(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料で形成される反応容器の外側に複数の電極を設け、反応容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器の内側に気体放電を発生し、この気体放電により生じる活性種を含むガス流を反応容器から吹き出して被処理物に供給することによって、被処理物の表面処理を行う表面処理装置において、気体放電を発生するための放電発生部とガス流を吹き出すための吹き出し部とを備えて略円筒状の反応容器を形成し、放電発生部の径よりも吹き出し部の径を小さくすることにより、反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのを抑制して被処理物へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器に設けて成ることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
絶縁材料で形成される反応容器の外側に複数の電極を設け、反応容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器の内側に気体放電を発生し、この気体放電により生じる活性種を含むガス流を反応容器から吹き出して被処理物に供給することによって、被処理物の表面処理を行う表面処理装置において、気体放電を発生するための放電発生部とガス流を吹き出すための吹き出し部とを備えて略角筒状の反応容器を形成し、放電発生部の狭小側の寸法よりも吹き出し部の狭小側の寸法を小さくすることにより、反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのを抑制して被処理物へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器に設けて成ることを特徴とする表面処理装置。
【請求項３】
吹き出し部の径／放電発生部の径あるいは吹き出し部の狭小側の寸法／放電発生部の狭小側の寸法が０．００５〜０．９９であり、放電発生部の径あるいは放電発生部の狭小側の寸法が０．５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
吹き出し部の径／吹き出し部の長さあるいは吹き出し部の狭小側の寸法／吹き出し部の長さが０．００２〜１９．９であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項５】
吹き出し部の基部と吹き出し部に最も近い電極との距離／吹き出し部の長さが０．００２〜５０であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理装置を用いた表面処理方法であって、反応容器に設けたアーク抑制手段により反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのを抑制して被処理物へのアークを抑制することを特徴とする表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物の表面に存在する有機物等の異物のクリーニング、レジストの剥離やエッチング、有機フィルムの密着性の改善、金属酸化物の還元、成膜、めっき前処理、コーティング前処理、各種材料・部品の表面改質などの表面処理に利用される表面処理装置、及びこれを用いた表面処理方法に関するものであり、特に、精密な接合が要求される電子部品の表面のクリーニングに好適に応用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、気体放電により生じる活性種を含むガスやプラズマを用いてクリーニング等の表面処理が行われている。例えば、特開平３−２１９０８２号公報に記載された吹出型表面処理装置は、高圧電極と接地電極の間に形成される放電空間を配置した放電部を形成し、放電部にその上流側から反応ガスを流入させると共にこの反応ガスが放電空間を通過した後放電部の下流側に設けた吹出口から吹き出して被処理物に噴出する構成からなり、高圧電極と接地電極の間に高電圧を印加して大気圧近傍でグロー放電あるいは無声放電する放電空間に反応ガスを通過させてプラズマ励起するようにしたものである。そして、この吹出型表面処理装置はプラズマ励起した反応ガスに含まれているイオンや電子等の活性種を被処理物に供給することによって被処理物の表面処理を行うものである。
【０００３】
上記の吹出型表面処理装置において、表面処理の能力を高めるために各種の方法が採用されている。例えば、反応ガスの流量を増加させることにより吹出口からの反応ガスの流速を増加させることにより表面処理の能力を高めることが行われている。しかし、この場合、反応ガスの消費量が増大するために表面処理のランニングコストが増加して経済的に不利になるという問題があった。また、表面処理の能力を高めるための他の方法としては放電空間に投入する印加電力を増加させる方法がある。この場合、吹出口から吹き出す反応ガス中に含まれる活性種の密度が増加して表面処理の能力が高まるものであるが、これと同時に、吹出口から吹き出す反応ガスの温度が上昇して被処理物に熱的損傷が生じたり、被処理物と放電場との電位差が大きくなってアークが発生しやすくなったりするという問題があった。さらに、表面処理の能力を高めるための他の方法としては被処理物に反応ガスを供給する時間を長くするという方法がある。しかし、この場合、一つの被処理物の表面処理にかかる時間が長くなって生産性が低下するという問題があった。また、表面処理の能力を高めるための他の方法としては吹出口にできる限り近づけて高圧電極及び接地電極を配設すると共に吹出口の直下に被処理物を配置する方法がある。この場合、放電空間と被処理物の距離が短くなるために活性種が失活する前に被処理物に到達しやすくなって表面処理の能力が高まるものであるが、放電場から被処理物までの距離も短くなって放電場からの被処理物へのアークが生じやすく、このアークにより被処理物が損傷を受けるという問題があった。
【０００４】
また、特許第３１４７１３７号公報に記載された表面処理装置は、放電空間と被処理物との距離を小さくして表面処理の能力を高め、且つアークによる被処理物の損傷を生じないようにするために、活性種を含むガス流を吹き出すガス噴出口と被処理物の間に金属メッシュを介在させ、この金属メッシュを接地するようにしたものであるが、この場合、金属メッシュにより被処理物に供給されるガス流が遮られるために、表面処理の能力を高めることはできなかった。また、金属メッシュが腐食して酸化物（錆）が飛散し被処理物を汚すという恐れがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、ランニングコストの増加を抑えて経済的に不利にならず、また、被処理物に供給されるガス流の温度上昇を抑えて被処理物の熱的損傷を抑え、さらに、短時間で表面処理が行うことができて生産性の低下を抑え、加えて、被処理物の酸化物による汚染を抑え、しかも、アークによる被処理物の損傷を抑えながら表面処理の能力を高める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ものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る表面処理装置は、絶縁材料で形成される反応容器１の外側に複数の電極２、３を設け、反応容器１内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極２、３間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器１の内側に気体放電Ｐを発生し、この気体放電Ｐにより生じる活性種を含むガス流Ｇを反応容器１から吹き出して被処理物４に供給することによって、被処理物４の表面処理を行う表面処理装置において、気体放電Ｐを発生するための放電発生部６とガス流Ｇを吹き出すための吹き出し部７とを備えて略円筒状の反応容器１を形成し、放電発生部６の径Ｄ１よりも吹き出し部７の径Ｄ２を小さくすることにより、反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら気体放電Ｐで生じる発光Ｓが吹き出し部７に導入されるのを抑制して被処理物４へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器１に設けて成ることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係る表面処理装置は、絶縁材料で形成される反応容器１の外側に複数の電極２、３を設け、反応容器１内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極２、３間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器１の内側に気体放電Ｐを発生し、この気体放電Ｐにより生じる活性種を含むガス流Ｇを反応容器１から吹き出して被処理物４に供給することによって、被処理物４の表面処理を行う表面処理装置において、気体放電Ｐを発生するための放電発生部６とガス流Ｇを吹き出すための吹き出し部７とを備えて略角筒状の反応容器１を形成し、放電発生部６の狭小側の寸法Ｗ１よりも吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２を小さくすることにより、反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら気体放電Ｐで生じる発光Ｓが吹き出し部７に導入されるのを抑制して被処理物４へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器１に設けて成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る表面処理装置は、請求項１又は２に加えて、吹き出し部７の径Ｄ２／放電発生部６の径Ｄ１あるいは吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２／放電発生部６の狭小側の寸法Ｗ１が０．００５〜０．９９であり、放電発生部６の径Ｄ１あるいは放電発生部６の狭小側の寸法Ｗ１が０．５〜２０ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に係る表面処理装置は、請求項１乃至３のいずれかに加えて、吹き出し部７の径Ｄ２／吹き出し部７の長さＬあるいは吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２／吹き出し部７の長さＬが０．００２〜１９．９であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に係る表面処理装置は、請求項１乃至４のいずれかに加えて、吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い電極３との距離Ｋ／吹き出し部７の長さＬが０．００２〜５０であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項６に係る表面処理方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理装置を用いた表面処理方法であって、反応容器１に設けたアーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら気体放電Ｐで生じる発光Ｓが吹き出し部７に導入されるのを抑制して被処理物４へのアークを抑制することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１に本発明の表面処理装置の一例を示す。この表面処理装置は反応容器１と複数（一対）の電極２、３とを備えて形成されている。反応容器１は高融点の絶縁材料（誘電体材料）で形成されるものであって、例えば、石英ガラス、アルミナ、イットリア、ジルコニウムなどのガラス質材料やセラミック材料などで形成することができるが、これらの材料に限定されるものではない。また、反応容器１はその全体が上下方向に長い略円筒状に形成されるものであって、上部のガス流路部１０と下部の吹き出し部７が直線状に並んで構成されている。
【００１６】
ガス流路部１０は上下方向に長い真っ直ぐな円筒（円直管）で形成されており、その径（内径）は吹き出し部７の径（内径）よりも大きく形成されている。また、ガス流路部１０の上端面は導入口１１として全面に亘って開口されていると共にガス流路部１０の底部にはその略中央部を貫通するように接続口１２が設けられている。この接続口１２の口径は吹き出し部７の径（内径）と略等しく形成されている。一方、吹き出し部７は上下方向に長い真っ直ぐな円筒（円直管）で形成されており、その径（内径）はガス流路部１０の径（内径）よりも小さく形成されている。吹き出し部７の内側の空間は活性種を含むガスが流通する活性ガス流路１９として形成されている。また、活性ガス流路１９は吹き出し部７の上端面と下端面の全面に亘って開口されており、吹き出し部７の下端面における活性ガス流路１９の開口は吹き出し口１３として形成されている。そして、ガス流路部１０の下面に開口した接続口１２と吹き出し部７の上端面の開口とが位置合わせされた状態で、ガス流路部１０の下面と吹き出し部７の上端とが一体的に接合されることによって反応容器１が形成されている。従って、ガス流路部１０の内側の空間と吹き出し部７の活性ガス流路１９とは接続口１２を介して連通状態となっている。
【００１７】
電極２、３は銅、アルミニウム、真鍮、耐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）などの導電性の金属材料を用いてドーナツ状の円筒に形成されている。また、電極２、３の内部には冷却水循環路１６が設けられており、この冷却水循環路１６に冷却水を通して循環させることによって電極２、３が冷却可能に形成されている。さらに、電極２、３の表面（外面）には腐食の防止等の目的で金メッキ等のメッキを施すことができる。
【００１８】
そして、電極２、３の内周面を反応容器１のガス流路部１０の外周面に全周に亘って密着させるようにして、両方の電極２、３が反応容器１のガス流路部１０の外側に設けられている。また、電極２、３は反応容器１の長手方向すなわち上下方向に対向するように並べて配置されており、反応容器１のガス流路部１０において、上側の電極２の上端と下側の電極３の下端との間に対応する部分が放電発生部６として形成されており、この放電発生部６の内側の空間が放電空間１７として形成されている。また、反応容器１のガス流路部１０において吹き出し部７の上端である吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い電極である下側の電極３の下面との間に対応する部分がバッファ部１５として形成されている。従って、バッファ部１５の下部はその内周面と底面とで段形状に形成されている。
【００１９】
上記電極２、３には高電圧を発生する電源２０が接続されており、上側の電極２が高圧電極として、下側の電極３が低圧電極として形成されている。また、下側の電極３が接地されている場合、下側の電極３は接地電極として形成されるものである。尚、電極２、３の間隔はプラズマを安定に生成するために３〜２０ｍｍに設定するのが好ましい。そして、この電源２０により電極２、３間に高電圧を印加することによって、電極２、３を通じて電極２、３間の放電空間１７に交流あるいはパルス状の電界を印加することができるものである。交流の電界は休止時間（電圧が一定で定常状態になっている時間）が無いかほとんど無い電界波形（例えば、正弦波）を有するものであり、パルス状の電界は休止時間のある電界波形を有するものである。また、放電空間１７で気体放電Ｐを連続的に生成するのに必要な電極２、３間の電圧は反応容器１の厚みや放電空間１７の大きさ等によって異なるので適宜設定すればよいが、例えば、０．５〜５ｋＶに設定することができる。
【００２０】
電源２０として交流電源を用いた場合、放電空間１７に印加される交流電界の周波数は１ｋＨｚ〜２００ＭＨｚに設定するのが好ましい。交流電界の周波数が１ｋＨｚ未満であれば、放電空間１７での放電を安定化させることができなくなり、表面処理を効率よく行うことができなくなる恐れがある。また、交流電界の周波数が２００ＭＨｚを超えると、放電空間１７での気体放電（プラズマ）Ｐの温度上昇が著しくなり、反応容器１や電極２、３の寿命が短くなる恐れがあり、しかも、表面処理装置が複雑化及び大型化する恐れがある。また本発明において、放電空間１７に印加される印加電力の密度は２０〜３５００Ｗ／ｃｍ3に設定するのが好ましい。放電空間１７に印加される印加電力の密度が２０Ｗ／ｃｍ3未満であれば、気体放電Ｐを充分に発生させることができなくなり、逆に、放電空間１７に印加される印加電力の密度が３５００Ｗ／ｃｍ3を超えると、安定した放電を得ることができなくなる恐れがある。尚、印加電力の密度（Ｗ／ｃｍ3）は、（印加電力／放電空間１７の体積）で定義される。
【００２１】
本発明では、プラズマ生成用のガスとして不活性ガス（希ガス）あるいは不活性ガスと反応ガスの混合気体を用いる。不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンなどを使用することができるが、気体放電Ｐの安定性や経済性を考慮すると、アルゴンやヘリウムを用いるのが好ましい。また、反応ガスの種類は処理の内容によって任意に選択することができる。例えば、被処理物４の表面に存在する有機物のクリーニング、レジストの剥離、有機フィルムのエッチングなどを行う場合は、酸素、空気、ＣＯ2、Ｎ2Ｏなどの酸化性ガスを用いるのが好ましい。また、反応ガスとしてＣＦ4などのフッ素系ガスも適宜用いることができ、シリコンなどのエッチングを行う場合にはこのフッ素系ガスを用いるのが効果的である。また、金属酸化物の還元を行う場合は、水素、アンモニアなどの還元性ガスを用いることができる。反応ガスの添加量は不活性ガスの全量に対して１０体積％以下、好ましくは０．１〜５体積％の範囲である。反応ガスの添加量が０．１体積％未満であれば、表面処理効果が低くなる恐れがあり、反応ガスの添加量が１０体積％を超えると、気体放電Ｐが不安定になる恐れがある。
【００２２】
そして、本発明で被処理物４の表面処理を行うにあたっては次のようにして行う。まず、大気圧下あるいはその近傍の圧力下（９３．３〜１０６．７ｋＰａ（７００〜８００Ｔｏｒｒ））において、導入口１１から反応容器１のガス流路部１０の内側にプラズマ生成用のガスを導入する。ガス流路部１０に導入されたガスはガス流路部１０の内側の空間を上から下に向かって流れて放電発生部６の放電空間１７に流入する。ここで、電源２０により電極２、３の間に高電圧を印加することにより放電空間１７には交流又はパルス状の電界が印加されているので、この電界の印加により大気圧下あるいはその近傍の圧力下で放電空間１７に気体放電Ｐが発生すると共にこの気体放電Ｐによりプラズマ生成用のガスがプラズマ化されて放電空間１７に活性種が生成される。この後、放電空間１７で生じた活性種はプラズマ生成用のガスとともにそのガス流に載ってバッファ部１５に導入される。次に、活性種を含むガスはバッファ部１５の内側の空間から接続口１２を通じて吹き出し部７の活性ガス流路１９に導入される。そして、活性種を含むガスは活性ガス流路１９を上から下に向かって流れて吹き出し口１３から連続的にスポット状に吹き出されるものであり、吹き出し口１３の下側に被処理物４を配置し、活性種を含むガス流Ｇを吹き出し口１３から被処理物４の表面の一部又は全部に吹き付けて供給することによって、被処理物４の表面処理を行うことができる。
【００２３】
尚、吹き出し口１３の下側に被処理物４を配置するにあたっては、ベルトコンベア等の搬送装置で被処理物４を搬送するようにして行うことができる。また、搬送装置で複数の被処理物４を吹き出し口１３の下側に順次搬送することによって、複数の被処理物４を連続的に表面処理することができる。また、吹き出し口１３と被処理物４の表面との間の距離は、ガス流Ｇの流速、プラズマ生成用のガスの種類、被処理物４や表面処理の内容等によって適宜設定可能であるが、例えば、２〜１０ｍｍに設定することができる。
【００２４】
そして、本発明では放電発生部６の径Ｄ１よりも吹き出し部７の径Ｄ２を小さくすると共に吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い下側の電極３の下面とを離して配置することにより吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い下側の電極３との間にバッファ部１５を設けることによってアーク抑制手段が形成されているものであり、このアーク抑制手段により反応容器１の吹き出し口１３から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら被処理物４へのアークを抑制することができるものである。
【００２５】
すなわち、本発明において、反応容器１に導入口１１から供給されたプラズマ生成用のガスは放電発生部６の放電空間１７を通過することにより活性種を含むガスとなり、この活性種を含むガスが放電空間１７から吹き出し部７の活性ガス流路１９に導入された後、吹き出し口１３から吹き出されるものであるが、上記のように、放電発生部６の径Ｄ１よりも吹き出し部７の径Ｄ２を小さくすることによって、活性ガス流路１９の断面積（ガス流の方向と直交する面の断面積）を放電空間１７の断面積（ガス流の方向と直交する面の断面積）よりも小さくすることができ、これにより、放電空間１７におけるガス流よりも活性ガス流路１９におけるガス流を加速して、反応容器１の吹き出し口１３から吹き出すガス流Ｇの流速を放電空間１７におけるガス流よりも加速することができるものであり、吹き出し口１３から吹き出されるガス流Ｇの流速が速まることにより、表面処理の能力を高めることができるものである。
【００２６】
また、気体放電Ｐの発生時に放電空間１７では発光Ｓが生じるが、放電空間１７を流れるガス流で気体放電Ｐが下側に流されて吹き出し部７の活性ガス流路１９に侵入すると、上記の発光Ｓも活性ガス流路１９に侵入することになる。そして、発光Ｓが活性ガス流路１９に侵入すると、気体放電Ｐから被処理物４へのアークが生じやすくなる。そこで、本発明では放電発生部６と吹き出し部７の間に段形状のバッファ部１５を設けることにより、気体放電Ｐで生じる発光Ｓが吹き出し部７に導入されるのを抑制したものであり、これにより、放電空間１７を流れるガス流で気体放電Ｐ及び発光Ｓが下側に流されても発光Ｓをバッファ部１５の内側の空間に止めて活性ガス流路１９に侵入させないようにすることができ、アークの発生を防いでアークによる被処理物４の損傷を抑えることができるものである。
【００２７】
そして、本発明ではプラズマ生成用のガスの流量を増加させることなく吹き出し口１３からのガス流Ｇの流速を増加させて表面処理の能力を高めているので、プラズマ生成用のガスの消費量が増大しないものであり、従って、表面処理のランニングコストが増加することなく経済的に不利にならないものである。また、本発明では放電空間１７に投入する印加電力を増加させることなく、吹き出し口１３からのガス流Ｇの流速を増加させて表面処理の能力を高めているので、吹き出し口１３から吹き出す活性種を含むガスの温度が上昇することがなく、被処理物４に熱的損傷が生じないものであり、しかも、被処理物４と放電場（放電空間１７）との電位差が大きくならないのでアークが発生しにくいものである。さらに、本発明では活性種を含むガスを被処理物４に供給する時間を長くせずに吹き出し口１３からのガス流Ｇの流速を増加させて表面処理の能力を高めているので、一つの被処理物４の表面処理にかかる時間が長くならないようにすることができ、生産性が低下しないようにすることができるものである。また、本発明では放電場から被処理物４までの距離を短くすることなく、吹き出し口１３からのガス流Ｇの流速を増加させて表面処理の能力を高めているので、放電場からの被処理物４へのアークが生じにくくなって、アークにより被処理物４が損傷を受けないようにすることができるものである。また、本発明では吹き出し口１３と被処理物４の間に金属メッシュを介在させていないので、被処理物４に供給されるガス流Ｇが遮られることがなく、表面処理の能力が低下しないものであり、しかも、金属メッシュが腐食して酸化物（錆）が飛散し被処理物４を汚すという問題も発生しないものである。
【００２８】
上記の表面処理装置において、吹き出し部７の径（内径）Ｄ２と放電発生部６の径（内径）Ｄ１の比率は、Ｄ２／Ｄ１＝０．００５〜０．９９であることが好ましく、また、放電発生部６の径Ｄ１が０．５〜２０ｍｍであることが好ましいものであり、これらの範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら被処理物４へのアークを抑制することができなくなる恐れがある。また、上記の表面処理装置において、吹き出し部７の径Ｄ２と吹き出し部７の長さＬの比率は、Ｄ２／Ｌ＝０．００２〜１９．９であることが好ましいものであり、この範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速することができなくなる恐れがある。さらに、上記の表面処理装置において、吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い下側の電極３の下面との距離Ｋと吹き出し部７の上下方向の長さＬとの比率は、Ｋ／Ｌ＝０．００２〜５０であることが好ましい。この範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により被処理物４へのアークを抑制することができなくなる恐れがある。尚、上記の距離Ｋはバッファ部１５の上下方向の長さである。
【００２９】
図３に本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態の表面処理装置は、図１、２に示すものと比べて、反応容器１及び電極２、３の形状が異なるものであり、その他の構成は図１、２に示すものと同等である。反応容器１はその全体が上下方向及び幅方向に長い略角筒状に形成されるものであって、上部のガス流路部１０と下部の吹き出し部７が直線状に並んで構成されている。ガス流路部１０は上下方向及び幅方向に長い角筒（矩形の角管）で形成されており、その狭小側の寸法（内寸）Ｗ１は吹き出し部７の狭小側の寸法（内寸）Ｗ２よりも大きく形成されている。すなわち、ガス流路部１０は一対の対向配置された平板状の幅広壁１０ａと一対の対向配置された平板状の狭小壁１０ｂとで形成されるものであり、一対の幅広壁１０ａは互い平行に対向配置されていると共に一対の狭小壁１０ｂは下端に近づくほど互いの間隔が徐々に小さくなるように傾斜させて対向配置されている。狭小壁１０ａの傾斜角度θは筒軸方向（鉛直方向）に対して３〜３０°にすることができるが、これに限定されるものではない。そして、一対の狭小壁１０ｂが対向する方向を上記の幅方向とすると共に一対の幅広壁１０ａが対向する方向を狭小方向とするものであり、上記のガス流路部１０の狭小側の寸法Ｗ１は一対の幅広壁１０ａの間隔のことである。また、ガス流路部１０の上端面の略中央部には幅方向に長いスリット状の導入口１１が開口されていると共にガス流路部１０の下端面には幅方向に長いスリット状の接続口１２が開口されている。この接続口１２の大きさは吹き出し部７の上端面の開口の大きさ（内寸）と略等しく形成されている。
【００３０】
一方、吹き出し部７は上下方向及び幅方向に長い角筒（角管）で形成されており、その狭小側の寸法（内寸）Ｗ２はガス流路部１０の狭小側の寸法（内寸）Ｗ１よりも小さく形成されている。すなわち、吹き出し部７は一対の対向配置された平板状の幅広壁７ａと一対の対向配置された平板状の狭小壁７ｂとで形成されるものであり、一対の幅広壁７ａは互いに平行に対向配置されていると共に一対の狭小壁７ｂは下端に近づくほど互いの間隔が徐々に小さくなるように傾斜させて対向配置されている。狭小壁７ａの傾斜角度θは上記のガス流路部１０の狭小壁１０ａと同じである。そして、一対の狭小壁７ｂが対向する方向を上記の幅方向とすると共に一対の幅広壁７ａが対向する方向を狭小方向とするものであり、上記の吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２は一対の幅広壁７ａの間隔のことである。吹き出し部７の内側の空間は活性種を含むガスが流通する活性ガス流路１９として形成されている。また、活性ガス流路１９は吹き出し部７の上端面と下端面の全面に亘って開口されており、吹き出し部７の下端面における活性ガス流路１９の開口は吹き出し口１３として形成されている。
【００３１】
そして、ガス流路部１０の下面に開口した接続口１２と吹き出し部７の上端面の開口とが位置合わせされた状態で、ガス流路部１０の下面と吹き出し部７の上端とが一体的に接合されることによって反応容器１が形成されている。従って、ガス流路部１０の内側の空間と吹き出し部７の活性ガス流路１９とは接続口１２を介して連通状態となっている。
【００３２】
電極２、３は平面視で略ロ字状の角筒に形成されている以外は上記と同様に形成されるものであり、また、電極２、３は上記と同様にして反応容器１の外側に取り付けられている。そして、反応容器１のガス流路部１０において、上側の電極２の上端と下側の電極３の下端との間に対応する部分が放電発生部６として形成されており、この放電発生部６の内側の空間が放電空間１７として形成されている。また、反応容器１のガス流路部１０において吹き出し部７の上端である吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い電極である下側の電極３の下面との間に対応する部分がバッファ部１５として形成されている。従って、バッファ部１５の下部はその内周面と底面とで段形状に形成されている。
【００３３】
この表面処理装置において、吹き出し部７の狭小側の寸法（内寸）Ｗ２と放電発生部６の狭小側の寸法（内寸）Ｗ１の比率は、Ｗ２／Ｗ１＝０．００５〜０．９９であることが好ましく、また、放電発生部６の狭小側の寸法Ｗ１が０．５〜２０ｍｍであることが好ましいものであり、これらの範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら被処理物４へのアークを抑制することができなくなる恐れがある。また、上記の表面処理装置において、吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２と吹き出し部７の上下方向の長さＬの比率は、Ｗ２／Ｌ＝０．００２〜１９．９であることが好ましいものであり、この範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速することができなくなる恐れがある。さらに、上記の表面処理装置において、吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い下側の電極３の下面との距離Ｋと吹き出し部７の上下方向の長さＬとの比率は、Ｋ／Ｌ＝０．００２〜５０であることが好ましい。この範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により被処理物４へのアークを抑制することができなくなる恐れがある。尚、上記の距離Ｋはバッファ部１５の上下方向の長さである。
【００３４】
そして、この実施の形態の表面処理装置は図１、２に示すものと同様して表面処理を行うものであって、図１、２に示すものと同様の作用効果を奏するものである。また、図３、４に示す表面処理装置では、活性種を含むガス流Ｇを連続的にカーテン状に吹き出すことができ、図１、２に示すものに比べて被処理物４の広い面積に一度に活性種を含むガス流Ｇを吹き付けて供給することができ、処理効率を高めることができるものである。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。尚、実施例１〜２２、比較例１〜６においては表面処理装置の反応容器１の吹き出し口１３から５ｍｍ下流（下側）に被処理物４を１０ｍｍ／秒で水平に移動させながら表面処理を行った。被処理物４にはネガ型フォトレジストを塗布したシリコン基板を用いた。
【００３６】
（実施例１及び比較例１、２）
実施例１では図１、２に示す反応容器１を装備した表面処理装置を使用した。反応容器１は肉厚１ｍｍの石英ガラス製である。実施例１では上下電極２、３間における放電発生部６の放電空間１７におけるガスの流速に比べて、吹き出し口１３から吹き出される活性種を含むガス流Ｇの流速を高速化するために、吹き出し口１３から２０ｍｍ上流までを吹き出し部７とし（長さＬ＝２０ｍｍ）、吹き出し部７での内径Ｄ２は１ｍｍとし、他の領域（ガス流路部１０）での内径Ｄ１は３ｍｍとなる段付き構造とした。電極２、３は内径３ｍｍの放電発生部６の領域に設置され、下側の電極３はその下面が吹き出し部７の基部８から１６ｍｍ上流側に位置するようした（Ｋ＝１６ｍｍ）。この下側の電極３の下面から吹き出し部７の基部８まではバッファ部１５である。よって、下側の電極３の最下面は反応容器１の先端（下端）の吹き出し口１３より３６ｍｍ上流側にある。
【００３７】
比較例１では反応容器１に肉厚１ｍｍ、内径３ｍｍの直管の石英ガラス管を使用した。比較例２では反応容器１に肉厚１ｍｍ、内径１ｍｍの直管の石英ガラス管を使用した。比較例１、比較例２のいずれも実施例１と同様に下側の電極３の下面を反応容器１の先端の吹き出し口１３より３６ｍｍ上流側に設置した。
【００３８】
一対の電極２，３は銅製でその表面に金メッキ処理を行った。電極２、３間の隣接間隔は５ｍｍとした。電極２、３の内部には冷却水循環用の冷却水流路１６を設け、この冷却水流路１６に冷却水を循環させ電極２、３を冷却した。上側の電極２は高周波電界（電圧）を発生する電源２０に接続し、下側の電極３は接地した。これらの構成は比較例１、比較例２も同様である。
【００３９】
これらの表面処理装置を用いて、大気圧下でアルゴン１．７５リットル／分、酸素０．０２２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３より活性種を含むガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。実施例１及び比較例１、比較例２について表面処理後のレジストのエッチング深さを測定し、反応容器１の吹き出し口１３から吹き出されるガス流Ｇの流速を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
0003846303.tif 000002
【００４１】
表１に示すように実施例１では比較例１に比べて吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速が約８倍増大した。同時にエッチング量も大きく増加し、吹き出し口１３での流速の増加による処理速度の顕著な差が確認された。また、比較例２では放電発生部６が狭く、アーク抑制手段であるバッファ部１５が設けられていないため、被処理物４へのアークが発生したものと考えられる。
【００４２】
（実施例２及び比較例３、４）
実施例２では図３、４に示す矩形の反応容器１を装備した表面処理装置を使用した。反応容器１は肉厚１ｍｍの石英ガラス製である。また、放電発生部６の狭小側の内寸（以下、放電スリット幅と記す）Ｗ１は１ｍｍ、吹き出し部７の狭小側の内寸（以下、吹き出しスリット幅と記す）Ｗ２は０．３ｍｍとした。さらに、反応容器１の幅方向については、導入口１１側（上側）で８５ｍｍ、吹き出し口１３側（下側）で５６ｍｍ、高さが８０ｍｍ、筒軸方向と狭小壁１０ａとの傾斜角θが１０．３度とし、下流方向に向かうほどガス流路の断面積が小さくなる構造とした。導入口１１は１ｍｍ×２４ｍｍの矩形とした。本実施例では吹き出し部７の長さＬを３ｍｍとした。
【００４３】
また、電極２、３は放電スリット幅Ｗ１が１ｍｍの放電発生部６の領域に設置され、下側の電極３はその下面が吹き出し部７の基部８から２ｍｍ上流側に位置するようにした（Ｋ＝２ｍｍ）。この下側の電極３の下面から吹き出し部７の基部８まではバッファ部１５である。よって、下側の電極３の最下面は反応容器１の先端（下端）の吹き出し口１３より５ｍｍ上流側にある。
【００４４】
比較例３では反応容器１に放電スリット幅Ｗ１が１ｍｍのものを使用した。比較例４では反応容器１に放電スリット幅Ｗ１が０．３ｍｍのものを使用し、いずれも実施例２のような吹き出し部７は設けられていない。また、比較例３、比較例４のいずれも実施例２と同様に下側の電極３の下面を反応容器１の先端の吹き出し口１３より５ｍｍ上流側に設置した。
【００４５】
一対の電極２，３は銅製でその表面に金メッキ処理を行った。電極２、３間の隣接間隔は５ｍｍとした。電極２、３の内部には冷却水循環用の冷却水流路１６を設け、この冷却水流路１６に冷却水を循環させ電極２、３を冷却した。上側の電極２は高周波電界（電圧）を発生する電源２０に接続し、下側の電極３は接地した。これらの構成は比較例３、比較例４も同様である。
【００４６】
これらの表面処理装置を用いて、大気圧下でアルゴン１１．８リットル／分、酸素０．６２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、７００Ｗの高周波電力を印加し、吹き出し口１３より活性種を含むガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。実施例２及び比較例３、比較例４について表面処理後のレジストのエッチング深さを測定し、吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速を測定した。これらの結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】
0003846303.tif 000003
【００４８】
表２に示すように実施例２では比較例３に比べて吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速が約２倍増大した。同時にエッチング量も増加し、吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速が大きく増加したことによる反応容器１における処理速度の顕著な差を確認することができた。また、比較例４では放電発生部６が狭く、アーク抑制手段であるバッファ部１５が設けられていないため、被処理物４へのアークが発生したものと考えられる。
【００４９】
（実施例３乃至７及び比較例１）
本実施例で使用した表面処理装置は、以下の点を除いて実施例１で用いた装置と同じである。すなわち、吹き出し部の内径Ｄ２を０．１ｍｍ〜２．８ｍｍの間で変化させ、表面処理に与える影響を検討した。
【００５０】
これらの表面処理装置を用いて大気圧下で、アルゴン１．７５リットル／分、酸素０．０２２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３からガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】
0003846303.tif 000004
【００５２】
表３から明らかなように、吹き出し部７の内径Ｄ２が減少するにつれ、放電時の吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速は増加する傾向が見られた。エッチング深さはすべての実施例３〜７において、吹き出し部７を持たない比較例１に比べて増加した。これは、吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速の増加に伴い、エッチングに寄与する酸素ラジカルが効果的に被処理物４の表面に運搬されたためと考えられる。
【００５３】
（実施例８乃至１３）
本実施例で使用した表面処理装置は、以下の点を除いて実施例１で用いた装置と同じである。すなわち、吹き出し部７の内径Ｄ１は０．４ｍｍ、放電発生部６の内径Ｄ１を０．５〜５０ｍｍの間で変化させ、表面処理に与える影響を検討した。
【００５４】
これらの表面処理装置を用いて大気圧下で、アルゴン１．７５リットル／分、酸素０．０２２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３でのガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
0003846303.tif 000005
【００５６】
表４から明らかなように、放電発生部６の内径Ｄ１が増加するにつれ、エッチング深さが減少する傾向が見られた。さらに、実施例１３ではエッチング深さが極端に低下した。これは、放電が反応容器１の壁面で起こるため、放電発生部６の内径Ｄ１が大きくなると、反応容器１の中心部で気体放電Ｐが活発に行われなくなりエッチング量が低下したものと考えられる。
【００５７】
（実施例１４乃至１９及び比較例５）
本実施例で使用した表面処理装置は、以下の点を除いて実施例２で用いた装置と同じである。すなわち、吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２を０．１〜１ｍｍ、吹き出し部７の長さＬを１〜６０ｍｍの間で変化させることにより、表面処理に与える影響を検討した。
【００５８】
これらの表面処理装置を用いて大気圧下で、アルゴン１１．８リットル／分、酸素０．６２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、７００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３からのガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。結果を表５に示す。
【００５９】
【表５】
0003846303.tif 000006
【００６０】
表５に示すように、吹き出し部７がない比較例５ではアークが発生した。また、吹き出し部７の長さＬと吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２を変化させることにより、エッチング深さとアーク発生の有無に大きな影響が現れた。吹き出し部７の長さＬが極端に長くなる実施例１９では、被処理物４と放電発生部６の放電空間１７との距離が大きくなるため、表面処理が効果的に行われなかった。また、吹き出し部７の長さＬが短くなるにつれ、アークの発生が起こりやすくなる傾向が見られた。これは、被処理物４と電極２、３との距離が短くなるためであると考えられる。
【００６１】
（実施例２０乃至２２及び比較例６）
本実施例で使用した表面処理装置は、以下の点を除いて実施例１で用いた装置と同じである。すなわち、吹き出し部７の長さＬとバッファ部１５の長さＫをそれぞれ１〜２０ｍｍ、０〜６０ｍｍの間で変化させることにより、表面処理に与える影響を検討した。
【００６２】
これらの表面処理装置を用いて大気圧下で、アルゴン１．７５リットル／分、酸素０．０２２リットル／分の混合ガスを反応容器に導入し、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３からのガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。結果を表６に示す。
【００６３】
【表６】
0003846303.tif 000007
【００６４】
表６に示すように、バッファ部１５の長さを変化させることにより、エッチング深さに大きな影響が現れた。バッファ部１５の全く存在しない比較例６では、気体放電Ｐによって生じたプラズマの発光Ｓが吹き出し部７に流入するため、エッチング深さは増大するが、被処理物４へのアークが発生し易くなった。（バッファ部１５の長さＫ）／（吹き出し部７の長さＬ）が６０となる実施例２２では、エッチング深さが極端に低下した。これは放電発生部６より下流部での反応容器１の内面積が増加したため、活性種を含むガス流の内部の酸素ラジカルが反応容器１の内壁面で失活し、被処理物４の表面でのエッチングが行われなかったものと考えられる。
【００６５】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１の発明は、絶縁材料で形成される反応容器の外側に複数の電極を設け、反応容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器の内側に気体放電を発生し、この気体放電により生じる活性種を含むガス流を反応容器から吹き出して被処理物に供給することによって、被処理物の表面処理を行う表面処理装置において、反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら被処理物へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器に設けるので、アーク抑制手段により反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら被処理物へのアークを抑制することができ、ランニングコストの増加を抑えて経済的に不利にならず、また、被処理物に供給されるガス流の温度上昇を抑えて被処理物の熱的損傷を抑え、さらに、短時間で表面処理が行うことができて生産性の低下を抑え、加えて、被処理物の酸化物による汚染を抑え、しかも、アークによる被処理物の損傷を抑えながら表面処理の能力を高めることができるものである。
【００６６】
また、気体放電を発生するための放電発生部とガス流を吹き出すための吹き出し部とを備えて略円筒状の反応容器を形成し、放電発生部の径よりも吹き出し部の径を小さくすることによりアーク抑制手段を形成するので、放電発生部の径よりも吹き出し部の径を小さくすることによって、反応容器へのプラズマ生成用のガスの導入量を増加させることなく、吹き出し部からのガスの流速を増加させることができ、経済的に不利になることなく表面処理の能力を高めることができるものである。
【００６７】
また、気体放電を発生するための放電発生部とガス流を吹き出すための吹き出し部とを備えて略角筒状の反応容器を形成し、放電発生部の狭小側の寸法よりも吹き出し部の狭小側の寸法を小さくすることによりアーク抑制手段を形成するので、放電発生部の狭小側の寸法よりも吹き出し部の狭小側の寸法を小さくすることによって、反応容器へのプラズマ生成用のガスの導入量を増加させることなく、吹き出し部からのガスの流速を増加させることができ、経済的に不利になることなく表面処理の能力を高めることができるものである。
【００６８】
また、気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのをアーク抑制手段で抑制するので、気体放電の発光から吹き出し部を通じて被処理物にアークが発生しにくくすることができ、アークによる被処理物の損傷を抑えることができるものである。
【００６９】
また、本発明の請求項３の発明は、吹き出し部の径／放電発生部の径あるいは吹き出し部の狭小側の寸法／放電発生部の狭小側の寸法が０．００５〜０．９９であり、放電発生部の径あるいは放電発生部の狭小側の寸法が０．５〜２０ｍｍであるので、アークによる被処理物の損傷をより抑えながら表面処理の能力をより高めることができるものである。
【００７０】
また、本発明の請求項４の発明は、吹き出し部の径／吹き出し部の長さあるいは吹き出し部の狭小側の寸法／吹き出し部の長さが０．００２〜１９．９であるので、アークによる被処理物の損傷をより抑えながら表面処理の能力をより高めることができるものである。
【００７１】
また、本発明の請求項５の発明は、吹き出し部の基部と吹き出し部に最も近い電極との距離／吹き出し部の長さが０．００２〜５０であるので、アークによる被処理物の損傷をより抑えながら表面処理の能力をより高めることができるものである。
【００７２】
また、本発明の請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理装置を用いた表面処理方法であって、反応容器に設けたアーク抑制手段により反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのを抑制して被処理物へのアークを抑制するので、アーク抑制手段により反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら被処理物へのアークを抑制することができ、ランニングコストの増加を抑えて経済的に不利にならず、また、被処理物に供給されるガス流の温度上昇を抑えて被処理物の熱的損傷を抑え、さらに、短時間で表面処理が行うことができて生産性の低下を抑え、加えて、被処理物の酸化物による汚染を抑え、しかも、アークによる被処理物の損傷を抑えながら表面処理の能力を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】同上の断面図である。
【図３】同上の他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】同上の断面図である。
【符号の説明】
１  反応容器
２  電極
３  電極
４  被処理物
６  放電発生部
７  吹き出し部
８  基部
【図１】
0003846303.tif 000008
【図２】
0003846303.tif 000009
【図３】
0003846303.tif 000010
【図４】
0003846303.tif 000011