JP4157785B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、略常圧下において上下の電極間に被処理物を配し、電界を印加することにより、被処理物の表面改質、洗浄、成膜などのプラズマ表面処理を行なう常圧プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、一対の電極を上下に対向配置し、略常圧下において、これら電極間に処理ガスを導入するとともに電界を印加することによりグロー放電を起こさせ、電極間に配した被処理物のプラズマ表面処理を行なう装置が記載されている。下側の電極上には、アーク放電を防止するための固体誘電体が設置されている。
特許文献２には、上面に有機高分子からなる誘電体を焼成被膜した金属板を用意し、これを下側の電極上に載せ、その上に被処理物を置き、減圧下でプラズマ表面処理を行なうことが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開３０４０３５８号公報（第８図、第７頁）
【特許文献２】
特開昭５９−１５００８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のような常圧のプラズマ処理装置においては、減圧のものよりアーク放電が立ちやすく、それを防止する意味で固体誘電体の役割は重要である。しかし、固体誘電体が、電極と別体で、しかも下側電極の上に単に載せただけでは、不安定なだけでなく、電極と固体誘電体の当接面どうし間に微小隙間が出来て、そこでアークが立ちやすくなる。また、特許文献２のように誘電体被膜の金属板を電極上に単に載せただけでは、電極と金属板とが導通不良を起こすおそれがある。更に、アークの問題は上側電極で多く生じるところ、上掲特許文献のものでは、肝心の上側電極に適用できない。一方、固体誘電体が電極と一体になっていると、固体誘電体が傷んだとき、電極をもまるごと交換することになる。これはコストが嵩む。また、電極には、給電線や接地線は勿論、冷却用の配管が接続されることが多く、上記交換作業の度にそれらを脱着するのは煩雑である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、間に被処理物が配されるべき上下一対の電極を有し、略常圧下で上記電極間に電界を印加して放電を起こさせ、被処理物のプラズマ処理を行なう装置であって、上記一対の電極のうち少なくとも上側の電極が、他方の電極との対向側電極部材と、他方の電極とは逆の背向側電極部材とに分割されるととともに、これら電極部材が、着脱機構によって分離可能かつ互いに押し当て可能になっており、上記背向側電極部材には、温調用の冷媒を通す冷媒路と、電界印加手段からの給電線又は接地線の接続部と、装置本体への支持部が設けられ、上記対向側電極部材の他方の電極との対向面には、これを覆うようにして固体誘電体が一体に設けられ、上記対向側電極部材が、上記背向側電極部材より薄い板状をなし、上記対向側電極部材における上記他方の電極との対向面の面積と上記背向側電極部材との接触面積とがほぼ同じ大きさであり、上記対向側電極部材には、ボルト孔が形成されており、上記着脱機構が、上記ボルト孔と、上記背向側電極部材を通して上記ボルト孔にねじ込まれるボルトとにより構成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係るプラズマ処理装置によれば、固体誘電体を、上側の電極にも、勿論下側の電極にも安定して設置できる。しかも、設置状態において背向側電極部材と対向側電極部材とを着脱機構によって互いに押し当てることができ、これら電極部材間の導通状態を良好に維持することができる。更に、電極のうち背向側電極部材を残して、すなわち電極をまるごと交換することなく、しかも給電又は接地用の配線や冷媒路に連なる配管の脱着作業を要することなく、固体誘電体の交換作業を行なうことができる。
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、上記対向側電極部材には、ボルト孔が形成されており、上記着脱機構が、上記ボルト孔と、上記背向側電極部材を通して上記ボルト孔にねじ込まれるボルトとにより構成されていることによって、対向側電極部材を背向側電極部材に確実に着脱可能に押し当てることができ、ひいては固体誘電体を安定的に設置することができる。また、ボルトの箇所でアークが発生したりプラズマの均一性が損なわれたりするのを確実に防止することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、間に被処理物が配されるべき上下一対の電極を有し、略常圧下で上記電極間に電界を印加して放電を起こさせ、被処理物のプラズマ処理を行なう装置であって、上記一対の電極のうち少なくとも上側の電極が、他方の電極との対向側電極部材と、他方の電極とは逆の背向側電極部材とに分割されるととともに、これら電極部材が、着脱機構によって分離可能かつ互いに押し当て可能になっており、上記背向側電極部材には、温調用の冷媒を通す冷媒路と、電界印加手段からの給電線又は接地線の接続部と、装置本体への支持部が設けられ、上記対向側電極部材の他方の電極との対向面には、これを覆うようにして固体誘電体が一体に設けられ、上記対向側電極部材が、薄板状ないしは膜状をなしており、上記背向側電極部材には、上記対向側電極部材との分割面に開口する吸引孔が形成され、この吸引孔に吸引手段が連ねられることにより上記着脱機構が構成されており、吸引手段によって対向側電極部材が吸引孔に吸い付けられる。これによって、対向側電極部材を背向側電極部材に確実に着脱可能に押し当てることができ、ひいては固体誘電体を安定的に設置することができる。また、吸引孔の箇所でプラズマの均一性が損なわれるのを確実に防止することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明では、上側の電極における対向側電極部材および固体誘電体が、上記着脱機構とは別の係着手段に係着され、ひいては該対向側電極部材及び固体誘電体の落下が阻止されることが好ましい。これによって、吸引を停止したときに上側の固体誘電体および対向側電極部材が落下するのを防止することができる。
【００１０】
請求項１に係る発明では、上記固体誘電体が、板状をなし、この板状固体誘電体の周縁部が、上記対向側電極部材より突出されており、この板状固体誘電体の周縁突出部分と対向側電極部材の周側面とに、誘電体からなる添え部材が宛がわれていることが好ましい。請求項２に係る発明では、上記固体誘電体が、板状をなし、この板状固体誘電体の周縁部が、上記背向側電極部材より突出されており、この板状固体誘電体の周縁突出部分と背向側電極部材の周側面とに、誘電体からなる添え部材が宛がわれていることが好ましい。これによって、アークが、電極の周縁から板状固体誘電体の周縁を回り込むようにして伝わるのを防止することができる。
【００１１】
上記固体誘電体が、板状をなし、この板状固体誘電体と対向側電極部材とが、互いの熱膨縮の差を吸収可能な伸縮性とその伸縮によっても接着状態を維持可能な接着強度とを有する接着剤にて接着されていることが望ましい。これによって、固体誘電体を容易に付けることができるとともに、対向側電極部材や板状固体誘電体に熱応力が生じるのを防止することができる。
【００１２】
表面処理にフッ素を用いる場合には、上記固体誘電体における他方の電極との対向面に、フッ素を含有するシートを貼ることが好ましい。これによって、シートのフッ素をプラズマ化して所望の処理を行なうことができ、処理ガスにフッ素を含ませる必要がなく、例えばＮ2などの不活性ガスだけを電極間空間へ導入するだけで済み、処理ガス供給構造を簡素化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る常圧プラズマ処理装置Ｍ１を示したものである。プラズマ処理装置Ｍ１は、上下一対の電極ユニット１０，２０を備えている。これら電極ユニット１０，２０の間に形成されたプラズマ化空間１ａに薄板状のワークＷ（被処理物）が配置（具体的には下側電極ユニット２０の上面に載置）され、常圧下においてこのワークＷの上面が洗浄（表面処理）されるようになっている。
【００１４】
下側のアース電極ユニット２０は、平面視四角形の厚板状をなすアース電極２１と、このアース電極２１の四隅に装着された樹脂製の電極ホルダ２２とを有し、図示しない装置本体に支持されている。アース電極２１は、接地線４２を介して接地されている。アース電極２１の上面および側面には、例えばアルミナからなる固体誘電体の溶射膜２３が形成されている。アース電極２１の内部には、冷媒通路２１ａが形成されている。この冷媒通路２１ａに冷媒が通されることにより、アース電極２１が冷却または加温（温度調節）されるようになっている。
【００１５】
上側のホット電極ユニット１０は、平面視左右に長い四角形のホット電極１１と、このホット電極１１の四隅に装着された電極ホルダ３０Ｆ，３０Ｒ，３０Ｓとを有している。
【００１６】
図１に示すように、前側の電極ホルダ３０Ｆは、逆Ｌ字状をなしてホット電極１１に直接宛がわれた内ホルダ部材３１と、その前方外側に設けられた外ホルダ部材３２と、これらホルダ部材３１，３２の上側に設けられた上板３３と、ホルダ部材３２の下側に設けられた下板３４とを有し、ホット電極１１の前端部に沿って左右（図１の紙面と直交する方向）に細長く延びている。
【００１７】
前側ホルダ３０Ｆには、処理ガス源５０と協働する処理ガス導入機構が組み込まれている。すなわち、前側ホルダ３０Ｆの外ホルダ部材３２には、処理ガスの導入路３２ａが形成されている。導入路３２ａは、受容れ路３２ｂと、チャンバー３２ｃと、スリット３２ｄとを上流側から順次連ねることによって構成されている。受容れ路３２ｂの上流端は、フレキシブルチューブからなる処理ガス供給管５１を介して処理ガス源５０に連ねられている。処理ガス源５０には、洗浄用処理ガスとして例えばＮ2やＯ2などが貯えられている。
【００１８】
チャンバー３２ｃは、大容積を有して外ホルダ部材３２の略全長にわたって延び、受容れ路３２ｂからの処理ガスを左右長手方向に均一化できるようになっている。スリット３２ｄは、チャンバー３２ｃの全長域からホット電極１１へ近づくように斜め下に延びている。このスリット３２ｄの全長域に吹出し路３０ａが連なっている。吹出し路３０ａは、内ホルダ部材３１のＲ取りされた下端部と、下板３４の曲面加工された端縁とによって形成され、図１の紙面と直交する左右に延びている。吹出し路３０ａは、後方すなわち電極ユニット１０の内側へ向けて斜め下に開口されている。
【００１９】
なお、下板３４をホルダ部材３２にボルト締めするボルト孔３４ａは、前後方向に長い長孔になっている。これにより、下板３４の前後位置を調節でき、ひいては吹出し路３０ａの幅を拡縮することができるようになっている。また、下板３４には、チャンバー３２ｃに連なる他の吹出し路３４ｂが形成されている。吹出し路３４ｂは、吹出し路３０ａより前側に位置し、前方へ向けて斜め下に開口している。
【００２０】
ホット電極１１の後側のホルダ３０Ｒは、前側ホルダ３０Ｆを前後に反転させた構造をなしている。すなわち、電極ホルダ３０Ｒは、内外のホルダ部材３５，３６と、上下の板３７，３８を有している。後側ホルダ３０Ｒには、真空ポンプ５３（排気手段）と協働する排気機構が組み込まれている。すなわち、内ホルダ部材３５と下板３８とによって、吸込み路３０ｂが形成されている。下板３８のボルト孔３８ａが長孔になることによって、下板３８の前後位置を調節でき、吸込み路３０ｂを拡縮できるようになっている。外ホルダ部材３６には、排気路３６ａが形成されている。排気路３６ａは、吸込み路３０ｂから延びるスリット３６ｄと、このスリット３６ｄに連なるチャンバー３６ｃと、このチャンバー３６ｃに連なる導出路３６ｂとを有している。導出路３６ｂの下流端は、フレキシブルチューブからなる排気管５２を介して真空ポンプ５３に連なっている。
【００２１】
図２に示すように、ホット電極１１の左右両側のホルダ３０Ｓは、逆Ｌ字状をなして前後方向に長く延び、ホット電極１１の左右側部に宛がわれている。これらホルダ３０Ｓには、カーテンガス源５４と協働するガスカーテン機構が組み込まれている。すなわち、各ホルダ３０Ｓには、カーテンガスの導入路３０ｃが形成されている。導入路３０ｃは、垂直路３０ｄと、水平路３０ｅと、吹出し路３０ｆ，３０ｇとを有している。垂直路３０ｄは、ホルダ３０Ｓの長手方向中央において上下に延びている。垂直路３０ｄの上端は、フレキシブルチューブからなるカーテンガス供給管５５を介してカーテンガス源５４に接続されている。カーテンガス源５４には、カーテンガスとして例えばＮ2などの不活性ガスが貯えられている。なお、上記処理ガスがカーテンガスと同一物質の場合には、処理ガス源５０をカーテンガス源として兼用させてもよい。
【００２２】
水平路３０ｅは、垂直路３０ｄの下端部に連なるとともにホルダ３０Ｓの略全長域にわたって前後に延びている。水平路３０ｅの底部から吹出し路３０ｆ，３０ｇが延びている。これら吹出し路３０ｆ，３０ｇは、互いに側面視「ハ」字状をなしている。すなわち、吹出し路３０ｆは、左右内側へ向けて斜め下へ延び、ホルダ３０Ｓの下端面に開口している。一方、吹出し路３０ｇは、左右外側へ向けて斜め下へ延び、ホルダ３０Ｓの下端面に開口している。なお、吹出し路３０ｆ，３０ｇは、細孔状をなし、ホルダ３０Ｓの略全長域にわたるように前後に間隔を置いて複数配置されているが、ホルダ３０Ｓの略全長域にわたるスリット状に形成してもよい。
【００２３】
本発明の特徴部分について説明する。
図１および図２に示すように、装置Ｍ１の上側のホット電極１１は、アース電極２１と対向する下側に配された対向側電極部材１２と、アース電極２１とは逆の上側に配された背向側電極部材１３とに分割されている。
【００２４】
背向側電極部材１３について詳述する。背向側電極部材１３は、導電金属、好ましくは軽量なアルミニウムによって厚肉の板状に形成されている。詳細な図示は省略するが、背向側電極部材１３は、懸架ブラケット１９を介して上記装置本体に前後スライド可能に懸架、支持されている。（背向側電極部材１３の懸架ブラケット１９との連結部が、「装置本体への支持部」となっている。）これによって、ホット電極ユニット１０が、アース電極ユニット２０の真上に対向するセット位置（図１の状態）と、後方（図１において左方）に退避してアース電極ユニット２０の上面を露出させる退避位置（図示省略）との間で水平移動可能になっている。セット位置において、上下の電極ユニット１０，２０間（後記樹脂シート７６（図３）と溶射膜２３との間）には、例えば１〜２ｍｍ程度の厚さの隙間すなわち上記プラズマ化空間１ａが形成されるようになっている。
【００２５】
また、図１に示すように、背向側電極部材１３は、給電線４１との接続部を有し、この給電線４１を介してパルス電源４０（電界印加手段）に電気的に接続されている。パルス電源４０は、所定高さのパルス状の電圧を所定周期でホット電極１１に供給するようになっている。
【００２６】
さらに、図１および図２に示すように、背向側電極部材１３の内部には、冷媒通路１３ａが形成されている。冷媒通路１３ａは、平面視Ｕ字状をなして左右に延びるとともに、両端が背向側電極部材１３の上面に開口されている。冷媒通路１３ａの上流端には、フレキシブルチューブからなる冷媒導入管６１が連ねられ、下流端には、フレキシブルチューブからなる冷媒導出管６２が連ねられている。（すなわち、背向側電極部材１３には、冷媒用の配管接続部が設けられている。）導入管６１からの冷水や温水などの冷媒が、冷媒通路１３ａに通されることにより、ホット電極１１が冷却または加温（温度調節）されるようになっている。その後、冷媒は、導出管６２を経て排出されるようになっている。
【００２７】
次に、ホット電極１１の対向側電極部材１２について説明する。対向側電極部材１２は、背向側電極部材１３と同様に、導電金属、好ましくは軽量なアルミニウムによって構成され、背向側電極部材１３と同一の平面形状で、かつ、背向側電極部材１３より薄い板状をなしている。対向側電極部材１２の下面の隅部は、全周にわたってＲ取りされている。
【００２８】
対向側電極部材１２の下面（アース電極２１との対向面）には、誘電体板７１が設けられている。誘電体板７１は、薄く（例えば厚さ１ｍｍ程度）透明な石英ガラスで構成され、ホット電極１１に対する固体誘電体としての役割を担っている。勿論、この誘電体板７１は、ホット電極１１の背向側電極部材１３とは別体物である。
【００２９】
図３に示すように、誘電体板７１の下面には、薄い樹脂シート７６が接着されている。このシート７６は、フッ素を含有する樹脂、例えばテトラフルオロエチレンで構成されている。
【００３０】
対向側電極部材１２と誘電体板７１とは、紫外線硬化接着剤７４（光硬化接着剤）によって接着されている。この接着剤７４は、加水分解性官能基（例えばアルコキシ基）を有する珪素系の化合物と、紫外線（光）照射により上記珪素系化合物の反応、重合、または架橋を促進させる化合物（例えばカルボン酸無水物、カルボン酸イミド、ジアシルホスフィンオキサイドなど）とを含有しており、誘電体板７１と対向側電極部材１２が熱で相対的に膨張・収縮するとき、両者の接着状態を維持しつつその熱膨縮の差を吸収する程度の伸縮性を有している。
【００３１】
なお、硬化前の接着剤７４は、粘度が低い。この低粘度の接着剤７４を対向側電極部材１２と誘電体板７１の間に塗布した後、誘電体板７１を小さく揺する。これにより、接着剤７４内から気泡を確実に除去することができる。その後、接着剤７４に紫外線を当てて硬化させる。誘電体板７１は透明な石英ガラスで構成されているので、紫外線を十分に透過させることができる。
【００３２】
図１および図２に示すように、上記誘電体板７１の周縁部は、対向側電極部材１２の周縁部より突出している。この誘電体板７１の周縁突出部分の上面と対向側電極部材１２の周側面とに、角材状をなす上記添え部材７３が宛がわれている。添え部材７３は、誘電体の樹脂で構成されている。添え部材７３は、対向側電極部材１２の４つの縁に合わせて４つに分割されているが、一体に連なって枠状をなしていてもよい。添え部材７３は、水平なボルト７５によって対向側電極部材１２の周側面に固定されている。このボルト７５は、誘電体の樹脂によって形成されている。
【００３３】
ホット電極１１の２つの分割部材１２，１３どうしの接合構造について説明する。
背向側電極部材１３には、上面から下面へ貫通する挿通孔１３ｂが適宜な間隔を置いて複数形成されている。対向側電極部材１２の上記挿通孔１３ｂに対応する位置には、内周面に雌ネジを有するボルト孔１２ａが形成されている。ボルト孔１２ａは、対向側電極部材１２の上面から厚さ方向の中程まで形成され、対向側電極部材１２の下面へは達していない。（したがって、対向側電極部材１２の下面は、ボルト孔１２ａの配置箇所においても滑らかな状態になっており、ひいては下面全体が滑らかになっている。）そして、ボルト１４が、挿通孔１３ｂを通してボルト孔１２ａにねじこまれている。このボルト１４によって、対向側電極部材１２が、背向側電極部材１３に引き付けられ、押し当てられている。
ボルト１４と孔１２ａ，１３ｂによって、対向側電極部材１２の「着脱機構」が構成されている。
【００３４】
上記のように構成された常圧プラズマ処理装置Ｍ１を用いてワークＷの洗浄処理を行なう手順を説明する。
ホット電極ユニット１０を退避位置に位置させ、アース電極ユニット２０の上面に処理対象のワークＷを載せる。そして、ホット電極ユニット１０を前進させてセット位置に位置させる。
【００３５】
次いで、処理ガスを、処理ガス源５０から供給管５１を経て受容れ路３２ｂに導入する。この処理ガスが、チャンバー３２ｃで均一化された後、スリット３２ｄを経て吹出し路３０ａから電極ユニット１０，２０間のプラズマ化空間１ａへ吹出される。
【００３６】
なお、処理ガスとして例えばＮ2を用いるときは、吹出し路３０ａの前方の吹出し路３４ｂを開けておき、そこからもＮ2が吹出されるようにするとよい。これにより、吹出し路３０ａからの吹出し流を外部から遮断でき、外の空気がプラズマ化空間１ａに取り込まれるのを防止することができる。
【００３７】
また、パルス電源４０をオンする。これにより、ホット電極１１の背向側電極部材１３にパルス電圧が印加される。ホット電極１１の２つの分割部材１２，１３どうしは互いに押し付けられ、良好な導通状態になっているので、対向側電極部材１２にも、上記のパルス電圧がロスなく確実に印加されることになる。これによって、上下の電極１１，２１間のプラズマ化空間１ａに電界が形成される。この電界は、ボルト１４やボルト孔１２ａからなる着脱機構の影響を受けることがない。よって、プラズマ化空間１ａ内にアークを発生させることなく均一なグロー放電を形成することができる。このグロー放電によって上記プラズマ化空間１ａを流れる処理ガスをプラズマ化できる。更に、シート７６の含有フッ素をプラズマ化して空間１ａ内に飛び出させ、上記プラズマ化した処理ガスに混ぜることができる。これによって、ワークＷの上面を良好にプラズマ洗浄することができる。シート７６からフッ素を出すことができるので、処理ガスにフッ素を含ませておく必要がなく、処理ガス供給構成を簡素化できる。
【００３８】
併行して、カーテンガスを、カーテンガス源５４から供給管５５を経て左右の導入路３０ｃに導入する。このカーテンガスは、路３０ｃの垂直路３０ｄを経て水平路３０ｅに沿って前後方向に均一に拡げられる。そして、水平路３０ｅの全長域から吹出し路３０ｆ，３０ｇを経て、ホルダ３０Ｓ，２２間の隙間にそれぞれ吹出される。そのうち内向きの吹出し路３０ｆからのカーテンガスによって、上記処理ガスがプラズマ化空間１ａから漏れるのを防止することができる。一方、外向きの吹出し路３０ｇからのカーテンガスによって、外の空気がプラズマ化空間１ａ内に取り込まれるのを防止することができる。
【００３９】
使用済みの処理ガスおよびカーテンガスは、後側ホルダ３０Ｒの吸込み路３０ｂに吸い込まれ、排気路３６ａおよび排気管５２を経て真空ポンプ５３に吸込まれ排気される。
処理終了後は、処理ガスおよびカーテンガスの投入を停止するとともに電源を停止する。そして、ホット電極ユニット１０を押して退避位置に位置させ、アース電極ユニット２０上の洗浄済みワークＷを取り出す。
【００４０】
常圧プラズマ処理装置Ｍ１によれば、誘電体板７１を、電極１１の一部すなわち電極部材１３に対して着脱可能に、しかも安定的に設置できる。この着脱機構からは、アークが発生したりプラズマの均一性が損なわれたりすることはない。そして、誘電体板７１が傷んだり汚れたりしたときは、ボルト１４を外すことにより、電極１１の一部すなわち背向側電極部材１３とは別途に容易に交換することができる。すなわち、電極１１全体を交換する必要がない。したがって、電極１１の背向側電極部材１３に繋がっている給電線４１や冷媒用の配管６１，６２を脱着したり、背向側電極部材１３を懸架ブラケット１９から外したりする必要がない。
【００４１】
また、接着剤７４が硬化前に十分に脱泡され、対向側電極部材１２と誘電体板７１との間が気泡の殆ど無い接着剤７４で充填されているので、これら部材１２，７１の間でアークが発生するのを確実に防止できる。
更に、誘電体の添え部材７３によって対向側電極部材１２の周側面からのアークを防止でき、ひいてはアークが誘電体板７１の周縁部を回り込むようにして伝わりアース電極２１に落ちるのを防止できる。しかも、ボルト７５が誘電体樹脂で形成されているので、対向側電極部材１２の周側面からのアークを一層確実に防止できる。なお、背向側電極部材１３の周側部とホルダ３５，３０Ｓを止めるボルト３９についてもアーク防止のために誘電体樹脂で構成するのが好ましい。
【００４２】
電圧印加によって対向側電極部材１２と誘電体板７１が互いに異なる度合いで熱膨張したときは、ＵＶ硬化型接着剤７４が両部材１２，７１の接着状態を維持しながら伸縮することによって、これら部材１２，７１の膨張差を吸収でき、これら部材１２，７１に熱応力が生じるのを防止することができる。
【００４３】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図４および図５は、本発明の第２実施形態に係る常圧プラズマ処理装置Ｍ２を示したものである。図６に示すように、このプラズマ処理装置Ｍ２では、ホット電極１１が背向側電極部材１３と対向側電極部材１５とに分割されている点で既述の装置Ｍ１と同様であるが、対向側電極部材１５が、アルミ箔で形成されている（極薄板状ないしは膜状をなしている）点で装置Ｍ１と異なっている。このアルミ箔からなる対向側電極部材１５が、ＵＶ硬化型接着剤７４によって誘電体板７１に接着されている。
【００４４】
図４および図５に示すように、ホット電極１１の背向側電極部材１３には、上面から下面に貫通する吸引孔１３ｃが適宜な間隔を置いて複数形成されている。これら吸引孔１３ｃの上面開口が、フレキシブルチューブからなる吸引管８１を介して真空ポンプ８０（吸引手段）に連ねられている。吸引孔１３ｃと真空ポンプ８０とによって「着脱機構」が構成されている。なお、真空ポンプ８０は、処理ガスおよびカーテンガスの排出用真空ポンプ５３と共通の真空ポンプを用いることにしてもよい。
【００４５】
真空ポンプ８０を駆動することによってアルミ箔からなる対向側電極部材１５が吸引孔１３ｃに吸い付けられるようになっている。これにより、対向側電極部材１２を背向側電極部材１３に押し付けることができ、良好な導通状態を得ることができる。ひいては、誘電体板７１をホット電極１１に安定的に設置できるとともに、容易に着脱することができる。
【００４６】
しかも、対向側電極部材１５は、吸引孔１３ｃの箇所でも滑らかさを損なっておらず、且つ、この吸引孔１３ｃの箇所でも電界を一様に加えることができるので、該箇所でアークが発生したりプラズマの均一性が損なわれたりすることはない。
【００４７】
なお、誘電体板７１の周縁部は、対向側電極部材１５より突出され、この誘電体板７１の周縁突出部分の上面に添え部材７３が接着されている。また、誘電体板７１の周端縁はエッジになっており、このエッジが添え部材７３の下面に形成された切り込み７３ａに嵌め込まれている。
【００４８】
上記電極部材１３，１５どうしの吸引接合状態において、添え部材７３は、背向側電極部材１３の周側面に宛がわれている。これによって、背向側電極部材１３の周側面からアークが出るのを防止できる。
【００４９】
添え部材７３は、ボルト７９（係着手段）によってホルダ３０Ｆ，３０Ｒ，３０Ｓに係着されている。これによって、真空ポンプ８０を停止しても、対向側電極１５および誘電体板７１が落下することはない。
上記ボルト７９は、誘電体の樹脂で構成されている。これによって、背向側電極部材１３の周側面からのアーク発生を一層確実に防止することができる。
【００５０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
例えば、下側のアース電極２１にも本発明の分割構造を適用してもよい。
対向側電極部材の他方の電極との対向面に設けられる固体誘電体は、石英ガラスなどの板部材に代えて、アルミナなどの溶射膜で構成してもよい。
電極構造は、上記実施形態のような平行平板電極に限定されず、種々の形状のものに適用可能である。電極は、２分割に限らず、３つ以上に分割されていてもよい（対向側電極部材を更に２以上に分割してもよく、背向側電極部材を更に２以上に分割してもよい）。
本発明は、グロー放電に限らず、コロナ放電によるプラズマ処理にも適用でき、洗浄に限らず、成膜、表面改質、エッチング、アッシングなどの種々のプラズマ処理にあまねく適用できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、固体誘電体を、上側の電極にも、勿論下側の電極にも安定して設置できる。しかも、設置状態において背向側電極部材と対向側電極部材とを着脱機構によって互いに押し当てることができ、これら電極部材間の導通状態を良好に維持することができる。更に、電極のうち背向側電極部材を残して、すなわち電極をまるごと交換することなく、しかも給電又は接地用の配線や冷媒路に連なる配管の脱着作業を要することなく、固体誘電体の交換作業を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る常圧プラズマ処理装置を前後方向に沿って切断した断面図である。
【図２】上記常圧プラズマ処理装置を左右方向に沿って切断した断面図である。
【図３】上記常圧プラズマ処理装置の電極対向部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る常圧プラズマ処理装置を前後方向に沿って切断した断面図である。
【図５】上記第２実施形態に係る常圧プラズマ処理装置を左右方向に沿って切断した断面図である。
【図６】上記第２実施形態に係る常圧プラズマ処理装置の電極対向部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
Ｍ１，Ｍ２ 常圧プラズマ処理装置
Ｗ ワーク（被処理物）
１０ ホット電極ユニット
１１ ホット電極（上側の電極）
１２ 対向側電極部材
１２ａ ボルト孔（着脱機構の構成要素）
１３ 背向側電極部材
１３ａ 冷媒通路
１３ｂ 挿通孔（着脱機構の構成要素）
１３ｃ 吸引孔（着脱機構の構成要素）
１４ ボルト（着脱機構の構成要素）
１５ 対向側電極部材
１９ 懸架ブラケット（ホット電極の支持部材）
２０ アース電極ユニット
２１ アース電極（下側の電極）
４０ パルス電源（電界印加手段）
４１ 給電線
５０ 処理ガス源
６１ 冷媒導入管
６２ 冷媒導出管
７１ 誘電体板（固体誘電体）
７３ 添え部材
７６ 樹脂シート（フッ素を含有する樹脂シート）
７９ ボルト（係着手段）
８１ 吸引管（着脱機構の構成要素）
８０ 真空ポンプ（吸引手段、着脱機構の構成要素）
【発明の属する技術分野】
この発明は、略常圧下において上下の電極間に被処理物を配し、電界を印加することにより、被処理物の表面改質、洗浄、成膜などのプラズマ表面処理を行なう常圧プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、一対の電極を上下に対向配置し、略常圧下において、これら電極間に処理ガスを導入するとともに電界を印加することによりグロー放電を起こさせ、電極間に配した被処理物のプラズマ表面処理を行なう装置が記載されている。下側の電極上には、アーク放電を防止するための固体誘電体が設置されている。
特許文献２には、上面に有機高分子からなる誘電体を焼成被膜した金属板を用意し、これを下側の電極上に載せ、その上に被処理物を置き、減圧下でプラズマ表面処理を行なうことが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開３０４０３５８号公報（第８図、第７頁）
【特許文献２】
特開昭５９−１５００８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のような常圧のプラズマ処理装置においては、減圧のものよりアーク放電が立ちやすく、それを防止する意味で固体誘電体の役割は重要である。しかし、固体誘電体が、電極と別体で、しかも下側電極の上に単に載せただけでは、不安定なだけでなく、電極と固体誘電体の当接面どうし間に微小隙間が出来て、そこでアークが立ちやすくなる。また、特許文献２のように誘電体被膜の金属板を電極上に単に載せただけでは、電極と金属板とが導通不良を起こすおそれがある。更に、アークの問題は上側電極で多く生じるところ、上掲特許文献のものでは、肝心の上側電極に適用できない。一方、固体誘電体が電極と一体になっていると、固体誘電体が傷んだとき、電極をもまるごと交換することになる。これはコストが嵩む。また、電極には、給電線や接地線は勿論、冷却用の配管が接続されることが多く、上記交換作業の度にそれらを脱着するのは煩雑である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、間に被処理物が配されるべき上下一対の電極を有し、略常圧下で上記電極間に電界を印加して放電を起こさせ、被処理物のプラズマ処理を行なう装置であって、上記一対の電極のうち少なくとも上側の電極が、他方の電極との対向側電極部材と、他方の電極とは逆の背向側電極部材とに分割されるととともに、これら電極部材が、着脱機構によって分離可能かつ互いに押し当て可能になっており、上記背向側電極部材には、温調用の冷媒を通す冷媒路と、電界印加手段からの給電線又は接地線の接続部と、装置本体への支持部が設けられ、上記対向側電極部材の他方の電極との対向面には、これを覆うようにして固体誘電体が一体に設けられ、上記対向側電極部材が、上記背向側電極部材より薄い板状をなし、上記対向側電極部材における上記他方の電極との対向面の面積と上記背向側電極部材との接触面積とがほぼ同じ大きさであり、上記対向側電極部材には、ボルト孔が形成されており、上記着脱機構が、上記ボルト孔と、上記背向側電極部材を通して上記ボルト孔にねじ込まれるボルトとにより構成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係るプラズマ処理装置によれば、固体誘電体を、上側の電極にも、勿論下側の電極にも安定して設置できる。しかも、設置状態において背向側電極部材と対向側電極部材とを着脱機構によって互いに押し当てることができ、これら電極部材間の導通状態を良好に維持することができる。更に、電極のうち背向側電極部材を残して、すなわち電極をまるごと交換することなく、しかも給電又は接地用の配線や冷媒路に連なる配管の脱着作業を要することなく、固体誘電体の交換作業を行なうことができる。
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、上記対向側電極部材には、ボルト孔が形成されており、上記着脱機構が、上記ボルト孔と、上記背向側電極部材を通して上記ボルト孔にねじ込まれるボルトとにより構成されていることによって、対向側電極部材を背向側電極部材に確実に着脱可能に押し当てることができ、ひいては固体誘電体を安定的に設置することができる。また、ボルトの箇所でアークが発生したりプラズマの均一性が損なわれたりするのを確実に防止することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、間に被処理物が配されるべき上下一対の電極を有し、略常圧下で上記電極間に電界を印加して放電を起こさせ、被処理物のプラズマ処理を行なう装置であって、上記一対の電極のうち少なくとも上側の電極が、他方の電極との対向側電極部材と、他方の電極とは逆の背向側電極部材とに分割されるととともに、これら電極部材が、着脱機構によって分離可能かつ互いに押し当て可能になっており、上記背向側電極部材には、温調用の冷媒を通す冷媒路と、電界印加手段からの給電線又は接地線の接続部と、装置本体への支持部が設けられ、上記対向側電極部材の他方の電極との対向面には、これを覆うようにして固体誘電体が一体に設けられ、上記対向側電極部材が、薄板状ないしは膜状をなしており、上記背向側電極部材には、上記対向側電極部材との分割面に開口する吸引孔が形成され、この吸引孔に吸引手段が連ねられることにより上記着脱機構が構成されており、吸引手段によって対向側電極部材が吸引孔に吸い付けられる。これによって、対向側電極部材を背向側電極部材に確実に着脱可能に押し当てることができ、ひいては固体誘電体を安定的に設置することができる。また、吸引孔の箇所でプラズマの均一性が損なわれるのを確実に防止することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明では、上側の電極における対向側電極部材および固体誘電体が、上記着脱機構とは別の係着手段に係着され、ひいては該対向側電極部材及び固体誘電体の落下が阻止されることが好ましい。これによって、吸引を停止したときに上側の固体誘電体および対向側電極部材が落下するのを防止することができる。
【００１０】
請求項１に係る発明では、上記固体誘電体が、板状をなし、この板状固体誘電体の周縁部が、上記対向側電極部材より突出されており、この板状固体誘電体の周縁突出部分と対向側電極部材の周側面とに、誘電体からなる添え部材が宛がわれていることが好ましい。請求項２に係る発明では、上記固体誘電体が、板状をなし、この板状固体誘電体の周縁部が、上記背向側電極部材より突出されており、この板状固体誘電体の周縁突出部分と背向側電極部材の周側面とに、誘電体からなる添え部材が宛がわれていることが好ましい。これによって、アークが、電極の周縁から板状固体誘電体の周縁を回り込むようにして伝わるのを防止することができる。
【００１１】
上記固体誘電体が、板状をなし、この板状固体誘電体と対向側電極部材とが、互いの熱膨縮の差を吸収可能な伸縮性とその伸縮によっても接着状態を維持可能な接着強度とを有する接着剤にて接着されていることが望ましい。これによって、固体誘電体を容易に付けることができるとともに、対向側電極部材や板状固体誘電体に熱応力が生じるのを防止することができる。
【００１２】
表面処理にフッ素を用いる場合には、上記固体誘電体における他方の電極との対向面に、フッ素を含有するシートを貼ることが好ましい。これによって、シートのフッ素をプラズマ化して所望の処理を行なうことができ、処理ガスにフッ素を含ませる必要がなく、例えばＮ2などの不活性ガスだけを電極間空間へ導入するだけで済み、処理ガス供給構造を簡素化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る常圧プラズマ処理装置Ｍ１を示したものである。プラズマ処理装置Ｍ１は、上下一対の電極ユニット１０，２０を備えている。これら電極ユニット１０，２０の間に形成されたプラズマ化空間１ａに薄板状のワークＷ（被処理物）が配置（具体的には下側電極ユニット２０の上面に載置）され、常圧下においてこのワークＷの上面が洗浄（表面処理）されるようになっている。
【００１４】
下側のアース電極ユニット２０は、平面視四角形の厚板状をなすアース電極２１と、このアース電極２１の四隅に装着された樹脂製の電極ホルダ２２とを有し、図示しない装置本体に支持されている。アース電極２１は、接地線４２を介して接地されている。アース電極２１の上面および側面には、例えばアルミナからなる固体誘電体の溶射膜２３が形成されている。アース電極２１の内部には、冷媒通路２１ａが形成されている。この冷媒通路２１ａに冷媒が通されることにより、アース電極２１が冷却または加温（温度調節）されるようになっている。
【００１５】
上側のホット電極ユニット１０は、平面視左右に長い四角形のホット電極１１と、このホット電極１１の四隅に装着された電極ホルダ３０Ｆ，３０Ｒ，３０Ｓとを有している。
【００１６】
図１に示すように、前側の電極ホルダ３０Ｆは、逆Ｌ字状をなしてホット電極１１に直接宛がわれた内ホルダ部材３１と、その前方外側に設けられた外ホルダ部材３２と、これらホルダ部材３１，３２の上側に設けられた上板３３と、ホルダ部材３２の下側に設けられた下板３４とを有し、ホット電極１１の前端部に沿って左右（図１の紙面と直交する方向）に細長く延びている。
【００１７】
前側ホルダ３０Ｆには、処理ガス源５０と協働する処理ガス導入機構が組み込まれている。すなわち、前側ホルダ３０Ｆの外ホルダ部材３２には、処理ガスの導入路３２ａが形成されている。導入路３２ａは、受容れ路３２ｂと、チャンバー３２ｃと、スリット３２ｄとを上流側から順次連ねることによって構成されている。受容れ路３２ｂの上流端は、フレキシブルチューブからなる処理ガス供給管５１を介して処理ガス源５０に連ねられている。処理ガス源５０には、洗浄用処理ガスとして例えばＮ2やＯ2などが貯えられている。
【００１８】
チャンバー３２ｃは、大容積を有して外ホルダ部材３２の略全長にわたって延び、受容れ路３２ｂからの処理ガスを左右長手方向に均一化できるようになっている。スリット３２ｄは、チャンバー３２ｃの全長域からホット電極１１へ近づくように斜め下に延びている。このスリット３２ｄの全長域に吹出し路３０ａが連なっている。吹出し路３０ａは、内ホルダ部材３１のＲ取りされた下端部と、下板３４の曲面加工された端縁とによって形成され、図１の紙面と直交する左右に延びている。吹出し路３０ａは、後方すなわち電極ユニット１０の内側へ向けて斜め下に開口されている。
【００１９】
なお、下板３４をホルダ部材３２にボルト締めするボルト孔３４ａは、前後方向に長い長孔になっている。これにより、下板３４の前後位置を調節でき、ひいては吹出し路３０ａの幅を拡縮することができるようになっている。また、下板３４には、チャンバー３２ｃに連なる他の吹出し路３４ｂが形成されている。吹出し路３４ｂは、吹出し路３０ａより前側に位置し、前方へ向けて斜め下に開口している。
【００２０】
ホット電極１１の後側のホルダ３０Ｒは、前側ホルダ３０Ｆを前後に反転させた構造をなしている。すなわち、電極ホルダ３０Ｒは、内外のホルダ部材３５，３６と、上下の板３７，３８を有している。後側ホルダ３０Ｒには、真空ポンプ５３（排気手段）と協働する排気機構が組み込まれている。すなわち、内ホルダ部材３５と下板３８とによって、吸込み路３０ｂが形成されている。下板３８のボルト孔３８ａが長孔になることによって、下板３８の前後位置を調節でき、吸込み路３０ｂを拡縮できるようになっている。外ホルダ部材３６には、排気路３６ａが形成されている。排気路３６ａは、吸込み路３０ｂから延びるスリット３６ｄと、このスリット３６ｄに連なるチャンバー３６ｃと、このチャンバー３６ｃに連なる導出路３６ｂとを有している。導出路３６ｂの下流端は、フレキシブルチューブからなる排気管５２を介して真空ポンプ５３に連なっている。
【００２１】
図２に示すように、ホット電極１１の左右両側のホルダ３０Ｓは、逆Ｌ字状をなして前後方向に長く延び、ホット電極１１の左右側部に宛がわれている。これらホルダ３０Ｓには、カーテンガス源５４と協働するガスカーテン機構が組み込まれている。すなわち、各ホルダ３０Ｓには、カーテンガスの導入路３０ｃが形成されている。導入路３０ｃは、垂直路３０ｄと、水平路３０ｅと、吹出し路３０ｆ，３０ｇとを有している。垂直路３０ｄは、ホルダ３０Ｓの長手方向中央において上下に延びている。垂直路３０ｄの上端は、フレキシブルチューブからなるカーテンガス供給管５５を介してカーテンガス源５４に接続されている。カーテンガス源５４には、カーテンガスとして例えばＮ2などの不活性ガスが貯えられている。なお、上記処理ガスがカーテンガスと同一物質の場合には、処理ガス源５０をカーテンガス源として兼用させてもよい。
【００２２】
水平路３０ｅは、垂直路３０ｄの下端部に連なるとともにホルダ３０Ｓの略全長域にわたって前後に延びている。水平路３０ｅの底部から吹出し路３０ｆ，３０ｇが延びている。これら吹出し路３０ｆ，３０ｇは、互いに側面視「ハ」字状をなしている。すなわち、吹出し路３０ｆは、左右内側へ向けて斜め下へ延び、ホルダ３０Ｓの下端面に開口している。一方、吹出し路３０ｇは、左右外側へ向けて斜め下へ延び、ホルダ３０Ｓの下端面に開口している。なお、吹出し路３０ｆ，３０ｇは、細孔状をなし、ホルダ３０Ｓの略全長域にわたるように前後に間隔を置いて複数配置されているが、ホルダ３０Ｓの略全長域にわたるスリット状に形成してもよい。
【００２３】
本発明の特徴部分について説明する。
図１および図２に示すように、装置Ｍ１の上側のホット電極１１は、アース電極２１と対向する下側に配された対向側電極部材１２と、アース電極２１とは逆の上側に配された背向側電極部材１３とに分割されている。
【００２４】
背向側電極部材１３について詳述する。背向側電極部材１３は、導電金属、好ましくは軽量なアルミニウムによって厚肉の板状に形成されている。詳細な図示は省略するが、背向側電極部材１３は、懸架ブラケット１９を介して上記装置本体に前後スライド可能に懸架、支持されている。（背向側電極部材１３の懸架ブラケット１９との連結部が、「装置本体への支持部」となっている。）これによって、ホット電極ユニット１０が、アース電極ユニット２０の真上に対向するセット位置（図１の状態）と、後方（図１において左方）に退避してアース電極ユニット２０の上面を露出させる退避位置（図示省略）との間で水平移動可能になっている。セット位置において、上下の電極ユニット１０，２０間（後記樹脂シート７６（図３）と溶射膜２３との間）には、例えば１〜２ｍｍ程度の厚さの隙間すなわち上記プラズマ化空間１ａが形成されるようになっている。
【００２５】
また、図１に示すように、背向側電極部材１３は、給電線４１との接続部を有し、この給電線４１を介してパルス電源４０（電界印加手段）に電気的に接続されている。パルス電源４０は、所定高さのパルス状の電圧を所定周期でホット電極１１に供給するようになっている。
【００２６】
さらに、図１および図２に示すように、背向側電極部材１３の内部には、冷媒通路１３ａが形成されている。冷媒通路１３ａは、平面視Ｕ字状をなして左右に延びるとともに、両端が背向側電極部材１３の上面に開口されている。冷媒通路１３ａの上流端には、フレキシブルチューブからなる冷媒導入管６１が連ねられ、下流端には、フレキシブルチューブからなる冷媒導出管６２が連ねられている。（すなわち、背向側電極部材１３には、冷媒用の配管接続部が設けられている。）導入管６１からの冷水や温水などの冷媒が、冷媒通路１３ａに通されることにより、ホット電極１１が冷却または加温（温度調節）されるようになっている。その後、冷媒は、導出管６２を経て排出されるようになっている。
【００２７】
次に、ホット電極１１の対向側電極部材１２について説明する。対向側電極部材１２は、背向側電極部材１３と同様に、導電金属、好ましくは軽量なアルミニウムによって構成され、背向側電極部材１３と同一の平面形状で、かつ、背向側電極部材１３より薄い板状をなしている。対向側電極部材１２の下面の隅部は、全周にわたってＲ取りされている。
【００２８】
対向側電極部材１２の下面（アース電極２１との対向面）には、誘電体板７１が設けられている。誘電体板７１は、薄く（例えば厚さ１ｍｍ程度）透明な石英ガラスで構成され、ホット電極１１に対する固体誘電体としての役割を担っている。勿論、この誘電体板７１は、ホット電極１１の背向側電極部材１３とは別体物である。
【００２９】
図３に示すように、誘電体板７１の下面には、薄い樹脂シート７６が接着されている。このシート７６は、フッ素を含有する樹脂、例えばテトラフルオロエチレンで構成されている。
【００３０】
対向側電極部材１２と誘電体板７１とは、紫外線硬化接着剤７４（光硬化接着剤）によって接着されている。この接着剤７４は、加水分解性官能基（例えばアルコキシ基）を有する珪素系の化合物と、紫外線（光）照射により上記珪素系化合物の反応、重合、または架橋を促進させる化合物（例えばカルボン酸無水物、カルボン酸イミド、ジアシルホスフィンオキサイドなど）とを含有しており、誘電体板７１と対向側電極部材１２が熱で相対的に膨張・収縮するとき、両者の接着状態を維持しつつその熱膨縮の差を吸収する程度の伸縮性を有している。
【００３１】
なお、硬化前の接着剤７４は、粘度が低い。この低粘度の接着剤７４を対向側電極部材１２と誘電体板７１の間に塗布した後、誘電体板７１を小さく揺する。これにより、接着剤７４内から気泡を確実に除去することができる。その後、接着剤７４に紫外線を当てて硬化させる。誘電体板７１は透明な石英ガラスで構成されているので、紫外線を十分に透過させることができる。
【００３２】
図１および図２に示すように、上記誘電体板７１の周縁部は、対向側電極部材１２の周縁部より突出している。この誘電体板７１の周縁突出部分の上面と対向側電極部材１２の周側面とに、角材状をなす上記添え部材７３が宛がわれている。添え部材７３は、誘電体の樹脂で構成されている。添え部材７３は、対向側電極部材１２の４つの縁に合わせて４つに分割されているが、一体に連なって枠状をなしていてもよい。添え部材７３は、水平なボルト７５によって対向側電極部材１２の周側面に固定されている。このボルト７５は、誘電体の樹脂によって形成されている。
【００３３】
ホット電極１１の２つの分割部材１２，１３どうしの接合構造について説明する。
背向側電極部材１３には、上面から下面へ貫通する挿通孔１３ｂが適宜な間隔を置いて複数形成されている。対向側電極部材１２の上記挿通孔１３ｂに対応する位置には、内周面に雌ネジを有するボルト孔１２ａが形成されている。ボルト孔１２ａは、対向側電極部材１２の上面から厚さ方向の中程まで形成され、対向側電極部材１２の下面へは達していない。（したがって、対向側電極部材１２の下面は、ボルト孔１２ａの配置箇所においても滑らかな状態になっており、ひいては下面全体が滑らかになっている。）そして、ボルト１４が、挿通孔１３ｂを通してボルト孔１２ａにねじこまれている。このボルト１４によって、対向側電極部材１２が、背向側電極部材１３に引き付けられ、押し当てられている。
ボルト１４と孔１２ａ，１３ｂによって、対向側電極部材１２の「着脱機構」が構成されている。
【００３４】
上記のように構成された常圧プラズマ処理装置Ｍ１を用いてワークＷの洗浄処理を行なう手順を説明する。
ホット電極ユニット１０を退避位置に位置させ、アース電極ユニット２０の上面に処理対象のワークＷを載せる。そして、ホット電極ユニット１０を前進させてセット位置に位置させる。
【００３５】
次いで、処理ガスを、処理ガス源５０から供給管５１を経て受容れ路３２ｂに導入する。この処理ガスが、チャンバー３２ｃで均一化された後、スリット３２ｄを経て吹出し路３０ａから電極ユニット１０，２０間のプラズマ化空間１ａへ吹出される。
【００３６】
なお、処理ガスとして例えばＮ2を用いるときは、吹出し路３０ａの前方の吹出し路３４ｂを開けておき、そこからもＮ2が吹出されるようにするとよい。これにより、吹出し路３０ａからの吹出し流を外部から遮断でき、外の空気がプラズマ化空間１ａに取り込まれるのを防止することができる。
【００３７】
また、パルス電源４０をオンする。これにより、ホット電極１１の背向側電極部材１３にパルス電圧が印加される。ホット電極１１の２つの分割部材１２，１３どうしは互いに押し付けられ、良好な導通状態になっているので、対向側電極部材１２にも、上記のパルス電圧がロスなく確実に印加されることになる。これによって、上下の電極１１，２１間のプラズマ化空間１ａに電界が形成される。この電界は、ボルト１４やボルト孔１２ａからなる着脱機構の影響を受けることがない。よって、プラズマ化空間１ａ内にアークを発生させることなく均一なグロー放電を形成することができる。このグロー放電によって上記プラズマ化空間１ａを流れる処理ガスをプラズマ化できる。更に、シート７６の含有フッ素をプラズマ化して空間１ａ内に飛び出させ、上記プラズマ化した処理ガスに混ぜることができる。これによって、ワークＷの上面を良好にプラズマ洗浄することができる。シート７６からフッ素を出すことができるので、処理ガスにフッ素を含ませておく必要がなく、処理ガス供給構成を簡素化できる。
【００３８】
併行して、カーテンガスを、カーテンガス源５４から供給管５５を経て左右の導入路３０ｃに導入する。このカーテンガスは、路３０ｃの垂直路３０ｄを経て水平路３０ｅに沿って前後方向に均一に拡げられる。そして、水平路３０ｅの全長域から吹出し路３０ｆ，３０ｇを経て、ホルダ３０Ｓ，２２間の隙間にそれぞれ吹出される。そのうち内向きの吹出し路３０ｆからのカーテンガスによって、上記処理ガスがプラズマ化空間１ａから漏れるのを防止することができる。一方、外向きの吹出し路３０ｇからのカーテンガスによって、外の空気がプラズマ化空間１ａ内に取り込まれるのを防止することができる。
【００３９】
使用済みの処理ガスおよびカーテンガスは、後側ホルダ３０Ｒの吸込み路３０ｂに吸い込まれ、排気路３６ａおよび排気管５２を経て真空ポンプ５３に吸込まれ排気される。
処理終了後は、処理ガスおよびカーテンガスの投入を停止するとともに電源を停止する。そして、ホット電極ユニット１０を押して退避位置に位置させ、アース電極ユニット２０上の洗浄済みワークＷを取り出す。
【００４０】
常圧プラズマ処理装置Ｍ１によれば、誘電体板７１を、電極１１の一部すなわち電極部材１３に対して着脱可能に、しかも安定的に設置できる。この着脱機構からは、アークが発生したりプラズマの均一性が損なわれたりすることはない。そして、誘電体板７１が傷んだり汚れたりしたときは、ボルト１４を外すことにより、電極１１の一部すなわち背向側電極部材１３とは別途に容易に交換することができる。すなわち、電極１１全体を交換する必要がない。したがって、電極１１の背向側電極部材１３に繋がっている給電線４１や冷媒用の配管６１，６２を脱着したり、背向側電極部材１３を懸架ブラケット１９から外したりする必要がない。
【００４１】
また、接着剤７４が硬化前に十分に脱泡され、対向側電極部材１２と誘電体板７１との間が気泡の殆ど無い接着剤７４で充填されているので、これら部材１２，７１の間でアークが発生するのを確実に防止できる。
更に、誘電体の添え部材７３によって対向側電極部材１２の周側面からのアークを防止でき、ひいてはアークが誘電体板７１の周縁部を回り込むようにして伝わりアース電極２１に落ちるのを防止できる。しかも、ボルト７５が誘電体樹脂で形成されているので、対向側電極部材１２の周側面からのアークを一層確実に防止できる。なお、背向側電極部材１３の周側部とホルダ３５，３０Ｓを止めるボルト３９についてもアーク防止のために誘電体樹脂で構成するのが好ましい。
【００４２】
電圧印加によって対向側電極部材１２と誘電体板７１が互いに異なる度合いで熱膨張したときは、ＵＶ硬化型接着剤７４が両部材１２，７１の接着状態を維持しながら伸縮することによって、これら部材１２，７１の膨張差を吸収でき、これら部材１２，７１に熱応力が生じるのを防止することができる。
【００４３】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図４および図５は、本発明の第２実施形態に係る常圧プラズマ処理装置Ｍ２を示したものである。図６に示すように、このプラズマ処理装置Ｍ２では、ホット電極１１が背向側電極部材１３と対向側電極部材１５とに分割されている点で既述の装置Ｍ１と同様であるが、対向側電極部材１５が、アルミ箔で形成されている（極薄板状ないしは膜状をなしている）点で装置Ｍ１と異なっている。このアルミ箔からなる対向側電極部材１５が、ＵＶ硬化型接着剤７４によって誘電体板７１に接着されている。
【００４４】
図４および図５に示すように、ホット電極１１の背向側電極部材１３には、上面から下面に貫通する吸引孔１３ｃが適宜な間隔を置いて複数形成されている。これら吸引孔１３ｃの上面開口が、フレキシブルチューブからなる吸引管８１を介して真空ポンプ８０（吸引手段）に連ねられている。吸引孔１３ｃと真空ポンプ８０とによって「着脱機構」が構成されている。なお、真空ポンプ８０は、処理ガスおよびカーテンガスの排出用真空ポンプ５３と共通の真空ポンプを用いることにしてもよい。
【００４５】
真空ポンプ８０を駆動することによってアルミ箔からなる対向側電極部材１５が吸引孔１３ｃに吸い付けられるようになっている。これにより、対向側電極部材１２を背向側電極部材１３に押し付けることができ、良好な導通状態を得ることができる。ひいては、誘電体板７１をホット電極１１に安定的に設置できるとともに、容易に着脱することができる。
【００４６】
しかも、対向側電極部材１５は、吸引孔１３ｃの箇所でも滑らかさを損なっておらず、且つ、この吸引孔１３ｃの箇所でも電界を一様に加えることができるので、該箇所でアークが発生したりプラズマの均一性が損なわれたりすることはない。
【００４７】
なお、誘電体板７１の周縁部は、対向側電極部材１５より突出され、この誘電体板７１の周縁突出部分の上面に添え部材７３が接着されている。また、誘電体板７１の周端縁はエッジになっており、このエッジが添え部材７３の下面に形成された切り込み７３ａに嵌め込まれている。
【００４８】
上記電極部材１３，１５どうしの吸引接合状態において、添え部材７３は、背向側電極部材１３の周側面に宛がわれている。これによって、背向側電極部材１３の周側面からアークが出るのを防止できる。
【００４９】
添え部材７３は、ボルト７９（係着手段）によってホルダ３０Ｆ，３０Ｒ，３０Ｓに係着されている。これによって、真空ポンプ８０を停止しても、対向側電極１５および誘電体板７１が落下することはない。
上記ボルト７９は、誘電体の樹脂で構成されている。これによって、背向側電極部材１３の周側面からのアーク発生を一層確実に防止することができる。
【００５０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
例えば、下側のアース電極２１にも本発明の分割構造を適用してもよい。
対向側電極部材の他方の電極との対向面に設けられる固体誘電体は、石英ガラスなどの板部材に代えて、アルミナなどの溶射膜で構成してもよい。
電極構造は、上記実施形態のような平行平板電極に限定されず、種々の形状のものに適用可能である。電極は、２分割に限らず、３つ以上に分割されていてもよい（対向側電極部材を更に２以上に分割してもよく、背向側電極部材を更に２以上に分割してもよい）。
本発明は、グロー放電に限らず、コロナ放電によるプラズマ処理にも適用でき、洗浄に限らず、成膜、表面改質、エッチング、アッシングなどの種々のプラズマ処理にあまねく適用できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、固体誘電体を、上側の電極にも、勿論下側の電極にも安定して設置できる。しかも、設置状態において背向側電極部材と対向側電極部材とを着脱機構によって互いに押し当てることができ、これら電極部材間の導通状態を良好に維持することができる。更に、電極のうち背向側電極部材を残して、すなわち電極をまるごと交換することなく、しかも給電又は接地用の配線や冷媒路に連なる配管の脱着作業を要することなく、固体誘電体の交換作業を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る常圧プラズマ処理装置を前後方向に沿って切断した断面図である。
【図２】上記常圧プラズマ処理装置を左右方向に沿って切断した断面図である。
【図３】上記常圧プラズマ処理装置の電極対向部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る常圧プラズマ処理装置を前後方向に沿って切断した断面図である。
【図５】上記第２実施形態に係る常圧プラズマ処理装置を左右方向に沿って切断した断面図である。
【図６】上記第２実施形態に係る常圧プラズマ処理装置の電極対向部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
Ｍ１，Ｍ２ 常圧プラズマ処理装置
Ｗ ワーク（被処理物）
１０ ホット電極ユニット
１１ ホット電極（上側の電極）
１２ 対向側電極部材
１２ａ ボルト孔（着脱機構の構成要素）
１３ 背向側電極部材
１３ａ 冷媒通路
１３ｂ 挿通孔（着脱機構の構成要素）
１３ｃ 吸引孔（着脱機構の構成要素）
１４ ボルト（着脱機構の構成要素）
１５ 対向側電極部材
１９ 懸架ブラケット（ホット電極の支持部材）
２０ アース電極ユニット
２１ アース電極（下側の電極）
４０ パルス電源（電界印加手段）
４１ 給電線
５０ 処理ガス源
６１ 冷媒導入管
６２ 冷媒導出管
７１ 誘電体板（固体誘電体）
７３ 添え部材
７６ 樹脂シート（フッ素を含有する樹脂シート）
７９ ボルト（係着手段）
８１ 吸引管（着脱機構の構成要素）
８０ 真空ポンプ（吸引手段、着脱機構の構成要素）
Claims (6)
- 間に被処理物が配されるべき上下一対の電極を有し、略常圧下で上記電極間に電界を印加して放電を起こさせ、被処理物のプラズマ処理を行なう装置であって、
上記一対の電極のうち少なくとも上側の電極が、他方の電極との対向側電極部材と、他方の電極とは逆の背向側電極部材とに分割されるととともに、これら電極部材が、着脱機構によって分離可能かつ互いに押し当て可能になっており、上記背向側電極部材には、温調用の冷媒を通す冷媒路と、電界印加手段からの給電線又は接地線の接続部と、装置本体への支持部が設けられ、上記対向側電極部材の他方の電極との対向面には、これを覆うようにして固体誘電体が一体に設けられ、
上記対向側電極部材が、上記背向側電極部材より薄い板状をなし、上記対向側電極部材における上記他方の電極との対向面の面積と上記背向側電極部材との接触面積とがほぼ同じ大きさであり、
上記対向側電極部材には、ボルト孔が形成されており、上記着脱機構が、上記ボルト孔と、上記背向側電極部材を通して上記ボルト孔にねじ込まれるボルトとにより構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 間に被処理物が配されるべき上下一対の電極を有し、略常圧下で上記電極間に電界を印加して放電を起こさせ、被処理物のプラズマ処理を行なう装置であって、
上記一対の電極のうち少なくとも上側の電極が、他方の電極との対向側電極部材と、他方の電極とは逆の背向側電極部材とに分割されるととともに、これら電極部材が、着脱機構によって分離可能かつ互いに押し当て可能になっており、上記背向側電極部材には、温調用の冷媒を通す冷媒路と、電界印加手段からの給電線又は接地線の接続部と、装置本体への支持部が設けられ、上記対向側電極部材の他方の電極との対向面には、これを覆うようにして固体誘電体が一体に設けられ、
上記対向側電極部材が、薄板状ないしは膜状をなしており、上記背向側電極部材には、上記対向側電極部材との分割面に開口する吸引孔が形成され、この吸引孔に吸引手段が連ねられることにより上記着脱機構が構成されており、吸引手段によって対向側電極部材が吸引孔に吸い付けられることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 上側の電極における対向側電極部材および固体誘電体が、上記着脱機構とは別の係着手段に係着され、ひいては該対向側電極部材および固体誘電体の落下が阻止されることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
- 上記固体誘電体が、板状をなし、この板状固体誘電体の周縁部が、上記対向側電極部材より突出されており、この板状固体誘電体の周縁突出部分と対向側電極部材の周側面とに、誘電体からなる添え部材が宛がわ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。
- 上記固体誘電体が、板状をなし、この板状固体誘電体の周縁部が、上記背向側電極部材より突出されており、この板状固体誘電体の周縁突出部分と背向側電極部材の周側面とに、誘電体からなる添え部材が宛がわれていることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
- 上記固体誘電体における他方の電極との対向面に、フッ素を含有するシートが貼られていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のプラズマ処理装置。
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