KR20030063380A

KR20030063380A - 상압 플라즈마 처리 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20030063380A
Application number: KR10-2003-7006459A
Authority: KR
Inventors: 야라다꾸야; 유아사모또까즈; 혼마고지; 고즈마마꼬또
Original assignee: 세끼쑤이 케미컬 가부시기가이샤
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-07-28
Also published as: TW531801B; EP1340838A1; CN1317423C; CN1474882A; US20040050685A1; CA2435852A1; WO2002040742A1

Abstract

대기압 근방의 압력하에서 대향하는 한 쌍의 전극 중 적어도 한 쪽의 대향면에 고체 유전체를 설치하고, 상기 한 쌍의 대향 전극 사이에 처리 가스를 도입하여 전극 사이에 전계를 인가함으로써 얻게 되는 플라즈마를 피처리 부재에 접촉시켜 피처리 부재를 처리하는 방법이며, 상기 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방으로부터 처리가 완료된 가스를 배기하여 상기 처리부 근방이 가스 분위기 조정 기구에 의해 특정 가스 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법 및 그 장치를 제공하였다.

Description

상압 플라즈마 처리 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR ATMOSPHERIC PLASMA PROCESSING}

종래부터, 저압 조건하에서 글로우 방전 플라즈마를 발생시켜 피처리 부재의 표면 개질, 또는 피처리 부재 상에 박막 형성 등을 행하는 방법이 실용화되고 있다. 그러나, 이들의 저압 조건하에 있어서의 처리는 진공 챔버, 진공 배기 장치 등이 필요하고, 처리 순서도 복잡해지는 데다가 표면 처리 장치는 고가인 것이 되어 대면적 기판 등을 처리할 때에는 거의 이용되지 않았다. 이로 인해, 대기압 근방의 압력하에서 방전 플라즈마를 발생시키는 방법이 제안되어 왔다.

지금까지의 상압 플라즈마 처리법으로서는, 헬륨 분위기 하에서 처리를 행하는 방법이 일본 특허 공개 평2-48626호 공보에, 아르곤과 아세톤 및/또는 헬륨으로 이루어지는 분위기 하에서 처리를 행하는 방법이 일본 특허 공개 평4-74525호 공보에 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법은 모두 헬륨 또는 아세톤 등의 유기 화합물을 함유하는 가스 분위기 중에서 플라즈마를 발생시키는 것으로, 가스 분위기가 한정된다. 또한, 헬륨은 고가이므로 공업적으로는 불리하고, 유기 화합물을 함유시킨 경우에는 유기 화합물 자신이 피처리 부재와 반응하는 경우가 많아 원하는 표면 개질 처리를 할 수 없는 경우가 있다.

또한, 반도체 소자 등의 제조에 있어서의 막형성에 있어서는, 종래의 상압 플라즈마법에서는 처리 속도가 느려 공업적인 프로세스에는 불리하다. 또한, 고온에서의 박막 형성, 드라이 에칭 등의 처리에 있어서는, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방의 가스 분위기에 의해서는 피처리 부재의 산화, 생성된 막의 산화, 에칭부의 산화 등이 생기는 경우가 있어 양질의 반도체 소자를 얻을 수 없게 되는 문제가 있었다. 이들의 문제를 해결하기 위해, 밀폐 용기 내에서 일단 진공화하여 처리를 행하면, 저압 하의 처리와 동일하게 고속 처리나 대면적 기판 등에 대응할 수 없는 것이 현실이었다.

본 발명은 상기 문제에 비추어 고속 처리 및 대면적 처리에 대응 가능한 상압 플라즈마 처리 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 대기압 근방의 압력하에 있어서의 상압 플라즈마 처리 방법에 있어서, 처리부 근방으로부터 처리가 완료된 가스를 배기하는 동시에, 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하는 가스 분위기 조정 기구를 구비한 상압 플라즈마 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명에서 이용하는 펄스 전계의 전압 파형도.

도2는 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도3은 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도4는 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도5a 내지 도5d는 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도6a 내지 도6c는 도5a 내지 도5d의 장치의 원리를 설명한 도면.

도7은 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도8a 및 도8b는 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도9a 내지 도9c는 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도10은 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도11은 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도12a 및 도12b는 본 발명에서 이용하는 특정 가스 샤워 기능 장치의 일예인 바닥면도.

도13은 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도14는 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도15는 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

도16은 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치의 예를 나타낸 도면.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 처리 전후의 대기압 조건하에서 안정된 방전 상태를 실현할 수 있는 상압 플라즈마법과 가스 분위기 조정 기구를 조합함으로써, 고속 처리, 대면적 처리가 가능하여, 기판 상에 생성된 박막이나 에칭 처리 등에 의한 기판의 절단면의 변질을 억제할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 제1 발명에 따르면, 대기압 근방의 압력하에서 대향하는 한 쌍의 전극 중 적어도 한 쪽의 대향면에 고체 유전체를 설치하고, 상기 한 쌍의 대향 전극 사이에 처리 가스를 도입하여 전극 사이에 전계를 인가함으로써 얻게 되는 플라즈마를 피처리 부재에 접촉시켜 피처리 부재를 처리하는 방법이며, 상기 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방으로부터 처리가 완료된 가스를 배기하여 상기 처리부 근방이 가스 분위기 조정 기구에 의해 특정 가스 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제2 발명에 따르면, 처리부 근방으로부터의 처리가 완료된 가스의 배기가 플라즈마 가스 취출 유로와 가스 배기구의 유로와 인접한 곳으로의 가스 흐름을 실질적으로 밀봉하는 공간으로 구성되는 가스 유로 제어 기구에 의한 것을 특징으로 하는 제1 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제3 발명에 따르면, 처리부 근방으로부터의 처리가 완료된 가스의 배기가 피처리 부재의 지지대 이면측으로부터 흡입하는 배기 장치에 의한 것을 특징으로 하는 제1 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제4 발명에 따르면, 가스 분위기 조정 기구가 가스 커튼 기구에 의해 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방이 특정 가스 분위기로 유지되는 기구인 것을 특징으로 하는 제1 내지 제3 중 어느 한 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제5 발명에 따르면, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방의 주위에 가스 배기구를 갖고, 그 주위에 가스 커튼 기구를 배치함으로써 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방이 특정 가스 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 제1 내지 제4 중 어느 한 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제6 발명에 따르면, 피처리 부재의 폭 방향으로 긴 노즐을 갖는 리모트 소스에 의한 플라즈마 처리에 있어서, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부의 폭 방향에 가스 배기구를 설치하여 길이 방향으로 사이드 밀봉 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 제1 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제7 발명에 따르면, 특정 가스가 유통하는 용기 내에서 처리를 행함으로써 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방이 특정 가스 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 제1 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제8 발명에 따르면, 방전 플라즈마 발생부와 피처리 부재를 수납하는 챔버(1)와, 챔버(1)를 수납하는 챔버(2) 중 적어도 2실을 갖고, 상기 챔버(2) 내의 기압을 챔버(1) 내의 기압보다 저압이고, 또한 외기압보다 저압으로 함으로써 챔버(1)로부터 가스가 유출되고, 또한 챔버(2) 내부로 외기가 유입하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 제1 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제9 발명에 따르면, 특정 가스 분위기가 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 건조 공기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것 중 어느 한 종류 이상의 가스 분위기인 것을 특징으로 하는 제1 내지 제8 중 어느 한 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제10 발명에 따르면, 전극 사이에 인가하는 전계가 펄스 급상승 및/또는 급하강 시간이 10 ㎲ 이하, 전계 강도가 10 내지 1000 ㎸/㎝의 펄스형의 전계인 것을 특징으로 하는 제1 내지 제8 중 어느 한 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제11 발명에 따르면, 상압 플라즈마 처리 장치에 있어서, 적어도 한 쪽의 대향면에 고체 유전체가 설치된 한 쌍의 대향 전극과, 상기 한 쌍의 대향 전극 사이에 처리 가스를 도입하는 기구, 상기 전극 사이에 전계를 인가하는 기구, 상기 전계에 의해 얻을 수 있는 플라즈마를 피처리 부재에 접촉시키는 기구, 처리가 완료된 가스를 배기하는 기구 및 상기 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하는 기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 제12 발명에 따르면, 처리부 근방으로부터의 처리가 완료된 가스 배기 기구가 플라즈마 가스 취출 유로와 가스 배기구의 유로와 인접한 곳으로의 가스 흐름을 실질적으로 밀봉하는 공간으로 구성되는 가스 유로 제어 기구인 것을 특징으로 하는 제11 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 제13 발명에 따르면, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하는 기구가 가스 커튼 기구인 것을 특징으로 하는 제11 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 제14 발명에 따르면, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부의 주위에 가스 배기 기구를 갖고, 그 주위에 가스 커튼 기구를 배치함으로써 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하는 것을 특징으로 하는 제11 내지 제13 중 어느 한 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 제15 발명에 따르면, 특정 가스가 유통하는 용기 내에서 처리를 행함으로써 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하는 것을 특징으로 하는 제11 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 제16 발명에 따르면, 방전 플라즈마 발생부와 피처리 부재를 수납하는 챔버(1)와, 챔버(1)를 수납하는 챔버(2) 중 적어도 2실을 설치하고, 상기 챔버(2) 내의 기압을 챔버(1) 내의 기압보다 저압으로 하고, 또한 외기압보다 저압으로 함으로써 챔버(1)로부터 가스의 유출이 이루어지고, 또한 챔버(2) 내부로 외기가 유입하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 제11 발명에 기재된 상압 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

본 발명의 상압 플라즈마 처리 방법 및 장치는 대기압 근방의 압력하에서 대향하는 한 쌍의 전극 중 적어도 한 쪽의 대향면에 고체 유전체를 설치하여 상기 한 쌍의 대향 전극 사이에 처리 가스를 도입하고, 상기 전극 사이에 전계를 인가함으로써 얻게 되는 상기 처리 가스의 글로우 방전 플라즈마를 피처리 부재에 접촉시키는 상압 플라즈마 처리 방법에 있어서, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방으로부터 처리가 완료된 가스를 배기하고, 또한 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 함으로써 피처리 부재 및 처리부를 산화 분위기나 그 밖의 오염 분위기로부터 보호하는 동시에 처리 가스의 외부로의 유출과 외부 분위기의 처리부로의 유입을 방지하여, 이렇게 얻게 되는 피처리 부재 또는 피처리 부재 상에 형성되는 박막 등을 보호하는 동시에 주위 환경의 오염을 없애는 상압 플라즈마 처리 방법 및 장치이다. 이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

상기 대기압 근방의 압력하라 함은, 1.333 × 10^-4내지 10.664 × 10^-4Pa의 압력하를 가리킨다. 그 중에서도 압력 조정이 용이하고, 장치가 간편해지는 9.331 × 10^-4내지 10.397 × 10^-4pa의 범위가 바람직하다.

본 발명의 상압 플라즈마 처리 방법 및 그 장치에 따르면, 개방계, 혹은 기체의 자유로운 유실을 방지할 정도의 저기밀계에서의 처리가 가능해진다.

본 발명에 이용하는 처리 가스로서는, 전계를 인가함으로써 플라즈마를 발생하는 가스이면 특별히 한정되지 않고, 처리 목적에 따라 다양한 가스를 사용할 수 있다.

박막의 원료로서의 원료 가스로서, 예를 들어 SiH₄, Si₂H₆, SiCl₄, SiH₂Cl₂, Si(CH₃)₄등의 실란 함유 가스로부터 아몰퍼스 실리콘막, 폴리실리콘막, 또한 상기 실란 함유 가스와 무수 암모니아, 질소 가스 등의 질소 함유 가스로부터 SiN막이 형성된다.

또한, SiH₄, Si₂H₆, 테트라에톡시 실란 등의 실란 함유 가스와 산소 가스로부터 SiO₂등의 산화막을 얻을 수 있다.

또한, Al(CH₃)₃, In(C₂H₅)₃, MoCl₈, WF₅, Cu(HFAcAc)₂, TiCl₆등 또는 SiH₄등의 실란 가스의 혼합 가스로부터 Al, In, Mo, W, Cu 등의 금속 박막, TiSi₂, WSi₂등의 금속 실리사이드 박막을 형성할 수 있다.

또한, In(Oi-C₃H₇)₃, Zn(OC₂H₅)₂, In(CH₃)₃, Zn(C₂H₅)₂등으로부터 In₂O₃＋ Sn, SnO₂＋ Sb, ZnO ＋ Al 등의 투명 도전막이 형성된다.

또한, B₂H₆, BCl₃와 NH₃가스 등으로부터 BN막, SiF₄가스와 산소 가스 등으로부터 SiOF막, HSi(OR)₃, CH₃Si(OR)₃, (CH₃)₂Si(OR)₂등으로부터 폴리머막 등이 형성된다.

또한, Ta(OC₂H₅)₅, Y(OiC₃H₇)₃, Y(C₂H₅)₃, Hf(OiC₃H₇)₄, Zn(C₂H₅)₂등으로부터 Ta₂O₅, Y₂O₃, HfO₂, ZnO₂등의 산화막 등이 형성된다.

또한, CF₄, C₂F₆, CF₃CFCF₂, C₄F₈등의 불소 함유 화합물 가스, O₂, O₃, H₂O, CH₃OH, C₂H₅OH 등의 산소 함유 화합물 가스, N₂, NH₃등의 질소 함유 화합물 가스, SO₂, S0₃등의 유황 함유 화합물 가스, 아크릴산, 메타크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜디메타크릴산 에스테르 등의 중합성 친수 모노머 가스 등을 각각의 목적에 따라서 이용할 수 있다.

또한, 할로겐계 가스를 이용하여 에칭 처리, 다이싱 처리를 행하거나, 산소계 가스를 이용하여 레지스트 처리나 유기물 오염의 제거를 행하거나, 아르곤, 질소 등의 불활성 가스에 의한 플라즈마로 표면 클리닝이나 표면 개질을 행할 수도 있다.

본 발명에서는 상기 원료 가스를 그대로 처리 가스로서 이용해도 좋지만, 경제성 및 안전성 등의 관점으로부터 원료 가스를 희석 가스에 의해 희석하여 이를 처리 가스로서 이용할 수도 있다. 희석 가스로서는 네온, 아르곤, 크세논 등의 희박 가스, 질소 가스 등을 들 수 있다. 이들은 단독이라도, 2종류 이상을 혼합하여 이용해도 좋다. 종래, 대기압 근방의 압력하에 있어서는 헬륨의 존재하의 처리가 행해져 왔지만, 본 발명의 바람직하게는 펄스형의 전계를 전극 사이에 인가하는 방법에 따르면, 상술한 바와 같이 헬륨에 비교하여 저렴한 아르곤, 질소 가스 속에 있어서 안정된 처리가 가능하다.

상기 전극으로서는, 예를 들어 구리, 알루미늄 등의 금속 단일 부재, 스테인레스, 놋쇠 등의 합금, 금속간 화합물 등으로 이루어지는 것을 들 수 있다. 상기 대향 전극은 전계 집중에 의한 아크 방전의 발생을 피하기 위해, 대향 전극간의 거리가 대략 일정해지는 구조인 것이 바람직하다. 이 조건을 만족시키는 전극 구조로서는, 예를 들어 평행 평판형, 원통 대향 평판형, 구 대향 평판형, 쌍곡면 대향 평판형, 동축 원통형 구조 등을 들 수 있다.

또한, 대략 일정 구조 이외에서는 원통 대향 원통형으로 원통 곡율이 큰 것도 아크 방전의 원인이 되는 전계 집중의 정도가 작으므로 대향 전극으로서 이용할수 있다. 곡율은 적어도 반경 20 ㎜ 이상이 바람직하다. 고체 유전체의 유전율에도 따르지만, 그 이하의 곡율에서는 전계 집중에 의한 아크 방전이 집중되기 쉽다. 각각의 곡율이 이 이상이면, 대향하는 전극의 곡율이 달라도 좋다. 곡율은 클수록 근사적으로 평판에 근접하기 때문에 보다 안정된 방전을 얻을 수 있으므로, 보다 바람직하게는 반경 40 ㎜ 이상이다.

또한, 플라즈마를 발생시키는 전극은 한 쌍 중 적어도 한 쪽에 고체 유전체가 배치되어 있으면 좋고, 한 쌍의 전극은 쇼트에 이르지 않는 적절한 거리를 둔 상태로 대향해도 좋고, 직교해도 좋다.

상기 전극 사이의 거리는 고체 유전체의 두께, 인가 전압의 크기, 플라즈마를 이용하는 목적 등을 고려하여 적절하게 결정되지만, 0.1 내지 50 ㎜인 것이 바람직하다. 0.1 ㎜ 미만에서는 전극 사이의 간격을 두고 설치하는 데 충분하지 않은 경우가 있다. 50 ㎜를 초과하면, 균일한 방전 플라즈마를 발생시키기 어렵다.

상기 고체 유전체는 전극의 대향면 중 한 쪽 또는 양 쪽에 설치된다. 이 때, 고체 유전체와 설치되는 측의 전극이 밀착하고, 또한 접촉하는 전극의 대향면을 완전히 씌우도록 하는 것이 바람직하다. 고체 유전체에 의해 씌워지지 않고 전극끼리가 직접 대향하는 부위가 있으면, 그 곳으로부터 아크 방전이 생기기 쉽기 때문이다.

상기 고체 유전체의 형상은 시트형이나 필름형이라도 좋고, 두께가 0.01 내지 4 ㎜인 것이 바람직하다. 지나치게 두꺼우면 방전 플라즈마를 발생하는 데 고전압을 필요로 하는 경우가 있고, 지나치게 얇으면 전압 인가시에 절연 파괴가 일어나 아크 방전이 발생하는 경우가 있다. 또한, 고체 유전체의 형상으로서 용기형인 것도 이용할 수 있다.

고체 유전체의 재질로서는, 예를 들어 폴리테트라 플루오로에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 플라스틱, 유리, 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화 지르코늄, 이산화 티탄 등의 금속 산화물, 티탄산 바륨 등의 복산화물 및 이들의 복층화한 것 등을 들 수 있다.

특히, 고체 유전체는 비유전율이 2 이상(25 ℃ 환경하, 이하 동일함)인 것이 바람직하다. 비유전율이 2 이상인 유전체의 구체예로서는 폴리테트라 플루오로에틸렌, 유리, 금속 산화막 등을 들 수 있다. 또한, 고밀도의 방전 플라즈마를 안정되게 발생시키기 위해서는, 비유전율이 10 이상인 고정 유전체를 이용하는 것이 바람직하다. 비유전율의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기존의 재료에서는 18,500 정도인 것이 알려져 있다. 비유전율이 10 이상인 고체 유전체로서는, 예를 들어 산화티타늄 5 내지 50 중량 ％, 산화알루미늄 50 내지 95 중량 ％로 혼합된 금속 산화물 피막, 또는 산화지르코늄을 함유하는 금속 산화물 피막으로 이루어지고, 그 피막의 두께가 10 내지 1000 ㎛인 것을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 전극 사이에는 고주파, 펄스파, 마이크로파 등의 전계가 인가되어 플라즈마를 발생시키지만, 펄스 전계를 인가하는 것이 바람직하다.

대기압 근방의 압력하에서는 헬륨, 케톤 등의 특정 가스 이외는 안정되게 플라즈마 방전 상태가 보유 지지되지 않고 순식간에 아크 방전 상태로 이행하기 쉬운 것이 알려져 있지만, 펄스형의 전계를 인가함으로써 아크 방전으로 이행하기 전에방전을 멈추고, 다시 방전을 개시한다는 사이클이 안정적으로 실현되고 있다고 생각된다.

펄스 전계로서는, 도1에 도시한 (a), (b)의 임펄스형 파형, (c)의 펄스형 파형, (d)의 변조형 파형을 들 수 있다. 도1에는 전압 인가가 정부(正負)의 반복인 것을 예로 들었지만, 정 또는 부 중 어느 하나의 극성측에 전압을 인가하는 타입의 펄스를 이용해도 좋다. 또한, 직류가 중첩된 펄스 전계를 인가해도 좋다. 본 발명에 있어서의 펄스 전계의 파형은 여기서 예로 든 파형에 한정되지 않고, 또한 펄스 파형, 급상승 시간, 주파수가 다른 펄스를 이용하여 변조를 행해도 좋다.

상기 펄스 전계의 급상승 및/또는 급하강 시간은 10 ㎲ 이하가 바람직하다. 10 ㎲를 초과하면 방전 상태가 아크로 이행하기 쉬워 불안정한 것이 되어, 펄스 전계에 의한 고밀도 플라즈마 상태를 보유 지지하기 어려워진다. 또한, 급상승 시간 및 급하강 시간이 짧을수록 플라즈마 발생시의 가스 전리가 효율적으로 행해지지만, 40 ㎲ 미만의 급상승 시간의 펄스 전계를 실현하는 것은 실제로는 곤란하다. 보다 상세하게는 50 ㎱ 내지 5 ㎲이다. 또한, 여기서 말하는 급상승 시간이라 함은, 전압(절대치)이 연속하여 증가하는 시간, 급하강 시간이라 함은, 전압(절대치)이 연속하여 소멸하는 시간을 가리키는 것으로 한다.

또한, 펄스 전계의 급하강 시간도 급경사인 것이 바람직하고, 급상승 시간과 같은 10 ㎲ 이하의 타임 스케일인 것이 바람직하다. 펄스 전계 발생 기술에 따라서도 다르지만, 급상승 시간과 급하강 시간을 동일한 시간으로 설정할 수 있는 것이 바람직하다.

상기 펄스 전계의 전계 강도는 10 내지 1000 ㎸/㎝가 되도록 하는 것이 바람직하다. 전계 강도가 10 ㎸/㎝ 미만이면 처리에 지나치게 시간이 걸리고, 1000 ㎸/㎝를 초과하면 아크 방전이 발생하기 쉬워진다.

상기 펄스 전계의 주파수는 0.5 ㎑ 이상인 것이 바람직하다. 0.5 ㎑ 미만이면 플라즈마 밀도가 낮으므로 처리에 지나치게 시간이 걸린다. 상한은 특별히 한정되지 않지만, 상용되고 있는 13.56 ㎒, 시험적으로 사용되고 있는 500 ㎒ 등의 고주파띠라도 상관없다. 부하와의 정합의 용이성이나 취급성을 고려하면 500 ㎑ 이하가 바람직하다. 이와 같은 펄스 전계를 인가함으로써 처리 속도를 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 펄스 전계에 있어서의 하나의 펄스 계속 시간은 200 ㎲ 이하인 것이 바람직하다. 200 ㎲를 초과하면 아크 방전으로 이행하기 쉬워진다. 보다 바람직하게는 3 내지 200 ㎲이다. 여기서, 하나의 펄스 계속 시간이라 함은, 도1 중에 예를 나타내고 있지만, 온, 오프의 반복으로 이루어지는 펄스 전계에 있어서의 하나의 펄스가 연속하는 온 시간을 말한다.

본 발명의 피처리 부재로서는 반도체 소자, 금속, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리테트라 플루오로에틸렌, 폴리이미드, 액정 폴리머, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등의 플라스틱, 유리, 세라믹 등을 들 수 있다. 피처리 부재의 형상으로서는 판형, 필름형 등의 것을 들 수 있지만, 특별히 이들에 한정되지 않는다. 본 발명의 처리 방법에 따르면, 다양한 형상을 갖는 피처리 부재의 처리에 용이하게 대응할 수 있다.

플라즈마를 피처리 부재에 접촉시키는 수단으로서는, 예를 들어 (1) 도2에 도시한 바와 같이 대향하는 전극(2 및 3) 사이에서 발생하는 플라즈마의 방전 공간 내에 피처리 부재(14)를 배치하여 피처리 부재(14)에 플라즈마를 접촉시키는 방법 및 (2) 도3에 도시한 바와 같이 대향하는 전극(2 및 3) 사이에서 발생시킨 플라즈마를 방전 공간 밖에 배치된 피처리 부재(14)를 향해 유도하도록 하여 접촉시키는 방법(이하, 리모트법이라 칭하는 경우가 있음)이 있다.

상기 (1)의 구체적 방법으로서는, 고체 유전체를 피복한 평행 평판형 전극 사이에 피처리 부재를 배치하여 플라즈마와 접촉시키는 방법이며, 다수의 구멍을 갖는 상부 전극을 이용하여 샤워형 플라즈마로 처리하는 방법, 필름형 기재를 방전 공간 내를 주행시키는 방법, 한 쪽의 전극에 취출구 노즐을 갖는 용기형 고체 유전체를 설치하여 상기 노즐로부터 플라즈마를 다른 전극 상에 배치한 피처리 부재로 송풍하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 상기 (2)의 구체적 방법으로서는, 고체 유전체가 연장되어 플라즈마 유도 노즐을 형성하고 있고, 방전 공간 밖에 배치된 피처리 부재를 향해 송풍하는 방법 등을 들 수 있고, 평행 평판형 전극과 긴형 노즐, 동축 원통형 전극과 원통형 노즐의 조합을 이용할 수 있다. 또한, 노즐 선단부의 재질은 반드시 상기한 고체 유전체일 필요가 없고, 상기 전극과 절연이 취해져 있으면 금속 등이라도 상관없다. 또한, 플라즈마를 송풍하는 방향은 도4에 도시한 바와 같이 피처리 부재(14)에 수직 이외의 각도로 송풍할 수도 있다[이하, (2)의 방법에서 이용하는 장치를 리모트 소스라 칭하는 경우가 있음).

이들 중에서도, 가스 취출구 노즐을 갖는 고체 유전체를 통해 대향 전극 사이에서 발생한 플라즈마를 피처리 부재로 송풍하는 리모트법은 피처리 부재인 기재가 직접 고밀도 플라즈마 공간에 노출되는 일이 적어, 기재 표면의 목적으로 하는 부위에만 플라즈마 상태의 가스를 운반하여 처리를 행할 수 있으므로, 기재로의 전기적 열적 부담이 경감된 방법이다.

본 발명의 처리 방법에 있어서는 상기와 같은 방법에 의해 피처리 부재를 처리한 배기 가스가 외부로 유출되지 않도록 하고, 또한 바람직하게는 처리된 유기물 등이 피처리 부재에 재부착하지 않도록 하기 위해, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방으로부터 처리가 완료된 가스를 배기하는 것이 필요하다. 또한, 전극 사이에 있어서 발생한 플라즈마를 피처리 부재에 접촉시킬 때, 적극적인 피처리 부재의 가열, 처리 전의 피처리 부재 표면의 산화 방지, 처리 중인 피처리 부재의 온도 상승의 방지, 처리 후의 피처리 부재 표면의 보호, 또한 배기 가스 외부로의 유출 방지, 회수 등을 위해 피처리 부재의 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하여 그 가스를 회수하는 기구를 이용할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 장치에서는 처리가 완료된 가스의 배기 장치, 특정 가스 등에 의해 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스의 분위기로 유지하고, 또한 처리 가스의 외부로의 유출, 외부로부터의 가스 유입을 제어하는 분위기 조정 기구를 부가한 장치가 필요하다.

여기서, 특정 가스로서는 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논 등을 들 수 있다. 또한, 산화막을 형성시키는 등의 산소의 영향이 적은 처리의 경우는 건조 공기를 이용해도 좋다.

이하에, 처리가 완료된 배기 가스의 배기 기구, 특정 가스에 의한 가스 커튼 기구, 장치 전체에서의 가스 유입, 유출 방지 기구의 구체적인 예를 도면에서 설명한다.

도5a 내지 도5d는, 리모트 소스를 이용한 플라즈마 가스 취출 유로와 가스 배기구의 유로와 인접한 곳으로의 가스 흐름을 밀봉하는 공간으로 구성되는 가스 유로를 제어하는 장치의 일예를 설명한 도면이다. 도5a는 동축 대략 원통형 플라즈마 방전 처리 장치 전체의 일예인 모식적 단면도이고, 도5b 및 도5c는 플라즈마 취출구 주변부의 확대도의 정면 및 측면 단면도이고, 도5d는 플라즈마 취출구의 하부 방향으로부터 본 바닥면도이다. 도5a에 있어서, 대략 원통형 내측 전극(2)과 대략 원통형 외측 전극(3) 사이에 방전 공간(4)이 형성되어 있다. 플라즈마 가스 취출구(6)는 고체 유전체제 노즐 부재(7)에 의해, 방전 공간(4)의 직경보다도 작은 직경으로 조여져, 방전 공간 밖으로 플라즈마 가스를 취출하도록 이루어져 있다. 원통형 내측 전극(2) 및 원통형 외측 전극(3)은 냉각 기능을 갖고, 백색 화살표 방향으로 냉각 매체를 도입, 회수하여 전극 본체를 냉각하도록 이루어져 있다. 처리 가스는 처리 가스 도입환(5)으로부터 방전 공간(4)으로 도입되어 방전 공간(4) 내를 흐르고, 전극 사이에 전원(1)으로부터 인가된 전계에 의해 플라즈마화되어 가스 취출구(6)로부터 이동하는 피처리 부재 지지대(15) 상에 설치된 미소한 피처리 부재(141)로 송풍된다.

도5a 내지 도5d의 구조를 갖는 장치를 이용하면, 플라즈마 가스는 취출구(6)로부터 취출되어 미소한 피처리 부재(141)를 처리한 후, 처리가 완료된 가스는 인접하여 지지대에 설치되어 있는 피처리 부재(140, 142)에 접촉하는 유로(C2) 방향으로 흐르지 않고, 유로(C1) 방향으로 흘러 인접하는 피처리 부재(140, 142)에 영향을 부여하지 않고 배기가 효율적으로 행해진다. 도6a 내지 도6c에서 그 흐름의 기본 원리를 설명한다. 도6a는 유로에 조리개를 설치하고, 그 후 유로를 이분하는 경우의 유량과 압력의 관계를 설명하는 도면이다. 총유량을 Q(도입 가스량)로 하고, 분기로의 유량을 Q'(배기 유량), Q"(누설량)로 하고, 교축 전 압력 P1, 교축 후 압력 P2, 각각의 유로 출구 압력을 P3, P4라 하면, 다음의 관계가 성립한다.

Q ＝ Q' ＋ Q"

Q' ＝ C'(P2 － P3)

Q" ＝ C"(P2 － P4)

(단, P1 ＞ P2, C' 및 C"는 콘덕턴스)

이 때, 누설량(Q")을 작게 하기 위해서는 (P2 － P4)를 작게 하는 것, 또한 (P2 － P3)을 크게 하는 것이 유효하다.

따라서, 도5a 내지 도5d의 취출구(6) 주변의 유로를 모식적으로 도시한 도6b에 있어서, 배기 유로(C1)의 면적을 충분히 크게 하고, 또한 피처리 부재(141)와의 클리어런스를 작게 함으로써 누설 가스 유로(C2)의 단면적을 충분히 작게 하면, C' ＞ C"가 되어 도입 가스량의 대부분이 배기되어 누설의 영향을 작게 할 수 있다. 또한, 피처리 부재와의 클리어런스를 작게 할 수 없는 경우나 배기로의 콘덕턴스를 크게 할 수 없는 경우는, 도6c와 같이 배기로 입구에 조리개를 설치하여 P2를 작게하고, 또한 배기 출구를 강제 배기시켜 P3을 작게 함으로써 (P2 － P4) ≤ 0을 달성시키는 것이 가능해져 누설 유량(Q")을 완전히 없앨 수 있다. 또한, 진공 펌프 등으로 강제 배기하면 (P2 － P3) ＞ 0으로 할 수 있어 Q' ＞ Q ＋ α를 배기할 수 있다. α는 노즐과 피처리 부재의 클리어런스로부터 외기가 역류해 오는 만큼이고, 이에 의해 완전한 밀봉이 달성되게 된다.

이와 같이, 미소한 영역을 선택적으로 처리하는 경우는, 플라즈마 취출구의 노즐 주변에 상기와 같은 배기로를 설치함으로써 효율적으로 처리와 배기를 행할 수 있다.

도7은 동축 원통형 전극의 고체 유전체 노즐을 이용하여 플라즈마 가스를 피처리 부재로 송풍하고, 처리가 완료된 가스를 가스 취출구 노즐의 주위에 설치된 도넛형의 가스 흡입구로부터 흡입 배기하는 일예의 모식적 장치도이다. 처리 가스는 화살표 방향으로 가스 도입구(5)로부터 통형의 고체 유전체 용기 내로 도입되고, 통형 고체 유전체 용기의 외측에 배치된 전극(3)과 통형 고체 유전체 용기 내부에 배치된 내측 전극(2) 사이에 전원(1)으로부터 전계를 인가함으로써, 플라즈마로서 가스 취출구(6)로부터 취출되어 반송 벨트 등을 겸한 지지대(15) 상에 설치된 피처리 부재(14)를 처리한다. 이와 같은 구조로 한 경우, 에칭 처리 등에 있어서는, 에칭된 후의 유기물은 배기 가스통(10)으로부터 에칭 처리가 완료된 가스와 함께 제거되어 피처리 부재(14)에 재부착하여 오염되는 일이 없다. 또한, 가스 취출구(6)를 갖는 리모트 소스 전체를 간이한 용기에 수납하여 용기 내를 불활성 가스 등의 특정 가스를 만족시키도록 하면 처리 가스의 외부로의 유출을 방지할 수 있다. 반송 벨트는 이송 스피드를 임의로 조정할 수 있는 것을 이용함으로써 처리의 정도를 변경할 수 있고, 또한 냉각 또는 가열 기구를 부가할 수도 있다. 또한, 통형 고체 유전체로 이루어지는 노즐 부재는 필요에 따라서 전극 사이에 전압 인가 후, 예비 방전을 행하여 플라즈마가 안정되기까지 피처리 부재의 외측에서 대기시키는 노즐 대기 기구를 구비시킬 수도 있고, X-Y-Z 이동 기구를 구비시켜 피처리 부재 상을 스위프시킬 수도 있다.

도8a 및 도8b은 리모트 소스로부터 피처리 부재로 송풍된 후의 배기 가스를 다수의 구멍이 개방된 지지대의 이면측, 도8a 및 도8b의 배치 방향에서는 하방으로 흡입하는 장치를 도시한 모식적 장치도이다. 처리 가스는 화살표 방향으로 가스 도입구(5)로부터 전극(2, 3)에서 형성된 방전 공간(4)으로 도입되어 전원(1)으로부터 전계를 인가함으로써, 플라즈마로서 가스 취출구(6)로부터 취출되어 지지대(15) 상에 설치된 피처리 부재(14)를 처리한다. 지지대(15)는 다수의 구멍이 개방되어 있어 하방으로부터 흡입함으로써, 피처리 부재를 지지대에 고정하는 동시에 리모트 소스로부터 취출된 처리가 완료된 가스 및 처리 잉여 가스를 하방으로 흡입한다. 따라서, 하방을 향하는 정상적인 가스 흐름을 강제적으로 만들 수 있어 처리 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 리모트 소스의 주변으로부터 유입되는 가스 흐름이 만들어져 처리가 완료된 가스에 의한 가스 흐름은 이 속에 가두게 되므로, 리모트 소스로부터의 가스가 외부로 누설되지 않는 이점이 있다. 도8b는 도7에 도시한 취출구(6) 주변에 설치된 처리가 완료된 가스 흡입 장치[배기 부재(10)]와 지지대(15)에 설치된 하방 흡입 장치를 조합한 형식의 장치이고, 보다 효율적으로처리 및 회수를 진행할 수 있다.

도9a 내지 도9c는, 피처리 부재의 폭 방향(종이면에 수직 방향)으로 긴 노즐을 갖는 리모트 소스로부터 피처리 부재로 송풍된 후의 배기 가스를 배기하는 장치에 있어서, 플라즈마 처리 부분에서 길이 방향 양단부로부터의 외부로의 가스 유출 및 외부로부터의 가스 혼입을 방지하는 사이드 밀봉을 설명한 도면이다. 도9a는 평행 평판형 전극(2 및 3)의 방전 공간(4)에 처리 가스를 도입하여 얻게 된 플라즈마를 긴 노즐 형상의 취출구(6)로부터 반송 지지대(15) 상의 피처리 부재(14)로 송풍하여 처리하고, 처리가 완료된 가스를 배기구(10)로부터 배출하는 장치의 일예이다. 본 장치는 도7에서 도시한 동축 원통형 전극에 대응하는 장치이지만, 긴 노즐을 갖는 장치에 있어서는 가스 흐름의 흐름 방향의 흐트러짐이 피처리 부재의 표면에 형성되는 박막 등의 두께를 불균일하게 하는 일이 많고, 특히 취출구(6)로부터 취출되는 가스 흐름이 배기구(10) 방향으로 똑같이 흐르지 않고 사이드측의 간극(길이 방향 양단부)을 향하는 흐름이 있으면 그 불균일성이 현저하게 나타나기 쉬우므로, 사이드 밀봉 기구를 설치하는 것이 바람직하다. 도9b는 도9a의 플라즈마 가스 취출구측으로부터 본 바닥면도이다. 가스 취출구(6)로부터 취출된 가스는 피처리 부재를 처리한 후, 사이드 밀봉 기구(16)가 있으므로 사이드측으로 누설되는 방향의 가스 흐름은 생기는 일 없이 배기구(10) 방향으로 같은 흐름을 형성하여 피처리 부재 표면 상에 균일한 박막 등을 형성한다. 도9c는 사이드 밀봉 기구의 일예인 래비런스 밀봉의 예이다. 래비런스 밀봉이라 함은, 이동 부재와 정지부의 간극 통로에 조리개 부재를 부착하는 등의 고안을 실시하여 유체의 누설을 방지하고자하는 밀봉 기구이다. 즉, 본 장치에 있어서는 피처리 부재를 반송하는 지지대가 이동하여 리모트 소스가 정지하고 있는 간극에 있어서 플라즈마 가스의 누설을 밀봉하기 위해 이용하고, 흐름의 방향으로 조리개 부재(161)와 팽창실(162)을 교대로 고정 리모트 소스측과 가동 지지대측에 어긋나도록 설치함으로써, 한 쪽을 마찰없이 이동시키면서 플라즈마 가스의 외부로의 유출을 억제할 수 있다. 또한, 이 래비런스 형상은 플라즈마 가스 유량, 리모트 소스의 크기 형상에 의해 적절하게 결정할 수 있다.

도10은 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방의 주위에 가스 배기 기구를 갖고, 그 주위에 불활성 가스 등의 특정 가스에 의한 가스 샤워 기능을 부가한 가스 커튼 기구를 가짐으로써, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하도록 하는 장치의 일예를 나타낸 모식적 장치도이다. 처리 가스는 화살표 방향으로 가스 도입구(5)로부터 동축 원통형 전극의 통형의 고체 유전체 용기 내로 도입되고, 외측 전극(3)과 내측 전극(2) 사이에 전계를 인가함으로써 플라즈마 가스로서 취출구(6)로부터 피처리 부재(14)를 향해 취출되어 내주 배기 가스통(10)으로부터 흡입 회수된다. 한편, 특정 가스는 특정 가스 도입구(11)로부터 도입되어 하부에 있는 특정 가스 취출 세공(111)으로부터 반송되는 피처리 부재(14)를 향해 취출되고, 가스 커튼의 역할을 하여 피처리 부재의 분위기를 특정 가스 분위기로 유지한다. 특정 가스는 내주 배기 가스통(10)으로부터 처리가 완료된 배기 가스와 함께 흡입 회수된다. 이 방법에 있어서는 사이드로의 가스 유출을 방지하여 불활성 가스 등의 가스를 선택함으로써, 처리부로의 수분 혼입 등의 외부 오염을 방지할 수 있는 이점을 갖는다.

도11은 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방의 주위에 가스 배기 기구를 갖고, 그 주위에 특정 가스에 의한 가스 샤워 기능을 부가한 가스 커튼 기구를 가짐으로써, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하도록 하는 장치의 다른 예를 나타낸 모식적 장치도이다. 처리 가스는 화살표 방향으로 가스 도입구(5)로부터 동축 원통형 전극의 통형의 고체 유전체 용기 내로 도입되고, 외측 전극(3)과 내측 전극(2) 사이에 전계를 인가함으로써 플라즈마 가스로서 취출구(6)로부터 피처리 부재(14)를 향해 취출되어 내주 배기 가스통(10)으로부터 흡입 회수된다. 한편, 특정 가스는 특정 가스 도입구(11)로부터 도입되어 하부에 있는 특정 가스 취출 세공(111)으로부터 반송되는 피처리 부재(14)를 향해 취출되고, 가스 커튼의 역할을 하여 피처리 부재의 분위기를 특정 가스 분위기로 유지한다. 특정 가스는 가스 배기구(12)로부터 회수된다. 이 방법에 있어서는 사이드로의 가스 유출을 방지하여 불활성 가스 등의 특정 가스를 선택함으로써, 처리부로의 수분 혼입 등의 외부 오염을 방지할 수 있는 이점을 갖는다. 또한, 상기 가스 배기 기구는 노즐 주변뿐만 아니라 다른 부위에 있어서의 국소적 배기를 행해도 좋다.

또한, 도11에 있어서의 특정 가스 샤워 기능을 발휘하는 장치로서는, 그 바닥면이 도12a 및 도12b와 같이 되어 있는 것이 바람직하다. 도12a는 동축형 원통 노즐을 이용하는 경우의 특정 가스 샤워 장치이며, 도10 또는 도11의 노즐 부분의 바닥면에 해당한다. 플라즈마 가스는 가스 취출구(6)로부터 취출되어 피처리 부재를 처리한 후, 내주 배기 가스통(10)으로부터 배출된다. 또한, 특정 가스는 특정 가스 샤워 영역에 존재하는 취출 세공(111)으로부터 취출되어 외주 전체에 설치된 배기 가스구(12)로부터 배출된다. 도12b는 수직 평판형 긴 노즐을 이용하는 경우의 특정 가스 샤워 장치이며, 플라즈마 가스는 가스 취출구(6)로부터 취출되어 피처리 부재를 처리한 후, 내주 배기 가스구(10)로부터 배출된다. 또한, 특정 가스는 특정 가스 샤워 영역에 존재하는 특정 가스 취출 세공(111)으로부터 취출되어 외주 전체에 설치된 배기 가스구(12)로부터 배출된다.

도10 및 도11에 있어서, 피처리 부재(14)는 반송 벨트를 겸한 지지대에 의해 이동되지만, 반송 벨트는 이송 스피드를 임의로 조정할 수 있는 것을 이용함으로써 피처리 부재 상으로의 처리 제어가 가능해진다. 또한, 반송 벨트에는 필요에 따라서 가열 기구를 갖는 것을 이용할 수 있다. 또한, 노즐과 배기 및 특정 가스 샤워 기구에 일체화되어 반송 벨트의 진행 방향이나 직교 방향, 높이 방향으로 이동하는 기구를 구비해도 좋고, 이 일체화된 노즐 구조를 스위프하는 것도 가능하다.

도13은 특정 가스로 채워진 용기 속에서 리모트 소스로 처리를 행하는 방법을 설명한 일예의 모식적 장치도이다. 도13의 장치에 있어서, 특정 가스 용기(30)는 피처리 부재(14)의 반송 로봇(17)을 이용하기 위한 반출입실(311) 및 그를 위한 셔터(312)를 구비하고, 특정 가스를 항상 공급 및 배기시키는 것만으로도 좋고, 기밀성은 필요없다. 또한, 진공 펌프는 불필요하며, 간단한 블로우형 배풍기(排風機)가 좋다. 또한, 특정 가스 용기(30) 자체의 내압성은 불필요하며, 간단한 챔버가 좋다. 특정 가스 용기(30) 내에 수납한 처리 장치에서는 X-Y-Z 이동 기구를 구비한 리모트 소스(7)에 처리 가스를 도입하고, 피처리 부재(14)로 송풍 처리를 행한다. 또한, 배기 가스는 배기 가스통(10)으로부터 배기한다. 또한, 피처리 부재(14)는 반송 로봇(17)에 의해 반출입실(311) 내에 있는 카세트(312)로부터 출입된다. 또한, 처리된 제품은 셔터(313)를 통해 출입된다.

특히, 특정 가스로 채워진 용기 속에서 처리를 행하는 방법은 피처리 부재를 예비실 등을 경유하지 않고 반송할 수 있고, 연속 처리, 시트형물의 처리 등에도 용이하게 대응할 수 있고, 처리 가스를 별도로 안정되게 도입할 수 있는 등의 이점을 갖고 있다.

도14는 특정 가스로 채워진 용기 속에서 전극 사이에 피처리 부재를 로트 단위로 설치하여 처리를 행하는 방법을 설명한 일예의 모식적 장치도이다. 용기(30)는 도13과 동일한 기능을 갖고, 피처리 부재가 필름이나 시트형의 연속 부재를 이용하는 방식의 장치이므로, 조출롤과 권취롤로 이루어지는 반송계 전체를 용기(30)에 수납하여 처리 가스를 처치 가스 도입구(5)로부터 전극(2와 3) 사이의 방전 공간으로 도입하는 동시에 피처리 부재(14)를 처리한다. 본 장치는 특정 가스 분위기 하에서 양호하게 처리를 행할 수 있지만, 장치 자체가 지나치게 커지는 경우가 있다.

도15는 특정 가스를 채운 용기 속에서 대향 전극 사이에 피처리 부재를 설치하여 플라즈마 처리를 하는 장치를 설명한 도면이다. 가스 도입구(5)로부터 전극(2 및 3) 사이의 방전 공간으로 도입되어 플라즈마화되고, 연속적으로 반송되어 오는 피처리 부재(14)를 처리하여 배기구(10)로부터 회수된다. 용기(30)는 플라즈마 처리부 전체를 수납하여 특정 가스가 채워지고, 또한 일부가 유통되도록 되어 있어 항상 외부 분위기를 밀봉하고 있지만, 반송되어 오는 피처리 부재(14)에 동반하여 오는 외부 분위기를 완전히 밀봉하기 위해, 피처리 부재(14)의 반입, 반출구에 있어서 피처리 부재(14)의 양면에 대해 도11에서 도시한 가스 커튼 기구를 설치한 용기이다.

도16은 리모트 소스를 이용하여 연속하여 반송되어 오는 피처리 부재를 처리하는 장치의 일예를 설명한 모식적 장치도이다. 도16에 있어서, 챔버(20)는 플라즈마로 피처리 부재(14)를 처리하는 플라즈마 처리부이고, 챔버(30)는 챔버(20)를 수납하는 용기이며, 각 챔버에는 압력 제어를 위해 압력계(21 및 31)가 설치되어 각 챔버의 압력을 제어함으로써, 처리 가스의 주위로의 확산을 방지하여 외부 공기의 혼입을 방지할 수 있는 장치이다. 따라서, 챔버(20), 챔버(30)의 각 실은 특별히 진공 용기와 같은 엄밀한 밀폐성을 갖는 용기일 필요는 없고, 또한 피처리 부재를 반입하여 처리가 완료된 피처리 부재를 반출하는 개구부를 갖는 용기이므로, 예를 들어 합성 수지와 같은 재료로 간편하게 제조한 용기라도 좋다.

또한, 필요에 따라서 챔버(20)는 전극 등과 일체의 구조로 해도 좋다.

구체적으로는, 챔버(20) 내에 있어서 처리 가스는 처리 가스 도입 라인(5)을 경유하여 챔버(20) 내의 전극(2)과 전극(3) 사이의 방전 공간으로 도입되고, 전극 사이에 전원(1)으로부터 인가된 전계에 의해 플라즈마화되어 반송 벨트를 겸하는 지지대(15) 상에 설치되어 반입되어 오는 피처리 부재(14)를 처리한다. 플라즈마 처리후의 처리가 완료된 가스의 대부분은 배기 가스 회수 라인(10)에 의해 회수된다. 챔버(20)는 처리 가스에 영향이 없는 가스, 예를 들어 클린 드라이 에어, 특정 가스 등의 분위기로 유지하고, 또한 챔버(30) 내의 기압보다도 고압을 유지하기 위한 챔버이고, 분위기 가스는 분위기 가스 도입 라인(11)으로부터 챔버(20)의 상부로부터 도입되고, 챔버(20) 내부를 흘러 처리 배기 가스의 일부와 함께 챔버(30) 내로 유출된다. 챔버(30)는 챔버(20)로부터의 가스의 외부로의 유출을 방지하기 위해 소정압만큼 외기압보다 낮으므로, 양측 개구(35)로부터, 또한 상부에 설치한 정류판(32)을 거쳐서 일정량의 외기가 유입된다. 유입된 외기는 챔버(20)로부터의 유출 가스 등과 함께 전체의 배기 라인(12)을 경유하여 회수된다. 이 때, 기압 조정 밸브(121)에 의해 챔버(30) 내의 기압이 제어된다. 여기서, 챔버(20, 30)의 각 챔버 사이의 압력 및 외기압과의 관계는 챔버(20) ＞ 챔버(30)인 것이 필요하고, 또한 챔버(30) ＜ 외기인 것이 필요하다. 챔버(20, 30) 및 외기압의 차압치는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 조정이 어렵지 않은 수㎜H₂O 정도의 약한 차압이 충분하다. 또한, 외기로서는 처리 정밀도의 점으로부터는 클린 공기인 것이 바람직하다. 또한, 외기의 영향을 엄밀히 배제하고 싶은 처리, 예를 들어 플라즈마 CVD 등의 처리에서는 챔버(20)와 챔버(30)만이 아닌, 또한 중간에 챔버를 더한 구성이라도 좋다.

각 챔버의 압력 혹은 각 챔버 사이 및 외기압과의 차압 조정은 분위기 가스의 공급에 한정되지 않고, 처리 가스 공급량, 처리 가스 배기량을 제어함으로써 행할 수도 있다. 이와 같이 챔버 내의 압력을 제어함으로써 처리 가스의 장치 외부로의 확산이 완전히 방지되는 동시에, 외부 공기의 처리부로의 혼입을 방지할 수 있다.

또한, 예를 들어 처리 장치가 설치되어 있는 제조실 전체의 기압을 대기압 이상으로 하고, 챔버(30) 내의 기압을 대기압으로 하면, 처리 장치로부터 제조실 밖으로 직접 배기 루트를 설치함으로써, 챔버(30)로부터의 배기 펌프 등은 생략할 수 있다.

본 발명의 전계, 특히 펄스 전계를 이용한 대기압 방전에서는 전혀 가스 종류에 의존하지 않고, 전극 사이에 있어서 직접 대기압 하에서 방전을 생기게 하는 것이 가능하고, 보다 단순화된 전극 구조, 방전 순서에 의한 대기압 플라즈마 장치 및 처리 수법으로 고속 처리를 또한 실현할 수 있다. 또한, 펄스 주파수, 전압, 전극 간격 등의 변수에 의해 피처리 부재의 처리에 관한 변수도 조정할 수 있다.

(실시예 및 비교예)

본 발명을 이하에 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

(제1 실시예)

도11에 도시한 장치를 이용하여 특정 가스로서 질소 가스를 이용하여 배기 가스를 배기하면서 하기의 처리 조건으로 플라즈마를 발생시키고, 2인치(100) 실리콘 웨이퍼를 드라이 에칭하였다. 단, 고체 유전체는 Al₂O₃이고, 플라즈마 방출 구멍 직경을 1 ㎜, 플라즈마 취출구로부터 기재까지의 거리를 2 ㎜로 하였다.

플라즈마 처리 조건

처리 가스 : 산소 0.1 SLM ＋ CF₄0.4S LM ＋ 아르곤 9.5 SLM의 혼합 가스

방전 조건 : 파형 a, 급상승/급하강 시간 5 ㎲, 출력 200 W, 주파수 10 ㎑, 처리 시간 20초 ; 발생한 플라즈마는 아크 기둥이 보이지 않는 균일한 방전이었다.

이렇게 얻게 된 실리콘 웨이퍼의 표면을 주사형 전자 현미경의 단면 관찰로부터 측정한 바, 에칭의 깊이는 0.2 ㎛였다.

(제1 비교예)

진공 용기를 이용하여 진공 배기 후, 처리 가스로서 산소 5 ％＋ CF₄95 ％로 이루어지는 혼합 가스를 100 sc㎝ 도입하면서 27 Pa가 되도록 압력 조정한 후, 펄스 전계 대신에 주파수 12.2 ㎑의 sin파형의 전압을 인가하여 5분간 실리콘 웨이퍼의 표면 처리를 행하였다. 이렇게 얻게 된 실리콘 웨이퍼의 표면을 주사형 전자 현미경의 단면 관찰로부터 측정한 바, 에칭 깊이는 0.1 ㎛였다.

(제2 비교예)

처리 시간을 20초로 한 것 이외는 제1 비교예와 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼의 표면 처리를 행하였다. 이렇게 얻게 된 실리콘 웨이퍼의 표면을 주사형 전자 현미경의 단면 관찰로부터 측정한 바, 에칭 깊이는 계측할 수 없었다.

(제2 실시예)

특정 가스를 채운 용기 속에서 플라즈마를 피처리 부재에 접촉시키는 방법을 행하는 도14의 장치를 이용하여 기재 상에 질화 규소막의 형성을 행하였다. 도14의 장치에 있어서, 상부 전극(2) 및 하부 전극(3)으로서 폭 300 ㎜ × 길이 100 ㎜ × 두께 20 ㎜의 SUS304제 스테인레스 평행 평판형 전극을 이용하고, 고체 유전체(4)로서 알루미나를 1 ㎜의 두께로 용사한 것을 이용하였다. 전극간 거리 2 ㎜의 공간 속에 폴리이미드 필름(14)(크기 : 100 × 100 ㎜, 두께 : 50 ㎛)을 피성막 기재로서 조출롤과 권취롤로 반송하도록 하였다.

처리 가스로서, 테트라메틸실란 0.16 ％, 암모니아 16 ％를 아르곤 가스에 의해 희석한 가스를 이용하여 백색 화살표 방향으로 공급하고, 상부 전극(2), 하부 전극(3) 사이에 도1의 (a)의 펄스파형, 펄스 급상승 속도 5 ㎲, 전압 10 ㎸의 펄스 전계를 인가하여 95 ㎪하(대기압하)에서 폴리이미드 필름 상에 질화 규소막의 성막을 행하였다. 또한, 특정 가스로서 질소 가스를 용기(30) 내에 화살표 방향으로 공급하여 불활성 가스 분위기를 유지하였다. 처리된 필름 상에 질화 규소막의 생성을 확인하였다. 이 때의 성막 속도는 0.42 ㎛/초였다.

(제3 비교예)

용기(30)를 이용한 가스 분위기 조정 기구를 이용하지 않는 이외는, 제2 실시예와 마찬가지로 하여 기재 상에 질화 규소막의 형성을 행하였다. 필름 상에 질화 규소막의 생성을 확인하였지만, XPS에 의해 평가한 바 막 표면이 산화되어 있었다.

본 발명의 대기압 근방의 압력하에 있어서의 상압 플라즈마 처리 방법에 따르면, 처리 가스의 플라즈마에 의한 피처리 부재의 접촉 처리부 근방으로부터 처리가 완료된 가스를 배기하여 접촉 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지할 수 있으므로, 처리 공정을 보다 고정밀도인 시스템으로 할 수 있어 처리의 수율 향상에 기여할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 대기압 하에서의 실시가 가능하므로 용이하게 인라인화할 수 있고, 본 발명의 방법을 이용함으로써 처리 공정 전체의 고속화가 가능해진다.

Claims

대기압 근방의 압력하에서 대향하는 한 쌍의 전극 중 적어도 한 쪽의 대향면에 고체 유전체를 설치하고, 상기 한 쌍의 대향 전극 사이에 처리 가스를 도입하여 전극 사이에 전계를 인가함으로써 얻게 되는 플라즈마를 피처리 부재에 접촉시켜 피처리 부재를 처리하는 방법이며, 상기 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방으로부터 처리가 완료된 가스를 배기하고, 상기 처리부 근방이 가스 분위기 조정 기구에 의해 특정 가스 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법.
제1항에 있어서, 처리부 근방으로부터의 처리가 완료된 가스의 배기가 플라즈마 가스 취출 유로와 가스 배기구의 유로와 인접한 곳으로의 가스 흐름을 실질적으로 밀봉하는 공간으로 구성되는 가스 유로 제어 기구에 의한 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법.
제1항에 있어서, 처리부 근방으로부터의 처리가 완료된 가스의 배기가 피처리 부재의 지지대 이면측으로부터 흡입하는 배기 장치에 의한 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 분위기 조정 기구가 가스커튼 기구에 의해 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방이 특정 가스 분위기로 유지되는 기구인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방의 주위에 가스 배기구를 갖고, 그 주위에 가스 커튼 기구를 배치함으로써, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방이 특정 가스 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법.
제1항에 있어서, 피처리 부재의 폭 방향으로 긴 노즐을 갖는 리모트 소스에 의한 플라즈마 처리에 있어서, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부의 폭 방향에 가스 배기구를 설치하여 길이 방향으로 사이드 밀봉 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법.
제1항에 있어서, 특정 가스가 유통되는 용기 내에서 처리를 행함으로써 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방이 특정 가스 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법.
제1항에 있어서, 방전 플라즈마 발생부와 피처리 부재를 수납하는 챔버(1)와, 챔버(1)를 수납하는 챔버(2) 중 적어도 2실을 갖고, 상기 챔버(2) 내의 기압을 챔버(1) 내의 기압보다 저압으로, 또한 외기압보다 저압으로 함으로써 챔버(1)로부터 가스가 유출되고, 또한 챔버(2) 내부로 외기가 유입되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 방전 플라즈마 처리 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 특정 가스 분위기가 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 건조 공기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 한 종류 이상의 가스 분위기인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전극 사이에 인가하는 전계가 펄스 급상승 및/또는 급하강 시간이 10 ㎲ 이하, 전계 강도가 10 내지 1000 ㎸/㎝의 펄스형 전계인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 방법.
상압 플라즈마 처리 장치에 있어서, 적어도 한 쪽 대향면에 고체 유전체가 설치된 한 쌍의 대향 전극과, 상기 한 쌍의 대향 전극 사이에 처리 가스를 도입하는 기구, 상기 전극 사이에 전계를 인가하는 기구, 상기 전계에 의해 얻게 되는 플라즈마를 피처리 부재에 접촉시키는 기구, 처리가 완료된 가스를 배기하는 기구 및 상기 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하는 기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
제11항에 있어서, 처리가 완료된 가스 배기 기구가 플라즈마 가스 취출 유로와 가스 배기구의 유로와 인접한 곳으로의 가스 흐름을 실질적으로 밀봉하는 공간으로 구성되는 가스 유로 제어 기구인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
제11항에 있어서, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하는 기구가 가스 커튼 기구인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부의 주위에 가스 배기 기구를 갖고, 그 주위에 가스 커튼 기구를 배치함으로써 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
제11항에 있어서, 특정 가스가 유통되는 용기 내에서 처리를 행함으로써 플라즈마와 피처리 부재가 접촉하는 처리부 근방을 특정 가스 분위기로 유지하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
제11항에 있어서, 방전 플라즈마 발생부와 피처리 부재를 수납하는 챔버(1)와, 챔버(1)를 수납하는 챔버(2) 중 적어도 2실을 설치하여 상기 챔버(2) 내의 기압을 챔버(1) 내의 기압보다 저압으로 하고, 또한 외기압보다 저압으로 함으로써 챔버(1)로부터 가스의 유출이 이루어지고, 또한 챔버(2) 내부로 외기가 유입되도록이루어진 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.