JP3580211B2

JP3580211B2 - Local processing unit

Info

Publication number: JP3580211B2
Application number: JP2000046393A
Authority: JP
Inventors: 弘夫宮島; 孝小池; 博明秋山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001237224A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物の表面をエッチング、アッシング、改質し又は薄膜を形成する表面処理技術に関し、特に大気圧又はその近傍の圧力下でプラズマに生成される励起活性種を用いて局所的に表面処理をする局所処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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励起活性種を利用することによって、真空設備を必要とせずに低コストで被処理物の表面を様々に処理することができる表面処理技術が知られている。大気圧下でのプラズマによる表面処理には、電極と被処理物間で直接気体放電を生じさせ、これにより発生するプラズマに直接曝露させる直接放電方式と、一対の電極間での気体放電によりプラズマを発生させ、それにより生成される励起活性種に被処理物を曝露させる間接放電方式とがある。
【０００３】
間接放電方式は、直接放電方式に比して処理レートが低いので高出力を要求される場合があるが、チャージアップによる被処理物の損傷の虞がない点で有利である。このような大気圧プラズマに局所表面処理に適した表面処理装置の典型例が、特開平９−２３２２９３号公報に開示されている。この従来装置は、例えば内径１ｍｍ以下の狭小な断面を有するガラス等の誘電体材料からなる細い放電管と、当該放電管を挟むように対向配置された一対の電極とを備え、放電管先端のノズル部を被処理物の表面に向けて配置する。ガス供給源から放電管内に所定のガスを導入しつつ、両電極間で気体放電を発生させることにより生成される励起活性種を含む反応性ガスを、ノズル部から細いガス流として被処理物表面に噴射する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来においては以下のような問題があった。
【０００５】
放電管を挟むように対向配置された一対の電極が直線的に臨めるように対向配置された場合に電極間に高電圧を印加すると、放電管の表面を介して電流が流れる沿面放電が発生するおそれがある。このように放電管表面で沿面放電が発生すると、放電管内で気体放電が発生せず、また発生した気体放電が不安定となるため、励起活性種が生成されず表面処理が行えなくなるという問題があった。
【０００６】
また、上記したプラズマにより生成される励起活性種は、一般に大気圧下では不安定で寿命が短く、非常に短時間で元の安定した状態に戻る傾向がある。そのため、上述した間接放電式の表面処理では、放電領域とノズル又はガス吹出し口間の距離をできる限り短くして、常に十分な量の励起活性種が被処理物表面に到達し得るようにする必要がある。このため、上記した放電管を挟む一対の電極を被処理物表面の近傍となるようガスの吹出口側に設ける必要がある。そして、前記放電管は、電磁的なシールドを行わせるため金属材料のケーシングにて覆わせることがあるが、上記したように放電管を挟む一対の電極はガスの吹出口側に設けるため、ケーシング底部と近接して対向するように設けられることになる。このため、ケーシングと電極とが近接して直線的に臨める場合、電極とケーシングとの間に異常放電が発生するおそれがあった。このような異常放電が発生すると、放電管内で気体放電が発生しないため、励起活性種が生成せず表面処理が行えなくなるという問題があった。
【０００７】
特に、３０ＭＨｚ以上の出力周波数の高周波電力で気体放電を発生させる場合には、高周波電力が電極の表面を伝導するため、上記した異常放電や沿面放電の発生率が高くなり、高周波電力の伝導効率が低くなるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、沿面放電や異常放電を防止することにより、気体放電を安定的に効率よく発生させることで表面処理効率を向上させることのできる局所処理装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、高周波電力の伝導効率を高めて表面処理効率を向上させることのできる局所処理効率を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る局所処理装置においては、電磁的遮蔽をなすケーシングを有し、当該ケーシング内に処理用気体を流通させる放電管を設け、当該放電管の両側に一対の電極を対向配置して、前記放電管と前記一対の電極との間に配置した仕切り部と、前記一対の電極の下部を覆う受け部とからなる逆Ｔ字形状の誘電体である保護部材を設けた構成とした。
また、前記前記一対の電極の下部を覆う受け部の長さと幅は、前記逆Ｔ字形状の誘電体の前記仕切り部により仕切られた各々について、前記受け部に突接する前記一対の電極の中で対応する電極の底面の長さより長く、前記受け部に突接する前記一対の電極の中で対応する電極の底面の幅より長い。
また、前記逆Ｔ字形状の誘電体の、前記一対の電極との間に配置した前記仕切り部は、中心軸部に前記放電管を貫通させる穴を設け、前記仕切り部の幅は、前記一対の電極の厚みの２倍以上に形成した。
このため、電極同士とケーシングとが遮断されることにより沿面放電や異常放電が発生せず、気体放電を安定的に効率よく発生させることができる。また、保護部材は誘電体で形成されるため、一対の電極の静電容量が増加して、放電管内における気体放電の発生率を上昇させることができる。特に、出力周波数が３０ＭＨｚ以上の場合には、高周波電力が電極の表面部を伝導するが、電極同士とケーシングとが保護部材により遮断されているため、効果的に高周波電力を伝導することができ、気体放電の発生効率を上昇させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の局所処理装置の実施形態について図面に従って詳細に説明する。
【００１２】
図１は本実施形態における局所処理装置２０の断面図である。本実施形態における局所処理装置２０はケーシング部材２１を有している。前記ケーシング部材２１は、上部ケーシング部材２２、中部ケーシング部材２４、下部ケーシング部材２６、底部ケーシング部材２８にて形成される。前記上部〜底部ケーシング部材２２，２４，２６，２８は、それぞれ略角柱形状のブロック体のセンター部を略円筒形状に刳り抜いたものである。前記ケーシング部材２１は、前記上部〜底部ケーシング部材２２，２４，２６，２８の刳り抜き部が芯合わせされるように密接してなっている。このように、ケーシング部材２１は前記上部〜底部ケーシング部材２２，２４，２６，２８の一部を省略したり追加したりできるため、ケーシング部材２１のサイズを内部に入れ込む部材に合わせて調節することができる。本実施形態においては、ケーシング部材２１はアルミなどの金属材料にて形成し、電磁波の遮蔽をなしているのである。なお、ケーシング部材２１の材料としては、アルミに限らずシールド機能を有する材質のものであればよい。
【００１３】
前記ケーシング部材２１の軸心上には直管状の放電管４０が配置されている。前記放電管４０は上端部を上部ケーシング部材２２の軸心上に位置し、放電管４０下端部を底部ケーシング部材２８内壁面に臨ませている。一方、前記放電管４０下端部に対向する底部ケーシング部材２８の対向面には、ノズルチップ４４が外部に突出する形で着脱自在に設けられ、当該ノズルチップ４４に前記放電管４０の下端部がはめ込まれている。このように、放電管４０とノズルチップ４４とを分離可能に形成させたことにより、ノズルチップ４４を異なる孔径のものに交換することができる。このため、表面処理を行わせる領域や形状に応じて最適な孔径のノズルで表面処理を行うことができる。また、ノズルチップ４４の材料としては、ステンレス（ＳＵＳ）やアルミが好ましい。
【００１４】
前記ノズルチップ４４は底部ケーシング部材２８内に上端部を突出させている。前記ノズルチップ４４の上端部は略円筒形状に形成したノズルホルダ４２に螺着され、これによりノズルチップ４４が固定保持される。ノズルホルダ４２の材質としては、ステンレス（ＳＵＳ）やアルミが好ましい。
【００１５】
前記放電管４０は、下部ケーシング部材２６に対向する面の周囲を保護部材３６にて覆わせている。前記保護部材３６は、受け部３７の中央部に仕切り部３９を一体的に垂設した逆Ｔ字形状をなしている。前記保護部材３６は仕切り部３９の中心軸部に放電管４０を貫通させ、放電管４０の保護をなしている。そして、保護部材３６は、受け部３７下面を前記ノズルホルダ４２の上面に当接され、ノズルホルダ４２にて支持される。
【００１６】
前記保護部材３６は、図２（ａ）に示したように仕切り部３９両面３９ａ，３９ｂの図２（ａ）の上下方向中央にそれぞれ一対の棒状電極４６，４８を当接させている。前記一対の棒状電極４６，４８はそれぞれ略直方形状をなしている。そして、前記一対の棒状電極４６，４８は、前記保護部材３６の仕切り部３９を挟み込むように対向配置している。すなわち、図２（ａ）に示すように前記棒状電極４６と保護部材３６と棒状電極４８とが上面視一直線状となるように配置している。前記仕切り部３９軸心部に放電管４０を上下方向に貫通させて、当該放電管４０の貫通部分内で気体放電を発生させるのである。このように、前記一対の棒状電極４６，４８はノズルチップ４４近傍に配置しているため、気体放電により発生した励起活性種が直ちにノズルチップ４４から外部へ放出することができる。このため、ノズルチップ４４近くに配置する被処理物表面に十分な量の励起活性種を到達させることができる。
【００１７】
また、受け部３７の長手方向の長さは棒状電極４６，４８の長手方向の長さより長く形成している。これにより、両電極４６，４８の設置面積を確保させている。特に、高周波電圧を印加される棒状電極４６は、底部ケーシング部材２８を直線的に臨めないため、棒状電極４６が底部ケーシング部材２８と短絡することを防止できる。前記保護部材３６はアルミナや石英にて形成しており、両電極４６，４８の絶縁を保持させている。なお、保護部材３６の材料としては、絶縁体材料であればこれに限られない。
【００１８】
そして、前記保護部材３６の仕切り部３９の高さは、図２（ｂ）に示すように、前記棒状電極４６，４８よりも高く形成してある。また、前記保護部材３６の仕切り部３９ａ，３９ｂは前記棒状電極４６，４８の厚み方向に対して２倍以上に十分長く形成している。これにより、棒状電極４６，４８同士が直線的に臨めないようにしている。棒状電極４６，４８同士が直線的に臨めると、棒状電極４６，４８に印加させる際に、保護部材３６の表面（沿面）を伝って導通してしまう沿面放電が発生するおそれがある。沿面放電が発生すると、放電管４０内での気体放電が発生せずまたは発生した気体放電を停止させてしまう。上記したように、前記保護部材３６の仕切り部３９は、前記棒状電極４６、４８の厚み方向に対して十分長く形成しているため、沿面放電を防止することができる。このため、放電管４０内を介した気体放電を確実に発生させることができ、また発生した気体放電を安定して持続させることができる。
【００１９】
前記棒状電極４６，４８はアルミにて形成しており、それぞれ表面に金めっきを施している。これにより、棒状電極４６，４８の酸化による腐食を防止させることができる。また、金は高い導電性を有しているため、棒状電極４６，４８の伝導効率を向上させることができる。また、棒状電極４６，４８の性能の劣化を防止することができる。
【００２０】
前記棒状電極４６背面と、ケーシング部材２１内壁面との間には、ホルダ部材５０が介在している。前記ホルダ部材５０は基端部を下部ケーシング部材２６内壁面に当接し、ホルダ部材５０の先端部を前記棒状電極４６の背面部に当接させている。これにより、棒状電極４６が保護部材３６側に位置決め保持されている。前記ホルダ部材５０の材質としては、アルミナや石英を好ましく用いることができるが、絶縁体材料であればこれに限られない。
【００２１】
これに対して、他方の棒状電極４８は、下部ケーシング部材２１の外表面まで露出した延長電極４９に一体的に連結されている。前記延長電極４９は、図示しないアース経路に接続されている。これにより、棒状電極４８の接地が確保され、ケーシング部材２１内において短絡を防止させることができる。
【００２２】
前記保護部材３６の上には、略円柱形状の中間部材３４が配置されている。前記中間部材３４は側面部を中部ケーシング部材２４の内壁面に対向するよう配置している。そして、前記中間部材３４は下面を前記保護部材３６の仕切り部３９の上面に当接して、前記保護部材３６の位置決めをなしているのである。また、前記中間部材３４の中心軸部には貫通孔が設けられ、当該貫通孔内に放電管４０を挿入させて当該放電管４０を保護しているのである。前記中間部材３４は、テフロンやマイカ系セラミックスにて形成され、これにより放電管４０外部への絶縁を保持させている。なお、前記中間部材３４としては、テフロンやマイカ系セラミックスが好ましいが、絶縁体材料であればこれに限られない。
【００２３】
前記中間部材３４の上側には、絶縁部材３２が配置されている。前記絶縁部材３２は前記上部ケーシング部材２２の刳り抜き部に対応する略円柱形状をなしている。前記絶縁部材３２は前記上部ケーシング部材３２の刳り抜き部にはめ込まれている。これにより、ケーシング部材２１の上面方向における密閉がなされ、ケーシング部材２１内部に密閉空間を形成させることができる。絶縁部材３２の上面は断面凹部形状に形成してあり、当該凹部底面は前記中間部材３４上面に対応させて形成している。そして、絶縁部材３２の下面は下方に張り出した断面逆凸部形状に形成してあり、当該逆凸部下面にて中間部材３４上面と当接させている。前記絶縁部材３２は周面部に開口したガス流入孔３３を有している。上部ケーシング部材２２の一側面部にも、図示しないガス供給源に接続したガス流入パイプ６２が設けてあり、当該ガス流入パイプ６２の先端部を前記ガス流入孔３３の上開口部に対応させている。前記ガス流入孔３３は前記上開口部から絶縁部材３２の軸中心方向に向って伸び、当該軸中心部にて軸心に沿って下方へ屈曲する。そして、前記ガス流入孔３３は前記絶縁部材３２の下面まで達し、当該下面部にて下開口部を有している。前記絶縁部材３２下面部のガス流入孔３３の下開口部には、放電管４０の上端部が挿入される。このため、ガス流入パイプ６２から流入された処理気体がガス流入孔３３を介して放電管４０上部に送り出されるのである。また、前記ガス流入孔３３下開口部の内壁面は、円筒形状の押え部材３５が形成されている。前記押え部材３５には内側フランジが形成してあり、当該内側フランジが前記放電管４０上部に当接して下方向に付勢する。このため、前記放電管４０の位置決めをなすことができるのである。前記絶縁部材３２はテフロンにて形成され、絶縁保持を行わせている。なお、前記絶縁部材３２は、絶縁体材料であればこれに限られない。
【００２４】
また、前記上部ケーシング部材２２上面の軸中心方向からリード３０が挿入配置されている。前記リード３０は、前記絶縁部材３２上面付近にて直径方向に屈曲する。そして、絶縁部材３２の上面凹部内壁面に沿って下降し、絶縁部材３２を貫通する。上記したように絶縁部材３２の上面凹部底面は中間部材３４上面に対応して形成しているため、前記絶縁部材３２を貫通するリード３０は、中間部材３４の側面に当接するように下降する。これにより中間部材３４にてリード３０の保護を行わせることができる。前記リード３０は、さらに下方に伸びて棒状電極４６に接続する。これにより、リード３０は棒状電極４６との電気的導通が確保される。そして、前記リード３０は下端部を保護部材３６の受け部３７ａに当接し、伝導効率を向上させるのである。
【００２５】
前記リード３０は、複数の板状部材にて形成し、当該複数の板状部材を積層配置させてなっている。本実施形態においては、前記リード３０は、前記板状部材を３枚積層配置させたものとしている。そして、本実施形態においては、リード３０の上端部が、図示しない高周波電源に接続している。本実施形態においては、高周波電源の出力周波数が４０．６８ＭＨｚのものを用いている。図示しない高周波電源から出力される高周波電力は、前記リード３０の上端部から棒状電極４６に伝導されるが、このような高周波電力はリード３０の内部ではなくリード３０の表面部を伝導する。上記したように、リード３０は複数の板状部材を積層配置している。このため、高周波電力は積層させた板状部材の間隙を介してそれぞれの板状部材の表面部を伝導する。本実施形態においては、３枚の板状部材を積層配置させているため、高周波電力の伝導効率を３倍化させることができる。これにより、気体放電を発生させるのに十分な高周波電圧を棒状電極４６に印加させることができ、高周波電圧にて気体放電を行わせることができるのである。
【００２６】
また、前記リード３０は銅にて形成され、表面に金めっきを施している。これにより、前記リード３０の酸化を防止して安定的に高周波電力を伝導させることができる。
【００２７】
また、前記ケーシング部材２１と、リード３０及び棒状電極４６そして前記保護部材３６及び中間部材３４との間は、中空領域６０が設けられている。前記伝導経路の周囲をマイカ系セラミックスなどの誘電体で囲って絶縁する形態も考えられる。しかし、図３（ｂ）に示したように、大気雰囲気中よりも誘電体（絶縁体）であるマイカ系セラミックスの方が、比誘電率は５倍以上大きい。このように、ケーシング部材２１内を誘電体で充填する構成とするよりも、中空領域６０を設けて絶縁空間を形成させる方が、高周波電力を伝導する際の絶縁保持を効果的に行えることに本願発明者は着目した。このように中空領域６０を形成させたため、高周波電力伝導時における絶縁保持が効果的になされ、もれ電流を最小化することができる。
【００２８】
また、下部ケーシング部材２６の一側面部には空気供給管５２を突設するとともに、下部ケーシング部材２６の他側面部には空気放出管５４を突設している。空気供給管５２より冷却空気をケーシング部材２１内に案内する。そして、ケーシング部材２１内の中空領域６０を通ってケーシング部材２１内部の熱交換を行い、空気放出管５４よりケーシング部材２１外部に放出される。これにより、電極のプラズマ生成過程における過熱状態を防止することができ、ケーシング部材２１内部の温度を一定に保持することができ、放電を安定させることができる。電極部の熱膨張等による破損を防止することができる。なお、ケーシング部材２１内の電極部を空冷できるような構造であれば特に上記構造に限られない。
【００２９】
以上のように構成した局所処理装置２０の作用は以下のようになる。被処理物の表面処理を行う場合には、局所処理装置２０はノズルチップ４４の先端を図示しない被処理物の上方に臨ませている。
【００３０】
表面処理を行うための処理用気体は上部ケーシング部材２２側壁に設けたガス流入パイプ６２よりケーシング部材２１内に流入する。この処理用気体は絶縁部材３２のガス流入孔３３を介して放電管４０上部に流入し、放電管４０内を下方に進行する。一方、前記放電管４０に対向配置した棒状電極４６には上記したように高周波電圧が印加される。このような高周波電圧を棒状電極４６に印加すると、棒状電極４６，４８に挟まれた真空管４０内で電子が高周波振動する。上気したように、前記真空管４０内には処理用気体が流入しているため、前記高周波振動する電子が処理用気体に衝突してプラズマ化され、励起活性種のプラズマが発生する。従って、高密度のプラズマを発生させることができるとともに、プラズマの生成率を高くすることができ、異常放電を起こりにくくすることができる。前記励起活性種はノズルチップ４４の先端より、直ちに被処理物の表面上に送りだすことができる。このため、十分な励起活性種を被処理物上に送り出し、被処理物の表面処理を行わせることができる。被処理物としては半導体チップ、ウエハ等がある。処理工程としては、エッチング、アッシング、被処理物表面の改質や薄膜形成等があるが、特に用途はこれに限られない。
【００３１】
図３（ａ）に実施例である局所処理装置２０と比較例の局所処理装置におけるアッシングレイトの比較図を示す。実施例は保護部材３６にて一対の４６，４８とケーシング部材２１とを遮断した電極局所処理装置２０であり、比較例は前記保護部材３６を有さない局所処理装置である。処理条件としては、Ｈｅ流量は２ｌ／ｍｉｎであり、Ｏ_２流量は３０ｍｌ／ｍｉｎである。ノズルチップ先端から被処理物までの距離は、０．５ｍｍ程度である。ノズルチップの外径は３．０ｍｍであり、内径は１．５ｍｍである。上記処理条件において実施例と比較例のアッシングレイトを比較すると、図３（ａ）に示すように同じ出力でも処理効率を３倍以上に上昇させることができるという結果を得た。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る局所処理装置においては、電磁的遮蔽をなすケーシングを有し、当該ケーシング内に処理用気体を流通させる放電管を設け、当該放電管の両側に一対の電極を対向配置して、前記放電管と前記一対の電極との間に配置した仕切り部と、前記一対の電極の下部を覆う受け部とからなる逆Ｔ字形状の誘電体である保護部材を設けたため、電極同士とケーシングとが遮断されることにより沿面放電や異常放電が発生せず、気体放電を安定的に効率よく発生させることができる。また、保護部材は誘電体で形成されるため、一対の電極の静電容量が増加して、放電管内における気体放電の発生率を上昇させることができる。特に、出力周波数が３０ＭＨｚ以上の場合には、高周波電力が電極の表面部を伝導するが、電極同士とケーシングとが保護部材により遮断されているため、効果的に高周波電力を伝導することができ、気体放電の発生効率を上昇させることができる。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における局所処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における局所処理装置の要部上面図及び斜視図である。
【図３】本発明における局所処理装置の処理効率と材質の比誘電率を示す説明図である。
【符号の説明】
２０………局所表面処理装置
２１………ケーシング部材
２２………上部ケーシング部材
２４………中部ケーシング部材
２６………下部ケーシング部材
２８………底部ケーシング部材
３０………リード
３２………絶縁部材
３３………ガス流入孔
３４………中間部材
３５………押え部材
３６………保護部材
３７………受け部
３９………仕切り部
４０………放電管
４２………ノズルホルダ
４４………ノズルチップ
４６………棒状電極
４８………棒状電極
４９………延長電極
５０………ホルダ部材
５２………空気供給管
５４………空気放出管
６０………中空領域
６２………ガス流入パイプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface treatment technique for etching, ashing, modifying, or forming a thin film on a surface of an object to be treated, and in particular, locally using an excited active species generated in a plasma at or near atmospheric pressure. The present invention relates to a local processing apparatus for performing a surface treatment on an object.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, by using excited active species generated by plasma discharge under a pressure near the atmospheric pressure, a surface capable of variously treating the surface of an object to be processed at low cost without requiring vacuum equipment. Processing techniques are known. For surface treatment with plasma under atmospheric pressure, a gas discharge is directly generated between the electrode and the object to be processed, and the plasma is directly exposed to the generated plasma. And an indirect discharge method in which an object to be processed is exposed to excited active species generated thereby.
[0003]
The indirect discharge method requires a high output because the processing rate is lower than that of the direct discharge method. However, the indirect discharge method is advantageous in that there is no risk of damage to the workpiece due to charge-up. A typical example of a surface treatment apparatus suitable for local surface treatment for such atmospheric pressure plasma is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-232293. This conventional device includes, for example, a thin discharge tube made of a dielectric material such as glass having a narrow cross section having an inner diameter of 1 mm or less, and a pair of electrodes arranged to face each other so as to sandwich the discharge tube. The nozzle portion is arranged facing the surface of the workpiece. A reactive gas containing excited active species generated by generating a gas discharge between both electrodes while introducing a predetermined gas from a gas supply source into a discharge tube is converted into a thin gas flow from a nozzle portion on the surface of the workpiece. Spray.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, there were the following problems.
[0005]
When a high voltage is applied between the electrodes when a pair of electrodes facing each other with the discharge tube interposed therebetween are linearly facing each other, a creeping discharge in which a current flows through the surface of the discharge tube occurs. There is a risk. When creeping discharge occurs on the discharge tube surface in this way, gas discharge does not occur in the discharge tube, and the generated gas discharge becomes unstable. Therefore, there is a problem that excited active species are not generated and surface treatment cannot be performed. there were.
[0006]
Excited active species generated by the above-described plasma are generally unstable under atmospheric pressure, have a short life, and tend to return to an original stable state in a very short time. Therefore, in the surface treatment of the indirect discharge type described above, the distance between the discharge region and the nozzle or the gas outlet is made as short as possible so that a sufficient amount of excited active species can always reach the surface of the workpiece. There is a need. For this reason, it is necessary to provide a pair of electrodes sandwiching the above-mentioned discharge tube on the gas outlet side so as to be near the surface of the workpiece. The discharge tube may be covered with a casing made of a metal material to provide electromagnetic shielding.However, as described above, a pair of electrodes sandwiching the discharge tube are provided on the gas outlet side, It will be provided so that it may be closely opposed to the bottom. For this reason, when the casing and the electrode can approach each other linearly, abnormal discharge may occur between the electrode and the casing. When such abnormal discharge occurs, gas discharge does not occur in the discharge tube, so that there is a problem that no excited active species are generated and surface treatment cannot be performed.
[0007]
In particular, when gas discharge is generated with high-frequency power having an output frequency of 30 MHz or more, since the high-frequency power is conducted on the surface of the electrode, the occurrence rate of the abnormal discharge and creeping discharge described above increases, and the conduction efficiency of high-frequency power is increased. There was a problem that it became low.
[0008]
An object of the present invention is to provide a local processing apparatus capable of improving surface treatment efficiency by stably and efficiently generating gas discharge by preventing creeping discharge and abnormal discharge.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a local processing efficiency capable of improving the surface treatment efficiency by increasing the conduction efficiency of high frequency power.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the local processing apparatus according to the present invention has a casing that forms an electromagnetic shield, a discharge tube that circulates a processing gas in the casing, and a pair of discharge tubes on both sides of the discharge tube. A protection member, which is an inverted T-shaped dielectric, comprising a partition portion disposed between the discharge tube and the pair of electrodes with the electrodes facing each other, and a receiving portion covering a lower portion of the pair of electrodes. Was provided.
Further, the length and width of the receiving portion covering the lower portion of the pair of electrodes are, for each of the partitions separated by the partition portion of the inverted T-shaped dielectric, between the pair of electrodes projecting against the receiving portion. And the length of the bottom surface of the corresponding electrode is longer than the width of the bottom surface of the corresponding electrode in the pair of electrodes protruding from the receiving portion.
Further, the partition portion of the inverted T-shaped dielectric, which is disposed between the pair of electrodes, is provided with a hole through the central axis portion to penetrate the discharge tube, and the width of the partition portion is the width of the pair. The electrode was formed to be twice or more the thickness of the electrode.
For this reason, since the electrodes and the casing are cut off from each other, creeping discharge and abnormal discharge do not occur, and gas discharge can be generated stably and efficiently. Further, since the protective member is formed of a dielectric, the capacitance of the pair of electrodes increases, and the rate of occurrence of gas discharge in the discharge tube can be increased. In particular, when the output frequency is 30 MHz or more, high-frequency power is transmitted through the surface of the electrode, but since the electrodes are shielded from the casing by the protective member, the high-frequency power can be effectively transmitted. As a result, the efficiency of generating gas discharge can be increased.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the local processing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the local processing apparatus 20 according to the present embodiment. The local processing apparatus 20 according to the present embodiment has a casing member 21. The casing member 21 is formed of an upper casing member 22, a middle casing member 24, a lower casing member 26, and a bottom casing member 28. Each of the upper to lower casing members 22, 24, 26, and 28 is formed by hollowing out a center portion of a substantially prismatic block body into a substantially cylindrical shape. The casing member 21 is in close contact with the upper to bottom casing members 22, 24, 26, 28 so that the hollow portions thereof are aligned. As described above, since the casing member 21 can omit or add a part of the upper to bottom casing members 22, 24, 26, and 28, the size of the casing member 21 is adjusted according to the member to be inserted therein. be able to. In the present embodiment, the casing member 21 is formed of a metal material such as aluminum and shields electromagnetic waves. The material of the casing member 21 is not limited to aluminum, but may be any material having a shielding function.
[0013]
A straight discharge tube 40 is disposed on the axis of the casing member 21. The discharge tube 40 has an upper end located on the axis of the upper casing member 22 and a lower end facing the inner wall surface of the bottom casing member 28. On the other hand, a nozzle tip 44 is detachably provided on the surface of the bottom casing member 28 facing the lower end of the discharge tube 40 so as to protrude to the outside, and the lower end of the discharge tube 40 is attached to the nozzle tip 44. Inlaid. As described above, since the discharge tube 40 and the nozzle tip 44 are formed so as to be separable, the nozzle tip 44 can be replaced with one having a different hole diameter. For this reason, the surface treatment can be performed with a nozzle having an optimal hole diameter according to the region or shape to be subjected to the surface treatment. As a material of the nozzle tip 44, stainless steel (SUS) or aluminum is preferable.
[0014]
The nozzle tip 44 has an upper end projecting into the bottom casing member 28. The upper end of the nozzle tip 44 is screwed to a nozzle holder 42 formed in a substantially cylindrical shape, whereby the nozzle tip 44 is fixed and held. The material of the nozzle holder 42 is preferably stainless steel (SUS) or aluminum.
[0015]
The discharge tube 40 is covered with a protection member 36 around a surface facing the lower casing member 26. The protection member 36 has an inverted T-shape in which a partition portion 39 is integrally provided at the center of the receiving portion 37. The protection member 36 protects the discharge tube 40 by passing the discharge tube 40 through the central axis of the partition 39. The protection member 36 has the lower surface of the receiving portion 37 in contact with the upper surface of the nozzle holder 42 and is supported by the nozzle holder 42.
[0016]
As shown in FIG. 2A, the protective member 36 has a pair of rod-shaped electrodes 46 and 48 in contact with the partition 39 on both sides 39a and 39b at the center in the vertical direction in FIG. 2A. Each of the pair of rod-shaped electrodes 46 and 48 has a substantially rectangular shape. The pair of rod-shaped electrodes 46 and 48 are opposed to each other so as to sandwich the partition 39 of the protection member 36. That is, as shown in FIG. 2A, the rod-shaped electrode 46, the protection member 36, and the rod-shaped electrode 48 are arranged so as to be linear in a top view. The discharge tube 40 is vertically penetrated through the axis of the partition 39 to generate gas discharge in the penetrated portion of the discharge tube 40. As described above, since the pair of rod-shaped electrodes 46 and 48 are arranged near the nozzle tip 44, the excited active species generated by the gas discharge can be immediately discharged from the nozzle tip 44 to the outside. For this reason, a sufficient amount of excited active species can reach the surface of the processing object disposed near the nozzle tip 44.
[0017]
The length of the receiving portion 37 in the longitudinal direction is longer than the length of the rod-shaped electrodes 46 and 48 in the longitudinal direction. Thereby, the installation area of both electrodes 46 and 48 is secured. In particular, since the rod-shaped electrode 46 to which the high-frequency voltage is applied does not linearly face the bottom casing member 28, it is possible to prevent the rod-shaped electrode 46 from being short-circuited with the bottom casing member 28. The protection member 36 is made of alumina or quartz, and keeps the electrodes 46 and 48 insulated. The material of the protection member 36 is not limited to this as long as it is an insulator material.
[0018]
The height of the partition 39 of the protection member 36 is higher than the rod electrodes 46 and 48 as shown in FIG. 2B. Further, the partition portions 39a, 39b of the protection member 36 are formed to be sufficiently longer than twice the thickness direction of the rod-shaped electrodes 46, 48. Thereby, the rod-shaped electrodes 46 and 48 are prevented from linearly facing each other. When the rod-shaped electrodes 46 and 48 are linearly facing each other, there is a possibility that a creeping discharge that is conducted along the surface (creeping surface) of the protection member 36 when applying the voltage to the rod-shaped electrodes 46 and 48 may occur. When the creeping discharge occurs, the gas discharge in the discharge tube 40 does not occur or the generated gas discharge is stopped. As described above, since the partition 39 of the protective member 36 is formed sufficiently long in the thickness direction of the rod-shaped electrodes 46 and 48, creeping discharge can be prevented. For this reason, the gas discharge through the inside of the discharge tube 40 can be reliably generated, and the generated gas discharge can be stably maintained.
[0019]
The rod-shaped electrodes 46 and 48 are formed of aluminum, and each surface is plated with gold. Thus, corrosion due to oxidation of the rod-shaped electrodes 46 and 48 can be prevented. In addition, since gold has high conductivity, the conduction efficiency of the rod-shaped electrodes 46 and 48 can be improved. In addition, the performance of the rod-shaped electrodes 46 and 48 can be prevented from deteriorating.
[0020]
A holder member 50 is interposed between the back surface of the rod-shaped electrode 46 and the inner wall surface of the casing member 21. The holder member 50 has a base end in contact with the inner wall surface of the lower casing member 26 and a distal end of the holder member 50 in contact with the back surface of the rod-shaped electrode 46. Thus, the rod-shaped electrode 46 is positioned and held on the protection member 36 side. As a material of the holder member 50, alumina or quartz can be preferably used, but is not limited to this as long as it is an insulator material.
[0021]
On the other hand, the other rod-shaped electrode 48 is integrally connected to the extension electrode 49 exposed to the outer surface of the lower casing member 21. The extension electrode 49 is connected to a ground path (not shown). Thereby, the grounding of the rod-shaped electrode 48 is ensured, and a short circuit in the casing member 21 can be prevented.
[0022]
A substantially cylindrical intermediate member 34 is disposed on the protection member 36. The intermediate member 34 is disposed such that a side surface portion faces the inner wall surface of the middle casing member 24. The lower surface of the intermediate member 34 is in contact with the upper surface of the partition 39 of the protection member 36, thereby positioning the protection member 36. Further, a through-hole is provided in the central shaft portion of the intermediate member 34, and the discharge tube 40 is inserted into the through-hole to protect the discharge tube 40. The intermediate member 34 is formed of Teflon or mica-based ceramics, thereby maintaining insulation to the outside of the discharge tube 40. The intermediate member 34 is preferably made of Teflon or mica ceramics, but is not limited to this as long as it is an insulator material.
[0023]
An insulating member 32 is disposed above the intermediate member 34. The insulating member 32 has a substantially cylindrical shape corresponding to a hollow portion of the upper casing member 22. The insulating member 32 is fitted in a hollow portion of the upper casing member 32. Thereby, the casing member 21 is sealed in the upper surface direction, and a sealed space can be formed inside the casing member 21. The upper surface of the insulating member 32 is formed in a concave shape in cross section, and the bottom surface of the concave portion is formed so as to correspond to the upper surface of the intermediate member 34. The lower surface of the insulating member 32 is formed in a downwardly projecting cross-sectional inverted convex shape, and the lower surface of the inverted convex portion is in contact with the upper surface of the intermediate member 34. The insulating member 32 has a gas inflow hole 33 opened on the peripheral surface. A gas inflow pipe 62 connected to a gas supply source (not shown) is also provided on one side surface of the upper casing member 22, and a tip of the gas inflow pipe 62 corresponds to an upper opening of the gas inflow hole 33. I have. The gas inflow hole 33 extends from the upper opening toward the axial center of the insulating member 32 and is bent downward along the axis at the axial center. The gas inlet 33 reaches the lower surface of the insulating member 32 and has a lower opening at the lower surface. The upper end of the discharge tube 40 is inserted into the lower opening of the gas inflow hole 33 on the lower surface of the insulating member 32. Therefore, the processing gas flowing from the gas inflow pipe 62 is sent out to the upper portion of the discharge tube 40 through the gas inflow hole 33. A cylindrical pressing member 35 is formed on the inner wall surface of the lower opening of the gas inflow hole 33. The holding member 35 has an inner flange formed thereon, and the inner flange contacts the upper portion of the discharge tube 40 and urges the discharge tube 40 downward. Therefore, the discharge tube 40 can be positioned. The insulating member 32 is made of Teflon, and performs insulation holding. The insulating member 32 is not limited to this as long as it is an insulator material.
[0024]
A lead 30 is inserted and arranged from the axial center direction of the upper surface of the upper casing member 22. The lead 30 is bent in the diameter direction near the upper surface of the insulating member 32. Then, it descends along the inner wall surface of the upper surface concave portion of the insulating member 32 and penetrates the insulating member 32. As described above, since the bottom surface of the concave portion of the upper surface of the insulating member 32 is formed so as to correspond to the upper surface of the intermediate member 34, the lead 30 penetrating the insulating member 32 descends so as to contact the side surface of the intermediate member 34. Thus, the lead 30 can be protected by the intermediate member 34. The lead 30 extends further downward and connects to the rod-shaped electrode 46. As a result, electrical conduction between the lead 30 and the rod-shaped electrode 46 is ensured. The lower end of the lead 30 contacts the receiving portion 37a of the protection member 36, thereby improving the conduction efficiency.
[0025]
The lead 30 is formed of a plurality of plate members, and the plurality of plate members are stacked and arranged. In the present embodiment, the lead 30 is formed by laminating three plate members. In the present embodiment, the upper end of the lead 30 is connected to a high-frequency power source (not shown). In the present embodiment, a high frequency power supply having an output frequency of 40.68 MHz is used. High-frequency power output from a high-frequency power supply (not shown) is transmitted from the upper end of the lead 30 to the bar-shaped electrode 46. Such high-frequency power is transmitted not to the inside of the lead 30 but to the surface of the lead 30. As described above, the lead 30 has a plurality of plate-like members stacked and arranged. For this reason, the high-frequency power is transmitted through the surface of each plate member through the gap between the stacked plate members. In the present embodiment, since the three plate-shaped members are arranged in a stacked manner, the conduction efficiency of the high-frequency power can be tripled. Thus, a high-frequency voltage sufficient to generate a gas discharge can be applied to the rod-shaped electrode 46, and the gas discharge can be performed with the high-frequency voltage.
[0026]
The lead 30 is made of copper and has a gold plated surface. Accordingly, the lead 30 can be prevented from being oxidized, and the high-frequency power can be stably conducted.
[0027]
A hollow area 60 is provided between the casing member 21 and the lead 30 and the bar-shaped electrode 46, and between the protective member 36 and the intermediate member 34. A form in which the periphery of the conduction path is surrounded by a dielectric such as mica-based ceramics and insulated is also conceivable. However, as shown in FIG. 3B, the relative permittivity of the mica-based ceramic, which is a dielectric (insulator), is at least five times higher than that in the air atmosphere. As described above, the provision of the hollow region 60 to form the insulating space can more effectively maintain the insulation when conducting the high-frequency power than the configuration in which the inside of the casing member 21 is filled with the dielectric. The inventor of the present application paid attention. Since the hollow region 60 is formed as described above, insulation is effectively maintained during high-frequency power transmission, and leakage current can be minimized.
[0028]
An air supply pipe 52 projects from one side of the lower casing member 26, and an air discharge pipe 54 projects from the other side of the lower casing member 26. The cooling air is guided from the air supply pipe 52 into the casing member 21. Then, heat exchange inside the casing member 21 is performed through the hollow region 60 in the casing member 21, and the heat is released to the outside of the casing member 21 from the air discharge pipe 54. Thus, an overheating state of the electrode during the plasma generation process can be prevented, the temperature inside the casing member 21 can be kept constant, and the discharge can be stabilized. Damage due to thermal expansion or the like of the electrode portion can be prevented. Note that the structure is not particularly limited to the above structure as long as the electrode portion in the casing member 21 can be air-cooled.
[0029]
The operation of the local processing device 20 configured as described above is as follows. When performing the surface treatment of the workpiece, the local processing apparatus 20 faces the tip of the nozzle tip 44 above the workpiece (not shown).
[0030]
The processing gas for performing the surface treatment flows into the casing member 21 from a gas inflow pipe 62 provided on the side wall of the upper casing member 22. The processing gas flows into the upper portion of the discharge tube 40 through the gas inflow hole 33 of the insulating member 32, and proceeds downward in the discharge tube 40. On the other hand, the high-frequency voltage is applied to the rod-shaped electrode 46 disposed opposite to the discharge tube 40 as described above. When such a high-frequency voltage is applied to the rod-shaped electrodes 46, the electrons vibrate at high frequencies in the vacuum tube 40 sandwiched between the rod-shaped electrodes 46 and 48. As described above, since the processing gas flows into the vacuum tube 40, the high-frequency oscillating electrons collide with the processing gas and are turned into plasma, thereby generating plasma of excited active species. Therefore, high-density plasma can be generated, the plasma generation rate can be increased, and abnormal discharge can be suppressed. The excited active species can be immediately sent out from the tip of the nozzle tip 44 onto the surface of the workpiece. For this reason, sufficient excitation active species can be sent out onto the object to be processed, and the surface treatment of the object can be performed. The object to be processed includes a semiconductor chip and a wafer. Examples of the processing step include etching, ashing, modification of the surface of an object to be processed, formation of a thin film, and the like.
[0031]
FIG. 3A shows a comparison diagram of the ashing rate between the local processing device 20 of the embodiment and the local processing device of the comparative example. The embodiment is an electrode local processing apparatus 20 in which the pair of 46 and 48 and the casing member 21 are cut off by the protection member 36, and the comparative example is a local processing apparatus without the protection member 36. As processing conditions, the He flow rate is 2 l / min, and the O ₂ flow rate is 30 ml / min. The distance from the tip of the nozzle tip to the workpiece is about 0.5 mm. The outer diameter of the nozzle tip is 3.0 mm and the inner diameter is 1.5 mm. Comparing the ashing rates of the embodiment and the comparative example under the above-mentioned processing conditions, as shown in FIG. 3A, it was found that the processing efficiency could be increased three times or more even with the same output.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, the local processing apparatus according to the present invention includes a casing that forms an electromagnetic shield, a discharge tube that circulates a processing gas in the casing, and a pair of electrodes on both sides of the discharge tube. And a protection member, which is an inverted T-shaped dielectric, comprising a partition portion disposed between the discharge tube and the pair of electrodes and a receiving portion covering a lower portion of the pair of electrodes. Therefore, a creeping discharge or an abnormal discharge does not occur due to the cutoff between the electrodes and the casing, and the gas discharge can be stably and efficiently generated. Further, since the protective member is formed of a dielectric, the capacitance of the pair of electrodes increases, and the rate of occurrence of gas discharge in the discharge tube can be increased. In particular, when the output frequency is 30 MHz or higher, the high-frequency power is transmitted through the surface of the electrode, but since the electrodes are shielded from the casing by the protective member, the high-frequency power can be effectively transmitted. As a result, the efficiency of generating gas discharge can be increased.
[0033]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a local processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view and a perspective view of a main part of the local processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the processing efficiency and relative permittivity of a material of the local processing apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
20 Local surface treatment device 21 Casing member 22 Upper casing member 24 Middle casing member 26 Lower casing member 28 Bottom casing member 30 Lead 32 ... Insulating member 33 ... Gas inflow hole 34 ... Intermediate member 35 ... Pressing member 36 ... Protective member 37 ... Receiving part 39 ... Partition part 40 ... Discharge tube 42 ... Nozzle holder 44 Nozzle tip 46 Rod electrode 48 Rod electrode 49 Extension electrode 50 Holder member 52 Air supply pipe 54 Air discharge pipe 60 Hollow area 62 ... Gas inflow pipe

Claims

It has a casing that forms an electromagnetic shield,
A local processing apparatus in which a discharge tube for flowing a processing gas is provided in the casing, the discharge tube is covered with a dielectric protection member, and a pair of electrodes is disposed on both sides of the discharge tube so as to face each other.
The dielectric protection member has an integral inverted T-shape including a partition portion disposed between the discharge tube and the pair of electrodes, and a receiving portion for an electrode covering a lower portion of the pair of electrodes. ,
The local processing apparatus according to claim 1, wherein a receiving portion of the electrode is provided between a lower portion of the pair of electrodes and the casing corresponding to the lower portion .

The length and width of the receiving part of the electrode are
For each of the inverted T-shaped dielectrics partitioned by the partition,
Longer than the length of the bottom surface of the corresponding electrode in the pair of electrodes projecting against the receiving portion,
2. The local processing apparatus according to claim 1, wherein a width of the pair of electrodes abutting on the receiving portion is longer than a width of a bottom surface of a corresponding electrode. 3.

2. The partition of the inverted T-shaped dielectric according to claim 1, which is disposed between the inverted T-shaped dielectric and the pair of electrodes, a hole is provided in a central shaft portion through which the discharge tube passes,
The width of the partition portion is formed to be at least twice as large as the thickness of the pair of electrodes.