JP2003318000A - Discharge plasma treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、放電プラズマ処理
装置に関し、特に、基材側に網状物状の接地電極を設
け、網状接地電極からプラズマを基材に吹きつける放電
プラズマ処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge plasma processing apparatus, and more particularly to a discharge plasma processing apparatus in which a net-like ground electrode is provided on the base material side and plasma is blown from the net-like ground electrode to the base material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、低圧条件下でグロー放電プラ
ズマを発生させて被処理体の表面改質、又は被処理体上
に薄膜形成を行う方法が実用化されている。しかし、こ
れらの低圧条件下における処理装置は、真空チャンバ
ー、真空排気装置等が必要であり、表面処理装置は高価
なものとなり、大面積基板等を処理する際にはほとんど
用いられていなかった。このため、特開平６−２１４９
号公報、特開平７−８５９９７号公報等に記載されてい
るような大気圧近傍の圧力下で放電プラズマを発生させ
る常圧プラズマ処理装置が提案されてきている。2. Description of the Related Art Conventionally, a method of generating a glow discharge plasma under a low pressure condition to modify the surface of an object to be processed or to form a thin film on the object to be processed has been put into practical use. However, the processing apparatus under these low-pressure conditions requires a vacuum chamber, a vacuum exhaust apparatus, etc., and the surface processing apparatus becomes expensive, and it has hardly been used when processing a large area substrate or the like. Therefore, JP-A-6-2149
Japanese Patent Laid-Open No. 7-85997 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-85997 propose an atmospheric pressure plasma processing apparatus for generating discharge plasma under a pressure near atmospheric pressure.
【０００３】しかしながら、常圧プラズマ処理方法にお
いても、固体誘電体等で被覆した平行平板型等の電極間
に被処理体を設置し、電極間に電圧を印加し、発生した
プラズマで被処理体を処理する装置では、被処理体全体
を放電空間に置くこととなり、被処理体にダメージを与
えることになりやすいという問題があった。However, even in the atmospheric pressure plasma processing method, the object to be processed is installed between parallel plate type electrodes covered with a solid dielectric or the like, a voltage is applied between the electrodes, and the object to be processed is generated by the generated plasma. In the apparatus for treating the object, the entire object to be processed is placed in the discharge space, and the object to be processed is likely to be damaged.
【０００４】このような問題を解決するものとして、被
処理体を放電空間中に配置するのではなく、その近傍に
配置し、放電空間から被処理体にプラズマを吹き付ける
リモート型の装置が提案されている。特開平１１−２５
１３０４号公報及び特開平１１−２６０５９７号公報に
は同軸円筒型電極を用いたプラズマ処理装置が、特開平
１１−３３５８６８号公報には平行平板型電極を用いた
プラズマ処理装置が開示されている。しかしながら、こ
れらの装置は、大面積基板等を処理する場合は、放電空
間からのプラズマ吹き出し領域が小さく、被処理体まで
の距離が遠く、寿命の短いプラズマを効率的に被処理体
に接触させることができず、放電空間全体を有効に利用
できないという問題があった。また、電極を被処理体に
より近付けると、電極間のみでなく、印加電極と被処理
基材との間でアーク放電が起こりやすくなり、放電が安
定しにくく、基材表面は微小な雷撃によるダメージを受
けやすいという問題を生じていた。As a solution to such a problem, a remote type apparatus has been proposed in which the object to be processed is not arranged in the discharge space but is disposed in the vicinity thereof and the plasma is blown from the discharge space to the object to be processed. ing. Japanese Patent Laid-Open No. 11-25
1304 and JP-A-11-26097 disclose a plasma processing apparatus using a coaxial cylindrical electrode, and JP-A-11-335868 discloses a plasma processing apparatus using a parallel plate electrode. However, in the case of processing a large area substrate or the like, these devices have a small plasma blowing area from the discharge space, a long distance to the object to be processed, and a plasma having a short life to efficiently contact the object to be processed. However, there is a problem that the entire discharge space cannot be effectively used. Also, when the electrodes are brought closer to the object to be processed, arc discharge easily occurs not only between the electrodes but also between the applied electrode and the substrate to be processed, the discharge is difficult to stabilize, and the substrate surface is damaged by minute lightning strikes. It caused the problem of being easily received.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、大面積基材の高速処理に対応可能でかつ、基材表
面を均一に処理できる放電プラズマ処理装置を提供する
ことを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a discharge plasma processing apparatus capable of high-speed processing of a large area substrate and uniformly processing the substrate surface. To do.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究した結果、対向電極の接地電極を
網状にして被処理基材側に配置し、放電空間で発生した
プラズマを接地電極の網状空隙から直接基材に吹き付け
るようにすることにより、均一で、大面積基材の高速処
理が可能で、かつ基材にダメージを与えないプラズマ処
理を行うことができることを見出し、本発明を完成させ
た。Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have arranged a ground electrode of a counter electrode in a mesh shape and arranged it on the side of a substrate to be treated, and generated plasma in a discharge space. By spraying directly on the base material from the mesh-like voids of the ground electrode, it was found that it is possible to perform a plasma treatment that is uniform, enables high-speed treatment of a large-area base material, and does not damage the base material. The present invention has been completed.
【０００７】すなわち、本発明の第１の発明は、電圧印
加電極と接地電極からなる対向電極を有し、前記対向電
極の少なくとも一方の電極対向面が固体誘電体で被覆さ
れ、前記対向電極間に電界を印加することにより前記対
向電極間に発生するグロー放電プラズマを、プラズマ発
生空間外に配置された基材に導いて処理を行う処理装置
であって、前記電圧印加電極と基材との間に網状物から
なる接地電極が配置されることを特徴とする放電プラズ
マ処理装置である。That is, the first invention of the present invention has a counter electrode composed of a voltage application electrode and a ground electrode, and at least one of the counter electrodes facing the electrode is covered with a solid dielectric material. A glow discharge plasma generated between the opposite electrodes by applying an electric field to the substrate, a treatment device for guiding the treatment to a substrate arranged outside the plasma generation space, wherein the voltage application electrode and the substrate are The discharge plasma processing apparatus is characterized in that a ground electrode made of a mesh is disposed therebetween.
【０００８】また、本発明の第２の発明は、網状物の空
隙がプラズマ吹き出し口であることを特徴とする第１の
発明に記載の放電プラズマ処理装置である。A second invention of the present invention is the discharge plasma processing apparatus according to the first invention, characterized in that the void of the mesh is a plasma outlet.
【０００９】また、本発明の第３の発明は、基材、接地
電極、電圧印加電極の順に略平行に配置することを特徴
とする第１又は２の発明に記載の放電プラズマ処理装置
である。A third invention of the present invention is the discharge plasma processing apparatus according to the first or second invention, characterized in that the base material, the ground electrode, and the voltage application electrode are arranged substantially parallel in this order. .
【００１０】また、本発明の第４の発明は、接地電極と
基材との距離が２ｍｍ以下であることを特徴とする第１
〜３のいずれかの発明に記載の放電プラズマ処理装置で
ある。A fourth invention of the present invention is characterized in that the distance between the ground electrode and the base material is 2 mm or less.
The discharge plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明は、対向する電極の少なく
とも一方の対向面を固体誘電体で被覆した電圧印加電極
と接地電極からなる対向電極間に電界を印加し、当該電
極で形成される放電空間内に処理ガスを導入して発生す
るグロー放電プラズマを放電空間外に配置された被処理
基材吹きつける放電プラズマ処理装置（以下、リモート
ソースということがある）において、プラズマ吹き出し
口領域を大きくし、プラズマ吹き出し口を基材により近
付けるため、基材側に網状物からなる接地電極を配置
し、網状物の空隙からプラズマを吹き出して、基材を処
理する放電プラズマ処理装置である。以下に詳細に本発
明を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION According to the present invention, an electric field is applied between a counter electrode composed of a voltage applying electrode having at least one counter surface of a counter electrode covered with a solid dielectric and a counter electrode to form the electrode. In a discharge plasma processing apparatus (hereinafter, sometimes referred to as a remote source) that blows glow discharge plasma generated by introducing a processing gas into the discharge space and is disposed outside the discharge space, This is a discharge plasma processing apparatus in which a ground electrode made of a mesh is disposed on the side of the base material in order to increase the size and bring the plasma outlet closer to the base material, and plasma is blown out from the voids of the mesh material to process the base material. The present invention will be described in detail below.
【００１２】本発明の装置の一例を図で説明する。図１
は、本発明のプラズマ処理装置を説明する模式的断面図
であり、図２は、図１の接地電極の基材側からみた底面
図である。図１及び２において、リモートソース１は、
電源２、略平行に配置された電圧印加電極３及び網状接
地電極４から構成され、各電極の表面は固体誘電体６で
被覆されて、電圧印加電極３、接地電極４及び固体誘電
体６で囲まれた放電空間５を形成している。処理ガス
は、図１の前面側又は背面側の処理ガス導入口（図示せ
ず）から放電空間５に導入され、電源２から電極３に電
界を印加することにより放電空間５内で励起されプラズ
マ化される。発生したプラズマは、網状接地電極４の空
隙８を通って、接地電極４側に設けられた基材１０の表
面に吹きつけられ、基材表面上に薄膜等を形成する。An example of the device of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1
2 is a schematic cross-sectional view for explaining the plasma processing apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a bottom view of the ground electrode of FIG. 1 viewed from the base material side. 1 and 2, the remote source 1 is
It is composed of a power supply 2, a voltage applying electrode 3 and a mesh ground electrode 4 which are arranged substantially in parallel, and the surface of each electrode is covered with a solid dielectric 6, and the voltage applying electrode 3, the ground electrode 4 and the solid dielectric 6 The enclosed discharge space 5 is formed. The processing gas is introduced into the discharge space 5 through a processing gas inlet (not shown) on the front side or the back side of FIG. 1, and is excited in the discharge space 5 by applying an electric field from the power source 2 to the electrode 3 to generate plasma. Be converted. The generated plasma passes through the voids 8 of the mesh ground electrode 4 and is blown onto the surface of the base material 10 provided on the ground electrode 4 side to form a thin film or the like on the base material surface.
【００１３】図３は、本発明のプラズマ処理装置の他の
例を説明する模式的断面図である。図３においては、網
状接地電極４が薄い金属板からなること以外は、図１及
び２の装置と同様である。この装置では、放電空間５と
基材１０の距離がより近く、発生したプラズマを効率的
に利用することが出来る。FIG. 3 is a schematic sectional view for explaining another example of the plasma processing apparatus of the present invention. 3 is the same as the device of FIGS. 1 and 2 except that the mesh ground electrode 4 is made of a thin metal plate. In this device, the distance between the discharge space 5 and the substrate 10 is shorter, and the generated plasma can be efficiently used.
【００１４】図４は、本発明のプラズマ処理装置の他の
例を説明する模式的断面図である。図４において、リモ
ートソース１は、電源２、中央にガス導入口７を設けた
電圧印加電極３と網状接地電極４から構成され、各電極
の表面は固体誘電体６で被覆されて、電圧印加電極３、
接地電極４及び固体誘電体６で囲まれた放電空間５を形
成している。処理ガスは、処理ガス導入口７より放電空
間５に導入され、電源２から電極３に電界を印加するこ
とにより放電空間５内で励起されプラズマ化される。発
生したプラズマは、網状接地電極４の空隙８を通して、
接地電極４側に設けられた基材１０の表面に吹きつけら
れ、基材表面上に薄膜等を形成する。なお、９は、放電
空間内に導入される処理ガス流が充分にプラズマ化され
ずに基材１０に向かうことを防止するためのガスストッ
パーである。FIG. 4 is a schematic sectional view for explaining another example of the plasma processing apparatus of the present invention. In FIG. 4, the remote source 1 is composed of a power source 2, a voltage applying electrode 3 having a gas inlet 7 in the center, and a mesh ground electrode 4. The surface of each electrode is covered with a solid dielectric 6 to apply a voltage. Electrode 3,
A discharge space 5 surrounded by the ground electrode 4 and the solid dielectric 6 is formed. The processing gas is introduced into the discharge space 5 through the processing gas inlet 7 and is excited and plasmatized in the discharge space 5 by applying an electric field from the power source 2 to the electrode 3. The generated plasma passes through the voids 8 of the mesh ground electrode 4,
It is sprayed on the surface of the base material 10 provided on the side of the ground electrode 4 to form a thin film or the like on the surface of the base material. In addition, 9 is a gas stopper for preventing the processing gas flow introduced into the discharge space from going to the substrate 10 without being sufficiently turned into plasma.
【００１５】本発明の装置においては、基材１０側に接
地電極４が設けられるため、電圧印加電極３と基材１０
との間に放電は生じにくくなり、基材１０と電極間の距
離を狭くでき、基材のプラズマ処理を確実に行えるよう
になる。また、プラズマを接地電極４の全面から基材表
面に吹きつけることができるので、大面積基材表面の処
理を高速に行うことができる。In the device of the present invention, since the ground electrode 4 is provided on the base material 10 side, the voltage applying electrode 3 and the base material 10 are provided.
Discharge is less likely to occur, the distance between the base material 10 and the electrodes can be reduced, and the plasma treatment of the base material can be reliably performed. Further, since plasma can be blown from the entire surface of the ground electrode 4 onto the surface of the base material, the surface of the large-area base material can be processed at high speed.
【００１６】本発明の接地電極における網状物として
は、金網やパンチングメタル等が挙げられ、網状物の開
口率は、２０％以上であることが好ましく、厚みは、プ
ラズマを失活させずに基材に到達させるという観点か
ら、０．５ｍｍ以下であることが好ましく、さらに好ま
しくは０．２ｍｍ以下である。メッシュ細かさは、５０
メッシュ（インチあたりの線材が１００本）以上が好ま
しく、より好ましくは２００メッシュ以上である。網状
接地電極においては、網状物の空隙がプラズマ吹き出し
口となり、、放電空間全体が吹き出し領域となるので、
発生させたプラズマを有効に利用することができる。上
記網状物は、後述する固体誘電体により被覆されていて
も良い。Examples of the mesh in the ground electrode of the present invention include a wire mesh and punching metal, and the aperture ratio of the mesh is preferably 20% or more. The thickness is based on the plasma without deactivating. From the viewpoint of reaching the material, it is preferably 0.5 mm or less, and more preferably 0.2 mm or less. Mesh fineness is 50
It is preferably a mesh (100 wires per inch) or more, more preferably 200 mesh or more. In the reticulated ground electrode, the void of the reticulated material serves as the plasma outlet, and the entire discharge space serves as the outlet area.
The generated plasma can be effectively used. The reticulate material may be covered with a solid dielectric described later.
【００１７】本発明のリモートソースにおいては、プラ
ズマ吹き出し口が大きいため、吹き出し口全面にわたる
ガス流の制御が必要な場合がある。そのためには、例え
ば、図１の電圧印加電極３において、放電空間側を、例
えば、振幅２ｍｍ、周期４ｍｍのサイン波形の断面を持
つ波状の凹凸を有するような非平坦な表面形状をもつ電
極を用い、接地電極をその相似形に配置して、放電空間
に導入された処理ガスを電極表面の凹凸により乱流化し
て、接地電極側からより均一なガスを吹き出させるよう
にさせることもできる。Since the plasma outlet is large in the remote source of the present invention, it may be necessary to control the gas flow over the entire outlet. For that purpose, for example, in the voltage application electrode 3 of FIG. 1, an electrode having a non-planar surface shape on the discharge space side, for example, having wavy unevenness with a sine waveform cross section having an amplitude of 2 mm and a period of 4 mm is used. It is also possible to dispose the ground electrode in a similar shape and to make the processing gas introduced into the discharge space turbulent due to the unevenness of the electrode surface so that a more uniform gas is blown out from the ground electrode side.
【００１８】本発明において、接地電極と基材の間隔
は、２ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは
１ｍｍ以下である。本発明の装置であれば、このように
基材と電極の間隔を狭めても基材にダメージを与えるこ
とがなく、生成したプラズマを基材に有効に接触させる
ことが出来る。In the present invention, the distance between the ground electrode and the base material is preferably 2 mm or less, more preferably 1 mm or less. With the device of the present invention, the generated plasma can be effectively brought into contact with the base material without damaging the base material even if the distance between the base material and the electrode is thus narrowed.
【００１９】本発明の放電プラズマ処理装置において
は、さらに、処理済み排ガスの排気機構を接地電極の近
傍に併設してもよい。本発明の装置に併設できる排気機
構は、既知のものでよく、特に限定はない。例えば、フ
ァンや真空ポンプを用いて、処理ガスの導入量と連動し
て排気量を調整することのできる機構のものが好まし
い。排気機構を併設することにより、処理ガス量が少な
く、ガス吹き出し口から基材までの距離を小さくした場
合であっても、処理済み排ガスを確実に排気できるた
め、基材上に排ガスの滞留がなくなり、処理がスムーズ
になり、処理速度も上がる。また、処理ガスの流れが整
い均一に基材表面を処理することができるようになる。In the discharge plasma processing apparatus of the present invention, an exhaust mechanism for the treated exhaust gas may be additionally provided near the ground electrode. The exhaust mechanism that can be installed in the apparatus of the present invention may be a known one and is not particularly limited. For example, it is preferable to use a fan or a vacuum pump having a mechanism capable of adjusting the exhaust amount in conjunction with the introduction amount of the processing gas. By installing an exhaust mechanism, the treated exhaust gas can be reliably exhausted even when the processing gas amount is small and the distance from the gas outlet to the substrate is small, so that the exhaust gas does not accumulate on the substrate. It disappears, processing becomes smooth, and processing speed increases. In addition, the flow of the processing gas is regulated and the surface of the substrate can be uniformly processed.
【００２０】上記電極の材質としては、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
間化合物等からなるものが挙げられる。印加電極の形状
としては、プラズマ放電が安定にできれば、特に限定さ
れない。接地側電極は、網状物であり、両電極は、電界
集中によるアーク放電の発生を避けるために、対向電極
間の距離が一定となるように略平行に配置されることが
好ましい。Examples of the material of the above-mentioned electrodes include those made of simple metals such as iron, copper and aluminum, alloys such as stainless steel and brass, and intermetallic compounds. The shape of the applying electrode is not particularly limited as long as the plasma discharge can be stabilized. The ground-side electrode is a net-like material, and both electrodes are preferably arranged substantially parallel to each other so that the distance between the opposing electrodes is constant in order to avoid arc discharge due to electric field concentration.
【００２１】また、上記電圧印加電極は、冷却機構を備
えていることが好ましい。冷却機構としては、電極に冷
媒を通す経路を備えた構造や電極の放電面と反対側に放
冷フィンを設けた構造などを挙げることができるが、電
極に冷媒を通す経路を備えた構造にするのが好ましい。
例えば、電極の厚みを０．１〜４０ｍｍ、好ましくは、
０．２〜２ｍｍにして、電極内に冷媒経路を設けるよう
にする。その結果、発熱によるアーク放電の発生を防止
でき、連続使用や高出力条件でも安定して放電がたち、
均一な処理を行うことができる。接地電極は網状物であ
るから、ガス流速が充分に速ければ、ガスの接触により
網状物が空冷されるので、一層の安定したプラズマが得
られるようになる。The voltage application electrode is preferably equipped with a cooling mechanism. Examples of the cooling mechanism include a structure provided with a passage for passing the coolant through the electrodes and a structure provided with cooling fins on the side opposite to the discharge surface of the electrode. Preferably.
For example, the thickness of the electrode is 0.1 to 40 mm, preferably
The thickness is set to 0.2 to 2 mm so that a coolant path is provided in the electrode. As a result, it is possible to prevent the occurrence of arc discharge due to heat generation, and to achieve stable discharge even under continuous use and high output conditions.
Uniform processing can be performed. Since the ground electrode is a net-like material, if the gas flow velocity is sufficiently high, the net-like material is air-cooled by the contact of the gas, so that more stable plasma can be obtained.
【００２２】さらに、電極端部を曲面化加工することに
より、ストリーマーの発生を抑制することができる。曲
面化加工を行う場合の曲率半径は、特に限定されない
が、好ましくは０．５ｍｍ以上で電極板厚み未満が好ま
しい。０．５ｍｍ未満では、ストリーマーの発生の抑制
効果が不十分である。Further, by forming the end portions of the electrodes into curved surfaces, it is possible to suppress the generation of streamers. The radius of curvature in the case of performing the curved processing is not particularly limited, but preferably 0.5 mm or more and less than the electrode plate thickness. If it is less than 0.5 mm, the effect of suppressing the generation of streamers is insufficient.
【００２３】上記固体誘電体は、電極の対向面の一方又
は双方に設置される。この際、固体誘電体と設置される
側の電極が密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に
覆うようにする。固体誘電体によって覆われずに電極同
士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が
生じやすい。The solid dielectric is placed on one or both of the facing surfaces of the electrode. At this time, the solid dielectric and the electrode on the side to be installed are in close contact with each other, and the facing surface of the contacting electrode is completely covered. If there is a portion where the electrodes directly face each other without being covered with the solid dielectric, arc discharge easily occurs from there.
【００２４】上記固体誘電体の厚みは、０．０１〜４ｍ
ｍであることが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発
生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧
印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生すること
がある。The solid dielectric has a thickness of 0.01 to 4 m.
It is preferably m. If it is too thick, a high voltage may be required to generate discharge plasma, and if it is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied and arc discharge may occur.
【００２５】固体誘電体の材質としては、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート
等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニ
ウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化
物、チタン酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。Examples of the material of the solid dielectric include plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide and titanium dioxide, and double oxidation such as barium titanate. Things etc. are mentioned.
【００２６】特に、２５℃環境下における比誘電率が１
０以上のものである固体誘電体を用いれば、低電圧で高
密度の放電プラズマを発生させることができ、処理効率
が向上する。比誘電率の上限は特に限定されるものでは
ないが、現実の材料では１８，５００程度のものが入手
可能であり、本発明に使用出来る。特に好ましくは比誘
電率が１０〜１００の固体誘電体である。上記比誘電率
が１０以上である固体誘電体の具体例としては、二酸化
ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸
バリウム等の複酸化物を挙げることが出来る。Particularly, the relative permittivity in the environment of 25 ° C. is 1
If a solid dielectric material of 0 or more is used, a high density discharge plasma can be generated at a low voltage, and the processing efficiency is improved. The upper limit of the relative permittivity is not particularly limited, but as a practical material, about 18,500 is available and can be used in the present invention. A solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 to 100 is particularly preferable. Specific examples of the solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more include metal oxides such as zirconium dioxide and titanium dioxide, and complex oxides such as barium titanate.
【００２７】上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、
印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮し
て適宜決定されるが、０．１〜１０ｍｍであることが好
ましい。０．１ｍｍ未満では、電極間の間隔を置いて設
置するのに充分でないことがあり、一方、１０ｍｍを超
えると、均一な放電プラズマを発生させにくい。The distance between the electrodes depends on the thickness of the solid dielectric,
It is appropriately determined in consideration of the magnitude of the applied voltage, the purpose of utilizing plasma, etc., but is preferably 0.1 to 10 mm. If it is less than 0.1 mm, it may not be sufficient to install the electrodes with a space therebetween, while if it exceeds 10 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma.
【００２８】本発明では、上記電極間に、高周波、パル
ス波、マイクロ波等の電界が印加され、プラズマを発生
させるが、パルス電界を印加することが好ましく、特
に、電界の立ち上がり及び／又は立ち下がり時間が、１
０μｓ以下である電界が好ましい。１０μｓを超えると
放電状態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、
パルス電界による高密度プラズマ状態を保持しにくくな
る。また、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が短いほ
どプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行われる
が、４０ｎｓ未満の立ち上がり時間のパルス電界を実現
することは、実際には困難である。より好ましくは５０
ｎｓ〜５μｓである。なお、ここでいう立ち上がり時間
とは、電圧（絶対値）が連続して増加する時間、立ち下
がり時間とは、電圧（絶対値）が連続して減少する時間
を指すものとする。In the present invention, an electric field of high frequency, pulse wave, microwave or the like is applied between the electrodes to generate plasma, but it is preferable to apply a pulsed electric field, and in particular, rising and / or standing of the electric field. Fall time is 1
An electric field of 0 μs or less is preferred. If it exceeds 10 μs, the discharge state easily shifts to an arc and becomes unstable,
It becomes difficult to maintain the high-density plasma state due to the pulsed electric field. Further, the shorter the rise time and the fall time, the more efficiently the gas is ionized during plasma generation, but it is actually difficult to realize a pulsed electric field with a rise time of less than 40 ns. More preferably 50
ns to 5 μs. Note that the rising time referred to here means the time when the voltage (absolute value) continuously increases, and the falling time means the time when the voltage (absolute value) continuously decreases.
【００２９】上記電界の電界強度は、１０〜１０００ｋ
Ｖ／ｃｍとなるようにするのが好ましい。電界強度が１
０ｋＶ／ｃｍ未満であると処理に時間がかかりすぎ、１
０００ｋＶ／ｃｍを超えるとアーク放電が発生しやすく
なる。The electric field strength of the electric field is 10 to 1000 k.
V / cm is preferable. Electric field strength is 1
If it is less than 0 kV / cm, it takes too long to process, 1
If it exceeds 000 kV / cm, arc discharge is likely to occur.
【００３０】上記パルス電界の周波数は、０．５〜１０
０ｋＨｚであることが好ましい。０．５ｋＨｚ未満であ
るとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎ、
１００ｋＨｚを超えるとアーク放電が発生しやすくな
る。The frequency of the pulsed electric field is 0.5 to 10
It is preferably 0 kHz. If the frequency is less than 0.5 kHz, the plasma density is low, so it takes too much time to process,
If it exceeds 100 kHz, arc discharge is likely to occur.
【００３１】また、上記パルス電界におけるひとつのパ
ルス継続時間（連続するオン時間）は、０．５〜２００
μｓであることが好ましい。０．５μｓ未満であると放
電が不安定なものとなり、２００μｓを超えるとアーク
放電に移行しやすくなる。Further, one pulse duration (continuous ON time) in the above pulsed electric field is 0.5 to 200.
It is preferably μs. If it is less than 0.5 μs, the discharge becomes unstable, and if it exceeds 200 μs, the arc discharge is likely to occur.
【００３２】また、上記パルス電界におけるオフ時間
は、０．５〜１０００μｓであることが好ましく、より
好ましくは０．５〜５００μｓである。０．５μｓ未満
であると放電が不安定なものとなり、１０００μｓを超
えるとアーク放電に移行しやすくなる。The off-time in the pulsed electric field is preferably 0.5 to 1000 μs, more preferably 0.5 to 500 μs. If it is less than 0.5 μs, the discharge becomes unstable, and if it exceeds 1000 μs, the arc discharge is likely to occur.
【００３３】また、上記パルス電界における電流密度
は、１０〜５００ｍＡ／ｃｍ2であることが好ましく、
より好ましくは５０〜５００ｍＡ／ｃｍ2である。１０
ｍＡ／ｃｍ2未満であると放電が不安定なものとなり、
５００ｍＡ／ｃｍ2を超えるとアーク放電に移行しやす
くなる。The current density in the pulsed electric field is preferably 10 to 500 mA / cm 2 ,
More preferably, it is 50 to 500 mA / cm 2 . 10
If it is less than mA / cm 2 , discharge becomes unstable,
If it exceeds 500 mA / cm 2 , arc discharge tends to occur.
【００３４】本発明の放電プラズマ処理装置は、どのよ
うな圧力下でも用いることができるが、常圧放電プラズ
マ処理に用いるとその効果を十分に発揮でき、特に、大
気圧近傍下の圧力下で用いるとその効果が十分に発揮さ
れる。The discharge plasma processing apparatus of the present invention can be used under any pressure, but when it is used for normal pressure discharge plasma processing, its effect can be sufficiently exerted, especially under pressure near atmospheric pressure. When used, its effect is fully exerted.
【００３５】上記大気圧近傍の圧力下とは、１．３３３
×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａの圧力下を指す。中
でも、圧力調整が容易で、装置が簡便になる９．３３１
×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａの範囲が好ましい。The pressure under the atmospheric pressure is 1.333.
It refers to under a pressure of × 10 4 to 10.664 × 10 4 Pa. Among them, the pressure adjustment is easy, and the device is simple.
The range of × 10 4 to 10.397 × 10 4 Pa is preferable.
【００３６】本発明で処理できる被処理基材としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカ
ーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミ
ド、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロ
エチレン、アクリル樹脂等のプラスチック、ガラス、セ
ラミック、金属、シリコンウェハ−等が挙げられる。基
材の形状としては、板状、フィルム状等のものが挙げら
れるが、特にこれらに限定されない。本発明の表面処理
方法によれば、様々な形状を有する基材の処理に容易に
対応することができる。As the substrate to be treated by the present invention,
Examples thereof include plastics such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyimide, liquid crystal polymer, epoxy resin, polytetrafluoroethylene, and acrylic resin, glass, ceramic, metal, and silicon wafer. Examples of the shape of the substrate include a plate shape and a film shape, but are not particularly limited thereto. According to the surface treatment method of the present invention, it is possible to easily deal with the treatment of substrates having various shapes.
【００３７】本発明で用いる処理ガスとしては、電界を
印加することによってプラズマを発生するガスであれ
ば、特に限定されず、処理目的により種々のガスを使用
できる。The processing gas used in the present invention is not particularly limited as long as it is a gas that generates plasma by applying an electric field, and various gases can be used depending on the processing purpose.
【００３８】上記処理用ガスとして、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、
ＣＣｌＦ3、ＳＦ6等のフッ素含有化合物ガスを用いるこ
とによって、撥水性表面を得ることができる。As the processing gas, CF 4 , C 2 F 6 ,
A water repellent surface can be obtained by using a fluorine-containing compound gas such as CClF 3 or SF 6 .
【００３９】また、処理用ガスとして、Ｏ2、Ｏ3、水、
空気等の酸素元素含有化合物、Ｎ2、ＮＨ3等の窒素元素
含有化合物、ＳＯ2、ＳＯ3等の硫黄元素含有化合物を用
いて、基材表面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の
親水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親
水性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタ
クリル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親
水性重合膜を堆積することもできる。Further, as the processing gas, O 2 , O 3 , water,
Hydrophilicity of carbonyl group, hydroxyl group, amino group, etc. on the surface of the base material by using oxygen element-containing compounds such as air, nitrogen element-containing compounds such as N 2 , NH 3 and sulfur element-containing compounds such as SO 2 , SO 3 A hydrophilic surface can be obtained by forming a functional group to increase the surface energy. Further, the hydrophilic polymer film can be deposited by using a polymerizable monomer having a hydrophilic group such as acrylic acid or methacrylic acid.
【００４０】さらに、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｎ等の金属の金属
−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラー
ト等の処理用ガスを用いて、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＳｎＯ
2等の金属酸化物薄膜を形成させることができる。Further, by using a processing gas such as a metal-hydrogen compound of a metal such as Si, Ti, Sn or the like, a metal-halogen compound, a metal alcoholate or the like, SiO 2 , TiO 2 or SnO 2 is used.
A metal oxide thin film such as 2 can be formed.
【００４１】さらに、基材表面に電気的、光学的機能を
与えたり、基材表面から有機物除去、レジスト除去、高
分子フィルムの接着性向上、ガラス系基板・プリント配
線基盤（ＦＰＣ）の洗浄、成膜、金属除去、デスミア、
アッシング、エッチング、デスカム、滅菌洗浄などに利
用できる。Further, the substrate surface is provided with electrical and optical functions, organic substances are removed from the substrate surface, resist is removed, adhesion of the polymer film is improved, cleaning of the glass-based substrate / printed wiring board (FPC), Film formation, metal removal, desmear,
It can be used for ashing, etching, descum and sterilization cleaning.
【００４２】経済性及び安全性の観点から、上記処理用
ガス単独雰囲気よりも、以下に挙げるような希釈ガスに
よって希釈された雰囲気中で処理を行うことが好まし
い。希釈ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、
キセノン等の希ガス、窒素気体等が挙げられる。これら
は単独でも２種以上を混合して用いてもよい。From the viewpoints of economy and safety, it is preferable to carry out the treatment in an atmosphere diluted with a diluent gas as described below, rather than in the atmosphere for the treatment gas alone. As the diluent gas, helium, neon, argon,
Examples include rare gases such as xenon, nitrogen gas, and the like. You may use these individually or in mixture of 2 or more types.
【００４３】本発明の大気圧放電処理装置によると、電
極間において直接大気圧下で放電を生じせしめることが
可能であり、より単純化された電極構造、放電手順によ
る大気圧プラズマ装置、及び処理手法でかつ高速処理を
実現することができる。また、印加電界の周波数、電
圧、電極間隔等のパラメータにより処理に関するパラメ
ータも調整できる。According to the atmospheric pressure discharge treatment apparatus of the present invention, it is possible to cause a discharge directly between the electrodes under atmospheric pressure, and a more simplified electrode structure, an atmospheric pressure plasma apparatus by a discharge procedure, and a treatment. It is possible to realize high-speed processing by the method. In addition, parameters relating to processing can be adjusted by parameters such as the frequency of the applied electric field, voltage, and electrode spacing.
【００４４】[0044]
【実施例】本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもので
はない。EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
【００４５】実施例１
図１及び２に示す装置を用い、放電プラズマ処理を行っ
た。電圧印加電極として１００ｍｍ×５０ｍｍ×厚み１
０ｍｍのＳＵＳ製電極を用い、接地電極として１００ｍ
ｍ×５０ｍｍ×厚み１０ｍｍのＳＵＳ板に、径１ｍｍの
穴を１．５ｍｍの間隔で開けたＳＵＳ製電極を用いた。
各電極の対向面には、固体誘電体として、チタン酸バリ
ウム０．４ｍｍに重ねて、酸化アルミニウム０．４ｍｍ
を溶射し、２ｍｍの間隔をおいて設置した。放電空間
は、電極間に一辺を処理ガス導入口として開口し、その
他の辺は、２ｍｍ厚の酸化アルミニウムによって塞ぎ、
プラズマが接地電極に設けた穴からのみ吹き出すように
した。基材として、銅箔を接地電極から１ｍｍ離して、
２００ｍｍ／ｍｉｎで搬送するようにセットした。処理
ガスとして、窒素２０Ｌ／ｍｉｎと酸素０．６Ｌ／ｍｉ
ｎの混合ガスを放電空間に導入し、電極間にパルス立ち
上がり速度５μｓ、電圧１２ｋＶPP、周波数１０ｋＨｚ
のパルス電界を印加したところ、放電状態は、均一に良
好で、基材への落雷も生ぜず、均一に処理できた。ま
た、プラズマ処理前後の銅箔表面のイオン交換水に対す
る接触角の変化を測定したところ、プラズマ処理後の接
触角の変化は、９０°から２０°となった。Example 1 A discharge plasma treatment was carried out using the apparatus shown in FIGS. 100 mm x 50 mm x thickness 1 as voltage application electrode
0mm SUS electrode, 100m as ground electrode
An SUS electrode in which holes each having a diameter of 1 mm were opened at an interval of 1.5 mm was used on a SUS plate of m × 50 mm × thickness of 10 mm.
As a solid dielectric, barium titanate 0.4mm is laminated on the facing surface of each electrode, and aluminum oxide 0.4mm
Was sprayed, and they were installed at intervals of 2 mm. In the discharge space, one side is opened as a processing gas introduction port between the electrodes, and the other side is closed with aluminum oxide having a thickness of 2 mm,
The plasma was blown out only from the hole provided in the ground electrode. As the base material, separate the copper foil from the ground electrode by 1 mm,
It was set so as to be conveyed at 200 mm / min. As a processing gas, nitrogen 20 L / min and oxygen 0.6 L / mi
A mixed gas of n was introduced into the discharge space, a pulse rising speed of 5 μs, a voltage of 12 kV PP and a frequency of 10 kHz between the electrodes.
When the pulsed electric field was applied, the discharge condition was uniformly good, and the substrate could be treated uniformly without lightning. When the change in contact angle of the surface of the copper foil with respect to ion-exchanged water before and after the plasma treatment was measured, the change in contact angle after the plasma treatment was 90 ° to 20 °.
【００４６】比較例１
図５の装置を用い、放電プラズマ処理を行った。電圧印
加電極３及び接地電極４として、１００ｍｍ×５０ｍｍ
×厚み１０ｍｍのＳＵＳ製電極を用い、各電極の対向面
には、固体誘電体６として、チタン酸バリウム０．４ｍ
ｍに重ねて、酸化アルミニウム０．４ｍｍを溶射し、両
電極を２ｍｍの間隔をおいて設置した。放電空間５は、
電極間に一辺を処理ガス導入口として開口し、側辺は、
２ｍｍ厚の酸化アルミニウムによって塞ぎ、プラズマを
プラズマ吹き出し口８から吹き出すようにした。基材１
０として、銅箔を電極から１ｍｍ離して、２００ｍｍ／
ｍｉｎで搬送するようにセットした。処理ガスとして、
窒素２０Ｌ／ｍｉｎと酸素０．６Ｌ／ｍｉｎの混合ガス
を処理ガス導入口７から放電空間５に導入し、電極間に
パルス立ち上がり速度５μｓ、電圧１２ｋＶPP、周波数
１０ｋＨｚのパルス電界を印加したところ、放電開始直
後に電圧印加電極側から、微小な落雷がみられ均一な処
理を行うことができなかった。Comparative Example 1 Using the apparatus shown in FIG. 5, discharge plasma treatment was performed. As the voltage application electrode 3 and the ground electrode 4, 100 mm x 50 mm
× A SUS electrode having a thickness of 10 mm was used, and on the facing surface of each electrode, 0.4 m of barium titanate was used as the solid dielectric 6.
Aluminum oxide 0.4 mm was sprayed on m, and both electrodes were installed at intervals of 2 mm. The discharge space 5 is
One side is opened as a processing gas inlet between the electrodes, and the side sides are
It was closed with aluminum oxide having a thickness of 2 mm, and the plasma was blown out from the plasma blowing port 8. Substrate 1
0, the copper foil is separated by 1 mm from the electrode, and 200 mm /
It was set so as to be conveyed at min. As processing gas,
A mixed gas of 20 L / min of nitrogen and 0.6 L / min of oxygen was introduced into the discharge space 5 through the processing gas inlet 7, and a pulse rising speed of 5 μs, a voltage of 12 kV PP and a pulse electric field of frequency 10 kHz were applied between the electrodes. Immediately after the start of discharge, a minute lightning strike was seen from the voltage application electrode side, and uniform treatment could not be performed.
【００４７】実施例２、比較例２
図４の装置を用い、プラズマ処理を行った。電圧印加電
極３として、中央に処理ガス導入口７を有する５０ｍｍ
×５０ｍｍ×厚み１０ｍｍのＳＵＳ４３０製電極を用
い、接地電極４として５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚み０．２
ｍｍの２００メッシュＳＵＳ４３０製網を用いた。電圧
印加電極３の対向面には、固体誘電体６として、チタン
酸バリウム０．６ｍｍに重ねて、酸化アルミニウム０．
６ｍｍを溶射し、２ｍｍの間隔をおいて設置した。放電
空間５は、電極間を２ｍｍ厚の酸化アルミニウムによっ
て塞ぎ、プラズマが接地電極４側からのみ吹き出すよう
にした。基材１０として、ポリイミドフィルムを用い、
接地電極と基材間の距離を変えながら、２００ｍｍ／ｍ
ｉｎで搬送するようにセットした。処理ガスとして、窒
素ガスを２ｍ／ｓｅｃで放電空間に導入し、電極間にパ
ルス立ち上がり速度５μｓ、電圧１５ｋＶPP、周波数５
ｋＨｚのパルス電界を印加して、ポリイミドフィルムの
表面処理を行った。プラズマ処理前後のポリイミドフィ
ルム表面のイオン交換水に対する接触角の変化を測定し
た。その結果を表１に示す。なお、比較のため、図５に
示すリモートソースを用いて同様に処理を行った結果を
表１に併記した（比較例２）。Example 2 and Comparative Example 2 Plasma treatment was performed using the apparatus shown in FIG. 50 mm with the processing gas inlet 7 in the center as the voltage applying electrode 3
An electrode made of SUS430 having a size of 50 mm x 10 mm and a ground electrode 4 of 50 mm x 50 mm x 0.2 thickness is used.
mm 200 mesh SUS430 net was used. On the opposite surface of the voltage application electrode 3, as solid dielectric 6, barium titanate of 0.6 mm was stacked, and aluminum oxide of 0.
6 mm was sprayed and placed with a space of 2 mm. The discharge space 5 was filled with aluminum oxide having a thickness of 2 mm so that the plasma was blown out only from the ground electrode 4 side. A polyimide film is used as the base material 10,
200 mm / m while changing the distance between the ground electrode and the substrate
It was set so that it was conveyed in. Nitrogen gas was introduced into the discharge space as a processing gas at 2 m / sec, and the pulse rising speed was 5 μs, the voltage was 15 kV PP , and the frequency was 5 between the electrodes.
The polyimide film was surface-treated by applying a pulse electric field of kHz. The change in the contact angle of the polyimide film surface to the ion-exchanged water before and after the plasma treatment was measured. The results are shown in Table 1. For comparison, the results of the same processing performed using the remote source shown in FIG. 5 are also shown in Table 1 (Comparative Example 2).
【００４８】[0048]
【表１】 [Table 1]
【００４９】表１より明らかなように、図４の本発明の
装置を用いた処理では、標準のリモート型（比較例２）
に比べ、同一の基板−電極間距離でも網状接地電極を用
いる本発明の方が接触角を低減することができた。As is clear from Table 1, the standard remote type (Comparative Example 2) was used in the processing using the apparatus of the present invention shown in FIG.
Compared with the above, the present invention using the reticulated ground electrode was able to reduce the contact angle even with the same substrate-electrode distance.
【００５０】[0050]
【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置は、接地電極
を網状物にし、被処理基材側に設置しているので、被処
理基材に熱的、電気的ダメージを与えず、かつプラズマ
吹き出し口を大きくすることができるので、大面積基材
の高速処理に対応可能である。したがって、半導体製造
工程等で用いられる種々の方法を始めとして、あらゆる
プラズマ処理方法において、インライン化及び高速化を
実現するのに有効に用いることができる。In the plasma processing apparatus of the present invention, since the ground electrode is made of a mesh and is installed on the side of the substrate to be processed, the substrate to be processed is not thermally or electrically damaged, and the plasma is blown out. Since the mouth can be enlarged, it is possible to handle high-speed processing of a large-area substrate. Therefore, it can be effectively used to realize in-line and high speed in various plasma processing methods including various methods used in semiconductor manufacturing processes and the like.
【図１】本発明の放電プラズマ処理装置の例を説明する
模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating an example of a discharge plasma processing apparatus of the present invention.
【図２】図１のリモートソースの底面図である。2 is a bottom view of the remote source of FIG. 1. FIG.
【図３】本発明の放電プラズマ処理装置の他の例を説明
する模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the discharge plasma processing apparatus of the present invention.
【図４】本発明の放電プラズマ処理装置の他の例を説明
する模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the discharge plasma processing apparatus of the present invention.
【図５】従来のリモートソースを説明する模式的断面図
である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a conventional remote source.
１ リモートソ―ス ２ 電源 ３ 電圧印加電極 ４ 接地電極 ５ 放電空間 ６ 固体誘電体 ７ 処理ガス導入口 ８ プラズマ吹き出し口（接地電極の穴） ９ ガスストッパー １０ 基材 1 remote source 2 power supplies 3 voltage application electrodes 4 ground electrode 5 discharge space 6 Solid dielectric 7 Processing gas inlet 8 Plasma outlet (hole for ground electrode) 9 gas stopper 10 Base material
Claims (4)
極を有し、前記対向電極の少なくとも一方の電極対向面
が固体誘電体で被覆され、前記対向電極間に電界を印加
することにより前記対向電極間に発生するグロー放電プ
ラズマを、プラズマ発生空間外に配置された基材に導い
て処理を行う処理装置であって、前記電圧印加電極と基
材との間に網状物からなる接地電極が配置されることを
特徴とする放電プラズマ処理装置。1. A counter electrode having a voltage application electrode and a ground electrode, at least one of the counter electrodes facing the electrode is covered with a solid dielectric, and the counter electrode is formed by applying an electric field between the counter electrodes. A processing device for guiding glow discharge plasma generated between electrodes to a base material arranged outside the plasma generation space for processing, wherein a ground electrode composed of a mesh-like material is provided between the voltage applying electrode and the base material. Discharge plasma processing apparatus characterized by being arranged.
ることを特徴とする請求項１に記載の放電プラズマ処理
装置。2. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the void of the net-like material is a plasma outlet.
平行に配置することを特徴とする請求項１又は２に記載
の放電プラズマ処理装置。3. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the base material, the ground electrode, and the voltage application electrode are arranged in parallel in this order.
あることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
載の放電プラズマ処理装置。4. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a distance between the ground electrode and the base material is 2 mm or less.
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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