JP3846303B2

JP3846303B2 - Surface treatment apparatus and surface treatment method

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Publication number: JP3846303B2
Application number: JP2001386075A
Authority: JP
Inventors: 哲司柴田; 圭一山崎; 結希子猪岡; 典幸田口; 康志澤田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: JP2003187998A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物の表面に存在する有機物等の異物のクリーニング、レジストの剥離やエッチング、有機フィルムの密着性の改善、金属酸化物の還元、成膜、めっき前処理、コーティング前処理、各種材料・部品の表面改質などの表面処理に利用される表面処理装置、及びこれを用いた表面処理方法に関するものであり、特に、精密な接合が要求される電子部品の表面のクリーニングに好適に応用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、気体放電により生じる活性種を含むガスやプラズマを用いてクリーニング等の表面処理が行われている。例えば、特開平３−２１９０８２号公報に記載された吹出型表面処理装置は、高圧電極と接地電極の間に形成される放電空間を配置した放電部を形成し、放電部にその上流側から反応ガスを流入させると共にこの反応ガスが放電空間を通過した後放電部の下流側に設けた吹出口から吹き出して被処理物に噴出する構成からなり、高圧電極と接地電極の間に高電圧を印加して大気圧近傍でグロー放電あるいは無声放電する放電空間に反応ガスを通過させてプラズマ励起するようにしたものである。そして、この吹出型表面処理装置はプラズマ励起した反応ガスに含まれているイオンや電子等の活性種を被処理物に供給することによって被処理物の表面処理を行うものである。
【０００３】
上記の吹出型表面処理装置において、表面処理の能力を高めるために各種の方法が採用されている。例えば、反応ガスの流量を増加させることにより吹出口からの反応ガスの流速を増加させることにより表面処理の能力を高めることが行われている。しかし、この場合、反応ガスの消費量が増大するために表面処理のランニングコストが増加して経済的に不利になるという問題があった。また、表面処理の能力を高めるための他の方法としては放電空間に投入する印加電力を増加させる方法がある。この場合、吹出口から吹き出す反応ガス中に含まれる活性種の密度が増加して表面処理の能力が高まるものであるが、これと同時に、吹出口から吹き出す反応ガスの温度が上昇して被処理物に熱的損傷が生じたり、被処理物と放電場との電位差が大きくなってアークが発生しやすくなったりするという問題があった。さらに、表面処理の能力を高めるための他の方法としては被処理物に反応ガスを供給する時間を長くするという方法がある。しかし、この場合、一つの被処理物の表面処理にかかる時間が長くなって生産性が低下するという問題があった。また、表面処理の能力を高めるための他の方法としては吹出口にできる限り近づけて高圧電極及び接地電極を配設すると共に吹出口の直下に被処理物を配置する方法がある。この場合、放電空間と被処理物の距離が短くなるために活性種が失活する前に被処理物に到達しやすくなって表面処理の能力が高まるものであるが、放電場から被処理物までの距離も短くなって放電場からの被処理物へのアークが生じやすく、このアークにより被処理物が損傷を受けるという問題があった。
【０００４】
また、特許第３１４７１３７号公報に記載された表面処理装置は、放電空間と被処理物との距離を小さくして表面処理の能力を高め、且つアークによる被処理物の損傷を生じないようにするために、活性種を含むガス流を吹き出すガス噴出口と被処理物の間に金属メッシュを介在させ、この金属メッシュを接地するようにしたものであるが、この場合、金属メッシュにより被処理物に供給されるガス流が遮られるために、表面処理の能力を高めることはできなかった。また、金属メッシュが腐食して酸化物（錆）が飛散し被処理物を汚すという恐れがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、ランニングコストの増加を抑えて経済的に不利にならず、また、被処理物に供給されるガス流の温度上昇を抑えて被処理物の熱的損傷を抑え、さらに、短時間で表面処理が行うことができて生産性の低下を抑え、加えて、被処理物の酸化物による汚染を抑え、しかも、アークによる被処理物の損傷を抑えながら表面処理の能力を高めることができる表面処理装置及び表面処理方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る表面処理装置は、絶縁材料で形成される反応容器１の外側に複数の電極２、３を設け、反応容器１内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極２、３間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器１の内側に気体放電Ｐを発生し、この気体放電Ｐにより生じる活性種を含むガス流Ｇを反応容器１から吹き出して被処理物４に供給することによって、被処理物４の表面処理を行う表面処理装置において、気体放電Ｐを発生するための放電発生部６とガス流Ｇを吹き出すための吹き出し部７とを備えて略円筒状の反応容器１を形成し、放電発生部６の径Ｄ１よりも吹き出し部７の径Ｄ２を小さくすることにより、反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら気体放電Ｐで生じる発光Ｓが吹き出し部７に導入されるのを抑制して被処理物４へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器１に設けて成ることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係る表面処理装置は、絶縁材料で形成される反応容器１の外側に複数の電極２、３を設け、反応容器１内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極２、３間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器１の内側に気体放電Ｐを発生し、この気体放電Ｐにより生じる活性種を含むガス流Ｇを反応容器１から吹き出して被処理物４に供給することによって、被処理物４の表面処理を行う表面処理装置において、気体放電Ｐを発生するための放電発生部６とガス流Ｇを吹き出すための吹き出し部７とを備えて略角筒状の反応容器１を形成し、放電発生部６の狭小側の寸法Ｗ１よりも吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２を小さくすることにより、反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら気体放電Ｐで生じる発光Ｓが吹き出し部７に導入されるのを抑制して被処理物４へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器１に設けて成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る表面処理装置は、請求項１又は２に加えて、吹き出し部７の径Ｄ２／放電発生部６の径Ｄ１あるいは吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２／放電発生部６の狭小側の寸法Ｗ１が０．００５〜０．９９であり、放電発生部６の径Ｄ１あるいは放電発生部６の狭小側の寸法Ｗ１が０．５〜２０ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に係る表面処理装置は、請求項１乃至３のいずれかに加えて、吹き出し部７の径Ｄ２／吹き出し部７の長さＬあるいは吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２／吹き出し部７の長さＬが０．００２〜１９．９であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に係る表面処理装置は、請求項１乃至４のいずれかに加えて、吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い電極３との距離Ｋ／吹き出し部７の長さＬが０．００２〜５０であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項６に係る表面処理方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理装置を用いた表面処理方法であって、反応容器１に設けたアーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら気体放電Ｐで生じる発光Ｓが吹き出し部７に導入されるのを抑制して被処理物４へのアークを抑制することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１に本発明の表面処理装置の一例を示す。この表面処理装置は反応容器１と複数（一対）の電極２、３とを備えて形成されている。反応容器１は高融点の絶縁材料（誘電体材料）で形成されるものであって、例えば、石英ガラス、アルミナ、イットリア、ジルコニウムなどのガラス質材料やセラミック材料などで形成することができるが、これらの材料に限定されるものではない。また、反応容器１はその全体が上下方向に長い略円筒状に形成されるものであって、上部のガス流路部１０と下部の吹き出し部７が直線状に並んで構成されている。
【００１６】
ガス流路部１０は上下方向に長い真っ直ぐな円筒（円直管）で形成されており、その径（内径）は吹き出し部７の径（内径）よりも大きく形成されている。また、ガス流路部１０の上端面は導入口１１として全面に亘って開口されていると共にガス流路部１０の底部にはその略中央部を貫通するように接続口１２が設けられている。この接続口１２の口径は吹き出し部７の径（内径）と略等しく形成されている。一方、吹き出し部７は上下方向に長い真っ直ぐな円筒（円直管）で形成されており、その径（内径）はガス流路部１０の径（内径）よりも小さく形成されている。吹き出し部７の内側の空間は活性種を含むガスが流通する活性ガス流路１９として形成されている。また、活性ガス流路１９は吹き出し部７の上端面と下端面の全面に亘って開口されており、吹き出し部７の下端面における活性ガス流路１９の開口は吹き出し口１３として形成されている。そして、ガス流路部１０の下面に開口した接続口１２と吹き出し部７の上端面の開口とが位置合わせされた状態で、ガス流路部１０の下面と吹き出し部７の上端とが一体的に接合されることによって反応容器１が形成されている。従って、ガス流路部１０の内側の空間と吹き出し部７の活性ガス流路１９とは接続口１２を介して連通状態となっている。
【００１７】
電極２、３は銅、アルミニウム、真鍮、耐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）などの導電性の金属材料を用いてドーナツ状の円筒に形成されている。また、電極２、３の内部には冷却水循環路１６が設けられており、この冷却水循環路１６に冷却水を通して循環させることによって電極２、３が冷却可能に形成されている。さらに、電極２、３の表面（外面）には腐食の防止等の目的で金メッキ等のメッキを施すことができる。
【００１８】
そして、電極２、３の内周面を反応容器１のガス流路部１０の外周面に全周に亘って密着させるようにして、両方の電極２、３が反応容器１のガス流路部１０の外側に設けられている。また、電極２、３は反応容器１の長手方向すなわち上下方向に対向するように並べて配置されており、反応容器１のガス流路部１０において、上側の電極２の上端と下側の電極３の下端との間に対応する部分が放電発生部６として形成されており、この放電発生部６の内側の空間が放電空間１７として形成されている。また、反応容器１のガス流路部１０において吹き出し部７の上端である吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い電極である下側の電極３の下面との間に対応する部分がバッファ部１５として形成されている。従って、バッファ部１５の下部はその内周面と底面とで段形状に形成されている。
【００１９】
上記電極２、３には高電圧を発生する電源２０が接続されており、上側の電極２が高圧電極として、下側の電極３が低圧電極として形成されている。また、下側の電極３が接地されている場合、下側の電極３は接地電極として形成されるものである。尚、電極２、３の間隔はプラズマを安定に生成するために３〜２０ｍｍに設定するのが好ましい。そして、この電源２０により電極２、３間に高電圧を印加することによって、電極２、３を通じて電極２、３間の放電空間１７に交流あるいはパルス状の電界を印加することができるものである。交流の電界は休止時間（電圧が一定で定常状態になっている時間）が無いかほとんど無い電界波形（例えば、正弦波）を有するものであり、パルス状の電界は休止時間のある電界波形を有するものである。また、放電空間１７で気体放電Ｐを連続的に生成するのに必要な電極２、３間の電圧は反応容器１の厚みや放電空間１７の大きさ等によって異なるので適宜設定すればよいが、例えば、０．５〜５ｋＶに設定することができる。
【００２０】
電源２０として交流電源を用いた場合、放電空間１７に印加される交流電界の周波数は１ｋＨｚ〜２００ＭＨｚに設定するのが好ましい。交流電界の周波数が１ｋＨｚ未満であれば、放電空間１７での放電を安定化させることができなくなり、表面処理を効率よく行うことができなくなる恐れがある。また、交流電界の周波数が２００ＭＨｚを超えると、放電空間１７での気体放電（プラズマ）Ｐの温度上昇が著しくなり、反応容器１や電極２、３の寿命が短くなる恐れがあり、しかも、表面処理装置が複雑化及び大型化する恐れがある。また本発明において、放電空間１７に印加される印加電力の密度は２０〜３５００Ｗ／ｃｍ³に設定するのが好ましい。放電空間１７に印加される印加電力の密度が２０Ｗ／ｃｍ³未満であれば、気体放電Ｐを充分に発生させることができなくなり、逆に、放電空間１７に印加される印加電力の密度が３５００Ｗ／ｃｍ³を超えると、安定した放電を得ることができなくなる恐れがある。尚、印加電力の密度（Ｗ／ｃｍ³）は、（印加電力／放電空間１７の体積）で定義される。
【００２１】
本発明では、プラズマ生成用のガスとして不活性ガス（希ガス）あるいは不活性ガスと反応ガスの混合気体を用いる。不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンなどを使用することができるが、気体放電Ｐの安定性や経済性を考慮すると、アルゴンやヘリウムを用いるのが好ましい。また、反応ガスの種類は処理の内容によって任意に選択することができる。例えば、被処理物４の表面に存在する有機物のクリーニング、レジストの剥離、有機フィルムのエッチングなどを行う場合は、酸素、空気、ＣＯ₂、Ｎ₂Ｏなどの酸化性ガスを用いるのが好ましい。また、反応ガスとしてＣＦ₄などのフッ素系ガスも適宜用いることができ、シリコンなどのエッチングを行う場合にはこのフッ素系ガスを用いるのが効果的である。また、金属酸化物の還元を行う場合は、水素、アンモニアなどの還元性ガスを用いることができる。反応ガスの添加量は不活性ガスの全量に対して１０体積％以下、好ましくは０．１〜５体積％の範囲である。反応ガスの添加量が０．１体積％未満であれば、表面処理効果が低くなる恐れがあり、反応ガスの添加量が１０体積％を超えると、気体放電Ｐが不安定になる恐れがある。
【００２２】
そして、本発明で被処理物４の表面処理を行うにあたっては次のようにして行う。まず、大気圧下あるいはその近傍の圧力下（９３．３〜１０６．７ｋＰａ（７００〜８００Ｔｏｒｒ））において、導入口１１から反応容器１のガス流路部１０の内側にプラズマ生成用のガスを導入する。ガス流路部１０に導入されたガスはガス流路部１０の内側の空間を上から下に向かって流れて放電発生部６の放電空間１７に流入する。ここで、電源２０により電極２、３の間に高電圧を印加することにより放電空間１７には交流又はパルス状の電界が印加されているので、この電界の印加により大気圧下あるいはその近傍の圧力下で放電空間１７に気体放電Ｐが発生すると共にこの気体放電Ｐによりプラズマ生成用のガスがプラズマ化されて放電空間１７に活性種が生成される。この後、放電空間１７で生じた活性種はプラズマ生成用のガスとともにそのガス流に載ってバッファ部１５に導入される。次に、活性種を含むガスはバッファ部１５の内側の空間から接続口１２を通じて吹き出し部７の活性ガス流路１９に導入される。そして、活性種を含むガスは活性ガス流路１９を上から下に向かって流れて吹き出し口１３から連続的にスポット状に吹き出されるものであり、吹き出し口１３の下側に被処理物４を配置し、活性種を含むガス流Ｇを吹き出し口１３から被処理物４の表面の一部又は全部に吹き付けて供給することによって、被処理物４の表面処理を行うことができる。
【００２３】
尚、吹き出し口１３の下側に被処理物４を配置するにあたっては、ベルトコンベア等の搬送装置で被処理物４を搬送するようにして行うことができる。また、搬送装置で複数の被処理物４を吹き出し口１３の下側に順次搬送することによって、複数の被処理物４を連続的に表面処理することができる。また、吹き出し口１３と被処理物４の表面との間の距離は、ガス流Ｇの流速、プラズマ生成用のガスの種類、被処理物４や表面処理の内容等によって適宜設定可能であるが、例えば、２〜１０ｍｍに設定することができる。
【００２４】
そして、本発明では放電発生部６の径Ｄ１よりも吹き出し部７の径Ｄ２を小さくすると共に吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い下側の電極３の下面とを離して配置することにより吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い下側の電極３との間にバッファ部１５を設けることによってアーク抑制手段が形成されているものであり、このアーク抑制手段により反応容器１の吹き出し口１３から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら被処理物４へのアークを抑制することができるものである。
【００２５】
すなわち、本発明において、反応容器１に導入口１１から供給されたプラズマ生成用のガスは放電発生部６の放電空間１７を通過することにより活性種を含むガスとなり、この活性種を含むガスが放電空間１７から吹き出し部７の活性ガス流路１９に導入された後、吹き出し口１３から吹き出されるものであるが、上記のように、放電発生部６の径Ｄ１よりも吹き出し部７の径Ｄ２を小さくすることによって、活性ガス流路１９の断面積（ガス流の方向と直交する面の断面積）を放電空間１７の断面積（ガス流の方向と直交する面の断面積）よりも小さくすることができ、これにより、放電空間１７におけるガス流よりも活性ガス流路１９におけるガス流を加速して、反応容器１の吹き出し口１３から吹き出すガス流Ｇの流速を放電空間１７におけるガス流よりも加速することができるものであり、吹き出し口１３から吹き出されるガス流Ｇの流速が速まることにより、表面処理の能力を高めることができるものである。
【００２６】
また、気体放電Ｐの発生時に放電空間１７では発光Ｓが生じるが、放電空間１７を流れるガス流で気体放電Ｐが下側に流されて吹き出し部７の活性ガス流路１９に侵入すると、上記の発光Ｓも活性ガス流路１９に侵入することになる。そして、発光Ｓが活性ガス流路１９に侵入すると、気体放電Ｐから被処理物４へのアークが生じやすくなる。そこで、本発明では放電発生部６と吹き出し部７の間に段形状のバッファ部１５を設けることにより、気体放電Ｐで生じる発光Ｓが吹き出し部７に導入されるのを抑制したものであり、これにより、放電空間１７を流れるガス流で気体放電Ｐ及び発光Ｓが下側に流されても発光Ｓをバッファ部１５の内側の空間に止めて活性ガス流路１９に侵入させないようにすることができ、アークの発生を防いでアークによる被処理物４の損傷を抑えることができるものである。
【００２７】
そして、本発明ではプラズマ生成用のガスの流量を増加させることなく吹き出し口１３からのガス流Ｇの流速を増加させて表面処理の能力を高めているので、プラズマ生成用のガスの消費量が増大しないものであり、従って、表面処理のランニングコストが増加することなく経済的に不利にならないものである。また、本発明では放電空間１７に投入する印加電力を増加させることなく、吹き出し口１３からのガス流Ｇの流速を増加させて表面処理の能力を高めているので、吹き出し口１３から吹き出す活性種を含むガスの温度が上昇することがなく、被処理物４に熱的損傷が生じないものであり、しかも、被処理物４と放電場（放電空間１７）との電位差が大きくならないのでアークが発生しにくいものである。さらに、本発明では活性種を含むガスを被処理物４に供給する時間を長くせずに吹き出し口１３からのガス流Ｇの流速を増加させて表面処理の能力を高めているので、一つの被処理物４の表面処理にかかる時間が長くならないようにすることができ、生産性が低下しないようにすることができるものである。また、本発明では放電場から被処理物４までの距離を短くすることなく、吹き出し口１３からのガス流Ｇの流速を増加させて表面処理の能力を高めているので、放電場からの被処理物４へのアークが生じにくくなって、アークにより被処理物４が損傷を受けないようにすることができるものである。また、本発明では吹き出し口１３と被処理物４の間に金属メッシュを介在させていないので、被処理物４に供給されるガス流Ｇが遮られることがなく、表面処理の能力が低下しないものであり、しかも、金属メッシュが腐食して酸化物（錆）が飛散し被処理物４を汚すという問題も発生しないものである。
【００２８】
上記の表面処理装置において、吹き出し部７の径（内径）Ｄ２と放電発生部６の径（内径）Ｄ１の比率は、Ｄ２／Ｄ１＝０．００５〜０．９９であることが好ましく、また、放電発生部６の径Ｄ１が０．５〜２０ｍｍであることが好ましいものであり、これらの範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら被処理物４へのアークを抑制することができなくなる恐れがある。また、上記の表面処理装置において、吹き出し部７の径Ｄ２と吹き出し部７の長さＬの比率は、Ｄ２／Ｌ＝０．００２〜１９．９であることが好ましいものであり、この範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速することができなくなる恐れがある。さらに、上記の表面処理装置において、吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い下側の電極３の下面との距離Ｋと吹き出し部７の上下方向の長さＬとの比率は、Ｋ／Ｌ＝０．００２〜５０であることが好ましい。この範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により被処理物４へのアークを抑制することができなくなる恐れがある。尚、上記の距離Ｋはバッファ部１５の上下方向の長さである。
【００２９】
図３に本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態の表面処理装置は、図１、２に示すものと比べて、反応容器１及び電極２、３の形状が異なるものであり、その他の構成は図１、２に示すものと同等である。反応容器１はその全体が上下方向及び幅方向に長い略角筒状に形成されるものであって、上部のガス流路部１０と下部の吹き出し部７が直線状に並んで構成されている。ガス流路部１０は上下方向及び幅方向に長い角筒（矩形の角管）で形成されており、その狭小側の寸法（内寸）Ｗ１は吹き出し部７の狭小側の寸法（内寸）Ｗ２よりも大きく形成されている。すなわち、ガス流路部１０は一対の対向配置された平板状の幅広壁１０ａと一対の対向配置された平板状の狭小壁１０ｂとで形成されるものであり、一対の幅広壁１０ａは互い平行に対向配置されていると共に一対の狭小壁１０ｂは下端に近づくほど互いの間隔が徐々に小さくなるように傾斜させて対向配置されている。狭小壁１０ａの傾斜角度θは筒軸方向（鉛直方向）に対して３〜３０°にすることができるが、これに限定されるものではない。そして、一対の狭小壁１０ｂが対向する方向を上記の幅方向とすると共に一対の幅広壁１０ａが対向する方向を狭小方向とするものであり、上記のガス流路部１０の狭小側の寸法Ｗ１は一対の幅広壁１０ａの間隔のことである。また、ガス流路部１０の上端面の略中央部には幅方向に長いスリット状の導入口１１が開口されていると共にガス流路部１０の下端面には幅方向に長いスリット状の接続口１２が開口されている。この接続口１２の大きさは吹き出し部７の上端面の開口の大きさ（内寸）と略等しく形成されている。
【００３０】
一方、吹き出し部７は上下方向及び幅方向に長い角筒（角管）で形成されており、その狭小側の寸法（内寸）Ｗ２はガス流路部１０の狭小側の寸法（内寸）Ｗ１よりも小さく形成されている。すなわち、吹き出し部７は一対の対向配置された平板状の幅広壁７ａと一対の対向配置された平板状の狭小壁７ｂとで形成されるものであり、一対の幅広壁７ａは互いに平行に対向配置されていると共に一対の狭小壁７ｂは下端に近づくほど互いの間隔が徐々に小さくなるように傾斜させて対向配置されている。狭小壁７ａの傾斜角度θは上記のガス流路部１０の狭小壁１０ａと同じである。そして、一対の狭小壁７ｂが対向する方向を上記の幅方向とすると共に一対の幅広壁７ａが対向する方向を狭小方向とするものであり、上記の吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２は一対の幅広壁７ａの間隔のことである。吹き出し部７の内側の空間は活性種を含むガスが流通する活性ガス流路１９として形成されている。また、活性ガス流路１９は吹き出し部７の上端面と下端面の全面に亘って開口されており、吹き出し部７の下端面における活性ガス流路１９の開口は吹き出し口１３として形成されている。
【００３１】
そして、ガス流路部１０の下面に開口した接続口１２と吹き出し部７の上端面の開口とが位置合わせされた状態で、ガス流路部１０の下面と吹き出し部７の上端とが一体的に接合されることによって反応容器１が形成されている。従って、ガス流路部１０の内側の空間と吹き出し部７の活性ガス流路１９とは接続口１２を介して連通状態となっている。
【００３２】
電極２、３は平面視で略ロ字状の角筒に形成されている以外は上記と同様に形成されるものであり、また、電極２、３は上記と同様にして反応容器１の外側に取り付けられている。そして、反応容器１のガス流路部１０において、上側の電極２の上端と下側の電極３の下端との間に対応する部分が放電発生部６として形成されており、この放電発生部６の内側の空間が放電空間１７として形成されている。また、反応容器１のガス流路部１０において吹き出し部７の上端である吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い電極である下側の電極３の下面との間に対応する部分がバッファ部１５として形成されている。従って、バッファ部１５の下部はその内周面と底面とで段形状に形成されている。
【００３３】
この表面処理装置において、吹き出し部７の狭小側の寸法（内寸）Ｗ２と放電発生部６の狭小側の寸法（内寸）Ｗ１の比率は、Ｗ２／Ｗ１＝０．００５〜０．９９であることが好ましく、また、放電発生部６の狭小側の寸法Ｗ１が０．５〜２０ｍｍであることが好ましいものであり、これらの範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速しながら被処理物４へのアークを抑制することができなくなる恐れがある。また、上記の表面処理装置において、吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２と吹き出し部７の上下方向の長さＬの比率は、Ｗ２／Ｌ＝０．００２〜１９．９であることが好ましいものであり、この範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により反応容器１から吹き出すガス流Ｇの流速を加速することができなくなる恐れがある。さらに、上記の表面処理装置において、吹き出し部７の基部８と吹き出し部７に最も近い下側の電極３の下面との距離Ｋと吹き出し部７の上下方向の長さＬとの比率は、Ｋ／Ｌ＝０．００２〜５０であることが好ましい。この範囲を逸脱すると、アーク抑制手段により被処理物４へのアークを抑制することができなくなる恐れがある。尚、上記の距離Ｋはバッファ部１５の上下方向の長さである。
【００３４】
そして、この実施の形態の表面処理装置は図１、２に示すものと同様して表面処理を行うものであって、図１、２に示すものと同様の作用効果を奏するものである。また、図３、４に示す表面処理装置では、活性種を含むガス流Ｇを連続的にカーテン状に吹き出すことができ、図１、２に示すものに比べて被処理物４の広い面積に一度に活性種を含むガス流Ｇを吹き付けて供給することができ、処理効率を高めることができるものである。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。尚、実施例１〜２２、比較例１〜６においては表面処理装置の反応容器１の吹き出し口１３から５ｍｍ下流（下側）に被処理物４を１０ｍｍ／秒で水平に移動させながら表面処理を行った。被処理物４にはネガ型フォトレジストを塗布したシリコン基板を用いた。
【００３６】
（実施例１及び比較例１、２）
実施例１では図１、２に示す反応容器１を装備した表面処理装置を使用した。反応容器１は肉厚１ｍｍの石英ガラス製である。実施例１では上下電極２、３間における放電発生部６の放電空間１７におけるガスの流速に比べて、吹き出し口１３から吹き出される活性種を含むガス流Ｇの流速を高速化するために、吹き出し口１３から２０ｍｍ上流までを吹き出し部７とし（長さＬ＝２０ｍｍ）、吹き出し部７での内径Ｄ２は１ｍｍとし、他の領域（ガス流路部１０）での内径Ｄ１は３ｍｍとなる段付き構造とした。電極２、３は内径３ｍｍの放電発生部６の領域に設置され、下側の電極３はその下面が吹き出し部７の基部８から１６ｍｍ上流側に位置するようした（Ｋ＝１６ｍｍ）。この下側の電極３の下面から吹き出し部７の基部８まではバッファ部１５である。よって、下側の電極３の最下面は反応容器１の先端（下端）の吹き出し口１３より３６ｍｍ上流側にある。
【００３７】
比較例１では反応容器１に肉厚１ｍｍ、内径３ｍｍの直管の石英ガラス管を使用した。比較例２では反応容器１に肉厚１ｍｍ、内径１ｍｍの直管の石英ガラス管を使用した。比較例１、比較例２のいずれも実施例１と同様に下側の電極３の下面を反応容器１の先端の吹き出し口１３より３６ｍｍ上流側に設置した。
【００３８】
一対の電極２，３は銅製でその表面に金メッキ処理を行った。電極２、３間の隣接間隔は５ｍｍとした。電極２、３の内部には冷却水循環用の冷却水流路１６を設け、この冷却水流路１６に冷却水を循環させ電極２、３を冷却した。上側の電極２は高周波電界（電圧）を発生する電源２０に接続し、下側の電極３は接地した。これらの構成は比較例１、比較例２も同様である。
【００３９】
これらの表面処理装置を用いて、大気圧下でアルゴン１．７５リットル／分、酸素０．０２２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３より活性種を含むガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。実施例１及び比較例１、比較例２について表面処理後のレジストのエッチング深さを測定し、反応容器１の吹き出し口１３から吹き出されるガス流Ｇの流速を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
表１に示すように実施例１では比較例１に比べて吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速が約８倍増大した。同時にエッチング量も大きく増加し、吹き出し口１３での流速の増加による処理速度の顕著な差が確認された。また、比較例２では放電発生部６が狭く、アーク抑制手段であるバッファ部１５が設けられていないため、被処理物４へのアークが発生したものと考えられる。
【００４２】
（実施例２及び比較例３、４）
実施例２では図３、４に示す矩形の反応容器１を装備した表面処理装置を使用した。反応容器１は肉厚１ｍｍの石英ガラス製である。また、放電発生部６の狭小側の内寸（以下、放電スリット幅と記す）Ｗ１は１ｍｍ、吹き出し部７の狭小側の内寸（以下、吹き出しスリット幅と記す）Ｗ２は０．３ｍｍとした。さらに、反応容器１の幅方向については、導入口１１側（上側）で８５ｍｍ、吹き出し口１３側（下側）で５６ｍｍ、高さが８０ｍｍ、筒軸方向と狭小壁１０ａとの傾斜角θが１０．３度とし、下流方向に向かうほどガス流路の断面積が小さくなる構造とした。導入口１１は１ｍｍ×２４ｍｍの矩形とした。本実施例では吹き出し部７の長さＬを３ｍｍとした。
【００４３】
また、電極２、３は放電スリット幅Ｗ１が１ｍｍの放電発生部６の領域に設置され、下側の電極３はその下面が吹き出し部７の基部８から２ｍｍ上流側に位置するようにした（Ｋ＝２ｍｍ）。この下側の電極３の下面から吹き出し部７の基部８まではバッファ部１５である。よって、下側の電極３の最下面は反応容器１の先端（下端）の吹き出し口１３より５ｍｍ上流側にある。
【００４４】
比較例３では反応容器１に放電スリット幅Ｗ１が１ｍｍのものを使用した。比較例４では反応容器１に放電スリット幅Ｗ１が０．３ｍｍのものを使用し、いずれも実施例２のような吹き出し部７は設けられていない。また、比較例３、比較例４のいずれも実施例２と同様に下側の電極３の下面を反応容器１の先端の吹き出し口１３より５ｍｍ上流側に設置した。
【００４５】
一対の電極２，３は銅製でその表面に金メッキ処理を行った。電極２、３間の隣接間隔は５ｍｍとした。電極２、３の内部には冷却水循環用の冷却水流路１６を設け、この冷却水流路１６に冷却水を循環させ電極２、３を冷却した。上側の電極２は高周波電界（電圧）を発生する電源２０に接続し、下側の電極３は接地した。これらの構成は比較例３、比較例４も同様である。
【００４６】
これらの表面処理装置を用いて、大気圧下でアルゴン１１．８リットル／分、酸素０．６２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、７００Ｗの高周波電力を印加し、吹き出し口１３より活性種を含むガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。実施例２及び比較例３、比較例４について表面処理後のレジストのエッチング深さを測定し、吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速を測定した。これらの結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】

【００４８】
表２に示すように実施例２では比較例３に比べて吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速が約２倍増大した。同時にエッチング量も増加し、吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速が大きく増加したことによる反応容器１における処理速度の顕著な差を確認することができた。また、比較例４では放電発生部６が狭く、アーク抑制手段であるバッファ部１５が設けられていないため、被処理物４へのアークが発生したものと考えられる。
【００４９】
（実施例３乃至７及び比較例１）
本実施例で使用した表面処理装置は、以下の点を除いて実施例１で用いた装置と同じである。すなわち、吹き出し部の内径Ｄ２を０．１ｍｍ〜２．８ｍｍの間で変化させ、表面処理に与える影響を検討した。
【００５０】
これらの表面処理装置を用いて大気圧下で、アルゴン１．７５リットル／分、酸素０．０２２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３からガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】

【００５２】
表３から明らかなように、吹き出し部７の内径Ｄ２が減少するにつれ、放電時の吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速は増加する傾向が見られた。エッチング深さはすべての実施例３〜７において、吹き出し部７を持たない比較例１に比べて増加した。これは、吹き出し口１３でのガス流Ｇの流速の増加に伴い、エッチングに寄与する酸素ラジカルが効果的に被処理物４の表面に運搬されたためと考えられる。
【００５３】
（実施例８乃至１３）
本実施例で使用した表面処理装置は、以下の点を除いて実施例１で用いた装置と同じである。すなわち、吹き出し部７の内径Ｄ１は０．４ｍｍ、放電発生部６の内径Ｄ１を０．５〜５０ｍｍの間で変化させ、表面処理に与える影響を検討した。
【００５４】
これらの表面処理装置を用いて大気圧下で、アルゴン１．７５リットル／分、酸素０．０２２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３でのガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】

【００５６】
表４から明らかなように、放電発生部６の内径Ｄ１が増加するにつれ、エッチング深さが減少する傾向が見られた。さらに、実施例１３ではエッチング深さが極端に低下した。これは、放電が反応容器１の壁面で起こるため、放電発生部６の内径Ｄ１が大きくなると、反応容器１の中心部で気体放電Ｐが活発に行われなくなりエッチング量が低下したものと考えられる。
【００５７】
（実施例１４乃至１９及び比較例５）
本実施例で使用した表面処理装置は、以下の点を除いて実施例２で用いた装置と同じである。すなわち、吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２を０．１〜１ｍｍ、吹き出し部７の長さＬを１〜６０ｍｍの間で変化させることにより、表面処理に与える影響を検討した。
【００５８】
これらの表面処理装置を用いて大気圧下で、アルゴン１１．８リットル／分、酸素０．６２リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、７００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３からのガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。結果を表５に示す。
【００５９】
【表５】

【００６０】
表５に示すように、吹き出し部７がない比較例５ではアークが発生した。また、吹き出し部７の長さＬと吹き出し部７の狭小側の寸法Ｗ２を変化させることにより、エッチング深さとアーク発生の有無に大きな影響が現れた。吹き出し部７の長さＬが極端に長くなる実施例１９では、被処理物４と放電発生部６の放電空間１７との距離が大きくなるため、表面処理が効果的に行われなかった。また、吹き出し部７の長さＬが短くなるにつれ、アークの発生が起こりやすくなる傾向が見られた。これは、被処理物４と電極２、３との距離が短くなるためであると考えられる。
【００６１】
（実施例２０乃至２２及び比較例６）
本実施例で使用した表面処理装置は、以下の点を除いて実施例１で用いた装置と同じである。すなわち、吹き出し部７の長さＬとバッファ部１５の長さＫをそれぞれ１〜２０ｍｍ、０〜６０ｍｍの間で変化させることにより、表面処理に与える影響を検討した。
【００６２】
これらの表面処理装置を用いて大気圧下で、アルゴン１．７５リットル／分、酸素０．０２２リットル／分の混合ガスを反応容器に導入し、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口１３からのガス流Ｇを被処理物４の表面に噴射することにより表面処理を行った。結果を表６に示す。
【００６３】
【表６】

【００６４】
表６に示すように、バッファ部１５の長さを変化させることにより、エッチング深さに大きな影響が現れた。バッファ部１５の全く存在しない比較例６では、気体放電Ｐによって生じたプラズマの発光Ｓが吹き出し部７に流入するため、エッチング深さは増大するが、被処理物４へのアークが発生し易くなった。（バッファ部１５の長さＫ）／（吹き出し部７の長さＬ）が６０となる実施例２２では、エッチング深さが極端に低下した。これは放電発生部６より下流部での反応容器１の内面積が増加したため、活性種を含むガス流の内部の酸素ラジカルが反応容器１の内壁面で失活し、被処理物４の表面でのエッチングが行われなかったものと考えられる。
【００６５】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１の発明は、絶縁材料で形成される反応容器の外側に複数の電極を設け、反応容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器の内側に気体放電を発生し、この気体放電により生じる活性種を含むガス流を反応容器から吹き出して被処理物に供給することによって、被処理物の表面処理を行う表面処理装置において、反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら被処理物へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器に設けるので、アーク抑制手段により反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら被処理物へのアークを抑制することができ、ランニングコストの増加を抑えて経済的に不利にならず、また、被処理物に供給されるガス流の温度上昇を抑えて被処理物の熱的損傷を抑え、さらに、短時間で表面処理が行うことができて生産性の低下を抑え、加えて、被処理物の酸化物による汚染を抑え、しかも、アークによる被処理物の損傷を抑えながら表面処理の能力を高めることができるものである。
【００６６】
また、気体放電を発生するための放電発生部とガス流を吹き出すための吹き出し部とを備えて略円筒状の反応容器を形成し、放電発生部の径よりも吹き出し部の径を小さくすることによりアーク抑制手段を形成するので、放電発生部の径よりも吹き出し部の径を小さくすることによって、反応容器へのプラズマ生成用のガスの導入量を増加させることなく、吹き出し部からのガスの流速を増加させることができ、経済的に不利になることなく表面処理の能力を高めることができるものである。
【００６７】
また、気体放電を発生するための放電発生部とガス流を吹き出すための吹き出し部とを備えて略角筒状の反応容器を形成し、放電発生部の狭小側の寸法よりも吹き出し部の狭小側の寸法を小さくすることによりアーク抑制手段を形成するので、放電発生部の狭小側の寸法よりも吹き出し部の狭小側の寸法を小さくすることによって、反応容器へのプラズマ生成用のガスの導入量を増加させることなく、吹き出し部からのガスの流速を増加させることができ、経済的に不利になることなく表面処理の能力を高めることができるものである。
【００６８】
また、気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのをアーク抑制手段で抑制するので、気体放電の発光から吹き出し部を通じて被処理物にアークが発生しにくくすることができ、アークによる被処理物の損傷を抑えることができるものである。
【００６９】
また、本発明の請求項３の発明は、吹き出し部の径／放電発生部の径あるいは吹き出し部の狭小側の寸法／放電発生部の狭小側の寸法が０．００５〜０．９９であり、放電発生部の径あるいは放電発生部の狭小側の寸法が０．５〜２０ｍｍであるので、アークによる被処理物の損傷をより抑えながら表面処理の能力をより高めることができるものである。
【００７０】
また、本発明の請求項４の発明は、吹き出し部の径／吹き出し部の長さあるいは吹き出し部の狭小側の寸法／吹き出し部の長さが０．００２〜１９．９であるので、アークによる被処理物の損傷をより抑えながら表面処理の能力をより高めることができるものである。
【００７１】
また、本発明の請求項５の発明は、吹き出し部の基部と吹き出し部に最も近い電極との距離／吹き出し部の長さが０．００２〜５０であるので、アークによる被処理物の損傷をより抑えながら表面処理の能力をより高めることができるものである。
【００７２】
また、本発明の請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理装置を用いた表面処理方法であって、反応容器に設けたアーク抑制手段により反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのを抑制して被処理物へのアークを抑制するので、アーク抑制手段により反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら被処理物へのアークを抑制することができ、ランニングコストの増加を抑えて経済的に不利にならず、また、被処理物に供給されるガス流の温度上昇を抑えて被処理物の熱的損傷を抑え、さらに、短時間で表面処理が行うことができて生産性の低下を抑え、加えて、被処理物の酸化物による汚染を抑え、しかも、アークによる被処理物の損傷を抑えながら表面処理の能力を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】同上の断面図である。
【図３】同上の他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】同上の断面図である。
【符号の説明】
１反応容器
２電極
３電極
４被処理物
６放電発生部
７吹き出し部
８基部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes cleaning of foreign substances such as organic substances existing on the surface of the object to be processed, resist peeling and etching, improvement of organic film adhesion, metal oxide reduction, film formation, plating pretreatment, coating pretreatment, The present invention relates to a surface treatment apparatus used for surface treatment such as surface modification of various materials and parts, and a surface treatment method using the same, and particularly suitable for cleaning the surface of electronic parts that require precise bonding. It is applied to.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, surface treatment such as cleaning is performed using a gas or plasma containing active species generated by gas discharge. For example, the blowout type surface treatment apparatus described in JP-A-3-219082 forms a discharge part in which a discharge space formed between a high-voltage electrode and a ground electrode is formed, and reacts to the discharge part from its upstream side. The gas is introduced and the reaction gas passes through the discharge space and then blows out from the outlet provided on the downstream side of the discharge part, and then blows out to the workpiece. A high voltage is applied between the high-voltage electrode and the ground electrode. Thus, plasma is excited by passing a reactive gas through a discharge space where glow discharge or silent discharge is performed near atmospheric pressure. This blow-out type surface treatment apparatus performs surface treatment of the object to be treated by supplying active species such as ions and electrons contained in the plasma-excited reaction gas to the object to be treated.
[0003]
In the above blow-out type surface treatment apparatus, various methods are employed in order to enhance the surface treatment capability. For example, increasing the flow rate of the reaction gas by increasing the flow rate of the reaction gas from the outlet by increasing the flow rate of the reaction gas is performed. However, in this case, since the consumption amount of the reaction gas is increased, there is a problem that the running cost of the surface treatment is increased and it is economically disadvantageous. As another method for improving the surface treatment capability, there is a method for increasing the applied power to be applied to the discharge space. In this case, the density of the active species contained in the reaction gas blown out from the blowout port is increased and the surface treatment capability is increased. At the same time, the temperature of the reaction gas blown out from the blowout port is increased to be treated. There has been a problem that an object is thermally damaged, or a potential difference between an object to be processed and a discharge field is increased, and an arc is easily generated. Furthermore, as another method for improving the surface treatment capability, there is a method of extending the time for supplying the reaction gas to the object to be treated. However, in this case, there is a problem that the time required for the surface treatment of one object to be processed becomes long and the productivity is lowered. In addition, as another method for improving the surface treatment capability, there is a method in which a high-voltage electrode and a ground electrode are disposed as close as possible to the air outlet and an object to be processed is disposed immediately below the air outlet. In this case, since the distance between the discharge space and the object to be processed is shortened, it becomes easy to reach the object to be processed before the active species are deactivated, and the surface treatment ability is increased. As a result, there is a problem that an arc from the discharge field to the workpiece is easily generated, and the workpiece is damaged by the arc.
[0004]
In addition, the surface treatment apparatus described in Japanese Patent No. 3147137 reduces the distance between the discharge space and the object to be treated to increase the surface treatment capability and prevents the object from being damaged by the arc. For this purpose, a metal mesh is interposed between the gas jet port for blowing the gas flow containing the active species and the object to be processed, and this metal mesh is grounded. Since the gas flow supplied to is blocked, the surface treatment capacity could not be increased. In addition, the metal mesh may corrode and oxide (rust) may scatter and contaminate the workpiece.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention suppresses an increase in running cost and is not economically disadvantageous, and suppresses a thermal damage to the object to be processed by suppressing a temperature rise of the gas flow supplied to the object to be processed. The surface treatment can be performed in a short time, and the decrease in productivity is suppressed. In addition, the contamination of the object to be processed is suppressed, and the surface treatment ability is enhanced while suppressing the damage to the object to be processed by the arc. An object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus and a surface treatment method that can be used.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the surface treatment apparatus according to claim 1 of the present invention, a plurality of

electrodes

2 and 3 are provided outside a reaction vessel 1 formed of an insulating material, and a gas for generating plasma is introduced into the reaction vessel 1 and the electrode 2 is provided. 3, a gas discharge P is generated inside the reaction vessel 1 under the atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof by applying an alternating current or a pulsed electric field between the three, and a gas flow G containing active species generated by the gas discharge P In the surface treatment apparatus for performing the surface treatment of the object to be processed 4 by blowing out from the reaction vessel 1 and supplying the object to the object 4 to be processed, A substantially cylindrical reaction vessel 1 is formed by including a discharge generating part 6 for generating the gas discharge P and a blowing part 7 for blowing out the gas flow G, and the blowing part 7 is larger than the diameter D1 of the discharge generating part 6. By reducing the diameter D2 of While accelerating the flow velocity of the gas flow G blown out from the reaction vessel 1 The light emission S generated by the gas discharge P is suppressed from being introduced into the blowing portion 7. An arc suppression means for suppressing an arc to the object to be processed 4 is provided in the reaction vessel 1.
[0007]
A surface treatment apparatus according to claim 2 of the present invention is A plurality of

electrodes

2 and 3 are provided outside the reaction vessel 1 formed of an insulating material, a plasma generating gas is introduced into the reaction vessel 1 and an alternating or pulsed electric field is applied between the

electrodes

2 and 3. As a result, a gas discharge P is generated inside the reaction vessel 1 under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof, and a gas flow G containing active species generated by the gas discharge P is blown out from the reaction vessel 1 to the workpiece 4. In the surface treatment apparatus for performing the surface treatment of the workpiece 4 by supplying, the discharge generating portion 6 for generating the gas discharge P and the blowing portion 7 for blowing out the gas flow G are provided in a substantially rectangular tube shape. The reaction vessel 1 is formed and the size W2 on the narrow side of the blowing portion 7 is made smaller than the size W1 on the narrow side of the discharge generating portion 6, thereby accelerating the flow rate of the gas flow G blown out from the reaction vessel 1 Caused by discharge P Provided arc suppression means for by suppressing the light emission S is introduced into the balloon portion 7 to suppress the arc to the workpiece 4 to the reaction vessel 1 It is characterized by comprising.
[0010]
Further, the claims of the present invention 3 The surface treatment apparatus according to claim 1 or 2 In addition, the diameter D2 of the blowing portion 7 / the diameter D1 of the discharge generating portion 6 or the size W2 on the narrow side of the blowing portion 7 / the size W1 on the narrow side of the discharge generating portion 6 is 0.005 to 0.99, The diameter D1 of the discharge generator 6 or the dimension W1 on the narrow side of the discharge generator 6 is 0.5 to 20 mm.
[0011]
Further, the claims of the present invention 4 The surface treatment apparatus according to claim 1 to 3 In addition to any of the above, the diameter D2 of the blowing portion 7 / the length L of the blowing portion 7 or the dimension W2 / the narrow side of the blowing portion 7 / the length L of the blowing portion 7 is 0.002 to 19.9. It is characterized by.
[0012]
Further, the claims of the present invention 5 The surface treatment apparatus according to claim 1 to 4 In addition to any of the above, the distance K between the base 8 of the blowing portion 7 and the electrode 3 closest to the blowing portion 7 / the length L of the blowing portion 7 is 0.002 to 50. .
[0013]
Claims of the invention 6 The surface treatment method according to A surface treatment method using the surface treatment apparatus according to claim 1, While accelerating the flow velocity of the gas flow G blown out of the reaction vessel 1 by the arc suppression means provided in the reaction vessel 1 The light emission S generated by the gas discharge P is suppressed from being introduced into the blowing portion 7. It is characterized by suppressing arcing to the workpiece 4.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0015]
FIG. 1 shows an example of the surface treatment apparatus of the present invention. The surface treatment apparatus includes a reaction vessel 1 and a plurality (a pair) of

electrodes

2 and 3. The reaction vessel 1 is formed of an insulating material (dielectric material) having a high melting point, and can be formed of, for example, a vitreous material such as quartz glass, alumina, yttria, or zirconium, or a ceramic material. It is not limited to these materials. In addition, the entire reaction vessel 1 is formed in a substantially cylindrical shape that is long in the vertical direction, and an upper gas flow path portion 10 and a lower blowing portion 7 are arranged in a straight line.
[0016]
The gas flow path part 10 is formed by a straight cylinder (straight pipe) that is long in the vertical direction, and its diameter (inner diameter) is larger than the diameter (inner diameter) of the blowing part 7. Moreover, the upper end surface of the gas flow path part 10 is opened over the whole surface as the introduction port 11, and the connection port 12 is provided in the bottom part of the gas flow path part 10 so that the substantially center part may be penetrated. . The diameter of the connection port 12 is formed to be substantially equal to the diameter (inner diameter) of the blowing portion 7. On the other hand, the blowout part 7 is formed of a straight cylinder (straight pipe) that is long in the vertical direction, and its diameter (inner diameter) is smaller than the diameter (inner diameter) of the gas flow path part 10. The space inside the blowing part 7 is formed as an active gas channel 19 through which a gas containing active species flows. The active gas channel 19 is opened over the entire upper end surface and lower end surface of the blowing portion 7, and the opening of the active gas channel 19 at the lower end surface of the blowing portion 7 is formed as the blowing port 13. . Then, in a state where the connection port 12 opened on the lower surface of the gas flow path unit 10 and the opening of the upper end surface of the blowing unit 7 are aligned, the lower surface of the gas channel unit 10 and the upper end of the blowing unit 7 are integrated. The reaction vessel 1 is formed by being joined to the substrate. Therefore, the space inside the gas flow path part 10 and the active gas flow path 19 of the blowing part 7 are in communication with each other via the connection port 12.
[0017]
The

electrodes

2 and 3 are formed in a donut-shaped cylinder using a conductive metal material such as copper, aluminum, brass, or stainless steel having high corrosion resistance (such as SUS304). Further, a cooling water circulation path 16 is provided inside the

electrodes

2 and 3, and the

electrodes

2 and 3 are formed so as to be cooled by circulating the cooling water through the cooling water circulation path 16. Further, the surfaces (outer surfaces) of the

electrodes

2 and 3 can be plated with gold or the like for the purpose of preventing corrosion.
[0018]
Then, the inner peripheral surfaces of the

electrodes

2 and 3 are brought into close contact with the outer peripheral surface of the gas flow path portion 10 of the reaction vessel 1 over the entire circumference so that both the

electrodes

2 and 3 are connected to the gas flow passage portion of the reaction vessel 1. 10 is provided outside. The

electrodes

2 and 3 are arranged side by side so as to face the longitudinal direction of the reaction vessel 1, that is, in the vertical direction, and in the gas flow path portion 10 of the reaction vessel 1, the upper end of the upper electrode 2 and the lower electrode 3. A portion corresponding to the lower end of the discharge generating portion 6 is formed as a discharge generating portion 6, and a space inside the discharge generating portion 6 is formed as a discharge space 17. Further, in the gas flow path part 10 of the reaction vessel 1, there is a corresponding part between the base 8 of the blowing part 7 that is the upper end of the blowing part 7 and the lower surface of the lower electrode 3 that is the electrode closest to the blowing part 7. The buffer unit 15 is formed. Therefore, the lower portion of the buffer portion 15 is formed in a step shape with its inner peripheral surface and bottom surface.
[0019]
A power source 20 that generates a high voltage is connected to the

electrodes

2 and 3, and the upper electrode 2 is formed as a high voltage electrode and the lower electrode 3 is formed as a low voltage electrode. When the lower electrode 3 is grounded, the lower electrode 3 is formed as a ground electrode. The distance between the

electrodes

2 and 3 is preferably set to 3 to 20 mm in order to stably generate plasma. Then, by applying a high voltage between the

electrodes

2 and 3 by the power source 20, an alternating current or pulsed electric field can be applied to the discharge space 17 between the

electrodes

2 and 3 through the

electrodes

2 and 3. . An AC electric field has an electric field waveform (for example, a sine wave) with little or no pause time (time when the voltage is constant and steady state), and a pulsed electric field has an electric field waveform with a pause time. I have it. In addition, the voltage between the

electrodes

2 and 3 required for continuously generating the gas discharge P in the discharge space 17 varies depending on the thickness of the reaction vessel 1, the size of the discharge space 17, and the like. For example, it can be set to 0.5 to 5 kV.
[0020]
When an AC power source is used as the power source 20, the frequency of the AC electric field applied to the discharge space 17 is preferably set to 1 kHz to 200 MHz. If the frequency of the AC electric field is less than 1 kHz, the discharge in the discharge space 17 cannot be stabilized, and the surface treatment may not be performed efficiently. Moreover, if the frequency of the AC electric field exceeds 200 MHz, the temperature of the gas discharge (plasma) P in the discharge space 17 increases significantly, and the life of the reaction vessel 1 and the

electrodes

2 and 3 may be shortened. There is a risk that the processing apparatus becomes complicated and large. In the present invention, the density of the applied power applied to the discharge space 17 is 20 to 3500 W / cm. ^Three It is preferable to set to. The density of the applied power applied to the discharge space 17 is 20 W / cm. ^Three If less, the gas discharge P cannot be sufficiently generated. Conversely, the density of the applied power applied to the discharge space 17 is 3500 W / cm. ^Three If it exceeds, stable discharge may not be obtained. The applied power density (W / cm ^Three ) Is defined by (applied power / volume of discharge space 17).
[0021]
In the present invention, an inert gas (rare gas) or a mixed gas of an inert gas and a reactive gas is used as a plasma generating gas. As the inert gas, helium, argon, neon, krypton, or the like can be used. However, in view of the stability and economical efficiency of the gas discharge P, it is preferable to use argon or helium. Moreover, the kind of reaction gas can be arbitrarily selected according to the content of the process. For example, in the case of performing cleaning of organic substances existing on the surface of the object 4 to be processed, peeling of the resist, etching of the organic film, etc., oxygen, air, CO 2 ₂ , N ₂ It is preferable to use an oxidizing gas such as O. Also, CF as a reactive gas _Four A fluorine-based gas such as can also be used as appropriate. When etching silicon or the like, it is effective to use this fluorine-based gas. In the case of reducing the metal oxide, a reducing gas such as hydrogen or ammonia can be used. The addition amount of the reaction gas is 10% by volume or less, preferably in the range of 0.1 to 5% by volume with respect to the total amount of the inert gas. If the addition amount of the reaction gas is less than 0.1% by volume, the surface treatment effect may be lowered. If the addition amount of the reaction gas exceeds 10% by volume, the gas discharge P may be unstable. .
[0022]
And in performing surface treatment of the to-be-processed object 4 by this invention, it carries out as follows. First, a gas for generating plasma is introduced from the inlet 11 to the inside of the gas flow path 10 of the reaction vessel 1 under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof (93.3 to 106.7 kPa (700 to 800 Torr)). To do. The gas introduced into the gas flow path unit 10 flows from the top to the bottom in the space inside the gas flow path unit 10 and flows into the discharge space 17 of the discharge generation unit 6. Here, since an AC or pulsed electric field is applied to the discharge space 17 by applying a high voltage between the

electrodes

2 and 3 by the power source 20, the application of this electric field under atmospheric pressure or in the vicinity thereof. A gas discharge P is generated in the discharge space 17 under pressure, and a gas for generating plasma is converted into plasma by the gas discharge P, and active species are generated in the discharge space 17. Thereafter, the active species generated in the discharge space 17 are introduced into the buffer unit 15 along with the gas for plasma generation along with the gas flow. Next, a gas containing active species is introduced from the space inside the buffer unit 15 into the active gas channel 19 of the blowing unit 7 through the connection port 12. The gas containing active species flows from the top to the bottom in the active gas flow path 19 and is continuously blown out in a spot shape from the blowout port 13. The surface treatment of the workpiece 4 can be performed by spraying and supplying the gas flow G containing the active species to a part or all of the surface of the workpiece 4 from the blowout port 13.
[0023]
In addition, when arrange | positioning the to-be-processed object 4 under the blower outlet 13, it can carry out by conveying the to-be-processed object 4 with conveying apparatuses, such as a belt conveyor. In addition, the plurality of objects to be processed 4 can be continuously surface-treated by sequentially conveying the objects to be processed 4 to the lower side of the blowout port 13 by the conveying device. Further, the distance between the outlet 13 and the surface of the workpiece 4 can be set as appropriate depending on the flow rate of the gas flow G, the type of plasma generating gas, the content of the workpiece 4 and the surface treatment, and the like. For example, it can be set to 2 to 10 mm.
[0024]
In the present invention, the diameter D2 of the blowing part 7 is made smaller than the diameter D1 of the discharge generating part 6, and the base 8 of the blowing part 7 and the lower surface of the lower electrode 3 closest to the blowing part 7 are arranged apart from each other. Thus, the arc suppression means is formed by providing the buffer portion 15 between the base 8 of the blowing portion 7 and the lower electrode 3 closest to the blowing portion 7, and the arc suppressing means forms the reaction vessel. The arc to the object to be processed 4 can be suppressed while accelerating the flow velocity of the gas flow G blown out from the one outlet 13.
[0025]
That is, in the present invention, the plasma generating gas supplied to the reaction vessel 1 from the inlet 11 becomes a gas containing active species by passing through the discharge space 17 of the discharge generating unit 6, and the gas containing this active species is After being introduced from the discharge space 17 into the active gas flow path 19 of the blowing portion 7, the blowout portion 13 is blown out. As described above, the diameter of the blowing portion 7 is larger than the diameter D1 of the discharge generating portion 6. By reducing D2, the cross-sectional area of the active gas channel 19 (the cross-sectional area of the surface orthogonal to the gas flow direction) is made larger than the cross-sectional area of the discharge space 17 (the cross-sectional area of the surface orthogonal to the gas flow direction). Thus, the gas flow in the active gas flow path 19 is accelerated more than the gas flow in the discharge space 17, and the flow rate of the gas flow G blown from the outlet 13 of the reaction vessel 1 is made to be the discharge space 17. Are those that can accelerate than definitive gas stream, by the flow velocity of the gas stream G blown out from the blowout opening 13 is quickened, those capable of enhancing the ability of the surface treatment.
[0026]
Further, when the gas discharge P is generated, light emission S is generated in the discharge space 17. However, when the gas discharge P is caused to flow downward by the gas flow flowing through the discharge space 17 and enters the active gas flow path 19 of the blowing portion 7, Luminescence S also enters the active gas channel 19. When the light emission S enters the active gas flow path 19, an arc from the gas discharge P to the workpiece 4 is likely to occur. Therefore, in the present invention, by providing the step-shaped buffer unit 15 between the discharge generating unit 6 and the blowing unit 7, the light emission S generated by the gas discharge P is suppressed from being introduced into the blowing unit 7, Thereby, even if the gas discharge P and the light emission S are caused to flow downward in the gas flow flowing through the discharge space 17, the light emission S is stopped in the space inside the buffer portion 15 so as not to enter the active gas flow path 19. Thus, the arc can be prevented from being generated, and damage to the workpiece 4 due to the arc can be suppressed.
[0027]
In the present invention, the flow rate of the gas flow G from the outlet 13 is increased without increasing the flow rate of the plasma generating gas, thereby increasing the surface treatment capability. Therefore, the running cost of the surface treatment is not increased and the cost is not disadvantageous economically. In the present invention, since the flow rate of the gas flow G from the blowing port 13 is increased and the surface treatment capability is enhanced without increasing the applied power input to the discharge space 17, the active species blown out from the blowing port 13 are increased. The temperature of the gas containing the gas does not increase, the object to be processed 4 is not thermally damaged, and the potential difference between the object to be processed 4 and the discharge field (discharge space 17) does not increase so that an arc is generated. It is hard to generate. Furthermore, in the present invention, the surface treatment capability is enhanced by increasing the flow rate of the gas flow G from the outlet 13 without increasing the time for supplying the gas containing the active species to the workpiece 4. The time required for the surface treatment of the workpiece 4 can be prevented from becoming long, and the productivity can be prevented from decreasing. Further, in the present invention, the surface treatment ability is enhanced by increasing the flow velocity of the gas flow G from the outlet 13 without shortening the distance from the discharge field to the object 4 to be processed. The arc to the workpiece 4 is less likely to occur and the workpiece 4 can be prevented from being damaged by the arc. Further, in the present invention, since the metal mesh is not interposed between the outlet 13 and the workpiece 4, the gas flow G supplied to the workpiece 4 is not blocked, and the surface treatment capability does not deteriorate. In addition, there is no problem that the metal mesh is corroded and oxides (rust) are scattered to contaminate the workpiece 4.
[0028]
In the above surface treatment apparatus, the ratio of the diameter (inner diameter) D2 of the blowing section 7 to the diameter (inner diameter) D1 of the discharge generating section 6 is preferably D2 / D1 = 0.005 to 0.99. It is preferable that the diameter D1 of the discharge generating part 6 is 0.5 to 20 mm. When the diameter D1 deviates from these ranges, the workpiece is accelerated while accelerating the flow rate of the gas flow G blown out of the reaction vessel 1 by the arc suppression means. There is a possibility that the arc to 4 cannot be suppressed. In the above surface treatment apparatus, the ratio of the diameter D2 of the blowing part 7 to the length L of the blowing part 7 is preferably D2 / L = 0.002 to 19.9, and this range is within this range. If it deviates, there is a possibility that the flow velocity of the gas flow G blown out from the reaction vessel 1 by the arc suppression means cannot be accelerated. Furthermore, in the above surface treatment apparatus, the ratio of the distance K between the base 8 of the blowing unit 7 and the lower surface of the lower electrode 3 closest to the blowing unit 7 to the vertical length L of the blowing unit 7 is K It is preferable that /L=0.002-50. If it deviates from this range, there is a possibility that the arc to the workpiece 4 cannot be suppressed by the arc suppression means. The distance K is the vertical length of the buffer unit 15.
[0029]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. The surface treatment apparatus of this embodiment is different from that shown in FIGS. 1 and 2 in the shape of the reaction vessel 1 and the

electrodes

2 and 3, and the other configurations are the same as those shown in FIGS. It is. The entire reaction vessel 1 is formed in a substantially rectangular tube shape that is long in the vertical direction and the width direction, and the upper gas flow path portion 10 and the lower blowing portion 7 are arranged in a straight line. . The gas flow path portion 10 is formed of a rectangular tube (rectangular square tube) that is long in the vertical direction and the width direction, and its narrow side dimension (internal dimension) W1 is the narrow side dimension (internal dimension) of the blowing part 7. It is formed larger than W2. That is, the gas flow path unit 10 is formed by a pair of opposed flat plate-like wide walls 10a and a pair of opposed flat plate-like narrow walls 10b, and the pair of wide walls 10a are parallel to each other. The pair of narrow walls 10b are opposed to each other while being inclined so that the distance between them becomes gradually smaller toward the lower end. The inclination angle θ of the narrow wall 10a can be 3 to 30 ° with respect to the cylinder axis direction (vertical direction), but is not limited to this. The direction in which the pair of narrow walls 10b face each other is the above-described width direction, and the direction in which the pair of wide walls 10a faces each other is the narrow direction. The dimension W1 on the narrow side of the gas flow path portion 10 described above. Is the interval between the pair of wide walls 10a. In addition, a slit-shaped inlet 11 that is long in the width direction is opened at a substantially central portion of the upper end surface of the gas flow path unit 10, and a slit-shaped connection that is long in the width direction is formed on the lower end surface of the gas flow path unit 10. The mouth 12 is opened. The size of the connection port 12 is formed substantially equal to the size (inner size) of the opening on the upper end surface of the blowing portion 7.
[0030]
On the other hand, the blowing portion 7 is formed of a rectangular tube (square tube) that is long in the vertical direction and the width direction, and its narrow side dimension (inner dimension) W2 is the narrow side dimension (inner dimension) of the gas flow path unit 10. It is formed smaller than W1. In other words, the blowing section 7 is formed by a pair of opposed flat plate-like wide walls 7a and a pair of opposed flat plate-like narrow walls 7b, and the pair of wide walls 7a face each other in parallel. The pair of narrow walls 7b are arranged to face each other so as to be gradually inclined so that the distance between the narrow walls 7b approaches the lower end. The inclination angle θ of the narrow wall 7a is the same as that of the narrow wall 10a of the gas flow path portion 10 described above. The direction in which the pair of narrow walls 7b face each other is the above width direction, and the direction in which the pair of wide walls 7a face each other is the narrow direction. This is the interval between the wide walls 7a. The space inside the blowing part 7 is formed as an active gas channel 19 through which a gas containing active species flows. The active gas channel 19 is opened over the entire upper end surface and lower end surface of the blowing portion 7, and the opening of the active gas channel 19 at the lower end surface of the blowing portion 7 is formed as the blowing port 13. .
[0031]
Then, in a state where the connection port 12 opened on the lower surface of the gas flow path unit 10 and the opening of the upper end surface of the blowing unit 7 are aligned, the lower surface of the gas channel unit 10 and the upper end of the blowing unit 7 are integrated. The reaction vessel 1 is formed by being joined to the substrate. Therefore, the space inside the gas flow path part 10 and the active gas flow path 19 of the blowing part 7 are in communication with each other via the connection port 12.
[0032]
The

electrodes

2 and 3 are formed in the same manner as described above except that the

electrodes

2 and 3 are formed in a substantially square tube in plan view, and the

electrodes

2 and 3 are formed outside the reaction vessel 1 in the same manner as described above. Is attached. In the gas flow path portion 10 of the reaction vessel 1, a corresponding portion is formed as a discharge generation portion 6 between the upper end of the upper electrode 2 and the lower end of the lower electrode 3, and this discharge generation portion 6 Is formed as a discharge space 17. Further, in the gas flow path part 10 of the reaction vessel 1, there is a corresponding part between the base 8 of the blowing part 7 that is the upper end of the blowing part 7 and the lower surface of the lower electrode 3 that is the electrode closest to the blowing part 7. The buffer unit 15 is formed. Therefore, the lower portion of the buffer portion 15 is formed in a step shape with its inner peripheral surface and bottom surface.
[0033]
In this surface treatment apparatus, the ratio between the narrow side dimension (inner dimension) W2 of the blowing part 7 and the narrow side dimension (inner dimension) W1 of the discharge generating part 6 is W2 / W1 = 0.005 to 0.99. It is preferable that the dimension W1 on the narrow side of the discharge generating portion 6 is 0.5 to 20 mm, and if it deviates from these ranges, the gas flow blown out from the reaction vessel 1 by the arc suppression means There is a possibility that the arc to the workpiece 4 cannot be suppressed while accelerating the flow velocity of G. In the above surface treatment apparatus, the ratio of the dimension W2 on the narrow side of the blowing portion 7 to the length L in the vertical direction of the blowing portion 7 is preferably W2 / L = 0.002 to 19.9. If it deviates from this range, the flow rate of the gas flow G blown out from the reaction vessel 1 by the arc suppression means may not be accelerated. Furthermore, in the above surface treatment apparatus, the ratio of the distance K between the base 8 of the blowing unit 7 and the lower surface of the lower electrode 3 closest to the blowing unit 7 to the vertical length L of the blowing unit 7 is K It is preferable that /L=0.002-50. If it deviates from this range, there is a possibility that the arc to the workpiece 4 cannot be suppressed by the arc suppression means. The distance K is the vertical length of the buffer unit 15.
[0034]
And the surface treatment apparatus of this embodiment performs surface treatment similarly to what is shown to FIG. 1, 2, Comprising: There exists an effect similar to what is shown to FIG. Moreover, in the surface treatment apparatus shown in FIGS. 3 and 4, the gas flow G containing the active species can be continuously blown out in a curtain shape, so that the surface area of the workpiece 4 is larger than that shown in FIGS. The gas flow G containing the active species can be sprayed and supplied at a time, and the processing efficiency can be increased.
[0035]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. In Examples 1 to 22 and Comparative Examples 1 to 6, the surface treatment was performed while moving the workpiece 4 horizontally at 10 mm / second 5 mm downstream (downward) from the outlet 13 of the reaction vessel 1 of the surface treatment apparatus. Went. As the object to be processed 4, a silicon substrate coated with a negative photoresist was used.
[0036]
(Example 1 and Comparative Examples 1 and 2)
In Example 1, a surface treatment apparatus equipped with the reaction vessel 1 shown in FIGS. The reaction vessel 1 is made of quartz glass having a thickness of 1 mm. In the first embodiment, in order to increase the flow rate of the gas flow G including the active species blown from the blowing port 13 as compared with the flow rate of the gas in the discharge space 17 of the discharge generating unit 6 between the upper and

lower electrodes

2 and 3, The stage from the outlet 13 to 20 mm upstream is the outlet 7 (length L = 20 mm), the inner diameter D2 at the outlet 7 is 1 mm, and the inner diameter D1 at the other region (gas flow path 10) is 3 mm. It was set as the attached structure. The

electrodes

2 and 3 were installed in the region of the discharge generating portion 6 having an inner diameter of 3 mm, and the lower electrode 3 was positioned 16 mm upstream from the base portion 8 of the blowing portion 7 (K = 16 mm). A buffer portion 15 extends from the lower surface of the lower electrode 3 to the base portion 8 of the blowing portion 7. Therefore, the lowermost surface of the lower electrode 3 is 36 mm upstream from the outlet 13 at the tip (lower end) of the reaction vessel 1.
[0037]
In Comparative Example 1, a straight quartz glass tube having a thickness of 1 mm and an inner diameter of 3 mm was used for the reaction vessel 1. In Comparative Example 2, a straight quartz glass tube having a wall thickness of 1 mm and an inner diameter of 1 mm was used for the reaction vessel 1. In both Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the lower surface of the lower electrode 3 was installed 36 mm upstream from the outlet 13 at the tip of the reaction vessel 1 as in Example 1.
[0038]
The pair of

electrodes

2 and 3 were made of copper, and the surface thereof was subjected to gold plating. The distance between

adjacent electrodes

2 and 3 was 5 mm. A cooling water flow path 16 for circulating cooling water was provided inside the

electrodes

2 and 3, and cooling water was circulated through the cooling water flow path 16 to cool the

electrodes

2 and 3. The upper electrode 2 was connected to a power source 20 that generates a high-frequency electric field (voltage), and the lower electrode 3 was grounded. These configurations are the same in Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
[0039]
Using these surface treatment apparatuses, a mixed gas of argon of 1.75 liters / minute and oxygen of 0.022 liters / minute is introduced into the reaction vessel 1 under atmospheric pressure, and high frequency power of 13.56 MHz and 100 W is applied. The surface treatment was performed by injecting a gas flow G containing active species from the outlet 13 of the reaction vessel 1 onto the surface of the workpiece 4. For Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the etching depth of the resist after the surface treatment was measured, and the flow rate of the gas flow G blown from the outlet 13 of the reaction vessel 1 was measured. These results are shown in Table 1.
[0040]
[Table 1]

[0041]
As shown in Table 1, in Example 1, the flow velocity of the gas flow G at the outlet 13 was increased by about 8 times compared to Comparative Example 1. At the same time, the amount of etching increased greatly, and a significant difference in processing speed due to an increase in the flow rate at the outlet 13 was confirmed. Moreover, in the comparative example 2, since the discharge generation part 6 is narrow and the buffer part 15 which is an arc suppression means is not provided, it is thought that the arc to the to-be-processed object 4 generate | occur | produced.
[0042]
(Example 2 and Comparative Examples 3 and 4)
In Example 2, a surface treatment apparatus equipped with a rectangular reaction vessel 1 shown in FIGS. The reaction vessel 1 is made of quartz glass having a thickness of 1 mm. Further, the inner dimension W1 on the narrow side of the discharge generating part 6 (hereinafter referred to as discharge slit width) W1 was 1 mm, and the inner dimension on the narrow side of the blowing part 7 (hereinafter referred to as blowing slit width) W2 was 0.3 mm. . Furthermore, with respect to the width direction of the reaction vessel 1, the inlet 11 side (upper side) is 85 mm, the outlet 13 side (lower side) is 56 mm, the height is 80 mm, and the inclination angle θ between the tube axis direction and the narrow wall 10a is The cross-sectional area of the gas flow path is reduced toward 10.3 degrees toward the downstream direction. The inlet 11 was a 1 mm × 24 mm rectangle. In this embodiment, the length L of the blowing portion 7 is 3 mm.
[0043]
The

electrodes

2 and 3 are installed in the region of the discharge generating portion 6 having a discharge slit width W1 of 1 mm, and the lower electrode 3 is positioned so that its lower surface is 2 mm upstream from the base 8 of the blowing portion 7 ( K = 2 mm). A buffer portion 15 extends from the lower surface of the lower electrode 3 to the base portion 8 of the blowing portion 7. Therefore, the lowermost surface of the lower electrode 3 is 5 mm upstream from the outlet 13 at the tip (lower end) of the reaction vessel 1.
[0044]
In Comparative Example 3, a reaction vessel 1 having a discharge slit width W1 of 1 mm was used. In Comparative Example 4, a reaction vessel 1 having a discharge slit width W1 of 0.3 mm is used, and none of the blowing portions 7 as in Example 2 is provided. Further, in both Comparative Example 3 and Comparative Example 4, the lower surface of the lower electrode 3 was placed 5 mm upstream from the outlet 13 at the tip of the reaction vessel 1 as in Example 2.
[0045]
The pair of

electrodes

adjacent electrodes

electrodes

2 and 3. The upper electrode 2 was connected to a power source 20 that generates a high-frequency electric field (voltage), and the lower electrode 3 was grounded. These configurations are the same in Comparative Example 3 and Comparative Example 4.
[0046]
Using these surface treatment apparatuses, a mixed gas of 11.8 liters / minute of argon and 0.62 liters / minute of oxygen was introduced into the reaction vessel 1 under atmospheric pressure, and high frequency power of 13.56 MHz and 700 W was applied. The surface treatment was performed by injecting a gas flow G containing active species from the outlet 13 onto the surface of the workpiece 4. For Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4, the etching depth of the resist after the surface treatment was measured, and the flow rate of the gas flow G at the outlet 13 was measured. These results are shown in Table 2.
[0047]
[Table 2]

[0048]
As shown in Table 2, in Example 2, the flow velocity of the gas flow G at the outlet 13 was increased about twice as compared with Comparative Example 3. At the same time, the etching amount also increased, and it was possible to confirm a remarkable difference in the processing speed in the reaction vessel 1 due to the great increase in the flow rate of the gas flow G at the outlet 13. Moreover, in the comparative example 4, since the discharge generation part 6 is narrow and the buffer part 15 which is an arc suppression means is not provided, it is thought that the arc to the to-be-processed object 4 generate | occur | produced.
[0049]
(Examples 3 to 7 and Comparative Example 1)
The surface treatment apparatus used in this example is the same as the apparatus used in Example 1 except for the following points. That is, the inner diameter D2 of the blowing portion was changed between 0.1 mm and 2.8 mm, and the influence on the surface treatment was examined.
[0050]
Using these surface treatment apparatuses, a mixed gas of argon of 1.75 liters / minute and oxygen of 0.022 liters / minute is introduced into the reaction vessel 1 under atmospheric pressure, and high frequency power of 13.56 MHz and 100 W is applied. The surface treatment was performed by spraying the gas flow G from the outlet 13 of the reaction vessel 1 onto the surface of the workpiece 4. The results are shown in Table 3.
[0051]
[Table 3]

[0052]
As is apparent from Table 3, the flow velocity of the gas flow G at the blowing port 13 during discharge tended to increase as the inner diameter D2 of the blowing portion 7 decreased. The etching depth was increased in all Examples 3 to 7 as compared with Comparative Example 1 having no blowing portion 7. This is considered to be because oxygen radicals contributing to etching were effectively transported to the surface of the workpiece 4 with an increase in the flow velocity of the gas flow G at the outlet 13.
[0053]
(Examples 8 to 13)
The surface treatment apparatus used in this example is the same as the apparatus used in Example 1 except for the following points. That is, the inner diameter D1 of the blowing part 7 was changed to 0.4 mm and the inner diameter D1 of the discharge generating part 6 was changed between 0.5 to 50 mm, and the influence on the surface treatment was examined.
[0054]
Using these surface treatment apparatuses, a mixed gas of argon of 1.75 liters / minute and oxygen of 0.022 liters / minute is introduced into the reaction vessel 1 under atmospheric pressure, and high frequency power of 13.56 MHz and 100 W is applied. The surface treatment was performed by injecting the gas flow G at the outlet 13 of the reaction vessel 1 onto the surface of the workpiece 4. The results are shown in Table 4.
[0055]
[Table 4]

[0056]
As is apparent from Table 4, the etching depth tended to decrease as the inner diameter D1 of the discharge generating portion 6 increased. Further, in Example 13, the etching depth was extremely reduced. This is because discharge occurs on the wall surface of the reaction vessel 1, so that when the inner diameter D <b> 1 of the discharge generation portion 6 is increased, the gas discharge P is not actively performed at the center of the reaction vessel 1, and the etching amount is considered to be reduced. .
[0057]
(Examples 14 to 19 and Comparative Example 5)
The surface treatment apparatus used in this example is the same as that used in Example 2 except for the following points. That is, the influence on the surface treatment was examined by changing the dimension W2 on the narrow side of the blowing portion 7 between 0.1 and 1 mm and the length L of the blowing portion 7 between 1 and 60 mm.
[0058]
Using these surface treatment apparatuses, a mixed gas of 11.8 liters / minute of argon and 0.62 liters / minute of oxygen is introduced into the reaction vessel 1 under atmospheric pressure, and high frequency power of 13.56 MHz and 700 W is applied. The surface treatment was performed by spraying the gas flow G from the outlet 13 of the reaction vessel 1 onto the surface of the workpiece 4. The results are shown in Table 5.
[0059]
[Table 5]

[0060]
As shown in Table 5, an arc occurred in Comparative Example 5 without the blowing portion 7. In addition, by changing the length L of the blowout portion 7 and the dimension W2 on the narrow side of the blowout portion 7, a great influence was exerted on the etching depth and the presence or absence of arc generation. In Example 19 in which the length L of the blowing portion 7 is extremely long, the distance between the workpiece 4 and the discharge space 17 of the discharge generating portion 6 is increased, and thus the surface treatment is not effectively performed. Further, as the length L of the blowing portion 7 was shortened, there was a tendency that the generation of arcs was likely to occur. This is considered to be because the distance between the workpiece 4 and the

electrodes

2 and 3 is shortened.
[0061]
(Examples 20 to 22 and Comparative Example 6)
The surface treatment apparatus used in this example is the same as the apparatus used in Example 1 except for the following points. That is, the influence on the surface treatment was examined by changing the length L of the blowing portion 7 and the length K of the buffer portion 15 between 1 to 20 mm and 0 to 60 mm, respectively.
[0062]
Using these surface treatment apparatuses, a mixed gas of argon of 1.75 liters / minute and oxygen of 0.022 liters / minute was introduced into the reaction vessel under atmospheric pressure, and high frequency power of 13.56 MHz and 100 W was applied, Surface treatment was performed by injecting a gas flow G from the outlet 13 of the reaction vessel 1 onto the surface of the workpiece 4. The results are shown in Table 6.
[0063]
[Table 6]

[0064]
As shown in Table 6, by changing the length of the buffer portion 15, a great influence was exerted on the etching depth. In Comparative Example 6 where the buffer portion 15 is not present at all, since the plasma emission S generated by the gas discharge P flows into the blowing portion 7, the etching depth increases, but an arc to the workpiece 4 is likely to occur. became. In Example 22 in which (the length K of the buffer portion 15) / (the length L of the blowing portion 7) was 60, the etching depth was extremely reduced. This is because the inner area of the reaction vessel 1 in the downstream portion from the discharge generating portion 6 is increased, so that oxygen radicals in the gas flow containing the active species are deactivated on the inner wall surface of the reaction vessel 1, and the surface of the workpiece 4 It is probable that the etching was not performed.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a plurality of electrodes are provided outside a reaction vessel formed of an insulating material, a plasma generating gas is introduced into the reaction vessel, and an alternating current or pulse is applied between the electrodes. A gas discharge is generated inside the reaction vessel under atmospheric pressure or a pressure near it by applying an electric field, and a gas flow containing active species generated by this gas discharge is blown out of the reaction vessel and supplied to the object to be processed. In the surface treatment apparatus for performing the surface treatment of the object to be treated, the reaction container is provided with an arc suppression means for suppressing the arc to the object to be treated while accelerating the flow rate of the gas flow blown out from the reaction container. The arc suppression means can suppress the arc to the workpiece while accelerating the flow velocity of the gas flow blown out of the reaction vessel. In addition, the temperature rise of the gas flow supplied to the object to be processed is suppressed to suppress the thermal damage of the object to be processed, and the surface treatment can be performed in a short time to suppress the decrease in productivity. In addition, it is possible to increase the surface treatment capability while suppressing contamination of the object to be processed by oxides and suppressing damage to the object to be processed by the arc.
[0066]
Also ,spirit An arc is formed by forming a substantially cylindrical reaction vessel with a discharge generating part for generating body discharge and a blowing part for blowing out a gas flow, and by making the diameter of the blowing part smaller than the diameter of the discharge generating part Since the suppression means is formed, the flow velocity of the gas from the blowing portion is increased without increasing the introduction amount of the plasma generating gas into the reaction vessel by making the diameter of the blowing portion smaller than the diameter of the discharge generating portion. It is possible to increase the surface treatment ability without being economically disadvantageous.
[0067]
Also ,spirit A discharge generating part for generating body discharge and a blowing part for blowing out a gas flow to form a substantially rectangular tube-shaped reaction vessel, which is closer to the narrow side of the blowing part than the narrow side of the discharge generating part Since the arc suppression means is formed by reducing the size, the amount of plasma generation gas introduced into the reaction vessel can be reduced by making the size of the narrow side of the blowing portion smaller than the size of the narrow side of the discharge generating portion. Without increasing, the flow rate of the gas from the blowing portion can be increased, and the surface treatment ability can be enhanced without being economically disadvantageous.
[0068]
Also ,spirit Since the arc suppression means suppresses light emission caused by body discharge from being introduced into the blowing part, it is possible to make it difficult for the arc to be generated in the object to be processed through the blowing part from the light emission of the gas discharge. Damage can be suppressed.
[0069]
Further, the claims of the present invention 3 In the present invention, the diameter of the blowout part / the diameter of the discharge generation part or the dimension on the narrow side of the blowout part / the dimension on the narrow side of the discharge generation part is 0.005 to 0.99. Since the dimension on the narrow side of the portion is 0.5 to 20 mm, the surface treatment ability can be further enhanced while further suppressing damage to the object to be processed by the arc.
[0070]
Further, the claims of the present invention 4 In the invention, since the diameter of the blowing portion / the length of the blowing portion or the size of the narrow side of the blowing portion / the length of the blowing portion is 0.002 to 19.9, the damage to the workpiece due to the arc is further suppressed. However, the ability of surface treatment can be further enhanced.
[0071]
Further, the claims of the present invention 5 Since the distance between the base of the blowing portion and the electrode closest to the blowing portion / the length of the blowing portion is 0.002 to 50, the surface treatment ability can be improved while further suppressing damage to the workpiece due to the arc. It can be increased.
[0072]
Further, the claims of the present invention 6 The invention of 6. A surface treatment method using the surface treatment apparatus according to claim 1, wherein light emission generated by gas discharge while accelerating a flow rate of a gas flow blown out of the reaction vessel by an arc suppression means provided in the reaction vessel. Suppresses the introduction of air into the blowout part and suppresses arcing on the workpiece Therefore, it is possible to suppress the arc to the object to be processed while accelerating the flow velocity of the gas flow blown out of the reaction vessel by the arc suppressing means, and it is not economically disadvantageous by suppressing an increase in running cost. Suppressing the temperature rise of the gas flow supplied to the product to suppress thermal damage of the processed material, and further being able to perform the surface treatment in a short time to suppress the decrease in productivity. It is possible to increase the surface treatment capability while suppressing contamination by oxides and suppressing damage to the object to be processed by the arc.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the above.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of another embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the above.
[Explanation of symbols]
1 reaction vessel
2 electrodes
3 electrodes
4 Workpiece
6 Discharge generator
7 Callout
8 base

Claims

絶縁材料で形成される反応容器の外側に複数の電極を設け、反応容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器の内側に気体放電を発生し、この気体放電により生じる活性種を含むガス流を反応容器から吹き出して被処理物に供給することによって、被処理物の表面処理を行う表面処理装置において、気体放電を発生するための放電発生部とガス流を吹き出すための吹き出し部とを備えて略円筒状の反応容器を形成し、放電発生部の径よりも吹き出し部の径を小さくすることにより、反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのを抑制して被処理物へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器に設けて成ることを特徴とする表面処理装置。A plurality of electrodes are provided outside a reaction vessel formed of an insulating material, a gas for generating plasma is introduced into the reaction vessel, and an alternating current or a pulsed electric field is applied between the electrodes so that the atmospheric pressure or the vicinity thereof can be obtained. Surface treatment for performing surface treatment of the object to be processed by generating a gas discharge inside the reaction container under pressure and blowing a gas flow containing active species generated by this gas discharge from the reaction container to the object to be processed In the apparatus, a substantially cylindrical reaction vessel is formed with a discharge generating part for generating gas discharge and a blowing part for blowing out a gas flow, and the diameter of the blowing part is made smaller than the diameter of the discharge generating part. ah for it by, inhibiting the arc is suppressed from being introduced into the object to be processed luminescence balloon portion caused by gas discharge while accelerating the flow rate of the gas stream discharged from the reaction vessel Surface treatment apparatus characterized by comprising providing a suppressing means to the reaction vessel.

絶縁材料で形成される反応容器の外側に複数の電極を設け、反応容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に電極間に交流あるいはパルス状の電界を印加することにより大気圧又はその近傍の圧力下で反応容器の内側に気体放電を発生し、この気体放電により生じる活性種を含むガス流を反応容器から吹き出して被処理物に供給することによって、被処理物の表面処理を行う表面処理装置において、気体放電を発生するための放電発生部とガス流を吹き出すための吹き出し部とを備えて略角筒状の反応容器を形成し、放電発生部の狭小側の寸法よりも吹き出し部の狭小側の寸法を小さくすることにより、反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのを抑制して被処理物へのアークを抑制するためのアーク抑制手段を反応容器に設けて成ることを特徴とする表面処理装置。 A plurality of electrodes are provided outside a reaction vessel formed of an insulating material, a gas for generating plasma is introduced into the reaction vessel, and an alternating current or a pulsed electric field is applied between the electrodes so that the atmospheric pressure or the vicinity thereof can be obtained. Surface treatment for performing surface treatment of the object to be processed by generating a gas discharge inside the reaction container under pressure and blowing a gas flow containing active species generated by this gas discharge from the reaction container to the object to be processed In the apparatus, a discharge generating part for generating a gas discharge and a blowing part for blowing out a gas flow are formed to form a substantially rectangular tube-shaped reaction vessel, and the blowing part is smaller than the narrow side dimension of the discharge generating part. By reducing the size of the narrow side, the luminescence generated by gas discharge is suppressed from being introduced into the blowing part while accelerating the flow velocity of the gas flow blown out of the reaction vessel, and the arc to the object to be processed Surface treatment apparatus characterized by comprising an arc suppressing means for suppressing provided to the reaction vessel.

吹き出し部の径／放電発生部の径あるいは吹き出し部の狭小側の寸法／放電発生部の狭小側の寸法が０．００５〜０．９９であり、放電発生部の径あるいは放電発生部の狭小側の寸法が０．５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面処理装置。 The diameter of the blowing portion / the diameter of the discharge generating portion or the size of the narrow side of the blowing portion / the size of the narrow side of the discharge generating portion is 0.005 to 0.99, and the diameter of the discharge generating portion or the narrow side of the discharge generating portion The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the dimension of the surface treatment apparatus is 0.5 to 20 mm .

吹き出し部の径／吹き出し部の長さあるいは吹き出し部の狭小側の寸法／吹き出し部の長さが０．００２〜１９．９であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表面処理装置。 The diameter of the blowing part / the length of the blowing part or the size of the narrow side of the blowing part / the length of the blowing part is 0.002 to 19.9 . Surface treatment equipment.

吹き出し部の基部と吹き出し部に最も近い電極との距離／吹き出し部の長さが０．００２〜５０であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表面処理装置。 5. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the distance between the base of the blowing portion and the electrode closest to the blowing portion / the length of the blowing portion is 0.002 to 50. 6 .

請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理装置を用いた表面処理方法であって、反応容器に設けたアーク抑制手段により反応容器から吹き出すガス流の流速を加速しながら気体放電で生じる発光が吹き出し部に導入されるのを抑制して被処理物へのアークを抑制することを特徴とする表面処理方法。6. A surface treatment method using the surface treatment apparatus according to claim 1, wherein light emission generated by gas discharge while accelerating a flow rate of a gas flow blown out of the reaction vessel by an arc suppression means provided in the reaction vessel. The surface treatment method characterized by suppressing that the arc to a to-be-processed object is suppressed by introduce | transducing into a blowing part.