(57)【要約】【課題】  大気圧近傍の圧力下で、電極間の外部に被処理基材を配置し、この基材に電極間からのプラズマを接触させてプラズマ処理する装置において、電極のエッジ等からアーク等の異常放電が基材に落ちるのを防止し、基材にダメージを与えないようにする。【解決手段】  放電プラズマ処理装置の平行平板型の対向する電極２、３のうち、少なくとも一方に固体誘電体４を設ける。固体誘電体４は、電極の対向面に被さる部位と、電極間の処理ガス流に沿う方向の両側の面に被さる部位とを一体に有し、容器型になっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行平板型の対向する電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、大気圧近傍の圧力下、前記電極間に処理ガスを導入し電界を印加することにより得られる放電プラズマを、前記電極間の放電空間の外部に配置された被処理基材に誘導して接触させる放電プラズマ処理装置において、
前記固体誘電体が、前記一方の電極における前記対向面に被さる部位と、前記電極間の処理ガス流に沿う方向の両側の面に被さる部位とを一体に有し、前記一方の電極を収容する容器型になっていることを特徴とする放電プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記固体誘電体が、断面コ字状になっていることを特徴とする請求項１に記載の放電プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記電極間に印加する電界がパルス状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記平行平板型の対向する電極を複数組備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電極間から被処理基材に向けて略垂直にガイドを設け、前記放電空間で発生させたプラズマを前記ガイドによって被処理基材へ向かわせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記固体誘電体が、前記放電空間の外に配置された被処理基材に向けてプラズマを吹き付けるプラズマ誘導ノズルを構成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放電プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧近傍の放電空間から離れた位置にある被処理体を放電プラズマ処理する装置に関し、特に、平行平板型の電極構造を有する放電プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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被処理体の表面改質、又は被処理体上に薄膜形成を行う方法が実用化されている。しかし、これらの低圧条件下における処理は、真空チャンバー、真空排気装置等が必要であり、表面処理装置は高価なものとなり、大面積基板等を処理する際にはほとんど用いられていなかった。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方法が提案されてきている。
【０００３】
これまでの常圧プラズマ処理法としては、ヘリウム雰囲気下で処理を行う方法が特開平２−４８６２６号公報に、アルゴンとアセトン及び／又はヘリウムからなる雰囲気下で処理を行う方法が特開平４−７４５２５号公報に開示されている。しかし、上記方法はいずれも、ヘリウム又はアセトン等の有機化合物を含有するガス雰囲気中でプラズマを発生させるものであり、ガス雰囲気が限定される。さらに、ヘリウムは高価であるため工業的には不利であり、有機化合物を含有させた場合には、有機化合物自身が被処理体と反応する場合が多く、所望する表面改質処理が出来ないことがある。
【０００４】
また、一般的な常圧プラズマ処理方法では、特開平６−２１４９号公報、特開平７−８５９９７号公報等に記載されているように、主に処理槽内部において、固体誘電体等で被覆した平行平板型電極間に被処理体を設置し、処理槽に処理ガスを導入し、電極間に電圧を印加し、発生したプラズマで被処理体を処理する方法が採られている。このような方法によると、被処理体全体を放電空間に置くこととなり、被処理体にダメージを与えることになりやすいという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するものとして、被処理体の特定部分のみにプラズマ処理を行いやすく、しかも被処理物を連続的に処理することができる装置として、先端にプラズマガス吹き出し口を有するガン型プラズマ処理装置が開発されてきている。例えば、特開平１１−２５１３０４号公報及び特開平１１−２６０５９７号公報には、外側電極を備えた筒状の反応管及び反応管の内部に内側電極を具備し、両電極に冷却手段を設け、反応管内部でグロー放電を発生させ、反応管からプラズマジェットを吹き出して被処理体に吹きつけるプラズマ処理装置が開示されている。しかしながら、上記装置においては、交流によって発生したプラズマを利用しているため、高温化するものを冷却するというプロセスを含まざるを得ず、効率を悪くし、未だストリーマ放電が起こりやすいという問題を有している。また、吹き出し口が小さいので、大面積の処理を行うためには長時間を要し、さらに、均一な処理を行い難いという問題もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、大気圧近傍での放電プラズマ処理に際し基材にダメージを与えないような常圧プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、平行平板型の対向する電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、大気圧近傍の圧力下、前記電極間に処理ガスを導入し電界を印加することにより得られる放電プラズマを、前記電極間の放電空間の外部に配置された被処理基材に誘導して接触させる放電プラズマ処理装置において、
前記固体誘電体が、前記一方の電極における前記対向面に被さる部位と、前記電極間の処理ガス流に沿う方向の両側の面に被さる部位とを一体に有し、前記一方の電極を収容する容器型になっていることを特徴とする。前記固体誘電体が、断面コ字状になっているのが好ましい。
【０００８】
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。
【０００９】
前記対向する電極は、平行平板型電極であるので電界集中によるアーク放電の発生を避けることができる。
一対の電極は、短絡に至らない適切な距離をあけた状態で対向してもよく、直交してもよい。
【００１０】
上記電極の材料としては、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。
【００１１】
上記固体誘電体は、一方の電極又は双方の電極に設置する。この際、固体誘電体が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。
【００１２】
固体誘電体の形状としては、シート状やフィルム状のものもあり得るが、ここでは上記のように容器型にしたものである。
【００１３】
上記固体誘電体の電極対向面に配置された部分の厚みは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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、本発明に使用出来る。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出来る。
【００１６】
均一な放電を行うために、上記固体誘電体の表面粗度が１０μｍ以下であることが好ましい。電極が固体誘電体に被覆されずに放電空間側にある場合は、当該電極の表面粗度が１０μｍ以下であることが好ましい。このために固体誘電体や電極の表面は、研磨処理することが好ましい。
【００１７】
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、１〜５０ｍｍであることが好ましい。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、５０ｍｍを超えると、均一な放電プラズマを発生させにくい。
【００１８】
本発明では、対向する電極間で発生させたプラズマを、放電空間の外に配置された被処理基材に導き被処理基材に接触させる。この方法によれば、基材が直接高密度プラズマ空間にさらされることが少なく、基材への電気的熱的負担が軽減される。特に、低融点のプラスチックフィルムで電気回路が集積されたシリコンウェーハなどに処理することが可能な優れた方法である。
なお、放電空間から離れた位置にある被処理基材に放電プラズマを接触させて処理する本発明方式と、対向する電極間で発生するプラズマの放電空間内に基材を配置して基材にプラズマを接触させる方式とを組み合わせて用いてもよい。
【００１９】
前記固体誘電体が、前記放電空間の外に配置された被処理基材に向けてプラズマを吹き付けるプラズマ誘導ノズルを構成していてもよい。
固体誘電体が延長されてプラズマ誘導ノズルを形成しており、放電空間の外に配置された被処理基材に向けて吹き付けるようにしてもよい。平行平板型電極と長尺型ノズル等の組み合わせを用いてもよい。平行平板型電極と長尺型ノズルの組み合わせ等は大面積処理を行うことができ好ましい。なお、ノズルの材質は、必ずしも上記の固体誘電体である必要がなく、上記電極と絶縁がとれていれば金属等でもかまわない。
【００２０】
前記電極間から被処理基材に向けて略垂直にガイドを設け、前記放電空間で発生させたプラズマを前記ガイドに沿って被処理基材へ向かわせることにしてもよい。
対向する電極で発生させたプラズマのプラズマ吹き出し口から被処理基材に向けて略垂直にガイドを設けてもよい。このガイドにより、プラズマの拡散を防止することができる。
【００２１】
大面積の基材を処理することを考慮すると、上記ノズル先端のガス吹き出し口が、５０ｍｍ以上であることが好ましい。また、発生したプラズマを効率よく使うために放電空間とガス吹き出し口の間は近い方がよく、このため、電極もガス吹き出し口の形状に沿った、５０ｍｍ以上のものが好ましい。大面積の処理を高速で行うためには、長辺方向が基材よりも大きいサイズの電極を用い、長辺と垂直方向に基材または電極を動かすことによって行う。上記パルス電界を印加する方法によれば、上記のような５０ｍｍを超える電極サイズでも安定した放電を継続することが可能であり、基材全面に渡って均一な処理を行うことが可能である。また、均一な処理を行うためには、電極を通る際のガスが長辺方向に渡って均一になるようになされていることが好ましい。
【００２２】
前記平行平板型の対向する電極を複数組備えていてもよい。
前記固体誘電体を設けられた対向する電極は、一対のみでなく、複数の電極を対向して配置してもよく、これにより複数の放電空間を設けることができる。複数の放電空間を設けることにより、大容量の処理ガスのプラズマを発生させることができ、高速処理を行うことができる。
【００２３】
プラズマを発生させる対向電極を複数用いることにより、被処理基材の片面だけに限らず、被処理基材の表裏両面を同時処理することも可能である。
一般に、常圧プラズマでは放電条件が狭くプラズマの影響を及ぼす範囲が限定されるため、裏面への処理の回りを容易にさけることができ、かつ、異なるプラズマを発するリモートソースにより表裏異なったプラズマ処理を同時に行うことが可能である。特に、対向電極間に流す処理ガスを変更することにより表裏両面を異なったガスに基づくプラズマで同時に処理することもできる。
【００２４】
放電プラズマ処理装置をマルチチャンバー化することにしてもよい。すなわち、基材の搬送方向に対して、異なるガスや処理条件のプラズマ装置を並べ、各装置で成膜やエッチングや洗浄処理を行うことにより、これらの工程を一括して連続で行うことが可能である。このマルチチャンバー装置中では、後記のパルス電界を印加する方法と他の方法を組み合わせてもよい。また、複数組の電極からなる多段式の装置を用いて処理スピードを上げたり、それぞれの段に異なるガスを導入して積層膜を形成したりすることもできる。
【００２５】
基材を搬送する手段としては、基材がフィルム状のものであれば、繰り出しロールと巻き取りロールからなる搬送系を用い、枚葉のものであれば、搬送コンベア、搬送ロボット等の搬送系を用いることができる。
【００２６】
プラズマを被処理基材に接触させる際、放電状態が安定するまで予備放電を行い、その後にプラズマを被処理基材に接触させることにしてもよい。
予備放電後にガス吹き出し口ノズルを基材表面上に移動させるノズル体待機機構を有していてもよい。
電極に電圧印加開始から放電状態が安定するまで予備放電を行った後、ガス吹き出し口ノズルを基材表面に移動させるノズル体待機機構を有するプラズマ発生機構を用いることにより不良品の発生を抑えることができる。
【００２７】
また、本発明者らは、鋭意研究した結果、パルス状の電界を用い、大気圧条件下で発生させたプラズマを放電空間外に配置した被処理基材に接触させることにより、均一で、高速処理が可能で、かつ基材にダメージを与えない処理を行うことができることを見出した。
そこで、前記電極間に印加する電界は、パルス状であることが好ましい。
【００２８】
上記パルス電界の立ち上がり及び／又は立ち下がり時間は、１０μｓ以下が好ましい。１０μｓを超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、パルス電界による高密度プラズマ状態を保持しにくくなる。また、立ち上がり時間及び立ち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われるが、１０ｎｓ未満の立ち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１０ｎｓ〜５μｓである。なお、ここでいう立ち上がり時間とは、電圧変化が連続して正である時間、立ち下がり時間とは、電圧変化が連続して負である時間を指すものとする。
【００２９】
また、パルス電界の立ち下がり時間も急峻であることが好ましく、立ち上がり時間と同様の１０μｓ以下のタイムスケールであることが好ましい。パルス電界発生技術によっても異なるが、立ち上がり時間と立ち下がり時間とが同じ時間に設定できるものが好ましい。
【００３０】
上記パルス電界の電界強度は、１０〜１０００ｋＶ／ｃｍとなるようにするのが好ましい。電界強度が１０ｋＶ／ｃｍ未満であると処理に時間がかかりすぎ、１０００ｋＶ／ｃｍを超えるとアーク放電が発生しやすくなる。
【００３１】
上記パルス電界の周波数は、０．５〜１００ｋＨｚ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いため処理に時間がかかりすぎ、１００ｋＨｚを超えるとアーク放電が発生しやすくなる。より好ましくは、１〜１００ｋＨｚであり、このような高周波数の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。
【００３２】
また、上記パルス電界におけるひとつのパルス継続時間は、０．５〜２００μｓであることが好ましい。０．５μｓ未満であると放電が不安定なものとなり、２００μｓを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。より好ましくは、３〜２００μｓである。ここで、ひと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、ひとつのパルスの連続するＯＮ時間を言う（図２参照）。
【００３３】
大気圧近傍の圧力下では、ヘリウム、ケトン等の特定のガス以外は安定してプラズマ放電状態が保持されずに瞬時にアーク放電状態に移行することが知られているが、パルス状の電界を印加することにより、アーク放電に移行する前に放電を止め、再び放電を開始するというサイクルが実現されていると考えられる。
【００３４】
大気圧近傍の圧力下においては、上記パルス状の電界を印加する方法によって、初めて、ヘリウム等のプラズマ放電状態からアーク放電状態に至る時間が長い成分を含有しない雰囲気において、安定して放電プラズマを発生させることが可能となる。
【００３５】
上記パルス状の電界を印加する方法によれば、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、上記パルス状の電界を印加するグロー放電プラズマ処理方法によれば、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。
【００３６】
さらに、大気圧での処理により高密度のプラズマ状態を実現出来るため、連続処理等の半導体素子の製造プロセスを行う上で大きな意義を有する。上記高密度のプラズマ状態の実現には、次の２つの作用が関係する。
【００３７】
第１に、電界強度が０．５〜２５０ｋＶ／ｃｍで、立ち上がり時間が１００μｓ以下という、急峻な立ち上がりを有するパルス電界を印加することにより、プラズマ発生空間中に存在する気体分子が、効率よく励起する作用である。立ち上がりが遅いパルス電界を印加することは、異なる大きさを有するエネルギーを段階的に投入することに相当し、まず低エネルギーで電離する分子、すなわち、第一イオン化ポテンシャルの小さい分子の励起が優先的に起こり、次に高いエネルギーが投入された際にはすでに電離している分子がより高い準位に励起し、プラズマ発生空間中に存在する分子を効率よく電離することは難しい。これに対して、立ち上がり時間が１００μｓ以下であるパルス電界によれば、空間中に存在する分子に一斉にエネルギーを与えることになり、空間中の電離した状態にある分子の絶対数が多く、すなわちプラズマ密度が高いということになる。
【００３８】
第２に、ヘリウム以外のガス雰囲気のプラズマを安定して得られることにより、ヘリウムより電子を多くもつ分子、すなわちヘリウムより分子量の大きい分子を雰囲気ガスとして選択し、結果として電子密度の高い空間を実現する作用である。一般に電子を多く有する分子の方が電離はしやすい。前述のように、ヘリウムは電離しにくい成分であるが、一旦電離した後はアークに至らず、グロープラズマ状態で存在する時間が長いため、大気圧プラズマにおける雰囲気ガスとして用いられてきた。しかし、放電状態がアークに移行することを防止できるのであれば、電離しやすい、質量数の大きい分子を用いるほうが、空間中の電離した状態にある分子の絶対数を多くすることができ、プラズマ密度を高めることができる。従来技術では、ヘリウムが９０％以上存在する雰囲気下以外でのグロー放電プラズマを発生することは不可能であり、唯一、アルゴンとアセトンとからなる雰囲気中でｓｉｎ波により放電を行う技術が特開平４−７４５２５号公報に開示されているが、本発明者らの追試によれば、実用レベルで安定かつ高速の処理を行えるものではない。また、雰囲気中にアセトンを含有するため、親水化目的以外の処理は不利である。
【００３９】
ヘリウムより多数の電子を有する分子が過剰に存在する雰囲気、具体的には分子量１０以上の化合物を１０体積％以上含有する雰囲気下において、はじめて安定したグロー放電が可能になり、これによって表面処理に有利な、高密度プラズマ状態を実現できる。
【００４０】
上記パルス電界によるプラズマ処理は、従来の高温処理に比較して、低温、特に１２０℃以下の温度で処理できるところに特徴があり、このような低温下に処理することにより、特に熱的損傷等に敏感な基材に対しても適用可能となる。また、電極や基材を搬送する搬送手段等に冷却機構等を付与して温度をコントロールすることもできる。また、処理によっては、加熱機構を用いて高温で処理を行うこともできる。高温でも安定した処理を行うことができる。被処理基材温度は、好ましくは１２０℃以下である。
【００４１】
また、上記パルス状電界によるプラズマ処理においては、基材表面の酸化防止や処理後の基材表面が大気中の湿潤空気やその他の不純物に接触することを防ぐ意味で、プラズマと基材との接触部近傍を不活性ガス雰囲気で処理を行うこともできる。
【００４２】
プラズマと基材との接触部近傍を不活性ガス雰囲気に保つ機構としては、不活性ガスによるガスカーテン機構、不活性ガスで満たされた容器中で処理を行う機構等が挙げられる。
【００４３】
上記不活性ガスによるガスカーテン機構としては、プラズマと基材との接触部近傍の周囲にガス排気機構を有し、その周囲に不活性ガスによるガスカーテン機構を有することにより、プラズマと基材との接触部近傍を不活性ガス雰囲気に保つようにすることができる。
【００４４】
処理ガスとしては、電界、好ましくはパルス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。
【００４５】
薄膜の原料としての原料ガスとして、例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｓｉ（ＣＨ３）４等のシラン含有ガスからアモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、また上記シラン含有ガスと無水アンモニア、窒素ガス等の窒素含有ガスからＳｉＮ膜、上記シラン含有ガスと上記窒素含有ガスとＯ２、Ｏ３等の酸素含有ガスからＳｉＯＮ膜がそれぞれ形成される。
【００４６】
また、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、テトラエトキシシラン等のシラン含有ガスと酸素ガスからＳｉＯ２等の酸化膜が得られる。
【００４７】
また、Ａｌ（ＣＨ３）３、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３、ＭｏＣｌ６、ＷＦ６、Ｃｕ（ＨＦＡｃＡｃ）２、ＴｉＣｌ６等又はＳｉＨ４等のシランガスの混合ガスから、Ａｌ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ等の金属薄膜、ＴｉＳｉ２、ＷＳｉ２等の金属シリサイド薄膜を形成することができる。
【００４８】
また、Ｉｎ（Ｏｉ−Ｃ３Ｈ７）３、Ｚｎ（ＯＣ２Ｈ５）２、Ｉｎ（ＣＨ３）３、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２等よりＩｎ２Ｏ３＋Ｓｎ、ＳｎＯ２＋Ｓｂ、ＺｎＯ＋Ａｌ等の透明導電膜が形成される。
【００４９】
また、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３とＮＨ３ガス等からＢＮ膜、ＳｉＦ４ガスと酸素ガス等からＳｉＯＦ膜、ＨＳｉ（ＯＲ）３、ＣＨ３Ｓｉ（ＯＲ）３、（ＣＨ３）２Ｓｉ（ＯＲ）２等からポリマー膜等が形成される。
【００５０】
また、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５、Ｙ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｙ（Ｃ２Ｈ５）３、Ｈｆ（ＯｉＣ３Ｈ７）４、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２等からＴａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｎＯ２等の酸化膜等が形成される。
【００５１】
また、ＣＯ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ５ＯＨ等の炭素含有ガスからＤＬＣ膜を形成することができる。
【００５２】
さらに、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＦ３ＣＦＣＦ２、Ｃ４Ｆ８等のフッ素含有化合物ガス、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ等の酸素含有化合物ガス、Ｎ２、ＮＨ３等の窒素含有化合物ガス、ＳＯ２、ＳＯ３等のイオウ含有化合物ガス、アクリル酸、メタクリルアミド、ポリエチレングリコールジメタクリル酸エステル等の重合性親水モノマーガス等をそれぞれの目的に応じて用いることができる。
【００５３】
また、ハロゲン系ガスを用いてエッチング処理、ダイシング処理を行ったり、酸素系ガスを用いてアッシング処理、レジスト処理や有機物汚染の除去を行ったり、アルゴン、窒素等の不活性ガスによるプラズマで表面クリーニングや表面改質を行うこともできる。
【００５４】
上記原料ガスをそのまま処理ガスとして用いてもよいが、経済性及び安全性等の観点から、原料ガスを希釈ガスによって希釈し、これを処理ガスとして用いることもできる。希釈ガスとしては、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、窒素ガス等が挙げられる。これらは単独でも２種以上を混合して用いてもよい。従来、大気圧近傍の圧力下においては、ヘリウムの存在下の処理が行われてきたが、上記の好ましくはパルス状の電界を印加する方法によれば、上述のように、ヘリウムに比較して安価なアルゴン、窒素ガス中において安定した処理が可能である。
【００５５】
従来、大気圧近傍の圧力下においては、ヘリウムが大過剰に存在する雰囲気下で処理が行われてきたが、上記パルス状の電界を印加する方法によれば、ヘリウムに比較して安価なアルゴン、窒素等の気体中における安定した処理が可能であり、さらに、これらの分子量の大きい、電子をより多く有するガスの存在下で処理を行うことにより、高密度プラズマ状態を実現し、処理速度を上げることが出来るため、工業上大きな優位性を有する。
【００５６】
原料ガスと希釈ガスとの混合比は、使用する希釈ガスの種類により適宜決定される。原料ガスの濃度が、処理ガス中の０．０１〜１０体積％であることが好ましく、より好ましくは０．１〜１０体積％である。
【発明の効果】
【００５７】
本発明によれば、放電プラズマ処理に際し基材にダメージを与えないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
本発明における具体的な装置の例を図で以下に説明する。
図１は、平行平板型長尺ノズルによりプラズマガスを被処理基材に吹き付ける装置と、ガス吹き出し口ノズルの周囲に設けられたガス吸引口を設けた装置と、被処理体の搬送機構を備えた装置の一例を示す図である。１は電源、２及び３は平行平板型の電極、４は固体誘電体、５はガス吹き出し口、７は処理ガス導入口、４２は搬送ベルト、９は放電空間、１０は排気ガス筒、１４は被処理基材をそれぞれ表す。固体誘電体４は、電極２、３の対向面に被さる部位だけでなく、電極２，３間の処理ガス流に沿う方向の両側の面（導入口７の側の面と吹出し口５の側の面）に被さる部位をも一体に有し、電極２、３を収容する断面コ字状の容器型になっている。
【００５９】
例えば、処理ガスは、矢印の方向にガス導入口７から放電空間９に導入され、電極２と電極３との間にパルス電界を印加することによって、プラズマとしてガス吹き出し口５から吹き出される。一方、被処理基材１４は、ベルト４２によりガス吹き出し口近傍に運ばれ、処理がされる。処理済みのガスは、排気ガス筒１０より除去され、被処理基材に再付着して汚染することがない。
【００６０】
図２は、パルス電圧波形の例を示したものである。波形（ａ）、（ｂ）はインパルス型、波形（ｃ）はパルス型、波形（ｄ）は変調型の波形である。図２には電圧印加が正負の繰り返しであるものを挙げたが、正又は負のいずれかの極性側に電圧を印加するタイプのパルスを用いてもよい。また、直流が重畳されたパルス電界を印加してもよい。パルス電界の波形は、ここで挙げた波形に限定されず、さらに、パルス波形、立ち上がり時間、周波数の異なるパルスを用いて変調を行ってもよい。上記のような変調は高速連続表面処理を行うのに適している。
【００６１】
パルス電界を用いた大気圧放電では、全くガス種に依存せず、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、パルス周波数、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。
【００６２】
上記排気ガス機構は、図１のように吹き出し口の近傍にガス吹き出し方向と揃えて設置する以外に、基材の周囲にガス吹き出し方向と垂直に排気するように設置したり、基材の処理面の逆側から排気するように設置したりすることもできる。
【００６３】
搬送ベルト４２は、送りスピードを任意に調整できるものを用いることにより処理の程度を変更でき、さらに冷却又は加熱機構を付加することもできる。また、ノズル体全体は、必要に応じて、電極間に電圧印加後、予備放電を行い、プラズマが安定するまで被処理体の外側で待機させるノズル待機機構を具備せることもできるし、Ｘ−Ｙ−Ｚ移動機構を具備させて被処理基材上を掃引させることもできる。
【００６４】
図３は、複数のプレート状電極により複数の放電空間を有するノズル体からなる装置により被処理基材を処理する方法の一例を説明する図である。１は電源、２、３は電極、５はガス吹き出し口、７は処理ガス導入口、１４は被処理基材、４１〜４３は搬送ベルトをそれぞれ表す。ただし、図示されていないが電極は、固体誘電体で被覆されている。例えば、処理ガスは、白抜き矢印の方向にガス導入口７から複数の放電空間を有するノズル体内に導入され、電極２と電極３との間にパルス電界を印加することによって、プラズマとしてガス吹き出し口５から吹き出される。一方、被処理基材１４は、最初は搬入ベルト４１により運ばれ、次に処理ベルト４２によりガス吹き出し口に運ばれ、処理され、次いで搬出ベルト４３で運び出されるという搬送工程からなっている。この装置においては、放電空間を多くすることができるので、大面積被処理基材の処理に好ましい。
【００６５】
図４は、本発明に係る一対の平行平板電極に、一対の円筒型電極を組み合わせた装置の一例を示したものである。ガス導入口７とガス吹き出し口５を備えた容器３０内には、電極２及び３からなる一対の平行平板電極と、電極２’と３’からなる一対の円筒電極が設けられている。ガス吹き出し口５の先には被処理基材１４に向けて略垂直にガイド６’が設けられている。原料ガスは、両電極対間で励起され、プラズマが発生する。円筒型電極を回転させることにより、より均一なプラズマとすることができる。さらにガイド６’により基材１４の表面にプラズマを集中させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、絶縁膜、パッシベーション膜、光学膜等に用いる酸化膜、発光に用いるＥＬ膜、絶縁膜、パッシベーション膜に用いる窒化膜、配線、燃料電池の触媒に用いる金属膜、パッシベーション、平滑性の付与、耐食コーティングに用いるＤＬＣ、ガラス基材、プラスチック基材上電極として用いる透明導電膜、高周波絶縁膜として用いるｌｏｗ−ｋ膜、高密度メモリー、圧電（エピゾ）素子に用いるｈｉｇｈ−ｋ膜、ＴＦＴ（ガラス基材上のＬＳＩ）に用いるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、太陽電池に用いるａ−Ｓｉ：Ｈ膜等のＣＶＤ膜形成に用いることができる。
【００６７】
また、半導体工程、電子部品の製造工程における、フォトレジスト、ディスカム等のアッシング処理、等方性又は異方性のエッチィング処理、酸化膜除去、有機汚染物除去等の洗浄処理、酸化工程、ドーピング工程、アフターコーティング工程等に有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の放電プラズマ処理装置の例を示す図である。
【図２】パルス電界の例を示す電圧波形の図である。
【図３】本発明の放電プラズマ処理装置の例を示す図である。
【図４】本発明の放電プラズマ処理装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１     電源（高電圧パルス電源）
２，３ 電極
４     固体誘電体
５     ガス吹き出し口
６’    ガイド
７     ガス導入口
９     放電空間
１０   ガス排気筒
１４   被処理基材
４２   搬送ベルト
【図１】
2005347278.tif 000003
【図２】
2005347278.tif 000004
【図３】
2005347278.tif 000005
【図４】
2005347278.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月20日(2005.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行平板型の対向する電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、大気圧近傍の圧力下、前記電極間に処理ガスを導入し電界を印加することにより得られる放電プラズマを、前記電極間の放電空間の外部に配置された被処理基材に誘導して接触させる放電プラズマ処理装置において、
前記固体誘電体が、前記一方の電極における前記対向面に被さる部位と、前記電極間の処理ガス流に沿う方向の端面に被さる部位とを一体に有していることを特徴とする放電プラズマ処理装置。
【請求項２】
平行平板型の対向する電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、大気圧近傍の圧力下、前記電極間に処理ガスを導入し電界を印加することにより得られる放電プラズマを、前記電極間の放電空間の外部に配置された被処理基材に誘導して接触させる放電プラズマ処理装置において、
前記固体誘電体が、前記一方の電極における前記対向面に被さる部位と、前記電極間の処理ガス流に沿う方向の下流側の端面に被さる部位とを一体に有していることを特徴とする放電プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記固体誘電体が、前記一方の電極を収容する容器型になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記固体誘電体が、断面コ字状になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電極間から被処理基材に向けて略垂直にガイドを設け、前記放電空間で発生させたプラズマを前記ガイドによって被処理基材へ向かわせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記固体誘電体が、前記放電空間の外に配置された被処理基材に向けてプラズマを吹き付けるプラズマ誘導ノズルを構成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放電プラズマ処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、平行平板型の対向する電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、大気圧近傍の圧力下、前記電極間に処理ガスを導入し電界を印加することにより得られる放電プラズマを、前記電極間の放電空間の外部に配置された被処理基材に誘導して接触させる放電プラズマ処理装置において、
前記固体誘電体が、前記一方の電極における前記対向面に被さる部位と、前記電極間の処理ガス流に沿う方向の端面に被さる部位とを一体に有していることを特徴とする。または、前記固体誘電体が、前記一方の電極における前記対向面に被さる部位と、前記電極間の処理ガス流に沿う方向の下流側の端面に被さる部位とを一体に有していることを特徴とする。前記固体誘電体が、前記一方の電極を収容する容器型になっていることが好ましく、断面コ字状になっているのが好ましい。