JP4619315B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、大気圧近傍下でプラズマ放電を形成するとともにこのプラズマ放電に被処理物を晒して表面処理を行なうプラズマ処理装置に関し、特に、前記被処理物がガラス基板等の誘電体である場合に適した大気圧プラズマ処理装置に関する。

大気圧近傍下でプラズマ放電を形成するとともにこのプラズマ放電空間内にガラス基板等の被処理物を配置して表面処理を行なう常圧プラズマ処理装置は公知である。この種の装置には、高圧電極と接地電極が互いに対向するように設けられている。各電極の対向面には安定放電のために固体誘電体層が形成されている。固体誘電体層は、アルミナの溶射やセラミック板で構成されている。多くの場合、接地電極は、被処理物を設置するステージを兼ねている。この接地電極兼ステージ上の被処理物に高圧電極が対向配置される。高圧電極への電圧供給により、高圧電極と接地電極兼ステージの間に電界が印加され、大気圧プラズマ放電が形成される。この大気圧プラズマ放電に処理目的に応じたプロセスガスが導入されて、プラズマ化されるとともに被処理物に接触して反応を起こし、被処理物の表面処理がなされる。
特開２００４−２２８１３６号公報

近年、被処理物の大型化が進み、これに伴い、接地電極兼ステージの大型化が必要となっている。ステージが大型になると、その上面の固体誘電体層も大面積化する必要がある。しかし、大面積の固体誘電体層を作るのは容易でなく製造費の上昇を避けられない。
一方、被処理物は、ガラスなどの誘電体で構成されることが多い。そこで、誘電体製被処理物をステージの固体誘電体層として代用することにすれば、ステージの金属表面自体に固体誘電体層を設ける必要が無くなる。その場合、アーク放電の防止のために、被処理物でステージの金属表面を完全に覆い、被処理物の周縁部をステージの金属表面より少し突出させるのが望ましい。
しかし、そうすると、電極が被処理物の周縁部及びそれより外側に位置している時は放電が起きず、電極が被処理物の周縁部より内側に移動してステージの金属表面の端部上に来た時、いきなりプラズマ放電が起き、処理が開始される。そのため、処理開始地点（被処理物の周縁部とそこより内側の主部分との境部分（主部分の端部））等の放電状態が不安定になり、処理不良になったり損傷を受けたりしてしまう。

本発明は、上記考察に基づいてなされたものであり、ガラス基板等の誘電体からなる被処理物を大気圧近傍のプラズマ放電に晒して表面処理する装置において、
露出された第１金属表面（金属にて構成された主設置面）を有する第１ステージ部（主設置部）と、固体誘電体層（側辺誘電部）で被覆された第２金属表面（側辺金属部）を有して前記第１ステージ部の外周部に設けられた第２ステージ部（側辺部）とを含み、前記第１ステージ部の第１金属表面上に、前記被処理物が周縁部を前記第２ステージ部の側へ突出させるようにして設置されるステージと、
前記ステージに対し、前記第１ステージ部と対向して前記プラズマ放電を形成する第１移動範囲（第１位置）と、前記第２ステージ部と対向する第２移動範囲（第２位置）、この第２移動範囲より前記第１移動範囲側とは反対側の第３移動範囲とを含む範囲で相対移動される電極と、
前記電極が前記第３移動範囲から第２移動範囲を経て第１移動範囲へ向かうとき、前記電極が前記第２移動範囲と第３移動範囲とに跨る位置と前記第１移動範囲の直近に在る位置との間における所定の位置に達した時点で前記電極に前記プラズマ放電のための電圧供給を開始する電源回路と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、被処理物をステージの第１金属表面の固体誘電体層として代用でき、第１金属表面に溶射膜やセラミック板の固体誘電体層を設ける必要がなく、製造コストを低く抑えることができ、ステージの大型化が容易になる。第２移動範囲の電極と第２ステージ部の間にも電界が印加されるようにすることができ、これによって、電極が第１移動範囲に入るのに先立って助走的な放電を起こして正規のプラズマ処理の準備をしておくことができる。この結果、被処理物の周縁部とそれより内側の主部分との境での正規のプラズマ放電開始時における放電状態を安定させることができ、被処理物の主部分の端部等の損傷防止や処理の良好性確保を図ることができる。
しかも、電極が第３移動範囲と第２移動範囲とに跨る位置と前記第１移動範囲の直近に在る位置までの間における所定位置に位置した段階で電圧供給を開始することにより、電圧供給開始時の電極からの電界方向を第２金属に確実に向かわせることができ、電極から異常放電が発生するのを防止することができる。また、電極からの電界が第２金属の外端部等に局所的に集中するのを回避でき、第２ステージ部の固体誘電体層等が損傷するのを防止することができる。

前記所定位置において、前記電極が前記第２移動範囲と第３移動範囲に跨っていてもよい。その場合、前記電極の約３〜７割の部分が、前記第２移動範囲に在り、残部が前記第３移動範囲に在ることが好ましい。
約３割以上とすることによって、電圧供給開始時の異常放電を確実に防止できるとともに、第２金属の外端部等への電界集中を確実に回避できる。約７割以下とすることによって第２ステージ部の幅を必要以上に大きくする必要がない。

前記所定位置において、前記電極の約５割の部分が、前記第２移動範囲に在り、残部が前記第３移動範囲に在ることが、より好ましい。
これによって、電極からの異常放電発生を確実に防止できるとともに、第２金属の外端部等への電界集中を確実に回避することができる。

前記電極の前記相対移動方向に沿う幅は、前記第２ステージ部（ひいては前記第２移動範囲）の前記相対移動方向に沿う幅より大きくてもよく、等しくてもよく、小さくてもよい。
前記所定位置は、前記第２移動範囲と第３移動範囲とに跨る位置から少なくとも前記第１移動範囲に入る前までの間で設定されていればよい。
前記電極の幅が前記第２ステージ部より大きい場合等は、前記所定位置が、前記第２移動範囲と第３移動範囲とに跨り、且つ、前記第１移動範囲の直近に在る位置であってもよい。
前記電極の幅が前記第２ステージ部より小さい場合は、前記所定位置が、前記第２移動範囲と第３移動範囲とに跨る位置を越えて、前記電極の幅方向の全体が前記第２移動範囲内に在る位置であってもよい。

前記ステージが、前記第２ステージ部の第１ステージ部側とは反対側に設けられた絶縁性の第３ステージ部を更に有し、前記第３移動範囲において、前記電極と前記第３ステージ部とが対向することが好ましい。
これによって、電極を第３ステージ部上に待機させることができる。第２ステージ部の外側にも電極と第３ステージ部との間に処理ガスの通路が形成されるようにすることができる。
第３ステージ部の表面は、第２ステージ部の固体誘電体層の表面と面一であるのが好ましい。

前記第２移動範囲の電極と第２ステージ部との間にプラズマ放電が形成されるように、前記第２ステージ部の固体誘電体層の厚さ及び誘電率が設定されていることが好ましい。
これによって、電極が第１移動範囲に入る前の助走放電を確実に起こすことができ、被処理物の主部分の端部での放電状態を確実に安定させることができる。

前記第２ステージ部の固体誘電体層が、前記被処理物の周縁部が設置されるべき内側誘電部（周縁設置部）と、この内側誘電部より前記第１ステージ部とは反対側に配置され、前記被処理物の周縁部より突出されるべき外側誘電部とを有しているのが好ましい。
前記内側誘電部と外側誘電部のうち少なくとも外側誘電部が、前記第２金属表面に対応して配置され、第２金属表面を覆っていることが好ましい。

前記第２ステージ部の固体誘電体層が、前記被処理物の周縁部が設置されるべき内側誘電部と、この内側誘電部より外側に配置され、前記被処理物の周縁部の外側に沿在する外側誘電部とを有しているのが好ましい。
前記内側誘電部と外側誘電部のうち少なくとも外側誘電部が、前記第２金属表面に対応して配置され、第２金属表面を覆っていることが好ましい。
これによって、助走放電が被処理物の周縁部より外側に形成されるようにすることができる。

前記第２移動範囲において、前記電極と前記外側誘電部との間にプラズマ放電が形成されるように、前記外側誘電部の厚さ及び誘電率が設定されていることが好ましい。
これによって、助走放電が被処理物の周縁部より外側の外側誘電部上で形成されるようにすることができる。

前記外側誘電部の厚さと誘電率の比が、前記被処理物の厚さと誘電率の比と略同じであることが好ましい。前記外側誘電部の単位面積あたりの静電容量が前記被処理物の単位面積あたりの静電容量と互いに等しくなるように、前記外側誘電部の誘電率と厚さが設定されているのが好ましい。
これによって、外側誘電部上の助走放電の状態を被処理物の主部分上での正規の放電状態と同様のレベルにすることができる。

前記第１金属表面と前記内側誘電部の表面とが面一になっているのが好ましい。前記内側誘電部の表面が、前記第１金属表面と面一に連続していることが好ましい。
これによって、被処理物の主部分を第１金属表面に確実に接触させるとともに被処理物の周縁部を内側誘電部に確実に接触させることができ、被処理物の裏面とステージの間に隙間が出来るのを防止することができる。
前記外側誘電部の表面が、前記第１金属表面より前記被処理物の厚さと略同じ大きさだけ前記電極の側に突出されていることが好ましい。
これによって、助走放電時の電極と第２ステージ部の間のプロセスガスの流通状態を、正規のプラズマ放電時の電極と被処理物の間の流通状態と略同じになるようにすることができる。

前記第１金属表面が、前記第２金属表面（第２金属部と固体誘電体層の接合面）より前記電極の側に突出していてもよく、前記外側誘電部の表面が、前記第１金属表面より前記電極の側に突出していてもよい。この構成は、外側誘電部の誘電率が、被処理物の誘電率より大きい場合に好適である。
外側誘電部の誘電率が、前記被処理物の誘電率より小さい場合は、前記第２金属部と固体誘電体層の接合面が、前記第１金属表面より前記電極の側に突出されているのが好ましい。

また、本発明は、誘電体からなる被処理物を大気圧近傍のプラズマ放電に晒して表面処理するプラズマ処理装置において、
露出された第１金属表面を有する第１ステージ部と、固体誘電体層で被覆された第２金属表面を有して前記第１ステージ部の外周部に設けられた第２ステージ部とを含み、前記第１ステージ部の第１金属表面上に、前記被処理物が周縁部を前記第２ステージ部の側へ突出させるようにして設置されるステージと、
前記ステージに対し、前記第１ステージ部と対向する第１移動範囲と、前記第２ステージ部と対向する第２移動範囲と、この第２移動範囲より前記第１移動範囲側とは反対側の第３移動範囲とを含む範囲で相対移動される第１電極と、
この第１電極の前記第３移動範囲側に配置され、第１電極と一体になって、前記ステージに対し、前記第１移動範囲と前記第２移動範囲と前記第３移動範囲とを含むように相対移動される第２電極と、
前記第１、第２電極が前記第３移動範囲から第２移動範囲を経て第１移動範囲へ向かう入移動のとき、前記第１電極が前記第２移動範囲と第３移動範囲とに跨る位置と前記第１移動範囲の直近に在る位置との間における所定の位置に達した時点で前記第１電極に前記プラズマ放電のための電圧供給を開始する第１電源回路と、
前記入移動のとき、前記第２電極が前記第２移動範囲と第３移動範囲とに跨る位置と前記第１移動範囲の直近に在る位置との間における所定位置に達した時点で前記第２電極に前記プラズマ放電のための電圧供給を開始する第２電源回路と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、被処理物をステージの第１金属表面の固体誘電体層として代用でき、第１金属表面に溶射膜やセラミック板の固体誘電体層を設ける必要がなく、製造コストを低く抑えることができ、ステージの大型化が容易になる。第２移動範囲の電極と第２ステージ部の間にも電界が印加されるようにすることができ、これによって、電極が第１移動範囲に入るのに先立って助走的な放電を起こして正規のプラズマ処理の準備をしておくことができる。この結果、被処理物の周縁部とそれより内側の主部分との境での正規のプラズマ放電開始時における放電状態を安定させることができ、被処理物の主部分の端部等の損傷防止や処理の良好性確保を図ることができる。
しかも、第１電極が所定位置に達した時点で第１電極に対し電圧供給を開始することにより、第１電極からの電界方向を第２金属に確実に向かわせることができ、その後、第２電極が所定位置に達した時点で第２電極に対し電圧供給を開始することにより、第２電極からの電界方向を第２金属に確実に向かわせることができる。このように、第１、第２電極に対し電圧供給開始を順次行なうことにより、電圧供給開始時に異常放電や電界集中が起きるのを防止することができる。

前記電極の前記相対移動方向に沿う幅が、前記外側誘電部から前記第１ステージ部に跨り得る大きさであってもよい。
これによって、電極が第２移動範囲から第１移動範囲へ移るとき、電界が被処理物の主部分の端部上だけでなく外側誘電部上にも存続しているようにすることができ、被処理物の主部分の端部上に電界集中が起きるのを防止でき、被処理物の主部分の端部の処理の良好性を確実に確保することができる。
前記電極の前記相対移動方向に沿う幅は、少なくとも前記内側誘電部の前記相対移動方向に沿う幅より大きいのが好ましい。
前記第１金属表面が、前記被処理物より僅かに小面積であるのが好ましい。これにより、前記被処理物の主部分によって、前記第１金属表面の全体を覆うことができる。前記被処理物の周縁部は、前記第２ステージ部に設置されるようになっているのが好ましい。

前記内側誘電部の表面が、前記第１金属表面と面一になっており、内側誘電部の裏面が第１ステージ部に向うにしたがって表側へ傾く斜面になり、内側誘電部の厚さが、前記第１ステージ部に近づくにしたがって小さくなっていてもよい。
これにより、内側誘電部とその上に設置された被処理物の周縁部とを合わせた全体の誘電率が、第１ステージ部の側に向かうにしたがって被処理物単独の誘電率に近づくようにすることができる。よって、被処理物の周縁部上の助走放電部分でのプラズマ放電状態を、正規放電部に近づくにしたがって正規放電部でのプラズマ放電状態に近づけ、被処理物の周縁部と主部分の端部の境界での放電状態が不連続になるのを防止することができる。

前記内側誘電部と前記外側誘電部とが、一体に連なっていることが好ましい。
これによって、内側誘電部と外側誘電部との境において第２金属部が露出しないようにすることができ、内側誘電部と外側誘電部との境を通して第２金属部に沿面放電等が落ちるのを防止することができる。
前記内側誘電部と外側誘電部とが、別体になっていてもよい。
前記内側誘電部と外側誘電部との間に段差が形成されていることが好ましい。この段差に被処理物の端面が宛がうことができ、被処理物を確実に位置決めすることができる。

前記第１ステージ部の第１金属部と前記第２ステージ部の第２金属部とが、互いに接し、ないしは互いに連続していることが好ましく、第２金属部が内側誘電部の裏側にも配置されているのが好ましい。
これによって、電極が第２移動範囲から第１移動範囲に跨るとき、プラズマ放電の助走部と正規のプラズマ放電部が連続するようにでき、被処理物の主部分の端部の処理の良好性を一層確実に確保することができる。

本発明は、大気圧近傍（略常圧）の圧力環境での常圧プラズマ処理に特に効果的である。ここで、大気圧近傍とは、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便化を考慮すると、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、被処理物をステージの第１金属表面の固体誘電体層として代用でき、第１金属表面に溶射膜やセラミック板の固体誘電体層を設ける必要がなく、製造コストを低く抑えることができ、ステージの大型化が容易になる。加えて、第２移動範囲の電極と第２ステージ部の間にも電界が印加されるようにすることができる。これによって、助走的な放電を起こして正規のプラズマ処理の準備をしておくことができる。この結果、被処理物の主部分の端部上での正規のプラズマ放電開始時における放電状態を安定させることができ、被処理物の主部分の端部等の損傷防止や処理の良好性確保を図ることができる。
しかも、電極が第３移動範囲と第２移動範囲とに跨る所定位置より第１移動範囲側に位置した段階で電圧供給を開始することができる。これにより、電圧供給開始時の電極からの電界方向を第２金属に確実に向かわせることができ、電極から異常放電が発生するのを防止することができる。また、電極からの電界が第２金属の外端部等に局所的に集中するのを回避でき、第２ステージ部の固体誘電体層等が損傷するのを防止することができる。

以下、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、常圧プラズマ処理装置Ｍの概略構成を示したものである。常圧プラズマ処理装置Ｍは、処理ユニット１０と、ステージ２０を備えている。処理ユニット１０には、３つ（複数）の高圧電極１１，１１，１１が設けられている。以下、これら３つの電極１１，１１，１１を互いに区別するときは、右側の電極の符号を１１Ａとし、中央の電極の符号を１１Ｂとし、左側の電極の符号を１１Ｃとする（図２〜図６参照）。

各電極１１は、四角形断面をなして図１の紙面直交方向に長く延びている。図示は省略するが、各電極１１の下面には、固体誘電体層としてのセラミック製の固体誘電体層が設けられている。３つの電極１１，１１，１１は、左右に等間隔で並べられている。

これら３つの電極１１は、共通の電源回路３０に接続されている。電源回路３０は、各電極１１に大気圧プラズマ放電を形成するための電圧を供給するようになっている。供給電圧は、正弦波等の連続波電圧でもよく、パルス波等の間欠波電圧でもよい。電源回路３０には、各電極１１に対応する３つ（複数）のスイッチ部３１が設けられている。スイッチ部３１Ａは電極１１Ａに接続され、スイッチ部３１Ｂは電極１１Ｂに接続され、スイッチ部３１Ｃは電極１１Ｃに接続されている（図２〜図６参照）。

図示は省略するが、プラズマ処理装置Ｍには、プロセスガス源からのプロセスガス供給ラインが接続されている。このプロセスガス供給ラインからのプロセスガスが、各電極１１の下方に吹出されるようになっている。プロセスガスとしては、処理目的に合わせたガス種が用いられている。例えば、エッチング処理、親水化処理、撥水化処理ではＣＦ_４等のフッ化炭素化合物と窒素が用いられている。

処理ユニット１０の下側にステージ２０が設置されている。ユニット１０の下面（各電極１１の上記固体誘電体層の下面）とステージ２０の間のギャップは数ｍｍ程度である。図において、上記のギャップは誇張して示されている。
左右に隣り合う電極１１，１１どうし間のギャップは、処理ユニット１０の下面とステージ２０の間の実際のギャップよりも大きい。

ステージ２０は、第１ステージ部２１と、この第１ステージ部２１の外周部に設けられた第２ステージ部２２と、この第２ステージ部２２の外周部に設けられた第３ステージ部２３とを備えている。

第１ステージ部２１は、アルミニウム等の金属（第１金属）にて構成され、平面視四角形になっている。第１ステージ部２１の奥行き（図１の紙面と直交する方向の寸法）は、電極１１の長さとほぼ同じになっている。
第１ステージ部２１の上面２１ａ（第１金属表面）は、水平になっている。第１金属表面２１ａ上には固体誘電体層が設けられておらず、該金属表面２１ａが露出されている。
金属製第１ステージ部２１は、電気的に接地されている。第１ステージ部２１は、高圧電極１１に対する接地電極としての役目を兼ねている。

図１において仮想線で示すように、露出された第１金属表面２１ａ上に、処理すべき基板（被処理物）Ｗが設置されるようになっている。基板Ｗは、例えば大型液晶用のガラス等の誘電体で構成され、平面視四角形状をなしている。基板Ｗを構成するガラスの比誘電率ε_Ｗは、ε_Ｗ＝５程度である。基板Ｗの厚さｔ_Ｗは、例えばｔ_Ｗ＝０．７ｍｍ程度である。

第１金属表面２１ａの面積（第１ステージ部２１の面積）は、基板Ｗの面積より少し小さい。そのため、基板Ｗの周縁部Ｗｂより内側の主部分Ｗａが第１金属表面２１ａの全体を覆い、基板Ｗの周縁部Ｗｂは第１金属表面２１ａから外側すなわち第２ステージ部２２の側に突出するようになっている。基板周縁部Ｗｂの第１金属表面２１ａからの突出量は、例えば１０ｍｍ程度である。

第２ステージ部２２は、第２金属２４と、固体誘電体層２５とを有している。第２金属２４は、アルミニウム等の金属にて構成されている。第２金属２４の内端部は、第１ステージ部２１を構成する第１金属と接合されている。
第２金属２４は、第１ステージ部２１を介して電気的に接地されているが、第１ステージ部２１を介さずに第２金属２４に接地線を直接接続してもよい。

第２ステージ部２２の第２金属２４の上面２４ａ（第２金属表面）は、第１ステージ部２１の第１金属表面２１ａより下に位置しており、両者間に段差が形成されている。（第１金属表面２１ａは、第２金属表面２４ａより上に突出されている。）第２金属表面２４ａは、水平になっている。

第２金属表面２４ａ上に、固体誘電体層２５が設けられている。固体誘電体層２５は、第２金属表面２４ａの全体を覆っている。固体誘電体層２５は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミック部材で構成されている。固体誘電体層２５を構成するアルミナの比誘電率ε_２５は、基板Ｗの約２倍のε_２５＝１０程度である。

固体誘電体層２５は、第１ステージ部２１側の内側誘電部２６と、第３ステージ部２３側の外側誘電部２７とを有している。内外の誘電部２６，２７は一体に連なっている。

内側誘電部２６の内端面（第１ステージ部２１側の端面）は、第１金属表面２１ａと第２金属表面２４ａとの間の段差面に突き当たっている。内側誘電部２６の上面は、第１金属表面２１ａと面一をなしている。
内側誘電部２６の上面に基板Ｗの周縁部Ｗｂが設置されるようになっている。内側誘電部２６の左右方向の幅（基板周縁部Ｗｂの幅）は、各電極１１の左右方向の幅より小さい。

外側誘電部２７は、内側誘電部２６より厚肉になっており、内側誘電部２６の上面及び第１金属表面２１ａより上に突出されている。外側誘電部２７と内側誘電部２６の間に段差が形成されている。
外側誘電部２７と内側誘電部２６の間の段差面に基板Ｗの周端面が宛がわれるようになっている。外側誘電部２７と内側誘電部２６との間の段差の高さは、基板Ｗの厚さと略同じになっている。したがって、外側誘電部２７の上面と基板Ｗの上面とは略面一になるようになっている。
外側誘電部２７は、基板Ｗより外側に位置されることになる。外側誘電部２７の左右方向の幅は、各電極１１の左右方向の幅より大きく、左端電極１１Ｃの左端部と右端電極１１Ａの右端部の間の距離より小さい。

外側誘電部２７の厚さと誘電率の比は、基板Ｗの厚さと誘電率の比と略同じになるように設定されている。したがって、固体誘電体層２５の誘電率が基板Ｗの２倍である場合には、外側誘電部２７の厚さは、基板Ｗの略２倍に設定されている。ガラス製基板Ｗの比誘電率がε_Ｗ＝５．３〜６．５程度、厚さがｔ_Ｗ＝０．５〜０．７ｍｍ程度であり、固体誘電体層２５の比誘電率がε_２５＝９〜１１程度である場合、外側誘電部２７の厚さは、ｔ_２７＝０．６９〜１．４５ｍｍ程度になるように設定されている。例えば、基板Ｗが比誘電率ε_Ｗ＝５、厚さｔ_Ｗ＝０．７ｍｍ程度である場合、比誘電率ε_２５＝１０のアルミナからなる固体誘電体層２５の外側誘電部２７の厚さｔ_２７は、ｔ_２７＝１．４ｍｍ程度に設定されている。

第２ステージ部２２の第２金属２４と固体誘電体層２５の外端部は、面一に揃えられているが、固体誘電体層２５の外側誘電部２７が、第２金属２４より外側に突出されていてもよい。
これら第２金属２４と固体誘電体層２５の外側面に、外枠としての第３ステージ部２３が添えられている。第３ステージ部２３は、樹脂等の絶縁体で構成されている。

さらに、図１に示すように、処理ユニット１０には、移動機構４０が接続されている。この移動機構４０によって処理ユニット１０の３つの電極１１，１１，１１が一体になって左右（電極１１の長手方向と直交する方向）に往復移動されるようになっている。図２〜図６に示すように、各電極１１の移動範囲は、第１ステージ部２１と対向する第１移動範囲Ｒ１と、第２ステージ部２２と対向する第２移動範囲Ｒ２と、第３ステージ部２３と対向する第３移動範囲Ｒ３とを含んでいる。
処理ユニット１０ひいては電極１１が固定される一方、移動機構４０がステージ２０に接続され、ステージ２０が左右に往復移動されるようになっていてもよい。

上記構成の常圧プラズマ処理装置Ｍを用いて基板Ｗを表面処理する際は、図２に示すように、先ず、全ての電極１１Ａ〜１１Ｃに対応するスイッチ部３１Ａ〜３１Ｃをオフにし、処理ユニット１０の全体をステージ２０の少なくとも第２ステージ部２２より外側（例えば左）に退避させたうえで、基板Ｗをステージ２０に設置する。すなわち、基板Ｗの周縁部Ｗｂより内側の主部分Ｗａを、第１ステージ部２１の第１金属表面２１ａ上に設置し、周縁部Ｗｂを、第２ステージ部２２の内側誘電部２６上に設置する。第１金属表面２１ａと内側誘電部２６の上面とが面一に連続しているので、基板Ｗの裏面とステージ２０の間に隙間が出来るのを防止することができる。基板Ｗの端面は、内側誘電部２６と外側誘電部２７の間の段差面に宛がわれる。これによって、基板Ｗを確実に位置決めすることができる。基板Ｗの上面（表側面）は、外側誘電部２７の上面と面一になる。

次に、移動機構４０によって処理ユニット１０を図２の矢印方向（右方向）に移動させていく。
すると、図３に示すように、やがて右端の電極１１Ａが、第２ステージ部２２に対応する第２移動範囲Ｒ２と第３ステージ部２３に対応する第３移動範囲Ｒ３とに跨る所定位置に位置するようになる。この所定位置において、電極１１Ａの約３〜７割の部分が第２移動範囲Ｒ２に在り、残部が第３移動範囲Ｒ３に在る。好ましくは、電極１１Ａの約５割の部分が第２移動範囲Ｒ２に在り、残部が第３移動範囲Ｒ３に在る。この時、スイッチ部３１Ａをオンし、電源回路３０から右端電極１１Ａへの電圧供給を開始する。これによって、右端電極１１Ａと第２ステージ部２２の第２金属２４との間に電界を印加することができる。右端電極１１Ａの約３割以上の部分、好ましくは約５割の部分が第２金属２４と対向しているので、電極１１Ａからの電界方向を第２金属２４に確実に向かわせることができ、電極１１Ａから周辺の金属部材に異常放電が起きるのを防止することができる。電極１１Ａの全体が第２移動範囲Ｒ２の外側に在るときは勿論、一部が第２移動範囲Ｒ２内に入って来ても上記所定位置より左側に位置している間は、電圧供給を停止し、上記所定位置に達した時はじめて電圧供給を行なうので、電極１１Ａからの電界が第２金属２４の外端部に局所的に集中するのを回避できる。これにより、固体誘電体層２５等が損傷するのを防止することができる。

上記の電界印加によって、右端電極１１と外側誘電部２７の間に大気圧プラズマ放電が生成される。これによって、基板Ｗより外側に助走的なプラズマ放電Ｄ２を形成することができる。このとき、第２金属２４は、電極１１に対する接地電極として機能する。また、外側誘電部２７は、第２金属表面２４ａの固体誘電体層として機能し、安定放電に寄与する。外側誘電部２７の厚さと誘電率の設定により、後述する基板Ｗ上での正規のプラズマ放電Ｄ１と略同じ放電状態を得ることができる。外側誘電部２７の上面と基板Ｗの上面が面一であるので、第２位置での処理ユニット１０と外側誘電部２７の間のギャップを、第１位置での処理ユニット１０と基板Ｗの間のギャップと同じ大きさにでき、助走放電Ｄ２時のプロセスガスの流通状態を、後記の正規プラズマ放電Ｄ１時の流通状態と略同じにすることができる。
電極１１Ａの約７割以下の部分が第２移動範囲Ｒ２内に位置していれば助走放電Ｄ２が開始されるので、第２ステージ部２２の幅を必要以上に大きく必要がない。

スイッチ部３１Ａのオン状態を維持し、右端電極１１Ａへの電圧供給を継続しながら、処理ユニット１０をさらに右方向に移動させる。右端電極１１Ａの右方向への移動に伴い、該電極１１Ａと第２ステージ部２２との間の助走放電部Ｄ２も右に移動していく。やがて、図４に示すように、中央の電極１１Ｂが、第２、第３移動範囲Ｒ２，Ｒ３に跨る上記所定位置に位置するようになる。この時、スイッチ部３１Ｂをオンし、電源回路３０から中央電極１１Ｂへの電圧供給を開始する。これによって、中央電極１１Ｂからの異常放電及び電界集中を防止しつつ、中央電極１１Ｂと第２金属２４との間に電界を印加でき、中央電極１１Ｂと外側誘電部２７の間にも助走放電Ｄ２を生成することができる。

スイッチ部３１Ａ，３１Ｂのオン状態を維持し、右端電極１１Ａと中央電極１１Ｂへの電圧供給を継続しながら、処理ユニット１０をさらに右方向に移動させる。これに伴い、右端電極１１Ａと第２ステージ部２２との間の助走放電部Ｄ２、及び中央電極１１Ｂと第２ステージ部２２との間の助走放電部Ｄ２が右へ移動していく。やがて、図５に示すように、左端の電極１１Ｃが、第２、第３移動範囲Ｒ２，Ｒ３に跨る上記所定位置に位置するようになる。この時、スイッチ部３１Ｃをオンし、電源回路３０から左端電極１１Ｃへの電圧供給を開始する。これによって、左端電極１１Ｃからの異常放電及び電界集中を防止しつつ、左端電極１１Ｃと第２金属２４との間に電界を印加でき、左端電極１１Ｃと外側誘電部２７の間にも助走放電Ｄ２を生成することができる。

このように、左右に並んだ電極１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが、それぞれ第２、第３移動範囲Ｒ２，Ｒ３に跨る上記所定位置よりも第３移動範囲Ｒ３側に位置している期間は、その電極への電圧供給を停止しておき、上記所定位置に入って来る度にその電極への電圧供給を開始して助走放電Ｄ２を生成し、その後、上記所定位置よりも第１移動範囲Ｒ１側に位置している期間は電圧供給を継続し放電を維持する。

図５に示すように、左端の電極１１Ｃが上記所定位置に達するのに前後して、右端電極１１Ａが、基板Ｗの周縁部Ｗｂの上方に位置するようになる。これによって、右端電極１１Ａと基板周縁部Ｗｂの間に助走放電Ｄ２ｂが生成される。この右端電極１１Ａと基板周縁部Ｗｂの間にプロセスガスが導入されることによって、基板周縁部Ｗｂの表側面をプラズマ処理することができる。このとき、基板周縁部Ｗｂは、内側誘電部２６と共に第２金属２４の表面の固体誘電体層として機能し、安定放電に寄与する。
なお、基板周縁部Ｗｂと内側誘電部２６を合わせた誘電率は、外側誘電部２７単独の誘電率や基板主部Ｗａ単独の誘電率と多少異なり、放電Ｄ２ｂの状態が外側誘電部２７上での助走放電Ｄ２や基板主部Ｗａ上での正規のプラズマ放電Ｄ１と若干異なることになるが、基板周縁部Ｗｂは製品の品質とは無関係な部分であるため支障はない。

図５に示すように、右端電極１１Ａは、さらに第２移動範囲Ｒ２から第１移動範囲Ｒ１に跨るようになる。これによって、右端電極１１Ａと第１ステージ部２１の端部との間にも電界が印加される。これにより、右端電極１１Ａと基板Ｗの主部分Ｗａの端部Ｗａｅ（周縁部Ｗｂとの境の部分）との間に、正規の大気圧プラズマ放電Ｄ１が形成される。この正規のプラズマ放電部Ｄ１にプロセスガスが導入されることにより、基板主部分の端部Ｗａｅに対するプラズマ処理を行なうことができる。

この正規のプラズマ処理の開始当初は、電極１１Ａと第２ステージ部２２との間の助走放電Ｄ２又はＤ２ｂが存続している。したがって、電界が、狭小な正規放電部Ｄ１だけに集中するのを防止できる。これによって、電源回路３０の損傷を防止することができるだけでなく、基板主部分の端部Ｗａｅ上での放電状態を安定させることができる。また、電極１１Ａは、正規のプラズマ放電Ｄ１に先立ち、第２ステージ部２２上での助走放電Ｄ２によって温度が高められ、該電極１１Ａの表面の図示しないセラミック製固体誘電層が乾燥される等の放電準備がなされている。したがって、基板主部分の端部Ｗａｅ上での放電状態を一層安定化させることができる。また、電極１１Ａによる助走放電部Ｄ２（Ｄ２ｂを含む）と正規放電部Ｄ１が連続しているので、プラズマが２つの放電部Ｄ１，Ｄ２間を行き来でき、全体的に均質なプラズマを得ることができる。したがって、基板主部分の端部Ｗａｅを、基板Ｗの中央部分と同じ様に処理することができ、処理の均質化を図ることができる。

さらに処理ユニット１０を右方向に移動させていくと、右端電極１１Ａの全体が第１移動範囲Ｒ１に入るとともに、中央電極１１Ｂが第２移動範囲Ｒ２から第１移動範囲Ｒ１に跨るようになり、中央電極１１Ｂと基板周縁部Ｗｂとの間にプラズマ放電Ｄ２ｂが形成され、さらには、中央電極１１Ｂと基板主部分の端部Ｗａｅとの間にもプラズマ放電Ｄ１が形成されるようになる。
続いて、この中央電極１１Ｂの全体が第１移動範囲Ｒ１に入るとともに、左端電極１１Ｃが第２移動範囲Ｒ２から第１移動範囲Ｒ１に跨るようになり、左端電極１１Ｃと基板周縁部Ｗｂとの間にプラズマ放電Ｄ２ｂが形成され、さらには左端電極１１Ｃと基板主部分の端部Ｗａｅとの間にもプラズマ放電Ｄ１が形成されるようになる。

そして、図６に示すように、処理ユニット１０全体が第１移動範囲Ｒ１に位置するようになり、各電極１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと第１ステージ部２１との間に電界が印加され、各電極１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと基板主部分Ｗａとの間に正規のプラズマ放電Ｄ１が生成される。これにより、基板主部分Ｗａにおける各電極１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの下側の部分をプラズマ表面処理することができる。このとき、基板Ｗは、第１ステージ部２１の固体誘電体層として機能する。したがって、第１金属表面２１ａに固体誘電体層を設ける必要がなく、製造コストを低く抑えることができる。よって、基板Ｗの大面積化に対応して、ステージ２０を容易に大型化することができる。

処理ユニット１０は、更に矢印方向へ移動し、ステージ２０の反対側の端部（図１において右側）へ向かう。図示は省略するが、この反対側端部において、各電極１１が第２移動範囲Ｒ２と第３移動範囲Ｒ３に跨る所定位置になる度に、対応するスイッチ部３１をオフし、その電極１１への電圧供給を停止する。
なお、反対側端部における電圧オフのタイミングは、各電極１１が第１移動範囲Ｒ１と第２移動範囲Ｒ２に跨る所定位置になった時点に設定してもよい。
すべての電極１１がステージ２０の反対側の端部に達することにより、基板Ｗの全体をプラズマ処理することができる。
必要に応じて処理ユニット１０を左右に往復させることにしてもよい。
処理の終了後は、処理ユニット１０をステージ２０の外側に退避させ、基板Ｗをピックアップする。

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第１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７に示すように、上記の各電極１１の左右の幅寸法は、第２ステージ部２２の左右の幅より小さく、ひいては第２移動範囲Ｒ２の左右の幅より小さい。したがって、電極１１の幅方向の全体が第２移動範囲Ｒ２内に納まる区間が存在する。そこで、電圧供給タイミングとなる「所定位置」を、電極１１が第２移動範囲Ｒ２と第３移動範囲Ｒ３に跨る位置よりも第１移動範囲Ｒ１側へずらし、電極１１の幅方向の全体が第２移動範囲Ｒ２内に在る位置に設定してもよい。すなわち、各電極１１の幅方向の全体が第２移動範囲Ｒ２内に入っている時、当該電極１１への電圧供給及び助走放電Ｄ２の形成を開始する。
これによって、電圧供給開始時の電極１１からの電界方向を一層確実に第２ステージ部２２の第２金属２４に向かわせることができ、電極１１から異常放電が発生するのを一層確実に防止することができるとともに、第２金属の外端部等への電界集中を一層確実に回避することができる。

図８に示す実施形態では、処理ユニット１０に電極１１が１つだけ備えられている。この電極１１の左右方向の幅は、第１実施形態の各電極１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの左右方向の幅より大きく、更には第２ステージ部２２の左右方向の幅より大きい。したがって、電極１１の進行方向前端部（右端部）が第１移動範囲Ｒ１の直近に至った時、進行方向後端部（左端部）は未だ第３移動範囲Ｒ３に在り、当該電極１１は、第２移動範囲Ｒ２と第３移動範囲Ｒ３とに跨った状態にある（図９参照）。
電源回路３０にはスイッチ部３１が１つだけ設けられており、このスイッチ部３１を介して電極１１が電源回路３０に接続されている。

本実施形態において、単一の幅広電極１１が、第３移動範囲Ｒ３に位置している期間は、スイッチ部３１をオフしておき、電極１１への電圧供給を停止する。電極１１が図８の矢印方向（右方向）へ移動し、第２、第３移動範囲Ｒ２，Ｒ３に跨る所定位置に達した時、スイッチ部３１をオンして電極３１への電圧供給を開始し、電極３１と第２ステージ部２２との間に助走放電Ｄ２を生成する。上記所定位置は、例えば幅広電極１１の約３〜７割の部分が第２移動範囲Ｒ２に在り、残部が第３移動範囲Ｒ３に在る位置に設定し、幅広電極１１がこの所定位置に達した時、電圧供給を開始する。好ましくは、図８に示すように、上記所定位置を、幅広電極１１の約５割の部分が第２移動範囲Ｒ２に在り、残部が第３移動範囲Ｒ３に在る位置に設定し、幅広電極１１がこの所定位置に達した時、電圧供給を開始する。これにより、幅広電極１１からの異常放電の発生や第２金属２４の外端部への電界集中を確実に防止することができる。
さらに好ましくは、図９に示すように、上記所定位置を、幅広電極１１が第１移動範囲Ｒ１の直近に在る位置に設定し、幅広電極１１がこの所定位置に達した時、電圧供給を開始する。これにより、幅広電極１１からの異常放電の発生や第２金属２４の外端部への電界集中を一層確実に防止でき、安全性を一層高めることができる。
その後、幅広電極１１が上記所定位置よりも第１移動範囲Ｒ１側に位置している期間は電圧供給を継続する。これにより、基板Ｗをプラズマ表面処理することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、第１ステージ部２１は、露出された金属表面を有していればよく、金属表面の全体が露出されている必要はなく、金属表面の一部分が固体誘電体層や、固体誘電体層としては機能しない絶縁体（例えばテープや塗料や半導体分野で使用される絶縁薄膜）等で被覆されていてもよい。ここで、固体誘電体層とは、電極の金属本体に被覆されてアーク放電等の異常放電を防ぎ良好なグロー放電を得る機能を果たす固体誘電体を言う。
電極の数は、１つ又は３つに限られず、２つでもよく、４つ以上でもよい。２以上の電極は、ステージに対する相対移動方向に沿って並べられるのが好ましい。２以上の電極のうちの１つを「第１電極」とすると、それより上記移動方向の後側（第３移動範囲側）に配置された他の１つの電極が「第２電極」となる。
電源回路３０は、複数の電極の各々に対し別々に設けられていてもよい。上記第１電極に対応する電源回路が「第１電源回路」を構成し、第２電極に対応する電源回路が「第２電源回路」を構成する。勿論、第１実施形態（図１）のように第１電源回路と第２電源回路が共通の電源回路にて構成されていてもよい。
第２ステージ部２２の第２金属２４は、外側誘電部２７の裏側（下面）にだけ設けられていればよく、内側誘電部２６の裏側（下面）には設けられていなくてもよい。
内側誘電部２６と外側誘電部２７は、互いに別体になっていてもよく、誘電率が互いに異なっていてもよい。
第１ステージ部２１を構成する第１金属と第２ステージ部２２の第２金属２４とが、一体に連なっていてもよい。ステージ２０がアルミニウム等の金属からなるステージ本体を備え、このステージ本体の中央部（周縁部より内側の部分）が、表面の露出された第１金属２１（第１ステージ部）となり、ステージ本体の周縁部が、固体誘電体層２５で覆われた第２金属２４になっていてもよい。

本発明は、例えば半導体基板や液晶用基板の製造において、基板の表面をプラズマを用いて洗浄、改質（親水化、撥水化等）、成膜、エッチングないしアッシング等するのに適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る常圧プラズマ処理装置の概略を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、処理ユニットをステージの外側に退避させ基板をステージに設置した後、処理ユニットをステージの上方位置へ向けて移動を開始する状態を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、右端電極が第２移動範囲と第３移動範囲に跨る所定位置に達したときの状態を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、中央電極が上記所定位置に達したときの状態を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、左端電極が上記所定位置に達し、右端電極が第１移動範囲と第２移動範囲に跨る位置に在る状態を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、処理ユニットの全体が第１移動範囲内に位置し、基板の主部分をプラズマ処理する状態を示す正面断面図である。 電圧供給開始のポイントとなる所定位置を各電極の全体が第２移動範囲内に在るときとした変形例を、右端電極が上記所定位置に達した状態で示す常圧プラズマ処理装置の正面断面図である。 本発明の第２実施形態を示し、第２ステージ部より幅広の単一電極を有する常圧プラズマ処理装置を、上記電極が第２移動範囲と第３移動範囲に跨る所定位置に達したときの状態で示す正面断面図である。 上記第２実施形態において、電極が第１移動範囲の直前まで来た位置を電圧供給開始のポイントとなる所定位置とした変形例を示す正面断面図である。

符号の説明

Ｍ 大気圧プラズマ処理装置
１０ 処理ユニット
１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ） 電極
２０ ステージ
２１ 第１ステージ部
２１ａ 第１金属表面
２２ 第２ステージ部
２３ 第３ステージ部
２４ 第２金属部
２４ａ 第２金属表面
２５ 固体誘電体層
２６ 内側誘電部
２７ 外側誘電部
３０ 電源
３１（３１Ａ，３１Ｂ） 電源回路
４０ 移動機構
Ｄ１ 正規のプラズマ放電部
Ｄ２，Ｄ２ｂ プラズマ放電の助走部
Ｒ１ 第１移動範囲
Ｒ２ 第２移動範囲
Ｒ３ 第３移動範囲
Ｗ 基板（被処理物）
Ｗａ 基板の主部分
Ｗａｅ 基板の主部分の端部
Ｗｂ 基板の周縁部

Claims (10)

1. 誘電体からなる被処理物を大気圧近傍のプラズマ放電に晒して表面処理するプラズマ処理装置において、
   露出された第１金属表面を有する第１ステージ部と、固体誘電体層で被覆された第２金属表面を有して前記第１ステージ部の外周部に設けられた第２ステージ部とを含み、前記第１ステージ部の第１金属表面上に、前記被処理物が周縁部を前記第２ステージ部の側へ突出させるようにして設置されるステージと、
   前記ステージに対し、前記第１ステージ部と対向する第１移動範囲と、前記第２ステージ部と対向する第２移動範囲と、この第２移動範囲より前記第１移動範囲側とは反対側の第３移動範囲とを含む範囲で相対移動される電極と、
   前記電極が前記第３移動範囲から第２移動範囲を経て第１移動範囲へ向かうとき、前記電極が前記第２移動範囲と第３移動範囲とに跨る位置と前記第１移動範囲の直近に在る位置との間における所定の位置に達した時点で、前記電極に前記プラズマ放電のための電圧供給を開始する電源回路と、
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記所定位置において、前記電極の約３〜７割の部分が、前記第２移動範囲に在り、残部が前記第３移動範囲に在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。
3. 前記所定位置において、前記電極の約５割の部分が、前記第２移動範囲に在り、残部が前記第３移動範囲に在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。
4. 前記電極の前記相対移動方向に沿う幅が、前記第２ステージ部の前記相対移動方向に沿う幅より小さく、
   前記所定位置が、前記電極の幅方向の全体が前記第２移動範囲内に在る位置であ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。
5. 前記ステージが、前記第２ステージ部の第１ステージ部側とは反対側に設けられた絶縁性の第３ステージ部を更に有し、前記第３移動範囲において、前記電極と前記第３ステージ部とが対向することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記第２ステージ部の固体誘電体層が、前記被処理物の周縁部が設置されるべき内側誘電部と、この内側誘電部より外側に配置され、前記被処理物の周縁部の外側に沿在する外側誘電部とを有し、
   前記内側誘電部と外側誘電部のうち少なくとも外側誘電部が、前記第２金属表面に対応して配置され、第２金属表面を覆っ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。
7. 前記第２移動範囲において、前記電極と前記外側誘電部との間にプラズマ放電が形成されるように、前記外側誘電部の厚さ及び誘電率が設定されていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記外側誘電部の厚さと誘電率の比が、前記被処理物の厚さと誘電率の比と略同じであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記第１金属表面と前記内側誘電部の表面とが面一になり、
   前記外側誘電部の表面が、前記第１金属表面より前記被処理物の厚さと略同じ大きさだけ前記電極の側に突出されていることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載のプラズマ処理装置。
10. 誘電体からなる被処理物を大気圧近傍のプラズマ放電に晒して表面処理するプラズマ処理装置において、
    露出された第１金属表面を有する第１ステージ部と、固体誘電体層で被覆された第２金属表面を有して前記第１ステージ部の外周部に設けられた第２ステージ部とを含み、前記第１ステージ部の第１金属表面上に、前記被処理物が周縁部を前記第２ステージ部の側へ突出させるようにして設置されるステージと、
    前記ステージに対し、前記第１ステージ部と対向する第１移動範囲と、前記第２ステージ部と対向する第２移動範囲と、この第２移動範囲より前記第１移動範囲側とは反対側の第３移動範囲とを含む範囲で相対移動される第１電極と、
    この第１電極の前記第３移動範囲側に配置され、第１電極と一体になって、前記ステージに対し、前記第１移動範囲と前記第２移動範囲と前記第３移動範囲とを含むように相対移動される第２電極と、
    前記第１、第２電極が前記第３移動範囲から第２移動範囲を経て第１移動範囲へ向かう入移動のとき、前記第１電極が前記第２移動範囲と第３移動範囲とに跨る位置と前記第１移動範囲の直近に在る位置との間における所定の位置に達した時点で前記第１電極に前記プラズマ放電のための電圧供給を開始する第１電源回路と、
    前記入移動のとき、前記第２電極が前記第２移動範囲と第３移動範囲とに跨る位置と前記第１移動範囲の直近に在る位置との間における所定位置に達した時点で前記第２電極に前記プラズマ放電のための電圧供給を開始する第２電源回路と、
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。

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