JP4801103B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents
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Description
本発明は大気圧プラズマ発生装置に係り、より詳しくは下部電極の一部領域を外部に突出させてプラズマ排出口を形成し、下部電極の下面を外部から遮断させる外部ハウジングを備えることで、局所範囲に対するプラズマ加工が行われる場合、被加工物の加工部位以外の部分に損傷を与えることを防止することができ、プラズマ排出口と外部ハウジングとの間に吸入口を形成することで、プラズマ加工の際に発生する微細物質を効果的に除去することができる、突出したプラズマ排出口の周囲に吸入口が形成された大気圧プラズマ発生装置に関するものである。
ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のようなディスプレイ素子などの半導体素子を製造する工程において、洗浄、表面改質、アッシング（ａｓｈｉｎｇ）、食刻などの表面処理過程が必要である。このように、被加工物を表面処理する初期の方法としては、主に化学的方法が用いられているが、化学物質による表面処理は、廃棄物、流出物などが生成する問題があるため、次第に物理的方法を用いる表面処理を考慮する方向に研究が進んでいく。
物理的表面処理方法として最近に注目されている方法はプラズマを用いる方法であり、産業現場においても、過去の化学的表面処理方法から次第にプラズマを用いる方式に半導体の表面処理工程を取り替えている。
プラズマと言うのは、ある気体がエネルギーによってイオン化してイオンと電子がほぼ同じ密度で均一に分布して全体的に電気的中性を示す荷電粒子の集団を意味する。気体に臨界値以上の外部エネルギーを印加すれば、気体はイオンと電子に電離（ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）しながらプラズマを形成することになる。プラズマ状態の高エネルギーを有する粒子がある材料の表面に衝突すれば、そのエネルギーが衝突材料の表面に伝達されて表面処理がなされる。
現在、ディスプレイ素子の開発にプラズマを活用する工程が次第に増加しており、主に真空プラズマ発生装置が使用されている。真空プラズマ発生装置は、表面処理を精密に制御することができる利点がある一方、装備の価格が高くて時間が多くかかるという欠点がある。よって、真空を維持しないでプラズマを発生させることができる大気圧プラズマ発生装置を活用するための研究が活発に進んでおり、産業現場においても真空プラズマ発生装置を大気圧プラズマ発生装置で取り替えていく実情である。現在研究、もしくは使用されている大気圧プラズマの種類としては、コロナ放電、誘電体バリア放電（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ＤＢＤ）、大気圧ＲＦ蓄電結合放電などがある。
図１は従来の大気圧プラズマ発生装置を示す図である。
図１に示すように、被加工物１の局所領域に対してアッシングまたは食刻などのプラズマ加工が行われる場合、プラズマ発生装置によって発生して垂直方向に噴出されるプラズマが加工領域以外の周辺領域にも広がることになる。よって、局所的なプラズマ加工が必要であるにもかかわらず、被加工物の加工領域が（図に符号３で示す）不要に拡張して精密な加工を達成しにくい問題点があった。
図１に示すように、被加工物１の局所領域に対してアッシングまたは食刻などのプラズマ加工が行われる場合、プラズマ発生装置によって発生して垂直方向に噴出されるプラズマが加工領域以外の周辺領域にも広がることになる。よって、局所的なプラズマ加工が必要であるにもかかわらず、被加工物の加工領域が（図に符号３で示す）不要に拡張して精密な加工を達成しにくい問題点があった。
また、プラズマ発生装置の下部電極で発生する熱２が被加工物にすぐ影響を及ぼすので、被加工物の表面に劣化現象が発生する問題点があった。
その外に、プラズマ発生の際に生じるラジカル物質、ガス及び各種の微細物質に被加工物の表面がそのまま露出してその表面が汚染される問題点もあった。
したがって、本発明は前記問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、下部電極で発生する熱を外部ハウジングによって遮断することで、被加工物の表面の損傷を防止し、下部電極の一部を突出させることで、プラズマが被加工物の表面に広がる現象を防止し、プラズマ処理が行われるところに隣接して排気をなして、プラズマ処理の際に発生する微細物質を即時除去する、突出したプラズマ排出口の周囲に吸入口が形成されたプラズマ発生装置を提供することにある。
前記のような目的を達成するための本発明のプラズマ発生装置は、電源放電電圧が印加される第１電極、及び前記第１電極に付着されるかまたは第１電極を取り囲む形態の誘電体でなる第１電極部、前記第１電極部から所定間隔離隔して設置され、前記第１電極部と対向する面の反対側の面から突出するように伸びるプラズマ排出口を有する第２電極、及び前記プラズマ排出口の周辺を開放しつつ、前記第１電極部及び第２電極の周囲を取り囲む外部ハウジング、を含み、前記外部ハウジングとプラズマ排出口との間の間隙でもって、微細物質を吸い込む吸入口を形成することを特徴とする。
好ましくは、前記プラズマ排出口は、スリット状であることができる。
好ましくは、前記プラズマ排出口は、ホール状であることができる。
本発明は、前記吸入口を通じて微細物質を吸いこむダンパー、及び前記微細物質を前記外部ハウジングの外部に排出する排気口をさらに含むことができる。
本発明は、前記外部ハウジングに冷却部をさらに設けることができる。
以上説明したように、本発明による突出したプラズマ排出口の周囲に吸入口が形成された大気圧プラズマ発生装置によれば、下部電極によって発生する熱が外部ハウジングによって遮断されるので、被加工物の表面が損傷することを防止することができ、下部電極の一部を突出させることで、プラズマが被加工物の表面に広がる現象を防止することができる効果がある。
また、プラズマ処理が行われるところに隣接して排気がなされるので、プラズマ処理の際に発生する微細物質を発生即時除去することができる効果もある。
以下、本発明の突出したプラズマ排出口の周囲に吸入口が形成されたプラズマ発生装置を大気圧プラズマ発生装置に適用する場合を例として、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図２は本発明の一実施例による突出したプラズマ排出口の周囲に吸入口が形成された大気圧プラズマ発生装置の構造を示す図である。
図２に示すように、本発明の突出したプラズマ排出口の周囲に吸入口が形成された大気圧プラズマ発生装置は、大別して第１電極１０、誘電体３０、第２電極２０、第２電極２０の一部が突出して形成されたプラズマ排出口４０、外部ハウジング５０、吸入口６０、ダンパー７０、排気口８０、及び冷却部９０で構成される。
第１電極１０は誘電体３０の上面に付着され、電源放電電圧が印加される。
第２電極２０は誘電体３０の下側に誘電体から所定間隔で離隔して設置され、第２電極の中心部の一部が下方に伸びてプラズマ排出口４０を形成する。前記のような電極構造物は電極ハウジングで取り囲まれており、この電極ハウジングの外壁には冷却部９０−１が設置される。そして、プラズマ排出口４０の下側には、アッシングまたは食刻などのプラズマ加工対象になる被加工物が置かれることになる。この際、アッシングまたは食刻加工に使用されるガスとしては、一般にプラズマ放電の容易性または均一性のためのＡｒ、Ｈｅ、Ｎ2などと反応性ガスであるＳＦ6、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ａｉｒ、Ｏ2などのガスが使用でき、その外に工程特性上必要なガスの適用も可能である。例として、アッシングまたは食刻の際に発生する下部膜に対する選択性を考慮して混合するガスとして、ＨＣｌ、Ｃｌ2などがある。
このように、プラズマ排出口４０を形成することで、第１電極１０と第２電極２０との間に放電電圧が印加され、誘電体３０と第２電極２０との間に生成するプラズマはプラズマ排出口４０を通じて下方に排出される。すなわち、プラズマ排出口４０をプラズマ発生装置の下側に置かれる被加工物の加工領域上に位置させることで、被加工物の一部領域のみを加工し、被加工物の残り領域はプラズマの影響を受けない。また、プラズマ排出口４０を通じてだけプラズマが排出されることにより、プラズマが被加工物の加工部位以外の部分まで広がる現象を防止することもできる。
この際、プラズマ排出口４０を長いスリット形状に構成することで、被加工物の表面を直線状に加工することができ、被加工物またはプラズマ発生装置を移動させることで、被加工物の全面を加工することもできる。また、プラズマ排出口４０をホールまたは短いスリット形状に構成することにより、被加工物表面の局所部分のみを加工することもできる。このように、プラズマ排出口４０は必要に適した形状に多様に構成することができるものである。
また、本発明のプラズマ発生装置は、微細物質の迅速な排出と、第２電極の熱が被加工物に伝達されることを防止するため、プラズマ排出口４０の外に外部ハウジング５０をさらに含んで構成することができる。
外部ハウジング５０は、プラズマ排出口４０が形成された領域を除いた領域を取り囲む形状に第２電極及び電極ハウジングから所定距離だけ離隔して設置される。
電圧が印加されてプラズマが発生する過程では多量の熱が発生することができ、プラズマが発生する位置と被加工物間の距離は短いほど加工に有利である一方、被加工物に伝達される熱の影響が大きくなる。よって、外部ハウジング５０を備えることで、第２電極２０の下面が、プラズマ加工が行われる外部環境に直接露出しないようにして、被加工物の劣化現象を低減することができ、さらに外部ハウジングの適当な位置（例えば、図２で、外部ハウジングの両端に９０−２で表示する位置）に冷却手段をさらに備えると、前記のような劣化現象を一層低減させることができる。
また、プラズマ排出口４０と外部ハウジング５０との間に形成されたギャップによってなる吸入口６０によって、加工の必要な領域以外のプラズマ、及びプラズマが被加工物と反応した後の微細物質をより早く排出させることにより、加工領域の不要な拡張、または反応後の微細物質による表面汚染などを低減させることができる効果も得られる。
プラズマ排出口４０と外部ハウジング５０の相対的高さは、被加工物の位置、反応後の不要なプラズマまたは微細物質を早く排気させる必要、及び局所領域に対する精密加工の必要などを総合的に考慮し、要求される工程に応じてプラズマ排出口の下端が外部ハウジングの下面に対して突出または陷沒、あるいは同一面状に変形可能である。
吸入口６０は、図２に示すように、プラズマ排出口４０と外部ハウジング５０との間に、つまりプラズマ排出口４０の両側または周囲に沿って所定間隔の空間を置くことにより形成される。
一方、吸入口６０を通じて吸入された物質は排気口８０によってダンパー７０を通じて装置の外部に排出される。この際、ダンパー７０は、外部ハウジング５０の一面に配置され、気流制御によって、吸入口６０を通じて排出される微細物質を処理の全領域で均一に吸い出す役目をし、排気口８０は、吸入口６０を通じて吸いこんだ微細物質を外部ハウジング５０の外部に排出する通路になる。
本発明のプラズマ発生装置には、装置で発生する熱を冷やすため（前述したように）冷却部を備えることができる。この場合、冷却部９０は、図２に９０で示すように、電極ハウジングの外部に設置されることもでき（９０−１）、外部ハウジング５０の外壁内に設置されることもでき（９０−２）、場合によっては２ヶ所の両方に設置されることもできる。
一方、これまでは、放電電圧が印加される第１電極と誘電体が互いに密着している場合についてだけ説明したが、本発明は、第１電極または誘電体ではなく、第２電極（部）の構造にその特徴があるものなので、第１電極と誘電体（総称して第１電極部という）の形状はどんな形状にも変更可能なものであることを理解すべきである。例えば、電圧が印加される第１電極を取り囲むように誘電体を加工し、第１電極と誘電体間にはさらに他の液体誘電体などで満たす構造の第１電極部が思えられ、この場合にも本発明の同一技術思想を適用することができることは明らかであり、その他の多様な形態の第１電極部を有するプラズマ発生装置に対しても同様に適用することができることは当然である。
また、本発明は、大気圧プラズマを例として説明したが、本発明の本質は第２電極のプラズマ排出口、外部ハウジング及び吸入口などの構造的特徴にあるものなので、大気圧プラズマ以外の真空プラズマなどその他のプラズマ発生装置にも、本発明の前記のような構造的特徴を適用する必要がある場合であれば、容易に適用することができることも明らかである。
以上説明した本発明の好ましい実施例は例示の目的で開示したもので、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内でいろいろに置換、変形、及び変更可能であり、このような置換、変更などは本発明の特許請求範囲に属するものである。
以上説明した本発明の好ましい実施例は例示の目的で開示したもので、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内でいろいろに置換、変形、及び変更可能であり、このような置換、変更などは本発明の特許請求範囲に属するものである。
本発明は、下部電極の一部領域を外部に突出させてプラズマ排出口を形成し、下部電極の下面を外部から遮断させる外部ハウジングを備えることで、局所範囲に対するプラズマ加工が行われる場合、被加工物の加工部位以外の部分に損傷を与えることを防止することができ、プラズマ排出口と外部ハウジングとの間に吸入口を形成することで、プラズマ加工の際に発生する微細物質を効果的に除去することに適用可能である。
１ 被加工物
２ 発生熱
３ 被加工物の加工部位
１０ 第１電極
２０ 第２電極
３０ 誘電体
４０ プラズマ排出口
５０ 外部ハウジング
６０ 吸入口
７０ ダンパー（ｄａｍｐｅｒ）
８０ 排気口
９０ 冷却部
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Claims (5)
- プラズマ発生装置であって、
電源放電電圧が印加される第１電極、及び前記第１電極に付着されるかまたは第１電極を取り囲む形態の誘電体でなる第１電極部、
前記第１電極部から所定間隔離隔して設置され、前記第１電極部と対向する面の反対側の面から突出するように伸びるプラズマ排出口を有する第２電極、及び
前記プラズマ排出口の周辺を開放しつつ、前記第１電極部及び第２電極の周囲を取り囲む外部ハウジング、を含み、
前記外部ハウジングとプラズマ排出口との間の間隙でもって、微細物質を吸い込む吸入口を形成すること
を特徴とする、プラズマ発生装置。 - 前記プラズマ排出口は、スリット状であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ発生装置。
- 前記プラズマ排出口は、ホール状であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ発生装置。
- 前記吸入口を通じて微細物質を吸いこむダンパー、及び前記微細物質を前記外部ハウジングの外部に排出する排気口をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ発生装置。
- 前記外部ハウジングに冷却部をさらに設けたことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ発生装置。
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