JP2009152081A - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理物の表面に存在する有機物等の異物のクリーニング、レジストの剥離やエッチング、有機フィルムの密着性の改善、金属酸化物の還元、成膜、めっき前処理、コーティング前処理、各種材料・部品の表面改質などのプラズマ処理に利用されるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものであり、特に、精密な接合が要求される電子部品の表面のクリーニングに好適に応用されるものである。 The present invention includes cleaning of foreign substances such as organic substances existing on the surface of the object to be processed, resist peeling and etching, improvement of organic film adhesion, metal oxide reduction, film formation, plating pretreatment, coating pretreatment, The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method used for plasma processing such as surface modification of various materials and parts, and particularly suitable for cleaning the surface of electronic parts that require precise bonding. It is.
従来より、対向配置された電極間にガスを導入すると共にこの電極間に電圧を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で放電を発生させてプラズマを生成し、このプラズマを電極間から吹き出して被処理物に供給することによって、被処理物にプラズマ処理を施すことが行われている。また、プラズマを供給する前に紫外線を照射することにより被処理物の表面を活性化することも行われている(例えば、特許文献1、2参照)。
しかし、特許文献1、2に記載された発明では、プラズマ処理の領域と紫外線を照射する領域との雰囲気が遮断されておらず、プラズマ中で発生したオゾンが紫外線を照射する領域にまで流れていくため、プラズマ中に含まれているオゾンが紫外線を吸収することになり、この結果、被処理物に紫外線が十分に供給されにくくなって紫外線による表面活性化処理の能力が低下し、プラズマ処理の能力を向上させることが難しいという問題があった。
However, in the inventions described in
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、紫外線による被処理物の表面活性化処理の能力を低下させないようにして、プラズマ処理の能力を向上させることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and a plasma processing apparatus and a plasma processing capable of improving the plasma processing capability without reducing the surface activation processing capability of the object to be processed by ultraviolet rays. It is intended to provide a method.
本発明の請求項1に係るプラズマ処理装置は、被処理物Sの表面に紫外線UVを照射するための紫外線照射手段1と、紫外線照射手段1で紫外線UVが照射された被処理物Sの表面にプラズマPを供給するためのプラズマ供給手段2とを隣り合って配置したプラズマ処理装置において、プラズマ供給手段2で発生するオゾンが紫外線照射手段1と被処理物Sとの間に進入するのを防止するためのオゾン進入防止手段3を紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間に設けて成ることを特徴とするものである。
The plasma processing apparatus according to
本発明の請求項2に係るプラズマ処理装置は、請求項1において、オゾン進入防止手段3が、紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間に噴出させるガスGであることを特徴とするものである。
The plasma processing apparatus according to
本発明の請求項3に係るプラズマ処理装置は、請求項1において、オゾン進入防止手段3が、紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間においてガスG’を吸引するためのガス吸引手段4であることを特徴とするものである。
The plasma processing apparatus according to
本発明の請求項4に係るプラズマ処理装置は、請求項1において、オゾン進入防止手段3が、紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間に形成された隔壁5であることを特徴とするものである。
The plasma processing apparatus according to
本発明の請求項5に係るプラズマ処理装置は、請求項1乃至4のいずれか一項において、プラズマ供給手段2が、プラズマPを生成する生成空間6と被処理物Sの表面にプラズマPを供給する処理空間7とを別の空間とするリモート型プラズマ供給手段であることを特徴とするものである。
A plasma processing apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the plasma supply means 2 generates the plasma P on the surface of the
本発明の請求項6に係るプラズマ処理装置は、請求項1乃至4のいずれか一項において、プラズマ供給手段2が、プラズマPを生成する生成空間6と被処理物Sの表面にプラズマPを供給する処理空間7とを同一の空間とするダイレクト型プラズマ供給手段であることを特徴とするものである。
A plasma processing apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the plasma supply means 2 generates the plasma P on the surface of the
本発明の請求項7に係るプラズマ処理装置は、請求項1乃至6のいずれか一項において、紫外線照射手段1が紫外線ランプであることを特徴とするものである。
A plasma processing apparatus according to
本発明の請求項8に係るプラズマ処理装置は、請求項1乃至6のいずれか一項において、紫外線照射手段1が紫外線LEDであることを特徴とするものである。 The plasma processing apparatus according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that the ultraviolet irradiation means 1 is an ultraviolet LED in any one of the first to sixth aspects.
本発明の請求項9に係るプラズマ処理方法は、請求項1乃至8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置を用いて被処理物Sのプラズマ処理を行うにあたって、オゾン進入防止手段3によりプラズマ供給手段2で発生するオゾンが紫外線照射手段1と被処理物Sとの間に進入するのを防止しながら、紫外線照射手段1で被処理物Sの表面に紫外線UVを照射した後、プラズマ供給手段2により被処理物Sの表面にプラズマPを供給することを特徴とするものである。
In the plasma processing method according to claim 9 of the present invention, when the plasma processing of the workpiece S is performed using the plasma processing apparatus according to any one of
請求項1の発明では、オゾン進入防止手段3により紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2とが空間的にほぼ遮断されるものであり、プラズマ供給手段2で発生するオゾンが紫外線照射手段1と被処理物Sの間に進入するのを防止することができるものである。従って、被処理物Sに紫外線UVを十分に供給して被処理物Sの表面の活性を高くすることができ、紫外線UVによる被処理物Sの表面活性化処理の能力を低下させないようにして、プラズマ処理の能力を向上させることができるものである。
According to the first aspect of the present invention, the ultraviolet irradiation means 1 and the plasma supply means 2 are substantially spatially blocked by the ozone intrusion prevention means 3, and the ozone generated by the
請求項2の発明では、オゾン進入防止手段3のガスGによりプラズマ供給手段2で発生するオゾンが紫外線照射手段1と被処理物Sの間に進入するのを防止することができると共に、このガスGをプラズマ生成用のガスとしても使用することができ、プラズマ処理の効率化や材料コストの低減化を図ることができるものである。 According to the second aspect of the present invention, ozone generated in the plasma supply means 2 can be prevented from entering between the ultraviolet irradiation means 1 and the workpiece S by the gas G of the ozone intrusion prevention means 3, and this gas can be prevented. G can also be used as a gas for generating plasma, so that the efficiency of plasma processing and the reduction of material costs can be achieved.
請求項3の発明では、オゾン進入防止手段3のガス吸引手段4によりプラズマ供給手段2で発生するオゾンが紫外線照射手段1と被処理物Sの間に進入するのを防止することができると共に、プラズマ処理時に生じるガスG’をガス吸引手段4により回収することができ、オゾンを含むガスG’の拡散を防止することができるものである。
In the invention of
請求項4の発明では、オゾン進入防止手段3の隔壁5によりプラズマ供給手段2で発生するオゾンが紫外線照射手段1と被処理物Sの間に進入するのを防止することができ、簡単な構成でプラズマ処理の能力が低下しないようにすることができるものである。
In the invention of
請求項5の発明では、生成空間6でのプラズマPの生成に対して被処理物Sの影響を少なくすることができ、プラズマPの生成の安定化及び効率化を図ることができるものである。
In the fifth aspect of the invention, the influence of the workpiece S on the generation of the plasma P in the
請求項6の発明では、生成空間6と処理空間7とを兼用することができ、装置の小型化を図ることができるものである。
In the invention of
請求項7の発明では、紫外線強度を容易に強くすることができ、活性しにくい表面を有する被処理物Sであっても紫外線強度を高めて被処理物Sの表面を活性化し、その後のプラズマ処理の能力を向上させることができるものである。
In the invention of
請求項8の発明では、紫外線照射手段1を小型化することができ、装置のフットスペース(設置面積)を小さくすることができるものである。 In the invention of claim 8, the ultraviolet irradiation means 1 can be reduced in size, and the foot space (installation area) of the apparatus can be reduced.
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
図1に本発明のプラズマ処理装置の一例を示す。このプラズマ処理装置は紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2とオゾン進入防止手段3とを備えて形成されている。 FIG. 1 shows an example of the plasma processing apparatus of the present invention. The plasma processing apparatus includes an ultraviolet irradiation means 1, a plasma supply means 2, and an ozone intrusion prevention means 3.
紫外線照射手段1は被処理物Sの表面に紫外線UVを供給するためのものである。紫外線照射手段1としてはエキシマUVランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプなどの紫外線ランプを例示することができる。また、紫外線照射手段1としては紫外線LED(発光ダイオード)を例示することができる。紫外線ランプを用いた場合は紫外線LEDに比べて紫外線強度を容易に強くすることができる。従って、被処理物Sの表面の活性しやすさに応じて紫外線強度の強弱を容易に調整することができ、プラズマ処理の低下を防止することができるものである。一方、紫外線LEDを用いた場合は紫外線ランプに比べて同じ紫外線強度でも消費電力を少なくすることができる。従って、電源等を小さくして紫外線照射手段1を小型化することができ、装置のフットスペースを小さくすることができるものである。 The ultraviolet irradiation means 1 is for supplying ultraviolet UV to the surface of the workpiece S. Examples of the ultraviolet irradiation means 1 include ultraviolet lamps such as an excimer UV lamp, a low pressure mercury lamp, and a high pressure mercury lamp. Moreover, as the ultraviolet irradiation means 1, an ultraviolet LED (light emitting diode) can be exemplified. When the ultraviolet lamp is used, the ultraviolet intensity can be easily increased as compared with the ultraviolet LED. Therefore, the intensity of the ultraviolet light intensity can be easily adjusted according to how easily the surface of the workpiece S is activated, and the plasma treatment can be prevented from being lowered. On the other hand, when the ultraviolet LED is used, the power consumption can be reduced even with the same ultraviolet intensity as compared with the ultraviolet lamp. Therefore, the ultraviolet ray irradiation means 1 can be reduced in size by reducing the power source and the like, and the foot space of the apparatus can be reduced.
プラズマ供給手段2はプラズマPを生成して被処理物Sの表面に供給するためのものである。プラズマ供給手段2としては、複数の電極10、11と電極10、11の間に電圧を印加するための電源12とを備えて形成されている。電極10、11は銅、アルミニウム、真鍮、耐食性の高いステンレス鋼(SUS304など)、チタン、13クロム鋼、SUS410などの導電性の金属材料を用いて形成することができる。電極10、11の形状は特に限定しないが、図1のものは幅方向(図1の紙面と直交する方向)に長い略角棒状に形成している。また、電極10、11の内部には冷却水を流通させるための流水路を設けても良い。
The plasma supply means 2 is for generating plasma P and supplying it to the surface of the workpiece S. The
また、電極10、11の表面には誘電体被膜13を全面にわたって形成することができる。この誘電体被膜13はアルミナ、チタニア、ジルコニアなどのセラミック材料の溶射法により形成することができ、特に、有効な材料はアルミナである。また、溶射法による誘電体被膜13には封孔処理を行うことが好ましい。封孔材料としてエポキシ系樹脂などの有機材料またはシリカなどの無機材料を用いることができる。また、誘電体被膜13を形成するにあたって、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、ジルコニアなどを原料とした無機質材料の釉薬を原料としてホーローコーティングを行うこともできる。また、セラミック材料の焼結体を加工し、この焼結体に電極10、11として導電体層をメタライズや塗布により形成したものを用いることができる。上記の溶射法、ホーローコーティング、焼結体加工の場合、誘電体被膜13の厚みは0.1〜3mm、より好ましくは0.3〜1.5mmに設定することができる。誘電体被膜13の厚みが0.1mmよりも薄いと誘電体被膜13が絶縁破壊する可能性があり、3mmよりも厚いと、対向する電極10、11間に電圧が印加され難くなり、その結果として放電が不安定になるおそれがある。
A
図1のものでは一対の電極10、11を幅方向と直交する方向で略水平に対向して配置している。このプラズマ供給手段2では電極10、11の幅方向と直交する方向で略水平に被処理物Sを搬送しながらプラズマPを供給するものである。電極10、11は生成空間6を介して略平行に対向配置するものである。電極10、11の対向面に設けた誘電体被膜13、13の間隔は、0.2〜3mmにするのが好ましい。この間隔(対向する電極10、11のギャップ間距離)が上記の範囲を逸脱すると、生成空間6で均一なグロー状の放電を安定して生成することが難しくなるおそれがある。
In FIG. 1, the pair of
上記のように形成されるプラズマ供給手段2は、大気圧またはその近傍の圧力下(93.3〜106.7kPa(700〜800Torr))で被処理物Sの表面にプラズマPを供給してプラズマ処理を行うものである。すなわち、まず、対向配置された一対の電極10、11の間の生成空間6にその上面開口からプラズマ生成用のガスGを導入する。プラズマ生成用のガスGとしては、特に限定しなくても放電を安定して発生させることができるものであればよく、希ガス類も使用できるが、特に、大気圧下で放電開始電圧10kV/cm以上のガスGが好ましい。大気圧下における放電開始電圧10kV/cm以上のプラズマ生成用のガスGとしては、窒素、酸素、水素、メタン、アンモニア、空気、水蒸気、各種有機モノマー、フッ素含有ガスなどの単独または混合ガスを例示できる。尚、本発明において、プラズマ生成用ガスの放電開始電圧は100kV/cm以下であることが好ましい。
The plasma supply means 2 formed as described above supplies plasma P to the surface of the workpiece S under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof (93.3 to 106.7 kPa (700 to 800 Torr)) to generate plasma. The processing is performed. That is, first, the gas G for plasma generation is introduced into the
次に、対向する一対の電極10、11の間に電源12で電圧を印加して生成空間6にグロー状の誘電体バリア放電を発生させると共に生成空間6に導入したプラズマ生成用のガス(分子)Gを電極10、11間に印加した電界の作用により励起して活性種を生成するものであり、これにより、プラズマ(放電ガス)Pを生成空間6で生成することができる。電源12により対向する一対の電極10、11間に印加する電圧は、周波数が30〜500kHzの連続交番波形の電圧であることが好ましく、また、電界強度が50〜200kV/cmにするのが好ましい。上記の連続交番波形とは、パルス波形のように対向する一対の電極10、11間に電圧が印加されない休止区間が生じるものではなく、連続して一対の電極10、11間に電圧が印加されるような交番波形であって、例えば、正弦波の波形にすることができる。また、電極10、11間にパルス波形電圧(パルス状の電圧波形)を印加することもできる。パルス波形電圧とは休止区間を設けて規則的に一定の形状の電圧を繰り返し印加するものであり、例えば、立ち上がり時間および立ち下がり時間を100μsec以下、繰り返し周波数を0.5〜1000kHz、電極10、11間に印加される電界強度を0.5〜200kV/cmの波形を印加することで安定的に処理を行うことができる。尚、電源12は一方の電極11で接続し、他方の電極10は接地することができる。また、生成空間6に供給するガスGの流速は5〜20m/秒となるようにするのが好ましい。ガスGの流速を調整するにあたっては、対向する電極10、11の間隔やガスの流量などを調整するようにする。
Next, a voltage is applied between the pair of opposing
上記のようにして生成されたプラズマPは生成空間6の下側開口から電極10、11の幅方向の全長にわたってプラズマジェットとしてカーテン状に吹き出されるものであるが、電極10、11及び生成空間6の下側の空間は処理空間7として形成されるものであり、この処理空間7に生成空間6からプラズマPが吹き出して被処理物Sの表面にプラズマPを供給するのである。このように図1に示すプラズマ供給手段2は、電極10、11間に電圧を印加することによりプラズマPを生成するための生成空間6と、プラズマPを被処理物Sの表面に供給して処理する処理空間7とを別々に形成するリモート型のプラズマ供給手段である。従って、電極10、11の間に被処理物Sが介在するようなこともなく、生成空間6でのプラズマPの生成に対して被処理物Sの影響が少なくなり、プラズマPの生成の安定化及び効率化を図ることができる。
The plasma P generated as described above is blown out in a curtain form as a plasma jet from the lower opening of the
オゾン進入防止手段3は、プラズマ供給手段2で発生するオゾンが紫外線照射手段1と被処理物Sの間に進入するのを防止するためのものである。図1のものでは、紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間の雰囲気を構成するガスG’を吸引するためのノズルをガス吸引手段4として設けており、このノズルを吸引ポンプに接続するようにしている。そして、ガス吸引手段4により紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間の空間に吸引作用を及ぼしてプラズマ処理時に生じるガスG’を吸引することによって、オゾンを含むガスG’が紫外線照射手段1と被処理物Sの間に流入するのを遮断することができるものである。尚、オゾン進入防止手段3は紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間に設けるのが良い。例えば、特許文献2に記載の発明では、紫外線照射部分におけるガスがプラズマ処理部分に流入し、プラズマ処理に適さない雰囲気となるおそれがあるが、本発明ではそのような問題は生じない。
The ozone
このように形成されるプラズマ処理装置を用いて、大気圧下あるいはその近傍の圧力下で被処理物Sにプラズマ処理を施すにあたっては、次のようにして行う。 When the plasma processing is performed on the workpiece S under the atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof by using the plasma processing apparatus formed as described above, the processing is performed as follows.
まず、紫外線照射手段1の下方を通過するように被処理物Sを搬送する。これにより、酸素を含むガスである空気の雰囲気中で被処理物Sの表面(上面)に紫外線照射手段1から紫外線UVを照射する。この時、被処理物Sの表面に照射される紫外線UVの強さは被処理物Sの種類や搬送速度及び紫外線UVの波長やワット数等によって異なるが、例えば、4〜100mW/cm2にすることができる。そして、この紫外線照射により被処理物Sの表面を活性化して、その後のプラズマ処理時に照射される原子状酸素が反応しやすい状態にするものである。 First, the workpiece S is conveyed so as to pass under the ultraviolet irradiation means 1. Thereby, the surface (upper surface) of the workpiece S is irradiated with ultraviolet rays UV from the ultraviolet irradiation means 1 in an atmosphere of air that is a gas containing oxygen. At this time, the intensity of the ultraviolet UV irradiated on the surface of the object to be processed S varies depending on the type of the object to be processed S, the conveying speed, the wavelength of the UV UV, the wattage, and the like, for example, 4 to 100 mW / cm 2 . can do. And the surface of the to-be-processed object S is activated by this ultraviolet irradiation, and makes the atomic oxygen irradiated at the time of subsequent plasma processing easy to react.
次に、紫外線UVを照射した直後の被処理物Sを処理空間7に搬送し、生成空間6から吹き出すプラズマPを被処理物Sの表面に吹き付けて供給することによって、被処理物Sのプラズマ処理を行う。このように被処理物Sの表面にプラズマPを供給する前に、酸素を含むガスの雰囲気中で被処理物Sの表面に紫外線UVを照射するので、被処理物Sの表面に酸素分子を吸着させた後にその表面にプラズマPを供給することができ、被処理物Sの表面に吸着した酸素分子を活性化して処理能力を向上させることができるものである。また、被処理物Sの表面に紫外線UVを供給した後、すぐに連続してプラズマPを被処理物Sの表面に供給するものであり、これにより、被処理物Sの表面に吸着した酸素分子が離脱する前にプラズマPを供給することができ、プラズマ処理能力の低下を防止することができる。
Next, the workpiece S immediately after being irradiated with the ultraviolet UV is transported to the
そして、本発明では、被処理物Sへの紫外線UVを照射している間、オゾン進入防止手段3であるガス吸引手段4により紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間の空間に吸引作用を及ぼしてプラズマ処理時に生じるガスG’を吸引することによって、オゾンを含むガスG’が紫外線照射手段1と被処理物Sの間に流入するのを防止している。従って、紫外線供給手段1から発生した紫外線UVがオゾンで吸収されることが無くなって、被処理物Sに紫外線UVを十分に供給することができ、プラズマPを供給する前に被処理物Sの表面の活性を高くすることができるものであり、この結果、プラズマPによる処理を被処理物Sの表面に十分に及ぼすことができる。また、プラズマ処理時に生じるガスG’をガス吸引手段4により回収することができ、オゾンを含むガスG’の拡散を防止することができる。 In the present invention, while the ultraviolet ray UV is applied to the workpiece S, the gas suction means 4 which is the ozone intrusion prevention means 3 sucks the space between the ultraviolet irradiation means 1 and the plasma supply means 2. The gas G ′ generated during the plasma processing is sucked to prevent the gas G ′ containing ozone from flowing between the ultraviolet irradiation means 1 and the workpiece S. Accordingly, the ultraviolet ray UV generated from the ultraviolet ray supply means 1 is not absorbed by ozone, and the ultraviolet ray UV can be sufficiently supplied to the object to be processed S. Before the plasma P is supplied, the object to be processed S is supplied. The surface activity can be increased, and as a result, the treatment with the plasma P can be sufficiently exerted on the surface of the workpiece S. Further, the gas G ′ generated during the plasma treatment can be recovered by the gas suction means 4, and the diffusion of the gas G ′ containing ozone can be prevented.
尚、本発明においては、被処理物Sを略水平に搬送する場合だけでなく、例えば、鉛直方向などの任意の方向に搬送する場合についても適用することができる。また、搬送手段としてはXYテーブルやベルトコンベアなど、所定の搬送方向に被処理物Sを連続的に搬送することができるものが好ましく、しかも、複数枚の被処理物Sを一定の時間間隔で連続して搬送できるものが好ましい。また、本発明においては、電極の個数は二つ以上であれば必要に応じて任意に設定することができ、電圧の印加条件も上記のものには限定されず、例えば、印加電圧の周波数や波形形状、電界強度、ガス流速、被処理物Sの搬送速度等は必要に応じて任意に設定することができる。さらに、オゾン進入防止手段3は少なくとも被処理物Sへの紫外線UVを照射している間だけ作動させればよいが、これに限らず、例えば、被処理物Sへの紫外線UVを照射開始からプラズマPの供給終了までの間の全工程で、オゾン進入防止手段3を作動させても良い。また、一度、プラズマ処理に使用したガス(排ガス)G’は空気の混入、表面に付着した物質の気化物、コンタミ等で汚染されるが、精製後に再利用することができる。本発明は液晶パネルディスプレイ(LCD)用ガラス板などの平板状の被処理物Sにプラズマ処理を施すのに好適に用いることができる。
In addition, in this invention, it can apply not only when conveying the to-be-processed object S substantially horizontally, but when conveying in arbitrary directions, such as a perpendicular direction, for example. Further, as the conveying means, an apparatus such as an XY table or a belt conveyor that can continuously convey the object to be processed S in a predetermined conveying direction is preferable, and a plurality of objects to be processed S are provided at regular time intervals. What can be continuously conveyed is preferable. In the present invention, if the number of electrodes is two or more, it can be arbitrarily set as necessary, and the voltage application conditions are not limited to those described above. For example, the frequency of the applied voltage, The waveform shape, the electric field strength, the gas flow rate, the conveyance speed of the workpiece S, and the like can be arbitrarily set as necessary. Furthermore, the ozone
図2に他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置ではオゾン進入防止手段3としてガス吸引手段4の代わりに隔壁5を設けたものであり、その他の構成は図1のものと同様である。隔壁5は紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間に配置することができる板状のものであれば、何でも良く、例えば、プラスチック板や金属板などを用いることできるが、紫外線UVとプラズマPに対して耐久性のある材料を使うことが望ましい。被処理物Sは紫外線UVが照射された後、隔壁5の下側を通ってプラズマ供給手段2の下方の処理空間7に搬送されるものである。
FIG. 2 shows another embodiment. In this plasma processing apparatus, a
そして、このプラズマ処理装置では、隔壁5により紫外線照射手段1と被処理物Sの間の空間とプラズマ処理手段2(生成空間6及び処理空間7)とを仕切って、プラズマ処理時に生じるガスG’が紫外線照射手段1と被処理物Sの間に進入しないようにすることができ、従って、ガスG’に含まれているオゾンが紫外線照射手段1と被処理物Sの間に進入するのを防止することができるものである。しかも、図1に示すものに比べて、吸引ポンプなどの大掛かりな装置が不要で、簡単な構成でプラズマ処理の能力が低下しないようにすることができるものである。
In this plasma processing apparatus, the
図3に他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置ではオゾン進入防止手段3として図1と同様のガス吸引手段4と図2と同様の隔壁5とを設けたものであり、その他の構成は図1のものと同様である。この場合、ガス吸引手段4でガスG’の吸引を十分に行うために、隔壁5よりもプラズマ供給手段2に近い位置にガス吸引手段4を配置するようにする。
FIG. 3 shows another embodiment. This plasma processing apparatus is provided with a gas suction means 4 similar to that shown in FIG. 1 and a
そして、このプラズマ処理装置では、ガス吸引手段4と隔壁5の二つのオゾン進入防止手段3を用いることにより、紫外線照射手段1と被処理物Sの間へのオゾンの進入防止効果を高くすることができるものである。
In this plasma processing apparatus, the effect of preventing ozone from entering between the ultraviolet irradiation means 1 and the workpiece S is enhanced by using the two ozone
図4に他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置では、プラズマ供給手段2がダイレクト型であり、また、オゾン進入防止手段3が紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間に噴出させるガスGで形成されている。それ以外の構成は図1のものとほぼ同じである。 FIG. 4 shows another embodiment. In this plasma processing apparatus, the plasma supply means 2 is a direct type, and the ozone intrusion prevention means 3 is formed of a gas G ejected between the ultraviolet irradiation means 1 and the plasma supply means 2. The other configuration is almost the same as that of FIG.
この実施の形態のダイレクト型のプラズマ供給手段2は、複数の電極10、11と電極10、11の間に電圧を印加するための電源12とを備えて形成されている。一方の電極11は上記と同様に、導電性の金属材料を用いて幅方向に長い略角棒状に形成している。また、電極11の下面及び側面には誘電体被膜13を形成すると共に電源12を接続している。他方の電極10は導電性の金属材料を用いて円筒状に形成している。また、電極10は軸部10aを中心に回転駆動自在に形成しており、軸部10aを通じて接地している。そして、電極10、11を上下に対向配置することによりプラズマ供給手段2を形成することができる。このプラズマ供給手段2は、電極10、11の間に電圧を印加することによりプラズマPを生成するものであるが、プラズマPを生成する生成空間6と、被処理物Sの表面にプラズマPを供給する処理空間7とを電極10、11の間の同一の空間に形成するものである。従って、生成空間6と処理空間7とを兼用することができ、装置の小型化を図ることができるものである。
The direct type plasma supply means 2 of this embodiment is formed with a plurality of
また、オゾン進入防止手段3として用いられるガスGは紫外線UVを吸収しにくいものを用いるのが好ましく、例えば、上記のプラズマ生成用のガスGと同様のものを用いることができる。具体的には、窒素や窒素に微量の酸素を混合したものを用いるのが好ましい。このガスGは紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2の上側の電極11との間に配置された噴出ノズル14から噴出されるものである。
The gas G used as the ozone intrusion prevention means 3 is preferably one that hardly absorbs the ultraviolet rays UV, and for example, the same gas G as the plasma generating gas G described above can be used. Specifically, it is preferable to use nitrogen or nitrogen mixed with a small amount of oxygen. This gas G is ejected from an
本発明のプラズマ処理装置は、長尺のシートを被処理物Sとしてプラズマ処理をする際に使用することができる。すなわち、被処理物Sは紫外線照射手段1の下側と噴出ノズル14の下側と処理空間7(生成空間6)を通過するように搬送されるものであり、処理空間7を通過する際には回転する下側の電極10の外周面に被処理物Sの下面を沿わせるようにしている。そして、被処理物Sの上面には上記と同様に、紫外線照射手段1の下側を通過する際に紫外線UVが照射され、この後に処理空間7でプラズマPが供給されるものである。
The plasma processing apparatus of the present invention can be used when plasma processing is performed using a long sheet as the workpiece S. That is, the workpiece S is transported so as to pass through the lower side of the ultraviolet irradiation means 1, the lower side of the
このプラズマ処理装置では、ガスGを噴出ノズル14から被処理物Sの上面に向かって噴出するので、ガスGにより紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2とが空間的にほぼ遮断されるものである。従って、プラズマ供給手段2で発生するオゾンが紫外線照射手段1と被処理物Sの間に進入するのを防止することができるものである。また、噴出ノズル14から噴出されたガスGは生成空間6にその側面開口から進入し、ここで、電極10、11間に印加した電界の作用を受けてプラズマ化する。従って、オゾン進入防止手段3であるガスGを利用してプラズマPを容易に生成することができ、プラズマ処理の効率化や材料コストの低減化を図ることができるものである。
In this plasma processing apparatus, since the gas G is ejected from the
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
(実施例1)
図1に示すプラズマ処理装置を形成した。紫外線照射手段1としては1.5kWの紫外線ランプを用いた。プラズマ供給手段2の電極10、11は長さ300mmのチタン製であり、電極10、11の表面に溶射法により1mmの厚みでアルミナの層を形成して誘電体被膜13とした。また、電極10、11の内部には冷却水を循環した。このように形成される一対の電極10、11を未放電時において1mmの間隔を設けて対向配置した。また、オゾン進入防止手段3は、紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2の間に、ガス吸引手段4としてノズルを設置し、このノズルに接続された吸引ポンプによりプラズマ供給手段2から発生するオゾンを含むガスG’を1m3/分で吸引し、紫外線照射手段1の下方へのオゾンの流入を抑制した。
Example 1
The plasma processing apparatus shown in FIG. 1 was formed. As the ultraviolet irradiation means 1, a 1.5 kW ultraviolet lamp was used. The
(実施例2)
図2に示すプラズマ処理装置を形成した。オゾン進入防止手段3は、紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2の間に、厚み1mmからなるステンレス鋼板を隔壁5として設置した。その他の構成は実施例1と同様にした。
(Example 2)
The plasma processing apparatus shown in FIG. 2 was formed. The ozone intrusion prevention means 3 is a stainless steel plate having a thickness of 1 mm as a
(実施例3)
図3に示すプラズマ処理装置を形成した。オゾン進入防止手段3は実施例1のガス吸引手段4と実施例2の隔壁5とを併用した。その他の構成は実施例1と同様にした。
(Example 3)
The plasma processing apparatus shown in FIG. 3 was formed. The ozone intrusion prevention means 3 uses the gas suction means 4 of Example 1 and the
(比較例1)
実施例1において、紫外線照射手段1とオゾン進入防止手段3とを除いてプラズマ処理装置を形成した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a plasma processing apparatus was formed except for the ultraviolet irradiation means 1 and the ozone intrusion prevention means 3.
(比較例2)
実施例1において、オゾン進入防止手段3を除いてプラズマ処理装置を形成した。
(Comparative Example 2)
In Example 1, a plasma processing apparatus was formed except for the ozone intrusion prevention means 3.
<プラズマ処理の能力の評価>
上記のようなプラズマ処理装置を用いて、大気圧下で窒素60リットル/分、酸素0.15リットル/分のプラズマ生成用のガスGを生成空間6に導入し、電源12により電極10、11間に正弦波状波形を有する50kHz、10kVの電圧を印加し、電極10、11間の生成空間6で放電を発生させ、プラズマPを処理空間7へと吹き出した。
<Evaluation of plasma processing ability>
Using the plasma processing apparatus as described above, a gas G for plasma generation 60 at a pressure of nitrogen of 60 liters / minute and oxygen of 0.15 liters / minute is introduced into the
被処理物Sとしてはアクリル板を用い、紫外線照射手段1及び電極10、11の下端から被処理物Sの上面までの距離(照射距離)を5mmまたは10mmに設定し、10m/minで略水平に搬送した。そして、被処理物Sは、紫外線照射手段1により500mW/cm2の紫外線UVが照射された直後に処理空間7に導入されてプラズマPが供給されるように搬送してプラズマ処理を行った。この評価で使用したアクリル板のプラズマ処理前の水接触角は65°である。
An acrylic plate is used as the object to be processed S, and the distance (irradiation distance) from the lower ends of the ultraviolet irradiation means 1 and the
実施例1〜3及び比較例1、2について、プラズマ処理後の被処理物Sの表面の水接触角を測定した。これらの結果を表1に示す。 About Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2, the water contact angle of the surface of the workpiece S after the plasma treatment was measured. These results are shown in Table 1.
表1に示すように実施例1〜3では比較例1、2に比べて水接触角が大きく低下したことがわかる。また、ガス吸引手段4を配設した実施例1では、水接触角がさらに低下し、改質効果が高いことがわかる。また、隔壁を設置した実施例3においても実施例1以上の改質効果が発現し、吸引ノズルと隔壁を同時に設置した実施例3において水接触角は最も低下し、著しい改質効果が得られた。これに対し、比較例1、2では水接触角の変化は小さくなった。よって、紫外線照射手段1及びオゾン進入防止手段3を追加した実施例1〜3は、比較例1、2よりもプラズマ処理能力が高いと言える。また、いずれの実施例も照射距離が小さい方がプラズマ処理の能力が高いことが判る。 As shown in Table 1, it can be seen that in Examples 1 to 3, the water contact angle was greatly reduced as compared to Comparative Examples 1 and 2. Moreover, in Example 1 which has arrange | positioned the gas suction means 4, it turns out that a water contact angle falls further and the modification effect is high. In addition, in Example 3 in which the partition walls are installed, the reforming effect more than that in Example 1 is exhibited, and in Example 3 in which the suction nozzle and the partition walls are installed at the same time, the water contact angle is the lowest and a remarkable reforming effect is obtained. It was. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, the change in water contact angle was small. Therefore, it can be said that Examples 1-3 which added the ultraviolet irradiation means 1 and the ozone intrusion prevention means 3 have a plasma processing capability higher than Comparative Examples 1 and 2. Further, it can be seen that the plasma treatment ability is higher when the irradiation distance is shorter in any of the examples.
(実施例4)
図4に示すプラズマ処理装置を形成した。接地した直径300mmの円筒状の電極10と対向する上方位置に、厚み1mmの絶縁材料(誘電材料)の誘電体被膜13により被覆された電極11を配置し、この電極11には電源12に接続した。電極11の誘電体被膜13と円筒状の電極10との最短部の距離を1mmとした。また、紫外線照射手段1としては実施例1と同様の紫外線ランプを設置した。さらに、紫外線照射手段1とプラズマ供給手段2との間にプラズマ生成用のガスGの噴出ノズル14を設置した。
Example 4
The plasma processing apparatus shown in FIG. 4 was formed. An
(比較例3)
実施例4において、紫外線照射手段1を除いてプラズマ処理装置を形成した。
(Comparative Example 3)
In Example 4, a plasma processing apparatus was formed except for the ultraviolet irradiation means 1.
<プラズマ処理の能力の評価>
上記のようなプラズマ処理装置を用いて、大気圧下で窒素10リットル/分、酸素0.25リットル/分のプラズマ生成用のガスGを噴出ノズル14から噴出すると共にこのガスGを生成空間6に導入し、電源12により電極10、11間に正弦波状波形を有する30kHz、10kVの電圧を印加し、電極10、11間の生成空間6で放電を発生させた。
<Evaluation of plasma processing ability>
Using the plasma processing apparatus as described above, a plasma generation gas G of 10 liters / minute of nitrogen and 0.25 liters / minute of oxygen is ejected from the
被処理物Sとしては厚み25μmのポリイミドフィルムを用い、この被処理物Sを50m/minで搬送した。そして、被処理物Sは紫外線照射手段1により500mW/cm2の紫外線UVが照射された直後に処理空間7(生成空間6)に導入されてプラズマPが供給されるように搬送してプラズマ処理を行った。この評価で使用したポリイミドフィルムのプラズマ処理前の水接触角は72°である。 As the object to be processed S, a polyimide film having a thickness of 25 μm was used, and the object to be processed S was conveyed at 50 m / min. Then, the workpiece S is introduced so as to be introduced into the processing space 7 (generation space 6) and supplied with plasma P immediately after being irradiated with 500 mW / cm 2 of ultraviolet rays UV by the ultraviolet irradiation means 1, and plasma processing is performed. Went. The water contact angle before the plasma treatment of the polyimide film used in this evaluation is 72 °.
実施例4及び比較例3について、プラズマ処理後の被処理物Sの表面の水接触角を測定した。これらの結果を表2に示す。 For Example 4 and Comparative Example 3, the water contact angle of the surface of the workpiece S after the plasma treatment was measured. These results are shown in Table 2.
表2に示すように実施例4では水接触角が大きく低下したことがわかる。これに対し、比較例3では水接触角の変化は小さいものであった。よって、実施例4は比較例3よりもプラズマ処理能力が高いと言える。 As shown in Table 2, it can be seen that in Example 4, the water contact angle was greatly reduced. On the other hand, in Comparative Example 3, the change in water contact angle was small. Therefore, it can be said that Example 4 has a higher plasma processing capacity than Comparative Example 3.
1 紫外線照射手段
2 プラズマ供給手段
3 オゾン進入防止手段
4 ガス吸引手段
5 隔壁
6 生成空間
7 処理空間
P プラズマ
G ガス
G’ ガス
S 被処理物
UV 紫外線
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---|---|---|---|---|
JP2011026096A (en) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Murata Mfg Co Ltd | Gas conveyance apparatus |
JP2011131149A (en) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Ushio Inc | Dry washing method and dry washing apparatus |
JP2014220056A (en) * | 2013-05-07 | 2014-11-20 | 株式会社イー・スクエア | Plasma surface treatment device |
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-
2007
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