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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024173302
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20241205BHJP
C23C 16/505 20060101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 L
C23C16/505
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023091634
(22)【出願日】2023-06-02
(71)【出願人】
【識別番号】303029317
【氏名又は名称】株式会社プラズマイオンアシスト
(74)【代理人】
【識別番号】100121441
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 竜平
(74)【代理人】
【識別番号】100154704
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 真大
(74)【代理人】
【識別番号】100206151
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 惇志
(74)【代理人】
【識別番号】100218187
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 治子
(74)【代理人】
【識別番号】100227673
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 光起
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 正則
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 泰雄
【テーマコード（参考）】
2G084
4K030
【Ｆターム（参考）】
2G084AA03
2G084AA05
2G084AA08
2G084BB28
2G084CC13
2G084CC33
2G084DD04
2G084DD12
2G084DD25
2G084DD38
2G084FF32
4K030BA28
4K030CA02
4K030FA04
4K030GA14
4K030KA15
4K030KA20
4K030KA24
4K030KA28
4K030KA30
4K030KA46
4K030KA47
(57)【要約】
【課題】高エネルギーイオンを照射しながら接地電位にある被処理基材をプラズマ処理できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】
被処理基材が収容されるプラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に前記被処理基材を搬送する搬送手段と、プラズマを発生させるための誘導結合型リニヤアンテナと、プラズマ電位を変調するバイアス電極と、前記被処理基材を加熱する加熱手段と、を具備するプラズマ処理装置であって、前記バイアス電極の長手方向に垂直に切断した断面がドーム形又はＵ字形の箱形であって、当該バイアス電極内に前記誘導結合型リニヤアンテナと前記加熱手段が前記バイアス電極の長手方向に略平行に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【選択図】図４
【解決手段】
被処理基材が収容されるプラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に前記被処理基材を搬送する搬送手段と、プラズマを発生させるための誘導結合型リニヤアンテナと、プラズマ電位を変調するバイアス電極と、前記被処理基材を加熱する加熱手段と、を具備するプラズマ処理装置であって、前記バイアス電極の長手方向に垂直に切断した断面がドーム形又はＵ字形の箱形であって、当該バイアス電極内に前記誘導結合型リニヤアンテナと前記加熱手段が前記バイアス電極の長手方向に略平行に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被処理基材が収容されるプラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に前記被処理基材を搬送する搬送手段と、プラズマを発生させるための誘導結合型リニヤアンテナと、プラズマにバイアス電圧を印加するバイアス電極と、前記被処理基材を加熱する加熱手段と、を具備するプラズマ処理装置であって、
前記バイアス電極の長手方向に垂直に切断した断面がドーム形又はＵ字形の箱形であって、当該バイアス電極内に前記誘導結合型リニヤアンテナと前記加熱手段が前記バイアス電極の長手方向に略平行に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記バイアス電極の長手方向に垂直に切断した断面がドーム形又はＵ字形の箱形であって、当該バイアス電極内に前記誘導結合型リニヤアンテナと前記加熱手段が前記バイアス電極の長手方向に略平行に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項2】
前記誘導結合型リニヤアンテナが前記プラズマ処理チャンバの対向する側壁を貫通する石英管と、当該石英管内に挿入された誘導結合型リニヤアンテナ導体とからな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】
前記被処理基材の搬送方向に略直交する前記誘導結合型リニヤアンテナが１又は複数略平行に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
前記ドーム形又はＵ字形のバイアス電極の外側表面の熱放射率が０．３未満であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項5】
前記バイアス電極の材質がアルミニウム又はアルミニウム合金材であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項6】
前記バイアス電極の外側表面が絶縁性皮膜で皮覆されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項7】
前記バイアス電極が正のパルス電圧及び／又は負のパルス電圧を発生するパルス電源に接続されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項8】
前記プラズマ処理装置が請求項１記載の複数のプラズマ処理チャンバが連結されたインライン方式プラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理チャンバの前後が差動排気システムに接続された差動排気チャンバを介して連結されている事を特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のプラズマ処理工程を連続して実施できるプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、真空容器の壁面に設けられた開口部を気密を保って覆うように取り付けられた板状の高周波アンテナ導体を有し、当該アンテナ導体の長手方向の一方の端部に高周波電力を給電し、他方の端部を直接接地して高周波電流を流し、アンテナ導体の近傍に発生する誘導電磁界によってプラズマを生成し、当該プラズマを用いて被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置が開示されている。また、特許文献２には、正副２本のアンテナ導体を併設したプラズマ処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５７４７２３１号
【特許文献2】特開２０１６－１４９２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
プラズマ処理装置による基板材料のプラズマ処理工程には、基板表面のクリーニング工程、イオン注入工程、或いはダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣとも記す）膜の形成工程など複数のプラズマ処理工程がある。これらの工程では放電プラズマのプラズマ電位に対して被処理基材を負電位にしてイオン照射しながらプラズマ処理する必要がある。特許文献１及び２に記載のプラズマ処理装置では、被処理基材にプラズマ電位に対して負の直流電圧、或いは負のパルス電圧を印加することによってイオン照射を行っている。
【0005】
しかし、例えば、ロール・ツー・ロール方式による複数のプラズマ処理工程を有するプラズマ処理装置では、基材及び搬送システム全体が等しい負電位になってしまうので、例えばプラズマ処理チャンバごとに処理条件を異ならせようとすると、装置の構成が複雑で高価になり実用的でない。
【0006】
そこで、本発明に係る主たる課題は、被処理基材及び搬送システムを接地電位に保ちながらプラズマ処理ができる構成とし、処理条件の異なる複数のプラズマ処理工程を連続して実施できる安価で安全なプラズマ処理装を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、被処理基材が収容されるプラズマ処理チャンバ（以下、単に処理チャンバとも記す）と、前記プラズマ処理チャンバ内に前記被処理基材を搬送する搬送手段と、プラズマを発生させるための誘導結合型リニヤアンテナ（以下、単にリニヤアンテナとも記す）と、プラズマにバイアス電位を印加するバイアス電極と、前記被処理基材を加熱する加熱手段と、を具備するプラズマ処理装置であって、前記バイアス電極をドーム形又はＵ字形の蓋のない箱形とし、当該バイアス電極内に前記リニヤアンテナと前記加熱手段とが前記バイアス電極の長手方向に略平行に配置されていることを特徴とする。
これによって、前記リニヤアンテナによって生成される放電プラズマのプラズマ電位を制御することができると同時に放電プラズマの拡散領域をバイアス電極内に閉じ込めることができる。
そして、バイアス電極を介してプラズマに正のバイアス電位を印加することにより、接地電位にある被処理基材にイオン照射することができるので、被処理基材及び搬送システムを接地電位に保ちながら、被処理物表面をプラズマ処理することが可能になる。
さらに、例えば処理チャンバごとにバイアス電極に印加するバイアス電位を制御することによって、処理条件の異なる複数のプラズマ処理工程を連続して実施することができる。なおかつ、被処理基材及び搬送システムを接地電位に保てることで、装置の低コスト化や安全性の向上にも有効である。
これによって、前記リニヤアンテナによって生成される放電プラズマのプラズマ電位を制御することができると同時に放電プラズマの拡散領域をバイアス電極内に閉じ込めることができる。
そして、バイアス電極を介してプラズマに正のバイアス電位を印加することにより、接地電位にある被処理基材にイオン照射することができるので、被処理基材及び搬送システムを接地電位に保ちながら、被処理物表面をプラズマ処理することが可能になる。
さらに、例えば処理チャンバごとにバイアス電極に印加するバイアス電位を制御することによって、処理条件の異なる複数のプラズマ処理工程を連続して実施することができる。なおかつ、被処理基材及び搬送システムを接地電位に保てることで、装置の低コスト化や安全性の向上にも有効である。
【0008】
本発明に係るプラズマ処理装置は、前記処理チャンバ内を真空排気する真空排気手段と作業ガスを導入するガス導入手段とを具備し、プラズマ処理工程に応じた作業ガスを導入する。
このような構成であれば、処理チャンバ内の好適なガス圧力、例えば１Ｐａをガス導入手段によって調整することが出来る。
このような構成であれば、処理チャンバ内の好適なガス圧力、例えば１Ｐａをガス導入手段によって調整することが出来る。
【0009】
前記バイアス電極は、前記プラズマ生成領域を囲む構造であることが好ましい。
このような構成であれば、被処理物にプラズマ中のイオンを効率良く照射することができる。
このような構成であれば、被処理物にプラズマ中のイオンを効率良く照射することができる。
【0010】
前記リニヤアンテナは、前記プラズマ処理チャンバの側壁面に形成された開口部に真空シール部材を介して石英管を貫通させ、当該石英管内に誘導結合型アンテナ導体（以下、単にアンテナ導体とも記す）を収納する。
このような構成であれば、前記アンテナ導体に高周波電力を給電することによって、前記処理チャンバ内に高密度の放電プラズマを励起することができる。
このような構成であれば、前記アンテナ導体に高周波電力を給電することによって、前記処理チャンバ内に高密度の放電プラズマを励起することができる。
【0011】
前記バイアス電極は、その長手方向に垂直な断面がドーム形又はＵ字形の蓋のない箱形であって、当該バイアス電極内に前記リニヤアンテナと前記加熱手段が前記バイアス電極の長手方向に略平行に配置されている。
このような構成であれば、放電プラズマに正のバイアス電圧を印加することが可能になり、接地電位にある前記被処理基材表面をプラズマ処理することができる。
このような構成であれば、放電プラズマに正のバイアス電圧を印加することが可能になり、接地電位にある前記被処理基材表面をプラズマ処理することができる。
【0012】
前記リニヤアンテナは一本の棒状のアンテナ導体であってもよく、或いは高周波電流に対して往復回路を構成するＵ字形のアンテナ導体であってもよい。高周波放電によって生成される放電プラズマは前記バイアス電極と前記被処理基材とで囲まれる空間（放電領域）内に閉じ込められる。
このような構成であれば、処理チャンバ内の不必要な領域での放電を抑制することができ、処理チャンバ内に発生する塵埃等を低減できる。
このような構成であれば、処理チャンバ内の不必要な領域での放電を抑制することができ、処理チャンバ内に発生する塵埃等を低減できる。
【0013】
バイアス電圧は、プラズマ処理内容に応じて直流電圧、パルス電圧、或いは交流電圧を半波整流した脈流電圧であってもよい。
【0014】
前記加熱手段、例えば加熱用ランプヒータが前記バイアス電極内に配置されているため加熱手段から放射される輻射熱の大部分は前記バイアス電極と前記被処理基材に吸収される。
従って、前記バイアス電極としてその内側表面の熱放射率が大きく、外側表面の熱放射率が小さい金属材料、例えばアルミニウム材等を使用すれば前記被処理基材を効果的に加熱することができる。
従って、前記バイアス電極としてその内側表面の熱放射率が大きく、外側表面の熱放射率が小さい金属材料、例えばアルミニウム材等を使用すれば前記被処理基材を効果的に加熱することができる。
【0015】
また、前記バイアス電極の外側表面を絶縁体皮膜、例えば酸化アルミニウムやシリコン酸化膜で被覆してもよい。
このような構成であれば、前記バイアス電極と接地電位にある周辺部材との間における不必要な異常放電を抑制することができる。
このような構成であれば、前記バイアス電極と接地電位にある周辺部材との間における不必要な異常放電を抑制することができる。
【0016】
更に、前記処理チャンバの壁面に複数の開口部を設け、複数の前記リニヤアンテナ及び加熱手段を略平行に配置した構成であっても良い。
処理チャンバの処理面積を大きくできるとともに均質な表面処理が可能になる。
処理チャンバの処理面積を大きくできるとともに均質な表面処理が可能になる。
【0017】
本発明によれば、前記プラズマ処理チャンバが複数連結されたインライン方式プラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理チャンバの前後が差動排気システムに接続された差動排気チャンバを介して連結されていても良い。
このような構成であれば、処理条件の異なる複数のプラズマ処理工程を連続して実施することができ、本発明による作用効果をより顕著に発揮させることができる。
このような構成であれば、処理条件の異なる複数のプラズマ処理工程を連続して実施することができ、本発明による作用効果をより顕著に発揮させることができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係るプラズマ処理装置の特長は、被処理基材を接地電位に保持し、前記バイアス電極に印加するバイアス電圧を変えることによって異なったプラズマ処理ができることである。一台の処理チャンバの場合は複数の処理工程を時間的に順次実施することができ、複数の処理チャンバを連結して実施する場合はインライン方式による複数の処理工程を平行して実施することができる。特に、複数の処理工程を有するロール・ツー・ロール方式プラズマ処理装置においては、処理チャンバ毎に異なったプラズマ処理が可能になる。被処理基材及び搬送システム全体を接地電位にすることにより、プラズマ処理装置が簡略化され製造コストの低減及び取り扱い上の安全性が著しく改善できる。
本発明に係るプラズマ処理装置のもう一つの効果は、前記被処理基材を加熱するための加熱手段を前記バイアス電極内に配置することによって放射熱の利用効率を著しく向上できることである。
本発明に係るプラズマ処理装置のもう一つの効果は、前記被処理基材を加熱するための加熱手段を前記バイアス電極内に配置することによって放射熱の利用効率を著しく向上できることである。
【0019】
すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、被処理基材を接地し、正のバイアス電圧をバイアス電極に印加して正電位プラズマ処理することによって接地電位にある被処理基材に高周波電圧やパルス電圧を印加することなく、高エネルギーイオンを照射しながらプラズマ処理することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図2】この発明に係るプラズマ処理チャンバの一実施形態を示す概略図面である。
【図3】この発明に係るプラズマ処理チャンバの一実施形態を示す概略図面である。
【図4】バイアス電極、リニヤアンテナ及び加熱ヒータの断面概略図面である。
【図5】リニヤアンテナの装着方法を示す概略図面である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【0022】
本実施形態のプラズマ処理装置１００を上から見た構成を図１に示す。このプラズマ処理装置１００は、複数のプラズマ処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３を連結して複数のプラズマ処理工程を連続的に処理することができる、所謂ロール・ツー・ロール方式によるプラズマ処理装置である。例えば、アルミニウム等のシート状の被処理基材Ｘを処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内で一定速度で搬送しながら、各処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内で異なったプラズマ処理を平行して同時に実施できるものである。なお、図１には被処理基材Ｘの表面側に処理チャンバＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａを配置するとともに、裏面側に処理チャンバＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂを配置して被処理基材Ｘの両面を同時にプラズマ処理するプラズマ処理装置１００を示すが、被処理基材Ｘの片面側にのみ処理チャンバが配置されていても良い。ここでは、説明を簡略化するため代表例として処理チャンバＣ１ａの構成について図２～図４を用いて具体的に説明する。
【0023】
このプラズマ処理装置１００は、図１～図４に示すように、接地電位にある処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内に被処理基材Ｘを搬送する搬送手段１０と、プラズマを発生させるためのリニヤアンテナ２０と、放電プラズマをプラズマ生成領域に閉じ込めプラズマにバイアス電圧を印加するバイアス電極３０及び加熱手段２３を具備する。
【0024】
また、本実施形態のプラズマ処理装置１００は、高周波電流が流れるＵ字形の長尺リニヤアンテナ２０を有する。Ｕ字形アンテナ導体の一方の端部に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を給電し、他方の端部を接地して給電することによってリニヤアンテナ導体の近傍に高密度の高周波放電プラズマを励起する。前記バイアス電極３０に例えば３０ｋＨｚの正のパルス電圧、或いは低周波交流電圧を印加して接地電位にある被処理基材Ｘの表面をプラズマ処理できるものである。
【0025】
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、誘導結合型アンテナに高周波電流を流すことで発生する電磁界を用いて放電プラズマを発生させる、いわゆる誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式によるものである。
【0026】
前記リニヤアンテナ２０を囲む前記バイアス電極３０は、その開口面が前記被処理基材Ｘと対向して配置され、プラズマ発生領域を囲む箱体構造である。処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内は、真空排気手段（不図示）とガス導入手段によって所定の真空度に保持される。例えばアルゴンと水素との混合ガスを導入して所定の圧力、例えば１Ｐａに調整される。前記リニヤアンテナ２０に高周波電力を給電して、このリニヤアンテナ２０と接地電位にあるシート状の基材Ｘとの間に高密度のプラズマを励起する。前記バイアス電極３０にバイアス電圧、例えば正の２ｋＶを印加することによって被処理基材Ｘの表面をクリーニングすることができる。
【0027】
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、被処理基材Ｘが接地されていて、放電プラズマは前記リニヤアンテナ２０と被処理基材Ｘとの間に介在する空間（すなわち、プラズマ生成領域）に充満し、プラズマ電位は被処理基材Ｘの電位、即ち接地電位になる。被処理基材Ｘをプラズマ処理するためにはバイアス電極３０にバイアス電圧、例えば正の２ｋＶを印加してプラズマ電位を正にする必用がある。
【0028】
処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３の対向する側壁１１１に円形の開口部１１２が形成されており、図５に示すように、この開口部１１２に後述する前記リニヤアンテナ２０が装着されている。この開口部１１２には石英管２１を嵌め込まれており、これにより処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内部を密閉するように構成されている。
【0029】
このリニヤアンテナ２０は、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内で搬送される被処理基材Ｘの被処理面に対向するように配置されており、具体的には、図２に示すように、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３の相対向する処理チャンバ側壁１１１に形成された開口部１１２を貫通するように石英管２１が装着され、当該石英管２１内にアンテナ導体２２が装着されている構造である。前記石英管２１は前記処理チャンバの側壁板に設けた真空シール部材、例えばＯリング等を介して処理チャンバ内を閉塞するように装着されている。長尺の前記リニヤアンテナ導体２２は前記石英管２１内に装着され、一方の端部は前記高周波電源６０に接続され、他方の端部は接地されている。
前記石英管２１内は大気圧であるため高周波電力の給電に伴う異常放電を発生することはない。また、前記アンテナ導体２２は石英管２１内にあるため放電プラズマに直接触れることはなく、アンテナ導体２２のスパッタリングによる不純物等の混入の恐れはない。
前記石英管２１内は大気圧であるため高周波電力の給電に伴う異常放電を発生することはない。また、前記アンテナ導体２２は石英管２１内にあるため放電プラズマに直接触れることはなく、アンテナ導体２２のスパッタリングによる不純物等の混入の恐れはない。
【0030】
アンテナ導体２２は、図３に示すように、１本の金属パイプを折り曲げて構成されたＵ字形のアンテナ導体２２が挿入されている。このアンテナ導体の長辺の一方（以下、給電側アンテナ導体２２Ｘとも記す）の一方の端部は給電端子に接続され、他方（以下、接地側アンテナ導体２２Ｙとも記す）の端部は接地されている。
【0031】
本実施形態では、Ｕ字形のアンテナ導体の一方の端部に給電された高周波電流は給電側アンテナ導体２２Ｘを流れて、端部でＵターンして接地側アンテナ導体２２Ｙを逆向きに流れて接地端子に向かって流れる。これにより、給電側アンテナ導体２２Ｘを流れる高周波電流の向きと、接地側アンテナ導体２２Ｙを流れる高周波電流は流れる向きが逆になる。
【0032】
つまり、アンテナ導体２２は、給電側アンテナ導体２２Ｘの長手方向の一方の端子に供給された高周波電流に対する往復回路を構成している。このような往復回路では、往復アンテナ導体間に相互インダクタンスが発生し、高周波電流に対するアンテナ導体２２のインピーダンスは、前記相互インダクタンス相当分が相殺されて小さくなる。
【0033】
このような構成のアンテナ導体２２のインピーダンスは前記相互インダクタンス相当分が相殺されて小さくなるため、長尺のアンテナ、例えば１ｍ以上のリニヤアンテナが実用化できる。
【0034】
また、本発明に係るリニヤアンテナ２０では、給電側アンテナ導体２２Ｘと接地側アンテナ導体２２Ｙが前記バイアス電極３０の内側面に沿って略平行に配置され、両アンテナ導体２２Ｘ、２２Ｙに流れる高周波電流は互いに逆向きであって、両アンテナ導体２２Ｘ、２２Ｙ間に最大の電磁界が発生する。本発明のリニヤアンテナ２０ではこの強力な電磁界を最も有効に活用できる構成であって高密度プラズマの生成に極めて効果的である。また、低ガス圧領域においても放電が起りやすく安定な放電プラズマが維持される。
【0035】
アンテナ導体２２の素材は特定されるものではないが、高周波電力、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を給電するため、導電性のよい金属材料、例えば銅材やアルミニウム材等であることが好ましい。
【0036】
［水冷］
また、アンテナ導体２２は高周波電流を流すと数１００℃に加熱されるため、例えば水冷等の冷却が可能な金属パイプであることが好ましい。アンテナ導体２２として、例えば銅パイプ或いはアルミニウムパイプ等の金属パイプを用いれば、その内部に例えば水等の冷媒を流して冷却することができる。本実施形態によれば、Ｕ字形のアンテナ導体２２であるため給電側から冷却水を注入し、接地側から排出することができる。
また、アンテナ導体２２は高周波電流を流すと数１００℃に加熱されるため、例えば水冷等の冷却が可能な金属パイプであることが好ましい。アンテナ導体２２として、例えば銅パイプ或いはアルミニウムパイプ等の金属パイプを用いれば、その内部に例えば水等の冷媒を流して冷却することができる。本実施形態によれば、Ｕ字形のアンテナ導体２２であるため給電側から冷却水を注入し、接地側から排出することができる。
【0037】
［他のアンテナ］
本実施形態では、Ｕ字形アンテナ導体２２について説明したが、１本の長尺アンテナ導体の長手方向の一方の端部に給電し、他方の端部を接地する構造の高周波アンテナであってもよい。また、長尺アンテナ導体の長手方向の中央部に給電し、両端部を接地する構造の高周波アンテナであってもよい。
本実施形態では、Ｕ字形アンテナ導体２２について説明したが、１本の長尺アンテナ導体の長手方向の一方の端部に給電し、他方の端部を接地する構造の高周波アンテナであってもよい。また、長尺アンテナ導体の長手方向の中央部に給電し、両端部を接地する構造の高周波アンテナであってもよい。
【0038】
本実施形態では前記バイアス電極３０に特徴があるので、以下バイアス電極について具体的に説明する。
【0039】
本実施形態では、前記バイアス電極３０の表面積は、接地電位にある被処理基材Ｘの表面積以上であって、前記放電プラズマの電位はプラズマを取り囲むバイアス電極３０の電位に追随して変化する。前記バイアス電極３０は、図２に示すように、正のバイアス電源５０に接続されている。バイアス電極３０に正のバイアス電圧Ｖａを印加すれば、放電プラズマの電位も正のバイアス電位Ｖａになる。接地電位にある前記被処理基材Ｘの表面には電位差Ｖａのイオンシースが生じる。このイオンシースの電位差で陽イオンは加速され、高エネルギーの陽イオンを含むプラズマによって被処理基材Ｘの表面をプラズマ処理することができる。
【0040】
［バイアス電極］
前記バイアス電極３０は、図４に示すように、プラズマ生成領域の周囲に設けられている。ここでのバイアス電極３０は、前記リニヤアンテナ２０を覆い被せるような構造で前記被処理基材Ｘと対向するように配置され、プラズマ生成領域を取り囲む蓋のない箱体の構造である。前記リニヤアンテナ２０によって励起された放電プラズマは前記リニヤアンテナ２０と前記被処理基材Ｘとの間のプラズマ生成領域に拡散するが、前記箱形のバイアス電極３０内に閉じ込められ、外部への拡散を抑制することができる。これまで放電プラズマの拡散に伴う処理チャンバの内表面や真空容器等への付着物、例えばＤＬＣ皮膜などの除去やクリーニングはメンテナンス上、大きな課題であった。本発明により、放電プラズマは前記バイアス電極内に閉じ込められるためプラズマ反応に伴う付着物を著しく削減できる等の効果が得られた。
前記バイアス電極３０は、図４に示すように、プラズマ生成領域の周囲に設けられている。ここでのバイアス電極３０は、前記リニヤアンテナ２０を覆い被せるような構造で前記被処理基材Ｘと対向するように配置され、プラズマ生成領域を取り囲む蓋のない箱体の構造である。前記リニヤアンテナ２０によって励起された放電プラズマは前記リニヤアンテナ２０と前記被処理基材Ｘとの間のプラズマ生成領域に拡散するが、前記箱形のバイアス電極３０内に閉じ込められ、外部への拡散を抑制することができる。これまで放電プラズマの拡散に伴う処理チャンバの内表面や真空容器等への付着物、例えばＤＬＣ皮膜などの除去やクリーニングはメンテナンス上、大きな課題であった。本発明により、放電プラズマは前記バイアス電極内に閉じ込められるためプラズマ反応に伴う付着物を著しく削減できる等の効果が得られた。
【0041】
［バイアス電圧］
前記バイアス電圧は特定されるものではなく、プラズマ処理内容に応じて直流電圧、パルス電圧、交流電圧、或いは交流電圧を半波整流した脈流電圧であってもよい。パルス電圧及び脈流電圧の場合は、その周波数が１ｋＨｚ～１００ｋＨｚであることが好ましい。
前記バイアス電圧は特定されるものではなく、プラズマ処理内容に応じて直流電圧、パルス電圧、交流電圧、或いは交流電圧を半波整流した脈流電圧であってもよい。パルス電圧及び脈流電圧の場合は、その周波数が１ｋＨｚ～１００ｋＨｚであることが好ましい。
【0042】
［高周波電流］
高周波電源６０（図２参照）は、アンテナ導体２２の近傍に放電プラズマを励起するもので、その周波数は１３．５６ＭＨｚに特定されるものではない。本明細書で用いている３００ｋＨｚ以上の高周波電圧であることが好ましい。また、バイアス電源５０は処理チャンバ内の高密度プラズマの電位を制御するためのもので、正のバイアス電圧を給電できる電源である。例えば正のパルス電圧、正の交流電圧、或いは半波整流した脈流電圧を給電できるものが好ましい。なお、作業ガスの圧力が数Ｐａ以上であればパルス電圧或いは低周波交流電圧のみで放電プラズマを励起することもできる。この場合は高周波電源及び整合器は不要である。
高周波電源６０（図２参照）は、アンテナ導体２２の近傍に放電プラズマを励起するもので、その周波数は１３．５６ＭＨｚに特定されるものではない。本明細書で用いている３００ｋＨｚ以上の高周波電圧であることが好ましい。また、バイアス電源５０は処理チャンバ内の高密度プラズマの電位を制御するためのもので、正のバイアス電圧を給電できる電源である。例えば正のパルス電圧、正の交流電圧、或いは半波整流した脈流電圧を給電できるものが好ましい。なお、作業ガスの圧力が数Ｐａ以上であればパルス電圧或いは低周波交流電圧のみで放電プラズマを励起することもできる。この場合は高周波電源及び整合器は不要である。
【0043】
［インダクタンス］
また、平行平板型の往復回路を構成するＵ字形アンテナ導体２２のインダクタンスは、Ｕ字形アンテナ導体２２の長さと両アンテナ導体２２間の間隔にほぼ比例する。
また、平行平板型の往復回路を構成するＵ字形アンテナ導体２２のインダクタンスは、Ｕ字形アンテナ導体２２の長さと両アンテナ導体２２間の間隔にほぼ比例する。
【0044】
［プラズマ密度］
給電側アンテナ導体２２Ｘと接地側アンテナ導体２２Ｙの長手方向の任意の位置における両アンテナ導体の間隔を変えることによって前記リニヤアンテ２０の長手方向のインピーダンスを変えることができる。前記アンテナ導体２２に高周波電流を流した場合、アンテナ導体２２のインピーダンスの大きい部分で高周波電力の消費が大きく、電磁界エネルギーも大きくなる。これによって、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内に励起されるプラズマのアンテナ導体２２の長手方向のプラズマ密度分布を制御することができ、均一なプラズマ密度分布を得ることができる。
給電側アンテナ導体２２Ｘと接地側アンテナ導体２２Ｙの長手方向の任意の位置における両アンテナ導体の間隔を変えることによって前記リニヤアンテ２０の長手方向のインピーダンスを変えることができる。前記アンテナ導体２２に高周波電流を流した場合、アンテナ導体２２のインピーダンスの大きい部分で高周波電力の消費が大きく、電磁界エネルギーも大きくなる。これによって、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内に励起されるプラズマのアンテナ導体２２の長手方向のプラズマ密度分布を制御することができ、均一なプラズマ密度分布を得ることができる。
【0045】
［基材加熱方法］
本発明によれば、前記バイアス電極３０内に加熱手段２３である加熱ヒータ２３を配置することによって被処理基材Ｘ等を効果的に加熱することができる。バイアス電極材料として内側の熱放射率が大きく外側の熱放射率が小さい金属板とすると前記加熱ヒータ２３の輻射熱を極めて有効に活用することができる。例えば熱放射率が０．０５程度のアルミニウム或いはアルミニウム合金板を用いるとよい。
本発明によれば、前記バイアス電極３０内に加熱手段２３である加熱ヒータ２３を配置することによって被処理基材Ｘ等を効果的に加熱することができる。バイアス電極材料として内側の熱放射率が大きく外側の熱放射率が小さい金属板とすると前記加熱ヒータ２３の輻射熱を極めて有効に活用することができる。例えば熱放射率が０．０５程度のアルミニウム或いはアルミニウム合金板を用いるとよい。
【0046】
例えば、熱放射率が０．０５程度のアルミニウム合金板を用い、内側面を熱放射率が０．９程度の導電性黒体材料、例えばカーボンブラック等を塗布したバイアス電極を用いれば、前記加熱ヒータ２３から放射される輻射熱の大部分はバイアス電極３０と被処理基材Ｘの加熱に消費される。バイアス電極３０の内側の熱放射率を大きくすると、被処理基材Ｘの加熱に極めて効果的である。更に、バイアス電極３０の外側面からの熱放射損失を著しく抑制できるため、処理チャンバの温度上昇も著しく低減できる。なお、ここでの加熱ヒータ２３は、図３に示すように前記リニヤアンテナ２０の装着と同様に、プラズマ処理チャンバの側壁を貫通する石英管２４の中に装着することができる。加熱ヒータ２３の数量、取り付け位置等については特定されるものではなく処理目的に応じて設定することができる。また、この実施態様に限らず、加熱ヒータ２３の全体がプラズマ処理チャンバの内部に収容されていても構わない。
【0047】
更に、本発明によれば、前記バイアス電極の外側を絶縁性の皮膜Ｚ、例えばシリコン酸化膜やアルミナ皮膜等で皮覆することによって、接地電位にある被処理基材や処理チャンバ等の周辺器材との間の異常放電の発生を抑制することができるなどの効果を有する。
【0048】
［Ｒ to Ｒ方式］
本発明によるロール・ツー・ロール方式（Ｒ to Ｒ方式）の一実施例について図１を用いて説明する。図１は前記プラズマ処理装置１００を上方から見た断面模式図であり、プラズマ処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３を複数連結したＲ to Ｒ方式によるインラインプラズマ処理装置の概念図である。前記プラズマ処理装置１００の処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３の左右にロードチャンバ３１とアンロードチャンバ３２を有する構成である。ロードチャンバ３１には被処理基材Ｘが巻き出しロール３３に巻かれて格納されていて、搬送手段１０によって順次処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内に搬送され、プラズマ処理手段によって処理される。処理された被処理基材Ｘは搬送手段１０によってアンロードチャンバ３２内に格納された巻き取りロール３４に巻き取られて保管され、定期的に製品として外部に搬出される。
本発明によるロール・ツー・ロール方式（Ｒ to Ｒ方式）の一実施例について図１を用いて説明する。図１は前記プラズマ処理装置１００を上方から見た断面模式図であり、プラズマ処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３を複数連結したＲ to Ｒ方式によるインラインプラズマ処理装置の概念図である。前記プラズマ処理装置１００の処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３の左右にロードチャンバ３１とアンロードチャンバ３２を有する構成である。ロードチャンバ３１には被処理基材Ｘが巻き出しロール３３に巻かれて格納されていて、搬送手段１０によって順次処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内に搬送され、プラズマ処理手段によって処理される。処理された被処理基材Ｘは搬送手段１０によってアンロードチャンバ３２内に格納された巻き取りロール３４に巻き取られて保管され、定期的に製品として外部に搬出される。
【0049】
図１に示すインライン式プラズマ処理装置１００は、３つの処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３を有する。例えば、第１の処理チャンバＣ１で基材Ｘの表面をイオン照射によってクリーニングし、第２の処理チャンバＣ２で例えばＤＬＣなどの薄膜形成を行い、第３の処理チャンバＣ３で例えば機能性表面処理を行うことができる。言うまでもなく、本発明に係るプラズマ処理装置１００としては、単独の処理チャンバを備えるものであってもよい。
【0050】
前記ロードチャンバ３１及びアンロードチャンバ３２は排気手段によって高真空に保持される。また、各処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内は差動排気システム４０を介して連結されている。すなわち、このプラズマ処理装置１００は、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３が複数連結されたインライン方式プラズマ処理装置であって、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３の前後が差動排気システム４０に接続された差動排気チャンバＣ４を介して連結されている。各処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３内は図示されない作業ガス導入手段によって作業ガスが導入され、所定のガス圧力例えば０．７Ｐａに調整される。更に、各処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３毎にプラズマ処理工程に応じたバイアス電源５０を具備している。
【0051】
更に、各処理チャンバはプラズマ処理内容によって処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３のサイズ、リニヤアンテナ２０の装着個数、アンテナ導体２１のサイズ等を任意に設計することができる。
【0052】
このように複数のプラズマ処理プロセスを連続して実施する場合は、図１に示すように複数の処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３を連結すればよく、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３毎に異なるプラズマ処理を施すことができる。即ち、被処理基材Ｘを接地し、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３毎に必要な作業ガスを導入してガス圧力を調整し、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３毎に異なるバイアス電圧をバイアス電極３０に給電することによって複数のプラズマ処理を同時に連続して行うことができる。プラズマ処理工程毎に専用の処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３と処理条件を設定することができるため生産性の向上と製品の品質向上を図ることができる。
【0053】
本発明によるインライン式プラズマ処理装置１００では、図１に示すように、被処理基材Ｘの各処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３間の搬送は差動排気チャンバＣ４に設けられた基板搬送用スリットを通して行うことができる。各処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、作業ガス導入手段（不図示）と差動排気システム４０とを備えている。これによって、処理チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３間の作業ガスの混合は考慮する必要がない。
【0054】
また、処理時間の異なる複数のプラズマ処理工程を実施する場合、基材を一定速度で搬送することは困難である。このような場合は、前記基材を断続的に搬送することによるインライン方式を採用することができる。
【0055】
以上、代表的な実施形態について説明したが、本発明はその要旨を変えない限り、上記実施形態により何ら制限されるものではない。
【符号の説明】
【0056】
１００・・・プラズマ処理装置
Ｃ１～３・・・プラズマ処理チャンバ
１０・・・搬送手段
２０・・・リニヤアンテナ
２１・・・石英管
３０・・・バイアス電極
２３・・・加熱ヒータ
５０・・・バイアス電源
６０・・・高周波電源
Ｃ１～３・・・プラズマ処理チャンバ
１０・・・搬送手段
２０・・・リニヤアンテナ
２１・・・石英管
３０・・・バイアス電極
２３・・・加熱ヒータ
５０・・・バイアス電源
６０・・・高周波電源
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
