JP2008277774A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電部材に凹条及び凸条が設けられたプラズマ処理装置において、組み立て作業の容易化及びパーティクルの発生防止を図る。
【解決手段】プラズマ処理装置１の第１電極２１の第２電極２２を向く面２１ａを第１誘電部材３１で覆い、第２電極２２の第１電極２１を向く面２２ａを第２誘電部材３２で覆う。第１誘電部材３１の第２誘電部材３２との対向面に凸条３１ａ及び凹条３１ｂを形成する一方、第２誘電部材３２の第１誘電部材３１との対向面における少なくとも凸条３１ａ及び凹条３１ｂと対応する部分３２４を平坦にする。この平坦部分３２４を凸条３１ａに当接させるとともに凹条３１ｂの第２誘電部材３２側の開口を塞ぐ。
【選択図】図２

Description

この発明は、処理ガスを放電空間でプラズマ化して被処理物に接触させ、プラズマ表面処理を行なう装置に関し、特に、被処理物が放電空間の外部に配置され、これに向けて処理ガスを放電空間から噴出す所謂リモート式のプラズマ処理装置に関する。

特許文献１に記載の大気圧プラズマ処理装置には、一対の誘電体からなる板が設けられている。これら誘電体板が互いに接合されている。各誘電体板の接合面に凸条と凹条が交互に形成されている。一対の誘電体板の凸条どうしが当接されるとともに凹条どうしが合わさり、直線状の処理ガス通路が形成されている。各誘電体板の接合面とは反対側の面には、電極が貼り付けられている。これら電極間に電界を印加する。これにより、２つの凹条を合わせた直線状の処理ガス通路の内部がそれぞれ大気圧の放電空間となり、処理ガスがプラズマ化される。
特開平７−２４５１９２号公報（段落０１４０、図１１）

上掲特許文献の装置では、一対の誘電体板の凸条どうしが延び方向と直交する方向に少しでもずれて組み合わされていた場合、片方の凸条の角に電界集中が極めて起きやすくなり、そこからパーティクルが発生しやすい。そうすると、処理品質が低下してしまう。したがって、一対の誘電体板どうしを正確に位置合せする必要がある。また、たとえ正確に位置合せしたとしても、放電による熱変形等でずれるおそれがある。

上記課題を解決するために、本発明は、処理ガスを放電空間でプラズマ化して一方向に噴出し、前記放電空間の外部の被処理物に接触させるプラズマ処理装置において、
（ａ）前記噴出方向と交差する第１方向に互いに対向された平行平板電極を構成する第１、第２の電極と、
（ｂ）前記第１電極の前記第２電極を向く面（第１主面）を覆うように配置された固体誘電体からなる第１誘電部材と、
（ｃ）前記第２電極の前記第１電極を向く面（第２主面）を覆うとともに前記第１誘電部材と前記第１方向に対向するように配置された第２誘電部材と、
を備え、
前記第１誘電部材の前記第２誘電部材との対向面には、前記噴出方向にそれぞれ延びるとともに前記第１方向と直交する第２方向に交互に配置された凸条及び凹条が形成され、
前記第２誘電部材の前記第１誘電部材との対向面における少なくとも前記凸条及び凸条と対応する部分が平坦になり、この平坦部分が、前記凸条に当接されるとともに前記凹条の第２誘電部材側の開口を塞ぎ、前記凹条の内部が、前記放電空間として提供されることを特徴とする。
この特徴構成によれば、第１、第２誘電部材どうしがたとえ位置ずれした状態で組み立てられていたり、放電による熱変形で位置ずれが生じたりしたとしても、凸条の角などに電界集中が起きるのを回避できる。これにより、組み立て作業を容易化できるとともに、凸条の角などからパーティクルが発生するのを防止でき、処理品質を高めることができる。また、凸条によって放電空間の厚さを一定に維持できる。

前記凸条の前記第２方向の幅は、処理抜けを抑制ないし防止する観点からは好ましくは４ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以下であることがより好ましい。
処理能力を高くする観点又は処理幅（被処理物に処理ガスを一度に噴き付けて処理できる範囲）を大きくする観点からは、前記凸条の前記第２方向の幅は、なるべく大きくするのが好ましい。
前記凸条の幅の下限は、放電空間の厚さを一定に維持するスペーサとしての構造的強度が確保し得る範囲で適宜設定するとよい。

前記凹条の前記第２方向の幅が、２ｍｍ以上であることが好ましい。これによって、凹条の内部空間内で放電が十分に起きるようにでき、処理能力を確保できる。

前記凸条の前記噴出方向と直交する断面の断面積が、当該断面積と前記凹条の内部空間の前記噴出方向と直交する断面の断面積との和の約４０〜６０％であることが好ましい。これによって、処理能力を確保しつつ処理幅を大きくできる。

前記凸条の前記第２方向の幅が、４ｍｍ以下である場合、若しくは前記凹条の前記第２方向の幅が、２ｍｍ以上である場合、又は前記凸条の前記噴出方向と直交する断面の断面積が、当該断面積と前記凹条の前記噴出方向と直交する断面の断面積との和の４０〜６０％である場合は、前記凸条が、前記噴出方向にほぼ一定の断面形状及び断面積を有していることが好ましい。

本発明は、ほぼ大気圧近傍下（常圧下）でのプラズマ処理に好適である。ここで、ほぼ大気圧近傍下（ほぼ常圧）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、組み立て作業を容易化できるとともに、パーティクルの発生を防止でき、処理品質を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示したものである。大気圧プラズマ処理装置１は、処理ヘッド１０と、被処理物配置部２とを備えている。被処理物配置部２は、ステージやコンベアで構成されており、その上に被処理物Ｗが配置されるようになっている。被処理物Ｗは、例えばガラス基板や半導体基板である。
被処理物配置部２は、被処理物Ｗを左右方向にスキャンできるようになっている。被処理物Ｗが位置固定され、処理ヘッド１０が左右方向にスキャンされるようになっていてもよい。

処理ヘッド１０は、図示しない架台に支持され、被処理物配置部２の上方に離れて位置され、処理ガスをプラズマ化（分解、励起、活性化、ラジカル化、イオン化を含む）して被処理物配置部２ひいては被処理物Ｗへ向けて下方に噴き出すようになっている。処理ヘッド１０は、仮想線で示すヘッド本体１１と、このヘッド本体１１の内部に設けられた一対をなす第１、第２電極２１，２２と、一対をなす第１、第２誘電部材３１，３２とを備え、図１の紙面と直交する前後方向に延びている。

図１及び図２に示すように、電極２１，２２は、左右（第１方向）に対向するように配置され、平行平板電極を構成している。各電極２１，２２は、四角形の断面を有し、互いの対向方向と直交する方向（図２において上下）に延びている。第１、第２電極２１，２２のうち例えば第１電極２１は、電源３に接続され、ホット電極となっている。第２電極２２は、電気的に接地され、アース電極となっている。電源３から電極２１への電圧供給により、電極２１，２２間に電界が印加され、大気圧グロー放電が生成されるようになっている。ここで、大気圧グロー放電は、アークやストリーマーが観測されない、見た目均一の放電である。
第２電極２２が電源３に接続されてホット電極になり、第１電極２１が電気的に接地されてアース電極になっていてもよい。
電極２１，２２の長さＬ（図２）は、被処理物Ｗの同方向の寸法とほぼ同じか若干大きいことが好ましい。
電極２１，２２の高さ（上下方向の寸法）は、２０〜５０ｍｍ程度が好ましく、例えば３５ｍｍ程度である。
電極２１，２２間に印加される電圧のピーク間の電位差は、処理ガスのガス種にも依るが、例えば１０〜１５ｋＶ程度である。印加電圧の周波数は、例えば２０〜６０ｋＨｚ程度である。

図３及び図４に示すように、誘電部材３１，３２は、それぞれアルミナなどの固体誘電体のセラミックで構成され、大略「コ」字状の断面を有し、電極２１，２２と同方向に延びている。第１誘電部材３１は、第１電極２１の収容ケースとなり、第２誘電部材３２は、第２電極２２の収容ケースとなっている。これら誘電部材３１，３２が互いに向き合い、当接されている。

誘電部材３１，３２の構造を更に詳述する。
図１及び図３に示すように、第１誘電部材３１は、長手方向を前後（第１方向と直交する第２方向）に向け、幅方向を上下（噴出方向に沿う第３方向）に向けた薄板状の第１主面覆部３１０と、この主面覆部３１０の上側（噴出方向の上流側）に設けられた第１上流側部３１１と、主面覆部３１０の下側（噴出方向の下流側）に設けられた第１下流側部３１２とを一体に有している。第１誘電部材３１の各部３１０，３１１，３１２が、互いに別体になっており、接着剤で接合されるようになっていてもよい。

上流側部３１１は、主面覆部３１０の上端部に沿って前後に延びるとともに左側へ突出する厚板状をなしている。下流側部３１２は、主面覆部３１０の下端部に沿って上流側部３１１と平行に延びるとともに左側へ突出する厚板状をなしている。主面覆部３１０と上下の側部３１１，３１２とにより第１収容凹部３１３が形成されている。

同様に、第２誘電部材３２は、長手方向を前後に向け、幅方向を上下に向けた薄板状の第２主面覆部３２０と、この主面覆部３２０の上側に設けられた第２上流側部３２１と、主面覆部３２０の下側に設けられた第２下流側部３２２とを一体に有している。第２誘電部材３２の各部３２０，３２１，３２１が、互いに別体になっており、接着剤で接合されるようになっていてもよい。
上流側部３２１は、主面覆部３２０の上端部に沿って前後に延びるとともに右側へ突出する厚板状をなしている。下流側部３２２は、主面覆部３２０の下端部に沿って第２上流側部３２１と平行に延びるとともに右側へ突出する厚板状をなしている。主面覆部３２０と上下の側部３２１，３２２とにより第２収容凹部３２３が形成されている。

２つの誘電部材３１，３２の主面覆部３１０，３２０どうしが左右に対向され、上流側部３１１，３２１どうしが左右に対向され、下流側部３１２，３２２どうしが左右に対向されている。

図１に示すように、第１誘電部材３１の収容凹部３１３に第１電極２１が収容されている。電極２１の第２電極２２を向く第１主面２１ａが、収容凹部３１３の内奥面（第１主面覆部３１０の裏面）に当接され、第１主面覆部３１０で覆われている。電極２１の上面（上流側の端部）が、上流側部３１１の下面に当接されている。電極２１の下面（下流側の端部）と下流側部３１２との間には絶縁隙間３１３ａが形成されている。

第２誘電部材３１の収容凹部３２３に第２電極２２が収容されている。電極２２の第１電極２１を向く第２主面２２ａが、収容凹部３２３の内奥面（第２主面覆部３２０の裏面）に当接され、第２主面覆部３２０で覆われている。電極２２の上面（上流側の端部）が、上流側部３２１の下面に当接されている。電極２２の下面（下流側の端部）と下流側部３２２との間には絶縁隙間３２３ａが形成されている。

図示は省略するが、ヘッド本体１１には、電極２１，２２及び誘電部材３１，３２の保持部が設けられている。この保持部は、電極２１，２２どうし（及び／又は誘電部材３１，３２どうし）を互いに接近方向に押圧するネジ部材などからなる押圧機構を含んでいる。これにより、電極２１が誘電部材３１の収容凹部３１３の奥側の内面に押し当てられ密着され、電極２２が誘電部材３２の収容凹部３２３の奥側の内面に押し当てられ密着されている。また、誘電部材３１の後記凸条３１ａ，３１ｅが誘電部材３２に押し当てられ密着されている。
上記押圧機構に代えて、接着剤によって、電極２１，２２を誘電部材３１，３２の収容凹部３１３，３２３の内周面に接着することにしてもよい。

図３に示すように、第１誘電部材３１における第２誘電部材３２との対向面には、凹凸３１ａ，３１ｂ，３１ｅが一体形成されている。
詳述すると、誘電部材３１の対向面における長手方向の両側部には、それぞれ誘電部材３２へ突出する幅広の肩部３１ｅ，３１ｅが設けられている。これら肩部３１ｅ，３１ｅの間の誘電部材３１の対向面には、凸条３１ａと凹条３１ｂが複数形成されている。これら凸条３１ａ及び凹条３１ｂは、上下に延びる条状をなし、誘電部材３１の長手方向（第２方向）に交互に、かつ等間隔置きに並べられている。凸条３１ａによって、隣り合う凹条３１ｂ，３１ｂが仕切られている。
凸条３１ａは、延び方向（上下方向）に一定の四角形の断面形状になり、一定の断面積ｓ１を有している。
凹条３１ｂの内部空間は、延び方向（上下方向）に一定の四角形の断面形状になり、一定の断面積ｓ２を有している。

図１及び図３に示すように、凸条３１ａの上端部は、誘電部材３１の上端面と面一になっている。凸条３１ａの下端部は、誘電部材３１の上端面と面一になっている。
凹条３１ｂの上端部は、誘電部材３１の上端面に達している。凹条３１ｂの下端部は、誘電部材３１の下端面に達している。

図２に示すように、凸条３１ａの幅ｗ１は、肩部３１ｅの幅より十分に小さく、好ましくはｗ１＝４ｍｍ以下であり、より好ましくはｗ１＝３ｍｍ以下である。凸条３１ａの幅ｗ１の下限は、例えば２ｍｍである。
凹条３１ｂの幅ｗ２は、ｗ２＝３〜４ｍｍ程度が好ましい。凹条３１ｂの幅ｗ２は、２ｍｍ以上であることが好ましい。
凸条３１ａの断面積ｓ１は、該凸条３１ａの断面積ｓ１と凹条３１ｂの内部空間の断面積ｓ２との和（ｓ１＋ｓ２）の約４０〜６０％であることが好ましい。

凸条３１ａ，３１ａ…及び肩部３１ｅ，３１ｅの突出高さは、互いに等しく、例えば０．３〜２ｍｍ程度であり、或いは１〜２ｍｍ程度である。凸条３１ａ及び肩部３１ｅの突出端面が互いに同一の仮想平面上に位置されている。この仮想平面は、第１方向と直交している。
第１誘電部材３１となるべきセラミックの平板を用意し、この平板の片面を削って凹条３１ｂを形成し、これにより、凸条３１ａ及び肩部３１ｅが形成されるようにするとよい。

一方、図４に示すように、誘電部材３２の誘電部材３１との対向面３２４は、凹凸が無く、全体が第１方向と直交する垂直な平坦面になっている。図２及び図５の実線に示すように、この平坦面３２４が、第１誘電部材３１の凸条３１ａ，３１ａ…と肩部３１ｅ，３１ｅの突出端面に当接されている。各凸条３１ａの突出端面の上下方向の全体が、平坦面３２４にぴったり当接されている。また、平坦面３２４によって、凹条３１ｂの第２誘電部材３２側の開口が塞がれている。

図２に示すように、第１誘電部材３１の凹条３１ｂの内底面から主面覆部３１０の裏面までの厚さｄ１は、ｄ１＝０．３〜２ｍｍ程度が好ましく、例えばｄ１＝１ｍｍ程度になっている。
第２誘電部材３２の主面覆部３２０の厚さｄ２は、ｄ２＝０．３〜２ｍｍ程度が好ましく、例えばｄ２＝１ｍｍ程度になっている。

図１に示すように、処理ガス源４からガス供給路４ａが処理ヘッド１０の上側部へ延び、各凹条１２，１２…の上端部に連なっている。これにより、各凹条３１ｂの内部が、処理ガス通路１３となっている。処理ガス通路１３ひいては後記放電空間１３ａの厚さｄ０は、凸条３１ａの突出量と等しく、０．３〜２ｍｍ程度が好ましく、例えばｄ０＝１ｍｍ程度になっている。図示は省略するが、処理ヘッド１０の上側部には、ガス供給路４ａからの処理ガスを各処理ガス通路１３，１３…に均等に分配するチャンバーや分岐路からなる処理ガス分配構造が設けられている。処理ガス通路１３の下端部は、処理ヘッド１０の下端面に開口され、被処理物配置部２ひいては被処理物Ｗに臨む噴出口となっている。

上記構成のプラズマ処理装置１にて表面処理を行なう際は、被処理物Ｗを被処理物配置部２の上にセットする。
そして、処理ガス源４からの処理ガスを、ガス供給路４ａに通し、さらに図示しないガス分配構造を経て、処理ヘッド１０の各処理ガス通路１３の上端部に導入する。処理ガスは、各処理ガス通路１３内を下方へ案内される。
併行して、電源３から電極２１に電圧を供給する。これにより、電極２１，２２の間に電界が印加されて大気圧グロー放電が生成され、各処理ガス通路１３の上下方向の中間部分が放電空間１３ａとなり、該空間１３ａの処理ガスがプラズマ化される。放電空間１３ａは狭隘であるので、電流密度が高まり、高濃度のプラズマ（活性種）を得ることができる。
このプラズマ化された処理ガスが、処理ガス通路１３の下端開口（噴出口）から下方へ噴き出され、被処理物Ｗに接触される。これによって、被処理物Ｗの表面上で反応が起き、所望の表面処理が行なわれる。放電空間１３ａにおいて高濃度プラズマが得られるので、処理能力を十分に高めることができる。

電極２１，２２にクーロン引力や熱応力などが作用しても、凸条３１ａによって放電空間１３ａの厚さ（左右方向の寸法）を一定に維持できる。別途、放電空間１３ａの厚さを維持する構造が不要であり、軽量化及び部品点数の削減を図ることができる。
凸条３１ａは極めて幅狭であるが、この凸条３１ａに対して第２誘電部材３２の平坦面３２４が当接されるようになっているので、凸条どうしを突き合わせる場合（上掲特許文献１参照）より組み立て作業を簡易に行なうことができる。しかも、凸条３１ａの幅方向の全体が第２誘電部材３２に確実に当接されるようにすることができる。図５の仮想線に示すように、たとえ第１誘電部材３１が第２誘電部材３２に対し長手方向（同図の上下方向）に若干位置ずれして組み立てられたとした場合でも、凸条３１ａの幅方向の全体と第２誘電部材３２との当接状態を確実に維持することができる。或いは、放電による熱変形で上記のような位置ずれが生じた場合でも、凸条３１ａの幅方向の全体と第２誘電部材３２との当接状態を確実に維持することができる。したがって、凸条３１ａの角部３１ｃなどに大きな電界集中が起きるのを回避することができ、角部３１ｃなどからパーティクルが発生するのを防止することができる。この結果、処理品質を高めることができる。

凸条３１ａの幅ｗ１が、ｗ１＝４ｍｍ以下になっており、好ましくはｗ１＝３ｍｍ以下になっているため、処理抜けを抑制することができる（後記実施例１、図１２参照）。
凹条３１ｂの幅が２ｍｍ以上になっているため、放電空間１３ａ内で放電が十分に起きるようにでき、処理能力を確保できる（後記実施例３及び４、図１６及び１８参照）。
凸条３１ａの断面積ｓ１が、凸条３１ａと凹条３１ｂの断面積の和（ｓ１＋ｓ２）の４０〜６０％になっているため、処理能力を十分確保でき、かつ処理幅を大きくできる。

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６に示すように、肩部３２ｅが、第１誘電部材３１に代えて、第２誘電部材３２の両端部に一体形成され、これら両端の肩部３２ｅ，３２ｅの間に平坦面３２４が配置されるようになっていてもよい。この場合、第１誘電部材３１における誘電部材３２を向く面の長手方向の両端部は、凹条３１ｂの内底面と面一の平面になっており、この平らな両端部に第２誘電部材３２の肩部３２ｅが当接されている。第２誘電部材３２の両側の肩部３２ｅと第１誘電部材３１の長手方向の両端の凸条３１ａとによって、両端の処理ガス通路１３がそれぞれ画成されている。

凸条３１ａ及び凹条３１ｂの幅（図７の左右方向に沿う第２方向の寸法）が、上下方向（噴出方向）に変化していてもよい。図７に示す凸条３１ａは、下に向かうにしたがって幅が小さくなっている。凹条３１ｂ（処理ガス通路１３）の幅は、下に向かうにしたがって大きくなっている。これによって、処理ガスを、通路１３の下端部から通路１３の幅方向に拡散するように噴出させることができる。

図８に示す凸条３１ａは、上端部から中央部までは下に向かうにしたがって幅が大きくなり、中央部から下端部までは下に向かうにしたがって幅が小さくなっている。凹条３１ｂは、上端部から中央部までは下に向かうにしたがって幅が小さくなり、中央部から下端部までは下に向かうにしたがって幅が大きくなっている。これによって、処理ガス通路１３の途中に絞り部１３ｂが形成される。
処理ガスは、絞り部１３ｂを通過した後、通路１３の幅方向に拡がりながら噴出される。

図９に示す誘電部材３１では、絞り部１３ｂの位置が誘電部材３１の上下方向の中間より下に位置している。絞り部１３ｂより下側の凸条３１ａは、逆三角形状になり、下端の角３１ｄが誘電部材３１の下端部と同じ高さに位置している。

凸条３１ａの延び方向（噴出方向）と直交する断面の形状は、長方形又は正方形に限られない。例えば、図１０に示すように、凸条３１ａの幅方向の端面が半円状に凹んでいてもよい。半円状の凹み３１ｅの基端縁は、凹条３１ｂの内底面に滑らかに連なっている。半円状の凹み３１ｅの先端縁は、平坦面３２４に滑らかに接している。これによって、処理ガス通路１３の断面が、長円形になる。

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２誘電部材３２の第１誘電部材３１との対向面は、少なくとも第１誘電部材３１の凹凸３１ａ，３１ｂに対応する部分が平坦面３２４になっていればよく、必ずしも対向面の全体が平坦である必要はない。
誘電部材３１，３２はそれぞれ一体物である必要はなく、主面覆部３１０，３２０と、上流側部３１１，３２１と、下流側部３１２，３２２とが、互いに別体になっており、接着剤にて接着されたり、ネジ止めされたりするようになっていてもよい。
平行平板電極２１，２２は、第１主面２１ａと第２主面２２ａとがほぼ平行であればよい。第１電極２１及び第２電極２２の断面形状は特に限定されず、断面四角形以外の多角形であってもよい。電極２１，２２の厚さも特に限定されない。第１電極２１及び第２電極２２は、薄膜やフィルム状であってもよい。第１主面２１ａと第２主面２２ａは、平滑であるのが好ましいが、微小凹凸などが設けられていてもよい。
第１実施形態では、ホット電極２１側の誘電部材３１が凸条３１ａ及び凹条３１ｂを有し、アース電極２２側の誘電部材３２が平坦面３２４を有していたが、アース電極２２側の誘電部材３２が凸条及び凹条を有し、ホット電極３１側の誘電部材３１が平坦面を有していてもよい。

凸条３１ａの形状は、上記実施形態（図１〜図１０）に限られない。
例えば、凸条３１ａが、上端部（噴出方向の上流側部）から中間部まで一定の断面形状及び断面積になり、下端部が先細になっていてもよい。
図１１に示すように、凸条３１ａの断面が台形になっていてもよい。ただし、その場合、凸条３１ａの斜めになった端面３１ｆと平坦面３２４とによって、処理ガス通路１３内に鋭角の隅角部１３ｃが形成される。このような鋭角の隅角部１３ｃでは電界集中が起きるため、放電が空間１３ａの全体に行き渡りにくい。したがって、凸条３１ａの断面は、なるべくこのような鋭角の隅角部が出来ない形状（正方形や長方形や図１０に示す形状等）であることが望ましい。鋭角の隅角部が形成される凸条３１ａの断面形状としては、台形の他、平行四辺形、三角形、長円形（ないしは楕円形）が挙げられる。
また、凸条３１ａの突出端面が平坦面３２４に当たっているのが好ましく、凸条３１ａの突出端面と平坦面３２４との間に隙間が形成されないようにするのが好ましい。このような隙間の内部では、鋭角の隅角部１３ｃと同様に、電界集中が起きるため、放電が空間１３ａの全体に行き渡りにくい。

凸条３１ａの放電空間１３ａより上側又は下側の部分と平坦面３２４とを接着剤で接着することにしてもよい。
凸条３１ａの上下方向の中間部を平坦面３２４と接着するのは好ましくない。凸条３１ａの上下方向の中間部は、放電空間１３ａが形成される部分であるため、そこに接着剤が在ると該接着剤が分解して劣化する。

本発明は、洗浄、表面改質（親水化、撥水化等）、エッチング、成膜などの種々の表面処理に適用可能である。大気圧近傍下でのプラズマ処理に限られず、真空下でのプラズマ処理にも適用可能である。

実施例を説明する。なお、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
発明者は、図１及び図２と同様の大気圧プラズマ処理装置を用い、ガラス基板を被処理物Ｗとして親水化の処理を行なった。装置の寸法構成及び処理条件は、以下の通りである。
電極２１，２２の長さ： １５０ｍｍ
凸条３１ａの幅ｗ１： ｗ１＝３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍの３通り
処理ガス成分： 窒素と酸素
処理ガス流量： ４０ｓｌｍ、８０ｓｌｍの２通り
投入電圧： １０〜２０ｋＶ
周波数： ４０Ｈｚ
スキャン速度： ４ｍ／ｍｉｎ

処理後、ガラス基板Ｗの表面の電極長手方向に沿う各位置における対水接触角（Ｃ．Ａ．）を測定した。
結果を図１２に示す。同図において、横軸の目盛りは、ガラス基板の表面上において電極２１，２２の中央部に対応する位置を基準に、そこから各測定点までの電極長手方向に沿う距離を示す。
図１２（ａ）に示すように、凸条３１ａの幅ｗ１がｗ１＝３ｍｍの場合、流量に拘わらず、接触角は長手方向にほぼ一定であった。
同図（ｂ）に示すように、凸条３１ａの幅がｗ１＝４ｍｍの場合も、ｗ１＝３ｍｍと同様に、流量に拘わらず、接触角は長手方向にほぼ一定であった。
これに対し、同図（ｃ）に示すように、凸条３１ａの幅ｗ１がｗ１＝５ｍｍの場合、接触角の変動が大きかった。特に流量が４０ｓｌｍの場合、処理ガス通路１３（凹条３１ｂ）に対応する部分と凸条３１ａに対応する部分との接触角の差が顕著に現われ、凸条３１ａに対応する部分の処理抜けが確認された。
この結果、凸条３１ａの幅ｗ１が４ｍｍ以下であれば、処理抜けを防止できることが判明した。

［参考例１］
参考例として、誘電部材３１に凸条３１ａが無い大気圧プラズマ処理装置を用い、ガラス基板の親水化処理を行なった。電極の長さを５０〜１５０ｍｍの範囲で変え、電極の長さと処理能力（処理後の基板の対水接触角）との関係を調べた。電極の長さに関わらず、投入電力は一定の大きさ（４００Ｗ）にした。
処理後の基板の対水接触角の測定結果を図１３に示す。電極が短いほど、接触角が小さくなり、処理能力が高くなった。これは、電極の単位面積（単位放電面積）あたりの投入電力が大きくなるためと考えられる。しかし、電極が短いと、誘電部材３１，３２間に形成される放電空間の幅（電極の長さ方向に沿う寸法）が小さくなり、処理幅（基板を一度に処理できる範囲）が小さくなる。

実施例２では、図１及び図２と同様の大気圧プラズマ処理装置１を用い、ガラス基板の親水化処理を行なった。処理後、基板の平均接触角（Ｃ．Ａ．）を測定した。凸条３１ａ及び凹条３１ｂの幅ｗ１，ｗ２を変え、処理能力との関係を調べた。装置の寸法構成及び処理条件は以下の通りである。
電極２１，２２の長さＬ： Ｌ＝１５０ｍｍ
電極２１，２２の高さ： ３５ｍｍ
放電空間１３ａの厚さｄ０： ｄ０＝１ｍｍ
凹条３１ｂの内底面から誘電部材３１の裏面までの厚さｄ１： ｄ１＝１ｍｍ
誘電部材３２の厚さｄ２： ｄ２＝１ｍｍ
凸条３１ａの幅ｗ１並びに凹条３１ｂの幅ｗ２及び数ｎ１： 表１の通り
投入電力： ４００Ｗ（一定）
処理ガス： 窒素に微量の酸素を添加
処理ガス流量： ７５ｓｌｍ
スキャン速度： ４ｍ／ｍｉｎ

表１の（１−１）と（１−２）は、凹条３１ｂの幅ｗ２が互いに等しく（ｗ２＝３ｍｍ）、凸条３１ａの幅ｗ１が互いに異なっている。図１４は、上記（１−１）と（１−２）の各誘電部材３１を用いて処理した後の基板の対水接触角を比較したものである。同図に示すように、凸条３１ａの幅ｗ１がｗ１＝３ｍｍである（１−１）のほうが、ｗ１＝２ｍｍである（１−２）よりも接触角が小さくなり、処理能力が高かった。

表１の（１−３）と（１−４）は、凹条３１ｂの幅ｗ２が互いに等しく（ｗ２＝４ｍｍ）、凸条３１ａの幅ｗ１が互いに異なっている。図１５は、上記（１−３）と（１−４）の各誘電部材３１を用いて処理した後の基板の対水接触角を比較したものである。同図に示すように、凸条３１ａの幅ｗ１がｗ１＝４ｍｍである（１−３）のほうが、ｗ１＝３ｍｍである（１−４）よりも接触角が小さくなり、処理能力が高かった。

図１４及び図１５に示す結果をまとめると、凹条３１ｂの幅が同じであれば、凸条３１ａの幅ｗ１が大きいほど、処理能力が高くなる。これは、凸条３１ａの幅ｗ１が大きくなると、総放電幅ｗ２×ｎ１が小さくなり、各放電空間１３ａの単位放電面積あたりの投入電力が大きくなるためと考えられる。単位放電面積あたりの投入電力が大きいほど処理能力が高くなる点で、参考例１と同じである。一方、凸条３１ａの幅ｗ１の大小に拘わらず、凹条３１ｂの数ｎ１と同じ数の放電空間１３ａが、電極２１，２２の長さ（Ｌ＝１５０ｍｍ）とほぼ同じ範囲にわたって配置されているため、処理幅は、参考例１とは異なり、電極２１，２２の長さとほぼ同じ大きさにすることができる。

実施例３では、表２に示すように、凸条３１ａの幅ｗ１と凹条３１ｂの幅ｗ２が互いに等しい場合（ｗ１＝ｗ２）における、これら凸条３１ａ及び凹条３１ｂの幅ｗ１，ｗ２の大きさと処理能力との関係を調べた。用いた装置及び条件等は、表２の項目を除き、実施例２と同じである。

図１６は、表２の（２−１）〜（２−４）の各誘電部材３１を用いて処理した後の基板の対水接触角を示したものである。凸条３１ａ及び凹条３１ｂの幅ｗ１，ｗ２が３ｍｍ及び４ｍｍの場合、高い処理能力を得られた。凸条３１ａ及び凹条３１ｂの幅ｗ１，ｗ２が５ｍｍの場合、処理抜けが発生し、全体として処理能力が低くなった。凸条３１ａ及び凹条３１ｂの幅ｗ１，ｗ２が２ｍｍの場合、処理能力が更に低くなった。
なお、図１６の「凸条無し」は、参考例であり、上記参考例１の凸条３１ａが無い装置によって処理した後の基板の接触角である。凸条３１ａ及び凹条３１ｂの幅ｗ１，ｗ２が３ｍｍ及び４ｍｍの場合は勿論、２ｍｍ及び５ｍｍの場合でも、凸条３１ａが無い場合と比べると、高い処理能力が得られた。

実施例４では、表３に示すように、凸条３１ａの幅ｗ１が同じで凹条３１ｂの幅ｗ２が異なる場合の処理能力を比較した。用いた装置及び条件等は、表３の項目を除き、実施例２と同じである。

図１７は、表３の（３−１）及び（３−２）の各誘電部材３１を用いて処理した後の基板の対水接触角を比較したものである。凹条３１ｂの幅ｗ２がｗ２＝３ｍｍの場合、高い処理能力を得られた。凹条３１ｂの幅ｗ２がｗ２＝２ｍｍの場合、総放電幅がｗ２＝３ｍｍの場合より小さくなり、各放電空間１３ａの単位放電面積あたりの投入電力が大きくなるにもかかわらず、処理能力が低くなった。これは、凹条３１ｂの内部空間１３ａが狭く、電界密度が小さくなり、放電が弱くなるためと考えられる。

以上の実施例１〜４の結果をまとめると、凸条３１ａの幅ｗ１は、４ｍｍ以下が好ましい。ｗ１≧５では処理抜けが起きる。
また、凹条３１ｂの幅ｗ２は、２ｍｍ以上が好ましい。ｗ２＜２ｍｍでは処理能力が低くなりすぎる。
凸条３１ａの断面積ｓ１は、該凸条３１ａの断面積ｓ１と凹条３１ｂの内部空間１３ａの断面積ｓ２との和（ｓ１＋ｓ２）の４０〜６０％であることが好ましい。これによって、処理能力を十分に確保でき、かつ処理幅を大きくできる。この条件は、特に凸条３１ａが延び方向（上下方向）に一定の断面形状及び断面積を有している場合に適用される。

この発明は、例えばフラットパネルディスプレイ用のガラス基板や半導体基板の製造工程における表面処理に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置を示し、図２のI-I線に沿う正面断面図である。 図１のII-II線に沿う、上記大気圧プラズマ処理装置の処理ヘッドの平面断面図である。 上記処理ヘッドの分解斜視図である。 上記処理ヘッドを図３とは別の角度から見た分解斜視図である。 上記処理ヘッドの拡大平面断面図であり、部材どうしが正規の位置にある場合を実線で示し、第１誘電部材が位置ずれしている場合を二点鎖線で示す。 上記処理ヘッドの変形例を示し、下流側部の高さにおける平面断面図である。 凸条及び凹条の変形例を示し、第１誘電部材を第２誘電部材の側から正視した図である。 凸条及び凹条の変形例を示し、第１誘電部材を第２誘電部材の側から正視した図である。 凸条及び凹条の変形例を示し、第１誘電部材を第２誘電部材の側から正視した図である。 凸条及び凹条の変形例を示す断面図である。 凸条及び凹条の変形例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例１の結果を示すグラフである。 比較例１の結果を示すグラフである。 実施例２の結果を示すグラフである。 実施例２の結果を示すグラフである。 実施例３の結果を示すグラフである。 実施例４の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 大気圧プラズマ処理装置
２ 被処理物配置部
１０ 処理ヘッド
１３ 処理ガス通路
１３ａ 放電空間
２１ 第１電極
２１ａ 第１主面（第１電極の第２電極を向く面）
２２ 第２電極
２２ａ 第２主面（第２電極の第１電極を向く面）
３１ 第１誘電部材
３１ａ 凸条
３１ｂ 凹条
３２ 第２誘電部材
３２４ 平坦面（平坦部分）
Ｗ 被処理物

Claims (5)

1. 処理ガスを放電空間でプラズマ化して一方向に噴出し、前記放電空間の外部の被処理物に接触させるプラズマ処理装置において、
   （ａ）前記噴出方向と交差する第１方向に互いに対向された平行平板電極を構成する第１、第２の電極と、
   （ｂ）前記第１電極の前記第２電極を向く面を覆うように配置された固体誘電体からなる第１誘電部材と、
   （ｃ）前記第２電極の前記第１電極を向く面を覆うとともに前記第１誘電部材と前記第１方向に対向するように配置された第２誘電部材と、
   を備え、
   前記第１誘電部材の前記第２誘電部材との対向面には、前記噴出方向にそれぞれ延びるとともに前記第１方向と直交する第２方向に交互に配置された凸条及び凹条が形成され、
   前記第２誘電部材の前記第１誘電部材との対向面における少なくとも前記凸条及び凸条と対応する部分が平坦になり、この平坦部分が、前記凸条に当接されるとともに前記凹条の第２誘電部材側の開口を塞ぎ、前記凹条の内部が、前記放電空間として提供されることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記凸条の前記第２方向の幅が、４ｍｍ以下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。
3. 前記凹条の前記第２方向の幅が、２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記凸条の前記噴出方向と直交する断面の断面積が、当該断面積と前記凹条の内部空間の前記噴出方向と直交する断面の断面積との和の約４０〜６０％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装置。
5. 前記凸条が、前記噴出方向にほぼ一定の断面形状及び断面積を有していることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のプラズマ処理装置。

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