JP4574387B2

JP4574387B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP4574387B2
Application number: JP2005043637A
Authority: JP
Inventors: 裕人竹内; 尚梅岡
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-02-21
Also published as: JP2006228658A

Description

この発明はプラズマ処理装置に関し、特に、処理ガスを放電部に通して吹出し、放電部の外部に配置された被処理物に当てて洗浄等の表面処理を行なう、所謂リモート式のプラズマ処理装置に関する。

一般にリモート式プラズマ処理装置は、一対の電極間の両端部にスペーサを挟み、電極間にスリット状の通路を形成してある。このスリット通路に処理ガスを導入するとともに電極間に電界を印加してスリット通路内に放電を起こし、処理ガスをプラズマ化する。このプラズマガスを被処理物に吹付け、表面処理するようになっている。
特開２００４−２２８００５号公報

上記電極端部のスペーサの周辺では電界集中により誘電体が損傷劣化しやすいという問題があった。

本発明は、処理ガスを一方向に沿って大気圧近傍の放電部に通して吹出し口から被処理物に吹付けるプラズマ処理装置であって、
前記一方向と直交する対向方向に互いに対向する対向面を有する一対の平行平板型の電極と、厚さ方向を前記対向方向に向けて前記一方向及び前記対向方向と直交する幅方向に延び、かつ上記一方向に延びるスリット状をなして前記一対の電極どうしの間に挟まれたスリット通路を形成するスリット通路画成部とを備え、前記スリット通路の前記一方向の一側部に前記処理ガスの導入部が接続され前記一方向の他側部に前記吹出し口が設けられており、前記導入部が前記スリット通路の前記幅方向の全長にわたって処理ガスを均一に導入し、前記吹出し口が前記スリット通路の前記幅方向の全長に連なり、前記一対の電極どうし間にプラズマ放電が発生して前記スリット通路の内部に前記放電部が形成され、前記スリット通路画成部が、前記一対の電極の対向面にそれぞれ固体誘電体層となるべく設けられた一対の誘電部材と、一対の内端面構成部材を含み、前記一対の誘電部材が、前記対向方向に対向して互いの間に前記スリット通路を画成し、これら誘電部材の前記幅方向の両端部の各々が、前記各電極の対向面より前記幅方向の外側へ延出されて延出端部を形成し、これら誘電部材の前記幅方向の互いに同じ側の延出端部どうし間に前記内端面構成部材が設けられ、前記内端面構成部材の前記幅方向の内側を向く端面が、前記スリット通路の前記幅方向の内端面を構成しており、前記スリット通路の前記幅方向の寸法が、前記各電極の前記幅方向の寸法ひいては前記放電部の前記幅方向の寸法より大きく、前記幅方向の両端の各前記内端面が、前記各電極の対向面より前記幅方向（前記電極どうしの対向方向及びスリット通路内での処理ガスの流通方向の何れとも直交する方向）の外側に前記スリット通路の前記対向方向に沿う厚さ以上離れて配置されていることを特徴とする。
これによって、スリット通路が放電部より幅広になり、プラズマがスリット通路の内端面と接触するのを防止できるとともに、前記内端面の周辺での電界集中を緩和できる。これにより、パーティクルを防止できるとともに、内端面構成部材や固体誘電体層の損傷劣化を抑制して寿命を延ばすことができる。

前記一対の誘電部材の前記幅方向の互いに同じ側の延出端部どうし間に互いの間隔を維持するスペーサが設けられ、このスペーサの前記幅方向の内側を向く端面が、前記各電極の対向面より前記幅方向の外側に前記スリット通路の前記厚さ以上離れて配置されて前記スリット通路の前記幅方向の当該スペーサと同じ側の内端面を画成し、前記凸部が前記前記内端面構成部材を構成していることが望ましい。
これによって、前記スペーサが、電極対向面の幅方向端部より前記幅方向の外側に配置されることになり、スペーサ内端面での電界集中を緩和してパーティクルを防止でき、スペーサや誘電部材の損傷劣化を抑制できるとともに、誘電部材の裏面（スリット通路とは逆側の面）での異常放電を防止することができる。

少なくとも一方の電極側の誘電部材の前記延出端部には他方の誘電部材側に突出して互いの間隔を維持する凸部が一体に形成され、この凸部の前記幅方向の内側を向く面が、前記各電極の対向面より前記幅方向の外側に前記スリット通路の前記厚さ以上離れて配置されて前記スリット通路の前記幅方向の当該凸部と同じ側の内端面を画成し、前記凸部が前記前記内端面構成部材を構成していてもよい。
これによって、前記凸部が、前記電極の対向面の幅方向端部より前記幅方向の外側に配置されることになり、凸部の側端面での電界集中を緩和してパーティクルを防止でき、誘電部材の損傷劣化を抑制できるとともに、誘電部材の裏面（スリット通路とは逆側の面）での異常放電を防止できる。

前記スリット通路の前記幅方向の両端の各内端面が、前記電極の対向面より前記幅方向の外側に０．１〜３０ｍｍ離れて配置されていることが望ましい。０．１ｍｍ以上離すことによって、パーティクルを確実に防止でき、内端面構成部材や誘電体層の損傷劣化を確実に抑制できる。１．５ｍｍ以上離れているのが、より好ましい。スリット通路の厚さ以上離れているのが、より望ましい。上限を３０ｍｍ以下とするのは、それ以上離れていると処理ガスの無駄が多くなるからである。上限は２０ｍｍ以下とするのがより望ましい。

本発明は、例えば、略常圧（大気圧近傍の圧力）の環境下でのプラズマ処理に適用される。本発明における略常圧とは、１．０１３×１０⁴〜５０．６６３×１０⁴Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡易化を考慮すると、１．３３３×１０⁴〜１０．６６４×１０⁴Ｐａが好ましく、９．３３１×１０⁴〜１０．３９７×１０⁴Ｐａがより好ましい。

本発明によれば、スリット通路の内端面の周辺での電界集中を抑制でき、パーティクルを防止できるとともに、内端面構成部材や誘電体層の損傷劣化を抑制して寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、被処理物９０の表面をプラズマ洗浄するプラズマ処理装置１を示したものである。被処理物９０は、例えば液晶画面用のＩＴＯ（インジウム酸化錫）ガラスである。このＩＴＯガラス９０の表面にプラズマガスが照射されると、表面の活性状態が変化し、濡れ性が向上する。これにより、液晶の製造において次工程がスムーズに進むことになる。ここで、濡れ性が良いとは、被処理物９０の表面に液滴を垂らしたときの接触角が小さいことを意味し、処理レベルが高いことを意味する。

プラズマ処理装置１は、プラズマ生成ユニット１０と、搬送手段４０を備えている。
搬送手段４０は、例えばローラコンベアにて構成されている。図１の白抜き太矢印にて示すように、この搬送手段４０によって被処理物９０が左右に移動されるようになっている。

なお、搬送手段４０はローラ式に限定されずベルト式であってもよい。被処理物９０が枚葉のものであれば、搬送ロボット等の搬送系を用いてもよい。この他にも、バッチ対応の搬送系、マガジン−マガジン対応の搬送系を用いてもよく、複数種の搬送系を組み合わせてもよい。プラズマ処理部の前側又は後側にガイドローラを設置してもよく、しわ対策用のテンションコントロール機構やクラウンロールを設置してもよい。
被処理物９０が静止される一方、プラズマ生成ユニット１０が移動させるようになっていてもよい。

ローラコンベア４０の上方には、図示しない架台にて支持されたプラズマ生成ユニット１０が配置されている。プラズマ生成ユニット１０とコンベア上の被処理物９０の上面との間の距離は数ｍｍになるようになっている。

プラズマ生成ユニット１０は、左右一対の電極１１，１２と、これら電極１１，１２を保持するホルダ１５を有している。ホルダ１５は、樹脂等の絶縁性材料にて構成されている。

電極１１，１２は、平行平板型の電極が用いられているが、その形状は平板状に限定されるものではなく、円柱形状等の他の種々の形状をなしていてもよい。電極１１，１２は、鉄、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間化合物等にて構成される。図示は省略するが、各電極１１，１２の内部には水等の冷却用媒体を通す冷却路が設けられている。

左側(一方)の電極１１は、電源３０に接続されている。電源３０は、Ｖｐｐ＝１０〜３０ｋＶの高電圧を印加するようになっている。これにより、左側の電極１１がホット電極になっている。右側(他方)の電極１２は、電気的に接地され、アース電極となっている。

これら電極１１，１２の対向面には、それぞれ誘電部材１３，１３が設けられている。これら誘電部材１３，１３は、アルミナ、パイレックス（登録商標）、石英ガラス等の固体誘電体にて構成され、平板状をなしている。誘電部材１３の厚さは、０．１〜５ｍｍが好ましい。

図２に示すように、一対の誘電部材１３，１３の幅方向両端部の間すなわち前端部どうし間及び後端部どうし間には、それぞれスペーサ１８，１８が挟まれている。スペーサ１８は、樹脂等の絶縁材料にて構成されている。これらスペーサ１８，１８によって誘電部材１３，１３どうし間ひいては電極１１，１２どうし間の間隔が維持されている。

隣り合う電極１１，１２の誘電部材１３，１３間にスリット状の通路１４が形成されている。スペーサ１８，１８によって、スリット通路１４の幅方向両側（図２において上下）の内端面が画成されている。
プラズマ生成ユニット１０の一対の誘電部材１３，１３と一対のスペーサ１８，１８は、「スリット通路画成部」を構成している。

図１の仮想線で示すように、プラズマ生成ユニット１０の上側部には処理ガス導入部２２が設けられている。処理ガス源２０からの処理ガス供給路２１が上記処理ガス導入部２２に接続され、この処理ガス導入部２２が、スリット通路１４の上端部（幅方向と直交する方向の一側部）の全長に連なっている。図示は省略するが、処理ガス導入部２２には、チャンバやスリット等からなるガス均一化路が設けられ、処理ガス源２０からの処理ガスを均一化して、スリット通路１４の幅方向に均一に導入するようになっている。
プラズマ洗浄用の処理ガスとしては、例えば希ガス、窒素等を用いるのが好ましい。微量の酸素を添加すると、より好ましい。

プラズマ生成ユニット１０の電極ホルダ１５の下端面には、底板１７が設けられている。底板１７には、前後幅方向（図１の紙面直交方向）に延びる吹出し口１６が形成されている。この吹出し口１６が、スリット通路１４の下端部（他側部）の全長に連なっている。
底板１７は、金属などの導電材料からなる平らな板にて構成され、電気的に接地されている。これによって、底板１７は、被処理物９０にアークが落ちないように避雷針（アース板）の役割を果たしている。なお、底板１７は少なくともホット電極１１の下側に配置されていればよく、アース電極１２側についてはホルダ１５の下面が露出されていてもよい。

本発明の最も特徴的な部分について説明する。
図２に示すように、上記誘電部材１３の前後両端部（幅方向両端部、図２において上下）は、電極１１，１２の対向面の幅方向両端部より延出されており、一対の誘電部材１３，１３の延出端部どうしの間に上記スペーサ１８が配置されている。したがって、スペーサ１８は、電極１１，１２の対向面の幅方向端部より幅方向の外側に配置されている。また、スリット通路１４は、電極１１，１２の対向面の幅方向両端部より延出されている。そして、スリット通路１４の幅方向両側の内端面が、電極１１，１２の対向面の幅方向両端部より幅方向の外側に配置されている。スリット通路１４の内端面は、電極１１，１２の対向面の幅方向端部より幅方向の外側へ０．１〜３０ｍｍ離れて配置されていることが望ましい。

上記構成において、処理ガス源２０からの処理ガスが、処理ガス導入部２２を経てスリット通路１４に均一に導入される。併行して、電源３０からホット電極１１に電圧が印加される。これにより、スリット通路１４内で大気圧グロー放電等のプラズマ放電が発生し、スリット通路１４の大部分が放電部１４ａとなる。この放電部１４ａにおいて処理ガスがプラズマ化される。このプラズマガスが、吹出し口１６から吹出され、被処理物９０に吹き付けられる。これによって、被処理物９０の表面をプラズマ洗浄することができ、濡れ性を向上させることができる。さらに、被処理物９０が左右に移動されることによって被処理物９０の全面を処理できる。

一方、スリット通路１４は放電部１４ａより幅広になっており、スリット通路１４の幅方向両側のスペーサ１８，１８と放電部１４ａとの間にはそれぞれ非放電部１４ｂ，１４ｂになる。これによって、プラズマがスペーサ１８に触れるのを防止でき、パーティクルの発生を防止できる。また、スペーサ１８の内端面の周辺での電界集中を緩和でき、誘電部材１３やスペーサ１８の損傷、劣化を抑制して寿命を延ばすことができる。さらに、誘電部材１３が電極１１，１２の対向面より突出しているので、誘電部材１３の裏面（スリット通路とは逆側の面）で放電が起きるのを防止することができる。

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。
第１実施形態では、スペーサ１８が、誘電部材１３と別体になっていたが、一体に構成してもよい。すなわち、図３に示すように、各誘電部材１３の電極対向面から延出された幅方向両端部には、それぞれ他方の誘電部材へ向けて突出する凸部１３ａが一体に形成されている。一対の誘電部材１３，１３の凸部１３ａ，１３ａの突出端どうしが突き合わされている。これにより、誘電部材１３，１３どうしの間隔ひいては電極１１，１２どうしの間隔が維持されている。また、凸部１３ａ．１３ａによってスリット通路１８の内端面が画成されている。凸部１３ａ，１３ａは、第１実施形態のスペーサ１８と同じ役目を果たしている。
これら凸部１３ａ，１３ａは、電極１１，１２の対向面の端部より幅方向の外側に配置されている。

図４は、誘電部材１３の支持構造の一態様を示したものである。この誘電部材１３の幅方向両端の下端部は斜めに切欠されている。一方、ホルダ１５の下端部には、断面三角形状の爪部１５ｂが突出されている。この爪部１５ｂが誘電部材１３の切欠部１３ｂに引っ掛けられている。これにより、誘電部材１３を安定的に支持でき、脱落や位置ずれを防止することができる。

誘電部材１３の切欠部１３ｂは、上記の形状に限定されず、図５に示すように、四角形状に切欠されていてもよい。これに合わせてホルダ１５の爪部１５ｂも四角形状にするとよい。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、誘電部材支持構造として、誘電部材１３の上端部に引っ掛かり部１３ｃを突出形成してもよい。ホルダ１５には凹部１５ｃを形成し、この凹部１５ｃに誘電部材１３の引っ掛かり部１３ｃを引っ掛けることにより、誘電部材１３を支持する。引っ掛かり部１３ｃは、誘電部材１３の上縁の全長にわたって延びているが、これに代えて小片状に構成してもよい。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、誘電部材支持構造として、誘電部材１３の上側部に孔１３ｄを開穿し、この孔１３ｄにピン１９を通してホルダ１５に止めることにより、誘電部材１３を支持することにしてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変をなすことができる。
例えば、電極１１，１２の端部の位置は幅方向にずれていてもよい。その場合、幅方向外側に突出する側の電極端部よりもスリット通路１４の内端面が幅方向外側に位置するようにするのが望ましい。或いは、電極１１，１２の端部の幅方向のずれに合わせてスリット通路１４の内端面を斜めにしてもよい。
第２実施形態において、片方の誘電部材１３にだけ凸部１３ａを一体に設け、この凸部１３ａを他方の誘電部材１３に突き当てることにしてもよい。

本発明は、例えばＩＴＯガラスの濡れ性向上のためのプラズマ洗浄に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の側面断面図である。図１のII−II線に沿う上記プラズマ処理装置のプラズマ生成ユニットの平面断面図である。本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ生成ユニットの平面断面図である。誘電部材の支持構造の一態様を示す斜視図である。誘電部材の支持構造の一態様を示す斜視図である。誘電部材の支持構造の一態様を示す側面断面図である。図６（ａ）に示す誘電部材支持構造の斜視図である。誘電部材の支持構造の一態様を示す側面断面図である。図７（ａ）に示す誘電部材の斜視図である。

符号の説明

１プラズマ処理装置
１０プラズマ生成ユニット
１１，１２電極
１３誘電部材
１３ａ凸部
１４スリット通路
１４ａ放電部
１４ｂ非放電部
１６吹出し口
１８スペーサ
２０処理ガス源
２１処理ガス供給路
２２処理ガス導入部
３０電源
４０搬送手段
９０被処理物

Claims

処理ガスを一方向に沿って大気圧近傍の放電部に通して吹出し口から被処理物に吹付けるプラズマ処理装置であって、
前記一方向と直交する対向方向に互いに対向する対向面を有する一対の平行平板型の電極と、厚さ方向を前記対向方向に向けて前記一方向及び前記対向方向と直交する幅方向に延び、かつ上記一方向に延びるスリット状をなして前記一対の電極どうしの間に挟まれたスリット通路を形成するスリット通路画成部とを備え、前記スリット通路の前記一方向の一側部に前記処理ガスの導入部が接続され前記一方向の他側部に前記吹出し口が設けられており、前記導入部が前記スリット通路の前記幅方向の全長にわたって処理ガスを均一に導入し、前記吹出し口が前記スリット通路の前記幅方向の全長に連なり、前記一対の電極どうし間にプラズマ放電が発生して前記スリット通路の内部に前記放電部が形成され、
前記スリット通路画成部が、前記一対の電極の対向面にそれぞれ固体誘電体層となるべく設けられた一対の誘電部材と、一対の内端面構成部材を含み、前記一対の誘電部材が、前記対向方向に対向して互いの間に前記スリット通路を画成し、これら誘電部材の前記幅方向の両端部の各々が、前記各電極の対向面より前記幅方向の外側へ延出されて延出端部を形成し、これら誘電部材の前記幅方向の互いに同じ側の延出端部どうし間に前記内端面構成部材が設けられ、前記内端面構成部材の前記幅方向の内側を向く端面が、前記スリット通路の前記幅方向の内端面を構成しており、前記スリット通路の前記幅方向の寸法が、前記各電極の前記幅方向の寸法ひいては前記放電部の前記幅方向の寸法より大きく、前記スリット通路の前記幅方向の両端の各前記内端面が、前記各電極の対向面より前記幅方向の外側に前記スリット通路の前記対向方向に沿う厚さ以上離れて配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記一対の誘電部材の前記幅方向の互いに同じ側の延出端部どうし間に互いの間隔を維持するスペーサが設けられ、このスペーサの前記幅方向の内側を向く端面が、前記各電極の対向面より前記幅方向の外側に前記スリット通路の前記厚さ以上離れて配置されて前記スリット通路の前記幅方向の当該スペーサと同じ側の内端面を画成し、前記スペーサが前記内端面構成部材を構成し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。
少なくとも一方の電極側の誘電部材の前記延出端部には他方の誘電部材側に突出して互いの間隔を維持する凸部が一体に形成され、この凸部の前記幅方向の内側を向く面が、前記各電極の対向面より前記幅方向の外側に前記スリット通路の前記厚さ以上離れて配置されて前記スリット通路の前記幅方向の当該凸部と同じ側の内端面を画成し、前記凸部が前記前記内端面構成部材を構成し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。
前記スリット通路の前記幅方向の両端の各内端面が、前記電極の対向面より前記幅方向の外側に３０ｍｍ以下離れて配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のプラズマ処理装置。