JP2008226634A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Takeshi Uehara
剛 上原
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Abstract

【課題】プラズマ処理装置の構成の簡素化を図る。
【解決手段】電極ユニット10の電極11の放電生成面11aにホルダ30の放電側板部31aが被さり、電極11の処理側面11cに処理側板部31cが被さる。放電側板部31aと処理側板部31cとは、略同じ厚さになっている。処理側板部31cに被処理物対向板20が被さっている。被処理物対向板20は、処理側板部31cより厚肉になっている。
【選択図】図1

Description

この発明は、プラズマ処理装置に関し、特に処理ガスを放電空間に通して、放電空間の外部に配置された被処理物に噴き付ける所謂リモート式のプラズマ処理装置に関する。
例えば特許文献1には、一対の電極とこれを保持するホルダとを有するプラズマ処理装置が記載されている。ホルダは、電極の四辺を囲む枠状になっている。一対の電極の互いの対向面には、ガラス(固体誘電体)の板が設けられている。
特開平09−092493号公報
上掲公報のプラズマ処理装置は、ホルダと、電極対向面の固体誘電体板とが別部材であり、また、電極をホルダに止める構成等を要し、構造が複雑であった。
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に通して、前記放電空間の外部の被処理物配置部へ噴き出し、前記被処理物配置部に配置された被処理物に接触させるプラズマ処理装置において、
(a)前記放電空間を形成するための電極と、この電極を保持するホルダとを含む電極ユニットと、
(b)前記放電空間に連なる噴出口を有して、前記電極ユニットの前記被処理物配置部側に設けられ、被処理物と対向すべき固体誘電体製の被処理物対向板と、を備え、
前記電極が、前記放電空間に面する放電生成面と、前記被処理配置部の側を向く処理側面とを有し、
前記ホルダが、前記放電生成面に被さる固体誘電体の放電側板部と、この放電側板部に連なるとともに前記処理側面に被さる固体誘電体の処理側板部とを一体に有し、
前記処理側板部が、前記放電側板部と略同じ厚さになり、
前記被処理物対向板が、前記処理側板部に被さるとともに前記処理側板部より厚肉であることを特徴とする。
この特徴構成によれば、前記被処理物対向板をベースとしてその上に前記電極ユニットを重ねることにより、処理ヘッドを簡易に構成することができる。また、ホルダの放電側板部は、安定放電のための固体誘電体層としての役目を果たす。処理側板部を放電側板部と略同じ厚さにした分、被処理物対向板を厚くすることにより、電極と被処理物との絶縁を十分に確保できる。
前記ホルダが、固体誘電体からなるケース状のホルダ本体と、絶縁体の蓋部材とを含み、このホルダ本体が、前記電極の処理側面とは反対側の面に被さるガス導入側板部と、前記放電側板部と、前記処理側板部とを一体に有し、これら板部によって前記電極を収容する電極収容凹部が画成されていることが好ましい。
前記電極の前記放電生成面とは反対側の背面と前記ガス導入側板部又は処理側板部の端面とが、互いに面一をなして前記蓋部材にて覆われていてもよい。これにより、構成の一層の簡易化を図ることができる。
前記電極の前記放電生成面とは反対側の背部が、前記電極収容凹部から突出されるとともに前記蓋部材にて覆われていてもよい。
前記ホルダ本体のガス導入側板部又は処理側板部の端面が、前記電極の背面より突出していてもよい。
前記放電側板部と前記被処理物対向板との間に、電気的に接地された金属からなるアース板が設けられていてもよい。このアース板によって電極から被処理物にアーク等の異常放電が飛ぶのを防止できる。また、アース板を、被処理物対向板で覆い、処理空間の活性種から保護することができる。
前記被処理物対向板が、固体誘電体からなる複数の板部材を前記被処理物配置部に向かう方向に積層してなり、互いに重なり合う2つの板部材どうしの間に、電気的に接地された金属からなるアース板が設けられていてもよい。これによって、アース板を処理空間の活性種から保護できるとともに、アース板と電極との離間距離を十分に確保することができる。
本発明は、例えば大気圧近傍下(ほぼ常圧)でのプラズマ処理に適用される。ここで、ほぼ常圧(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、プラズマ処理装置の構成の簡素化を図ることができる。
図1及び図2は、本発明の第1実施形態を示したものである。図1に示すように、大気圧プラズマ処理装置Mは、処理ヘッド1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、その上側に被処理物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を図1において左右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1が左右にスキャンされるようになっていてもよい。
処理ヘッド1は、図示しない架台に支持され、被処理物配置部2の上側に離れて位置されている。
処理ヘッド1は、左右方向の中央部に関してほぼ左右対称になっている。以下、処理ヘッド1の左右対称の構成要素を互いに区別するときは、左側の構成要素については符号に「L」を付し、右側の構成要素については符号に「R」を付すものとする。
処理ヘッド1は、電極ユニット10と、底板20(被処理物対向板)とを含んでいる。
電極ユニット10は、左右に対をなす電極11,11と、これら電極11を各々保持する一対のホルダ30,30とを有している。
各電極11は、四角形の断面を有して図1の紙面と直交する前後方向(図2において上下)に延びている。図2に示すように、一対の電極11,11は、左右に並んで平行に配置され、平行平板電極を構成している。
各電極11における他方の電極との対向面11aは、後記放電空間10aに面する「放電生成面」を構成している。電極11の下面11cは、被処理物対向板20に面する「処理側面」を構成している。
図1に示すように、一対の電極11,11のうち一方(例えば右側)の電極11Rは、電源3に接続されてホット電極を構成している。他方(例えば左側)の電極11Lは、アース線3eを介して電気的に接地され、アース電極を構成している。電源3からの電圧供給により電極11,11どうしの間に大気圧グロー放電が生成されるようになっている。
一対の電極11,11の上面11bどうしは、互いに同一高さに配置されている。電極11,11の下面11c(処理側面)どうしは、互いに同一高さに配置されている。したがって、一対の電極11,11の上下方向の寸法は、互いに等しい。この上下方向の寸法が、後記電極間ガス路10aひいては放電空間の流れ方向の路長に対応する。
一対のホルダ30,30は、左右に対をなすように配置されている。各ホルダ30は、ホルダ本体31と、サイドプレート32を含んでいる。ホルダ本体31は、アルミナ等のセラミックで構成されている。ホルダ本体31は、放電側板部31aと、上板部31b(ガス導入側板部)と、下板部31c(処理側板部)と、一対の端板部31e,31e(図2)とを一体に有し、ケース状になっている。
図1及び図2に示すように、放電側板部31aは、垂直をなし、前後方向に延びている。放電側板部31aの厚さは、上板部31bより薄く、例えば1〜2mm程度である。
上板部31bは、水平をなし、前後方向に延びている。上板部31bの厚さは、例えば5〜10mm程度である。
下板部31cは、水平をなし、前後方向に延びている。下板部31cの厚さは、放電側板部31aとほぼ同じ大きさの例えば1〜2mm程度になっている。
放電側板部31aの上端部に上板部31bが直角をなして一体に連なっている。放電側板部31aの下端部に下板部31cが直角をなして一体に連なっている。上板部31bと下板部31cは、放電側板部31aから他方のホルダの側とは反対側へ延びている。
放電側板部31aと上板部31bと下板部31cとにより「コ」字状の断面が形成され、電極収容凹部31fが画成されている。電極収容凹部31fは、前後方向に延びるとともに、他方のホルダ側とは反対側に開口されている。
図2に示すように、各ホルダ30の一対の端板部31e,31eは、ホルダ本体31の長手方向の両端部にそれぞれ配置されている。端板部31eは、垂直をなして放電側板部31aと上板部31bと下板部31cの長手方向の端部に一体に連なっている。端板部31eによって電極収容凹部31fの長手方向の端部が塞がれている。
右側のホルダ本体31Rの電極収容凹部31fにホット電極11Rが収容されている。
同様に、左側のホルダ本体31Lの電極収容凹部31fにアース電極11Lが収容されている。
ホルダ本体31の放電側板部31aが、内部の電極11の放電生成面11aに被さっている。放電側板部31aは、大気圧グロー放電の安定化のために電極11の放電生成面11aに配置されるべき固体誘電体層としての役目を担っている。
ホルダ本体31の上板部31bが、電極11の上面11bに被さっている。
ホルダ本体31の下板部31c(処理側板部)が、電極11の下面11c(処理側面)に被さっている。
電極11とホルダ本体31の内面とを接着剤にて接着することにしてもよい。
電極11の背面11d(放電生成面11aの反対側の面)と、ホルダ本体31の板部31b,31c,31eの開口側(放電側板部31aの側とは反対側)の端面とは、互いに面一になっている。
サイドプレート32は、例えばガラス繊維強化PLTなどの樹脂にて構成され、幅方向を垂直に向け、長手方向を前後方向に向けた平板状になっている。このサイドプレート32が、上記面一をなす電極11の背面11d及びホルダ本体31の開口側端面に宛がわれている。サイドプレート32は、ホルダ本体31の開口を塞ぐ蓋部材を構成している。
サイドプレート32Rとホルダ本体31R、またはサイドプレート32Rとホット電極11Rとは、例えば接着剤にて接着することにしてもよい。
2つのホルダ30,30は、互いに放電側板部31aどうしが向き合うように配置されている。これらホルダ本体31,31の放電側板部31a,31aどうし間に電極間ガス路10aが画成されている。電極間ガス路10aは、前後方向に延びるとともに垂直に延びるスリット状をなしている。
電極間ガス路10aの前後方向の両端部には、それぞれスペーサ33,33が設けられている。スペーサ33は、アルミナ等のセラミックで構成されている。スペーサ33は、左右のホルダ本体31L,32Rの何れとも別体になっており、これらホルダ本体31,31間に介在されている。スペーサ33とホルダ本体31,31とは例えば接着剤にて接着されている。
左右のホルダ30どうしをボルト等で互いに接近する方向に押し付けるように連結し、これらホルダ30の間にスペーサ33が挟み付けられるようにしてもよい。
スペーサ33によって電極間ガス路10aの厚さが維持されている。また、スペーサ33によって、電極間ガス路10aの前後方向の両端の内壁が画成されている。
電極間ガス路10aの上端部に処理ガス導入系4が接続されている。処理ガス導入系4の上流端には処理ガス源4Sが配置されている。処理ガス源4Sには、処理目的に応じた処理ガスが蓄えられている。例えば、エッチング処理や撥水化処理の場合、処理ガスとしてフッ素系ガスを用いるとよい。親水化処理の場合、窒素系、酸素系のガスを用いるとよい。
図示は省略するが、処理ガス導入系4の電極間ガス路10aとの接続部には、整流部が設けられている。整流部は、処理ガスを前後方向に均一化して電極間ガス路10aに導入するようになっている。
底板20は、アルミナ等のセラミックで構成されている。底板20は、幅方向を左右に向け、長手方向を前後方向に向けた平板状をなしている。
底板20の上に電極ユニット10が載せられている。底板20が、ホルダ本体31の下板部31cの下面(被処理物配置部2を向く面)に被さっている。
底板20と電極ユニット10とは、例えば接着剤にて接着されているが、接着剤に代えてボルト等の他の接合手段で互いに接合することにしてもよい。
底板20の左右方向の幅と前後方向の長さは、共に電極ユニット10より大きく、底板20の左右両側部と前後両側部が、電極ユニット10より外側に突出されている。
底板20の厚さは、ホルダ本体31の下板部31cの厚さより大きく、例えば10〜15mm程度である。底板20の左右方向の中央部には、スリット状の噴出口20aが形成されている。噴出口20aは、底板20を厚さ方向に貫通するとともに、前後方向に延びている。噴出口20aの上端部に電極間ガス路10aがストレートに連なっている。
底板20は、被処理物配置部2上の被処理物Wと対向するようになっている。底板20と被処理物Wとの間に処理空間19が画成されるようになっている。
ホット側のホルダ本体31Rと底板20との間には、薄い金属製のアース板40が設けられている。アース板40の厚さは、無視し得るほど小さいことが好ましい。(図面では厚さを誇張してある。)ここではアース板40として金属箔が用いられている。アース板40は、図示しないアース線を介して電気的に接地されている。
上記のように構成されたプラズマ処理装置Mによるプラズマ処理方法を説明する。
処理すべき被処理物Wを被処理物配置部2の上にセットする。
そして、処理ガスを、処理ガス導入系4から電極間ガス路10aに均一に導入する。
併行して、電源3からホット電極11Rに電圧を供給し、一対の電極11,11間に電界を印加する。これにより、電極11,11間に大気圧グロー放電が生成され、電極間ガス路10aが放電空間となり、電極間ガス路10a内の処理ガスがプラズマ化(活性化、ラジカル化、イオン化を含む)される。
プラズマ化された処理ガスが、噴出口20aから処理空間19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。さらに、被処理物配置部2を左右にスキャンすることにより、被処理物Wの全体を処理することができる。
プラズマ処理装置Mによれば、底板20をベースとして、その上に電極ユニット10を重ねることにより、処理ヘッド1を簡易に構成することができる。
また、ホルダ本体31の下板部31cを薄くした分だけ底板20が厚くなっている。これによって、電極11と被処理物Wの間の絶縁を十分に確保することができる。ホット電極11の下側にアース板40が設けられているので、電極11から被処理物Wへのアーク等の異常放電を確実に防止することができる。アース板40は底板20で覆われているため、処理空間19の活性種にアース板40が直接晒されることがなく、アース板40の腐食を防止することができる。
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省略する。
図3(a)に示す実施形態では、ホルダ30の上板部31bと下板部31cの開口側端面が、該ホルダ30の内部の電極11の背面11dより他方の電極との対向側に引っ込んでいる。図示は省略するが、端板部31eの開口側端面も電極11の背面11dより引っ込んでいてもよい。したがって、電極11の背部(放電生成面11aとは反対側の部分)が、ホルダ本体31の電極収容凹部31fより突出されている。
サイドプレート32の上端部と下端部には、ホルダ本体31の側に突出する凸縁32aが設けられている。上側の凸縁32aが、電極11の上面11bの背部側の部分に被さっている。下側の凸縁32aが、電極11の下面11cの背部側の部分に被さっている。図示は省略するが、端板部31eの開口側端面が電極11の背面11dより引っ込んでいる場合、サイドプレート32の前後両端部にも凸縁32aが設けられているのが好ましい。これら凸縁32aの突出端面は、ホルダ本体31の開口側端面に突き当てられている。
これによって、電極11の背部のホルダ本体31からの突出部分が、サイドプレート32にて覆われている。
凸縁32aの突出端面とホルダ本体31Rの開口側端面とを接着剤にて接着することにしてもよい。
図3(b)に示すように、ホルダ本体31の上板部31bの端面が電極11の背面11dより対向側に引っ込む一方、下板部31cの端面は電極11の背面11dと面一になっていてもよい。
逆に、ホルダ本体31の上板部31bの端面が電極11の背面11dと面一になる一方、下板部31cの端面が電極11の背面11dより引っ込んでいてもよい。
図4(a)に示す実施形態では、底板20が、上側の底板部材21と、下側の底板部材22とに2分割されている。各底板部材21,22は、アルミナ等のセラミックで構成され、互いに別体になっている。下側の底板部材22の上面に上側の底板部材21が重ねられている。
上下の底板部材21,22どうしは、例えば接着剤にて接着されているが、ボルト等の他の接合手段にて接合されるようになっていてもよい。
上側の底板部材21の上に電極ユニット10が載せられている。
上側底板部材21の幅方向の中央部に、噴出口部分21aが形成されている。下側底板部材22の幅方向の中央部に、噴出口部分22aが形成されている。これら噴出口部分21a,22aが互いに連なり、噴出口21aが構成されている。上側の噴出口部分21aが、電極間ガス路10aに連なっている。
上下の底板部材21,22の厚さは互いに等しくなっているが、上側の底板部材21が下側の底板部材22より厚くてもよい。下側の底板部材22が上側の底板部材21より厚くてもよい。これら上下の底板部材21,22の合計の厚さが、上記第1実施形態の底板20と同じ程度(例えば10〜15mm)になっている。
上側の底板部材21は、下側の底板部材22より面積が小さい。
上側の底板部材21は、下側の底板部材22より左右方向の幅寸法が小さく、電極ユニット10の左右方向の寸法と同じになっている。上側の底板部材21の左右の端面が、電極ユニット10のサイドプレート32の外側面と面一になっている。
下側の板部の左右端部が、上側の底板部材21より外側に突出されている。下側の底板部材22の上面と上側の底板部材21の端面とにより段差23が形成されている。
図示は省略するが、上側の底板部材21の前後方向の長さは、下側の底板部材22より短い。上側の底板部材21の前後方向の長さを電極ユニット10の前後方向の長さと同じにし、上側の底板部材21の前後の端面が電極ユニット10の前後の端面と面一になるようにしてもよい。
図4(a)に示す処理ヘッド10では、アース板40が、ホット側のホルダ本体31Rと上側の底板部材21との間に挟まれている。
一方、図4(b)に示すように、アース板40は、上下の底板部材21,22の間に配置されていてもよい。そうすると、アース板40とホット電極11Rとの離間距離を大きくでき、両者を確実に絶縁することができる。
また、ホット電極11Rとアース板40との間に、ホルダ30の下板部31cだけでなく板部材21をも介在させることにより、電極11Rとアース板40との間の絶縁距離を確保しつつ、放電空間10aで生成された活性種が失活せずに被処理物Wに到達し得る電極11Rから噴出口20aまでの距離が確保されるように、アース板40を最適な位置に配置することができる。
図5に示すように、底板20が、図4(a)の上下の底板部材21,22を一体化した形状になっていてもよい。一体物の底板20には、ちょうどサイドプレート32の外側面と面一をなすように段差23が形成されている。
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、図3〜図4の変形例を互いに組み合わせてもよい。例えば、図3の変形例において、底板20を図4又は図5に記載のものに代えてもよい。
図4(a)及び(b)の変形例において、底板20を2つの板部材21,22に限られず、3つ以上の板部材に上下に分割してもよい。これら3つ以上の板部材のうち互いに重なり合う2つの板部材の間にアース板40を挟むことにしてもよい。
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。
洗浄、成膜、エッチング、親水化・撥水化等の表面改質、その他の種々のプラズマ表面処理に適用可能である。
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の正面断面図である。 図1のII-II線に沿う、上記装置の処理ヘッドの平面断面図である。 上記処理ヘッドの変形例を示す正面断面図である。 上記処理ヘッドの変形例を示す正面断面図である。 上記処理ヘッドの変形例を示す正面断面図である。 上記処理ヘッドの変形例を示す正面断面図である。 上記処理ヘッドの変形例を示す正面断面図である。
符号の説明
M 大気圧プラズマ処理装置
W 被処理物
1 処理ヘッド
10 電極ユニット
11 電極
11a 電極の放電生成面
11c 電極の下面(処理側面)
10a 電極間ガス路(放電空間)
30 ホルダ
31 ホルダ本体
31a ホルダ本体の放電側板部
31b ホルダ本体の上板部(ガス導入側板部)
31c ホルダ本体の下板部(処理側板部)
31f 電極収容凹部
32 サイドプレート(蓋部材)
20 底板(被処理物対向板)
21,22 板部材
20a 噴出口

Claims (5)

  1. 処理ガスを放電空間に通して、前記放電空間の外部の被処理物配置部へ噴き出し、前記被処理物配置部に配置された被処理物に接触させるプラズマ処理装置において、
    (a)前記放電空間を形成するための電極と、この電極を保持するホルダとを含む電極ユニットと、
    (b)前記放電空間に連なる噴出口を有して、前記電極ユニットの前記被処理物配置部側に設けられ、被処理物と対向すべき固体誘電体製の被処理物対向板と、を備え、
    前記電極が、前記放電空間に面する放電生成面と、前記被処理配置部の側を向く処理側面とを有し、
    前記ホルダが、前記放電生成面に被さる固体誘電体の放電側板部と、この放電側板部に連なるとともに前記処理側面に被さる固体誘電体の処理側板部とを一体に有し、
    前記処理側板部が、前記放電側板部と略同じ厚さになり、
    前記被処理物対向板が、前記処理側板部に被さるとともに前記処理側板部より厚肉であることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記ホルダが、固体誘電体からなるケース状のホルダ本体と、絶縁体の蓋部材とを含み、このホルダ本体が、前記電極の処理側面とは反対側の面に被さるガス導入側板部と、前記放電側板部と、前記処理側板部とを一体に有し、これら板部によって前記電極を収容する電極収容凹部が画成されており、
    前記電極の前記放電生成面とは反対側の背面と前記ガス導入側板部及び処理側板部の端面とが、互いに面一をなして前記蓋部材にて覆わ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. 前記ホルダが、固体誘電体からなるケース状のホルダ本体と、絶縁体の蓋部材とを含み、このホルダ本体が、前記電極の処理側面とは反対側の面に被さるガス導入側板部と、前記放電側板部と、前記処理側板部とを一体に有し、これら板部によって前記電極を収容する電極収容凹部が画成されており、
    前記電極の前記放電生成面とは反対側の背部が、前記電極収容凹部から突出されるとともに前記蓋部材にて覆わ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。
  4. 前記放電側板部と前記被処理物対向板との間に、電気的に接地された金属からなるアース板が設けられてい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. 前記被処理物対向板が、固体誘電体からなる複数の板部材を前記被処理物配置部に向かう方向に積層してなり、互いに重なり合う2つの板部材どうしの間に、電気的に接地された金属からなるアース板が設けられてい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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010248454A (ja) * 2009-04-20 2010-11-04 Mitsui Chemicals Inc プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2010251162A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Seiko Epson Corp プラズマ処理装置

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