JP2005302681A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ処理装置において、電極から導電部材の吹出し口縁部への放電を防止したり、処理ガスの勢いを所望にしたりする。
【解決手段】 電極構造３０より被処理物側に絶縁部材４１を介して導電部材５１を設け、該部材５１を電気的に接地する。絶縁部材４１に、電極構造のプラズマ化空間３０ａに連なる導出路４０ａを形成し、導電部材５１に、導出路４０ａに連なる吹出し口５０ａを形成する。この吹出し口５０ａの縁面を、絶縁部材４１の導出路４０ａ形成面に対し非面一にする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、処理ガスをプラズマ化して被処理物すなわちワークに当て、洗浄、成膜、エッチング、表面改質などの表面処理を行なう装置に関し、特に、プラズマ化空間の外にワークを配置する所謂リモート式のプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置は、ワークを電極間のプラズマ化空間内に配置する所謂ダイレクト式と、外部に配置する所謂リモート式に大別される。
リモート式のプラズマ処理装置として、例えば特許文献１に記載のものは、垂直な平板状をなす左右一対の電極を備えている。一方の電極は、高周波電源に接続され、他方の電極は、接地されている。電極の下側には、セラミック製の下部ホルダが設けられている。このホルダの下面がワークと対面することになる。上記電源による電界印加によって電極間の空間がプラズマ化空間となる。この空間の上端部から処理ガスが導入されてプラズマ化される。このプラズマ化された処理ガスが、下方へ吹出され、ワークに当てられる。これによって、ワークのプラズマ表面処理を行なうことができる。

上記特許文献１の装置では、電極ひいてはプラズマ化空間を、少なくともセラミック製下部ホルダの厚さ分、ワークから離さざるを得ない。そのため、処理ガスがワークに届くまでに失活する割合が大きく、表面処理の効率が十分でない。特に、常圧下で処理を行なう場合は、失活割合が一層大きくなり、効率が一層悪くなる。一方、下部ホルダを薄くし過ぎると、電極をワークに近づけた時、ワークにアークが落ちてしまい、処理不良やワークの損傷を招きやすくなる。特に常圧下ではアークが落ちやすい。電極からの電界によってワークが影響を受けるおそれもある。

そこで、特許文献２に記載のプラズマ処理装置では、少なくとも電源側の電極の下方に絶縁部材を介して金属板が設けられている。金属板は、電気的に接地されている。この金属板がワークと対面するようになっている。絶縁部材には、プラズマ化空間の下流に連なる導出路が形成され、金属板には、導出路の下流に連なる吹出し口が形成されている。電極のプラズマ化空間形成面と、絶縁部材の導出路形成面と、金属板の吹出し口縁面とは、互いに面一になっており、プラズマ化空間と導出路と吹出し口が、ストレートに連なり、流路断面積が全体的に一様になっている。プラズマ化空間でプラズマ化された処理ガスは、導出路を経て、吹出し口から吹出される。これによって、ワークへのアーク放電を防止できるとともに、プラズマ化空間をワークに近づけることができ、処理効率を高めることができる。また、金属板によって電極とワークの間の電界遮蔽を行なうことができ、電界がワークへ洩れるのを防止でき、ワークが電界によって影響を受けないようにすることができる。

特開平９−９２４９３号公報（第１頁） 特開２００３−１００６４６号公報（第１頁）

上掲特許文献２において、電極のプラズマ化空間形成面と、絶縁部材の導出路形成面と、金属板の吹出し口縁面とは、必ずしも面一にする必要性はなく、相互に突出または引っ込ませることにより、電極から導電部材、または絶縁部材から導電部材への放電を防止することができると考えられる。或いは、流路断面積を変え、処理ガスの勢いを所望にすることも可能となる。

本発明は、上記考察に基づいてなされたものであり、処理ガスをプラズマ化し被処理物（ワーク）へ向けて吹出すことによりプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置であって、前記プラズマ化のための空間を形成する一対の電極からなる電極構造と、電気的に接地された状態で、前記電極構造の被処理物を向くべき側（吹出し側）に絶縁手段を介して配置された導電部材と、を備え、前記導電部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なる吹出し口を形成する縁面を有し、この吹出し口縁面が、前記電極のプラズマ化空間形成面に対し非面一になっていることを第１特徴とする。すなわち、前記導電部材の吹出し口縁面が、前記電極のプラズマ化空間形成面より引っ込んでいるか、または、前記電極のプラズマ化空間形成面より突き出ている。電極のプラズマ化空間形成面には、固体誘電体層が設けられている場合がある。この場合、前記導電部材の吹出し口縁面が、電極のプラズマ化空間形成面に止まらず、固体誘電体の表面より突き出ていてもよい。引っ込んでいることにすると、電極から導電部材の吹出し口縁部への放電を防止できる。突き出ていることにすると、処理ガスを勢い良く吹出すことができ、処理効率を高めることができる。前記絶縁手段は、固体の絶縁性材料からなる絶縁部材にて構成されていてもよく、空気等の気体層で構成されていてもよく、絶縁部材と気体層の両方で構成されていてもよい。前記絶縁部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なるとともに前記吹出し口の上流に連なる導出路（吹出し路）を形成する面を有しているのが好ましい。導出路を形成する部分の絶縁性材料は、耐プラズマ性を有しているのが望ましい。導電部材と絶縁部材とを互いに接するようにすれば、絶縁手段に電荷が蓄積されるのを防止することができる。前記気体層が、絶縁部材の導出路側とは逆側に設けられていてもよい。

また、本発明は、処理ガスをプラズマ化し被処理物へ向けて吹出すことによりプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置であって、前記プラズマ化のための空間を形成する一対の電極からなる電極構造と、電気的に接地された状態で、前記電極構造の被処理物を向くべき側（吹出し側）に固体の絶縁部材を含む絶縁手段を介して配置された導電部材と、を備え、前記絶縁部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なる導出路（吹出し路）を形成する面を有し、前記導電部材が、前記導出路の下流に連なる吹出し口を形成する縁面を有し、この吹出し口縁面が、前記絶縁部材の導出路形成面に対し非面一になっていることを第２特徴とする。すなわち、前記導電部材の吹出し口縁面が、前記絶縁部材の導出路形成面より引っ込んでいるか、または、突き出ている。引っ込んでいることにすれば、電極から導電部材の吹出し口縁部への放電をより一層確実に防止できる。突き出ていることにすれば、処理ガスの吹出しの勢いを高めることができ、処理効率を一層高めることができる。前記絶縁手段は、固体の絶縁部材だけでなく空気等の気体層を含んでいてもよい。

前記絶縁部材の導出路形成面は、前記電極構造のプラズマ化空間形成面より引っ込んでいることが望ましい。これによって、絶縁部材が、プラズマによって損傷を受けるのを防止することができる。前記絶縁部材における少なくとも導出路形成部分は、耐プラズマ性を有しているのが望ましい。これによって、損傷を一層確実に防止することができる。

前記導電部材の前記吹出し口とは逆側の外面（背面）は、前記電極におけるプラズマ化空間とは逆側の外面（背面）と面一であってもよく、前記電極外面より内側（吹出し口側）に引っ込んで位置していてもよく、前記電極外面より外側に突出していてもよい。

前記絶縁部材の電極構造を向く面と導出路形成面とのなす角が、面取り（Ｒ面取り、角面取りを含む）され、第１面取り部が形成されていることが望ましい。これによって、絶縁部材の電極構造を向く面と導出路形成面とのなす角がプラズマによって欠けるのを防止でき、パーティクルが発生するのを防止できる。

前記絶縁部材の導出路形成面と導電部材を向く面とのなす角が、面取り（Ｒ面取り、角面取りを含む）され、第２面取り部が形成されていてもよい。これによって、絶縁部材と導電部材の間で放電が起きるのを防止できる。

前記絶縁部材の電極構造を向く面と導出路形成面とのなす角の欠損防止を、絶縁部材と導電部材の間での放電防止より優先する見地からは、前記第１面取り部が、前記第２面取り部より大きいことが望ましい。

前記導電部材の吹出し口縁面が、前記絶縁部材の導電部材を向く面と前記第２面取り部との境と略同位置又はそれより引込んでいることが望ましい。これによって、絶縁部材と導電部材の間で放電が発生するのを防止できる。

前記導電部材の吹出し口縁面と絶縁手段を向く面とのなす角が、面取り（Ｒ面取り、角面取りを含む）されていることが望ましい。さらに、吹出し口縁面と被処理物を向くべき面（絶縁手段を向く面の逆側の面）とのなす角も、面取り（Ｒ面取り、角面取りを含む）されていることがより望ましい。又は、前記吹出し口縁面が、絶縁手段を向く面と被処理物を向くべき面にそれぞれ向かって丸みを付けられていることがより望ましい。これによって、電極と導電部材の間、または絶縁部材と導電部材の間で放電が発生するのを防止できる。

前記電極構造が、電界印加手段に接続された電界印加電極と、電気的に接地された接地電極とからなり、前記導電部材が、これら電極のうち少なくとも電界印加電極に対応して設けられていればよい。これによって、ワークへの放電や電界の漏れを確実に防止することができる。

本発明のプラズマ処理装置の一態様では、例えば、前記電極構造の一対の電極が、互いの対向方向と直交して延び、前記導電部材ひいては前記吹出し口が、前記電極と同方向に延び、処理ガスの吹出し方向が、前記対向方向及び延び方向と略直交する方向に向けられている。（一対の電極の各々が、互いの対向方向と吹出し軸とに略直交する方向に延び、これと同方向に上記導電部材が延びている。）これによって、吹出し口を長くすることができ、この長さ分の表面処理を一度に行なうことができる。

本発明では、導電部材によって、ワークへのアーク放電を防止しつつ電極をワークに近づけることができる。したがって、処理不良やワークの損傷を確実に防止できるとともに、プラズマ化された処理ガスが失活しないうちにワークに確実に当てることができ、プラズマ表面処理の効率を向上させることができる。特に、略常圧下で処理する場合に、そのメリットが大きい。また、電界がワークへ洩れるのを防止でき、ワークが電界によって影響を受けないようにすることができる。導電部材と絶縁部材とを互いに接するようにすれば、絶縁部材に電荷が蓄積されるのを防止することができる。
なお、本発明における略常圧（大気圧近傍の圧力）とは、１．０１３×１０⁴〜５０．６６３×１０⁴Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０⁴〜１０．６６４×１０⁴Ｐａが好ましく、９．３３１×１０⁴〜１０．３９７×１０⁴Ｐａがより好ましい。

本発明によれば、電極から導電部材の吹出し口縁部への放電を防止したり、処理ガスの勢いを所望にしたりすることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る常圧プラズマ処理装置Ｍ１を示したものである。常圧プラズマ処理装置Ｍ１は、処理ガス源２と、パルス電源３（電界印加手段）と、ワーク送り機構４と、門型のフレーム６０と、左右一対のノズルヘッド（処理ヘッド）１とを備えている。

処理ガス源２には、例えばプラズマ洗浄用の処理ガスとしてＮ_２の純ガスまたはＮ_２と微量のＯ_２との混合ガスが貯えられている。液相で貯え、適量ずつ気化するようになっていてもよい。

電源３は、例えばパルス状の高周波電圧を出力するようになっている。このパルスの立上がり時間及び／又は立下り時間は、１０μｓ以下、電極３１，３２間での電界強度は１０〜１０００ｋＶ／ｃｍ、周波数は０．５ｋＨｚ以上であることが望ましい。なお、電圧形状は、パルス状に代えて、正弦波状であってもよい。ピーク間電圧Ｖ_ｐｐは、数ｋＶ〜数十ｋＶの範囲で定められる。

送り機構４は、水平に並べられた多数のローラ４ａを有している。これらローラ４ａ上に大面積の板状ワークＷが載せられ、図１の矢印にて示す一方向へ送られる。このワークＷに、上記ノズルヘッド１でプラズマ化された処理ガスが吹き付けられ、例えば洗浄などのプラズマ表面処理が行なわれる。

門型フレーム６０は、左右の脚６２を有し、送り機構４の上方に設置されている。門型フレーム６０内は、空洞になっており、処理済みのガス（処理により生じた副生成物も含む）のための排気ダクトを構成している。すなわち、門型フレーム６０の各脚６２の内部は、隔壁６４によって内外２つの吸引室６２ａ，６２ｂに仕切られている。脚６２の底板６３には、これら吸引室６２ａ，６２ｂにそれぞれ連なる内外２つの吸込み口６３ａ，６３ｂが形成されている。吸込み口６３ａ，６３ｂは、図１の紙面と直交する前後方向に延びるスリット状をなしているが、該紙面直交方向に並べられた複数のスポット状の孔であってもよい。

一方、内外の吸引室６２ａ，６２ｂの上端部は、門型フレーム６０の中空をなす上架フレーム部６１内に連なっている。上架フレーム部６１の中央部から吸引管６ａが延び、この吸引管６ａが、排気ポンプ６に接続されている。この排気ポンプ６の駆動によって、ノズルヘッド１での処理済みのガスが、内側吸込み口６３ａから内側吸引室６２ａに吸込まれるとともに、そこで吸込み切れなかった処理済みガスや外気が、外側吸込み口６３ｂから外側吸引室６２ｂに吸込まれる。これによって、処理済みガスの吸込み漏れを確実に防止できるとともに、内側吸込み口６３ａでの外気吸込みを防止して処理済みガスのみが内側吸込み口６３ａに吸込まれるようにすることができる。各室６２ａ，６２ｂに吸込まれたガスは、上架フレーム部６１の内部で合流した後、吸引管６ａを経て、排気ポンプ６から排気されるようになっている。

各脚６２の上側部には、内外２つの絞り板６５Ａ，６５Ｂが、出没可能に設けられている。これら絞り板６５Ａ，６５Ｂによって室６２ａ，６２ｂの絞り量をそれぞれ調節でき、ひいては、各吸込み口６３ａ，６３ｂからのガス吸込み量をそれぞれ調節することができるようになっている。

次に、常圧プラズマ処理装置Ｍ１のノズルヘッド１について説明する。
ノズルヘッド１は、左右一対をなし、ローラ４ａの上方すなわちワークＷの移動平面の上方に位置されるようにして、門型フレーム６０の左右両脚６２の間に支持されている。左右のノズルヘッド１は、互いに同一構成になっている。

図１〜図３に示すように、各ノズルヘッド１は、上側のガス整流部１０（ガス均一化部）と、下側の放電処理部２０とで構成され、図１および図３の紙面と直交する前後方向に長く延び、長尺状をなしている。ガス整流部１０は、前後細長の容器状をなす本体１１を有し、この本体１１にパイプユニット１２が収容されている。パイプユニット１２は、左右一対のパイプ１３，１３と、これらを挟持する上下一対のパイプホルダ１４，１４を有し、本体１１と同方向に延びている。パイプユニット１２によって本体１１の内部が上下２つのチャンバー１１ａ，１１ｂに仕切られている。図２に示すように、ガス整流部１０の長手方向の一端部に一方のパイプ１３のインレットポート１３ａが設けられ、他端部に他方のパイプ１３のインレットポート１３ａが設けられている。なお、各パイプ１３，１３のポート１３ａ，１３ａ側の端部とは逆側の端部は、プラグによって塞がれている。

処理ガス源２からガス供給管２ａが延び、このガス供給管２ａが分岐して、各パイプ１３，１３のインレットポート１３ａ，１３ａにそれぞれ接続されている。処理ガス源の処理ガスが、管２ａを経て、２つのパイプ１３，１３に導入され、これらパイプ１３，１３内を互いに逆方向に流れる。各パイプ１３，１３の上側部および上側のパイプホルダ１４には、孔１１ｅが前後長手方向に延在されている。孔１１ｅは、スポット状をなして前後に短間隔置きに多数設けられていてもよく、スリット状をなして前後に延びていてもよい。パイプ１３，１３内の処理ガスは、この孔１１ｅを通って上側チャンバー１１ａへ漏れ出る。その後、パイプユニット１２の両脇のスリット状の隙間１１ｃを通って下側チャンバー１１ｂへ流れ込む。これによって、処理ガスを長手方向に均一化することができる。

ノズルヘッド１の放電処理部２０について説明する。
図３に示すように、放電処理部２０は、電極構造３０と、この電極構造３０を保持する電極ホルダ２１とを有している。ホルダ２１は、絶縁樹脂からなる一対の逆Ｌ字状のアングル部材（アングルホルダ）２４，２４と、これらアングル部材２４，２４の上面に跨るようにして被せられた鋼材（導電体）からなる上部プレート２２と、各アングル部材２４の左右外面にそれぞれ添えられた鋼材（導電体）からなる左右のサイドプレート２３と、ノズルヘッド１の底部を構成するロア部５０（下部プレート、ノズルエンド構成部材、図２において省略）とを備えている。各サイドプレート２３の上端部が、アッパープレート２２にボルト締めにて連結され、剛結合されている。アッパープレート２２と左右のサイドプレート２３により門型のフレームが構成されている。
ロア部５０は、本発明の要旨に係るものであるので、追って詳述する。

電極構造３０は、一対の電極３１，３２によって構成されている。各電極３１，３２は、四角形断面をなして前後方向に長く延びている。各電極３１，３２の上面と背面（他方の電極との対向面とは逆側の面）とにアングル部材２４が添えられている。一対の電極３１，３２は、互いに狭い隙間を隔てて左右に対向配置されている。この電極３１，３２間の隙間が、プラズマ化空間３０ａとなっている。図４に示すように、電極３１，３２の長手方向の両端部間には、隙間を維持するための絶縁樹脂製のスペーサ３４が挟まれている。各電極３１，３２の角は、アーク防止のためにＲになっている。

図３に示すように、一方の電極３１は、給電線３ａを介して電源３に接続され、電界印加電極となっている。他方の電極３２は、接地線３ｂを介して接地され、接地電極となっている。電極３１，３２の互いの対向面と上下の面とには、アルミナからなる固体誘電体層３３が、溶射によって被膜されている。なお、図面において、固体誘電体層３３の厚さは、誇張して図示されている。固体誘電体は、溶射膜に代えて、電極３１，３２の金属本体とは別体の誘電体の薄板にて構成してもよい。各電極３１，３２の内部には、温調用の冷媒路３０ｃが形成されている。

上記ガス整流部１０において前後長手方向に均一化された処理ガスは、上部プレート２２の前後長手方向に延びるスリット２２ａ、アングル部材２４の上端部間の隙間２４ａを順次経て、電極３１，３２間のプラズマ化空間３０ａに導入される。併行して、パルス電源３からパルス電圧が電界印加電極３１に印加され、空間３０ａ内にパルス電界が形成される。これによって、グロー放電が起き、処理ガスがプラズマ化される。このプラズマ化された処理ガスが、後述の導出路４０ａおよび吹出し口５０ａを経て下方すなわち電極３１，３２どうしの対向方向と直交する吹出し軸に沿って吹出され、ワークＷの上面（被処理面）に当たる。これにより、ワークＷをプラズマ洗浄することができる。

図２および図３に示すように、放電処理部２０のサイドプレート２３には、押しボルト２５（電極の接近手段、離間阻止手段）と引きボルト２６（電極の離間手段、接近阻止手段）が、それぞれ長手方向に離間して複数設けられている。押しボルト２５は、サイドプレート２３にねじ込まれるとともに、先端がアングル部材２４の背面に突き当てられ、ひいてはアングル部材２４を介して電極３１，３２を他方の電極に接近する方向に押すことができ、かつ他方の電極から遠ざかるのを阻止するようになっている。引きボルト２６は、樹脂製のボルトカラー（ボルトホルダ）２７に収容された状態で電極３１，３２にねじ込まれ、電極３１，３２を他方の電極から遠ざかる方向に引くことができ、かつ他方の電極へ接近するのを阻止するようになっている。これらボルト２５，２６のねじ込み量を調節することによって、長尺電極３１，３２の歪みを矯正して互いに確実に平行なるようにでき、プラズマ化空間３０ａの幅を全長にわたって一定にすることができる。また、電極３１，３２が、クーロン力や、該電極３１,３２の金属本体と表面の誘電体層３３との熱膨張率の違いや電極内部の温度差による熱応力等熱応力等によって歪むのを阻止することができる。この結果、処理ガスを、長手方向に沿って確実に均一に吹出すことができ、ひいてはワークＷを確実に均一にプラズマ処理することができる。

本発明の主要部に係るロア部５０について説明する。
図３に示すように、ロア部５０は、絶縁手段４５と、この絶縁手段４５の下面に重ねられた導電部材５１を備え、図３の紙面と直交する前後方向に水平に延びている。ロア部５０は、左右のサイドプレート２３，２３とアングル部材２４，２４と電極構造３０の下面に跨り、自身より上側のノズルヘッド１の構成要素を支持している。したがって、ロア部５０は、電極構造３０のワークＷを向くべき下面を覆い、電極構造３０がワークＷに直接対面しないように遮っている。言い換えると、電極構造３０のワークＷを向くべき下面がロア部５０の導電部材５１にて覆われるとともに、これら電極構造３０と導電部材５１との間に両者を絶縁する絶縁手段４５が介在、装填されている。

絶縁手段４５は、内側の第１絶縁板４１と、外側の第２絶縁板４２とによって構成されている。すなわち、板状の固体絶縁体からなる第１絶縁部４１と、板状の固体絶縁体からなる第２絶縁部４２とによって構成されている。第１絶縁板４１は、幅細をなして前後に延びている。第２絶縁板４２は、幅広をなし、左右両端部がサイドプレート２３より突出している。第２絶縁板４２の左右中央部に前後方向に延びるスリット状の開口が形成されており、このスリット状開口に第１絶縁板４１が嵌め込まれている。第２絶縁板４２のスリット状開口の左右両側の内縁と、第１絶縁板４２の左右両側の外縁には、それぞれ段差が形成されており、これら段差が互いに噛み合わされることにより、第１、第２絶縁板４１，４２どうしが相欠き継ぎにて接合されている。

第１絶縁板４１の左右幅方向の中央部に導出路４０ａ（吹出し路）が形成されている。導出路４０ａは、スリット状をなして図３の紙面と直交する前後方向に細長く延びている。この導出路４０ａの前後全長が、前記電極構造３０のプラズマ化空間３０ａの下端部すなわち下流端に連なっている。
したがって、第２絶縁板４２は、第１絶縁板４１の導出路４０ａ側とは逆側に配置されている。

絶縁板４１において導出路４０ａの左右両側の内端面すなわち導出路形成面は、電極３１，３２の対向面すなわちプラズマ化空間形成面よりそれぞれ左右外側に僅かに引込んでいる。これによって、導出路４０ａは、プラズマ化空間３０ａより幅広になっている。第１絶縁部を、一体モノの板４１に代えて、左右一対の板部材によって構成し、これら板部材どうしの間に導出路４０ａを形成してもよい。

第１、第２絶縁板４１，４２は、互いに異なる固体絶縁材料にて構成されている。
第１絶縁板４１は、耐プラズマ性の材料にて構成されている。更に言えば、第１絶縁板４１は、第２絶縁板４２より耐プラズマ性の高い絶縁材料で構成されている。例えば、第１絶縁板４１は、石英にて構成され、第２絶縁板４２は、塩化ビニルで構成されている。一般に、石英のような耐プラズマ性の高い材料は、そうでない塩化ビニルなどと比べ高価である。

図３に示すように、第２絶縁板４２の上面には、凸条４０ｃが図３の紙面と直交する前後長手方向に延びるようにして形成されている。この凸条４０ｃが、アングル部材２４の下端面に形成された凹溝２４ｂに嵌め込まれている。なお、ロア部５０とサイドプレート２３とをボルト等にて連結することにしてもよい。

図１に示すように、ロア部５０の左右片側は、連結板５９を介して隣りのノズルヘッド１のロア部５０と連結されている。連結板５９とロア部５０は、ボルト５６で連結されている。図３に示すように、ロア部５０の絶縁板４２と導電部材５１は、サイドプレート２３より左右外側に延出されている。この延出部分の導電部材５１の上面に、ナット５５が溶接にて固定されている。絶縁板４２の下面には、ナット５５用の嵌合凹部４０ｄが形成されている。さらに、絶縁板４２には、上面から嵌合凹部４０ｄに達するボルト挿通孔４０ｅが形成されている。そして、金属製のボルト５６が、挿通孔４０ｅを通してナット５５に螺合されている。これによって、絶縁板４２と導電部材５１が接合されている。

導電部材５１は、例えばステンレスなどの導電金属にて出来、ノズルヘッド１の底面を構成している。上述した通り、導電部材５１は、電極構造３０より処理ガスの吹出し側すなわちワークＷの側に配され、電極構造３０がワークＷと直接対面するのを遮っている。この導電部材５１において電極構造３０側とは逆側の下面が、ワークＷと直接対面するようになっている。
ボルト５６の頭部に、接地リード線５の端子５ａが係合されている。このリード線５が、接地されている。これによって、導電部材５１が、ボルト５６およびナット５５を介して電気的に接地されている。

導電部材５０の左右幅方向の中央部に吹出し口５０ａが形成されている。吹出し口５０ａは、スリット状をなして前後方向に細長く延びている。この吹出し口５０ａの前後全長が、前記第１絶縁板４１の導出路４０ａの下端部すなわち下流端に連なっている。ひいては、導出路４０ａを介して電極構造３０のプラズマ化空間３０ａに連なっている。プラズマ化空間３０ａと導出路４０ａと吹出し口５０ａは、上下にストレートに連なっている。（これにより、ロア部５０が、処理ガスの吹出しを許容する構造になっている。）

導電部材５１において吹出し口５０ａの左右両側の縁面すなわち吹出し口縁面は、絶縁板４１の導出路形成面より外側に僅かに引込んでいる。これによって、吹出し口５０ａは、導出路４０ａより幅広になっている。

なお、導電部材５１を、一体モノに代えて、左右一対の板部材によって構成し、これら板部材どうしの間に吹出し口５０ａを形成してもよい。図４に示すように、導電部材５１の吹出し口形成端面の長手方向の両端部に、Ｒ状の避け部５１ａを形成し、電極３１，３２とスペーサ３４との境を避けるようにするのが望ましい。

作用を説明する。
上記構成の常圧プラズマ処理装置Ｍ１によれば、電極３１，３２よりワークＷの側に、接地された導電部材５１が配されることになるので、電極３１，３２からワークＷへの電界の洩出や放電を防止することができる。これによって、処理不良やワークＷの損傷を招くことなく、ノズルヘッド１ひいてはプラズマ化空間３０ａをワークＷに近づけることができる。この結果、常圧下においても、プラズマをワークＷに確実に当てることができ、プラズマ処理の効率を向上させることができる。また、ワークＷが電界によって影響を受けるのを防止できる。

電極３１，３２と導電部材５１との間には絶縁板４１，４２が介在されているので、この間で放電が起きるのを防止することができる。また、絶縁材４１，４２に電荷が蓄積されてもこれを導電部材５１でアースすることができ、絶縁材４１，４２からワークＷへの放電をも防止することができる。

導出路４０ａを形成する第１絶縁板４１は、石英ガラスで構成することによって耐プラズマ性を確保でき、一方、プラズマに曝されることのない第２絶縁板４２については、安価な塩ビで構成することによって、絶縁手段４５の全体を石英で構成するよりも材料コストを削減することができる。

第１絶縁板４１の導出路４０ａ形成面が、電極構造３０のプラズマ化空間３０ａ形成面より引っ込んでいるので、第１絶縁板４１がプラズマにより損傷するのを一層確実に防止することができる。
導電部材５１の吹出し口５０ａ縁面が、電極構造３０のプラズマ化空間３０ａ形成面より引っ込み、更に第１絶縁板４１の導出路４０ａ形成面より引込んでいるので、電極３１と導電部材５１の吹出し口縁部の間で放電が起きるのを確実に防止することができる。
長尺ノズルヘッド１の長手方向の両端部においては、導電部材５１が、スペーサ３４と電極３１，３２との境を避ける構成にすることにより、スペーサ３４と電極３１，３２との境で沿面放電が起きたとき、これが導電部材５１に伝わるのを防止することができる。

次に、第１実施形態の変形態様について説明する。
上記のように、図３の装置Ｍ１では、導電部材５１の吹出し口縁面が電極構造３０のプラズマ化空間形成面より引っ込み、これにより電極３１から導電部材５１への放電を防止できるようにしていたが、場合によってはこれら面の位置関係を逆にしてもよい。
すなわち、図５に示すように、導電部材５１の吹出し口５０ａ縁面が、絶縁部材４１の導出路４０ａ形成面より突出し、かつ、電極３１，３２のプラズマ化空間３０ａ形成面より突出していてもよい。そうすることにより、吹出し口５０ａがプラズマ化空間３０ａより幅狭になる。これによって、処理ガスを吹出し口５０ａで絞って勢いを付け、ワークＷに確実に当てることができる。この結果、処理効率を一層向上させることができる。また、プラズマ化空間３０ａで加熱された処理ガスを高温のままワークＷに吹付けることができる。

或いは、図６に示すように、導電部材５１の吹出し口５０ａ縁面が、絶縁部材４１の導出路４０ａ形成面より突出し、かつ、電極３１，３２のプラズマ化空間３０ａ形成面と面一になっていてもよい。これによって、処理ガスの吹出しの勢いが減退するのを防止することができ、処理効率を確保することができる。

また、図３の装置Ｍ１では、導電部材５１の外端面すなわち導電部材５１の吹出し口５０ａを挟んで左右各部における吹出し口５０ａとは逆側の背面が、電極３１，３２の外側面すなわちプラズマ化空間３０ａとは逆側の背面より外側に突出して位置しているが、図５、図６に示すように、これら面が互いに面一になるように構成してもよい。
さらには、図７に示すように、導電部材５１の外端面が、電極３１，３２の外側面より内側の吹出し口５０ａ寄りに位置していてもよい。

図８に示すように、絶縁板４１，４２と導電部材５１の間に、間隙４０ｂが形成されていてもよい。間隙４０ｂは、空気等の気体で満たされ、気体層になっている。空気等の気体は、良好な絶縁耐力を有する絶縁体である。よって、間隙すなわち気体層４０ｂは、固体の絶縁板４１，４２と協動して、電極３１と導電部材５１を絶縁する絶縁体を構成している。気体層４０ｂの厚さ、すなわち絶縁板４１，４２と導電部材５１との距離ｄは、気体層４０ｂにかかる電圧が火花電圧より小さくなるように設定されている。

絶縁手段４５の第２絶縁部が、板４２等の固体絶縁体に代えて空気等の気体にて構成されていてもよい。詳述すると、図９に示すように、電極構造３０と導電部材５１の間の第１絶縁板４１より外側（導出路４０ａとは逆側）には、間隙４２Ｓが画成されている。間隙４２Ｓ内は、空気等の気体絶縁体で満たされている。この間隙すなわち気体層４２Ｓによって第２絶縁部が構成されている。この変形態様によれば、第２絶縁板４２が不要であるので、材料コストの一層の削減を図ることができる。

図１０に示すように、絶縁手段４５の全体が、気体層で構成されていてもよい。すなわち、電極構造３０と導電部材５１との間に、第１、第２絶縁板４１，４２等の固体絶縁部材に代えて、間隙すなわち気体層４０ｂが画成されている。この気体層だけで、電極３１と導電部材５１を絶縁する絶縁手段４５が構成されている。気体層の厚さ、すなわち電極構造３０と導電部材５１との距離は、そこにかかる電圧が火花電圧より小さくなるように設定されている。
なお、図５〜図１０において、電極３１，３２の固体誘電体層３３の図示は省略してある。

図１１は、第１絶縁板４１の導出路形成部の形状についての変形態様を示したものである。該態様では、第１絶縁板４１の上面（電極構造３０を向く面）と導出路４０ａ形成面とのなす角が、所定角度（例えば４５度）に角面取りされ、第１面取り部４１ａが形成されている。また、第１絶縁板４１の導出路４０ａ形成面と下面（導電部材３０を向く面）とのなす角が、所定角度（例えば４５度）に角面取りされ、第２面取り部４１ｂが形成されている。

第１面取り部４１ａによって、第１絶縁板４１の上面と導出路形成面とのなす角がプラズマによって欠けるのを防止でき、パーティクルが発生するのを防止できる。ひいては、処理品質を向上させることができ、歩留まりを高めることができる。
第１面取り部４１ａは、第２面取り部４１ｂより大きい。これによって、第１絶縁板４１の上面と導出路形成面とのなす角の欠損ひいてはパーティクルの発生をより確実に防止できる。

更に、図１１の変形態様では、導電部材５１の吹出し口５０ａ縁面が、第１絶縁板４１の第２面取り部４１ｂと下面との境に対し左右方向の同位置に位置されている。これによって、電極３１と導電部材５１の間でアークが飛ぶのを確実に防止できる。また、吹出し口５０ａが導出路４０ａより広くなり、処理ガスをスムーズに吹出すことができる。
なお、導電部材５１の吹出し口５０ａ縁面が、第１絶縁部の第２面取り部４１ｂと下面との境より左右外側に引込んでいてもよい。

図１２は、上記面取りの他の態様を示したものである。この変形態様では、第１絶縁板４１の面取りが、それぞれ角面取りに代えて、Ｒ面取りになっている。詳述すると、第１絶縁板４１の上面と導出路４０ａ形成面とのなす角が、Ｒ面取りされ、第１面取り部４１ｃが形成されるとともに、導出路４０ａ形成面と下面とのなす角が、Ｒ面取りされ、第２面取り部４１ｄが形成されている。第１面取り部４１ｃの曲率半径Ｒは、第２面取り部４１ｄのものより大きい。これによって、電極３１と導電部材５１の間でアークが飛ぶのをより確実に防止できる。

図１３は、導電部材５１の吹出し口形成部の形状についての変形態様を示したものである。該態様の導電部材５１では、吹出し口５０ａ縁面が、第１絶縁板４１を向く上面とワークＷを向くべき下面にそれぞれ向かって半円状の丸みを付けられている。換言すると、導電部材５１の上面と吹出し口５０ａ縁面とのなす角がＲ面取りされるとともに、吹出し口５０ａ縁面と下面のなす角がＲ面取りされている。これによって、電極３１と導電部材５１の間、または絶縁板４１と導電部材５１の間でアークが飛ぶのを一層確実に防止することができる。なお、導電部材５１の上面と吹出し口５０ａ縁面とのなす角だけを面取りし、吹出し口５０ａ縁面と下面のなす角は面取りしないことにしてもよい。Ｒ面取りに代えて、角面取りにしてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その精神に反しない限りにおいて種々の形態を採用可能である。
例えば、絶縁手段または絶縁部材は、少なくとも電界印加電極と導電部材との間に設けられていればよく、接地電極と導電部材との間には設けられていなくてもよい。
本発明は、常圧下だけでなく、減圧下でのプラズマ処理にも適用でき、グロー放電だけでなく、コロナ放電や沿面放電によるプラズマ処理にも適用でき、洗浄だけでなく、エッチング、成膜、表面改質、アッシング等の種々のプラズマ処理に遍く適用できる。

本発明は、例えば、半導体製造工程における基材の洗浄、エッチング、成膜等の表面処理に利用可能である。

本発明の第１実施形態に係る常圧プラズマ処理装置の正面図である。 上記常圧プラズマ処理装置の長尺ノズルヘッドの斜視図である。 上記長尺ノズルヘッドの断面図である。 上記長尺ノズルヘッドの長手方向の端部分の拡大底面図である。 上記装置の変形態様を示す断面図である。 上記装置の変形態様を示す断面図である。 上記装置の変形態様を示す断面図である。 上記装置の変形態様を示す断面図である。 上記装置の変形態様を示す断面図である。 上記装置の変形態様を示す断面図である。 上記装置の変形態様を示す断面図である。 上記装置の変形態様を示す断面図である。 上記装置の変形態様を示す断面図である。

符号の説明

Ｍ１ 常圧プラズマ処理装置
Ｗ ワーク
５ 接地リード線
３ パルス電源（電界印加手段）
３０ 電極構造
３０ａ プラズマ化空間
３１ 電界印加電極
３２ 接地電極
４０ａ 導出路
４１，４２ 絶縁板（板状の固体絶縁部材）
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ 面取り部
４２Ｓ，４０ｂ 絶縁手段としての気体層
４５ 絶縁手段
５０ａ 吹出し口
５１ 導電部材

Claims (16)

1. 処理ガスをプラズマ化し被処理物へ向けて吹出すことによりプラズマ処理を行なう装置であって、
   前記プラズマ化のための空間を形成する一対の電極からなる電極構造と、
   電気的に接地された状態で、前記電極構造の被処理物を向くべき側に絶縁手段を介して配置された導電部材と、を備え、
   前記導電部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なる吹出し口を形成する縁面を有し、この吹出し口縁面が、前記電極のプラズマ化空間形成面に対し非面一になっていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 処理ガスをプラズマ化し被処理物へ向けて吹出すことによりプラズマ処理を行なう装置であって、
   前記プラズマ化のための空間を形成する一対の電極からなる電極構造と、
   電気的に接地された状態で、前記電極構造の被処理物を向くべき側に絶縁手段を介して配置された導電部材と、を備え、
   前記導電部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なる吹出し口を形成する縁面を有し、この吹出し口縁面が、前記電極のプラズマ化空間形成面より引っ込んでいることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 処理ガスをプラズマ化し被処理物へ向けて吹出すことによりプラズマ処理を行なう装置であって、
   前記プラズマ化のための空間を形成する一対の電極からなる電極構造と、
   電気的に接地された状態で、前記電極構造の被処理物を向くべき側に絶縁手段を介して配置された導電部材と、を備え、
   前記導電部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なる吹出し口を形成する縁面を有し、この吹出し口縁面が、前記電極のプラズマ化空間形成面より突き出ていることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 前記絶縁手段が、固体の絶縁部材を含み、この絶縁部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なるとともに前記吹出し口の上流に連なる導出路を形成する面を有していることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のプラズマ処理装置。
5. 処理ガスをプラズマ化し被処理物へ向けて吹出すことによりプラズマ処理を行なう装置であって、
   前記プラズマ化のための空間を形成する一対の電極からなる電極構造と、
   電気的に接地された状態で、前記電極構造の被処理物を向くべき側に固体の絶縁部材を含む絶縁手段を介して配置された導電部材と、を備え、
   前記絶縁部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なる導出路を形成する面を有し、
   前記導電部材が、前記導出路の下流に連なる吹出し口を形成する縁面を有し、この吹出し口縁面が、前記絶縁部材の導出路形成面に対し非面一になっていることを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 処理ガスをプラズマ化し被処理物へ向けて吹出すことによりプラズマ処理を行なう装置であって、
   前記プラズマ化のための空間を形成する一対の電極からなる電極構造と、
   電気的に接地された状態で、前記電極構造の被処理物を向くべき側に固体の絶縁部材を含む絶縁手段を介して配置された導電部材と、を備え、
   前記絶縁部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なる導出路を形成する面を有し、
   前記導電部材が、前記導出路の下流に連なる吹出し口を形成する縁面を有し、この吹出し口縁面が、前記絶縁部材の導出路形成面より引っ込んでいることを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 処理ガスをプラズマ化し被処理物へ向けて吹出すことによりプラズマ処理を行なう装置であって、
   前記プラズマ化のための空間を形成する一対の電極からなる電極構造と、
   電気的に接地された状態で、前記電極構造の被処理物を向くべき側に固体の絶縁部材を含む絶縁手段を介して配置された導電部材と、を備え、
   前記絶縁部材が、前記プラズマ化空間の下流に連なる導出路を形成する面を有し、
   前記導電部材が、前記導出路の下流に連なる吹出し口を形成する縁面を有し、この吹出し口縁面が、前記絶縁部材の導出路形成面より突き出ていることを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 前記絶縁部材の導出路形成面が、前記電極構造のプラズマ化空間形成面より引っ込んでいることを特徴とする請求項４〜７の何れかに記載のプラズマ処理装置。
9. 前記絶縁部材が、電極構造を向く面と、前記導出路形成面と、導電部材を向く面とを有し、前記電極構造を向く面と導出路形成面とのなす角と、導出路形成面と導電部材を向く面とのなす角のうち、少なくとも前者が、面取りされていることを特徴とする請求項４〜８の何れかに記載のプラズマ処理装置。
10. 前記絶縁部材が、電極構造を向く面と、前記導出路形成面と、導電部材を向く面とを有し、前記電極構造を向く面と導出路形成面とのなす角と、導出路形成面と導電部材を向く面とのなす角が、それぞれ面取りされ、しかも、前者が、後者より大きく面取りされていることを特徴とする請求項４〜８の何れかに記載のプラズマ処理装置。
11. 前記絶縁部材の導出路形成面と導電部材を向く面とのなす角が、面取りされており、
    前記導電部材の吹出し口縁面が、前記絶縁部材の導電部材を向く面と前記面取り部との境と略同位置又はそれより引込んでいることを特徴とする請求項４又は６に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記導電部材が、絶縁手段を向く面と、前記吹出し口縁面と、被処理物を向くべき面とを有し、前記絶縁手段を向く面と吹出し口縁面とのなす角と、吹出し口縁面と被処理物を向くべき面とのなす角のうち、少なくとも前者が、面取りされていることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載のプラズマ処理装置。
13. 前記導電部材の吹出し口縁面が、絶縁手段を向く面と被処理物を向くべき面にそれぞれ向かって丸みを付けられていることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載のプラズマ処理装置。
14. 前記絶縁手段が、気体層を含むことを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載のプラズマ処理装置。
15. 前記電極構造が、電界印加手段に接続された電界印加電極と、電気的に接地された接地電極とからなり、前記導電部材が、これら電極のうち少なくとも電界印加電極に対応して設けられていることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
16. 前記電極構造の一対の電極が、互いの対向方向と直交して延び、前記導電部材ひいては前記吹出し口が、前記電極と同方向に延び、処理ガスの吹出し方向が、前記対向方向及び延び方向と略直交する方向に向けられていることを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載のプラズマ処理装置。

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