JP2007115650A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物の大面積化に対応できるとともに、正規の放電処理開始地点での処理の良好性確保できる大気圧プラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】大気圧プラズマ処理装置のステージ２０の第１ステージ部２１の第１金属表面２１ａを露出させ、誘電体製被処理物Ｗを設置する。第１ステージ部２１の周縁には第２ステージ部２２を設ける。この第２ステージ部２２の第２金属２４の上に固体誘電体層２５を設け、この固体誘電体層２５の内側誘電部２６に被処理物Ｗの周縁部を設置する。電極１１は、第２ステージ部２２上の第２移動範囲Ｒ２で助走放電Ｄ２を形成したうえで、第１ステージ部２１上の第１移動範囲Ｒ１へ移動し、正規のプラズマ放電Ｄ１を形成する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、大気圧近傍下でプラズマ放電を形成するとともにこのプラズマ放電に被処理物を晒して表面処理を行なうプラズマ処理装置に関し、特に、前記被処理物がガラス基板等の誘電体である場合に適した大気圧プラズマ処理装置に関する。

大気圧近傍下でプラズマ放電を形成するとともにこのプラズマ放電空間内にガラス基板等の被処理物を配置して表面処理を行なう常圧プラズマ処理装置は公知である。この種の装置には、高圧電極と接地電極が互いに対向するように設けられている。各電極の対向面には安定放電のために固体誘電体層が形成されている。固体誘電体層は、アルミナの溶射やセラミック板で構成されている。多くの場合、接地電極は、被処理物を設置するステージを兼ねている。この接地電極兼ステージ上の被処理物に高圧電極が対向配置される。高圧電極への電圧供給により、高圧電極と接地電極兼ステージの間に電界が印加され、大気圧プラズマ放電が形成される。この大気圧プラズマ放電に処理目的に応じたプロセスガスが導入されて、プラズマ化されるとともに被処理物に接触して反応を起こし、被処理物の表面処理がなされる。
特開２００４−２２８１３６号公報

近年、被処理物の大型化が進み、これに伴い、接地電極兼ステージの大型化が必要となっている。ステージが大型になると、その上面の固体誘電体層も大面積化する必要がある。しかし、大面積の固体誘電体層を作るのは容易でなく製造費の上昇を避けられない。
一方、被処理物は、ガラスなどの誘電体で構成されることが多い。そこで、誘電体製被処理物をステージの固体誘電体層として代用することにすれば、ステージの金属表面自体に固体誘電体層を設ける必要が無くなる。その場合、アーク放電の防止のために、被処理物でステージの金属表面を完全に覆い、被処理物の周縁部をステージの金属表面より少し突出させるのが望ましい。
しかし、そうすると、電極が被処理物の周縁部及びそれより外側に位置している時は放電が起きず、電極が被処理物の周縁部より内側に移動してステージの金属表面の端部上に来た時、いきなりプラズマ放電が起き、処理が開始される。そのため、処理開始地点（被処理物の周縁部とそこより内側の主部分との境部分（主部分の端部））等の放電状態が不安定になり、処理不良になったり損傷を受けたりしてしまう。

本発明は、上記考察に基づいてなされたものであり、ガラス基板等の誘電体からなる被処理物を大気圧近傍のプラズマ放電に晒して表面処理する装置において、
露出された第１金属表面（金属にて構成された主設置面）を有する第１ステージ部（主設置部）と、固体誘電体層（側辺誘電部）で被覆された第２金属表面（側辺金属部）を有して前記第１ステージ部の外周部に設けられた第２ステージ部（側辺部）とを含み、前記第１ステージ部の第１金属表面上に、前記被処理物が周縁部を前記第２ステージ部の側へ突出させるようにして設置されるステージと、
前記ステージに対し、前記第１ステージ部と対向して前記プラズマ放電を形成する第１移動範囲（第１位置）と、前記第２ステージ部と対向する第２移動範囲（第２位置）を含む範囲で相対移動される電極と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、被処理物をステージの第１金属表面の固体誘電体層として代用でき、第１金属表面に溶射膜やセラミック板の固体誘電体層を設ける必要がなく、製造コストを低く抑えることができ、ステージの大型化が容易になる。第２移動範囲の電極と第２ステージ部の間にも電界が印加されるようにすることができ、これによって、電極が第１移動範囲に入るのに先立って助走的な放電を起こして正規のプラズマ処理の準備をしておくことができる。この結果、被処理物の周縁部とそれより内側の主部分との境での正規のプラズマ放電開始時における放電状態を安定させることができ、被処理物の主部分の端部等の損傷防止や処理の良好性確保を図ることができる。
前記第１金属表面が、前記被処理物より僅かに小面積であるのが好ましい。これにより、前記被処理物の主部分によって、前記第１金属表面の全体を覆うことができる。前記被処理物の周縁部は、前記第２ステージ部に設置されるようになっているのが好ましい。

前記第２移動範囲の電極と第２ステージ部との間にプラズマ放電が形成されるように、前記第２ステージ部の固体誘電体層の厚さ及び誘電率が設定されていることが好ましい。
これによって、電極が第１移動範囲に入る前の助走放電を確実に起こすことができ、被処理物の主部分の端部での放電状態を確実に安定させることができる。

前記第２ステージ部の固体誘電体層が、前記被処理物の周縁部が設置されるべき内側誘電部（周縁設置部）と、この内側誘電部より前記第１ステージ部とは反対側に配置され、前記被処理物の周縁部より突出されるべき外側誘電部とを有しているのが好ましい。
前記内側誘電部と外側誘電部のうち少なくとも外側誘電部が、前記第２金属表面に対応して配置され、第２金属表面を覆っていることが好ましい。
これによって、助走放電が被処理物の周縁部より外側に形成されるようにすることができる。

前記第２移動範囲の電極と前記外側誘電部との間にプラズマ放電が形成されるように、前記外側誘電部の厚さ及び誘電率が設定されていることが好ましい。
これによって、助走放電が被処理物の周縁部より外側の外側誘電部上で形成されるようにすることができる。

前記外側誘電部の厚さと誘電率の比が、前記被処理物の厚さと誘電率の比と略同じであることが好ましい。前記外側誘電部の単位面積あたりの静電容量が前記被処理物の単位面積あたりの静電容量と互いに等しくなるように、前記外側誘電部の誘電率と厚さが設定されているのが好ましい。
これによって、外側誘電部上の助走放電の状態を被処理物の主部分上での正規の放電状態と同様のレベルにすることができる。

前記電極の前記相対移動方向に沿う幅が、前記外側誘電部から前記第１ステージ部に跨り得る大きさであることが好ましい。
これによって、電極が第２移動範囲から第１移動範囲へ移るとき、電界が被処理物の主部分の端部上だけでなく外側誘電部上にも存続しているようにすることができ、被処理物の主部分の端部上に電界集中が起きるのを防止でき、被処理物の主部分の端部の処理の良好性を確実に確保することができる。
前記電極の前記相対移動方向に沿う幅は、少なくとも前記内側誘電部の前記相対移動方向に沿う幅より大きいのが好ましい。

前記第１金属表面が、前記第２金属表面（第２金属部と固体誘電体層の接合面）より前記電極の側に突出していてもよく、前記外側誘電部の表面が、前記第１金属表面より前記電極の側に突出していてもよい。この構成は、外側誘電部の誘電率が、被処理物の誘電率より大きい場合に好適である。
外側誘電部の誘電率が、前記被処理物の誘電率より小さい場合は、前記第２金属部と固体誘電体層の接合面が、前記第１金属表面より前記電極の側に突出されているのが好ましい。

前記外側誘電部の表面が、前記第１金属表面より前記被処理物の厚さと略同じ大きさだけ前記電極の側に突出されていることが好ましい。
これによって、助走放電時の電極と第２ステージ部の間のプロセスガスの流通状態を、正規のプラズマ放電時の電極と被処理物の間の流通状態と略同じになるようにすることができる。

前記内側誘電部の表面が、前記第１金属表面と面一になっていることが好ましい。前記内側誘電部の表面が、前記第１金属表面と面一に連続していることが好ましい。
これによって、被処理物の主部分を第１金属表面に確実に接触させるとともに被処理物の周縁部を内側誘電部に確実に接触させることができ、被処理物の裏面とステージの間に隙間が出来るのを防止することができる。

前記内側誘電部の表面が、前記第１金属表面と面一になっており、内側誘電部の裏面が第１ステージ部に向うにしたがって表側へ傾く斜面になり、内側誘電部の厚さが、前記第１ステージ部に近づくにしたがって小さくなっていてもよい。
これにより、内側誘電部とその上に設置された被処理物の周縁部とを合わせた全体の誘電率が、第１ステージ部の側に向かうにしたがって被処理物単独の誘電率に近づくようにすることができる。よって、被処理物の周縁部上の助走放電部分でのプラズマ放電状態を、正規放電部に近づくにしたがって正規放電部でのプラズマ放電状態に近づけ、被処理物の周縁部と主部分の端部の境界での放電状態が不連続になるのを防止することができる。

前記内側誘電部と前記外側誘電部とが、一体に連なっていることが好ましい。
これによって、内側誘電部と外側誘電部との境において第２金属部が露出しないようにすることができ、内側誘電部と外側誘電部との境を通して第２金属部に沿面放電等が落ちるのを防止することができる。
前記内側誘電部と外側誘電部とが、別体になっていてもよい。
前記内側誘電部と外側誘電部との間に段差が形成されていることが好ましい。この段差に被処理物の端面が宛がうことができ、被処理物を確実に位置決めすることができる。

前記第１ステージ部の第１金属部と前記第２ステージ部の第２金属部とが、互いに接し、ないしは互いに連続していることが好ましく、第２金属部が内側誘電部の裏側にも配置されているのが好ましい。
これによって、電極が第２移動範囲から第１移動範囲に跨るとき、プラズマ放電の助走部と正規のプラズマ放電部が連続するようにでき、被処理物の主部分の端部の処理の良好性を一層確実に確保することができる。

前記ステージが、金属にて構成されたステージ本体を備え、
前記ステージ本体の周縁部より内側の部分が、露出された前記第１金属表面を有して前記第１ステージ部となり、
前記ステージ本体の周縁部が、前記固体誘電体層にて被覆された前記第２金属表面を有し、このステージ本体の周縁部と前記固体誘電体層とにより前記第２ステージ部が構成されていることが好ましい。
これによって、第１ステージ部の第１金属部と第２ステージ部の第２金属部を一体構造にでき、電極が第２移動範囲から第１移動範囲に跨るとき、プラズマ放電の助走部と正規のプラズマ放電部が確実に連続するようにできる。

本発明は、大気圧近傍（略常圧）の圧力環境での常圧プラズマ処理に特に効果的である。ここで、大気圧近傍とは、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便化を考慮すると、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、被処理物をステージの第１金属表面の固体誘電体層として代用でき、第１金属表面に溶射膜やセラミック板の固体誘電体層を設ける必要がなく、製造コストを低く抑えることができ、ステージの大型化が容易になる。加えて、第２移動範囲の電極と第２ステージ部の間にも電界が印加されるようにすることができる。これによって、助走的な放電を起こして正規のプラズマ処理の準備をしておくことができる。この結果、被処理物の主部分の端部上での正規のプラズマ放電開始時における放電状態を安定させることができ、被処理物の主部分の端部等の損傷防止や処理の良好性確保を図ることができる。

以下、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、常圧プラズマ処理装置Ｍの概略構成を示したものである。常圧プラズマ処理装置Ｍは、処理ユニット１０と、ステージ２０を備えている。処理ユニット１０は、高圧電極１１と、この電極１１を保持するホルダ１２とを有している。処理ユニット１０及び高圧電極１１は、図１の紙面直交方向に長く延びている。高圧電極１１には、電源回路３０が接続されている。電源回路３０は、各電極１１に大気圧プラズマ放電を形成するための電圧を供給するようになっている。供給電圧は、正弦波等の連続波電圧でもよく、パルス波等の間欠波電圧でもよい。高圧電極１１の下面を含む処理ユニット１０の底部には、固体誘電体層としてのセラミック製の固体誘電体板１３が設けられている。

図示は省略するが、処理ユニット１０には、プロセスガス源からのプロセスガス供給ラインが接続されている。このプロセスガス供給ラインからのプロセスガスが、処理ユニット１０の下方に吹出されるようになっている。プロセスガスとしては、処理目的に合わせたガス種が用いられている。例えば、撥水化処理ではＣＦ_４等のフッ化炭素化合物と窒素が用いられている。

処理ユニット１０の下方にステージ２０が設置されている。処理ユニット１０とステージ２０の間のギャップは数ｍｍ程度である。図において、上記のギャップは誇張して示されている。

ステージ２０は、第１ステージ部２１と、この第１ステージ部２１の外周部に設けられた第２ステージ部２２と、この第２ステージ部２２の外周部に設けられた外枠２３（第３ステージ部）とを備えている。

第１ステージ部２１は、アルミニウム等の金属（第１金属）にて構成され、平面視四角形になっている。第１ステージ部２１の奥行き（図１の紙面と直交する方向の寸法）は、電極１１の長さとほぼ同じになっている。
金属製の第１ステージ部２１の上面２１ａ（第１金属表面）には、固体誘電体層が設けられておらず、該金属表面２１ａが露出されている。金属表面２１ａは、平面視四角形をなし、水平になっている。

図１において仮想線で示すように、露出された第１金属表面２１ａ上に、処理すべき基板（被処理物）Ｗが設置されるようになっている。基板Ｗは、例えば大型液晶用のガラス等の誘電体で構成され、平面視四角形状をなしている。基板Ｗを構成するガラスの比誘電率ε_Ｗは、ε_Ｗ＝５程度である。基板Ｗの厚さｔ_Ｗは、例えばｔ_Ｗ＝０．７ｍｍ程度である。

第１金属表面２１ａの面積（第１ステージ部２１の面積）は、基板Ｗの面積より少し小さい。そのため、基板Ｗの周縁部Ｗｂより内側の主部分Ｗａが第１金属表面２１ａの全体を覆い、基板Ｗの周縁部Ｗｂは第１金属表面２１ａから外側すなわち第２ステージ部２２の側に突出するようになっている。基板周縁部Ｗｂの第１金属表面２１ａからの突出量は、例えば１０ｍｍ程度である。

第２ステージ部２２は、第２金属２４と、固体誘電体層２５とを有している。第２金属２４は、アルミニウム等の金属にて構成されている。第２金属２４は、第１ステージ部２１を構成する第１金属と一体に連なっている。これら第１、第２金属２１，２４によってステージ本体２０Ａが構成されている。
すなわち、ステージ２０は、アルミニウム等からなる平面視四角形のステージ本体２０Ａを備え、このステージ本体２０Ａの中央部（周縁部より内側の部分）が第１金属２１（第１ステージ部）となり、ステージ本体２０Ａの周縁部が第２金属２４になっている。ステージ本体２０Ａ（第１、第２金属２１，２４）は、電気的に接地されている。これにより、ステージ本体２０Ａは、高圧電極１１に対する接地電極の役目を兼ねている。

第２ステージ部２２の第２金属２４の上面２４ａ（第２金属表面）は、第１ステージ部２１の第１金属表面２１ａより下に位置しており、両者間に段差が形成されている。（第１金属表面２１ａは、第２金属表面２４ａより上に突出されている。）第２金属表面２４ａは、水平になっている。

第２金属表面２４ａ上に、固体誘電体層２５が設けられている。（ステージ本体２０Ａの周縁部２４とそれより内側の主部分２１とのうち周縁部２４にのみ、固体誘電体層２５が設けられている。）固体誘電体層２５は、第２金属表面２４ａの全体を覆っている。固体誘電体層２５は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミック部材で構成されている。固体誘電体層２５を構成するアルミナの比誘電率ε_２５は、基板Ｗの約２倍のε_２５＝１０程度である。

固体誘電体層２５は、第１ステージ部２１側の内側誘電部２６と、外枠２３側の外側誘電部２７とを有している。内外の誘電部２６，２７は一体に連なっている。

内側誘電部２６の内端面（第１ステージ部２１側の端面）は、第１金属表面２１ａと第２金属表面２４ａとの間の段差面に突き当たっている。内側誘電部２６の上面は、第１金属表面２１ａと面一をなしている。
内側誘電部２６の上面に基板Ｗの周縁部Ｗｂが設置されるようになっている。

外側誘電部２７は、内側誘電部２６より厚肉になっており、内側誘電部２６の上面及び第１金属表面２１ａより上に突出されている。外側誘電部２７と内側誘電部２６の間に段差が形成されている。
外側誘電部２７と内側誘電部２６の間の段差面に基板Ｗの周端面が宛がわれるようになっている。外側誘電部２７と内側誘電部２６との間の段差の高さは、基板Ｗの厚さと略同じになっている。したがって、外側誘電部２７の上面と基板Ｗの上面とは略面一になるようになっている。
外側誘電部２７は、基板Ｗより外側に位置されることになる。

外側誘電部２７の外端面は、第２金属２４より外側に突出されていている。これら外側誘電部２７と第２金属２４の外側面に、樹脂等の絶縁体かなる外枠２３が添えられている。

外側誘電部２７の厚さと誘電率の比は、基板Ｗの厚さと誘電率の比と略同じになるように設定されている。したがって、固体誘電体層２５の誘電率が基板Ｗの２倍である場合には、外側誘電部２７の厚さは、基板Ｗの略２倍に設定されている。ガラス製基板Ｗの比誘電率がε_Ｗ＝５．３〜６．５程度、厚さがｔ_Ｗ＝０．５〜０．７ｍｍ程度であり、固体誘電体層２５の比誘電率がε_２５＝９〜１１程度である場合、外側誘電部２７の厚さは、ｔ_２７＝０．６９〜１．４５ｍｍ程度になるように設定されている。例えば、基板Ｗが比誘電率ε_Ｗ＝５、厚さｔ_Ｗ＝０．７ｍｍ程度である場合、比誘電率ε_２５＝１０のアルミナからなる固体誘電体層２５の外側誘電部２７の厚さｔ_２７は、ｔ_２７＝１．４ｍｍ程度に設定されている。

第２ステージ部２２の左右の幅寸法は、高圧電極１１の左右の幅寸法より小さい。したがって、高圧電極１１の幅は、第２ステージ部２２と第１ステージ部２１の間に跨ることのできる大きさになっている。

さらに、図１に示すように、常圧プラズマ処理装置Ｍには移動機構４０が設けられている。移動機構４０は、処理ユニット１０に接続されている。図２〜図６の矢印に示すように、移動機構４０によって処理ユニット１０が左右（電極１１の長手方向と直交する方向）に往復移動されるようになっている。ひいては、高圧電極１１がステージ２０に対し左右に相対移動されるようになっている。高圧電極１１の相対移動範囲には、第１ステージ部２１に対向する第１移動範囲Ｒ１と、第２ステージ部２２に対向する第２移動範囲Ｒ２（図３〜図５参照）とが含まれている。図５の高圧電極１１は、第１ステージ部２１の端部と第２ステージ部２２とに対向し、第１移動範囲Ｒ１と第２移動範囲Ｒ２に跨っている。
移動機構４０がステージ２０に接続され、ステージ２０が左右に往復移動されるようになっていてもよい。

上記構成の常圧プラズマ処理装置Ｍを用いて基板Ｗを表面処理する際は、図２に示すように、処理ユニット１０をステージ２０より外側（例えば左）に退避させたうえで、基板Ｗをステージ２０に設置する。基板Ｗの周縁部Ｗｂより内側の主部分Ｗａは、ステージ本体２０Ａの第１金属表面２１ａに設置し、周縁部Ｗｂは、第２ステージ部２２の内側誘電部２６に設置する。内側誘電部２６の上面と第１金属表面２１ａが面一に連続しているので、基板Ｗの裏面とステージ２０の間に隙間が出来るのを防止することができる。基板Ｗの端面は、内側誘電部２６と外側誘電部２７の間の段差面に宛がわれる。これによって、基板Ｗを確実に位置決めすることができる。基板Ｗの上面（表側面）は、外側誘電部２７の上面と面一になる。

次に、移動機構４０によって処理ユニット１０を図２の矢印方向（右方向）に移動させていく。これによって、図３に示すように、高圧電極１１が第２ステージ部２２と対向する第２移動範囲Ｒ２に入って来る。この時、電源回路３０から高圧電極１１に電圧を供給する。この電圧供給の開始タイミングは、高圧電極１１が基板Ｗの端部上には未だ到らず、且つ第２ステージ部２２（好ましくは外側誘電部２７）上に位置している時点に設定するのが好ましい。これによって、高圧電極１１とその下方の第２金属２４との間に電界が印加され、両者間に大気圧プラズマ放電が生成される。大気圧プラズマ放電は、当初、固体誘電体層２５の外側誘電部２７上でだけ起きる。これによって、基板Ｗより外側に助走的なプラズマ放電Ｄ２を形成することができる。このとき、外側誘電部２７は、第２金属２４の表面の固体誘電体層として機能し、安定放電に寄与する。外側誘電部２７の厚さと誘電率の設定により、後述する基板Ｗ上での正規のプラズマ放電Ｄ１と略同じ放電状態を得ることができる。外側誘電部２７の上面と基板Ｗの上面が面一であるので、第２位置での処理ユニット１０と外側誘電部２７の間のギャップを、第１位置での処理ユニット１０と基板Ｗの間のギャップと同じ大きさにでき、助走放電Ｄ２時のプロセスガスの流通状態を、後記の正規プラズマ放電Ｄ１時の流通状態と略同じにすることができる。

図４に示すように、処理ユニット１０の矢印方向への移動に伴って、高圧電極１１が基板Ｗの周縁部Ｗｂの上方にも位置するようになる。これによって、助走放電Ｄ２が基板Ｗの周縁部Ｗｂ上に伸張して来る。この助走放電部Ｄ２にプロセスガスが導入されることによって、基板周縁部Ｗｂの表側面をプラズマ処理することができる。このとき、基板周縁部Ｗｂは、内側誘電部２６と共に第２金属２４の表面の固体誘電体層として機能し、安定放電に寄与する。
このとき、電極１１が外側誘電部２７から内側誘電部２６に跨ることになるが、外側誘電部２７と内側誘電部２６は一体に連なり第２金属２４を完全に覆っているので、第２金属２４に沿面放電等が落ちるのを防止することができる。
なお、基板周縁部Ｗｂと内側誘電部２７を合わせた誘電率は、外側誘電部２７単独の誘電率や基板主部Ｗａ単独の誘電率と多少異なり、放電状態が外側誘電部２７上での助走放電Ｄ２や基板主部Ｗａ上での正規のプラズマ放電Ｄ１と若干異なることになるが、基板周縁部Ｗｂは製品の品質とは無関係な部分であるため支障はない。

図５に示すように、処理ユニット１０が矢印方向へ更に移動すると、高圧電極１１が第２移動範囲Ｒ２から第１移動範囲Ｒ１の端部に跨るようになる。これによって、高圧電極１１と第１ステージ部２１の端部との間にも電界が印加される。これにより、処理ユニット１０と基板Ｗの主部分Ｗａの端部Ｗａｅ（周縁部Ｗｂとの境の部分）との間に、正規の大気圧プラズマ放電Ｄ１が形成される。この正規のプラズマ放電部Ｄ１にプロセスガスが導入されることにより、基板Ｗの主部分の端部Ｗａｅに対するプラズマ処理を行なうことができる。

正規のプラズマ処理は、基板Ｗの主部分の端部Ｗａｅから開始される、この正規のプラズマ処理の開始当初は、高圧電極１１と第１ステージ部２１との重なり部分が狭く、正規放電部Ｄ１が狭い。一方、この時点では高圧電極１１が第２ステージ部２２とも対向し、両者間の電界が維持され、助走放電Ｄ２が存続している。したがって、電界が、狭小な正規放電部Ｄ１だけに集中するのを防止できる。これによって、正規のプラズマ処理開始時における電源回路３０の損傷を防止できるだけでなく、基板Ｗの主部分の端部Ｗａｅ上での放電状態を安定させることができる。また、電極１１は、正規のプラズマ放電Ｄ１に先立ち、第２ステージ部２２上での助走放電Ｄ２によって温度が高められ、セラミック製固体誘電板１３が乾燥される等の放電準備がなされている。したがって、基板Ｗの主部分の端部Ｗａｅ上での放電状態を一層安定化させることができる。また、助走放電部Ｄ２と正規放電部Ｄ１が連続しているので、プラズマが２つの放電部Ｄ１，Ｄ２間を行き来でき、全体的に均質なプラズマを得ることができる。したがって、基板Ｗの主部分の端部Ｗａｅを、基板Ｗの中央部分と同じ様に処理することができ、処理の均質化を図ることができる。

図６に示すように、処理ユニット１０は矢印方向へ更に移動する。これにより、電極１１の全体が第１移動範囲Ｒ１に位置し、第１ステージ部２１とだけ対向するようになる。この第１移動範囲Ｒ１の電極１１と基板Ｗの主部分Ｗａとの間に正規のプラズマ放電Ｄ１が形成され、基板Ｗの主部分Ｗａをプラズマ処理することができる。このとき、基板Ｗの主部分Ｗａは、第１ステージ部２１の固体誘電体層として機能する。したがって、第１金属表面２１ａに固体誘電体層を設ける必要がなく、製造コストを低く抑えることができる。よって、基板Ｗの大面積化に対応して、ステージ２０を容易に大型化することができる。

処理ユニット１０は、更に矢印方向へ移動し、ステージ２０の反対側（図６において右側）の端部上に達する。これによって、基板Ｗの主部分Ｗａの全体をプラズマ処理することができる。
必要に応じて処理ユニット１０を左右に往復させることにしてもよい。
処理の終了後は、処理ユニット１０をステージ２０の外側に退避させ、基板Ｗをピックアップする。

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第１実施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適宜省略する。
図７は、本発明の第２実施形態を示したものである。この実施形態では、固体誘電体層２５の内側誘電部２６の底面が、内端部（外側誘電部２７側とは反対側）に向かうにしたがって上へ傾く斜面になり、内側誘電部２６の断面形状が内端部に向かうにしたがって薄肉になる三角形状になっている。これにより、内側誘電部２６とその上側に設置された基板Ｗの周縁部Ｗｂとを合わせた全体の誘電率が、内側誘電部２６の内端部に向かうにしたがって漸次小さくなり、基板Ｗ単独の誘電率ε_Ｗに近づくようになっている。
これによって、基板Ｗの周縁部Ｗｂ上の助走放電部分Ｄ２ａでのプラズマ放電状態を、基板の主部分Ｗａに近づくにしたがって正規のプラズマ放電Ｄ１の状態に近づけることができる。この結果、基板Ｗの周縁部Ｗｂと主部分の端部Ｗａｅの境界で放電状態が不連続になるのを防止でき、基板Ｗの主部分の端部Ｗａｅでの放電状態を一層安定化させることができ、処理の一層の均質化を図ることができる。

図８は、本発明の第３実施形態を示したものである。この実施形態では、第２ステージ部２２の第２金属２４が、第１ステージ部２１を構成するステージ本体２０Ａとは別体の金属にて構成されている。第２金属２４の内端部が、第１ステージ部２１に突き当てられ直接的に接している。第１ステージ部２１にアース線が設けられ、第２金属２４は、第１ステージ部２１を介して電気的に接地されているが、第２金属２４から直接的にアース線を引き出してもよい。

固体誘電体層２５の内側誘電部２６と外側誘電部２７とは、互いに別体になっている。内側誘電部２６は、アルミナ等のセラミックにて構成され、断面Ｌ字の枠状をなしている。この枠状の内側誘電部２６に基板Ｗの周縁部Ｗｂが宛がわれるようになっている。
第２金属２４の上面の内端側の部分には、内側誘電部２６を嵌め込むための段差が形成されている。

外側誘電部２７は、セラミック等の固体誘電体の平板にて構成され、第２金属２４の上面に配置されている。外側誘電部２７は、第２金属２４の上面に溶射された溶射膜であってもよい。外側誘電部２７を構成する固体誘電体は、基板Ｗより誘電率が小さいものが用いられている。外側誘電部２７の厚さは、基板Ｗより小さい。これにより、外側誘電部２７の厚さと誘電率の比が、基板Ｗの厚さと誘電率の比と略同じになっている。外側誘電部２７の上面が基材Ｗの上面と面一になるように、第２金属２４の上面が第１金属表面２１ａより上に位置されている。

図９は、本発明の第４実施形態を示したものである。第１〜第３実施形態では、第２金属２４が、固体誘電体層２５の外側誘電部２７の裏側と内側誘電部２６の裏側とに跨っていたが、第４実施形態では、第２金属２４が外側誘電部２７の裏側にだけ設けられている。内側誘電部２６の裏側には接地電極となり得る金属が設けられていない。第２金属２４は、内側誘電部２６の幅に相当する距離だけ第１ステージ部２１から離れている。第２金属２４には、第１ステージ部２１とは別個にアース線が接続されている。

第４実施形態によれば、助走放電Ｄ２が外側誘電部２７の上方でしか形成されず、内側誘電部２６及び基板Ｗの周縁部Ｗｂの上方では形成されない。一方、電極１１は、外側誘電部２７の上方位置から第１ステージ部２１の上方位置に跨るだけの幅寸法を有している。したがって、電極１１の進行方向の前方の端部（図９において右端部）と第１ステージ部２１の端部との間に電界が印加されるとき、電極１１の進行方向後方の端部（左端部）と第２金属２４との間にも電界が印加され続け、外側誘電部２７上の助走放電Ｄ２が存続している。よって、第１ステージ部２１の端部上にだけ電界が集中することはない。また、電極１１の進行方向の前方の端部も、第１ステージ部２１の端部上に来る前に外側誘電部２７の上を通過しており、この時の助走放電Ｄ２によって加熱され、固体誘電板１３の進行方向の前方の端部の乾燥処理がなされている。これによって、基板Ｗの主部分Ｗａの端部Ｗａｅ上に良好なプラズマ放電Ｄ１を形成でき、この端部Ｗａｅの表面処理を良好に行なうことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、第１ステージ部２１は、露出された金属表面を有していればよく、金属表面の全体が露出されている必要はなく、金属表面の一部分が固体誘電体層や、固体誘電体層としては機能しない絶縁体（例えばテープや塗料や半導体分野で使用される絶縁薄膜）等で被覆されていてもよい。ここで、固体誘電体層とは、電極の金属本体に被覆されてアーク放電等の異常放電を防ぎ良好なグロー放電を得る機能を果たす固体誘電体を言う。
第１又は第２実施形態における一体物の固体誘電体層２５と、第３実施形態における第１ステージ部２１と第２金属２４の別体構造とを組み合わせたり、第３実施形態の内側誘電部２６を第２実施形態と同様に内端（外側誘電部２７側とは反対側）に向かうにしたがって薄肉になるようにしたり、第３実施形態の外側誘電部２７の厚さ及び誘電率を第１実施形態と同様に基板Ｗより大きくしたりする等、第１〜第４実施形態の互いに異なる構成を組み合わせてもよい。

本発明は、例えば半導体基板や液晶用基板の製造において、基板の表面をプラズマを用いて洗浄、改質（親水化、撥水化等）、成膜、エッチングないしアッシング等するのに適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る常圧プラズマ処理装置の概略を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、基板をステージに設置する状態を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、電極が第２移動範囲に入り、外側誘電部上に助走放電が形成された状態を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、電極が第２ステージ部の全体に被さり、基板の周縁部上にも助走放電が形成された状態を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、電極が第２ステージ部の上方位置から第１ステージ部の端部の上方位置に跨る位置に来、基板の主部分の端部上に正規のプラズマ放電が形成された状態を示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置による基板処理において、基板の主部分の略中央部分をプラズマ処理する状態を示す正面断面図である。 本発明の第２実施形態（固体誘電体層の変形例）に係る常圧プラズマ処理装置の概略を部分的に示す正面断面図である。 本発明の第３実施形態（固体誘電体層の変形例）に係る常圧プラズマ処理装置の概略を部分的に示す正面断面図である。 本発明の第４実施形態（固体誘電体層の変形例）に係る常圧プラズマ処理装置の概略を部分的に示す正面断面図である。

符号の説明

Ｗ 基板（被処理物）
Ｗａ 基板の主部分
Ｗａｅ 基板の主部分の端部
Ｗｂ 基板の周縁部
Ｍ 大気圧プラズマ処理装置
１０ 処理ユニット
１１ 電極
１２ ホルダ
１３ 固体誘電板
２０ ステージ
２０Ａ ステージ本体
２１ 第１ステージ部
２１ａ 第１金属表面
２２ 第２ステージ部
２３ 外枠
２４ 第２金属部
２４ａ 第２金属表面
２５ 固体誘電体層
２６ 内側誘電部
２７ 外側誘電部
３０ 電源
４０ 移動機構
Ｄ１ 正規のプラズマ放電部
Ｄ２ プラズマ放電の助走部
Ｒ１ 第１移動範囲
Ｒ２ 第２移動範囲

Claims (13)

1. 誘電体からなる被処理物を大気圧近傍のプラズマ放電に晒して表面処理する装置において、
   露出された第１金属表面を有する第１ステージ部と、固体誘電体層で被覆された第２金属表面を有して前記第１ステージ部の外周部に設けられた第２ステージ部とを含み、前記第１ステージ部の第１金属表面上に、前記被処理物が周縁部を前記第２ステージ部の側へ突出させるようにして設置されるステージと、
   前記ステージに対し、前記第１ステージ部と対向して前記プラズマ放電を形成する第１移動範囲と、前記第２ステージ部と対向する第２移動範囲を含む範囲で相対移動される電極と、
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記第２移動範囲の電極と第２ステージ部との間にプラズマ放電が形成されるように、前記第２ステージ部の固体誘電体層の厚さ及び誘電率が設定されてい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. 前記第２ステージ部の固体誘電体層が、前記被処理物の周縁部が設置されるべき内側誘電部と、この内側誘電部より前記第１ステージ部とは反対側に配置され、前記被処理物の周縁部より突出されるべき外側誘電部とを有し、
   前記内側誘電部と外側誘電部のうち少なくとも外側誘電部が、前記第２金属表面に対応して配置され、第２金属表面を覆ってい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。
4. 前記第２移動範囲の電極と前記外側誘電部との間にプラズマ放電が形成されるように、前記外側誘電部の厚さ及び誘電率が設定されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記外側誘電部の厚さと誘電率の比が、前記被処理物の厚さと誘電率の比と略同じであることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記電極の前記相対移動方向に沿う幅が、前記外側誘電部から前記第１ステージ部に跨り得る大きさであることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１金属表面が、前記第２金属表面より前記電極の側に突出し、
   前記外側誘電部の表面が、前記第１金属表面より前記電極の側に突出していることを特徴とする請求項３〜６の何れかに記載のプラズマ処理装置。
8. 前記外側誘電部の表面が、前記第１金属表面より前記被処理物の厚さと略同じ大きさだけ前記電極の側に突出されていることを特徴とする請求項３〜７の何れかに記載のプラズマ処理装置。
9. 前記内側誘電部の表面が、前記第１金属表面と面一になっていることを特徴とする請求項３〜８の何れかに記載のプラズマ処理装置。
10. 前記内側誘電部の厚さが、前記第１ステージ部に近づくにしたがって小さくなっていることを特徴とする請求項３〜９の何れかに記載のプラズマ処理装置。
11. 前記内側誘電部と外側誘電部との間に段差が形成されていることを特徴とする請求項３〜１０の何れかに記載のプラズマ処理装置。
12. 前記内側誘電部と前記外側誘電部とが、一体に連なっていることを特徴とする請求項３〜１１の何れかに記載の大気圧プラズマ処理装置。
13. 前記ステージが、金属にて構成されたステージ本体を備え、
    前記ステージ本体の周縁部より内側の部分が、露出された前記第１金属表面を有して前記第１ステージ部となり、
    前記ステージ本体の周縁部が、前記固体誘電体層にて被覆された前記第２金属表面を有し、このステージ本体の周縁部と前記固体誘電体層とにより前記第２ステージ部が構成されていることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載のプラズマ処理装置。

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