(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ヘリウムガスの必要量を大幅に削減できる大気圧プラズマ処理方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明の大気圧プラズマ処理方法においては、冷却された処理ガスを放電空間に導入することを特徴としている。また、本発明の大気圧プラズマ処理装置においては、第１の電極及び第２の電極の近傍に画定された放電空間に導入される処理ガスを冷却するガス冷却手段を設けたことを特徴としている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内に、電圧の印加される第１の電極と接地される第２の電極とを交互に二つ以上配置し、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方の電極を誘電体で被覆又は封止し、これら電極間で放電を発生させて大気圧プラズマを生成し、処理チャンバ内に挿置した被処理基板を処理するようにした大気圧プラズマ処理方法において、冷却された処理ガスを放電空間に導入することを特徴とする大気圧プラズマ処理方法。
【請求項２】
処理チャンバ内に配置された、電圧の印加される第１の電極と接地される第２の電極とを二つ以上有し、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方の電極を誘電体で被覆又は封止し、これら電極間で放電を発生させて大気圧プラズマを生成し、処理チャンバ内に挿置した被処理基板を処理するようにした大気圧プラズマ処理装置において、第１の電極及び第２の電極の近傍に画定された放電空間に導入される処理ガスを冷却するガス冷却手段を設けたことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
【請求項３】
ガス冷却手段がガス供給源から第１の電極及び第２の電極の近傍に画定された放電空間までのびるガス導入管に組み込まれたガス冷却装置から成っていることを特徴とする請求項２に記載の大気圧プラズマ処理装置。
【請求項４】
ガス冷却手段が第１の電極及び第２の電極を冷却する冷却装置から成っていることを特徴とする請求項２に記載の大気圧プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種表面処理、クリーニング、アッシング、エッチング、成膜等に用いられ得る大気圧プラズマ処理方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低圧条件下ではさまざまな処理ガスを用いたグロー放電プラズマにより各種表面処理が行われているが、高価な真空装置が必要でかつすぐに試料を真空容器から取り出すことができず、装置にコストがかかるだけでなく、処理に時間がかかり、結果として製品のコストが高くなるなど、工業的には不利であった。
【０００３】
そこで大気圧下でグロー放電プラズマを発生させる方法が提案され、これにより装置のコストの低減や処理の簡易化、迅速化が計られるようになった。大気圧プラズマ処理装置は、一般的には、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に作業ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成されている。　この種の大気圧プラズマ処理技術については例えば、特開平４−７４５２５号公報、特開平１１−２３６６７６号公報に開示されている。
【０００４】
高温状態ではアーク放電が発生し易く、電子が発生し易くなる。すなわち熱拡散密度が高くなると、アーク放電が発生し、安定なグロー放電とならない。そのため、安定な大気圧プラズマを発生させるためにはキャリアガスとして大流量のヘリウムが有効であるが、ヘリウムガスは高価であり、そのため基板のプラズマ処理にコストが掛り、最終製品のコストが高くなる一つの要因となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記の従来技術に伴う問題点を解決して、ヘリウムガスの必要量を大幅に削減できる大気圧プラズマ処理方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、処理チャンバ内に、電圧の印加される第１の電極と接地される第２の電極とを交互に二つ以上配置し、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方の電極を誘電体で被覆又は封止し、これら電極間で放電を発生させて大気圧プラズマを生成し、処理チャンバ内に挿置した被処理基板を処理するようにした大気圧プラズマ処理方法において、冷却された処理ガスを放電空間に導入することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の第２の発明によれば、電圧の印加される第１の電極と接地される第２の電極とを二つ以上有し、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方の電極を誘電体で被覆又は封止し、これら電極間で放電を発生させて大気圧プラズマを生成し、処理チャンバ内に挿置した被処理基板を処理するようにした大気圧プラズマ処理装置において、第１の電極及び第２の電極の近傍に画定された放電空間に導入される処理ガスを冷却するガス冷却手段を設けたことを特徴としている。
【０００８】
本発明の大気圧プラズマ処理装置の一実施の形態においては、ガス冷却手段はガス供給源から第１の電極及び第２の電極の近傍に画定された放電空間までのびるガス導入管に組み込まれたガス冷却装置から成る。
【０００９】
本発明の大気圧プラズマ処理装置の別の実施の形態においては、ガス冷却手段は第１の電極及び第２の電極を冷却する冷却装置から成る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態による大気圧プラズマ処理装置を示している。図示装置において、１は処理チャンバであり、この処理チャンバ１内には、一つの電圧印加電極２を挟んで接地電極３が間隔を置いて配列されている。少なくとも一方の電極すなわちは図示例では接地電極３は誘電体４で被覆又は封止されている。電圧印加電極２は高周波交番電源５に接続され、一方、各接地電極３は図示したように接地されている。また、電圧印加電極２と各接地電極３との組立体の下方には、ホットプレート６が配置され、このホットプレート６には処理すべき基板７が装着される。
【００１１】
各電極２、３は図面の紙面に垂直な方向にのびており、各電極の紙面に垂直な方向の長さは、処理すべき基板７の図面の紙面に垂直な方向の長さに対応して設定される。また各電極２、３の数は任意に決めることができ、いずれの場合も電圧印加電極２と接地電極３とを交互に適当な間隔を置いて配置する必要がある。
【００１２】
また、図１において８はガス導入管であり、このガス導入管８の先端は隣接した電極２、３間に連通している。ガス導入管８の他端は処理チャンバ１の外側に設けたガス冷却ユニット９に接続されている。ガス冷却ユニット９は導管１０及びマスフローメーター１１、１２を介して放電ガス源１３及び処理ガス源１４に接続されている。従って、放電ガス源１３及び処理ガス源１４から導管１０を通って混合された放電ガス及び処理ガスはガス冷却ユニット９で冷却された後、ガス導入管８を通って処理チャンバ１内の電圧印加電極２と各接地電極３との間に導入される。電極２には高周波交番電源５から交番電圧が印加される。これにより処理チャンバ１内に大気圧プラズマが生成され、電圧印加電極２と各接地電極３との間から処理すべき基板７に向って吹き出される。
【００１３】
以下このように構成した図示装置を用いて実施した実施例について説明する。電圧印加電極２と各接地電極３との間に高周波交番電源５から１３．５６ＭＨｚ、４００Ｗの交番電力を印加し、放電ガス源１３からＨｅガス、処理ガス源１４からＯ２ガスをそれぞれマスフローメーター１１、１２により流量１ｓｌｍ、１００ｓｃｃｍに調整して混合し、導管１０を通って、冷凍機を用いて冷媒を−１００℃に保ったガス冷却ユニット９に通して冷却した後、ガス導入管８を介して電極２、３間に吹出させたところ、安定なグロー放電が得られた。無放電時の電極２、３間の下端の吹出し口におけるガスの温度は−８０℃であった。
【００１４】
吹出し口の直下の１００℃に設定されたホットプレート６上に処理すべき基板７としてポリイミドフィルム（カプトン１００Ｈ）を設置し、１分間の表面改質処理を行った後、該ポリイミドフィルム表面に純水約φ２μｌを滴下し、接触角を測定した。
【００１５】
【比較例１】
ガス冷却ユニット９を通過させないこと以外は実施例１と同様に処理を行った。
【００１６】
【比較例２】
Ｈｅガス流量を１０ｓｌｍ、Ｏ２ガス流量を１００ｓｃｃｍとした以外は実施例１と同様に処理を行った。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
ところで図示実施の形態では、電極２、３間には予め冷却したガスを導入しているが、代りに各電極に冷却装置を組み込んで各電極自体を冷却することにより、電極間に導入されてくるガスを冷却するように実施することもできる。また、ガス導入系におけるガスの冷却と電極間に導入されてくるガスの電極による冷却とを組合わせて実施することもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の大気圧プラズマ処理方法においては、冷却された処理ガスを放電空間に導入することにより、表面処理効果を低下させることなく、高価なヘリウムガスの流量を大幅に削減できるようになる。
【００２０】
また、本発明の大気圧プラズマ処理装置において、第１の電極及び第２の電極の近傍に画定された放電空間に導入される処理ガスを冷却するガス冷却手段を設けたことにより、放電空間の温度を低く保つことができ、それにより表面処理効果を低下させることなく、ヘリウムガスの流量を大幅に削減できるようになる。
【００２１】
その結果、本発明は、大気圧近傍でのグロー放電プラズマによる表面改質、エッチング、アッシング、クリーニング、酸化・窒化及びＣＶＤ成膜時におけるヘリウムガスの使用量を従来の大気圧プラズマ処理方法及び装置に比べて低減できる。それにより、製品のコストを低減させることのでき、工業的に有用な大気圧プラズマ処理方法及び装置を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による大気圧プラズマ処理装置を示す概略部分断面図。
【符号の説明】
１　：処理チャンバ
２　：電圧印加電極
３　：接地電極
４　：誘電体
５　：高周波交番電源
６　：ホットプレート
７　：処理すべき基板
８　：ガス導入管
９　：ガス冷却ユニット
１０：導管
１１：マスフローメーター
１２：マスフローメーター
１３：放電ガス源
１４：処理ガス源
【図１】
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