(57)【要約】【課題】プラズマ表面処理において、固体誘電体層がヒートショック等で破損するのを防止する。【解決手段】処理ヘッド１０に電極１１，１２を設け、これら電極１１，１２の放電生成面を固体誘電体層１３，１４でそれぞれ覆う。電極１１，１２の長手方向の中央部に対応する箇所には温度センサ３０を設け、その検出結果を制御部５に入力する。制御部５は、センサ３０の検出値に基づき電源３からの供給電力を制御する。【選択図】図１
2009193741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスを、電源からの電力供給による放電により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、
前記放電を行なう電極と、この電極の放電を生成する面を覆う固体誘電体層とを含む処理ヘッドと、
前記処理ヘッドに設けられ、温度又は応力を検出するセンサと、
前記センサの検出値に基づき、前記電源からの供給電力を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記センサの検出値が所定のしきい値を超えたとき、前記供給電力の増大を制限す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】
前記センサと前記電極とを絶縁する絶縁部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電極が、一方向に延びる長尺状をなしており、
前記センサが、前記電極の長手方向の中央部に対応する箇所に配置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。
【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、成膜等のプラズマ処理を行なう装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて被処理物の表面を処理するプラズマ処理装置は公知である。例えば、特許文献１に記載のプラズマ処理装置は、一対の電極を含む処理ヘッドを備えている。一方の電極は電源に接続され、他方の電極は接地されている。電極どうしの対向面には固体誘電体層が設けられている。電源からの電力供給によって電極間に電界が印加され、プラズマ放電が生成される。この電極間でプラズマ化された処理ガスが処理ヘッドから噴き出されて被処理物に接触し、表面処理がなされる。
【特許文献１】特開平９−９２４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プラズマ処理装置の運転時には電極や固体誘電体層をはじめとする処理ヘッドの構成部材が熱を持ち、変形しようとする。電極への供給電力が大き過ぎると、セラミックからなる固体誘電体層がヒートショックや周辺の処理ヘッド構成部材の熱変形により破損するおそれがある。
【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、電源からの電力供給による放電により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、
前記放電を行なう電極と、この電極の放電を生成する面を覆う固体誘電体層とを含む処理ヘッドと、
前記処理ヘッドに設けられ、温度又は応力を検出するセンサと、
前記センサの検出値に基づき、前記電源からの供給電力を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、電源からの供給電力が過度に大きくなるのを回避でき、固体誘電体層がヒートショック等で破損するのを防止することができる。
【０００５】
前記制御部は、前記センサの検出値が所定のしきい値を超えたとき、前記供給電力の増大を制限することが好ましい。
これによって、電源からの供給電力が過度に大きくなるのを確実に回避できる。
【０００６】
前記センサと前記電極とを絶縁する絶縁部材を設けるのが好ましい。
これによって、前記センサの金属部と前記電極との間で異常放電が発生するのを防止でき、センサが破壊されるのを防止することができる。
【０００７】
前記電極が、一方向に延びる長尺状をなしている場合、前記センサが、前記電極の長手方向の中央部に対応する箇所に配置されていることが好ましい。
これによって、電極及びその他の処理ヘッド構成部材の熱変形を確実に検知でき、固体誘電体層の破損を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電源からの供給電力が過度に大きくなるのを回避でき、固体誘電体層がヒートショック等で破損するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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１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。
【００１０】
プラズマ処理装置１は、移動手段２と、処理ヘッド１０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１０が移動されるようになっていてもよい。
【００１１】
処理ヘッド１０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１〜図３に示すように、処理ヘッド１０は、ハウジング１９と、このハウジング１９内に収容された第１電極１１とを備えている。
【００１２】
ハウジング１９は、トッププレート１５とフレーム１６を含み、図１の紙面と直交する前後方向に延びる直方体の箱状になっている。トッププレート１５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。図３に示すように、フレーム１６は、処理ヘッド１０の左右両サイドを構成する一対のサイドフレーム１６ａと、処理ヘッド１０の前後の端面を構成する一対のエンドフレーム１６ｂ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１６ａ，１６ｂ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１６ａは、前後方向に長く延びている。エンドフレーム１６ｂは、左右方向に短く延びている。
【００１３】
第１電極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、図２の左右方向）に長く延びる厚板状になっている。
【００１４】
図１に示すように、第１電極１１は、第１固体誘電部材１３に収容されている。第１固体誘電部材１３は、アルミナ等のセラミックで形成され、大略Ｕ字状の断面を有し、前後方向に延びている。第１電極１１の底面（放電生成面）が第１固体誘電部材１３の底部の上面に当接されている。第１固体誘電部材１３は、第１電極１１の放電生成面を覆う固体誘電体層になっている。この第１固体誘電部材１３が、第１電極１１と共にフレーム１６の内部に収容されている。図２に示すように、第１固体誘電部材１３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１７が設けられている。エンドピース１７は、第１電極１１の端面とエンドフレーム１６ｂとの間に挟まれ、第１電極１１をエンドフレーム１６ｂから絶縁している。
【００１５】
図１及び図２に示すように、処理ヘッド１０の底部には第２電極１２が配置されている。第２電極１２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１２は、フレーム１６の下端開口を塞ぎ、ハウジング１９の底板を構成している。
【００１６】
第２電極１２上に第２固体誘電部材１４が配置されている。第２固体誘電部材１４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固体誘電部材１４は、第２電極１２の上面（放電生成面）に載置され当接されている。第２固体誘電部材１４は、第２電極１２の放電生成面を覆う固体誘電体層になっている。第２固体誘電部材１４の前後方向の両端部には支持凸部１４ｂがそれぞれ設けられている。この支持凸部１４ｂに第１固体誘電部材１３の前後方向の端部が載置され支持されている。
図３において、符号１８は、処理ヘッド構成部材どうしを連結するボルトである。
【００１７】
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つに分岐して固体誘電部材１３，１４間の空間１０ａ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）を供給路４ａを介して空間１０ａに供給するようになっている。
【００１８】
図２に示すように、第１電極１１は電源３に接続されている。第２電極１２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１１，１２間に電界が印加され、大気圧近傍下で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、空間１０ａの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。
【００１９】
第２固体誘電部材１４には複数の噴出導孔１４ａが形成されている。第２電極１２には複数の噴出口１２ａが形成されている。噴出導孔１４ａの下方に噴出口１２ａが連なっている。図１及び図２において太線矢印で示すように、空間１０ａ内でプラズマ化された処理ガスＧが、噴出導孔１４ａ、噴出口１２ａ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。
【００２０】
本発明の最も特徴的な部分について説明する。
処理ヘッド１０には温度センサ３０が設けられている。温度センサ３０は例えばサーモスタット等で構成されている。図１及び図３に示すように、温度センサ３０は絶縁ケース３１（絶縁部材）に収容されている。絶縁ケース３１は、例えばアルミナ等のセラミック（絶縁材料）にて構成されている。絶縁ケース３１の形状は、例えば１の面が開口された直方体の箱状になっているが、温度センサ３０を収容可能な形状であれば、これに限定されるものではない。
【００２１】
第１固体誘電部材１３の側壁の外面の長手方向のちょうど中央部には、センサ収容凹部１３ａが形成されている。このセンサ収容凹部１３ａに絶縁ケース３１が嵌め込まれている。これにより、温度センサ３０が、第１電極１１の長手方向の中央部に対応する位置に配置されている。絶縁ケース３１の開口は外側（第１電極１１側とは反対側）を向いている。
【００２２】
温度センサ３０からの検出信号線５ａが制御部５に接続されている。詳細な図示は省略するが、制御部５は、ＣＰＵやメモリや電源駆動回路を含み、メモリには温度センサ３０による検出温度についての所定のしきい値が設定されている。このしきい値は、可変調節できるようになっていてもよい。しきい値は、検出温度と異常放電の発生との関係について予め求めた実験結果をもとに決めるのが好ましい。制御部５の電源駆動回路から制御信号線５ｂが延び、電源３に接続されている。制御部５には更に供給電力設定部６が付設されている。設定部６は、入力キー又はダイヤル等を含んでいる。作業者がこの設定部６を操作して供給電力を設定すると、制御部５によって電源３の供給電力が上記設定値になるよう制御動作が行なわれる。
【００２３】
上記構成のプラズマ処理装置によれば、表面処理運転時の電力供給によって処理ヘッド１０の電極１１，１２が高温化し、他のヘッド構成部材１３〜１９も高温化する。この温度上昇が温度センサ３０にて検出される。検出値は制御部５に入力される。制御部５は、この検出値に基づいて電源３を制御する。具体的には、２０の検出温度が上記しきい値以内であるか否かを判断する。しきい値以内であるときは、設定部６による供給電力設定値の増大操作を許容し、この設定値に応じた電力供給がなされるよう電源３を制御する。一方、検出温度がしきい値を超えると、設定部６による供給電力設定値の増大操作があっても、電源３の供給電力を増大させないようにする。これによって、処理ヘッド１０の各構成部材の温度が過度に上昇するのを防止できる。その結果、固体誘電部材１３，１４がヒートショックや他の処理ヘッド構成部材の変形等により破損するのを防止することができる。温度センサ３０が電極１１の長手方向の中央部に対応する位置に配置されているため、処理ヘッド構成部材の熱変形を確実に検知でき、固体誘電部材１３，１４の破損を確実に防止することができる。
なお、設定部６によって供給電力設定値を低減する操作があった場合は、温度センサ３０の検出温度がしきい値内のときは勿論、しきい値を上回っているときも、低減後の設定値により電力供給がなされるよう制御が行なわれる。
絶縁性のケース３１によって、第１電極１１と温度センサ３０の金属部との間で異常放電が生じるのを防止でき、温度センサ３０が破壊されるのを防止することができる。
【００２４】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
図４及び図５に示す第２実施形態では、センサとして温度センサ３０に代えて応力センサ３２が用いられている。応力センサ３２は、例えば圧電センサ等で構成され、部材に加えられた応力（圧力）や歪みを検知する。
【００２５】
図４に示すように、応力センサ３２は、サイドフレーム１６ａの下端と第２電極１２との間に配置されている。サイドフレーム１６ａの下端面にセンサ収容凹部１６ｃが形成され、このセンサ収容凹部１６ｃに応力センサ３２が収容されている。図５に示すように、応力センサ３２は、処理ヘッド１０の長手方向のちょうど中央部に配置されている。
【００２６】
制御部５には、応力センサ３２の検出値についての所定のしきい値が設定されている。しきい値は、応力と異常放電の発生との関係について予め求めた実験結果をもとに決めるのが好ましい。
処理運転時には、電極１１，１２の加熱によりヘッド構成部材１１〜１９が熱変形しようとする。これにより、応力センサ３２によってサイドフレーム１６ａ若しくは電極１１の歪みが検出される。或いは、サイドフレーム１６ａと電極１１との間の圧縮応力が検出される。この検出信号が制御部５に入力される。制御部５は、センサ検出値が上記しきい値以内であるか否かを判断する。しきい値以内であるときは、設定部６による供給電力設定値の増大操作を許容し、この設定値に応じた電力供給がなされるよう電源３を制御する。一方、センサ検出値がしきい値を超えると、設定部６による供給電力設定値の増大操作があっても、電源３の供給電力を増大させないようにする。これによって、固体誘電部材１３，１４がヒートショックや熱変形等により破損を防止することができる。
応力センサ３２は、接地された金属部材１２，１６に囲まれているため、第１電極１１と応力センサ３２の金属部との間で異常放電が発生する心配はない。
【００２７】
図６は、応力センサ３２を用いた実施形態の変形例を示したものであり、応力センサ３２が、第２電極１２とサイドフレーム１６ａとの間に代えて、トッププレート１５と第１電極１１との間に配置されている。
応力センサ３２が第１電極１１の長手方向のちょうど中央部に対応する箇所に配置されている点については既述の実施形態と同様である。
【００２８】
応力センサ３２は、絶縁ケース３３（絶縁部材）に収容されている。絶縁ケース３３がトッププレート１５と第１電極１１との間に挟まれている。絶縁ケース３３は、アルミナ等のセラミック（絶縁体）で形成されている。これによって、電極１１と応力センサ３２の金属部とが絶縁されている。
【００２９】
図１〜図６に示す処理ヘッド１０では電極１１，１２が上下に対向していたが、図７に示す処理ヘッド１０Ｘでは、電極１１，１２が左右に対向している。これら電極１１，１２は、共に四角形断面を有し、前後に長く延びている。電極１１，１２の放電生成面を覆うべき固体誘電部材１３，１４は、共にコ字状の断面を有し、前後に長く延びている。第１固体誘電部材１３に第１電極１１が収容され、第２固体誘電部材１４に第２電極１２が収容されている。固体誘電部材１３，第２固体誘電部材１４どうしの対向面間に処理ガスの通路１０ｂが画成されている。この通路１０ｂにおいて処理ガスがプラズマ化されて下方へ噴き出され、処理ヘッド１０Ｘの下方に配置された被処理物９（図示省略）に接触して表面処理がなされるようになっている。
【００３０】
第１電極１１及び第１固体誘電部材１３の背部（第２電極１２側とは反対側）に樹脂製の絶縁ホルダ４１が設けられている。絶縁ホルダ４１は、第１固体誘電部材１３の上面にも被さっている。絶縁ホルダ４１の背面に金属製のサイドプレート４３が設けられている。
【００３１】
第２電極１２及び第２固体誘電部材１４の背部（第１電極１１側とは反対側）に樹脂製の絶縁ホルダ４２が設けられている。絶縁ホルダ４２は、第２固体誘電部材１４の上面にも被さっている。絶縁ホルダ４２の背面に金属製のサイドプレート４４が設けられている。
【００３２】
第１固体誘電部材１３の上肩部の端面と絶縁ホルダ４１との間に、温度センサ３０が設けられている。温度センサ３０は、電極１１，１２の長手方向のちょうど中央部に対応する位置に配置されている。
この実施形態においても、温度センサ３０の検出値に基づいて制御部５（図示省略）によって電源３（図示省略）の出力を制御することにより、固体誘電部材１３，１４の破損を防止することができる。
【００３３】
図８は、処理ヘッド１０Ｘにおいて、温度センサ３０に代えて応力センサ３２を用いたものである。応力センサ３２は、絶縁ホルダ４１とサイドプレート４３の間に配置されている。この実施形態においても、応力センサ３２の検出値に基づいて電源３（図示省略）の出力を制御することにより、固体誘電部材１３，１４の破損を防止することができる。
【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、制御部５は、センサ３０，３２の検出値がしきい値を超えたとき、電源の供給電力の増大を制限するだけでなく、供給電力を低下させたり、電力供給自体を停止させたりすることにしてもよい。アラーム等の報知手段を設け、センサ３０，３２の検出値がしきい値を超えたときは上記報知手段を動作させて報知することにしてもよい。
センサ３０，３２の配置位置は、処理ヘッド構成部材の温度や歪応力を検知可能な箇所であればよく、上記の各実施形態の箇所に限定されるものではない。
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、乾燥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】上記プラズマ処理装置の処理ヘッドの分解斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置を示し、図５のＩＶ−ＩＶ線に沿う正面断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う側面断面図である。
【図６】第２実施形態の変形例を示す側面断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の処理ヘッドを、長手方向の中央部で切断して矢視した斜視図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るプラズマ処理装置の処理ヘッドを、長手方向の中央部で切断して矢視した斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１        プラズマ処理装置
２        移動手段
３        電源
３ａ      接地線
４        処理ガス供給源
４ａ      供給路
５        制御部
５ａ      検出信号線
５ｂ      制御信号線
６        設定部
９        被処理物
１０      処理ヘッド
１０ａ    電極間空間
１０ｂ    処理ガス通路
１０Ｘ    処理ヘッド
１１      第１電極
１２      第２電極
１２ａ    噴出口
１３      第１固体誘電部材
１３ａ    センサ収容凹部
１４      第２固体誘電部材
１４ａ    噴出導孔
１４ｂ    支持凸部
１５      トッププレート
１６      フレーム
１６ａ    サイドプレーム
１６ｂ    エンドプレーム
１６ｃ    センサ収容凹部
１７      エンドピース
１８      ボルト
１９      ハウジング
３０      温度センサ
３１      絶縁ケース（絶縁部材）
３２      応力センサ
３３      絶縁ケース（絶縁部材）
４１      絶縁ホルダ
４２      絶縁ホルダ
４３      サイドプレート
４４      サイドプレート
【図１】
2009193741.tif 000003
【図２】
2009193741.tif 000004
【図３】
2009193741.tif 000005
【図４】
2009193741.tif 000006
【図５】
2009193741.tif 000007
【図６】
2009193741.tif 000008
【図７】
2009193741.tif 000009
【図８】
2009193741.tif 000010