JP2004181306A

JP2004181306A - 表面処理装置及び表面処理方法

Info

Publication number: JP2004181306A
Application number: JP2002349059A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Shibata; 哲司柴田; Noriyuki Taguchi; 典幸田口; Keiichi Yamazaki; 圭一山崎; Koji Sawada; 康志澤田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP4103565B2

Abstract

【課題】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、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、短時間で表面処理を行うことができて生産性の低下を抑え、被処理物の酸化物による汚染を抑え、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を提供する。
【解決手段】反応容器１の外側に複数の電極２、３を設ける。反応容器１内にガスを導入すると共に電極２、３間に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の内側に気体放電を発生する。この気体放電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５に供給する。ガス流Ｇに超音波振動を付与するための超音波発生手段４を設ける。
【選択図】図１

Description

【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、上記のような活性種を含むガスやプラズマを被処理物に対して吹き出して表面処理を行う吹出型表面処理装置としては、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がある（例えば、特許文献１参照）。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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
また、表面処理装置としては、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（例えば、特許文献２参照）があるが、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。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２１３０３３号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】
特許第３１４７１３７号公報（特許請求の範囲等）
【０００９】
【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、短時間で表面処理を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。
【００１０】
【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内にガスを導入すると共に電極２、３間に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Ｇを反応容器１から吹き出して被処理物５に供給することによって、被処理物５の表面処理を行う表面処理装置において、ガス流Ｇに超音波振動を付与するための超音波発生手段４を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る表面処理装置は、請求項１に加えて、上記超音波発生手段４を電極２、３よりも上流側に設けて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る表面処理装置は、請求項１に加えて、上記超音波発生手段４を反応容器１よりも下流側に設けて成ることを特徴とするものである。
【００１３】
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、反応容器１から吹き出されたガスを吸引するためのダクト６を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
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、被処理物５を吸着するための吸着ステージ２０を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１５】
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により表面処理を行うにあたって、希ガス、窒素、酸素、空気の少なくとも一つを含有するガスを用いることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
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、その厚み方向（電極２、３が対向する方向）の寸法に比べて、上下方向及び幅方向に長い略角筒状（略矩形筒状）に形成されており、反応容器１の内側の空間はガス流路２１として形成されている。このガス流路２１の上端は反応容器１の上面全面にガス導入口７として開口していると共にガス流路２１の下端は反応容器１の下面全面に吹き出し口８として開口している。従って、ガス導入口７及び吹き出し口８は反応容器１の幅方向に細長いスリット状に形成されているものである。
【００１８】
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略直方体に形成されている。また、電極２、３の内部には冷却水循環路１１が設けられており、この冷却水循環路１１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。
【００１９】
そして、電極２、３は反応容器１を両側から挟むように対向させるようにして反応容器１の外側に設けられている。また、反応容器１の電極２と電極３に挟まれた部分が放電発生部１０として形成されており、この放電発生部１０の内側の空間であるガス流路２１の一部が放電空間２２として形成されている。
【００２０】
上記電極２、３には高電圧を発生する電源９が接続されており、一方（図１のものでは左側）の電極２が高圧電極として、他方（図１のものでは右側）の電極３が低圧電極として形成されている。また、他方の電極３が接地されている場合、この電極３は接地電極として形成されるものである。尚、電極２、３の間隔は気体放電（プラズマ）を安定に発生するために０．１〜３０ｍｍに設定するのが好ましい。そして、この電源９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２２に交番（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。交番の電界は休止時間（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２２で気体放電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２２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、０．５〜３０ｋＶに設定することができる。
【００２１】
電源９として交流電源を用いた場合、放電空間２２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２２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２２での気体放電（プラズマ）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２２に印加される印加電力の密度は０．１〜３５００Ｗ／ｃｍ^３に設定するのが好ましい。放電空間２２に印加される印加電力の密度が０．１Ｗ／ｃｍ^３未満であれば、気体放電を十分に発生させることができなくなり、逆に、放電空間２２に印加される印加電力の密度が３５００Ｗ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３）は、（印加電力／放電空間２２の体積）で定義される。
【００２２】
また、本発明は超音波発生手段４として一対の超音波発生器２４を備えている。超音波発生器２４は超音波振動子とその駆動電源等を備えたものであって、電極２、３よりも上側においてガス流路２１内に露出するようにして反応容器１に設けられている。また、一対の超音波発生器２４はガス流路２１を挟んで対向するように配置されている。そして、この超音波発生器２４はガス流路２１内のガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。
【００２３】
また、本発明は反応容器１から吹き出されたガスを吸引するためのダクト６を備えている。このダクト６は反応容器１の吹き出し口８の近傍に設けられるものであって、複数個の配管２５の内部空間で形成されている。また、ダクト６の一端は吹き出し口８の側方で開口していると共にダクト６の他端にはポンプ等の吸引手段が接続されている。
【００２４】
本発明では、プラズマ生成用のガスとして希ガス、窒素、酸素、空気をそれぞれ単独で用いたりあるいは複数種を混合したりして用いることができる。希ガスとしては、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、希ガスや窒素に反応ガスを混合して使用することができる。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５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、窒素、酸素、空気、ＣＯ_２、Ｎ_２Ｏなどのガスを用いるのが好ましい。また、反応ガスとしてＣＦ_４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希ガスや窒素ガスの全量に対して２０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２０体積％を超えると、放電が不安定になる恐れがある。
【００２５】
上記のように形成される本発明の表面処理装置で被処理物５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、ガス導入口７から反応容器１の内側のガス流路２１内に上記のガスを導入する。このようにガス流路２１内に導入されたガスはガス流路２１内を上から下に向かって流れて放電空間２２に達するが、放電空間２２に達する前に上記ガスのガス流Ｇは超音波発生器２４の近傍を通過することになり、これにより、ガス流Ｇには超音波発生器２４により超音波振動が付与されることになる。すなわち、ガス流Ｇの流れ方向において、電極２、３よりも上流側に設けた超音波発生器２４により放電空間２２に達する前のガス流Ｇに超音波振動が付与されるものである。このように本実施の形態では、反応容器１のガス流路２１内において放電空間２２の上流側でガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。ここで、ガス流Ｇに付与される超音波振動の周波数は２０〜５００ｋＨｚとすることができるが、これに限定されるものではない。
【００２６】
上記のようにして超音波発生器２４を通過して超音波振動が付与されたガス（ガス流Ｇ）は放電空間２２に流入する。ここで、電源９により電極２、３間に高電圧を印加することにより放電空間２２には交番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２２に気体放電が発生すると共にこの気体放電によりガスがプラズマ化されて放電空間２２に活性種（イオンやラジカル等）が生成される。そして、上記の超音波振動により放電空間２２における反応容器１の内面とガスとの境界層（速度境界層や濃度勾配や温度境界層など）の成長が抑制されるため、上記気体放電による活性種の生成が促進されるものである。
【００２７】
この後、活性種を含むガス流Ｇは吹き出し口８から連続的にカーテン状に吹き出されるものであり、吹き出し口８の下側に被処理物５を配置すると共に活性種を含むガス流Ｇを吹き出し口８から被処理物５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５の表面処理を行うことができる。
【００２８】
さらに、表面処理後のガスをダクト６により吸引することにより、被処理物５の表面付近でのガスの滞留を抑制することができると共にガス流Ｇによって被処理物５の表面から吹き上げられた塵を速やかに吸い取ることができる。また、ガスそのものを回収することにより、ガスの再利用を行うことも可能である。
【００２９】
尚、吹き出し口８の下側に被処理物５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５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５を吹き出し口８の下側に順次搬送することによって、複数の被処理物５を連続的に表面処理することができる。また、吹き出し口８と被処理物５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５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、１〜３０ｍｍに設定することができる。
【００３０】
そして、本発明では、超音波発生器２４によりガス流Ｇに超音波振動を付与することによりガス流路２１内のガス流Ｇと反応容器１の内面との境界層を薄くすることができ、放電空間２２における活性種の生成を促進することができるものである。従って、ガス流路２１におけるガスの流量を増加させることなく、ガス流Ｇに超音波振動を付与することによって、ガス流Ｇ中の活性種の密度を増加させて表面処理の能力を高めることができ、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。
【００３１】
また、本発明では放電空間２２に投入する印加電力を増加させることなく、ガス流Ｇに超音波振動を付与することによって、ガス流Ｇ中の活性種の密度を増加させて表面処理の能力を高めることができ、吹き出し口８から吹き出す活性種を含むガス流Ｇの温度が上昇することがなく、被処理物５に熱的損傷が生じないものであり、しかも、被処理物５と放電場（放電発生部１０）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。
【００３２】
さらに、本発明では活性種を含むガス流Ｇを被処理物５に供給する時間を長くせずに吹き出し口８からの吹き出されるガス流Ｇの活性種の密度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５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。
【００３３】
また、本発明では放電発生部１０から被処理物５までの距離を短くすることなく、吹き出し口８からのガス流Ｇに含まれる活性種の密度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５へのアークが生じにくくなって、アークにより被処理物５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８と被処理物５の間に金属メッシュを介在させていないので、被処理物５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５を汚すという問題も発生しないものである。
【００３４】
図２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に示すものと比べて、反応容器１と超音波発生器２４との位置関係が異なるものであり、その他の構成は図１に示すものと同等である。すなわち、この表面処理装置では、電極２、３の上側に超音波発生器２４を設けずに、反応容器１の吹き出し口８の下側（直下）に一対の超音波発生器２４を対向配置したものであり、ガス流Ｇの流れ方向において、反応容器１の下流側に超音波発生器２４を直線状に並べて設けたものである。また、一対の超音波発生器２４の間の空間が吹き出し口８と連通して形成されている。
【００３５】
上記のように形成される本発明の表面処理装置で被処理物５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において、ガス導入口７から反応容器１の内側のガス流路２１内に上記のガスを導入する。このようにガス流路２１内に導入されたガスはガス流路２１内を上から下に向かって流れて放電空間２２に達する。この後、電源９により電極２、３間に高電圧を印加することにより放電空間２２には交番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２２に気体放電が発生すると共にこの気体放電によりガスがプラズマ化されて放電空間２２に活性種（イオンやラジカル等）が生成される。
【００３６】
この後、活性種を含むガス流Ｇは吹き出し口８から連続的にカーテン状に吹き出され、一対の超音波発生器２４の間の空間に導入される。ここで、被処理物５に達する前に上記ガス流Ｇは超音波発生器２４の近傍を通過することになり、これにより、ガス流Ｇには超音波発生器２４により超音波振動が付与されることになる。すなわち、ガス流Ｇの流れ方向において、反応容器１の吹き出し口８よりも下流側に設けた超音波発生器２４により被処理物５に供給される前のガス流Ｇに超音波振動が付与されるものである。このように本実施の形態では、反応容器１のガス流路２１から吹き出されたガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。ここで、ガス流Ｇに付与される超音波振動の条件は上記と同様にすることができる。
【００３７】
この後、超音波発生器２４の下側に被処理物５を配置すると共に活性種を含むガス流Ｇを超音波発生器２４間の空間から被処理物５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５の表面処理を行うことができる。
【００３８】
図２に示す表面処理装置では、図１のものと比較して、反応容器１の吹き出し口８と被処理物５の間に超音波発生器２４を配設することによって、超音波発生器２４が被処理物５に近接しているため、ガス流Ｇへの超音波振動の付与の効果は被処理物５の表面に大きく現れる。すなわち、図２に示す表面処理装置では、吹き出し口８から吹き出されたガス流Ｇへの超音波振動の付与により、ガス流Ｇによって生じる被処理物５の表面とガスとの境界層（速度境界層や濃度勾配や温度境界層など）の成長を抑制し、ガス流Ｇに含まれる活性種を容易に被処理物５に表面に到達させることができ、表面処理能力を高めることが可能となるものである。よって、この実施の形態の表面処理装置は被処理物５の表面への活性種の輸送を効率的に行うことができ、図１に示すものとほぼ同様にして表面処理を行うことによって、図１に示すものと同様の作用効果を奏するものである。
【００３９】
本発明においては、活性種を含むガス流Ｇを被処理物５の表面に供給している間に、被処理物５を吸着して保持するために吸着ステージ２０を備えることができる。吸着ステージ２０は平板状（プレート状）に形成される吸着プレート３３と設置台３０により構成されている。吸着プレート３３には厚み方向に貫通する多数の微細孔が全体に亘って形成されている。
【００４０】
吸着プレート３３に形成された平均微細孔の直径（微細孔の平均直径）は５０〜２００μｍであることが好ましい。平均微細孔の直径が５０μｍ未満であれば、微細孔を通じて被処理物５が吸引するのが難しくなり、吸着プレート３３への被処理物の吸着力が小さくなる恐れがある。また、平均微細孔の直径が２００μｍを超えると、吸引の際に被処理物５が微細孔に変形しながら引き込まれ、被処理物５に微細孔の開口の跡が残る恐れがある。
【００４１】
また、吸着プレート３３の空孔率（気孔率）は２０〜６０％であることが好ましい。吸着プレート３３の空孔率が２０％未満であれば、吸着プレート３３の表面に被処理物５を充分に吸着することができず、被処理物５に反りが発生する恐れがあり、吸着プレート３３の空孔率が６０％を超えると、吸着プレート３３の強度が低くなって割れや欠け等が発生する恐れがある。
【００４２】
また、吸着プレート３３の厚みは０．５〜５ｍｍであることが好ましい。吸着プレート３３の厚みが０．５ｍｍ未満であれば、吸着プレート３３の強度が低くなって割れや欠け等の破損が生じやすくなる恐れがあり、吸着プレート３３の厚みが５ｍｍを超えても大きな効果は得られず、経済的に不利になる恐れがある。
【００４３】
上記の吸着プレート３３は、設置台３０の上面開口に隙間なくはめ込んで取り付けられている。設置台３０には吸引路３１が形成されており、この吸引路３１には真空ポンプなどの吸引手段３２が接続されている。
【００４４】
そして、上記の吸着ステージ２０を図１に示すものにおいて反応容器１の吹き出し口８の下側に配設することによって、図３に示すような表面処理装置を形成することができ、また、上記の吸着ステージ２０を図２に示すものにおいて超音波発生器２４の下側に配設することによって、図４に示すような表面処理装置を形成することができる。
【００４５】
図３、４に示す表面処理装置においても、図１、２に示すものと同様にして被処理物５の表面処理が行われるが、活性種を含むガス流Ｇを被処理物５に供給している間、被処理物５を吸着プレート３３の表面（上面）に吸着させるものである。被処理物５を吸着プレート３３の表面に吸着させるにあたっては、吸引手段３２を動作させることにより、吸引路３１及び吸着プレート３３の微細孔を介して吸引手段３２の吸引作用を吸着プレート３３の表面に載置された被処理物５に及ぼすようにするものであり、これにより、被処理物５を吸着プレート３３の表面に吸引密着して保持するものである。
【００４６】
上記のような吸着ステージ２０は、シート状あるいはフィルム状あるいは板状に形成される薄い被処理物５を表面処理する場合に有効である。すなわち、上記シート状等の薄い被処理物５は、活性種を含有するガス流Ｇが吹き付けられて供給されると、ガス流Ｇの熱等で反りが発生することがあり、このために、均一な表面処理を行うことができない恐れがある。そこで、本発明のように、吸着ステージ２０を用いて吸着プレート３３の表面に吸着して保持しながら表面処理をおこなうことによって、薄い被処理物５であってもガス流Ｇの熱等で反ることがなく、被処理物５の表面に均一に活性種を供給することができるものであり、これにより、被処理物５の表面の全体に亘って均一な表面処理を行うことができるものである。
【００４７】
尚、上記の薄い被処理物５としては液晶表示装置用ガラス板やプリント配線板（リジットとフレキシブルの両方を含む）などを例示することができるが、これに限定されるものではない。また、多数枚の被処理物５を連続的に表面処理する場合は、被処理物５を吸着させた吸着ステージ２０を連続的に反応容器１の下側に搬送するようにしてもよい。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００４９】
（実施例１）
図１に断面を示す矩形筒状の反応容器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り、また、放電発生部１０の狭小側の内寸（ガス導入口７と吹き出し口８のスリット幅と同じであり、放電スリット幅という）は１ｍｍとした。さらに、反応容器１の幅広側は５６ｍｍとした。電極２，３はその下面が吹き出し口８から５ｍｍ上流側に位置するようにした。
【００５０】
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は反応容器１の幅広側に反応容器１を挟みこむように設置した。電極２、３の内部の冷却水循環路１１には冷却水を循環させ、電極２、３を冷却した。左側の電極２は交番する高周波電界（電圧）を発生する電源９に接続し、右側の電極３は接地した。
【００５１】
超音波発生手段４は対向配置した板状の超音波発生器２４から構成されている。超音波発生器２４は反応容器１の電極２、３の上流側に設置し、放電空間２２に導入される前において、反応容器１のガス流路２１内のガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。実施例１では２８ｋＨｚの超音波振動を与えた。
【００５２】
ダクト６は吹き出し口８の両側に吹き出し口８を挟むように設置され、被処理物５にガス流Ｇを吹き付けることにより吹き上げられたガスを吸引して回収するものである。
【００５３】
上記のような表面処理装置を用いて、大気圧下でアルゴン５．８リットル／分、酸素０．０３リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、７００Ｗの交番の高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口８より活性種を含むガス流Ｇを５０ｍｍ／ｓで搬送している被処理物５の表面に吹き付ける（噴射する）ことにより表面処理を行った。被処理物５は液晶用の素ガラスを用い、吹き出し口８と被処理物５との距離は３ｍｍとした。
【００５４】
（比較例１）
超音波発生器２４及びダクト６を備えていない以外は実施例１と同様にして表面処理装置を形成した。
【００５５】
実施例１及び比較例１について表面処理後の被処理物５の水接触角を測定した。また、表面処理前の被処理物５の表面の２ｍｍ平方の部分に液晶表示板に使用される直径５μｍのスペーサービーズを３００個散布し、表面処理後のスペーサービーズの残数を調べた。これらの結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１に示すように実施例１では比較例１に比べて水接触角が減少し、さらに、表面処理前に散布したビーズも実施例１では除去されるが、比較例１では残存するものであった。これにより、実施例１は比較例１よりも表面処理能力が高いと言える。
【００５８】
（実施例２）
図２に断面を示す矩形筒状の反応容器１を装備した表面処理装置を使用した。反応容器１及び電極２、３は実施例１と同様に形成した。実施例２では電極２、３の下面は超音波発生器２４の上端より１ｍｍ上流側に設置した。また、左側の電極２はパルス状の高周波電界（電圧）を発生する電源９に接続し、右側の電極３は接地した。超音波発生部２４は対向配置した板状の超音波発生器２４から構成されている。超音波発生器２４は反応容器１の吹き出し口８の下側に設置し、吹き出し口８から吹き出されるガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。実施例２では２８ｋＨｚの超音波を与えた。
【００５９】
その他の構成は実施例１と同様にした。
【００６０】
上記のような表面処理装置を用いて、大気圧下で窒素５．８リットル／分、酸素０．０３リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、７０ｋＨｚで７００Ｗのパルス状の高周波電力を印加し、対向配置された一対の超音波発生器２４の間の空間より活性種を含むガス流Ｇを３０ｍｍ／ｓで搬送している被処理物５の表面に吹き付ける（噴射する）ことにより表面処理を行った。被処理物５は液晶用カラーフィルタガラスを用い、一対の超音波発生器２４の間の空間の下端と被処理物５との距離は３ｍｍとした。
【００６１】
（比較例２）
超音波発生器２４及びダクト６を備えていない以外は実施例２と同様にして表面処理を形成した。また、比較例２では電極２、３の下面を反応容器８の下端より１ｍｍ上流側に設置した。
【００６２】
実施例２及び比較例２について表面処理後の被処理物５の水接触角を測定した。また、表面処理前の被処理物５の表面の２ｍｍ平方の部分に液晶表示板に使用される直径５μｍのスペーサービーズを３００個散布し、表面処理後のスペーサービーズの残数を調べた。これらの結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】

【００６４】
表２に示すように実施例２では比較例２に比べて水接触角が減少し、さらに、表面処理前に散布したビーズも実施例２では除去されるが、比較例２では残存するものであった。これにより、実施例２は比較例２よりも表面処理能力が高いと言える。
【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、反応容器内にガスを導入すると共に電極間に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、ガス流に超音波振動を付与するための超音波発生手段を設けるので、超音波発生手段によりガス流に超音波振動を付与することによって、ガス流と反応容器の内面との境界層を薄くしたり、あるいはガス流と被処理物との境界層の成長を抑制したりすることができ、活性種の生成を促進したり被処理物の表面への活性種の輸送を効率的に行ったりすることができるものであり、従って、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、短時間で表面処理を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、本発明の請求項２の発明は、上記超音波発生手段を電極よりも上流側に設けるので、超音波発生手段により反応容器内のガス流に超音波振動を付与することによって、反応容器内のガス流と反応容器の内面との境界層を薄くすることができ、活性種の生成を促進することができるものであり、従って、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、短時間で表面処理を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。
【００６７】
また、本発明の請求項３の発明は、上記超音波発生手段を反応容器よりも下流側に設けるので、超音波発生手段により反応容器から吹き出されたガス流に超音波振動を付与することによって、反応容器から吹き出されたガス流と被処理物との境界層の成長を抑制することができ、被処理物の表面への活性種の輸送を効率的に行うことができるものであり、従って、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、短時間で表面処理を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。
【００６８】
また、本発明の請求項４の発明は、反応容器から吹き出されたガスを吸引するためのダクトを設けるので、反応容器から吹き出されたガス流と被処理物との境界層の成長をさらに抑制することができ、表面処理の能力をさらに高めることができるものである。
【００６９】
また、本発明の請求項５の発明は、被処理物を吸着するための吸着ステージを設けるので、吸着ステージに被処理物を吸着して保持した状態で表面処理を行うことによって、被処理物に反りが発生しにくくなり、被処理物に均一に活性種を含むガス流を供給することができて均一な表面処理を行うことができるものである。
【００７０】
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により表面処理を行うにあたって、希ガス、窒素、酸素、空気の少なくとも一つを含有するガスを用いるので、ガスの種類によって各種の表面処理を容易に行う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断面図である。
【図２】同上の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】同上の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図４】同上の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１反応容器
２電極
３電極
４超音波発生手段
５被処理物
６ダクト
２０吸着ステージ

Claims

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、反応容器内にガスを導入すると共に電極間に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、ガス流に超音波振動を付与するための超音波発生手段を設けて成ることを特徴とする表面処理装置。
上記超音波発生手段を電極よりも上流側に設けて成ることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
上記超音波発生手段を反応容器よりも下流側に設けて成ることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
反応容器から吹き出されたガスを吸引するためのダクトを設けて成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。
被処理物を吸着するための吸着ステージを設けて成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１乃至５のいずれかに記載の表面処理装置により表面処理を行うにあたって、希ガス、窒素、酸素、空気の少なくとも一つを含有するガスを用いることを特徴とする表面処理方法。