JP2006261018A - プラズマ表面処理装置の電極構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘電部材の裏面と電極の間での異常放電を防止できるプラズマ表面処理装置の電極構造を提供する。
【解決手段】
プラズマ表面処理装置の電極１１のプラズマ空間形成面を固体誘電体層としての誘電部材１３で覆う。この誘電部材１３の裏面すなわち前記プラズマ空間形成面を向く面を導電性の膜６１で被覆する。好ましくは、誘電部材１３の凹部１３ｄの内端面にも導電性膜６２を設ける。導電性膜６１，６２は、好ましくは導電性接着剤にて構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、処理ガスを略常圧のプラズマ空間でプラズマ化し基材を表面処理する装置に関し、特に前記プラズマ空間を形成するための電極構造に関する。

この種のプラズマ処理装置には一対の電極が設けられている。これら電極間に電界を印加して大気圧プラズマ空間を形成し、このプラズマ空間に処理ガスを導入してプラズマ化する。このプラズマガスを基材に接触させ、表面処理を行なう。
少なくとも一方の電極の対向面には固体誘電体の層が設けられている。この固体誘電体層は、溶射膜（特許文献１等参照）やセラミック板等（特許文献２、３等参照）にて構成されている。
特開２００３−９３８６９ 特開２００４−２８５３９６ 特開２００４−３６２８９０

固体誘電体層がセラミック板等の誘電部材で構成されている場合、電極又は誘電部材が部分的に撓む等して電極と誘電部材の間に隙間が出来、異常放電が発生する可能性がある。そうすると、電極や誘電部材がダメージを受け、パーティクルが発生するおそれがある。このようなパーティクルは被処理基材の汚染を招き、歩留まりが低下してしまう。また、異常放電によって電力ロスを招く。

上記問題点を解決するために、本発明は、
処理ガスを略常圧のプラズマ空間にてプラズマ化し基材を表面処理する装置において、
前記プラズマ空間を形成するための電極と、
この電極のプラズマ空間形成面を覆う固体誘電体としての誘電部材と、を備え、
前記誘電部材の前記電極のプラズマ空間形成面を向く面に導電性の膜を設けたことを特徴とする。
これによって、誘電部材と電極との間に隙間が形成されたとしても、電極と導電性膜がどこか一箇所において接触していれば電極と導電性膜を等電位にすることができ、誘電部材と電極との間に異常放電が起きるのを防止することができる。誘電部材に微細な凹凸が形成されていた場合でも、異常放電を防止することができる。また、異常放電の防止によって電力ロスを低減ないし解消することができる。

前記導電性の膜は、前記電極のプラズマ空間形成面の全面に被さるようになっているのが好ましい。これによって、導電性膜のどこか一箇所を電極に確実に接触させることができ、誘電部材と電極との間の異常放電を確実に防止することができる。

前記誘電部材には前記電極のプラズマ空間形成側部を嵌め込む凹部が形成され、この凹部の内底面に前記導電性の膜が設けられるとともに、凹部の内周端面にも導電性の膜が設けられていてもよい。
これによって、電極の端面や角部での異常放電をも防止することができ、パーティクルの発生を一層確実に防止することができる。

前記導電性膜は、例えば、銀などの金属ペースト、ＩＴＯ膜、導電性接着剤、金属蒸着膜、スパッタ、金属溶射膜、ロウ剤塗布膜等にて構成することができる。
前記導電性膜は、好ましくは接着性を有している。
これによって、導電性膜を電極と確実に接触させて等電位にすることができ、異常放電を確実に防止できる。また、膜を介して誘電部材を電極に接着でき、これにより、誘電部材の変形を防止でき、プラズマ流が不均一になるのを防止でき、処理のバラツキを防止することができる。
接着性の導電膜は、例えばエポキシ系等の接着剤に金属粉末を混入することによって構成することができる。

本発明は、略常圧（略大気圧）でグロー放電等のプラズマ放電を起こす大気圧プラズマ放電処理に好適である。ここで、「略常圧ないしは略大気圧」とは、１．０１３×１０^４〜５０．６６３×１０^４Ｐａの範囲を言い、圧力調節の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、好ましくは、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａであり、より好ましくは、９．３３１×１０^４〜１０．３９７×１０^４Ｐａである。

本発明によれば、誘電部材と電極との間に隙間が形成されたとしても、電極と導電性膜がどこか一箇所において接触していれば電極と導電性膜を等電位にすることができ、誘電部材と電極との間に異常放電が起きるのを防止することができる。また、異常放電の防止によって電力ロスを低減ないし解消することができる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって詳述する。
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置Ｍには、一対の電極１１，１１が設けられている。これら電極１１，１１は、それぞれ平板状をなすとともに互いに前後（図１において上下）に対向して配置され、平行平板電極を構成している。なお、本発明は、かかる平行平板電極に限定されるものではなく、円筒形状や断面円弧形状等の種々の形状の電極構造に適用できる。

これら電極１１，１１は、樹脂ホルダ１２にて保持されている。このホルダ１２によって各電極１１が絶縁されている。

図１に示すように、各電極１１の対向面には誘電部材１３が設けられている。誘電部材１３は、アルミナ等のセラミックにて構成されている。

誘電部材１３は、電極１１よりひとまわり大きな平板状をなし、周縁部１３ａが電極１１より延出されるとともに裏側に突出されている。これにより、誘電部材１３の裏面（対応する電極１１を向く面）には広くて浅い凹部１３ｄが形成されている。この凹部１３ｄに電極１１の他方の電極との対向側部分が嵌め込まれている。凹部１３ｄの深さは２ｍｍ以上であり、周縁部１３ａの幅すなわち電極１１の厚さよりは小さい。凹部１３ｄの縁から誘電部材１３の縁までの距離は５ｍｍ以上である。

一対の誘電部材１３の左右の端部どうし間にスペーサ１４がそれぞれ挟まれている。スペーサ１４は、誘電部材１３と同様にアルミナにて構成されている。このスペーサ１４によって一対の誘電部材１３どうしの間隔（ひいては電極１１，１１どうしの間隔）が維持されている。そして、誘電部材１３どうしの間にスリット状の空間１０ａが形成されている。上記スペーサ１４によってスリット状空間１０ａの左右両側の内端面が画成されている。スリット状空間１０ａ内は略大気圧になっている。

図２に示すように、一対の電極１１のうち一方は電源３０に接続されてホット電極になり、他方は接地されてアース電極になっている。（以下、これら電極を区別するときはホット電極に符号１１Ｈを付し、アース電極に符号１１Ｅを付す。）電源３０からの電圧供給によってスリット状空間１０ａ内に大気圧グロー放電が生成されるようになっている。これによって、スリット状空間１０ａが、プラズマ空間１０ａとなる。電極１１の対向面すなわち誘電部材１３との当接面は、「プラズマ形成面」を構成し、電極１１の他方の電極との対向側部分（凹部１３ｄに嵌め込まれた部分）は、「プラズマ空間形成側部」を構成している。誘電部材１３の裏面は、対応電極１１のプラズマ形成面を向くことになる。

処理ガス供給源２０からガスライン２１が延び、プラズマ空間１０ａの上端部に接続されている。これによって、プラズマ空間１０ａに処理ガスが導入され、プラズマ化されるようになっている。
プラズマ空間１０ａの下端に吹出し口１０ｂが設けられている。この吹出し口１０ｂからプラズマガスが吹出され、下方の被処理基材９０に照射されるようになっている。これによって被処理基材９０のプラズマ表面処理を行なうことができるようになっている。

誘電部材１３の裏側の凹部１３ｄの内底面には導電性の膜６１（第１の膜）が設けられている。導電性膜６１は、凹部１３ｄの内底面の全域を隈なく覆っている。これによって、膜６１が電極１１のプラズマ空間形成面の全体に被さることになる。

更に、誘電部材１３の凹部１３ｄの内周端面にもその全域にわたって導電性の膜６２（第２の膜）が設けられている。この膜６２は、上記内底面の膜６１と一体に連なっている。

導電性膜６１，６２は、互いに同一の導電性材料にて構成されている。具体的には銀などの金属ペースト、ＩＴＯ膜、導電性接着剤、金属蒸着膜、スパッタ、金属溶射膜、ロウ剤塗布膜等にて構成されており、好ましくは導電性接着剤にて構成されている。接着性の導電膜は、例えばエポキシ系等の接着剤に金属粉末を混入することによって構成することができる。
膜６１，６２を導電性接着剤にて構成することにより、誘電部材１３が膜６１，６２を介して電極１１に接着されることになる。

上記の電極構造によれば、電極１１や誘電部材１３がプラズマ処理時のクーロン力等によって撓む等して電極１１と誘電部材１３の間に隙間が出来ても、膜６１，６２のどこか一箇所が電極１１と接していれば、電極１１と膜６１，６２が等電位になる。これによって、誘電部材１３の裏面と電極１１との間で異常放電が起きたり、電極１１の端面や角部で異常放電が起きたりするのを防止することができる。したがって、電極１１や誘電部材１３がダメージを受けるのを防止してパーティクルの発生を防止でき、被処理基材９０が汚染されるのを防止することができ、この結果、歩留まりを高めることができる。
また、誘電部材１３の裏面に微細な凹凸が形成されていた場合でも、異常放電を防止することができる。
更に、異常放電の防止によって電力ロスを低減することができる。

膜６１，６２を導電性接着剤で構成すれば、誘電部材１３と電極１１を接着させることができ、異常放電を一層確実に防止できるだけでなく、電極１１の拘束により誘電部材１３の変形を防止することができる。これにより、プラズマ空間１０ａにおけるプラズマ流が不均一になるのを防止でき、ひいては処理のバラツキを防止することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、誘電部材１３の凹部１３ｄの内周端面の膜６１は省略してもよい。
誘電部材１３は、凹部１３ｄの無い平板状であってもよく、軟性のシート状ないしフィルム状であってもよく、電極を収容可能なケース状であってもよい。平らな誘電部材の周縁部の裏面に誘電部材とは別体の高誘電率部材を設けてもよく、この高誘電率部材の電極端面を向く面に導電性膜６２を設けてもよい。
上記実施形態のプラズマ処理は、基材を一対の電極間のプラズマ空間の外に配置し、これに向けてプラズマガスを吹付ける所謂リモート式であったが、本発明は、基材を一対の電極間のプラズマ空間の内部に配置して処理する所謂ダイレクト式にも適用可能である。

この発明は、例えば半導体基材の洗浄、表面改質、成膜等の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の電極構造の平面図である。 図１のII−II線に沿う前記大気圧プラズマ処理装置の縦断面図である。

符号の説明

Ｍ 大気圧プラズマ処理装置
１０ａ プラズマ空間
１０ｂ 吹出し口
１１ 電極
１２ ホルダ
１３ 誘電部材
１３ａ 誘電部材の周縁部
１３ｄ 凹部
１４ スペーサ
２０ 処理ガス供給源
２１ ガスライン
３０ 電源
６１ 誘電部材の裏面の導電性膜（第１の膜）
６２ 電界拡散部材の内端面の導電性膜（第２の膜）
９０ 被処理基材

Claims (4)

1. 処理ガスを略常圧のプラズマ空間にてプラズマ化し基材を表面処理する装置において、
   前記プラズマ空間を形成するための電極と、
   この電極のプラズマ空間形成面を覆う固体誘電体としての誘電部材と、を備え、
   前記誘電部材の前記電極のプラズマ空間形成面を向く面に導電性の膜を設けたことを特徴とするプラズマ表面処理装置の電極構造。
2. 前記導電性の膜が、前記電極のプラズマ空間形成面の全面に被さることを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
3. 前記誘電部材には前記電極のプラズマ空間形成側部を嵌め込む凹部が形成され、この凹部の内底面に前記導電性の膜が設けられるとともに、凹部の内周端面にも導電性の膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
4. 前記導電性の膜が、接着性を有していることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電極構造。

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