JPH11297677A - プラズマ表面処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数の被処理物を一度に且つ均一に処理する
ことができるとともに、反応室内への被処理物の搬入や
反応室からの被処理物の搬出を容易に且つ短時間で行な
うことのできるプラズマ表面処理装置を提供する。 【解決手段】 導電性材料から成る外枠１５１及び棚板
１５２から成るマガジン１５を反応室１３内のＲＦ電極
１４上に載置すると、ＲＦ電極１４とマガジン１５は電
気的に接続された状態となる。ＲＦ電極１４に高周波電
源６１から高周波電力を供給すると、マガジン１５に搭
載された全ての棚板１５２が、ＲＦ電極１４と同様にガ
スを電離させる電極として機能する。こうしてマガジン
１５内に生成されたプラズマの作用により、棚板１５２
に載置された全ての被処理物２２が一括処理される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップ、小
物機械電気部品等の表面に成膜、エッチング、清浄等の
プラズマを用いた各種処理を施すプラズマ表面処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板や小物機械電気部品、光学プ
ラスチック部品等の表面に導体層や絶縁層を成膜・積層
したり、逆に、半導体基板の表面や積層物の表面をエッ
チングするために、プラズマを用いて処理することは現
在極めて広く行なわれている。また、近年では基板等の
表面の汚れを除去するための洗浄にも、従来のフロン等
を用いたウェット処理に代わってプラズマによるドライ
クリーニング処理が広く用いられるようになりつつあ
る。

【０００３】プラズマによる表面処理の原理は次のよう
に説明される。すなわち、高周波電源（ＲＦ電源）に接
続された電極（ＲＦ電極）及びアースされた電極（接地
電極）から成る一対の電極を密閉可能な反応室内に配置
し、該反応室から空気を十分に除去する。この状態で、
反応室内に反応ガス（Ａｒ、Ｏ₂等）を供給しつつ、Ｒ
Ｆ電源を起動することによりＲＦ電極に高周波（通常１
３．５６ＭＨｚ）で電力を供給すると、電極間に反応ガ
スの低温プラズマ（陽イオン及び電子）とラジカル種が
生成される。ここで、イオンと電子の易動度の違いによ
り、電子はＲＦ電極に捕集されて該ＲＦ電極を相対的に
負に帯電させる（自己バイアス）一方、ラジカル種及び
陽イオンは容易には電極に捕集されずにプラズマ中を運
動する。このプラズマ中に被処理物を配すると、プラズ
マ中で運動するラジカル種や陽イオンが被処理物の表面
に衝突又は接触する。こうして、被処理物の表面処理
（クリーニング、エッチング、成膜等）が行なわれるの
である。

【０００４】プラズマ処理の方法にはいくつかの形態
（モード）があるが、そのうちの２つ、反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）モード及びプラズマエッチング（Ｐ
Ｅ）モードについて図６及び図７を参照しながら説明す
る。なお、図６及び図７において、符号６１はＲＦ電
源、符号６２はＲＦ電極、符号６３は接地電極、符号６
４はコンデンサ、符号６５は被処理物を示す。

【０００５】ＰＥモードでは、図６に示すように、板状
に成形された接地電極６３の上に被処理物６５を載置し
た状態でプラズマを発生させる。すると、陽イオンは負
に帯電したＲＦ電極６２により引き寄せられるため、被
処理物６５の表面には主としてラジカル種が衝突又は接
触することになる。一方、ＲＩＥモードでは、図７に示
すように、板状に成形されたＲＦ電極６２の上に被処理
物６５を載置した状態で、上記のように電極間にプラズ
マを発生させる。すると、負に帯電したＲＦ電極６２に
より引き寄せられる陽イオンが被処理物６５の表面に衝
突する。ＲＩＥモードとＰＥモードと比較すると、ＲＩ
Ｅモードはイオン衝撃による物理的で高速な表面処理に
適している。一方、ＰＥモードは低速でラジカル種によ
る化学的で穏やかな表面処理に適している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図６又は図７に示した
ように電極板上に被処理物を載置する構成のプラズマ表
面処理装置は、電極板上に一度に載置可能な被処理物の
数が少ない。このため、多数の被処理物を処理するに
は、被処理物の搬入、反応室の真空引き、プラズマ処
理、反応室の開放、被処理物の搬出、という一連の行程
を繰り返さなければならず、時間がかかり、生産性が著
しく低くなるという問題が生じる。

【０００７】もちろん、階層的に配置された複数の棚板
を備える棚（以下、マガジンと呼ぶ）を用いれば、一度
に多数の被処理物を反応室内に収納してプラズマに晒す
ことは可能である。しかし、特にＲＩＥモードで処理を
行なう場合、被処理物の近くの空間における陽イオン密
度が該被処理物とＲＦ電極との距離に依存するため、棚
板毎に表面処理の仕上がり具合が異なってくるという問
題がある。また、従来のマガジンは金属製の外壁を備え
ており、この外壁がプラズマ分子のマガジン内への流入
を妨げてしまうという問題もある。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、スペー
ス効率が良く、多数の被処理物を一度に且つ均一に処理
することができるとともに、反応室内への被処理物のセ
ットや反応室からの被処理物の取り出しを容易に且つ短
時間で行なうことのできるプラズマ表面処理装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係るプラズマ表面処理装置は、 a)高周波電源と、 b)導電性材料から成る複数の棚板及び該複数の棚板を階
層的に支持する外枠とを含むマガジンと、 c)前記マガジンを内部に収納した状態で密閉可能な反応
室と、 d)前記反応室内に収納された前記マガジンの棚板を前記
高周波電源に電気的に接続する電気接続手段と、 を備えることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係るプラズマ表面処理装
置に用いられるマガジンは、被処理物を載置するための
複数の棚板が外枠により階層的に支持された構造を有す
る。このマガジンの棚板は導電性材料から成る。マガジ
ンが反応室に収納されたのち、全ての棚板は電気接続手
段により高周波電源と接続される。このように反応室に
収納されたマガジンに高周波電力を供給すると、棚板間
の空間においてプラズマが生成される。このプラズマに
より、各棚板上に載置された被処理物の表面が処理され
るのである。

【００１１】前記電気接続手段は、例えば、前記外枠を
導電性材料により作成するとともに、前記反応室の床面
に前記高周波電源に接続された電極を配設し、前記マガ
ジンを前記反応室の所定位置に載置すると前記外枠と前
記電極とが電気的に接続される、という構成とすればよ
い。

【００１２】前記マガジンの好ましい形態としては、前
記外枠を直方体状に構成し、その側面に外部のプラズマ
を内部へ導入するための開口を設けたものが挙げられ
る。このようなマガジンは、作成が容易であり、しか
も、マガジンの外部で生成されたプラズマが開口を通じ
て内部へ流入しやすいという長所がある。

【００１３】本発明に係るプラズマ表面処理装置におい
て、前記マガジンは前記反応室から取り出し可能とする
ことが好ましい。このようなプラズマ表面処理装置は、
小さい被処理物を多数処理するだけでなく、マガジンを
反応室から取り出せば大きな被処理物の処理にも対応で
きる。また、被処理物に対する処理工程がプラズマ表面
処理を含む複数の処理から成る場合、マガジンに被処理
物を載置したまま一の処理から次の処理へ移ることがで
きるため、処理毎に多数の被処理物を個別に移動させる
という面倒な作業が不要となり、作業効率が高まる。

【００１４】本発明に係るプラズマ表面処理装置におい
て、前記棚板は前記外枠から取り外し可能とすることが
好ましい。このようにすると、被処理物の棚板上への載
置及び棚板からの取り出しが容易となる。また、このプ
ラズマ表面処理装置は、全ての棚板を取り外すことによ
り、より大きな被処理物の処理にも対応できる。

【００１５】

【発明の効果】以上のような本発明に係るプラズマ表面
処理装置によれば、多数の被処理物を一括処理できるた
め、処理効率が高まる。また、反応室からマガジンを取
り出し可能とした場合、及び／又は、マガジンから棚板
を取り外し可能とした場合には、反応室への被処理物の
搬入や、反応室からの被処理物の搬出が容易となるだけ
でなく、より大きな被処理物の処理にも、本発明のプラ
ズマ表面処理装置を使用できる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるプラズマ表面
処理装置１０を示す斜視図である。このプラズマ表面処
理装置１０は、直方体形状を有する処理ユニット１１、
及びそれと同一の筐体内に設けられた制御ユニット１２
から成る。処理ユニット１１の内部には反応室１３が設
けられている。反応室１３の床面にはＲＦ電極１４が埋
設されており、その上に後述するマガジン１５が載置さ
れている。処理ユニット１１の前面に備えられた扉１６
を図のように開くと、マガジン１５を反応室１３から取
り出すことができる。また、扉１６を閉じると反応室１
３は気密な閉空間となる。一方、制御ユニット１２に
は、反応室１３内のＲＦ電極１４にプラズマ発生用高周
波電力（通常、１３．５６ＭＨｚ）を供給するためのＲ
Ｆ電源、反応室１３から空気を除去するための真空ポン
プ、図示せぬガス源から供給される反応ガス（例えばＡ
ｒ）を反応室１３内へ送るためのガス供給器、装置全体
の動作を制御するための制御回路等が収納されている。

【００１７】図２はマガジン１５の斜視図である。マガ
ジン１５は、矩形の底板１５５の４隅に立設された４本
の支柱１５６により天板１５７を支持させた構造を有す
る直方体形状の外枠１５１と、５枚の棚板１５２とから
成る。外枠１５１の右側面又は左側面を構成する一対の
支柱１５６、１５６の間には、棚板１５２を支持するた
めのレール１５３が、各側面に５段ずつ設けられてい
る。棚板１５２は、同じ高さにある一対のレール１５
３、１５３により摺動可能に支持されている。なお、図
示しないが、棚板１５２をレール１５３上の所定位置で
固定するための固定手段（例えば、ネジ、クランパ）を
外枠１５１又はレール１５３の適宜箇所に設けることが
好ましい。外枠１５１及び棚板１５２はステンレス（Ｓ
ＵＳ）やアルミニウムのような導電性材料により作成さ
れている。

【００１８】図３は処理ユニット１１の構成及びプラズ
マ表面処理に関連する電気系の構成を示す図である。反
応室１３内には、天井面及び側面（ただし、図１の扉１
６が取り付けられた側を除く）を覆うように内装された
接地電極２０が備えられている。反応室１３の床に埋設
されたＲＦ電極１４はコンデンサ６４を介してＲＦ電源
６１と接続されている。接地電極２０とＲＦ電極１４と
は絶縁部材２１により絶縁されている。一方、マガジン
１５は底板１５５においてＲＦ電極１４と接触している
ため、両者の間で電気の導通が可能である。なお、電気
の導通をより確実にするために、例えば、ＲＦ電極１４
の上面及び底板１５５の底面に接続端子を設けるように
してもよい。マガジン１５の各棚板１５２にはそれぞれ
被処理物２２が載置されている。また、処理ユニット１
１には、反応室１３内へ反応ガスを供給するためのガス
入口１１１及び、反応室１３内のガスを外部へ排出する
ためのガス出口１１２が備えられている。

【００１９】以上のような処理ユニット１１において、
被処理物２２の表面処理を行なうには、ガス出口１１２
から反応室１３内の空気を除去した後、ガス入口１１１
から反応室１３内へ反応ガスを供給しつつ、ＲＦ電源６
１からＲＦ電極１４へ高周波電力を供給する。すると、
その電力は、ＲＦ電極１４から、底板１５５、支柱１５
６及びレール１５３を通じて各棚板１５２に供給され
る。すなわち、全ての棚板１５２はＲＦ電極１４と同様
にガスを電離させる電極として機能する。そして、棚板
１５２に載置された全ての被処理物２２は、ＲＩＥモー
ドのプラズマ表面処理を同時に受ける。かくして、複数
の被処理物の表面処理が一括して行なわれるのである。

【００２０】また、上記マガジン１５の外枠１５１は側
壁面を有していないため、マガジン１５とＲＦ電極１４
との間で生成されたプラズマは容易にマガジン１５内へ
流れ込む。これにより、処理効率は更に高められるので
ある。

【００２１】反応室１３内でプラズマ放電を効果的に発
生させるためのパラメータには様々なものが考えられる
が、反応室１３及びマガジン１５の寸法や形状について
言えば、マガジン１５の外側面と反応室１３の内壁（す
なわち接地電極２０の表面）との間の距離（以下、Ａ寸
法と呼ぶ）や、各棚板１５２間の距離（又はマガジン１
５の天井と最も上の棚板１５２との間の距離。以下、Ｂ
寸法と呼ぶ）が、プラズマ放電の発生に影響を与える。
図４はＡ寸法及びＢ寸法の設定とプラズマ放電の発生と
の関係を調べた実験結果を示すグラフである。なお、こ
の実験は、反応室１３内のガス圧力が８９ｍＴｏｒｒ、
ＲＦ電源の出力が５０Ｗという条件下で行なった。

【００２２】図４のグラフを見ると、放電可能領域はＢ
寸法が２０ｍｍ以上の範囲に含まれている。このことか
ら、ガス圧力及び電源出力が与えられた場合、それに応
じてプラズマ放電を発生させることのできるＢ寸法の最
小値が決定されると考えられる。一方、Ｂ寸法の値を大
きくすると、マガジン１５に搭載可能な棚板１５２の数
がそれだけ少なくなり、スペース利用効率が低下する。
以上のことを考慮すると、ガス圧力及び電源出力が予め
決まっている場合は、Ｂ寸法を上記最小値に設定するこ
とが好ましい。

【００２３】以上、本発明に係るプラズマ表面処理装置
の一実施例について説明したが、実施例は上記のものに
限られないことは言うまでもない。例えば、図１のプラ
ズマ表面処理装置では、反応室１３への被処理物の搬入
及び反応室１３からの被処理物の搬出は、使用者が扉１
６を開いて手作業でこれを行なうことを想定していた
が、このような被処理物の搬入及び搬出を自動的に行な
う装置（以下、自動移送装置と呼ぶ）を更に備えるよう
にすれば、処理効率がより高まる。このような自動移送
装置を備えるプラズマ表面処理装置に好適な処理ユニッ
トの一例について、図５を参照しながら以下に説明す
る。

【００２４】図５に示した処理ユニット１１Ａは、接地
電極２０の内装された蓋部１１５と、ＲＦ電極１４の埋
設された底部１１６に分割されている。蓋部１１５を底
部１１６に被せ、所定の固定手段で両者を完全に結合さ
せると、内部に気密な反応室１３が形成される。蓋部１
１５は図示せぬ蓋駆動機構により上下方向に駆動され
る。蓋駆動機構が蓋部１１５を駆動する動作は、図示せ
ぬ自動移送装置による被処理物２２の搬入／搬出動作と
連動させる。すなわち、まず、自動移送装置が被処理物
２２を反応室１３へ搬入するとき、蓋駆動機構が蓋部１
１５を、蓋部１１５の下端がマガジン１５の上端とほぼ
同じ高さに来るまで、上昇させる。被処理物２２の搬入
が完了したら、蓋駆動機構が蓋部１１５を下降させ、所
定の結合手段により蓋部１１５を底部１１６と結合させ
る。この状態で、先に説明したようなプラズマ表面処理
が行なわれる。プラズマ表面処理が終了した後、蓋駆動
機構は蓋部１１５を再び前記高さまで上昇させ、自動移
送装置は被処理物２２を反応室１３から搬出する。

【００２５】上記のような処理ユニット１１Ａでは、蓋
部１１５を上昇させることにより、被処理物２２の搬入
及び搬出を一方向（例えば図５では左から右）に、スム
ーズに行なうことができる。このように被処理物２２の
移送経路が単純化される結果、自動移送装置の構成を単
純化することが可能となり、ひいてはプラズマ表面処理
装置全体の製造コストも低下するという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるプラズマ表面処理装
置を示す斜視図。

【図２】 マガジンの斜視図。

【図３】 処理ユニットの構成及びプラズマ表面処理に
関連する電気系の構成を示す図。

【図４】 Ａ寸法及びＢ寸法の設定とプラズマ放電の発
生との関係を調べた実験結果を示すグラフ。

【図５】 処理ユニットの変形例を示す図。

【図６】 反応性イオンエッチングモードの原理を説明
するための図。

【図７】 プラズマエッチングモードの原理を説明する
ための図。

【符号の説明】

１０…プラズマ表面処理装置 １１、１１Ａ…処理ユニット １２…制御ユニット １３…反応室 １４、６２…高周波電極（ＲＦ電極） １５…マガジン １５１…外枠 １５２…棚板 １５３…レール ２０、６３…接地電極 ２２、６５…被処理物 ６１…高周波電源（ＲＦ電源）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)高周波電源と、 b)導電性材料から成る複数の棚板及び該複数の棚板を階
   層的に支持する外枠とを含むマガジンと、 c)前記マガジンを内部に収納した状態で密閉可能な反応
   室と、 d)前記反応室内に収納された前記マガジンの棚板を前記
   高周波電源に電気的に接続する電気接続手段と、 を備えることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
2. 【請求項２】 前記マガジンは前記反応室から取り出し
   可能であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ
   表面処理装置。
3. 【請求項３】 前記棚板は前記外枠から取り外し可能で
   あることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ
   表面処理装置。