JP5088667B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関するものである。

プラズマを発生させ、そのプラズマにより被処理物である基板（ワーク）の表面を処理（プラズマ処理）し、基板の表面を表面処理するプラズマ処理装置が知られている。
このようなプラズマ処理装置は、対向配置される電極を有しており、対をなす電極同士の間に形成される間隙内に所定のガスを供給しつつ、これらの電極間に電圧を印加して放電を生じさせ、プラズマを発生させる。

発生したプラズマ中では、電界により加速された電子がガス分子と衝突し、励起分子、ラジカル原子、正イオン、負イオンなどの活性種を生成する。これら活性種を基板の表面に供給すると、この活性種の一部により基板の表面や表面付近で各種反応が生じることとなり、基板の表面が表面処理（分解・除去）されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
ところで、このプラズマ処理装置では、生成したプラズマが基板に到達するまでに、基底状態に戻り、基板の近傍では、プラズマの密度が低密度となる。その結果、エッチングレートが低下するという問題がある。

特開平２０００−５８５０８号公報

本発明の目的は、高密度のプラズマをワークに供給し得るプラズマ処理装置を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを供給して、前記プラズマによりワークの被処理面を表面処理するプラズマ処理装置であって、
下側開口と、該下側開口に連通するプラズマを生成するプラズマ生成空間とを備え、該プラズマ生成空間において前記プラズマを生成し、生成された前記プラズマを前記下側開口から前記ワークの前記被処理面に向けて放出するヘッドと、該ヘッドの前記プラズマ生成空間内に、前記プラズマを生成するためのガスを供給するガス供給手段と、を有し、前記ヘッドは、前記下側開口に向かって収斂する収斂形状をなす凹部を有する第１の電極と、前記凹部内に挿入・固定される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加する、電圧印加手段と、を有し、前記凹部の内周面は円錐台の側面形状であり、前記第２の電極の外周面は円錐状であり、前記内周面と前記外周面との間の空間に前記プラズマ生成空間を画成され、前記下側開口は前記円錐台の頂点に配置され、前記上側開口は前記円錐台の底面に配置され、
前記第１の電極の内周面および前記第２の電極の外周面のいずれか一方には、前記ヘッドの前記下側開口の方向に螺旋状の溝が形成され、他方には、前記溝に挿入されるように螺旋状の凸条が形成され、これらの間にガスの渦流が形成されることを特徴とする。

これにより、第１の電極の凹部は、鉛直下方に向かって漸減する。これにより、プラズマ生成空間内で生成したプラズマは、鉛直下方に向かって移動するに従ってその濃度が上昇する。このため、ヘッドの下側開口から放出されるプラズマを、高密度に維持することができる。その結果、ワークの被処理面を確実かつ迅速にプラズマ処理することができる。

本発明のプラズマ処理装置では、前記第１の電極の前記内周面と、前記下側開口の中心軸とのなす角度は、３０〜６０°であることが好ましい。
これにより、プラズマ生成空間内で生成したプラズマを効率よく下側開口に移動させることができる。その結果、下側開口から放出されるプラズマＰの密度の低下を防止または抑制することができる。

本発明のプラズマ処理装置では、前記ヘッドは、前記プラズマ生成空間に連通する上側開口を備え、
該上側開口の開口面積をＡ［ｃｍ^２］とし、下側開口の開口面積をＢ［ｃｍ^２］としたとき、Ａ／Ｂが、１．５〜２００程度なる関係を満足することが好ましい。
これにより、十分なプラズマＰを生成して、下側開口から放出されるプラズマの密度を、確実に高密度に維持することができる。

本発明のプラズマ処理装置では、前記ガスの流量は、３０ＳＣＣＭ〜２ＳＬＭであることが好ましい。
これにより、下側開口の周方向におけるプラズマの放出速度の確実な均一化を図りつつ、また、プラズマの放出速度を十分かつ確実に高めることができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記ガス供給手段は、前記ガスが前記第１の電極の前記内周面に沿って螺旋状に流れるように、前記ガスを前記プラズマ生成空間内に供給するように構成されていることが好ましい。
これにより、下側開口の周方向において均一にプラズマを放出することができる。また、螺旋状にガスを供給することにより、プラズマ生成空間内をガスが移動する距離を延長することができるとともに、プラズマ生成空間内にガスによる渦流が形成されることから、下側開口から放出するプラズマの速度を高めることができる。

本発明のプラズマ処理装置では、前記ガス供給手段は、前記ガスを前記プラズマ生成空間に連通する上側開口から供給するノズルを備え、該ノズルは、前記上側開口に沿って移動可能に設けられていることが好ましい。
かかる構成によれば、例えば、ノズルの移動速度を変更することにより、第１の電極の内周面に沿って螺旋状に供給されるガスの螺旋の角度を容易に調整することができる。その結果、プラズマ生成空間内におけるガスの滞在時間を延長させることができ、より確実にプラズマを生成することができる。

本発明のプラズマ処理装置では、前記ノズルの移動速度は、０．５〜５．０ｍ／分であることが好ましい。
これにより、下側開口の周方向におけるプラズマの放出速度をより確実に均一にすることができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記第２の電極は、前記外周面の下側端が前記下側開口から突出していないことが好ましい。
これにより、プラズマ生成空間で生成されたプラズマが、下側開口付近で混合された後にワークの被処理面に放出されることとなる。その結果、プラズマ生成空間の周方向において、たとえプラズマが不均一に生成されたとしても、ワークの被処理面に対して均一な濃度のプラズマを供給することができる。

本発明のプラズマ処理装置では、前記プラズマ生成空間において、前記第１の電極と前記第２の電極との間隙は、ほぼ一定であることが好ましい。
これにより、プラズマ生成空間で生成されるプラズマの濃度を、プラズマ生成空間の周方向でほぼ等しくすることができる。その結果、下側開口から放出されるプラズマの密度にバラツキが生じるのを防止することができ、ワークの被処理面のプラズマ処理をバラツキが生じることなく行うことができる。また、第１の電極と第２の電極との距離が短くなっている領域が形成され、この領域において、花火放電が生じるようになるのを確実に防止することができる。

本発明のプラズマ処理装置では、前記第１の電極の内周面および前記第２の電極の外周面のいずれか一方には、前記ヘッドの上下方向に沿って溝が形成され、他方には、前記溝に対応する凸条が形成されていることが好ましい。
これにより、第１の電極の内周面と第２の電極の外周面とが対向する面積をより増大させることができる。このため、プラズマをより効率よく生成することができる。さらに、生成したプラズマを溝に沿って下側開口に効率よく移動させることができるようになる。

本発明のプラズマ処理装置では、前記下側開口の中心軸を中心に放射状に位置するように、前記溝が複数形成されていることが好ましい。
これにより、下側開口から放出されるプラズマが、周方向において不均一となるのを防止または抑制することができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記溝同士のなす角度は、ほぼ等しいことが好ましい。
これにより、下側開口から放出されるプラズマが、周方向において不均一となるのをより確実に防止することができる。

本発明のプラズマ処理装置では、前記溝は、その幅が下側に向かって小さくなっていることが好ましい。
これにより、プラズマが下方に向かって移動する際に、その密度をより容易かつ確実に高めることができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記溝は、下側に向かって湾曲していることが好ましい。
これにより、プラズマ生成空間内をガスが移動する距離を延長することができるとともに、プラズマ生成空間内にガスによる渦流が形成されることから、下側開口から放出するプラズマの速度を高めることができる。

以下、本発明のプラズマ処理装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態を模式的に示す図（一部断面を示す）である。なお、以下の説明では、図１中の左右方向を「水平方向」または「ｘ軸方向」、図１の紙面前後方向を「水平方向」または「ｙ軸方向」、図１の上下方向を「垂直方向」または「ｚ軸方向」と言う。また、図１中の上方を「上」、下方を「下」という。

本発明のプラズマ処理装置は、ワークにプラズマを供給して、このプラズマによりワークの被処理面に対して、例えば、プラズマＣＶＭ（Chemical Vaporization Machining）のようなエッチング処理およびアッシング処理や、親水処理、撥水処理および成膜処理等の各種プラズマ処理を施すことにより、被処理面に表面処理を行うものである。
以下では、このプラズマ処理装置１により、ワークＷの被処理面に対してプラズマ処理を施し、その被処理面を分解・除去するエッチング処理を一例に説明する。

図１に示すように、プラズマ処理装置１は、ワーク（被処理基板）Ｗを搬送する搬送装置２と、搬送装置２の上方に配置されたヘッド１０と、ヘッド１０にガスＧを供給するガス供給手段５と、ヘッド１０に電圧を印加する電圧印加手段３とを有している。以下、プラズマ処理装置１の各部の構成について順次説明する。
まず、プラズマ処理装置１によりプラズマ処理が施されるワークＷについて説明する。

ワークＷは、図１に示すように、移動ステージ２０に載置された状態で、本発明のプラズマ処理装置１により、所定の処理（本実施形態では、被処理面がエッチング）がなされる。
このワークＷとしては、特に限定されないが、例えば、アルミナ、シリカ、チタニアのような無機酸化物材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイミド、エポキシ樹脂のような各種プラスチック（樹脂材料）、石英ガラス、無アルカリガラスのようなガラス材料等を主材料として構成されるものが挙げられる。

ワークＷの形状としては、板状（基板）、層状、フィルム状等が挙げられる。このようなワークＷとしては、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等に用いられるディスプレイパネル、ガラスチップ、半導体チップ、水晶振動子等に用いられるセラミックスチップ等が挙げられる。
また、ワークＷの形状（平面視での形状）は、四角形のものに限らず、例えば円形および楕円形等のものであってもよい。
ワークＷの厚さは、特に限定されないが、通常は、０．０３〜１．２ｍｍ程度であるのが好ましく、０．０５〜０．７ｍｍ程度であるのがより好ましい。

このワークＷは、搬送装置２が備える移動ステージ２０に載置される。
移動ステージ２０は、搬送装置２が有する移動手段（図示せず）の作動により、ワークＷをｘ軸方向およびｙ軸方向に移動することができる。
移動ステージ２０（ワークＷ）とヘッド１０と間の距離Ｄ（図１中、ｚ軸方向の距離）は、後述する電源３０の出力や、ガスＧおよびワークＷの種類等を考慮して適宜決定される。具体的には、距離Ｄは、０．1〜２ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５〜１ｍｍ程度であるのがより好ましい。後述するような構成のヘッド１０を用いることにより、第１の電極１１の下面に下側開口１０１を設けることができるため、距離Ｄを前記のように十分に小さくすることができる。このため、ワークＷとヘッド１０との間でプラズマＰが基底状態に戻ること（失活）を防止または抑制することができる。これにより、高密度なプラズマＰをワークＷの被処理面に対して、確実に供給することができる。

ヘッド１０は、全体として円盤状をなしており、その下面に開口する下側開口１０１と、この下側開口１０１に連通し、プラズマＰを生成するプラズマ生成空間１０２とを備えている。本実施形態では、図１に示すように、下側開口１０１は、下面のほぼ中心部で開口している。
このヘッド１０は、プラズマ生成空間１０２においてプラズマＰを生成し、生成されたプラズマＰを下側開口１０１からワークＷの被処理面に向けて放出する。

本実施形態のヘッド１０は、内周面１１１を備え、その全体形状が円筒状の第１の電極１１と、この第１の電極１１の内側に設けられ、内周面１１１に対応する形状の外周面１２１を備える第２の電極１２とで構成されている。
第１の電極１１では、図１に示すように、下側開口１０１に向かって収斂する収斂形状をなす凹部を有している。すなわち、この凹部の内周面１１１で規定される空間（内側空間）の横断面積が上側から下側に向かって漸減しており、内周面１１１が円錐台（すり鉢状）の側面形状をなしている。

一方、第２の電極１２は、内周面１１１の形状に対応するように、全体として円錐状をなしており、その側面も円錐状をなしている。すなわち、内周面１１１で規定される空間（内側空間）の形状に対応するように、第２の電極１２も、その断面積が上側から下側に向かって漸減している。この第２の電極１２が第１の電極１１の内側空間内に挿入・固定されている。

ここで、第２の電極１２の容積は、第１の電極１１の内周面１１１で規定される内側空間の容積より小さく設定されている。これにより、第２の電極１２を第１の電極１１の内側空間内に配置した状態（ヘッド１０の組立状態）において、内周面１１１（第１の電極１１）と外周面１２１（第２の電極１２）との間には、これらによって規定される空間（間隙）、すなわち、プラズマ生成空間１０２が画成されている。なお、第２の電極１２は、第１の電極１１の内部空間内で固定されるが、この固定は、例えば、内部空間内に設けられた図示しない、誘電体材料や絶縁性材料等で構成される固定部材により行うことができる。

このプラズマ生成空間１０２は、その下端が下側開口１０１で開口（開放）し、その上端が上側開口１０３で開口（開放）している。すなわち、プラズマ生成空間１０２は、下側開口１０１および上側開口１０３の双方に連通している。この下側開口１０１は、その形状が円錐台の頂点付近の形状に対応し、上側開口１０３は、その形状が円錐台の底面の縁部の形状に対応して形成されている。

このような構成により、プラズマ生成空間１０２の断面積（垂直方向に直交する方向での断面積）は、鉛直下方に向かって漸減する。これにより、プラズマ生成空間１０２内で生成したプラズマＰは、鉛直下方に向かって移動するに従ってその濃度が上昇する。このため、たとえプラズマ生成空間１０２内を移動するプラズマＰのうちの一部がワークＷに到達するまでに、基底状態に戻ったとしても、ヘッド１０の下側開口１０１から放出されるプラズマＰを、高密度に維持することができる。その結果、ワークＷの被処理面を確実かつ迅速に処理することができる。

また、このような構成によれば、第１の電極１１と第２の電極１２との間に印加する電圧の値が低い場合でも、プラズマ生成空間１０２内において十分に高密度なプラズマＰを生成することができるという利点もある。
なお、第１の電極１１の凹部の形状は、収斂形状をなしていればよく、図１に示すような円錐状のものに限らず、例えば、ロート状、放物面状、砲弾型状のような回転体の他、四角錐のような角錐状のものであってもよい。

図１に示すように、第１の電極１１の内周面１１１と、下側開口１０１（第１の電極１１の内側空間）の中心軸Ｏ（垂直方向）とのなす角度θ_１は、特に限定されないが、１５〜８５°程度であるのが好ましく、３０〜６０°程度であるのがより好ましい。第１の電極１１の内周面１１１と下側開口１０１の中心軸Ｏとのなす角度θ_１が、前記下限値未満の場合には、プラズマ生成空間１０２の断面積が鉛直下方に向かって漸減する漸減率が低下して、プラズマＰの濃度上昇が十分に得られないおそれがある。また、前記角度θ_１が、前記上限値を超えて大きくなると、ヘッド１０の平面視での面積が大きくなり、好ましくない。また、前記角度を前記範囲に設定することにより、プラズマ生成空間１０２内で生成したプラズマＰを効率よく下側開口１０１に移動させることができる。その結果、下側開口１０１から放出されるプラズマＰの密度の低下を防止または抑制することができる。

また、第１の電極１１と第２の電極１２との間隙、すなわちプラズマ生成空間１０２の幅は、ほぼ一定となっている。これにより、プラズマ生成空間１０２で生成されるプラズマＰの濃度を、プラズマ生成空間１０２の周方向でほぼ等しくすることができる。その結果、下側開口１０１から放出されるプラズマＰの密度（濃度）にバラツキが生じるのを防止することができ、ワークＷの被処理面の処理をバラツキが生じることなく行うことができる。また、第１の電極１１と第２の電極１２との距離が短くなっている領域が形成され、この領域において、花火放電が生じるようになるのを確実に防止することができる。

また、上側開口１０３の開口面積をＡ［ｃｍ^２］とし、下側開口１０１の開口面積をＢ［ｃｍ^２］としたとき、Ａ／Ｂが、１．５〜２００程度なる関係を満足するのが好ましく、１０〜１００程度なる関係を満足するのがより好ましい。Ａ／Ｂの大きさを前記範囲に設定することにより、十分なプラズマＰを生成して、下側開口１０１から放出されるプラズマＰの密度を、確実に高密度に維持することができる。

また、第２の電極１２は、その外周面１２１の下側端すなわち円錐の頂点が、下側開口１０１から突出しているものであってもよいが、本実施形態では、図１に示すように、下側開口１０１から突出していない。かかる構成とすることにより、プラズマ生成空間１０２で生成されたプラズマＰが、下側開口１０１付近で混合された後にワークＷの被処理面に放出されることとなる。その結果、プラズマ生成空間１０２の周方向において、たとえプラズマＰが不均一に生成されたとしても、ワークＷの被処理面に対して均一な濃度のプラズマＰを供給することができる。

このような第１の電極１１および第２の電極１２の構成材料としては、それぞれ、例えば、銅、アルミニウム、鉄、銀のような金属単体、ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム合金のような各種合金、金属間化合物、各種炭素材料等の導電性が良好な導電性材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、第１の電極１１の構成材料は、第２の電極１２の構成材料と同一であっても、異なっていてもよい。

なお、ヘッド１０は、上述したような平面視で円形をなすものに限定されず、例えば、平面視で四角形状をなすものであってもよい。すなわち、図１に示す縦断面形状を、ｙ軸方向に引き伸ばしたような形状をなすものであってもよい。
この四角形状としては、例えば、正方形状、長方形状、帯形状（一辺に対して直交する一辺が極めて長い形状）等が挙げられる。平面視で帯形状をなすヘッド１０を用いることにより、ライン状にワークＷの被処理面を処理できる。この場合、ワークＷの一辺より下側開口１０１の長さを長く設定することにより、ヘッド１０に対して一方向（例えば、ｘ軸方向）へワークＷを相対的に移動するだけで、ワークＷの全面を処理することができる。

また、第１の電極１１の内周面１１１および第２の電極１２の外周面１２１には、それぞれ、誘電体材料を含む誘電体層を設けるようにしてもよい。
この誘電体層を設けることにより、第１の電極１１と第２の電極１２との間に電圧を印加して、プラズマ生成空間１０２内においてプラズマＰを発生させる際に、アーク放電が発生するのを防止でき、良好（均一）なグロー放電を生じさせることができる。その結果、プラズマ生成空間１０２内において良好なプラズマを生成することができる。また、上述したような構成のヘッド１０においては、下側開口１０１の縁部に対向する第２の電極１２が、誘電体層で覆われている。そのため、第１の電極１１の下面に誘電体層が存在しなくても、第１の電極１１の下面と第２の電極１２の外周面１２１との間で、アーク放電が発生するのを確実に防止することができる。

誘電体層の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレートのようなプラスチック（樹脂材料）、石英ガラスのような各種ガラスおよび無機酸化物等が挙げられる。なお前記無機酸化物としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２等の金属酸化物、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）等の複合酸化物等が挙げられる。

誘電体層の厚さは、特に限定されないが、０．０１〜４．０ｍｍ程度であるのが好ましく、１．０〜２．０ｍｍ程度であるのがより好ましい。誘電体層の厚さが厚すぎると、プラズマ（所望の放電）を発生させるために高電圧を要することがあり、また、薄すぎると、電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生するおそれがある。
ここで、誘電体層の構成材料として、２５℃における比誘電率が１０以上である誘電体を用いれば、低電圧で高密度のプラズマを発生させることができ、プラズマ処理の処理効率がより向上するという利点がある。

また、使用可能な誘電体の比誘電率の上限は特に限定されないが、比誘電率が１０〜１００程度のものが好ましい。比誘電率が１０以上である誘電体には、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２等の金属酸化物、ＢａＴｉＯ_３等の複合酸化物が該当する。
このようなヘッド１０には、第２の電極１２をｚ軸方向（ワークＷの被処理面に対してほぼ直交する方向）に移動可能な移動手段を設けるようにしてもよい。かかる構成とすれば、第１の電極１１と第２の電極１２との離間距離を所望の大きさに設定することができ、これら電極１１、１２間で発生するプラズマＰの密度を調整することができるとともに、下側開口１０１から放出（噴出）されるプラズマＰの流速を調整することができる。なお、この移動手段は、後述するノズル５０から供給されるガスＧの流量と同期して動作するように設けられていてもよいし、同期していなくてもよい。

また、ヘッド１０には、図１に示すように、電圧印加手段３が接続されている。
この電圧印加手段３は、電源（例えば、高周波電源）３０と、電源３０と第１の電極１１および第２の電極１２とを接続する導線（ケーブル）３１と、電源３０と第１の電極１１とを接続する導線３１の途中に設けられたスイッチ３２とを有している。また、電圧印加手段３は、導線３１を介してアース（接地）されている。

かかる構成とすることにより、スイッチ３２を閉じると、導線３１が導通状態（通電状態）となり、第１の電極１１と第２の電極１２との間に、すなわち、プラズマ生成空間１０２内に電界が発生する。このとき、後述するガス供給手段５により、プラズマ生成空間１０２内に、ガスが供給されると放電が生じてプラズマが発生する。
一方、スイッチ３２が開くと、導線３１が非導通状態（切電状態）となり、第１の電極１１と第２の電極１２との間に、すなわち、プラズマ生成空間１０２内に電界は発生しない。

この電源３０の周波数は、特に限定されないが、高周波電源の場合、１０〜５０ＭＨｚであるのが好ましく、１０〜４０ＭＨｚであるのがより好ましい。
なお、図示されていないが、電圧印加手段３は、電源３０の周波数を変える周波数調整手段（回路）や、電源３０のパワー（電力）調整手段を有していてもよい。これにより、必要に応じ、ワークＷに対する処理の処理条件を調整することができる。

ヘッド１０のプラズマ生成空間１０２内には、ガス供給手段５によりガスＧが供給される。
このガス供給手段５は、ノズル５０と、このノズル５０にガス管（配管）５４を介して接続されたガス供給源５１と、ガス管５４の途中に接続されたレギュレータ（流量調整手段）５２およびバルブ（流路開閉手段）５３とを有している。なお、レギュレータ５２は、バルブ５３よりガス供給源５１（上流側）に配置されている。
ガス供給源５１は、ガスＧを充填するガスボンベであり、ガス管５４を介してノズル５０に供給する。そして、ガスＧをノズル５０からプラズマ生成空間１０２内に供給する。レギュレータ５２は、ガス供給源５１から供給されるガスＧの流量を調整する。バルブ５３は、レギュレータ５２より下流端側に設けられ、ガス管５４内の流路を開閉する。

プラズマ生成空間１０２内にバルブ５３を開放してガスＧを供給すると、第１の電極１１と第２の電極１２との間に電圧を印加することにより生じた電界により、放電、すなわち、グロー放電（バリア放電）が生じる。その結果、ガスＧが活性化（電離、イオン化、励起等）され、プラズマ生成空間１０２内においてプラズマＰが生成する。生成したプラズマＰは、ノズル５０の下側開口１０１から、ステージ２０上に載置されたワークＷの被処理面に向かって放出され、その結果、ワークＷの被処理面が分解・除去（表面処理）される。

また、ノズル５０は、図示しない移動手段により、プラズマ生成空間１０２の上側開口１０３に沿って移動可能に設けられている。このため、ガス供給手段５は、ガスＧが第１の電極１１の内周面１１１に沿って螺旋状（旋回状）に流れるように、ガスＧをプラズマ生成空間１０２内に供給することができる。これにより、下側開口１０１の周方向において均一にプラズマＰを放出することができる。また、螺旋状にガスＧを供給することにより、プラズマ生成空間１０２内をガスＧが移動する距離を延長することができるとともに、プラズマ生成空間１０２内にガスＧによる渦流が形成されることから、下側開口１０１から放出するプラズマＰの速度を高めることができる。

なお、ガスＧが第１の電極１１の内周面１１１に沿って螺旋状に流れるように、ガスＧをプラズマ生成空間１０２内に供給するには、例えば、ノズル５０をヘッド１０の上面に対して、傾斜して固定的に配設するようにしてもよい。
ただし、本実施形態の構成とすれば、例えば、ノズル５０の移動速度を変更することにより、第１の電極１１の内周面１１１に沿って螺旋状に供給されるガスＧの螺旋の角度を容易に調整することができるという利点も得られる。その結果、プラズマ生成空間１０２内におけるガスＧの滞在時間を延長させることができ、より確実にプラズマＰを生成することができる。

ノズル５０の移動速度は、特に限定されないが、０．５〜５．０ｍ／分程度であるのが好ましく、１．０〜３．５ｃｍ／分程度であるのがより好ましい。ノズル５０の移動速度を前記範囲とすることにより、下側開口１０１の周方向におけるプラズマＰの放出速度をより確実に均一にすることができる。
また、ガスＧの流量は、特に限定されないが、３０ＳＣＣＭ〜２ＳＬＭ程度であるのが好ましく、５０ＳＣＣＭ〜１ＳＬＭ程度であるのがより好ましい。ガスＧの流量を前記範囲とすることにより、下側開口１０１の周方向におけるプラズマＰの放出速度の確実な均一化を図りつつ、プラズマＰの放出速度を十分かつ確実に高めることができる。

なお、ノズル５０は、図１に示すように１つ設けられている場合に限定されず、複数本設けられていてもよい。このようにノズル５０を複数本設ける構成とすることにより、プラズマＰがプラズマ生成空間１０２内を鉛直下方に向かって移動することによる得られる、プラズマＰの濃度上昇をより確実に得ることができる。
このようなプラズマ処理に用いるガスＧが含む処理ガスには、処理目的により種々のガスを用いることができる。

（ａ）本実施形態のように、ワークＷの被処理面をエッチング（またはダイシング）することを目的とする場合、例えば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＣｌＦ_３、ＳＦ_６等のフッ素原子含有化合物ガスやＣｌ_２、ＢＣｌ_３、ＣＣｌ_４等の塩素原子含有化合物ガスなどの各種ハロゲン系ガスが用いられる。
また、その他の処理目的の場合には、目的別に以下示すような処理ガスを用いることができる。

（ｂ）ワークＷの被処理面を加熱することを目的とする場合、例えば、Ｎ_２、Ｏ_２等が用いられる。
（ｃ）ワークＷの被処理面を撥水（撥液）化することを目的とする場合、例えば、前記フッ素原子含有化合物ガスが用いられる。
（ｄ）ワークＷの被処理面を親水（親液）化することを目的とする場合、例えば、Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ、空気等の酸素原子含有化合物、Ｎ_２、ＮＨ_３等の窒素原子含有化合物、ＳＯ_２、ＳＯ_３等の硫黄原子含有化合物が用いられる。これにより、ワークＷの被処理面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の親水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親水性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタクリル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親水性重合膜を堆積（形成）することもできる。

（ｅ）ワークＷの被処理面に電気的、光学的機能を付加することを目的とする場合、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２等の金属酸化物薄膜をワークＷの被処理面に形成するために、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｎ等の金属の金属−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコキシド（有機金属化合物）等が用いられる。
（ｆ）レジスト処理や有機物汚染の除去を目的とする場合は、例えば酸素系ガスが用いられる。

このようなガスＧには、一般に、上記処理ガスとキャリアガスとからなる混合ガス（以下、単に「ガス」とも言う）が用いられる。なお、「キャリアガス」とは、放電開始と放電維持のために導入するガスのことを言う。
この場合、ガスボンベ５１内に、混合ガス（処理ガス＋キャリアガス）をガスＧとして充填して用いてもよいし、処理ガスとキャリアガスとがそれぞれ別のガスボンベに充填され、ガス管５４の途中でこれらが所定の混合比で混合されるような構成であってもよい。

キャリアガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の希ガスを用いることができる。これらは、単独でも２種以上を混合した形態でも用いることができる。
混合ガス中における処理ガスの占める割合（混合比）は、処理の目的によっても若干異なり、特に限定されないが、例えば、混合ガス中の処理ガスの割合が０．１〜１０％程度であるのが好ましく、０．３〜４％程度であるのがより好ましい。これにより、効率的に放電が開始され、処理ガス（ガスＧ）により、所望のプラズマ処理をすることができる。

次に、ワークＷの被処理面をエッチング（分解・除去）する際のプラズマ処理装置１の作用（動作）について説明する。
［１］ まず、図１に示すように、移動ステージ２０にワークＷを載置する。
［２］ 次に、電源３０を作動させて、スイッチ３２を閉じることにより、第１の電極１１と第２の電極１２との間に電圧を印加する。このとき、第１の電極１１と第２の電極１２との間、すなわちプラズマ生成空間１０２内には、電界が発生する。

［３］ 次に、プラズマ生成空間１０２内に電界が発生した状態で、図１に示すように、ガス供給手段５を作動させてガスＧを通過させる（供給する）。このとき、電界の作用によりと、ガスが活性化されてプラズマ生成空間１０２内にプラズマＰが生成する。
このプラズマＰは、下方に向うにつれて、その密度が高まり、高密度のプラズマＰが下側開口１０１から放出される。

［４］ 次に、搬送装置２を作動させる。これにより、移動ステージ２０の移動に伴って、ワークＷが２次元方向（ｘ−ｙ方向）に移動する。これにより、ワークＷの被処理面の全体をエッチング（表面処理）することができる。
なお、ワークＷの２次元方向に対する移動速度は、予め実験的に測定しておいた、ワークＷの移動速度と、ワークＷのエッチング速度（エッチング量）との関係に基づいて決定される。
以上のように、本発明によれば、下側開口１０１から高密度のプラズマＰを放出することができる。このため、ワークＷの被処理面を迅速かつ確実に処理することができる。その結果、ワークＷの処理に要する時間およびコストの低減を図ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明のプラズマ処理装置の第２実施形態について説明する。
図２は、本発明のプラズマ処理装置の第２実施形態が有するノズルを上方から見た図、図３は、図２に示すノズルの第２の電極を取り外した状態を上方から見た図である。
以下、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。

第２実施形態では、ヘッド１０およびノズル５０の構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態と同様である。
図２に示すように、ノズル５０がプラズマ生成空間１０２の上側開口１０３に沿って、ほぼ等間隔（９０°の等間隔）で４つ、ヘッド１０に対して固定的に設けられている。
また、図２および図３に示すように、ヘッド１０は、第１の電極１１の内周面１１１において、ヘッド１０の上下方向に沿って溝１１２が形成され、第２の電極１２の外周面１２１において、溝１１２に対応する凸条（リブ）１２２が形成されている。

本実施形態では、８つの溝１１２が内周面１１１の周方向に沿って、それぞれ、形成されている。すなわち、各溝１１２は、下側開口１０１の中心軸Ｏを中心に放射状に位置している。そして、各溝１１２内には、それぞれ、各凸条１２２が挿入されている。
このような構成により、第１の電極１１の内周面１１１と第２の電極１２の外周面１２１とが対向する面積をより増大させることができる。このため、プラズマＰをより効率よく生成することができる。

また、複数の溝１１２が第１の電極１１の内周面１１１に形成されていることにより、生成したプラズマＰを溝１１２に沿って下側開口１０１に効率よく移動させることができるようになる。
特に、本実施形態では、溝１１２は、その幅が下側（下側開口１０１）に向かって小さくなっている。これにより、プラズマＰがヘッド１０の下方に向かって移動する際に、その密度をより容易かつ確実に高めることができる。

さらに、複数の溝１１２が下側開口１０１の中心軸Ｏを中心に放射状に形成されていることにより、下側開口１０１から放出されるプラズマＰが、周方向において不均一となるのを防止または抑制することができる。
かかる観点からは、溝１１２同士のなす角度θ_２は、ほぼ等しいのが好ましい。これにより、下側開口１０１から放出されるプラズマＰが、周方向において不均一となるのをより確実に防止することができる。

なお、第２の電極１２の外周面１２１に溝を形成し、第１の電極１１の内周面１１１には、溝に対応する凸条を形成するようにしてもよい。
また、各ノズル５０が前記第１実施形態と同様に、プラズマ生成空間１０２の上側開口１０３に沿って移動可能となってよってもよい。
また、本実施形態の溝１１２は、その横断面（長手方向に垂直な方向における断面）の縁部がコ字状（矩形状）をなしていたが、その他、例えば、半円形状、Ｕ字状、Ｖ字状等であってもよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明のプラズマ処理装置の第３実施形態について説明する。
図４は、本発明のプラズマ処理装置の第３実施形態が有するヘッドから第２の電極を取り外した状態を上方から見た図である。
以下、第３実施形態について説明するが、前記第２実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。

第３実施形態では、ヘッド１０の構成が異なり、それ以外は、前記第２実施形態と同様である。
本実施形態では、８つの溝１１２が内周面１１１の周方向に沿って、直線状に形成されているのに代えて、長手方向に湾曲して形成されている。そして、各溝１１２内には、それぞれ、湾曲状に形成された各凸条１２２が挿入されている。

このような構成により、プラズマ生成空間１０２内をガスＧが移動する距離を延長することができるとともに、プラズマ生成空間１０２内にガスＧによる渦流が形成されることから、下側開口１０１から放出するプラズマＰの速度を高めることができる。このため、プラズマＰをより効率よく生成することができるとともに、ワークＷの被処理面に供給されるプラズマＰの濃度を高くすることができる。
なお、溝１１２は、長手方向に湾曲する場合の他、螺旋状に形成されていてもよい。

以上、本発明のプラズマ処理装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、前述した各実施形態の任意の２以上の構成を組み合わせるようにしてもよい。
また、印加電極に印加される電圧は、高周波によるものに限られず、例えば、パルス波やマイクロ波によるものであってもよい。
また、ワークが固定され、ヘッドが移動するよう構成されていてもよく、ワークおよびヘッドの双方が移動可能となっていてもよい。

本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態について説明する。 本発明のプラズマ処理装置の第２実施形態が有するヘッドを上方から見た図である。 図２に示すヘッドの第２の電極を取り外した状態を上方から見た図である。 本発明のプラズマ処理装置の第３実施形態が有するヘッドから第２の電極を取り外した状態を上方から見た図である。

符号の説明

１……プラズマ処理装置 ２……搬送装置 １０……ヘッド １０１……下側開口 １０２……プラズマ生成空間 １０３……上側開口 １１……第１の電極 １１１……内周面 １１２……溝 １２……第２の電極 １２１……外周面 １２２……凸条 ２０……移動ステージ ３……電圧印加手段 ３０……電源 ３１……導線 ３２……スイッチ ５……ガス供給手段 ５０……ノズル ５１……ガス供給源 ５２……レギュレータ ５３……バルブ ５４……ガス管 Ｇ……ガス Ｐ……プラズマ Ｗ……ワーク

Claims (9)

1. プラズマを供給して、前記プラズマにより被処理面を表面処理するプラズマ処理装置であって、
   上側開口と、下側開口と、前記上側開口から前記下側開口に連通するプラズマを生成するプラズマ生成空間とを備え、該プラズマ生成空間において前記プラズマを生成し、生成された前記プラズマを前記下側開口から前記被処理面に向けて放出するヘッドと、前記ヘッドの前記プラズマ生成空間に、前記プラズマを生成するためのガスを供給するガス供給手段と、を有し、 前記ヘッドは、前記下側開口に向かって収斂する収斂形状をなす凹部を有する第１の電極と、前記凹部内に挿入・固定される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加する、電圧印加手段と、を有し、
   前記凹部の内周面は円錐台の側面形状であり、前記第２の電極の外周面は円錐状であり、前記内周面と前記外周面との間の空間に前記プラズマ生成空間を画成され、
   前記下側開口は前記円錐台の下側底面に配置され、前記上側開口は前記円錐台の上側底面に配置され、
   前記第１の電極の内周面および前記第２の電極の外周面のいずれか一方には、前記ヘッドの前記下側開口の方向に螺旋状の溝が形成され、他方には、前記溝に挿入されるように螺旋状の凸条が形成され、前記第１の電極と前記第２の電極との間にガスの渦流が形成されることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記ヘッドは、前記プラズマ生成空間に連通する上側開口を備え、
   前記上側開口の開口面積をＡ［ｃｍ２］とし、前記下側開口の開口面積をＢ［ｃｍ２］としたとき、Ａ／Ｂが、１．５〜２００程度なる関係を満足する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ガス供給手段は、前記ガスが前記螺旋状の溝および前記螺旋状の凸条に沿って、前記ガスを前記プラズマ生成空間に供給する構成である請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記ガス供給手段は、前記ガスを前記プラズマ生成空間に連通する前記上側開口から供給するノズルを備え、該ノズルは、前記上側開口に沿って移動可能に設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第２の電極において、前記外周面の、前記上側開口側の端が、前記上側開口から突出していない請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記プラズマ生成空間において、前記第１の電極と前記第２の電極との間隙が一定である請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第２の電極は円錐形状であり、前記第２の電極の円錐角は、３０〜６０°である請求項１ないし６のいずれかにに記載のプラズマ処理装置。
8. 前記螺旋状の溝および前記螺旋状の凸条の幅が上側開口側に向かって小さくなっている請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
9. 前記螺旋状の溝および前記螺旋状の凸条が複数形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
   

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