JP4103565B2 - Surface treatment apparatus and surface treatment method - Google Patents

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、上記のような活性種を含むガスやプラズマを被処理物に対して吹き出して表面処理を行う吹出型表面処理装置としては、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がある（例えば、特許文献１参照）。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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
また、表面処理装置としては、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（例えば、特許文献２参照）があるが、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。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２１３０３３号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】
特許第３１４７１３７号公報（特許請求の範囲等）
【０００９】
【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、短時間で表面処理を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。
【００１０】
【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内にガスを導入すると共に電極２、３間に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Ｇを反応容器１から吹き出して被処理物５に供給することによって、被処理物５の表面処理を行う表面処理装置において、ガス流Ｇに超音波振動を付与するための超音波発生手段４を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項１に係る表面処理装置は、上記超音波発生手段４を電極２、３よりも上流側に設けて成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る表面処理装置は、請求項１に加えて、反応容器１から吹き出されたガスを吸引するためのダクト６を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
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、被処理物５を吸着するための吸着ステージ２０を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項４に係る表面処理方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の表面処理装置により表面処理を行うにあたって、希ガス、窒素、酸素、空気の少なくとも一つを含有するガスを用いることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
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、その厚み方向（電極２、３が対向する方向）の寸法に比べて、上下方向及び幅方向に長い略角筒状（略矩形筒状）に形成されており、反応容器１の内側の空間はガス流路２１として形成されている。このガス流路２１の上端は反応容器１の上面全面にガス導入口７として開口していると共にガス流路２１の下端は反応容器１の下面全面に吹き出し口８として開口している。従って、ガス導入口７及び吹き出し口８は反応容器１の幅方向に細長いスリット状に形成されているものである。
【００１８】
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略直方体に形成されている。また、電極２、３の内部には冷却水循環路１１が設けられており、この冷却水循環路１１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。
【００１９】
そして、電極２、３は反応容器１を両側から挟むように対向させるようにして反応容器１の外側に設けられている。また、反応容器１の電極２と電極３に挟まれた部分が放電発生部１０として形成されており、この放電発生部１０の内側の空間であるガス流路２１の一部が放電空間２２として形成されている。
【００２０】
上記電極２、３には高電圧を発生する電源９が接続されており、一方（図１のものでは左側）の電極２が高圧電極として、他方（図１のものでは右側）の電極３が低圧電極として形成されている。また、他方の電極３が接地されている場合、この電極３は接地電極として形成されるものである。尚、電極２、３の間隔は気体放電（プラズマ）を安定に発生するために０．１〜３０ｍｍに設定するのが好ましい。そして、この電源９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２２に交番（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。交番の電界は休止時間（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２２で気体放電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２２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、０．５〜３０ｋＶに設定することができる。
【００２１】
電源９として交流電源を用いた場合、放電空間２２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２２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２２での気体放電（プラズマ）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２２に印加される印加電力の密度は０．１〜３５００Ｗ／ｃｍ^３に設定するのが好ましい。放電空間２２に印加される印加電力の密度が０．１Ｗ／ｃｍ^３未満であれば、気体放電を十分に発生させることができなくなり、逆に、放電空間２２に印加される印加電力の密度が３５００Ｗ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３）は、（印加電力／放電空間２２の体積）で定義される。
【００２２】
また、本発明は超音波発生手段４として一対の超音波発生器２４を備えている。超音波発生器２４は超音波振動子とその駆動電源等を備えたものであって、電極２、３よりも上側においてガス流路２１内に露出するようにして反応容器１に設けられている。また、一対の超音波発生器２４はガス流路２１を挟んで対向するように配置されている。そして、この超音波発生器２４はガス流路２１内のガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。
【００２３】
また、本発明は反応容器１から吹き出されたガスを吸引するためのダクト６を備えている。このダクト６は反応容器１の吹き出し口８の近傍に設けられるものであって、複数個の配管２５の内部空間で形成されている。また、ダクト６の一端は吹き出し口８の側方で開口していると共にダクト６の他端にはポンプ等の吸引手段が接続されている。
【００２４】
本発明では、プラズマ生成用のガスとして希ガス、窒素、酸素、空気をそれぞれ単独で用いたりあるいは複数種を混合したりして用いることができる。希ガスとしては、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、希ガスや窒素に反応ガスを混合して使用することができる。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５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、窒素、酸素、空気、ＣＯ_２、Ｎ_２Ｏなどのガスを用いるのが好ましい。また、反応ガスとしてＣＦ_４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希ガスや窒素ガスの全量に対して２０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２０体積％を超えると、放電が不安定になる恐れがある。
【００２５】
上記のように形成される本発明の表面処理装置で被処理物５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、ガス導入口７から反応容器１の内側のガス流路２１内に上記のガスを導入する。このようにガス流路２１内に導入されたガスはガス流路２１内を上から下に向かって流れて放電空間２２に達するが、放電空間２２に達する前に上記ガスのガス流Ｇは超音波発生器２４の近傍を通過することになり、これにより、ガス流Ｇには超音波発生器２４により超音波振動が付与されることになる。すなわち、ガス流Ｇの流れ方向において、電極２、３よりも上流側に設けた超音波発生器２４により放電空間２２に達する前のガス流Ｇに超音波振動が付与されるものである。このように本実施の形態では、反応容器１のガス流路２１内において放電空間２２の上流側でガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。ここで、ガス流Ｇに付与される超音波振動の周波数は２０〜５００ｋＨｚとすることができるが、これに限定されるものではない。
【００２６】
上記のようにして超音波発生器２４を通過して超音波振動が付与されたガス（ガス流Ｇ）は放電空間２２に流入する。ここで、電源９により電極２、３間に高電圧を印加することにより放電空間２２には交番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２２に気体放電が発生すると共にこの気体放電によりガスがプラズマ化されて放電空間２２に活性種（イオンやラジカル等）が生成される。そして、上記の超音波振動により放電空間２２における反応容器１の内面とガスとの境界層（速度境界層や濃度勾配や温度境界層など）の成長が抑制されるため、上記気体放電による活性種の生成が促進されるものである。
【００２７】
この後、活性種を含むガス流Ｇは吹き出し口８から連続的にカーテン状に吹き出されるものであり、吹き出し口８の下側に被処理物５を配置すると共に活性種を含むガス流Ｇを吹き出し口８から被処理物５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５の表面処理を行うことができる。
【００２８】
さらに、表面処理後のガスをダクト６により吸引することにより、被処理物５の表面付近でのガスの滞留を抑制することができると共にガス流Ｇによって被処理物５の表面から吹き上げられた塵を速やかに吸い取ることができる。また、ガスそのものを回収することにより、ガスの再利用を行うことも可能である。
【００２９】
尚、吹き出し口８の下側に被処理物５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５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５を吹き出し口８の下側に順次搬送することによって、複数の被処理物５を連続的に表面処理することができる。また、吹き出し口８と被処理物５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５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、１〜３０ｍｍに設定することができる。
【００３０】
そして、本発明では、超音波発生器２４によりガス流Ｇに超音波振動を付与することによりガス流路２１内のガス流Ｇと反応容器１の内面との境界層を薄くすることができ、放電空間２２における活性種の生成を促進することができるものである。従って、ガス流路２１におけるガスの流量を増加させることなく、ガス流Ｇに超音波振動を付与することによって、ガス流Ｇ中の活性種の密度を増加させて表面処理の能力を高めることができ、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。
【００３１】
また、本発明では放電空間２２に投入する印加電力を増加させることなく、ガス流Ｇに超音波振動を付与することによって、ガス流Ｇ中の活性種の密度を増加させて表面処理の能力を高めることができ、吹き出し口８から吹き出す活性種を含むガス流Ｇの温度が上昇することがなく、被処理物５に熱的損傷が生じないものであり、しかも、被処理物５と放電場（放電発生部１０）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。
【００３２】
さらに、本発明では活性種を含むガス流Ｇを被処理物５に供給する時間を長くせずに吹き出し口８からの吹き出されるガス流Ｇの活性種の密度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５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。
【００３３】
また、本発明では放電発生部１０から被処理物５までの距離を短くすることなく、吹き出し口８からのガス流Ｇに含まれる活性種の密度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５へのアークが生じにくくなって、アークにより被処理物５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８と被処理物５の間に金属メッシュを介在させていないので、被処理物５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５を汚すという問題も発生しないものである。
【００３４】
図２に本発明の参考例を示す。この参考例の表面処理装置は、図１に示すものと比べて、反応容器１と超音波発生器２４との位置関係が異なるものであり、その他の構成は図１に示すものと同等である。すなわち、この表面処理装置では、電極２、３の上側に超音波発生器２４を設けずに、反応容器１の吹き出し口８の下側（直下）に一対の超音波発生器２４を対向配置したものであり、ガス流Ｇの流れ方向において、反応容器１の下流側に超音波発生器２４を直線状に並べて設けたものである。また、一対の超音波発生器２４の間の空間が吹き出し口８と連通して形成されている。
【００３５】
上記のように形成される表面処理装置で被処理物５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において、ガス導入口７から反応容器１の内側のガス流路２１内に上記のガスを導入する。このようにガス流路２１内に導入されたガスはガス流路２１内を上から下に向かって流れて放電空間２２に達する。この後、電源９により電極２、３間に高電圧を印加することにより放電空間２２には交番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２２に気体放電が発生すると共にこの気体放電によりガスがプラズマ化されて放電空間２２に活性種（イオンやラジカル等）が生成される。
【００３６】
この後、活性種を含むガス流Ｇは吹き出し口８から連続的にカーテン状に吹き出され、一対の超音波発生器２４の間の空間に導入される。ここで、被処理物５に達する前に上記ガス流Ｇは超音波発生器２４の近傍を通過することになり、これにより、ガス流Ｇには超音波発生器２４により超音波振動が付与されることになる。すなわち、ガス流Ｇの流れ方向において、反応容器１の吹き出し口８よりも下流側に設けた超音波発生器２４により被処理物５に供給される前のガス流Ｇに超音波振動が付与されるものである。このようにこの参考例では、反応容器１のガス流路２１から吹き出されたガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。ここで、ガス流Ｇに付与される超音波振動の条件は上記と同様にすることができる。
【００３７】
この後、超音波発生器２４の下側に被処理物５を配置すると共に活性種を含むガス流Ｇを超音波発生器２４間の空間から被処理物５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５の表面処理を行うことができる。
【００３８】
図２に示す表面処理装置では、図１のものと比較して、反応容器１の吹き出し口８と被処理物５の間に超音波発生器２４を配設することによって、超音波発生器２４が被処理物５に近接しているため、ガス流Ｇへの超音波振動の付与の効果は被処理物５の表面に大きく現れる。すなわち、図２に示す表面処理装置では、吹き出し口８から吹き出されたガス流Ｇへの超音波振動の付与により、ガス流Ｇによって生じる被処理物５の表面とガスとの境界層（速度境界層や濃度勾配や温度境界層など）の成長を抑制し、ガス流Ｇに含まれる活性種を容易に被処理物５の表面に到達させることができ、表面処理能力を高めることが可能となるものである。よって、この参考例の表面処理装置は被処理物５の表面への活性種の輸送を効率的に行うことができ、図１に示すものとほぼ同様にして表面処理を行うことによって、図１に示すものと同様の作用効果を奏するものである。
【００３９】
本発明においては、活性種を含むガス流Ｇを被処理物５の表面に供給している間に、被処理物５を吸着して保持するために吸着ステージ２０を備えることができる。吸着ステージ２０は平板状（プレート状）に形成される吸着プレート３３と設置台３０により構成されている。吸着プレート３３には厚み方向に貫通する多数の微細孔が全体に亘って形成されている。
【００４０】
吸着プレート３３に形成された平均微細孔の直径（微細孔の平均直径）は５０〜２００μｍであることが好ましい。平均微細孔の直径が５０μｍ未満であれば、微細孔を通じて被処理物５が吸引するのが難しくなり、吸着プレート３３への被処理物の吸着力が小さくなる恐れがある。また、平均微細孔の直径が２００μｍを超えると、吸引の際に被処理物５が微細孔に変形しながら引き込まれ、被処理物５に微細孔の開口の跡が残る恐れがある。
【００４１】
また、吸着プレート３３の空孔率（気孔率）は２０〜６０％であることが好ましい。吸着プレート３３の空孔率が２０％未満であれば、吸着プレート３３の表面に被処理物５を充分に吸着することができず、被処理物５に反りが発生する恐れがあり、吸着プレート３３の空孔率が６０％を超えると、吸着プレート３３の強度が低くなって割れや欠け等が発生する恐れがある。
【００４２】
また、吸着プレート３３の厚みは０．５〜５ｍｍであることが好ましい。吸着プレート３３の厚みが０．５ｍｍ未満であれば、吸着プレート３３の強度が低くなって割れや欠け等の破損が生じやすくなる恐れがあり、吸着プレート３３の厚みが５ｍｍを超えても大きな効果は得られず、経済的に不利になる恐れがある。
【００４３】
上記の吸着プレート３３は、設置台３０の上面開口に隙間なくはめ込んで取り付けられている。設置台３０には吸引路３１が形成されており、この吸引路３１には真空ポンプなどの吸引手段３２が接続されている。
【００４４】
そして、上記の吸着ステージ２０を図１に示すものにおいて反応容器１の吹き出し口８の下側に配設することによって、図３に示すような表面処理装置を形成することができ、また、上記の吸着ステージ２０を図２に示すものにおいて超音波発生器２４の下側に配設することによって、図４に示すような表面処理装置を形成することができる。
【００４５】
図３、４に示す表面処理装置においても、図１、２に示すものと同様にして被処理物５の表面処理が行われるが、活性種を含むガス流Ｇを被処理物５に供給している間、被処理物５を吸着プレート３３の表面（上面）に吸着させるものである。被処理物５を吸着プレート３３の表面に吸着させるにあたっては、吸引手段３２を動作させることにより、吸引路３１及び吸着プレート３３の微細孔を介して吸引手段３２の吸引作用を吸着プレート３３の表面に載置された被処理物５に及ぼすようにするものであり、これにより、被処理物５を吸着プレート３３の表面に吸引密着して保持するものである。
【００４６】
上記のような吸着ステージ２０は、シート状あるいはフィルム状あるいは板状に形成される薄い被処理物５を表面処理する場合に有効である。すなわち、上記シート状等の薄い被処理物５は、活性種を含有するガス流Ｇが吹き付けられて供給されると、ガス流Ｇの熱等で反りが発生することがあり、このために、均一な表面処理を行うことができない恐れがある。そこで、本発明のように、吸着ステージ２０を用いて吸着プレート３３の表面に吸着して保持しながら表面処理をおこなうことによって、薄い被処理物５であってもガス流Ｇの熱等で反ることがなく、被処理物５の表面に均一に活性種を供給することができるものであり、これにより、被処理物５の表面の全体に亘って均一な表面処理を行うことができるものである。
【００４７】
尚、上記の薄い被処理物５としては液晶表示装置用ガラス板やプリント配線板（リジットとフレキシブルの両方を含む）などを例示することができるが、これに限定されるものではない。また、多数枚の被処理物５を連続的に表面処理する場合は、被処理物５を吸着させた吸着ステージ２０を連続的に反応容器１の下側に搬送するようにしてもよい。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００４９】
（実施例１）
図１に断面を示す矩形筒状の反応容器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り、また、放電発生部１０の狭小側の内寸（ガス導入口７と吹き出し口８のスリット幅と同じであり、放電スリット幅という）は１ｍｍとした。さらに、反応容器１の幅広側は５６ｍｍとした。電極２，３はその下面が吹き出し口８から５ｍｍ上流側に位置するようにした。
【００５０】
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は反応容器１の幅広側に反応容器１を挟みこむように設置した。電極２、３の内部の冷却水循環路１１には冷却水を循環させ、電極２、３を冷却した。左側の電極２は交番する高周波電界(電圧)を発生する電源９に接続し、右側の電極３は接地した。
【００５１】
超音波発生手段４は対向配置した板状の超音波発生器２４から構成されている。超音波発生器２４は反応容器１の電極２、３の上流側に設置し、放電空間２２に導入される前において、反応容器１のガス流路２１内のガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。実施例１では２８ｋＨｚの超音波振動を与えた。
【００５２】
ダクト６は吹き出し口８の両側に吹き出し口８を挟むように設置され、被処理物５にガス流Ｇを吹き付けることにより吹き上げられたガスを吸引して回収するものである。
【００５３】
上記のような表面処理装置を用いて、大気圧下でアルゴン５．８リットル／分、酸素０．０３リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、１３．５６ＭＨｚ、７００Ｗの交番の高周波電力を印加し、反応容器１の吹き出し口８より活性種を含むガス流Ｇを５０ｍｍ／ｓで搬送している被処理物５の表面に吹き付ける（噴射する）ことにより表面処理を行った。被処理物５は液晶用の素ガラスを用い、吹き出し口８と被処理物５との距離は３ｍｍとした。
【００５４】
（比較例１）
超音波発生器２４及びダクト６を備えていない以外は実施例１と同様にして表面処理装置を形成した。
【００５５】
実施例１及び比較例１について表面処理後の被処理物５の水接触角を測定した。また、表面処理前の被処理物５の表面の２ｍｍ平方の部分に液晶表示板に使用される直径５μｍのスペーサービーズを３００個散布し、表面処理後のスペーサービーズの残数を調べた。これらの結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１に示すように実施例１では比較例１に比べて水接触角が減少し、さらに、表面処理前に散布したビーズも実施例１では除去されるが、比較例１では残存するものであった。これにより、実施例１は比較例１よりも表面処理能力が高いと言える。
【００５８】
（参考例２）
図２に断面を示す矩形筒状の反応容器１を装備した表面処理装置を使用した。反応容器１及び電極２、３は実施例１と同様に形成した。参考例２では電極２、３の下面は超音波発生器２４の上端より１ｍｍ上流側に設置した。また、左側の電極２はパルス状の高周波電界（電圧）を発生する電源９に接続し、右側の電極３は接地した。超音波発生部２４は対向配置した板状の超音波発生器２４から構成されている。超音波発生器２４は反応容器１の吹き出し口８の下側に設置し、吹き出し口８から吹き出されるガス流Ｇに超音波振動を付与するものである。参考例２では２８ｋＨｚの超音波を与えた。
【００５９】
その他の構成は実施例１と同様にした。
【００６０】
上記のような表面処理装置を用いて、大気圧下で窒素５．８リットル／分、酸素０．０３リットル／分の混合ガスを反応容器１に導入し、７０ｋＨｚで７００Ｗのパルス状の高周波電力を印加し、対向配置された一対の超音波発生器２４の間の空間より活性種を含むガス流Ｇを３０ｍｍ／ｓで搬送している被処理物５の表面に吹き付ける（噴射する）ことにより表面処理を行った。被処理物５は液晶用カラーフィルタガラスを用い、一対の超音波発生器２４の間の空間の下端と被処理物５との距離は３ｍｍとした。
【００６１】
（比較例２）
超音波発生器２４及びダクト６を備えていない以外は参考例２と同様にして表面処理を形成した。また、比較例２では電極２、３の下面を反応容器８の下端より１ｍｍ上流側に設置した。
【００６２】
参考例２及び比較例２について表面処理後の被処理物５の水接触角を測定した。また、表面処理前の被処理物５の表面の２ｍｍ平方の部分に液晶表示板に使用される直径５μｍのスペーサービーズを３００個散布し、表面処理後のスペーサービーズの残数を調べた。これらの結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】

【００６４】
表２に示すように参考例２では比較例２に比べて水接触角が減少し、さらに、表面処理前に散布したビーズも参考例２では除去されるが、比較例２では残存するものであった。これにより、参考例２は比較例２よりも表面処理能力が高いと言える。
【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、反応容器内にガスを導入すると共に電極間に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、ガス流に超音波振動を付与するための超音波発生手段を設けるので、超音波発生手段によりガス流に超音波振動を付与することによって、ガス流と反応容器の内面との境界層を薄くしたり、あるいはガス流と被処理物との境界層の成長を抑制したりすることができ、活性種の生成を促進したり被処理物の表面への活性種の輸送を効率的に行ったりすることができるものであり、従って、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、短時間で表面処理を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、本発明の請求項１の発明は、上記超音波発生手段を電極よりも上流側に設けるので、超音波発生手段により反応容器内のガス流に超音波振動を付与することによって、反応容器内のガス流と反応容器の内面との境界層を薄くすることができ、活性種の生成を促進することができるものであり、従って、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、短時間で表面処理を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。
【００６８】
また、本発明の請求項２の発明は、反応容器から吹き出されたガスを吸引するためのダクトを設けるので、反応容器から吹き出されたガス流と被処理物との境界層の成長をさらに抑制することができ、表面処理の能力をさらに高め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、被処理物を吸着するための吸着ステージを設けるので、吸着ステージに被処理物を吸着して保持した状態で表面処理を行うことによって、被処理物に反りが発生しにくくなり、被処理物に均一に活性種を含むガス流を供給することができて均一な表面処理を行う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、請求項１乃至３のいずれかに記載の表面処理装置により表面処理を行うにあたって、希ガス、窒素、酸素、空気の少なくとも一つを含有するガスを用いるので、ガスの種類によって各種の表面処理を容易に行う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断面図である。
【図２】 同上の参考例の一例を示す断面図である。
【図３】 同上の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図４】 同上の他の参考例の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 反応容器
２ 電極
３ 電極
４ 超音波発生手段
５ 被処理物
６ ダクト
２０ 吸着ステージ[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, as a blowout type surface treatment apparatus that performs surface treatment by blowing a gas or plasma containing active species as described above to an object to be treated, a discharge space formed between a high-voltage electrode and a ground electrode is disposed. The discharge part is formed, and the reaction gas is allowed to flow into the discharge part from the upstream side thereof, and after the reaction gas passes through the discharge space, the reaction gas is blown out from the outlet provided on the downstream side of the discharge part, and then ejected to the object to be processed. In other words, a plasma is excited by applying a high voltage between a high-voltage electrode and a ground electrode to pass a reaction gas through a discharge space where glow discharge or silent discharge is performed near atmospheric pressure (for example, Patent Document 1). reference). 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.
[0004]
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. 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.
[0005]
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.
[0006]
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.
[0007]
In addition, as a surface treatment apparatus, a gas containing active species is used in order to increase the surface treatment capability by reducing the distance between the discharge space and the object to be treated and to prevent the object from being damaged by the arc. There is a metal mesh interposed between a gas jet port that blows out a flow and the object to be processed, and this metal mesh is grounded (for example, see Patent Document 2). 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.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-213033 A (Claims etc.)
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3147137 (Claims etc.)
[0009]
[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 increased while suppressing the damage to the object 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.
[0010]
[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, gas is introduced into the reaction vessel 1 and between the electrodes 2 and 3. By applying an electric field, a gas discharge is generated inside the reaction vessel 1 at atmospheric pressure or in the vicinity thereof, and a gas flow G containing active species generated by the gas discharge is blown out of the reaction vessel 1 to be processed 5. In the surface treatment apparatus for performing the surface treatment of the object to be treated 5, the ultrasonic wave generation means 4 for applying ultrasonic vibration to the gas flow G is provided.
[0011]
Further, the claims of the present invention 1 The surface treatment equipment according to ,Up The ultrasonic wave generation means 4 is provided upstream of the electrodes 2 and 3.
[0013]
Further, the claims of the present invention 2 The surface treatment apparatus according to claim 1 In addition, a duct 6 for sucking the gas blown out from the reaction vessel 1 is provided.
[0014]
Further, the claims of the present invention 3 A surface treatment apparatus according to claim 1 is provided. Or 2 In addition, an adsorption stage 20 for adsorbing the workpiece 5 is provided.
[0015]
Claims of the invention 4 The surface treatment method according to claim 1 to claim 1. 3 In performing the surface treatment with the surface treatment apparatus according to any one of the above, a gas containing at least one of a rare gas, nitrogen, oxygen, and air is used.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0017]
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. The reaction vessel 1 is formed in a substantially rectangular tube shape (substantially rectangular tube shape) that is longer in the vertical direction and the width direction than the dimension in the thickness direction (the direction in which the electrodes 2 and 3 face each other). A space inside the container 1 is formed as a gas flow path 21. The upper end of the gas channel 21 is opened as a gas inlet 7 over the entire upper surface of the reaction vessel 1 and the lower end of the gas channel 21 is opened as a blowing port 8 over the entire lower surface of the reaction vessel 1. Accordingly, the gas introduction port 7 and the blowout port 8 are formed in the shape of slits elongated in the width direction of the reaction vessel 1.
[0018]
The electrodes 2 and 3 are formed in a substantially rectangular parallelepiped using a conductive metal material such as copper, aluminum, brass, stainless steel having high corrosion resistance (such as SUS304). Further, a cooling water circulation path 11 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 11. 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.
[0019]
The electrodes 2 and 3 are provided outside the reaction vessel 1 so as to face each other so as to sandwich the reaction vessel 1 from both sides. Further, a portion sandwiched between the electrode 2 and the electrode 3 of the reaction vessel 1 is formed as a discharge generation unit 10, and a part of the gas flow path 21 that is a space inside the discharge generation unit 10 is a discharge space 22. Is formed.
[0020]
A power source 9 for generating a high voltage is connected to the electrodes 2 and 3. One electrode 2 (left side in FIG. 1) is a high-voltage electrode, and the other (right side in FIG. 1) electrode 3 is It is formed as a low voltage electrode. When the other electrode 3 is grounded, this electrode 3 is formed as a ground electrode. In addition, it is preferable to set the space | interval of the electrodes 2 and 3 to 0.1-30 mm in order to generate | occur | produce gas discharge (plasma) stably. By applying a high voltage between the electrodes 2 and 3 by the power source 9, an alternating (alternating current) or pulsed electric field can be applied to the discharge space 22 between the electrodes 2 and 3 through the electrodes 2 and 3. Is. An alternating electric field has an electric field waveform (for example, a sine wave) with little or no rest time (time when the voltage is constant and in a steady state), and a pulsed electric field has an electric field waveform with a rest time. It is what you have. In addition, the voltage between the electrodes 2 and 3 necessary for continuously generating gas discharge in the discharge space 22 may vary depending on the thickness of the reaction vessel 1 and the size of the discharge space 22 and may be set as appropriate. , 0.5 to 30 kV.
[0021]
When an AC power source is used as the power source 9, the frequency of the AC electric field applied to the discharge space 22 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 22 cannot be stabilized, and the surface treatment may not be performed efficiently. If the frequency of the alternating electric field exceeds 200 MHz, the temperature of the gas discharge (plasma) in the discharge space 22 increases significantly, and the life of the reaction vessel 1 and the electrodes 2 and 3 may be shortened. The apparatus may become complicated and large. In the present invention, the density of the applied power applied to the discharge space 22 is 0.1 to 3500 W / cm. ³ It is preferable to set to. The density of the applied power applied to the discharge space 22 is 0.1 W / cm ³ If it is less than that, gas discharge cannot be sufficiently generated, and conversely, the density of the applied power applied to the discharge space 22 is 3500 W / cm. ³ If it exceeds, stable discharge may not be obtained. The applied power density (W / cm ³ ) Is defined by (applied power / volume of discharge space 22).
[0022]
Further, the present invention includes a pair of ultrasonic generators 24 as the ultrasonic generator 4. The ultrasonic generator 24 includes an ultrasonic vibrator and a driving power source thereof, and is provided in the reaction vessel 1 so as to be exposed in the gas flow path 21 above the electrodes 2 and 3. . Further, the pair of ultrasonic generators 24 are arranged so as to face each other with the gas flow path 21 therebetween. The ultrasonic generator 24 applies ultrasonic vibration to the gas flow G in the gas flow path 21.
[0023]
Further, the present invention includes a duct 6 for sucking the gas blown out from the reaction vessel 1. The duct 6 is provided in the vicinity of the outlet 8 of the reaction vessel 1 and is formed in the internal space of a plurality of pipes 25. In addition, one end of the duct 6 is opened at the side of the outlet 8 and suction means such as a pump is connected to the other end of the duct 6.
[0024]
In the present invention, a rare gas, nitrogen, oxygen, and air can be used alone or a plurality of types can be used as a plasma generating gas. As the rare gas, helium, argon, neon, krypton, or the like can be used, but it is preferable to use argon or helium in consideration of the stability and economical efficiency of gas discharge. Further, a reaction gas can be mixed with a rare gas or nitrogen. The type of reaction gas can be arbitrarily selected depending on the content of the treatment. For example, when cleaning the organic substance existing on the surface of the object 5 to be processed, peeling the resist, etching the organic film, etc., nitrogen, oxygen, air, CO ₂ , N ₂ It is preferable to use a gas such as O. Also, CF as a reaction gas ₄ 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 20% by volume or less, preferably in the range of 0.1 to 5% by volume with respect to the total amount of rare gas and nitrogen gas. If the addition amount of the reaction gas is less than 0.1% by volume, the surface treatment effect may be lowered, and if the addition amount of the reaction gas exceeds 20% by volume, the discharge may become unstable.
[0025]
When the surface treatment of the workpiece 5 is performed by the surface treatment apparatus of the present invention formed as described above, the treatment is performed as follows. First, the above gas is introduced from the gas inlet 7 into the gas flow path 21 inside the reaction vessel 1 under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof (93.3 to 106.7 kPa (700 to 800 Torr)). . Thus, the gas introduced into the gas flow path 21 flows from the top to the bottom in the gas flow path 21 and reaches the discharge space 22, but before reaching the discharge space 22, the gas flow G of the gas is super It passes near the sound wave generator 24, and thus, ultrasonic vibration is applied to the gas flow G by the ultrasonic wave generator 24. That is, in the flow direction of the gas flow G, ultrasonic vibration is imparted to the gas flow G before reaching the discharge space 22 by the ultrasonic generator 24 provided upstream of the electrodes 2 and 3. Thus, in the present embodiment, ultrasonic vibration is applied to the gas flow G on the upstream side of the discharge space 22 in the gas flow path 21 of the reaction vessel 1. Here, the frequency of ultrasonic vibration applied to the gas flow G can be 20 to 500 kHz, but is not limited thereto.
[0026]
The gas (gas flow G) to which the ultrasonic vibration is applied through the ultrasonic generator 24 as described above flows into the discharge space 22. Here, an alternating or pulsed electric field is applied to the discharge space 22 by applying a high voltage between the electrodes 2 and 3 by the power source 9, so that the pressure at or near atmospheric pressure is applied by applying this electric field. A gas discharge is generated in the discharge space 22, and the gas is turned into plasma by the gas discharge to generate active species (ions, radicals, etc.) in the discharge space 22. Since the growth of the boundary layer (velocity boundary layer, concentration gradient, temperature boundary layer, etc.) between the inner surface of the reaction vessel 1 and the gas in the discharge space 22 is suppressed by the ultrasonic vibration, the active species due to the gas discharge are suppressed. The generation of is promoted.
[0027]
Thereafter, the gas stream G containing active species is continuously blown out from the outlet 8 in the form of a curtain, and the gas stream G containing active species is disposed while the workpiece 5 is disposed below the outlet 8. The surface treatment of the object to be treated 5 can be performed by spraying and supplying a part or all of the surface of the object to be treated 5 from the outlet 8.
[0028]
Further, by sucking the surface-treated gas through the duct 6, it is possible to suppress gas stagnation in the vicinity of the surface of the object to be treated 5, and dust blown up from the surface of the object to be treated 5 by the gas flow G. Can be sucked out quickly. It is also possible to reuse the gas by collecting the gas itself.
[0029]
In addition, when arrange | positioning the to-be-processed object 5 under the blower outlet 8, it can carry out by conveying the to-be-processed object 5 with conveying apparatuses, such as a belt conveyor. Further, the plurality of objects to be processed 5 can be successively surface-treated by sequentially conveying the objects to be processed 5 to the lower side of the blowout port 8 by the conveying device. Further, the distance between the outlet 8 and the surface of the object to be processed 5 can be set as appropriate depending on the flow rate of the gas flow G, the type of gas for generating plasma, the contents of the object to be processed 5 and the surface treatment, and the like. For example, it can set to 1-30 mm.
[0030]
In the present invention, the boundary layer between the gas flow G in the gas flow path 21 and the inner surface of the reaction vessel 1 can be thinned by applying ultrasonic vibration to the gas flow G by the ultrasonic generator 24. The generation of active species in the discharge space 22 can be promoted. Therefore, by imparting ultrasonic vibration to the gas flow G without increasing the gas flow rate in the gas flow path 21, the density of active species in the gas flow G can be increased to enhance the surface treatment capability. The gas consumption is not increased, and therefore, the running cost of the surface treatment is not increased and it is not disadvantageous economically.
[0031]
Further, in the present invention, the density of active species in the gas flow G is increased by applying ultrasonic vibration to the gas flow G without increasing the applied electric power to be applied to the discharge space 22, thereby increasing the surface treatment capability. The temperature of the gas flow G containing the active species blown out from the blow-out port 8 does not increase, and the object to be treated 5 is not thermally damaged. In addition, the object to be treated 5 and the discharge field Since the potential difference from the (discharge generation part 10) does not increase, an arc is hardly generated.
[0032]
Further, in the present invention, the density of the active species in the gas stream G blown from the outlet 8 is increased without increasing the time for supplying the gas stream G containing the active species to the object 5 to be treated. Therefore, the time required for the surface treatment of one workpiece 5 can be prevented from becoming long, and the productivity can be prevented from decreasing.
[0033]
In the present invention, the density of the active species contained in the gas flow G from the outlet 8 is increased and the surface treatment capability is enhanced without shortening the distance from the discharge generator 10 to the workpiece 5. Therefore, an arc from the discharge field to the workpiece 5 is less likely to occur, and the workpiece 5 can be prevented from being damaged by the arc. Further, in the present invention, since the metal mesh is not interposed between the outlet 8 and the object to be processed 5, the gas flow G supplied to the object to be processed 5 is not blocked, and the ability of the surface treatment does not deteriorate. In addition, the problem that the metal mesh corrodes and the oxide (rust) scatters to contaminate the workpiece 5 does not occur.
[0034]
FIG. Reference example Indicates. this Reference example This surface treatment apparatus is different from that shown in FIG. 1 in the positional relationship between the reaction vessel 1 and the ultrasonic generator 24, and the other configuration is the same as that shown in FIG. 1. That is, in this surface treatment apparatus, the ultrasonic generator 24 is not provided above the electrodes 2 and 3, and the pair of ultrasonic generators 24 is disposed opposite to the lower side (directly below) of the outlet 8 of the reaction vessel 1. In the flow direction of the gas flow G, the ultrasonic generators 24 are arranged in a straight line on the downstream side of the reaction vessel 1. A space between the pair of ultrasonic generators 24 is formed so as to communicate with the outlet 8.
[0035]
Formed as above Table When the surface treatment of the workpiece 5 is performed by the surface treatment apparatus, it is performed as follows. First, the above gas is introduced from the gas inlet 7 into the gas flow path 21 inside the reaction vessel 1 under atmospheric pressure or in the vicinity thereof. Thus, the gas introduced into the gas flow path 21 flows from the top to the bottom in the gas flow path 21 and reaches the discharge space 22. Thereafter, an alternating or pulsed electric field is applied to the discharge space 22 by applying a high voltage between the electrodes 2 and 3 by the power source 9, so that the pressure at or near atmospheric pressure is applied by applying this electric field. A gas discharge is generated in the discharge space 22, and the gas is turned into plasma by the gas discharge to generate active species (ions, radicals, etc.) in the discharge space 22.
[0036]
Thereafter, the gas flow G containing the active species is continuously blown out from the blowing port 8 in the form of a curtain, and is introduced into the space between the pair of ultrasonic generators 24. Here, before reaching the object 5 to be processed, the gas flow G passes through the vicinity of the ultrasonic generator 24, whereby ultrasonic vibration is applied to the gas flow G by the ultrasonic generator 24. Will be. That is, in the flow direction of the gas flow G, ultrasonic vibration is applied to the gas flow G before being supplied to the workpiece 5 by the ultrasonic generator 24 provided on the downstream side of the outlet 8 of the reaction vessel 1. Is. in this way This reference example Then, ultrasonic vibration is applied to the gas flow G blown out from the gas flow path 21 of the reaction vessel 1. Here, the conditions of ultrasonic vibration applied to the gas flow G can be the same as described above.
[0037]
Thereafter, the workpiece 5 is disposed below the ultrasonic generator 24 and a gas flow G containing active species is blown from a space between the ultrasonic generators 24 to a part or all of the surface of the workpiece 5. Thus, the surface treatment of the workpiece 5 can be performed.
[0038]
In the surface treatment apparatus shown in FIG. 2, the ultrasonic generator 24 is disposed between the outlet 8 of the reaction vessel 1 and the workpiece 5 as compared with that of FIG. Is close to the workpiece 5, the effect of applying ultrasonic vibrations to the gas flow G appears greatly on the surface of the workpiece 5. That is, in the surface treatment apparatus shown in FIG. 2, a boundary layer (velocity boundary between the surface of the workpiece 5 generated by the gas flow G and the gas is generated by applying ultrasonic vibration to the gas flow G blown from the blowout port 8. The active species contained in the gas stream G can be easily treated 5. of The surface can be reached, and the surface treatment capability can be increased. So this Reference example The surface treatment apparatus can efficiently transport active species to the surface of the object 5 to be processed, and is similar to that shown in FIG. 1 by performing the surface treatment in substantially the same manner as shown in FIG. There is an effect.
[0039]
In the present invention, an adsorption stage 20 can be provided to adsorb and hold the object to be processed 5 while supplying the gas stream G containing the active species to the surface of the object to be processed 5. The suction stage 20 includes a suction plate 33 formed in a flat plate shape (plate shape) and an installation table 30. The suction plate 33 is formed with a large number of fine holes penetrating in the thickness direction.
[0040]
The diameter of the average micropores formed in the suction plate 33 (the average diameter of the micropores) is preferably 50 to 200 μm. If the diameter of the average fine hole is less than 50 μm, it becomes difficult for the workpiece 5 to be sucked through the fine holes, and the suction force of the workpiece to the suction plate 33 may be reduced. If the diameter of the average micropore exceeds 200 μm, the workpiece 5 is drawn into the micropore while being sucked, and the trace of the opening of the micropore may remain in the workpiece 5.
[0041]
Moreover, it is preferable that the porosity (porosity) of the adsorption plate 33 is 20 to 60%. If the porosity of the suction plate 33 is less than 20%, the workpiece 5 cannot be sufficiently adsorbed on the surface of the suction plate 33 and the workpiece 5 may be warped. If the porosity of 33 exceeds 60%, the strength of the suction plate 33 is lowered, and there is a possibility that cracks, chips, etc. may occur.
[0042]
The thickness of the suction plate 33 is preferably 0.5 to 5 mm. If the thickness of the suction plate 33 is less than 0.5 mm, the strength of the suction plate 33 may be reduced and breakage such as cracking or chipping may occur easily. Even if the thickness of the suction plate 33 exceeds 5 mm, a great effect is obtained. May not be obtained and may be economically disadvantageous.
[0043]
The suction plate 33 is attached to the upper opening of the installation base 30 with no gap. A suction path 31 is formed in the installation table 30, and suction means 32 such as a vacuum pump is connected to the suction path 31.
[0044]
Then, the surface treatment apparatus as shown in FIG. 3 can be formed by disposing the adsorption stage 20 below the outlet 8 of the reaction vessel 1 in the one shown in FIG. By disposing the suction stage 20 below the ultrasonic generator 24 in the one shown in FIG. 2, a surface treatment apparatus as shown in FIG. 4 can be formed.
[0045]
In the surface treatment apparatus shown in FIGS. 3 and 4, the surface treatment of the object to be treated 5 is performed in the same manner as that shown in FIGS. 1 and 2, but a gas flow G containing active species is supplied to the object to be treated 5. During this time, the workpiece 5 is adsorbed on the surface (upper surface) of the adsorption plate 33. When the workpiece 5 is adsorbed on the surface of the suction plate 33, the suction means 32 is operated, so that the suction action of the suction means 32 is made through the suction passage 31 and the fine holes of the suction plate 33. In this way, the workpiece 5 is sucked and held in contact with the surface of the suction plate 33.
[0046]
The suction stage 20 as described above is effective when surface-treating a thin workpiece 5 formed in a sheet shape, a film shape, or a plate shape. That is, when the gas flow G containing active species is blown and supplied to the thin workpiece 5 such as the sheet shape, warping may occur due to heat of the gas flow G, etc. There is a possibility that uniform surface treatment cannot be performed. Therefore, as in the present invention, the surface treatment is performed while adsorbing and holding on the surface of the adsorption plate 33 using the adsorption stage 20, so that even the thin object 5 is counteracted by the heat of the gas flow G or the like. The active species can be uniformly supplied to the surface of the object to be processed 5, and thereby the surface can be uniformly treated over the entire surface of the object to be processed 5. It is.
[0047]
In addition, as said thin to-be-processed object 5, although a glass plate for liquid crystal display devices, a printed wiring board (including both rigid and flexible) etc. can be illustrated, it is not limited to this. In addition, when the surface treatment of a large number of workpieces 5 is performed continuously, the adsorption stage 20 on which the workpieces 5 are adsorbed may be continuously conveyed to the lower side of the reaction vessel 1.
[0048]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
[0049]
(Example 1)
A surface treatment apparatus equipped with a rectangular cylindrical reaction vessel 1 whose cross section is shown in FIG. 1 was used. The reaction vessel 1 is made of quartz glass having a wall thickness of 1 mm, and the inner dimension of the discharge generating unit 10 on the narrow side (the same as the slit width of the gas inlet 7 and the outlet 8 and called the discharge slit width) is 1 mm. It was. Furthermore, the wide side of the reaction vessel 1 was 56 mm. The lower surfaces of the electrodes 2 and 3 were positioned 5 mm upstream from the outlet 8.
[0050]
The pair of electrodes 2 and 3 were made of copper, and the surface thereof was subjected to gold plating. The electrodes 2 and 3 were installed so as to sandwich the reaction vessel 1 on the wide side of the reaction vessel 1. Cooling water was circulated through the cooling water circulation path 11 inside the electrodes 2 and 3 to cool the electrodes 2 and 3. The left electrode 2 was connected to a power source 9 that generates an alternating high-frequency electric field (voltage), and the right electrode 3 was grounded.
[0051]
The ultrasonic wave generation means 4 is composed of plate-shaped ultrasonic wave generators 24 arranged to face each other. The ultrasonic generator 24 is installed on the upstream side of the electrodes 2 and 3 of the reaction vessel 1 and applies ultrasonic vibration to the gas flow G in the gas flow path 21 of the reaction vessel 1 before being introduced into the discharge space 22. To do. In Example 1, ultrasonic vibration of 28 kHz was applied.
[0052]
The duct 6 is installed on both sides of the blowout port 8 so as to sandwich the blowout port 8, and sucks and collects the gas blown up by blowing the gas flow G onto the workpiece 5.
[0053]
Using the surface treatment apparatus as described above, a mixed gas of 5.8 liters / minute of argon and 0.03 liters / minute of oxygen was introduced into the reaction vessel 1 under atmospheric pressure, and an alternating high frequency of 13.56 MHz and 700 W was used. Surface treatment was performed by applying electric power and blowing (injecting) a gas flow G containing active species at a rate of 50 mm / s from the outlet 8 of the reaction vessel 1 onto the surface of the workpiece 5 being conveyed. The object 5 to be processed was a liquid crystal glass, and the distance between the outlet 8 and the object 5 was 3 mm.
[0054]
(Comparative Example 1)
A surface treatment apparatus was formed in the same manner as in Example 1 except that the ultrasonic generator 24 and the duct 6 were not provided.
[0055]
About Example 1 and Comparative Example 1, the water contact angle of the workpiece 5 after the surface treatment was measured. In addition, 300 spacer beads having a diameter of 5 μm used for the liquid crystal display panel were sprayed on a 2 mm square portion of the surface of the workpiece 5 before the surface treatment, and the remaining number of spacer beads after the surface treatment was examined. These results are shown in Table 1.
[0056]
[Table 1]

[0057]
As shown in Table 1, in Example 1, the water contact angle is reduced compared to Comparative Example 1, and the beads spread before the surface treatment are also removed in Example 1, but remain in Comparative Example 1. there were. Thereby, it can be said that Example 1 has higher surface treatment capability than Comparative Example 1.
[0058]
( reference Example 2)
A surface treatment apparatus equipped with a rectangular cylindrical reaction vessel 1 having a cross section shown in FIG. 2 was used. The reaction vessel 1 and the electrodes 2 and 3 were formed in the same manner as in Example 1. reference In Example 2, the lower surfaces of the electrodes 2 and 3 were installed 1 mm upstream from the upper end of the ultrasonic generator 24. The left electrode 2 was connected to a power source 9 that generates a pulsed high-frequency electric field (voltage), and the right electrode 3 was grounded. The ultrasonic generator 24 is composed of plate-shaped ultrasonic generators 24 arranged to face each other. The ultrasonic generator 24 is installed below the outlet 8 of the reaction vessel 1 and applies ultrasonic vibration to the gas flow G blown from the outlet 8. reference In Example 2, an ultrasonic wave of 28 kHz was given.
[0059]
Other configurations were the same as those in Example 1.
[0060]
Using the surface treatment apparatus as described above, a mixed gas of nitrogen 5.8 liters / minute and oxygen 0.03 liters / minute is introduced into the reaction vessel 1 under atmospheric pressure, and pulsed high-frequency power of 700 W at 70 kHz. And a gas flow G containing active species is sprayed (sprayed) on the surface of the object 5 being conveyed at 30 mm / s from a space between a pair of ultrasonic generators 24 arranged opposite to each other. Surface treatment was performed. The object to be processed 5 was a color filter glass for liquid crystal, and the distance between the lower end of the space between the pair of ultrasonic generators 24 and the object to be processed 5 was 3 mm.
[0061]
(Comparative Example 2)
Except not having the ultrasonic generator 24 and the duct 6 reference A surface treatment was formed in the same manner as in Example 2. In Comparative Example 2, the lower surfaces of the electrodes 2 and 3 were installed 1 mm upstream from the lower end of the reaction vessel 8.
[0062]
reference For Example 2 and Comparative Example 2, the water contact angle of the object 5 after the surface treatment was measured. In addition, 300 spacer beads having a diameter of 5 μm used for the liquid crystal display panel were sprayed on a 2 mm square portion of the surface of the workpiece 5 before the surface treatment, and the remaining number of spacer beads after the surface treatment was examined. These results are shown in Table 2.
[0063]
[Table 2]

[0064]
As shown in Table 2 reference In Example 2, the water contact angle is reduced compared to Comparative Example 2, and the beads spread before the surface treatment reference Although it was removed in Example 2, it remained in Comparative Example 2. This reference It can be said that Example 2 has a higher surface treatment capability than Comparative Example 2.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, the invention of claim 1 of the present invention is greatly improved by providing a plurality of electrodes outside a reaction vessel formed of an insulating material, introducing gas into the reaction vessel, and applying an electric field between the electrodes. The surface of the object to be processed is generated by generating a gas discharge inside the reaction vessel at atmospheric pressure or in the vicinity of the pressure and blowing a gas flow containing active species generated by this gas discharge from the reaction vessel to the object to be processed. In the surface treatment apparatus for performing the treatment, since the ultrasonic generation means for applying ultrasonic vibration to the gas flow is provided, by applying the ultrasonic vibration to the gas flow by the ultrasonic generation means, the gas flow and the reaction vessel The boundary layer with the inner surface can be thinned, or the growth of the boundary layer between the gas flow and the object to be treated can be suppressed, and the generation of active species can be promoted or the active species on the surface of the object to be treated can be reduced. Transport efficiently Therefore, the increase in running cost is suppressed and it is not economically disadvantageous, and the temperature rise of the gas flow supplied to the object to be processed is suppressed, so that the object to be processed is thermally damaged. In addition, 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 of the object is prevented from being damaged by the arc. It is possible to increase the processing capability.
[0066]
Further, the claims of the present invention 1 In this invention, the ultrasonic wave generating means is provided on the upstream side of the electrode. Therefore, by applying ultrasonic vibration to the gas flow in the reaction container by the ultrasonic wave generating means, the gas flow in the reaction container and the reaction container The boundary layer with the inner surface can be made thin, and the generation of active species can be promoted. Therefore, an increase in running cost is suppressed and it is not economically disadvantageous, and it is supplied to the object to be processed. Suppresses thermal damage to the object to be processed by suppressing the temperature rise of the gas flow to be processed, and further, the surface treatment can be performed in a short time to suppress the decrease in productivity, and in addition, due to the oxide of the object to be processed It is possible to increase the surface treatment capability while suppressing contamination and suppressing damage to the object to be processed by the arc.
[0068]
Further, the claims of the present invention 2 In the invention, since the duct for sucking the gas blown out from the reaction vessel is provided, the growth of the boundary layer between the gas flow blown out from the reaction vessel and the object to be processed can be further suppressed, and the surface treatment can be performed. The ability can be further enhanced.
[0069]
Further, the claims of the present invention 3 Since the present invention is provided with an adsorption stage for adsorbing the object to be processed, by performing the surface treatment in a state where the object to be processed is adsorbed and held on the adsorption stage, it becomes difficult for the object to be warped to occur, A gas flow containing active species can be uniformly supplied to an object to be processed, and a uniform surface treatment can be performed.
[0070]
Further, the claims of the present invention 4 The invention of claim 1 to claim 1 3 When performing surface treatment with the surface treatment apparatus according to any one of the above, since a gas containing at least one of a rare gas, nitrogen, oxygen, and air is used, various surface treatments can be easily performed depending on the type of gas. It can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the present invention.
[Figure 2] Same as above Reference example It is sectional drawing which shows an example.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of another embodiment described above.
[Figure 4] Same as above Reference example It is sectional drawing which shows an example.
[Explanation of symbols]
1 reaction vessel
2 electrodes
3 electrodes
4 Ultrasonic wave generation means
5 Workpiece
6 Duct
20 Suction stage

Claims (4)

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、反応容器内にガスを導入すると共に電極間に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、ガス流に超音波振動を付与するための超音波発生手段を上記電極よりも上流側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 the reaction vessel formed of an insulating material, gas is introduced into the reaction vessel, and an electric field is applied between the electrodes, thereby allowing gas to enter the reaction vessel at atmospheric pressure or in the vicinity thereof. In a surface treatment apparatus that performs surface treatment of an object to be processed by blowing out a gas stream containing active species generated by the gas discharge from the reaction vessel and supplying the object to the object to be processed, ultrasonic vibration is generated in the gas stream. The surface treatment apparatus is characterized in that an ultrasonic wave generating means for imparting water is provided on the upstream side of the electrode . 反応容器から吹き出されたガスを吸引するためのダクトを設けて成ることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。The surface treatment apparatus according to claim 1, further comprising a duct for sucking the gas blown from the reaction vessel . 被処理物を吸着するための吸着ステージを設けて成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 surface treatment apparatus according to claim 1, further comprising an adsorption stage for adsorbing an object to be processed . 請求項１乃至３のいずれかに記載の表面処理装置により表面処理を行うにあたって、希ガス、窒素、酸素、空気の少なくとも一つを含有するガスを用いることを特徴とする表面処理方法。 A surface treatment method using a gas containing at least one of a rare gas, nitrogen, oxygen, and air when performing the surface treatment with the surface treatment apparatus according to claim 1 .

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