(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を表面処理するために、大気圧またはその近傍の圧力下でガス流路内を送給される所定のガス中に気体放電を生じさせることにより前記所定のガスの励起活性種を生成し、前記励起活性種を含む処理ガスをノズルに送給しかつ該ノズルから前記被処理物表面に噴出させて、該表面を前記励起活性種に曝露させる過程からなり、
前記ノズルから噴出した前記処理ガスが前記被処理物表面に沿って流れるように、前記被処理物表面との間に前記ノズルの前後方向に延長する狭い空間を画定し、前記ノズルの前後方向に十分な距離を置いた位置で前記空間から前記被処理物表面付近の雰囲気を強制的に排出することにより、前記ノズル近傍における前記雰囲気の圧力を、前記ノズルに送給される前記処理ガスの圧力より低くして、前記ガス流路内における前記処理ガスの流速を加速する過程を更に含むことを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
被処理物を表面処理するために、大気圧またはその近傍の圧力下でガス流路内を送給される所定のガス中に気体放電を生じさせることにより前記所定のガスの励起活性種を生成し、前記励起活性種を含む処理ガスをノズルに送給しかつ該ノズルから前記被処理物表面に噴出させて、該表面を前記励起活性種に曝露させる過程からなり、前記ガス流路内を前記ノズルに向けて送給される前記処理ガスをその温度を維持し得るように加熱する過程を更に含むことを特徴とする表面処理方法。
【請求項３】
所定のガスを送給するためのガス流路と、前記ガス流路内で前記所定の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、それにより前記所定のガスの励起活性種を生成するための１対の電源電極及び接地電極と、前記ガス流路から送られた前記励起活性種を含む処理ガスを前記被処理物表面に向けて噴出させるノズルと、前記ノズルから噴出した前記処理ガスが前記被処理物表面に沿って流れるように、前記ノズルの前後方向に十分な距離をもって延長して前記被処理物表面との間に狭い空間を画定する流路制御板と、前記流路制御板の前後方向両端と前記ノズルとの中間位置にそれぞれ設けられた排気口とからなり、前記ノズル近傍における前記雰囲気の圧力を前記ガス流路内の前記処理ガスの圧力より低くして、前記ガス流路内における前記処理ガスの流速を加速するように、前記排気口から前記被処理物表面付近の雰囲気を強制的に排出することを特徴とする表面処理装置。
【請求項４】
所定のガスを送給するためのガス流路と、前記ガス流路内で前記所定の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、それにより前記所定のガスの励起活性種を生成するための１対の電源電極及び接地電極と、前記ガス流路から送られた前記励起活性種を含む処理ガスを前記被処理物表面に向けて噴出させるノズルと、前記ノズルから噴出した前記処理ガスが前記被処理物表面に沿って流れるように、前記ノズルの前後方向に十分な距離をもって延長して前記被処理物表面との間に狭い密閉空間を画定するハウジングと、前記ハウジングの前後方向両端にそれぞれ設けられた排気口とからなり、前記ノズル近傍における前記雰囲気の圧力を前記ガス流路内の前記処理ガスの圧力より低くして、前記ガス流路内における前記処理ガスの流速を加速するように、前記排気口から前記被処理物表面付近の雰囲気を強制的に排出することを特徴とする表面処理装置。
【請求項５】
所定のガスを送給するためのガス流路と、前記ガス流路内で前記所定の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、それにより前記所定のガスの励起活性種を生成するための１対の電源電極及び接地電極と、前記ガス流路から送られた前記励起活性種を含む処理ガスを前記被処理物表面に向けて噴出させるノズルと、前記ガス流路内を前記ノズルに向けて送られる前記処理ガスをその温度を維持し得るように加熱するための加熱手段とからなることを特徴とする表面処理装置。
【請求項６】
前記加熱手段が電気ヒータであることを特徴とする請求項５記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば被処理物の表面をエッチング、アッシング、改質又は薄膜を形成する表面処理技術に関し、特に大気圧又はその近傍の圧力下での気体放電によるプラズマ中に生成される励起活性種を用いて被処理物を表面処理するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、例えば特開平７−２４５１９２号公報に記載されるように、大気圧付近の圧力下でのプラズマ放電により生成される化学的に活性な励起活性種を利用して、真空設備を必要としない比較的低コストで簡単な構成により、被処理物の表面を様々に処理する表面処理技術が提案されている。大気圧下でのプラズマによる表面処理には、被処理物との間での直接放電により作られるプラズマに被処理物を直接曝露する直接放電方式と、１対の電極間での気体放電により作られたプラズマにより生成される励起活性種を輸送して被処理物を曝露する間接放電方式とがある。
【０００３】
図５は、大気圧プラズマを用いた間接放電方式による従来の表面処理装置の一例を示しており、誘電体材料からなる１対の平行板１によりその間に画定される狭いガス流路２と、その両側に対向配置された１対の電極３、４とを備える。ガス供給源５から放電用ガスを送給しつつ、電源６から前記両電極間に高周波電圧を印加すると、ガス流路２内で気体放電が発生してプラズマが作られる。このプラズマ中で前記ガスの励起活性種が生成され、これを含む処理ガスが放電領域から前記ガス流路を輸送されかつノズル７から噴射されて、前記励起活性種が被処理物表面に曝露され、該表面に所望の処理が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなプラズマによる励起活性種は、一般に大気圧下では不安定で寿命が短く、非常に短時間で元の安定した状態に戻る。そのため、上述した従来の間接放電式表面処理装置では、放電領域８とノズル７間の輸送距離をできる限り短くして、常に十分な量の励起活性種が被処理物表面に到達し得るようにする必要があり、装置の構造や表面処理の適用範囲が制限されたり、処理能力が低下するという問題があった。
【０００５】
ガス供給源５から送給される放電用ガスの流量を上げれば、それだけ速く励起活性種を含む処理ガスを離れた位置に到達させることができる。ところが、放電用ガスに安価な窒素ガス、又は窒素及び酸素を含むガスを用いた場合、放電周波数をＭＨZオーダー程度まで高くすると、一般に大気圧下での放電は制御が難しくなる。特に放電用ガスの速度を上げると、放電が不安定になったり、均一で大きな放電が得られず、十分なプラズマが形成されないという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大気圧下でプラズマ放電による間接放電方式の表面処理において、安定して均一なプラズマ放電を発生させ、かつそれにより生成された励起活性種を放電領域からより速く輸送して、離れた位置であっても被処理物表面を効率良く処理することができる方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した目的を達成するためのものであり、被処理物を表面処理するために、大気圧またはその近傍の圧力下で所定のガス中に気体放電を生じさせることにより前記ガスの励起活性種を生成し、該励起活性種を含む処理ガスを被処理物表面付近に送給して該表面を励起活性種に曝露させる過程からなり、送給される処理ガスの流速を加速する過程を更に含むことを特徴とする表面処理方法が提供される。
【０００８】
このようにガス供給源からの放電ガスの流量を上げる必要がないので放電が安定し、それにより高密度のプラズマが作られてより多くの励起活性種を生成することができ、かつその輸送距離が長くなっても短時間で、元の安定した状態に戻る前に被処理物表面に到達させることができるので、被処理物を効率よく表面処理することができる。
【０００９】
或る実施例では、特に被処理物表面付近の雰囲気をその周辺から強制的に排気することにより、被処理物表面付近における雰囲気の圧力を低下させると、その圧力差により放電領域からの処理ガスの流れを加速できるので好都合である。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、所定のガスを送給するためのガス流路と、該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１対の電源電極及び接地電極と、ガス流路から励起活性種を含む処理ガスを被処理物表面に向けて噴出させるノズルと、被処理物表面付近における雰囲気の圧力を低下させる減圧手段とからなることを特徴とする表面処理装置が提供される。
【００１１】
具体的には、前記減圧手段として、被処理物表面付近から雰囲気を外部に強制的に排出するための排気ポンプ、排気口などからなる排気手段を設けることができる。
【００１２】
別の実施例では、被処理物表面付近に送給される処理ガスの流路を縮小することにより、その縮小された流路部分を通過する際に処理ガスの速度が高くなるので、輸送距離が長くても励起活性種を短時間で輸送することができる。
【００１３】
具体的には、放電領域から励起活性種を含む処理ガスを被処理物表面に向けて噴出させるノズルまでの処理ガスの流路に絞り手段を設けると、該絞り手段を通過する処理ガスの流速が高くなり、それだけより多くの励起活性種を被処理物表面に到達させることができ、かつその輸送距離を長くすることができる。
【００１４】
前記絞り手段は、処理ガスを被処理物表面に向けて噴出させるノズルにより構成することができる。また、前記絞り手段は、放電領域からノズルまで処理ガスを輸送する流路の全長に亘って又はその一部に設けることができる。
【００１５】
更に本発明によれば、被処理物を表面処理するために、大気圧またはその近傍の圧力下で所定のガス中に気体放電を生じさせることにより前記ガスの励起活性種を生成し、該励起活性種を含む処理ガスを被処理物表面付近に送給してその表面を励起活性種に曝露させる過程からなり、送給される処理ガスを加熱する過程を更に含むとからなることを特徴とする表面処理方法が提供される。
【００１６】
一般に気体の熱拡散は、その温度が高いほど速く進む。従って、放電領域から送給される処理ガスは、加熱することによってより有効に拡散させることができるので、より多くの励起活性種を輸送中に元の安定した状態に戻すことなく、被処理物表面に到達させることができる。しかも、高温の処理ガスが噴射される被処理物表面では化学反応が促進されて、処理速度が速くなる。
【００１７】
具体的には、励起活性種を含む処理ガスを放電領域から被処理物表面に向けて噴出させるまでの流路に、処理ガスを加熱する電気ヒータ等の加熱手段を設けることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による表面処理装置の好適な実施例を示している。この表面処理装置は、ガラス板などの誘電体材料からなる２枚の矩形薄板１１を僅かな隙間をもって対向配置することにより、その内側に画定される狭いスリット状のガス流路１２と、これを挟むように配置された１対の電源電極１３及び接地電極１４とを有する。ガス流路１２の上端はガス供給源１５に接続され、かつ下端のノズル部１６には、その前後方向に延長する処理ガスの流路制御板１７が取り付けられている。ノズル部１６及び流路制御板１７の直ぐ下側には、被処理物１８が僅かな間隙をもって移動可能なテーブル１９上に載置される。
【００１９】
本実施例の流路制御板１７は、図５に関連して説明した従来の流路制御板１０と同様に、ノズル部１６からの処理ガスの流れを被処理物表面との間に画定される狭い空間内に制限する。流路制御板１７には、被処理物表面を処理した後の処理ガスを前記空間から外部に強制的に排出するために、排気ポンプに接続された排気口２０、２１がノズル部１６の前後両側に設けられている。
【００２０】
前記排気ポンプの能力は、ノズル部１６近傍における被処理物表面付近の雰囲気の圧力がガス流路１２内の圧力より低くなるように決定する。別の実施例では、前記排気ポンプに代えてブロワなどを用いても、同様の圧力差を生じさせることができる。両排気口２０、２１の位置は、ノズル部１６から噴射された処理ガスが被処理物表面に沿って十分な距離を流れるように、かつ外部から入ってくる空気の流量ができる限り少なくなるように、ノズル部１６及び流路制御板１７の前後両端双方から或る程度の距離をおいて前記流路制御板の中間に設定する。
【００２１】
使用時には、従来の大気圧プラズマによる表面処理と同様に、ガス供給源１５から所定の放電ガスを所定の流量で供給しつつ、電源２２から両電極１３、１４間に高周波電圧を印加して、安定した気体放電をガス流路１２内に発生させる。本実施例では、ガス供給源１５から放電ガスを高速で供給する必要がないので、放電ガスに窒素ガス又は窒素と酸素との混合ガスを用いた場合でも、常に安定した放電が得られる。この放電により作られる高密度のプラズマにより励起活性種が多量に安定して生成され、この励起活性種を含む処理ガスが、ノズル部１６から被処理物表面に向けて送給される。
【００２２】
このとき、前記排気ポンプの排気作用により被処理物表面付近の雰囲気の圧力が適当に低下しているので、前記励起活性種を含む処理ガスは、ガス流路１２内との圧力差により吸引されて、放電領域からノズル部１６に向けて従来より速い速度でガス流路１２を通過する。従って、前記処理ガスに含まれる多くの励起活性種を元の安定した状態に戻る前に被処理物表面に到達させることができ、処理速度及び効率が向上する。
【００２３】
また、本実施例では、テーブル１９を矢印Ａの方向に駆動して被処理物１８を移動させながら表面処理を行うので、広い被処理物表面全面を効率よく良好に処理できる。当然ながら、テーブル１９を固定して表面処理装置を移動可能にすることにより、同様に広い面積を処理することができる。
【００２４】
図２は、図１に示す第１実施例の変形例を示しており、被処理物１８がハウジング２３内に画定される密閉された狭い処理室２４に配置される点が異なる。ハウジング２３の中央上部にはガス流路１２が接続されて、ノズル部１６が前記処理室内に開口している。ハウジング２３の前後両端部には、図１の場合と同様に排気ポンプに接続された排気口２５、２６が設けられている。本実施例では、被処理物１８が固定した位置に配置されているが、別の実施例では、処理室２４内で又は処理室の中と外との間で搬送可能に構成することができる。
【００２５】
使用時には、ガス供給源１５からガス流路１２内に放電ガスを供給し、かつ電源２２から両電極１３、１４間に高周波電圧を印加して、気体放電を発生させると同時に、前記排気ポンプを作動させる。安定した放電より生成される多量の励起活性種を含む処理ガスは、処理室２４が適当に減圧されていることにより、放電領域から従来より速い速度でガス流路１２を通過し、処理室２４内に送給される。従って、同様に多くの励起活性種を元の安定した状態に戻る前に被処理物表面に到達させることができ、処理速度及び効率が向上する。
【００２６】
図３は、本発明による表面処理装置の第２実施例を示している。この表面処理装置は、２枚の平行なガラス薄板１１からなるガス流路１２の下端にノズルユニット２７が取り付けられている。ノズルユニット２７は、ガス流路１２より断面積の小さいオリフィスからなる処理ガスの噴射通路２８を有する。更にノズルユニット２７には、その前後方向に延長する処理ガスの流路制御板２９が一体に設けられている。ノズルユニット２７の直ぐ下側には、被処理物１８が僅かな間隙をもって移動可能なテーブル１９上に載置される。
【００２７】
ガス供給源１５から放電ガスを一定の流量でガス流路１２内に供給し、電源２２から両電極１３、１４間に高周波電圧を印加して、安定した気体放電を発生させる。この放電により作られたプラズマによる励起活性種を含む処理ガスは、放電領域からガス流路１２及び噴射通路２８を通過して、被処理物表面に噴射される。このとき、処理ガスが噴射通路２８を通過する速度は、その流路が該噴射通路で急激に絞られることにより、ガス流路１２における速度よりも速くなる。従って、前記励起活性種はより短時間で、元の安定した状態に戻る前に被処理物表面に到達することができ、処理能力が向上する。
【００２８】
図４は、本発明による表面処理装置の第３実施例を示している。この表面処理装置は、２枚の平行なガラス薄板１１により形成されるガス流路１２の下端のノズル部１６に、図５の従来例と同様の流路制御板３０が取り付けられている。被処理物１８は、ノズル部１６及び流路制御板１７の直ぐ下側に僅かな間隙をもって搬送テーブル１９上に配置される。ガラス薄板１１の外面には、電極１３、１４とノズル部１６との間に電気ヒータ３１が配設されている。
【００２９】
上記各実施例と同様に、ガス供給源１５から放電ガスを一定の流量でガス流路１２内に供給しつつ、両電極１３、１４間に高周波電圧を印加して、安定した気体放電を発生させ、それにより作られたプラズマによる励起活性種を含む処理ガスをノズル部１６から被処理物表面に噴射する。このとき、放電領域からノズル部１６に向けてガス流路１２を通過する処理ガスは、電気ヒータ３１により加熱される。従って、前記処理ガスは放電領域からノズル部までその温度を実質的に維持したまま又は温度をあまり下げずに輸送される。
【００３０】
上述したように、気体の温度が高いほどその熱拡散が速く進む。従って、電気ヒータ３１で加熱された処理ガスはより有効に拡散するので、より多くの励起活性種が放電領域からの輸送中に元の安定した状態に戻らずに被処理物表面に到達し、処理効率が高くなる。更に、噴射される処理ガスの温度が高いことにより、被処理物表面における化学反応が促進され、処理速度が速くなる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明はその技術的範囲内において上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えばガス流路は、２枚の平行なガラス薄板を用いた平板状のものに代えて、円形ガラス管等で形成することができ、またそれらに対応して様々な電極構造を用いることができる。また、上記各実施例において、放電領域とノズル部との間を別個の管路により連結し、より長い距離で励起活性種を輸送することができる。更に、第３実施例の電気ヒータを図１〜図３の実施例に付加することにより、処理能力をより一層高めることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明の表面処理方法及び装置によれば、大気圧プラズマによる間接放電方式の表面処理において、放電領域から被処理物表面に送給される処理ガスの流速を加速することにより、放電を安定させた状態で多くの励起活性種を生成し、かつそれをより短時間で元の安定した状態に戻る前に被処理物表面に到達させることができる。従って、被処理物を効率よく表面処理できるだけでなく、放電領域から被処理物まで励起活性種を輸送する距離を従来より長くできるので、表面処理装置の設計の自由度が高くなり、より広範な用途に大気圧プラズマによる表面処理を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表面処理装置の第１実施例の構成を示す概略図である。
【図２】図１の変形例を示す図である。
【図３】本発明による表面処理装置の第２実施例の構成を示す概略図である。
【図４】本発明による表面処理装置の第３実施例の構成を示す概略図である。
【図５】従来の表面処理装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１  平行板
２  ガス流路
３、４  電極
５  ガス供給源
６  電源
７  ノズル部
８  被処理物
９  テーブル
１０  流路制御板
１１  薄板
１２  ガス流路
１３  電源電極
１４  接地電極
１５  ガス供給源
１６  ノズル部
１７  流路制御板
１８  被処理物
１９  テーブル
２０、２１  排気口
２２  電源
２３  ハウジング
２４  処理室
２５、２６  排気口
２７  ノズルユニット
２８  噴射通路
２９、３０  流路制御板
３１  電気ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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