JP2008153065A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Sumio Nakatake
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Abstract

【課題】プラズマ処理の際は、電極を固体誘電体板に確実に接触させることができ、運搬時には、電極の振動による固体誘電体板の損傷を防止できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】筐体21の底部(一側部)を開放し、そこに固体誘電体板22を設け、内部20aに電極23を収容する。離間支持手段30によって、電極23を、固体誘電体板22から離間させて支持可能かつこの離間支持を解除可能にする。離間支持の解除状態における電極23は、固体誘電体板22に沿う一方向へ略フリーな状態で固体誘電体板22に当接される。
【選択図】図1

Description

この発明は、処理ガスをプラズマ化して被処理物の表面に接触させ、該表面をプラズマ処理する装置に関する。
例えば、特許文献1に記載のプラズマ処理装置は、底部の開放された筐体を有している。この底部に固体誘電体の板が設けられている。筐体の内部には、長尺状の電極が長手方向にフリーな状態で収容され、固体誘電体板の上面に非固定状態で載置されている。
特開2006−128078号公報
上掲特許文献1の電極は、非固定状態になっているため、使用時に熱応力が生じないようにすることができアーク等の異常放電が発生するのを防止できる。しかし、装置の運搬時などには電極が振動しやすく、固体誘電体板を損傷するおそれがある。
上記目的を達成するために、本発明は、処理ガスをプラズマ化して被処理物の表面に接触させ、該表面を処理する装置において、
一側部が開放された筐体と、
前記開放側部を塞ぐようにして、前記筐体に支持された固体誘電体の板と、
前記筐体の内部に収容された前記プラズマ化のための電極と、
前記電極を、前記固体誘電体板から離間させて支持可能かつこの離間支持を解除可能な離間支持手段と、
を備え、前記離間支持の解除状態における前記電極が、前記固体誘電体板に沿う一方向へ略フリーな状態で前記固体誘電体板に当接されることを特徴とする。
これによって、プラズマ処理時には、電極の離間支持を解除する。これにより、電極が固体誘電体板からほぼ独立して自由熱膨張でき、固体誘電体板との熱膨張差や筐体の拘束によって撓み変形を来たすのを防止できる。この結果、電極と固体誘電体板との接触状態を確実に維持でき、電極と固体誘電体板との間にアーク等の異常放電が発生するのを防止することができる。
一方、運搬時をはじめとする非処理時には、電極を固体誘電体板から離して離間支持状態にすることができる。これにより、運搬等によって電極が振動したとしても、その振動が固体誘電体板に直接的に伝わるのを回避することができる。これによって、固体誘電体板の損傷を防止することができる。
前記電極を、前記離間支持の解除状態のとき、前記固体誘電体板に弾性的に押し付ける付勢手段を、更に備えることにしてもよい。
これによって、プラズマ処理時に電極と固体誘電体板との接触を確実に維持することができ、異常放電を一層確実に防止することができる。前記付勢手段は、電極の前記一方向への変位に対してあまり拘束力を有しないようになっていることが好ましい。
前記離間支持手段が、前記筐体の前記開放側部とは反対側から前記電極に向けて伸び、先端が前記電極と連結可能な連結部材を含むことが望ましい。
これによって、電極を固体誘電体板側とは逆側から支持して固体誘電体板から離間させることができる。
前記連結部材は、前記電極に対し着脱自在であることが好ましい。プラズマ処理時には、前記連結部材と電極の連結を解除するのが好ましい。これにより、プラズマ処理時における電極の自由熱膨張をより確実に許容することができる。
前記連結部材が、前記電極を引き寄せるようにして連結することが好ましい。これによって、電極を固体誘電体板から確実に離間支持することができる。
前記連結部材の先端部に、前記電極との連結のためのネジが形成されていることが好ましい。この場合、前記連結部材は、好ましくは軸状をなし、軸線のまわりに回転可能である。
これによって、電極を簡単かつ確実に分離可能に、しかも引き寄せるようにして連結でき、確実に離間支持することができる。
前記電極との連結のためのネジは、雄ネジでもよく、雌ネジでもよい。これに対応して、電極には雌ネジ又は雄ネジを設けるとよい。電極に雌ネジ又は雄ネジを有する部材を一体に取り付けてもよい。
前記連結部材が、その伸び方向に沿って進退可能であることが好ましい。
これによって、離間支持解除状態の電極に向かって進出して連結し、電極を固体誘電体板から離間させることができる。
前記離間支持手段が、前記離間支持の解除状態のとき、前記連結部材をその先端方向へ付勢し前記電極に押し当てる付勢手段を含むことが好ましい。
これによって、離間支持解除状態のときは、前記連結部材ががたつくのを防止できるだけでなく、連結部材を介して電極を固体誘電体板に弾性的に押し当てるようにすることができ、電極と固体誘電体板とを確実に当接させることができる。また、離間支持状態のときは、連結部材及び電極の振動を抑えることができる。
前記付勢手段の付勢力を、電極の前記一方向への変位をあまり拘束しない大きさに設定してもよい。
前記離間支持手段が、前記連結部材が先端方向へ進出するのを規制する進出規制部を含むことが好ましい。前記連結部材が、前記進出を規制された状態で前記電極を離間支持するようになっていることが好ましい。
前記筐体の底部が開放されて、そこに前記固体誘電体板が設けられており、この固体誘電体板の上方に前記電極が配置されていることが好ましい。
これによって、離間支持の解除状態の電極を、自重によって固体誘電体に接触させることができる。
本発明は、前記電極が前記フリーな方向に延びる長尺状をなしている場合に特に効果的である。これによって、電極の長手方向への熱膨張による撓みを確実に防止できすることができる。
本発明によれば、プラズマ処理の際は、離間支持解除の状態にすることにより、電極を熱変形に拘わらず固体誘電体板に確実に接触させて異常放電を防止でき、運搬時などの非運転時には、離間支持の状態にすることにより、振動が電極から固体誘電体板に直接伝わるのを回避でき、固体誘電体板の損傷を防止することができる。
以下、本発明の一実施形態を説明する。
図1及び図2に示すように、この実施形態では、誘電体のガラス基板Wからなる被処理物Wの表面処理を行う。処理内容は、洗浄、表面改質、成膜、エッチング、その他の種々の表面処理に適用可能である。処理は、例えば、大気圧プラズマ放電を利用したプラズマ処理装置1にて行なう。ここで、大気圧近傍とは、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
プラズマ処理装置1は、ステージ10と、処理ヘッド20を備えている。ステージ10は、アルミやステンレス等の金属を主成分として有し、電気的に接地され、後記高圧電極23に対する接地電極を構成している。ステージ10の上面に、処理すべき基板Wが載置されている。ステージ10の上面にはアルミナ等の溶射膜等からなる固体誘電体層(図示せず)が形成されている。ガラス(誘電体)製の基板Wを固体誘電体層として代用することにしてもよい。
ステージ10の上方に処理ヘッド20が配置されている。処理ヘッド20は、前後方向(図1の紙面直交方向)に延びている。処理ヘッド20は、図示しない架台に支持されるとともにスキャン機構(図示せず)によって、図1の左右方向にスキャンされるようになっている。処理ヘッド20が固定される一方、ステージ10が移動されるようになっていてもよい。
処理ヘッド20とステージ10上の基板Wとの間には、処理通路1aが形成されるようになっている。図示は省略するが、処理ヘッド20には、処理ガス源等を含む処理ガス供給系が接続されている。この処理ガス供給系から処理目的に応じた処理ガスが所定の流量で処理通路1aに導入されるようになっている。例えば、エッチング処理や撥水化処理では、処理ガスとしてCF等のフッ化炭素化合物及び窒素等が用いられる。
処理ヘッド20について詳述する。処理ヘッド20は、筐体21と、固体誘電体板22と、高圧電極23を備えている。
筐体21は、ステンレス等の金属にて構成され、底部(一側部)が開放されるとともに、前後方向(図1の紙面直交方向)に延びている。
筐体21の底部には固定誘電体板が設けられている。固体誘電体板22は、アルミナ等のセラミックにて構成されている。固体誘電体板22の前後左右の縁部には、厚肉の周壁22bが形成されている。この周壁22bが筐体21に連結されて支持されている。これによって、筐体21の底部(開放側部)が固体誘電体板22により塞がれ、処理ヘッド20の内部に密閉空間20aが形成されている。密閉空間20aには、例えば窒素が充填されている。
筐体21の内部に高圧電極23が収容されている。電極23は、アルミやステンレス等の金属にて構成され、大略四角形の断面をなして前後方向に延びている。電極23の内部には、窒素ガスや水等の冷却媒体を通す冷却路23cが形成されている。
図示は省略するが、電源から給電線が延び、電極23に接続されている。これによって、電極23への給電がなされるようになっている。この給電により電極23とステージ兼接地電極10との間に電界が印加されて大気圧グロー放電が生成される。これにより、処理通路1aの中央部が放電空間1bとなり、この放電空間1b内に導入された処理ガスがプラズマ化されるようになっている。
電極23と筐体21の間は、内部空間20aによって隔てられ、空間絶縁されている。筐体21の内面に絶縁樹脂等からなるライナーを設けることにしてもよい。
図1及び図2に示すように、プラズマ処理時には、電極23は、固体誘電体板22の上面に載置された状態になっている。電極23の前後(図2において左右)の端面は、筐体21の前後の壁からそれぞれ離れており、両者の間に隙間が形成されている。これにより、電極23は、固体誘電体板22の上面内において前後長手方向(一方向)に略フリーな状態になり、熱膨張・収縮が十分に許容されている。
電極23の上面には、後記連結部材32との連結用の雌ネジ孔23aが形成されている。雌ネジ孔23aの上端部は、電極23の上面に向かうにしたがって拡径するテーパ面23b(案内面)になっている。
筐体21の天井面には、電極規制部材24が垂設されている。電極規制部材24は、絶縁性の高い樹脂にて構成され、ブロック状をなし、前後方向に離間して複数(図では1つだけ図示)配置されている。電極規制部材24の左右両端部には、電極規制部24aが下に突出するように設けられている。これら左右の電極規制部24aの間に、電極23の上端部が差し入れられている。電極規制部24aの内側面と電極23との間には、ある程度(例えば0.5mm程度)の遊びが設けられている。電極規制部24aは、この遊びを許容しつつ、電極23の左右方向の変位(回転を含む)を規制している。
筐体21の上板(開放側部とは反対側)には、離間支持手段30が設けられている。離間支持手段30は、前後方向に離間して複数配置されている。ここでは、電極23の前後両端部の近傍に対応する位置に2つ設けられている。
離間支持手段30は、ホルダ31と、連結部材32と、ばね35(付勢手段)とを有している。
ホルダ31は、大径の筒状をなすホルダ本体31aと、このホルダ本体31aの下面に連なる小径の筒状をなすガイド部31bとを有している。ホルダ本体31aの下部にベースフランジ31cが設けられている。このベースフランジ31cが筐体21の上面に固定されている。ホルダ本体31aの下端部とガイド部31bの上端部との間には、段差31dが形成されている。ガイド部31bは、筐体21の上板を貫通し、その下端が開口されて内部空間20aに連なっている。
ホルダ31の内部に連結部材32の中間部が収容され保持されている。連結部材32は、樹脂にて構成され、軸線を上下に向けた軸状をなしている。連結部材32の上側部は、ホルダ31より上に突出され、その上端部(基端部)につまみ33が設けられている。
連結部材32の中間部には、フランジ32bが設けられている。このフランジ32bの外周縁がホルダ本体31aの内周に摺擦するようにして、連結部材32がホルダ31に沿って上下にスライド可能(伸び方向に進退可能)になっている。さらに、連結部材32は、軸線のまわりに回転可能になっている。
フランジ32bの外周部には、ガスケットやOリング等のシール部材34が設けられている。このシール部材34によって、内部空間20aからの窒素漏れが防止されている。
連結部材32の下側部は、ガイド部31bを通り、ヘッド内空間20aの内部に垂下され、電極23に向かって延びている。連結部材32の下端部(先端部)には、雄ネジ32aが設けられている。この雄ネジ32aが、電極23の上面の雌ネジ孔23aに螺合可能になっている。連結部材32の雄ネジ32aは、電極23に分離可能に連結される連結部を構成している。
図3に示すように、連結部材32の雄ネジ32aを電極23の雌ネジ孔23aに十分にねじ込んだ状態では、電極23が連結部材32によって吊り上げられ、固体誘電体板22から離れる。この吊り状態を離間支持状態と言うことにする。この離間支持状態では、連結部材32のフランジ32bがホルダ31の段差31dに当たり、連結部材32の下方へのスライド(先端方向への進出)が規制されている。段差31は、連結部材32の先端方向への進出位置を規制する進出規制部を構成する。
図1及び図2に示すように、連結部材32の雄ネジ32aが電極23の雌ネジ孔23aから外れた非連結状態では、上記の離間支持が解除され、電極23が固体誘電体板22の上に長手方向に略フリーな状態で載置され、固体誘電体板22に当接される。この電極23が固体誘電体板22に当接した状態を「離間支持の解除状態」と言うことにする。連結部材32の下端部の雄ネジ32aは、電極23のテーパ面23bに当接される。連結部材32のフランジ32bは、段差31dより上に離れて位置される。
ホルダ31の内部には、圧縮コイルばね35が収容されている。このばね35の下端部がフランジ32bに突き当たっている。これにより、ばね35が連結部材32を下方へ付勢している。したがって、非連結状態の連結部材32の下端部(雄ネジ32a)が、自重で電極23のテーパ面23bに当接されるだけでなく、ばね35の付勢力によって押し当てられる。さらに、ばね35の付勢力は、連結部材32を介して電極23に及び、電極23を固体誘電体22に押し付けることになる。
上記構成のプラズマ処理装置1は、次のように使用される。
図1及び図2に示すように、プラズマ処理の際は、連結部材32の雄ネジ32aを電極23の雌ネジ孔23aから外して、連結部材32による電極23の離間支持を解除する。これによって、電極23が自重によって固体誘電体板22上に長手方向に略フリーな状態で載置される。また、連結部材32が、ばね35によって下方に付勢され、電極23の上面に弾性的に押し付けられる。これにより、連結部材32ががたつくのを防止することができる。
ステージ10の上面には、処理すべき基板Wをセットする。そして、処理ヘッド20を左右にスキャンさせながら、処理ガスを処理通路1aに供給するとともに、電極23に電圧を供給して大気圧グロー放電を生成する。これにより、処理通路1aの中央部分の処理ガスがプラズマ化(励起、活性化、ラジカル化、イオン化を含む)され、このプラズマ化された処理ガスがステージ10上の基板Wに接触する。これによって、基板Wをプラズマ表面処理することができる。
このとき、電極23の下面(放電面)に被さる固体誘電体板22により、放電の安定化を図ることができる。
電極23は、上記の放電によって熱を持ち、主に長手方向に膨張しようとする。この電極23は、長手方向に略フリーになっており、長手方向に十分に自由熱膨張できるので、内部に熱応力がほとんど発生しない。また、電極23と固体誘電体板22は互いに独立して熱膨張でき、互いの熱膨張差による熱応力を及ぼし合うことがない。したがって、熱応力による電極23の撓み変形を防止することができる。これによって、電極23と固体誘電体板22の接触状態を確実に維持することができる。この結果、電極23と固体誘電体板22との間に隙間が出来てアーク等の異常放電が起きるのを防止することができる。しかも、電極23は、連結部材32を介してばね35によって固体誘電体板22に押し当てられているので、電極23と固体誘電体板22との接触状態を一層確実に維持することができ、異常放電の発生を一層確実に防止することができる。
電極23が熱変形しようとするときは、テーパ面23bによって連結部材32の下端部を案内して、電極23と連結部材32とを容易に相対変位させることができる。これにより、離間支持手段30が電極23の熱変形を拘束するのを防止することができる。
処理を行わない時、特に処理ヘッド20を運搬する時などには、連結部材32のつまみ33を回し、雄ネジ32aを電極23の雌ネジ孔23aにねじ込む。このとき、テーパ面23bによって雄ネジ23aを雌ネジ孔23aに確実に誘導することができる。また、電極規制部24aが電極23の側部に当たって電極23を回り止めする。電極23の長手方向に離間した2つの連結部材32を併行してねじ込むことによっても、電極23を回り止めできる。
連結部材32は、電極23へのねじ込みにより、当初、下降していく。これに伴い、ばね35が伸長していく。やがて、連結部材32のフランジ32bが段差31dに突き当たる。この時点までは、電極23が固体誘電体板22に当接した状態すなわち離間支持解除状態を維持する。フランジ32bが段差31dに突き当たると、連結部材32は、それ以上、下降できなくなる。したがって、そこから更に連結部材32を電極23にねじ込むと、電極23が固体誘電体板22から離間して浮き上がる。これによって、図3に示すように、電極23を離間支持状態にすることができる。電極23と固体誘電体板22との離間距離は、例えば3mmとする。
この離間支持状態では、例えば処理ヘッド20を運搬するなどして振動や衝撃が加わり、内部の電極23ががたついたとしても、電極23と固体誘電体板22が離間されているので、固体誘電体板22には電極23の振動が直接的に伝わらないようにすることができる。これによって、固体誘電体板22が損傷するのを防止することができる。また、ばね35によって連結部材32を付勢することにより、振動を抑えることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、離間支持解除の状態は、連結部材32の雄ネジ32aが電極23の雌ネジ孔23aから外れた非連結状態だけでなく、雄ネジ32aが雌ネジ孔23aにねじ込まれ、かつ、連結部材32のフランジ32bが段差31dに達していない状態、或いは、フランジ32bがちょうど段差31dに当接し、電極23が未だ固体誘電体板22から離間していない状態も含まれ、この状態でプラズマ処理することにしてもよい。その場合、連結部材32を少なくとも電極23の長手方向に変位可能にし、電極23の自由熱膨張を妨げないようにするのが好ましい。フランジ32bが段差31dに当たった後、更に連結部材32をねじ込んで電極23が固体誘電体板22から離間した段階ではじめて離間支持の状態になる。
離間支持時には、電極23を電極規制部材24の上底面に当たるまで吊り上げることにしてもよく、そうすると、電極23のがたつき自体を抑えることができ、運搬作業等の容易化を図ることができる。
連結部材32の先端部に、電極23との連結部として雄ネジ32aに代えてナット(雌ネジ)を設けてもよい。この場合、電極23には上記ナットに螺合するボルトを一体に設けておくとよい。
連結部材32は、電極23と連結可能であればよく、雄ネジや雌ネジ等のネジ手段に限られず、フック等の引っ掛け手段を有して電極23の係止部に引っ掛けられるようになっていてもよく、電気的又磁気的な作用で電極23を引き寄せるようになっていてもよい。或いは、離間支持手段30が、流体圧や電磁力によって電極を解除可能に離間支持するようになっていてもよい。
連結部材32は、電極23から分離可能になっているのが好ましいが、分離されずに連結状態を維持するようになっていてもよく、電極23が連結部材32と一体になって固体誘電体板22に対し接離されるようになっていてもよい。
付勢手段35が、離間支持手段30から離れた位置に配置され、付勢力を、連結部材32を介さずに電極23に直接作用させるようになっていてもよい。
付勢手段35は、弾性的な押し力を連結部材32(又は電極23)に作用させ得るものであればよく、圧縮コイルばねに限られず、引っ張りコイルばねを用いてもよく、板ばねを用いてもよく、ばねに限られず、ゴム等の弾性部材を用いてもよく、流体圧や電磁力などで押し力を発現させる機構を用いてもよい。付勢手段35は、電極23の長手方向への熱変形に対しては、あまり拘束しないことが好ましい。
付勢手段35によって電極23を固体誘電体板22に押し当てる限り、必ずしも固体誘電体板22を水平にしてその上側に電極23を配置する必要性はなく、固体誘電体板22を起立させ、これに電極23を横から宛がってもよく、水平な固体誘電体板22の下側に電極23を宛がうことにしてもよい。
一方、付勢手段35の付勢力を、連結部材32が非連結時にがたつくのを防止し得る程度にし、或いは電極23の自重による固体誘電体板22への接触圧と比べ無視できる程度に小さくしてもよい。そうすると、電極23の長手方向への熱変形を確実に許容することができる。
付勢手段35を省略してもよい。
電極23は、長尺でなくてもよい。
本発明は、放電空間の内部に被処理物を直接配置する所謂ダイレクト式のプラズマ処理に限られず、放電空間の外部に被処理物を配置し、これに向けてプラズマ化された処理ガスを吹き付ける所謂リモート式のプラズマ処理にも適用可能である。大気圧プラズマ処理に限られず、低圧下でのプラズマ処理にも適用可能である。
ヘッド20の電極23と対をなす他の電極として、ステージ10に代えて、筒状をなすロール電極でもよく、被処理物が他の電極を兼ねていてもよい。
本発明は、例えばカラーフィルタやフラットパネルディスプレイ用のガラス基板のプラズマ表面処理等に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置を、電極の離間支持解除の状態で、図2のI−I線に沿って示す正面断面図である。 上記プラズマ処理装置を、電極の離間支持解除の状態で、図1のII−II線に沿って示す側面断面図である。 上記プラズマ処理装置を、電極の離間支持の状態で示す正面断面図である。
符号の説明
W ガラス基板(被処理物)
1 プラズマ処理装置
10 ステージ
1a 処理通路
20 処理ヘッド
20a 処理ヘッド内部空間
21 筐体
22 固体誘電体板
22b 周壁
23 高圧電極
23a 雌ネジ孔
23b テーパ面(案内面)
23c 冷却路
24 電極規制部材
24a 電極規制部
30 離間支持手段
31 ホルダ
31a ホルダ本体
31b ガイド部
31c ベースフランジ
31d 段差(進出規制部)
32 連結部材(離間支持手段)
32a 雄ネジ
32b フランジ
33 つまみ
34 シール部材
35 圧縮コイルばね(付勢手段)

Claims (10)

  1. 処理ガスをプラズマ化して被処理物の表面に接触させ、該表面を処理する装置において、
    一側部が開放された筐体と、
    前記開放側部を塞ぐようにして、前記筐体に支持された固体誘電体の板と、
    前記筐体の内部に収容された前記プラズマ化のための電極と、
    前記電極を、前記固体誘電体板から離間させて支持可能かつこの離間支持を解除可能な離間支持手段と、
    を備え、前記離間支持の解除状態における前記電極が、前記固体誘電体板に沿う一方向へ略フリーな状態で前記固体誘電体板に当接されることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記電極を、前記離間支持の解除状態のとき、前記固体誘電体板に弾性的に押し付ける付勢手段を、更に備えた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. 前記離間支持手段が、前記筐体の前記開放側部とは反対側から前記電極に向けて伸び、先端が前記電極と連結可能な連結部材を含む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. 前記連結部材が、前記電極を引き寄せるようにして連結することを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記連結部材の先端部に、前記電極との連結のためのネジが形成されていることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記連結部材が、その伸び方向に沿って進退可能であることを特徴とする請求項3〜5の何れかに記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記離間支持手段が、前記離間支持の解除状態のとき、前記連結部材をその先端方向へ付勢し前記電極に押し当てる付勢手段を含む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. 前記離間支持手段が、前記連結部材の先端方向への進出を規制する進出規制部を含み、前記連結部材が、前記進出を規制された状態で前記電極を離間支持することを特徴とする請求項6又は7に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記筐体の底部が開放されて、そこに前記固体誘電体板が設けられており、この固体誘電体板の上方に前記電極が配置されていることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記電極が前記フリーな方向に延びる長尺状をなしていることを特徴とする請求項1〜9の何れかに記載のプラズマ処理装置。
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