JP2010244948A - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気圧プラズマにて被処理物を処理するに際して所望の処理状態を高い信頼性をもって確保することができるプラズマ処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】大気圧近傍の空間２に不活性ガスと反応性ガスの混合ガス８を供給するとともに電界を印加してプラズマ１１を発生させ、発生したプラズマ１１を被処理物Ｗに照射して被処理物Ｗをプラズマ処理するプラズマ処理方法において、空間２に供給される混合ガス８の反応性ガス濃度をガス濃度検出手段１５にて検出し、その検出結果に基づいて制御部１４にて被処理物Ｗに照射されるプラズマ１１の性能の良否を判定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧近傍でプラズマを発生させ、そのプラズマを被処理物の表面に照射して被処理物を処理するプラズマ処理方法及び装置に関するものである。

大気圧プラズマ発生装置は、大気圧近傍の所定空間に不活性ガスや不活性ガスと反応性ガスの混合ガスなどのガスを流しながらその空間に高周波電界を印加してグロー放電を生じさせることで、大気圧近傍でプラズマを発生させるようにしたものであり、こうして発生させたプラズマを被処理物の表面に照射して、被処理物の表面のクリーニング、レジストの除去、表面改質、金属酸化物の還元、成膜等の処理をすることは知られている。

この種のプラズマ処理装置として、同心状に配置された内側電極と外側電極の間に、ガスを供給するとともに高周波電界を印加してグロー放電を発生させることで、環状の吹き出し口から大気圧プラズマを放射するプラズマ発生手段と、幅広の被処理物に均等にプラズマ照射を行うため、環状の吹き出し口に接続して長手状の吹き出し口に変換するアダプタと、プラズマ光の色や輝度を検出する光度検出手段とを備え、光度検出手段の検出結果に基づいて、プラズマが点灯しているか、消灯しているか、さらにプラズマ温度などを推定し、その結果によって処理ガスの供給量とマイクロ波パワーの少なくとも一方を制御することによって、プラズマを容易に点灯するとともにプラズマ温度を制御して安定してプラズマ照射を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−５９８３９号公報

ところで、特許文献１に記載された構成では、光度検出手段の検出結果に基づいてプラズマの点灯・消灯状態、さらにはプラズマ温度なども検出することができるが、大気圧プラズマ処理を実際の生産工程に適用したときに、プラズマが点灯している状態を確認できていても、プラズマ処理した面の特性や処理品質に関して、所望の状態を十分に確保できていないことがあるという問題のあることが判明した。この問題は、ロボット装置に搭載した大気圧プラズマヘッドにて被処理物に対して自動的にプラズマ処理を行う場合に、適切にプラズマ処理が行われているつもりであるにも関わらず、実際にはプラズマ処理が適切に行われていず、不良品が大量に発生してしまうことになるため重大な問題である。

そこで、本発明者等は、プラズマが点灯しているにも関わらず、プラズマ処理が有効に行われない原因について検討した結果、供給している不活性ガスと反応性ガスの混合ガス中の反応性ガスの濃度に微妙な変化が生じると、プラズマの処理性能が大きく変化してしまうことによるものであることを突き止めるに至った。すなわち、反応性ガスの濃度が多少変化してもプラズマ光の変化は少ないため、プラズマ光の光度を検出していても、反応性ガスの濃度の微妙な変化は認識することはできず、プラズマ処理の品質低下を検出することができなかったものであることが判明した。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、大気圧プラズマにて被処理物を処理するに際して所望の処理状態を高い信頼性をもって確保することができるプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ処理方法は、大気圧近傍の空間に不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給するとともに電界を印加してプラズマを発生させ、発生したプラズマを被処理物に照射して被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、前記空間に供給される混合ガスの反応性ガス濃度を検出し、反応性ガス濃度の検出結果に基づいて被処理物に照射されるプラズマの性能の良否を判定するものである。

また、大気圧近傍の第１の空間に不活性ガスを供給するとともに電界を印加して一次プラズマを発生させ、発生した一次プラズマを大気圧近傍の第２の空間に照射するとともに第２の空間に不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給して二次プラズマを発生させ、発生した二次プラズマを被処理物に照射して被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、第２の空間に供給される混合ガスの反応性ガス濃度を検出し、反応性ガス濃度の検出結果に基づいて被処理物に照射されるプラズマの性能の良否を判定するものである。

この構成によると、前記空間又は第２の空間に供給する混合ガスの反応性ガス濃度を検出し、その検出結果に基づいてプラズマの性能の良否を判定することで、性能不良の場合に警報を発して混合ガス供給系における反応性ガスの供給流量の予期しない変動要因を調査して対策をとることにより、所望の処理状態を高い信頼性をもって確保することができ、不適正なプラズマ処理による不良品の大量を未然に防止することができる。

また、電界の印加は、前記空間の近傍に配置した電極若しくはアンテナに、ＲＦ周波数帯、ＶＨＦ周波数帯若しくはマイクロ波周波数帯の高周波電圧、又は周波数が１ＫＨｚ以上の矩形波又はパルス波電圧を印加することで行うことができる。

また、前記空間への混合ガス供給通路における前記空間の入口近傍で混合ガスの反応性ガス濃度を検出すると、前記空間に流入する直前に濃度検出するのでガス供給系における流量コントローラの故障・動作不良や、ガス供給通路における折れ曲がりやガス漏れなどの流路障害等に起因した濃度変化を、プラズマ処理を中断することなく任意のタイミングで確実に検出することができ、生産性を低下することなく、高い信頼性を確保することができる。

また、任意に設定した所定量の被処理物に対してプラズマ処理を行った後、若しくは任意に設定した所定時間のプラズマ処理を行った後、プラズマを消灯して前記空間から流出する混合ガスの反応性ガス濃度を検出しても、上記と同様の濃度変化を確実に検出することができ、高い信頼性を確保することができる。

また、本発明のプラズマ処理装置は、大気圧近傍の空間とその近傍に配設された電極又はアンテナとを有するプラズマ発生部と、前記空間に不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給するガス供給手段と、電極又はアンテナに電力を供給して前記空間に電界を印加する電界印加手段と、前記空間で発生したプラズマを被処理物に照射するように被処理物とプラズマ発生部とを相対移動させる移動手段と、前記空間に供給される混合ガスの反応性ガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、反応性ガス濃度の検出結果に基づいて被処理物に照射されるプラズマの性能の良否を判定する制御手段とを備えたものである。

また、大気圧近傍の第１の空間とその近傍に配設された電極又はアンテナとを有する一次プラズマ発生部と、大気圧近傍の第２の空間に一次プラズマ発生部で発生した一次プラズマを照射するようにした二次プラズマ発生部とを有するプラズマ発生部と、第１の空間に不活性ガスを供給し、第２の空間に不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給するガス
供給手段と、電極又はアンテナに電力を供給して第１の空間に電界を印加する電界印加手段と、第２の空間で発生した二次プラズマを被処理物に照射するように被処理物とプラズマ発生部とを相対移動させる移動手段と、第２の空間に供給される混合ガスの反応性ガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、反応性ガス濃度の検出結果に基づいて被処理物に照射されるプラズマの性能の良否を判定する制御手段とを備えたものである。

この構成によると、上記プラズマ処理方法を実施してプラズマの性能の良否を判定し、不良の場合に警報を発して混合ガス供給系における反応性ガスの供給流量の変動要因を調査して対策をとることにより、所望の処理状態を高い信頼性をもって確保することができ、不適切なプラズマ処理による不良品の大量発生を未然に防止することができる。

また、ガス濃度検出手段を前記空間への混合ガス供給通路における前記空間の入口近傍に配置すると、前記空間に流入する直前に濃度検出するのでガス供給系における流量コントローラの故障・動作不良や、ガス供給通路における折れ曲がりやガス漏れなどの流路障害等に起因した濃度変化を、プラズマ処理を中断することなく任意のタイミングで確実に検出することができ、生産性を低下することなく、高い信頼性を確保することができる。

また、ガス濃度検出手段を被処理物の設置位置又は移動経路の近傍に配置し、プラズマ発生部でプラズマを消灯した状態で流出する混合ガスをガス濃度検出手段に吹き付け可能にプラズマ発生部とガス濃度検出手段を相対移動させる移動手段を設けても、上記と同様の濃度変化を確実に検出することができ、高い信頼性を確保することができる。

本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、プラズマを発生する空間に供給する混合ガスの反応性ガス濃度を検出し、その検出結果に基づいてプラズマの性能の良否を判定することで、性能不良の場合に警報を発して混合ガス供給系における反応性ガスの供給流量の変動要因を調査して対策をとることにより、所望の処理状態を高い信頼性をもって確保することができ、不適切なプラズマ処理による不良品の大量を未然に防止することができる。

本発明に係るプラズマ処理装置の第１の実施形態の要部の構成図。 同実施形態におけるプラズマ発生部の概略構成を示す模式図。 同実施形態におけるガス供給系の構成図。 酸素ガスを含む混合ガスでプラズマを発生させたときの酸素ガスの体積比と発光強度の関係図。 酸素ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理において酸素ガス濃度を変化させたときのエッチング量の特性図。 同実施形態におけるプラズマ処理装置の全体概略構成を示す斜視図。 同プラズマ処理装置に好適に適用できる被処理物の平面図。 同実施形態における他の構成例のプラズマ処理装置の全体概略構成を示す斜視図。 同プラズマ処理装置によるプラズマ処理工程の説明図。 同実施形態におけるプラズマ処理の動作タイミングチャート。 本発明に係るプラズマ処理装置の第２の実施形態の要部の構成図。 同実施形態におけるプラズマ処理の動作フロー図。 同実施形態におけるプラズマ処理の動作タイミングチャート。 同実施形態におけるプラズマ処理の動作説明図。 同実施形態における他のプラズマ処理の動作説明図。 （ａ）〜（ｅ）はプラズマ発生部の各種変形構成例の説明図。 （ａ）はプラズマ発生部のさらに別の構成例の縦断面図、（ｂ）は同斜視図。

以下、本発明のプラズマ処理装置の各実施形態について、図１〜図１７を参照して説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明に係るプラズマ処理装置の第１の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。

図１、図２において、１はプラズマ発生部で、大気圧近傍の所定の空間２を形成する筒状体３を有し、空間２を挟んで対向する誘電体４を介して一対の電極５ａ、５ｂを配設し、高周波発生部６から整合回路７を介して電極５ａ、５ｂ間に高周波電圧を印加し、不活性ガスと反応性ガスの混合ガス８を、開閉弁９を配設されたガス供給通路１０を通して空間２の一端に供給することで空間２でプラズマ１１を発生し、空間２の他端から吹き出すように構成されている。

電極５ａ、５ｂに高周波電圧を供給する高周波発生部６としては、その出力周波数帯が１３．５６ＭＨｚに代表されるＲＦ周波数帯、又は１００ＭＨｚに代表されるＶＨＦ周波数帯、さらにマイクロ波周波数帯のものなどを使用することができる。さらに、周波数が１ＫＨｚ以上の矩形波又はパルス波電圧を発生するものも適用可能であり、本発明における高周波発生部６にはこれも含むものとする。なお、ＲＦ周波数帯やＶＨＦ周波数帯やマイクロ波周波数帯を使用する場合には、図１に示すように、高周波発生部６と電極５ａ、５ｂとの間に、反射電力によって電極５ａ、５ｂへの投入電力が低下するのを防止する整合回路７が介装される。その整合回路７は、電極５ａ、５ｂに並列に接続されたＬＯＡＤ側のリアクタンス素子と、電極５ａ、５ｂに直列に接続されたＴＵＮＥ側のリアクタンス素子にて構成される。なお、リアクタンス素子としては可変コンデンサや固定のコンデンサやインダクタンスなどが用いられる。

プラズマ発生部１にはプラズマ１１を点灯するための点灯回路１２が設けられ、また移動手段としてのロボット部１３にてプラズマ発生部１を被処理物Ｗの所望の処理部位に移動させるように構成されている。そして、制御部１４にて高周波発生部６、開閉弁９、点灯回路１２、及びロボット部１３を作動制御して、プラズマ発生部１からプラズマ１１を吹き出させるとともにロボット部１３にてプラズマ発生部１を被処理物Ｗの処理部位に移動させることで、プラズマ処理するように構成されている。

このような基本構成のプラズマ発生部１において、本実施形態ではガス供給通路１０における空間２の入口近傍に、混合ガス８中の反応性ガスの濃度、すなわちガス混合比率を検出するガス濃度検出手段１５が配設されている。ガス濃度検出手段１５による検出信号は制御部１４に入力され、制御部１４で適当なタイミングで反応性ガスのガス混合比率が測定されるとともに、測定されたガス混合比率データがデータ保存部１６に保存され、かつ制御部１４にてガス混合比率データに基づいてプラズマ１１の性能の良否を判定し、不良の場合に警報部１７を作動させて警報を発するように構成されている。

ガス供給通路１０に対する混合ガス８のガス供給系は、図３に示すように構成されている。図３において、不活性ガス供給部１８から供給される不活性ガス２０が流量コントローラ２２にて流量制御されて混合器２４に流入し、反応性ガス供給部１９から供給される反応性ガス２１が流量コントローラ２３にて流量制御されて混合器２４に流入するように構成されるとともに、流量コントローラ２２、２３を制御部１４にて調整制御することで、不活性ガス２０に対して所望のガス混合比率で反応性ガス２１が混合された混合ガス８がガス供給通路１０に供給されるように構成されている。

ここで、不活性ガスは、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウム、窒素から選択された単独ガス又は複数の混合ガスが適用される。また、反応性ガスは、プラズマ処理の種類に応じて、酸素、空気、ＣＯ２ 、Ｎ２ Ｏなどの酸化性ガス、水素、アンモニアなどの還元性ガス、ＣＦ４ などのフッ素系ガスなどが適用される。なお、窒素ガスは、字義通りの不活性ガスではないが、大気圧プラズマの発生においては、本来の不活性ガスに準ずる挙動を示し、ほぼ同様に用いることができるので、本明細書においては不活性ガスを広い定義に基づいて窒素ガスを含むものとする。

ここで、混合ガス８における反応性ガス２１の濃度、すなわち不活性ガス２０と反応性ガス２１の混合比率の具体例について説明する。不活性ガス２０としてヘリウムガスを、反応性ガス２１として酸素ガスを採用してエッチング処理する場合、ヘリウムガスはプラズマを発生し易いが、プラズマ処理に直接寄与するのは酸素ラジカルである一方酸素はプラズマを弱くするため、ヘリウムガスに対する酸素ガスの混合比率にはピークがあり、効率的にプラズマ処理を行うには酸素ガスの混合比率をそのピーク値近傍に調整する必要がある。そこで、ヘリウムガスに対する酸素ガスの混合比率（体積比：％）を変化させて酸素原子に対応する７７７ｎｍの発光強度を測定したところ、図４に示すように、酸素ガスの混合比率が０．０５％のときに酸素ラジカルの発生量がピークを示すことが判明した。測定条件は、印加した高周波電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚ、パワーが１００Ｗで、測定器具には浜松フォト社製のプラズマプロセスモニター（品番Ｃ７４７６）を使用した。

また、実際のプラズマエッチング処理におけるエッチング処理性能について、不活性ガス２０としてアルゴンガスを、反応性ガス２１として酸素ガスを採用し、アルゴンガスの供給流量を５００ｓｃｃｍ、酸素ガスの供給流量を１ｓｃｃｍ（０．２％）として混合した混合ガス８を使用した場合と、酸素ガスを混合しなかった場合についてプラズマを被処理物の表面にコーティングされたレジストのエッチング量を調査した結果を図５に示す。図５からは、酸素ガスを混合しない場合でもプラズマが大気中の酸素ガスと反応することである程度のエッチング能力を発揮しているが、酸素ガスを混合した混合ガスを使用することでエッチング能力が向上しており、酸素ガスの混合比率の変化によってプラズマ処理能力が大きく変化すること、そのため酸素ガスの混合比率を最適な値に設定してそれを維持することで、効率的にエッチング処理できるとともに、被処理物Ｗに対する処理状態の品質を安定して確保できることが分かる。

次に、上記プラズマ発生部１が適用されるプラズマ処理装置３１の構成例を、図６を参照して説明すると、ロボット部１３が、３軸方向に移動及び位置決め可能な移動手段としてのロボット装置３２にて構成されている。ロボット装置３２は、水平面内で直交する２軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動及び位置決め可能な移動体３３に垂直方向（Ｚ軸方向）に移動及び位置決め可能に可動ヘッド３４を取付けて構成され、その可動ヘッド３４にプラズマ発生部１が設置されている。一方、被処理物Ｗは、搬入・搬出部３５によってプラズマ発生部１の可動範囲の下部位置に搬入・搬出されるとともに、所定位置に位置決めされて固定される。

被処理物Ｗには、図７に示すように、プラズマ処理を行うべき処理部位３６が複数箇所に分散して配されている。このような被処理物Ｗとしては、例えば図７に示すように電子部品実装用のランド配設領域が処理部位３６である回路基板や、その他異方性導電材の貼付領域が処理部位である液晶パネルやプラズマディスプレイパネルなどのフラットパネルディスプレイなどの例があり、それぞれプラズマ処理にて処理部位の表面改質や貼付面のクリーニングを行うものである。

また、上記プラズマ発生部１が適用される他のプラズマ処理装置４１の構成例を、図８を参照して説明すると、被処理物Ｗを所定の移動経路に沿って移動させる移動手段としての搬送手段４２を備え、その移動経路の適所上部にその移動経路を横断する方向に長いプラズマ発生部１を配置した構成とされている。このプラズマ処理装置４１においては、図９（ａ）に示すように、搬送手段４２により被処理物Ｗをプラズマ発生部１の直下位置に向けて移動させ、図９（ｂ）に示すように、プラズマ発生部１の直下を移動する間にプラズマ発生部１から吹き出すプラズマ１１が被処理物Ｗに照射されてプラズマ処理がされ、その後図９（ｃ）に示すように、被処理物Ｗが次の工程に向けて搬出させる。

次に、以上のようなプラズマ処理装置３１、４１におけるプラズマ処理動作について、図１０のタイミングチャートを参照して説明する。稼動開始に当たってまず開閉弁９が開かれて混合ガス８の空間２への供給が開始され、混合ガス８のガス混合比率がガス濃度検出手段１５にて検出され、次に高周波発生部６が作動されて空間２に高周波電圧が印加され、その後制御部１４にて所定のタイミングでガス混合比率がデータ保存部１６に保存されるとともに適正なガス混合比率の適正範囲内にあるか否かが判定され、適正範囲内であると、点灯回路１２が動作されてプラズマ１１が発生する。

このプラズマ１１を被処理物Ｗに照射することによってプラズマ処理が行われる。その際、ガス混合比率が適正範囲に収まっているので、適切なプラズマ処理が確保される。また、測定したガス混合比率のデータ保存部１６への保存と適正範囲内であるか否かの判定は適当時間あけたタイミングで繰り返され、その判定結果が適正範囲内である限りプラズマ処理が継続される。一方、ガス混合比率が適正範囲から外れると、次の判定タイミングでの判定結果が不良と判定され、制御部１４にて開閉弁９が閉じられ、高周波発生部６の作動が停止されるとともに、警告部１７が作動され、プラズマ処理が不良の異常状態である可能性があることが警告される。その後、異常発生原因が突き止められ、混合ガス８におけるガス混合比率が適正範囲に収まるようにて対策が取られた後、警告部１７の作動を解除して再び上記と同様にプラズマを発生させ、プラズマ処理が再開される。

以上のように本実施形態によれば、空間２に供給する混合ガス８の反応性ガス濃度（ガス混合比率）を検出し、その検出結果に基づいてプラズマ１１の性能の良否を判定し、性能不良となるようなガス混合比率の場合に、異常警報を発して混合ガス８の供給系における反応性ガス２１の供給流量の変動要因を調査して対策をとることによって、所望の処理状態を十分にかつ安定して確保することができ、不適正なプラズマ処理による不良品の大量を未然に防止することができる。

また、空間２への混合ガス８のガス供給通路１０における空間２の入口近傍にガス濃度検出手段１５を配置しているので、空間２に流入する直前に濃度検出するのでガス供給系における流量コントローラ２３の故障・動作不良や、ガス供給通路１０における折れ曲がりやガス漏れや外気混入などの流路障害等に起因した濃度変化を、検出のためにプラズマ処理を中断することなく任意のタイミングで確実に検出することができ、生産性を低下することなく、高い信頼性を確保することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係るプラズマ処理装置の第２の実施形態について、図１１〜図１５を参照して説明する。

上記第１の実施形態では、ガス濃度検出手段１５をガス供給通路１０における空間２の入口近傍に配置した例を示したが、図１１に示すように、プラズマ発生部１から分離し、被処理物Ｗに対するのと同様に、プラズマ発生部１に対して対向し得るように、プラズマ
発生部１の相対移動範囲内に配置した構成としている。

本実施形態におけるプラズマ処理動作について、主として図１２の動作フロー図と図１３のタイミングチャートを参照して説明する。本実施形態では通常のプラズマ処理を行う処理動作を継続する中で、所定の時間又は処理数毎にガス混合比率を点検する点検動作を交互に行うことになる。具体的な動作制御においては、図１２に示すように、まず上記実施形態と同様に開閉弁９を開いて混合ガス８を空間２へ供給し、高周波発生部６を作動させて空間２に高周波電圧を印加し、点灯回路１２を動作させてプラズマ１１を点灯させる。次にガス混合比率を点検する時期になったか否かの判定を行い（ステップＳ２）、点検時期でない場合には、図１４（ａ）に示すように、被処理物Ｗを所定位置に位置決めした後（ステップＳ３）、図１４（ｂ）に示すように、プラズマ発生部１を待機位置から処理位置に下降移動させ、被処理物Ｗの所定位置にプラズマ１１を照射してプラズマ処理を行い（ステップＳ４）、処理が終了すると、図１４（ｃ）に示すように、被処理物Ｗを搬出する（ステップＳ５）。次に、作業終了か否かの判定を行い（ステップＳ６）、作業終了でない場合はステップＳ２にリターンし、点検時期になるまで以上のプラズマ処理を行う通常の処理動作が繰り返される。

ステップＳ２の判定で点検時期になったときには、開閉弁９を閉じ、高周波発生部６の作動を停止して、図１４（ｄ）に示すように、プラズマ発生部１で発生しているプラズマ１１を消灯させて混合ガス８がそのまま吹き出している状態とした後（ステップＳ７）、図１４（ｅ）に示すように、プラズマ発生部１をガス濃度検出手段１５の配置位置まで移動させ（ステップＳ８）、ガス濃度検出手段１５にて混合ガス８の混合ガス比率（混合ガス８における反応性ガス２１の比率）を測定し（ステップＳ９）、制御部１４にて混合ガス比率が適正な所定範囲内であるか否かの判定を行い（ステップＳ１０）、所定範囲内であれば、図１４（ｆ）に示すように、プラズマ発生部１をプラズマ処理時の待機位置に移動させ（ステップＳ１１）、点検動作を終了してステップＳ１にリターンし、上記処理動作に復帰する。一方、混合ガス比率が所定範囲内でない場合は、制御部１４が警告部１７を作動させて異常表示を行い（ステップＳ１２）、処理を終了する。

なお、図１４に示した例では、図６に示したプラズマ処理装置３１のようにプラズマ発生部１が所定の移動範囲を移動可能で、その移動範囲にガス濃度検出手段１５が配置されている場合について示したが、図７に示したプラズマ処理装置４１のようにプラズマ発生部１が基本的に固定して配置されている場合には、図１５に示すように、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、プラズマ発生部１からプラズマ１１を吹き出した状態で被処理物Ｗを順次移動させることでプラズマ処理を繰り返し、点検時期になると、図１５（ｅ）〜（ｆ）に示すように、プラズマ発生部１のプラズマ１１を消灯させて混合ガス８をそのまま吹き出させるとともに、ガス濃度検出手段１５をセンサ移動手段４３にて移動させてプラズマ発生部１に対向する位置に移動させて混合ガス比率を測定するようにしても良い。

本実施形態においても、適当な時間間隔若しくは被処理物Ｗの処理数などによって点検動作を行うとともに、その点検動作において上記第１の実施形態と同様に反応性ガス濃度（ガス混合比率）を測定し、プラズマ１１の性能が不良となるようなガス混合比率の場合に、異常警報を発し、それによって適切な対策をとることによって、所望の処理状態を高い信頼性をもって確保することができ、不適正なプラズマ処理による不良品の大量を未然に防止することができる。

以上の実施形態では、プラズマ発生部１の構成として、図１６（ａ）に示すように、空間２を挟んで対向する誘電体４を介して一対の電極５ａ、５ｂを配設し、空間２にガスを供給するとともに高周波発生部６から電極５ａ、５ｂに高周波電圧を印加することで空間２で発生したプラズマ１１を吹き出すようにした例を示したが、本発明におけるプラズマ
発生部１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図１６（ｂ）に示すように、円筒状の反応容器５１の外周にコイル状のアンテナ５２を配設し、反応容器５１内にガスを供給するとともにコイル状のアンテナ５２に高周波発生部５３から高周波電力を印加することで誘導結合型のプラズマ５４を発生するようにしたものでも良い。また、図１６（ｃ）に示すように、誘電体から成る反応管６１の内側に内側電極６２を、外周に外側電極６３を配設し、電極６２、６３間に高周波電圧を印加し、反応管６１内にガスを供給することで反応管６１内でプラズマ６４を発生して吹き出すように構成したものでも良い。また、図１６（ｄ）に示すように、誘電体から成る反応管７１の外周に軸心方向に間隔をあけて一対の電極７２ａ、７２ｂを配設し、電極７２ａ、７２ｂ間に高周波発生部７３にて高周波電圧を印加し、反応管７１の一端からガスを供給することで反応管７１の他端からプラズマ７４を吹き出すように構成したものでも良い。また、図１６（ｅ）に示すように、断面形状が細長い長方形状の誘電体から成る反応管８１の外周に軸心方向に間隔をあけて一対の電極８２ａ、８２ｂを配設し、電極８２ａ、８２ｂ間に高周波発生部８３にて高周波電圧を印加し、反応管８１の一端からガスを供給することで反応管８１の他端からプラズマ８４を吹き出すように構成したものでも良い。

さらに別の好適なプラズマ発生部１の構成例を、図１７（ａ）、（ｂ）を参照して説明すると、断面円形の反応空間１０１を形成する誘電体からなる円筒状の反応容器１０２の周囲にコイル状のアンテナ１０３を配設し、アンテナ１０３に高周波電源１０４から高周波電圧を印加して反応空間１０１に高周波電界を印加し、反応容器１０２の上端１０２ａから第１の不活性ガス１０５を供給することで、反応容器１０２の下端１０２ｂから一次プラズマ１０６を吹き出すように構成されている。

反応容器１０２の下端１０２ｂ近傍の周囲に円筒状又は角筒形状の混合ガス容器１０７が配設され、その周壁上部に混合ガス１０８を内部に供給する複数のガス供給口１０９が配設されている。混合ガス容器１０７は、反応容器１０２の下端１０２ｂより下方に延出され、反応容器１０２の下端１０２ｂより下方の部分に、一次プラズマ１０６が衝突して二次プラズマ１１１を発生する下端開放の混合ガス領域１１０が形成されている。

このプラズマ発生部１の構成によれば、反応空間１０１で発生させた一次プラズマ１０６を混合ガス領域１１０の混合ガス１０８に衝突させることで反応性ガス２１のラジカルの密度の高い二次プラズマ１１１を効率的に発生させることができ、その二次プラズマ１１１を被処理物Ｗに照射することで効率的にプラズマ処理することができる。さらに、その混合ガス１０８におけるガス混合比率を所定範囲内に維持することで、所望の処理状態をさらに高い信頼性をもって確保することができる。

なお、図２、図１１、図１６、図１７においては、高周波発生部からの高周波電圧に対しての反射波を抑える整合回路を記載されず省略されているが、必要な場合には、反射波をゼロ近傍に抑制する整合回路を形成する。

本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、混合ガスの反応性ガス濃度の検出結果に基づいてプラズマの性能の良否を判定するので、性能不良が発生する恐れがある場合に未然に認識して適切な対策をとることができ、所望の処理状態を高い信頼性をもって確保することができるので、信頼性の高いプラズマ処理が要請されるプラズマ処理に有効に利用できる。

１ プラズマ発生部
２ 空間
５ａ、５ｂ 電極
６ 高周波発生部（電界印加手段）
８ 混合ガス
１０ ガス供給通路
１１ プラズマ
１４ 制御部（制御手段）
１５ ガス濃度検出手段
１８ 不活性ガス供給部
１９ 反応性ガス供給部
２０ 不活性ガス
２１ 反応性ガス
３１ プラズマ処理装置
３２ ロボット装置（移動手段）
４１ プラズマ処理装置
４２ 搬送手段（移動手段）
４３ センサ移動手段（移動手段）
１０２ 反応容器（一次プラズマ発生部）
１０６ 一次プラズマ
１０７ 混合ガス容器（二次プラズマ発生部）
１０８ 混合ガス
１１１ 二次プラズマ
Ｗ 被処理物

Claims (9)

1. 大気圧近傍の空間に不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給するとともに電界を印加してプラズマを発生させ、発生したプラズマを被処理物に照射して被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
   前記空間に供給される混合ガスの反応性ガス濃度を検出し、
   反応性ガス濃度の検出結果に基づいて被処理物に照射されるプラズマの性能の良否を判定する
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 大気圧近傍の第１の空間に不活性ガスを供給するとともに電界を印加して一次プラズマを発生させ、発生した一次プラズマを大気圧近傍の第２の空間に照射するとともに第２の空間に不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給して二次プラズマを発生させ、発生した二次プラズマを被処理物に照射して被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
   第２の空間に供給される混合ガスの反応性ガス濃度を検出し、
   反応性ガス濃度の検出結果に基づいて被処理物に照射されるプラズマの性能の良否を判定する
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
3. 電界の印加は、前記空間の近傍に配置した電極若しくはアンテナに、ＲＦ周波数帯、ＶＨＦ周波数帯若しくはマイクロ波周波数帯の高周波電圧、又は周波数が１ＫＨｚ以上の矩形波又はパルス波電圧を印加することで行うことを特徴とする請求項１又は２記載の大気圧プラズマ処理方法。
4. 前記空間への混合ガスのガス供給通路における前記空間の入口近傍で混合ガスの反応性ガス濃度を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の大気圧プラズマ処理方法。
5. 任意に設定した所定量の被処理物に対してプラズマ処理を行った後、若しくは任意に設定した所定時間のプラズマ処理を行った後、プラズマを消灯して前記空間から流出する混合ガスの反応性ガス濃度を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の大気圧プラズマ処理方法。
6. 大気圧近傍の空間とその近傍に配設された電極又はアンテナとを有するプラズマ発生部と、
   前記空間に不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給するガス供給手段と、
   電極又はアンテナに電力を供給して前記空間に電界を印加する電界印加手段と、
   前記空間で発生したプラズマを被処理物に照射するように被処理物とプラズマ発生部とを相対移動させる移動手段と、
   前記空間に供給される混合ガスの反応性ガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、
   反応性ガス濃度の検出結果に基づいて被処理物に照射されるプラズマの性能の良否を判定する制御手段とを
   備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 大気圧近傍の第１の空間とその近傍に配設された電極又はアンテナとを有する一次プラズマ発生部と、大気圧近傍の第２の空間に一次プラズマ発生部で発生した一次プラズマを照射するようにした二次プラズマ発生部とを有するプラズマ発生部と、
   第１の空間に不活性ガスを供給し、第２の空間に不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給するガス供給手段と、
   電極又はアンテナに電力を供給して第１の空間に電界を印加する電界印加手段と、
   第２の空間で発生した二次プラズマを被処理物に照射するように被処理物とプラズマ発生部とを相対移動させる移動手段と、
   第２の空間に供給される混合ガスの反応性ガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、
   反応性ガス濃度の検出結果に基づいて被処理物に照射されるプラズマの性能の良否を判定する制御手段とを
   備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
8. ガス濃度検出手段を前記空間への混合ガス供給通路における前記空間の入口近傍に配置したことを特徴とする請求項６又は７記載のプラズマ処理装置。
9. ガス濃度検出手段を被処理物の設置位置又は移動経路の近傍に配置し、プラズマ発生部でプラズマを消灯した状態で流出する混合ガスをガス濃度検出手段に吹き付け可能にプラズマ発生部とガス濃度検出手段を相対移動させる移動手段を設けたことを特徴とする請求項６又は７記載のプラズマ処理装置。

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