JP4288696B2 - Surface treatment apparatus and surface treatment method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ放電することで被処理体(ワークともいう)の表面を処理するための表面処理装置および表面処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
大気圧または大気圧近傍の圧力下において、プラズマ放電を用いて被処理体に対して表面処理をする装置が提案されている。大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ放電により表面処理をするメリットとしては、低圧雰囲気下での形成および制御用の装備が不要であり、大面積処理の実現および製造コストの低減が図りやすいことである。
このようなプラズマを用いた表面処理装置は、一対の電極の間に大気圧付近の圧力下で生成されるプラズマを生成するようになっている(たとえば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−327959号公報(第1頁、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の表面処理装置では次のような問題がある。
従来の表面処理装置では、ステージの上に配置した大型の基板に対してライン状の放電ユニットがスキャンされる。またはテーブルに大型基板を載せて、このテーブルと大型基板を放電ユニットに対して移動するようにしている。このような構造の表面処理装置は、電極に高周波交流電力を供給することで表面処理を行うのであるが、動作時に高周波インピーダンスが変化してしまう問題があった。また動作部分の部品摩耗などにより、高周波回路の時定数が変化してしまい、高周波インピーダンスの経時劣化が起こる可能性が高く、高周波動のロスが生じる。
そこで本発明は上記課題を解消し、大型の基板のような被処理体であっても、被処理体の表面の全面に均一な表面処理を行うことができ、高周波電力のロスを最小限にすることができる、経時安定性の良好な表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面処理装置は、高周波交流電源と、前記高周波交流電源から交流電力が付与される平板状の印加側電極部と、前記印加側電極部に平行に対向して配置されるアース側電極部と、表面処理をするための被処理体を移動することで前記印加側電極部と前記アース側電極部の間に通過させて、前記印加側電極部と前記アース側電極部の間に生成されるプラズマ放電領域の励起活性種を前記被処理体の表面に対して曝露させるための被処理体移動部と、を備え、前記アース側電極部は、前記印加側電極部に対面して前記プラズマ放電領域を形成する対向電極部と、前記対向電極部に対して連続的に形成されており、前記印加側電極部と接続された前記交流電源のアースに至る高周波交流電力の経路を形成する高周波交流電力経路形成部と、を有し、前記アース側電極部の前記対向電極部と前記高周波交流電力経路形成部は、前記印加側電極部の周囲を囲むような形状を有しており、前記被処理体を通過させる通過方向でみて矩形断面を有することにより、前記高周波交流電力の閉回路となっていて、大気圧または大気圧近傍の圧力下で稼動する構成としたことを特徴とする。
【0006】
このような構成によれば、平板状の印加側電極部は、高周波交流電源から交流電力が付与される。アース側電極部は、印加側電極部に平行に対向して配置される。
被処理体移動部は、表面処理をするための被処理体を移動することで、印加側電極部とアース側電極部の間に通過させる。そして被処理体移動部は、印加側電極部とアース側電極部の間に生成されるプラズマ放電領域の励起活性種を被処理体の表面に対して曝露させる。
このアース側電極部は、対向電極部と高周波交流電力経路形成部を有している。対向電極部は、印加側電極部に対面してプラズマ放電領域を形成する。高周波交流電力経路形成部は、対向電力部に対して連続的に形成されており、印加側電極部からアース側電極部を経て交流電源のアースに至る高周波交流電力の経路を形成するものである。
【0007】
これにより、高周波交流電力の流れる経路が印加側電極部により確実に常に一定状態で形成することができる。このために、たとえ大型基板のような被処理体の表面であってもその表面の全面にわたって均一な表面処理が行える。また高周波交流電力のロスが最小限にできるので、必要とする高周波交流電力を最小限に留めることができる。したがって、高周波交流電源の容量を小さくすることができる。表面処理装置による処理能力は、長期にわたり経時変化の少ない良好なものになる。
【0008】
このような構成によれば、アース側電極部の対向電極部と高周波交流電力経路形成部は、印加側電極部の周囲を囲むような形状になっている。この対向電極部と高周波交流電力経路形成部は、被処理体を通過させる通過方向でみて矩形断面を有することにより、前記高周波交流電力の閉回路を構成している。
これにより、印加側電極部とアース側電極部の対向電極部の間には、被処理体を通過させるようになっている。
上記構成において、前記アース側電極部の上部には、インピーダンス整合を図るためのマッチングボックスが配置されていることを特徴とすることが望ましい。
このような構成によれば、マッチングボックスがアース側電極部の上部にあるので、高周波交流電力の供給経路の長さが最短にでき、電力ロスの少ない経時安定性の良好な表面処理装置が提供できる。しかも高周波交流電力の変動にも強くなる。
【0009】
上記構成において、前記印加側電極部は、前記被処理体の前記表面に所定の処理を施すためのガスを前記プラズマ放電領域に導入するためのガス導入部を有することを特徴とすることが望ましい。
このような構成によれば、印加側電極部のガス導入部を通じて、所定の処理をするためのガスがプラズマ放電領域に確実に導入することができる。
【0010】
上記構成において、前記被処理体移動部は、前記被処理体を保持して搬送するための前記アース側電極部の上流側に配置された第1ローラと、前記アース側電極部の下流側に配置された第2ローラを有することを特徴とすることが望ましい。
このような構成によれば、被処理体移動部は、被処理体を保持して搬送するアース側電極部の上流側に配置された第1ローラとアース側電極部の下流側に配置された第2ローラを有している。これらの第1ローラと第2ローラは、アース側電極部の上流側と下流側に位置しているので、アース側電極部内には配置されていない。このことから、動作部分である第1ローラと第2ローラの部品摩耗があっても、アース側電極部で構成される高周波交流電力の経路は常に一定状態にすることができる。したがって、動作部分の部品摩耗が高周波交流回路の時定数に変化を与えることなく、経時変化も起こさない。
しかも、被処理体移動部の第1ローラと第2ローラの存在により、被処理体と印加側電極部との間隔を一定に保つことができる。
【0011】
本発明の表面処理方法は、高周波交流電源から交流電力が付与される平板状の印加側電極部と、前記印加側電極部に平行に対向して配置されるアース側電極部の間に、表面処理をするための被処理体を移動することで前記印加側電極部と前記アース側電極部の間に通過させる被処理体移動ステップと、通過する前記被処理体の表面に対して、前記印加側電極部と前記アース側電極部の間に生成されるプラズマ放電領域の励起活性種を曝露させるための表面処理ステップと、を有し、前記表面処理ステップでは、前記高周波交流電源の交流電力は、前記印加側電極部に対面して前記プラズマ放電領域を形成する前記アース側電極部の対向電極部と、前記対向電極部に対して連続的に形成されている高周波交流電力経路形成部とを経て、前記高周波交流電源のアースに至る高周波交流電力の経路を通り、前記高周波交流の経路が一定となるように、前記高周波交流電力の閉回路を形成し、大気圧または大気圧近傍の圧力下で前記被処理体の表面に対して表面処理を行うことを特徴とする。
【0012】
このような構成によれば、被処理体移動ステップでは、高周波交流電源から交流電力が付与される平板状の印加側電極部と、印加側電極部に平行に対向して配置されるアース側電極部の間に、被処理体を移動する。これにより、被処理体が、印加側電極部とアース側電極部の間に通過する。
表面処理ステップでは、通過する被処理体の表面に対して印加側電極部とアース側電極部の間に生成されるプラズマ放電領域の励起活性種が曝露される。
表面処理ステップでは、高周波交流電源の交流電力は、印加側電極部に対面してプラズマ放電領域を形成するアース側電極部の対向電極部と、高周波交流電力経路形成部を経て、高周波交流電源のアースに至る高周波交流電力の経路を通り、前記高周波交流の経路が一定となるように、前記高周波交流電力の閉回路を形成し、大気圧または大気圧近傍の圧力下で前記被処理体の表面に対して表面処理を行うようになっている。
【0013】
これにより、高周波交流電力の流れる経路には、一切の可動部分がなく、経路の長さが短い。このため、高周波交流電力の流れる経路が印加側電極部により確実に常に一定状態で形成することができる。このために、たとえ大型基板のような被処理体の表面であってもその表面の全面にわたって均一な表面処理が行える。また高周波交流電力のロスが最小限にできるので、必要とする高周波交流電力を最小限に留めることができる。したがって、高周波交流電源の容量を小さくすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の表面処理装置の好ましい実施形態を示している。
図1に示す表面処理装置10は、いわゆる平行平板型の大気圧プラズマ表面処理装置などとも呼んでいる。
表面処理装置10は、大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ放電を用いて、被処理体の表面に対して表面処理を被処理体を移動しながら処理できる装置である。
【0015】
本発明の実施形態で用いる表面処理とは、アッシング、エッチング、親水処理、撥水処理などの表面改質、成膜、および洗浄などを含んでいる。アッシング処理は、たとえばガラス上の有機物の除去処理である。エッチング処理は、たとえばガラス上の成膜物の除去処理である。親水処理は、たとえばガラスの表面に親水性の膜を形成する処理あるいは表面の活性化処理である。撥水処理は、たとえばガラスの表面に撥水膜を形成する処理である。
表面処理装置10において発生するプラズマの種類としては、大気圧または大気圧近傍の圧力下で発生するグロー放電プラズマである。このグロー放電プラズマは、プラズマ生成用のガス中でのグロー放電の発生に伴って生成する。
【0016】
図1に示す表面処理装置10は、高周波交流電源11、平板状のアノード電極部13、カソード電極部15、被処理体移動部20を備えている。
アノード電極部13とカソード電極部15は、いわゆる平行平板型のプラズマ発生装置を形成している。アノード電極部13は、印加側電極部あるいは第1電極部と呼ぶことができる。カソード電極部15は、アース側電極部または第2電極部とも呼ぶことができる。
このように、表面処理装置10は、一対のアノード電極部13とカソード電極部15を有しており、いわゆる直接放電式のプラズマ放電手段を構成している。
【0017】
図1に示す表面処理装置10は、小型の被処理体30の表面31に対して表面処理するのは勿論のこと、大型の基板のような被処理体30の表面31に対しても表面処理することができるものである。
大型の被処理体30は、たとえば大型の液晶表示装置の大型基板などであり、寸法例としては、たとえば1.5m以上の縦横の長さを有する大型基板である。図1に示す表面処理装置10は、均一に安定して高周波交流電力を効率的に使用して、常に安定したグロー放電により被処理体30の表面31の表面処理ができる装置である。
【0018】
高周波交流電源11は、高周波交流電力をアノード電極部13側に供給するための電源である。高周波交流電源11は、マッチングボックス33によりアノード電極部13とカソード電極部15に対するインピーダンスの整合を図っている。マッチングボックス33は、カソード電極部15の上部に配置されている。
高周波交流電源11は、アノード電極部13に対して電気的に接続されているとともに、高周波交流電源11は、マッチングボックス33側のアース35に電気的に接続されている。
【0019】
次に、アノード電極部13について説明する。
アノード電極部13は、電極となりうる材質、たとえばアルミニウム、銅、ステンレス、チタン、タングステンなどにより作られている。
アノード電極部13は平板状の電極であり、サポート部37によりマッチングボックス33に支持されている。サポート部37は、高周波交流電源11に電気的に接続されている。
サポート部37は、アノード電極部13と同じように、高周波交流電力の電流が効率よく流れる材質で作られていて、表面積も大きくなるようにするのが望ましい。
【0020】
図2は、図1に示す表面処理装置10をA−A線からみた側面図である。
図1と図2に示すように、アノード電極部13は、ガス導入部38を有している。このガス導入部38は、ガス収容部39に接続されている。ガス収容部39は、被処理体30の表面31に対して所定の表面処理を行うための混合ガスが収容されている。このガス収容部39に収容されているガス種は、表面31に対して処理をする表面処理の種類に応じて選択して収容されている。
このガス種としては、複数種類のガスを用意して、これらのガスを混合して流すことが可能である。表面処理の種類としては、アッシング、エッチング、洗浄、表面改質、成膜などである。表面改質としては、親水性処理または撥水性処理である。
【0021】
たとえば親水性処理を表面31に行う場合には、不活性ガス(キャリアガス)としてはHeを用い、反応ガス(処理ガス)としてはO2を用いる。また撥水性処理を表面31に施す場合には、不活性ガスとしてはHeを用い、反応ガスとしてはCF4を用いる。
しかしこれに限らず表面処理の種類によっては、不活性ガスとしてHe,ArやN2,Ne,Xe,O2,CF4,C2F6などでもよい。また、不活性ガス中に液材を混入してもよい(デカンなど)。
いずれにしても、ガス収容部39には、不活性ガス(キャリアガス)と処理ガス(反応ガス)の混合ガスが収容されている。ガス収容部39内に収容された混合ガスは、ガス導入部38を通じて、アノード電極部13と被処理体30の表面31の間に形成されているプラズマ放電領域44内に矢印Dに沿って供給することができる。
【0022】
次に、図1と図2に示すカソード電極部15について説明する。
カソード電極部15は、対向電極部40と高周波交流電力経路形成部41を有している。
カソード電極部15は、上述したアノード電極部13と同様に電極となりうる材質により作られている。
【0023】
図1と図2のカソード電極部15の対向電極部40は、アノード電極部13に平行に対面する部分である。高周波交流電力経路形成部41は、アノード電極部13と同様の材質により作られている。対向電極部40に対して連続的に形成されている。この高周波交流電力経路形成部41は、図2に示すように上部45と側部46を有している。側部46,46は、対向電極部40の両端部47,47に対して連続的に形成されている。上部45,45は、側部46,46に対して連続的に形成されている。上部45は、マッチングボックス33のアース35に電気的に接続されている。
【0024】
このカソード電極部15は、高周波交流電力経路形成部41と対向電極部40を有しているが、図2に示すように被処理体30の通過方向(搬送方向ともいう)Tに対して垂直な面に関してほぼ断面矩形状を有している。このカソード電極部15の内部は空間51になっている。この空間51は図2でみて断面矩形状の断面を有している。
このカソード電極部15は、図1に示すように被処理体の導入口54と被処理体の排出口55を有している。
【0025】
次に、図1に示す被処理体移動部20の構造について説明する。
被処理体移動部20は、2つの第1ローラ60,61と2つの第2ローラ63,64を有している。
第1ローラ60,61はたとえばそれぞれモータ65,66により、回転駆動されるようになっている。これによって、被処理体30は挟むようにして通過方向Tに沿って移動される。被処理体30が通過方向Tに移動する際には、被処理体30はアノード電極部13とカソード電極部15の対向電極部40の間に形成されているプラズマ放電領域44を通過する。通過した被処理体30は、第2ローラ63,64により挟まれるようにして案内される。
【0026】
被処理体移動部20は、被処理体30のZ方向(上下方向)に関する位置の安定化をするとともに、通過方向Tへ所定の速度で送ることができる能力を有している。
第1ローラ60,61は、カソード電極部15の通過方向Tに関して上流側に配置されている。第2ローラ63,64は、カソード電極部15の通過方向Tに関する下流側に位置されている。
【0027】
このようにすることで、第1ローラ60,61と第2ローラ63,64はカソード電極部15の空間51の外部にある。しかも、被処理体30が送られて第1ローラ60,61および第2ローラ63,64が摩耗しても、その摩耗により生じる粉がカソード電極部15とアノード電極部13の間に侵入するのを防ぐ。しかも、第1ローラ60,61と第2ローラ63,64が摩耗しても、摩耗により生じる粉はカソード電極部15とアノード電極部13における高周波交流電力の経路は不変であり影響を与えない。
【0028】
次に、図2を参照しながら図4に示す表面処理方法の一例について説明する。
図4に示す被処理体移動ステップST1では、図1に示すモータ65,65が作動されることにより、被処理体移動部20の第1ローラ60,61が被処理体30を通過方向Tに沿って移動する。これによって、被処理体30はアノード電極部13とカソード電極部15の対向電極部40の間を通過することになる。
【0029】
図4に示す表面処理ステップST2では、アノード電極部13とカソード電極部15の対向電極部40の間に生成されるプラズマ放電領域44において反応ガスの励起活性種が発生される。この励起活性種は、通過する被処理体30の表面31に曝露させる。
これにより、プラズマ放電領域44の放電ガスの励起活性種が被処理体30の表面31に曝露されるので、たとえば表面31は撥水処理が行われる。このようにして、通過方向Tに沿って通過する被処理体30の表面31には、プラズマ放電領域44において、所定の表面処理が連続的に行われていく。
【0030】
被処理体30は通過方向Tに沿ってプラズマ放電領域44に連続的に通過させる構成なので、大面積、すなわち大型の被処理体であっても連続的に表面処理を行うことができる。
このようにプラズマ放電により表面処理を行う場合には、表面処理ステップST2では、図1と図2の高周波交流電源11からアノード電極部13に与えられる交流電力は、次のような高周波交流電力の経路を通過することになる。
【0031】
図3に示すように、高周波交流電源11の交流電力は、マッチングボックス33およびサポート部37を経てアノード電極部13に供給される。この交流電力は、アノード電極部13を通じてプラズマ放電領域44に流れる。そしてこの交流電力は、プラズマ放電領域44から対向電極部40を通じて、図2に示す高周波交流電力経路形成部41を経て高周波交流電源11のアース35に戻る。
この時に、高周波交流電力の経路は、上述したようなアノード電極部13、対向電極部40、そして高周波交流電力経路形成部41であり、この経路は常に固定されているので一切変化しない。したがって、安定したプラズマ放電領域44が確保できる。
また、プラズマ放電領域44に対してマッチングボックス33が限りなく近付ける配置にすることにより、電力ロスが少なくプラズマ放電領域44に流れ込む電力比率を高めることが可能である。
【0032】
これらによって得られたプラズマ放電領域(プラズマ空間ともいう)44は、たとえばガラス基板のような被処理体30側に搬送されて、表面31の全面に均一な表面処理を行うことができる。
なお、プラズマ放電領域44には、ガス収容部39からの混合ガスがガス導入部38を通じて矢印Dに沿って供給される。
【0033】
このように、アノード電極部13とカソード電極部15は、高周波交流電力の経路が一定になるように閉回路を形成している。このために、高周波の特性インピーダンスは一定にすることができる。カソード電極部15は、図2に示すようにほぼカタカナ文字の“ロ”字型の構造を有している。この構造を有することにより、高周波交流電力の閉回路を構成することができる。
【0034】
アノード電極部13とカソード電極部15の表面には、酸化を防止して経時変化のないようにするために、たとえばメッキ処理を行うことができる。このメッキとしては、たとえば金メッキや金メッキのような導通を有する金属のメッキが採用できる。
このメッキの厚さは、高周波交流電源(RF電源ともいう)の周波数の大小に応じて設定することができる。高周波交流電源の周波数は、たとえば13.56MHzである。メッキ厚さは、周波数に応じた“表皮深さ”以上の厚さにする。
【0035】
図1に示す被処理体移動部20は、大型の被処理体30を撓ませずに安定して通過方向Tに送ることができる。
被処理体30は、たとえば大型の液晶表示装置の大型基板であり、ガラス基板のようなものである。この大型基板は、たとえば1.5m以上の縦横の長さを有する基板である。
【0036】
本発明の表面処理装置10は、いわゆる平行平板型の大気圧プラズマ表面処理装置であり、高周波電力を効率的に使用して、たとえば大型の被処理体30の表面に対して常に安定したグロー放電により表面処理をすることができる。
本発明の表面処理装置10は、高周波交流電力の経路を常に一定状態で維持しながら被処理体30の表面31に対して表面処理をすることができる。したがって、プラズマ放電に必要な高周波交流電力量のロスを防いで最小限に留めることが可能になり、たとえば従来に比べて3分の1乃至10分の1程度の高周波交流電力量に減らすことができる。
【0037】
従来の表面処理装置では、たとえば被処理体をテーブルの上に搭載して、放電ユニットの方をスキャンする方式が採用されている。この場合には、テーブルの表面の汚れにより、高周波交流電力の交流電力が、流れやすい方向に流れてしまい、動作時にインピーダンスが変化してしまうという問題があった。
しかし本発明の実施形態では、図1に示すように被処理体30の移動にはテーブルを用いず、しかも搬送するためのローラが、カソード電極部15とアノード電極部13の放電領域からは完全に外部に配置されている。このことから、ローラがあってもローラのような動作部分の部品摩耗の現象により、高周波交流電力回路の時定数が変化してしまうのを防ぐ。
【0038】
図1と図2に示すアノード電極部13は、いわゆるライン状のガンである。被処理体30は、アノード電極部13とカソード電極部15の対向電極部40の間のギャップ内を通過するようになっている。アノード電極部13のほぼ中央には、上述したようにガス導入部38が設けられている。したがって、中央のガス導入部38からは、混合ガスがプラズマ放電領域44のほぼ中央に確実に供給できる。
【0039】
本発明の実施形態では、小型の基板および中型の基板のみならず、大型の基板のような被処理体の表面処理であっても、その表面の全面にわたって均一な表面処理ができる。高周波交流電力のロスが最小限にできることから、搭載する高周波交流電源11の容量を小さくすることができる。表面処理装置10の経時変化が少なく、プロセスにおける安定性が向上する。
半導体装置や表示装置の製造プロセスでは、被処理体の表面に対して様々な表面処理が必要不可欠である。真空を用いない大気圧プラズマ表面処理装置では、大型基板のような被処理体の表面に対して、アッシング、エッチング、洗浄、薄膜形成や、その他の表面改質を確実に行うことができる。
このような構成によれば、マッチングボックスがカソード電極部の上部にあるので、高周波交流電力の供給経路の長さが最短にでき、電力ロスの少ない経時安定性の良好な表面処理装置が提供できる。しかも高周波交流電力の変動にも強くなる。
【0040】
本発明は、上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
本発明の実施形態では被処理体の種類としては、処理目的に応じて種々のものを採用することができる。被処理体は、たとえばパッケージされたICなどの電子部品、シリコン基板、上述したような液晶表示装置(LCD)に用いられる大型のガラス基板やプラスチックの板であっても勿論構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の表面処理装置の好ましい実施形態を示す図。
【図2】 図1のA−A線におけるカソード電極部、アノード電極部などを示す側面図。
【図3】 高周波交流電力の経路の例を示す図。
【図4】 本発明の表面処理方法の一例を示す図。
【符号の説明】
10・・・表面処理装置、11・・・高周波交流電源、13・・・アノード電極部、15・・・カソード電極部、20・・・被処理体移動部、30・・・被処理体、31・・・被処理体の表面、33・・・マッチングボックス、38・・・ガス導入部、39・・・ガス収容部、40・・・カソード電極部の対向電極部、41・・・高周波交流電力経路形成部、44・・・プラズマ放電領域、T・・・通過方向[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method for treating the surface of an object to be treated (also referred to as a workpiece) by performing plasma discharge under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure.
[0002]
[Prior art]
There has been proposed an apparatus for performing a surface treatment on an object to be processed using plasma discharge under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure. The advantage of surface treatment by plasma discharge under atmospheric pressure or near atmospheric pressure is that equipment for formation and control in a low-pressure atmosphere is unnecessary, and it is easy to achieve large-area treatment and reduce manufacturing costs. That is.
Such a surface treatment apparatus using plasma generates plasma generated under a pressure near atmospheric pressure between a pair of electrodes (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-327959 (first page, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional surface treatment apparatus has the following problems.
In a conventional surface treatment apparatus, a line-shaped discharge unit is scanned with respect to a large substrate placed on a stage. Alternatively, a large substrate is placed on the table, and the table and the large substrate are moved relative to the discharge unit. The surface treatment apparatus having such a structure performs surface treatment by supplying high-frequency AC power to the electrodes, but has a problem that the high-frequency impedance changes during operation. In addition, the time constant of the high-frequency circuit changes due to wear of parts in the operating portion, and there is a high possibility that the high-frequency impedance will deteriorate over time, resulting in loss of high-frequency motion.
Accordingly, the present invention solves the above-described problems, and even a target object such as a large substrate can perform uniform surface treatment on the entire surface of the target object, minimizing the loss of high-frequency power. An object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus and a surface treatment method that can be performed with good stability over time.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The surface treatment apparatus according to the present invention includes a high-frequency AC power source, a flat plate-like application-side electrode portion to which AC power is applied from the high-frequency AC power source, and a ground-side electrode disposed in parallel to the application-side electrode portion. And an object to be treated for surface treatment are moved between the application side electrode part and the earth side electrode part, and are generated between the application side electrode part and the earth side electrode part. An object to be processed for exposing the excited active species in the plasma discharge region to the surface of the object to be processed, and the ground side electrode part faces the application side electrode part and A counter electrode part that forms a plasma discharge region, and is formed continuously with respect to the counter electrode part, A high-frequency AC power path forming unit that forms a path of high-frequency AC power that reaches the ground of the AC power source connected to the application-side electrode unit The counter electrode part of the ground side electrode part and the high frequency AC power path forming part have a shape surrounding the application side electrode part and pass through the object to be processed A closed circuit of the high-frequency AC power by having a rectangular cross section when viewed in the passing direction And Operates at or near atmospheric pressure Configured It is characterized by that.
[0006]
According to such a configuration, the plate-like shape Application side The electrode unit is supplied with AC power from a high-frequency AC power source. Earth side The electrode part Application side It is arranged to face the electrode portion in parallel.
The target object moving unit moves the target object for surface treatment, Application side Electrode part and Earth side Pass between electrodes. And the object moving part is Application side Electrode part and Earth side Excited active species in the plasma discharge region generated between the electrode portions are exposed to the surface of the object to be processed.
this Earth side The electrode part has a counter electrode part and a high-frequency AC power path forming part. The counter electrode is Application side A plasma discharge region is formed facing the electrode part. The high-frequency AC power path forming unit is continuously formed with respect to the opposing power unit, Application side From the electrode Earth side A path of high-frequency AC power that reaches the ground of the AC power supply through the electrode portion is formed.
[0007]
As a result, the path through which high-frequency AC power flows is Application side The electrode portion can be surely formed in a constant state. For this reason, even if it is the surface of a to-be-processed object like a large sized substrate, uniform surface treatment can be performed over the whole surface. Moreover, since the loss of high frequency AC power can be minimized, the required high frequency AC power can be kept to a minimum. Therefore, the capacity of the high-frequency AC power supply can be reduced. The processing capability of the surface treatment apparatus is good with little change over time over a long period of time.
[0008]
According to such a configuration, Earth side The counter electrode part of the electrode part and the high frequency AC power path forming part are Application side It has a shape surrounding the periphery of the electrode part. The counter electrode part and the high-frequency AC power path forming part have a rectangular cross section when viewed in the passing direction through which the object to be processed passes, thereby forming a closed circuit of the high-frequency AC power.
This Application side Electrode part and Earth side The object to be processed is passed between the counter electrode portions of the electrode portion.
In the above configuration, Earth side It is desirable that a matching box for impedance matching is disposed on the upper portion of the electrode portion.
According to such a configuration, the matching box is Earth side Since it is above the electrode portion, the length of the supply path of the high-frequency AC power can be minimized, and a surface treatment apparatus with good power stability with little power loss can be provided. In addition, it is resistant to fluctuations in high-frequency AC power.
[0009]
In the above configuration, Application side The electrode part preferably has a gas introduction part for introducing a gas for performing a predetermined treatment on the surface of the object to be processed into the plasma discharge region.
According to such a configuration, Application side A gas for performing a predetermined treatment can be reliably introduced into the plasma discharge region through the gas introduction part of the electrode part.
[0010]
In the above configuration, the object moving unit is configured to hold and convey the object to be processed. Earth side A first roller disposed upstream of the electrode portion; Earth side It is desirable to have the 2nd roller arrange | positioned in the downstream of an electrode part.
According to such a configuration, the object moving unit holds and conveys the object to be processed. Earth side A first roller disposed upstream of the electrode portion; Earth side It has the 2nd roller arrange | positioned in the downstream of an electrode part. These first and second rollers are Earth side Because it is located upstream and downstream of the electrode part, Earth side It is not arranged in the electrode part. From this, even if there is wear of parts of the first roller and the second roller which are the operating parts, Earth side The path of the high-frequency AC power constituted by the electrode portions can always be kept constant. Therefore, wear of parts in the operating part does not change the time constant of the high-frequency AC circuit, and does not change over time.
Moreover, due to the presence of the first roller and the second roller of the workpiece moving portion, Application side The distance from the electrode part can be kept constant.
[0011]
The surface treatment method of the present invention is a flat plate to which AC power is applied from a high-frequency AC power source. Applied The application-side electrode unit and the ground side are moved by moving a target object for surface treatment between the side electrode unit and the ground-side electrode unit disposed in parallel to the application-side electrode unit. An object to be processed moving between the electrode parts, and an excited active species of the plasma discharge region generated between the application side electrode part and the earth side electrode part with respect to the surface of the object to be processed to pass through A surface treatment step for exposing the ground-side electrode unit, wherein in the surface treatment step, the AC power of the high-frequency AC power source faces the application-side electrode unit to form the plasma discharge region. Counter electrode part of A high-frequency AC power path forming unit that is continuously formed with respect to the counter electrode unit Through the path of the high-frequency alternating current power to the ground of the high-frequency alternating current power source, and forming a closed circuit of the high-frequency alternating current power so that the high-frequency alternating current path is constant, A surface treatment is performed on the surface of the object to be treated under pressure.
[0012]
According to such a structure, in the to-be-processed object movement step, a plate-like shape to which AC power is applied from the high-frequency AC power source. Application side An electrode part; Application side Arranged parallel to the electrode section Earth side The object to be processed is moved between the electrode portions. As a result, the workpiece is Application side Electrode part and Earth side It passes between the electrode parts.
In the surface treatment step, the surface of the workpiece to be passed Application side Electrode part and Earth side Excited species in the plasma discharge region generated between the electrode portions are exposed.
In the surface treatment step, the AC power of the high-frequency AC power source is Application side Form a plasma discharge area facing the electrode Earth side The high-frequency alternating current power is closed so that the high-frequency alternating current path is constant through the counter electrode portion of the electrode section and the high-frequency alternating current power supply path formation section through the high-frequency alternating current power supply path to the ground. Forming circuit And subjecting the surface of the object to be treated to a surface treatment under atmospheric pressure or pressure near atmospheric pressure. It is like that.
[0013]
As a result, the path through which the high-frequency AC power flows has no movable parts and the path length is short. For this reason, the path through which high-frequency AC power flows is Application side The electrode portion can be surely formed in a constant state. For this reason, even if it is the surface of a to-be-processed object like a large sized substrate, uniform surface treatment can be performed over the whole surface. Moreover, since the loss of high frequency AC power can be minimized, the required high frequency AC power can be kept to a minimum. Therefore, the capacity of the high-frequency AC power supply can be reduced.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the surface treatment apparatus of the present invention.
The surface treatment apparatus 10 shown in FIG. 1 is also called a so-called parallel plate type atmospheric pressure plasma surface treatment apparatus.
The surface treatment apparatus 10 is an apparatus that can perform surface treatment on the surface of the object to be processed while moving the object to be processed using plasma discharge under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure.
[0015]
The surface treatment used in the embodiment of the present invention includes surface modification such as ashing, etching, hydrophilic treatment, water repellent treatment, film formation, and cleaning. The ashing process is, for example, a process for removing organic substances on the glass. The etching process is, for example, a film removal process on the glass. The hydrophilic treatment is, for example, a treatment for forming a hydrophilic film on the surface of glass or a surface activation treatment. The water repellent treatment is a treatment for forming a water repellent film on the surface of glass, for example.
The kind of plasma generated in the surface treatment apparatus 10 is glow discharge plasma generated under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure. This glow discharge plasma is generated with the occurrence of glow discharge in the plasma generating gas.
[0016]
A surface treatment apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a high-frequency
The
Thus, the surface treatment apparatus 10 has a pair of
[0017]
The surface treatment apparatus 10 shown in FIG. 1 performs surface treatment not only on the
The
[0018]
The high-frequency
The high-frequency
[0019]
Next, the
The
The
As with the
[0020]
FIG. 2 is a side view of the surface treatment apparatus 10 shown in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
As this gas type, it is possible to prepare a plurality of types of gases and mix and flow these gases. Examples of the surface treatment include ashing, etching, cleaning, surface modification, and film formation. The surface modification is hydrophilic treatment or water repellency treatment.
[0021]
For example, when the hydrophilic treatment is performed on the
However, the present invention is not limited to this, and depending on the type of surface treatment, He, Ar or N as an inert gas. 2 , Ne, Xe, O 2 , CF 4 , C 2 F 6 Etc. Moreover, you may mix a liquid material in an inert gas (decane etc.).
In any case, the
[0022]
Next, the cathode electrode unit 15 shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
The cathode electrode unit 15 includes a
The cathode electrode portion 15 is made of a material that can be an electrode similarly to the
[0023]
The counter electrode
[0024]
The cathode electrode unit 15 includes a high-frequency AC power path forming unit 41 and a
As shown in FIG. 1, the cathode electrode portion 15 has an inlet 54 for the object to be processed and an
[0025]
Next, the structure of the workpiece moving unit 20 shown in FIG. 1 will be described.
The workpiece moving unit 20 includes two first rollers 60 and 61 and two second rollers 63 and 64.
The first rollers 60 and 61 are rotationally driven by, for example,
[0026]
The workpiece moving unit 20 stabilizes the position of the
The first rollers 60 and 61 are arranged on the upstream side in the passing direction T of the cathode electrode portion 15. The second rollers 63 and 64 are located on the downstream side in the passing direction T of the cathode electrode portion 15.
[0027]
By doing so, the first rollers 60 and 61 and the second rollers 63 and 64 are outside the space 51 of the cathode electrode portion 15. Moreover, even if the
[0028]
Next, an example of the surface treatment method shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
In the object moving step ST1 shown in FIG. 4, the
[0029]
In the surface treatment step ST2 shown in FIG. 4, reactive active species are generated in the plasma discharge region 44 generated between the
As a result, the excited active species of the discharge gas in the plasma discharge region 44 is exposed to the
[0030]
Since the
When surface treatment is performed by plasma discharge as described above, in the surface treatment step ST2, the AC power supplied from the high-frequency
[0031]
As shown in FIG. 3, the AC power of the high-frequency
At this time, the path of the high-frequency AC power is the
Further, by arranging the matching box 33 as close as possible to the plasma discharge region 44, it is possible to reduce the power loss and increase the power ratio flowing into the plasma discharge region 44.
[0032]
The plasma discharge region (also referred to as plasma space) 44 obtained by these is transferred to the
The plasma discharge region 44 is supplied with the mixed gas from the
[0033]
Thus, the
[0034]
For example, a plating process can be performed on the surfaces of the
The thickness of the plating can be set according to the frequency of a high-frequency AC power supply (also referred to as RF power supply). The frequency of the high frequency AC power supply is, for example, 13.56 MHz. The plating thickness should be greater than the “skin depth” according to the frequency.
[0035]
The to-be-processed object moving part 20 shown in FIG. 1 can send the large to-
The
[0036]
The surface treatment apparatus 10 according to the present invention is a so-called parallel plate type atmospheric pressure plasma surface treatment apparatus, which uses a high-frequency power efficiently, for example, always a stable glow discharge on the surface of a
The surface treatment apparatus 10 of the present invention can perform surface treatment on the
[0037]
In a conventional surface treatment apparatus, for example, a method is employed in which an object to be treated is mounted on a table and the discharge unit is scanned. In this case, there is a problem that the AC power of the high-frequency AC power flows in a direction in which it flows easily due to contamination on the surface of the table, and the impedance changes during operation.
However, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the table 30 is not used for moving the object to be processed 30, and the roller for carrying is completely removed from the discharge regions of the cathode electrode portion 15 and the
[0038]
The
[0039]
In the embodiment of the present invention, not only a small substrate and a medium substrate, but also a surface treatment of an object to be processed such as a large substrate, a uniform surface treatment can be performed over the entire surface. Since the loss of the high-frequency AC power can be minimized, the capacity of the high-frequency
In the manufacturing process of a semiconductor device or a display device, various surface treatments are indispensable for the surface of the object to be processed. In an atmospheric pressure plasma surface treatment apparatus that does not use vacuum, ashing, etching, cleaning, thin film formation, and other surface modifications can be reliably performed on the surface of an object to be processed such as a large substrate.
According to such a configuration, since the matching box is above the cathode electrode part, the length of the supply path of the high-frequency AC power can be minimized, and a surface treatment apparatus with low power loss and good temporal stability can be provided. . In addition, it is resistant to fluctuations in high-frequency AC power.
[0040]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims.
A part of each configuration of the above embodiment can be omitted, or can be arbitrarily combined so as to be different from the above.
In the embodiment of the present invention, various types of objects to be processed can be adopted depending on the processing purpose. For example, the object to be processed may be an electronic component such as a packaged IC, a silicon substrate, a large glass substrate or a plastic plate used in a liquid crystal display device (LCD) as described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a preferred embodiment of a surface treatment apparatus of the present invention.
2 is a side view showing a cathode electrode portion, an anode electrode portion, and the like along the line AA in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a path of high-frequency AC power.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a surface treatment method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Surface treatment apparatus, 11 ... High frequency alternating current power supply, 13 ... Anode electrode part, 15 ... Cathode electrode part, 20 ... To-be-processed object moving part, 30 ... To-be-processed object, 31 ... Surface of the object to be processed, 33 ... Matching box, 38 ... Gas introduction part, 39 ... Gas storage part, 40 ... Counter electrode part of cathode electrode part, 41 ... High frequency AC power path forming unit, 44 ... plasma discharge region, T ... passing direction
Claims (5)
前記高周波交流電源から交流電力が付与される平板状の印加側電極部と、
前記印加側電極部に平行に対向して配置されるアース側電極部と、
表面処理をするための被処理体を移動することで前記印加側電極部と前記アース側電極部の間に通過させて、前記印加側電極部と前記アース側電極部の間に生成されるプラズマ放電領域の励起活性種を前記被処理体の表面に対して曝露させるための被処理体移動部と、
を備え、
前記アース側電極部は、
前記印加側電極部に対面して前記プラズマ放電領域を形成する対向電極部と、
前記対向電極部に対して連続的に形成されており、前記印加側電極部と接続された前記交流電源のアースに至る高周波交流電力の経路を形成する高周波交流電力経路形成部と、
を有し、
前記アース側電極部の前記対向電極部と前記高周波交流電力経路形成部は、前記印加側電極部の周囲を囲むような形状を有しており、前記被処理体を通過させる通過方向でみて矩形断面を有することにより、前記高周波交流電力の閉回路となっていて、 大気圧または大気圧近傍の圧力下で稼動する構成とした
ことを特徴とする表面処理装置。High frequency AC power supply,
A plate-like application-side electrode portion to which AC power is applied from the high-frequency AC power source;
An earth-side electrode portion disposed to face the application-side electrode portion in parallel;
Plasma generated between the application-side electrode portion and the ground-side electrode portion by moving the object to be processed for surface treatment between the application-side electrode portion and the ground-side electrode portion A target object moving unit for exposing the excited active species in the discharge region to the surface of the target object;
With
The ground side electrode part is
A counter electrode part that forms the plasma discharge region facing the application side electrode part;
A high-frequency AC power path forming unit that is formed continuously with respect to the counter electrode unit, and that forms a path of high-frequency AC power that reaches the ground of the AC power source connected to the application-side electrode unit ;
Have
The counter electrode part and the high-frequency AC power path forming part of the ground-side electrode part have a shape surrounding the application-side electrode part, and are rectangular when viewed in the passing direction through which the object to be processed passes. by having a cross-section, said has become a closed circuit of high-frequency AC power, a surface treatment apparatus is characterized in that a configuration which runs under pressure or near atmospheric.
通過する前記被処理体の表面に対して、前記印加側電極部と前記アース側電極部の間に生成されるプラズマ放電領域の励起活性種を曝露させるための表面処理ステップと、を有し、
前記表面処理ステップでは、前記高周波交流電源の交流電力は、前記印加側電極部に対面して前記プラズマ放電領域を形成する前記アース側電極部の対向電極部と、前記対向電極部に対して連続的に形成されている高周波交流電力経路形成部とを経て、前記高周波交流電源のアースに至る高周波交流電力の経路を通り、前記高周波交流の経路が一定となるように、前記高周波交流電力の閉回路を形成し、大気圧または大気圧近傍の圧力下で前記被処理体の表面に対して表面処理を行う
ことを特徴とする表面処理方法。An object to be treated for surface treatment between a flat plate-like application-side electrode portion to which AC power is applied from a high-frequency AC power source and a ground-side electrode portion disposed to face the application-side electrode portion in parallel. A workpiece moving step for passing between the application side electrode part and the ground side electrode part by moving
A surface treatment step for exposing the excited active species in the plasma discharge region generated between the application-side electrode portion and the earth-side electrode portion to the surface of the object to be processed passing therethrough,
In the surface treatment step, AC power of the high-frequency AC power supply is continuous with the counter electrode portion of the ground side electrode portion that forms the plasma discharge region facing the application side electrode portion and the counter electrode portion. The high-frequency AC power is closed so that the high-frequency AC power path is constant through the high-frequency AC power path forming section formed through the path of the high-frequency AC power supply to the ground of the high-frequency AC power supply. A surface treatment method characterized by forming a circuit and performing a surface treatment on the surface of the object to be treated under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure.
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