JP2009099361A - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜形成・加工、および、表面処理用のプラズマプロセス装置と方法に関し、更に詳しくは、プラズマを発生させ、大型の被処理物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and method for thin film formation / processing and surface treatment, and more particularly, a plasma processing apparatus and a plasma processing method for generating plasma and performing plasma processing on a large object to be processed. About.
半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池などのさまざまな電子デバイスの製造には、エッチング、成膜、アッシング、表面処理などのさまざまなプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置が用いられている。特にフラットパネルディスプレイや薄膜アモルファスシリコンを用いた薄膜太陽電池などのデバイスは、デバイスの大型化と製造コスト削減のため、基板のような被処理物は、一辺が2m以上のサイズに大型化しており、これに伴ってプラズマプロセス装置も大型化してきている。 In the manufacture of various electronic devices such as semiconductors, flat panel displays, and solar cells, plasma process apparatuses that perform various plasma treatments such as etching, film formation, ashing, and surface treatment are used. In particular, devices such as flat panel displays and thin-film solar cells using thin-film amorphous silicon have been increased in size to a size of 2 m or more on one side, such as substrates, in order to increase device size and reduce manufacturing costs. Along with this, the size of the plasma processing apparatus is also increasing.
このようなプラズマプロセス装置では、従来は真空下でのプラズマ、つまり真空プラズマを利用するようにしていたが、近年は大気圧、または、大気圧近傍で発生するプラズマ(以下「大気圧プラズマ」と称す)を用いて処理を行うプラズマプロセス装置も実用化されてきている。大気圧プラズマプロセス装置は、真空プラズマ装置に比べて、
(1)真空設備を必要とせず、装置構成を簡便にできる、
(2)装置コストが安価で済む、
(3)プラズマの活性種の密度が高いため、処理速度を高くすることができる、
(4)装置構成によっては、被処理基板一枚当りの処理時間をほぼ真空プラズマによる処理時間に等しくできる、
などの利点がある。その一方で、プラズマ処理部近傍のガス雰囲気に外気が混入することにより、被処理物の酸化、生成した膜の酸化、エッチング部の酸化等が生じる場合があるため、密閉容器により外気と遮断し、プロセスガス雰囲気を保つのが通例である。しかしながら、プロセスガス雰囲気を保つために、密閉容器内で一旦真空引きして処理を行うと、真空プラズマ処理と同じくプラズマ処理効率の向上や大面積基板等に対応できないという問題がある。
In such a plasma process apparatus, conventionally, plasma under vacuum, that is, vacuum plasma has been used, but recently, plasma generated at or near atmospheric pressure (hereinafter referred to as “atmospheric pressure plasma”). A plasma processing apparatus that performs processing using the same has been put into practical use. Compared with vacuum plasma equipment, atmospheric pressure plasma process equipment
(1) The equipment configuration can be simplified without the need for vacuum equipment.
(2) The equipment cost is low.
(3) Since the density of active species of plasma is high, the processing speed can be increased.
(4) Depending on the apparatus configuration, the processing time per substrate to be processed can be made substantially equal to the processing time by vacuum plasma.
There are advantages such as. On the other hand, since outside air is mixed into the gas atmosphere near the plasma processing unit, oxidation of the object to be processed, oxidation of the generated film, oxidation of the etching unit, etc. may occur. Usually, a process gas atmosphere is maintained. However, once the processing is performed by evacuating in a sealed container in order to maintain the process gas atmosphere, there is a problem that the plasma processing efficiency cannot be improved and a large-area substrate or the like cannot be coped with, similarly to the vacuum plasma processing.
また、大気圧プラズマ処理を行う場合、真空プラズマに比べプロセスガスの使用量が大幅に増加するという問題もある。
これらの問題に対処する第1の方法として、プラズマ化処理ガスの吹出流量とこれの吸込流量との比を変えた複数の実験データをとり、エッチングプロファイルとの対応関係を近似化し、この対応関係に基づいて所望のプロファイルのエッチングを行う方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、第2の方法として、ガスカーテンにより外気の流入及び処理ガスの流出を防ぎ、またガスカーテンと装置とで形成される空間内に処理ガスを閉じ込めて、処理ガスの使用量を低減する方法が知られている(例えば特許文献2参照)。
As a first method for dealing with these problems, a plurality of experimental data obtained by changing the ratio between the flow rate of the plasma treatment gas and the suction flow rate thereof are taken, and the correspondence relationship with the etching profile is approximated. A method of etching a desired profile based on the above is known (see, for example, Patent Document 1). In addition, as a second method, a gas curtain prevents the inflow of outside air and the outflow of processing gas, and the processing gas is confined in a space formed by the gas curtain and the apparatus, thereby reducing the amount of processing gas used. Is known (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、第1の方法では、処理部の外側において雰囲気を制御する機構がないため外乱に対して対応しておらず、処理面積に対するプロセスガスの消費量が多いなどの課題が残る。また、第2の方法では、ガスカーテンにより外乱に対する対応はしているが、その流量は一定であるため基板搬入時及び基板搬出時などに生じる外乱の経時変化には対応していないなどの課題がある。 However, in the first method, since there is no mechanism for controlling the atmosphere outside the processing unit, it does not cope with disturbances, and there remains a problem that the consumption amount of process gas with respect to the processing area is large. In the second method, the gas curtain responds to the disturbance, but the flow rate is constant, so that it does not correspond to the temporal change of the disturbance that occurs when the substrate is loaded and unloaded. There is.
この発明は、プラズマを生成して被処理物を処理するプラズマ処理部と、プラズマ処理部に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、プラズマ処理部と被処理物とを収容するための筐体と、被処理物を筐体内のプラズマ生成領域へ搬入する搬入路と、被処理物をプラズマ生成領域から筐体外へ搬出する搬出路と、搬入路に設けられた第1ガスカーテン機構および第1排気機構と、搬出路に設けられた第2ガスカーテン機構および第2排気機構と、処理ガス供給流量Q1、第1および第2ガスカーテン機構のガス流量Q2、Q3、第1および第2排気機構の排気流量Q4、Q5をそれぞれ制御する制御部とを備え、制御部は所定のガス濃度の雰囲気で被処理物が処理されるようにQ1、Q2、Q3、Q4、Q5をプラズマの生成期間と非生成期間において、異なる値になるよう制御するプラズマプロセス装置を提供するものである。 The present invention includes a plasma processing unit that generates plasma and processes a workpiece, a processing gas supply unit that supplies a processing gas to the plasma processing unit, and a housing for housing the plasma processing unit and the workpiece A carry-in path for carrying the object to be processed into the plasma generation region in the casing, a carry-out path for carrying out the object to be processed from the plasma generation area to the outside of the casing, a first gas curtain mechanism provided in the carry-in path, and the first Exhaust mechanism, second gas curtain mechanism and second exhaust mechanism provided in carry-out path, process gas supply flow rate Q1, gas flow rates Q2, Q3 of first and second gas curtain mechanisms, first and second exhaust mechanisms And a control unit for controlling the exhaust flow rates Q4 and Q5, respectively, and the control unit sets Q1, Q2, Q3, Q4, and Q5 as plasma generation periods so that an object to be processed is processed in an atmosphere having a predetermined gas concentration. Non-generation period Oite, there is provided a plasma processing apparatus is controlled to conform to a different value.
また、この発明は、プラズマを生成して被処理物を処理するプラズマ処理部と、プラズマ処理部に処理ガスを供給する処理ガス配給部と、プラズマ処理部と被処理物とを収容するための筐体と、被処理物を筐体内のプラズマ生成領域へ搬入する搬入路と、被処理物をプラズマ生成領域から筐体外へ搬出する搬出路と、プラズマ処理部と被処理物を相対的に移動させる搬送部と、プラズマ処理部と被処理物の移動方向の相対距離を検出する距離検出部と、搬入路に設けられた第1ガスカーテン機構および第1排気機構と、搬出路に設けられた第2ガスカーテン機構及び第2排気機構と、処理ガス供給流量Q1、第1および第2ガスカーテン機構のガス流量Q2、Q3、第1および第2排気機構の排気流量Q4、Q5をそれぞれ制御する制御部とを備え、制御部は所定のガス濃度の雰囲気で被処理物が処理されるようにQ1、Q2、Q3、Q4、Q5を距離検出部の検出する距離に応じて制御するプラズマプロセス装置を提供するものである。 The present invention also provides a plasma processing unit that generates plasma to process a workpiece, a processing gas supply unit that supplies a processing gas to the plasma processing unit, and a plasma processing unit and a workpiece to be stored. Relative movement of the plasma processing unit and the object to be processed, the carry-in path for carrying the object to be processed into the plasma generation region in the case, the unloading path for unloading the object to be processed from the plasma generation region to the outside of the case A transporting unit, a distance detecting unit for detecting a relative distance in the moving direction of the plasma processing unit and the workpiece, a first gas curtain mechanism and a first exhaust mechanism provided in the carry-in path, and a carry-out path The second gas curtain mechanism and the second exhaust mechanism, the processing gas supply flow rate Q1, the gas flow rates Q2 and Q3 of the first and second gas curtain mechanisms, and the exhaust flow rates Q4 and Q5 of the first and second exhaust mechanisms are respectively controlled. Control unit and The control unit provides a plasma process apparatus that controls Q1, Q2, Q3, Q4, and Q5 according to the distance detected by the distance detection unit so that the workpiece is processed in an atmosphere of a predetermined gas concentration. It is.
この発明によれば、所定のガス濃度の雰囲気で被処理物が処理されるように、処理ガス供給流量Q1、第1および第2ガスカーテン機構のガス流量Q2、Q3、第1および第2排気機構の排気流量Q4、Q5が、プラズマの生成期間と非生成期間に対して、又はプラズマ処理部と被処理物との相対距離に対して制御されるので、外気の影響を受けることなく効率よくプラズマ処理を行うことができる。 According to the present invention, the processing gas supply flow rate Q1, the gas flow rates Q2 and Q3 of the first and second gas curtain mechanisms, the first and second exhausts so that the object to be processed is processed in an atmosphere having a predetermined gas concentration. Since the exhaust flow rates Q4 and Q5 of the mechanism are controlled with respect to the plasma generation period and non-generation period, or the relative distance between the plasma processing unit and the object to be processed, it is efficient without being affected by outside air. Plasma treatment can be performed.
この発明のプラズマプロセス装置は、プラズマを生成して被処理物を処理するプラズマ処理部と、プラズマ処理部に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、プラズマ処理部と被処理物とを収容するための筐体と、被処理物を筐体内のプラズマ生成領域へ搬入する搬入路と、被処理物をプラズマ生成領域から筐体外へ搬出する搬出路と、搬入路に設けられた第1ガスカーテン機構および第1排気機構と、搬出路に設けられた第2ガスカーテン機構および第2排気機構と、処理ガス供給流量Q1、第1および第2ガスカーテン機構のガス流量Q2、Q3、第1および第2排気機構の排気流量Q4、Q5をそれぞれ制御する制御部とを備え、制御部は所定のガス濃度の雰囲気で被処理物が処理されるようにQ1、Q2、Q3、Q4、Q5をプラズマの生成期間と非生成期間において、異なる値になるよう制御することを特徴とする。 A plasma processing apparatus according to the present invention accommodates a plasma processing unit that generates plasma and processes an object to be processed, a processing gas supply unit that supplies a processing gas to the plasma processing unit, and a plasma processing unit and an object to be processed. Housing, a carry-in path for carrying an object to be processed into a plasma generation region in the case, an unloading path for carrying out the object to be processed from the plasma generation region to the outside of the case, and a first gas curtain provided in the carry-in path Mechanism, first exhaust mechanism, second gas curtain mechanism and second exhaust mechanism provided in the carry-out path, process gas supply flow rate Q1, gas flow rates Q2, Q3, first and second gas curtain mechanisms A control unit that controls the exhaust flow rates Q4 and Q5 of the second exhaust mechanism, respectively, and the control unit plasmas Q1, Q2, Q3, Q4, and Q5 so that the workpiece is processed in an atmosphere of a predetermined gas concentration. In the production period and a non-generation period, and controlling so as to be different values.
また、この発明のプラズマプロセス装置は、プラズマを生成して被処理物を処理するプラズマ処理部と、プラズマ処理部に処理ガスを供給する処理ガス配給部と、プラズマ処理部と被処理物とを収容するための筐体と、被処理物を筐体内のプラズマ生成領域へ搬入する搬入路と、被処理物をプラズマ生成領域から筐体外へ搬出する搬出路と、プラズマ処理部と被処理物を相対的に移動させる搬送部と、プラズマ処理部と被処理物との移動方向の相対距離を検出する距離検出部と、搬入路に設けられた第1ガスカーテン機構および第1排気機構と、搬出路に設けられた第2ガスカーテン機構及び第2排気機構と、処理ガス供給流量Q1、第1および第2ガスカーテン機構のガス流量Q2、Q3、第1および第2排気機構の排気流量Q4、Q5をそれぞれ制御する制御部とを備え、制御部は所定のガス濃度の雰囲気で被処理物が処理されるようにQ1、Q2、Q3、Q4、Q5を距離検出部の検出する距離に応じて制御するようにしてもよい。 In addition, the plasma processing apparatus of the present invention includes a plasma processing unit that generates plasma and processes an object to be processed, a processing gas supply unit that supplies a processing gas to the plasma processing unit, a plasma processing unit, and an object to be processed. A housing for accommodating, a carry-in path for carrying an object to be processed into a plasma generation region in the case, an unloading path for carrying out the object to be processed from the plasma generation region to the outside of the case, a plasma processing unit and the object to be processed A relatively moving transport unit, a distance detecting unit for detecting a relative distance in the moving direction between the plasma processing unit and the workpiece, a first gas curtain mechanism and a first exhaust mechanism provided in the carry-in path, A second gas curtain mechanism and a second exhaust mechanism provided in the path, a processing gas supply flow rate Q1, a gas flow rate Q2 and Q3 of the first and second gas curtain mechanisms, an exhaust flow rate Q4 of the first and second exhaust mechanisms, Q5 A control unit that controls each of the control units, and Q1, Q2, Q3, Q4, and Q5 according to the distance detected by the distance detection unit so that the workpiece is processed in an atmosphere of a predetermined gas concentration. You may make it control.
さらに、この発明のプラズマ処理方法は、まず予備工程において、上記プラズマプロセス装置を使用し、被処理物のプラズマ処理を行い、被処理物が処理される雰囲気のガス濃度を検出し、前記雰囲気のガス濃度が所定値になるQ1、Q2、Q3、Q4、Q5の値をプラズマ生成期間と非生成期間について決定し、次に本工程において、前記プラズマプロセス装置を再度使用し、プラズマ生成期間と非生成期間のQ1〜Q5を予備工程で決定された値に制御して、被処理物のプラズマ処理を行うようにしてもよい。 Further, in the plasma processing method of the present invention, first, in the preliminary process, the plasma processing apparatus is used to perform plasma processing of the object to be processed, to detect the gas concentration of the atmosphere in which the object is processed, The values of Q1, Q2, Q3, Q4, and Q5 at which the gas concentration reaches a predetermined value are determined for the plasma generation period and the non-generation period. Next, in this step, the plasma process apparatus is used again, and the plasma generation period and the non-generation period are determined. You may make it perform the plasma processing of a to-be-processed object by controlling Q1-Q5 of a production | generation period to the value determined by the preliminary process.
また、この発明のプラズマ処理方法は、まず予備工程において、上記のプラズマプロセス装置を使用し、被処理物のプラズマ処理を行い、被処理物が処理される雰囲気のガス濃度を検出し、前記雰囲気のガス濃度が所定値になるようにプラズマ処理部と被処理物との前記相対距離に対するQ1、Q2、Q3、Q4、Q5の値を決定し、次に本工程において上記プラズマプロセス装置を再度使用し、プラズマ処理部と被処理物との前記相対距離に対するQ1、Q2、Q3、Q4、Q5を予備工程で決定された値に制御して被処理物のプラズマ処理を行うようにしてもよい。 In the plasma processing method of the present invention, first, in the preliminary process, the plasma processing apparatus is used to perform plasma processing on the object to be processed, and the gas concentration of the atmosphere in which the object is processed is detected. The values of Q1, Q2, Q3, Q4, and Q5 with respect to the relative distance between the plasma processing unit and the object to be processed are determined so that the gas concentration of the gas reaches a predetermined value, and then the plasma process apparatus is used again in this step. Alternatively, the plasma processing of the workpiece may be performed by controlling Q1, Q2, Q3, Q4, and Q5 with respect to the relative distance between the plasma processing section and the workpiece to values determined in the preliminary process.
被処理物が処理される雰囲気のガス濃度を検出するガス濃度検出部をさらに備えてもよい。
第1および第2ガスカーテン機構は、搬入路および搬出路の上方に設けられ、搬入路および搬出路に所定角度で交差するように下方にガスを噴出するノズルと、前記所定角度を制御する角度制御機構とを備えてもよい。
You may further provide the gas concentration detection part which detects the gas concentration of the atmosphere where a to-be-processed object is processed.
The first and second gas curtain mechanisms are provided above the carry-in path and the carry-out path, and a nozzle that ejects gas downward so as to intersect the carry-in path and the carry-out path at a predetermined angle, and an angle that controls the predetermined angle And a control mechanism.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態1〜3を説明する。尚、実施形態1〜3に関する図面において共通の構成要素に共通の符号をつけている。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1によるプラズマプロセス装置を示す構成説明図である。
図1に示すように、実施形態1によるプラズマプロセス装置は、板状の被処理物(被処理基板)4の上方に配置されている筐体100、及び、被処理物4を搭載する導電性のステージ14を備える。
Hereinafter, Embodiments 1 to 3 of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings relating to the first to third embodiments, common constituent elements are denoted by common reference numerals.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus according to the first embodiment includes a
被処理物4は、例えば、長さおよそ2.5m、幅およそ2.2m、厚さ0.7mmの平板状の基板とする。
筐体100は、図4に示すように、例えばアルミ板などで上面及び側面を覆ったものでガスカーテン機構2a,2bと、排気機構3a,3bと、プラズマ処理部22aとを備える。
ガスカーテン機構2a,2bは被処理物4の側にガスを噴出する噴射ノズル(後述)を備えており、噴出するガスは後述するように配管16を通って供給される。
排気機構3a,3bは被処理物4の側からガスを吸引する吸引スリット(図示しない)を備えており、吸引されたガスは配管17を通って排気される。
The
As shown in FIG. 4, the
The
The
ガスカーテン機構2aと排気機構3aとの間およびガスカーテン機構2bと排気機構3bとの間は、それぞれ矢印21方向に50mmの距離を有している。処理部22aには電極部19aが設置されている。電極部19aには電極23が設置されている。
The distance between the
電極23の断面図を図8に示す。電極23は、アルミニウム(Al)、又はステンレス鋼(SUS)などの導電率の高い金属からなる金属部40を備え、アーク放電を防ぐため、金属部40は固体誘電体41a,41bで被覆されている。また、電極23の近傍にはプロセスガスを供給するために図示しないガス流路が設けられている。
A sectional view of the
図1に示すように、電極23と導電性ステージ14との間に電源20aから電圧が印加されて電力が供給されると共に、電極部19aには後述するようにプロセスガス用配管18を介してプロセスガス用ガスボンベ11からプロセスガスが供給される。なお、プロセスガスとしては、ヘリウム,窒素,酸素の各ボンベを用意しそれらのボンベから供給されるガスを混合したものを用いるが、ここでは、説明を簡単にするため、それらをまとめてプロセスガス用ガスボンベ11として説明する。
As shown in FIG. 1, a voltage is applied from the
電極部19aと被処理物4で挟まれる空間をプラズマ生成領域1a、筐体100の両端の開口部1c(図1,図4)からプラズマ生成領域1aまでの空間を通路(被処理物搬入・搬出路)1bとする。
電極部19aは図9に示す搬送機構によりステージ14上を矢印21の方向に移動するようになっている。図9において、電極部19aはアーム部43に設置されており、アーム部43はガントリー部42aによって搬送される。
The space between the
The
図1のガス分析計5は、電極処理部22aから複数のガス分析用配管5aを介してプラズマ処理領域1a及び通路1b付近のガスを検出し、ガス成分を計測し、検出データをデータ伝送線15を通じてデータ処理部(制御部)6に送る。データ処理部6は、CPU,ROM,RAMからなるマイクロコンピュータを備える。ガス分析計5には東レエンジニアリングのLC-850KSを用いている。
The
データ処理部6は、あらかじめ実験(予備工程)で取得している検出データを参照して、プロセスガス流量Q1、ガスカーテン機構2a,2bのガスカーテン流量Q2、Q3、及び、排気機構3a,3bの排気流量Q4、Q5などを設定する。同時に、各設定値をプロセスガス流量調整機構9、ガスカーテン流量調整機構7、および排気流量調整機構8に送り、各流量を設定すると共に、電源20aの出力調整および出力のオン・オフ制御と、ガントリー部42a(図9)の駆動制御を行うようになっている。
The
なお、ガスカーテン用ガスは、カーテンガス用ガスボンベ10からカーテンガス用配管16、及び、ガスカーテン流量調整機構7を介してガスカーテン機構2a,2bへ供給される。プラズマ生成領域1a及び通路1b付近に存在するガスは、排気機構3a,3b、排気用配管17、及び、排気流量調整機構8、排気手段12を介して装置外へ排気される。プロセスガスは、プロセスガス用ガスボンベ11からプロセスガス用配管18、及び、プロセスガス流量調整機構9を介して電極部19aへ供給される。
The gas curtain gas is supplied from the curtain
ここで、ガスカーテン機構2a,2bの詳細について説明する。図5は、ガスカーテン機構2a,2bのガス噴出ノズル30a,30bの一例を示す。
図5のガスカーテン機構2a,2bは、ガス噴出ノズル30a,30bが筐体100の両端の開口部1cの内側にあり、ガス噴出ノズル30a,30bから斜め下方に向けそれぞれ角度θa,θbでガスが噴出される。噴出角度θa,θbはデータ処理部6(図1)により45度〜60度の範囲で制御される。
Here, details of the
In the
図11はガスカーテン機構2aの詳細説明図であり、カーテンガスは配管コネクタ33から可動配管37を通ってノズル30aに供給される。ノズル30aはノズル先端39を支点にし、角度調整レール36,38に沿って角度θaが調整される。ガスカーテン機構2bも同等の構造を有する。
FIG. 11 is a detailed explanatory view of the
次に実施形態1におけるプラズマプロセス装置を用いたプラズマプロセス処理について説明する。
図1に示すように、被処理物4であるガラス基板はステージ14上に静止させており、電極部19aが被処理物4の上を矢印21の方向に移動し、プラズマ処理を行う。
ステージ14上にガラス基板を静止させることにより、被処理物4を搬送する場合に比べ、被処理物の平面度及び被処理物4と電極とのギャップの精度が高くなり、またギャップをより小さくすることができる。実施形態1では、被処理物4と電極部19a間のギャップは約2mmとしている。
Next, a plasma process process using the plasma process apparatus according to the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the glass substrate as the object to be processed 4 is stationary on the
By fixing the glass substrate on the
まず、大気圧、あるいは、大気圧近傍の圧力下で、プラズマ処理部22aへ、ヘリウムガス(流量Q1[He]=80L/分)、窒素ガス(流量Q1[N2]=40L/分)、酸素ガス(流量Q1[O2]=0.6L/分)を混合したプロセスガスを30秒間導入し続けて、プラズマ処理部間付近の雰囲気を空気からプロセスガス雰囲気に置換する。
この時、ガスカーテン機構2a, 2bの流量Q2、Q3を200L/分、排気機構3a, 3bの流量Q4、Q5を130L/分とし、ガスカーテン機構2a,2bの噴射ノズル角度θa,θbを60度としている。
First, helium gas (flow rate Q1 [He] = 80 L / min), nitrogen gas (flow rate Q1 [N 2 ] = 40 L / min), to the
At this time, the flow rates Q2 and Q3 of the
ガスカーテン機構2a,2bは通路に対してプラズマ処理部22a側から筐体100の両側の開口部1c側に向けてガスを噴射することにより外気を遮断することができ、プロセスガス雰囲気を保つことができる。
The
次に、Q1[O2]が0.6L/分から0.5L/分に、Q2,Q3が200L/分から220L/分に、Q4,Q5が130L/分から140L/分に、θaが60度から45度にそれぞれ変更され、電極部19aが矢印21の方向へ移動し始める。
次に、電極部19aとステージ14との間に周波数30kHz、電圧14kVの電圧が電源20aから印加されると、電極部19aと被処理物4との間にプラズマが生成される。
Next, Q1 [O 2 ] is changed from 0.6 L / min to 0.5 L / min, Q2 and Q3 are changed from 200 L / min to 220 L / min, Q4 and Q5 are changed from 130 L / min to 140 L / min, and θa is changed from 60 degrees. Each is changed to 45 degrees, and the
Next, when a voltage having a frequency of 30 kHz and a voltage of 14 kV is applied between the
そして、電極部19aが被処理物4の一端から他端まで移動して被処理物4全体の処理が完了すると、電源20aの出力がオフされ、プラズマが消滅する。
次に、Q1[O2]が0.5L/分から0.6L/分に、Q2,Q3が220L/分から200L/分に、Q4,Q5が140L/分から130L/分にそれぞれ変更される。
この時、θbは45度から60度に変更された後、再び45度に戻される。
When the
Next, Q1 [O 2 ] is changed from 0.5 L / min to 0.6 L / min, Q2 and Q3 are changed from 220 L / min to 200 L / min, and Q4 and Q5 are changed from 140 L / min to 130 L / min.
At this time, θb is changed from 45 degrees to 60 degrees and then returned to 45 degrees again.
このようにして、プラズマ生成時と非生成時における各設定値を変更することにより、プラズマ生成時の処理部22a内の酸素濃度を例えば0.7%以下に抑えることができ、外乱の影響を受けることなく、安定したプラズマ処理を効率よく行うことができる。
また、この際、非定常時の外乱などによる影響をさらに低減させるため、ガス分析計5によって常時、酸素濃度を計測し、所定値と異なる場合は各流量の微調整を行ってもよい。
In this way, by changing each setting value at the time of plasma generation and non-generation, the oxygen concentration in the
Further, at this time, in order to further reduce the influence due to disturbance at the time of unsteady state, the oxygen concentration may be constantly measured by the
なお、この実施例においては、Q1[He]、Q1[N2]、Q1[O2]、Q2、Q3、Q4、Q5、θの値を、プラズマ生成期間と非生成期間において異なる値になるように制御しているが、これらの設定値については次のように決定する。
先ず、図1に示す装置を用いて、予備工程として、被処理物4のプラズマ処理を予備的に行い、処理部22aからガス分析用配管5aを介してガスを採取し、酸素濃度計5を用いて酸素濃度を計測し、検出データをデータ処理部6へ送る。
そして、被処理物4が処理される期間の酸素濃度が所定値(例えば0.7%)以下になるまで、この予備工程をくり返し行い、酸素濃度を所定値以下にするための各設定値を取得し、データ処理部6に格納しておく。そして、本工程としての実際のプラズマ処理時には、格納された各設定値を読出し、その値に設定するようにしている。
In this embodiment, the values of Q1 [He], Q1 [N 2 ], Q1 [O 2 ], Q2, Q3, Q4, Q5, and θ are different values in the plasma generation period and the non-generation period. The set values are determined as follows.
First, as a preliminary process, the
Then, this preliminary process is repeated until the oxygen concentration during the period during which the
(実施形態2)
図2は、本発明の実施形態2によるプラズマプロセス装置を示す構成説明図である。
図2に示すように、プラズマプロセス装置は、板状の被処理物4(被処理基板)の上方に配置されている筐体200及び被処理物4を搭載する導電性ステージ14を備える。
筐体200は、図4に示すように、ガスカーテン機構2a,2bと、排気処理機構3a,3bと、プラズマ処理部22aとを備え、両端に被処理物4を搬入・搬出するための開口1cを備える。
ガスカーテン機構2aと排気機構3aとの間、およびガスカーテン機構2bと排気機構3bとの間には、それぞれ矢印21方向に50mmの距離を有している。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a structural explanatory view showing a plasma processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
As shown in FIG. 2, the plasma processing apparatus includes a
As shown in FIG. 4, the
A distance of 50 mm is provided between the
プラズマ処理部22aには電極部19aが設置されている。電極部19aとステージ14との間には電源20aから電圧が印加されて電力が供給されると共に、電極部19aにはプロセスガス用配管18を介してプロセスガス用ガスボンベ11からプロセスガスが供給される。なお、プロセスガスとしては、ヘリウム,窒素,酸素の各ボンベを用意しそれらのボンベから供給されるガスを混合したものを用いるが、ここでは説明を簡単にするため、それらをまとめてプロセスガス用ガスボンベ11として説明する。
An
電極部19aと被処理物4で挟まれる空間をプラズマ生成領域1a、筐体200の両端の開口部1cからプラズマ生成領域1aまでの空間を通路(被処理物搬入・搬出路)1bとする。
筐体200は図10に示す搬送機構によりステージ14上を矢印21方向に移動するようになっている。図10において、筐体200はガントリー部42bによって搬送される。
A space between the
The
図2に示すように、電極部19aには複数の電極23が設置されている。
電極部23は、図8に示すように、アルミニウム(Al)、又は、ステンレス(SUS)などの導電率の高い金属からなる金属部40を備え、アーク放電を防ぐため、金属部40は固体誘電体41a,41bで被覆されている。また、電極部23の近傍にプロセスガスを供給するために図示しないガス流路を設けている。
As shown in FIG. 2, a plurality of
As shown in FIG. 8, the
ガス分析計5は、プラズマ処理部22aから複数のガス分析用配管5aを介してプラズマ生成領域1a及び通路1b付近のガスを検出し、ガス成分を計測し、検出データをデータ伝送線15を通じてデータ処理部(制御部)6に送る。データ処理部6は、あらかじめ実験(予備工程)でこれらの検出データを取得しておく。
The
そして、本工程においてプロセスガス流量Q1、ガスカーテン機構2a,2bのガスカーテン流量Q2,Q3、及び、排気機構3a,3bの排気流量Q4,Q5を、前記検出データを参照して設定する。同時に、データ処理部6は、各設定値をプロセスガス流量調整機構9、ガスカーテン流量調整機構7、および排気流量調整機構8に送り、流量を調整すると共に、電源20aの出力調整および出力のオン・オフ制御と、ガントリー部42b(図10)の駆動制御を行うようになっている。
In this step, the process gas flow rate Q1, the gas curtain flow rates Q2 and Q3 of the
なお、ガスカーテン用ガスは、カーテンガス用ガスボンベ10からカーテンガス用配管16、及び、ガスカーテン流量調整機構7を介してガスカーテン機構2a,2bへ供給される。プラズマ生成領域1a及び通路1b付近に存在するガスは、排気機構3a,3b、排気用配管17、及び、排気流量調整機構8、排気手段12を介して装置外へ排気される。プロセスガスは、プロセスガス用ガスボンベ11からプロセスガス用配管18、及び、プロセスガス流量調整機構9を介して電極部19aへ供給される。
The gas curtain gas is supplied from the curtain
ガスカーテン機構2a,2bは図5に示す実施形態1のものと同等である。
筐体200が被処理物4の方向(矢印21の方向)に搬送される際、筐体200と被処理物4との相対位置が図示しない位置センサにより検出され、データ処理部6へ送られる。データ処理部6は検出された相対位置の変化に伴い、ガス噴出ノズル30a,30bの通路への噴射角度θa,θb(図5)を45°から60°の間の角度で変化させる。
The
When the
次に実施形態2におけるプラズマプロセス装置を用いたプラズマプロセス処理について説明する。
図2に示すように、被処理物4であるガラス基板をステージ14上に静止させ、筐体200が被処理物4の方向(矢印21の方向)へ移動し、プラズマ処理を行う。
ステージ14上に被処理物4を静止させることにより、被処理物4を搬送する場合に比べ、被処理物の平面度及び被処理物4と電極とのギャップの精度が高くなり、またギャップをより小さくすることができる。被処理物4と電極部19a間のギャップは約2mmとしている。
Next, a plasma process process using the plasma process apparatus according to the second embodiment will be described.
As shown in FIG. 2, the glass substrate that is the object to be processed 4 is stopped on the
By placing the
最初、図2に示す筐体200の右端が、被処理物4の先端(左端)からd=100mm以上離れた状態において、処理部22aへ、ヘリウムガス(流量Q1[He]=80L/分)、窒素ガス(流量Q1[N2]=40L/分)、酸素ガス(流量Q1[O2]=0.6L/分)を混合したプロセスガスを導入し、ガスカーテン機構2a,2bの噴射ノズル角度θa,θbを45度、ガスカーテン機構2a,2bの流量Q2,Q3を200L/分、排気機構3a,3bの流量Q4,Q5を130L/分に設定する。
First, helium gas (flow rate Q1 [He] = 80 L / min) is supplied to the
次に、筐体200が矢印21の方向へ移動し、d=100mmになるとθaが45度から60度に変更される。次に、d=0mmになると、Q1[O2]が0.6L/minから0.5L/minに、Q2,Q3が200L/minから220L/minに,Q4,Q5が130L/minから140L/minに、θaが60度から45度に変更される。
次に、被処理物4が電極部19aと対向する期間には、電源20aがオンになり、プラズマが生成される。そして、ガスカーテン機構2bが被処理物4の後端(右端)から離れると、Q1[O2]が0.5L/minから0.6L/minに、Q2,Q3が220L/minから200L/minに、Q4,Q5が140L/minから130L/minに変更される。この時、θbは45度から60度に変更された後、45度に変更される。
Next, when the
Next, during a period in which the
なお、これらの各設定値は、実施形態1と同様に予備工程で実験的に予め取得されたものである。
このようにしてプラズマ生成期間、つまり被処理物4の処理期間の酸素濃度が実施形態1と同様に所定値以下になり、良好なプラズマ処理が可能となる。
Note that each of these set values has been experimentally acquired in advance in a preliminary process as in the first embodiment.
In this way, the oxygen concentration in the plasma generation period, that is, the processing period of the
(実施形態3)
図3は、本発明の実施形態3によるプラズマプロセス装置の構成を説明する構成説明図である。このプラズマプロセス装置は、インライン方式の基板処理や、シート状、あるいは、ロール状の被処理物の処理をする装置である。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a configuration explanatory view illustrating the configuration of the plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. This plasma processing apparatus is an apparatus that performs inline substrate processing and processing of a sheet-shaped or roll-shaped workpiece.
図3に示すように、実施形態3によるプラズマプロセス装置は、筐体300と、上下に対向するプラズマ処理部22a,22b及び搬送機構13を備える。プラズマ処理部22a,22bは、それぞれ板状の被処理物4の上方、及び、下方に配置されている。被処理物4は搬送機構(コロ)13に搭載され、矢印21の方向へ搬送される。
筐体300は、ガスカーテン機構2a,2b,2c,2dと、排気処理機構3a,3b,3c,3dとを備える。
各ガスカーテン機構と、各排気機構とは、矢印21方向に50mmの距離を有している。
As shown in FIG. 3, the plasma processing apparatus according to the third embodiment includes a
The
Each gas curtain mechanism and each exhaust mechanism have a distance of 50 mm in the direction of
プラズマ処理部22a,22bにはそれぞれ電極部19a,19bが設置されている。電極部19a,19bには電源20a,20bが接続されて電力が供給されると共に、電極部19a,19bには後述するようにプロセスガス用配管18を介してプロセスガス用ガスボンベ11からプロセスガスが供給される。なお、プロセスガスとしては、ヘリウム,窒素,酸素の各ボンベを用意し、それらのボンベから供給されるガスを混合したものを用いるが、ここでは説明を簡単にするため、それらをまとめてプロセスガス用ガスボンベ11として説明する。
電極部19aと電極部19bで挟まれる空間をプラズマ生成領域1a、筐体300の両端の開口部1cからプラズマ生成領域1aまでの空間を通路(被処理物搬入・搬出路)1bとする。
電極部19a,19bにはそれぞれ複数の電極23が設置されている。電極部23は、実施形態1,2と同様に図8に示す構造を有する。
A space between the
A plurality of
図3に示すガス分析計5は、プラズマ処理部22a,22bから複数のガス分析用配管5aを介してプラズマ生成領域1a及び通路1b付近に存在するガスを採取し、ガス成分を計測し、検出データをデータ伝送線15を通じてデータ処理部(制御部)6に送る。データ処理部6はあらかじめ実験(予備工程)でこれらの検出データを取得しておく。
The
そして、本工程において、プロセスガス流量Q1、ガスカーテン機構2a〜2dのガスカーテン流量Q2a〜Q2d、及び、排気機構3a〜3dの排気流量Q3a〜Q3dを前記検出データを参照して設定する。同時に、データ処理部6は、各設定値を、プロセスガス流量調整機構9、ガスカーテン流量調整機構7、排気流量調整機構8に送り、流量を調整すると共に、電源20a,20bの出力調整と出力のオン・オフ制御と、搬送機構13の駆動制御を行うようになっている。
In this step, the process gas flow rate Q1, the gas curtain flow rates Q2a to Q2d of the
ガスカーテン用ガスは、カーテンガス用ガスボンベ10からカーテンガス用配管16、及び、ガスカーテン流量調整機構7を介してガスカーテン機構2a〜2dへ供給される。プラズマ生成領域1a及び通路1b付近に存在するガスは、排気機構3a〜3d、排気用配管17、及び、排気流量調整機構8、排気手段12を介して装置外へ排気される。プロセスガスは、プロセスガス用ガスボンベ11からプロセスガス用配管18、及び、プロセスガス流量調整機構9を介して電極部19a,19bへ供給される。
The gas curtain gas is supplied from the curtain
ここで、ガスカーテン機構2a,2b,2c,2dの詳細について説明する。図6は、実施形態3によるプラズマプロセス装置のガスカーテン機構2a〜2dのガス噴出ノズル30a〜30dの一例を示す説明図である。
図6のガスカーテン機構2a,2cは、ガス噴出ノズル30a,30cが筐体300の被処理物入口側の端部にあり、このガス噴出ノズル30a,30cから被処理物4に向けガスが噴出される。また、ガスカーテン機構2b,2dは、ガス噴出ノズル30b,30dが筐体300の被処理物出口側の端部にあり、ガス噴出ノズル30b,30dから筐体300の被処理物4に向けガスが噴出される。それにより、処理部22a,22bからのプロセスガスの流出が少なくなる。
Here, the details of the
In the
図7は、ガスカーテン機構2a〜2dのガス噴出ノズル30a〜30dの位置が図6と異なる例を示す図である。図7のガスカーテン機構2a〜2dも、上下に対向しているが、ガス噴出ノズル30a〜30dが筐体300の被処理物入口側端部および出口側端部よりも所定距離だけ奥へ引き込まれている。このようにすると被処理物4に対してカーテンガスが接する面積が広くなるため、外気混入防止効果が上昇する。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the positions of the
被処理物4が筐体300に対して矢印21の方向に搬送される際、筐体300と被処理物4との相対位置が図示しない位置センサにより検出され、データ処理部6へ送られる。データ処理部6は検出された相対位置の変化に伴い、ガスカーテン機構2a〜2dのガス噴出ノズル30a〜30dの角度(θa〜θd)を変化させる。
When the
次に実施形態3におけるプラズマプロセス装置を用いたプラズマプロセス処理について説明する。
被処理物4であるガラス基板は、搬送機構13によって筐体300(矢印21の方向)へ搬送され、プラズマ処理を行う。
Next, plasma process processing using the plasma process apparatus in the third embodiment will be described.
The glass substrate that is the object to be processed 4 is transported to the housing 300 (in the direction of the arrow 21) by the
最初、図3に示す被処理物4の先端(左端)が筐体300からd=100mm以上離れた状態で、プラズマ処理部22aへ、ヘリウムガス(流量Q1[He]=80L/分)、窒素ガス(流量Q1[N2]=40L/分)、酸素ガス(流量Q1[O2]=0.6L/分)を混合したプロセスガスを導入し、ガスカーテン機構2a〜2dの噴射ノズル角度θa=θb=θc=θd=45度、ガスカーテン機構2a〜2dの流量Q2a〜Q2dを200L/分、排気機構3a〜3dの流量Q3a〜Q3dを130L/分に設定する。
First, helium gas (flow rate Q1 [He] = 80 L / min), nitrogen, and nitrogen are supplied to the
次に、被処理物4が矢印21の方向へ移動し、d=100mmになるとθa,θcが45度から60度に変更される。そして、d=0mmになると、Q1[O2]が0.6L/minから0.5L/minに、Q2a〜Q2dが200L/minから300L/minに,Q3a〜Q3dが130L/minから140L/minに、θa,θcが60度から45度に変更される。
次に、被処理物4がプラズマ生成領域1aに入って出るまでの期間には、電源20a,20bがオンになり、プラズマが生成される。
Next, when the
Next, in a period until the
そして、ガスカーテン機構2b,2dから被処理物4の後端(右端)が離れると、Q1[O2]が0.5L/minから0.6L/minに、Q2a〜Q2dが300L/minから200L/minに、Q3a〜Q3dが140L/minから130L/minに変更される。そして、θb,θdは45度から60度に変更された後、再び45度に変更される。
When the rear end (right end) of the
なお、これらの各設定値は、実施形態1,2と同様に予備工程で実験的に予め取得されたものである。
このようにしてプラズマ生成期間、つまり被処理物4の処理期間の酸素濃度が実施形態1,2と同様に所定値以下になり、良好なプラズマ処理が可能となる。
These set values are experimentally acquired in advance in a preliminary process as in the first and second embodiments.
In this way, the oxygen concentration in the plasma generation period, that is, the processing period of the
100,200,300 筐体
1a プラズマ生成領域
1b 通路
1c 開口部
2a,2b,2c,2d ガスカーテン機構
3a,3b,3c,3d 排気機構
4 被処理物
5 ガス分析計
5a ガス分析用配管
6 データ処理部
7 ガスカーテン流量調整機構
8 排気流量調整機構
9 プロセスガス流量調整機構
10 カーテンガス用ガスボンベ
11 プロセスガス用ガスボンベ
12 排気手段
13 搬送機構
14 ステージ
15 データ伝送線
16 カーテンガス用配管
17 排気用配管
18 プロセスガス用配管
19a,19b 電極部
20a,20b 電源
22a,22b プラズマ処理部
23 電極
30a, 30b ガス噴射ノズル
100,200,300 housing
1a Plasma generation region
1b passage
1c opening
2a, 2b, 2c, 2d Gas curtain mechanism
3a, 3b, 3c, 3d Exhaust mechanism
4 Workpiece
5 Gas analyzer
5a Gas analysis piping
6 Data processing section
7 Gas curtain flow rate adjustment mechanism
8 Exhaust flow rate adjustment mechanism
9 Process gas flow rate adjustment mechanism
10 Gas cylinder for curtain gas
11 Gas cylinder for process gas
12 Exhaust means
13 Transport mechanism
14 stages
15 Data transmission line
16 Curtain gas piping
17 Exhaust piping
18 Process gas piping
19a, 19b Electrode section
20a, 20b power supply
22a, 22b Plasma processing section
23 electrodes
30a, 30b Gas injection nozzle
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-
2007
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