JP4682946B2

JP4682946B2 - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JP4682946B2
Application number: JP2006201562A
Authority: JP
Inventors: 裕之辻; 和弘井上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: JP2008027830A

Description

本発明は、大気圧プラズマにて被処理物を処理するプラズマ処理方法及び装置に関し、特に被処理物の処理箇所のみの処理を簡単かつ生産性良く行うことができるプラズマ処理方法及び装置に関するものである。

従来、大気圧近傍（圧力では、５００〜１５００ｍｍＨｇの範囲）で不活性ガスをプラズマ化し、発生した不活性ガスのラジカルによって反応性ガスをプラズマ化し、発生したプラズマを被処理物表面に照射して、表面のクリーニング、金属酸化物の還元、レジストの除去、表面改質、エッチング、成膜等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は知られている。また、従来のプラズマ処理装置においては、最初から不活性ガスと反応性ガスを所定の割合で混合して筒状の反応容器の一端に供給し、その反応容器に高周波電界を印加することで混合ガスをプラズマ化し、発生したプラズマを反応容器の他端から吹き出し、被処理物に照射して処理を行うようにしたものが通例であった。

また、大気圧プラズマを発生させて吹き出し口からプラズマジェットを吹き出すプラズマヘッドを設けるとともに、このプラズマヘッドに被処理物の特定の処理箇所を対向させるように、被処理物とプラズマヘッドを相対移動させる移動手段を設け、被処理物の特定の処理箇所にプラズマジェットを吹き付けることでプラズマ処理する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２５１３０４号公報

ところが、上記特許文献１に記載されたプラズマ処理方法では、被処理物の処理箇所にプラズマジェットを照射する時だけでなく、処理箇所の間を移動する間も不活性ガスと反応性ガスの混合ガス又は少なくとも不活性ガスを供給し続けてプラズマジェットを連続的に発生させておく必要がある。その理由は、プラズマジェットの発生を一旦停止してしまうと、再度プラズマを点火して安定したプラズマジェットを発生させるのに時間がかかって著しく生産性が低下するとともに、プラズマジェットが安定するまでの間に供給したガスがプラズマ処理に寄与せずに無駄になるためである。そのため、ガス消費量が例えば数ｌ／分〜数百ｌ／分と、真空プラズマ処理の場合に比して格段に大きくなるとともに、大気圧プラズマに使用するガスは純度が低いとプラズマが不安定になるためコストの高い高純度のものが必要であり、その結果プラズマ処理のランニングコストが非常に高くなるという問題があった。

また、プラズマジェットが連続的に吹き出しているため、被処理物の処理箇所に対しては安定的にプラズマジェットが照射され、処理箇所以外に対してはプラズマジェットが照射されないようにするのが難しいという問題がある。すなわち、処理箇所に対して安定したプラズマジェットの照射状況を得、かつ処理箇所以外には全く照射されないようにするには、プラズマヘッドと被処理物の相対移動を複雑に制御する必要があり、設備及び制御機構の構成が複雑になるという問題がある。

また、上記特許文献１に記載されたプラズマヘッドの構成では、不活性ガスと反応性ガスの混合ガスに高周波電界を印加してプラズマを発生させるようにしているが、その場合不活性ガスのみをプラズマ化する場合に比して印加電力を大きくしないとプラズマが発生しないため、プラズマを発生するのに大きな入力電力が必要で、装置が大型化したり、処理効率が低下するという問題がある。

さらに、上記のように発生したプラズマ中のプラズマ化した反応性ガスの寿命は短いので、プラズマヘッドの吹き出し口から吹き出すと速やかにプラズマジェットが消失し、そのためプラズマヘッドの吹き出し口と被処理物の間の距離を短くしないと、プラズマ化した反応性ガスが有効に働かず、プラズマ処理の効率が悪くなるとともに、プラズマ処理できる距離範囲が小さく限定されてしまうため処理時の移動制御が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、被処理物の処理箇所のみに対して安定して効率的に処理でき、かつ簡単な構成及び制御にて生産性良く、低コストにて処理を行うことができるプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ処理方法は、プラズマヘッドに設けた反応空間に第１の不活性ガスを供給するとともに高周波電界を印加して前記反応空間から一次プラズマを吹き出させ、第２の不活性ガスを主とし適量の反応性ガスを混合した混合ガス領域をプラズマヘッド内又はその近傍に形成するとともにこの混合ガス領域に前記一次プラズマを衝突させて二次プラズマを発生させ、発生した前記二次プラズマを被処理物のプラズマ処理が必要な処理箇所に吹き付けて処理するプラズマ処理方法であって、前記被処理物に、前記処理箇所と処理箇所以外の領域が存在する場合に、前記プラズマヘッドと被処理物を相対移動させるに際して、前記プラズマヘッドが前記処理箇所および処理箇所以外のいずれの位置に対向する場合においても、前記一次プラズマを連続して発生させ、前記プラズマヘッドが前記処理箇所に対向位置するタイミングを認識した場合に、前記混合ガスを供給して前記二次プラズマを発生させて前記被処理物へのプラズマ処理を行い、前記プラズマヘッドが前記処理箇所に対向位置しないタイミングを認識した場合に、前記混合ガスの供給を停止して前記二次プラズマの発生を終了させて前記被処理物へのプラズマ処理を停止させる。

この構成によれば、第１の不活性ガスがプラズマ化した一次プラズマを反応空間から吹き出させて第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス領域に衝突させることで、一次プラズマが衝突した第２の不活性ガスが雪崩れ現象的にプラズマ化して混合ガス領域全体に展開し、プラズマ化した第２の不活性ガスのラジカルなどにて反応性ガスがプラズマ化した状態の二次プラズマが形成され、この二次プラズマを被処理物の処理箇所に吹き付けることで、処理箇所を効率的にプラズマ処理することができる。また、処理箇所以外では、一次プラズマを発生させたまま混合ガス領域の形成を停止するだけで瞬時に二次プラズマによるプラズマ処理を停止でき、再度処理箇所になると、混合ガス領域を形成することで、一次プラズマが維持されているので瞬時に安定した二次プラズマが発生し、効率的にプラズマ処理を行うことができ、被処理物の処理箇所のみに対して安定してかつ効率的にプラズマ処理することができる。また、混合ガス領域の形成とその停止によって処理と非処理の切替を行うので、非処理時に混合ガスを消費せず、また場合によっては第１の不活性ガスの流量も絞ることにより、高価なガスの消費量を少なくでき、また非処理時にプラズマヘッドを被処理物から退避移動させるような移動も必要が無くなり、簡単な構成及び制御にて生産性良く、低コストにて処理箇所のみをプラズマ処理することができる。さらに、高周波電界は一次プラズマを発生する反応空間に印加するだけであるので小電力で済み、また入力電力が小さいので発生した二次プラズマのプラズマ温度も低く、耐熱性の低い部品が搭載又は設置された基板など、耐熱性の低い基板等のプラズマ処理も簡便に行うことが可能となるなどの効果も得られる。

また、混合ガス領域を、予め混合した第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを当該領域に供給して形成すると、両ガスを別々に供給する場合に比してガス供給構成が簡単になるとともに、第２の不活性ガスと反応性ガスが均等に混合されているので、全体に均一なプラズマ処理を実現することができる。

また、混合ガス領域を、第２の不活性ガスと反応性ガスを別々に当該領域に供給して形成すると、反応性ガスを任意の濃度に調整して混合することができ、所望のプラズマ処理を行うことができる。

また、第１の不活性ガス及び第２の不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、キセノン、ネオン、窒素、又はこれらの１種又は複数種の混合ガスから選ばれたものであるのが好適である。

また、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理を行う処理箇所とプラズマ処理を行わない領域が混在する被処理物に対して、プラズマヘッドを移動手段によって相対移動させて、前記処理箇所のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記プラズマヘッドは、プラズマ化した第１の不活性ガスから成る一次プラズマを吹き出させるプラズマ発生部と、第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス領域に前記プラズマ発生部から吹き出された一次プラズマを衝突させてプラズマ化した混合ガスから成る二次プラズマを発生するプラズマ展開部とを有し、また前記プラズマ発生部に前記第１の不活性ガスを供給する第１の不活性ガス供給手段と、前記プラズマ発生部に高周波電界を印加する高周波電源と、前記混合ガス領域に第２の不活性ガスと反応性ガスを供給する混合ガス供給手段と、被処理物とプラズマヘッドを相対移動させる移動手段と、被処理物の処理箇所に前記プラズマヘッドが対向位置するタイミングを認識する手段と、前記高周波電源と前記各ガス供給手段と前記移動手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記プラズマヘッドが前記処理箇所に対向位置するタイミングを認識した場合に、前記混合ガスを供給して前記二次プラズマを発生させて前記被処理物へのプラズマ処理を行い、前記プラズマヘッドが前記処理箇所に対向位置しないタイミングを認識した場合に、前記混合ガスの供給を停止して前記二次プラズマの発生を終了させて前記被処理物へのプラズマ処理を停止させるものである。

この構成によれば、プラズマ発生部とプラズマ展開部とを有するプラズマヘッドを移動手段にて被処理物に対して相対移動させ、プラズマヘッドが被処理物の処理箇所に対向位置したときのみ、制御手段にて混合ガス供給手段を動作させて混合ガス領域に混合ガスを供給し、二次プラズマを発生させてプラズマ処理を行うことができるので、上記プラズマ処理方法を実施してその効果を発揮することができる。

また、移動手段がロボット装置を備え、そのロボット装置のＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能な可動ヘッドにプラズマヘッドを搭載した構成とすると、極めて高い汎用性をもってプラズマ処理を行うことができる。

本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、第１の不活性ガスがプラズマ化した一次プラズマを反応空間から吹き出させて第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス領域に衝突させることで二次プラズマを形成し、この二次プラズマを被処理物の処理箇所に吹き付けることで処理箇所を効率的にプラズマ処理することができ、また処理箇所以外では一次プラズマを発生させたまま混合ガス領域の形成を停止するだけで瞬時にプラズマ処理を停止できるとともに、再度処理箇所になると混合ガス領域を形成することで瞬時に安定した二次プラズマが発生してプラズマ処理することができ、混合ガス領域の形成とその停止によって処理と非処理の切替を行えるので、非処理時に混合ガスを消費せず、高価なガスの消費量を少なくでき、また非処理時にプラズマヘッドを被処理物から退避移動させるような移動も必要が無いので、簡単な構成及び制御にて生産性良く、低コストにて処理箇所のみをプラズマ処理することができる。

以下、本発明のプラズマ処理装置の各実施形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明のプラズマ処理装置の第１の実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。

本実施形態の大気圧プラズマ処理装置１は、図１に示すように、３軸方向に移動及び位置決め可能な移動手段としてのロボット装置２を備えている。ロボット装置２は、水平面内で直交する２軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動及び位置決め可能な移動体３に垂直方向（Ｚ軸方向）に移動及び位置決め可能に可動ヘッド４を取付けて構成され、その可動ヘッド４にプラズマヘッド１０が設置されている。一方、被処理物５は、搬入・搬出部７によってプラズマヘッド１０の可動範囲の下部位置に搬入・搬出されるとともに、所定位置に位置決めされて固定される。

被処理物５には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、プラズマ処理を行うべき処理箇所６が複数箇所に分散して配されている。すなわちこの大気圧プラズマ処理装置１は、プラズマ処理が必要な処理箇所と処理箇所以外の領域が混在する被処理物のプラズマ処理に用いられるものである。このような被処理物５としては、例えば図２（ａ）に示すように電子部品実装用のランド配設領域が処理箇所６である回路基板８の例や、図２（ｂ）に示すように異方導電膜の貼付領域が処理箇所６である液晶パネルやプラズマディスプレイパネルなどのフラットパネルディスプレイ９の例があり、それぞれプラズマ処理にてランド表面の表面改質や貼付面のクリーニングを行うものである。

プラズマヘッド１０の構成を、図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。断面円形の反応空間１１を形成する誘電体からなる円筒状の反応容器１２の周囲にコイル状のアンテナ１３を配設し、アンテナ１３に高周波電源１４から高周波電圧を印加して反応空間１１に高周波電界を印加し、反応容器１２の上端１２ａから第１の不活性ガス１５を供給することで、反応容器１２の下端１２ｂから一次プラズマ１６を吹き出すように構成されている。この反応容器１２がプラズマ発生部を構成している。反応容器１２の下端１２ｂ近傍の周囲に角筒形状の混合ガス容器１７が配設され、その四周壁上部に混合ガス１８を内部に供給する複数のガス供給口１９が配設されている。混合ガス容器１７は、反応容器１２の下端１２ｂより下方に延出され、反応容器１２の下端１２ｂより下方の部分に、一次プラズマ１６が衝突して二次プラズマ２１を発生する下端開放の混合ガス領域２０が形成されている。この混合ガス容器１７がプラズマ展開部を構成している。

アンテナ１３に高周波電圧を供給する高周波電源１４としては、その出力周波数帯が、数ＫＨｚ〜数１００ＫＨｚ、又は１３．５６ＭＨｚに代表されるＲＦ周波数帯、又は１００ＭＨｚに代表されるＶＨＦ周波数帯、さらに電子レンジに使用される２．４５ＧＨｚに代表されるマイクロ波周波数帯のものなどを使用することができる。なお、ＲＦ周波数帯やＶＨＦ周波数帯やマイクロ波周波数帯を使用する場合には、高周波電源１４とアンテナ１３との間に、アンテナ１３で発生する反射波を抑制する整合器（マッチング回路）を介装する必要がある。

プラズマ処理装置１の制御構成は、図４に示すように、制御部２２にて記憶部２３に予め記憶された動作プログラムや制御データに基づいて、プラズマヘッド１０の移動手段としてのロボット装置２、高周波電源１４、及びガス供給部２４からプラズマヘッド１０へのガス供給を制御する流量制御部２５を動作制御するように構成されている。また、制御部２２による流量制御部２５の制御は、被処理物５の処理箇所６にプラズマヘッド１０が対向位置するタイミング、即ち処理箇所６に対する処理の開始と終了を認識する処理開始認識手段２６と処理終了認識手段２７から入力された信号に基づき、処理開始信号によって混合ガス容器１７への混合ガス１８の供給を行って処理箇所６に対するプラズマ処理を行い、処理終了始信号によって混合ガス１８の供給を停止することで処理箇所６に対するプラズマ処理を終了するように構成されている。なお、本実施形態においては、処理開始認識手段２６及び処理終了認識手段２７は、記憶部２３に記憶された制御データとロボット装置２からの現在位置データの比較によって認識するように構成されているが、別にプラズマヘッド１０が処理箇所６の開始点と終了点に対向位置した時に認識する手段を設けても良い。また、制御部とロボット装置とは別々のものでなく、統一したものであっても良い。

ガス供給部２４と流量制御部２５は具体的には図５に示すように構成されている。すなわち、ガス供給部２４は第１の不活性ガス１５を供給する第１の不活性ガス供給源２８と、第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス１８を供給する混合ガス源２９とを備え、それぞれのガス出口には圧力調整弁２８ａ、２９ａが設けられている。第１の不活性ガス１５は、マスフローコントローラなどから成る第１の流量制御装置３１を介して反応容器１２に供給され、混合ガス１８は、マスフローコントローラなどから成る第２の流量制御装置３２と開閉制御弁３０を介して混合ガス容器１７に供給するように構成されている。これら開閉制御弁３０と第１と第２の流量制御装置３１、３２が流量制御部２５を構成し、それぞれ制御部２２にて制御されている。

なお、第１及び第２の不活性ガスは、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウム、窒素から選択された単独ガス又は複数の混合ガスが適用される。また、反応性ガスは、プラズマ処理の種類に応じて、酸素、空気、ＣＯ₂、Ｎ₂Ｏなどの酸化性ガス、水素、アンモニアなどの還元性ガス、ＣＦ₄などのフッ素系ガスなどが適用される。なお、窒素ガスは、字義通りの不活性ガスではないが、大気圧プラズマの発生においては、本来の不活性ガスに準ずる挙動を示し、ほぼ同様に用いることができるので、本明細書においては不活性ガスに窒素ガスを含むものとする。

以上の構成において、反応容器１２の下端１２ｂから一次プラズマ１６を吹き出している状態で、混合ガス容器１７内に混合ガス１８を供給することで、混合ガス領域２０内で混合ガス１８に一次プラズマ１６が衝突して二次プラズマ２１が発生し、その二次プラズマ２１が混合ガス領域２０の全領域に展開するとともにさらにこの混合ガス領域２０から下方に吹き出す。この二次プラズマ２１を被処理物５の処理箇所６に照射することで、所望のプラズマ処理が行われる。このように二次プラズマ２１が大きく展開するので、反応容器１２の下端１２ｂと被処理物５の間の間隔が大きくても、また平面方向にも反応容器１２の断面積に比して大きな領域のプラズマ処理を短時間で効率的かつ確実に行うことができる。

ここで、プラズマヘッド１０の構成と供給ガスの具体例について説明すると、図３において、反応容器１２の内径Ｒ１＝０．８ｍｍ、混合ガス領域形成筒体１７の内径Ｒ２＝５ｍｍ、混合ガス容器１７の下端と被処理物５の間の間隔Ｌ１＝１ｍｍ、反応容器１２の下端と混合ガス容器１７の下端の間の間隔Ｌ２＝４ｍｍの装置構成とし、第１の不活性ガス１５としてはアルゴンガスを用いて流量を５０ｓｃｃｍとし、第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガスは、第２の不活性ガスをアルゴンガスとし、反応性ガスを酸素ガスとし、混合比を１０対１にして混合した。また、混合ガスの供給する流量は、５５０ｓｃｃｍで設定した。そして、上記第１の不活性ガス１５を反応容器１２に供給して所定の高周波電界を印加し、第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス１８を混合ガス容器１７内に供給することで二次プラズマ２１を発生させ、この二次プラズマ２１を被処理物５の表面に照射したところ被処理物５の表面処理を短時間で効果的に行うことができた。

次に、以上の構成のプラズマ処理装置１による被処理物５の処理箇所６のプラズマ処理過程について説明する。

搬入・搬出部７にて被処理物５が搬入されて所定位置に位置決めされると、ロボット装置２が動作を開始し、プラズマヘッド１０を被処理物５の最初の処理箇所６の処理開始点に向けて移動させる。また、プラズマ発生部としての反応容器１２に第１の不活性ガス１５を供給するとともに高周波電源１４にて高周波電界を印加し、プラズマ点火装置（図示せず）で高電圧を瞬間的に発生することで一次プラズマ１６が発生し、その一次プラズマ１６が混合ガス容器１７に吹き出した状態とされ、以降その状態が連続して維持される。すなわち、一次プラズマ１６は、プラズマヘッド１０が処理箇所および処理箇所以外の領域のいずれの位置に対向する場合においても発生させられる。

この状態で、プラズマヘッド１０が処理開始点に近付くと、図６に示すように、ｔ₀時点で、処理開始認識手段２６の検知信号が立ち上がり、直ちに開閉制御弁３０が開弁され、直後のｔ₁時点で混合ガス容器１７に混合ガス１８が供給され、上記のように二次プラズマ２１が発生して処理個所６のプラズマ処理が開始され、その後プラズマ処理状態を維持しつつプラズマヘッド１０が処理個所６上を移動することで処理個所６のプラズマ処理が行われる。次いで、ｔ₂時点で、処理開始認識手段２７の検知信号が立ち下がり、直ちに開閉制御弁３０が閉弁され、直後のｔ₃時点で混合ガス容器１７への混合ガス１８の供給が停止されて二次プラズマ２１の発生が停止し、プラズマ処理が直ちに停止し、最初の処理箇所６のプラズマ処理が終了する。

引き続いてロボット装置２の動作が継続してプラズマヘッド１０が被処理物５の次の処理箇所６の処理開始点に向けて移動する。その間、一次プラズマ１６が混合ガス容器１７に吹き出した状態は維持されていても二次ブラズマ２１は発生せず、プラズマ処理は全く行われない。そして、ｔ４時点で処理開始点に近付くと、処理開始認識手段２６の検知信号が立ち上がり、直ちに開閉制御弁３０が開弁され、直後のｔ５時点で混合ガス容器１７に混合ガス１８が供給され、上記のように二次プラズマ２１が発生して次の処理個所６のプラズマ処理が開始される。以降、被処理物５の全ての処理箇所６のプラズマ処理が終了するまで以上の動作が繰り返される。全ての処理箇所６のプラズマ処理が終了すると、搬入・搬出部７にて被処理物５が搬出され、次の被処理物５が搬入され、同様にプラズマ処理が行われる。以上のように、プラズマへッド１０が、被処理物５の処理箇所および処理箇所以外のいずれの箇所に対向する場合でも、一次プラズマを連続して発生させ、またプラズマヘッド１０が処理箇所に対向する場合のみに混合ガスをプラズマ展開部である混合ガス容器１７に供給することにより、二次プラズマを発生させて処理箇所６のプラズマ処理を行う。

このように混合ガス容器１７への混合ガス１８の供給・停止によって二次プラズマ２１の形成と停止の切替を行うことができるので、本実施形態によれば、図７（ａ）に示すように、プラズマヘッド１０をＡ位置から、最初の処理箇所６の処理開始点Ｂまで下降させた後、プラズマヘッド１０を処理終了点Ｃ（＝Ｄ）に向けて移動させることでこの最初の処理箇所６をプラズマ処理し、引き続いてプラズマヘッド１０をその高さを維持したまま次の処理箇所６の処理開始点Ｅ（＝Ｆ）に向けて移動し、その位置から処理終了点Ｇ（＝Ｈ）に向けて移動する間にプラズマ処理し、同じ位置Ｈから次の処理箇所６に向けて移動するという動作を繰り返すことで、プラズマヘッド１０の高さ位置を維持したまま複数の処理箇所６のみを安定してプラズマ処理することができ、プラズマヘッド１０の移動経路がストレートで、その移動制御が簡単であるため生産性良くプラズマ処理を行うことができる。

これに対して、従来は、図７（ｂ）に示すように、プラズマヘッド１０をＡ位置から、最初の処理箇所６の処理開始点Ｂをプラズマ処理できる高さ位置まで下降させた後、プラズマヘッド１０を処理終了点Ｃに向けて移動させることでこの最初の処理箇所６をプラズマ処理した後、プラズマヘッド１０を被処理物５に対してプラズマ処理を行うことのない高さのＤ位置まで上昇させ、次いでプラズマヘッド１０をその高さを維持したまま次の処理箇所６の処理開始点Ｆの上方のＥ位置に向けて移動し、そのＥ位置からプラズマ処理が可能な高さのＦ位置まで下降させた後、処理終了点Ｇに向けて移動する間にプラズマ処理し、その後プラズマヘッド１０をＨ位置まで上昇させ、次の処理箇所６に向けて移動するという動作を繰り返す必要があるため、プラズマヘッド１０の移動経路及びその移動制御が複雑であるためプラズマ処理の生産性が良くないという問題があった。

なお、上記実施形態のプラズマヘッド１０では、図３のように混合ガス容器１７が四角筒形状のものを例示したが、円筒形状や、下方に向けて径が小さくなる倒立接頭四角錐形状や接頭円錐形状のものとしてしても良い。また、図３の構成例では、複数の全てのガス供給口１９から混合ガス容器１７内に混合ガス１８を供給するようにしたが、第２の反応性ガスと反応性ガスを別々に各ガス供給口１９から混合ガス容器１７内に供給するようにして、混合ガス容器１７内でこれらのガスが混合して混合ガス領域２０を形成するようにしても良い。

また、上記実施形態では、プラズマヘッド１０と被処理物５を相対移動させる移動手段として、プラズマヘッド１０を搭載したロボット装置２を用いた例を示したが、移動手段はこれに限定されるものではなく、例えば被処理物５を搬送する搬送手段を移動手段とし、プラズマヘッド１０は固定設置した構成とすることもできる。また、被処理物５とプラズマヘッド１０をそれぞれ移動させる手段を設けても良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明のプラズマ処理装置の第２の実施形態について、図８、図９を参照して説明する。尚、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。

上記第１の実施形態と本実施形態との相違点はプラズマヘッド１０の構成にある。上記第１の実施形態のプラズマヘッド１０では円筒状の反応容器１２を用い、その周囲に配設したアンテナ１３から反応空間１１内に高周波電界を印加するようにし、反応容器１２の下端１２ｂの周囲に混合ガス容器１７を配設した例を示したが、本実施形態では、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、断面形状が細長い長方形の角筒状の反応容器３４の互いに対向する長壁に一対の電極３５ａ、３５ｂを配置するとともに、反応容器３４を誘電体で構成し又は電極３５ａ、３５ｂの対向面の少なくとも一方に誘電体を配置し、かつ電極３５ａ、３５ｂ間に高周波電源１４から高周波電圧を印加して反応容器３４内の反応空間１１内に高周波電界を印加するように構成されている。かくして、反応容器３４の上端から第１の不活性ガス１５を供給するとともに、反応空間１１内に高周波電界を印加することで反応容器３４の下端から一次プラズマ１６を吹き出す。

また、反応容器３４の下端部一側に隣接して混合ガス容器３６が配設され、かつこの混合ガス容器３６の上部に設けられたガス供給口３７から第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス１８を供給するように構成されている。さらに、反応容器３４及び混合ガス容器３６の外側壁及び両端壁が下方に長く延出されて下端開放の混合ガス領域２０が形成され、混合ガス容器３６から混合ガス領域２０に流出した混合ガスに一次プラズマ１６が衝突するように構成されている。

本実施形態においても、混合ガス領域２０で混合ガス１８に一次プラズマ１６が衝突することで二次プラズマ２１が発生して全領域に展開し、この混合ガス領域２０の下端開口から下方に二次プラズマ２１が吹き出すので、この二次プラズマ２１を被処理物５の処理箇所６に照射することで、所望のプラズマ処理が行われる。

なお、図８に示した構成例では、反応容器３４の一側に混合ガス容器３６を配設した例を示したが、図９（ａ）に示すように、反応容器３４の両側に混合ガス容器３６を配設し、両側から供給された混合ガス１８に対して一次プラズマ１６が効果的に衝突する構成としても良く、さらに図９（ｂ）に示すように、両側の混合ガス容器３６の外側壁を内傾させることで、一次プラズマ１６が混合ガス１８にさらに効果的に衝突するようにして、さらに効率的に二次プラズマ２１が発生するようにしても良い。

（第３の実施形態）
次に、本発明のプラズマ処理装置の第３の実施形態について、図１０を参照して説明する。本実施形態と上記実施形態との相違点もプラズマヘッド１０の構成にある。

上記第１及び第２の実施形態では反応容器１２、３４の下端の周囲に、混合ガス１８を供給する混合ガス容器１７、３６を配設した例を示したが、本実施形態では、図１０に示すように、反応容器１２、３４の周囲又は両側に、第２の不活性ガス４０が供給される不活性ガス容器３８を配設し、この不活性ガス容器３８の周囲又は両側に、反応性ガス４１が供給される反応性ガス容器３９を配設し、反応性ガス容器３９の外側壁を下方に延出してその内部に混合ガス領域２０を形成するようにしている。

この構成によれば、反応容器１２、３４から吹き出した一次プラズマ１６が、不活性ガス容器３８から供給された第２の不活性ガス４０のみの雰囲気にまず衝突することで効率的にプラズマ化し、プラズマ化した第２の不活性ガス４０が混合ガス領域２０の全体に展開し、このプラズマ化した第２の不活性ガス４０に対して反応性ガス４１が混合されることで効率的にプラズマ化されて二次プラズマ２１として展開することで、より広い範囲でプラズマ処理が可能となる。

（第４の実施形態）
次に、本発明のプラズマ処理装置の第４の実施形態について、図１１を参照して説明する。本実施形態と上記実施形態との相違点もプラズマヘッド１０の構成にある。

本実施形態においては、図１１に示すように、反応容器１２の一側に第２の不活性ガス４０が供給される不活性ガス供給管４２を、反応容器１２の他側に反応性ガス供給管４３を配設し、反応容器１２から吹きだす一次プラズマ１６の下部に混合ガス領域２０を形成するようにしている。このような構成においても、上記実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、一次プラズマを反応空間から吹き出させて第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス領域に衝突させることで二次プラズマを形成し、この二次プラズマを被処理物の処理箇所に吹き付けることで処理箇所を効率的にプラズマ処理することができ、かつ混合ガス領域の形成とその停止によって二次プラズマによるプラズマ処理と非処理の切替を行えるため、非処理時に混合ガスを消費せず、高価なガスの消費量を少なくでき、また非処理時にプラズマヘッドを被処理物から退避移動させるような移動も必要が無いので、簡単な構成及び制御にて生産性良く、低コストにて処理箇所のみをプラズマ処理することができるので、各種基板の特定箇所のみのプラズマ処理に好適に利用することができる。

本発明のプラズマ処理装置の第１の実施形態の全体構成を示す斜視図。被処理物の２つの例を示す平面図。同実施形態におけるプラズマヘッドの構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は斜視図。同実施形態における制御構成のブロック図。同実施形態におけるガス供給部と流量制御部の構成図。同実施形態における動作説明図。同実施形態と従来例の動作状態を比較して示した説明図。本発明のプラズマ処理装置の第２の実施形態におけるプラズマヘッドの構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は斜視図。同実施形態のプラズマヘッドの変形例を示し、（ａ）は第１の変形例の縦断面図、（ｂ）は第２の変形例の縦断面図。本発明のプラズマ処理装置の第３の実施形態におけるプラズマヘッドの縦断面図。本発明のプラズマ処理装置の第４の実施形態におけるプラズマヘッドの縦断面図。

符号の説明

１ブラズマ処理装置
２ロボット装置
４可動ヘッド
５被処理物
６処理箇所
１０プラズマヘッド
１１反応空間
１２、３４反応容器（プラズマ発生部）
１４高周波電源
１５第１の不活性ガス
１６一次プラズマ
１７、３６混合ガス容器（プラズマ展開部）
１８混合ガス
２０混合ガス領域
２１二次プラズマ
２２制御部
２４ガス供給部
２６処理開始認識手段
２７処理終了認識手段
２８第１の不活性ガス源
２９混合ガス源
３８不活性ガス容器
３９反応性ガス容器
４０第２の不活性ガス
４１反応性ガス

Claims

プラズマヘッドに設けた反応空間に第１の不活性ガスを供給するとともに高周波電界を印加して前記反応空間から一次プラズマを吹き出させ、第２の不活性ガスを主とし適量の反応性ガスを混合した混合ガス領域をプラズマヘッド内又はその近傍に形成するとともにこの混合ガス領域に前記一次プラズマを衝突させて二次プラズマを発生させ、発生した前記二次プラズマを被処理物のプラズマ処理が必要な処理箇所に吹き付けて処理するプラズマ処理方法であって、
前記被処理物に、前記処理箇所と処理箇所以外の領域が存在する場合に、前記プラズマヘッドと被処理物を相対移動させるに際して、前記プラズマヘッドが前記処理箇所および処理箇所以外のいずれの位置に対向する場合においても、前記一次プラズマを連続して発生させ、
前記プラズマヘッドが前記処理箇所に対向位置するタイミングを認識した場合に、前記混合ガスを供給して前記二次プラズマを発生させて前記被処理物へのプラズマ処理を行い、
前記プラズマヘッドが前記処理箇所に対向位置しないタイミングを認識した場合に、前記混合ガスの供給を停止して前記二次プラズマの発生を終了させて前記被処理物へのプラズマ処理を停止させることを特徴とするプラズマ処理方法。
前記混合ガス領域は、予め混合した前記第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを当該領域に供給して形成することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
前記混合ガス領域は、前記第２の不活性ガスと反応性ガスを別々に当該領域に供給して形成することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
前記第１の不活性ガス及び第２の不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、キセノン、ネオン、窒素、又はこれらの１種又は複数種の混合ガスから選ばれたものであ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方法。
プラズマ処理を行う処理箇所とプラズマ処理を行わない領域が混在する被処理物に対して、プラズマヘッドを移動手段によって相対移動させて、前記処理箇所のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記プラズマヘッドは、プラズマ化した第１の不活性ガスから成る一次プラズマを吹き出させるプラズマ発生部と、第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス領域に前記プラズマ発生部から吹き出された一次プラズマを衝突させてプラズマ化した混合ガスから成る二次プラズマを発生するプラズマ展開部とを有し、また前記プラズマ発生部に前記第１の不活性ガスを供給する第１の不活性ガス供給手段と、前記プラズマ発生部に高周波電界を印加する高周波電源と、前記混合ガス領域に第２の不活性ガスと反応性ガスを供給する混合ガス供給手段と、被処理物とプラズマヘッドを相対移動させる移動手段と、被処理物の処理箇所に前記プラズマヘッドが対向位置するタイミングを認識する手段と、前記高周波電源と前記各ガス供給手段と前記移動手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記プラズマヘッドが前記処理箇所に対向位置するタイミングを認識した場合に、前記混合ガスを供給して前記二次プラズマを発生させて前記被処理物へのプラズマ処理を行い、
前記プラズマヘッドが前記処理箇所に対向位置しないタイミングを認識した場合に、前記混合ガスの供給を停止して前記二次プラズマの発生を終了させて前記被処理物へのプラズマ処理を停止させることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記移動手段がロボット装置を備え、そのロボット装置のＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能な可動ヘッドに前記プラズマヘッドを搭載したことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。