JP3704983B2

JP3704983B2 - Surface treatment equipment

Info

Publication number: JP3704983B2
Application number: JP37070598A
Authority: JP
Inventors: 孝小池; 弘夫宮島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000192261A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧又はその近傍の圧力下での気体放電により作られるプラズマを利用し、該プラズマ中に生成される励起活性種を用いてワークの表面を、例えばエッチング、アッシング、改質し又は成膜することにより処理するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、特開平７−２４５１９２号公報等に記載されるように、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化学的に活性な励起活性種を利用して、真空設備を必要としない比較的低コストで簡単な構成により、ワークの表面を様々に処理する表面処理技術が提案されている。大気圧下でのプラズマによる表面処理には、ワークとの間での直接放電により作られるプラズマにワークを直接曝露する直接方式と、１対の電極間での気体放電により作られたプラズマにより生成される励起活性種を輸送してワークを曝露する間接方式とがある。
【０００３】
直接方式は、チャージアップによるワークの損傷、複雑な形状や凹凸があるワーク、又は処理範囲の制限に十分に対応できない虞がある反面、高い処理レートが得られる利点がある。また、間接方式は、チャージアップによるワークの損傷の虞が無く、ガス噴射ノズルの形状やガス流量の調整によりワークの形状や処理範囲の制限に対応し得る利点はあるが、処理レートが低いので、直接方式に比して大面積の処理は不利である。
【０００４】
図８は、直接方式の大気圧プラズマによる従来の表面処理装置の一例を概略的に示しており、交流電源１に接続された概ね直方体の電極２を有し、その直ぐ下側を矢印Ａの向きに移動するワーク３の表面を処理する所謂ラインタイプの装置である。電極２の下面には、移動方向Ａと直交する向きに延長する２本の平行な放電発生部４が突設され、かつ異常放電を防止するための誘電体部材５が装着されると共に、中央に細い直線状のガス噴出口６が開設されている。ガス噴出口６は、電極内部のガス通路７及び中間チャンバ８を介してガス導入口９に連通している。
【０００５】
ワーク３は、移動方向Ａの前後両方向に或る程度の長さを有する誘電体部材５の下面との間に僅かなギャップが画定されるように、接地電極である可動テーブル１０に載せて搬送する。ガス通路７を通ってガス噴出口６から噴射された所定のガスは、前記ギャップの中を移動方向Ａの前方及び後方に分かれて流れ、部材５の前端及び後端から外部に排気される。これと同時に、電源１から電極２に所定の電圧を印加して両放電発生部３、４と可動テーブル１０間で気体放電を発生させ、それにより作られるプラズマで前記所定のガスの励起活性種を生成して、放電領域を通過するワークの表面全体を連続的に処理する。
【０００６】
通常前記所定のガスは、目的とする表面処理に適した酸素（Ｏ_２）、ＣＦ_４その他のフレオン（商品名）等の処理ガスと、大気圧近傍の圧力下で放電を容易に開始させかつ安定に維持するためにヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスや窒素等の不活性ガスとを混合して使用する。処理ガスを適当に選択することにより、ワーク表面にエッチング、アッシング、改質、被膜形成などの所望の様々な表面処理が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の表面処理装置は、ガス噴出口から噴射されたガスが前記ギャップを移動方向Ａの前後両方向に流れ、また場合によってはギャップの側方からも流出するので、放電を安定させるためにはガス流量、特に不活性ガスの流量を多くする必要があった。不活性ガスの流量増加は、それだけ処理ガスの流量が少なくなるので、処理レートが低下することになる。また、比較的高価なヘリウム等の使用量が増加すると、処理コストが大幅に高くなるという問題を生じる。
【０００８】
更に、周囲から前記ギャップに大気が侵入し易く、そのために放電が不安定になり、より一層処理レートを低下させる虞がある。また、ワーク表面から一旦除去した有機物質等が、大気中の不純物と反応してワーク表面に再付着する虞がある。更に、環境保全の観点から、プラズマ放電によって発生するオゾン等の排気を大気中に拡散させず、適切に処理しなければならない。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放電性及びその安定性を向上させることにより、使用するガスの流量、特に放電用の不活性ガスの使用量を低減させ、処理レートの向上及び処理コストの低減を実現できる表面処理装置を提供することにある。
【００１０】
更に、本発明の目的は、ワーク表面から除去した有機物質等やプラズマ放電によって発生するオゾン等を適切に排気処理することができ、それにより品質の向上及び環境保全が図れる表面処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上述した目的を達成するために、対向配置される１対の電源電極及び接地電極と、両電極間に画定される放電ギャップに所定のガスを供給する手段と、放電ギャップを通過するようにワークを相対的に移動可能に支持する手段と、ワークの移動方向に関してその前方又は後方に放電ギャップを閉塞しかつワークと一体的に移動する第１の仕切壁を有し、前記所定のガスが放電ギャップを前記第１の仕切壁とは反対方向に流れるように規制するガス流路とを備え、大気圧又はその近傍の圧力下で放電ギャップに気体放電を発生させ、該気体放電中に生成される前記所定のガスの励起活性種にワークを曝露させることにより、該ワークの表面を処理することを特徴とする表面処理装置が提供される。
【００１２】
このように、第１の仕切壁により放電ギャップをワーク移動方向に関してその前方又は後方を閉塞し、放電ギャップを通過するガスの流れを一方向に規制することにより、第一に、放電ギャップに供給される前記所定のガスの外部即ち大気への拡散及び放電ギャップへの大気の侵入を制限できるので、ヘリウム等の不活性ガス、即ち放電用ガスの流量を少なくしても、放電を容易に開始させかつ安定して維持することができ、その反面、目的とする表面処理のための処理ガスの添加量を増加させることができ、処理レートが向上する。更に、第１の仕切壁がワークと一体的に移動するので、放電ギャップの中を移動するワーク表面を損傷する虞がない。
【００１３】
或る実施例によれば、特に前記第１の仕切壁がワーク移動方向の前方に設けられ、それにより前記所定のガスが放電ギャップをワーク移動方向に沿って後方に流れるので、表面処理によりワーク表面から一旦除去された有機物質等が再付着する虞がなく、好都合である。
【００１４】
更に、ワーク移動方向に関して放電ギャップの左右両側方を閉塞する第２の仕切壁を有すると、放電ギャップをより確実に閉塞できるので、外部への前記所定のガスの拡散及び放電ギャップへの大気の侵入をより有効に防止でき、ガス使用量の低減及び処理レートがより一層向上する。
【００１５】
別の実施例によれば、ワーク移動方向に沿って延長する或る長さの誘電体部材を電源電極とワークとの間に配置することにより、放電ギャップを画定することができ、それにより気体放電が誘電体部材とワークとの間で発生するので、異常放電及びそれによる電極の損傷を防止することができる。
【００１６】
或る実施例によれば、前記ワーク支持手段が、その上にワークを配置するワーク支持面を有しかつそのワーク移動方向の前端又は後端に前記第１の仕切壁が設けられ、接地電極として機能する可動テーブルから構成される。これにより、ワーク支持手段、第１の仕切壁及び接地電極を一体にして装置全体の構成を簡単にすることができる。
【００１７】
この場合、前記第１の仕切壁は、可動テーブルのワーク支持面の端部に段差を形成することにより、簡単に設けることができ、かつその段差によって放電ギャップの隙間を予め決定することができる。
【００１８】
更に、前記ワーク支持面には、ワークをその表面と同一平面をなすように収容する凹所を設けることができ、それにより放電ギャップの隙間が一定に維持されるので、ワーク表面を一様に処理することができる。
【００１９】
別の実施例では、ワーク支持面に配置される誘電体からなるマウントを更に有し、該マウント上にワークを配置することができ、それにより異常放電の発生、及びそれによるワーク、可動テーブルの損傷を有効に防止することができる。
【００２０】
この場合にも、前記マウントに、ワークをその表面と同一平面をなすように収容する凹所を設けることができ、放電ギャップの隙間が一定に維持してワーク表面を一様にな処理することができる。
【００２１】
更に、マウントとワーク支持面との間に入れる調整プレートを有すると、好都合である。これにより、マウント表面の高さを変更して、放電ギャップの大きさを簡単に調整することができ、その中を流れるガスの流速を処理条件等に応じて制御することができる。
【００２２】
更に、或る実施例によれば、前記第１の仕切壁が、ワーク支持面上に配置したワークの位置から離れた位置に設けられ、それにより放電ギャップ内には、ワークの上流側に前記所定のガスの溜まりが形成されるので、外部から放電領域への大気の侵入をより確実に防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明による表面処理装置の好適な実施例の構成を概略的に示している。本実施例の表面処理装置は、概ね箱形の電極部１１と、該電極部の直ぐ下を矢印Ｂの向きに移動する可動テーブル１２とを備える。電極部１１は、アルミナ等の絶縁材料で形成された電極保持ブロック１３と、テフロン等の絶縁樹脂材料からなる概ね直方体の後部ブロック１４とを、それらの間に垂直方向の狭い隙間からなる主ガス通路１５を全幅に亘って画定するように前後に配置し、かつその上に配置した上部ブロック１６と共に、左右両側から側板１７ａ、１７ｂを複数のボルト１８で締結することにより、一体に結合されている。
【００２４】
電極保持ブロック１３には、その下面に大きな段状の凹部１９が全幅に亘って形成されている。凹部１９内には、その幅より幾分短い断面Ｌ字形の棒状電極２０が横向きに、そのＬ字先端の放電発生部２１を内側にかつ下向きにして配置され、アルミナ、石英等の誘電体からなる取付ブロック２２を介して前方からボルト２３で固定されている。電極２０は交流電源２４に接続されている。
【００２５】
電極保持ブロック１３の下側には、該ブロックと同じ長さ・幅を有するアルミナ、石英等の誘電体薄板からなるガス流制御板２５が、後部ブロック１４下面と一致する高さに水平に取り付けられている。ガス流制御板２５の下側には、その左右両側辺に沿って前記側板の直ぐ内側に、マイカ等の絶縁材料からなる細長い板状の脚部材２６ａ、２６ｂが、後部ブロック１４の内側端面に当接させて配置され、下側からボルトで前記電極保持ブロックに一体に結合されている。
【００２６】
後部ブロック１４の下面には、前記電極保持ブロックの脚部材２６ａ、２６ｂに連続するように、それらと同一形状・寸法の断面を有する突部２７ａ、２７ｂが、その左右両側辺に全長に亘って下向きに形設されている。また、後部ブロック１４の背面には、該後部ブロックの下面及び前記両突部の内面を後方へ延長させるように、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の樹脂材料からなるカバー２８が取り付けられている。このようにして電極部１１の下面には、その左右両側辺に全長に亘って前記脚部材及び突部からなる脚部が設けられ、かつそれら脚部間に主ガス通路１５の下端が開口して、前記移動方向と直交する向きに直線状のガス噴射口２９を形成している。
【００２７】
上部ブロック１６には、電極保持ブロック１３及び後部ブロック１４の上面との間に全幅に亘って主ガス通路１５に連通する中間チャンバ３０が画定されている。中間チャンバ３０は、その略中央において上部ブロック１６上面に開設されたガス導入口３１に連通している。ガス導入口３１には、ヘリウム等の放電用ガスの供給源に接続するためのジョイント３２が設けられている。前記ジョイントから導入された放電用ガスは、中間チャンバ３０内で幅方向にガス圧が略均一化され、主ガス通路１５を幅方向に略一様に流れる。本実施例では、添付図面にガス導入口が１個しか記載されていないが、必要に応じて複数個設け、前記主ガス通路の全幅に亘って放電用ガスの流れをより均一にすることができる。
【００２８】
後部ブロック１４の内部には、実施しようとする表面処理に適した特定の処理ガスを主ガス通路１５に導入するために、その幅方向に等間隔で配置した多数の水平な小円孔からなる副ガス通路３３が形設されている。副ガス通路３３は、同様に後部ブロック１４に内設された中間チャンバ３４を経て、該後部ブロックの後面に開設されたガス導入口３５に連通している。ガス導入口３５には、多くの場合にＯ_２やＣＦ_４その他のフレオン等である前記処理ガスの供給源に接続するためのジョイント３６が設けられている。前記ジョイントから導入された処理ガスは、同様に中間チャンバ３４内で幅方向にガス圧が略均一化されるので、各副ガス通路３３を略一様な流量で流れる。
【００２９】
可動テーブル１２は、図４に示すように移動方向Ｂに長い長方形のアルミニウム等の金属板からなり、電源電極２０に対する接地電極として機能する。可動テーブル１２は、前記電極部の左右脚部２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ間の幅より僅かに狭幅の上面３７と、その左右両側に全長に亘って形成され、前記左右脚部と同じ高さの段差部３８ａ、３８ｂとを有する。可動テーブル１２の上面３７には、その中央付近に僅かな段差３９が幅方向に形成され、該段差の下側に後方に延長するワーク支持面４０が設けられている。ワーク支持面４０の後端には、突縁４１が可動テーブル上面３７を超えない高さに形成されている。
【００３０】
本実施例では、ワーク支持面４０上にアルミナ等の絶縁材料の薄板からなるマウントプレート４２を配置し、その上にワーク４３を載置する。マウントプレート４２はワーク支持面４０と同じ寸法を有し、段差３９と突縁４１との間に前後方向に移動しないように位置決め・保持される。マウントプレート４２の上面には、その移動方向前端から少し距離を置いて、例えば基板のような長方形の前記ワークを収容するために対応する長方形の凹所４４が形成されている。凹所４４は、その中に収容したワークの表面がマウントプレート上面と一致して前記移動方向に凹凸を生じないように、該ワークの厚さ及び長さに対応する深さ及び長さに形成するのが好ましい。
【００３１】
図４の実施例では、マウントプレートの凹所４４を長方形にしたが、処理しようとするワークの形状・寸法に対応した様々な形状・寸法の凹所を有するマウントプレートを用いることができる。図５はマウントプレートの変形例を示しており、円形のウエハ４５を処理するために、それに対応する直径の円形凹所４６がマウントプレート４２に形成されている。
【００３２】
別の実施例では、前記マウントプレートを使用せず、可動テーブル１２のワーク支持面４０上にワークを直接載置することができる。この場合にも、処理しようとするワークに対応した凹所をワーク支持面に形成すると、同様に移動方向に凹凸を生じないので、好ましい。
【００３３】
電極部１１は可動テーブル１２の上に、図１及び図２に示すように、その左右脚部２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂの間を可動テーブル上面３７が通過するように配置される。図６に示すように、前記電極部下面と可動テーブル上面３７との間には、両者が接触しない程度の僅かな隙間が維持され、段差３９によって低い位置のマウントプレート４２と電極部下面との間には、前記隙間に比して十分に大きい放電ギャップ４７が画定される。同様に、電極部１１の前記左右両脚部の下面４８及び内側面４９と、可動テーブル１２の前記左右両段差部の底面５０及び側壁面５１との間には、図７に示すように、それぞれ前記放電ギャップに比して十分に狭い僅かな隙間が形成される。
【００３４】
この状態で可動テーブル１２を矢印Ｂの方向に移動させながら、放電用ガスを主ガス通路１５内にジョイント３２を介して供給し、かつこれに処理ガスをジョイント３６から副ガス通路を介して混合し、その混合ガスをガス噴射口２９から放電ギャップ４７内に噴射する。これと同時に交流電源２４から所定の電圧を電極２０に印加すると、図３及び図６に示すように、前記放電ギャップの放電発生部２１と可動テーブル１２との間で放電が発生する。
【００３５】
放電ギャップ４７は、その前方が段差３９により仕切られ、かつ左右両側方が前記左右脚部により仕切られて、それぞれ実質的に閉塞されているので、前記ガス噴射口から噴射された前記混合ガスは、前記放電ギャップを移動方向Ｂと逆向きに一方向に流れる。また、上述したようにワーク４３表面とマウントプレート４２上面とが同一平面上にあって、放電ギャップ４７が全長に亘って均一なことから、前記混合ガスは放電ギャップの中を一様に流れる。
【００３６】
本実施例では、可動テーブル１２の中央付近に段差３９を設けてその前端からの距離を比較的長くし、かつ後部ブロック１４に電極部１１の下面を延長するカバー２８を設けたことにより、前記電極部下面と可動テーブル上面３７間の前記隙間が放電ギャップの前方に長く設けられる。このため、この隙間を介して前記混合ガスが放電ギャップから前方へ漏出したり、大気が外部から放電ギャップへ侵入することを有効に防止することができる。また、放電ギャップ４７の左右両側方は、上述したように外部との間に前記左右脚部と左右段差部３８ａ、３８ｂとにより垂直方向及び水平方向に狭小な隙間が連続しているので、気体の流通が困難であり、同様に前記混合ガスの側方への漏出及び大気の側方からの侵入を有効に防止することができる。
【００３７】
更に、段差３９とマウントプレート４２上面に置いたワーク４３との間には、上述したように或る程度の距離が設けられているので、図６に示すように、放電ギャップ４７には、ワークが放電領域５２に入る前から、ガス噴射口２９より前方に先行する前記段差との間で閉塞された空間が画定される。ガス噴射口２９から噴射された前記混合ガスは、その一部が一旦この閉鎖された空間内へも広がって、ガス溜まりを形成するので、電極部１１下面と可動テーブル上面３７間の前記隙間からの大気の侵入が、より確実に防止される。
【００３８】
放電領域５２では、放電により作られたプラズマによる前記混合ガスの励起活性種が生成され、それによって該放電領域を通過するワーク４３の表面が処理される。上述したように放電ギャップが放電領域５２よりも後方に延長して設けられ、かつ放電ギャップ内におけるガスの流れが一方向に制限されているので、前記励起活性種を含む反応性ガスは、前記放電領域から直ぐに大気中に拡散することなく、ワーク４３表面に沿って後方にガス流制御板２５の端部まで流れた後に外部に排出される。
【００３９】
別の実施例では、前記表面処理装置に排気装置を付設し、その排気取入口をガス流制御板２５の端部付近に開設して、放電ギャップからの排気を大気中に放出することなく、回収・処理することができる。これにより、特に気体放電により生成されるオゾン等による大気の汚染が防止される。
【００４０】
本発明によれば、このように前記混合ガスが放電ギャップ内に閉じ込められることにより、その中に含まれるヘリウム等の放電用ガスの流量を従来より大幅に低減させても、常に安定した放電が得られる。その反面、前記混合ガスに含まれる処理ガス流量を増加させることができ、しかも前記反応性ガスが、前記放電ギャップ内に閉じ込められた状態でワーク移動方向と逆向きに流れるので、ワークを従来より効果的に表面処理することができ、かつ表面処理により一旦ワークから除去した有機物等の再付着による汚染を防止することができる。
【００４１】
本実施例の表面処理装置と図８に示す従来構造の表面処理装置とを使用し、ヘリウム及び酸素をそれぞれ放電用ガス及び処理ガスとして、電極に所定の高周波電圧を印加することにより気体放電を発生させて、アッシングにより基板表面から有機物を除去したところ、次の表１に示す結果が得られた。表１によれば、本実施例の構造を採用することにより、Ｈｅ流量を大幅に減少させかつＯ2流量を増加させて、アッシングレートを大幅に向上させることができた。
【００４２】
【表１】

【００４３】
別の実施例では、可動テーブル１２のワーク支持面４０とマウントプレート４２との間に様々な厚さの調整プレートを入れることによって、マウントプレート表面の高さを変え、ガス流制御板２５との放電ギャップを容易に変更することができる。当然ながら、マウントプレート４２自体の厚さを変えることにより、放電ギャップを変更することもできる。これにより、表面処理の目的・条件等に応じて放電ギャップにおける反応性ガスの流速を最適に調整・制御することができる。例えば、流速を大きくすることにより、ワーク表面から除去した有機物等の再付着が抑制される。
【００４４】
以上、本発明について好適な実施例を用いて詳細に説明したが、本発明はその技術的範囲内において上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えば電極部１１は、上記実施例以外の様々な構造にすることができ、また１つのガス通路に予め放電用ガスと処理ガスとを適当な割合で混合したガスを供給することができる。可動テーブル１２は逆向きに、ワーク支持面４０側を先にして電極部１１の下を移動させることができる。また、ワーク側を固定して電極部を移動させることもできる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明の表面処理装置によれば、ワーク移動方向に関して放電ギャップの前方又は後方を閉塞しかつワークと一体的に移動する仕切壁を設けて、放電ギャップに供給する所定のガスの流れを一方向に制限することにより、仕切壁により移動中のワーク表面を損傷することなく、所定のガスの外部への拡散及び放電ギャップへの大気の侵入を防止でき、放電性が向上して放電開始及びその安定維持が容易になるので、ヘリウム等の放電用不活性ガスの使用量を低下させ、主目的たる表面処理用ガスの添加量を増加させることができ、より高い効率及び品質の表面処理、及びコストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表面処理装置の好適実施例を示す前面図である。
【図２】図１に示す表面処理装置の後面図である。
【図３】図１のIII−III線における縦断面図である。
【図４】図１の表面処理装置に使用する可動テーブル及びマウントプレートを示す斜視図である。
【図５】マウントプレートの別の実施例を示す斜視図である。
【図６】図３の部分拡大図である。
【図７】図６のVII−VII線における部分横断面図である。
【図８】従来の大気圧プラズマを用いた表面処理装置の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１交流電源
２電極
３ワーク
４放電発生部
５誘電体部材
６ガス噴出口
７ガス通路
８中間チャンバ
９ガス導入口
１０可動テーブル
１１電極部
１２可動テーブル
１３電極保持ブロック
１４後部ブロック
１５主ガス通路
１６上部ブロック
１７ａ、１７ｂ側板
１８ボルト
１９凹部
２０棒状電極
２１放電発生部
２２取付ブロック
２３ボルト
２４交流電源
２５ガス流制御板
２６ａ、２６ｂ脚部材
２７ａ、２７ｂ突部
２８カバー
２９ガス噴射口
３０中間チャンバ
３１ガス導入口
３２ジョイント
３３副ガス通路
３４中間チャンバ
３５ガス導入口
３６ジョイント
３７上面
３８ａ、３８ｂ段差部
３９段差
４０ワーク支持面
４１突縁
４２マウントプレート
４３ワーク
４４凹所
４５ウエハ
４６円形凹所
４７放電ギャップ
４８下面
４９内側面
５０底面
５１側壁面
５２放電領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention utilizes a plasma generated by gas discharge under atmospheric pressure or a pressure near the atmospheric pressure, and uses the excited active species generated in the plasma to etch, ash, and modify the surface of the workpiece, for example. Alternatively, the present invention relates to an apparatus for processing by forming a film.
[0002]
[Prior art]
Recently, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-245192, etc., a vacuum facility is not required by utilizing chemically active excited active species generated by plasma discharge under a pressure near atmospheric pressure. A surface treatment technique for variously treating the surface of a workpiece with a relatively low cost and simple configuration has been proposed. Surface treatment with plasma under atmospheric pressure is generated by direct exposure of workpiece to plasma generated by direct discharge between workpiece and plasma generated by gas discharge between a pair of electrodes. There is an indirect method in which the excited active species is transported to expose the workpiece.
[0003]
The direct method has an advantage that a high processing rate can be obtained while the workpiece may be damaged due to charge-up, a workpiece having a complicated shape or unevenness, or the processing range may not be sufficiently limited. The indirect method has the advantage that the workpiece can be damaged due to charge-up, and the shape of the gas injection nozzle and the gas flow rate can be adjusted to accommodate the limitation of the workpiece shape and processing range, but the processing rate is low. Compared with the direct method, processing of a large area is disadvantageous.
[0004]
FIG. 8 schematically shows an example of a conventional surface treatment apparatus using a direct atmospheric pressure plasma, which has a substantially rectangular parallelepiped electrode 2 connected to an AC power source 1, and an arrow A on the lower side thereof. This is a so-called line type apparatus for treating the surface of the workpiece 3 that moves in the direction. On the lower surface of the electrode 2, two parallel discharge generating portions 4 extending in a direction orthogonal to the moving direction A are projected, and a dielectric member 5 for preventing abnormal discharge is attached, A thin straight gas outlet 6 is opened. The gas outlet 6 communicates with the gas inlet 9 through a gas passage 7 and an intermediate chamber 8 inside the electrode.
[0005]
The work 3 is carried on the movable table 10 as a ground electrode so that a slight gap is defined between the work 3 and the lower surface of the dielectric member 5 having a certain length in both the front and rear directions of the moving direction A. To do. Predetermined gas injected from the gas outlet 6 through the gas passage 7 flows in the gap in a forward and backward direction in the moving direction A, and is exhausted to the outside from the front end and the rear end of the member 5. At the same time, a predetermined voltage is applied from the power source 1 to the electrode 2 to generate a gas discharge between the

discharge generators

3 and 4 and the movable table 10, and the excited active species of the predetermined gas is generated by the plasma generated thereby. And the entire surface of the workpiece passing through the discharge region is continuously processed.
[0006]
Usually, the predetermined gas is used to easily start discharge under a pressure near atmospheric pressure, such as oxygen (O ₂ ), CF ₄ or other Freon (trade name) suitable for the target surface treatment. In order to maintain it stably, a rare gas such as helium (He) or argon (Ar) or an inert gas such as nitrogen is mixed and used. By appropriately selecting a processing gas, various desired surface treatments such as etching, ashing, modification, and film formation are performed on the workpiece surface.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional surface treatment apparatus stabilizes the discharge because the gas injected from the gas outlet flows through the gap in both the front and rear directions of the moving direction A and in some cases also flows out from the side of the gap. For this purpose, it was necessary to increase the gas flow rate, particularly the flow rate of the inert gas. As the flow rate of the inert gas increases, the flow rate of the processing gas decreases accordingly, and the processing rate decreases. Further, when the amount of relatively expensive helium used is increased, there arises a problem that the processing cost is significantly increased.
[0008]
In addition, air easily enters the gap from the surroundings, which may cause unstable discharge and further decrease the processing rate. Moreover, there is a possibility that the organic substance once removed from the work surface reacts with impurities in the atmosphere and reattaches to the work surface. Furthermore, from the viewpoint of environmental conservation, exhaust such as ozone generated by plasma discharge must be appropriately treated without diffusing into the atmosphere.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and the object of the present invention is to improve the discharge performance and its stability, thereby improving the flow rate of gas used, particularly for discharge. An object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus that can reduce the amount of inert gas used, improve the treatment rate, and reduce the treatment cost.
[0010]
Furthermore, an object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus capable of appropriately exhausting organic substances removed from the workpiece surface, ozone generated by plasma discharge, and the like, thereby improving quality and protecting the environment. There is.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in order to achieve the above-described object, a pair of power and ground electrodes arranged opposite to each other, means for supplying a predetermined gas to a discharge gap defined between both electrodes, and a discharge gap A first partition wall that closes the discharge gap and moves integrally with the workpiece in front of or behind the moving direction of the workpiece; A gas flow path for restricting the predetermined gas so that the discharge gap flows in a direction opposite to the first partition wall, and generating a gas discharge in the discharge gap under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof, Provided is a surface treatment apparatus for treating a surface of a workpiece by exposing the workpiece to excited active species of the predetermined gas generated during gas discharge.
[0012]
In this way, the first partition wall closes the discharge gap in front or rear in the workpiece movement direction, and regulates the gas flow passing through the discharge gap in one direction, thereby supplying the discharge gap first. Since the diffusion of the predetermined gas to the outside, that is, the atmosphere and the entry of the atmosphere into the discharge gap can be restricted, the discharge can be easily started even if the flow rate of the inert gas such as helium, that is, the discharge gas is reduced. However, on the other hand, the amount of processing gas added for the desired surface treatment can be increased, and the processing rate is improved. Furthermore, since the first partition wall moves integrally with the workpiece, there is no possibility of damaging the workpiece surface moving in the discharge gap.
[0013]
According to an embodiment, in particular, the first partition wall is provided in front of the workpiece movement direction, whereby the predetermined gas flows rearward along the discharge gap in the workpiece movement direction. There is no possibility that the organic substance once removed from the surface will be reattached, which is convenient.
[0014]
Furthermore, if the second partition wall that closes both the left and right sides of the discharge gap with respect to the workpiece moving direction is provided, the discharge gap can be more reliably closed, so that the diffusion of the predetermined gas to the outside and the atmospheric air to the discharge gap can be performed. Intrusion can be prevented more effectively, and the amount of gas used is reduced and the processing rate is further improved.
[0015]
According to another embodiment, a discharge gap can be defined by disposing a length of dielectric member extending along the workpiece movement direction between the power supply electrode and the workpiece, thereby reducing the gas. Since discharge is generated between the dielectric member and the workpiece, abnormal discharge and the resulting damage to the electrode can be prevented.
[0016]
According to an embodiment, the workpiece support means has a workpiece support surface on which the workpiece is arranged, and the first partition wall is provided at the front end or the rear end in the workpiece movement direction, and the ground electrode It is comprised from the movable table which functions as. Thereby, the structure of the whole apparatus can be simplified by integrating the workpiece support means, the first partition wall, and the ground electrode.
[0017]
In this case, the first partition wall can be easily provided by forming a step at the end of the work support surface of the movable table, and the gap of the discharge gap can be determined in advance by the step. .
[0018]
Further, the workpiece support surface can be provided with a recess for accommodating the workpiece so as to be flush with the surface thereof, so that the gap of the discharge gap is kept constant, so that the workpiece surface can be made uniform. Can be processed.
[0019]
In another embodiment, the apparatus further includes a mount made of a dielectric disposed on the work supporting surface, and the work can be disposed on the mount, thereby generating an abnormal discharge, and thereby the work and the movable table. Damage can be effectively prevented.
[0020]
Also in this case, the mount can be provided with a recess for accommodating the work so as to be flush with the surface thereof, and the work surface can be uniformly treated while maintaining the gap of the discharge gap constant. Can do.
[0021]
In addition, it is advantageous to have an adjustment plate that is placed between the mount and the workpiece support surface. As a result, the height of the mount surface can be changed to easily adjust the size of the discharge gap, and the flow rate of the gas flowing therein can be controlled according to the processing conditions and the like.
[0022]
Further, according to an embodiment, the first partition wall is provided at a position away from the position of the workpiece disposed on the workpiece support surface, whereby the discharge gap has the upstream side of the workpiece. Since a predetermined gas pool is formed, it is possible to more reliably prevent air from entering the discharge region from the outside.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 3 schematically show the configuration of a preferred embodiment of a surface treatment apparatus according to the present invention. The surface treatment apparatus of the present embodiment includes a generally box-shaped electrode unit 11 and a movable table 12 that moves in the direction of arrow B just below the electrode unit. The electrode unit 11 includes an electrode holding block 13 formed of an insulating material such as alumina and a rear block 14 of a substantially rectangular parallelepiped made of an insulating resin material such as Teflon, and a main gas including a narrow vertical gap therebetween. The passage 15 is arranged at the front and rear so as to define the entire width, and together with the upper block 16 arranged thereon, the side plates 17a and 17b are fastened from the left and right sides by a plurality of bolts 18 so as to be integrally coupled. Yes.
[0024]
The electrode holding block 13 is formed with a large step-shaped recess 19 on its lower surface over the entire width. In the recess 19, a rod-shaped electrode 20 having an L-shaped cross section that is somewhat shorter than the width is disposed sideways with the discharge generating portion 21 at the L-shaped tip inward and downward, and is made of a dielectric such as alumina or quartz. It fixes with the volt | bolt 23 from the front via the mounting block 22 which becomes. The electrode 20 is connected to an AC power source 24.
[0025]
Below the electrode holding block 13, a gas flow control plate 25 made of a dielectric thin plate such as alumina or quartz having the same length and width as the block is horizontally mounted at a height matching the lower surface of the rear block 14. It has been. On the lower side of the gas flow control plate 25, elongate plate-like leg members 26a and 26b made of an insulating material such as mica are provided on the inner end face of the rear block 14 immediately inside the side plate along the left and right sides. The electrodes are arranged in contact with each other and are integrally coupled to the electrode holding block with bolts from below.
[0026]
On the lower surface of the rear block 14, protrusions 27a and 27b having a cross section of the same shape and dimensions as those of the leg members 26a and 26b of the electrode holding block extend over the entire length on both the left and right sides. It is shaped downward. Further, a cover 28 made of a resin material such as polyvinyl chloride (PVC) is attached to the rear surface of the rear block 14 so that the lower surface of the rear block and the inner surfaces of both protrusions are extended rearward. In this way, the lower surface of the electrode portion 11 is provided with leg portions including the leg members and the protrusions over the entire length on both the left and right sides, and the lower end of the main gas passage 15 is opened between the leg portions. Thus, a straight gas injection port 29 is formed in a direction orthogonal to the moving direction.
[0027]
The upper block 16 defines an intermediate chamber 30 communicating with the main gas passage 15 over the entire width between the electrode holding block 13 and the upper surface of the rear block 14. The intermediate chamber 30 communicates with a gas inlet 31 provided on the upper surface of the upper block 16 at substantially the center thereof. The gas inlet 31 is provided with a joint 32 for connection to a discharge gas supply source such as helium. The discharge gas introduced from the joint has a substantially uniform gas pressure in the width direction in the intermediate chamber 30 and flows substantially uniformly in the width direction in the main gas passage 15. In this embodiment, only one gas inlet is shown in the accompanying drawings, but a plurality of gas inlets may be provided as necessary to make the flow of the discharge gas more uniform over the entire width of the main gas passage. it can.
[0028]
The rear block 14 includes a large number of horizontal small circular holes arranged at equal intervals in the width direction in order to introduce a specific processing gas suitable for the surface treatment to be performed into the main gas passage 15. A sub gas passage 33 is formed. Similarly, the auxiliary gas passage 33 communicates with the gas inlet 35 provided on the rear surface of the rear block through an intermediate chamber 34 provided in the rear block 14. The gas inlet 35 is provided with a joint 36 for connection to the processing gas supply source, which is often O ₂ , CF ₄ or other Freon. Similarly, the processing gas introduced from the joint has a substantially uniform gas pressure in the width direction in the intermediate chamber 34, and therefore flows in each sub-gas passage 33 at a substantially uniform flow rate.
[0029]
As shown in FIG. 4, the movable table 12 is made of a metal plate such as rectangular aluminum that is long in the moving direction B, and functions as a ground electrode for the power electrode 20 . The movable table 12 has an upper surface 37 slightly narrower than the width between the left and right leg portions 26a, 26b, 27a, and 27b of the electrode portion, and is formed over the entire length on both the left and right sides. Step portions 38a and 38b. On the upper surface 37 of the movable table 12, a slight step 39 is formed in the width direction near the center thereof, and a work support surface 40 extending rearward is provided below the step. At the rear end of the work support surface 40, a protruding edge 41 is formed at a height that does not exceed the movable table upper surface 37.
[0030]
In this embodiment, a mount plate 42 made of a thin plate of an insulating material such as alumina is disposed on the work support surface 40, and the work 43 is placed thereon. The mount plate 42 has the same dimensions as the work support surface 40 and is positioned and held between the step 39 and the protruding edge 41 so as not to move in the front-rear direction. A corresponding rectangular recess 44 is formed on the upper surface of the mount plate 42 at a distance from the front end in the moving direction to accommodate the rectangular workpiece such as a substrate. The recess 44 is formed to a depth and length corresponding to the thickness and length of the workpiece so that the surface of the workpiece housed in the recess 44 coincides with the upper surface of the mount plate and does not cause unevenness in the moving direction. It is preferable to do this.
[0031]
In the embodiment of FIG. 4, the recess 44 of the mount plate is rectangular, but a mount plate having recesses of various shapes and sizes corresponding to the shape and size of the workpiece to be processed can be used. FIG. 5 shows a modification of the mount plate. In order to process a circular wafer 45, a circular recess 46 having a corresponding diameter is formed in the mount plate.
[0032]
In another embodiment, the work can be placed directly on the work support surface 40 of the movable table 12 without using the mount plate. In this case as well, it is preferable to form a recess corresponding to the workpiece to be processed on the workpiece support surface because unevenness is not generated in the moving direction.
[0033]
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrode unit 11 is disposed on the movable table 12 so that the movable table upper surface 37 passes between the left and right leg portions 26a, 26b, 27a, 27b. As shown in FIG. 6, a slight gap is maintained between the lower surface of the electrode part and the upper surface 37 of the movable table so that they do not contact each other. A discharge gap 47 that is sufficiently larger than the gap is defined in between. Similarly, between the lower surface 48 and the inner side surface 49 of the left and right leg portions of the electrode portion 11, and the bottom surface 50 and the side wall surface 51 of the left and right step portions of the movable table 12, as shown in FIG. A slight gap that is sufficiently narrower than the discharge gap is formed.
[0034]
In this state, while moving the movable table 12 in the direction of the arrow B, the discharge gas is supplied into the main gas passage 15 via the joint 32, and the processing gas is mixed with this through the joint 36 via the sub gas passage. Then, the mixed gas is injected into the discharge gap 47 from the gas injection port 29. At the same time, when a predetermined voltage is applied to the electrode 20 from the AC power supply 24, a discharge is generated between the discharge generating portion 21 of the discharge gap and the movable table 12, as shown in FIGS.
[0035]
Since the discharge gap 47 is partitioned substantially at the front by a step 39 and both left and right sides by the left and right legs, and is substantially closed, the mixed gas injected from the gas injection port is The discharge gap flows in one direction opposite to the moving direction B. Further, as described above, since the surface of the work 43 and the upper surface of the mount plate 42 are on the same plane and the discharge gap 47 is uniform over the entire length, the mixed gas flows uniformly in the discharge gap.
[0036]
In this embodiment, the step 39 is provided near the center of the movable table 12 to make the distance from the front end relatively long, and the cover 28 that extends the lower surface of the electrode portion 11 is provided on the rear block 14. The gap between the lower surface of the electrode unit and the upper surface 37 of the movable table is provided long in front of the discharge gap. For this reason, it is possible to effectively prevent the mixed gas from leaking forward from the discharge gap through this gap and the air from entering the discharge gap from the outside. Further, as described above, since the left and right leg portions and the left and right stepped portions 38a and 38b are connected to the outside on both the left and right sides of the discharge gap 47, a narrow gap is continuous in the vertical direction and the horizontal direction. It is difficult to circulate the gas, and similarly, the leakage of the mixed gas to the side and the intrusion from the side of the atmosphere can be effectively prevented.
[0037]
Furthermore, since a certain distance is provided between the step 39 and the workpiece 43 placed on the upper surface of the mount plate 42 as described above, the discharge gap 47 has a workpiece as shown in FIG. Before the gas enters the discharge region 52, a closed space is defined between the step and the preceding step ahead of the gas injection port 29. A part of the mixed gas injected from the gas injection port 29 once expands into the closed space to form a gas reservoir, and therefore, from the gap between the lower surface of the electrode portion 11 and the upper surface 37 of the movable table. Intrusion of the atmosphere is more reliably prevented.
[0038]
In the discharge region 52, excited active species of the mixed gas are generated by the plasma generated by the discharge, whereby the surface of the workpiece 43 passing through the discharge region is processed. As described above, the discharge gap is provided extending rearward from the discharge region 52, and the gas flow in the discharge gap is limited in one direction. Therefore, the reactive gas containing the excited active species is Without immediately diffusing into the atmosphere from the discharge area, it flows backward to the end of the gas flow control plate 25 along the surface of the work 43 and is then discharged to the outside.
[0039]
In another embodiment, an exhaust device is attached to the surface treatment device, and an exhaust inlet thereof is opened near the end of the gas flow control plate 25, so that the exhaust from the discharge gap is not released into the atmosphere. It can be collected and processed. Thereby, contamination of the atmosphere by ozone generated by gas discharge is prevented.
[0040]
According to the present invention, since the mixed gas is confined in the discharge gap in this way, even if the flow rate of the discharge gas such as helium contained in the mixed gas is significantly reduced as compared with the conventional case, stable discharge is always performed. can get. On the other hand, the flow rate of the processing gas contained in the mixed gas can be increased, and the reactive gas flows in the direction opposite to the moving direction of the work while being confined in the discharge gap. Surface treatment can be effectively performed, and contamination due to redeposition of organic substances once removed from the workpiece by the surface treatment can be prevented.
[0041]
Using the surface treatment apparatus of this example and the surface treatment apparatus having the conventional structure shown in FIG. 8, helium and oxygen are used as a discharge gas and a treatment gas, respectively, and a predetermined high-frequency voltage is applied to the electrodes to cause gas discharge. When the organic substances were removed from the substrate surface by ashing, the results shown in the following Table 1 were obtained. According to Table 1, by adopting the structure of this embodiment, the He flow rate is greatly reduced and O2 is reduced. The ashing rate was greatly improved by increasing the flow rate.
[0042]
[Table 1]

[0043]
In another embodiment, the height of the surface of the mount plate is changed by inserting an adjustment plate of various thicknesses between the work support surface 40 of the movable table 12 and the mount plate 42, so that the gas flow control plate 25 The discharge gap can be easily changed. Of course, the discharge gap can be changed by changing the thickness of the mount plate 42 itself. Thereby, the flow rate of the reactive gas in the discharge gap can be optimally adjusted and controlled according to the purpose and conditions of the surface treatment. For example, by increasing the flow rate, reattachment of organic matter removed from the workpiece surface is suppressed.
[0044]
Although the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments, the present invention can be implemented with various modifications and changes within the technical scope thereof. For example, the electrode unit 11 can have various structures other than the above-described embodiments, and a gas in which a discharge gas and a processing gas are mixed in advance at an appropriate ratio can be supplied to one gas passage. The movable table 12 can be moved under the electrode portion 11 in the reverse direction with the work support surface 40 side first. Further, the electrode side can be moved while fixing the workpiece side.
[0045]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exists an effect as described below.
According to the surface treatment apparatus of the present invention, a partition wall that closes the front or rear of the discharge gap with respect to the workpiece movement direction and moves integrally with the workpiece is provided, and the flow of the predetermined gas supplied to the discharge gap is unidirectional. By limiting to the above, without damaging the surface of the moving workpiece by the partition wall, it is possible to prevent the diffusion of the predetermined gas to the outside and the intrusion of the atmosphere into the discharge gap, the discharge performance is improved and the discharge starts and its Since stable maintenance becomes easy, the amount of inert gas for discharge such as helium can be reduced, the amount of addition of the main surface treatment gas can be increased, surface treatment with higher efficiency and quality, and Cost reduction can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a preferred embodiment of a surface treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a rear view of the surface treatment apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is a perspective view showing a movable table and a mount plate used in the surface treatment apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of the mount plate.
6 is a partially enlarged view of FIG. 3;
7 is a partial cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional surface treatment apparatus using atmospheric pressure plasma.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power source 2 Electrode 3 Work 4 Discharge generating part 5 Dielectric member 6 Gas outlet 7 Gas passage 8 Intermediate chamber 9 Gas inlet 10 Movable table 11 Electrode part 12 Movable table 13 Electrode holding block 14 Rear block 15 Main gas path 16 Upper block 17a, 17b Side plate 18 Bolt 19 Recess 20 Rod electrode 21 Discharge generator 22 Mounting block 23 Bolt 24 AC power supply 25 Gas flow control plates 26a, 26b Leg members 27a, 27b Projection 28 Cover 29 Gas injection port 30 Intermediate chamber 31 Gas inlet 32 Joint 33 Sub gas passage 34 Intermediate chamber 35 Gas inlet 36 Joint 37 Upper surface 38a, 38b Stepped portion 39 Stepped portion 40 Work support surface 41 Projecting edge 42 Mount plate 43 Workpiece 44 Recess 45 Wafer 46 Circular recess 47 Discharge Gap 48 In the lower surface 49 Side surface 50 Bottom surface 51 Side wall surface 52 Discharge region

Claims

A pair of power and ground electrodes arranged opposite to each other, means for supplying a predetermined gas to a discharge gap defined between the two electrodes, and a workpiece relatively movable so as to pass through the discharge gap said means for supporting said closing the discharge gap to the forward or backward with respect to the moving direction of the workpiece and having the workpiece and a first partition wall integrally moved, the predetermined gas is the discharge gap A gas flow path that regulates to flow in a direction opposite to the first partition wall, and generates a gas discharge in the discharge gap under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof, and is generated during the gas discharge. A surface treatment apparatus for treating a surface of a workpiece by exposing the workpiece to an excited active species of a predetermined gas.

The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the first partition wall is provided in front of the workpiece movement direction.

The surface treatment apparatus according to claim 1, further comprising a second partition wall that closes both left and right sides of the discharge gap with respect to the workpiece movement direction.

4. A dielectric member having a length arranged between the power supply electrode and the work to define the discharge gap and extending along the work movement direction. The surface treatment apparatus in any one.

The workpiece support means includes a movable table having a workpiece support surface on which the workpiece is disposed and functions as the ground electrode, and the first partition wall is a front end of the workpiece support surface in the workpiece movement direction. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the surface treatment apparatus is provided at a rear end.

The surface treatment apparatus according to claim 5, wherein the first partition wall includes a step formed at an end portion of the work support surface of the movable table.

The surface treatment apparatus according to claim 5, wherein the workpiece support surface has a recess for accommodating the workpiece so as to be flush with the surface thereof.

The surface treatment apparatus according to claim 5, further comprising a mount made of a dielectric disposed on the work support surface, wherein the work is placed on the mount.

The surface treatment apparatus according to claim 8, wherein the mount has a recess that accommodates the workpiece so as to be flush with the surface thereof.

The surface treatment apparatus according to claim 8 , further comprising an adjustment plate placed between the mount and the workpiece support surface.

The surface treatment apparatus according to claim 5, wherein the first partition wall is provided at a position away from the position of the workpiece on the workpiece support surface.