(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置において、プラズマ生成時の発熱によって、ガス導入路を構成する部材が変形するのを防止し、処理の均一性を維持する。【解決手段】第１電極部１０の第２面１０ｂとサイドフレーム部３１との間に長手方向に延びるガス導入路１ｂを形成し、処理ガスが、ガス導入路１ｂを介して第１電極部１０と第２電極部２０との間の放電空間１ｐに導入されるようにする。第２電極部２０には噴出口２５を設け、放電空間１ｐでプラズマ化された処理ガスを被処理物９へ向けて噴出する。ガス導入路１ｂにはスペーサ４０を介在させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスを放電空間でプラズマ化し被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する装置であって、
（ａ）長手方向に延びる電極本体を含み、前記長手方向に延びる第１面と、この第１面の幅方向の縁と交差して前記長手方向に延びる第２面とを有する第１電極部と、
（ｂ）前記第１面と対向して前記長手方向に延び、第１電極部との間に前記放電空間を画成するとともに、この放電空間に連なる噴出口が前記第１面との対向面から反対側の面へ貫通するように形成され、前記反対側の面が前記被処理物と対向される第２電極部と、
（ｃ）前記第２面と対向して前記長手方向に延び、第２面との間に処理ガスを前記放電空間に導入する導入路を画成する導入路画成部材と、
を備え、前記導入路画成部材と前記第２面との間にスペーサが介在されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記スペーサが、前記導入路画成部材と前記第２面との間に介在される第１スペーサ部と、この第１スペーサ部と角度をなして連なるとともに前記第１面と第２電極部間に介在される第２スペーサ部とを有していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１スペーサ部の前記第２面を向く面と、前記第２スペーサ部の前記第１面を向く面とのなす角が、曲面状になっていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１電極部が、前記電極本体を囲むとともに前記長手方向に延びる電極収容部材を更に含み、この電極収容部材の互いに交差するとともに前記長手方向に延びる２つの壁部のうち一方の外側面が前記第１面となり他方の外側面が前記第２面となっており、少なくとも前記第１面を有する壁部が、固体誘電体にて構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第１電極部を囲むフレームを備え、このフレームの前記第２面と対向するフレーム部が前記導入路画成部材となっていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物の表面に対し、親水化、撥水化、アッシング、エッチング、洗浄等のプラズマ処理を行なう装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載のプラズマ処理装置には上下に対向する一対の長尺の電極が設けられている。これら電極間への電界印加によって電極間空間が放電空間となる。電極間空間の両サイドには処理ガス供給路が連なっている。この供給路からの処理ガスが放電空間に導入されてプラズマ化される。
下側の電極にはスリット状の噴出口が形成されている。この噴出口から上記処理ガスが噴き出され、下方に配置された被処理物に接触する。これにより被処理物の表面処理がなされる。
【特許文献１】特開２００４−００６２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電極の側面とフレームとの間に隙間を設け、処理ガスがこの隙間を経て放電空間に導入されるようにすると、ガス導入路の形成が容易になる。しかし、電極やフレームは、長尺になるほど、組立の際、斜めに装着されるなどして、ガス導入路の厚さが長手方向で不均一になるおそれがある。そうすると、処理ガスの放電空間への導入流量が長手方向に不均一になる。また、精度良く組み立てたとしても、プラズマ生成時、構成部材が温度上昇により変形し、ガス導入路の厚さが長手方向で不均一になるおそれがある。そうすると、同様に、処理の均一性が損なわれるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明は、処理ガスを放電空間でプラズマ化し被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する装置であって、
（ａ）長手方向に延びる電極本体を含み、前記長手方向に延びる第１面と、この第１面の幅方向の縁と交差して前記長手方向に延びる第２面とを有する第１電極部と、
（ｂ）前記第１面と対向して前記長手方向に延び、第１電極部との間に前記放電空間を画成するとともに、この放電空間に連なる噴出口が前記第１面との対向面から反対側の面へ貫通するように形成され、前記反対側の面が前記被処理物と対向される第２電極部と、
（ｃ）前記第２面と対向して前記長手方向に延び、第２面との間に処理ガスを前記放電空間に導入する導入路を画成する導入路画成部材と、
を備え、前記導入路画成部材と前記第２面との間にスペーサが介在されていることを特徴とする。
これによって、第１電極部と導入路画成部材との間の間隔を一定に維持でき、導入路の厚さを長手方向に均一に維持できる。この結果、処理の均一性を確保することができる。
【０００５】
前記スペーサが、前記導入路画成部材と前記第２面との間に介在される第１スペーサ部と、この第１スペーサ部と角度をなして連なるとともに前記第１面と第２電極部間に介在される第２スペーサ部とを有していることが好ましい。
これによって、第１電極部と導入路画成部材との間の間隔と併せて第１電極部と第２電極部との間の間隔をも一定に維持でき、導入路だけでなく放電空間の厚さをも長手方向に均一に維持できる。この結果、処理の均一性を一層確実に確保することができる。
【０００６】
前記第１スペーサ部の前記第２面を向く面と、前記第２スペーサ部の前記第１面を向く面とのなす角が、曲面状になっていることが好ましい。
これによって、第１スペーサ部と第２スペーサ部との隅角部への応力集中を緩和ないしは解消でき、スペーサの破損を防止することができる。
【０００７】
前記第１電極部が、前記電極本体を囲むとともに前記長手方向に延びる電極収容部材を更に含み、この電極収容部材の互いに交差するとともに前記長手方向に延びる２つの壁部のうち一方の外側面が前記第１面となり他方の外側面が前記第２面となっており、少なくとも前記第１面を有する壁部が、固体誘電体にて構成されていることが好ましい。
これによって、電極収容部材の一部を電極本体の放電生成面を覆う固体誘電体層として用いることができる。
【０００８】
前記第１電極部を囲むフレームを備え、このフレームの前記第２面と対向するフレーム部が前記導入路画成部材となっているが好ましい。
これによって、フレーム部を導入路画成部材として兼用することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スペーサによって第１電極部と導入路画成部材との間の間隔を一定に維持でき、ひいては処理ガスの導入路の厚さを長手方向に均一に維持できる。この結果、処理の均一性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の第１実施形態を説明する。
図１及び図２は、被処理物９の表面（上面）をプラズマ処理する装置Ｍを示したものである。被処理物９は、例えば大型液晶ディスプレイ用のガラス基板であるが、これに限定されるものではなく、有機フィルムや半導体ウェハなどであってもよい。処理内容は、例えば被処理物９の表面改質（親水化、撥水化等）であるが、これに限定されるものではない。
【００１１】
プラズマ処理装置Ｍは、処理ヘッド１と、移動手段２を備えている。移動手段２は、例えば搬送コンベアで構成されている。この移動手段２によって被処理物９が例えば左右方向に移動されるようになっている。これに代えて、移動手段２が処理ヘッドに接続されていてもよく、被処理物９が位置固定される一方、処理ヘッド１が移動されるようになっていてもよい。
【００１２】
処理ヘッド１は、搬送コンベア２の上方に離れ、図示しない架台に支持されている。図４に示すように、処理ヘッド１は、第１電極部１０と、第２電極部２０と、フレーム３０を備えている。
【００１３】
図１〜図３に示すように、第１電極部１０は、第１電極本体１１と、この電極本体１１を収容する電極収容部材１２を有している。電極本体１１は、ステンレスやアルミニウム等の金属で形成され、断面四角形をなして前後方向（図１の紙面直交方向）に長く延びる厚板状になっている。
【００１４】
電極収容部材１２は、上蓋２３と、第１誘電部材１４とを有している。上蓋１３は、耐腐食性の高い樹脂（絶縁体）で形成され、幅方向を左右に向け長手方向を前後に向けた長方形の板状になっている。上蓋１３は、第１電極部１０の上方に被さっている。上蓋１３の下面には左右一対の垂下壁１３ｂが下に突出して設けられている。垂下壁１３ｂは、電極本体１１の上半部を左右両側から挟むように配置され、前後方向に延びている。第１電極本体１１は箔やシートであってもよい。また、第１電極本体１１の断面形状は、長方形や台形などの四角形に限らず、四角形以外の多角形であっても良い。電極収容部材１２は、第１電極部材１１の全周を囲んでいるが、場合によっては全周を囲んでいなくてもよい。例えば、第１電極本体１１の上方部分を開放してもよい。
【００１５】
第１誘電部材１４は、アルミナ等のセラミック（固体誘電体）で形成され、底壁１４ａと、この底壁１４ａの左右両側に立設された側壁１４ｂを有して断面Ｕ字状をなし、前後方向（長手方向）に延びている。誘電部材１４の内部に第１電極本体１１の下側部分が収容されている。底壁１４ａに電極本体１１が載置され、電極本体１１の下面（放電生成面）が底壁１４ａの上面に当接されている。誘電部材１４は、電極本体１１の放電生成面を覆う固体誘電体層になっている。
【００１６】
図１及び図２に示すように、底壁１４ａの下面は、長手方向を前後に向け、幅方向を左右に向けている。この底壁１４ａの下面が、後記放電空間１ｐを画成する第１面１０ａを構成している。
【００１７】
図２に示すように、底壁１４ａの長手方向の両端部上には、セラミック等の絶縁体からなるエンドピース１５が載置されている。エンドピース１５は第１電極本体１１の長手方向の端面に宛がわれている。
【００１８】
側壁１４ｂは、電極本体１１の下半部を左右両側から挟むように配置され、前後方向に延びている。側壁１４ｂの上端面に垂下壁１３ｂの下端面が突き当てられている。垂下壁１３ｂと側壁１４ｂの外側面どうしは、互いに面一になっている。この面一をなす両壁１３ｂ，１４ｂの外側面どうしによって、後記導入路１ｂを画成する第２面１０ｂが構成されている。第２面１０ｂは、第１面１０ａの幅方向の端部と直角に交差するとともに、前後方向に延びている。誘電部材１４における第１面１０ａと第２面１０ｂの角１４ｃは、Ｒ面取りされている。
【００１９】
第１電極部１０の下側に第２電極部２０が配置されている。第２電極部２０は、第２電極本体２１と第２誘電部材２２を有している。第２電極本体２１は、ステンレスやアルミニウム等の金属で形成され、幅方向を左右に向け、長手方向を前後に向けた長方形の板状になっている。
第２電極本体２１の下方を被処理物９が左右に通されるようになっている。
第２電極本体２１の下面２０ｂは、被処理物９と対向すべき面になっている。
【００２０】
第２誘電部材２２は、アルミナ等のセラミックで構成され、幅方向を左右に向け、長手方向を前後に向けた板状になっている。第２誘電部材２２は、第２電極本体２１の上面（放電生成面）に載置され当接されている。第２誘電部材２２は、第２電極本体２１の放電生成面を覆う固体誘電体層になっている。
第２誘電部材２２の上面２０ａは、長手方向を前後に向け、幅方向を左右に向け、第１面１０ａと対向している。第１面１０ａとその対向面２０ａとの間に電極部間空間１ａが画成されている。
第２誘電部材２２の前後方向の両端部には支持凸部２２ｂがそれぞれ設けられている。この支持凸部２２ｂに第１誘電部材１４の前後方向の端部が載置され支持されている。
【００２１】
図１に示すように、処理ガス供給源４から処理ガス供給路４ａが延び、この供給路４ａが２つに分岐して、後述する経路３１ｂ，３１ｃ，１ｂを介して電極部間空間１ａの左右両側部にそれぞれ連なっている。処理ガス供給源４は、処理目的に応じた処理ガス（例えば、Ｎ２、Ｏ２、Ｈｅ、Ａｒ、ハロゲン系ガス等）を供給するようになっている。
【００２２】
図２に示すように、第１電極本体１１は電源３に接続されている。第２電極本体２１は、接地線３ａを介して電気的に接地されている。電源３からの電力供給によって電極本体１１，２１間に電界が印加され、大気圧近傍のグロー放電が発生してプラズマＰＬが生成されるようになっている。これにより、図１に示すように、電極部間空間１ａの中央部が放電空間１ｐとなり、この放電空間１ｐに導入された処理ガスがプラズマ化（分解、励起、活性化、ラジカル化、イオン化等）されるようになっている。
ここで、大気圧近傍とは、１．０１３×１０４〜５０．６６３×１０４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡易化の観点からは、１．３３３×１０４〜１０．６６４×１０４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０４〜１０．３９７×１０４Ｐａがより好ましい。
【００２３】
第２誘電部材２２には複数の噴出導孔２２ａが形成されている。第２電極本体２１には複数の噴出孔２１ａが形成されている。噴出導孔２２ａの下方に噴出孔２１ａが連なっている。噴出導孔２２ａと噴出孔２１ａによって噴出口２５が構成されている。噴出口２５は、第１面１０ａとの対向面２０ａから被処理物対向面２０ｂに貫通している。
図１及び図２において太線矢印で示すように、放電空間１ｐ内でプラズマ化された処理ガスＧが、噴出口２５を経て下方へ噴き出される。この処理ガスＧが、移動手段２で搬送されて来た被処理物９に接触する。これにより、被処理物９が表面処理される。
【００２４】
図４に示すように、フレーム３０は、処理ヘッド１の左右両サイドを構成する一対のサイドフレーム部３１（導入路画成部材）と、処理ヘッド１の前後の端面を構成する一対のエンドフレーム部３２とを有し、前後方向に延びる長方形の枠になっている。フレーム部３１，３２は、ステンレスやアルミニウム等の金属で形成されている。サイドフレーム部３１は、前後方向に長く延びている。エンドフレーム部３２は、左右方向に短く延びている。
フレーム３０の下側の開口は、第２電極本体２１で塞がれている。
図４において、符号３５は、処理ヘッド構成部材どうしを連結するボルトである。
【００２５】
図３に示すように、左右の各サイドフレーム部３１には、ガス導入ヘッダ路３１ｂが形成されている。ヘッダ路３１ｂは、サイドフレーム部３１の長手方向に延びている。ヘッダ路３１ｂの長手方向の一端部に処理ガス供給路４ａが連なっている。ヘッダ路３１ｂの長手方向の他端部は閉塞されている。
各サイドフレーム部３１には多数のガス導孔３１ｃが形成されている。各導孔３１ｃは、ヘッダ路３１ｂから側方へ延び、サイドフレーム部３１の内側面（第２面１０ｂを向く面）に達している。導孔３１ｃは、サイドフレーム部３１の長手方向に等間隔置きに配置されている。
【００２６】
図１に示すように、左右それぞれのサイドフレーム部３１と第２面１０ｂとの間にガス導入路１ｂが画成されている。ガス導入路１ｂは、流路方向を上下に向けるとともに前後方向に延びるスリット状をなしている。ガス導入路１ｂの厚さ（図１の左右方向の寸法）は数ｍｍ（例えば２ｍｍ程度）である。ガス導入路１ｂの上側部に上記導孔３１ｃが連なっている。ガス導入路１ｂの下端部が、電極部間空間１ａひいては放電空間１ｐに連なっている。
供給路４ａからの処理ガスは、ヘッダ路３１ｂ内を一端部から他端部へ流れながら各導孔３１ｃを経てガス導入路１ｂに順次流入する。その後、処理ガスは、ガス導入路１ｂ内を下方へ流れ、電極部間空間１ａへ導かれるようになっている。
【００２７】
さらに、図１〜図４に示すように、処理ヘッド１には複数のスペーサ４０が設けられている。スペーサ４０は、アルミナ等のセラミック（絶縁体）で構成されているが、これに限定されるものではなく硬質樹脂で構成されていてもよい。
【００２８】
図５に示すように、各スペーサ４０は、第１スペーサ部４１と、この第１スペーサ部４１と直角に交差する第２スペーサ部４２とを有し、Ｌ字形の薄い板状になっている。第１スペーサ部４１の内側面（第２面１０ｂを向く面）と第２スペーサ部４２の上面（第１面１０ａを向く面）との間の角４０ｃは、円弧状の曲面になっている。
【００２９】
図２及び図３に示すように、スペーサ４０は、左右の各ガス導入路１ｂの長手方向に間隔を置いて配置されている。図１に示すように、第１スペーサ部４１は、サイドフレーム部３１と第２面１０ｂとの間に介在され、ガス導入路１ｂの内部に収容されている。
【００３０】
図５に示すように、サイドフレーム部３１の内側面にはスペーサ収容凹部３１ａが形成されている。この収容凹部３１ａに第１スペーサ部４１の背部（第２スペーサ部４２側とは反対側）が嵌め込まれている。
【００３１】
図１に示すように、第２スペーサ部４２は、第１面１０ａと第２誘電部材２２との間に介在され、電極部間空間１ａの内部に収容されている。
スペーサ４０の曲面部４０ｃが誘電部材１４のＲ面取り部１４ｃに宛がわれている。
【００３２】
図１及び図２において、符号３１ｄ，３２ｄは、冷却媒体を通すためにフレーム部３１，３２にそれぞれ形成された冷却路である。
【００３３】
上記構成のプラズマ処理装置Ｍによれば、電極部材１４やフレーム部３１などのヘッド構成部材１０，２０，３０が長尺であっても、スペーサ４０を設けることにより、精度よく組み立てることができ、斜めに装着されるのを防止することができる。したがって、ガス導入路１ｂの厚さが長手方向に均一になるようにすることができる。表面処理運転時には、プラズマ生成によって電極部１０，２０が高温化し、その熱伝導でフレーム３０も高温化する。これによりヘッド構成部材１０，２０，３０が発熱して熱変形しようとする。特に、各ヘッド構成部材１０，２０，３０は長手方向と直交する方向に撓むように変形しやすい。一方、サイドフレーム部３１と第２面１０ｂとの間に介在された第１スペーサ部４１によってサイドフレーム部３１及び第１誘電部材１４の変形を阻止でき、サイドフレーム部３１と第２面１０ｂとの間の間隔を一定に維持できる。したがって、ガス導入路１ｂの厚さを長手方向のどの位置でも均一に維持できる。ひいては放電空間１ｐへ導入される処理ガス流を長手方向の位置に依らず均一に維持できる。
さらに、第１面１０ａと第２誘電部材２２との間に介在された第２スペーサ部４２によって誘電部材１４及び２２の変形を阻止でき、第１面１０ａと第２誘電部材２２との間の間隔を一定に維持できる。したがって、放電空間１ｐの厚さを長手方向のどの位置でも均一に維持できる。ひいては放電空間１ｐ内での処理ガスの流れを均一に維持できる。
この結果、各噴出口２５から均質なプラズマガスを噴出でき、表面処理の均一性を確保することができる。
スペーサ４０は、薄板状の小片であるため、処理ガスの流通を妨げたり、乱したりすることがほとんどない。
スペーサ４０の隅角部４０ｃを曲面にすることによって隅角部４０ｃへの応力集中を緩和ないしは解消でき、スペーサ４０の破損を防止することができる。
第１誘電部材１４のＲ面取り部１４ｃによって第１面１０ａと第２面１０ｂとの間に電界が集中するのを回避できる。
【００３４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、当業者に自明の範囲内で種々の改変をなすことができる。
例えば、スペーサ４０は、第１スペーサ部４１だけを有し、第２スペーサ部４２を有していなくてもよい。スペーサ４０は、左右の各ガス導入路１ｂの例えば長手方向のちょうど中央部に１つだけ設けられていてもよい。
スペーサ４０は、第１誘電部材１４や第２誘電部材２２などの他の部材に一体的に設けられていてもよい。
本発明は、表面改質に限られず、洗浄、アッシング、エッチング、成膜等の種々の表面処理に適用可能であり、大気圧近傍下でのプラズマ処理に限られず、低圧下でのプラズマ処理にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や半導体ウェハの製造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示し、図２のＩ−Ｉ線に沿う正面断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う上記プラズマ処理装置の側面断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う上記プラズマ処理装置の処理ヘッドの平面断面図である。
【図４】上記処理ヘッドの分解斜視図である。
【図５】上記処理ヘッドのスペーサの設置構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｍ        プラズマ処理装置
１        処理ヘッド
１ａ      電極部間
１ｂ      ガス導入路
１ｐ      放電空間
２        移動手段
３        電源
３ａ      接地線
４        処理ガス供給源
４ａ      供給路
９        被処理物
１０      第１電極部
１０ａ    第１面
１０ｂ    第２面
１１      第１電極本体
１２      電極収容部材
１３      上蓋
１３ｂ    垂下壁
１４      第１誘電部材
１４ａ    底壁
１４ｂ    側壁
１４ｃ    Ｒ面取り部
１５      エンドピース
２０      第２電極部
２０ａ    第１面との対向面
２０ｂ    被処理物との対向面
２１      第２電極
２１ａ    噴出孔
２２      第２誘電部材
２２ａ    噴出導孔
２２ｂ    支持凸部
２５      噴出口
３０      フレーム
３１      サイドフレーム部（導入路画成部材）
３１ａ    スペーサ収容凹部
３１ｂ    ガス導入ヘッダ路
３１ｃ    ガス導孔
３１ｄ    冷却路
３２      エンドフレーム部
３２ｄ    冷却路
３５      ボルト
４０      スペーサ
４０ｃ    曲面部
４１      第１スペーサ部
４２      第２スペーサ部
【図１】
2009199740.tif 000003
【図２】
2009199740.tif 000004
【図３】
2009199740.tif 000005
【図４】
2009199740.tif 000006
【図５】
2009199740.tif 000007