(57)【要約】【課題】被処理体にダメージを与えることなく、表面処理を確実かつ効率的に行なうことのできる所謂リモート式のプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置Ｍ１の電界印加電極２０は、接地電極３０との対向面（下面）を有している。接地電極３０は、電界印加電極２０との対向面（上面）と、その逆側の被処理体Ｗと対向すべき面（下面）と、電界印加電極対向面（上面）から被処理体対向面（下面）へ至る処理ガス吹き出し口３０ａとを有している。これによって、接地電極３０が、電界印加電極２０と被処理体Ｗとの間に介在されることになる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界印加手段に接続された電界印加電極と、接地された接地電極とを備え、これら電極間に導入路を介して導入された処理ガスをプラズマ化し、電極間の外に配された被処理体へ吹き出すプラズマ処理装置であって、
前記電界印加電極が、前記接地電極との対向面を有し、
前記接地電極が、前記電界印加電極との対向面と、その逆側の被処理体と対向すべき面と、前記電界印加電極対向面から前記被処理体対向面へ至る処理ガスの吹き出し口とを有していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電界印加電極と接地電極が、互いに平行な長板状をなし、前記導入路の下流端が、一対をなして前記電極の幅方向の両側縁どうしの間にそれぞれ連なり、前記吹き出し口が、前記接地電極の略全長にわたってスリット状に形成されている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】
前記電界印加電極の接地電極対向面と、前記接地電極の電界印加電極対向面とが、前記吹き出し口に近付くにしたがって前記被処理体側へ傾くように断面Ｖ字状をなしていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記接地電極における吹き出し口より少なくとも一方向側の被処理体対向面が、吹き出し口から遠ざかるにしたがって電界印加電極側へ傾いていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記接地電極の吹き出し口が、前記電界印加電極対向面から前記被処理体対向面へ斜めに貫通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記吹き出し口に、処理ガスの通過を妨げず、しかも導電性を有する網、多孔板等のガス通過許容部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記接地電極が、複数の導電性パイプを互いに平行に並べてなり、隣り合うパイプどうしの間が前記吹き出し口となり、各パイプの内部空間が、冷却用流体の通路となっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記電界印加電極には、前記導入路の下流端を構成する吹き込み口が、スリット状をなして複数並んで形成され、
前記接地電極には、前記吹き出し口が、前記吹き込み口と同方向に延びるスリット状をなし、しかも吹き込み口と互い違いになるようにして複数並んで形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電界印加電極の接地電極対向面には、接地電極へ向かって突出する第１凸部が複数並んで形成され、これら第１凸部間の谷間に、前記導入路の下流端が開口されており、
前記接地電極の電界印加電極対向面には、前記第１凸部間の谷間へ向かって突出する第２凸部が複数並んで形成され、これら第２凸部間の谷間から前記吹き出し口が延びていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
被処理体を向くべき先端面が開口された容器状のヘッド本体を有するノズルヘッドを備え、
前記ヘッド本体には、先端開口を塞ぐようにして前記接地電極が設けられる一方、基端部に処理ガスの入口ポートが設けられ、更に、前記電界印加電極が、ヘッド本体の内部を、前記入口ポートに連なる基端側の処理ガス導入室と先端側の電極間空間とに仕切るようにして収容され、前記導入室と前記電極間空間とが、前記電界印加電極を迂回又は貫通する連通路によって連ねられ、しかも、前記連通路が、電界印加電極の略全長域に及んでおり、
前記入口ポートと導入室と連通路とが、前記導入路を構成していること特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記連通路が、前記電界印加電極の側縁に沿って設けられたスリット又は複数の孔部を含むことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記入口ポートが、前記電界印加電極の中側部と対向するように配されており、
前記連通路としての孔部が、前記電界印加電極の側縁の両端側のものほど大径又は短ピッチになっていることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記ノズルヘッドの導入室が、隔壁によって２つの室部分に仕切られ、これら室部分に互いに異なる種類の処理ガスの入口ポートが設けられ、前記連通路が、前記電界印加電極の両側に離れて２つ設けられ、一方の連通路が、一方の室部分に連なり、他方の連通路が、他方の室部分に連なっていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記電界印加電極には、前記吹き出し口へ向けて突出し、電極間空間を２つの空間部に仕切る整流突起が設けられており、これら空間に互いに異なる種類の処理ガスの導入路が連なっていることを特徴とする請求項１〜９、１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマの作用で表面改質、成膜、エッチング、デスミア等の表面処理を行なうプラズマ処理装置に関し、特に、電極間でプラズマ化した処理ガスを、電極間の外に配された被処理体へ吹き出す所謂リモート式のプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、低圧条件下でグロー放電プラズマを発生させて半導体基板等の被処理体の表面改質や成膜等を行う減圧プラズマ処理装置が実用化されている。しかし、真空チャンバーやその内部を真空引きする大容量の排気装置等を要し、高価で、大面積基板等の処理には不向きであった。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プラズマ処理装置が提案されている。
また、プラズマ処理装置を電極と被処理体との配置関係で見ると、被処理体を一対の電極どうし間の放電空間の内部に配置して処理を行なう所謂ダイレクト式（例えば特許文献１〜３参照）と、電極間の外に配置してこれへ向けて電極間からプラズマを吹き出し、処理を行なう所謂リモート式とに大別される（例えば特許文献４〜６照）。後者のリモート式では、一対の電極が、被処理体と直交するようにして配され、これら電極の被処理体とは逆側の縁どうしの間が、処理ガスの導入口（吹き込み口）となり、被処理体側の縁どうしの間が、プラズマ化された処理ガスの吹き出し口となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２１４９号公報（第１頁）
【特許文献２】
特開平７−８５９９７号公報（第１頁）
【特許文献３】
特開平１１−２３６６７６号公報（第１頁、第９図）
【特許文献４】
特開平１１−２５１３０４号公報（第１頁）
【特許文献５】
特開平１１−２６０５９７号公報（第１頁）
【特許文献６】
特開平１１−３３５８６８号公報（第１頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者のダイレクト式では、被処理体が直接放電空間に置かれるためダメージを受けやすい。後者のリモート式では、被処理体が放電空間から離れており、放電に直接曝されることはない。しかしながら、特に常圧下ではプラズマの平均自由工程ひいては失活距離が短いため、被処理体を離し過ぎるとプラズマが届かず、所望の表面処理ができなくなる。一方、近付け過ぎると、電界印加電極と被処理体との間でアーク放電が発生し、例えば成膜処理ではスジ状模様が付く等の処理不良を招いてしまう。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、リモート式のプラズマ処理装置において、被処理体にダメージを与えたり処理不良を招いたりすることなく、表面処理を確実かつ効率的に行なうことができるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、電界印加手段に接続された電界印加電極と、接地された接地電極とを備え、これら電極間に導入路を介して導入された処理ガスをプラズマ化し、電極間の外に配された被処理体へ吹き出すプラズマ処理装置において、前記電界印加電極が、前記接地電極との対向面を有し、前記接地電極が、前記電界印加電極との対向面と、その逆側の被処理体と対向すべき面と、前記電界印加電極対向面から前記被処理体対向面へ至る処理ガスの吹き出し口とを有していることを特徴とする。これによって、電界印加電極と被処理体との間に接地電極が介在されることになるので、電界印加電極と被処理体との間でアーク放電が起きるのを防止でき、被処理体にダメージを与えるのを防止できる。併せて、接地電極ひいては電極間の放電空間（プラズマ化空間）を被処理体に十分（例えば２ｍｍ以下）に近付けることができる。これによって、減圧下は勿論、失活距離の短い常圧下であっても、プラズマ（活性種やイオンを含む）を被処理体に確実に到達させることができ、表面処理を確実かつ効率的に行なうことができる。
【０００６】
電界印加電極、接地電極、被処理体の順に略平行に配されるようにするとよい。接地電極と被処理体の間隔（ワーキングディスタンス）は、５ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは２ｍｍ以下である。５ｍｍ以下、更には２ｍｍ以下でも、上述したように、被処理体にダメージを与えることがなく、生成したプラズマを被処理体に有効に接触させることが出来る。
前記電界印加電極と接地電極が、互いに平行な長板状をなし、前記導入路の下流端が、一対をなして前記電極の幅方向の両側縁どうしの間にそれぞれ連なり、前記吹き出し口が、前記接地電極の略全長にわたってスリット状に形成されていてもよい。これによって、電極の長手方向の全長分の表面処理を一度に効率に行なうことができる。
【０００７】
前記スリット状の吹き出し口が、接地電極の幅方向に並んで複数形成されていてもよい。これによって、より広い範囲にわたって一度に表面処理することができ、一層の効率化を図ることができる。
吹き出し口は、スリット状の他、複数の略円状または略四角状穴であってもよく、その他の形状であってもよい。吹き出し口用スリットは、直線状だけでなく、Ｖ字状、Ｗ字状、ギザギザ状、波形状等にしてもよい。
吹き出し口に、処理ガスの通過を妨げず、しかも導電性を有する網、多孔板等のガス通過許容部材が設けられていてもよい。これによって、吹き出し口においても処理ガスをプラズマ化でき、表面処理の一層の効率化を図ることができる。ガス通過許容部材の表面は固体誘電体層で被覆するのが望ましい。
接地電極全体を網状にしたり、多孔板状にしたりしてもよい。そうすると、プラズマを被処理体の広い範囲に作用させることができる。
【０００８】
前記電界印加電極の接地電極対向面と、前記接地電極の電界印加電極対向面とが、前記吹き出し口に近付くにしたがって前記被処理体側へ傾くように断面Ｖ字状をなしていてもよい。これによって、全体をコンパクト化できるとともに、処理ガスの放電空間通過距離を長くして十分にプラズマ化させることができる。
【０００９】
前記接地電極において、前記吹き出し口が前記電界印加電極対向面から前記被処理体対向面へ垂直に貫通されていてもよい。これによって、プラズマ流を被処理体に垂直に吹き付けることができる。
【００１０】
前記接地電極における吹き出し口より少なくとも一方向側の被処理体対向面が、吹き出し口から遠ざかるにしたがって電界印加電極側へ傾いていてもよい。これによって、吹き出し口と被処理体との距離が極めて小さくても、被処理体へ吹き付け後の処理ガスや処理によって発生した副生成物等からなる排ガスを接地電極と被処理体との間からスムーズに排出することができる。
【００１１】
前記接地電極の吹き出し口が、前記電界印加電極対向面から前記被処理体対向面へ（厚さ方向に）斜めに貫通していてもよい。これによって、処理ガスを斜めに方向性を付けて吹き出すことができ、乱流化を防止でき、排ガスを接地電極と被処理体との間からスムーズに排出することができ、滞留を防止することができる。
【００１２】
接地電極の外縁の近傍を吸引、排気する排気機構（排気設備、排気手段）を付設してもよい。これによって、接地電極と被処理体との間が狭くても、あるいは処理ガス量が少ない場合であっても、排ガスを一層スムーズに確実に排気でき、ひいては処理速度を一層高めることができる。また、処理ガスの流れを整えて乱流化を確実に防止でき、一層均一な表面処理を行なうことができる。排気機構は、既知の構造でよく、特に限定はないが、ファンや真空ポンプを用いて、処理ガスの導入量と連動して排気量を調整することのできる構成にするのが好ましい。
【００１３】
前記接地電極が、複数の導電性の長尺部を互いに平行に並べてなり、これら長尺部の隣り合うものどうしの間が前記吹き出し口となっていてもよい。これによって、スリット状の吹き出し口を形成することができる。前記長尺部は、導電性パイプ（筒状体）で構成され、内部空間が冷却用流体の通路となっていることが望ましい。これによって、冷却通路付きの接地電極を簡易に構成することができる。また、冷却効率を高めることができる。導電性パイプは、真円筒状をなしていてもよく、楕円筒状をなしていてもよく、角筒状をなしていてもよい。楕円筒状または角筒状のパイプの場合、長軸、短軸のいずれを前記並び方向に揃えてもよい。
【００１４】
前記電界印加電極には、前記導入路の下流端を構成する処理ガスの電極間空間への吹き込み口が、スリット状をなして複数並んで形成され、前記接地電極には、前記吹き出し口が、前記吹き込み口と同方向に延びるスリット状をなし、しかも吹き込み口と互い違いになるようにして複数並んで形成されていてもよい。これによって、電極間空間内で処理ガスを分流させたり横方向に流したり合流させたりしながら十分にプラズマ化させて吹き出すことができる。
【００１５】
前記電界印加電極の接地電極対向面には、接地電極へ向かって突出する第１凸部が複数並んで形成され、これら第１凸部間の谷間に、前記導入路の下流端（処理ガスの電極間空間への吹き込み口）が開口されており、前記接地電極の電界印加電極対向面には、前記第１凸部間の谷間へ向かって突出する第２凸部が複数並んで形成され、これら第２凸部間の谷間から前記吹き出し口が延びていてもよい。これによって、電極間空間で放電を起き易くすることができ、処理ガスを一層十分にプラズマ化させて吹き出すことができる。
【００１６】
被処理体を向くべき先端面が開口された容器状のヘッド本体を有するノズルヘッドを備え、前記ヘッド本体には、先端開口を塞ぐようにして前記接地電極が設けられる一方、基端部に処理ガスの入口ポートが設けられ、更に、前記電界印加電極が、ヘッド本体の内部を、前記入口ポートに連なる基端側の処理ガス導入室と先端側の電極間空間とに仕切るようにして収容され、前記導入室と前記電極間空間とが、前記電界印加電極を迂回又は貫通する連通路によって連ねられ、しかも、前記連通路が、電界印加電極の略全長域に及んでおり、前記入口ポートと導入室と連通路とが、前記導入路を構成しているのが好ましい。これによって、簡易かつコンパクトな構成で電極を保持、収容できる。また、導入室によって、処理ガスを整流し、電極間空間に均一に吹き込むことができる。導入室に、ファンやフィン、整流板（邪魔板）などを設け、処理ガスを一層確実に均一化させることにしてもよい。
【００１７】
前記連通路は、前記「導入路の下流端」ないしは「吹き込み口」に相当する。特に、「電界印加電極を貫通する連通路」は、「電界印加電極に形成された吹き込み口」に相当する。
前記連通路は、前記電界印加電極の側縁に沿って設けられたスリット又は複数の孔部を含むことが望ましい。これによって、処理ガスを電極間空間へ略均一に吹き込むことができる。
更に、前記入口ポートが、前記電界印加電極の中側部と対向するように配されており、前記連通路としての孔部が、前記電界印加電極の側縁の両端側のものほど大径又は短ピッチになっていることが望ましい。これによって、処理ガスを電極間空間へ確実に均一に吹き込むことができる。
【００１８】
前記電界印加電極が、例えば長板状をなし、その長手側縁（幅方向の両側縁）とヘッド本体の内面との間に隙間が形成されるようにしてもよい。これによって、前記隙間が、電界印加電極を迂回する連通路となる。更に、この隙間を塞ぐ閉塞部材をヘッド本体の内面と電界印加電極の側縁との間に架け渡し、この閉塞部材に前記孔部（連通路）を形成してもよい。
【００１９】
前記ノズルヘッドの導入室が、隔壁によって２つの室部分に仕切られ、これら室部分に互いに異なる種類の処理ガスの入口ポートが設けられ、前記連通路が、前記電界印加電極の両側に離れて２つ設けられ、一方の連通路が、一方の室部分に連なり、他方の連通路が、他方の室部分に連なっていてもよい。これによって、２種類の処理ガスを電極間の空間で混合して吹き出すことができる。
【００２０】
前記電界印加電極には、前記吹き出し口へ向けて突出し、電極間空間を２つの空間部に仕切る整流突起が設けられており、これら空間に互いに異なる種類の処理ガスの導入路が連なっていてもよい。これによって、２種類の処理ガスを電極間に導入し、吹き出し口の近くで混合して吹き出すことができる。
【００２１】
被処理体又はその支持手段にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を、更に備えることにしてもよい。これによって、プラズマを被処理体に確実に到達させて所望の表面処理を効率よく行なうことができる。特に、接地電極が、網状や多孔板状の場合は、効果的である。被処理体が導電体の場合には、それに直接バイアス電圧をかけるのが好ましい。被処理体が、誘電体、絶縁体の場合には、支持手段を導電体で構成し、この支持手段にバイアス電圧をかけることにする。電圧の大きさや正負等は、特に限定がなく、処理ガス、活性種、イオン、被処理体等の種類や、接地電極との間の距離等によって決定されるが、接地電極との間で放電がたたない程度が好ましく、０．１〜１００ｋＶが特に好ましい。また、電界印加電極と接地電極との間に印加される電圧より小さくするのが好ましい。周期的に正圧なったり負圧になったりするようにしてもよい。
なお、被処理体又は支持手段に代えて、接地電極にバイアス電圧を印加することにしてもよい。
【００２２】
上記電極の材質としては、鉄、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間化合物等からなるものが挙げられる。印加電極の形状としては、プラズマ放電が安定にできれば、特に限定されないが、電界集中によるアーク放電の発生を避けるために、対向電極間の距離が一定となる構造であることが好ましい。また、電極の大きさは、被処理基板の大きさにもよるが、印加電極より接地電極が大きい方が安定した放電状態が得られやすい。
【００２３】
電極端部を曲面化加工することにより、ストリーマーの発生を抑制することができる。曲面化加工を行う場合の曲率半径は、特に限定されないが、好ましくは０．５ｍｍ以上で電極板厚み未満が好ましい。０．５ｍｍ未満では、ストリーマーの発生の抑制効果が不十分である。
【００２４】
上記電極の対向面の一方又は双方には、固体誘電体が設置される。この際、固体誘電体と設置される側の電極が密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に覆うようにする。固体誘電体によって覆われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が生じやすい。上記固体誘電体の厚みは、０．０１〜４ｍｍであることが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。固体誘電体の材質としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。特に、２５℃環境下における比誘電率が１０以上のものである固体誘電体を用いれば、低電圧で高密度の放電プラズマを発生させることができ、処理効率が向上する。比誘電率の上限は特に限定されるものではないが、現実の材料では１８，５００程度のものが入手可能であり、本発明に使用できる。特に好ましくは比誘電率が１０〜１００の固体誘電体である。上記比誘電率が１０以上である固体誘電体の具体例としては、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物を挙げることができる。
【００２５】
電界印加電極及び接地電極に、冷却手段（冷却機構、冷却設備）を設けるのが好ましい。これにより、発熱によるアーク放電の発生を防止でき、連続使用や高出力条件でも安定的に処理を行うことができる。冷却手段としては、上記金属パイプのように、電極の内部に冷却用流体（冷媒）の通路を形成してもよく、電極の外表面に冷却管（冷却部）を当てがい、これに冷媒を通すことにしてもよく、電極どうしの対向面とは逆側の面に放冷フィンを形成してもよい。電極に冷媒通路を形成する場合は、電極の肉厚（冷媒通路の内周面から電極の外周面までの距離）を０．１〜４０ｍｍにするのが好ましく、０．２〜２ｍｍがより好ましい。
【００２６】
上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して適宜決定されるが、０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、電極間の間隔を置いて設置するのに充分でないことがあり、一方、１０ｍｍを超えると、均一な放電プラズマを発生させにくい。
【００２７】
上記電界印加手段としては、高周波電界印加手段や、パルス電界印加手段等を用いることができる。中でもパルス電界印加手段が好ましい。特に、パルスの立上がり及び／又は立下がり時間が、１０μｓ以下のものが好ましい。１０μｓを越えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、高密度プラズマ状態を保持しにくくなる。また、立上がり時間及び立下がり時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行なわれるが、４０ｎｓ未満の立上がり時間のパルス電界を実現することは、実際には困難である。より好ましくは５０ｎｓ〜５μｓである。なお、ここでいう立上がり時間とは、電圧（絶対値）が連続して増加する時間、立下り時間とは、電圧（絶対値）が連続して減少する時間を指すものとする。パルス電界の電界強度は、１〜１０００ｋＶ／ｃｍとなるようにするのが好ましく、１５〜１０００ｋＶ／ｃｍがより好ましい。電界強度が１ｋＶ／ｃｍ未満であると処理に時間がかかりすぎ、１０００ｋＶ／ｃｍを越えるとアーク放電が発生しやすくなる。パルス電界の周波数は、０．５ｋＨｚ以上であることが好ましい。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構わない。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。このようなパルス電界を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。パルス電界における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を越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電界における、１つのパルスの連続するＯＮ時間を言う。
【００２８】
本発明で処理できる被処理体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、アクリル樹脂等のプラスチック、ガラス、セラミック、金属、シリコンウェハ−等が挙げられる。基材の形状としては、板状、フィルム状等のものが挙げられるが、特にこれらに限定されない。本発明の表面処理方法によれば、様々な形状を有する被処理体の処理に容易に対応することができる。
【００２９】
本発明で用いる処理ガスとしては、電界を印加することによってプラズマを発生するガスであれば、特に限定されず、処理目的により種々のガスを使用できる。
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、被処理体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、親水性重合膜を堆積させることもできる。
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させることができる。
さらに、被処理体表面に電気的、光学的機能を与えたり、被処理体表面から有機物除去、レジスト除去、高分子フィルムの接着性向上、ガラス系基板・プリント配線基盤（ＦＰＣ）の洗浄、成膜、金属除去、デスミア、アッシング、エッチング、デスカム、滅菌洗浄などに利用できる。
経済性及び安全性の観点から、上記処理ガス単独雰囲気よりも、以下に挙げるような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好ましい。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、窒素気体等が挙げられる。これらは単独でも２種以上を混合して用いてもよい。
【００３０】
本発明のプラズマ処理装置は、どのような圧力下でも用いることができるが、常圧放電プラズマ処理に用いるとその効果を十分に発揮でき、特に、大気圧近傍下の圧力下で用いるとその効果が十分に発揮される。上記大気圧近傍の圧力下とは、１．３３３×１０４〜１０．６６４×１０４Ｐａの圧力下を指す。中でも、圧力調整が容易で、装置が簡便になる９．３３１×１０４〜１０．３９７×１０４Ｐａの範囲が好ましい。
【００３１】
本発明によれば、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る。公知の低圧条件下におけるプラズマ処理はもちろん、特定のガス雰囲気下の大気圧プラズマ処理においても、外気から遮断された密閉容器内で処理を行うことが必須であったが、本発明のグロープラズマ処理装置を用いた方法によれば、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。
【００３２】
本発明によれば、電極間において直接大気圧下で放電を生じせしめることが可能であり、より単純化された電極構造、放電手順による大気圧プラズマ装置、及び処理手法でかつ高速処理を実現することができる。また、印加電界の周波数、電圧、電極間隔等のパラメータにより処理に関するパラメータも調整できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ１を示したものである。プラズマ処理装置Ｍ１は、金属導体からなる一対の電極２０，３０を備えている。これら電極２０，３０は、左右（図２において紙面と直交する方向）へ延びる長方形の水平な板状をなし、周縁間に介在された枠状のスペーサ（電極ホルダ）１９によって互いに上下に対向するようにして配置されている。上側の電界印加電極２０は、給電線２ａを介してパルス電源２（電界印加手段）に接続され、下側の接地電極３０は、接地線３ａを介して接地されている。なお、これら電極２０，３０の少なくとも一方の対向面には、固体誘電体層が溶射等によって被膜されている。
【００３４】
更に、プラズマ処理装置Ｍ１は、表面処理の目的に応じた処理ガスを貯えた処理ガス源１を備えている。この処理ガス源１から処理ガス導入管１ａ（導入路）が延び、２つに分岐し、それぞれ電極２０，３０の幅方向の両側縁（長手側縁）どうし間を介して、上記電極２０，３０間の空間１０ａに連なっている。なお、「導入路」の構成要素として、導入管１ａからの処理ガスを、電極２０，３０の長手方向に均一化する均一化手段を設け、この均一化手段から電極間空間１０ａ内に処理ガスを吹き込むことにするとよい。
【００３５】
接地電極３０の幅方向の中央部には、上面（電界印加電極との対向面）から下面（被処理体と対向すべき面）へ垂直に貫通する吹き出し口３０ａ（処理ガス吹き出し用の開口）が形成されている。吹き出し口３０ａは、電極３０の長手方向の略全長にわたって真直ぐに延びるスリット状をなしている。接地電極３０の下方に、セットテーブル５（被処理体支持手段）が位置されている。このセットテーブル５の上面に基材Ｗ（被処理体）がセットされることにより、接地電極３０の下面が基材Ｗと対向することになる。すなわち、接地電極３０は、電界印加電極２０との対向面（上面）と、その逆側の基材Ｗと対向すべき面（下面）と、電界印加電極対向面（上面）から被処理体対向面（下面）へ至る吹き出し口３０ａとを有している。これによって、接地電極３０が、電界印加電極２０と基材Ｗとの間に介在されることになる。
【００３６】
なお、セットテーブル５は、図示しない移動手段によって前方（図２において右）へ移動されるようになっている。これによって、基材Ｗの上面が順次表面処理されるようになっている。勿論、セットテーブル５を固定し、電極２０，３０の側を移動手段で移動させることにしてもよい。
接地電極３０は、後記の装置Ｍ４等（図７）と同様に、互いに別体になった２枚の細長い導体板３１，３２を吹き出し口３０ａとなる隙間を介して並べることによって構成してもよい。（勿論、後記の装置Ｍ４等においても、本装置Ｍ１と同様に、接地電極３０を、一体物の導体板に吹き出し口３０ａとなるスリットを形成することによって構成してもよい。）
【００３７】
上記構成のプラズマ処理装置Ｍ１では、処理ガス源１からの処理ガスが、管１ａを通って電極２０，３０の両長手側縁どうしの間から電極間空間１０ａ内に導入される。一方、パルス電源２から電界印加電極２０にパルス電圧が供給され、電極２０，３０間にパルス電界が形成される。これにより、電極間空間１０ａ内でグロー放電が起き、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が、吹き出し口３０ａから基材Ｗ側へ吹き出される。
ここで、電界印加電極２０と基材Ｗの間には、接地電極３０が介在されているので、電界印加電極２０と基材Ｗとの間でアーク放電が発生するおそれが殆どない。したがって、基材Ｗにダメージを与えることなく、電極２０，３０ひいては吹き出し口３０ａと基材Ｗとの間の距離を極めて短くすることができ、例えば２ｍｍ以下にすることができる。これにより、上記吹き出し口３０ａからの処理ガスが失活しないうちに基材Ｗの表面に確実に到達させることができる。この結果、表面処理を確実かつ効率的に行なうことができる。
【００３８】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の実施形態と同様の構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を簡略化する。
図３及び図４は、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ２を示したものである。この装置Ｍ２では、接地電極３０に吹き出し口３０ａが複数（例えば５つ）形成されている。これら吹き出し口３０ａは、接地電極３０の長手方向の略全域にわたって真直ぐに延びるスリット状をなし、互いに電極３０の幅方向に等ピッチで並べられている。電極間空間１０ａでプラズマ化された処理ガスは、これら吹き出し口３０ａの各々から吹き出され、基材Ｗに吹き付けられる。これによって、基材Ｗの広範囲にわたって一度に処理を行なうことができ、基材Ｗが大面積であっても短時間に処理を行なうことができる。
【００３９】
図５及び図６は、本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ３を示したものである。この装置Ｍ３では、電界印加電極２０が、幅方向の両端部から中央部へ向かうにしたがって下へ傾く一対の第１、第２斜板部２１，２２を有して、断面Ｖ字状をなしている。接地電極３０は、互いに別体になった一対の第１、第２接地導体板３１，３２からなり、第１接地導体板３１が、電界印加電極２０の第１斜板部２１に平行に沿うように斜めに配され、第２接地導体板３２が、第２斜板部２２に平行に沿うように斜めに配されている。これら第１、第２接地導体板３１，３２の対向縁どうしの間に、吹き出し口３０ａが形成されている。したがって、電極２０，３０の対向面どうしが、吹き出し口３０ａに近付くにしたがって基材Ｗ側へ傾き、断面Ｖ字状をなしている。また、各接地導体板３１，３２すなわち接地電極３０の吹き出し口３０ａを挟んで両側の下面（被処理体対向面）が、吹き出し口３０ａから離れるにしたがって上すなわち電界印加電極２０の側へ傾いている。
【００４０】
この装置Ｍ３によれば、電極２０，３０全体を幅方向にコンパクト化できるとともに、両側の導入管１ａの下流端（電極２０，３０の幅方向の両縁どうしの間）から吹き出し口１０ａまでの距離を長くして、処理ガスの放電空間通過時間を十分長くすることができる。これにより、プラズマ密度を高めることができ、表面処理の一層の効率化を図ることができる。さらに、基材Ｗに吹き付けられた後の処理ガスや副生成物等からなる排ガスを、接地導体板３１，３２の下面と基材Ｗとの間の徐々に広がる空間を通して、滞留させることなくスムーズに排出することができる。
【００４１】
図７及び図８は、本発明の第４実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ４を示したものである。この装置Ｍ４では、電極２０，３０が共に水平をなしている。接地電極３０は、２つの接地導体板３１，３２を水平にして、吹き出し口３０ａとなる隙間を介して並べることによって構成されている。
【００４２】
電界印加電極２０の下面の幅方向の中央部には、整流突起２３が設けられている。整流突起２３は、例えば誘電体で構成され、電界印加電極の長手方向に延びるとともに、逆三角形状の断面をなして真下の吹き出し口３０ａへ向けて突出している。なお、整流突起２３は、電極２０と同じ導電金属で構成してもよい。
【００４３】
この整流突起２３によって、電極間空間１０ａが、第１、第２の２つの空間部１０ａ１，１０ａ２に仕切られている。第１空間部１０ａ１に、第１処理ガス導入管１ａ１が連なり、第２空間部１０ａ２に、第２処理ガス導入管１ａ２が連なっている。これら処理ガス導入管１ａ１，１ｂ２は、互いに別の種類の処理ガスを貯えた第１、第２処理ガス源１Ａ，１Ｂに連なっている。例えば、成膜処理を目的とする場合、第１処理ガス導入管１ａ１には、膜の原料ガスを貯えた第１処理ガス源１Ａが連ねられ、第２処理ガス導入管１ａ２には、前記原料ガスを反応させて膜化させるための励起ガスを貯えた第２処理ガス源１Ｂが連ねられている。例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を成膜する場合、原料ガスは、シラン（ＳｉＨ４）を用い、励起ガスは、水素（Ｈ２）を用いる。窒化シリコン（ＳｉＮ）を成膜する場合、原料ガスは、シラン（ＳｉＨ４）を用い、励起ガスは、窒素（Ｎ２）を用いる。酸化シリコン（ＳｉＯ２）を成膜する場合、原料ガスは、ＴＥＯＳ又はＴＭＯＳを用い、励起ガスは、酸素（Ｏ２）を用いる。
【００４４】
この装置Ｍ４によれば、２つの空間部１０ａ１，１０ａ２に互いに異なる処理ガスを導入して、別個にプラズマ化させた後、吹き出し口３０ａの直前で合流させて、吹き出すことができる。
【００４５】
図９及び図１０は、本発明の第５実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ５を示したものである。この装置Ｍ５では、接地電極３０の吹き出し口３０ａに、金網３３（金属製の網状物、ガス通過許容部材）が嵌め込まれている。金網３３は、接地電極３０と電気的に導通するとともに、その線材の外周全体に固体誘電体層が被膜されている。
【００４６】
装置Ｍ５によれば、電界印加電極２０と金網３３との間でもグロー放電を起すことができる。これによって、吹き出し口３０ａの周りや内部でも処理ガスをプラズマ化させることができる。しかも、処理ガスは、金網３３の網目を簡単に通り抜けることができる。これによって、プラズマを高密度に含む処理ガスを基材Ｗに吹き付けることができ、表面処理の一層の効率化を図ることができる。また、接地電極の一部としての金網３３によって、基材Ｗにアークが落ちるのを確実に防止することができる。この装置Ｍ５は、吹き出し口３０ａを大きくとりたい場合に、特に有効な構成となる。
【００４７】
なお、ガス通過許容部材は、処理ガスの通過を妨げることのない導電性部材であればよく、金網３３の他、金属製の多孔板やパンチングメタルを用いてもよく、金属線材を複数本並べて吹き出し口３０ａの延び方向に架け渡すことによって構成してもよい。
【００４８】
図１１は、接地電極３０の吹き出し口３０ａの変形例を示したものである。吹き出し口３０ａは、直線状に限られず、図１１（ａ）に示すように、Ｖ字状ないしは「ヘ」字状に形成してもよく、図１１（ｂ）に示すように、Ｗ字状ないしはＭ字状に形成してもよく、図１１（ｃ）に示すように、のこぎり波状（ギザギザ状）に形成してもよく、図１１（ｄ）に示すように、正弦波状に形成してもよい。これらの異形吹き出し口３０ａは、接地電極３０の全域に行き渡るように構成するのが容易である。
【００４９】
図１２〜図１４は、本発明の第６実施形態を示したものである。
プラズマ処理装置Ｍ６は、ノズルヘッド１０を備えている。ノズルヘッド１０は、下面（先端面）が開口された直方体の容器状（箱状）のヘッド本体１１と、このヘッド本体１１に設けられた電極２０，３０とを有している。なお、ヘッド本体１１の材質は、特に限定がないが、非導電性の材料が好ましい。例えば、アクリル樹脂や塩化ビニル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのプラスチック系材料やセラミックス、ガラスなどの無機系材料を用いることができる。
【００５０】
図１２及び図１４に示すように、ヘッド本体１１の下端開口には、これを塞ぐようにして２枚の接地導体板３１，３２からなる接地電極３０が設けられている。接地電極３０は、後記電界印加電極２０より前後方向にも左右方向にも突出されている（図１３参照）。
【００５１】
図１２及び図１３に示すように、ヘッド本体１１の天板（基端部）の中央部には、インレットポート１１ａ（入口ポート）が形成されている。このインレットポート１１ａに処理ガス源１から延びるガス管１ａが接続されている。
【００５２】
ヘッド本体１１の内部には、アクリル等の非導電性材料からなる長方形の支持フレーム１３が設けられている。この支持フレーム１３に電界印加電極２０の周側縁が支持されている。これによって、ヘッド本体１１の内部が、電界印加電極２０より上側（基端側）の処理ガス導入室１１ｂと、電極２０より下側（先端側）の電極間空間１０ａとに区画されている。
【００５３】
上記の支持構造によって、電界印加電極２０の周側縁がヘッド本体１１の内面から離間され、両者間に隙間１１ｃが形成されている。この隙間１１ｃの下端部を塞ぐようにして、前記支持フレーム１３（閉塞部材）が電極２０とヘッド本体１１との間に架け渡されている。支持フレーム１３には、円孔１３ａ（孔部）が多数形成されている。これら円孔１３ａは、電極２０の長手側縁に沿って等ピッチで並べられている。しかも、長手側縁の両端側の円孔１３ａが、中側の円孔１３ａより大径になっている。これら円孔１３ａを介して、隙間１１ｃひいては導入室１１ｂが、電極間空間１０ａと連通している。
隙間１１ｃと円孔１３ａとによって、特許請求の範囲の「連通路」が構成されている。インレットポート１１ａ、導入室１１ｂ、隙間１１ｃ、円孔１３ａは、特許請求の範囲の「導入路」の構成要素となっている。
なお、長手側縁の両端側の円孔１３ａを、中側のものより大径にするのに代えて、又はそれに加えて、隣り合うものどうし間のピッチを短くして密に配置することにしてもよい。
「連通路」として、複数の円孔１３ａに代えて、支持フレーム１３に電極２０の長手側縁に沿って延びるスリットを形成してもよい。
【００５４】
更に、プラズマ処理装置Ｍ６には、電極の温度調節を行う電極冷却手段（電極冷却機構）が設けられている。詳述すると、図１２及び図１３に示すように、電界印加電極２０の内部には、長手方向に沿って冷媒往路２０ｕ及び冷媒復路２０ｖが形成されている。これら冷媒路２０ｕ，２０ｖの例えば右端部どうしが連結管６５Ａによって連結されている。冷媒往路２０ｕの左端（上流端）には、水等の冷媒（冷却用流体）の供給路６１Ａが接続され、冷媒復路２０ｖの左端（下流端）から冷媒の排出路６２Ａが延びている。供給路６１Ａからの冷媒は、往路２０ｕ、連結管６５Ａ、復路２０ｖを順次通り、排出路６２Ａから排出されるようになっている。
【００５５】
同様にして、図１２及び図１４に示すように、接地電極３０の接地導体板３１，３２には、それぞれ冷媒往路３０ｕ及び冷媒復路３０ｖが形成されている。これら冷媒路３０ｕ，３０ｖの右端部どうしは連結管６５Ｂによって連結され、冷媒往路３０ｕの左端（上流端）には、冷媒供給路６１Ｂが接続され、冷媒復路３０ｖの左端（下流端）から冷媒排出路６２Ｂが延びている。各接地導体板３１，３２において、供給路６１Ｂからの冷媒は、往路３０ｕ、連結管６５Ｂ、復路３０ｖを順次通り、排出路６２Ｂから排出されるようになっている。
【００５６】
更に、プラズマ処理装置Ｍ６には、排気手段（排気機構）が設けられている。詳述すると、図１２及び図１４に示すように、ヘッド本体１１の前後両側の壁の外側面には、一対の排気ダクト４０が設けられている。排気ダクト４０は、ヘッド本体１１の長手方向に沿って延びるとともに、下端面が、接地電極３０の下端面と略面一になっている。この下端面の略全長にわたってスリット状の吸い込み口４０ａが設けられている。各排気ダクト４０から吸引管４ａがそれぞれ延びている。図１４に示すように、これら吸引管４ａは、互いに合流して、共通の真空ポンプ４に連なっている。
【００５７】
プラズマ処理装置Ｍ６によれば、ガス源１の処理ガスが、ガス管１ａ及びインレットポート１１ａを経て、広い導入室１１ｂに導入される。これによって、処理ガスを導入室１１ｂ内でなるべく均一化することができる。続いて、処理ガスは、隙間１１ｃ及び円孔１３ａを経て電極間空間１０ａへ導入される。円孔１３ａは、ポート１１ａから遠いものほど大径になっているので、空間１０ａの長手方向に確実に均一に導入することができる。ひいては、プラズマ化後の処理ガスを吹き出し口３０ａの長手方向に確実に均一に吹き出すことができる。
また、冷媒路２０ｕ，２０ｖ，３０ｕ，３０ｖに冷媒を通すことにより、電極２０，３０を冷却することができる。これによって、アーク放電の発生を防止でき、連続使用や高出力条件でも安定的に処理を行うことができる。
さらに、電界印加電極２０より接地電極３０が広いので、電極２０，３０のエッジからアークが飛ぶのを防止することができる。
真空ポンプ４を駆動することにより、吹き付け後の処理ガスや副生成物からなる排ガスをノズルヘッド１０と基材Ｗとの間からダクト４０に吸い込んで速やかに排出することができる。更に、処理ガスの流れを整えて乱流化を確実に防止でき、一層均一な表面処理を行なうことができる。
【００５８】
図１５及び図１６は、本発明の第７実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ７を示したものである。この装置Ｍ７は、前記プラズマ処理装置Ｍ６の電極冷却手段の変形例に係るものであり、電極２０，３０内に冷却路２０ｕ，２０ｖ，３０ｕ，３０ｖが設けられておらず、それに代えて角筒形状の一対の冷却管６３Ａ，６４Ａ，６４Ａ，６４Ｂが電極２０，３０に外付けされている。詳述すると、電界印加電極２０の上面には、後側の長手側縁に沿って往路冷却管６３Ａが設けられ、前側の長手側縁に沿って復路冷却管６４Ａが設けられている。これら冷却管６３Ａ，６４Ａの例えば右端部どうしが連結管６５Ａによって連結されている。往路冷却管６３Ａの左端（上流端）には、冷媒供給路６１Ａが接続され、復路冷却管６４Ａの左端（下流端）から冷媒排出路６２Ａが延びている。供給路６１Ａからの冷媒は、往路冷却管６３Ａ、連結管６５Ａ、復路冷却管６４Ａを順次通り、排出路６２Ａから排出される。そして、冷却管６３Ａ，６４Ａの通過時に電界印加電極２０を冷却する。
【００５９】
同様にして、接地電極３０の上面には、後側の長手側縁に沿って往路冷却管６３Ｂが設けられ、前側の長手側縁に沿って復路冷却管６４Ｂが設けられている。これら冷却管６３Ｂ，６４Ｂの右端部どうしが連結管６５Ｂによって連結されている。往路冷却管６３Ｂの左端（上流端）には、冷媒供給路６１Ｂが接続され、復路冷却管６４Ｂの左端（下流端）から冷媒排出路６２Ｂが延びている。供給路６１Ｂからの冷媒は、往路冷却管６３Ｂ、連結管６５Ｂ、復路冷却管６４Ｂを順次通り、排出路６２Ｂから排出される。そして、冷却管６３Ｂ，６４Ｂの通過時に接地電極３０を冷却する。
なお、装置Ｍ７においては、電界印加電極２０側の冷却管６４Ａ，６４Ａの側面は、電界印加電極２０の長手側縁と面一になっており、隙間１１ｃが、冷却管６４Ａ，６４Ａの厚さ分だけ長くなっている。
【００６０】
図１７は、本発明の第８実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ８を示したものである。この装置Ｍ８では、接地電極３０の吹き出し口３０ａを挟んで前後２つの接地導体板３２のうち、前側の接地導体板３２の下面は、水平になる一方、後側の接地導体板３１の下面は、吹き出し口３０ａから遠ざかるにしたがって上に傾く斜面になっている。排気ダクト４０は、ヘッド本体１１の後側の壁にのみ設けられ、前側の壁には設けられていない。
【００６１】
装置Ｍ８によれば、基材Ｗへ吹き付け後の排ガスを、真空ポンプ４の吸い込みによって後方へのみ向かわせるとともに、接地導体板３２と基材Ｗとの間の徐々に広がる空間を通してスムーズに排出することができ、滞留を確実に防止することができる。
【００６２】
図１８及び図１９は、本発明の第９実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ９を示したものである。この装置Ｍ９では、一体物の接地電極３０に左右に延びるスリット状の吹き出し口３０ａが前後に複数並んで設けられている。しかも、これら吹き出し口３０ａが、接地電極３０の上面から下面へ向かうにしたがって後方へ斜設されている。排気ダクト４０は、前記装置Ｍ８と同様にヘッド本体１１の後側の壁にのみ設けられている。
【００６３】
装置Ｍ９によれば、処理ガスを吹き出し口３０ａから後方へ向けて方向性を付けて吹き出すことができる。これによって、処理ガスが基材Ｗ上で乱流化したり滞留したりするのを防ぐことができ、スムーズに排出することがきる。
【００６４】
なお、装置Ｍ９の接地電極３０には、吹き出し口３０ａで区切られた断面平行四辺形状の長尺部３５の各々に冷却路３０ｗが形成されている。これら冷却路３０ｗの全体が一筆書き状に連なるようにして、隣り合う冷却路３０ｗの端部どうしが連結管６５Ｂによって連結されている。そして、後端の冷却路３０ｗに冷媒供給路６１Ｂが接続され、前端の冷却路３０ｗから冷媒排出路６２Ｂが延びている。
【００６５】
図２０及び図２１は、本発明の第１０実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ１０を示したものである。この装置Ｍ１０では、接地電極３０が、複数本の真円筒形状の金属パイプ３６（導電性長尺部）で構成されている。これら金属パイプ３６は、各々左右に延びるとともに前後に一定の間隔を隔てて並べられている。各パイプ３６の両端部が、ヘッド本体１１の左右の壁を貫通して支持されている。
【００６６】
隣り合うパイプ３６の間が、吹き出し口３０ａとなっている。パイプ３６の内部空間は、冷媒が通されることにより冷却路３０ｗとして提供されている。接地電極３０全体の冷却路３０ｗが連結管６５Ｂを介して一筆書き状に連結されている。これら連結管６５Ｂが導電体で構成されることにより、すべてのパイプ３６が互いに導通されている。これにより、１本のパイプ３６から１本の接地線３ａを引き出すことにより、すべてのパイプ３６が接地されている。
【００６７】
この装置Ｍ１０によれば、金属パイプ３６を並べるだけで、吹き出し口３０ａ及び冷却路３０ｗ付きの接地電極３０を簡易に構成することができる。また、パイプ３６の内周面（冷却路３０ｂの周面）から外周面までの肉厚を薄くでき、冷却効率を高めることができる。
【００６８】
図２２は、本発明の第１１実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ１１を示したものである。この装置Ｍ１１では、接地電極３０として、断面真円形状の金属パイプ３６に代えて楕円筒形状の金属パイプ３６Ａが用いられている。パイプ３６Ａの長軸は、前後に向けられ、短軸は、上下に向けられている。
【００６９】
図２３及び図２４は、本発明の第１２実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ１２を示したものである。電界印加電極２０に左右に延びるスリット状の吹き込み口２０ａが前後に２つ（複数）並んで形成されている。これら吹き込み口２０ａによって導入室１１ｂと電極間空間１０ａとが連ねられている。
吹き込み口２０ａは、特許請求の範囲の「導入路の下流端」ないしは「連通路」を構成している。なお、装置Ｍ１２には、第６実施形態と同様の隙間１１ｃ及び円孔１３ａからなる「連通路」も設けられている。
【００７０】
また、装置Ｍ１２では、接地電極３０の吹き出し口３０ａが、上面から下面へ垂直に貫通している点で、第９実施形態（図１８）と異なっている。
しかも、電界印加電極２０の吹き込み口２０ａと、接地電極３０の吹き出し口３０ａとが、前後にずれ、互い違いに配されている。
【００７１】
この装置Ｍ１２によれば、処理ガスを前後の円孔１３ａからだけでなく、吹き込み口２０ａからも電極間空間１０ａへ導入することができる。これによって、電極間空間１０ａへのガス供給の偏りをなくすことができる。そして、電極間空間１０ａ内で処理ガスを分流させたり、横に流したり、合流させたりしながら、十分にプラズマ化させ、吹き出すことができる。
【００７２】
なお、装置Ｍ１２の電界印加電極２０には、吹き込み２０ａで区切られた四角形断面の長尺部２５の各々に冷却路２０ｗが形成されている。これら冷却路２０ｗの全体が一筆書き状に連なるようにして、隣り合う冷却路２０ｗの端部どうしが連結管６５Ａによって連結されている。そして、後端の冷却路２０ｗに冷媒供給路６１Ａが接続され、前端の冷却路２０ｗから冷媒排出路６２Ａが延びている。接地電極３０の冷却手段も、これと同様に（図１９のように）構成されている。
【００７３】
図２５及び図２６は、本発明の第１３実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ１３を示したものである。この装置Ｍ１３では、電界印加電極２０の下面に、断面逆三角形状をなして左右に延びる第１凸部２０ｐが、複数、前後に並んで形成されている。隣り合う凸部２０ｐ間の谷間に、電極２０上面からのスリット状吹き込み口２０ａ（導入路の下流端）が開口されている。
【００７４】
一方、接地電極３０の上面には、断面三角形状をなして左右に延びる第２凸部３０ｐが、複数、前後に並んで形成されている。隣り合う第２凸部３０ｐ間の谷間からスリット状吹き出し口３０ａが延び、接地電極３０の下面に達している。
【００７５】
接地電極３０の第２凸部３０ｐは、電界印加電極２０の第１凸部２０ｐと前後にずれ、第１凸部２０ｐ間のちょうど谷間に向かって突出されている。したがって、第１２実施形態（図２３）と同様に、吹き込み口２０ａと吹き出し口３０ａとが、前後にずれ、互い違いに配されている。
【００７６】
この装置Ｍ１３によれば、第１２実施形態と同様の作用効果に加えて、処理ガスが、各吹き込み口２０ａから第１、第２凸部２０ｐ，３０ｐの斜面間を通って吹き出し口３０ａへ斜めに流れ、スムーズに吹き出すことができる。また、空間１０ａ内での放電の方向や強弱にバリエーションを付けることができる。
【００７７】
なお、装置Ｍ１３の電界印加電極２０は、左右の端部がヘッド本体１１の左右の壁に突き当てられて支持されている。支持フレーム１３は設けられておらず、電界印加電極２０の前後の側縁とヘッド本体１１の前後の壁との間の隙間１１ｃが、電極間空間１０ａに直接連なっている。
【００７８】
図２７は、本発明の第１４実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ１４を示したものである。この装置Ｍ１４では、処理ガス導入室が、隔壁１４によって２つの室部分１１ｂ１，１１ｂ２に仕切られている。後側の第１室部分１１ｂ１は、後側の隙間１１ｃ及び円孔１３ａを介して電極間空間１０ａに連なっている。前側の第２室部分１１ｂ２は、前側の隙間１１ｃ及び円孔１３ａを介して電極間空間１０ａに連なっている。
【００７９】
ヘッド本体１１の天板には、２つのインレットポート１１ａ１，１１ａ２（入口ポート）が設けられ、一方（後側）の第１インレットポート１１ａ１が、第１室部分１１ｂ１に連なり、他方（前側）の第２インレットポート１１ａ２が、第２室部分１１ｂ２に連なっている。また、装置Ｍ１４は、第４実施形態（図８）と同様に、２つの処理ガス源１Ａ，１Ｂを備え、第１処理ガス源１Ａからの導入管１ａ１がインレットポート１１ａ１に接続され、第２処理ガス源１Ｂからの導入管１ａ２がインレットポート１１ａ２に接続されている。
【００８０】
この装置Ｍ１４によれば、第１処理ガス源１Ａから例えば原料ガス等の第１処理ガスを、導入管１ａ１、インレットポート１１ａ１、室部分１１ｂ１、後側の隙間１１ｃ及び円孔１３ａを順次経て、電極間空間１０ａに後側から導入するとともに、第２処理ガス源１Ｂから例えば励起ガス等の第２処理ガスを、導入管１ａ２、インレットポート１１ａ２、室部分１１ｂ２、前側の隙間１１ｃ及び円孔１３ａを順次経て、電極間空間１０ａに前側から導入し、これら異種類の処理ガスを電極間空間１０ａ内においてプラズマ化させながら合流させ、吹き出すことができる。
なお、本装置Ｍ１４においては、第４実施形態（図８）の整流突起２３を付加してもよい。
【００８１】
図２８及び図２９は、本発明の第１５実施形態に係るプラズマ処理装置Ｍ１５を示したものである。この装置Ｍ１５では、支持フレーム（枠）１３に代えて、支持板１３Ｘが、ヘッド本体１１の内部を上下に仕切るようにして水平に設けられている。この支持板１３Ｘの下面に電界印加電極２０が例えばボルト締めで固定されている。電界印加電極２０とヘッド本体１１との間の隙間１１ｃにおける導入室１１ｂに面する上端開口は、支持板１３Ｘで塞がれ、下端開口は、電極間空間１０ａに直接連なっている。支持板１３Ｘにおける隙間１１ｃの上端開口の閉塞部に、第６実施形態（図１３）と同様の多数の円孔１３ａが左右長手方向に並んで形成されている。これら円孔１３ａを介して、導入室１１ｂと隙間１１ｃとが連なっている。
このように、装置Ｍ１５においては、電界印加電極２０を垂設状態で支持することにより、電界印加電極２０からヘッド本体１１の内面を伝ってアークが落ちるのを確実に防止することができる。
【００８２】
また、装置Ｍ１５では、接地電極３０を構成する各接地導体板３１，３２の上面にヘッド本体１１の下端縁が突き当てられ、互いに接合されている。図２９に良く示されているように、接地電極３０は、電界印加電極２０は勿論、ヘッド本体１１に対しても前後左右に延出されている。。特に、左右方向に大きく延出されている。（各接地導体板３１，３２の左右への延出部を、符号３１ｅ，３２ｅで示す。）これによって、電極２０，３０のエッジからアークが飛ぶのを確実に防止することができる。吹き出し口３０ａの左右方向の両端開口は、粘土等の詰物３９で埋められている。これによって、当該開口からの処理ガスの漏れを防止でき、ひいては、処理ガスの供給圧を高く設定することができる。また、前記接地電極３０の左右への延出部３１ｅ，３２ｅを装置Ｍ１５の架台（図示せず）に連結することにより、ノズルヘッド１０全体を架台に支持させることができる。更には、架台を接地することにすれば、接地電極３０を直接接地しなくても済む。
【００８３】
更に、図２８に示すように、装置Ｍ１５は、バイアス電圧印加電源７０（バイアス電圧印加手段）を備えている。このバイアス電圧印加電源７０から延びる給電線７１の端子が、導電体からなる基材Ｗに当てられている。これによって、基材Ｗに例えば１〜１００ｋＶのバイアス電圧を印加することができる。このバイアス電圧の極性は、目的の活性種やイオンと逆（正に対しては負。負に対しては正。）にする。これによって、これら活性種やイオンを基材Ｗに確実に到達させることができ、表面処理の効率を一層向上させることができる。
【００８４】
図３０は、前記バイアス電圧の印加機構の変形例を示したものである。本例では、基材Ｗが非導電性材料で構成されている。一方、セットテーブル５に、導電性材料からなるセットフレーム７３（被処理体の支持手段）が載設されている。セットフレーム７３は、例えば四角形の板状をなし、上面に凹部７３ａが形成されている。この凹部７３ａに基材Ｗが嵌め込まれている。
【００８５】
図３０（ｂ）に示すように、セットフレーム７３に、バイアス電圧印加電源７０からの給電線７１が接続され、バイアス電圧が印加されるようになっている。これによって、非導電性材料からなる基材Ｗにおいても、前記第１５実施形態の導電性基材Ｗと同様に、バイアス電圧印加による効果を得ることができる。
【００８６】
【実施例】
本発明を実施例に基づいてさらに説明する。本発明が、これら実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００８７】
［実施例１］
図１及び図２に示す装置Ｍ１を用い、放電プラズマ処理を行った。電界印加電極２０として長さ１５０ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ１０ｍｍのＳＵＳ製電極を用い、接地電極３０として長さ２００ｍｍ×幅１５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍで中央部に幅２ｍｍ×長さ１４０ｍｍのスリット状吹き出し口３０ａを設けたＳＵＳ製電極を用いた。各電極２０，３０には固体誘電体としてアルミナを１ｍｍの厚さに溶射し、２ｍｍの間隔をおいて設置した。被処理体（基材Ｗ）として、金属の蒸着層の上にレジストを１μｍの厚さに塗布した厚み３ｍｍのガラス被処理体を用い、接地電極３０との間隔（ワーキングディスタンス）を０．５ｍｍとなるようにして、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で搬送できるように設置した。電極間空間１０ａ（放電空間）に両サイドから３０ｓｌｍの乾燥空気を導入し、電極間に電圧２０ｋＶＰＰ、周波数１０ｋＨｚのパルス電界を印加した。
その結果、放電状態は、均一で良好であった。被処理体との異常放電も発生せず、均一に処理できることを確認した。
【００８８】
［実施例２］
実施例１と同じ装置Ｍ１を用い、吹き出し口３０ａから１ｍｍ離れた位置に、被処理体として、窒化珪素膜の被膜された１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５０μｍのウェハーを設置した。装置全体をチャンバーで密封し、油回転ポンプで１．３３３×１０２Ｐａになるまで排気を行ない、続いて、アルゴンガスで１０．１３×１０４Ｐａにした後、処理ガスとして、ＣＨ３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３０．２％、ＣＨ４０．２％をアルゴンガスにより希釈した混合ガスを電極間空間１０ａに導入した。電極間に、パルス立ち上がり速度５μｓ、周波数１０ｋＨｚ、電圧２０ｋＶＰＰのパルス電界を印加し、９５ｋＰａ下（大気圧下）で空間１０ａでプラズマ化しウェハー上に吹き付け成膜を行なった。
その結果、異常放電はなく、基板上にシロキサン系薄膜がむらなく均一に形成できたことを確認した。成膜速度は９０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００８９】
［実施例３］
図１２及び図１３に示す装置を用い、放電プラズマ処理を行った。電界印加電極２０として、長さ２５０ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ３０ｍｍのＳＵＳ製電極を用い、内部に冷却路２０ｕ，２０ｖを設けて水冷できるようにした。接地電極３０として、長さ３５０ｍｍ×幅９９ｍｍ×厚さ４０ｍｍの一対のＳＵＳ製長尺部３１，３２を用い、各長尺部３１，３２の内部に冷却路３０ｕ，３０ｖを設けて水冷できるようにした。接地電極３０の中央部（長尺部３１，３２間）に幅２ｍｍ×長さ１４０ｍｍのスリット状吹き出し口３０ａを設けた。各電極２０，３０の端部は、Ｒ２０ｍｍ加工を施し、各電極には固体誘電体としてアルミナを１ｍｍの厚さに溶射した。電極間距離は、２ｍｍに設定した。箱状のヘッド本体１１として、３５０ｍｍ×２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ５ｍｍのガラス製容器を用い、電極接続部はシーリングした。被処理体として、厚さ０．０４ｍｍのポリイミドフィルムを用い、ワーキングディスタンスを１ｍｍとなるようにし、３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で搬送できるように設置した。処理ガスとして、窒素ガスを用い、電極間に電圧２０ｋＶＰＰ、周波数１０ｋＨｚのパルス電界を印加した。真空ポンプ４の排気量は、５０ｌ／ｍｉｎとした。
その結果、放電状態は、均一で良好であった。ポリイミド表面の濡れ性がプラズマ処理により、５度以下となった。
【００９０】
［実施例４］
図２８及び図２９に示す装置を用い、放電プラズマ処理を行った。電界印加電極２０として、長さ２５０ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ３０ｍｍのＳＵＳ製電極を用い、内部に冷却路２０ｕ，２０ｖを設けて水冷できるようにした。接地電極３０として、長さ３５０ｍｍ×幅９９ｍｍ×厚さ９ｍｍの一対のＳＵＳ製導体板３１，３２を用い、各導体板３１，３２の内部に冷却路３０ｕ，３０ｖを設けて水冷できるようにし、導体板３１，３２間に幅２ｍｍのスリット状吹き出し口３０ａを設けた。導体板３１，３２の互いの対向面には、８ｍｍのＲを付けた。各電極には固体誘電体としてアルミナを１ｍｍの厚さに溶射した。電極間距離は、２ｍｍに設定した。ヘッド本体１１として、３５０ｍｍ×２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ５ｍｍのガラス製容器を用い、電極接続部はシーリングした。処理ガスとして、Ａｒ／Ｏ２を５０ｓｌｍで流した。電極間に電圧１３ｋＶ、周波数２０ｋＨｚのパルス電界を印加した。真空ポンプ４の排気量は、５０ｌ／ｍｉｎとした。被処理体として、ポリイミドフィルム（５０μｍ厚）の上下両面を銅（１２μｍ厚）で挟んだ積層体に、直径１００μｍのビアホールを形成したものを用いた。ワーキングディスタンスは１ｍｍとし、３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で搬送した。更に、バイアス電圧印加電源７０によって被処理体の銅からなる表面層に、＋１ｋＶのバイアス電圧を印加した。
その結果、放電状態は、均一で良好であった。そして、ビアホール底部のスミアを完全に取り除くことができた。しかも、処理速度が、バイアス電圧をかけない場合と比較して、約２倍にアップした。
【００９１】
［実施例５］
実施例４と類似の装置に図３０の変形例を適用したものを用い、放電プラズマ処理を行った。電界印加電極２０として、長さ１５０ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ３０ｍｍのＳＵＳ製電極を用いた。接地電極３０として、長さ３５０ｍｍ×幅１５０ｍｍ×厚さ４０ｍｍの一体物のＳＵＳ製導体板を用い、幅方向の中央部に幅２ｍｍ、長さ１４０ｍｍのスリット状吹き出し口３０ａを形成した。各電極には固体誘電体としてアルミナを１ｍｍの厚さに溶射した。電極間距離は、２ｍｍに設定した。そして、先ず、電極間空間１０ａ内へ両側から３０ｓｌｍの乾燥空気を流し、電圧１３ｋＶ、周波数１０ｋＨｚで放電をたて、セットフレーム７３に５００Ｖのバイアス電圧を印加した。その結果、放電状態は、均一で良好であった。
次に、セットフレーム７３に被処理体として、窒化珪素薄膜の被膜されたウェハー（１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５０μｍ）を設置した。ワーキングディスタンスは、１ｍｍとした。装置全体をチャンバーで密封し、油回転ポンプで１．３３３×１０２Ｐａになるまで排気を行ない、続いて、アルゴンガスで１０．１３×１０４Ｐａにした後、処理ガス（成膜用の原料ガス）として、ＣＨ３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３０．２％、ＣＨ４０．２％をアルゴンガスにより希釈した混合ガスを電極間空間１０ａに導入した。電極間に、周波数５ｋＨｚ、電圧２０ｋＶの電界を印加し、セットフレーム７３に前記と同じバイアス電圧をかけ、９５ｋＰａ下で成膜を行なった。
その結果、異常放電はなく、基板上にシロキサン系薄膜がむらなく均一に形成できたことを確認した。成膜速度は２００ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の常圧プラズマ処理装置は、電界印加電極と被処理体との間に接地電極が介在されることになるので、電界印加電極と被処理体との間でアーク放電が起きるのを防止でき、被処理体にダメージを与えるのを防止できる。併せて、接地電極ひいては電極間の放電空間を被処理体に十分に近付けることができる。これによって、減圧下は勿論、失活距離の短い常圧下であっても、プラズマを被処理体に確実に到達させることができ、表面処理を確実かつ効率的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の模式的斜視図である。
【図２】図１の装置の側面断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の模式的斜視図である。
【図４】図３の装置の側面断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の模式的斜視図である。
【図６】図５の装置の側面断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るプラズマ処理装置の模式的斜視図である。
【図８】図７の装置の側面断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係るプラズマ処理装置の模式的斜視図である。
【図１０】図９の装置の側面断面図である。
【図１１】接地電極の吹き出し口の変形例を示す底面図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う平面断面図である。
【図１４】図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う平面断面図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う平面断面図である。
【図１７】本発明の第８実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図１８】本発明の第９実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図１９】図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿う平面断面図である。
【図２０】本発明の第１０実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図２１】図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線に沿う平面断面図である。
【図２２】本発明の第１１実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図２３】本発明の第１２実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図２４】図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿う平面断面図である。
【図２５】本発明の第１３実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図２６】図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿う平面断面図である。
【図２７】本発明の第１４実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図２８】本発明の第１５実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図２９】図２８のＸＸＩＸ−ＸＸＩＸ線に沿う平面断面図である。
【図３０】（ａ）前記第１５実施形態の変形例に係るセットテーブルの平面図である。
（ｂ）前記第１５実施形態の変形例に係るセットテーブルの側面断面図である。
【符号の説明】
Ｍ１〜Ｍ１５　プラズマ表面処理装置
Ｗ　基材（被処理物）
１，１Ａ，１Ｂ　処理ガス源
１ａ，１ａ１，１ａ２　処理ガス導入管（導入路の構成要素）
２　パルス電源（電界印加手段）
１０　ノズルヘッド
１０ａ，１０ａ１，１０ａ２　電極間空間（放電空間）
１１　ヘッド本体
１１ａ，１１ａ１，１１ａ２　インレットポート（入口ポート）
１１ｂ　処理ガス導入室（導入路の構成要素）
１１ｂ１，１１ｂ２　室部分
１１ｃ　隙間（導入路の下流端の構成要素、連通路の構成要素）
１３ａ　円孔（孔部、導入路の下流端の構成要素、連通路の構成要素）
１４　隔壁
２０　電界印加電極
２０ａ　吹き込み口（導入路の下流端の構成要素、連通路の構成要素）
２０ｐ　第１凸部
２１，２２　電界印加電極の斜板部
２３　整流突起
３０　接地電極
３０ａ　吹き出し口
３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ　冷却路（冷却用流体の通路）
３０ｐ　第２凸部
３１，３２　接地電極の導体板
３３　金網（ガス通過許容部材）
３６，３６Ａ　金属パイプ（導電性パイプ）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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