(57)【要約】【課題】  大気圧またはその近傍でのプラズマ放電を用いて行う被処理物の表面処理を、安定的かつ連続的に行うことができる表面処理装置及び表面処理方法を提供する。【解決手段】  大気圧近傍下で印可電極３による放電によってプラズマを発生させ、被処理物１を載置した搬送部２を前記放電部を通過させて前記被処理物１の表面処理を行う表面処理装置において、前記被処理物１の周辺を該被処理物１と同じ厚さの高さ調整部２ｂで囲むようにする。この場合、被処理物１を搬送する搬送部２を、導電性材料よりなる搬送基部２ａと、該搬送基部２ａの上に取り付た高さ調整部２ｂによって構成する。【選択図】        図１
2005268709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧近傍下で印可電極による放電によりプラズマを発生させ、被処理物を載置した搬送部を前記放電部を通過させて前記被処理物の表面処理を行う表面処理装置において、前記被処理物の周辺を該被処理物と同じ厚みの高さ調整部で囲むようにしたことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
被処理物を搬送する搬送部を、導電性材料よりなる搬送基部と、該搬送基部の上に取り付た高さ調整部によって構成したことを特徴とする請求項１記載の表面処理装置。
【請求項３】
搬送基部に対して高さ調整部を取り外し自在に取り付けたことを特徴とする請求項２記載の表面処理装置。
【請求項４】
高さ調整部を被処理物と同じ材質の部材によって構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項５】
高さ調整部を被処理物と誘電率が同じか若しくは近い部材によって構成したことを特徴とする請求項１〜３に記載の表面処理装置。
【請求項６】
搬送部の放電開始時において、印可電極の電極端と被処理物との平面距離が１０ｍｍ以上となるようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項７】
高さ調整部の搬送方向における放電開始領域の幅を、印可電極幅と、被処理物が前記印加電極による放電影響を受けない距離との和以上としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項８】
被処理物と高さ調整部との平面方向の隙間を１ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項９】
搬送部が接地電極を兼ね、高周波電源のアース部に直接接続するようにしたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項１０】
アース経路をフレキシブルに変形可能としたことを特徴とする請求項９に記載の表面処理装置。
【請求項１１】
搬送部の搬送をコンベアまたはエア浮上によって行うようにしたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の表面処理装置により被処理物の表面処理を行うことを特徴とする表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧近傍下において、プラズマを用いてガラス基板やシリコンウェハーなどの被処理物の表面処理を行う、表面処理装置及び表面処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気圧近傍下におけるプラズマ発生方式の一つである平行平板方式においては、搬送ローラなどで被処理物を搬送し、対向する電極間で発生する放電によって表面処理を行っているが、この場合、被処理物と接地電極は非接触の状態にある。このような構造により、大型のガラス基板などの表面処理を行う場合であっても、被処理物を走査させることで、小さな電極で大面積の処理を可能としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、同様な平行平板方式において、搬送機構をもったテーブルが対向電極となっている場合があり、この場合に、接地電極は搬送テーブルから装置筐体を介して高周波電源のアースに接続されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２７９５９号（第１５−１６頁、図６）
【特許文献２】特開平８−３２７９５９号（第１０−１１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１によれば、被処理物と接地電極は非接触であるため、その間の空気層によってインピーダンスが大きくなり、放電させるための電力エネルギーが増大し、放電の不安定や処理レートの低下が発生する。
また、特許文献２によれば、接地電極は搬送テーブルから装置筐体を介して高周波電源のアースに接続されているため、インピーダンスの増大及び変動が発生し、放電が不安定になる。
【０００６】
また、特許文献１のように、被処理物の処理開始時において、被処理物がない状態で放電を開始すると、被処理物が電極間に差し掛かったときの放電が不安定になり、処理が不均一となる。一方、被処理物上部で高周波印可電極の放電を開始すると、放電が不安定となり、部分的に処理均一性の悪化や被処理物へのダメージが発生する。
【０００７】
そこで特許文献２のように、予め、被処理物のない放電開始領域で放電を開始し、放電が安定した時点で被処理物を走査させ、被処理物への放電を行っていた。しかしながら、電極間ギャップを被処理物上部での安定放電可能な距離に合わせなければならず、放電開始領域では被処理物の厚み分だけ距離が長くなってしまう。電極間ギャップが長くなると放電が不安定になり、放電自体が持続できない場合もある。また、放電開始ができたとしても、被処理物上部にきたとき、電極間ギャップが急激に変化するため放電が不安定となり、安定な処理を期待することができなかった。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、大気圧またはその近傍でのプラズマ放電を用いて行う被処理物の表面処理を、安定的かつ連続的に行うことができる表面処理装置及び表面処理方法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】
【０００９】
本発明に係る表面処理装置は、大気圧近傍下で印可電極による放電によりプラズマを発生させ、被処理物を載置した搬送部を前記放電部を通過させて前記被処理物の表面処理を行う表面処理装置において、前記被処理物の周辺を該被処理物と同じ厚みの高さ調整部で囲むようにしたものである。これにより、放電開始領域と被処理物との間で電極間ギャップがなくなり、放電が安定し、処理の均一性が向上する。
【００１０】
本発明に係る表面処理装置は、被処理物を搬送する搬送部を、導電性材料よりなる搬送基部と、該搬送基部の上に取り付けた高さ調整部によって構成したものである。これにより、放電開始領域と被処理物との間で電極間ギャップ差がなくなり、放電が安定化し、処理の均一性が向上する。
【００１１】
本発明に係る表面処理装置は、搬送基部に対して高さ調整部を取り外し自在に取り付けたものである。これにより、被処理物の形状や厚みの変化に対応して高さ調整部の形状や厚みを変えることができるので、被処理物に対応した最適の高さ調整部を取り付けることができ、その際の対応も容易かつ簡単である。
【００１２】
本発明に係る表面処理装置は、高さ調整部を被処理物と同じ材質の部材によって構成したものである。これにより、安定で均一な被処理物の処理が可能となる。
【００１３】
本発明に係る表面処理装置は、高さ調整部を被処理物と誘電率が同じか若しくは近い部材によって構成したものである。これにより、安定で均一な被処理物の処理が可能となる。
【００１４】
本発明に係る表面処理装置は、搬送部の放電開始時において、印可電極の電極端と被処理物との平面距離が１０ｍｍ以上となるようにしたものである。これにより、放電開始時に被処理物が印可電極による放電影響を受けず、安定で均一な被処理物の処理が可能となる。
【００１５】
本発明に係る表面処理装置は、高さ調整部の搬送方向における放電開始領域の幅を、印可電極幅と、被処理物が印加電極による放電影響を受けない距離との和以上としたものである。これにより、安定で均一な被処理物の処理が可能となる。
【００１６】
本発明に係る表面処理装置は、被処理物と高さ調整部との平面方向の隙間を１ｍｍ以下としたものである。これにより、被処理物を走査して隙間部分が放電部を通過する際に放電状態が変動することなく、安定で均一な被処理物の処理が可能となる。
【００１７】
本発明に係る表面処理装置は、搬送部が接地電極を兼ね、高周波電源のアース部に直接に接続するようにしたものである。これにより、アース経路を直接接続するのでエネルギーロスが減り、投入エネルギーを削減することができる。
【００１８】
本発明に係る表面処理装置は、アース経路をフレキシブルに変形可能としたものである。これにより、搬送系の自由度を増すことができる。
【００１９】
本発明に係る表面処理装置は、搬送部の搬送をコンベアまたはエア浮上によって行うようにしたものである。これにより、搬送系の自由度を増すことができる。
【００２０】
本発明に係る表面処理方法は、上記のいずれかに記載の表面処理装置により被処理物の表面処理を行うようにしたものである。これにより、放電開始領域と被処理物との間で電極間のギャップ差がなくなり、安定した放電が可能となり、処理の均一性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［実施の形態］
図１は本発明の実施の形態の側面図、図２は図１の平面図である。図において、被処理物１はガラス基板やシリコンウェハー等からなり、搬送部を構成する搬送テーブル２上に載置されている。搬送テーブル２に対向して、その上部には、搬送テーブル２より一定の距離を隔てて高周波印可電極３が配設され、ここより搬送テーブル２側にガスが吹き出して、搬送テーブル２との間の放電によってプラズマを発生するようにしてある。搬送テーブル２と高周波印可電極３とは、マッチング回路４を介して高周波電源５に接続されており、搬送テーブル２は接地電極を兼ねている。こうして、搬送テーブル２は、コンベア９によって前方イ方向に移動するようになっている。
【００２２】
次に、それぞれの構成を詳細に説明する。搬送テーブル２は、板状のほぼ直方体形状をなし、導電性材料（アルミ、銅、銀、ステンレス、真鍮などの金属）よりなる板状の搬送基部２ａの上に、誘電率が被処理物１と同じか若しくは近い誘電体を用い、被処理物１の厚みに対応しかつ被処理物１の形状に対応した形状の貫通穴を有するほぼロ形状の高さ調整部２ｂが積層して取り付けられている。高さ調整部２ｂに形成された貫通穴は、その深さが被処理物１の厚みと一致しており、これらの搬送基部２ａと高さ調整部２ｂが積層した状態で被処理物１の載置凹部２ｃを形成し、被処理物１が載置凹部２ｃに挿入載置された状態で、被処理物１の上面と搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの上面が同一平面をなすようにしてある。このように構成したことにより、高さ調整部２ｂの搬送側に位置する放電開始領域２ｄと被処理部１との間で電極間ギャップ差をなくすことができる。なお、高さ調整部２ｂは、被処理物１と誘電率が同じか若しくは近い誘電体によって構成してあるが、被処理物１と同じ材質によって構成するようにしてもよい。
【００２３】
上記の高さ調整部２ｂを搬送基部２ａに対して取り外し自在に構成すると、被処理物１の厚さが変わった場合でも、高さ調整部２ｂのみを取り替えることで、被処理物１の厚さの変化に簡単に対応することができる。なお、被処理物１に対応して搬送テーブル２ごとに取り替えることもでき、こうすればより簡単に被処理物１の厚さの変化に対応することができる。
【００２４】
搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの放電開始領域２ｄは、放電を安定させるために、進行方向の幅Ｗ1 が、少なくとも高周波印可電極３の前後方向の幅Ｗと、被処理物１が放電影響を受けない幅との和になるように構成されている。また、搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの両側２ｅは、その進行方向と直角をなす方向の幅Ｗ3 が、被処理物１における放電を安定させるための一定の幅を取るように構成され、さらに、高さ調整部２ｂの後側２ｆは、その進行方向の幅Ｗ2 が高周波印可電極３の幅Ｗ以上になるように構成されている。
【００２５】
高周波印可電極３は導電性の高い金属によって構成され、その下面にはセラミック、石英などよりなる誘電体３ａが設けられ、搬送テーブル２の搬送方向とほぼ直交して搬送テーブル２を跨ぐようにして配設されており、その上部にガス導入口３ｂ、下部にガス排出口３ｃが設けられ、両者の間にガス通路３ｄが設けられている。そして、高周波印可電極３と搬送テーブル２との間には、放出したガスが放電によってプラズマ化されるプラズマ領域８が形成される。高周波印可電極３の搬送方向の前後には、被処理物１の表面処理を行ったあとの気体を排気する排気部３ｅ、３ｆが設けられている。
【００２６】
搬送テーブル２は、高周波印可電極３の高周波電源５のアース部６に直接電気的に接続されるアース経路７を持ち、例えば、銅板などの導電性の高い金属で直接接続され、搬送に併せてフレキシブルに変形できるようになっている。このため、搬送駆動部にアース経路を考える必要がなく、先に述べたコンベア９による搬送方法に限らず、エア浮上などの搬送方法を用いることもできる。
【００２７】
上記のように構成した実施の形態１の作用を、図３、図４を用いて説明する。被処理物１は、処理領域の手前で、例えばコンベアによる搬送手段により搬送テーブル２に受け渡される。そして、被処理物１は、搬送テーブル２の載置凹部２ｃ内に挿入載置され、被処理物１の厚みが載置凹部２ｃの深さと一致して、被処理物１の上面と搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの上面とが同一平面をなす。この状態で、搬送テーブル２が処理領域に移動する。そして、図３に示すように、放電開始領域２ｄで、高周波印可電極３のガス通路３ｄを通過しガス排出口３ｃから排出したガスが、高周波印可電極３によってプラズマ放電領域８でプラズマ化される。このとき、放電開始領域２ｄでは、高周波印可電極３と被処理物１間の水平方向の距離を、被処理物１が放電の影響を受けない距離としてあるので、被処理物１は放電の影響を受けることはない。
【００２８】
放電開始領域２ｄにおいて、放電が安定した時点で搬送テーブル２が図３に示す矢印イ方向に移動し、図４に示すように、被処理物１への処理がプラズマ領域８で開始され、親水処理、撥水処理、アッシング処理などの表面処理が行われる。
【００２９】
本実施の形態によれば、被処理物１の周辺を被処理物１と同じ厚みの高さ調整部２ｂで覆うようにしたので、放電開始領域２ｄの上面と被処理物１の上面での電極間のギャップ差がなくなり、また、被処理物１の厚みを変えた場合には、その厚みにあった高さ調整部２ｂを有する搬送テーブル２に替え、もしくは高さ調整部２ｂを搬送基部２ａから取り外して、被処理物１の厚みにあった高さ調整部２ｂに取り替えることができるので、安定した放電を行うことができ、被処理物１の均一な処理を行うことが可能となり、被処理物１の形状や厚み変化に容易に対応することができる。また、アース経路７を直接接続するようにしたので、搬送系の自由度が増し、エネルギーロスが減り、投入エネルギーを削減することができる。
【実施例】
【００３０】
［実施例１］
被処理物１の表面改質として、親水処理を行った。
搬送テーブル２の高さ調整部２ｂとして被処理物１とほぼ同じ材質の誘電体を用いた。高さ調整部２ｂの放電開始領域２ｄは、放電を安定させるため、搬送方向に、高周波印可電極３の幅と、被処理物１が放電影響を受けない距離１０ｍｍと、搬送テーブル端側１０ｍｍとの合計距離を取った。搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの処理終了側領域は、高周波印加電極３の幅以上の幅とした。搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの両側領域は、被処理物１の放電を安定させるため、２０ｍｍ以上とした。また、高さ調整部２ｂの厚みを０．５〜２ｍｍとし、被処理物１の厚みを高さ調整部２ｂの厚みと同じ０．５〜２ｍｍとし、高周波印可電極３と被処理物１との間のギャップを０．５〜２ｍｍとした。
上記のように構成した搬送テーブル２の載置凹部２ｃに被処理物１を挿入載置した。この際の被処理物１と、搬送テーブル２の高さ調整部２ｂとの平面方向の隙間は、そのギャップが１ｍｍ以下となるようにした。放電開始時において、高周波印可電極３の電極端と被処理物１の端部との距離は、被処理物１が放電の影響を受けない１０ｍｍ以上とした。
【００３１】
被処理物１として、ＳｉＯ2 、ＩＴＯ等の無機物、または、アクリルなどの有機物を用いた。
搬送テーブル２に対向した位置に配設した高周波印可電極３から搬送テーブル２側にＨｅ＋Ｏ2 を１００：１の割合で混合したガスを送り、プラズマ化して、被処理物１の表面を親水処理した。被処理物１の処理速度は、１０〜４０ｍｍ／ｓｅｃであった。
親水状態の評価として接触角を用いており、処理速度が４０ｍｍ／ｓｅｃ以下であれば、ある一定の処理以上行っても接触角が飽和してくる飽和接触角を満足した。
被処理物１の周辺を被処理物１と同じ厚みの０．５〜２ｍｍの高さ調整部２ｂで覆ったので、放電開始領域２ｄと被処理物１の上部での電極間のギャップ差がなくなり、均一な処理ができる。
【００３２】
［実施例２］
被処理物１の表面改質として、撥水処理を行った。
搬送テーブル２の高さ調整部２ｂとして被処理物１とほぼ同じ材質の誘電体を用いた。高さ調整部２ｂの放電開始領域２ｄは、放電を安定させるため、搬送方向に、高周波印可電極３の幅と、被処理物１が放電影響を受けない距離１０ｍｍと、搬送テーブル端側１０ｍｍとの合計距離を取った。搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの処理終了側領域は、高周波印加電極３の幅以上の幅とした。搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの両側領域は、被処理物１の放電を安定させるため、２０ｍｍ以上とした。高さ調整部２ｂの厚みを０．５〜２ｍｍとし、被処理物１の厚みを高さ調整部２ｂの厚みと同じ０．５〜２ｍｍとし、高周波印可電極３と被処理物１との間のギャップを０．５〜２ｍｍとした。
上記のように構成した搬送テーブルの載置凹部に被処理物を挿入載置した。この際の被処理物１と、搬送テーブル２の高さ調整部２ｂとの平面方向の隙間は、そのギャップが１ｍｍ以下となるようにした。放電開始時において、高周波印可電極３の電極端と被処理物１の端部との距離は、被処理物１が放電の影響を受けない１０ｍｍ以上とした。
【００３３】
被処理物１として、アクリル、テフロン（登録商標）などの有機物を用いた。
搬送テーブル２に対向した位置に配設された高周波印可電極３から搬送テーブル２側にＨｅ＋ＣＦ4 を１００：１の割合で混合したガスを送り、プラズマ化して、被処理物１の表面を撥水処理した。被処理物１の処理速度は、１〜４０ｍｍ／ｓｅｃであった。
被処理物１の周辺を被処理物１と同じ厚みの０．５〜２ｍｍの誘電体で覆ったので、放電開始領域２ｄと被処理物１の上部での電極間のギャップ差がなくなり、均一な処理ができる。
【００３４】
［実施例３］
被処理物１の表面改質として、アッシングを行った。
搬送テーブル２の高さ調整部２ｂとして被処理物１とほぼ同じ材質の誘電体を用いた。高さ調整部２ｂの放電開始領域２ｄは、放電を安定させるため、搬送方向に、高周波印可電極３の幅と、被処理物１が放電影響を受けない距離１０ｍｍと、搬送テーブル端側１０ｍｍとの合計距離を取った。搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの処理終了側領域は、高周波印加電極３の幅以上の幅とした。搬送テーブル２の高さ調整部２ｂの両側領域は、被処理物１の放電を安定させるため、２０ｍｍ以上とした。高さ調整部２ｂの厚みを０．５〜２ｍｍとし、被処理物１の厚みを高さ調整部２ｂの厚みと同じ０．５〜２ｍｍとし、高周波印可電極３と被処理物１との間のギャップを０．５〜２ｍｍとした。
上記のように構成した搬送テーブル２の載置凹部２ｃに被処理物１を挿入載置した。この際の被処理物１と、搬送テーブル２の高さ調整部２ｂとの平面方向の隙間は、そのギャップが１ｍｍ以下となるようにした。放電開始時において、高周波印可電極３の電極端と被処理物１の端部との距離は、被処理物１が放電の影響を受けない１０ｍｍ以上とした。
【００３５】
被処理物１として、レジスト、ポリイミドなどの有機物を用いた。
搬送テーブル２に対向した位置に配設した高周波印可電極３から搬送テーブル２側にＨｅ＋Ｏ2 を１００：１の割合で混合したガスを送り、プラズマ化して、被処理物１の表面をアッシング処理した。被処理物１の処理速度は、ポリイミドが１０００〜２０００Åの場合は、２〜５ｍｍ／ｓｅｃであった。なお、この際、被処理物１への１００〜２００℃の加熱が必要であった。
被処理物１の周辺を被処理物１と同じ厚みの０．５〜２ｍｍの誘電体で覆ったので、放電開始領域２ｄと被処理物１の上部での電極間のギャップ差がなくなり、均一な処理ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る表面処理装置の側面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】本発明の実施の形態の作用説明図。
【図４】本発明の実施の形態の作用説明図。
【符号の説明】
【００３７】
１  被処理物、２  搬送テーブル、２ａ  搬送基部、２ｂ  高さ調整部、２ｃ  載置凹部、２ｄ  放電開始領域、３  高周波印可電極、５  高周波電源、６  アース部、７  アース経路、８  プラズマ領域、９  コンベア。
【図１】
2005268709.tif 000003
【図２】
2005268709.tif 000004
【図３】
2005268709.tif 000005
【図４】
2005268709.tif 000006