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MICROWAVE PLASMA TREATMENT APPARATUS UPDATE_EN commons meetings foreign

Patent code P180015224
File No. 2017000348
Posted date Aug 7, 2018
Application number P2017-502351
Date of filing Feb 22, 2016
International application number JP2016055064
International publication number WO2016136669
Date of international filing Feb 22, 2016
Date of international publication Sep 1, 2016
Priority data
  • P2015-038677 (Feb 27, 2015) JP
Inventor
  • Kim Jaeho
  • Sakakita Hajime
Applicant
  • NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY
Title MICROWAVE PLASMA TREATMENT APPARATUS UPDATE_EN commons meetings foreign
Abstract (In Japanese)誘電体基板の内部の複雑で長いガス流路をなくして、プラズマの生成と維持が安定したマイクロ波プラズマ処理装置であって、低気圧に限らず中間気圧及び高気圧においても高い一様性と高密度、かつ安定な低温プラズマを発生することが可能なマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。誘電体基板、マイクロ波入力部、マイクロストリップ線路、アース導体、ガス入力口、プラズマ発生部、プラズマを吹き出させるためのノズル等を備えるマイクロプラズマ処理装置において、前記ガス入力口を、前記アース導体又はマイクロストリップ線路に設け、好ましくは、該ガス入力口の直径が、ガス入力口の断面により決まる遮断波長より小さくして、マイクロ波が漏れないようにする。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、材料開発や生産技術等における多くの分野でプラズマ処理技術は不可欠なものになっている。プラズマは高いに非熱平衡性を持ちながら、高密度のラジカルを生成することができるので低温ドライプロセス技術に広く使われている。

低気圧(1torr以下)、及び中間気圧(1torr~100torr)から大気圧間の圧力下におけるプラズマ源の一つとして、プラズマジェットが利用されている。プラズマジェットは装置のノズルからプラズマを吹き出すので、ウエハ等の被処理基板に、プラズマを使用したCVD(化学気相合成)、エッチング、アッシング(レジスト灰化処理)、プラズマ窒化、及び空気清浄、滅菌・殺菌等の処理を施す、有用なものである。

現在、プラズマジェットを生成させるには、直流アーク放電又は直流パルス放電を用いる方法がよく知られている。しかし、直流アーク放電又は直流パルス放電を用いる方法は、電極が劣化しやすいこと、反応性ガスの使用ができないこと、等の様々な問題を有している。

また、誘電体バリア放電を用いる方法がよく知られている。しかし、誘電体バリア放電を用いる方法では、フィラメント状の放電が発生する、高密度のラジカル生成ができないこと、等の様々な問題を有している。

また、無電極方式のプラズマジェット生成装置も知られている。例えば、VHF帯(30-300MHz)の高周波を用いた誘導結合式熱プラズマ発生装置が提案されている(特許文献1参照)。しかし、提案されているプラズマジェット生成装置はインピーダンスマッチングが複雑であること、構造上の問題で大規模化ができないこと、かつ高電圧の電気回路を用いるので装置の製作上及び運転上における様々な限界と問題点を有している。

一方、マイクロ波を用いてプラズマジェットを生成すると次のような利点がある。
(1)マイクロ波電源が安い。
(2)無電極運転が可能であり、放電維持寿命が長い。
(3)インピーダンスマッチングが簡単な素子で可能。
(4)マイクロ波とプラズマのカップリング効率がよい。
(5)外部への放射損失が少なく,必要なところに電力を集中させることができる。
(6)大気圧を含め広い圧力範囲において安定な高密度プラズマが生成する。

ところが、従来のマイクロ波電力を用いたプラズマ発生装置ではマイクロ波伝送線路として金属管である導波管を用いており、マイクロ波伝送回路の構造が大型かつ高価になることや低電力での運転が難しい、等の問題点を有している。

最近では、従来の導波管の代わりに、小電力用マイクロ波伝送線路であるマイクロストリップ線路を用いてプラズマジェット生成装置を製作する方法が提案されている(特許文献2、3、及び非特許文献1、2参照)。

図15に、従来のマイクロストリップ線路を用いたプラズマジェット生成装置の一例の斜視図を示す。この装置は、誘電体基板1の一方の端部断面に設けられたマイクロ波入力部13、誘電体基板1の他方の端部に向けて形成されたテーパー部14、誘電体基板1の内部に設けられたガス流路23、誘電体基板1の一方の面に設けられたマイクロ波電力伝送用のマイクロストリップ線路11、誘電体基板1の他方の一面を覆うアース導体12、該マイクロストリップ線路11と該アース導体12の間に設けたプラズマ発生部25、及びにプラズマを吐出させるノズル24で構成されている。
該プラズマジェット生成装置においては、ガスは、誘電体の基板1の側面に設けた二つのガス入力口22、22から入力されてガス流路23、23を通って、プラズマ発生部25で合流し、幅10mmのノズル24から誘電体基板1の外部に吹き出る。
マイクロ波(2.45GHz)電力は、同軸用マイクロ波コネクト31を通って誘電体基板1の内に導入され、マイクロストリップ線路11とアース導体12の間を伝搬し、プラズマ生成部25のところに集中する。これにより、プラズマが発生し、ガス流と共にノズル24から誘電体基板1の外部に吹き出る。

一方、プラズマプロセスにおいて生産性を高めるために、大面積にプラズマ処理が可能な広い幅を持つプラズマジェットの開発が強く要求されている。前述のマイクロストリップ線路を用いたプラズマ発生装置は、その構造上、誘電体基板、アース導体等を共用してマイクロストリップ線路をアレイすることにより大規模化が可能であるので(特許文献2参照)、その将来性が期待されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、マイクロ波電力によりプラズマを発生させて、ウエハ等の被処理基板に、プラズマを使用したCVD(化学気相合成)、エッチング、アッシング(レジスト灰化処理)、プラズマ窒化等の処理、及び空気清浄等を施す、マイクロ波プラズマ処理装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
誘電体基板と、
前記誘電体基板の表面と裏面とのうちのいずれかの面である第1の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、
前記誘電体基板の前記第1の面と反対側の第2の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたアース導体と、
前記誘電体基板の一方の端部
に設けられた、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、
前記マイクロ波入力部から入力されたマイクロ波によりプラズマを発生させるための空間であり、かつ、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間に設けられた空間であるプラズマ発生部と、
前記アース導体又は前記マイクロストリップ線路に設けられた、前記プラズマ発生部にガスを供給するためのガス入力口と、
前記プラズマ発生部に供給されるガスとマイクロ波により発生するプラズマを、前記誘電体基板の他方の端部から吐出させるためのノズルと、
を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項2】
 
前記ガス入力口の直径が、前記ガス入力口の断面により決まる遮断波長より小さい、請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項3】
 
前記誘電体基板の第1の面又は第2の面に、前記マイクロストリップ線路又は前記アース導体板をはめ込む溝を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項4】
 
前記誘電体基板が、該誘電体基板の他方の端部に向けて厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項5】
 
前記アース導体又は前記マイクロストリップ線路に二つ以上のガス入力口を設け、それぞれのガス入力口に異なるガス種を供給することで、プラズマ放電特性及びプラズマ処理特性を変えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項6】
 
前記アース導体又は前記マイクロストリップ線路に二つ以上のガス入力口を設け、いずれかのガス入力口に液状材料の気化供給手段を備えることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項7】
 
前記誘電体基板に前記マイクロストリップ線路が設けられた面に接して設けられた第2の誘電体基板と、
前記第2の誘電体基板の一方の端部から他方の端部に渡って設けられた第2のアース導体と、
前記マイクロストリップ線路と前記第2のアース導体との間に設けられた空間である第2のプラズマ発生部と、
前記第2のプラズマ発生部にガスを供給するために、前記第2のアース導体に設けられた第2のガス入力口と、
前記第2のガス入力口にガスを供給するために設けられた第2のガス供給手段と、
前記第2のプラズマ発生部に供給されるガスとマイクロ波により発生するプラズマを、前記第2の誘電体基板の他方の端部から吐出させるための第2のノズルと、
を備えることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項8】
 
請求項1から7のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ装置を、前記誘電体基板と前記アース導体を共用して、横に並べることで、長い長軸のプラズマを発生させるように構成したマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項9】
 
請求項1から8のいずれかに1項記載のマイクロ波プラズマ装置を、希ガス、又は反応性ガス、又は希ガスと反応性ガスの混合ガスを供給し、
低気圧又は中間気圧又は高気圧においてプラズマを発生させるようにしたマイクロ波プラズマ処理装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017502351thum.jpg
State of application right Published
Reference ( R and D project ) (In Japanese)産総研電子光技術研究部門先進プラズマプロセスグループ
(In Japanese)ライセンス等を御希望の方又は特許の内容に興味を持たれた方は,下記「問合せ先」まで直接お問い合わせくださいますよう,お願い申し上げます。


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