(57)【要約】      （修正有）【課題】輪状の基材を均一かつ効率よく処理することができる、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】プラズマ化した処理ガスが流出する開口を有する複数のプラズマ処理ヘッド２１〜２４と、プラズマ処理ヘッド２１〜２４の開口に対向し、中空部分２ｘを有する基板２が載置され、プラズマ処理ヘッド２１〜２４の開口に対して相対的に回転移動する回転テーブルとを備える。プラズマ処理ヘッド２１〜２４の開口が、それぞれ、回転テーブルに載置された基材２の略輪状の枠状部分２ａに対向するように、略等間隔に保持された状態で、回転テーブルが相対的に回転移動し、プラズマ処理ヘッド２１〜２４の開口から流出するプラズマ化した処理ガスが、基材２の枠状部分２ａに接触する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ化した処理ガスが流出する開口を有する複数のプラズマ処理ヘッドと、
前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に対向し、中空部分を有する基板が載置され、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に対して相対的に回転移動する回転テーブルとを備え、
前記プラズマ処理ヘッドの前記開口が、それぞれ、前記回転テーブルに載置された前記基材の略輪状の枠状部分に対向するように、略等間隔に保持された状態で、前記回転テーブルが相対的に回転移動し、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から流出するプラズマ化した前記処理ガスが、前記基材の前記枠状部分に接触することを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記各プラズマ処理ヘッドを、前記回転テーブルの中心軸から略等距離に保持し、かつ、前記各プラズマ処理ヘッドの前記回転テーブルの中心軸からの距離を同時に変更する、プラズマ処理ヘッド保持機構を備えたことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
プラズマ化した処理ガスが流出する開口を有する複数のプラズマ処理ヘッドを、それぞれの前記開口が、中空部分を有する基材の略輪状の枠状部分に対向するように、略等間隔に保持する第１のステップと、
前記基材を前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に対して相対的に回転移動させる第２のステップと、
前記プラズマ処理ヘッドの前記開口からプラズマ化した前記処理ガスを流出させて、前記基材の前記枠状部分に接触させる第３のステップとを備えたことを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項４】
前記第１のステップにおいて、前記各プラズマ処理ヘッドを、前記回転テーブルの中心軸から略等距離に保持しつつ、前記各プラズマ処理ヘッドの前記回転テーブルの中心軸からの距離を同時に変更することにより、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口が前記基材の前記枠状部分に対向するようにすることを特徴とする、請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関し、特に、放電空間から離れた位置にある被処理物を略常圧でプラズマ処理を行う場合に好適なプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気圧近傍の圧力下で発生させたプラズマを利用して、被処理物の表面改質、薄膜形成、アッシング、洗浄などのプラズマ処理を行う常圧プラズマ処理について、種々提案されている。
【０００３】
例えば、いわゆるリモート方式の常圧プラズマ処理では、放電空間を通過してプラズマ化した処理ガスが流出するプラズマ処理ヘッドの開口に対して被処理物を相対的に移動させ、開口から流出した処理ガスを被処理物の表面に順次、接触させることによって、被処理物の表面のプラズマ処理を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、円形の基材を処理する場合に、プラズマ処理ヘッドの開口が、大略、基材の半径に対向するように保持しながら、基材をプラズマ処理ヘッドに対して相対回転し、基材全面が順次、プラズマ処理ヘッドの開口に対向し、処理ガスに接触するように際、基材全面を均一に処理するに、基材とプラズマ処理ヘッドの開口との間の隙間の大きさを、基材の半径方向位置によって変えることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２３７４８０号公報
【特許文献２】特開２０００−２０８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般には、プラズマ処理ヘッドの直線的な開口を開口の延在方向と直角方向に平行に相対移動し、その開口の軌跡の中に基材が含まれるようにする。
【０００６】
例えば図１に示すように、中空部分２ｘを有する輪状の基材２の場合、基材２の直径よりも長い直線状の開口４ｋを有するプラズマ処理ヘッド４を用い、矢印４ｓ，４ｔで示すように、テーブル８に載置した基材２に対して、プラズマ処理ヘッド４の位置４ａ，４ｂ，４ｃを相対移動させながら、プラズマ処理ヘッド４の開口４ｋから流出したプラズマ化した処理ガス７を基材２の枠状部分２ａ全体に順次、接触させる。
【０００７】
この場合、基材２が大きくなると、プラズマ処理ヘッド４を大きくする必要があり、処理時間もかかる、さらに、基材２以外の部分にまで処理ガス４を用いるため、エネルギー消費の無駄が大きい。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑み、輪状の基材を均一かつ効率よく処理することができる、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したプラズマ処理装置を提供する。
【００１０】
プラズマ処理装置は、プラズマ化した処理ガスが流出する開口を有する複数のプラズマ処理ヘッドと、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に対向し、中空部分を有する基板が載置され、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に対して相対的に回転移動する回転テーブルとを備える。前記プラズマ処理ヘッドの前記開口が、それぞれ、前記回転テーブルに載置された前記基材の略輪状の枠状部分に対向するように、略等間隔に保持された状態で、前記回転テーブルが相対的に回転移動し、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から流出するプラズマ化した前記処理ガスが、前記基材の前記枠状部分に接触する。
【００１１】
上記構成において、開口から流出するプラズマ化した処理ガスは、現にプラズマ化している処理ガスであっても、プラズマを経て活性化した処理ガスであってもよい。上記構成によれば、複数のプラズマ処理ヘッドを用いて基材の枠状部分を処理するので、処理時間を短縮することができる。また、処理すべき基材の枠状部分以外、すなわち、基材の中空部分や基材よりも外側部分にプラズマ処理ヘッドの開口が対向しないようにして、無駄のない処理を行い、処理ガスの使用量を削減することができる。
【００１２】
好ましくは、前記各プラズマ処理ヘッドを、前記回転テーブルの中心軸から略等距離に保持し、かつ、前記各プラズマ処理ヘッドの前記回転テーブルの中心軸からの距離を同時に変更する、プラズマ処理ヘッド保持機構を備える。
【００１３】
上記構成によれば、寸法が異なる基材を処理する場合、短時間でプラズマ処理ヘッドの位置を設定することができるので、作業効率が向上する。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したプラズマ処理方法を提供する。
【００１５】
プラズマ処理方法は、第１ないし第３のステップを備える。前記第１のステップにおいて、プラズマ化した処理ガスが流出する開口を有する複数のプラズマ処理ヘッドを、それぞれの前記開口が、中空部分を有する基材の略輪状の枠状部分に対向するように、略等間隔に保持する。前記第２のステップにおいて、前記基材を前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に対して相対的に回転移動させる。前記第３のステップにおいて、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口からプラズマ化した前記処理ガスを流出させて、前記基材の前記枠状部分に接触させる。
【００１６】
上記第３のステップにおいて、開口から流出させるプラズマ化した処理ガスは、現にプラズマ化している処理ガスであっても、プラズマを経て活性化した処理ガスであってもよい。上記方法によれば、複数のプラズマ処理ヘッドを用いて基材の枠状部分を処理するので、処理時間を短縮することができる。また、処理すべき基材の枠状部分以外、すなわち、基材の中空部分や基材よりも外側部分にプラズマ処理ヘッドの開口が対向しないようにして、無駄のない処理を行い、処理ガスの使用量を削減することができる。
【００１７】
好ましくは、前記第１のステップにおいて、前記各プラズマ処理ヘッドを、前記回転テーブルの中心軸から略等距離に保持しつつ、前記各プラズマ処理ヘッドの前記回転テーブルの中心軸からの距離を同時に変更することにより、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口が前記基材の前記枠状部分に対向するようにする。
【００１８】
上記方法によれば、寸法が異なる基材を処理する場合、短時間でプラズマ処理ヘッドの位置を設定することができるので、作業効率が向上する。
【００１９】
なお、本発明のプラズマ処理方法は、１Ｐａ以上、特に略常圧（大気圧近傍）の開放系、あるいは低気密系の場合に特に好適であるが、これに限るものではない。本発明において、略常圧とは、１．０１３×１０４〜５０．６６３×１０４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡略化を考慮すると、１．３３３×１０４〜１０．６６４×１０４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０４〜１０．３９７×１０４Ｐａがより好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、輪状の基材を均一かつ効率よく処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態として実施例について、図２〜図６を参照しながら説明する。
【００２２】
図２に示すように、プラズマ処理装置１０は、装置本体１２の両側に、未処理の基材２を収納する供給用マガジンラック１４と、処理済みの基材２が収納されるマガジンラック１６が配置される。矢印１３で示すように、供給用マガジンラック１４から置本体１２に、不図示の搬送アームによって基材２が搬送され、装置本体１２内の回転テーブル１８の上面１８ａに載置される。詳細は後述するが、回転テーブル１８の上面１８ａに載置された基材２は、回転テーブル１８の上方に配置された４組のプラズマ処理ヘッド２１〜２４（２４は図示せず）の開口２１ｋ〜２４ｋ（２２ｋのみ図示）から流出する処理ガス１７に接触してプラズマ処理された後、矢印１５で示すように、回収用マガジンラック１６に搬送され、回収される。
【００２３】
装置本体１２は、回転テーブル１８の上面１８ａを境界として、上部空間１２ａと下部１２ｂ空間に区画される。処理ガス等が供給される上部空間１２ａは、下部空間１２ｂよりも圧力が高いため、回転テーブル１８の駆動機構などが配置されている下部空間１２ｂから上部空間１２ａにゴミが入らない。
【００２４】
各プラズマ処理ヘッド２１〜２４の開口からは、対向する電極対に電圧を印加し、該電極対の間の空間で放電を発生させ、該空間を通過させてプラズマ化した処理ガス１７（現にプラズマ化している処理ガス１７であっても、プラズマを経て活性化した処理ガス１７であってもよい。）が流出する。例えば電極対に交流電圧やパルス電圧を印加し、処理ガスをプラズマ化する。放電の形態は、グロー放電が均一処理のために好ましいが、コロナ放電や誘電体バリア放電や沿面放電であってもよい。
【００２５】
プラズマ処理ヘッド２１〜２４は、それぞれの内部に電極対を設け、処理ガスをプラズマ化するようにしても、外部でプラズマ化した処理ガスが供給され、それを開口から流出するようにしてもよい。
【００２６】
プラズマ化した処理ガス１７が基材２の枠状部分２ａに接触すると、枠状部分２ａは、放電によるプラズマ（活性種、イオンなど）により、表面改質、薄膜形成、アッシング、洗浄などのプラズマ処理がされる。
【００２７】
処理ガス１７は、プラズマ処理の目的に応じて選択すればよい。例えば、酸化処理には、窒素と酸素の混合ガスを用いる。還元処理には、窒素と水素を用いる。撥水化やエッチングには、フルオロカーボンを用いる。希釈ガスとして、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いてもよい。
【００２８】
４組のプラズマ処理ヘッド２１〜２４は、回転テーブル１８との間に所定の間隔を設けて、回転テーブル１８の上方に保持されている。図３に示すように、４組のプラズマ処理ヘッド２１〜２４は、回転テーブル１８の中心軸１８ｋと中心が一致するように載置された輪状の基材２の枠状部分２ａのそれぞれ対向するようにして、９０度ごとに配置されている。図示していないが、４組のプラズマ処理ヘッド２１〜２４は、例えば、回転テーブル１８に載置された基板２と略同形状のフレームよって保持する。
【００２９】
各プラズマ処理ヘッド２１〜２４は、処理ガス１７が流出するそれぞれの開口が基材２の枠状部分２ａに対向するように配置され、開口から流出する処理ガス１７が基材２の枠状部分２ａに接触するようになっている。基材２は、回転テーブル１８の回転に伴って、プラズマ処理ヘッド２１〜２４の開口に対向する位置が変わる。
【００３０】
各プラズマ処理ヘッド２１〜２４の開口からプラズマ化した処理ガス１７を流出させ、各プラズマ処理ヘッド２１〜２４に対して回転テーブル１８を約９０°回転することにより、基材２の枠状部分２ａ全体を一通り処理することができる。処理の均一化のため、回転テーブルを約９０°以上回転させてもよい。
【００３１】
各プラズマ処理ヘッド２１〜２４を等間隔に配置し、それぞれの開口の寸法を基材２の枠状部分２ａの幅寸法と程度とすることで、処理ガス１７を基材の枠状部分２ａのみに用い、基材２の中空部分２ｘや基材２の外側部分に処理ガス１７を用いる無駄をなくすことができる。
【００３２】
基材２の枠状部分２ａの幅が各プラズマ処理ヘッド２１〜２４に対応する寸法範囲内であれば、基材２の外形寸法が異なる場合、各プラズマ処理ヘッド２１〜２４の中心軸１８ｋからの距離（半径）を変えれば、プラズマ処理を行うことができる。
【００３３】
このようなプラズマ処理ヘッド２１〜２４の位置設定の変更は、効率よく行えることが好ましい。例えば、傘や、カメラの絞りや、円周が小さくなる落し蓋のような構造を応用したプラズマ処理ヘッド保持機構を用いれば、図４に示すように、異なる寸法の基材３に対して、矢印２１ｓ，２２ｓ，２３ｓ，２４ｓのように、各プラズマ処理ヘッド２１〜２４の位置２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａを同時に変更することができる。
【００３４】
プラズマ処理ヘッド保持機構は、例えば図７に模式的に示すように、回転テーブル１８の上方に配置される複数のプラズマ処理ヘッド４３，４４を、回転テーブル１８の中心軸１８ｋに対して略直角方向（略半径方向）に移動自在に、不図示のスライド案内機構（例えばガイドバー）により保持する。また、回転テーブル１８の上方に、回転テーブル１８の中心軸１８ｋと略同軸に移動自在に結合部材４０を配置し、アーム４１，４２の両端を、それぞれ、結合部材４０と各プラズマ処理ヘッド４３，４４とに回動自在に結合（リンク結合）する。そして、不図示の駆動機構により結合部材４０を矢印４０ｓで示すように、回転テーブル１８に対して接離する方向に昇降する。これにより、矢印４３ｓ，４４ｓで示すように、プラズマ処理ヘッド４３，４４を略半径方向に同時に移動させ、プラズマ処理ヘッド４３，４４を基材２の枠状部分２ａに対向させる。例えば、結合部材４０を下降させると、プラズマ処理ヘッド４３，４４は回転テーブル１８の中心軸１８ｋから離れる方向に移動し、回転テーブル１８の中心軸１８ｋからの距離（半径方向距離）が大きくなる。
【００３５】
プラズマ処理ヘッドは４組に限らず、複数組を用いればよい。効率よく処理するためには、等間隔に配置することが好ましく、例えばプラズマ処理ヘッドが２組の場合には、１８０°ごとに配置する。また、プラズマ処理ヘッドは、それぞれの開口の延在方向が、回転テーブルの中心軸を通る直線に略重なるように、すなわち輪状の基材の半径方向と略一致するように配置することが好ましい。
【００３６】
もっとも、図５に示すように、プラズマ処理ヘッド３１，３２の開口３１ａ，３２ａが基材２の枠状部分２ａに対向すれば、開口３１ａ，３２ａの延在方向と基材２の半径方向とが一致しなくてもよい。また、基材２の枠状部分２ａの一部分、例えば外側のみを処理すればよい場合には、その部分にのみ開口が対向するようにすればよい。  
【００３７】
また、枠状部分が△（三角形）や□（矩形）、多角形などの略輪状の基材についても、各プラズマ処理ヘッドの開口が基材の枠状部分に対向しながら相対移動するようにして、同様に、プラズマ処理することができる。
【００３８】
（実施例）  プラズマ処理装置１０を用いて、金属輪状基材の汚れを除去するアッシングを行う。
【００３９】
図６は、プラズマ処理装置１０を用いてアッシングした場合の効果の一例を示すグラフである。横軸は、プラズマ処理の時間、縦軸はぬれ性を評価する接触角である。処理時間０は輪状基材の初期状態（汚れた状態）である。この輪状基材は、通常は、有機溶媒で洗浄することにより約４０°程度までぬれ性が改善するが、図６に示すように、それよりも優れたぬれ性の回復作用がある。
【００４０】
（まとめ）  以上に説明したように、プラズマ処理装置１０は、複数のプラズマ処理ヘッド２１〜２４を用いて基材２の枠状部分２ａを処理するので、処理時間を短縮することができる。また、処理すべき基材２の枠状部分２ａ以外、すなわち、基材２の中空部分２ｘや基材２よりも外側部分にプラズマ処理ヘッド２１〜２４の開口が対向しないようにして、無駄のない処理を行うことができる。プラズマ処理ヘッド２１〜２４，３１，３２は、基材２の枠状部分２ａに沿って相対移動しながらプラズマ処理するので、輪状の基材２を均一に処理することができる。
【００４１】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【００４２】
例えば、本発明のプラズマ処理方法は、例えば、１Ｐａ以上、特に略常圧（大気圧近傍）の開放系、あるいは低気密系で行うことができるが、これに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】プラズマ処理の説明図である。（従来例）
【図２】プラズマ処理装置の構成図である。（実施例）
【図３】プラズマ処理ヘッドの配置図である。（実施例）
【図４】プラズマ処理ヘッドの配置図である。（実施例）
【図５】プラズマ処理ヘッドの配置図である。（実施例）
【図６】プラズマ処理の効果を示すグラフである。（実施例）
【図７】プラズマ処理ヘッド保持機構の構成図である。（実施例）
【符号の説明】
【００４４】
２  基材
２ａ  枠状部分
２ｘ  中空部分
１０  プラズマ処理装置
１７  処理ガス
１８  回転テーブル
２１〜２４  プラズマ処理ヘッド
２２ｋ  開口
【図１】
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【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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