(57)【要約】【課題】大面積化に際しても均一で信頼性の高い表面処理を行うことのできるプラズマ処理装置および処理方法を提供する。【解決手段】所定の間隔を隔てて対向する一対の電極間にガスを供給して電界を印加することにより、大気圧近傍の圧力下で放電によるプラズマを発生させ、被処理物にプラズマ処理を行う方法において、前記電極間に、単位面積あたりの静電容量が０．０７〜０．６ｐＦ／ｍｍ２である誘電体が設けられていることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を隔てて対向する一対の電極間にガスを供給して電界を印加することにより、大気圧近傍の圧力下で放電によるプラズマを発生させ、被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
前記電極間に単位面積あたりの静電容量が０．０７〜０．６ｐＦ／ｍｍ２である誘電体が設けられていることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記ガスは窒素を主成分とするガスであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
所定の間隔を隔てて対向する一対の電極と、前記一対の電極間にガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給手段からガスを供給しつつ電界を印加する電界印加手段とを備え、
大気圧近傍の圧力下で前記一対の電極間に放電によるプラズマを発生させ、被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記電極間に、単位面積あたりの静電容量が０．０７〜０．６ｐＦ／ｍｍ２である誘電体が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理方法およびこれに用いられるプラズマ処理装置にかかり、特に、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネル、カラーフィルタなどのフラットパネルディスプレイ用基板（ＦＰＤ基板）の製造プロセスにおいて、大気圧近傍下で安定した放電を維持することによりプラズマを生成し、これらＦＰＤ基板を洗浄する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のＦＰＤ基板、例えば、ガラス基板を用いて液晶表示装置用基板を製造するに際しては、以下のようなプロセスが用いられている。
例えば、ガラス基板をプラズマ処理により洗浄し、この後、スパッタリング法あるいはＣＶＤ法などによりアルミニウムなどの金属膜を成膜する。
【０００３】
そして、フォトリソグラフィにより露光し、レジストに潜像を形成する。
この後現像工程を経て、レジストのパターンを形成する。
【０００４】
そしてエッチングに先立ち、表面をプラズマ処理装置で洗浄し、このパターンをマスクとして、金属膜をエッチングし、電極用のパターンを形成する。
そして、最後にレジストのパターンをアッシング工程で除去する（特許文献１参照）。
【０００５】
このようにしてＦＰＤ基板の形成がなされるが、その後の金属膜のエッチング処理をウェットエッチング処理により効率よく行うべく、前記露光現像工程と、金属膜のエッチング工程との間において紫外線ランプを用いて表面の濡れ性を向上するための改質処理をなすという方法がとられている。
【０００６】
また、金属膜のパターン形成後、アッシングでレジストを除去するとともに、表面に残留する有機物や自然酸化膜などを除去する工程も実行される。
【０００７】
このような処理工程において、大面積のＦＰＤ基板を高速で処理することを可能とするプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置が要求されている。
【０００８】
従来、減圧下でのプラズマ処理に関しては種々の処理方法が提案されているが、大気圧近傍下でのプラズマ処理方法としては、主たるガスとしてヘリウムガスを用いると共に、放電電極間に高周波電圧を印加する方法が提案されている。
【０００９】
これに対し、Ｈｅなどの高価な気体を用いることなく大気圧中で均一なプラズマ放電を生起させるべく、電極間に設けられる誘電体単位面積あたりの静電容量εと印加される交流の周波数ｆとの比：ε／ｆを所定の値以下とする方法が提案されている（特許文献２）。
【００１０】
しかしながら、近年ＰＤＰなどの大面積化が進んでおり、これらに用いられるＦＰＤ基板も大面積化の一途をたどっているため、ε／ｆを所望の値に選んでも、電極間で放電のむらが生じてしまい十分な空間的均一性を得ることが出来ないという問題があった。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００３−３１５５０号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８４０９９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、大面積化に際しても均一で信頼性の高い表面処理を行うことのできるプラズマ処理装置および処理方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明のプラズマ処理方法は、所定の間隔を隔てて対向する一対の電極間にガスを供給して電界を印加することにより、大気圧近傍の圧力下で放電によるプラズマを発生させ、被処理物にプラズマ処理を行う方法において、前記電極間に、単位面積あたりの静電容量が０．０７〜０．６ｐＦ／ｍｍ２である誘電体が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、高効率で均一な表面処理を行うことが可能となる。これは実験結果に基づくもので、単位面積あたりの静電容量が０．０７ｐＦ／ｍｍ２に満たないときは電極間に十分なエネルギーを加えることができず、プラズマの生成が少ないため、十分な処理を行うことが出来ない。一方０．６ｐＦ／ｍｍ２を越えると、電界が強すぎてストリーマ放電が発生し、均一なグロー状の放電を維持することが出来ず、放電のばらつきが大きくなってしまうという問題がある。
ここで望ましくは、０．１〜０．５５ｐＦ／ｍｍ２とする。また、さらに望ましくは、０．１５〜０．４５ｐＦ／ｍｍ２とする。さらに、０．２〜０．４ｐＦ／ｍｍ２である場合、極めて高効率で均一な処理を行うことが可能となる。
【００１５】
望ましくは、前記ガスは窒素を主成分とするガスであることを特徴とする。窒素は電子親和力の小さい分子であるため、放電によりイオンや励起子となりやすく、放電間隙に残留し、電極間隙におけるイオンや励起子が拡散しながら増加することになり、間隙内の気体は均一に放電しやすくなる。このことを利用し、窒素を主成分とするガスを用いることにより、大気圧近傍で効率よくプラズマ処理を行うことができる。
【００１６】
また本発明のプラズマ処理装置は、所定の間隔を隔てて対向する一対の電極と、前記一対の電極間にガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給手段からガスを供給しつつ電界を印加する電界印加手段とを備え、大気圧近傍の圧力下で前記一対の電極間に放電によるプラズマを発生させ、被処理物にプラズマ処理を行う装置において、前記電極間に、単位面積あたりの静電容量が０．０７〜０．６ｐＦ／ｍｍ２である誘電体が設けられていることを特徴とする。
かかる構成によれば、上記プラズマ処理方法において説明したのと同様に、高効率で均一な表面処理を行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態は、大気圧近傍の圧力下で前記一対の電極間にグロー放電によるプラズマを発生させ、絶縁性表面を持つ被処理物にプラズマ処理を行う装置において、前記一対の電極の少なくとも一方の表面を、単位面積あたりの静電容量が０．０７〜０．６ｐＦ／ｍｍ２である誘電体で被覆したことを特徴とするものである。
【００１８】
図１（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１に係るプラズマ処理装置の正面図およびそのａ−ａ断面図を示したものである。また図２はこのプラズマ処理装置の一対の電極の要部拡大断面図である。
このプラズマ処理装置は、所定の間隔を隔てて対向する一対の電極１，２と、前記一対の電極１，２間にガスを供給するガス供給手段６と、前記ガス供給手段６からガスを供給しつつ前記電極１，２間にパルス状の電界を印加する電源装置３とを備えてなるものである。図２に示すように、第１および第２の電極１、２は、ステンレス製の平板からなり、相対向する面が平行になるように配置される。
【００１９】
これら第１および第２の電極１，２の相対向する面は、誘電体であるアルミナ１Ｓ，２Ｓで被覆されている。電極間距離Ｌｇは数ｍｍ以下に設定される。そして第１および第２の電極１，２間（すなわちアルミナ１Ｓ，２Ｓ間の空隙）がグロー放電空間さらにはプラズマ発生空間となる。
電源装置３は、パルス電源であり、電極１，２間にはパルス状の電界が印加される。また、電極１，２間の上端開口にはガス供給手段６が配管を介して接続される。また電極１，２間の下端開口には、電極１，２から所定距離だけ離間した位置にガラス基板４が搬送される。
そして、ローラ５を備えた搬送手段によって所定の搬送速度でガラス基板４を搬送しつつプラズマ照射幅ｗの範囲で表面処理がなされるようになっている。
【００２０】
この装置では、電極の単位面積あたりの静電容量が調整されているため、第１および第２の電極間に均一なグロー状の放電を維持することが出来るように、電極間の電界強度が制御され、電界が強すぎてストリーマ放電が発生したり、プラズマ密度が低すぎて処理速度が低下したりすることなく、良好なプラズマ状態を維持することができる。
【００２１】
次に、前記プラズマ処理装置を用いて液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板を形成する方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すようなガラス基板１１を、図１に示したプラズマ処理装置に設置し、搬送手段を用いて、搬送速度１ｍ／ｍｉｎ．で搬送しつつ、窒素ガスプラズマによりプラズマ処理し、ガラス基板１１の表面を洗浄する。
この後、図３（ｂ）に示すように、スパッタリング法あるいはＣＶＤ法などによりクロムなどの金属膜１２を成膜する。
【００２２】
そして、図３（ｃ）に示すように、レジスト１３をスピンコート法により塗布する。そして塗布後、フォトリソグラフィにより、マスクパターンＭを介して露光し（図３（ｄ））、図３（ｅ）に示すようにレジストに潜像を形成する。
この後、現像工程を経て、図３（ｆ）に示すように、レジスト１３のパターンを形成する。この後再度前記図１に示したプラズマ処理装置に設置し、ガラス基板１１の表面洗浄を行う。
【００２３】
そして洗浄後、このパターンをマスクとして図３（ｇ）に示すように、金属膜１２をエッチングする。
最後に、再度図１に示した本発明のプラズマ処理装置にガラス基板を設置し、図３（ｈ）に示すように、レジスト１３のパターンをアッシング工程で除去する。
このようにして、極めて高品質の液晶表示装置用基板が形成される。
【００２４】
なお、前記実施の形態では、第１および第２の１，２は両方とも表面を誘電体１Ｓ，２Ｓで被覆したが、必ずしも両方を被覆しなくても良い。例えば図４（ａ）に電極の要部の変形例を示すように、第１の電極１の表面のみを誘電体１Ｓで被覆してもよい。
【００２５】
また、図４（ｂ）に示すように、第１および第２の電極に、石英板からなる誘電体Ｓを密着させて形成してもよい。
【００２６】
なお、この誘電体Ｓは電極に密着させるのが望ましいが図４（ｃ）に示すように、誘電体Ｓを第１および第２の電極１，２から離間して配しても良い。また石英板に代えてセラミック板など他の誘電体材料を配してもよい。
【００２７】
次に放電用電極に配した誘電体の静電容量について説明する。
誘電体１Ｓ，２Ｓについては、静電容量が小さいと放電を生成する電極間の電界強度が弱くプラズマ密度が低いため処理速度が低下する。また静電容量が高すぎると電界が強すぎてストリーマ放電が発生し、均一なグロー状の放電を維持することが出来ず、処理のばらつきが大きくなる。
【００２８】
次に、放電を生成するための電極に配する誘電体の静電容量を変化させてプラズマ処理効果を測定した結果を示す。プラズマ処理効果の計測のために初期の接触角度とプラズマ処理後の接触角度の変化量を測定した。その結果を表１および図５に示す。接触角変化量が大きいほどプラズマ処理の効果が高い。図５から静電容量が０．１３ｐＦ／ｍｍ２であるとき接触角変化量は５０°以上となり、高い効果を期待することができることがわかる。
０．６７ｐＦ／ｍｍ２では、処理のばらつきが大きく均一性が悪化する。
０．０６ｐＦ／ｍｍ２では、接触角の変化量が十分でなく、十分な改質ができていないことがわかる。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
ここでばらつきはσ＝（最大値−最小値）／平均値（％）
測定点ｎはプラズマ照射装置の照射幅方向で５点程度とした。
プラズマ処理装置としては図１に示したリモート型構造で電極間距離Ｌｇ＝１ｍｍ、ワークと吹き出し口との距離ＷＤ＝５ｍｍ、照射幅ｗ＝１５ｃｍ、処理ガス＝Ｎ２：５０ｓｌｍ（３３３３ｓｃｃｍ／ｃｍ）、搬送速度は１ｍ／ｍｉｎ．とした。
【００３１】
次に、電極間距離を変化させ、プラズマ処理装置の処理能力を測定した。
ここでも、プラズマ処理装置としては図１に示したリモート型電極構造で電極間距離Ｌｇ：可変、照射幅ｗ＝６５ｃｍ、処理ガス：Ｎ２：２００ｓｌｍ（３７０６ｓｃｃｍ／ｃｍ）、搬送速度は１ｍ／ｍｉｎ．とした。
その結果すなわち、電極間距離を変化させたときの処理能力との関係を図６に示す。
この結果から１〜１．２ｍｍの場合が望ましいことがわかる。
なお、電極間距離Ｌｇは０．５〜１．５ｍｍ、望ましくは１〜１．２ｍｍである。
電極間距離が狭すぎると電子が十分に加速されず、処理ガスの電離度が低下し、処理能力が低下する。一方広すぎると電界強度が弱くなり、プラズマ濃度が低下して処理能力も低下する。
【００３２】
また、電極間に印加するパルス電界強度は５〜３０ｋＶ／ｃｍ２とするのが望ましい。この範囲は窒素（Ｎ２）を励起するのに必要な電界強度の範囲である。そしてパルス電界の立ち上がりが１ｕｓ以上２０ｕｓ以下、パルス周波数が５ｋＨｚ以上５０ｋＨｚ以下とした。
【００３３】
次に、ガスを変化させて、プラズマ処理装置の処理能力を測定した。
ここでも図１に示したプラズマ処理装置を用い、窒素１００％のガスと、空気（窒素７９％とする）とについてそれぞれプラズマを生成し、被処理物に対してプラズマ処理を行い処理前と処理後との接触角の変化量を測定した。その結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
この結果からも窒素１００％の濃度のものに比較して空気は、若干処理能力が低下するがコストを考えれば実用可能な範囲である。
【００３６】
また、処理ガスは窒素を７５％以上、望ましくは１００％含むようにすれば、電極間隙に酸素原子を含む電子親和性の分子が少なくなり、電子親和力の小さい窒素分子は放電によりイオンや励起子となり放電間隙に残留するようになり、電極間隙におけるイオンや励起子が拡散しながら増加すると間隙内の気体は均一に放電しやすくなる。
【００３７】
窒素ガスプラズマが表面処理に寄与するためには、処理ガスは１００％窒素ガスであることが望ましい。しかしながら工業的には窒素ガスを７９％含むドライエアなどを使うのがコスト的に有利である。
【００３８】
（実施の形態２）
次に処理ガスの流量を変化させ、本発明のプラズマ処理装置の処理能力を測定した。
その結果を図７に示す。
ここで、プラズマ処理装置としては、図１に示したリモート型電極構造の装置で電極間距離Ｌｇ＝１ｍｍ、照射幅ｗ＝６５ｃｍ、処理ガス＝Ｎ２、搬送速度は１ｍ／ｍｉｎ．とした。
【００３９】
この図７からも明らかなように、流量が１５００ｓｃｃｍ／ｃｍ以上の範囲で接触角変化量が５０°を得、それ以上であると変化は緩やかとなる。処理ガスの流量は電極スリットの単位幅あたりの流量で５００ｓｃｃｍ／ｃｍ以上が望ましく、さらに望ましくは１５００から４５００ｓｃｃｍ／ｃｍである。
【００４０】
大気雰囲気の酸素は、表面処理効果のある窒素ガスプラズマと反応する。このため、プラズマ吹き出し口と被処理基材の間に大気が混入すると窒素ガスプラズマが被処理基材表面に届く前に減衰し処理能力が低下する。このため吹き出し口と被処理基材の空間を十分に処理ガスで置換する必要がある。しかしながら窒素ガスの流量が多すぎてもコスト的に不利となる。
【００４１】
なお、このような表面洗浄を行う被処理物の例としては、成膜前のガラス基板などの基板、銅箔積層体、樹脂シートに回路を形成したいわゆるフィルムキャリア、プリント基板、液晶表示装置用ガラス基板であるＩＴＯ付ガラス基板などに対しても有効である。また処理の種類としては、洗浄やＩＴＯ付ガラス基板に形成したフォトマスクのアッシング等にも適用可能である。
【００４２】
前記被処理物は、前記一対の電極間を搬送しながらプラズマ処理がなされるようにしてもよい。
【００４３】
なお、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ吹き出し型（リモート型）の場合でも、プラズマを吹き出しつつ被処理物（シート状でもウェハのような枚葉状でも）直接処理する（ダイレクト型）場合にも適用可能である。電極構造としては、平行平板電極構造、円筒型同軸構造など種々の場合に適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理方法および処理装置によれば、そのプラズマ生成電極の少なくとも一方に単位面積あたり、０．０７〜０．６ｐＦ／ｍｍ２の誘電体を配して、表面処理を行っているため、大気圧近傍の圧力下で、安定的なグロー放電プラズマ処理を行うことが可能となり、均一で高能力の表面処理を行うことが可能となる。
また、比較的安価でかつ被処理物表面へのガスの残留による悪影響もない窒素ガスを用いて高効率のプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１のプラズマ処理装置を示す図である。（ａ）は平面図（ｂ）は（ａ）のａ−ａ断面図である。
【図２】本実施の形態１のプラズマ処理装置の電極の要部断面図である。
【図３】同実施の形態のプラズマ処理工程を示す工程断面図である。
【図４】同プラズマ処理装置の電極の要部断面図を示す図であり、（ａ）乃至（ｃ）は各例を示す図である。
【図５】同プラズマ処理装置における電極間距離と処理能力との関係を示す図である。
【図６】同プラズマ処理装置における電極間距離と処理能力との関係を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態８のプラズマ発生装置におけるガス流量と処理能力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  第１の電極
２  第２の電極
１Ｓ  誘電体
２Ｓ  誘電体
３  電源装置
４  被処理物
５  搬送ロール
６  ガス供給手段
１１  ガラス基板
１２  金属膜
１３  レジスト
【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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