等离子清洗装置的制作方法

专利名称：等离子清洗装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在处于减压状态的容器内，由高频电压产生等离子，由该等离子将设置在容器内的被处理物清洗的等离子清洗装置。
等离子清洗装置以电子领域为首，在很多领域中，用于除去在金属、绝缘物、以及其他的各种物品的表面附着的污染物质，使表面活化，增加表面的潮湿度等目的。
背景技术：
等离子清洗装置，在真空容器中导入处理气体，并减压到低于大气压，在与高频电源连接的活性电极与接地的地线电极或容器之间施加高频电压使之产生等离子，由这个等离子将设置在容器内的被处理物质进行清洗处理，可以预期，它将代替迄今为止使用的氟隆等的清洗液的清洗(请参照日本特许公开公报特开2002-141324号公报、特开2002-153832号公报、特开2002-126675号公报、特开2002-126674号公报等)。
在等离子中存在离子、电子、原子团、紫外线等，这些对被处理物的清洗有贡献。在容器内，设置有连接高频电源的活性电极，在其与接地电位连接的容器之间，或者与活性电极对峙设置的接地电位的对峙电极之间产生等离子。被处理物在产生等离子的空间内一般与活性电极对峙地配置。
作为其他的形式，还有作为地线电极使用格子状的材料，将被处理物设置在相对地线电极的与活性电极相反的一侧。
如同以往一般的做法，将被处理物配置在活性电极与地线电极之间的空间或者与活性电极对峙地设置的容器上的方法，被处理物成为被在两电极间发生的等离子直接照晒的状态。使用这种方法，被处理物被高温加热，某些被处理物会由于材质的原因而发生变质。
从电极对峙空间错开被处理物，配置在地线电极的背面侧的方法，等离子中的离子不能有效作用，存在清洗效果很差的缺点。
而且以往的这些方法，作为等离子气体一般使用氧气、氮气、氩气或者氢气，由于有时清洗效果不好，也使用化学的活性气体。

发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制被处理物被高温加热，并且提高清洗效果的等离子清洗装置。
本发明是在具备由连接于等离子发生用电源的活性电极与接地的地线电极组成的一对对峙电极的容器中导入处理气体，将该容器由大气压减压，使之发生等离子，由该等离子清洗设置在该容器内的被处理物的清洗装置，将被处理物的设置位置设置在所述对峙电极的对峙空间的外侧的同时，在被处理物上连接电气导通路径。
被处理物不被设置在对峙电极的对峙空间，而是设置在其外侧，因此不存在被处理物在对峙空间上发生的被等离子直接晒的问题，其结果，也就不存在被高温加热的问题。
而且，通过在被处理物上连接电气导通路径，防止了被处理物带电，等离子中的离子容易在被处理物上起作用，从而提高了清洗效果。由此，作为处理气体，不使用化学的活性气体也可以充分地达到清洗效果。其结果，比如作为处理气体可以使用空气，不会对环境造成负担，而且可以较低的运行费用解决问题。
作为连接于活性电极的等离子发生用电源的频率，可以使用被称为在通信以外的高频利用设备上优先被认可使用的ISM频率的13.56MHz的RF频率(无线电波)、2.45GHz等的微波、或者不到10KHz的低频。
被处理物的设置位置对于地线电极是与活性电极相反侧的位置是理想的。由此，可以防止被处理物被高温加热，并且可以达成很高的清洗效果。
电气导通路径具备向被处理物提供电位的副电源是理想的。由副电源设定被处理物的电位，等离子中的离子通过被处理物可以有效地发挥做用。
副电源可以是直流电源，也可以是交流电源。作为交流电源可以使用50或60Hz的商用电源或者不到10KHz的低频电源。而且，副电源也可以直流电源交流电源切换使用。
当被处理物是玻璃、CaF2等的绝缘物时，作为副电源，交流电源比直流电源更有效。
当副电源是直流电源时，其输出电位是可变的电源是理想的。由此，等离子中的离子可以控制作用于被处理物的程度。
当电气导通路径具备副电源时，在其副电源与被处理物之间具备电阻器是理想的。由此，可以调节从被处理物流向接地电位的电流，调节被处理物的清洗力。
当电气导通路径具备副电源时，在其副电源与被处理物之间，被处理物侧成为阳极的方向具备二极管是理想的。由此，可以使被处理物带电负电位，等离子中的正离子更容易作用于被处理物，提高清洗力。
当电气导通路径具备副电源时，具备对从被处理物流入副电源的电流的保护电路是理想的。作为其保护电路可以是与副电源并联的电阻器或电阻器与电容并联的电路。
在容器内，覆盖一对对峙电极以及被处理物的设置位置的同时，可以配置具有流通处理气体的开口的绝缘性的盖。在由这个绝缘性的盖区分的空间中使发生等离子，可以使等离子憋在这个空间中，从而使到达被处理物的等离子中的离子和原子团种的浓度上升，可以提高被处理物的处理效果。
在共用的容器内，可以具备多个一对对峙电极以及被处理物的设置位置的组。此时，将各组发生的等离子独立那样地将容器内的空间区分开是理想的。在各组被处理物上连接电气导通路径。
而且，此时，各组的活性电极通过各自的电阻器与等离子发生用电源并联连接是理想的。由此，可以防止流入各组的活性电极的电流的不均等。
在容器的排气路上设置处理气体的导入口是理想的。如实施例中详细叙述的那样，这种情况下，与将处理气体导入对峙电极间相比，消费电力很少即可，而且在提高被处理物的处理效果上也有效果。
对于活性电极在地线电极相反侧再具备电浮动空状态地支撑的反射电极是理想的。由此，可以使等离子更多地向地线电极方向移动，如果将被处理物设置在地线电极侧，可以进一步提高对被处理物的清洗效果。


图1是表示一实施例的概要立体图。
图2(A)～(F)分别是表示电导通路径的例子的电路图。
图3是表示被处理物的电位的波形图，a是副电源的设定电位为DC0V的情况，b是副电源的设置电位为DC-48V的情况。
图4是表示被处理物的电位的波形图，(A)是没有在电气导通路径上设置二极管的情况，(B)是设置二极管的情况。
图5(A)、(B)是表示分别在电气导通路径上设置副电源的保护电路的例的电路图。
图6是表示对于一对电极，配置多个被处理物的实施例的概要构成图。
图7是表示在共用的容器里设置多个电极对的一实施例的概要构成图。
图8是表示在共用的容器里设置多个电极对的另一实施例的概要构成图。
图9是表示设置覆盖一对电极和被处理物的绝缘性盖的实施例的概要构成图。
具体实施例方式
以下通过实施例对本发明作具体说明。
图1是一实施例的概要构成。2是真空容器，通过排气管4与真空泵连接。在排气管4中，设置用于将真空泵的排气速度设定成适度的值的阀门6与导入处理气体的阀门8，由阀门6、阀门8的开启度，调节被导入的处理气体的流量，控制容器2内的压力。当容器内向大气开放时，由图未示出的漏气阀门导入大气。容器2的底部是金属制造，被接地。
在容器2内对峙地配置活性电极12和地线电极14。活性电极12连接等离子发生用电源16，被供给1KHz或者13.56MHz的电压。地线电极14被支撑台18所支撑，成为接地电位那样地与容器的底部连接。20是以电浮空状态地被支撑的另一电极，其电极20与活性电极12对峙，在地线电极14的相反侧设置。电极20是作为将由活性电极12和地线电极14发生的等离子推向地线电极14一侧的反射板而起作用。
对于地线电极14，在活性电极12的相反侧的位置设置被处理物22的安放位置。被处理物22有支撑台18所支撑，支撑台18支撑被处理物22的部分是由绝缘物质制造，被处理物22与容器的底部处于非电连接的状态地被支撑着。此时这个被处理物22设定为是金属制品。在被处理物22上连接电气导通路径24，通过电阻26和副电源28接地。副电源28在这个例子中是输出电位可变的直流电源。30用于测定流过电气导通路径24的电流而设置的电流计。
当作为被处理物是处理绝缘物制品的情况，承载被处理物22的台为金属制品，在这个台上连接电气导通路径24。
被处理物22的设置位置如这个实施例那样，对于地线电极14不限于在活性电极12的相反侧的位置。只要避开活性电极12和地线电极14之间的空间，也可以设置在其外侧。但是，如果离活性电极12太近，将产生从活性电极12对被处理物22的放电，是不理想的。
如这个实施例那样，当将被处理物22设置在对于地线电极14与活性电极相反测位置时，等离子被成为反射板的电极20推向地线电极14方向，在被处理物22发挥更多作用，清洗效果会更高。
在这个实施例中，将副电源28的被处理物22的电位设定为规定电位，比如设定为负电位，在容器2内导入处理气体，使容器2内保持100Pa程度的真空度，通过从电源16将电压施加在活性电极12上，在活性电极12和地线电极14之间产生放电，发生等离子，这个等离子作用在被处理物22上，进行被处理物22表面的清洗和活性化。
作为处理气体，在本发明中可以使用空气。在以往的等离子清洗装置中当以空气作为处理气体使用时，不但基本上不会有好的清洗效果，而本发明的即使不使用化学的活性气体，由空气也可以达到充分的清洗效果，而且具备不会释放出对环境有任何害处的气体这样一个大优点。当然，作为处理气体也可以使用以往使用的氧气、氩气、氮气、氢气等。
在以往的等离子清洗装置中，一般导入到容器内的处理气体是向对峙电极间导入，将在这里产生的等离子顺着气体流到达被处理物那样地构成。但是，这个构成中，由于产生的气体的全部的量流入这个空间，等离子中的离子和原子团种的浓度很低。因此，如图1所示那样，在排气管4设置处理气体的导入开口部。流入的气体直接被容器内的压力减压，以这个减压的状态扩散到达电极12与14的对峙空间以及被处理物22的等离子区域。由于大部分的新鲜的气体通过排气管4被排出，因此能够以少量的电力消耗将新鲜气体等离子化。
由于也可以抑制由于到达等离子空间的新鲜气体造成的等离子中性化，等离子中的离子和原子团种的浓度上升，可以提高被处理物的处理效果。
一方面，从被处理物表面除去的污物的成分，也是从等离子区域有效地排气的重要因素。因此，从表面的清洗与活性化的两方面的观点来看，最适合的气体导入开口的配置位置和选定数是实际有效的。
作为电气导通路径24，可以有各种各样的变形。图2表示电导通路径的几个实例。
(A)是作为副电源在电气导通路径24上设置直流电源28的例子，这个直流电源28的输出端子的正极侧接地，负极侧连接被处理物22。电源28的输出电位虽然是可变的，但输出电位也可以是固定的。
(B)是作为副电源在电气导通路径上连接交流电源32的例子。
(C)是如图的实施例所示那样，在电气导通路径24上连接直流电源28和电阻器26的例子。(D)是副电源与交流电源32同样地连接电阻器的例子。
如(C)、(D)那样，在电气导通路径24上与连接副电源一起连接电阻器28的情况下，通过调整其电阻器的电阻值，可以抑制在被处理物22和接地电位之间流过的电流。
设置电阻器的效果如下所述，在活性电极12和地线电极14之间发生的等离子的强度、真空度、副电源28的电压、被处理物22的配置位置等作为别的参数，可以抑制、控制由这个电阻器26流向被处理物22的电流。其结果，被处理物22可以得到适当的处理效果，同时又可以容易地抑制温度的上升在较低的水平。
而且，还具有防止由于这个电阻器26在等离子中的被处理物22容易产生的电晕放电的发生。一般，在放电电路中，通常是设置防止电晕放电用的保护电阻器。电晕放电发生，过电流流过时，由这个电阻器26(电阻值×电流值)产生电压降，使得施加的电压降低，可以自动地消灭电晕放电。作为这个电阻器的电阻值，试验的结果，适合于数百Ω～数千Ω，由此可以防止电晕放电，并且在进行处理时被处理物不会被加热。
其次，说明作为副电源28，采用直流电源的情况下，施加在被处理物22上的电位的效果。图3是在示波器监视得到的图1的被处理物22的电位的波形。a所示的上的波形是将电源28的输出电压设定为DC0V的情况下。此时，从被处理物22向接地电位的方向的正离子电流和从接地电位向被处理物22方向的负电流在时间轴上产生交叉，当将电源28的输出电压设为0V时，以时间平均值正离子电流比负电流大。所以，正方向的波峰面积值比负方向的波峰面积值大。
一方面，将副电源28的被处理物的电位设定为负电位，如图3b所示那样，得到向负方向移位的波形。如果负的DC电压值变大，波形全体向负方向移位，存在正方向的波峰面积值与负方向的波峰面积值基本相等的电压设定值。进而，如果1DC负电压值变大，正方向的波峰终于到不了正值，波峰值成为0V，负方向的波峰值基本上就是这个时间的DC负电压值。
当被处理物22被包围在等离子中的离子中形成带电时，周围的离子被这个带电电压排斥，由离子冲突取消蚀刻的效果。因此，通过将被处理物22的电位设置成使被处理物的电位成为时间轴上的平均值0V的负电位，由此可以避免引起带电。被处理物22是绝缘物质时，承载被处理物的支撑台可以是导电性物质，通过将他连接到电气导通路径24上，可以使绝缘物的被处理物表面的电位在时间轴上的平均值也基本为0V，可以使不带电。其结果，即使是CaF2等的绝缘物，也可以提高等离子表面的蚀刻效果以及清洗效果。
被处理物22的电位在时间轴上通常处于负电位，正方向的波峰值成为0V那样地设定副电源电位时，副方向的波峰值基本成为此时的DC负电压值，被处理物22的电位将这个时间平均值为中心在上下的波峰值之间波动。所以，被处理物的表面通常处于负电位，而且不带电。可以得到被处理物22的电位作为负电位程度那么强的清洗效果。
返回到图2，进一步说明电气导通路径24的其他例子。(E)和(F)是被处理物22侧成为阳极那样地连接二极管34的例子。(G)、(H)是再串联连接电阻器26的例子。二极管34和电阻器26的位置可以交换。
通过连接二极管34，从接地电位流向被处理物22方向的电流，即电子、负离子与被处理物22冲突，由此可以阻止负电流。而，阳离子与被处理物冲突，由此正电流从被处理物22流向接地电位的方向，即二极管34的顺方向。由这个作用，被处理物22在由等离子向负方向带电的周期中，与被处理物没有二极管34的构成的情况相比可以更深地向负方向带电。其原因在于，在没有二极管的构成的情况下，被处理物22项负方向带电时，朝中和其负电位的方向，从接地电位侧朝向被处理物22流过电流。但是，当存在二极管34时，由于没有这个中和负电位的电流流过，所以被处理物22的负电位不会被中和，其结果带电很深的负电位。
图4表示这个二极管的效果，是用示波器观察到的被处理物22的电位的波形。(A)是没有二极管34的情况。(B)是连接二极管34的情况，可以看出负方向的下沉，这表示被处理物带电负电位。
而且，在被处理物22由等离子向正方向带电周期中，与被处理物冲突的正离子与没有二极管的构成的情况相比变得更多，而且速度提高。之所以如此，与没有二极管的构成相比，由于被处理物22带电更深的负电位，正离子被这个负电位所拖延。其结果与被处理物冲突的正离子的量和速度都增加。
由这样的作用，由于设置二极管34，对被处理物的清洗效果大幅提高。而且，由于不流过电子电流和负离子电流，在被处理物上施加的电力变小，温度上升值也变小。由于设置这个二极管34，副电源为直流电源28时，阻止向该输出端子流入逆电流，还具有从逆电流保护直流电源的效果。
再次返回图2，再说明电气导通路径24的其他例子。
(I)是不设置副电源28、32，而设置电阻器26的例子。即使没有副电源，被处理物22由等离子而带电，通过1与此连接的电气导通路径24的电阻器26在接地电位之间流过电流。此时，如果将被处理物22配置在地线电极14的附近，从被处理物22向接地电位方向的正离子电流与从接地电位向被处理物22方向的负电流在时间轴上产生交叉，但是以时间平均值，正离子电流比负电流流过的多。
当不设置副电源时，由于电流值变少，等离子处理效果降低，但是在实用上还是可以充分发挥清洗力。
(J)如所示那样，连接电阻器26和串联二极管34时，处理效果得到改善。
电气导通路径24如(I)、(J)所示那样，当不具备副电源时，由于不设置副电源，等离子清洗装置更简单化。
当副电源采用直流电源28时，由于逆电流、引入电流的流过，担心会由于电源内部的构成而产生故障。虽然从被处理物22向接地电位方向流过片正、负的电流，但是无论在什么情况，从直流电源28来看都不会成为逆电流或引入电流是理想的。
因此，图5是在电气导通路径24的副电源28上设置保护电路的例子。(A)是将电阻器36串联连接电源28的例子，(B)是将电阻器36与电容器38的并联电路并联连接于电源28的例子。
在图5(A)的保护电路中，由电阻器36在电源28的正、负输出端子之间预先流着充分的初始电流。具体地，比如，电源28的输出端子电压为50V，被处理物的直流平均电流为10mA，如果预先流着约为这个电流两倍的空电流(20mA)的话，作为按电阻器36必需的电阻值R为R＝50V/20mA＝2.5kΩ由于在电源28的DC输出上流着等离子的频率的高频电流，当然担心电源的故障。作为其对策，如图5(B)那样，连接电容比如陶瓷电容是有效的。作为具体的电容，比如，静电电容量＝0.01μF、耐压＝500～1000V的电容器是合适的。
图6是在一个容器2内配置一对电极12、14，作为被处理物配置多个，对被处理物22-1～22-n，或者被处理物群，连接电气导通路径24的例子。此时，在各电气导通路径24-1～24-n上预先设置电阻器26-1～26n是理想的。由等离子的浓度分布，由被处理物22-1～22-n的设置位置在等离子的浓度1上会产生不均等。为了克服这样的不均等性，通过调整电阻器26-1～26-n的电阻值，可以抑制和控制被处理物22-1～22-n和接地电位之间流过的电流，可以抑制由等离子的位置引起的不均等而产生的处理上的不均等。
图7是表示在一个容器2中配置多个电极对与被处理物的组的例子。将容器的内部空间分割成各个组用的空间，在各个空间分别配置电极12-1～12-n和电极14-1～14-n的组以及被处理物22。然后，为了使各个空间的等离子可以相互独立存在那样地在各个空间之间配置绝缘物障壁40。当容器2的侧壁没有绝缘性时，各空间以绝缘物包围是理想的。
活性电极12-1～12-n通过各自的电阻器42-1～42-n并联地连接共用的等离子发生用电源16。这样，当在共用的容器2内配置多组等离子发生用活性电极时，各处理室内的等离子阻抗，由于处理气体、处理气体的流动方向、温度、电极12-1～12-n与处理室内壁的位置关系等的多种原因而变化。为此将多个电极12-1～12-n并联连接于一个等离子发生用电源16，要使在各个电极12-1～12-n上的等离子发生浓度均等是困难的。而且，在任意的电极12-1～12-n上，如果比其他的电极12-1～12-n流过更多的电流，他的温度也比其他更高，其结果，等离子阻抗降低，电流集中到该电极，在其他的电极中，产生等离子的浓度非常小，在多个处理室的等离子浓度的均等性变差。
因此，通过设置电阻器42-1～42-n，使得在电极12-1～12-n之中的特定的一个更多地流过电流，于是产生[电流×电阻值]的电压降，向该电极供给的电压下降。其结果供给电压自动地补偿电流正常返回的方向。这样，防止向特定活性电极的电流集中，而且，可以对个别的电流进行调整、设定，从而可以抑制等离子的不均等性。
图8同样是表示在一个容器2内设置多个电极对和被处理物的情况的例子。电极对和被处理物的各个组被绝缘性的圆筒44-1、44-2区分成各个空间。在由绝缘性圆筒44-1、44-2区分的各个空间中，可以发生等离子，可以提高被处理物的处理效果。
图9是表示在一个容器2内配置一对电极12、14和被处理物，用绝缘性的盖46将这些覆盖的情况下的例子。绝缘性的盖其内部不是密封的，在盖46的一部分上设置开口48，盖46的内部与容器2连通。通过这个开口48流通处理气体。
在由绝缘性盖46区分的空间中，发生等离子，通过在这个空间中憋住等离子，使得到达被处理物22的等离子中的离子和原子团种的浓度上升，可以提高被处理物的处理效果。
当没有这个绝缘性盖46，容器2内很大的情况下，发生的等离子中的离子和原子团种向容器2的内壁扩散。特别是当容器为金属制品，由于导电性成为接地电位的以往的容器的情况下，正离子被这个接地电位吸引，到达被处理物的正离子的浓度减少，处理效果不好。
权利要求
1.一种等离子清洗装置，是一种具备由连接于等离子发生用电源的活性电极与接地的地线电极组成的一对对峙电极的容器中导入处理气体，将该容器减压到低于大气压，使之发生等离子，通过该等离子清洗被放置在该容器内的被处理物的等离子清洗装置，其特征在于将被处理物的放置位置设置在所述对峙电极的对峙空间的外侧，并且在被处理物上连接电气导通路径。
2.如权利要求1所述的等离子清洗装置，其特征在于被处理物的所述设置位置是相对所述地线电极的与所述活性电极相反侧的位置。
3.如权利要求1或2所述的等离子清洗装置，其特征在于所述电气导通路径具备向被处理物提供电位的副电源。
4.如权利要求3所述的等离子清洗装置，其特征在于所述副电源是直流电源。
5.如权利要求4所述的等离子清洗装置，其特征在于所述直流电源是输出电位可变的电源。
6.如权利要求3所述的等离子清洗装置，其特征在于所述副电源是交流电源。
7.如权利要求3～6中任意一项所述的等离子清洗装置，其特征在于在所述副电源与被处理物之间具备电阻器。
8.如权利要求3～6中任意一项所述的等离子清洗装置，其特征在于在所述副电源与被处理物之间，具有被处理物侧为阳极的方向的二极管。
9.如权利要求3～6中任意项所述的等离子清洗装置，其特征在于在所述副电源与被处理物之间具有串联连接电阻器和被处理物侧为阳极方向的二极管的串联电路。
10.如权利要求3～9中任意一项所述的等离子清洗装置，其特征在于在所述副电源中具备对从被处理物流入的电流的保护电路。
11.如权利要求10所述的等离子清洗装置，其特征在于所述保护电路是与所述副电源并联连接的电阻器。
12.如权利要求10所述的等离子清洗装置，其特征在于所述保护电路是与所述副电源并联连接的电阻器和电容器的并联电路。
13.如权利要求1～12中任意一项所述的等离子清洗装置，其特征在于在所述容器内，配置了覆盖所述一对对峙电极以及被处理物的设置位置的，并且具有流通处理气体的开口的绝缘性的盖。
14.如权利要求1～13的任意一项所述的等离子清洗装置，其特征在于在共用的容器内具备多个所述一对的对峙电极以及被处理物的设置位置的组，分隔容器内的空间使在各组发生的等离子相互独立，并在各组的被处理物上连接电气导通路径。
15.如权利要求14所述的等离子清洗装置，其特征在于各组的活性电极通过各自的电阻器与所述等离子发生用电源并联连接。
16.如权利要求1～15中任意一项所述的等离子清洗装置，其特征在于所述处理气体是空气。
17.如权利要求1～16中任意一项所述的等离子清洗装置，其特征在于在所述容器的排气路上设置所述处理气体的导入口。
18.如权利要求1～17中任意一项所述的等离子清洗装置，其特征在于还具备相对所述活性电极呈电浮空状态被支撑在地线电极的相反侧的反射电极。
全文摘要
本发明提供一种等离子清洗装置，其中将被处理物(22)设置在相对地线电极(14)的在活性电极(12)相反侧的位置上。被处理物(22)与容器的底部被电绝缘地支撑，在被处理物(22)上连接电气导通路径(24)。电气导通路径(24)通过电阻器(26)和副电源(28)接地。将副电源(28)的被处理物(22)的电位设定为规定电位，比如负电位，向容器(2)内导入处理气体，在容器(2)内保持100Pa程度的真空度，从电源(16)向活性电极(12)施加电压，由此在活性电极(12)和地线电极(14)之间产生放电，发生等离子，通过使该等离子作用于被处理物(22)，对被处理物(22)的表面进行清洗与活性化。
文档编号B08B7/00GK1593795SQ03157010
公开日2005年3月16日 申请日期2003年9月9日 优先权日2003年9月9日
发明者野田吉昭, 肥山道行, 泷本胜英 申请人:株式会社岛津制作所