JP2002324789A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2002324789A
JP2002324789A JP2001126250A JP2001126250A JP2002324789A JP 2002324789 A JP2002324789 A JP 2002324789A JP 2001126250 A JP2001126250 A JP 2001126250A JP 2001126250 A JP2001126250 A JP 2001126250A JP 2002324789 A JP2002324789 A JP 2002324789A
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JP
Japan
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discharge
plasma
electrodes
electrode
gas
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Pending
Application number
JP2001126250A
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English (en)
Inventor
Kazushi Sezukuri
一志 勢造
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で、均一なプラズマ放電を行わせ
ることのできるコンパクトな常圧プラズマ放電処理装置
の提供。 【解決手段】 対向する一対の平行平板型電極からなる
常圧プラズマ処理装置であって、対向する一対の平行平
板電極の少なくとも一方の対向面が固体誘電体で被覆さ
れており、少なくとも一方の電極の放電面周縁は放電面
より凹部となされ、この周縁部に一対の電極間を密閉す
るシール部材が配置されてなることを特徴とするプラズ
マ処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関し、特に平行平板型電極からなる常圧プラズマ処理
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】常圧プラズマ処理においては、従来の低
圧プラズマ処理とは異なり、処理対象の基板等を真空チ
ャンバー内で処理する必要がなく、その装置としては、
上下の平行平板型電極間に電圧を印加してプラズマ放電
を発生させ、下部電極上に設置された基材を処理する簡
易な装置が提案されている(特開平10−154598
号公報等)。
【0003】上記プラズマ処理装置は、同面積の平板2
枚を平行に配置したものであり、電極端部のエッジが対
向する部分で放電ムラが発生しやすく、また、処理ガス
を閉じ込めるために、この装置全体を別の容器で囲わな
ければならないものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡易な構成
で、均一なプラズマ放電を行わせることのできるコンパ
クトな常圧プラズマ放電処理装置を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、平行平板型電極からなる
常圧プラズマ放電装置において、平板電極間の周縁部に
シール部材を配置し、かつ該シール部材の埋め込み部を
段落ちさせて凹部にすることにより平行平板型電極間の
電極間距離を一定にすると、簡易かつコンパクトな装置
で偏りのない均一な放電処理ができることを見出し、本
発明を完成させた。
【0006】すなわち、本発明の第1の発明は、対向す
る一対の平行平板型電極からなる常圧プラズマ処理装置
であって、対向する一対の平行平板電極の少なくとも一
方の対向面が固体誘電体で被覆されており、少なくとも
一方の電極の放電面周縁は放電面より凹部となされ、こ
の周縁部に一対の電極間を密閉するシール部材が配置さ
れてなることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0007】また、本発明の第2の発明は、凹部の放電
面側のコーナー部を曲面とすることを特徴とする第1の
発明に記載のプラズマ処理装置である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明は、一対の平行平板型電極
からなる常圧プラズマ処理装置であって、電極の高圧側
および/または接地側にシール用Oリングを埋め込む溝
を設け、Oリング用溝部より放電部を持ち上げた形状に
するところに特徴がある。Oリング埋め込み部を段落ち
させることで、放電領域は、電極間が平行で一様な分布
のプラズマが得られる。
【0009】本発明の装置を図で説明する。図1及び図
2は本発明の一つの実施の形態の模式的常圧プラズマ処
理装置の断面図である。まず図1を参照して、基板のプ
ラズマ処理装置の一実施態様の構造を説明する。図1
は、下部電極に凹部を設けたプラズマ処理装置の図であ
る。図1において、1はパルス電界を印加する高圧電
源、2は高圧側電極、3は接地側電極、4はガス吸引部
9及びガス供給部10への管路、5は接地側電極の凹
部、6は接地電極の凹部の放電側コーナー部、11はシ
ール部材であるOリング、12は放電空間、20は被処
理基材である。なお、図には記載してないが、上部電
極、下部電極の少なくとも一方は、固体誘電体で被覆さ
れている。
【0010】図1の装置を用いたプラズマ処理は、被処
理基材20を下部電極3の上に設置し、自由に上下でき
る上部電極2をOリングに当接し放電空間12を形成
し、ガス吸引部9及びガス供給部10より放電空間12
内を処理ガス雰囲気にした後、電源1よりパルス電界を
印加し、放電空間12内にプラズマを発生させ被処理基
材20を処理する。この際、上部電極2と下部電極3の
間は略平行であるため、均一なプラズマを発生させるこ
とができ、Oリングにより電磁波もシールすることがで
きる。さらに、Oリングを設置する凹部の放電側コーナ
ー部はR曲面にしてあるのでエッジ部の放電集中を防止
することができる。
【0011】次に図2を参照して基板のプラズマ処理装
置の他の実施態様の構造を説明する。図2は、上部及び
下部の両電極に凹部を設けたプラズマ放電装置の図であ
る。図2において、1はパルス電界を印加する高圧電
源、2は高圧側電極、3は接地側電極、4はガス吸引部
9及びガス供給部10への管路、5は接地側電極の凹
部、6は下部電極凹部の放電側コーナー部、7は上部電
極凹部の放電コーナー部、8は上部電極凹部の放電側コ
ーナー部、11はシール部材であるOリング、12は放
電空間、20は被処理基材である。なお、図には記載し
てないが、上部電極、下部電極の少なくとも一方は、固
体誘電体で被覆されている。
【0012】図2の装置を用いたプラズマ処理は、被処
理基材20を下部電極3の上に設置し、自由に上下でき
る上部電極2をOリングに当接し放電空間12を形成
し、ガス吸引部9及びガス供給部10より放電空間12
内を処理ガス雰囲気にした後、電源1よりパルス電界を
印加し放電空間12内プラズマを発生させ被処理基材2
0を処理する。この際、上部電極2と下部電極3の間は
略平行であるため、均一なプラズマを発生させることが
でき、Oリングにより電磁波もシールすることができ
る。さらに、Oリングを設置する上下の両電極凹部の放
電側コーナー部はR曲面にしてあるのでエッジブの放電
集中を防止することができる。
【0013】ここで、大気圧近傍の圧力下とは、1.3
33×104〜10.664×104Paの圧力下を指
す。中でも、圧力調整が容易で、装置が簡便になる9.
331×104〜10.397×104Paの範囲が好ま
しい。
【0014】上記電極としては、例えば、銅、アルミニ
ウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間
化合物等からなるものが挙げられる。上記対向電極は、
電界集中によるアーク放電の発生を避けるために、上述
のように対向電極間の距離が略一定となる構造であるよ
うにされている。この条件を満たす電極構造としては、
平行平板型構造の電極である。
【0015】さらに、プラズマを発生させる電極は、一
対のうち少なくとも一方に固体誘電体が配置されていれ
ば良く、一対の電極は、短絡に至らない適切な距離をあ
けた状態で対向している必要がある。
【0016】上記固体誘電体は、電極の対向面の一方又
は双方に設置される。この際、固体誘電体と設置される
側の電極が密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に
覆うようにすることが好ましい。固体誘電体によって覆
われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこか
らアーク放電が生じやすいためである。
【0017】上記固体誘電体の形状は、シート状でもフ
ィルム状でもよく、厚みが0.01〜4mmであること
が好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高
電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁
破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。ま
た、固体誘電体の形状として、容器型のものも用いるこ
とができる。
【0018】固体誘電体の材質としては、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート
等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニ
ウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化
物、チタン酸バリウム等の複酸化物、及びこれらの複層
化したもの等が挙げられる。
【0019】特に、固体誘電体は、比誘電率が2以上
(25℃環境下、以下同じ)であることが好ましい。比
誘電率が2以上の誘電体の具体例としては、ポリテトラ
フルオロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げること
ができる。さらに高密度の放電プラズマを安定して発生
させるためには、比誘電率が10以上の固定誘電体を用
いことが好ましい。比誘電率の上限は特に限定されるも
のではないが、現実の材料では18,500程度のもの
が知られている。比誘電率が10以上の固体誘電体とし
ては、例えば、酸化チタニウム5〜50重量%、酸化ア
ルミニウム50〜95重量%で混合された金属酸化物皮
膜、または、酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物皮
膜からなり、その被膜の厚みが10〜1000μmであ
るものを用いることが好ましい。
【0020】上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、
印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮し
て適宜決定されるが、1〜50mmであることが好まし
い。1mm未満では、電極間の間隔を置いて設置するの
に充分でないことがある。50mmを超えると、均一な
放電プラズマを発生させにくい。
【0021】上記電極間には、電界が印加され、プラズ
マを発生させるが、パルス電界を印加することが好まし
く、特に、電界の立ち上がり及び/又は立ち下がり時間
が、10μs以下である電界が好ましい。10μsを超
えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものと
なり、パルス電界による高密度プラズマ状態を保持しに
くくなる。また、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が
短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行わ
れるが、40ns未満の立ち上がり時間のパルス電界を
実現することは、実際には困難である。より好ましくは
50ns〜5μsである。なお、ここでいう立ち上がり
時間とは、電圧(絶対値)が連続して増加する時間、立
ち下がり時間とは、電圧(絶対値)が連続して減少する
時間を指すものとする。
【0022】上記パルス電界の電界強度は、10〜10
00kV/cmとなるようにするのが好ましい。電界強
度が10kV/cm未満であると処理に時間がかかりす
ぎ、1000kV/cmを超えるとアーク放電が発生し
やすくなる。
【0023】上記パルス電界の周波数は、0.5〜10
0kHzであることが好ましい。0.5kHz未満であ
るとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎ、
100kHzを超えるとアーク放電が発生しやすくな
る。より好ましくは、1〜100kHzであり、このよ
うな高周波数のパルス電界を印加することにより、処理
速度を大きく向上させることができる。
【0024】また、上記パルス電界におけるひとつのパ
ルス継続時間は、1〜1000μsであることが好まし
い。1μs未満であると放電が不安定なものとなり、1
000μsを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。
より好ましくは、3〜200μsである。ここで、ひと
つのパルス継続時間とは、ON、OFFの繰り返しから
なるパルス電界における、ひとつのパルスの連続するO
N時間を言う。
【0025】本発明で処理できる基材としては、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネ
ート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオ
ロエチレン、アクリル樹脂等のプラスチック、ガラス、
セラミック、金属等が挙げられる。基材の形状として
は、板状、フィルム状等のものが挙げられるが、特にこ
れらに限定されない。本発明の表面処理方法によれば、
様々な形状を有する基材の処理に容易に対応することが
できる。
【0026】上記処理においては、放電プラズマ発生空
間に存在する気体(以下、処理用ガスという。)の選択
により任意の処理が可能である。
【0027】上記処理用ガスとして、CF4、C26
CClF3、SF6等のフッ素含有化合物ガスを用いるこ
とによって、撥水性表面を得ることができる。
【0028】また、処理用ガスとして、O2、O3、水、
空気等の酸素元素含有化合物、N2、NH3等の窒素元素
含有化合物、SO2、SO3等の硫黄元素含有化合物を用
いて、基材表面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の
親水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親
水性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタ
クリル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親
水性重合膜を堆積することもできる。
【0029】さらに、Si、Ti、Sn等の金属の金属
−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラー
ト等の処理用ガスを用いて、SiO2、TiO2、SnO
2等の金属酸化物薄膜を形成させ、基材表面に電気的、
光学的機能を与えることができ、ハロゲン系ガスを用い
てエッチング処理、ダイシング処理を行ったり、酸素系
ガスを用いてレジスト処理や有機物汚染の除去を行った
り、アルゴン、窒素等の不活性ガスによるプラズマで表
面クリーニングや表面改質を行うこともできる。
【0030】経済性及び安全性の観点から、上記処理用
ガス単独雰囲気よりも、以下に挙げるような希釈ガスに
よって希釈された雰囲気中で処理を行うことが好まし
い。希釈ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、
キセノン等の希ガス、窒素気体等が挙げられる。これら
は単独でも2種以上を混合して用いてもよい。また、希
釈ガスを用いる場合、処理用ガスの割合は1〜10体積
%であることが好ましい。
【0031】なお、上述したように、雰囲気ガスとして
は電子を多く有する化合物の方がプラズマ密度を高め高
速処理を行う上で有利である。よって入手の容易さと経
済性、処理速度を考慮した上で最も望ましい選択は、ア
ルゴン及び/又は窒素を希釈ガスとして含有する雰囲気
である。
【0032】
【発明の効果】本発明の常圧プラズマ処理装置は、平行
平板型電極のシール部材の埋め込み部を段落ちさせて凹
部にすることにより電極間距離を一定にしているため、
簡易かつコンパクトな装置で偏りの内均一な放電処理が
できる。また、本発明の方法は、低温下の大気圧下での
実施が可能であるので、容易にインライン化でき、本発
明の方法を用いることにより処理工程全体の速度低下を
防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の常圧プラズマ処理装置の断面図であ
る。
【図2】本発明の常圧プラズマ処理装置の断面図であ
る。
【符号の説明】
1 電源(高電圧パルス電源) 2 上部電極 3 下部電極 4 管路 5 接地電極凹部 6 接地電極凹部の放電側コーナー部 7 上部電極の凹部 8 上部電極凹部の放電側コーナー部 9 ガス吸引部 10 ガス供給部 11 Oリング 12 放電空間 20 被処理基材
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01L 21/304 645 H01L 21/302 C Fターム(参考) 4G075 AA24 AA30 AA62 BC06 BD14 CA47 CA57 CA63 EB42 FA05 4K030 AA02 AA05 AA11 BA16 BA18 BA29 BA44 BA45 BA46 FA01 KA15 KA30 LA02 5F004 AA01 AA16 BA06 BA07 BA20 BB29 CA02 DA01 DA02 DA07 DA18 DA21 DA23 DA25 DA26 DA27 5F045 AA08 BB01 BB08 DP02 EB02 EB03 EC01 EC05 EH04 EH08 EH14

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向する一対の平行平板型電極からなる
    常圧プラズマ処理装置であって、対向する一対の平行平
    板電極の少なくとも一方の対向面が固体誘電体で被覆さ
    れており、少なくとも一方の電極の放電面周縁は放電面
    より凹部となされ、この周縁部に一対の電極間を密閉す
    るシール部材が配置されてなることを特徴とするプラズ
    マ処理装置。
  2. 【請求項2】 凹部の放電面側のコーナー部を曲面とす
    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。
JP2001126250A 2001-04-24 2001-04-24 プラズマ処理装置 Pending JP2002324789A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006049548A (ja) * 2004-08-04 2006-02-16 Sharp Corp 半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法
JP2006093669A (ja) * 2004-08-18 2006-04-06 Nanofilm Technologies Internatl Pte Ltd 基体表面から材料を取り除く方法と装置

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