JP2007111675A - １ヘッド複数吹出口によるプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の被処理面を、小さいスペースで簡単な設備を用いて効率よくプラズマ処理することができる、プラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】第１の工程において、対向する電極の間の空間（以下、「放電空間」という。）に連通する複数の吹出口１１ａ，１１ｂを有するプラズマ処理ヘッド１０を、被処理物１の異なる被処理領域１ａ，１ｂにそれぞれ対向するように配置する。第２の工程において、電極に電圧を印加して放電空間において放電を発生させながら、放電空間を通過させてプラズマ化した処理ガスをプラズマ処理ヘッド１０の複数の吹出口１１ａ，１１ｂから異なる方向に流出させ、被処理物の異なる被処理領域１ａ，１ｂにそれぞれ処理ガスを接触させて被処理領域１ａ，１ｂをプラズマ処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、１ヘッド複数吹出口によるプラズマ処理方法に関し、詳しくは、放電空間から離れた位置にある被処理物をプラズマ処理する方法に関し、特に、略常圧でプラズマ処理を行なう場合に好適なプラズマ処理方法に関する。

従来、大気圧近傍の圧力下で発生させたプラズマを利用して、被処理物の表面改質、薄膜形成、アッシング、洗浄などのプラズマ処理を行なう常圧プラズマ処理について、種々提案されている。

例えば、いわゆるリモート方式の常圧プラズマ処理では、放電空間を通過してプラズマ化した処理ガス（プラズマ空間を通って活性化された処理ガス）が流出するプラズマ処理ヘッドの吹出口に対して被処理物を相対的に移動させ、吹出口から流出した処理ガスを被処理物表面に順次、接触させることによって、被処理物表面のプラズマ処理を行なう（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２３７４８０号公報

従来のプラズマ処理ヘッドは、プラズマ化した処理ガスを被処理面に吹き付けるための吹出口が１つしかないので、被処理面ごとにプラズマ処理ヘッドを用意する必要がある。そのため、被処理面が増えると、プラズマ処理ヘッドを増やす必要があるので、設備コストが増大し、設備を配置するためのスペースも大きくなる。また、電圧印加や処理ガス供給などの運転コストも増大し、被処理面が増えても効率はよくならない。

本発明は、かかる実情に鑑み、複数の被処理面を、小さいスペースで簡単な設備を用いて効率よくプラズマ処理することができる、プラズマ処理方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したプラズマ処理方法を提供する。

プラズマ処理方法は、第１の工程と、第２の工程とを備える。前記第１の工程において、対向する電極の間の空間（以下、「放電空間」という。）に連通する複数の吹出口を有するプラズマ処理ヘッドを、被処理物の異なる被処理領域にそれぞれ対向するように配置する。前記第２の工程において、前記電極に電圧を印加して前記放電空間において放電を発生させながら、前記放電空間を通過させてプラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から異なる方向に流出させ、前記被処理物の異なる前記被処理領域にそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該被処理領域をプラズマ処理する。

上記構成において、プラズマ処理ヘッドは異なる方向に処理ガスが流出する複数の吹出口を有するので、被処理物の複数の被処理領域を、プラズマ化した処理ガス（現にプラズマ化している処理ガスであっても、プラズマを経て活性化した処理ガスであってもよい）を用いて、同時にプラズマ処理することができる。被処理物の被処理領域ごと、プラズマ処理の目的や種類（表面改質、薄膜形成、アッシング、洗浄など）が異なっても、同じであってもよい。

上記構成によれば、複数の被処理領域をプラズマ処理する場合に、プラズマ処理ヘッドの個数を減らし、設備を簡単にすることができる。また、プラズマ処理のために設備を配置するスペースを小さくすることができる。さらに、複数の被処理領域を同時にプラズマ処理することにより、電圧印加エネルギーや処理ガス量を削減することも可能である。

したがって、複数の被処理面を、小さいスペースで簡単な設備を用いて効率よくプラズマ処理することができる。

好ましくは、前記第２の工程において、前記プラズマ処理ヘッド又は前記被処理物の少なくとも一方を移動させ、前記被処理物の前記被処理領域に対して前記プラズマ処理ヘッドの前記吹出口が対向する位置を相対移動させながら、プラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から流出させ、前記被処理物の異なる前記被処理領域にそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該被処理領域をプラズマ処理する。

上記構成によれば、被処理物を連続的にプラズマ処理することができる。

具体的には、以下のように種々の態様とすることができる。

一態様としては、前記第１の工程において、シート状の前記被処理物を、搬送方向を折り返して搬送し、前記プラズマ処理ヘッドを、折り返し前後の前記被処理物の互いに逆方向に搬送される第１部分と第２部分の間に、前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口が前記被処理物の前記第１部分と前記第２部分とにそれぞれ対向するように配置する。前記第２の工程において、前記被処理物を搬送しながら、プラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から流出させ、前記被処理物の前記第１部分と前記第２部分とにそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該第１部分と当該第２部分とをプラズマ処理する。

この場合、シート状の被処理物の両面をプラズマ処理することも、片面のみを複数回処理することもできる。上記態様によれば、シート状の被処理物を、小さいスペースで簡単な設備を用いて効率よくプラズマ処理することができる。

他の態様としては、前記第１の工程において、第１及び第２の被処理物を、それぞれの搬送経路が互いに略平行となるように搬送し、前記プラズマ処理ヘッドを、前記第１及び第２の被処理物の互いに略平行な前記搬送経路の間に、前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口がそれぞれ前記第１及び第２の被処理物の前記搬送経路に対向するように配置する。前記第２の工程において、前記第１及び第２の被処理物を搬送しながら、プラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から流出させ、前記第１及び第２の被処理物の互いに対向する面にそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該互いに対向する面をプラズマ処理する。

この場合、第１及び第２の被処理物をそれぞれ別個のプラズマ処理ヘッドでプラズマ処理する場合よりも、搬送経路を簡略化したり、短縮したりすることができ、小さいスペースで簡単な設備を用いて効率よくプラズマ処理することができる。

さらに別の態様としては、前記第１の工程において、前記プラズマ処理ヘッドは、前記被処理物の内部に挿入し、前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口が前記被処理物の内面の異なる前記被処理領域に対向するように配置する。前記第２の工程において、プラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から流出させ、前記被処理物の前記内面の異なる前記被処理領域にそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該被処理領域をプラズマ処理する

上記態様によれば、プラズマ処理ヘッドの複数の吹出口によって同時にプラズマ処理を行なうので、被処理物の内面の異なる被処理領域（例えば、互いに対向する内側面）をそれぞれプラズマ処理したり、被処理物の内面全体を略均一にプラズマ処理したりすることを、短時間で達成することができる。したがって、小さいスペースで簡単な設備を用いて効率よくプラズマ処理することができる。

なお、この場合、プラズマ処理ヘッドと被処理物とを相対移動させてもよい。

なお、本発明のプラズマ処理方法は、１Ｐａ以上、特に略常圧（大気圧近傍）の開放系、あるいは低気密系の場合に特に好適であるが、これに限るものではない。本発明において、略常圧とは、１．０１３×１０^４〜５０．６６３×１０^４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡略化を考慮すると、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０^４〜１０．３９７×１０^４Ｐａがより好ましい。

本発明によれば、複数の被処理面を、小さいスペースで簡単な設備を用いて効率よくプラズマ処理することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。

（実施例１） 実施例１のプラズマ処理装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１（ａ）は、要部の構成を示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って切断した縦断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿って切断した横断面図である。図１に示すように、プラズマ処理装置は、処理ガスが流出する２つの吹出口１１ａ，１１ｂを有するプラズマ処理ヘッド１０を備える。プラズマ処理装置は、例えば、１Ｐａ以上、特に略常圧（大気圧近傍）の開放系、あるいは低気密系に配置される。

プラズマ処理ヘッド１０は、互いに平行に配置された一対の電極１２，１４を備える。各電極１２，１４は、互いに対向する面に誘電体１３，１５を備えている。誘電体１３，１５間の間隔は、図１（ｂ）に示すように誘電体１３，１５の上下辺に沿ってそれぞれ配置された絶縁スペーサ１６，１７によって一定に保持され、誘電体１３，１５の左右端が開口して吹出口１１ａ，１１ｂが形成されている。吹出口１１ａ，１１ｂは、誘電体１３，１５と絶縁スペーサ１６，１７との間に形成された放電空間１１ｘに連通している。

一方の絶縁スペーサ１６には、中央に開口１６ｘが形成され、開口１６ｘに接続される不図示の配管から、放電空間１１ｘ内に処理ガスが供給されるようになっている。放電空間１１ｘ内には、開口１６ｘと吹出口１１ａ，１１ｂとの間に、貫通孔１８ｘを有する一対の整流部材１８が配置され、開口１６ｘから供給された処理ガスの流れを整え、各吹出口１１ａ，１１ｂから略均一に処理ガスが流出するようになっている。プラズマ処理ヘッド１０の各吹出口１１ａ，１１ｂには、被処理物１の被処理領域１ａ，１ｂが対向するようになっている。プラズマ処理ヘッド１０の各吹出口１１ａ，１１ｂに対向する被処理領域１ａ，１ｂは、例えばシート状の被処理物１の同じ側の面であっても、異なる面（表裏面）であってもよい。さらには、プラズマ処理ヘッド１０の各吹出口１１ａ，１１ｂに、それぞれ別々の被処理物が対向するようにしてもよい。

例えば図２に示すように、シート状の被処理物１を、複数のローラ３を用い、矢印４ａ〜４ｅに示すようにジグザグに折り返して搬送し、折り返され略並行に搬送される部分の間に、プラズマ処理ヘッド１０を配置する。図２の例では、被処理物１の両面２ａ，２ｂが、プラズマ処理ヘッド１０で、それぞれ２回ずつ、交互にプラズマ処理される。シート状の被処理物１は、搬送方向の回りに約１８０度ねじり、表裏面を反転するようにしてもよい。

次に、プラズマ処理装置の動作について、図１を参照しながら説明する。

プラズマ処理ヘッド１０の電極１２，１４間には、不図示の電源によって、例えば交流電圧やパルス電圧が印加され、放電空間１１ｘで放電が発生する。放電の形態は、グロー放電が均一処理のために好ましいが、コロナ放電や誘電体バリア放電や沿面放電であってもよい。このとき、各プラズマ処理ヘッド１０の放電空間１１ｘには、開口１６ｘから処理ガスが供給され、放電によってプラズマ化される。放電空間においてプラズマ化された処理ガスは、破線の矢印で示すように、吹出口１１ａ，１１ｂから被処理物１のそれぞれの被処理領域１ａ，１ｂに向けて異なる方向（互いに反対方向）に流出する。吹出口１１ａ，１１ｂから流出した処理ガス（現にプラズマ化している処理ガスであっても、プラズマを経て活性化した処理ガスであってもよい。）は、被処理物１の被処理領域１ａ，１ｂに接触する。これにより、被処理物１の被処理領域１ａ，１ｂに対して、放電によるプラズマ（活性種、イオンなど）を用いて、表面改質、薄膜形成、アッシング、洗浄などのプラズマ処理を行なう。

処理ガスは、プラズマ処理の目的に応じて選択すればよい。例えば、酸化処理には、窒素と酸素の混合ガスを用いる。還元処理には、窒素と水素を用いる。撥水化やエッチングには、フルオロカーボンを用いる。処理ガスには、希釈ガスとして、窒素、アルゴン等の不活性ガスを混合してもよい。

吹出口１１ａ，１１ｂから処理ガスを吹き付けながら、矢印１ｓ，１ｔで示すように被処理物１を搬送し、被処理物１が処理ガスに接触する位置を移動させることにより、被処理物１を連続的にプラズマ処理する。

プラズマ処理ヘッド１０は、処理ガスを吹き出す方向が異なる吹出口１１ａ，１１ｂによって、被処理物１の複数の被処理領域１ａ，１ｂをプラズマ処理する。そのため、プラズマ処理ヘッドの個数を減らすことができ、場合によっては電源や処理ガス供給のための機器類も小型化・簡略化することができるので、設備を簡単にすることができる。また、プラズマ処理のために設備を配置するスペースを小さくすることができる。さらに、放電空間１１ｘを共用して複数の被処理領域を同時にプラズマ処理することによって、電圧印加エネルギーや処理ガス量を削減し、効率を向上することができる。

（実施例２） 図３は、実施例２のプラズマ処理ヘッド１０ａの横断面図である。プラズマ処理ヘッド１０ａは、実施例１と略同様に構成され、２の吹出口１１ａ，１１ｂを有する。

プラズマ処理ヘッド１０ａは、実施例１と異なり、絶縁スペーサ１６ａ，１７間に配置された仕切部材１９で放電空間を２つ１１ｙ，１１ｚに区切り、絶縁スペーサ１６ａには、各放電空間１１ｙ，１１ｚにそれぞれ連通する開口１６ｙ，１６ｚを設けている。

実施例２では、プラズマ処理装置の開口１６ｙ，１６ｚからそれぞれ放電空間１１ｙ，１１ｚに供給する処理ガスの種類や組み合わせを変えることによって、吹出口１１ａ，１１ｂに対向する被処理物の被処理面に対するプラズマ処理の種類を変えることができる。

（実施例３） 図４は、プリント基板６に電子部品７を実装する際の前処理として、配線や電極のプラズマ処理を行なう場合の説明図である。

図４（ａ）において矢印６ｘ，７ｘで示すように、プリント基板６と電子部品７を略平行に搬送する搬送経路の間に、実施例１と同様に２つの吹出口２１ａ，２１ｂを有するプラズマ処理ヘッド２０を、一方の吹出口２１ａが電子部品７の下面７ｂに対向し、他方の吹出口２１ｂがプリント基板６の上面６ａに対向するように配置する。これによって、プリント基板６の上面６ａと、電子部品７の下面７ｂとを、同時にプラズマ処理することができる。

プラズマ処理ヘッド２０を通過したプリント基板６及び電子部品７は、図４（ｂ）において矢印７ｙで示すように、電子部品７がプリント基板６に向けて搬送され、プリント基板６の上面６ａの所定位置に実装される。

実施例３では、プリント基板６と電子部品７とにそれぞれプラズマ処理ヘッドを設けてプラズマ処理する場合に比べ、搬送経路を簡略化したり、短縮したりすることができ、装置構成を簡単にすることができる。

なお、プラズマ処理ヘッド２０は、実施例２のように放電空間を区切り、吹出口から種類の異なるプラズマ処理ガスが流出したり、流れの状態（流量、流速など）が異なるようにしたりしてもよい。

（実施例４） 図５は、箱状の被処理物８の内部の複数の被処理領域を、一つのプラズマ処理ヘッド３０で同時に処理する場合の説明図である。

図５に示すように、被処理物８の内部に、実施例１と同様に２つの吹出口３１ａ，３１ｂを有するプラズマ処理ヘッド３０が挿入される。プラズマ処理ヘッド３０は、被処理物８の内部の対向する内側面８ａ，８ｂに吹出口３１ａ，３１ｂがそれぞれ対向するように配置し、被処理物８の内部の対向する内側面８ａ，８ｂを同時に効率よくプラズマ処理する。

例えば、従来の吹出口が一つのプラズマ処理ヘッドを用いて内側面８ａ，８ｂを同時に処理するには、被処理物８の底面８ｘにプラズマ処理ヘッドの吹出口を対向させ、吹出口から底面８ｘに向けて処理ガスを吹き付け、その処理ガスが底面８ｘから内側面８ａ，８ｂに沿って流れるようする。

これに対し、実施例４のように２つの吹出口３１ａ，３１ｂを有するプラズマ処理ヘッド３０を用い、内側面８ａ，８ｂに処理ガスを直接吹き付ければ、処理ガスを効率よくプラズマ処理に利用することができる。

（実施例５） プラズマ処理ヘッドの吹出口は、２つに限らず、３つ以上であってもよい。例えば図６の部分断面要部構成図に示すように、プラズマ処理ヘッド５０に、断面略十字状に放電空間を形成し、４つの吹出口５１ａ〜５１ｄを設ける。この場合、４つの電極５２，５４，５６，５８には、互いに他の電極５２，５４，５６，５８に対向する面に誘電体５３，５５，５７，５９を設けることが好ましい。放電空間内には、不図示の配管から処理ガスが供給され、各吹出口５１ａ〜５１ｄから矢印５０ａ〜５０ｄに示すように、４方向に処理ガスが流出する。例えば、電極５２及び５６と電極５４及び５８との間に電圧を印加して、放電空間において放電を発生させる。

実施例５のように吹出口が増えると、同時に処理できる被処理領域を増やすことができ、被処理物の異なる被処理領域をそれぞれプラズマ処理したり、被処理物の内面全体を略均一にプラズマ処理したりすることを、短時間で達成することができる。

（まとめ） 以上に説明したように、プラズマ処理装置は、小さいスペースで簡単な設備を用いて効率よくプラズマ処理することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施可能である。

例えば、プラズマ処理ヘッドの開口は、処理ガスが流出する方向を任意に選択することができ、実施例には限られない。また、プラズマ処理ヘッドの開口は、放電空間から離れた位置に設けてもよい。

プラズマ処理装置の（ａ）要部斜視面、（ｂ）要部縦断面、（ｃ）要部横断面図である。（実施例１） プラズマ処理装置の要部構成図である。（実施例１） プラズマ処理ヘッドの要部縦断面である。（実施例２） プラズマ処理装置を用いる工程の説明図である。（実施例３） プラズマ処理装置の要部説明図である。（実施例４） プラズマ処理ヘッドの部分断面構成面である。（実施例５）

符号の説明

１ 被処理物
１ａ，１ｂ 被処理領域
６ プリント基板（被処理領物）
６ａ 上面（被処理領域）
７ 電子部品（被処理領物）
７ｂ 下面（被処理領域）
８ 被処理物
８ａ，８ｂ 内側面（被処理領域）
１０，１０ａ プラズマ処理ヘッド
１１ａ，１１ｂ 吹出口
１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ 放電空間
１２，１４ 電極
２０ プラズマ処理ヘッド
２１ａ，２１ｂ 吹出口
３０ プラズマ処理ヘッド
３１ａ，３１ｂ 吹出口
５０ プラズマ処理ヘッド
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 吹出口
５２，５４，５６，５８ 電極

Claims (5)

1. 対向する電極の間の空間（以下、「放電空間」という。）に連通する複数の吹出口を有するプラズマ処理ヘッドを、被処理物の異なる被処理領域にそれぞれ対向するように配置する、第１の工程と、
   前記電極に電圧を印加して前記放電空間において放電を発生させながら、前記放電空間を通過させてプラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から異なる方向に流出させ、前記被処理物の異なる前記被処理領域にそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該被処理領域をプラズマ処理する、第２の工程とを備えたことを特徴とする、プラズマ処理方法。
2. 前記第２の工程において、前記プラズマ処理ヘッド又は前記被処理物の少なくとも一方を移動させ、前記被処理物の前記被処理領域に対して前記プラズマ処理ヘッドの前記吹出口が対向する位置を相対移動させながら、プラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から流出させ、前記被処理物の異なる前記被処理領域にそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該被処理領域をプラズマ処理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。
3. 前記第１の工程において、
   シート状の前記被処理物を、搬送方向を折り返して搬送し、
   前記プラズマ処理ヘッドを、折り返し前後の前記被処理物の互いに逆方向に搬送される第１部分と第２部分の間に、前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口が前記被処理物の前記第１部分と前記第２部分とにそれぞれ対向するように配置し、
   前記第２の工程において、前記被処理物を搬送しながら、プラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から流出させ、前記被処理物の前記第１部分と前記第２部分とにそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該第１部分と当該第２部分とをプラズマ処理す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。
4. 前記第１の工程において、
   第１及び第２の被処理物を、それぞれの搬送経路が互いに略平行となるように搬送し、
   前記プラズマ処理ヘッドを、前記第１及び第２の被処理物の互いに略平行な前記搬送経路の間に、前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口がそれぞれ前記第１及び第２の被処理物の前記搬送経路に対向するように配置し、
   前記第２の工程において、前記第１及び第２の被処理物を搬送しながら、プラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から流出させ、前記第１及び第２の被処理物の互いに対向する面にそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該互いに対向する面をプラズマ処理す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。
5. 前記第１の工程において、前記プラズマ処理ヘッドは、前記被処理物の内部に挿入し、前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口が前記被処理物の内面の異なる前記被処理領域に対向するように配置し、
   前記第２の工程において、プラズマ化した前記処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの複数の前記吹出口から流出させ、前記被処理物の前記内面の異なる前記被処理領域にそれぞれ前記処理ガスを接触させて当該被処理領域をプラズマ処理す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。

Images