半分だけ位置が相互にずらされている。

図８は、電極セット内の電極部間で電極の配列をずらした電極ユニットの列を示すものである。この例では、上部電極セット３１の第１電極部３１ａ、第２電極部３１ｂのいずれも、高周波電極２５と接地電極２６とを交互に並べているが、第１電極部３１ａと第２電極部３１ｂとの間では高周波電極２５と接地電極２６の配列を１本分ずらしている。これにより、上下方向に高周波電極２５と接地電極２６を並べている。下部電極セット３２の第１電極部３２ａ、第２電極部３２ｂについても同様にしてある。

図９は、電極セットを挟んで被処理物の反対側に設けられ導入口から、電極セットを介して被処理物に向けてプロセスガスを放出する参考例を示すものである。この例では、処理室1４の上面に上側ガス導入部５２を、また下面に下側ガス導入部５３を設け、さらに処理室１４の前面及び後面にそれぞれ排気口５４を設けてある。各ガス導入部５２，５３は、中空な内部にガス供給装置１７からのプロセスガスが供給される。上部電極セット３１，下部電極セット３２の電極の配列は、図６に示す例のものと同じにしてあるが、これに限定されるものではない。

上側ガス導入部５２の上部電極セット３１に対向する下面５２ａには、複数の微小な導入口２４が形成されており、それぞれ上部電極セット３１を介して基板１１に向けてプロセスガスを放出するように、プロセスガスを下方向すなわち基板１１に対して垂直な放出方向でプロセスガスを放出する。複数の導入口２４は、上部電極セット３１の全体に均一にプロセスガスを供給するように、上部電極セット３１に対向する下面５２ａの領域に分布させてある。

下側ガス導入部５３の下部電極セット３２に対向する上面５３ａには、上側ガス導入部５２の下面５２ａと同様に、複数の微小な導入口５５を下部電極セット３２に対向する領域に分布させて設けてある。この下側ガス導入部５３の各導入口５５は、下部電極セット３２を介して基板１１に向けてプロセスガスを放出するように、プロセスガスを上方向すなわち基板１１に対して垂直な放出方向でプロセスガスを放出する。

上記の構成によれば、上側ガス導入部５２の導入口２４から導入されるプロセスガスは、上方より上部電極セット３１の内部に均一に供給され、高周波電極２５と接地電極２６と間に生じる電界で励起されてプラズマ化される。マクロ的に見れば、発生したプラズマは、上側ガス導入部５２からのプロセスガスのガス流によって基板１１の上面に向い、その表面に沿って流れて排気口５４に向かう。これにより、基板１１の上面に十分なプラズマが均一に供給され、均一かつ十分にクリーニングされる。

同様に、下側ガス導入部５３の導入口２４から導入されるプロセスガスが下方から下部電極セット３２の内部に均一に供給されてプラズマが発生し、プラズマが下側ガス導入部５３からのプロセスガスのガス流によって基板１１の下面に向い、表面に沿って流れて排気口５４に向う。これにより、基板１１の下面に十分なプラズマが均一に供給され、均一かつ十分にクリーニングされる。

なお、上記の例では、第１電極部３１ａ，３２ａを高周波電極２５で構成し、第２電極部３１ｂ，３２ｂを接地電極２６で構成しているが、これに限られるものではない。例えば、図５の例のように、第１電極部３１ａ，３２ａを接地電極２６で構成し、第２電極部３１ｂ，３２ｂを高周波電極２５で構成してもよい。また、図４や、図７，図８に示すような電極の配列・配置でもよい。

上記各実施形態では、各電極の形状を円柱形状としたが、形状はこれに限らず例えば図１０に示す参考例の高周波電極６１，接地電極６２のように角柱形状や、長尺な板状のものでもよい。また、電極を中空な筒形状としてもよい。

図１１は、筒形状の電極の中空な内部に熱媒体を流すことにより電極の温度を制御する例を示すものである。電極６５は中空な筒形状であり、両端が開口している。この電極６５を高周波電極，接地電極として処理室１４に配したときに、図示しない配管によって各端部が温度制御部６７に接続される。温度制御部６７からは、電極６５に対して熱媒体としての冷却水が供給され、電極６５の内部を通って温度制御部６７に戻される。温度制御部６７は、このようにして戻ってくる冷却水の温度に基づいて電極６５の温度が所定の範囲に維持し高温にならないように冷却水の温度や流量を調整する。これにより、電極６５の高温になることによる基板などの被処理物への影響を低減することができる。

図１２は、複数の開口を設けた板状の電極を用いた参考例を示すものである。この例では、第１の電極部としての内側電極板７１と第２の電極部としての外側電極板７２は、いずれも導電性の板部材に多数の矩形状の開口を形成することにより格子状にしてある。内側電極板７１は、基板１１の被処理面に対向する位置に、基板１１と平行な姿勢で配されている。外側電極板７２は、内側電極板７１を挟んで基板１１の被処理面に対向する位置に基板１１と平行な姿勢で配されている。内側電極板７１が基板１１に離間して配され、外側電極板７２が内側電極板７１に離間して配される。この場合、プロセスガスの放出方向は、基板１１と平行な方向、または基板１１と垂直な方向のどちらでもよい。なお、各電極板７１，７２を中空にして、図１１の例のように冷却水を流して各電極板７１，７２の温度を制御してもよい。

上記の各電極板７１，７２は、矩形の開口を形成しているが、これに限らず円形、三角形など様々な形にすることができる。また、規則的に開口を形成する必要はなくランダムでもよい。格子状としては、図１３に示す各電極板７３，７４のように編目としてもよく、各電極板の開口の大きさや目の荒さが異なっていてもよい。

なお、基板と平行な方向、すなわち各電極板と平行な方向にプロセスガスを放出する場合には、外側電極板に開口を設けない構成とすることもできる。また、板状の外側電極板と基板との間に配される第１の電極部として、内側電極板に代えて上記各実施形態のような棒状の電極を複数配した電極列を用いてもよい。さらに、被処理物の被処理面が湾曲した形状である場合に、その被処理面の湾曲形状に沿って各電極板を湾曲させてもよい。

図１４は処理室内にプロセスガスの流路を制限する流路制御部材を設けた例を示している。この例では流路制御部材として、一対の流路制御板７８を設けてある。上部電極セット３１側の流路制御板７８は、その上部電極セット３１の上方に近接して配され、ガス導入部２２側から排気口２８側に伸びている。また、下部電極セット３２側の流路制御板７８は、その下部電極セット３１の下方に近接して配され、ガス導入部２２側から排気口２８側に伸びている。これら一対の流路制御板７８は、ガス導入部２２側の端部が上下方向に開いている。このように配された流路制御板７８は、ガス導入部２２から放出されるプロセスガスを電極ユニット２１内に流し、また電極ユニット２１内に流れ込んだプロセスガスが外部に流れ出さないようにプロセスガスの流路を制限して、電極ユニット２１内に一様流れを形成する。すなわち、これら流路制御板７８によって、各導入口２４から直接に電極ユニット２１の上側及び下側を通って排気口２８に流れるガス流が発生することを防止し、効率よく確実に電極ユニット２１内に供給する。

上記の図１４の例では、導入口からのプロセスガスの放出方向が電極部で電極が並ぶ方向のものであるが、図１５に示すように、導入口からのプロセスガスを電極セット３１，３２を介して基板１１に向けて放出する場合にも利用できる。この図１５の参考例では、上側ガス導入部５２と下側ガス導入部５３のそれぞれに一対の流路制御板７９を設けてあり、電極ユニット２１と処理室１４の前面の間及び後面との間をプロセスガスが流れないようにして、効率よく確実に電極ユニット２１内にプロセスガスを流している。

なお、電極ユニット２１の各側面と処理室１４との間にプロセスガスが通る空隙がある場合には、その空隙にプロセスガスが流れないように流路制御板を設ければよい。また、処理室１４と電極ユニット２１の上面，下面、各側面との間にそれぞれ空隙がある場合などでは、それぞれに対応して流路制御板を設けてもよいが、それらを一体にした筒状の流路制御部材を用いてもよい。

上記各実施形態では、１枚の基板の両面をプラズマ処理する場合について説明したが、プラズマを供給すべき面が１面である場合には、例えば図１６に示す例のようにして２枚の基板１１を同時にプラズマ処理することができる。すなわち図１６の例のように、２枚の基板１１の処理を行わない面同士を対向させ、プラズマを供給すべき各面をそれぞれ外側に向けた姿勢で重ね合わせた状態でホルダー３３で保持して処理する。なお、この場合、溝３４ａの幅を基板２枚分の厚み以上とするなど、ホルダー３３が重ね合わせた基板１１を同時に支持できるようにする。

また、図１７に示すように、小サイズの複数の基板８１を相互に重なることがないように、それぞれのプラズマを供給すべき面を電極セット３１，３２に向けた姿勢でホルダー３３に保持させて、それら各基板８１に対して同時にプラズマ処理を行ってもよい。各基板８１のプラズマを供給すべき面が１面である場合には、図１６の例のようにして、処理を行わない面同士を対向させた２枚の基板８１を１組として、複数組をホルダー３３に保持させてもよい。

図１８は、プラズマを供給すべき面が１面である場合に、電極セットを挟んでプラズマを供給すべき面が対面するように２個の被処理物を保持する参考例を示すものである。この例では、処理室１４内に電極セット８４を有する電極ユニットを設けてある。電極セット８４は、第１〜第３電極部８４ａ〜８４ｃで構成される。第１電極部８４ａは、高周波電極２５だけで構成し、第２，第３電極部８４ｂ，８４ｃは、それぞれ接地電極２６だけで構成している。第１〜第３電極部８４ａ〜８４ｃの電極の向きなどは最初の実施形態と同様である。第１電極部８４ａの上側に第２電極部８４ｂが、下側に第３電極部８４ｃがそれぞれ適当な間隔をあけて配される。なお、第１電極部８４ａを接地電極２６だけで構成し、第２，第３電極部８４ｂ，８４ｃを高周波電極２５だけで構成してもよい。

上記のように配された電極セット８４を挟んで、一対のホルダー８５を設けてある。各ホルダー８５は、例えば最初の実施形態のホルダー３３と同じ構造であり、それぞれ溝８６ａを設けた一対のレール部材８６から構成される。被処理面を電極セット８４に対向させる向きで各ホルダー８５に１枚ずつ基板１１をセットする。すなわち、一方の基板１１は、プラズマを供給すべき面を下方に向けた姿勢で第２電極部８４ｂの上側に適当な間隔をあけてセットされ、他方の基板１１は、プラズマを供給すべき面を上方に向けた姿勢で第３電極部８４ｃの下側に適当な間隔をあけてセットされる。このように構成すれば、１つの電極セット８４で２枚の基板１１を１面ずつ同時にプラズマ処理することができる。

上記の図１８の例では、２枚の基板に対する処理速度が同じになるようにするために、電極セットの電極列（電極部）を３列にして対称に配置しているが、図４や図８と同様な配列の電極セットを用いてもよい。上記の図１６ないし図１８の例において、プラズマを供給すべき面としては、それ自体が被処理面となる面でも、また一次的にプラズマを供給すべき面であってもよい。

図１９は、上部電極セットと下部電極セットとを別々のユニットとして構成した参考例を示すものである。以下に説明する他は、図９に示す例と同様であり、実質的に同じ構成には同一の符号を付してその説明を省略する。なお、電極の配列、プロセスガスの導入方向などを他の例のようにすることもできる。

真空槽９１は、上下に２分割される箱形状であって、真空槽上部９１ａと真空槽下部９１ｂとから構成される。真空槽上部９１ａの後面下部と真空槽下部９１ｂの後面上部に取付けられたヒンジを中心にして、真空槽上部９１ａは、図示されるように処理室を開放した開放位置と、処理室を気密に閉じた閉鎖位置との間で回動自在である。油圧シリンダ９２により、真空槽上部９１ａは、開放位置と閉鎖位置との間で移動される。なお、真空槽９１の開閉には油圧シリンダ９２に限らず、各種のアクチュエータを用いることができる。

真空槽上部９１ａ内には、上部電極ユニット９３が取り付けられている。この上部電極ユニット９３は、上部電極セット３１を構成する第１電極部３１ａ，第２電極部３１ｂと、これら電極部３１ａ，３１ｂの各電極２５，２６を組み付けた一対の側板９４を備えている。各電極２５，２６は、その端部が一対の側板９４にそれぞれ形成されたＵ字状の取付け溝９４ａにブッシュ３５を介して取り付けられている。この例においては、Ｕ字状の取付け溝９４ａが各電極２５，２６のそれぞれに設けられている。すなわち、第１電極部３１ａの各電極２５には、側板９４の下端から切り込まれた取付け溝９４ａが、第２電極部３２ａの各電極２６には、側板９４の上端から切り込まれた取付け溝９４ａが形成されており、電極２５，２６を１本１本独立して取り外すことができる。

各側板９４の前端部及び後端部には、上下方向に伸びた取付け溝９４ｂが形成されている。真空槽上部９１ａの四隅には、それぞれステー９５が設けられ、各ステー９５にはネジ９６を螺号してある。各取付け溝９４ｂにはネジ９６を通してある。これにより、上部電極ユニット９３は、閉鎖位置の状態における上下方向、すなわち真空槽下部９１ｂの上部に保持される基板１１との距離を近接させる方向と離反させる方向とに移動自在となっている。ネジ９６を緩めることにより、取付け溝９４ｂに沿って上部電極ユニット９３を上下方向に移動し、任意の位置でネジ９６を締めることによってそれを固定することができる。これにより、基板１１の上面と上部電極セット３１との間隔を調整することができる。

真空槽下部９１ｂ内には、上部電極ユニット９３と同じ構成の下部電極ユニット９７が取り付けられている。すなわち、下部電極ユニット９７は、下部電極セット３２を構成する第１電極部３２ａ，第２電極部３２ｂと、各電極部３１ａ，３１ｂを構成する各電極２５，２６を組み付けた一対の側板９４を備えている。下部電極ユニット９７は、真空槽下部９１ｂの四隅に設けた４本のステー９８に螺号したネジ９６により止められており、上下方向に移動させて任意の位置で固定することができる。これにより、基板１１の下面と下部電極セット３２との間隔を調整することができる。

真空槽上部９１ａの内側の上面には、上側ガス導入部５２が設けられており、それの各導入口２４から、上部電極ユニット９３を介して基板１１の上面に向けてプロセスガスを放出する。また、真空槽下部９１ｂの内側の下面には、下側ガス導入部５３が設けられており、それの各導入口２４から、下部電極ユニット９７を介して基板１１の下面に向けてプロセスガスを放出する。

各ステー９８の上端部に基板１１を載置するための載置面９８ａが形成されている。処理すべき基板１１の四隅を載置面９８ａに載せてプラズマ処理を行う。載置面９８ａに載置した基板１１の前端中心に対向する真空槽９１の前面と、後端中心に対向する後面の各部分に排気口５４がそれぞれ設けられている。

この例によれば、各電極ユニット９３，９７のそれぞれについて、各電極２５，２６を移動させての上下方向の電極間隔を調整する。また、各電極ユニット９３，９７をそれぞれ一体にして上下方向に移動することによって、上部電極セット３１と基板１１の上面との間隔、下部電極セット３１と基板１１の下面との間隔を調整する。プラズマ処理をする場合には、基板１１の四隅を載置面９８ａに載せて保持してから、真空槽上部９１ａを閉鎖位置として、上記各実施形態と同様にしてプラズマ処理を行う。

図２０は、被処理物の表面の１面にだけ電極セットを対向して設けた参考例を示している。この例では、基板１１の上面に対応する上部電極セット３１だけを設けてあり、基板１１の上面だけをプラズマ処理する。なお、この例では、下部電極セットがない他は、図５に示す例と同様であり、実質的に同じ構成部材には同一の符号を付して説明を省略する。また、この例では、基板の上面だけに対向して上部電極セットを設けてあるが、被処理物の処理すべき１面だけに対向して電極セットを設けた構成にすることができる。また、プロセスガスの導入方向は、図示されるものに限定されず、電極セットを介して被処理物に向けてプロセスガスを放出してもよい。

上記各実施形態では、極の異なる電極のうちの一方の電極を接地して接地電極としているが、図２１に一例を示すように、高周波電源１８に接続された極の異なる各電極２５，２６を接地しない接続としてもよい。この構成では、各電極２５，２６は、接地された真空槽１５などとは電気的に絶縁されている。

図２２は、処理室の内壁面を接地電極とした参考例を示している。以下に説明する他は、図１９に示す参考例と同様であり、実質的に同じ構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

真空槽１０１は、上下に２分割される薄い箱形状であって、真空槽上部１０１ａと真空槽下部１０１ｂとから構成される。真空槽上部１０１ａは、後部に設けたヒンジ１０２を中心にして、処理室１４を開放した開放位置と、図示されるように処理室１４を気密に閉じた閉鎖位置との間で回動自在であり、アクチュエータ（図示せず）により、開放位置と閉鎖位置との間で移動される。

真空槽上部１０１ａ内には、上部電極ユニット１０６が、真空槽下部１０１ｂ内には下部電極ユニット１０７がそれぞれ設けられている。上部電極ユニット１０６は、上部電極部１０６ａと、この上部電極部１０６ａの各高周波電極２５の両端部を保持する一対の側板１０８とを備えている。下部電極ユニット１０７についても上部電極ユニット１０６と同様であり、下部電極部１０７ａと、一対の側板１０８を備え、下部電極部１０７ａの複数の高周波電極２５を一対の側板１０８の間に保持している。上部及び下部電極部１０６ａ，１０７ａの高周波電極２５は、互いに平行に離間させて配してある。高周波電極２５は、例えばプラス電極（アノード電極）となっている。なお、図２２では、奥側の側板１０８だけを示している。

上部電極ユニット１０６は、真空槽上部１０１ａの４隅にそれぞれ設けられたステー１１０に各側板１０８の前端と後端を固定してある。下部電極ユニット１０７は、真空槽下部１０１ｂの４隅にそれぞれ設けられたステー１１１に各側板１０８の前端と後端を固定してある。各ステー１１１の上端部に載置面１１１ａを設けてある。各載置面１１１ａに処理すべき基板１１の四隅を載せることによって、基板１１は、その上面を上部電極部１０６ａに対向させ、また下面を下部電極部１０７ａに対向させる水平な姿勢で処理室１４内に収容される。

真空槽上部１０１ａを閉鎖位置とした状態で、上部電極部１０６ａの各高周波電極２５は、水平方向に並ぶように取付け溝１０８ａ内における取り付け位置が調整されている。これにより、上部電極部１０６ａ及びその高周波電極２５は、処理室１４内に水平に置かれた基板１１の上面に平行に配される。下部電極部１０７ａの各高周波電極２５についても、水平方向に並ぶように取り付け位置が調整され、下部電極部１０７ａ及びその高周波電極２５は、基板１１の下面に平行に配されている。

処理室１４の内壁面のうち上部電極部１０６ａを挟んで基板１１の反対側に配される天井面１１４は、上部電極部１０６ａと平行な平面状にしてあり、上部電極部１０６ａの各高周波電極２５と天井面１１４との間隔が一定である。同様に、処理室１４の内壁面のうち下部電極部１０７ａを挟んで基板１１の反対側に配される底面１１５は、下部電極部１０７ａと平行な平面状であり、底面１１５との間隔が一定である。

真空槽上部１０１ａ及び真空槽下部１０１ｂは、導電性を有する材料で作成されて接地されている。これにより、天井面１１４は、上部電極部１０６ａの各高周波電極２５に対応する接地電極として、また底面１１５は、下部電極部１０７ａの各高周波電極２５に対応する接地電極として機能する。このように真空槽１０１の内壁面を接地電極とした構成では、部品点数を少なくすることができ、プラズマ処理装置の薄型及び小型化に有利である。

この例では、天井面１１４，底面１１５がそれぞれ第２の電極部であり、上部電極部１０６ａと天井面１１４とで上部の電極セットを構成し、下部電極部１０７ａと底面１１５とで下部の電極セットを構成している。また、真空槽１０１の全体が導電性を有する材料で作成しているが、プラズマを生成するうえでは、天井面１１４，底面１１５だけが導電性を有するものであってもよい。

真空槽上部１０１ａの前面内側に上部ガス導入部１１７を、また真空槽下部１０１ｂの前面内側に下部ガス導入部１１８を設けている。上部ガス導入部１１７は、上部電極部１０６ａに向けて、高周波電極２５の並ぶ方向に複数の導入口２４からプロセスガスを放出し、下部ガス導入部１１８は、下部電極部１０７ａに向けて高周波電極２５の並ぶ方向に各導入口２４からプロセスガスを放出する。上部電極部１０６ａを挟んで上部ガス導入部１１７と対向する位置、この例では真空槽上部１０１ａの後面に排気口５４を設けてある。同様に、下部電極部１０７ａを挟んで下部ガス導入部１１８と対向する真空槽下部１０１ｂの後面に排気口５４を設けてある。これにより、各電極部１０６ａ，１０７ａの周囲にプロセスガスを流して、プロセスガスを効率的にプラズマ化し、しかも均一に広がるプラズマ領域を生成する。

高周波電極２５、側板１０８、ステー１１０，１１１、ガス導入部１１７，１１８は、それぞれ真空槽１０１と電気的に絶縁され、これら相互間においても電気的に絶縁されている。

この例によれば、高周波電源１８から各高周波電極２５に高周波電圧を印加すると、天井面１１４、底面１１５を接地電極として発生する電界でプラズマガスが励起されてプラズマ化される。そして、発生したプラズマ中のラジカルやイオンが基板１１に供給され、基板１１の表面に付着している汚染物質が除去される。

なお、上記の例では電極の並ぶ方向にプロセスガスを放出するようにガス導入部１１７，１１８を設けてあるが、高周波電極２５の軸方向にプロセスガスを放出するようにガス導入部を設けてもよい。この場合には、ガス導入部から放出されたプロセスガスの流れを阻害しないように各高周波電極２５を保持する必要がある。また、上記の例では、第２電極部の電極としての天井面１１４、底面１１５は、接地電極としているが、図２３に示す参考例のように、高周波電極２５を含め接地しない接続としてもよい。さらには、第１の電極部として、図１２に示される内側電極板７１のように、多数の矩形状の開口を形成した板部材を用いてもよい。

１０ プラズマ処理装置
１１ 基板
１４ 処理室
１８ 高周波電源
２１ 電極ユニット
２４ 導入口
２５，２６ 電極
３１，３２ 電極セット
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ 電極部
７８，７９ 流路制御板

Claims (2)

1. 被処理物を処理室内に収容し、真空にした処理室内に導入したプロセスガスからプラズマを発生させ、このプラズマによって被処理物に処理を行うプラズマ処理装置において、
   プラズマ発生用の高周波電圧を出力する電源と、
   複数の棒状の電極を所定の間隔で互いに平行に配列した第１の電極部、及び前記第１の電極部と離間して配され、複数の棒状の電極を所定の間隔で互いに平行に配列した第２の電極部を有し、前記電源からの高周波電圧によってプロセスガスを励起させてプラズマを発生させる一対の電極セットと、前記一対の電極セットの間で被処理物の表面を露呈させて保持するホルダーとを有し、前記第１及び第２の電極部の各電極は被処理物の表面に平行に配される電極ユニットと、
   プロセスガスを処理室内に導入する複数の導入口を有し、前記複数の導入口から前記電極ユニットに向けて、前記第１及び第２の電極部における電極の並ぶ方向にプロセスガスを放出し、プロセスガスを被処理物の表面に平行に流すガス導入部と、
   被処理物を挟んで前記導入口と対向する位置に設けられ、処理室内の排気を行う排気口と、
   前記ガス導入部から放出されたプロセスガスが前記電極ユニットと処理室との間を通って前記排気口側に流れることを制限する流路制御部材と
   を備えるプラズマ処理装置。
2. 前記導入口は、前記ガス導入部の前記電極ユニットに対応する面の領域に均一に分布する請求項１記載のプラズマ処理装置。

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