(57)【要約】  【課題】  電極を構成する金属の薄肉化による軽量化と、部品点数の減少による組立性及びメンテナンス性の向上を図るとともに、ガス冷却による冷却機構の簡素化を実現できるプラズマソースを提供する。  【解決手段】  所定のガスを被処理材に向けて送出するガス流路３０と、大気圧またはその近傍圧力下で、前記ガス流路３０内で気体放電を発生させて前記ガスの励起活性種を生成する一対の電極３１，３２とを備えてなり、主面４ａの一端縁から他端縁にかけて凹溝４０を切削形成するとともに背面４ｂに凹陥部４１を切削形成し、前記凹陥部４１に薄膜電極３１，３２を配置してなる一対の板状誘電体４の主面４ａ同士を密接配置し、前記一対の凹溝４０により前記ガス流路３０を構成するとともに、前記凹陥部４１を前記電極３１，３２の冷却空間に構成してある。  【選択図】  図１
2005322522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のガスを被処理材に向けて送出するガス流路と、大気圧またはその近傍圧力下で、前記ガス流路内で気体放電を発生させて前記ガスの励起活性種を生成する一対の電極とを備えてなるプラズマソースであって、
主面の一端縁から他端縁にかけて形成された凹溝と背面に形成された凹陥部とを有する第一の板状誘電体と、少なくとも背面に形成された凹陥部を有する第二の板状誘電体との主面同士を密接配置し、前記一対の凹溝により前記ガス流路を構成するとともに、前記凹陥部を当該凹陥部に配置された電極の冷却空間に構成してあるプラズマソース。
【請求項２】
前記板状誘電体に、前記凹陥部に配置した電極を冷却する冷却媒体を通流する通流孔を形成してある請求項１記載のプラズマソース。
【請求項３】
前記板状誘電体に、前記ガス流路にガスを導くガス整流部に形成されたフランジ部と接続するフランジ部が形成されている請求項１又は２記載のプラズマソース。
【請求項４】
請求項１から３の何れかのプラズマソースを備えた表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のガスを被処理材に向けて送出するガス流路と、大気圧またはその近傍圧力下で、前記ガス流路内で気体放電を発生させて前記ガスの励起活性種を生成する一対の電極とを備えてなるプラズマソース、及び、そのプラズマソースを備えた表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の大気圧プラズマ発生方法及び表面処理装置が開発されている。その代表的なものとして、Ｈｅを使用し、対向配置された一対の電極間に誘電体を設けて数ｋＨｚ以上の高周波電圧を印加する大気圧グロー放電法や、沿面放電や誘電体バリア放電を利用したオゾン発生装置等がある。本発明者らはこれまでに、高電圧パルス電界を用いた誘電体バリア放電による大気圧プラズマ発生方法及び装置を開発してきた。本方法によれば、Ｈｅガスを使用せずとも、大気圧下でグロー状の放電を発生させることが可能なことから、被処理材（例えば基板）表面の有機物汚染の除去、種々の表面改質、ＣＶＤ、エッチング等に利用可能であることを見出してきた。
【０００３】
プラズマにより発生するラジカル等の励起種の寿命は、通常、大気圧下では非常に短いため、被処理材はプラズマ中、若しくはプラズマ発生部のごく近傍に設置することが不可欠である。しかし、大気圧下でのプラズマ発生には高電圧が必要であるため、被処理材によっては放電が集中してダメージを受けやすいものもある。このような被処理材に対しては、プラズマ中で励起・活性化させたガスを電極間外に配置された被処理材表面に照射するリモート方式の処理が有効である。このような処理を実現するためには、大気圧下で安定的にプラズマを生成し、且つプラズマ励起したガス流を幅方向に均一に制御して基板に照射するプラズマソースが必要である。
【０００４】
上述したプラズマソースとして、所定のガスを被処理材の表面に向けて送出するためのガス流路と、前記ガス流路内で前記ガスに大気圧又はその近傍の圧力下で気体放電を発生させ、それにより前記ガスの励起活性種を生成するための一対の電源電極及び接地電極とからなり、前記励起活性種を含む前記ガスを前記被処理材表面に噴出させるように構成し、前記ガス流路が、２枚の誘電体からなる板を所定の間隔をもって対向させ、かつその間隙に供給される前記ガスを前記誘電体板の一方の側辺から前記被処理材表面に噴出させるように形成され、前記各電極が、前記誘電体板を挟んでその外側に対向配置されるものが提案されている。
【０００５】
このプラズマソースは、前記誘電体板が絶縁材料からなるホルダにより保持され、かつ前記電極が前記ホルダに緩やかに保持されるとともに、その周辺部において少なくとも部分的に前記ホルダとの間に遊びを有するように保持されているために、電極を誘電体板とは別個に、かつ誘電体板に対して緩やかに取り付けることができ、電極に冷却系統を設けなくともプラズマ放電の高温による電極の熱膨張が誘電体板に影響を与え、これを破損したりする虞を解消することができ、また基板を載置するテーブルにヒータを設けなくても被処理材表面に吹き付ける放電ガスの温度を高温に維持できるものである。
【特許文献１】特開平９−９２４９３号公報
【特許文献２】特開平９−２４６７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の従来のプラズマソースには、電極として金属を用いるため構造部材の金
属との絶縁対策をセラミックス、樹脂部材等で講じる必要があり、部品点数が非常に多くなり複雑でコストの嵩むものになるという問題や、剛性を保持するため電極及び構造部材ともに厚肉に形成する必要があり重量が非常に重くなるという問題があった。また、厚肉の金属を電極に用いるため熱容量が大きく、電極がホルダに緊密に保持されるものでは、熱膨張率の差によるホルダの割れを回避すべく放電による発熱を冷却するために設置される冷却機構が大掛かりになるという問題や、さらには、ボルト等を用いた組み立て式のために、電極間に形成されるガス流路のシール性が低いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上述の従来欠点に鑑み、電極を構成する金属の薄肉化による軽量化と、部品点数の減少による組立性及びメンテナンス性の向上を図るとともに、ガス冷却による冷却機構の簡素化を実現できるプラズマソース、及び、そのプラズマソースを備えた表面処理装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明によるプラズマ装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、所定のガスを被処理材に向けて送出するガス流路と、大気圧またはその近傍圧力下で、前記ガス流路内で気体放電を発生させて前記ガスの励起活性種を生成する一対の電極とを備えてなるプラズマソースであって、主面の一端縁から他端縁にかけて形成された凹溝と背面に形成された凹陥部とを有する第一の板状誘電体と、少なくとも背面に形成された凹陥部を有する第二の板状誘電体との主面同士を密接配置し、前記一対の凹溝により前記ガス流路を構成するとともに、前記凹陥部を当該凹陥部に配置された電極の冷却空間に構成してある点にある。
【０００９】
上述の構成によれば、一対の板状誘電体の主面に形成された凹溝を対向配置することによりガス流路が構成され、板状誘電体の背面側に形成された凹陥部に接着等により電極を配置することにより、前記ガス流路内で気体放電を発生させる一対の電極が誘電体を挟んで配置構成されるものである。そのような電極としては薄膜のものであっても十分に強固に支持されるのであり、プラズマソースの重量を大幅に軽量化することができるようになるのであり、従来、別体であったホルダと誘電体とを一体に構成することができるので、大幅に部品点数を減少させ、組立作業も大幅に簡素化できるようになるのである。さらに、そのような薄膜電極であれば熱容量も小さいためにガス（空気等）を冷却媒体として使用できるので、冷却機構も大幅に簡素化できるようになるのである。このような板状誘電体の加工方法として切削加工が可能で、セラミックス等のミクロンオーダーの精密加工技術を使用することができるものである。さらには、高強度接着技術を用いて構成してもよい。
【００１０】
さらに、主面の一端縁から他端縁にかけて凹溝を切削形成するとともに背面に凹陥部を切削形成し、前記凹陥部に電極を配置してなる一対の板状誘電体の主面同士を密接配置し、前記一対の凹溝により前記ガス流路を構成するとともに、前記凹陥部を前記電極の冷却空間に構成することが好ましい。
【００１１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記板状誘電体に、前記凹陥部に配置した電極を冷却する冷却媒体を通流する通流孔を形成してある点にある。
【００１２】
上述の構成によれば、通流口から冷却媒体であるガスを通流させることにより、凹陥部に配置した電極を効率的に冷却することができ、液状の冷却媒体を供給するような複雑な管路やチラーを設ける必要が無くなり、シンプルな構造が実現できるようになるのである。
【００１３】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一又は第二特徴構成に加えて、前記板状誘電体に、前記ガス流路にガスを導くガス整流部に形成されたフランジ部と接続するフランジ部が形成されている点にある。
【００１４】
上述の構成によれば、フランジ部を介してガス整流部に形成されたフランジ部とフランジ接続することができるようになるので、組立やメンテナンス作業も一層容易になるのである。例えば、両フランジ部の接続面にシール部材を配して押え部材で保持する構造が実現できるのである。
【００１５】
本発明による表面処理装置の特徴構成は、上述した第一から第三の特徴構成の何れかを備えたプラズマソースを備えた点にあり、これにより、長期にわたり安定可動でき、メンテナンス作業を大幅に軽減できる表面処理装置を提供することができるようになった。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明した通り、本発明によれば、電極を構成する金属の薄肉化による軽量化と、部品点数の減少による組立性及びメンテナンス性の向上を図るとともに、ガス冷却による冷却機構の簡素化を実現できるプラズマソース、及び、そのプラズマソースを備えた表面処理装置を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明によるプラズマソース、及び、そのプラズマソースを備えた表面処理装置の実施の形態を説明する。図４に示すように、プラズマソース１は、供給される処理ガスを整流して下方に搬送するガス整流部２と、ガス整流部２から供給された処理ガスをプラズマ中で励起・活性化する放電部３と、前記ガス整流部１と前記放電部３を接続する接続部６を備えて構成してある。
【００１８】
前記放電部３は、図１（ａ）に示すように、一対の板状誘電体４としての石英ガラスの主面４ａに一端縁から他端縁にかけて、ミクロンオーダーの精密加工技術を使用して、その底部が平坦で且つ縁部が直角に切立つように深さが約０．５ｍｍの凹溝４０を切削形成するとともに、同図（ｂ）に示すように、背面４ｂに底部が平坦な凹陥部４１を切削形成し、前記凹陥部４１の平坦な底部にアルミ製の薄膜電極３１，３２を接着配置した後に、前記主面４ａ同士を対向させて接着することにより前記凹溝４０同士で形成される空間をガス流路３０に構成してある。
【００１９】
また、前記凹陥部４１の左右の立上り部の夫々に、前記凹陥部４１に配置した薄膜電極３１，３２を冷却する冷却媒体を通流する通流孔４２，４３を形成し、図２に示すように、前記凹陥部４１を閉塞する板状の蓋体３４を、例えばゴム製のシール部材３３を介して前記凹陥部４１の背面４ｂの周縁部に取り付けることにより、前記電極３１，３２の背面の空間を冷却空間に構成してあり、前記通流孔４２，４３に、一方から冷却ガスを供給して他方から排出するガス供給排出管５２，５３を夫々接続し、ガス供給排出管５２，５３の何れかに冷却ファン５を接続することにより前記電極３１，３２を空冷するように構成してある。ここに、前記凹溝４０底部と前記凹陥部４１の底部の間隔は約１ｍｍに形成されている。前記凹陥部４１の深さは、薄膜電極３１，３２の厚みよりも大きければよい。
【００２０】
さらに、図１及び図２に示すように、前記板状の誘電体４の上方一端側の背面４ｂ及び両側面４ｃには、前記ガス流路３０にガスを導く前記ガス整流部２に形成されたフランジ部と接続するフランジ部４４が切削形成されている。
【００２１】
前記ガス整流部２は、図３に示すように、一対の樹脂製の成型体で構成され、主面２ａの左右両端部に形成された断面視が半円形の処理ガス導入路２０，２１と、同じく主面２
ａの下端部に形成された処理ガス供給用の凹溝２２と、前記処理ガス導入路２０，２１から供給された処理ガスを拡散整流して前記凹溝２２に通流させる凹陥部２３が形成され、その主面２ａ同士を対向させて接着することにより対向する凹陥部２３により処理ガス供給路２５が構成されている。
【００２２】
前記処理ガス供給用の凹溝２２も、その底部が平坦で且つ縁部が直角に切立つように深さが約０．５ｍｍに形成されている。さらに、前記樹脂製の成型体の下方一端側の背面２ｂ及び両側面２ｃには、前記放電部３に形成されたフランジ部４４と接続するためのフランジ部２４が形成され、図４に示すように、両フランジ部２４，４４を上下に対向させて前記接続部６で接続されている。前記接続部６は、両フランジ２４，４４の対向面に設けたゴム製のシール部材６ａと、両フランジ２４，４４を接続する弾性変形自在なクリップ等の押え部材６ｂとで構成され、押え部材６ｂにより圧接固定することにより、前記処理ガス供給路２５から前記ガス流路３０に処理ガスが漏洩することなく流下するように構成してある。
【００２３】
上述したように、本発明によれば、アルミ等の金属製薄膜の電極３１，３２を前記凹陥部４１の平坦な底面に接着固定することが可能となり軽量化を図ることができるようになり、また、電極３１，３２電極部３に挟まれる誘電体及び電極３１，３２の絶縁性支持部を一対の板状誘電体４により一体的に構成することで部品点数の減少による組立性及びメンテナンス性の向上を図ることができるようになった。さらに、電極３１，３２を冷却するための冷却機構もガス冷却を可能とすることにより簡素化できるようになった。さらに、電極３１，３２の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を用いることも可能で、この場合には電極が透明なために放電状態を確認することも可能になる。
【００２４】
上述の実施形態において、一対の板状誘電体４として石英ガラスを使用したものを説明したが、板状誘電体材料としてはこれに限るものではなく、他にセラミックや樹脂等用途に合わせて適宜選択することができるものである。
また、上述した凹溝４０の深さや前記凹溝４０底部と前記凹陥部４１の底部の間隔は、上述した数値に限定されるものではない。
【００２５】
上述した実施形態では、主面の一端縁から他端縁にかけて凹溝を切削形成するとともに背面に凹陥部を切削形成し、前記凹陥部に電極を配置してなる一対の板状誘電体の主面同士を密接配置し、前記一対の凹溝により前記ガス流路を構成するとともに、前記凹陥部を前記電極の冷却空間に構成するものを説明したが、本発明によるプラズマソースは、主面の一端縁から他端縁にかけて形成された凹溝と背面に形成された凹陥部とを有する第一の板状誘電体と、少なくとも背面に形成された凹陥部を有する第二の板状誘電体との主面同士を密接配置し、前記一対の凹溝により前記ガス流路を構成するとともに、前記凹陥部を当該凹陥部に配置された電極の冷却空間に構成するものであればよく、一方の誘電体の主面は凹溝を形成することなく平坦な面で構成するものであってもよい。また、凹部、凹陥部、またはフランジ部は、切削形成するもの以外に、複数の板状誘電体を高強度接着技術を用いて接着することにより構成するものであってもよい。
【００２６】
上述したプラズマソースを備えた表面処理装置は、前記電極３１，３２にプラズマ発生用の高周波電源、前記処理ガス導入路２０，２１に所定量の処理ガスを供給する処理ガス供給装置、前記プラズマソースの下方に処理対象基板を搬送する基板搬送装置、処理対象基板を加熱する基板加熱装置、及び、それらを予め設定されたシーケンスに従って可動制御する制御装置等を備えて構成される。
【実施例】
【００２７】
前記プラズマソースを用いた表面処理装置により、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）が形成された液晶用ガラス基板の表面洗浄処理を、以下の処理条件で実施した結果、有機物汚染の洗浄除去効果が著しく現れており、対水接触角は初期の９８度から１９度へと大きく低下し、その実用性が証明されるものである。
【００２８】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるプラズマソースの放電部の製作工程を示すもので、（ａ）は板状誘電体の主面を表す斜視図、（ｂ）は板状誘電体の背面を表す斜視図
【図２】本発明によるプラズマソースの放電部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は背面図
【図３】本発明によるプラズマソースのガス整流部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図
【図４】本発明によるプラズマソースを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図
【符号の説明】
【００３０】
１：プラズマソース
２：ガス整流部
２ａ：主面
２０，２１：処理ガス導入路
２２：凹溝
２３：凹陥部
２４：フランジ部
２５：処理ガス供給路
３：放電部
３０：ガス流路
３１，３２：（薄膜）電極
４：板状誘電体
４ａ：主面
４ｂ：背面
４０：凹溝
４１：凹陥部
６：接続部
６ａ：シール部材
６ｂ：押え部材
【図１】
2005322522.tif 000004
【図２】
2005322522.tif 000005
【図３】
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【図４】
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