JP4946339B2

JP4946339B2 - 大気圧プラズマ発生装置とプラズマ処理方法及び装置

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Publication number: JP4946339B2
Application number: JP2006280341A
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: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: JP2008098059A

Description

本発明は、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大気圧プラズマ発生装置と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吹き出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ためである。

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を照射しながら、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もある。

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もある。

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処理を行うことができる大気圧プラズマ発生装置と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。

本発明の大気圧プラズマ発生装置は、反応空間内にガスを供給するとともに高周波電界を印加して大気圧プラズマを発生し、発生した大気圧プラズマを吹き出し口から吹き出すプラズマヘッドと、プラズマヘッドの吹き出し口近傍に設けられた吸引口に接続された吸引手段と、吸引口と吸引手段との間の吸引通路に配設された開閉制御手段とを備え、プラズマヘッドは、反応空間内に第１の不活性ガスを供給して高周波電界を印加することで発生した一次プラズマを吹き出すプラズマ発生部と、第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス領域に一次プラズマを衝突させることで発生した二次プラズマを吹き出し口から吹き出すプラズマ展開部とを有し、吸引口をプラズマ展開部の吹き出し口の近傍に開口したものである。

本発明者は、反応空間内にガスを供給するとともに高周波電界を印加して大気圧プラズマを発生させ、そのプラズマを被処理物に照射してプラズマ処理を行うに際して、プラズマ自体による処理の効率化とともに処理と非処理の切り替えを瞬時にかつ安定して行い、処理箇所のみのプラズマ処理を効率的に行うことを目指して鋭意研究を重ねる中で、プラズマヘッドのプラズマを吹き出している吹き出し口近傍を吸引してやると、プラズマの点火状態を維持したまま、プラズマの吹き出しが停止し、吸引を停止すると瞬時に安定したプラズマを吹き出すことを見出した。本発明は、この発見に基づいたもので、吹き出し口近傍に吸引口を設けて開閉制御手段を介して吸引手段に接続しているので、開閉制御手段を開くとプラズマの吹き出しが瞬時に停止し、閉じるとプラズマの点火状態が維持されているので瞬時に所要のプラズマが吹き出すことになり、開閉制御手段の開閉動作に伴って大気圧プラズマの吹き出しと停止を瞬時に切り替えることができる。

また、プラズマヘッドが、反応空間内に第１の不活性ガスを供給して高周波電界を印加することで発生した一次プラズマを吹き出すプラズマ発生部と、第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス領域に一次プラズマを衝突させることで発生した二次プラズマを吹き出し口から吹き出すプラズマ展開部とを有し、吸引口をプラズマ展開部の吹き出し口の近傍に開口したものであると、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、かつこの場合に吸引口をプラズマ展開部の吹き出し口の近傍に開口することで、二次プラズマによる効率的なプラズマ処理を確保しつつ上記作用効果を奏することができる。また、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。なお、プラズマ発生部は、コイル又はアンテナからＶＨＦ周波数帯以上の周波数の高周波電界を印加する誘導結合方式で、熱プラズマを発生するプラズマ発生部とするのが好適である。

また、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内にガスを供給するとともに高周波電界を印加して大気圧プラズマを発生し、発生した大気圧プラズマをプラズマヘッドの吹き出し口から吹き出し、吹き出したプラズマを被処理物の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、プラズマヘッドと被処理物を相対移動させて処理箇所を処理するに際して、処理箇所以外の範囲ではプラズマヘッドの吹き出し口近傍位置で吸引してプラズマを維持したままプラズマの吹き出しを停止させ、処理箇所では吸引を停止してプラズマを吹き付けるものである。

この構成によると、処理箇所以外でプラズマヘッドの吹き出し口近傍位置で吸引することで、プラズマを維持したままプラズマの吹き出しを瞬時に停止させてプラズマ処理を停止でき、再度処理箇所になると、吸引を停止することでプラズマが維持されているので瞬時に安定してプラズマが吹き出し、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、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が必要で無くなり、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。なお、非処理時にガス供給量を絞ることにより、高価なガスの消費量を少なくできる。

また、プラズマヘッドの吹き出し口から吹き出すプラズマが、プラズマヘッド内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反応空間から一次プラズマを吹き出させ、プラズマヘッド内に第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形成してこの混合ガス領域に一次プラズマを衝突させて発生させた二次プラズマであると、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、上記のように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、第１の不活性ガスと第２の不活性ガスは、異種のものを使用することもできるが、同種の不活性ガスであると、二次プラズマの展開が安定するとともに、ガス供給構成が簡単になるため好適である。

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、反応空間内にガスを供給するとともに高周波電界を印加することで大気圧プラズマを発生し、発生した大気圧プラズマを吹き出し口から吹き出すプラズマヘッドと、ガスを供給するガス供給手段と、高周波電界を印加する高周波電源と、プラズマヘッドの吹き出し口近傍に設けられた吸引口に接続された吸引手段と、吸引口と吸引手段との間の吸引通路に配設された開閉制御手段と、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、ガス供給手段と高周波電源と開閉制御手段と移動手段を制御する制御手段とを備え、制御手段はプラズマヘッドが被処理物の処理箇所に対向する時に開閉制御手段を閉成させ、処理不要箇所に対向する時に開成させるものである。

この構成によると、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不要箇所に対向位置したときに制御手段にて開閉制御手段を開成し、処理箇所に対向位置したときに閉成することで、処理箇所でのみプラズマを吹き出してプラズマ処理が行われ、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、プラズマヘッドが、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、高周波電源はプラズマ発生部に高周波電界を印加し、ガス供給手段は、プラズマ発生部に第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、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から成ると、上記のように二次プラズマが被処理物の処理箇所に吹き付けられることで、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、混合ガス供給手段を、第２の不活性ガスと反応性ガスを予め混合した混合ガスを混合ガス領域に供給するようにすると、混合ガス領域を簡単な構成で形成できるとともに第２の不活性ガスと反応性ガスが均等に混合しているので、均一なプラズマ処理を安定して実現することができる。

また、混合ガス供給手段を、第２の不活性ガスを混合ガス領域に供給する第２の不活性ガス供給手段と、反応性ガスを混合ガス領域に供給する反応性ガス供給手段にて構成すると、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、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。

本発明の大気圧プラズマ発生装置によれば、大気圧プラズマを発生して吹き出すプラズマヘッドにおけるプラズマの吹き出し口近傍に吸引口を設けて開閉制御手段を介して吸引手段に接続したことで、開閉制御手段を開くとプラズマの点火状態は維持したままプラズマの吹き出しを瞬時に停止でき、閉じるとプラズマの点火状態が維持されているので瞬時に所要のプラズマが吹き出すことになり、開閉制御手段の開閉動作に伴って大気圧プラズマの吹き出しと停止を瞬時に切り替えることができる。

以下、本発明の大気圧プラズマ発生装置を用いたプラズマ処理装置の各実施形態について、図１〜図１０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８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。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。

混合ガス容器１７の下端開口の近傍には吸引口２２が設けられ、この吸引口２２と吸引手段２３を接続する吸引通路２４の途中に電磁開閉弁などの開閉制御手段２５が配置されている。吸引手段２３としては、簡便な機構のエゼクタ吸引装置やその他各種の真空ポンプなどを適用できる。開閉制御手段２５は、吸引口２２での吸引作用のオン・オフの応答性を良くするため吸引口２２の近傍に配設するのが好適である。開閉制御手段２５を開成して吸引口２２での吸引作用をオンすると、図４に示すように、一次プラズマ１６の点火状態は維持しつつ、二次プラズマ２１が混合ガス容器１７内で極小化し、混合ガス容器１７の下端から二次プラズマ２１が吹き出さない状態となり、開閉制御手段２５を閉成して吸引口２２での吸引作用をオフすると、直ちに図３（ａ）に示すように二次プラズマ２１が大きく展開して混合ガス容器１７の下端から吹き出す。

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ＲＦ周波数帯、又はＶＨＦ周波数帯、さらに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５に示すように、制御部３１にて記憶部３２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、開閉制御手段２５、及びガス供給部２６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２７を動作制御するように構成されている。また、制御部３１による開閉制御手段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３３と処理終了認識手段３４から入力された信号に基づき、処理開始信号によって開閉制御手段２５を閉成して吸引口２２での吸引作用を停止することで処理箇所６に対するプラズマ処理を行い、処理終了信号によって開閉制御手段２５を開成して吸引口２２で吸引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。また、この開閉制御手段２５の開閉動作に同期して流量制御部２７を制御し、混合ガス容器１７への混合ガス１８の供給量を増減し、プラズマ処理を行わない場合のガス消費量の低減を図るようにしても良い。なお、本実施形態においては、処理開始認識手段３３及び処理終了認識手段３４は、記憶部３２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。

ガス供給部２６と流量制御部２７は具体的には図６に示すように構成されている。すなわち、ガス供給部２６は第１の不活性ガス１５を供給する第１の不活性ガス源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２７ａ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２７ｂ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。これら第１と第２の流量制御装置２７ａ、２７ｂが流量制御部２７を構成し、それぞれ制御部３１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（ａ）において、反応容器１２の内径Ｒ１＝０．８ｍｍ、混合ガス容器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の不活性ガスとしてアルゴンガスやヘリウムガスを用い、反応性ガスとして酸素ガスなどを用いて、混合比を１０対１として、混合ガスの流量を５５０ｓｃｃｍと設定した。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、次いで混合ガス容器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が発生した状態とされ、以降その状態が連続して維持される。また、処理開始点にプラズマヘッド１０が近付くまでは、開閉制御手段２５が開成され、吸引口２２からの吸引が行われて、図４に示すように、二次プラズマ２１が吹き出さない状態に維持されている。

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７に示すように、ｔ₀時点で、処理開始認識手段３３の検知信号に基づいて開閉制御手段２５が閉成され、直後のｔ₁時点で吸引口２２からの吸引が停止され、図３（ａ）に示すように、二次プラズマ２１が吹き出して処理個所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、処理終了認識手段３４の検知信号に基づいて開閉制御手段２５が開成され、直後のｔ₃時点で二次プラズマ２１の吹き出しが停止し、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、二次ブラズマ２１の点火状態は維持されていても、二次ブラズマ２１は吹き出さず、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３３の検知信号に基づいて開閉制御手段２５が閉成され、直後のｔ₅時点で上記のように二次プラズマ２１が吹き出して次の処理個所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。

このように開閉制御手段２５にて吸引口２２での吸引・停止によって、応答性良くかつ的確に二次プラズマ２１の吹き出し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８（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８（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は固定位置と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９に示すように、断面形状が長方形の角筒状の反応容器４１の互いに対向する長壁に一対の電極４２ａ、４２ｂを配置するとともに、反応容器４１を誘電体で構成し又は電極４２ａ、４２ｂの対向面の少なくとも一方に誘電体を配置し、かつ電極４２ａ、４２ｂ間に高周波電源１４から高周波電圧を印加して反応容器４１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４１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４１の下端から一次プラズマ１６を吹き出す。

また、反応容器４１の下端部一側に隣接して混合ガス容器４３が配設され、かつこの混合ガス容器４３の上部に設けられたガス供給口４４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。反応容器４１及び混合ガス容器４３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４３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が衝突して二次プラズマ２１を発生して下端開口から吹き出すように構成されている。さらに、混合ガス容器４３の下端近傍に吸引口２２が設けられ、吸引通路２４にて開閉制御手段２５を介して吸引手段２３に接続されている。

本実施形態においても、開閉制御手段２５が閉成している状態で、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が吹き出し、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、開閉制御手段２５を開成すると、二次プラズマ２１の点火状態を維持したまま、二次プラズマ２１が極小化して吹き出しが停止され、プラズマ処理が停止される。

なお、図９に示した構成例では、反応容器４１の一側に混合ガス容器４３を配設した例を示したが、反応容器４１の両側に混合ガス容器４３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、さらに両側の混合ガス容器４３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が発生するとともに、下端の吸引口２２での吸引作用がより効果的に作用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、４１の下端の周囲に、混合ガス１８を供給する混合ガス容器１７、４３を配設して二次プラズマ２１を発生させて吹き出し、この二次プラズマ２１でプラズマ処理するようにした例を示したが、本実施形態では、図１０に示すように、プラズマヘッド１０が、一次プラズマ１６を吹き出す反応容器４１のみにて構成されている。そして、反応容器４１の下端開口の近傍に吸引口２２が設けられ、吸引通路２４にて開閉制御手段２５を介して吸引手段２３に接続されている。

この構成においても、吸引口２２からの吸引を停止した状態で、吹き出した一次プラズマ１６にてプラズマ処理を行うことができるとともに、吸引口２２から吸引すると、反応空間１１での一次プラズマ１６の点火状態を維持しつつ、反応容器４１の下端からの一次プラズマ１６の吹き出しを停止することができる。

本発明の大気圧プラズマ発生装置とプラズマ処理方法及び装置によれば、大気圧プラズマを発生して吹き出すプラズマヘッドにおけるプラズマの吹き出し口近傍に吸引口を設けて開閉制御手段を介して吸引手段に接続したことで、開閉制御手段の開閉動作に伴って大気圧プラズマの吹き出しと停止を瞬時に切り替え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プラズマヘッドにおけるプラズマ吹き出し停止状態の縦断面図。同実施形態における制御装置の構成を示すブロック図。同実施形態におけるガス供給部の構成図。同実施形態における動作タイミングの説明図。同実施形態と従来例における動作状態の説明図。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す縦断面図。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。

符号の説明

１ブラズマ処理装置
２ロボット装置（移動手段）
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、４１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、４３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吸引口
２３吸引手段
２４吸引通路
２５開閉制御手段
２６ガス供給部
２８第１の不活性ガス源
２９混合ガス源
３１制御部
３３処理開始認識手段
３４処理終了認識手段

Claims

反応空間内にガスを供給するとともに高周波電界を印加して大気圧プラズマを発生し、発生した大気圧プラズマを吹き出し口から吹き出すプラズマヘッドと、プラズマヘッドの吹き出し口近傍に設けられた吸引口に接続された吸引手段と、吸引口と吸引手段との間の吸引通路に配設された開閉制御手段とを備え、
プラズマヘッドは、反応空間内に第１の不活性ガスを供給して高周波電界を印加することで発生した一次プラズマを吹き出すプラズマ発生部と、第２の不活性ガスと反応性ガスの混合ガス領域に一次プラズマを衝突させることで発生した二次プラズマを吹き出し口から吹き出すプラズマ展開部とを有し、吸引口をプラズマ展開部の吹き出し口の近傍に開口したことを特徴とする大気圧プラズマ発生装置。
プラズマヘッドに設けた反応空間内にガスを供給するとともに高周波電界を印加して大気圧プラズマを発生し、発生した大気圧プラズマをプラズマヘッドの吹き出し口から吹き出し、吹き出したプラズマを被処理物の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、プラズマヘッドと被処理物を相対移動させて処理箇所を処理するに際して、処理箇所以外の範囲ではプラズマヘッドの吹き出し口近傍位置で吸引してプラズマを維持したままプラズマの吹き出しを停止させ、処理箇所では吸引を停止してプラズマを吹き付けるものであり、
プラズマヘッドの吹き出し口から吹き出すプラズマは、プラズマヘッド内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反応空間から一次プラズマを吹き出させ、プラズマヘッド内に第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形成してこの混合ガス領域に一次プラズマを衝突させて発生させた二次プラズマであることを特徴とするプラズマ処理方法。
第１の不活性ガスと第２の不活性ガスが同種の不活性ガスであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
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２又は３記載のプラズマ処理方法。
反応空間内にガスを供給するとともに高周波電界を印加することで大気圧プラズマを発生し、発生した大気圧プラズマを吹き出し口から吹き出すプラズマヘッドと、ガスを供給するガス供給手段と、高周波電界を印加する高周波電源と、プラズマヘッドの吹き出し口近傍に設けられた吸引口に接続された吸引手段と、吸引口と吸引手段との間の吸引通路に配設された開閉制御手段と、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、ガス供給手段と高周波電源と開閉制御手段と移動手段を制御する制御手段とを備え、制御手段はプラズマヘッドが被処理物の処理箇所に対向する時に開閉制御手段を閉成させ、処理不要箇所に対向する時に開成させるものであり、
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、高周波電源はプラズマ発生部に高周波電界を印加し、ガス供給手段は、プラズマ発生部に第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、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から成ることを特徴とするプラズマ処理装置。
混合ガス供給手段は、第２の不活性ガスと反応性ガスを予め混合した混合ガスを混合ガス領域に供給するように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。
混合ガス供給手段は、第２の不活性ガスを混合ガス領域に供給する第２の不活性ガス供給手段と、反応性ガスを混合ガス領域に供給する反応性ガス供給手段とから成ることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
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ことを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載のプラズマ処理装置。