JP2005144233A - 基板処理方法、基板処理装置、及び基板製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大気圧プラズマにより基板の表面のぬれ性を改善する表面処理の処理効率を向上させ、処理時間を短縮して、スループットを向上させる。
【解決手段】ガス加熱機構４０は、窒素ボンベ３０からプラズマノズル１０へ供給される窒素ガスを加熱する。プラズマノズル１０は、一対の電極と、一対の電極間に設けられた一対の誘電体とを有する。一対の誘電体間へ加熱された窒素ガスを供給しながら、高周波高圧電源２０から一対の電極間に高周波高電圧を印加すると、一対の誘電体間へ供給された加熱された窒素ガス中にプラズマ放電が発生する。プラズマノズル１０は、プラズマ放電が発生したガスをローラ３により移動される基板１の表面へ吹き付ける。プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱することにより、基板１の表面で大気圧プラズマによる化学反応が促進され、基板１の表面のぬれ性を改善する表面処理の処理効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧又はその近傍の圧力下で発生させたプラズマ（以下、「大気圧プラズマ」と称す）により基板の表面のぬれ性を改善する基板処理方法、基板処理装置、及びそれらを利用した基板製造方法に係り、特に大気圧プラズマを含むガスを基板の表面へ吹き付ける基板処理方法、基板処理装置、及びそれらを利用した基板製造方法に関する。

例えば、表示用パネルとして用いられる液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板やカラーフィルタ基板、プラズマディスプレイパネル用基板、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示パネル用基板等の製造工程において、現像液、エッチング液、剥離液、洗浄液等の処理液を供給するウエットプロセスでは、基板の表面のぬれ性が良くないと、処理液が均等に塗布されず、現像、エッチング、剥離、洗浄等の処理が均一に行われない。この解決策の１つとして、ウエットプロセスの前に、大気圧プラズマにより基板の表面のぬれ性を改善する表面処理が行われる。

大気圧プラズマによる表面処理は、真空プラズマの場合に比べて、真空設備が必要ないので、構成が簡単で装置が安価となる。一般に、大気圧プラズマによる表面処理には、被処理物と対向電極との間でプラズマ放電を発生させる直接放電方式（特許文献１）と、プラズマ放電が発生したガスを被処理物の表面へ吹き付ける間接放電方式（特許文献２）とが知られている。
特開平８−２５０４８８号公報 特開平１１−３３５８６８号公報

液晶ディスプレイ装置等の基板の表面のぬれ性を改善する表面処理では、基板の表面に形成したレジスト膜等が損傷を受ける恐れがあるため、直接放電方式を使用することができない。このため、従来は、一対の電極間に一対の誘電体を設け、一対の誘電体間へ供給された窒素等のガス中に誘電体バリヤ放電を発生させる間接放電方式が使用されていた。また、ウエットプロセスはローラコンベア等の移動手段を用いて基板を移動しながら行うことが多く、その場合、基板の表面のぬれ性を改善する表面処理も基板を移動しながら行っていた。

従来の大気圧プラズマにより基板の表面のぬれ性を改善する表面処理は、処理効率が低く、必要な処理時間が長いため、スループットが低いという問題があった。スループットを向上させるためには、大気圧プラズマを発生する設備を増やす必要があり、装置のコスト及び設置面積が増大するという問題があった。

これに対し、特許文献２には、大気圧プラズマを含むガスを加熱して、処理効率を向上させる技術が開示されている。しかしながら、特許文献２に記載の技術は、プラズマ放電を発生させた後の大気圧プラズマを含むガスを加熱するため、ガスが被処理物の表面へ到達するまでのわずかな間に所望の高温まで加熱することができず、処理効率を大幅に向上させることができなかった。

本発明の課題は、大気圧プラズマにより基板の表面のぬれ性を改善する表面処理の処理効率を向上させ、処理時間を短縮して、スループットを向上させることである。また、本発明の課題は、スループットを向上させるための装置のコスト及び設置面積の増加を抑制することである。さらに、本発明の課題は、基板の表面へ吹き付けるガスを所望の温度に制御することである。

本発明の基板処理方法は、プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱する工程を含み、一対の電極間に一対の誘電体を設け、大気圧又はその近傍の圧力下で、一対の誘電体間へ加熱されたガスを供給しながら、一対の電極間に高周波高電圧を印加して、一対の誘電体間へ供給された加熱されたガス中にプラズマ放電を発生させ、基板を移動しながら、プラズマ放電が発生したガスを基板の表面へ吹き付けるものである。

また、本発明の基板処理装置は、基板を移動する基板移動手段と、プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱するガス加熱手段と、一対の電極間に一対の誘電体を有し、大気圧又はその近傍の圧力下で、一対の誘電体間へガス加熱手段により加熱されたガスを供給しながら、一対の電極間に高周波高電圧を印加して、一対の誘電体間へ供給された加熱されたガス中にプラズマ放電を発生させ、プラズマ放電が発生したガスを移動手段により移動される基板の表面へ吹き付けるプラズマ発生手段とを備えたものである。

プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱することにより、基板の表面へ吹き付けるガスを所望の温度に制御する。加熱されたガス中では、プラズマ放電が安定して発生する。基板の表面へ吹き付けるガスが高温のため、基板の表面で大気圧プラズマによる化学反応が促進され、基板の表面のぬれ性を改善する表面処理の処理効率が向上する。また、常温の場合に比べ、基板の表面のぬれ性の改善効果が向上する。

特に、プラズマ放電を発生させる前のガスを６０℃以上に加熱すると、基板の表面のぬれ性が効果的に改善されることが、実験で確認された。

本発明の基板製造方法は、上記のいずれかの基板処理方法又は基板処理装置を用いて、ウエットプロセス前に基板の表面のぬれ性を改善するものである。

本発明の基板処理方法及び基板処理装置によれば、プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱することにより、基板の表面へ吹き付けるガスを所望の温度に制御することができる。また、ガス中にプラズマ放電を安定して発生させることができる。そして、基板の表面へ吹き付けるガスを高温にすることにより、大気圧プラズマにより基板の表面のぬれ性を改善する表面処理の処理効率を向上させることができる。従って、処理時間を短縮して、スループットを向上させることができる。また、スループットを向上させるために大気圧プラズマを発生する設備を増やす必要がなく、装置のコスト及び設置面積の増加を抑制することができる。

さらに、本発明の基板処理方法及び基板処理装置によれば、基板の表面のぬれ性の改善効果を向上させることができる。特に、プラズマ放電を発生させる前のガスを６０℃以上に加熱することにより、基板の表面のぬれ性を効果的に改善することができる。

さらに、ガスの種類として、大気、窒素、酸素又はアルゴンを用いると、ガスの取り扱いが容易で設備が簡単となる。

本発明の基板製造方法によれば、基板の表面のぬれ性を短時間で改善して、ウエットプロセスの処理を均一に行うことができる。従って、高品質な基板の製造が、高いスループットで可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態による基板処理装置の概略構成を示す図である。基板処理装置は、基板受け渡し部４、基板処理部５、及び基板受け取り部６を含んで構成されている。基板１は、基板受け渡し部４においてローラ３に搭載され、ローラ３により基板受け渡し部４から基板処理部５へ移動される。基板処理部５において、基板１は、ローラ３により矢印で示す基板移動方向へ移動されながら、基板の表面のぬれ性を改善する表面処理が行われる。表面処理後、基板１は、ローラ３により基板処理部５から基板受け取り部６へ移動され、基板受け取り部６から図示しないウエットプロセスを行う設備へと移動される。

基板処理部５には、ローラ３により移動される基板１の上空に、プラズマノズル１０が設けられている。プラズマノズル１０には、高周波高圧電源２０が接続され、窒素ボンベ３０からガス加熱機構４０を介して窒素ガスが供給される。ガス加熱機構４０は、例えばガス配管を加熱するヒータ４１を含み、プラズマノズル１０へ供給される窒素ガスを加熱する。

図２は、プラズマノズルの概略構成を示す図である。プラズマノズル１０は、一対の電極１１，１２と、電極１１，１２間に設けられた石英等の絶縁物からなる一対の誘電体１３，１４とを含んで構成されている。大気圧又はその近傍の圧力下で、誘電体１３，１４間へガス加熱機構４０により加熱された窒素ガスを供給しながら、高周波高圧電源２０から電極１１，１２間に高周波高電圧を印加すると、誘電体１３，１４間へ供給された加熱された窒素ガス中にプラズマ放電が発生する。プラズマノズル１０は、プラズマ放電が発生したガス２をローラ３により移動される基板１の表面へ吹き付ける。基板１の表面では、吹き付けられたガス２中の大気圧プラズマにより化学反応が起こり、表面のぬれ性が良くなる。

ここで、ガス加熱機構４０を用いてプラズマ放電を発生させる前のガスを加熱することにより、基板１の表面へ吹き付けるガス２を所望の温度に制御する。加熱されたガス中では、プラズマ放電が安定して発生する。基板１の表面へ吹き付けるガス２が高温のため、基板１の表面で大気圧プラズマによる化学反応が促進され、基板１の表面のぬれ性を改善する表面処理の処理効率が向上する。また、常温の場合に比べ、基板１の表面のぬれ性の改善効果が向上する。

図３は、窒素ガスの流量と接触角との関係の一例を示す図である。図３の縦軸は「ＪＩＳ Ｒ３２５７ 基板ガラス表面のぬれ性試験方法」に従って測定した接触角（ｄｅｇ）、横軸はプラズマノズル１０へ供給する窒素ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す。図中、菱形で示す点は、プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱しないで表面処理を行った場合の測定結果である。一方、四角形で示す点は、プラズマ放電を発生させる前のガスを６０℃に加熱して表面処理を行った場合の測定結果である。また、三角形で示す点は、ガスを６０℃に加熱しながら、高周波高圧電源２０から高周波高電圧を印加せず、プラズマ放電を発生させなかった場合の測定結果である。なお、本例では、基板１とプラズマノズル１０との距離を２．５ｍｍ、基板１の移動速度を３ｍ／ｍｉｎ、高周波高圧電源２０の電圧を１５０Ｖ、周波数を２０〜８０ｋＨｚとした。

プラズマ放電を発生させなかった場合、窒素ガスの流量に関わらず、接触角は４５°付近でほぼ一定であった。これに対し、プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱しないで表面処理を行った場合、接触角は小さくなり、基板１の表面のぬれ性が改善された。そして、プラズマ放電を発生させる前のガスを６０℃に加熱して表面処理を行った場合、接触角がさらに小さくなり、基板１の表面のぬれ性の改善効果が向上した。

図４は、窒素ガスの温度と接触角との関係の一例を示す図である。図４の縦軸は「ＪＩＳ Ｒ３２５７ 基板ガラス表面のぬれ性試験方法」に従って測定した接触角（ｄｅｇ）、横軸はプラズマ放電を発生させる前の窒素ガスの温度（℃）を示す。図中、黒丸の点は、基板１とプラズマノズル１０との距離を２．５ｍｍ、基板１の移動速度を３ｍ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量を５００Ｌ／ｍｉｎ、高周波高圧電源２０の電圧を１５０Ｖ、周波数を２０〜８０ｋＨｚとして表面処理を行った場合の測定結果である。

図４から分かるように、窒素ガスの温度が６０℃以上の場合は、接触角が極端に小さくなり、基板１の表面のぬれ性が効果的に改善された。

以上説明した実施の形態では、ガス配管を加熱するヒータ４１を用いてプラズマ放電を発生させる前のガスを加熱していたが、本発明はこれに限らず、種々の方法でプラズマ放電を発生させる前のガスを加熱することができる。

以上説明した実施の形態によれば、プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱することにより、基板１の表面へ吹き付けるガス２を所望の温度に制御することができる。また、ガス中にプラズマ放電を安定して発生させることができる。そして、基板１の表面へ吹き付けるガス２を高温にすることにより、大気圧プラズマにより基板１の表面のぬれ性を改善する表面処理の処理効率を向上させることができる。

さらに、基板１の表面のぬれ性の改善効果を向上させることができ、特に、プラズマ放電を発生させる前のガスを６０℃以上に加熱することにより、基板１の表面のぬれ性を効果的に改善することができる。

以上説明した実施の形態では、窒素ガスを用いてプラズマ放電を発生させていたが、本発明はこれに限らず、他のガスを用いてもよい。特に、大気、窒素、酸素又はアルゴンを用いると、ガスの取り扱いが容易で設備が簡単となる。しかしながら、本発明は、これらに限るものではない。

本発明を用いてウエットプロセス前に基板の表面のぬれ性を改善することにより、基板の表面のぬれ性を短時間で改善して、ウエットプロセスの処理を均一に行うことができる。従って、高品質な基板の製造が、高いスループットで可能となる。

本発明の一実施の形態による基板処理装置の概略構成を示す図である。 プラズマノズルの概略構成を示す図である。 窒素ガスの流量と接触角との関係の一例を示す図である。 窒素ガスの温度と接触角との関係の一例を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ ガス
３ ローラ
４ 基板受け渡し部
５ 基板処理部
６ 基板受け取り部
１０ プラズマノズル
１１，１２ 電極
１３，１４ 誘電体
２０ 高周波高圧電源
３０ 窒素ボンベ
４０ ガス加熱機構
４１ ヒータ

Claims (8)

1. プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱する工程を含み、
   一対の電極間に一対の誘電体を設け、大気圧又はその近傍の圧力下で、一対の誘電体間へ加熱されたガスを供給しながら、一対の電極間に高周波高電圧を印加して、一対の誘電体間へ供給された加熱されたガス中にプラズマ放電を発生させ、
   基板を移動しながら、プラズマ放電が発生したガスを基板の表面へ吹き付けることを特徴とする基板処理方法。
2. プラズマ放電を発生させる前のガスを６０℃以上に加熱することを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
3. ガスの種類として、大気、窒素、酸素又はアルゴンを用いることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
4. 基板を移動する基板移動手段と、
   プラズマ放電を発生させる前のガスを加熱するガス加熱手段と、
   一対の電極間に一対の誘電体を有し、大気圧又はその近傍の圧力下で、一対の誘電体間へ前記ガス加熱手段により加熱されたガスを供給しながら、一対の電極間に高周波高電圧を印加して、一対の誘電体間へ供給された加熱されたガス中にプラズマ放電を発生させ、プラズマ放電が発生したガスを前記移動手段により移動される基板の表面へ吹き付けるプラズマ発生手段とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
5. 前記ガス加熱手段は、プラズマ放電を発生させる前のガスを６０℃以上に加熱することを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記プラズマ発生手段は、ガスの種類として、大気、窒素、酸素又はアルゴンを用いることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
7. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法を用いて、ウエットプロセス前に基板の表面のぬれ性を改善することを特徴とする基板製造方法。
8. 請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理装置を用いて、ウエットプロセス前に基板の表面のぬれ性を改善することを特徴とする基板製造方法。

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