JP2008078094A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気圧中において、プラズマ処理用のチャンバを用いることなくプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置が作動して、プラズマ放出口６から処理台１上の対象物４に対してプラズマが照射される間、ガス噴出口８から、プラズマ照射ヘッド２と処理台の間に形成された空間内に噴出されたガスが、プラズマ放出口からのプラズマによるプラズマ処理後のガスとともに、第１および第２のガス排出口７、９からガス排出管１７を通じて排出され、液体窒素トラップ１８を経て浄化された後、適宜ガス源２０から供給される新たなガスと混合され、再び送風手段１９からガス供給管１６を通じてガス噴出口８から空間内に噴出され、プラズマ照射ヘッド、処理台およびガス流のカーテンによって、プラズマ放出口を包囲する。
【選択図】図３

Description

本発明は、大気圧中において、処理すべき対象物にプラズマを照射し、当該対象物に対してエッチング、ＣＶＤ、アッシングおよび表面改質等のプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置の改良に関するものである。

従来のプラズマ処理装置の多くは、大気圧以下の減圧下において作動するようになっており、このため、プラズマ処理装置は、真空チャンバ（プラズマ処理室）を備えていて、この真空チャンバ内でプラズマ処理が実施される。この場合、プラズマ処理の品質および効率を低下させるおそれがある異物粒子、ガス、水分等が真空チャンバ内に含まれないように、真空チャンバ内の雰囲気が維持管理される（特許文献１、２参照）。

一方、大気圧中においてプラズマを発生させ、得られたプラズマを処理対象物に照射し、プラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置も近年開発されている。この大気圧プラズマ処理装置においても、上述の減圧下で作動するプラズマ処理装置と同様に、プラズマ処理領域の雰囲気を良好な状態に維持して、処理の品質および効率の低下を防止すべく、プラズマ処理用のチャンバが必要とされる。

ところで、このプラズマ処理用チャンバを備えると、設備が大掛かりとなってコストが高くつくという問題を生じていた。
特開２００４−１５８８３９号公報 特開２００５−１６９２６７号公報

したがって、本発明の課題は、大気圧中において、プラズマ処理用のチャンバを用いることなくプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１発明は、プラズマ処理すべき対象物が置かれる処理台と、前記処理台の上方に間隔をあけて配置され、前記処理台上の前記対象物に対して下向きにライン状のプラズマを照射するプラズマ照射ヘッドと、前記プラズマ照射ヘッドを支持する支持手段と、を備え、前記処理台の上面は一定の幅を有しかつ長さ方向両側に垂直壁を備え、前記プラズマ照射ヘッドの先端は、前記処理台の幅に対応する幅を有しかつ前記処理台の長さ方向にのびる形状を有していて、一対の前記垂直壁の間に挿入され、前記プラズマ照射ヘッドの先端面が前記処理台の上面に対向し、さらに、該先端面には、前記処理台の幅方向にのびるスリット状のプラズマ放出口が設けられるとともに、前記処理台の長さ方向における前記プラズマ放出口の両側に少なくとも各１つのガス噴出口およびガス排出口が設けられ、前記ガス噴出口は、ガス供給管を介してガス源に接続されて、プラズマ処理のための反応ガスまたはプラズマ処理に悪影響を及ぼさないガスを前記処理台の幅方向にライン状に噴出するようになっており、前記ガス排出口はガス排出管を介して排気手段に接続されているものであることを特徴とするプラズマ処理装置を構成したものである。

第１発明の構成において、前記プラズマ照射ヘッドの先端面の前記ガス噴出口および前記ガス排出口は、それぞれ、前記処理台の幅方向にのびるスリット状に形成されていること、あるいは、前記プラズマ照射ヘッドの先端面の前記ガス噴出口および前記ガス排出口は、それぞれ、前記処理台の幅方向にのびる孔の列として形成されていることが好ましい。
また好ましくは、前記プラズマ照射ヘッドの支持手段は、前記プラズマ照射ヘッドを前記一対の垂直壁に沿って前記処理台に対して運動させるようになっており、あるいは、前記処理台の上面は、前記対象物を前記処理台の長さ方向に移動させる搬送面を形成している。

上記課題を解決するため、また、第２発明は、プラズマ処理すべき対象物が置かれる処理台と、前記処理台の上方に間隔をあけて配置され、前記処理台上の前記対象物に対して下向きにスポット状のプラズマを照射するプラズマ照射ヘッドと、前記プラズマ照射ヘッドを支持する支持手段と、を備え、前記プラズマ照射ヘッドの先端面は、前記処理台の上面に対向し、さらに、該先端面には、中央に円形のプラズマ放出口が設けられるとともに、前記プラズマ放出口の外側には、少なくとも各１つのガス噴出口およびガス排出口が前記プラズマ放出口に同心的に設けられ、前記ガス噴出口は、ガス供給管を介してガス源に接続されて、プラズマ処理のための反応ガスまたはプラズマ処理に悪影響を及ぼさないガスを前記プラズマ放出口を取り巻く環状に噴出するようになっており、前記ガス排出口はガス排出管を介して排気手段に接続されているものであることを特徴とするプラズマ処理装置を構成したものである。

第２発明の構成において、前記プラズマ照射ヘッドの先端面の前記ガス噴出口および前記ガス排出口は、それぞれ、環状のスリットとして形成されていること、あるいは、前記プラズマ照射ヘッドの先端面の前記ガス噴出口および前記ガス排出口は、それぞれ、環状に配置された孔の列として形成されていることが好ましい。
また好ましくは、前記プラズマ照射ヘッドの支持手段は、前記プラズマ照射ヘッドを前記処理台に対して運動させるようになっており、あるいは、前記処理台の上面は、前記対象物を移動させる搬送面を形成している。

また、第１および第２発明の構成において、前記処理台には、その上面を加熱するためのヒーター手段が組み込まれていることが好ましい。

本発明によれば、プラズマ照射ヘッドの先端を面状に形成するとともに、この先端面を処理台の上面に対向配置し、プラズマ照射ヘッドと処理台との間に空間を形成するとともに、該空間を、プラズマ照射ヘッドのプラズマ放出口の外側に設けたガス噴出口から噴出されるガス流のカーテンによって仕切ることにより、プラズマ照射ヘッド、処理台およびガス流のカーテンによって囲まれ、外部空気から遮断されたプラズマ処理空間を形成したので、大気圧下において、プラズマ処理用のチャンバを使用することなくプラズマ処理を行うことができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例によるプラズマ処理装置の主要部の構成を示した斜視図であり、図２（Ａ）は、図１に示したプラズマ処理装置のプラズマ照射ヘッドの先端面を下側から見た平面図であり、図２（Ｂ）はプラズマ照射ヘッドの先端面の変形例を示した図である。また、図３は、図１のプラズマ処理装置の側断面図であって、該プラズマ処理装置のガス循環系を説明した図である。

図１を参照して、本発明によれば、プラズマ処理すべき対象物４が置かれる処理台１と、処理台１の上方に間隔ｄをあけて配置され、処理台１上の対象物４に対して下向きにライン状のプラズマを照射するプラズマ照射ヘッド２と、プラズマ照射ヘッド２を支持する支持手段３が備えられる。支持手段３の構成は特に限定されず、プラズマ照射ヘッド２を処理台１の上方に支持し得るものであればどのようなものでもよいが、この実施例では、プラズマ照射ヘッド２を上方から吊り下げ状態に支持するようになっている。なお、図１において、簡単のために、支持手段３の一部のみを仮想線で示した。

処理台１の上面は一定の幅を有しかつ長さ方向両側に垂直壁５ａ、５ｂを備えている。そして、プラズマ照射ヘッド２の先端２ａは、処理台１の幅に対応する幅を有しかつ処理台１の長さ方向にのびる面状に形成されていて、一対の垂直壁５ａ、５ｂの間に挿入されている。

プラズマ照射ヘッド２は、処理台１の幅方向にのびる導波管１０を備えており、導波管１０には、処理台１の幅方向にのびる縦長の開口部が形成され、この開口部に放電管１１が装着される。導波管１０には、（図示されない）マイクロ波発生源からマイクロ波伝送路を通じて導波管１０の長さ方向（処理台１の幅方向）にマイクロ波が供給されるようになっている。

放電管１１は、石英ガラスやセラミック等の誘電体から形成され、両端部が閉じられるとともに、中間部は逆Ｕ字状の断面を有している。放電管１１は、その周壁の一部（上部）が導波管１０の内部空間に侵入し、かつ、当該周壁の一部に対向するスリット状の開口が下向きになるように配置される。このスリット状の開口は、プラズマ放出口６を形成する。

導波管１０は支持ブロック１２によって支持されるとともに、放電管１１はこの支持ブロック１２に保持される。支持ブロック１２の両側には、放電管１１にガスを供給するガス導入路１３が設けられている。ガス導入路１３は、ガス供給パイプ１４を介してガス供給源１５に接続される。ガス供給源１５は、プラズマ生成用ガスおよび反応ガスの両方を供給するようになっていて、放電管１１にプラズマ生成用ガスと反応ガスを供給し、両方のガスを略同時にプラズマ状態に励起するようになっている。

図２（Ａ）を参照して、プラズマ照射ヘッド２の先端面２ｂには、処理台１の幅方向にのびるスリット状のプラズマ放出口６が設けられるとともに、処理台１の長さ方向に沿ってプラズマ放出口６の両側にそれぞれ、第１ガス排出口７、ガス噴出口８および第２ガス排出口９が並んで設けられる。この実施例では、第１ガス排出口７、ガス噴出口８および第２ガス排出口９は、それぞれ、処理台１の幅方向にのびるスリット状に形成されている。

ガス噴出口８は、処理台１の幅方向にライン状にガスを噴出可能な構成を有していればよく、この実施例のものに限定されないし、ガス排出口７、９もこの実施例の構成に限定されない。例えば、図２（Ｂ）に示されるように、ガス噴出口２２およびガス排出口２１、２３を、処理台１の幅方向にのびる孔の列として形成することもできる。

図１および図３を参照して、ガス噴出口８には、それに沿ってのびる細長い箱型のバッファー８ａが直結され、また、第１および第２ガス排出口７、９には、それぞれ、それに沿ってのびる細長い箱型のバッファー７ａ、９ａが直結される。
バッファー８ａは、ガス供給管１６を介して、ファンまたはコンプレッサー等の送風手段１９の送気口に接続され、送風手段１９の吸気口には、ガス源２０が接続される。ガス源２０は、（図示されない）流量調節バルブを介して、プラズマ処理のための反応ガスまたはプラズマ処理に悪影響を及ぼさないガスまたはそれらの混合ガスを供給するようになっている。また、バッファー７ａ、９ａには、ガス排出管１７が接続され、さらに、ガス排出管１７は、液体窒素トラップ１８を介して送風手段１９の吸気口に接続される。

そして、プラズマ処理装置が作動して、プラズマ放出口６から処理台１上の対象物１４に対してライン状のプラズマが照射される間、ガス噴出口８から、プラズマ照射ヘッド２の先端面２ｂと、処理台１の上面と、一対の垂直壁５ａ、５ｂとによって形成された空間内に噴出されたガスが、プラズマ放出口６からのプラズマによるプラズマ処理後のガスとともに、第１および第２のガス排出口７、９からガス排出管１７を通じて排出され、液体窒素トラップ１８を経て浄化された後、適宜ガス源２０から供給される新たなガスと混合され、再び送風手段１９からガス供給管１６を通じてガス噴出口８から空間内に噴出される。

かかる構成により、プラズマ処理装置が作動するとき、プラズマ照射ヘッド２および処理台１の間に形成された空間が、ガス噴出口８から噴出されるガス流のカーテンによって仕切られ、プラズマ照射ヘッド２、処理台１およびガス流のカーテンによって、プラズマ放出口６を包囲する、外部空気から遮断されたプラズマ処理空間が形成される。こうして、大気圧下において、プラズマ処理用のチャンバを使用することなくプラズマ処理を行うことが可能となる。

また、処理台１には、その上面を加熱するためのヒーター２４が組み込まれており、それによって、処理台１の上面およびプラズマ処理すべき対象物４に水蒸気が付着することが防止されるようになっている。

さらに、プラズマ照射ヘッド２の支持手段３は、プラズマ照射ヘッド２を、支持台１の上面との間に一定の間隔を維持しつつ一対の垂直壁５ａ、５ｂに沿って、処理台１に対して運動させるようになっている。なお、この実施例では、プラズマ照射ヘッド２を静止した処理台１に対して運動させる構成としたが、処理台１の上面をプラズマ処理すべき対象物４の搬送面として形成し、プラズマ照射ヘッド２を静止させておいて、対象物４を処理台１の長さ方向に移動させる構成としてもよい。それによって、プラズマ処理すべき対象物４が長尺物である場合にも、プラズマ処理を効率的に行うことが可能となる。

図４は、本発明の別の実施例によるプラズマ処理装置の主要部の構成を示す斜視図であり、図５（Ａ）は、図４に示したプラズマ処理装置の縦断面図であり、図５（Ｂ）は、同プラズマ処理装置のプラズマ照射ヘッドの先端面を下側から見た平面図である。この実施例は、図１に示した実施例と、プラズマ照射ヘッドの構成およびそれに対応する支持台の上面の構成が異なっているだけである。したがって、以下では、これらの構成の相違点を中心に説明する。

図４および図５（Ａ）を参照して、この実施例においては、プラズマ処理すべき対象物３２が置かれる処理台３０と、処理台３０の上方に間隔ｄをあけて配置され、処理台３０上の対象物３２に対して下向きにスポット状のプラズマを照射するプラズマ照射ヘッド３１が備えられる。図示されないが、プラズマ照射ヘッド３１は、図１の実施例の場合と同様の適当な支持手段によって上方から吊り下げ状態に支持されている。

プラズマ照射ヘッド３１は、この実施例では、大気圧中で作動するプラズマトーチ３３と、プラズマトーチ３３の先端外周に設けられたフランジ部分３４とから構成されている。プラズマ照射ヘッド３１の先端面３１ａは、処理台３０の上面に対向配置され、さらに、図５（Ｂ）に示されるように、該先端面３１ａには、中央にプラズマトーチ３３の円形のプラズマ放出口３５が設けられるとともに、プラズマ放出口３５の外側には、第１ガス排出口３６、ガス噴出口３７および第２ガス排出口３８が順次半径方向に間隔をあけてプラズマ放出口３５に同心的に設けられている。

第１ガス排出口３６、ガス噴出口３７および第２ガス排出口３８は、それぞれ、環状のスリットとして形成されている。ガス噴出口３７は、プラズマ放出口３５を取り巻く環状にガスを噴出可能な構成を有していればよく、この実施例のものに限定されないし、ガス排出口３６、３８もこの実施例の構成に限定されない。例えば、ガス噴出口３７およびガス排出口３６、３８を、環状に配置された孔の列として形成することもできる。

ガス噴出口３７には、それに沿ってのびる環状箱型のバッファー３７ａが直結され、また、第１および第２ガス排出口３６、３８には、それぞれ、それに沿ってのびる環状箱型のバッファー３６ａ、３８ａが直結される。そして、図示はされないが、図１の実施例の場合と同様に、これらのバッファー３６ａ〜３８ａと、送風手段と、ガス源と、液体窒素トラップとが、ガス供給管およびガス排出管によって互いに接続され、ガス循環系が構成される。
そして、プラズマ処理装置が作動して、対象物３２に対してプラズマ放出口３５がスポット状のプラズマが照射されている間、ガス噴出口３７から、プラズマ照射ヘッド３１の先端面３１ａと、処理台３０の上面とによって形成された空間内に噴出されたガスが、プラズマ放出口３５からのプラズマによるプラズマ処理後のガスとともに、第１および第２のガス排出口３６、３８からガス排出管を通じて排出され、液体窒素トラップを経て浄化された後、適宜ガス源から供給される新たなガスと混合され、再び送風手段からガス供給管を通じてガス噴出口３７から空間内に噴出される。

かかる構成により、プラズマ処理装置が作動するとき、プラズマ照射ヘッド３１および処理台３０の間に形成された空間が、ガス噴出口３７から噴出されるガス流の環状のカーテンによって仕切られ、プラズマ照射ヘッド３１、処理台３０およびガス流のカーテンによって、プラズマ放出口３５を包囲する、外部空気から遮断されたプラズマ処理空間が形成され、大気圧下において、プラズマ処理用のチャンバを使用することなくプラズマ処理を行うことが可能となる。

この実施例においても、図１の実施例の場合と同様、処理台３０の上面を加熱するヒーターを組み込むこと、また、プラズマ処理ヘッド３１を処理台３０に対して移動させること、あるいは、処理台３１の上面をプラズマ処理すべき対象物３２の搬送面として形成することができる。
こうして、本実施例においても図１の実施例の場合と同様の効果が得られる。

本発明の１実施例によるプラズマ処理装置の主要部の構成を示す斜視図である。 （Ａ）は、図１に示したプラズマ処理装置のプラズマ照射ヘッドの先端面を下側から見た平面図であり、（Ｂ）は、プラズマ照射ヘッドの先端面の変形例を示した平面図である。 図１のプラズマ処理装置の側断面図であって、該プラズマ処理装置のガス循環系を説明した図である。 本発明の別の実施例によるプラズマ処理装置の主要部の構成を示す斜視図である。 （Ａ）は、図４に示したプラズマ処理装置の縦断面図であり、（Ｂ）は、同プラズマ処理装置のプラズマ照射ヘッドの先端面を下側から見た平面図である。

符号の説明

１ 処理台
２ プラズマ照射ヘッド
２ｂ 先端面
３ 支持手段
４ プラズマ処理すべき対象物
５ａ、５ｂ 垂直壁
６ プラズマ放出口
６ａ バッファー
７ 第１ガス排出口
８ ガス噴出口
８ａ バッファー
９ 第２ガス排出口
９ａ バッファー
１０ 導波管
１１ 放電管
１２ 支持ブロック
１３ ガス導入路
１４ ガス供給パイプ
１５ ガス供給源
１６ ガス供給管
１７ ガス排出管
１８ 液体窒素トラップ
１９ 送風手段
２０ ガス源
２４ ヒーター

Claims (11)

1. プラズマ処理すべき対象物が置かれる処理台と、
   前記処理台の上方に間隔をあけて配置され、前記処理台上の前記対象物に対して下向きにライン状のプラズマを照射するプラズマ照射ヘッドと、
   前記プラズマ照射ヘッドを支持する支持手段と、を備え、
   前記処理台の上面は一定の幅を有しかつ長さ方向両側に垂直壁を備え、前記プラズマ照射ヘッドの先端は、前記処理台の幅に対応する幅を有しかつ前記処理台の長さ方向にのびる形状を有していて、一対の前記垂直壁の間に挿入され、前記プラズマ照射ヘッドの先端面が前記処理台の上面に対向し、さらに、該先端面には、前記処理台の幅方向にのびるスリット状のプラズマ放出口が設けられるとともに、前記処理台の長さ方向における前記プラズマ放出口の両側に少なくとも各１つのガス噴出口およびガス排出口が設けられ、前記ガス噴出口は、ガス供給管を介してガス源に接続されて、プラズマ処理のための反応ガスまたはプラズマ処理に悪影響を及ぼさないガスを前記処理台の幅方向にライン状に噴出するようになっており、前記ガス排出口はガス排出管を介して排気手段に接続されているものであることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記プラズマ照射ヘッドの先端面の前記ガス噴出口および前記ガス排出口は、それぞれ、前記処理台の幅方向にのびるスリット状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記プラズマ照射ヘッドの先端面の前記ガス噴出口および前記ガス排出口は、それぞれ、前記処理台の幅方向にのびる孔の列として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記プラズマ照射ヘッドの支持手段は、前記プラズマ照射ヘッドを前記一対の垂直壁に沿って前記処理台に対して運動させるようになっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記処理台の上面は、前記対象物を前記処理台の長さ方向に移動させる搬送面を形成していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
6. プラズマ処理すべき対象物が置かれる処理台と、
   前記処理台の上方に間隔をあけて配置され、前記処理台上の前記対象物に対して下向きにスポット状のプラズマを照射するプラズマ照射ヘッドと、
   前記プラズマ照射ヘッドを支持する支持手段と、を備え、
   前記プラズマ照射ヘッドの先端面は、前記処理台の上面に対向し、さらに、該先端面には、中央に円形のプラズマ放出口が設けられるとともに、前記プラズマ放出口の外側には、少なくとも各１つのガス噴出口およびガス排出口が前記プラズマ放出口に同心的に設けられ、前記ガス噴出口は、ガス供給管を介してガス源に接続されて、プラズマ処理のための反応ガスまたはプラズマ処理に悪影響を及ぼさないガスを前記プラズマ放出口を取り巻く環状に噴出するようになっており、前記ガス排出口はガス排出管を介して排気手段に接続されているものであることを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 前記プラズマ照射ヘッドの先端面の前記ガス噴出口および前記ガス排出口は、それぞれ、環状のスリットとして形成されていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記プラズマ照射ヘッドの先端面の前記ガス噴出口および前記ガス排出口は、それぞれ、環状に配置された孔の列として形成されていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記プラズマ照射ヘッドの支持手段は、前記プラズマ照射ヘッドを前記処理台に対して運動させるようになっていることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
10. 前記処理台の上面は、前記対象物を移動させる搬送面を形成していることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
11. 前記処理台には、その上面を加熱するためのヒーター手段が組み込まれていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。

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