JP2006127925A - プラズマプロセス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大気圧下でワークディスタンスの制御範囲が広く安定したプラズマを発生させることで低ランニングコストと高速処理を両立し、更に周辺機器や人体に対する障害をなくした安全でコスト競争力の高いプラズマプロセス装置を提供すること
【解決手段】 プラズマ処理空間１５を挟んで略対向対置されている電極５および電極３１と、電極５に対してガス流路２６を挟んで対向配置されている電極６と、電極３１に対してガス流路２８を挟んで対向配置されている電極３２とを備える。処理ガスは、装置の外部からガス流路２６,２８を通って、プラズマ処理空間１５に到達するようになっている。上記電極６は、サーボ装置等によって矢印αに示す方向に移動できるようになっており、電極３２は、サーボ装置等によって矢印β方向に移動できるようになっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プラズマプロセス装置に関する。特に、本発明は、プラズマを生成・制御することによって、例えば、液晶表示素子、エレクトロルミネッセンス（EL）、プラズマディスプレイ（PDP : Plasma Display Panel）をはじめとするフラットパネルディスプレイ、半導体、または、太陽電池等を製造するとき、表面改質、洗浄、加工、または、成膜等の工程に使用するプラズマプロセス装置に関する。

従来、フラットパネルディスプレイ、半導体、または、太陽電池等を製造する場合、減圧下で発生させたプラズマを利用して、ガラス基板（以下、基板）や半導体ウエハ（以下、ウエハ）等に対して、改質、洗浄、加工、または、成膜等を行っている。

このように、プラズマ技術は、フラットパネルディスプレイ等の製造に必須になっているが、近年では、コスト競争力強化の激化に伴って、真空チャンバーや排気装置など大掛かりな設備を必要としない大気圧プラズマ技術への注目度が高まってきている。そして、表面改質、洗浄、および、ドライエッチングといった一部のプロセスにおいては、大気圧プラズマ技術が、現実に利用されつつある。

従来、このような大気圧プラズマ処理装置としては、特開平７−１１８８５７号公報（特許文献１）に記載されているものがある。

図１５は、この大気圧プラズマ処理装置の模式断面図である。

この大気圧プラズマ処理装置は、電源１０１と、処理容器１０２と、多孔金属電極１０３と、金属電極１０４と、第１の個体誘電体１０６と、第２の固体誘電体１０８と、ガス導入管１１０とを備える。

上記処理容器１０２は、上面１０２ａと、底面１０２ｂと、側面１０２ｃと、絶縁体１０２ｄとから成る。上記底面１０２ｂには、略中央に排出口１１２が形成されており、側面１０２ｃには、気体排出口１１１が形成されている。また、上記多孔金属電極１０３は、開孔１０３ｂおよびガス導入口１０３ｃを有すると共に、内部にガスの流路１０３ａを画定している。また、上記ガス導入管１１０は、ガス導入口１１０ａと、ガス出口１１０ｂとを有している。

上記多孔金属電極１０３は、第１の固体誘電体１０６と対向配置されている。上記多孔金属電極１０３における開孔１０３ｂからは、反応用ガスが流出するようになっている。また、上記第１の固体誘電体１０６と、多孔金属電極１０３の側面との間は、第２の固体誘電体１０８が配置されている。上記多孔金属電極１０３、第１の固体誘電体１０６および第２の固体誘電体１０８は、内部にプラズマ処理部１０５を画定している。また、上記第１の固体誘電体１０６のプラズマ処理部１０５側の表面には、基板１０７が配置されている。

この大気圧プラズマ処理装置は、基板１０７に、不活性ガスを供給すると共に、多孔金属電極１０３を介して反応用ガスを供給するようになっている。そして、大気圧近傍の圧力下で、多孔金属電極１０３と金属電極１０４との間に電圧を与えてグロー放電プラズマを発生させて、そのプラズマによって励起された活性種を、基板１０７の表面に接触させることによって、基板１０７の表面改質、洗浄、または、ドライエッチングを行うようになっている。

しかしながら、上記大気圧プラズマ処理では、対向する第１の固体誘電体１０６と多孔金属電極１０３との間の距離が大きくなると、放電が不安定になったり、放電の局所化が起こったり、放電自体が起こらなくなったりするという問題がある。また、この場合に、印加電圧を上げることで放電を安定化させようとすると、被処理物に損傷が発生するという問題がある。

一方、対向する第１の固体誘電体１０６と多孔金属電極１０３との間の距離が小さくなると、多孔金属電極１０３の開孔パターンに起因する処理ムラが発生するという問題がある。

このことから、上記大気圧プラズマ処理では、対向する第１の固体誘電体１０６と多孔金属電極１０３との間の距離の調整が難しいという問題がある。

また、上記大気圧プラズマ処理では、処理ガスの分解が進みにくくガスの利用効率が低いという問題や、装置が大型であるという問題や、大気圧を利用した平流し処理を行いにくいという問題がある。
特開平７−１１８８５７号公報

そこで、本発明の課題は、大気圧下でワークディスタンス（励起したプラズマが被処理物に対し有効に作用する距離）の制御範囲が広く安定したプラズマを発生させることで低ランニングコストと高速処理を両立し、更に周辺機器や人体に対する障害をなくした安全でコスト競争力の高いプラズマプロセス装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のプラズマプロセス装置は、
被処理物に処理を行う領域を挟んで略対向する第１対向電極および第２対向電極と、
上記第１対向電極と上記第２対向電極のうちの少なくとも一方の対向電極における他方の対向電極に対する対向面以外の面に略対向するように配置されている可動電極と、
上記一方の対向電極に対して可動電極を相対的に移動させる移動手段と、
上記一方の対向電極と上記可動電極との間を通過するように配置されると共に、上記処理を行う領域に処理ガスを供給するガス通路と
を備え、
上記第１対向電極と上記第２対向電極との間に電界を生成することにより、上記処理を行う領域に大気圧下でプラズマを発生させて、上記被処理物の処理を行うことを特徴としている。

尚、上記「被処理物に処理を行う領域を挟んで」という表現は、被処理物に処理を行う領域の一部を挟んでいる場合も含んでいるものとする。

本発明によれば、上記ガス通路を有するので、上記処理ガスを上記一方の対向電極と上記可動電極との間を通過させた後、上記第１対向電極と上記第２対向電極との間に到達させることができる。したがって、上記処理ガスが上記第１対向電極と上記第２対向電極との間に到達する前に、上記処理ガスの状態を、上記一方の対向電極と上記可動電極との間に生成される電場で、事前に調整することができる。したがって、大気圧下におけるワークディスタンス（励起したプラズマが被処理物に対し有効に作用する距離）の制御範囲を広くでき、安定したプラズマを発生させることができる。したがって、低ランニングコストと高速処理を両立できると共に、周辺機器や人体に対する障害を抑制でき、かつ、コスト競争力を格段に向上させることができる。

また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記移動手段が、上記一方の対向電極と上記可動電極との距離を変化させるように、上記可動電極を、上記対向面以外の面の法線方向に略移動させる。

上記実施形態によれば、上記移動手段が、上記一方の対向電極と上記可動電極との距離を変化させるように、上記可動電極を、上記対向面以外の面の法線方向に略移動させるので、上記一方の対向電極と上記可動電極との距離を適宜調整することができる。したがって、上記処理ガスが上記第１対向電極と上記第２対向電極との間に到達する前に、上記処理ガスの状態を、事前に適切かつ容易に調整することができる。

また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記第１対向電極、上記第２対向電極および上記可動電極の夫々の対向電極側の表面には固体誘電体が配置されており、かつ、固体誘電体の表面における上記ガス通路側かつ上記処理を行う領域側の部分の表面は、滑らかに繋がっている。

上記実施形態によれば、固体誘電体の表面における上記ガス通路側かつ上記処理を行う領域側の部分の表面が、滑らかに繋がっているので、処理ガスを上記処理を行う領域に円滑に導入することができて、上記処理を行う領域において、安定したプラズマを発生させることができる。

また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記可動電極が、接地されており、上記第１対向電極および上記第２対向電極には、位相、振幅、若しくは、位相および振幅の両方が異なるような高周波電力を印加するか、または、位相、振幅、若しくは、位相および振幅の両方が異なるようなパルス波電力を印加するか、または、上記高周波電力と上記パルス波電力とのスイッチングによって形成される電力を印加するか、または、上記高周波電力と上記パルス波電力とを重畳して形成される電力を印加する。

上記実施形態によれば、プロセスに要求される諸条件、使用ガスの制限、要求される処理能力、または、ダメージの発生有無の観点から、使用する電力を適切に選択することができる。

また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記処理ガスが、上記一方の対向電極と上記可動電極との間を通過した後、上記第１対向電極と上記第２対向電極との間を通過する。

上記実施形態によれば、処理ガスが上記第１対向電極と上記第２対向電極との間に到達する前に、上記処理ガスの状態を、上記一方の対向電極と上記可動電極との間に生成される電場で、事前に調整することができる。

また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記ガス通路が、上記スリット状またはシャワー状である。

上記実施形態によれば、上記ガス通路が、上記スリット状またはシャワー状であるので、上記ガス通路の開口面積や開口形状を容易に変更することができて、処理ガスの流量や処理ガスの流速を容易に制御することができる。

また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記第１対向電極、上記第２対向電極および上記可動電極の夫々の対向電極側の表面には誘電体膜が形成された後に、固体誘電体が配置され、上記誘電体膜と上記固体誘電体との間の隙間は、１００μｍ以下、かつ、上記一方の対向電極と上記可動電極との距離の１%以下である。

上記実施形態によれば、上記誘電体膜と上記固体誘電体との間の隙間が、１００μｍ以下、かつ、上記一方の対向電極と上記可動電極との距離の１%以下であるので、上記処理を行う領域や、上記一方の対向電極と上記可動電極との間の領域の電界強度が弱くなることを防止できると共に、上記処理を行う領域や、上記一方の対向電極と上記可動電極との間の領域で、意図しない放電が発生して電力ロスが発生したり、放電により電極が損傷したりすることを防止できる。

尚、この発明において、上記一方の対向電極と上記可動電極のうちの少なくとも一方の対向電極の他方の対向電極側の対向側には、固体誘電体が配置されており、かつ、上記一方の対向電極と上記可動電極との対向方向における距離を、上記第１対向電極および上記第２対向電極に与える電力、その電力の周波数、上記処理ガスの種類、上記処理ガスの流量、上記固体誘電体の電気的特性、上記固体誘電体の二次電子放出係数、上記固体誘電体の厚み温度のうちの少なくとも一つに基づいて調整するようにすれば、作用効果を格段に向上させることができる。

本発明のプラズマプロセス装置によれば、被処理物の表面を所望の状態で効率良く処理することができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のプラズマプロセス装置の断面図であり、詳しくは、プラズマプロセス装置を被処理物が流れる川幅方向に垂直な面で切った時の側面断面図である。また、図２は、図１の拡大図である。

図１および図２に示すように、第１実施形態のプラズマプロセス装置では、上部電極ユニット３と下部電極ユニット４とは、互いに対向配置されている。ガス供給ボンベあるいはガス供給タンク（図示せず）から、ガス供給手段としてのマスフローおよびミキサー（図示せず）により複数のガス種を混合した処理ガスが、ガス供給口２１を介してガス溜９に供給されるようになっている。そして、ガス溜９で紙面奥行き方向に広がって、ガス溜９より十分小さい断面積を持つスリット状あるいはシャワー状のガス流路２６を通過する際に流速を上げ、ガス噴出口１１から被処理物１４に向けて噴射されるようになっている。

ここで、処理ガスとしては、例えば、表面改質を行う場合には、ヘリウム、アルゴン、酸素、空気等が使用される。使用される処理ガスは、プロセスごとに異なるので、その都度、適宜最適な組み合わせと混合比を適切に選択する。

高周波電源１８から出力された高周波電力は、電力伝送路２７を経由して、第１対向電極としての電極５に印加されるようになっている。他方、高周波電源１８と周波数が同じで位相が異なる高周波電源３３から出力された高周波電力は、電力伝送路２９を経由して、第２対向電極としての電極３１に印加されるようになっており、電極３１と電極５との間には、電界が生成されるようになっている。

また、ガス噴出口１１から噴出した処理ガスは、個体誘電体としての誘電体（ホット）７と個体誘電体としての誘電体（グランド）８との隙間を通過して、被処理物１４に処理を行う領域としてのプラズマ処理空間１５に到達して、上記電界にさらされることにより、大気圧（この明細書では、大気圧とは圧力範囲が０.１気圧以上、２気圧以下を指すものとする）下でプラズマ化されるようになっている。

この時、同じく接地された可動電極としての電極６と、電極５との間、および、可動電極としての電極３２と、電極３１との間にも、電界が形成されるようになっている。そして、処理ガスが通過する誘電体（ホット）７と誘電体（グランド）８間の距離を適切に決めることで、予備放電領域１６において処理ガスをプラズマ化するようになっている。

尚、この距離は、与える電力の大きさ、電力の周波数、処理ガスの種類、処理ガスの流量、誘電体の電気的特性、誘電体の二次電子放出係数、誘電体の厚み、または、温度等によって、適宜調整されるようになっている。

また、第１実施形態のプラズマプロセス装置は、電極の対向面同士の距離を連続的に変えることで予備放電空間１６やプラズマ処理空間１５に形成する電界を制御できる機構を備えている。そして、少なくとも、予備放電空間１６で形成される電界強度を、プラズマ処理空間１５で形成される電界強度よりも強く設定している。

次に、上記電界制御機構について説明する。このプラズマプロセス装置の電極６は、例えばサーボ装置等の移動手段（図示せず）によって図２に矢印αで示す移動方向（対向する電極５に近づく方向および電極５から離れる方向）に自由に動くことができる。このことから、電極間に処理ガスを流し所定の電力を供給してもプラズマが発生しない場合には、電極６を電極５に徐々に接近させることによって、予備放電空間１６における電界強度を高めることができる。また、同様に、電極３２は、例えばサーボ装置等の移動手段（図示せず）によって図２に矢印βで示す移動方向（対向する電極３１に近づく方向および電極３１から離れる方向）に自由に動くことができる。

ある電界強度に達した時、予備放電空間１６において放電が開始され、この放電をきっかけにプラズマ処理空間１５においてプラズマが発生する。プラズマ発生以降に、プラズマ発生時の電極６のポジションを保持し続けると、予備放電空間１６で生成された活性種やイオンがプラズマ放電空間に供給されて、放電を安定化させる要因になる。

一方、プラズマ発生した後、更に電極同士を近づけていくと、放電が集中したりスパークが発生したりして、誘電体７,８の破損や、高周波電源１８の故障等を引き起こす原因になる。

プラズマを励起する場合には誘電体８の内側に処理ガスが侵入してこない構造とすることが好ましい。こうすることにより、誘電体８の内側空間での放電を抑制でき、電力ロスや、電極および誘電体の破損を防止することができる。放電の抑制効果をより一層高めるためには、この空間をＳＦ６等の絶縁能力の高い不活性ガスで満たすことが有効であり、耐久性の面からも好ましい。

上記電極６と誘電体８とを個別に移動させることもできるが、こうすると予備放電空間１６の幅と電界強度とを独立に調整できて有益である。ここで、ベルヌーイの法則により予備放電空間１６の幅と、この空間を通過する処理ガスの流速とは密接な関係があるので、予備放電空間１６の幅を調整することにより、この空間を通過する処理ガスの流速を適切に調整できることは言うまでもない。

電極６の位置を制御する装置としては、例えば、ボールネジやモータードライブなどを組み合わせた制御装置が用いられる。電極間に流れる電流や電圧をモニターすることによって、放電の開始／停止を検出する。そして、放電の開始／停止に応じて、制御装置（例えば、モータードライブ）をオン／オフ制御することで、電極６の位置を適切に制御する。こうすることにより、ガス種やその流速、投入電力が変わった場合でも安定して放電を維持することができる。

尚、放電開始の時に電極同士を近づける一方、放電開始後に電極を引き離すようにして、放電開始だけをアシストするような使い方をすることもできる。このように、電極６の位置の制御装置は、プラズマ処理の性質や要求によって、適宜電極６の位置の制御を変化させるようになっている。

図３は、電極５および電極３１付近の拡大図である。

上記のように、電極間に形成される電界強度を制御することにより、図３に１６で示す予備放電領域で発生しているプラズマを、誘電体表面を伝導させて沿面放電部２４まで到達させることができる。そして、プラズマ処理空間１５に、直接、電子や励起種を供給することができる。

これによりプラズマ処理空間１５においてプラズマが発生していない時には、放電開始をアシストすることができる一方、放電開始後には、プラズマ処理空間１５に活性種やイオンを供給することでより安定な放電状態を維持することができる。

上記の効果は、沿面放電部２４のエッジを切除して隣り合う面同士を滑らかに接続することにより、大きくすることができる。例えば、図３に示すように、沿面放電部２４の角に、Ｒを形成した場合、その半径を０.５ｍｍ以上とすると、上記効果を格段に大きくすることができる。

上述の沿面放電を活用することにより、対向電極間のワークディスタンスの制御範囲を広げることができる。また、このプラズマプロセス装置においては、プラズマ処理空間に加えて予備放電領域でも処理ガスの分解を行なうことができるため、処理ガスの利用効率を格段に向上させることができる。

また、図１５に示す従来のプラズマ発生装置と比較して、プラズマ処理を行う空間での電界を弱くしても、プラズマ発生状態を維持することができ、被処理物が損傷する可能性を格段に低下させることができる。また、従来のプラズマ発生装置と比較して、装置がコンパクトに構成でき、平流し処理を容易に行うことができる。また、従来のプラズマ発生装置と比較して、ガス噴出口がプラズマ処理空間と離れているので、開孔パターンに依存して処理ムラが発生することも防止できる。また、従来のプラズマ発生装置と比較して、対向電極の電極間距離を、容易かつ正確に調整できる。

また、プラズマ処理空間１５および予備放電空間１６の両方でプラズマが発生している時、図１および図３に１３で示す被処理物搬送用ローラーを用いて被処理物１４を搬送して、被処理物１４表面にプラズマを接触させて作用させることにより、活性種による反応の促進と、イオンによる物理的エッチングとの相乗効果を大きくすることができて、表面改質、洗浄、加工、または、成膜等のプラズマ処理を効率良く進行させることができる。尚、図２において、２３は、ローラー軸を示している。

尚、第１実施形態では、被処理物の搬送装置として被処理物搬送用ローラー１３を用いているが、この発明では、被処理物の搬送装置として、ホルダ等、ローラー以外の被処理物の搬送装置を用いても良い。また、搬送装置を用いずに処理を行っても良い。搬送装置を用いずに処理を行うと、局所的な処理を行うことができる。

再度、図１を参照すると、プラズマ処理空間１５を通過した処理ガスは、ガス溜（排気側）２０に一旦溜まり、排気口２２を通って図示しない排気ポンプあるいはブロア、場合によっては、除害装置で無害化された後、系外へと排出される。

尚、このプラズマプロセス装置のような、固体誘電体により覆われた電極ユニットを実際に製作する場合には、誘電体７や誘電体８は、溶射や陽極酸化などにより、電極５、電極６、電極３１または電極３２の表面に直接形成することも出来るが、メンテナンス時の労力やコストの観点からは、独立部品とし交換可能とすることが好ましい。

そして、誘電体７や誘電体８を、独立部品とした場合には、誘電体７や誘電体８の厚みは、高周波電源１８の周波数やパルス電源１９の繰り返し周波数やプロセスガスの種類や誘電体自体の材料特性と密接な関係があり一概には決められないが、通常５ｍｍ以下であることが好ましく、特に、電源周波数が１ＭＨｚ以上となる場合は２ｍｍ以下であることがより好ましい。

また、誘電体７や８の厚みについては出来る限り薄い方が、プラズマ処理空間１５や予備励起空間１６における電界強度を強くできて有利であるが、薄くし過ぎると強度的に弱く破損し易い。このため実用上は０.５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。但し、独立部品としない場合はこれより薄くても構わない。

また、図１に示される上部電極ユニット３や下部電極ユニット４は、図示はしないが、紙面奥行き方向には被処理物と同じかそれ以上の長さを有している。上部電極ユニット３や下部電極ユニット４の奥行き方向の寸法は、実用的には被処理物の長さより２０%程度長い構造であることが望ましい。

図３に１０で示す冷媒は、図示しない冷媒供給装置または冷媒供給施設から供給され、電極（ホット）５および電極（グランド）６などの各部を通った後、排出されるようになっている。冷媒は電極を冷やす目的だけではなく、安定したプラズマ処理を行う目的で、各部の温度を一定に保ちたい場合にも利用できる。

また、図１を参照すると、上部チャンバー１や下部チャンバー２は、上部電極ユニット３や下部電極ユニット４を支持して、主たる対向電極の電極間ギャップを任意に設定できるようになっている。詳しくは、上部チャンバー１や下部チャンバー２は、マイクロメーターヘッドや、ヘッド部にボールを備えるクランピングボルト等を含むギャップ調整および保持機構を有している。

また、上部チャンバー１や下部チャンバー２は、排気口２２から使用後の処理ガスを排出するまでの間、ガスを溜めておき外部に漏れないようにする役割を果たしている。このため、被処理物１４が入ってくる被処理物出入口１７と排出口２２以外では、被処理物１４が漏れない気密な構造を持っている。さらにプロセスや使用する処理ガスの種類によっては、被処理物出入口１７に不活性ガスのカーテン機構やシャッター機構を有していてもよい。

上述のプラズマ処理の一連の過程において、プラズマを安定して発生させることと、プロセスガスの利用効率を上げることは、プロセスの処理能力やランニングコストの低減にとって重要である。これを達成するためには、プラズマ処理領域１５への効果的なガス供給だけでなく、排気ガスの流量、流速を適切に制御するガス排気の調整が必要となる。このためには、図３の流量調整プレート３５のように供給側のコンダクタンスを調整するのは勿論のこと、排気側も上下チャンバーのコンダクタンスを考慮して給排のバランスをとる必要がある。

この場合、以下のような考え方に基づき各部の寸法を決めるのが簡便かつ実用的である。

すなわち、ガスの流路の実効的な断面積をＳ、距離をＬとしたとき、大気圧下でのガスの流れは粘性流なので、これらパラメータとガスの流れやすさの指標であるコンダクタンスＵは、奥行き方向を無限長とした場合には、以下の（１）式で表される。
Ｕ＝ａ・Ｓ２／Ｌ・・・・（１）

ここで、ａはガス種の粘性係数や圧力により決まる定数である。電力供給については、高周波電源１８の替わりに図１に１９で示すパルス電源を用いても良く、または、両者のスイッチングを用いても良く、または、両者を重畳する方法を用いても良い。そして、どのような形式の電源を選択するかは、周波数や、繰り返し周波数の他に、プロセスに要求される諸条件、使用ガスの制限、要求される処理能力、または、ダメージの発生有無の観点から決定する必要がある。

ここでいう高周波電源とは、周波数が１ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下のものを指す。また、パルス電源とは、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以下、波形の立ち上がり時間が１００μｓｅｃ以下、パルス印加時間が１ｍｓｅｃ以下であるものを指す。

図３に３５で示す流量調整プレートは、ガス噴出口がスリット状の場合を示しているがシャワー状になっていても構わない。ここでは上下の電極ユニットで同じパターンの場合を示しているが、上下の電極ユニットは、必ずしも同じパターンでなくても良い。

図４は、ガスの流量および流速調整を行う装置の別の例を示す図である。この方式は、図４に示すように、楕円形の断面を持つ流量調整用カム４３を回転させることで、連続的にガス流路２６の断面積を変動させるようにしている。

図５は、上記電極５と電極３１に与える高周波電力の電圧波形の一例を示す図である。尚、図５において、３６は、電極５に与える電圧波形であり、３７は、電極３１に与える電圧波形を示している。これらの波形は、一定の周波数を有している。

図５に示すように、この例では、電圧波形３６の位相は、電圧波形３７の位相に対してπずれている。図５に示すように、電圧波形３６の位相を、電圧波形３７の位相に対してπずらして設定すると、電極（ホット）５と電極（ホット）３１との間に生じる電位差を、（Ｖ１＋Ｖ２）にすることができると共に、電極（ホット）５と電極（グランド）６間に生じる電位差をＶ１にすることができる。

上記電極５と電極３１に与える電圧波形としては、高周波電力の電圧波形の他に、パルス型の電圧波形がある。

図６は、電力がパルスの場合において、上記電極５と電極３１に与える電圧波形の一例を示す図である。尚、図６において、３８は、電極（ホット）５に与える電圧波形を示し、３９は、電極（ホット）３１に与える電圧波形を示している。これらの波形は、一定の繰り返し周波数を有している。

また、図７は、電力がＤＣパルスの場合において、上記電極５と電極３１に与える電圧波形の一例を示す図である。尚、図７において、４０は、電極（ホット）５に与える電圧波形を示し、４１は、電極（ホット）３１に与える電圧波形を示している。これらの波形は、一定の繰り返し周波数を有している。

尚、図７においては、電圧波形４０と電圧波形４１との位相差がπである場合を示しているが、これは一例であって、位相差はこれ以外であってもよいことは勿論である。

また、上記電極５と電極３１に与える電圧波形は、図５乃至図７に示す場合に限られないことは、勿論であり、各電圧波形は、高周波とパルスのスイッチングであっても良く、または、高周波波形にパルス波形が重畳された波形であっても良いことは言うまでもない。

尚、上記第１実施形態では、中央がホット、両サイドがグランドになっている例を示したが、この発明では、グランドは、主たる電極の両サイドではなく片側だけであっても良い。また、グランドは、両サイドあるいは片側に複数存在してもよいことは言うまでもない。

また、第１実施形態では、図２に示すように、電極５（第１対向電極）における電極３１（第２対向電極）に対する対向面と、電極５（第１対向電極）における電極６（可動電極）に対する対向面とは、略直交しているが、この発明では、第１対向電極における第２対向電極に対する対向面と、第１対向電極における可動電極に対する対向面とは、直交していなくても良い。

また、第１実施形態では、図２に示すように、電極５（第１対向電極）における電極３１（第２対向電極）に対する対向面と、電極５（第１対向電極）における電極６（可動電極）に対する対向面とは、湾曲部（Ｒ部）を介して連結されていたが、この発明では、可動電極を、第１対向電極に対する第２対向電極側と反対側に配置しても良く、可動電極、第１対向電極、第２対向電極の順に略直線状に配置しても良い。すなわち、第１対向電極における第２対向電極に対する対向面と、第１対向電極における可動電極に対する対向面とを、湾曲部（Ｒ部）を介して連結しなくても良い。この場合、ガス通路は、少なくても、被処理物１４が流れる方向と略平行に延びる部分を有する。

また、第１実施形態では、図１に示すように、電極６（可動電極）は、矩形の電極５（第１対向電極）の一つの面にのみ対向するようになっていたが、この発明では、可動電極の形状を、矩形の第１対向電極の隣接する二つの面に対応するような（沿うような）形状にすると共に、ガス通路の形状を、第１対向電極と可動電極との間において、ガス通路が略直角に曲がるような形状に形成しても良い。このようにすると、ガス通路中の処理ガスを、長距離（長時間）に亘って、電場にさらすことができる。

また、上記第１実施形態では、可動電極としての電極６は、例えばサーボ装置等の移動手段（図示せず）によって、図２に矢印αで示す移動方向（電極６に対向する第１対向電極としての電極５の方向）に移動可能であったが、この発明では、可動電極を移動不可にすると共に、可動電極に対向する第１対向電極または第２対向電極を、可動電極に対する対向方向に移動させても良い。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。第２実施形態のプラズマプロセス装置は、電極５６,８２および誘電体８８の形状と、電極５６,８２と一緒に誘電体８８が移動する点が、第１実施形態のプラズマプロセス装置と異なっている。

第２実施形態のプラズマプロセス装置では、第１実施形態のプラズマプロセス装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、上記第２実施形態のプラズマプロセス装置では、第１実施形態のプラズマプロセス装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態のプラズマプロセス装置と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

第２実施形態のプラズマプロセス装置によれば、電極５６,８２と一緒に誘電体８８が移動するようになっているので、電界強度に加えて、予備放電空間１６の幅を変えることができる。したがって、ここを通過する際の処理ガスの流速を容易に変化させることが出来る。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。第３実施形態のプラズマプロセス装置は、電極６６,９２の形状と、その移動方向ｂ,ｃが、第１実施形態のプラズマプロセス装置と異なる。

第３実施形態のプラズマプロセス装置では、第１実施形態のプラズマプロセス装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、上記第３実施形態のプラズマプロセス装置では、第１実施形態のプラズマプロセス装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態のプラズマプロセス装置と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

第３実施形態のプラズマプロセス装置によれば、電極６６,９２を、図９に矢印ｂ,ｃで示す方向に移動させることにより、予備放電空間１６とプラズマ処理空間１５の距離を容易かつ簡単に変えることが出来る。

尚、第３実施形態のプラズマプロセス装置において、誘電体８を、電極６６,９２と一緒に移動させる構成を採ることが可能なこと、または、誘電体８を、電極６６,９２と個別に移動させる構成を採ることが可能なことはいうまでもない。

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。また、図１１は、第４実施形態のプラズマプロセス装置の電極（ホット）５に与える電圧波形４２の一例を示す図である。尚、波形４２は、一定の周波数を有している。

第４実施形態のプラズマプロセス装置は、下部電極ユニット４が、グランドになっている点が、第１実施形態のプラズマプロセス装置と異なる。第４実施形態のプラズマプロセス装置では、第１実施形態のプラズマプロセス装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、上記第４実施形態のプラズマプロセス装置では、第１実施形態のプラズマプロセス装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態のプラズマプロセス装置と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

被処理物の裏面を処理する必要のない場合は、図１０に示すように、下部電極ユニット４がグランドになっていても良く、この場合、使用するガスを低減することができ、電源の制御も容易に行うことができる。

（第５実施形態）
図１２は、第５実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。第５実施形態のプラズマプロセス装置は、電極（ホット）５および電極（ホット）３１の表面に誘電体溶射膜または陽極酸化膜が形成されている点が、第１実施形態のプラズマプロセス装置と異なる。

第５実施形態のプラズマプロセス装置では、第１実施形態のプラズマプロセス装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、上記第５実施形態のプラズマプロセス装置では、第１実施形態のプラズマプロセス装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態のプラズマプロセス装置と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

誘電体（ホット）７を独立部品として製作した場合には、公差の指定や加工方法によっては、誘電体（ホット）７と電極（ホット）５との間に、隙間が発生する。そして、この隙間が原因となってプラズマ発生領域１５や予備放電領域１６における電界強度が弱くなったり、意図しない放電が上記隙間で発生して電力ロスが発生したり、放電により電極が損傷したりする。

図１２に示すように、電極（ホット）５および電極（ホット）３１の表面に、誘電体溶射膜または陽極酸化膜で構成される誘電体膜５０,５１を形成することで、上記問題を防止または軽減できる。この時の隙間の目安としては、電極間ギャップが１０ｍｍより広い場合には、１００μｍ以下であり、電極間ギャップが１０ｍｍ以下の場合には、これより更に狭く電極間ギャップの１%以下であることが好ましい。これらの数値範囲は上記課題を解決すべく我々が鋭意研究した結果、経験的に見出したものである。

（第６実施形態）
図１３は、第６実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。

このプラズマプロセス装置は、被処理物１４が流れる方向に略垂直な方向に対向する対向電極の対を二つ有する構成になっている（対向電極の対の数は三つ以上であっても良い。）。
各対向電極にどういった処理を担わせるかは状況により異なるが、仮に全ての対向電極で同一の処理を行った場合には、処理能力を向上させることができる。また、各対向電極が異なる処理を行った場合には、平流し方式による連続処理が可能となる。

図１４は、本発明の一実施形態のプラズマプロセス装置のハウジングの一例を示す斜視図である。

図１４において、４６は、電力導入部を示し、４７は、冷媒導入口を示し、４８は、冷媒排出口を示す。

図１４に示すように、被処理物が流れる方向および対向電極が配置されている方向の両方に垂直な方向に延びるような、電力導入部４６、冷媒導入部４７および冷媒排出口４８を形成すると、プラズマプロセス装置をコンパクトにでき、かつ、冷媒を容易に装置に流入されることができると共に、装置から容易に流出させることができる。

本発明の第１実施形態のプラズマプロセス装置の断面図である。 図１の拡大図である。 第１実施形態のプラズマプロセス装置が有する電極付近の拡大図である。 ガスの流量および流速調整を行う装置の一例を示す図である。 電極に与える高周波電力の電圧波形の一例を示す図である。 電力がパルスの場合において、電極に与える電圧波形の一例を示す図である。 電力がＤＣパルスの場合において、電極に与える電圧波形の一例を示す図である。 第２実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。 第３実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。 第４実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。 第４実施形態のプラズマプロセス装置の電極（ホット）に与える電圧波形の一例を示す図である。 第５実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。 第６実施形態のプラズマプロセス装置を示す図である。 本発明の一実施形態のプラズマプロセス装置のハウジングの一例を示す斜視図である。 従来の大気圧プラズマ処理装置の模式断面図である。

符号の説明

１ 上部チャンバー
２ 下部チャンバー
３ 上部電極ユニット
４ 下部電極ユニット
５,６,３１,３２ 電極
７,８ 誘電体
９ ガス溜
１０ 冷媒
１１ ガス噴出口
１３ 被処理物搬送用ローラー
１４ 被処理物
１５ プラズマ処理空間
１６ 予備放電領域
１８,３３ 高周波電源
１９,３４ パルス電源
２６,２８ ガス流路
４３ 流量調整用カム
５０,５１ 誘電体膜

Claims (7)

1. 被処理物に処理を行う領域を挟んで略対向する第１対向電極および第２対向電極と、
   上記第１対向電極と上記第２対向電極のうちの少なくとも一方の対向電極における他方の対向電極に対する対向面以外の面に略対向するように配置されている可動電極と、
   上記一方の対向電極に対して可動電極を相対的に移動させる移動手段と、
   上記一方の対向電極と上記可動電極との間を通過するように配置されると共に、上記処理を行う領域に処理ガスを供給するガス通路と
   を備え、
   上記第１対向電極と上記第２対向電極との間に電界を生成することにより、上記処理を行う領域に大気圧下でプラズマを発生させて、上記被処理物の処理を行うことを特徴とするプラズマプロセス装置。
2. 請求項１に記載のプラズマプロセス装置において、
   上記移動手段は、上記一方の対向電極と上記可動電極との距離を変化させるように、上記可動電極を、上記対向面以外の面の法線方向に略移動させることを特徴とするプラズマプロセス装置。
3. 請求項１に記載のプラズマプロセス装置において、
   上記第１対向電極、上記第２対向電極および上記可動電極の夫々の対向電極側の表面には固体誘電体が配置されており、
   かつ、固体誘電体の表面における上記ガス通路側かつ上記処理を行う領域側の部分の表面は、滑らかに繋がっていることを特徴とするプラズマプロセス装置。
4. 請求項１に記載のプラズマプロセス装置において、
   上記可動電極は、接地されており、
   上記第１対向電極および上記第２対向電極には、位相、振幅、若しくは、位相および振幅の両方が異なるような高周波電力を印加するか、または、位相、振幅、若しくは、位相および振幅の両方が異なるようなパルス波電力を印加するか、または、上記高周波電力と上記パルス波電力とのスイッチングによって形成される電力を印加するか、または、上記高周波電力と上記パルス波電力とを重畳して形成される電力を印加することを特徴とするプラズマプロセス装置。
5. 請求項１に記載のプラズマプロセス装置において、
   上記処理ガスは、上記一方の対向電極と上記可動電極との間を通過した後、上記第１対向電極と上記第２対向電極との間を通過することを特徴とするプラズマプロセス装置。
6. 請求項１に記載のプラズマプロセス装置において、
   上記ガス通路は、上記スリット状またはシャワー状であることを特徴とするプラズマプロセス装置。
7. 請求項１に記載のプラズマプロセス装置において、
   上記第１対向電極、上記第２対向電極および上記可動電極の夫々の対向電極側の表面には誘電体膜が形成された後に、固体誘電体が配置され、
   上記誘電体膜と上記固体誘電体との間の隙間は、１００μｍ以下、かつ、上記一方の対向電極と上記可動電極との距離の１%以下であることを特徴とするプラズマプロセス装置。

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