JP2004311116A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】均一な処理と高い処理能力を得ることができるプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】対向配置された複数の電極1の間にガスを導入すると共に対向する電極1、1間に電圧を印加することにより大気圧近傍の圧力下でプラズマ3を生成する。このプラズマ3を対向する電極1、1の間から吹き出して被処理物4の表面に供給するプラズマ処理方法に関する。対向する電極1、1の間隔を0.2〜3mmとする。対向する電極1、1間に印加される電圧を周波数が30〜500kHzの連続交番波形とすると共に対向する電極1、1間に印加される電界強度を50〜200kV/cmとする。ガスの流速を5〜20m/秒とする。
【選択図】 図1
【解決手段】対向配置された複数の電極1の間にガスを導入すると共に対向する電極1、1間に電圧を印加することにより大気圧近傍の圧力下でプラズマ3を生成する。このプラズマ3を対向する電極1、1の間から吹き出して被処理物4の表面に供給するプラズマ処理方法に関する。対向する電極1、1の間隔を0.2〜3mmとする。対向する電極1、1間に印加される電圧を周波数が30〜500kHzの連続交番波形とすると共に対向する電極1、1間に印加される電界強度を50〜200kV/cmとする。ガスの流速を5〜20m/秒とする。
【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プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置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、対向配置された一対の電極間にガスを導入すると共に上記電極間に電圧を印加することにより大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成し、このプラズマを電極間から吹き出して被処理物に供給することによって、被処理物にプラズマ処理を施すことが行われている。
【0003】
このようなプラズマ処理方法において、処理の均一化を図るためには電極間にグロー状の放電を発生させるのが好ましく、このために、例えば、特許文献1に記載の発明では、電極間に印加する電圧としてパルス化したものを用いており、また、非特許文献1では、窒素雰囲気において均一なグロー状の放電が得られる条件として、大凡10kHz以下の周波数と印加電圧の関係を示している。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−154598号公報
【非特許文献1】
Mechanisms Controlling the Transition from Glow Silent Discharge to Streamer Discharge in Nitrogen(Nicolas Gherardi and Francoise Massines,IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE,VOL.29,NO.3,PAGE536−544,JUNE 2001)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1の発明では、電極間にパルス化された電界を印加してプラズマを生成しているので、電極間に電圧が印加されない休止区間が生じるものであり、従って、プラズマの生成密度が低くなって処理能力が低いという問題があった。また、非特許文献1中に示された条件範囲においては電極間に印加する電圧の周波数が低いために、プラズマ処理性能が非常に低く、工業的な用途には適さない。プラズマ処理性能を高めるためには、プラズマ生成のために印加する電圧の周波数を高くすることが必要である。
【0006】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、均一な処理と高い処理能力を得ることができるプラズマ処理方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係るプラズマ処理方法は、対向配置された複数の電極1の間にガスを導入すると共に対向する電極1、1間に電圧を印加することにより大気圧近傍の圧力下でプラズマ3を生成し、このプラズマ3を対向する電極1、1の間から吹き出して被処理物4の表面に供給するプラズマ処理方法であって、対向する電極1、1の間隔を0.2〜3mmとし、対向する電極1、1間に印加される電圧を周波数が30〜500kHzの連続交番波形とすると共に対向する電極1、1間に印加される電界強度を50〜200kV/cmとし、ガスの流速を5〜20m/秒とすることを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明の請求項2に係るプラズマ処理方法は、請求項1に加えて、対向する電極1、1を中点接地することを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明の請求項3に係るプラズマ処理方法は、請求項1又は2に加えて、ガスが大気圧下で放電開始電圧10kV/cm以上であることを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明の請求項4に係るプラズマ処理方法は、請求項1乃至3のいずれかに加えて、ガスがN2単独あるいはN2とO2または空気との混合ガス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5に係るプラズマ処理方法は、請求項4に加えて、O2濃度がN2に対して0.005〜1%の体積比率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6に係るプラズマ処理方法は、請求項1乃至3のいずれかに加えて、ガスがN2とフッ素含有ガスとの混合ガスであることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の請求項7に係るプラズマ処理方法は、請求項1乃至3のいずれかに加えて、ガスがN2とO2およびフッ素含有ガスとの混合ガスであることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明の請求項8に係るプラズマ処理方法は、請求項1乃至3のいずれかに加えて、ガスがO2とCF4との混合ガスであることを特徴とするものである。
【0015】
本発明の請求項9に係るプラズマ処理装置は、請求項1乃至8のいずれかに記載のプラズマ処理方法により被処理物4を処理す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に本発明で用いるプラズマ処理装置の一例を示す。このプラズマ処理装置は排気カバー20で覆った二基のプラズマ発生器21を並設して形成されるものである。各プラズマ発生器21は電極支持筐体22に一対(二つ)の電極1、1を設けて形成されるものである。
【0018】
電極1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)、チタン、13クロム鋼、SUS410などの導電性の金属材料を用いて略角棒状に形成されるものであって、その内部には冷却水を流通させるための流水路37が略全長に亘って設けられている。また、電極1の表面にはアルミナ、チタニア、ジルコニアなどのセラミック材料の溶射法により誘電体被膜40が全面に亘って形成されている。この場合、誘電体被膜40の誘電率は2〜50、より好ましくは3〜10が好ましい。誘電体被膜40の誘電率が2より小さいと、対向する電極1、1の間の放電空間5に印加される電圧が小さくなる。また、誘電体被膜40の誘電率が50を超えると、誘電体部分の発熱が生じて放電が不安定になる。この誘電体被膜40には封孔処理を行うことが好ましい。封孔材料としてエポキシ系樹脂などの有機材料またはシリカなどの無機材料を用いることができる。このようなセラミック溶射被覆材料による誘電体被膜40として特に有効な材料はアルミナである。アルミナの誘電率はおよそ9〜10であるが、封孔処理を施すと7〜9程度になる。
【0019】
また、誘電体被膜40を形成するにあたって、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、ジルコニアなどを原料とした無機質材料の釉薬を原料としてホーローコーティングを行うこともできる。上記の溶射法やホーローコーティングの場合、誘電体被膜40の厚みは0.1〜3mm、より好ましくは0.3〜1.5mmに設定することができる。誘電体被膜40の厚みが0.1mmよりも薄いと誘電体被膜40が絶縁破壊する可能性があり、3mmよりも厚いと、対向する電極1、1間に電圧が印加され難くなり、その結果として放電が不安定になる恐れがある。
【0020】
また、電極1の下面において誘電体被膜40の表面には樹脂成形体を全面に亘って設けることもできる。この樹脂成形体はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリイミドなどの合成樹脂で形成されるものであって、この樹脂成形体により電極1、1の下面間での放電や電極1の下面と被処理物4との間の放電を防止することができるものである。
【0021】
電極1、1は所定の間隔を介して略平行に対向配置されるものであるが、対向する一対の電極1、1の間隔(電極1、1の対向面に設けた誘電体被膜40間の間隔)は、0.2〜3mmにするのが好ましい。対向する電極1、1の間隔(ギャップ間距離)が上記の範囲を逸脱すると、均一なグロー状の放電を安定して生成することが難しくなり、本発明の目的を達成することができなくなる。
【0022】
また、被処理物4の搬送方向と直交する方向に長い幅広のプラズマ発生器21の場合、幅方向の処理均一性を確保するために、対向する電極1、1間距離を一定値に保つ機構、および幅方向のガス均一吹き出し機構(エアノズルなどとして用いられる後述のガスノズル23)を設けることも有効である。
【0023】
上記非特許文献1においては、窒素雰囲気において、均一なグロー状の放電が得られる条件を求めており、非特許文献1中の図7において周波数(大凡10kHz以下)と印加電圧の関係が示されている。しかし、本願発明者らの研究によれば、非特許文献1中に示された条件範囲を、吹出し型のプラズマ処理装置に適用した場合、プラズマ処理性能が非常低く、工業的な用途には適さない。
【0024】
プラズマ処理性能を高めるためには、プラズマ生成のために印加する電圧の周波数を高くすることが必要である。本発明においてプラズマ生成のために、対向する電極1、1間に印加する電圧は周波数が30〜500kHzの連続交番波形が最適である。対向する電極1、1間に印加する電圧の周波数が30kHz未満ではプラズマ密度は高くならない。また、対向する電極1、1間に印加する電圧の周波数が500kHzを超えると単位時間内に発生するストリーマが増加するために、プラズマ密度は増加するものの、アークが発生しやすくなると共にプラズマ温度が上昇してしまう。
【0025】
また、対向する一対の電極1、1間に印加する電圧の周波数が30〜500kHzの領域であっても、ガス流速の最適な値を取らないと、安定した放電が得られない。ガス流速を5m毎秒以下とすると、グロー状の均一な放電ではなくなり、ストリーマ状の放電が発生する。この状態で放電を続けると異常放電(アーク放電)が発生するが、ガス流速を5m毎秒以上20m毎秒以下とすると、ストリーマが収縮し微細な無数のフィラメント状放電が形成される。このような放電状態にて改質することにより極めて高い処理効果が得られる。ガス流速を20m毎秒より大きくするとガス温度が下がり改質効果が低下する。
【0026】
従って、対向する電極1、1の間隙(放電空間5)に供給されるガスの流速が5〜20m/秒となるようにする。このようなガスの流速を調整するにあたっては、対向する電極1、1の間隔やガスの流量などを調整するようにする。ガスの流速が5m/秒未満であると、ストリーマ状の放電が発生して均一なプラズマ3を生成することができず、また、ガスの流速が20m/秒を超えると、放電が不安定となって均一なプラズマ3を生成することができず、いずれの場合も均一な処理を行うことができなくなる恐れがある。すなわち、対向する一対の電極1、1の間にガスを停滞させて上記の電圧を印加した場合、これら電極1、1の間隙(放電空間5)にストリーマ状の放電が生じるが、本発明ではガスの流速が5〜20m/秒となるようにするので、プラズマ3の活性種を拡散させてグロー状の均一な誘電体バリア放電となり、均一なプラズマ3を安定して生成することができるものである。また、プラズマ3の流速を上記範囲にすることによって、プラズマ3の温度を下げることができ、被処理物4の熱的損傷を少なくすることができるものである。
【0027】
図2に示したとおり、上記一対の電極1、1はボルトのような電極固定具41により電極支持筐体22に取り付けられている。また、ギャップ間距離の調整のため、当接ボルト46が電極支持筺体22に設置されている。電極1と電極支持筐体22の間には絶縁材28が設けられている。そして、上記の電極固定具41と当接ボルト46とでギャップ間距離調整機構が形成されているものであり、これによって、基準となる電極支持筐体22からの各電極1の距離を調整することができ、従って、対向する一対の電極1、1の間隔はギャップ間距離調整機構により調整自在に形成されている。また、対向する電極1、1間に電圧を印加したときに電極1に部分的に反りが生じることがあるが、電極固定具41と当接ボルト46は電極1の長手方向に沿って複数箇所に設けられているので、反りの度合いに応じて電極固定具41と当接ボルト46の挿入深さを部分的に変更することができ、これにより、電極1の長手方向の全長において一定のギャップ間距離にすることができるものである。
【0028】
図3に示すように、電極1には昇圧トランス48を介して電源47が電気的に接続されており、この電源47により対向する一対の電極1、1間には、周波数が30〜500kHzの連続交番波形で、電界強度が50〜200kV/cmの電圧を印加することができるものである。上記の連続交番波形とは、パルス波形のように対向する一対の電極1、1間に電圧が印加されない休止区間が生じるものではなく、連続して対向する一対の電極1、1間に電圧が印加されるような交番波形であって、例えば、正弦波の波形にすることができる。従って、対向する一対の電極1、1間にパルス波形の電界を印加した場合に比べてプラズマの生成密度が低くなることがなく処理能力の低下を抑えることができるものである。
【0029】
また、対向する一対の電極1、1は中点接地されており、両電極1、1とも接地に対して浮いた状態で電圧が印加されている。このために、被処理物4と電極1との電位差が小さくなってアークの発生を防止することができ、アークによる被処理物4の損傷を防ぐことができるものである。すなわち、例えば、一方の電極1を10kVに、他方の電極1を0kVにして対向する電極1、1間の電位差を10kVにした場合、被処理物4と10kVを印加した電極1との間に10kVの電位差が生じるが、本発明のように中点接点を用いた場合、一方の電極1を5kVに、他方の電極1を−5kVにして電極1、1間の電位差を10kVにすることができ、被処理物4と電極1との間には5kVの電位差が生じるだけである。つまり、中点接点を用いない場合に比べて、本発明のように中点接点を用いた場合は、対向する電極1、1間に同じ電位差が生じるにもかかわらず、被処理物4と電極1との間の電位差を小さくすることができ、電極1から被処理物4に対するアークの発生を防止することができるものである。
【0030】
そして、上記のように形成されるプラズマ処理装置を用いて、大気圧近傍の圧力下(93.3〜106.7kPa(700〜800Torr))で液晶パネルディスプレイ(LCD)用ガラス板などの平板状の被処理物4にプラズマ処理を施すにあたっては、次のようにして行う。まず、対向配置された一対の電極1、1の上方に配置されたガスノズル23内にガスを導入すると共にガスノズル23内でガスを長手方向に流しながら徐々にノズル口35から吹き出すようにする。ここで、ガスはガスノズル23の長手方向の全長に亘って略均一に吹き出されるものである。
【0031】
上記のガスとしては、特に限定しなくても放電を安定して発生させることができ、希ガス類も使用できるが、特に大気圧下で放電開始電圧10kV/cm以上のガスが好ましい。放電開始電圧は実測により明確にできる。すなわち、平等電界となる無限大電極を模したロゴスキー電極を1cmの間隔に2枚対峙させて、各種ガスの1気圧雰囲気下で、両電極間に直流高電圧を印加し、放電の発生する電圧を測定して放電開始電圧とする。放電開始電圧10kV/cm以上のガスは一般的に単原子分子ではなく分子状のガスであり、これらがプラズマ中で解離し原子状ラジカルが生成すると、単原子ガスのラジカルよりは大きい表面改質速度を有するが、放電開始電圧が高いため放電しにくく、また放電開始してもすぐにアークが生じやすい。またアークに至らない条件下でも、放電が不安定でストリーマ放電になり均質な処理が難しかった。これらのガスについて鋭意検討した結果、本発明を完成した。
【0032】
放電開始電圧10kV/cm以上のガスとしては、窒素、酸素、水素、メタン、アンモニア、空気、水蒸気、各種有機モノマー、フッ素含有ガスなどの単独または混合ガスを例示できる。尚、本発明において、ガスの放電開始電圧は100kV/cm以下であることが好ましい。
【0033】
また、ガスとしてN2とO2との混合ガス、またはN2と空気との混合ガスを用いる場合は、N2単独のガスを用いる場合に比べて、処理能力を高くすることができ、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、LCDの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニングなどを効率よく行うことができる。この場合、O2の混合比率はガスの全量に対して0.005〜1体積%にするのが好ましく、0.02〜0.2体積%がより好ましい。
【0034】
また、ガスとしてN2とO2とフッ素含有ガス(フッ素系ガス)との混合ガス、またはN2と空気とフッ素含有ガスとの混合ガスを用いると、処理効率を向上することもできる。フッ素含有ガスとしては、例えばCF4、NF3、SF6などのガスを添加することことができる。この場合、O2とフッ素含有ガスの混合比率はガスの全量に対して0.005〜1体積%にするのが好ましく、0.02〜0.2体積%がより好ましい。
【0035】
また、ガスとしてN2と上記と同様のフッ素含有ガスとの混合ガスを用いることにより、表面の撥水性処理を行うこともできる。この場合、フッ素含有ガスの混合比率はガスの全量に対して0.005〜1体積%にするのが好ましく、0.02〜0.2体積%がより好ましい。
【0036】
また、O2とCF4の混合ガスを用いる場合は、N2単独のガスを用いる場合に比べて、処理能力を高くすることができ、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、LCDの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニング、シリコンやレジストのエッチング、アッシングなどを効率よく行うことができる。CF4の混合量はガスの全量(O2とCF4の合計量)に対して2〜40体積%にするのが好ましい。
【0037】
尚、フッ素含有ガスを使用した場合、空気中に反応ガスが放出されると空気中の水蒸気と反応して瞬時にフッ化水素などの有毒なガスに変化するため、十分な排気などが必要である。
【0038】
次に、ガスノズル23のノズル口35から吹き出されたガスは、ノズル口35と電極1、1との間に形成されたガス流路36に導入されてガス流路36内を上流から下流へと流れた後、対向する一対の電極1、1の間の放電空間5に上側開口から導入される。そして、対向する一対の電極1、1の間に上記のような電圧を印加して誘電体バリア放電を発生させると共に対向する一対の電極1、1の間に導入されたガス(分子)を対向する電極1、1間に印加された電界の作用により励起して活性種を生成するものであり、これにより、プラズマ(放電ガス)3が生成されるものである。このプラズマ3は対向する一対の電極1、1の間隙(放電空間5)の下流側開口からプラズマジェットとして吹き出されるものである。また、このプラズマ3は対向する一対の電極1、1の間隙の全長に亘ってカーテン状に吹き出すものである。
【0039】
上記のようにして二基のプラズマ発生器21でプラズマ3を発生させて吹き出すようにした後、被処理物4をプラズマ発生器21の下流に略水平に搬送し、被処理物4の表面にプラズマ3を吹き付けて供給することによって、被処理物4のプラズマ処理を行うことができる。ここで、被処理物4はXYテーブルなどの搬送手段50で搬送することができる。また、被処理物4は一方のプラズマ発生器21からプラズマ3が供給された後、酸素を含むガスである空気に曝露し、この後、他のプラズマ発生器21からさらにプラズマ3の供給を受けてプラズマ処理されるものである。このように酸素を含むガスに曝露する工程を挟んで前後に被処理物4にプラズマ3を供給してプラズマ処理を行うことによって、酸素を含むガスに曝露させないでプラズマ処理を行う場合に比べて、処理能力を向上させることができる。つまり、最初のプラズマ3の供給で被処理物4の表面を活性化して酸素分子が吸着しやすい状態にした後、酸素を含むガスに曝露する工程で被処理物4の表面に酸素分子を吸着させ、この後、酸素分子を吸着させた被処理物4の表面にプラズマ3を供給することによって、被処理物4の表面に吸着した酸素分子を活性化することができ、これにより、処理能力を向上させることができるものである。尚、一つのプラズマ発生器21だけで充分な処理が行えるのであれば上記のような二回のプラズマ3の供給を行う必要はない。
【0040】
また、対向する電極1、1間からのプラズマ3の出口付近または排気カバー20上部に吸引口を設け、対向する電極1、1の間より放出されたガスを吸引することも有効である。これはプラズマ反応より生成したオゾンやNOxを排気するとともに、対向する電極1、1の間より放出されたガスをプラズマ発生器21近辺に滞留させることなく、被処理物4を空気と接触させることが可能になるためである。
【0041】
また、図4に示すように、3本の電極1、1、1を略平行に並べて対向配置するようにしてもよい。この場合、1本の中央電極1aを挟むようにして2本の側部電極1b、1bを配置するものであり、これにより、中央電極1aと各側部電極1bとが対向する電極1、1として形成されている。従って、中央電極1aと各側部電極1bの間隔をそれぞれ0.2〜3mmとし、中央電極1aと各側部電極1bの間にそれぞれ印加される電圧を周波数が30〜500kHzの連続交番波形とすると共に中央電極1aと各側部電極1bの間にそれぞれ印加される電界強度を50〜200kV/cmとし、さらに、中央電極1aと各側部電極1bの間に導入されるガスの流速を5〜20m/秒とするものである。また、両方の側部電極1b、1bは同電位であって、中央電極1aと両方の側部電極1bとを中点接地するようにしている。その他の構成は上記の実施の形態と同様である。
【0042】
【実施例】
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
【0043】
(実施例1)
図1に示すプラズマ処理装置を形成した。電極1は長さ1100mmのステンレス鋼製であり、電極1の表面に溶射法を用いて1mmの厚みでアルミナの層を形成して誘電体被膜40とした。また、電極1の内部には冷却水を循環した。このように形成される一対の電極1、1を1mmの間隔を設けて対向配置し、未放電時において対向する一対の電極1、1の間の空間に上流側より窒素ガスを流速が10m/秒となるように流した。また、対向する一対の電極1、1間に印加される電圧は周波数80kHzで電界強度100kV/cmで、その波形は正弦波の形状とした。また、対向する一対の電極1、1は図3に示すように中点接地されている。また、電極下面にはポリイミド成形体(厚み2mm)を貼り付けた。
【0044】
このような条件でプラズマ3を生成し、ポリイミド成形体の下流側より4mm離れた位置で、被処理物4として液晶用ガラス板を8m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に約50°であった水の接触角が約5°となった。また、被処理物4としてアクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルターの表面を処理した場合、未処理では50°であった水の接触角が15°まで改質された。
【0045】
(実施例2)
実施例1と同様の装置を用い、ガスとして窒素に体積比で約0.05%の酸素を混合したものをガス流速が10m/秒となるように流した。これら以外の構成は実施例1と同様にした。このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より5mm離れた位置で、被処理物4として液晶用ガラス板を8m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に約50°であった水の接触角が約5°となった。また、被処理物4としてアクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルターの表面を処理した場合、未処理では50°あった水の接触角が10°まで改質された。
【0046】
(実施例3)
実施例1と同様の装置を用い、ガスとして窒素に体積比で約0.1%の空気を混合したものをガス流速が10m/秒となるように流した。これら以外の構成は実施例1と同様にした。このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より5mm離れた位置で、被処理物4として液晶用ガラス板を8m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に約50°であった水の接触角が約5°となった。また、被処理物4としてアクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルターの表面を処理した場合、未処理では50°であった水の接触角が8°まで改質された。
【0047】
(実施例4)
実施例1と同様の装置を用い、ガスとして窒素に酸素ガス0.05体積%およびCF4を0.05体積%を混合したものをガス流速が10m/秒となるように流した。これら以外の構成は実施例1と同様にした。但し、図3に示すような1ユニットのプラズマ発生器21のみを用いた。
【0048】
対向する一対の電極1、1間に印加される電圧は周波数300kHzで電界強度100kV/cmで、その波形は正弦波の形状とした。また、電極1、1の間隔は0.5mmとした。このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より5mm離れた位置で、被処理物(液晶用ガラスにレジストを1μm塗布したサンプル)4を1m毎分のスピードで通過させた場合、レジストを3000Åにすることができた。但し、被処理物(基板)4は150℃に加熱した状態でプラズマ処理を行った。
【0049】
(実施例5)
実施例1と同様の装置を用い、ガスとして窒素に体積比で約0.1%のSF6を混合したものをガス流速が10m/秒となるように流した。一対の電極1、1間に印加される電圧は周波数500kHzで電界強度200kV/cmで、その波形は正弦波の形状とした。また、電極1、1の間隔は0.5mmとした。このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より2mm離れた位置であった。このような条件でプラズマ3を生成し、被処理物4としてシリコン基板を0.8m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に比べ、約0.1μmエッチングされた。
【0050】
(実施例6)
図4に示す3本の電極構造を有するプラズマ処理装置を形成した。電極1は長さ1100mmのステンレス鋼製であり、電極1の表面に溶射法を用いて1mmの厚みでアルミナの層を形成して誘電体被膜40とした。また、電極1の内部には冷却水を循環した。このように形成される3本の電極1を1mmの間隔を設けて対向配置し、未放電時において対向する一対の電極1、1(中央電極1aと側部電極1b)の間の空間に上流側より窒素ガスを流速が10m/秒となるように流した。また、対向する電極1、1(中央電極1aと側部電極1b)間に印加される電圧は周波数200kHzで電界強度100kV/cmで、その波形は正弦波の形状とした。3本のうち2本の側部電極1bは同一の電圧で中央電極1aはそれらに対向する電極である。また、中央電極1aと各側部電極1bは図4に示すとおり中点接地されており、両電極1a、1bとも接地に対して浮いた状態で電圧が印加されている。
【0051】
このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より5mm離れた位置で、被処理物4として液晶用ガラス板を10m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に約50°であった水の接触角が約5°となった。また、被処理物4としてアクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルターの表面を処理した場合、未処理では50°であった水の接触角が15°まで改質された。
【0052】
(比較例1)
ガスの流速を4.9m/秒にした以外は実施例1と同様にした。この場合、ストリーマ状の放電が発生して均一なプラズマ3を生成することができず、被処理物4である液晶用ガラス板に水の接触角が約50°の部分と約5°の部分とが生じた。
【0053】
(比較例2)
ガスの流速を20.1m/秒にした以外は実施例1と同様にした。この場合、放電が不安定となって均一なプラズマ3を生成することができず、被処理物4である液晶用ガラス板に水の接触角が約50°の部分と約5°の部分とが生じた。
【0054】
(比較例3)
周波数を49kHzにした以外は実施例1と同様にした。この場合、生成されるプラスマ3の密度が小さくなって、充分な処理効果を得ることができず、被処理物4である液晶用ガラス板に水の接触角が約5°にまで達しない部分が生じた。
【0055】
(比較例4)
パルス状の電界を印加した以外は実施例1と同様にした。この場合、生成されるプラスマ3の密度が小さくなって、充分な処理効果を得ることができず、被処理物4である液晶用ガラス板に水の接触角が約5°にまで達しない部分が生じた。
【0056】
上記のように実施例1〜6では比較例1〜4に比べて処理能力が高くて均一なプラズマ処理を行うことができた。
【0057】
【発明の効果】
上記のように本発明は、対向する電極の間隔を0.2〜3mmとし、対向する電極間に印加される電圧を周波数が30〜500kHzの連続交番波形とすると共に対向する電極間に印加される電界強度を50〜200kV/cmとし、ガスの流速を5〜20m/秒とするので、均一な処理と高い処理能力を得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概略の断面図である。
【図2】同上のプラズマ発生器の一例を示す断面図である。
【図3】同上の回路の一例を示す概略図である。
【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 電極
3 プラズマ
4 被処理物
【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プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置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、対向配置された一対の電極間にガスを導入すると共に上記電極間に電圧を印加することにより大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成し、このプラズマを電極間から吹き出して被処理物に供給することによって、被処理物にプラズマ処理を施すことが行われている。
【0003】
このようなプラズマ処理方法において、処理の均一化を図るためには電極間にグロー状の放電を発生させるのが好ましく、このために、例えば、特許文献1に記載の発明では、電極間に印加する電圧としてパルス化したものを用いており、また、非特許文献1では、窒素雰囲気において均一なグロー状の放電が得られる条件として、大凡10kHz以下の周波数と印加電圧の関係を示している。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−154598号公報
【非特許文献1】
Mechanisms Controlling the Transition from Glow Silent Discharge to Streamer Discharge in Nitrogen(Nicolas Gherardi and Francoise Massines,IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE,VOL.29,NO.3,PAGE536−544,JUNE 2001)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1の発明では、電極間にパルス化された電界を印加してプラズマを生成しているので、電極間に電圧が印加されない休止区間が生じるものであり、従って、プラズマの生成密度が低くなって処理能力が低いという問題があった。また、非特許文献1中に示された条件範囲においては電極間に印加する電圧の周波数が低いために、プラズマ処理性能が非常に低く、工業的な用途には適さない。プラズマ処理性能を高めるためには、プラズマ生成のために印加する電圧の周波数を高くすることが必要である。
【0006】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、均一な処理と高い処理能力を得ることができるプラズマ処理方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係るプラズマ処理方法は、対向配置された複数の電極1の間にガスを導入すると共に対向する電極1、1間に電圧を印加することにより大気圧近傍の圧力下でプラズマ3を生成し、このプラズマ3を対向する電極1、1の間から吹き出して被処理物4の表面に供給するプラズマ処理方法であって、対向する電極1、1の間隔を0.2〜3mmとし、対向する電極1、1間に印加される電圧を周波数が30〜500kHzの連続交番波形とすると共に対向する電極1、1間に印加される電界強度を50〜200kV/cmとし、ガスの流速を5〜20m/秒とすることを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明の請求項2に係るプラズマ処理方法は、請求項1に加えて、対向する電極1、1を中点接地することを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明の請求項3に係るプラズマ処理方法は、請求項1又は2に加えて、ガスが大気圧下で放電開始電圧10kV/cm以上であることを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明の請求項4に係るプラズマ処理方法は、請求項1乃至3のいずれかに加えて、ガスがN2単独あるいはN2とO2または空気との混合ガス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5に係るプラズマ処理方法は、請求項4に加えて、O2濃度がN2に対して0.005〜1%の体積比率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6に係るプラズマ処理方法は、請求項1乃至3のいずれかに加えて、ガスがN2とフッ素含有ガスとの混合ガスであることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の請求項7に係るプラズマ処理方法は、請求項1乃至3のいずれかに加えて、ガスがN2とO2およびフッ素含有ガスとの混合ガスであることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明の請求項8に係るプラズマ処理方法は、請求項1乃至3のいずれかに加えて、ガスがO2とCF4との混合ガスであることを特徴とするものである。
【0015】
本発明の請求項9に係るプラズマ処理装置は、請求項1乃至8のいずれかに記載のプラズマ処理方法により被処理物4を処理す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に本発明で用いるプラズマ処理装置の一例を示す。このプラズマ処理装置は排気カバー20で覆った二基のプラズマ発生器21を並設して形成されるものである。各プラズマ発生器21は電極支持筐体22に一対(二つ)の電極1、1を設けて形成されるものである。
【0018】
電極1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)、チタン、13クロム鋼、SUS410などの導電性の金属材料を用いて略角棒状に形成されるものであって、その内部には冷却水を流通させるための流水路37が略全長に亘って設けられている。また、電極1の表面にはアルミナ、チタニア、ジルコニアなどのセラミック材料の溶射法により誘電体被膜40が全面に亘って形成されている。この場合、誘電体被膜40の誘電率は2〜50、より好ましくは3〜10が好ましい。誘電体被膜40の誘電率が2より小さいと、対向する電極1、1の間の放電空間5に印加される電圧が小さくなる。また、誘電体被膜40の誘電率が50を超えると、誘電体部分の発熱が生じて放電が不安定になる。この誘電体被膜40には封孔処理を行うことが好ましい。封孔材料としてエポキシ系樹脂などの有機材料またはシリカなどの無機材料を用いることができる。このようなセラミック溶射被覆材料による誘電体被膜40として特に有効な材料はアルミナである。アルミナの誘電率はおよそ9〜10であるが、封孔処理を施すと7〜9程度になる。
【0019】
また、誘電体被膜40を形成するにあたって、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、ジルコニアなどを原料とした無機質材料の釉薬を原料としてホーローコーティングを行うこともできる。上記の溶射法やホーローコーティングの場合、誘電体被膜40の厚みは0.1〜3mm、より好ましくは0.3〜1.5mmに設定することができる。誘電体被膜40の厚みが0.1mmよりも薄いと誘電体被膜40が絶縁破壊する可能性があり、3mmよりも厚いと、対向する電極1、1間に電圧が印加され難くなり、その結果として放電が不安定になる恐れがある。
【0020】
また、電極1の下面において誘電体被膜40の表面には樹脂成形体を全面に亘って設けることもできる。この樹脂成形体はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリイミドなどの合成樹脂で形成されるものであって、この樹脂成形体により電極1、1の下面間での放電や電極1の下面と被処理物4との間の放電を防止することができるものである。
【0021】
電極1、1は所定の間隔を介して略平行に対向配置されるものであるが、対向する一対の電極1、1の間隔(電極1、1の対向面に設けた誘電体被膜40間の間隔)は、0.2〜3mmにするのが好ましい。対向する電極1、1の間隔(ギャップ間距離)が上記の範囲を逸脱すると、均一なグロー状の放電を安定して生成することが難しくなり、本発明の目的を達成することができなくなる。
【0022】
また、被処理物4の搬送方向と直交する方向に長い幅広のプラズマ発生器21の場合、幅方向の処理均一性を確保するために、対向する電極1、1間距離を一定値に保つ機構、および幅方向のガス均一吹き出し機構(エアノズルなどとして用いられる後述のガスノズル23)を設けることも有効である。
【0023】
上記非特許文献1においては、窒素雰囲気において、均一なグロー状の放電が得られる条件を求めており、非特許文献1中の図7において周波数(大凡10kHz以下)と印加電圧の関係が示されている。しかし、本願発明者らの研究によれば、非特許文献1中に示された条件範囲を、吹出し型のプラズマ処理装置に適用した場合、プラズマ処理性能が非常低く、工業的な用途には適さない。
【0024】
プラズマ処理性能を高めるためには、プラズマ生成のために印加する電圧の周波数を高くすることが必要である。本発明においてプラズマ生成のために、対向する電極1、1間に印加する電圧は周波数が30〜500kHzの連続交番波形が最適である。対向する電極1、1間に印加する電圧の周波数が30kHz未満ではプラズマ密度は高くならない。また、対向する電極1、1間に印加する電圧の周波数が500kHzを超えると単位時間内に発生するストリーマが増加するために、プラズマ密度は増加するものの、アークが発生しやすくなると共にプラズマ温度が上昇してしまう。
【0025】
また、対向する一対の電極1、1間に印加する電圧の周波数が30〜500kHzの領域であっても、ガス流速の最適な値を取らないと、安定した放電が得られない。ガス流速を5m毎秒以下とすると、グロー状の均一な放電ではなくなり、ストリーマ状の放電が発生する。この状態で放電を続けると異常放電(アーク放電)が発生するが、ガス流速を5m毎秒以上20m毎秒以下とすると、ストリーマが収縮し微細な無数のフィラメント状放電が形成される。このような放電状態にて改質することにより極めて高い処理効果が得られる。ガス流速を20m毎秒より大きくするとガス温度が下がり改質効果が低下する。
【0026】
従って、対向する電極1、1の間隙(放電空間5)に供給されるガスの流速が5〜20m/秒となるようにする。このようなガスの流速を調整するにあたっては、対向する電極1、1の間隔やガスの流量などを調整するようにする。ガスの流速が5m/秒未満であると、ストリーマ状の放電が発生して均一なプラズマ3を生成することができず、また、ガスの流速が20m/秒を超えると、放電が不安定となって均一なプラズマ3を生成することができず、いずれの場合も均一な処理を行うことができなくなる恐れがある。すなわち、対向する一対の電極1、1の間にガスを停滞させて上記の電圧を印加した場合、これら電極1、1の間隙(放電空間5)にストリーマ状の放電が生じるが、本発明ではガスの流速が5〜20m/秒となるようにするので、プラズマ3の活性種を拡散させてグロー状の均一な誘電体バリア放電となり、均一なプラズマ3を安定して生成することができるものである。また、プラズマ3の流速を上記範囲にすることによって、プラズマ3の温度を下げることができ、被処理物4の熱的損傷を少なくすることができるものである。
【0027】
図2に示したとおり、上記一対の電極1、1はボルトのような電極固定具41により電極支持筐体22に取り付けられている。また、ギャップ間距離の調整のため、当接ボルト46が電極支持筺体22に設置されている。電極1と電極支持筐体22の間には絶縁材28が設けられている。そして、上記の電極固定具41と当接ボルト46とでギャップ間距離調整機構が形成されているものであり、これによって、基準となる電極支持筐体22からの各電極1の距離を調整することができ、従って、対向する一対の電極1、1の間隔はギャップ間距離調整機構により調整自在に形成されている。また、対向する電極1、1間に電圧を印加したときに電極1に部分的に反りが生じることがあるが、電極固定具41と当接ボルト46は電極1の長手方向に沿って複数箇所に設けられているので、反りの度合いに応じて電極固定具41と当接ボルト46の挿入深さを部分的に変更することができ、これにより、電極1の長手方向の全長において一定のギャップ間距離にすることができるものである。
【0028】
図3に示すように、電極1には昇圧トランス48を介して電源47が電気的に接続されており、この電源47により対向する一対の電極1、1間には、周波数が30〜500kHzの連続交番波形で、電界強度が50〜200kV/cmの電圧を印加することができるものである。上記の連続交番波形とは、パルス波形のように対向する一対の電極1、1間に電圧が印加されない休止区間が生じるものではなく、連続して対向する一対の電極1、1間に電圧が印加されるような交番波形であって、例えば、正弦波の波形にすることができる。従って、対向する一対の電極1、1間にパルス波形の電界を印加した場合に比べてプラズマの生成密度が低くなることがなく処理能力の低下を抑えることができるものである。
【0029】
また、対向する一対の電極1、1は中点接地されており、両電極1、1とも接地に対して浮いた状態で電圧が印加されている。このために、被処理物4と電極1との電位差が小さくなってアークの発生を防止することができ、アークによる被処理物4の損傷を防ぐことができるものである。すなわち、例えば、一方の電極1を10kVに、他方の電極1を0kVにして対向する電極1、1間の電位差を10kVにした場合、被処理物4と10kVを印加した電極1との間に10kVの電位差が生じるが、本発明のように中点接点を用いた場合、一方の電極1を5kVに、他方の電極1を−5kVにして電極1、1間の電位差を10kVにすることができ、被処理物4と電極1との間には5kVの電位差が生じるだけである。つまり、中点接点を用いない場合に比べて、本発明のように中点接点を用いた場合は、対向する電極1、1間に同じ電位差が生じるにもかかわらず、被処理物4と電極1との間の電位差を小さくすることができ、電極1から被処理物4に対するアークの発生を防止することができるものである。
【0030】
そして、上記のように形成されるプラズマ処理装置を用いて、大気圧近傍の圧力下(93.3〜106.7kPa(700〜800Torr))で液晶パネルディスプレイ(LCD)用ガラス板などの平板状の被処理物4にプラズマ処理を施すにあたっては、次のようにして行う。まず、対向配置された一対の電極1、1の上方に配置されたガスノズル23内にガスを導入すると共にガスノズル23内でガスを長手方向に流しながら徐々にノズル口35から吹き出すようにする。ここで、ガスはガスノズル23の長手方向の全長に亘って略均一に吹き出されるものである。
【0031】
上記のガスとしては、特に限定しなくても放電を安定して発生させることができ、希ガス類も使用できるが、特に大気圧下で放電開始電圧10kV/cm以上のガスが好ましい。放電開始電圧は実測により明確にできる。すなわち、平等電界となる無限大電極を模したロゴスキー電極を1cmの間隔に2枚対峙させて、各種ガスの1気圧雰囲気下で、両電極間に直流高電圧を印加し、放電の発生する電圧を測定して放電開始電圧とする。放電開始電圧10kV/cm以上のガスは一般的に単原子分子ではなく分子状のガスであり、これらがプラズマ中で解離し原子状ラジカルが生成すると、単原子ガスのラジカルよりは大きい表面改質速度を有するが、放電開始電圧が高いため放電しにくく、また放電開始してもすぐにアークが生じやすい。またアークに至らない条件下でも、放電が不安定でストリーマ放電になり均質な処理が難しかった。これらのガスについて鋭意検討した結果、本発明を完成した。
【0032】
放電開始電圧10kV/cm以上のガスとしては、窒素、酸素、水素、メタン、アンモニア、空気、水蒸気、各種有機モノマー、フッ素含有ガスなどの単独または混合ガスを例示できる。尚、本発明において、ガスの放電開始電圧は100kV/cm以下であることが好ましい。
【0033】
また、ガスとしてN2とO2との混合ガス、またはN2と空気との混合ガスを用いる場合は、N2単独のガスを用いる場合に比べて、処理能力を高くすることができ、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、LCDの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニングなどを効率よく行うことができる。この場合、O2の混合比率はガスの全量に対して0.005〜1体積%にするのが好ましく、0.02〜0.2体積%がより好ましい。
【0034】
また、ガスとしてN2とO2とフッ素含有ガス(フッ素系ガス)との混合ガス、またはN2と空気とフッ素含有ガスとの混合ガスを用いると、処理効率を向上することもできる。フッ素含有ガスとしては、例えばCF4、NF3、SF6などのガスを添加することことができる。この場合、O2とフッ素含有ガスの混合比率はガスの全量に対して0.005〜1体積%にするのが好ましく、0.02〜0.2体積%がより好ましい。
【0035】
また、ガスとしてN2と上記と同様のフッ素含有ガスとの混合ガスを用いることにより、表面の撥水性処理を行うこともできる。この場合、フッ素含有ガスの混合比率はガスの全量に対して0.005〜1体積%にするのが好ましく、0.02〜0.2体積%がより好ましい。
【0036】
また、O2とCF4の混合ガスを用いる場合は、N2単独のガスを用いる場合に比べて、処理能力を高くすることができ、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、LCDの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニング、シリコンやレジストのエッチング、アッシングなどを効率よく行うことができる。CF4の混合量はガスの全量(O2とCF4の合計量)に対して2〜40体積%にするのが好ましい。
【0037】
尚、フッ素含有ガスを使用した場合、空気中に反応ガスが放出されると空気中の水蒸気と反応して瞬時にフッ化水素などの有毒なガスに変化するため、十分な排気などが必要である。
【0038】
次に、ガスノズル23のノズル口35から吹き出されたガスは、ノズル口35と電極1、1との間に形成されたガス流路36に導入されてガス流路36内を上流から下流へと流れた後、対向する一対の電極1、1の間の放電空間5に上側開口から導入される。そして、対向する一対の電極1、1の間に上記のような電圧を印加して誘電体バリア放電を発生させると共に対向する一対の電極1、1の間に導入されたガス(分子)を対向する電極1、1間に印加された電界の作用により励起して活性種を生成するものであり、これにより、プラズマ(放電ガス)3が生成されるものである。このプラズマ3は対向する一対の電極1、1の間隙(放電空間5)の下流側開口からプラズマジェットとして吹き出されるものである。また、このプラズマ3は対向する一対の電極1、1の間隙の全長に亘ってカーテン状に吹き出すものである。
【0039】
上記のようにして二基のプラズマ発生器21でプラズマ3を発生させて吹き出すようにした後、被処理物4をプラズマ発生器21の下流に略水平に搬送し、被処理物4の表面にプラズマ3を吹き付けて供給することによって、被処理物4のプラズマ処理を行うことができる。ここで、被処理物4はXYテーブルなどの搬送手段50で搬送することができる。また、被処理物4は一方のプラズマ発生器21からプラズマ3が供給された後、酸素を含むガスである空気に曝露し、この後、他のプラズマ発生器21からさらにプラズマ3の供給を受けてプラズマ処理されるものである。このように酸素を含むガスに曝露する工程を挟んで前後に被処理物4にプラズマ3を供給してプラズマ処理を行うことによって、酸素を含むガスに曝露させないでプラズマ処理を行う場合に比べて、処理能力を向上させることができる。つまり、最初のプラズマ3の供給で被処理物4の表面を活性化して酸素分子が吸着しやすい状態にした後、酸素を含むガスに曝露する工程で被処理物4の表面に酸素分子を吸着させ、この後、酸素分子を吸着させた被処理物4の表面にプラズマ3を供給することによって、被処理物4の表面に吸着した酸素分子を活性化することができ、これにより、処理能力を向上させることができるものである。尚、一つのプラズマ発生器21だけで充分な処理が行えるのであれば上記のような二回のプラズマ3の供給を行う必要はない。
【0040】
また、対向する電極1、1間からのプラズマ3の出口付近または排気カバー20上部に吸引口を設け、対向する電極1、1の間より放出されたガスを吸引することも有効である。これはプラズマ反応より生成したオゾンやNOxを排気するとともに、対向する電極1、1の間より放出されたガスをプラズマ発生器21近辺に滞留させることなく、被処理物4を空気と接触させることが可能になるためである。
【0041】
また、図4に示すように、3本の電極1、1、1を略平行に並べて対向配置するようにしてもよい。この場合、1本の中央電極1aを挟むようにして2本の側部電極1b、1bを配置するものであり、これにより、中央電極1aと各側部電極1bとが対向する電極1、1として形成されている。従って、中央電極1aと各側部電極1bの間隔をそれぞれ0.2〜3mmとし、中央電極1aと各側部電極1bの間にそれぞれ印加される電圧を周波数が30〜500kHzの連続交番波形とすると共に中央電極1aと各側部電極1bの間にそれぞれ印加される電界強度を50〜200kV/cmとし、さらに、中央電極1aと各側部電極1bの間に導入されるガスの流速を5〜20m/秒とするものである。また、両方の側部電極1b、1bは同電位であって、中央電極1aと両方の側部電極1bとを中点接地するようにしている。その他の構成は上記の実施の形態と同様である。
【0042】
【実施例】
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
【0043】
(実施例1)
図1に示すプラズマ処理装置を形成した。電極1は長さ1100mmのステンレス鋼製であり、電極1の表面に溶射法を用いて1mmの厚みでアルミナの層を形成して誘電体被膜40とした。また、電極1の内部には冷却水を循環した。このように形成される一対の電極1、1を1mmの間隔を設けて対向配置し、未放電時において対向する一対の電極1、1の間の空間に上流側より窒素ガスを流速が10m/秒となるように流した。また、対向する一対の電極1、1間に印加される電圧は周波数80kHzで電界強度100kV/cmで、その波形は正弦波の形状とした。また、対向する一対の電極1、1は図3に示すように中点接地されている。また、電極下面にはポリイミド成形体(厚み2mm)を貼り付けた。
【0044】
このような条件でプラズマ3を生成し、ポリイミド成形体の下流側より4mm離れた位置で、被処理物4として液晶用ガラス板を8m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に約50°であった水の接触角が約5°となった。また、被処理物4としてアクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルターの表面を処理した場合、未処理では50°であった水の接触角が15°まで改質された。
【0045】
(実施例2)
実施例1と同様の装置を用い、ガスとして窒素に体積比で約0.05%の酸素を混合したものをガス流速が10m/秒となるように流した。これら以外の構成は実施例1と同様にした。このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より5mm離れた位置で、被処理物4として液晶用ガラス板を8m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に約50°であった水の接触角が約5°となった。また、被処理物4としてアクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルターの表面を処理した場合、未処理では50°あった水の接触角が10°まで改質された。
【0046】
(実施例3)
実施例1と同様の装置を用い、ガスとして窒素に体積比で約0.1%の空気を混合したものをガス流速が10m/秒となるように流した。これら以外の構成は実施例1と同様にした。このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より5mm離れた位置で、被処理物4として液晶用ガラス板を8m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に約50°であった水の接触角が約5°となった。また、被処理物4としてアクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルターの表面を処理した場合、未処理では50°であった水の接触角が8°まで改質された。
【0047】
(実施例4)
実施例1と同様の装置を用い、ガスとして窒素に酸素ガス0.05体積%およびCF4を0.05体積%を混合したものをガス流速が10m/秒となるように流した。これら以外の構成は実施例1と同様にした。但し、図3に示すような1ユニットのプラズマ発生器21のみを用いた。
【0048】
対向する一対の電極1、1間に印加される電圧は周波数300kHzで電界強度100kV/cmで、その波形は正弦波の形状とした。また、電極1、1の間隔は0.5mmとした。このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より5mm離れた位置で、被処理物(液晶用ガラスにレジストを1μm塗布したサンプル)4を1m毎分のスピードで通過させた場合、レジストを3000Åにすることができた。但し、被処理物(基板)4は150℃に加熱した状態でプラズマ処理を行った。
【0049】
(実施例5)
実施例1と同様の装置を用い、ガスとして窒素に体積比で約0.1%のSF6を混合したものをガス流速が10m/秒となるように流した。一対の電極1、1間に印加される電圧は周波数500kHzで電界強度200kV/cmで、その波形は正弦波の形状とした。また、電極1、1の間隔は0.5mmとした。このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より2mm離れた位置であった。このような条件でプラズマ3を生成し、被処理物4としてシリコン基板を0.8m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に比べ、約0.1μmエッチングされた。
【0050】
(実施例6)
図4に示す3本の電極構造を有するプラズマ処理装置を形成した。電極1は長さ1100mmのステンレス鋼製であり、電極1の表面に溶射法を用いて1mmの厚みでアルミナの層を形成して誘電体被膜40とした。また、電極1の内部には冷却水を循環した。このように形成される3本の電極1を1mmの間隔を設けて対向配置し、未放電時において対向する一対の電極1、1(中央電極1aと側部電極1b)の間の空間に上流側より窒素ガスを流速が10m/秒となるように流した。また、対向する電極1、1(中央電極1aと側部電極1b)間に印加される電圧は周波数200kHzで電界強度100kV/cmで、その波形は正弦波の形状とした。3本のうち2本の側部電極1bは同一の電圧で中央電極1aはそれらに対向する電極である。また、中央電極1aと各側部電極1bは図4に示すとおり中点接地されており、両電極1a、1bとも接地に対して浮いた状態で電圧が印加されている。
【0051】
このような条件でプラズマ3を生成し、電極1の下流側より5mm離れた位置で、被処理物4として液晶用ガラス板を10m毎分のスピードで通過させた場合、未処理時に約50°であった水の接触角が約5°となった。また、被処理物4としてアクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルターの表面を処理した場合、未処理では50°であった水の接触角が15°まで改質された。
【0052】
(比較例1)
ガスの流速を4.9m/秒にした以外は実施例1と同様にした。この場合、ストリーマ状の放電が発生して均一なプラズマ3を生成することができず、被処理物4である液晶用ガラス板に水の接触角が約50°の部分と約5°の部分とが生じた。
【0053】
(比較例2)
ガスの流速を20.1m/秒にした以外は実施例1と同様にした。この場合、放電が不安定となって均一なプラズマ3を生成することができず、被処理物4である液晶用ガラス板に水の接触角が約50°の部分と約5°の部分とが生じた。
【0054】
(比較例3)
周波数を49kHzにした以外は実施例1と同様にした。この場合、生成されるプラスマ3の密度が小さくなって、充分な処理効果を得ることができず、被処理物4である液晶用ガラス板に水の接触角が約5°にまで達しない部分が生じた。
【0055】
(比較例4)
パルス状の電界を印加した以外は実施例1と同様にした。この場合、生成されるプラスマ3の密度が小さくなって、充分な処理効果を得ることができず、被処理物4である液晶用ガラス板に水の接触角が約5°にまで達しない部分が生じた。
【0056】
上記のように実施例1〜6では比較例1〜4に比べて処理能力が高くて均一なプラズマ処理を行うことができた。
【0057】
【発明の効果】
上記のように本発明は、対向する電極の間隔を0.2〜3mmとし、対向する電極間に印加される電圧を周波数が30〜500kHzの連続交番波形とすると共に対向する電極間に印加される電界強度を50〜200kV/cmとし、ガスの流速を5〜20m/秒とするので、均一な処理と高い処理能力を得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概略の断面図である。
【図2】同上のプラズマ発生器の一例を示す断面図である。
【図3】同上の回路の一例を示す概略図である。
【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 電極
3 プラズマ
4 被処理物
Claims (9)
- 対向配置された複数の電極の間にガスを導入すると共に対向する電極間に電圧を印加することにより大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成し、このプラズマを対向する電極の間から吹き出して被処理物の表面に供給するプラズマ処理方法であって、対向する電極の間隔を0.2〜3mmとし、対向する電極間に印加される電圧を周波数が30〜500kHzの連続交番波形とすると共に対向する電極間に印加される電界強度を50〜200kV/cmとし、ガスの流速を5〜20m/秒とすることを特徴とするプラズマ処理方法。
- 対向する電極を中点接地することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
- ガスが大気圧下で放電開始電圧10kV/cm以上である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方法。
- ガスがN2単独、あるいはN2とO2または空気との混合ガス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プラズマ処理方法。
- O2濃度がN2に対して0.005〜1%の体積比率であることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理方法。
- ガスがN2とフッ素含有ガスとの混合ガス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プラズマ処理方法。
- ガスがN2とO2およびフッ素含有ガスとの混合ガス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プラズマ処理方法。
- ガスがO2とCF4の混合ガス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プラズマ処理方法。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載のプラズマ処理方法により被処理物を処理することを特徴とするプラズマ処理装置。
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