(57)【要約】【課題】電極の誘電体のメンテナンスを容易化でき、かつアーク発生を防止できる常圧プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】装置Ｍ１において、常圧プラズマ空間１ａを形成する上下一対の電極１０，２０のうち、下側の電極２０は、電極本体２０Ｘと、その上面を覆うようにして分離可能に位置決めされた誘電体板２３とを有している。電極本体２０Ｘには、上面に開口する第１、第２吸引路２１，２２が形成され、誘電体板２３には、厚さ方向に貫通する第３吸引路２３ａが形成されている。第１吸引路２１の上面への開口２１ｃは、誘電体板２３で塞がれている。第２吸引路２２と第３吸引路２３ａは、互いに連なっている。さらに、誘電体板２３の上面に載置された被処理物Ｗによって、第３吸引路２３ａが塞がれている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間に略常圧のプラズマ空間を形成するとともにこのプラズマ空間内に被処理物が配されるべき一対の電極を備えた常圧プラズマ処理装置において、
上記一対の電極のうち一方が、電極本体と、この電極本体の他方の電極を向く面を覆うようにして電極本体に分離可能に位置決めされた誘電体の板とを有し、上記電極本体には、上記誘電体板で覆われた面に開口するとともに真空吸引手段に接続された第１、第２の吸引路が形成され、上記誘電体板には、厚さ方向に貫通する第３吸引路が形成され、上記第１吸引路の開口が、上記誘電体板で塞がれる一方、上記第２吸引路と第３吸引路が互いに連なっており、さらに、上記誘電体板の他方の電極を向く面は、被処理物が上記第３吸引路を塞ぐようにして当接される当接面となっていることを特徴とする常圧プラズマ処理装置の電極構造。
【請求項２】
間に略常圧のプラズマ空間を形成するとともにこのプラズマ空間内に板状の被処理物が配されるべき上下一対の電極を備えた常圧プラズマ処理装置において、
下側の電極が、電極本体と、この電極本体の上面を覆うようにして電極本体に分離可能に位置決めされた誘電体の板とを有し、上記電極本体には、上面に開口するとともに真空吸引手段に接続された第１、第２の吸引路が形成され、上記誘電体板には、厚さ方向に貫通する第３吸引路が形成され、上記第１吸引路の開口が、上記誘電体板で塞がれる一方、上記第２吸引路と第３吸引路が互いに連なっており、さらに、上記誘電体板の上面は、被処理物が上記第３吸引路を塞ぐようにして載置される載置面となっていることを特徴とする常圧プラズマ処理装置の電極構造。
【請求項３】
上記第１、第２吸引路の開口が、上記電極本体の誘電体板で覆われた面に略均一に分散して多数配置され、上記第３吸引路が、上記誘電体板に略均一に分散して多数配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の常圧プラズマ処理装置の電極構造。
【請求項４】
上記第３吸引路が、上記第２吸引路の開口より小径であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の常圧プラズマ処理装置の電極構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電極間に略常圧のプラズマ空間を形成し、このプラズマ空間内に配置した被処理物のプラズマ表面処理を行なう常圧プラズマ処理装置に関し、特にその電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、一対の電極を上下に対向配置させてなる常圧プラズマ処理装置が記載されている。下側の金属電極の上面には、石英ガラスからなる固体誘電体板が載置されている。この誘電体板に板状の被処理物がセットされる。そして、常圧下において、上下の電極間に電界を印加してグロー放電を起こさせることにより、電極間に常圧プラズマ空間を形成するとともに、この常圧プラズマ空間に処理ガスを導入する。これによって、処理ガスがプラズマ化されて被処理物の上面（被処理面）に接触し、成膜、洗浄、エッチング、アッシングなどのプラズマ表面処理が行なわれる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０４０３５８号公報（第８図、第７頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
常圧のプラズマ処理装置においては、減圧のものよりアーク放電が立ちやすく、それを防止する意味で固体誘電体の役割は重要である。この誘電体は、プラズマに曝され汚れたり傷んだりしやすく、洗浄や交換などのメンテナンスを頻繁に行なう必要がある。したがって、特許文献１のように金属の電極本体とは別体になっていたほうがメンテナンスするうえで有利である。しかし、電極本体と誘電体板との間に隙間が出来易く、この隙間でアークが発生するおそれがある。また、誘電体板と被処理物との間にも隙間が出来てアークが発生するおそれがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明は、間に略常圧のプラズマ空間を形成するとともにこのプラズマ空間内に被処理物が配されるべき一対の電極を備えた常圧プラズマ処理装置において、上記一対の電極のうち一方が、電極本体と、この電極本体の他方の電極を向く面を覆うようにして電極本体に分離可能に位置決めされた誘電体の板とを有し、上記電極本体には、上記誘電体板で覆われた面に開口するとともに真空吸引手段に接続された第１、第２の吸引路が形成され、上記誘電体板には、厚さ方向に貫通する第３吸引路が形成され、上記第１吸引路の開口が、上記誘電体板で塞がれる一方、上記第２吸引路と第３吸引路が互いに連なっており、さらに、上記誘電体板の他方の電極を向く面は、被処理物が上記第３吸引路を塞ぐようにして当接される被処理物当接面となっていることを特徴とする。また、本発明は、間に略常圧のプラズマ空間を形成するとともにこのプラズマ空間内に板状（シート状、フィルム状を含む）の被処理物が配されるべき上下一対の電極を備えた常圧プラズマ処理装置において、下側の電極が、電極本体と、この電極本体の上面を覆うようにして電極本体に分離可能に位置決めされた誘電体の板とを有し、上記電極本体には、上記誘電体板で覆われた上面に開口するとともに真空吸引手段に接続された第１、第２の吸引路が形成され、上記誘電体板には、厚さ方向に貫通する第３吸引路が形成され、上記第１吸引路の開口が、上記誘電体板で塞がれる一方、上記第２吸引路と第３吸引路が互いに連なっており、さらに、上記誘電体板の上面は、被処理物が上記第３吸引路を塞ぐようにして載置される被処理物載置面となっていることを特徴とする。
【０００６】
これによって、誘電体板のメンテナンスを容易に行うことができるとともに、プラズマ処理時には、誘電体板および被処理物を安定的に保持できるとともに、電極本体と誘電体板との間にも、誘電体板と被処理物との間にも隙間が形成されないようにすることができ、これら部材の間でアークが発生するのを防止することができる。
【０００７】
本発明における略常圧とは、１．３３３×１０４〜１０．６６４×１０４Ｐａの範囲を言う。中でも、９．３３１×１０４〜１０．３９７×１０４Ｐａの範囲は、圧力調整が容易で装置構成が簡便になり、好ましい。
【０００８】
上記第１、第２吸引路の開口が、上記電極本体の誘電体板で覆われた面に略均一に分散して多数配置され、上記第３吸引路が、上記誘電体板に略均一に分散して多数配置されていることが望ましい。これによって、誘電体板を一様に吸引できるとともに、被処理物を一様に吸引できる。
【０００９】
上記第３吸引路が、上記第２吸引路の開口より小径であることが望ましい。これによって、第２吸引路の開口の縁でアークが発生するのを防止することができる。
【００１０】
上記第３吸引路は、被処理物が極薄かつ軟質（フィルム状）の場合でもそれを吸込んで変形させることがない程度に小径（例えば約１ｍｍφ）であることが望ましい。
【００１１】
上記誘電体板の電極本体への位置決め機構として、電極本体の周縁部に受け部が設けられるとともに、上記誘電体板の周縁部に枠部材が設けられており、この枠部材が、上記受け部に分離可能に、かつ位置決めされて取り付けられることにより、上記誘電体板の位置決めがなされるようになっていてもよい。このように、誘電体板が、位置決め機構を介して電極本体に取り付けられることによって、第３吸引路を第２吸引路に確実に連通させることができるとともに、第１吸引路の開口を誘電体板で確実に塞ぐようにすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、常圧プラズマ処理装置Ｍ１は、一対の電極１０，２０と、処理ガス供給源３０と、電界印加手段４０とを備えている。電極１０，２０の間（具体的には電極２０の上面）に例えば半導体ウエハなどの板状ワークＷが配置される。また、電界印加手段４０によって電極１０，２０間に例えばパルス状の電界が印加される。これによって、グロー放電が起き、電極１０，２０間が常圧プラズマ空間１ａとなる。この常圧プラズマ空間１ａに供給源３０から処理ガスが導入される。これによって、処理ガスがプラズマ化されてワークＷの上面（被処理面）に触れ、成膜、表面改質、エッチング、アッシング等のプラズマ表面処理が行なわれることになる。
【００１３】
常圧プラズマ処理装置Ｍ１の電極構造について更に説明する。装置Ｍ１の電極１０，２０は、上下に一対をなす平行平板構造をなしている。上側電極１０（他方の電極）は、厚肉平板状の導電金属からなる電極本体１０Ｘと、この電極本体１０Ｘを保持する絶縁樹脂製の電極ホルダ１１とを有している。電極本体１０Ｘは、上記電界印加手段４０に接続されている。一方、下側電極２０の後記電極本体２０Ｘは、アース線４１を介して接地されている。これによって、上側電極１０が、電界印加電極（ホット電極）となり、下側電極２０が、接地電極（アース電極）となっている。なお、これら電極１０，２０の極性は、逆になっていてもよい。電極本体１０Ｘの下面（下側電極２０を向く面）には、アルミナ等からなる誘電体層１３が溶射によって被膜されている。なお、図１において、符号１０ｃは、電極本体１０Ｘに形成された温調用の冷媒路である。
【００１４】
電極ホルダ１１の一端部には、処理ガス導入路１１ａが形成され、他端部には、排気路１１ｂが形成されている。処理ガス導入路１１ａは、上記処理ガス源３０に接続されるとともに常圧プラズマ空間１ａの一端部に連なっている。ガス源３０からの処理ガスは、この処理ガス導入路１１ａに受け容れられ、一方向（図１において紙面と直交する方向）に均一化させたうえで、空間１ａの一端部へ吹出されるようになっている。排気路１１ｂは、空間１ａの他端部に連なるとともに排気ポンプ３９に接続されている。処理済み後のガスは、空間１ａの他端部から排気路１１ｂに取り込まれ、排気されるようになっている。
【００１５】
下側電極２０（一方の電極）について説明する。
下側電極２０は、電極本体２０Ｘと、この電極本体２０Ｘを保持するホルダ（図示せず）と、誘電体板２３とを有している。図２に示すように、電極本体２０Ｘは、アルミニウムやステンレスなどの導電金属からなる四角形の厚板状をなしている。
【００１６】
図３に示すように、誘電体板２３は、電極本体２０Ｘとは別体のセラミックや石英ガラス等の誘電体によって構成され、四角形の平板状をなしている。誘電体板２３は、電極本体２０Ｘの水平かつ平らな上面を覆っている。誘電体板２３の上面は、板状ワークＷの載置面（当接面）になっている。誘電体板２３の周縁部には、絶縁材料からなる枠部材２４が設けられている。図１に示すように、誘電体板２３の端面は、下に向かうにしたがって突出するように斜設されている。一方、枠部材２４には、凹部２４ａが形成されている。この凹部２４ａに上記誘電体板２３の尖端部が嵌め込まれている。
【００１７】
誘電体板２３は、枠部材２４を介して電極本体２０Ｘに位置決め、固定されている。すなわち、電極本体２０Ｘの上面の周縁部には、段差２０ｄ（枠部材のための受け部）が形成されている。この段差２０ｄに枠部材２４が嵌め込まれている。そして、枠部材２４がボルト２９によって電極本体２０Ｘに止められている。このボルト２９は、絶縁性樹脂にて構成されている。
【００１８】
なお、図１および図４に示すように、電極本体２０Ｘの内部には、温調用の冷媒路２０ｃが形成されている。冷媒路２０ｃは、電極本体２０Ｘに広く行き渡るように、蛇行状をなしている。冷媒路２０ｃの両端部は、電極本体２０Ｘの側面に達し、一方の端部に冷媒供給路５１が連なり、他方の端部から冷媒排出路５２が延びている。この冷媒路２０ｃに水などの冷媒を通すことにより、電極２０が温調されるようになっている。
なお、冷媒路２０ｃは、ドリリングマシーンなどで電極本体２０Ｘに細長孔を縦横に穿設し、この孔に適宜プラグ２８を差し込むことによって構成されている。この点は、後述する吸引路２１，２２も同様である。
【００１９】
本発明の最も特徴的な部分について説明する。
下側電極２０には、誘電体板２３を電極本体２０Ｘに吸着させる第１吸着機構と、板状ワークＷを誘電体板２３に吸着させる第２吸着機構が設けられている。詳述すると、図１および図２に示すように、電極本体２０Ｘの内部の冷媒路２０ｃより上側には、第１、第２の２つの吸引路２１，２２が形成されている。
【００２０】
第１吸引路２１は、第１ヘッダ路部２１ａと、この第１ヘッダ路部２１ａから分岐された複数の第１枝路２１ｂとを有している。第１ヘッダ路部２１ａは、電極本体２０Ｘの例えば奥側（図２において上側）の縁に沿って左右に延びている。第１ヘッダ路部２１ａの一端部は、電極本体２０Ｘの側面に達し、そこから吸引管６１が延び、真空ポンプ６０（吸引手段）に連なっている。なお、真空ポンプ６０は、上記ポンプ３９と共通の真空ポンプを用いてもよい。
【００２１】
第１吸引路２１の枝路２１ｂは、第１ヘッダ路部２１ａの長さ方向に沿って等間隔置きに配されている。これら第１枝路２１ｂは、第１ヘッダ路部２１ａから前方（図２において下）に向けて平行に延びている。
【００２２】
各第１枝路２１ｂには、長さ方向に沿って等間隔置きに複数の第１孔部２１ｃ（第１吸引路の開口）が形成されている。第１孔部２１ｃの内径は、例えば２ｍｍφである。これら第１孔部２１ｃは、電極本体２０Ｘの上面に開口されている。第１吸引路２１全体の多数の第１孔部２１ｃは、電極本体２０Ｘの上面に格子点状をなすように略均一に分散して配置されている。図１に示すように、これら第１孔部２１ｃは、誘電体板２３によって塞がれている。
【００２３】
図２に示すように、電極本体２０Ｘの第２吸引路２２は、第２ヘッダ路部２２ａと、この第２ヘッダ路部２２ａから分岐された複数の第２枝路２２ｂとを有している。第２ヘッダ路部２２ａは、第１枝路２１ｂの端部より手前側において、電極本体２０Ｘの手前側の縁に沿って左右に延びている。第２ヘッダ路部２２ａの一端部は、電極本体２０Ｘの側面に達し、そこから吸引管６２が延び、上記吸引管６１と合流して真空ポンプ６０に連なっている。図２において、符号６３は、合流後の吸引管である。
【００２４】
第２枝路２２ｂは、第２ヘッダ路部２２ａの長さ方向に沿って等間隔置きに配されるとともに、隣り合う第１枝路２１ｂどうしの間に挟まれるようにして、第２ヘッダ路部２２ａから後方へ向けて第１ヘッダ路部２１ａの近くまで延びている。各第２枝路２２ｂには、長さ方向に沿って等間隔置きに複数の第２孔部２２ｃ（第２吸引路の開口）が形成されている。これら第２孔部２２ｃは、電極本体２０Ｘの上面に開口されている。第２吸引路２２全体の多数の第２孔部２２ｃは、電極本体２０Ｘの上面に格子点状をなすように略均一に分散して配置されている。第２孔部２２ｃの内径は、第１孔部２１ｃの内径より大きく、例えば４ｍｍφである。
【００２５】
さらに、図１および図３に示すように、誘電体板２３には、厚さ方向に貫通する第３孔部２３ａ（第３吸引路）が多数形成されている。第３孔部２３ａの内径は、第２孔部２２ｃの内径より十分に小さく、例えば１ｍｍφである。これら第３孔部２３ａは、格子点状をなすように均一に分散して配置されている。そして、誘電体板２３を電極本体２０Ｘに位置決めした状態において、誘電体板２３の第３孔部２３ａが、電極本体２０Ｘの第２孔部２２ｃにストレートに連なっている。図３の仮想線で示すように、ワークＷは、すべての第３孔部２３ａを塞ぐようにして、誘電体板２３上にセットされるようになっている。
真空ポンプ６０、吸引管６３，６１、および第１吸引路２１によって、「第１吸着機構」が構成され、真空ポンプ６０、吸引管６３，６２、および第２、第３吸引路２２，２３ａによって、「第２吸着機構」が構成されている。
【００２６】
作用を説明する。
上記構成のプラズマ処理装置Ｍ１では、ワークＷのプラズマ表面処理の際、それと併行して真空ポンプ６０を駆動する。これによって、下側電極２０の第１吸引路２１と第２、第３吸引路２２，２３が真空引きされる。そして、第１吸引路２１の真空引きによって、誘電体板２３を電極本体２０Ｘに吸い付けることができる。これによって、誘電体板２３を、枠部材２４の設けられた周縁部だけでなく、中側においても電極本体２０Ｘに密着させて浮かないようにすることができる。ひいては、電極本体２０Ｘと誘電体板２３との間に隙間が形成されるのを確実に防止でき、電極本体２０Ｘと誘電体板２３との間でアークが発生するのを確実に防止することができる。
【００２７】
さらに、第２、第３吸引路２２，２３の真空引きによって、ワークＷを誘電体板２３に吸い付けることができる。これによって、ワークＷを、下側電極２０に安定的に載置できるだけでなく、ワークＷを誘電体板２３に密着させて浮かないようにすることができる。ひいては、誘電体板２３とワークＷとの間に隙間が形成されるのを確実に防止でき、誘電体板２３とワークＷとの間でアークが発生するのを確実に防止することができる。加えて、第３孔部２３ａが第２孔部２２ｃより小径であるので、誘電体板２３が第２孔部２２ｃの上端周縁より張り出すことになり、第２孔部２２ｃの上端周縁からアークが発生するのを防止することができる。この結果、プラズマ処理時のアーク放電を確実に無くすことができ、グロー放電によるプラズマ表面処理を良好に行なうことができる。
また、第３孔部２３ａが、十分に小径であるので、ワークＷが極薄かつ軟質なフィルム状をなしていても、これを第３孔部２３ａ内に吸込んで変形させることがないようにすることができる。
【００２８】
プラズマ表面処理が終了したときは、真空ポンプ６０による吸引路２２，２３ａの真空引きを停止する。これによって、ワークＷの誘電体板２３への吸着を解除でき、ワークＷを簡単に取り出すことができる。
【００２９】
誘電体板２３の交換、補修、洗浄などのメンテナンスの際は、ボルト２９を外すだけで（勿論真空ポンプ６０による吸引路２１の真空引きは停止する。）、誘電体板２３を電極本体２０Ｘから簡単に分離し、取り外すことができる。
【００３０】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変をなすことができる。
例えば、板状被処理物は、シート状ないしはフィルム状の被処理物を含む。
被処理物が当てられる電極は、平行平板電極構造の下側電極に限定されず、上側電極でもよい。一対の電極が垂直をなしていてその一方の電極に被処理物が当てられるようになっていてもよい。電極構造は、平行平板に限定されず、ロール状電極と平板状電極との対、またはロール状電極と湾曲板状電極との対になっていてもよく、あるいは同軸円筒状になっていてもよい。ロール状電極と平板状電極との対、またはロール状電極と湾曲板状電極との対からなる電極構造の場合は、例えばシート状ないしはフィルム状の被処理物を対象とする。
本発明は、グロー放電だけでなく、コロナ放電や沿面放電によるプラズマ処理にも適用され、成膜、洗浄、表面改質、アッシング、エッチング等の種々のプラズマ処理に遍く適用される。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、誘電体板のメンテナンスを容易に行うことができるとともに、プラズマ処理時には、誘電体板および被処理物を安定的に保持できるとともに、電極本体と誘電体板との間にも、誘電体板と被処理物との間にも隙間が形成されないようにすることができ、これら部材の間でアークが発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る常圧プラズマ処理装置の図２のＩ−Ｉ線に沿う縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う上記常圧プラズマ処理装置の下側電極の平面断面図である。
【図３】上記下側電極の誘電体板の平面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う上記常圧プラズマ処理装置の下側電極の平面断面図である。
【符号の説明】
Ｗ  板状ワーク（被処理物）
Ｍ１  プラズマ処理装置
１０  上側電極（他方の電極）
２０  下側電極（一方の電極）
２０Ｘ  電極本体
２１  第１吸引路
２１ｃ  第１孔部（第１吸引路の開口）
２２  第２吸引路
２２ｃ  第２孔部（第２吸引路の開口）
２３  誘電体板
２３ａ  第３孔部（第３吸引路）
６０  真空ポンプ（真空吸引手段）
【図１】
2004311581.tif 000003
【図２】
2004311581.tif 000004
【図３】
2004311581.tif 000005
【図４】
2004311581.tif 000006