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【発明の名称】 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
【発明者】 【氏名】柴田 哲司
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１０４８番地 松下電工株式会社内

【氏名】田口 典幸
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１０４８番地 松下電工株式会社内

【氏名】澤田 康志
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１０４８番地 松下電工株式会社内
【要約】 【課題】被処理物に静電気が帯電するのを低減することができるプラズマ処理装置を提供する。

【解決手段】大気圧近傍の圧力下でプラズマ生成用ガスＧを放電により活性化させてプラズマＰを生成する。このプラズマＰを被処理物Ｓに吹き付けるプラズマ処理装置に関する。複数の貫通孔２を設けた絶縁基材１と、貫通孔２内に放電を発生させる放電電極３、４とを備える。貫通孔２の一端側開口をプラズマ生成用ガスＧが流入する流入口２ａとして形成すると共に貫通孔２の他端側開口をプラズマＰが流出する流出口２ｂとして形成する。誘電体で被覆された帯電防止電極５を流出口２ｂの周辺に設けると共に帯電防止電極５を接地する。流出口２ｂから吹出されるプラズマＰ中の荷電粒子が、両極性拡散の原理で、帯電防止電極５を被覆している誘電体表面に移動し、誘電体表面で再結合することによって、吹き出されたプラズマＰ中の荷電粒子密度が大幅に減少する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧近傍の圧力下でプラズマ生成用ガスを放電により活性化させてプラズマを生成し、このプラズマを被処理物に吹き付けるプラズマ処理装置において、複数の貫通孔を設けた絶縁基材と、貫通孔内に放電を発生させる放電電極とを備え、貫通孔の一端側開口をプラズマ生成用ガスが流入する流入口として形成すると共に貫通孔の他端側開口をプラズマが流出する流出口として形成し、誘電体で被覆された帯電防止電極を流出口の周辺に設けると共に帯電防止電極を接地して成ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
一対の放電電極を備え、両方の放電電極を中点接地して成ることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
帯電防止電極を絶縁基材に埋設して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いてプラズマを被処理物に吹き付けてプラズマ処理を行なうことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
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プラズマ処理に利用されるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置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。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大気圧近傍の圧力下で被処理物をプラズマ処理することが行われている（例えば、特許文献１参照）。このようなプラズマ処理装置は、対向配置される一対の電極の間を放電空間として形成し、大気圧近傍の圧力下で放電空間にプラズマ生成用ガスを導入すると共に電極間に電圧を印加することによって、放電空間で放電を発生させてプラズマを生成し、このプラズマを放電空間から吹き出して被処理物に吹き付けることによって、プラズマ処理を行うものである。
【０００３】
しかし、上記のプラズマ処理方法では、被処理物に吹き付けるプラズマ中には、放電空間で生成された荷電粒子（イオンや電子など）も含まれている。プラズマが放電空間から被処理物に到達するまでの間に、荷電粒子は再結合などによって、荷電粒子密度は減少するが、荷電粒子の種類によって、密度の減少度合いが違ってくる。そのため、放電空間ではほぼ電気的に中性であったものが、被処理物近傍では、電荷を帯びたプラズマとなってしまう。電荷を帯びたプラズマが被処理物に照射されるため、被処理物表面に電荷が帯電し、その結果として被処理物に静電気が帯電し、この静電気により被処理物が破損するという問題があった。特に、ＬＣＤやＰＤＰパネルの電極を上記プラズマ放電処理方法でクリーニングすると、ＬＣＤやＰＤＰパネルの回路が静電気により破損することがあった。
【特許文献１】特開平４−３５８０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、被処理物に静電気が帯電するのを低減することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るプラズマ処理装置Ａは、大気圧近傍の圧力下でプラズマ生成用ガスＧを放電により活性化させてプラズマＰを生成し、このプラズマＰを被処理物Ｓに吹き付けるプラズマ処理装置において、複数の貫通孔２を設けた絶縁基材１と、貫通孔２内に放電を発生させる放電電極３、４とを備え、貫通孔２の一端側開口をプラズマ生成用ガスＧが流入する流入口２ａとして形成すると共に貫通孔２の他端側開口をプラズマＰが流出する流出口２ｂとして形成し、誘電体で被覆された帯電防止電極５を流出口２ｂの周辺に設けると共に帯電防止電極５を接地して成ることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明にあっては、一対の放電電極３、４を備え、両方の放電電極３、４を中点接地することができる。
【０００７】
また、本発明にあっては、帯電防止電極５を絶縁基材１に埋設することができる。
【０００８】
本発明に係るプラズマ処理方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置Ａを用いてプラズマＰを被処理物Ｓに吹き付けてプラズマ処理を行なうことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にあっては、流出口２ｂの周辺に誘電体で被覆された帯電防止電極５を設けると共に帯電防止電極５を接地するので、流出口２ｂから吹出されるプラズマＰ中の荷電粒子が、両極性拡散の原理で、帯電防止電極５を被覆している誘電体表面に移動し、誘電体表面で再結合することによって、吹き出されたプラズマＰ中の荷電粒子密度が大幅に減少する。そのため、被処理物Ｓに到達する荷電粒子を減少させることができて、被処理物Ｓに静電気が帯電するのを低減することができるものであり、この結果、静電気に起因する被処理物Ｓの破損を少なくすることができるものである。
【００１０】
また、両方の放電電極３、４を中点接地することにより、放電電極３、４と帯電防止電極５との間で放電が発生しにくくすることができ、放電電極３、４に帯電防止電極５を近づけて配置することが可能となるものであり、この結果、被処理物Ｓに静電気が帯電するのをさらに低減することができるものである。
【００１１】
また、帯電防止電極５を絶縁基材１に埋設することにより、帯電防止電極５を被覆する誘電体として絶縁基材１を利用することができ、帯電防止電極５を被覆する誘電体を絶縁基材１と別の部品で形成する必要が無くなって、製造工程の簡素化を図ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１３】
図１に本発明のプラズマ処理装置Ａの一例を示す。このプラズマ処理装置Ａは、反応器Ｒ、電源６、搬送装置５０などを備えて形成されている。
【００１４】
反応器Ｒは絶縁基材１と放電電極３、４及び帯電防止電極５とを備えて形成されている。
【００１５】
絶縁基材１は高融点の誘電体材料（絶縁材料）で形成されており、例えば、石英ガラス、アルミナ、ジルコニア、ムライト、窒化アルミニウムなどのような、高耐熱性、高強度のガラス質材料やセラミックス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。特に、高強度で安価なアルミナ等で形成することが好ましい。また、チタニア、チタン酸バリウムなどの高誘電材料を用いることもできる。絶縁基材１の形状は適宜設計されるが、平板状に形成することが好ましく、図示の絶縁基材１は平面視矩形状に形成されている。
【００１６】
絶縁基材１には厚み方向（上下方向）に貫通する複数の貫通孔（スルーホール）２が形成されている。貫通孔２の上端は絶縁基材１の上面に流入口２ａとして開口されており、貫通孔２の下端は絶縁基材１の下面に流出口２ｂとして開口されている。流入口２ａと流出口２ｂの形状は任意であって、例えば、平面視で円形状に形成することができる。また、貫通孔２の寸法や隣り合う貫通孔２、２の間隔などは、貫通孔２内でプラズマ生成用ガスＧが放電により高効率で活性化され、また、貫通孔２から吹き出されるプラズマＰ（活性化されたプラズマ生成用ガスＧ）が均一に噴射されるように、適宜設定すれば良いが、特に、その直径（内径）を０．０１〜１５ｍｍの範囲に形成することが好ましく、また、隣り合う貫通孔２、２の間隔は０．０３〜６０ｍｍの範囲に形成することが好ましい。例えば、小面積の被処理物Ｓに対するプラズマ処理を行う場合には、貫通孔２の径が小さくなるように形成することが好ましい。また、流入口２ａ及び流出口２ｂは絶縁基材１の表面において、二次元状に分散させて形成されており、これにより、プラズマ生成用ガスＧの流量を抑制しつつ、広い面積にわたりプラズマＰを均一に噴射させることができる。流入口２ａ及び流出口２ｂの配列は任意であって、例えば、平面視において平面正方格子状に配列し、且つ隣り合う貫通孔２、２の間隔を略等間隔となるように形成することができる。また、流入口２ａ及び流出口２ｂを平面視において平面最密六方格子状（千鳥状）に配列するように設けると、貫通孔２をより密に且つ均一に配置することができ、被処理物Ｓに対する表面処理を更に均一に行うことが可能となる。
【００１７】
複数（一対）の放電電極３、４と帯電防止電極５は、銅、タングステン、アルミニウム、真鍮、ステンレス鋼などの導電性の金属材料を用いて形成することができるが、特に銅、タングステン等で形成することが好ましい。
【００１８】
放電電極３，４及び帯電防止電極５は層状あるいは平板状に形成されるものであって、絶縁基材１の内部に埋設されている。また、放電電極３，４及び帯電防止電極５は互いに対向するようにして絶縁基材１の厚み方向（上下方向）に並んで配置されている。最も上側（流入口２ａ側）には一方の放電電極４が配設されており、その下側には他方の放電電極３が配設されており、さらに最も下側（流出口２ｂ側）には帯電防止電極５が配設されている。すなわち、放電電極３，４及び帯電防止電極５は貫通孔２内を流通するプラズマ生成用ガスＧの流通方向と平行な方向に並んで配置されており、上流側から放電電極４、放電電極３、帯電防止電極５の順で並んでいる。放電電極３，４は間隔をあけて配置されており、この放電電極３，４間には絶縁基材１を構成する誘電体材料が介在するようになっている。放電電極３，４の間隔は気体放電を安定に発生するために０．０１〜５ｍｍに設定するのが好ましい。
【００１９】
図２に示すように、放電電極３，４には各貫通孔２と合致する位置に開口部８が形成されており、上下に対向する放電電極３の開口部８と放電電極４の開口部８とを貫通するように貫通孔２が形成されている。従って、各放電電極３，４の開口部８の周面（内面）を形成する面が放電面９として貫通孔２を取り囲むように形成されている。すなわち、各放電電極３，４は各貫通孔２ごとに独立して形成されているものではなく、連続した層状の放電電極３，４に形成された複数の開口部８の周面が各貫通孔２内において放電を発生させる放電面９として形成されている。また、各放電電極３，４の開口部８の直径は貫通孔２の直径よりも大きく形成されており、各放電電極３，４の開口部８の周面である放電面９はすべて絶縁基材１の内部に埋設されるようになっている。従って、各放電電極３，４の放電面９は貫通孔２内には露出しないように形成されており、放電電極３，４間に電圧が印加された際には、貫通孔２内では誘電体バリア放電が発生する。この場合、各放電電極３，４の放電面９が絶縁基材１を構成する誘電体材料によって保護されることとなり、特に、プラズマ生成用ガスＧ中に反応性ガスが含有されている場合でも放電電極３，４の損耗を防止することができる。また、放電電極３，４を露出させる場合では高電圧下においてアークが発生して放電が不安定になることがあるが、放電電極３，４を誘電体材料によって被覆することで、高電圧下におけるアーク放電の発生が抑制されて、安定した放電の維持が可能となる。絶縁基材１を構成する誘電体材料による各放電電極３，４の放電面９の被覆の厚みは適宜設定されるが、放電面９の表面を十分に保護すると共に良好な放電性を維持するためには、その厚みが０．０１〜３ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２０】
また、図２に示すように、帯電防止電極５には各貫通孔２と合致する位置に開口部１０が形成されている。従って、上下に対向する放電電極３の開口部８と放電電極４の開口部８と帯電防止電極５の開口部１０を貫通するように貫通孔２が形成されている。ここで、帯電防止電極５の上面とその直上の放電電極３の下面との距離（間隔）ｘは０．５〜５ｍｍにするのが好ましい。距離ｘが０．５ｍｍよりも短くなると、放電電極３、４と帯電防止電極５との間で放電が生じてしまい、本発明の効果が得られなくなる恐れがある。また、距離ｘが５ｍｍよりも長くなると、プラズマ発生部分（後述の放電空間）と被処理物Ｓとの距離が遠くなるため、プラズマ処理性能が低下してしまう恐れがある。また、貫通孔２の周面と帯電防止電極５の先端との距離ｙは０．１〜１０ｍｍにするのが好ましい。距離ｙが０．１ｍｍよりも短くなると、距離ｘの場合と同様に、放電電極３、４と帯電防止電極５との間で放電が生じてしまい、本発明の効果が得られなくなる恐れがある。また、距離ｙが１０ｍｍよりも長くなると、帯電防止電極５による帯電量抑制効果が小さくなり、本発明の効果が得られなくなる恐れがある。尚、距離ｘ、ｙは放電電極３、４間に印加する電圧や帯電防止電極５を被覆する誘電体の種類などによって、適宜調整可能であり、上記の範囲に限定されるものではない。
【００２１】
上記の絶縁基材１と放電電極３，４及び帯電防止電極５の材質は、反応器Ｒの作製時やプラズマ処理時にかかる熱負荷による変形量の相違による破損を防止するために、線熱膨張率の差が小さいもの同士を適宜選択して用いることが好ましい。
【００２２】
そして、図１に示すプラズマ処理装置Ａは反応器Ｒを搬送装置５０の上側に配置すると共に上側の放電電極４に電源６を電気的に接続し、さらに下側の放電電極３と帯電防止電極５とを接地（アース）することによって形成することができる。
【００２３】
電源６は、放電電極３，４間に電圧を印加することにより貫通孔２内の放電電極３，４の間に形成される放電空間１１で放電を発生させるためのものであり、例えば、放電電極３，４間に休止区間を持つパルス状の電圧が印加可能な電源６を用いることができる。搬送装置５０としては複数本の回転駆動可能なローラ５１を略水平に並べて形成することができるが、その他にＸＹテーブルやベルトコンベア等を採用することができる。
【００２４】
図１に示すプラズマ処理装置Ａを用いて被処理物Ｓにプラズマ処理を行なうにあたっては、次のようにして行なう。まず、電源６により放電電極３、４間に電圧を印加すると共に流入口２ａから貫通孔２内にプラズマ生成用ガスＧを供給する。これにより放電空間１１に大気圧近傍の圧力下（９３．３〜１０６．７ｋＰａ（７００〜８００Ｔｏｒｒ））で誘電体バリア放電を生じさせる。尚、誘電体バリア放電とは、対をなす（一対の）放電電極３、４の少なくとも一方の放電空間１１側の表面を誘電体（絶縁基材１）で覆うことによって、放電電極３、４間で直接放電が起こらないようにした状態にし、この状態で放電電極３、４間に交番電圧などの電圧を印加することによって放電空間１１で生じる放電現象である。
【００２５】
上記のようにして放電空間１１で誘電体バリア放電を発生させることによりプラズマ生成用ガスＧがプラズマ化（活性化）されて放電空間１１に活性種を含むプラズマＰが生成される。また、放電空間１１で生成されたプラズマＰは貫通孔２内の導入口２ａから連続して供給されるプラズマ生成用ガスＧの圧力により下方に流されると共に貫通孔２の流出口２ｂから連続的に吹き出されるものである。そして、搬送装置５０により被処理物Ｓを流出口２ｂからのプラズマＰの吹き出し方向と直交する方向（水平方向）に略一定速度で搬送しながら流出口２ｂの下側を通過させ、流出口２ｂから吹き出されるプラズマＰに被処理物Ｓを供給して暴露させることによって、被処理物Ｓにプラズマ処理を施すことができるものである。流出口２ｂと被処理物Ｓの表面との間の距離は、プラズマ生成用ガスＧのガス流の流速、プラズマ生成用ガスＧの種類、被処理物Ｓ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。また、被処理物Ｓの搬送速度は、例えば、１０〜２００ｍｍ／秒とするのが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２６】
上記のようにして貫通孔２におけるプラズマ生成用ガスＧの流通方向と平行な方向に放電電極３，４を並べて設けると、図２に示すように、放電電極３，４間の電位差によって貫通孔２内に発生する電気力線（図中の矢印）は、プラズマ生成用ガスＧの流通方向と略平行な方向となる。このとき、貫通孔２内の放電空間では、高密度のストリーマ放電を生成することができるため、この放電によって生成される活性種の密度を高めることができ、これによりプラズマ処理の効率を向上することが可能となる。特に図示の例では、放電電極３，４はその放電面９が共に貫通孔２を全周に亘り取り囲むように形成されているため、電気力線は貫通孔２内の全周に亘って発生し、これに応じて放電が貫通孔２内の内周全体に沿って発生し、このため、より高効率にプラズマを発生させることが可能となる。また、絶縁基材１の流出口２ｂ側に配置される放電電極３を接地電極として形成すると、被処理物Ｓの表面処理の際に対となる放電電極３，４のうち被処理物Ｓ側に配置されるものが接地電極となることから、この放電電極３と被処理物Ｓとの間の電位差が大きくなることを抑制して放電電極３と被処理物Ｓとの間のアークの発生を防止することができ、被処理物Ｓに放電による損傷が発生しないようにすることができるものである。
【００２７】
上記のプラズマ生成用ガスＧとしては、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。空気としては、好ましくは水分を殆ど含まない乾燥空気を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、放電の安定性や経済性を考慮するとアルゴンを用いることが好ましい。また、希ガスや窒素に酸素、空気等の反応ガスを混合して使用することもできる。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Ｓ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、ＬＣＤの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニングなどを行う場合には、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、ＳＦ６、ＮＦ３などのフッ素系ガスも適宜用いることができ、シリコンやレジストなどのエッチング、アッシ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。
【００２８】
また、流入口２ａから貫通孔２内に導入されたプラズマ生成用ガスＧを活性化させるために電源６から放電電極３，４間に印加される電圧は、交番波形（交流波形）、パルス波形、或いはこれらの波形を重畳させた波形など、適宜の波形のものとすることができるが、特に、休止区間を持つパルス状の波形の電圧を印加することが好ましい。この場合、貫通孔２内における安定した高効率な放電発生を可能とすることができ、このとき、複数の各貫通孔２内において放電が発生されていないものが発生することを防止して、各貫通孔２での均一な放電を維持することを可能とすることができる。放電の均一化が維持されるのは、一部の貫通孔２内で偶発的に放電が発生しなくなっても、休止区間において各貫通孔２内における放電状態が一旦キャンセルされ、休止区間の終了により再び電圧が印加された際に均一な放電状態に復帰するためであると考えられる。図３，４，５は、休止区間を持つパルス状の電圧を印加する場合の電圧の波形の例を示すものであり、図３に示す例は休止区間を介して交番する矩形波、図４に示す例は一定の周期で、立ち上がり、減衰、休止を繰り返す振動波パルス、図５は矩形波と同様に一波長内に正のパルス電圧出力、休止、負のパルス電圧出力、休止を1サイクルとして繰り返す対称パルスである。図５の対称パルス波形では、放電形態は矩形波に近い状態を得ることができ、また低い電圧でスイッチングを行い、昇圧にはトランスを用いることができるため、電源６の構成は矩形波用のものに比べて簡略化することが可能である。また、放電空間１１で気体放電を連続的に生成するのに必要な放電電極３，４間の電圧は貫通孔２の内径や対となる放電電極３，４間隔によって異なるので適宜設定すればよいが、例えば、０．０５〜３０ｋＶに設定することができる。また、電源６としてパルス状波形電源を用いた場合などでは、放電電極３，４間に印加される電圧波形の繰り返し周波数は１Ｈｚ〜２００ｋＨｚに設定するのが好ましい。この周波数が１Ｈｚ未満であれば、放電空間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。また周波数が２００ｋＨｚを超えると、放電空間での気体放電（プラズマ）の温度上昇が著しくなり、さらに一部の貫通孔２に放電が集中しやすくなるため、複数の貫通孔２内において均一に放電を発生させることが困難となる。
【００２９】
また、電源６としてパルス状波形電源を用いる場合に、特に高効率で安定した放電を発生させるためには、電圧波形のデューティー比が０．０１〜８０％となるようにすることが好ましい。ここで、図３に示すような矩形状のパルス波におけるデューティー比は、一つのパルスの立ち上がりから立ち下がりまでの幅を一つのパルスの立上がりから休止区間を経て次のパルスの立ち上がりまでの幅で割ったものである。また、図４，５に示すような振動波パルスの場合は、パルスの一回目の立ち上がりと、二回目のパルスの立ち下がり波形の間の幅を、一回目のパルスの立上がりから減衰振動部および休止区間までを含む期間で割ったものである。
【００３０】
このようなプラズマ生成用ガスＧは、貫通孔２内の放電空間において放電電極３，４間の放電により活性化されるものであるが、このとき電源６により放電電極３，４間に高電圧を印加されることにより、放電空間１１には電界が発生し、この電界の発生により大気圧下あるいはその近傍の圧力下で放電空間１１に気体放電が発生すると共にこの気体放電によりプラズマ生成用ガスＧが活性化（プラズマ化）されて放電空間に活性種（イオンやラジカル等）が生成されるものである。
【００３１】
そして、本発明では、誘電体である絶縁基材１に被覆された状態で帯電防止電極５を放電電極３、４の下側において流出口２ｂの周辺に設け、この帯電防止電極５を接地するので、被処理物Ｓに静電気が帯電するのを低減することができる。この現象は以下のように説明することができる。すなわち、誘電体に被覆された帯電防止電極５を放電電極３、４の下側において流出口２ｂの周辺に設けて接地すると、流出口２ｂから吹出される直前にプラズマＰ中の荷電粒子が、両極性拡散の原理で帯電防止電極５を被覆している誘電体（絶縁基材１）表面に移動し、その誘電体表面で再結合することによって、流出口２ｂから吹き出されたプラズマＰ中の荷電粒子密度が大幅に減少する。そのため、被処理物Ｓに到達する荷電粒子を減少させることができて、被処理物Ｓに静電気が帯電するのを低減することができるものであり、この結果、静電気に起因する被処理物Ｓの破損を少なくすることができるものである。
【００３２】
図６に他のプラズマ処理装置Ａを示す。このプラズマ処理装置Ａでは二つの電源６を用いて中点接地方式により放電電極３、４間に電圧を印加するものである。その他の構成は図１に示すものと同様である。このように放電電極３、４を中点接地することによって、両放電電極３，４とも接地に対して浮いた状態で電圧を印加することができる。従って、被処理物ＳとプラズマＰとの電位差が小さくなってアークの発生を防止することができ、アークによる被処理物５の損傷を防ぐことができるものである。すなわち、上側の放電電極４を電源６に接続して１３ｋＶに、下側の放電電極３を接地して０ｋＶとして放電電極３，４間の電位差を１３ｋＶにした場合、プラズマＰと被処理物Ｓとの間に少なくとも数ｋＶの電位差が生じ、これによるアークが発生する。一方、中点接地を用いた場合は接地に対して両方の放電電極３、４の電位の絶対値を同等にすることができ、すなわち、上側の放電電極４の電位を＋６．５ｋＶに、下側の放電電極３の電位を−６．５ｋＶにして放電電極３，４間の電位差を１３ｋＶにすることができ、プラズマＰと被処理物Ｓとの間の電位差がほとんど０Ｖになるものである。つまり、中点接地を用いない場合に比べて、中点接地を用いた場合は放電電極３，４間に同じ電位差が生じるにもかかわらず、プラズマＰと被処理物Ｓとの間の電位差を小さくすることができ、プラズマＰからの被処理物Ｓに対するアークの発生を防止することができるものである。
【００３３】
しかも、放電電極３、４を上記のような中点接地することにより、被処理物Ｓに静電気が帯電するのをさらに低減することができるものである。この現象は以下のように説明することができる。中点接地を用いた電圧の印加方法では、一方の放電電極４に高電圧を印加すると共に他方の放電電極３を接地して電圧を印加する場合に比べて、放電電極３、４間の電圧が同等であるにもかかわらず、放電電極３、４と帯電防止電極５との電位差が小さくなり、放電電極３、４と帯電防止電極５との間でストリーマの発生や絶縁破壊（絶縁基材１のボイドや表面吸着に起因する絶縁破壊）による異常放電が発生しにくくなる。従って、放電電極３、４と帯電防止電極５との距離ｘを小さくすることができ、この結果、帯電防止電極５による上記静電気の帯電低減作用をより効果的に発揮させることができ、被処理物Ｓでの静電気の帯電をさらに低減できるのである。
【００３４】
このプラズマ処理装置Ａでは電源６、６により一方の放電電極３と他方の放電電極４のそれぞれに正負が交互に繰り返すパルス波電圧または休止区間のない交番電圧を同時に印加すると共に各放電電極３、４に印加された電圧の極性を互いに正負逆で位相を重複させることができる。ここで「パルス波電圧」とは、電圧のＯＦＦ時間が存在する波形の電圧と定義する。従って、電圧のＯＦＦ時間さえ存在すれば、電圧がＯＮしている部分の波形はどのようなものでも良い。また、本発明において「休止区間のない交番電圧」とは、正弦波などに代表されるような波形の電圧であり、正弦波や三角波などが含まれる。
【００３５】
図７（ａ）（ｂ）には電源６、６から各放電電極３、４に印加される電圧の一例をタイムチャートで示す。一方の放電電極３に接続されている電源６からは図７（ａ）に示すような正負が交互に繰り返すパルス波形の電圧（ＶＡ＋、ＶＡ−）が、他方の放電電極４に接続されている電源６からは図７（ｂ）に示すような正負が交互に繰り返すパルス波形の電圧（ＶＢ＋、ＶＢ−）がそれぞれ印加されるものであり、しかも、一方の放電電極３に印加された電圧と他方の放電電極４に印加された電圧とは極性を互いに正負逆で位相を重複させた状態で同時に印加されるものである。
【００３６】
上記のような電源６、６を構成する電源装置としては、半導体高圧スイッチング方式のものやパルストランス方式のものなどを例示することができる。半導体高圧スイッチング方式の電源装置としては、正極性の直流高電圧を発生する正極性直流高電圧電源、負極性の直流高電圧を発生する負極性直流高電圧電源、及びトーテムポール形に接続した半導体スイッチング素子のオン・オフにより、正負の直流高電圧を極性が正負逆で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる一対の高電圧のパルス電圧として放電電極３、４にそれぞれ同時に印加するためのインバータ回路などを備えて形成されているものを例示することができる。また、パルストランス方式の電源装置としては、直流電圧を発生する直流電源、トーテムポール形に接続した半導体スイッチング素子のオン・オフにより、直流電源からの直流電圧を極性が正負逆で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる一対の高電圧のパルス電圧とするインバータ回路と、インバータ回路で発生した一対のパルス電圧を高電圧に昇圧して放電電極３、４にそれぞれ印加する一対のパルストランスなどを備えて形成されているものを例示することができる。
【００３７】
尚、本発明において「位相が重複している」とは、図７に示すように、両放電電極３、４に同時に印加される電圧の位相が両放電電極３、４間で完全に一致して、両放電電極３、４間での波形の立ち上がり時点が時間軸上で同期している場合に限らず、図８に示すように、逆極性のパルスの立ち上がり時点は両放電電極３、４間でずれてはいるが、例えば、一方の放電電極３側で正の電圧が印加されているとき、他方の放電電極４側では負の電圧が同時に印加されていて、その電圧持続時間が時間軸上で部分的に重複している場合も含める意味である。
【００３８】
また、パルス波形の電圧の代わりに、放電電極３、４に極性が正負逆（正負対称）で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる休止区間のない交番電圧（高電圧）を同時に印加するようにしてもよいのは勿論である。このような休止区間のない交番電圧の代表的な波形としては、図９（ａ）（ｂ）に示すような正弦波状の波形を例示することができる。この電圧波形の場合、一方の放電電極３に印加する電圧と他方の放電電極４に印加する電圧とを両者の位相をずらす（立ち上がり時点をずらす）ことにより、図９（ｃ）に示すように、放電開始に必要な電圧Ｖｐが印加される時間ｔｐが短くなるため、通常の正弦波状の波形においても、幅の狭いパルスを印加した場合と同等の効果が得られるものである。
【００３９】
図１０、１１に他のプラズマ装置を示す。このプラズマ処理装置Ａでは貫通孔２を細長いスリットに形成すると共にそれに応じて放電電極３、４の形状や配置及び帯電防止電極５の形状を図１のものと異ならせたものであるが、その他の構成は図１のものと同様である。
【００４０】
貫通孔２は平面視で長方形状（スリット）であって、複数の貫通孔２が平行並列に配列されている。貫通孔２の寸法や、各貫通孔２同士の間隔などは、貫通孔２内でプラズマ生成用ガスＧが放電により高効率で活性化され、貫通孔２から噴出されるプラズマＰが均一に噴射されるように、適宜設定すれば良いが、特に、その幅寸法（短手方向の寸法）を０．０１〜１５ｍｍの範囲に形成することが好ましく、また、隣り合う貫通孔２、２の間隔は０．０１〜３０ｍｍの範囲に形成することが好ましい。この場合、貫通孔２の流出口２ｂからは、貫通孔２の長手方向に沿ってプラズマＰが連続的に噴射されることとなり、貫通孔２の短手方向と略平行方向に被処理物Ｓを搬送しつつプラズマ処理を行うと、プラズマ処理の均一性を更に向上することが可能となる。
【００４１】
また、図１１（ａ）に示すように、放電電極３、４は、細長い給電部３ａ、４ａと給電部３ａ、４ｂに延設される複数の細長い電極部３ｂ，４ｂとで形成されており、給電部３ａ、４ａの長手方向に沿って複数本の電極部３ｂ、４ｂを並設することによって、放電電極３、４は平面視で櫛形状に形成されている。そして、放電電極３、４は絶縁基材１中の同一層（絶縁基材１の厚み方向における同じ高さ位置）に埋設されている。ここで、放電電極３，４は貫通孔２の並び方向と給電部３ａ，４ａの長手方向とを揃えると共に貫通孔２の長手方向と電極部３ｂ，４ｂの長手方向とを揃えるようにする。また、電極部３ｂと電極部４ｂは貫通孔２の並び方向と平行な方向で交互に配置されるものであり、隣り合う電極部３ｂと電極部４ｂの間に一つの貫通孔２が位置することになる。そして、放電電極３，４に形成された電極部３ｂ，４ｂの長手端面が各貫通孔２内において放電を発生させる放電面９として形成されている。従って、対となる放電電極３，４の電極部３ｂ、４ｂは貫通孔２内でのプラズマ生成用ガスＧの流通方向と交差する方向（直交する方向）に並んで配置されている。また、放電電極３，４間には絶縁基材１を構成する誘電体材料が介在しているが、対向する電極部３ｂ、４ｂの間隔（放電面９、９の間隔）は気体放電を安定に発生するために０．０１〜５ｍｍに設定するのが好ましい。このように放電電極３，４を配設すると、図１２に示すように、放電電極３，４間の電位差によって貫通孔２内に発生する電気力線（図中の矢印）は、プラズマ生成用ガスＧの流通方向と交差する方向となる。このとき、プラズマ生成用ガスＧの流通方向と交差する方向に放電を発生させて、プラズマ生成用ガスＧの活性化を行うことができるものである。ここで、放電電極３，４の電極部３ｂ，４ｂの対向する端面同士の間隔は、貫通孔２の開口の幅寸法よりも大きくなるように形成されており、各放電電極３，４の電極部３ｂ，４ｂの端面はすべて絶縁基材１の内部に埋設されるようになっている。このとき、各放電電極３，４は貫通孔２内には露出しないように形成されている。
【００４２】
また、図１１（ｂ）に示すように、帯電防止電極５には各貫通孔２と合致する位置に開口部１０が形成されているが、この開口部１０はスリット状の貫通孔２と相似形で貫通孔２の開口（流入口２ａと流出口２ｂ）よりもやや大きく形成されている。距離ｘ、ｙは上記と同様である。
【００４３】
図１０に示すプラズマ処理装置Ａにおいても図１のものと同様にしてプラズマ処理を行うことができる。また、図１０のプラズマ処理装置Ａでは一つの電源６を用いたが、これに限らず、図１３に示すように、上記と同様の二つの電源６、６を用いた中点接地方式で放電電極３、４間に電圧を印加するようにしてもよい。
【００４４】
本発明のプラズマ処理装置Ａは、種々の被処理物Ｓに対する表面処理に適用することができるが、特に液晶用ガラス材、プラズマディスプレイ用ガラス材、有機エレクトロルミネッセンス表示装置用ガラス材等の、種々のフラットパネルディスプレイ用ガラス材や、プリント配線基板、ポリイミドフィルム等の各種樹脂フィルムなどの表面処理に適用することができる。これらの被処理物Ｓ、特に液晶用ガラス材等のフラットパネルディスプレイ用ガラス材は、順次大型化が進展しており、このため大面積の均一な処理が可能であり、且つ処理面積等の設計変更が容易な本発明に係るプラズマ処理装置やプラズマ処理方法を、好適に適用することができる。このようなガラス材に対する表面処理を行う場合には、このガラス材に、ＩＴＯ（インジウム・チン・オキサイド）からなる透明電極や、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）液晶を設けたもの、或いはＣＦ（カラーフィルタ）を設けたものなども、表面処理に供することができる。また、樹脂フィルムに対して表面処理を施す場合には、いわゆるロール・トゥ・ロール方式で搬送されている樹脂フィルムに対して、連続的に表面処理を施すことができる。
【実施例】
【００４５】
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００４６】
［実施例１］
図１に示すプラズマ処理装置Ａを形成した。絶縁基材１はアルミナ製であって、平板状に形成した。また、絶縁基材１には平面視４５×２２ｍｍの範囲の領域において、５５個の貫通孔２、２…を形成した。隣り合う貫通孔２、２の間隔は４．５ｍｍとなるようにした。また、各貫通孔２の直径（内径）は１ｍｍとした。
【００４７】
放電電極３、４及び帯電防止電極５はタングステンにより層状に形成して絶縁基材１に埋設した。放電電極３、４及び帯電防止電極５の厚みは３０μｍとした。上側の放電電極４の上面と絶縁基材１の上面との距離は１．４ｍｍとした。上側の放電電極４の下面と下側の放電電極３の上面との距離は１．４ｍｍとした。下側の放電電極３と帯電防止電極５の間隔（距離ｘ）は１ｍｍとした。帯電防止電極５の下面と絶縁基材１の下面との距離は０．４ｍｍとした。放電電極３、４には各貫通孔２に合致する位置に直径３ｍｍの開口部８が形成されている。また、帯電防止電極５には貫通孔２に合致する位置に直径３ｍｍの開口部１０が形成されており、従って、貫通孔２の周面（内面）と帯電防止電極５の先端面（貫通孔２側の先端面）との距離ｙは１ｍｍである。帯電防止電極５は接地されている。
【００４８】
次に、大気圧下でプラズマ生成用のガスＧとして窒素１０リットル／分、酸素０．０２リットル／分のプラズマ生成用ガスＧを貫通孔２に導入し、電源６により放電電極３，４間に図３のような休止区間を有するパルス状波形を有する６ｋＨｚ、１３ｋＶ、デューティー比５０％の電圧を印加することによって、プラズマＰを生成した。このような条件で発生させたプラズマＰを搬送装置５０により１００ｍ／ｓの搬送速度で搬送される液晶用のガラス基板（被処理物Ｓ）に吹きつけることによって、ガラス基板の表面のプラズマ処理を行なった。流出口２ｂと被処理物Ｓとの距離は５ｍｍとした。
【００４９】
［実施例２］
距離ｘを０．４ｍｍにした以外は実施例１と同様にしてプラズマ処理装置Ａを形成し、これを用いて実施例１と同様にしてガラス基板にプラズマ処理を行なった。
【００５０】
［実施例３］
距離ｘを５．５ｍｍにした以外は実施例１と同様にしてプラズマ処理装置Ａを形成し、これを用いて実施例１と同様にしてガラス基板にプラズマ処理を行なった。
【００５１】
［実施例４］
距離ｙを０．０５ｍｍにした以外は実施例１と同様にしてプラズマ処理装置Ａを形成し、これを用いて実施例１と同様にしてガラス基板にプラズマ処理を行なった。
【００５２】
［実施例５］
距離ｙを２ｍｍにした以外は実施例１と同様にしてプラズマ処理装置Ａを形成し、これを用いて実施例１と同様にしてガラス基板にプラズマ処理を行なった。
【００５３】
［実施例６］
図６に示すプラズマ処理装置Ａを形成した。このプラズマ処理装置Ａは二つの電源６、６を用いて放電電極３、４を中点接地した以外は実施例１のものと同様である。この場合、放電電極３と放電電極４の接地に対する電圧はその絶対値が同等（６．５ｋＶずつ）である。このプラズマ処理装置を用いて実施例１と同様にして被処理物ＳにプラズマＰを吹き付けてプラズマ処理を行なった。
【００５４】
［比較例１］
実施例１において帯電防止電極５を設けないようしてプラズマ処理装置Ａを形成し、これを用いて実施例１と同様にして被処理物Ｓに吹き付けてプラズマ処理を行なった。
【００５５】
［比較例２］
実施例６において帯電防止電極５を設けないようしてプラズマ処理装置Ａを形成し、これを用いて実施例１と同様にして被処理物Ｓに吹き付けてプラズマ処理を行なった。
【００５６】
上記実施例１〜６及び比較例１、２でプラズマ処理した後のガラス基板の静電気の帯電量を測定した。結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】


【００５８】
実施例１では帯電量が０．３ｋＶ以下と低い値であり、実施例６では帯電量が０．１ｋＶ以下と非常に低い値となった。一方、比較例１、２ではガラス基板の帯電量は２．０ｋＶもの高い値であった。実施例２、４では放電電極４と帯電防止電極５との間で放電が生じるために実施例１、２よりは帯電量が高くなるものの、比較例１、２よりは帯電量は低くなった。実施例３は実施例１と同等の帯電量となるものの、プラズマ発生部（放電空間１１）とガラス基板との距離が長くなるために、プラズマ処理性能が実施例１よりもやや低下した。実施例５は貫通孔２の周面から帯電防止電極５が遠くなるために実施例１よりは帯電量が高くなるものの、比較例１よりは帯電量は低くなった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】同上の一部を示す断面図である。
【図３】同上の放電電極間に印加される電圧波形の一例を示すグラフである。
【図４】同上の放電電極間に印加される電圧波形の他例を示すグラフである。
【図５】同上の放電電極間に印加される電圧波形の他例を示すグラフである。
【図６】同上の他の実施の形態の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】同上の（ａ）は一方の放電電極に印加される電圧波形の一例を示す説明図、（ｂ）は他方の放電電極に印加される電圧波形の一例を示す説明図である。
【図８】同上の逆極性のパルスの立ち上がり時点を両放電電極間で少しずらした場合のタイミングチャートである。
【図９】同上の（ａ）（ｂ）（ｃ）は逆極性の正弦波状の波形の電圧の立ち上がり時点を両放電電極間でずらした場合のタイミングチャートである。
【図１０】同上の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図１１】同上の反応器を示し、（ａ）（ｂ）は断面図である。
【図１２】同上の一部を示す断面図である。
【図１３】同上の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 絶縁基材
２ 貫通孔
２ａ 流入口
２ｂ 流出口
３ 放電電極
４ 放電電極
５ 帯電防止電極
Ｇ プラズマ生成用ガス
Ｐ プラズマ
Ｓ 被処理物
【出願人】 【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１０４８番地
【出願日】 平成１７年４月１９日（２００５．４．１９）
【代理人】 【識別番号】１０００８７７６７
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清

【識別番号】１０００８５６０４
【弁理士】
【氏名又は名称】森 厚夫
【公開番号】 特開２００６−３０２６２４（Ｐ２００６−３０２６２４Ａ）
【公開日】 平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願番号】 特願２００５−１２１６９２（Ｐ２００５−１２１６９２）