(57)【要約】【課題】  被処理材を部分的に表面処理する場合に、処理ガスを漏洩させることなく、被処理材の処理領域を均一に表面処理することができる表面処理装置を提供する。【解決手段】  処理ガスが吹き出す処理ヘッド１の処理表面４３に、ワークＷの処理領域Ｆ１を対向配置し、処理表面４３と処理領域Ｆ１との間に処理ガスを流して、ワークＷの表面処理を行う装置Ｍであって、処理ヘッド１は、処理ガスを排気すべく処理表面４３に隣接する排気口４１ａを備えると共に、ワークＷと対向した処理ヘッド１の表面からワークＷに向って、処理表面４３を突出させて形成している。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスが吹き出す処理ヘッドの処理表面に、被処理材の処理領域を対向配置し、前記処理表面と前記処理領域との間に処理ガスを流して、被処理材の表面処理を行う装置であって、
前記処理ヘッドは、前記処理ガスを排気すべく前記処理表面に隣接する排気口を備えると共に、前記被処理材と対向した前記処理ヘッドの表面から前記被処理材に向って、前記処理表面を突出させて形成していることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記処理ヘッドは、前記処理表面から前記処理ガスを吹き出す吹き出し口を備え、該吹き出し口は、その端部にエッジ加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
処理ガスが吹き出す処理ヘッドの処理表面に、被処理材の処理領域を対向配置し、前記処理表面と前記処理領域との間に処理ガスを流して、被処理材の表面処理を行う装置であって、
前記処理ヘッドは、前記処理表面から前記処理ガスを吹き出す吹き出し口と、前記処理ガスを排気すべく前記処理表面に隣接した排気口と、を備え、前記吹き出し口は、その端部にエッジ加工が施されていることを特徴とする表面処理装置。
【請求項４】
前記吹き出し口のエッジ加工は、面取り加工であることを特徴とする請求項２又は３に記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記吹き出し口のエッジ加工は、ラウンド加工であることを特徴とする請求項２又は３に記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置等の処理ガスを被処理材の表面に流して、表面処理を行う装置に係り、特に、シリコン基板などの被処理材の処理領域に対して、部分的に均一なエッチング処理を行うことができる表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、低圧条件下において、グロー放電プラズマを発生させて被処理体のエッチング、表面改質、又は被処理体上に薄膜形成を行う方法が実用化されている。しかし、これらの低圧条件下における処理装置は、真空チャンバー、真空排気装置等が必要であり、表面処理装置は高価なものとなり、大面積基板等を処理する際にはほとんど用いられていなかった。このため、大気圧近傍の圧力下で放電プラズマを発生させる常圧の小型化された表面処理装置が提案されている(特許文献１参照)。
【０００３】
さらに、被処理体の表面を部分的に処理するために、グロー放電プラズマを発生させる電極構造のプラズマ吹き出しノズルの近傍に、排気流路を有するガイド部材を非接触状態で配置し、この排気流路を被処理体とガイド部材との間隔より十分に大きくすることによりシール空間を設けた放電プラズマ処理装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
この他にも、大気圧下において、ガス中に気体放電を生じさせて活性励起種を生成させて、該活性種を含む処理ガスを、処理ガスの流れを制御する流路制御板と被処理材表面に供給し、該供給した処理ガスは、流路制御板に形成された排気口から排気ポンプにより吸引される表面処理装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−９２４９３号公報
【特許文献２】特開２００３−１７１７６８号公報
【特許文献３】特開平１１−３３５８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような被処理材の表面処理として、例えばエッチング処理を行う場合には、部分的に被処理材の表面をエッチングする場合が多い。そして、このようなエッチング処理を行う場合には、処理ガスの濃度に依存して被処理材表面のエッチング深さが決まるので、被処理材の表面に接触させる処理ガスの濃度を一定に保つ必要がある。
【０００７】
しかし、一般的に前記の如き処理を行うような装置を用いた場合には、装置の吹き出し口から吹き出す処理ガスは、その吹き出し口の近傍では、処理ガスの濃度が高いために、この処理ガスが接触した被処理材の表面は、表面処理が促進されてエッチング深さが深くなるが、吹き出し口から離れるに従って、処理ガスが大気拡散することによりその濃度は極端に低くなり、エッチング深さは浅くなる。すなわち、ノズル吹き出し口近傍と、この近傍から離れた箇所とを、同時に均一の処理をすることは難しく、エッチングすべき領域が広くなるに従い、エッチング深さにバラつきが生じてしまう。
【０００８】
さらに、このように吹き出し口近傍から離れた被処理材の処理領域の端部を、所望のエッチング深さにするためには、この低濃度の処理ガスを用いると、エッチング処理を長時間しなければならず、処理ガスの消費量も多くなる。さらに、このような長時間のエッチング処理を行うことにより、処理ガスが吹き出す吹き出し口近傍は、オーバーエッチングとなってしまう。
【０００９】
この他にも、このような被処理材を処理するにあたって、処理ガスを装置外部に漏らさないことは重要であり、この処理ガスの漏れを防止すべく、処理後のガスを強制的に回収するガス吸引装置を設けることがある。そして、この吸引装置は、流した処理ガスの流量と、吸引しようとする流量と、の流量バランスを保つように、流量制御をしなければならない。
【００１０】
その理由として、処理ガスの流量が微少であるときに、吸引装置で処理後の微量のガスを吸引し過ぎると、処理前のガスの流れに乱れが生じ、安定して処理ガスを被処理材の表面に流すことができず、均一な表面処置が行えない。また、処理ガス流量が多いときには、吸引装置で処理後のガスを吸引しないと、処理ガスの流路系内にガス漏れが生じる虞がある。しかし、このようなガス流量のバランスを保つように流量制御することは、難しい。
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは被処理材を部分的に表面処理する場合に、処理ガスを漏洩させることなく、被処理材の処理領域が広域であっても、その処理領域を均一に精度良く表面処理することができる表面処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明に係る表面処理装置は、処理ガスが吹き出す処理ヘッドの処理表面に、被処理材の処理領域を対向配置し、前記処理表面と前記処理領域との間に処理ガスを流して、被処理材の表面処理を行う装置であって、前記処理ヘッドは、前記処理ガスを排気すべく前記処理表面に隣接する排気口を備えると共に、前記被処理材と対向した前記処理ヘッドの表面から前記被処理材に向って、前記処理表面を突出させて形成していることを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明の装置は、前記処理ヘッドが、前記処理ガスを排気すべく前記処理表面に隣接する排気口を備えたので、被処理材の処理領域と非処理領域との境界部に対向するように排気口が配置することが可能となる。そして、この排気口から処理後の処理ガスを吸引することができるので、ヘッドから吹き出したガスが大気拡散して急激に濃度低下するようなことはない。
【００１４】
さらにまた、吸引流量に比べ、処理ガスの流量が微量である場合にも、処理ヘッドの処理表面と被処理材の処理領域との間に形成された空間内の圧力バランスを保つように、処理ヘッドの端部から（処理ヘッドの非処理表面と被処理材の非処理領域との間を）大気が流れ込むので、装置外部にガスが漏れることを防止するばかりでなく、この空間内に流れる処理ガスの流れを安定させることができ、均一な表面処理を行うことができる。
【００１５】
さらに、前記の如く処理表面を突出させることにより、先に示した大気が、処理ヘッドの処理表面と被処理材の処理領域との間に流れ込みにくくなり、処理領域の境界部近傍まで、処理ガス濃度を一定に保ち、ガス流れを安定化させることができる。その結果、この被処理材の処理領域の境界部近傍まで、均一な表面処理を行うことができる。とくに、エッチング処理を行う場合には、処理領域の処理深さは均一な深さとなり、理想的な表面処理を行うことができる。このように、被処理材の表面に対して必要な範囲に必要な深さのエッチング処理を行えるので、オーバーエッチングによる被処理材の表面の残渣を発生させることなく、高品質の表面処理を短時間で行うことができるので、経済的である。
【００１６】
さらに好ましい態様としては、本発明に係る表面処理装置は、前記処理ガスが吹き出す吹き出し口の端部に、エッジ加工が施されており、このエッジ加工としては、面取り加工が好ましく、さらに好ましいエッジ加工は、ラウンド加工である。このように構成された装置は、吹き出し口近傍の処理ガスの流れを安定させることができるので、その処理ガス濃度も均一なものとなり、被処理材の処理領域の境界部の近傍までより均一なエッング深さを有した処理部分を得ることができる。
【００１７】
さらに好ましい態様としては、本発明に係る表面処理装置は、処理ガスが吹き出す処理ヘッドの処理表面に、被処理材の処理領域を対向配置し、前記処理表面と前記処理領域との間に処理ガスを流して、被処理材の表面処理を行う装置であって、前記処理ヘッドは、前記処理表面から前記処理ガスを吹き出す吹き出し口と、前記処理ガスを排気すべく前記処理表面に隣接した排気口と、を備え、前記吹き出し口は、その端部にエッジ加工が施されていることを特徴としており、このようなエッジ加工として、面取り加工、ラウンド加工を行うことにより、たとえ、処理表面が突出して形成されていなくても、吹き出し口近傍の処理ガスの流れを安定させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の表面処理装置は、被処理材を部分的に表面処理する場合に、処理ガスを漏洩させることなく、基板に接触する処理ガスの流れを安定し、そのガス濃度を均一にするので、被処理材の処理領域が広域であっても、その処理領域を均一に表面処理することができる。さらに、被処理材の表面に対して必要な範囲に必要な深さのエッチング処理を行えるので、オーバーエッチングによる被処理材の表面の残渣を発生させることなく、高品質の表面処理を短時間で行うことができるので、経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る表面処理装置のいくつかの実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、第一実施形態に係るプラズマ処理装置の模式化した全体斜視図であり、図２は、図１に示すプラズマ処理装置のII−II断面図であり、図３は、図１のプラズマ処理装置の要部断面図である。また、図４は、図３に示す処理ヘッドの吹き出し口の吹き出し中心の距離Ｌと、処理ガス濃度及びエッチングレイトの関係を説明するための概略図であり、（ａ）は処理ガス濃度の変化図、（ｂ）は、エッチングレイトの変化図を示したものである。
【００２０】
図１から図３において、本実施形態に係る表面処理装置はプラズマ処理装置Ｍであり、エッチング処理すべき処理部分Ｃ１を含むワーク（被処理材）Ｗの表面のエッチング処理を行うものである。この装置Ｍは、長尺状のノズルヘッド（処理ヘッド）１を備え、ノズルヘッド１は処理ガス源２から処理ガスが導入される処理ガス導入部１０と、導入されたガスによりワークＷを表面処理する放電処理部２０と、を備えている。さらに、プラズマ処理装置Ｍは、放電処理部２０の対向する電極に電圧を印加する電源４ａ及びアース４ｂと、装置Ｍを昇降させる昇降手段５と、ワークＷを固定する固定台３と、表面処理後の処理ガスを吸引して排気する吸引排気手段６と、を備えており、放電処理部２０の上部に処理ガス導入部１０が位置し、放電処理部２０の下方に固定台３が位置し、放電処理部２０が、固定台３に載置されたワークＷに対向配置される構成となっている。そして、電源４ａは、後述する放電処理部２０の内部の電極にパルス状の電圧を印加するものである。以下、各構成部分について、詳細に説明する。
【００２１】
処理ガス導入部１０は、プラズマ処理を行う際に放電処理部２０の放電空間に処理ガスを送り込む部分であり、容器状をしており、内部に処理ガス源２から配管２ａを介して処理ガスが導入される２本のパイプ１１を備えている。この２本のパイプ１１は紙面と直交する方向に延在している。２本のパイプ１１は上下の板状の支持部材１２，１３により所定の間隔で支持されてユニット化され、支持部材の上下にはチャンバー１４，１５が形成されている。
【００２２】
上方の支持部材１２には、パイプ１１と共に上下方向に貫通する貫通孔１６が、所定の間隔で形成され、パイプ１１の内部とチャンバー１４とが連通するようになっている。また、処理ガス導入部１０の底面には、外部に開口するスリット１７が形成され、このスリットは上方に向けて広がるように形成され、チャンバー１５と連通している。したがって、処理ガス源２から導入された処理ガスは２本のパイプ１１内に入り、貫通孔１６を通して上方のチャンバー１４に入り、上下のチャンバーをつなぐ隙間１８を通して下方のチャンバー１５に入り、下方のスリット１７から外部に吹き出されるように構成されている。この構成により、処理ガスの吹き出しはスリット１７の長手方向の全ての位置で均一となるように設定されている。スリット１７もワークＷの全幅より大きい幅を有している。
【００２３】
放電処理部２０は、セラミックスやポリテトラフルオロエチレン等の絶縁性樹脂等の絶縁材からなるケース状の本体部２１を有しており、この本体部２１は、電極２３，２４を対向させて内蔵している。電極２３，２４は、紙面と直角方向に沿って、所定の幅を有する中心間隙２５を介して平行に配列されている。中心間隙２５の幅は、１〜３ｍｍ程度が好ましい。電極２３，２４に電圧が印加されているとき、中心間隙２５が放電空間となる。
【００２４】
そして、ケース状の本体部２１の上部には、横方向にスリット２８が形成され、このスリットは処理ガス導入部１０の下面のスリット１７と一致している。したがって、処理ガス導入部１０のスリット１７から出た処理ガスは、ガス導入部１０のスリット１７から本体部２１の内部に進入し、電極２３，２４の電極面間の中心間隙２５を通して下方に移動し、放電処理部２０の底部にある処理ノズル４０に流れる構成となっている。
【００２５】
また、本体部２１の側面には電極２３，２４を水平方向に進退させる押しボルト３０と引きボルト３１が装着され、押しボルト３０を右回転させることで電極を進出させ中心間隙２５を狭めることができ、押しボルト３０を緩めて引きボルト３１を右回転させることにより電極を後退させ中心間隙２５を広げることができると共に、中心間隙２５を一直線状にすることができる。中心間隙２５の幅は一定であることが好ましく、一定にすることで電極２３，２４間の放電状態を安定させることができ、均一なプラズマ処理が可能となる。押しボルト３０と引きボルト３１は、前記のように中心間隙２５を調整する機能と共に、各電極が電圧印加時にクーロン力を受けたり熱膨張したりして撓むのを防止する機能を有する。
【００２６】
電極２３，２４は、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、黄銅等の合金、金属間化合物等から構成される。各電極の少なくとも電極対向面は、アーク放電を防止するためにアルミナ等の固体誘電体２６のコーティング層で被覆されており、コーティング層の厚さは０．０１〜４ｍｍ程度が好ましい。固体誘電体として、アルミナの他に、セラミックスや樹脂等の板状物、シート状物、フィルム状のものを用いて電極の外周面を被覆してもよい。電極２３，２４の長さは、被処理材の処理幅に合わせて、それより長く設定される。電極２３，２４は、少なくとも中心間隙２５のコーナー部分がアーク放電を防止するために、図２に示されるようにアール加工がされている。
【００２７】
電源４ａは放電処理部２０内の電極２３，２４に極性の異なるパルス状の電圧を印加するものであり、一方の電極２３にパルス状電圧を印加し、対向する他方の電極２４を接地４ｂして電極間の中心間隙２５に放電を立たせるものである。パルス状の電圧は立上り時間及び立下り時間が１０μｓ以下で、電界強度が１０〜１０００ｋＶ／ｃｍ、周波数は０．５ｋＨｚ以上であることが好ましい。
【００２８】
電界強度が１０ｋＶ／ｃｍ未満であると処理に時間がかかりすぎ、１０００ｋＶ／ｃｍを超えるとアーク放電が発生しやすくなる。０．５ｋＨｚ未満であると、プラズマ密度が低く、処理に時間がかかりすぎる。上限は特に限定されないが、常用されている１３．５６ＭＨｚ、試験的に使用されている５００ＭＨｚといった高周波帯でも可能である。負荷との整合のとり易さや取り扱い性を考慮すると、５００ｋＨｚ以下が好ましい。このようなパルス状電圧を電源４ａから電極２３，２４に印加することにより、処理速度を大きく向上させることができる。
【００２９】
パルス状電圧における１つのパルスの継続時間は、２００μｓ以下であることが好ましい。２００μｓを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。ここで、１つのパルス継続時間とは、ＯＮ、ＯＦＦの繰り返しからなるパルス状電圧における、１つのパルスの連続するＯＮ時間をいう。パルス状電圧におけるパルスのオフ時間は、０．５〜１０００μｓが好ましく、０．５〜５００μｓがより好ましい。１０００μｓを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。
【００３０】
なお、電極２３，２４に印加される電圧はパルス状電圧に限らず、連続波の電圧でもよい。パルス状の電圧波形は、インパルス型の他に、方形波型、変調型、あるいは前記の波形を組み合わせた波形等の適宜の波形を用いることができる。また、電圧波形は、電圧印加が正負の繰り返しであるものの他に、正又は負のいずれかの極性側に電圧を印加する、いわゆる片波状の波形を用いてもよい。また、バイポーラ型の波形を用いてもよい。もちろん、一般的なサイン波である交流波形を用いてもよい。
【００３１】
処理ノズル４０は、電極間でプラズマ化された処理ガスをワークＷの処理領域Ｆ１に流し、流した処理ガスを排気するガスの流路を形成するための部材であり、処理ノズル４０は、前述した処理ガスが吹き出す吹き出し流路４１と、この吹き出し流路４１から吹き出したガスを吸引排気するための排気流路４２と、を形成している。そして、ワークＷの表面と対向した処理ノズル４０の表面には、処理表面４３と非処理表面４４とが形成され、この処理表面４３の中央には、吹き出し流路４１の吹き出し口４１ａが形成されている。さらに、処理表面４３の両端には、この処理表面４３と隣接するように、排気流路４２の排気口４２ａが形成されている。このようにして、ワークＷを表面処理装置Ｍに載置したときに、後述するワークＷの処理すべき処理領域Ｆ１と、処理を行わない非処理領域Ｆ２と、の境界部Ｆ３に対向する位置に、排気口４２ａを設けることができ、ワークＷの非処理領域Ｆ２に処理ガスが流れないようにすると共に、ワークＷの処理領域Ｆ１に流れる処理ガスが、非処理領域Ｆ２に拡散して、処理ガス濃度が低下することを防止していることができる。
【００３２】
さらに、処理ノズル４０は、ワークＷと対向した処理ヘッド１の表面からワークＷに向って、前記処理表面４３を突出するように形成している。このように、処理表面４３を非処理表面４４よりも突出させて形成することにより、表面が平坦なワークＷを処理ヘッド１の下方に配置したときに、処理表面４３から処理領域Ｆ１までの距離ｄ１が、ワークの非処理領域Ｆ２から非処理表面４４までの距離ｄ２よりも小さくなる。
【００３３】
さらに、この排気流路４２の下流には、吸引排気手段６が配置されており、排気流路４２を介して吸引排気手段６がガスを吸引する構成となっており、この吸引排気手段６が排気する排気流量は、処理ガスを流す流量以上であることが好ましい。このような流量にすることにより、外部に処理ガスを漏らすことなく吸引排気することができる。
【００３４】
そして、このプラズマ処理装置Ｍは、大気圧近傍の圧力下で処理が行われるようになっている。大気圧近傍の圧力とは、１００〜８００Ｔｏｒｒ（約１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａ）の圧力であり、実際には圧力調整が容易で、かつ放電プラズマ処理に使用される装置が簡便となる、７００〜７８０Ｔｏｒｒ（約９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａ）の圧力が好ましい。また、プラズマ処理されるワークＷに、放電プラズマを接触させて活性化する際には、ワークＷは加熱されていても、冷却されていてもよく、室温に保たれていてもよい。
【００３５】
さらに、図１に示すように、この長尺のノズルヘッド１の処理ノズル４０には、長手方向端部４６から、大気が進入しないように、また処理ガスが大気に流出しないように、サイドシール機構４７が設けられている。このサイドシール機構４７は、先に示す処理ノズルの非処理表面４４とワークＷの非処理領域Ｆ２との間に形成された間隙に、長手方向から処理ガスが流れない構造であれば、特に限定されるものではなく、この間隙を完全に塞ぐ面シールの構造であってもよく、ラビリンスシール構造であってもよい。このようなサイドシール機構４７を設けることにより、ワークＷの長手方向端部近傍において、安定した表面処理を行うことができる。
【００３６】
前記のように構成されたプラズマ処理装置Ｍの動作について説明する。まず、処理すべきワークＷを、上昇位置にある処理ヘッド１の処理ノズル４０の処理表面４３が、下降時にワークＷの処理領域Ｆ１と対向するように、ワークＷを対向配置する。そして、処理ノズル４０の処理表面４３とワークＷの処理領域Ｆ１とが所定の距離ｄ１となるように、処理ヘッド１を、昇降手段５により下降させる。このように所定距離ｄ１となるように下降させることにより、処理ノズル４０の処理表面４３とワークＷの処理領域Ｆ１との間に、処理ガスが流れる流路を形成することができる。また、このときに、処理ノズルの非処理表面４４とワークＷの非処理領域Ｆ２との間には、距離ｄ２の間隙が形成され、吸引排気手段６が吸引したときに、ノズル端部４５からこの距離ｄ２の間隙に、大気を流し込むことができる。
【００３７】
ここで、処理ノズル４０の処理表面４３とワークＷの処理領域Ｆ１の距離ｄ１は、３ｍｍよりも小さいくなるように、その距離が調整されることが好ましく、さらに好ましくは、１．５ｍｍ以下である。このような距離にすることにより、ワークＷの処理領域を流れる処理ガスの濃度を均一に保つことができる。
【００３８】
そして、処理ガス源２から、ノズルヘッド１に処理ガスを供給する。ノズルヘッド１の処理ガス導入部１０で処理ガス源２から供給された処理ガスは、パイプ１１から貫通孔１６を通して上方のチャンバー１４に進入し、隙間１８を通って下方のチャンバー１５に進入し、ワークＷの幅方向に均一化されて下方のチャンバー１５からスリット１７で構成されるガス導入路を通して放電処理部２０の本体部２１内に進入する。
【００３９】
放電処理部２０内では、処理ガスは電極２３，２４間の中心間隙２５に均一に導入される。電源４ａから電極２３，２４にパルス状電圧が印加されると、中心間隙２５は放電空間となってグロー放電が発生し、処理ガスがプラズマ化される。このプラズマ化された処理ガスは、吹き出し流路４１を流れ、吹き出し流路４１の吹き出し口４１ａから処理ガスが吹き出し、この処理ガスは、ワークＷの処理領域Ｆ１の表面に接触しながら、処理表面４３と処理領域Ｆ１との間を流れ、ワークＷの処理領域Ｆ１のエッチング処理を行い、処理部Ｃ１となるようにエッチング処理を行うことができる。
【００４０】
さらに、ワークＷの処理領域Ｆ１に流れた処理後のガスは、吸引排気手段６により処理ノズル４０の表面に形成された排気口４２ａを介して、排気流路４２を流れ、吸引排気される。一方、処理ノズル４０の非処理表面４４とワークＷの非処理領域Ｆ２との間に形成された距離ｄ２を有した間隙には、処理ノズル４０のノズル端部４５から大気が流れ込み、この大気は排気口４２ａを介して、排気流路４２に流れ、吸引排気される。
【００４１】
このように、プラズマ処理装置Ｍは、処理ノズル４０の処理表面４３とワークＷの処理領域Ｆ１との間に、吹き出し口４１ａから流れた処理ガスを流し込み、この処理後の処理ガスを排気口４２ａから吸引するようにしたので、吹き出し口からの距離Ｌが大きくなっても、図４（ａ）の破線の如く（従来の如く）処理ガスが吹き出し口４１ａから拡散して急激に濃度低下することなく、処理ノズル４０の処理表面４３とワークＷの処理領域Ｆ１との間に、安定して処理ガスを流すことができるので、図４（ａ）の実線で示すように、吹き出し口からの距離Ｌに関わらず、処理ガスの濃度は略安定している。
【００４２】
また、ワークＷを下方に配置したときに、処理表面４３を突出させたことにより、処理表面４３から処理領域Ｆ１までの距離ｄ１が、ワークの非処理領域Ｆ２からこの非処理領域Ｆ２に対向した処理ヘッド１の非処理表面４４までの距離ｄ２よりも小さくなるので、処理時には、非処理表面４４と非処理領域Ｆ２の間に流れる大気が、処理ノズル４０の処理表面４３とワークＷの処理領域Ｆ１との間に流れ込みにくくなり、その結果、処理ガスの流れを安定化させ、処理ガスの濃度も均一にすることができる。
【００４３】
さらに、吸引排気手段６の吸引流量に比べ、処理ガスの流量が微量である場合にも、処理ノズル４０の処理表面４３とワークＷの処理領域Ｆ１との間に形成された空間内の圧力バランスを保つように、処理ノズル４０のノズル端部４５から大気が流れ込むので、装置外部に処理ガスが漏れることを防止できるばかりでなく、この空間内に流れる処理ガスの流れを安定させることができる。
【００４４】
このようにして、処理ノズル４０の処理表面４３とワークＷの処理領域Ｆ１との間に流れる処理ガス濃度を均一にし、さらにはワークの非処理領域Ｆ２には、この処理ガスが流れないので、所望の表面形状及びエッチング深さを有した処理部分Ｃ１を得ることができる。具体的には、図３に示すように短手方向（吹き出し距離Ｌの方向）の処理部分Ｃ１のうち、均一な処理深さを有した部分（エッチング処理によりフラットとなる部分：フラット部）の長さを長くすることができることから、ワークＷのエッチング処理が必要な箇所に必要な深さのエッチング処理を行うことができる。このため、必要なフラット部分の長さを得るために、過度のエッチング処理を行う必要がなく、エッチング処理時間も短縮化することができ、経済的である。
【００４５】
本実施形態のプラズマ処理装置Ｍによれば、プラズマ発生空間中に存在する気体の種類を問わずグロー放電プラズマを発生させることが可能であり、開放系あるいは気体の自由な流失を防ぐ程度の低気密系での処理が可能となる。前記のパルス電界を用いた大気圧放電プラズマ処理装置によると、ガス種にまったく依存せず、電極間において大気圧下で放電を起こすことが可能であり、電極構造や放電手順を単純化でき、高速処理を実現できる。本実施形態では、エッチング処理を目的としているので、処理ガスとして、アルゴン、窒素等の不活性ガス、又は、ＣＦ４等のフッ素含有化合物ガスを用いることが好ましいが、エッチング処理ができるのであれば、このガスに限定されるものではない。そして、その他エッチング処理以外の処理を行う場合にはその目的に合わせた種々の処理ガスを使用するのがよい。
【００４６】
例えば、処理ガスとして、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＣｌＦ３、ＳＦ６等のフッ素含有化合物ガスを用いることによって、撥水性表面を得ることができる。処理ガスとして、Ｏ２、Ｏ３、水、空気等の酸素元素含有化合物、Ｎ２、ＮＨ３等の窒素元素含有化合物、ＳＯ２、ＳＯ３等の硫黄元素含有化合物を用いることによって、基材表面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の親水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親水性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタクリル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親水性重合膜を被膜することもできる。
【００４７】
さらに、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｎ等の金属の金属−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラート等の処理ガスを用いることによって、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２等の金属酸化物薄膜を形成でき、基材表面に電気的、光学的機能を与えることができる。ハロゲン系ガスを用いてダイシング処理を行ったり、酸素系ガスを用いてレジスト処理や有機物汚染の除去を行ったり、アルゴン、窒素等の不活性ガスを用いて表面クリーニングや表面改質を行うこともできる。経済性及び安全性の観点から、処理ガス単独雰囲気よりも、以下に挙げる希釈ガスによって希釈された雰囲気中で処理を行うことが望ましい。希釈ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、窒素ガス等が挙げられる。これらは単独でも２種以上を混合して用いてもよい。
【００４８】
本発明の第二実施形態を図５に基づき詳細に説明する。図５は第二実施形態に係る表面処理装置としてのプラズマ処理装置の要部断面図である。なお、この実施形態は前記した第一実施形態と比べて、吹き出し流路の吹き出し口の端部に面取り加工を施して傾斜面５１ｂ、５１ｂを形成した点が異なる。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
このようなプラズマ表面処理装置Ｍは、処理ノズル５０の吹き出し口５１ａの端部に傾斜面５１ｂ、５１ｂを形成することにより、吹き出し口近傍の処理ガスの流れを安定化することができ、処理ガスの濃度を均一にすることができる。そして、第一実施形態の処理部分Ｃ１に比べ、境界部Ｆ３の近傍までの所望の処理領域において、より均一なエッング深さを有した処理部分Ｃ２を得ることができる。
【００５０】
本発明の第三実施形態を図６に基づき詳細に説明する。図６は第三実施形態に係る表面処理装置としてのプラズマ処理装置の要部断面図である。図６に示した処理ノズル６０は、前記した第一実施形態と比べて、吹き出し口の端部にラウンド加工を施して曲面６１ｂ、６１ｂを形成した点が異なる。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５１】
このようなプラズマ表面処理装置Ｍは、吹き出し口６１ａの端部に傾斜面６１ｂ、６１ｂを形成することにより、さらに、吹き出し口近傍の処理ガスの流れを安定することができ、処理ガスの濃度を均一にすることができる。そして、第一実施形態の処理部分Ｃ１に比べ、境界部Ｆ３の近傍までの所望の処理領域において、より均一なエッチング深さを有した処理部分Ｃ３を得ることができる。
【００５２】
本発明の第四実施形態を図７に基づき詳細に説明する。図７は第四実施形態に係る表面処理装置としてのプラズマ処理装置の要部断面図である。図７に示した処理ノズル７０は、前記した第三実施形態と比べて、一方（図面右側）の排気口７２ａ及び排気流路７２の位置が異なる。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５３】
図７に示すように、第四実施形態では、一方の排気口７２ａの位置を、吹き出し口６１ａからより離れた位置に、変更することにより、吹き出し流路と排気流路との間に形成された壁部の肉厚を厚くし、処理ノズルの一方の処理表面の処理ガスが流れる方向の（短手方向の）長さを長くすることにより、より広範囲のワークＷの処理領域Ｆ１を処理することができ、さらに、前述の如く、処理端部近傍までの所望の処理領域において、より均一なエッチング深さを有した処理部分Ｃ４を得ることができる。さらにまた、このような短手方向において、吹き出し口６１ａに対して非対称となるように排気口を設けることにより、排気口を吹き出し口６１ａに対して近くに設けた側（図４の吹き出し口６１ａから左側に）の処理ガスの濃度が、（右側に比べて）高いので、この箇所のエッチング処理を優先的に行うことができる。
【００５４】
本発明の第五実施形態を図８に基づき詳細に説明する。図８は第五実施形態に係る表面処理装置としてのプラズマ処理装置の要部断面図である。図８に示した処理ノズル８０は、前記した第一実施形態と比べて、吹き出し口の片側をワークＷに接触させた点が異なる。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５５】
図８に示すように、処理ノズル８０は、ワークＷと接触する密着部分８１を有しており、密着部分８１により、ワークの一方の非処理領域にはガスが流れることがないので、ワークの処理領域にのみに処理ガスを流し、処理部分Ｃ５ように、精度よく処理領域Ｆ１を部分エッチング処理することができる。
【実施例】
【００５６】
前述したいくつかの実施形態に基づいた実施例を以下に説明する。
（実施例１）
実施例１−１：先に示した第一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いて、ワーク表面のエッチング処理を行った。このプラズマ処理装置の電極には、アルミナ９９．５％、長手方向１００ｍｍの電極を用いた。スリット状の吹き出し口のスリット幅１ｍｍ、長手方向のスリット長６．３ｍｍ、処理ノズルの排気口の短手方向のノズル幅０．７ｍｍ、吹き出し口と排気口との間で形成された壁部の肉厚が２．３ｍｍとなる処理ノズルを用いた。
【００５７】
そして、長手方向の長さが１００ｍｍのＴｅｓ−ＳｉＯ２からなるワークを、処理ノズルの処理表面からワークの処理領域までの距離ｄ１が２ｍｍとなるように配置し、このワークのエッチング処理を行った。
【００５８】
このときの処理条件としては、電極間にパルス立ち上がり速度１０μｓ、印加電圧１６０Ｖ、周波数２０ｋＨｚを印加し、さらに、処理ガスとしてＣＦ４を０．５ｓｌｍで流し、排気口の排気量を、１．５ｓｌｍに設定し、処理時間１分間で処理を行った。
【００５９】
実施例１−２から１−３：実施例１−１と異なる点は、処理ノズルの処理表面からワークの処理領域までの距離ｄ１を下記の表１に示す如く順次近づけて、エッチング処理を行った点である。
【００６０】
（実施例２）
実施例２−１：第二実施形態に係る装置を用いてワーク表面のエッチング処理を行った。実施例１に用いた装置と異なる点は、吹き出し口端部にＣ０．５ｍｍの面取り加工を施した点であり、この表面処理は、実施例１−３と同じ条件で処理を行った。
【００６１】
実施例２−２：実施例２−１と異なる点は、吹き出し口端部の面取り加工をＣ１．５ｍｍにした点であり、他の条件は実施例２−１と同じくして表面処理を行った。
【００６２】
（実施例３）
第三実施形態に係る装置を用いてワーク表面のエッチング処理を行った。実施例１に用いた装置と異なる点は、吹き出し口端部にＲ１．５ｍｍのラウンド加工を施した点であり、この表面処理は、実施例２−１と同じ条件で処理を行った。但し、印加電圧は、１９０Ｖとした点のみが異なる。
【００６３】
（実施例４）
第五実施形態に係る装置を用いてワーク表面のエッチング処理を行った。この表面処理は、実施例１−１と同じ条件で処理を行った。また、吹き出し口と排気口との間で形成された壁部の肉厚が５．３ｍｍとした。
【００６４】
（比較例）
実施例１−１と異なる点は、処理ノズルの処理表面からワークの処理領域までの距離ｄ１を３ｍｍにした点であり、他の条件は実施例２−１と同じくして表面処理を行った
そして、これらの実施例１から実施例４及び比較例に示す表面処理を行ったワークの処理部分を観察すると共に、エッチング処理を行った処理部分の深さ（エッチング深さ）、ワークの長手方向の処理長さ、ワークの短手方向の処理長さ、短手方向における処理部分端部の傾斜したスロープ部分の長さ、短手方におけるフラット部分の長さ、を測定した。その結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
2006261284.tif 000003
【００６６】
（結果）
実施例１から実施例４に示す表面処理を行ったワークの処理部分は、すべて、表１に示す処理長さの範囲において、均一に処理がされていることが確認できた。
【００６７】
また、実施例１−１から実施例１−３に示すように、処理ノズルの処理表面からワークの処理領域までの距離ｄ１を小さくするに伴い、長手及び短手方向の全体処理長さ、及びフラット部の長さが増加し、距離ｄ１が１．５ｍｍ以下では、長手及び短手方向の全体処理長さは、略一定であった。また、比較例の如く距離ｄ１が３ｍｍ以上の場合には、フラット部は形成されず、適切なエッチング処理ができていなかった。
【００６８】
また、実施例１−３、実施例２、及び実施例３を比較すると、吹き出し口端部に加工を施した装置を用いた方（実施例２、３）が、フラット部の長さが長くなった。実施例２−１と実施例２−２を比較すると、面取りを大きくした方が、フラット部の長さが長く、実施例３の如く、ラウンド処理を設けた方が、よりフラット部の長さが長くなった。
【００６９】
（評価）
この結果から、処理ノズルの処理表面からワークの処理領域までの距離は、好ましくは、３ｍｍよりも小さくすることにより、好適なエッチング処理を行うことができ、より効率の良いエッチングを行う場合には、１．５ｍｍ以下であることが好ましい。この距離が３ｍｍ以上であると、被処理材の表面に通過する前の処理ガスの一部が、排気口から吸引されてしまい、ワークの処理領域に接触する処理ガスが低濃度となり、エッチング効率が低下すると考えられ、この距離を１．５ｍｍ以下にすることにより、被処理材の処理領域に接触する処理ガスの濃度を安定化することができる。さらに、処理部分の短手方向のエッチング処理によりエッチング深さが均一となるフラット部を長くすることができることから、ワークＷのエッチング処理が必要な箇所に必要な深さのエッチング処理を行うことができる。このため、必要なフラット部分の長さを得るために、過度のエッチング処理を行う必要がないのでエッチング処理後のワーク表面に残渣が発生することなく、高品質の表面処理を短時間で行うことができる。
【００７０】
また、吹き出し口端部にエッジ加工を施すことにより、処理ガスの流れが安定するので、被処理材の処理領域に接触する処理ガスの濃度が均一化されるからであると考えられる。そして、面取りを大きくした方が、より処理ガスの濃度が均一化され部分エッチングの処理効率が上がると考えられ、ラウンド処理を施すことによりさらにその処理効率が上がると考えられる。
【００７１】
以上、本発明の表面処理装置のいくつかの実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００７２】
例えば、本発明の表面処理装置は、ワークを搬送するための搬送手段をさらに、備えてもよく、この場合は、実施形態に示した昇降手段と連動させて使用することになる。この搬送手段はベルトコンベア、ローラコンベアや、上下のローラでワークを挟んで搬送するもの等の適宜の形態のものを使用することができる。
【００７３】
また、ノズルの吹き出し部は、吹き出し口からの処理ガスが安定するのであれば、端部の処理は、特に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の活用例として、処理ヘッドから吹き出す処理ガスを選定することにより、エッチング処理以外にも、表面洗浄処理、表面改質処理等を行うことができる。また、プラズマ処理装置に限られるものでなく、熱ＣＶＤヘッドを取り付けることによって薄膜形成の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第一実施形態に係るプラズマ処理装置の模式化した全体斜視図。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置のII−II断面図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の要部断面図。
【図４】図３に示す処理ヘッドの吹き出し口の吹き出し中心の距離Ｌと、処理ガス濃度及びエッチングレイトを説明するための概略図であり、（ａ）は処理ガス濃度の変化図、（ｂ）は、処理ガス濃度の変化図。
【図５】本発明の第二実施形態に係るプラズマ処理装置の要部断面図。
【図６】本発明の第三実施形態に係るプラズマ処理装置の要部断面図。
【図７】本発明の第四実施形態に係るプラズマ処理装置の要部断面図。
【図８】本発明の第五実施形態に係るプラズマ処理装置の要部断面図。
【符号の説明】
【００７６】
１：ノズルヘッド（処理ヘッド）、２：処理ガス源、３：固定台、４ａ：電源、５：昇降手段、６：吸引排気手段、１０：処理ガス導入部、２０：放電処理部、２３，２４：電極、４０，５０，６０，７０，８０：処理ノズル、４１：吹き出し流路、４１ａ：吹き出し口、４２：排気流路、４２ａ：排気口、４３：処理表面、４４：非処理表面、Ｆ１：処理領域、Ｆ２：非処理領域、Ｆ３：境界部、Ｗ：ワーク（被処理材）
【図１】
2006261284.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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