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JP3793451B2 - Discharge plasma processing equipment - Google Patents
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JP3793451B2
JP3793451B2 JP2001371714A JP2001371714A JP3793451B2 JP 3793451 B2 JP3793451 B2 JP 3793451B2 JP 2001371714 A JP2001371714 A JP 2001371714A JP 2001371714 A JP2001371714 A JP 2001371714A JP 3793451 B2 JP3793451 B2 JP 3793451B2
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long nozzle
side seal
gas
plasma
discharge plasma
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毅之 大野
弘二 下西
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電プラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ処理部から外部への処理ガスの流出及び外部雰囲気の混入を防止し、均一な薄膜の形成ができる放電プラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、低圧条件下でグロー放電プラズマを発生させて被処理体の表面改質、又は被処理体上に薄膜形成を行う方法が実用化されている。しかし、これらの低圧条件下における処理装置は、真空チャンバー、真空排気装置等が必要であり、表面処理装置は高価なものとなり、大面積基板等を処理する際にはほとんど用いられていなかった。このため、特開平6−2149号公報、特開平7−85997号公報等に記載されているような大気圧近傍の圧力下で放電プラズマを発生させる常圧プラズマ処理装置が提案されてきている。
【0003】
しかしながら、常圧プラズマ処理方法においても、固体誘電体等で被覆した平行平板型等の電極間に被処理体を設置し、電極間に電圧を印加し、発生したプラズマで被処理体を処理する装置では、被処理体全体を放電空間に置くこととなり、被処理体にダメージを与えることになりやすいという問題があった。
【0004】
このような問題を解決するものとして、被処理体を放電空間中に配置するのではなく、その近傍に配置し、放電空間から被処理体にプラズマを吹き付けるリモート型の装置、例えば、図6に示すように対向する平行平板型電極からなるリモート型の装置が提案されている。すなわち、高圧電源1から平行平板型電極2及び3に電界が印加され、ガス供給ライン5から処理ガスを電極間に導入してプラズマ化し、長尺ノズル6からプラズマガス7を、搬送用ステージ12上に設置され、長尺ノズルの幅方向に搬送される被処理体11に吹き付けて処理し、処理後のガスは排ガス吸収口8から吸引されライン9から回収される装置である。この装置においては、被処理体11上のプラズマガス流は排ガス吸収口8に向かう流れとサイド方向に向かう流れが生じる。すなわち、図6のリモート型の装置の長尺ノズル6側からみた底面図である図7に示すように、プラズマガス流7が排ガス吸収口8に向かう一様な流れ以外に被処理体の両側のサイド方向に向かう流れが生じる。この場合、処理ガス供給量と処理済みガス排気量を同じにしても、被処理体の両側からのガス流出、又はガス流入が生じ、被処理体上に形成される膜厚が中央部と両端で異なってしまうという問題が生じる原因となっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑み、長尺ノズルを有するリモート型装置を用いた際に、プラズマの流れを一様にし、かつ外部への処理ガスの流出及び外部からの雰囲気ガスの流入を抑え、被処理体表面の処理を均一に行える放電プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、グロー放電プラズマを吹き出す長尺ノズルの幅方向に排ガス吸収口を設け、長尺ノズルの長さ方向の両端にサイドシール機構を設けることによりプラズマの流れを一様にして、被処理体表面の処理を均一に行えることを見出し、本発明を完成させた。
【0007】
すなわち、本発明の第1の発明は、少なくとも一方の電極対向面が固体誘電体で被覆された一対の電極間に電界を印加し、前記対向電極間に処理ガスを導入してグロー放電プラズマを発生させて電極に対応する長尺ノズルから、長尺ノズルの幅方向に搬送される被処理体にプラズマを接触させて処理を行い、長尺ノズルの幅方向のプラズマ接触部両近傍から処理済みガスを吸引回収する装置において、長尺ノズルの長手方向の両端部側にサイドシール機構を設けたことを特徴とする放電プラズマ処理装置である。
【0008】
また、本発明に第2の発明は、サイドシール機構がラビリンスシールであることを特徴とする第1の発明に記載の放電プラズマ処理装置である。
【0009】
また、本発明に第3の発明は、サイドシール機構が狭い間隔で対向した平面構造であることを特徴とする第1の発明に記載の放電プラズマ処理装置である。
【0010】
また、本発明に第4の発明は、電極に印加する電界が、パルス立ち上がり及び/又は立ち下がり時間が10μs以下、電界強度が10〜1000kV/cmのパルス電界であることを特徴とする第1〜3の発明のいずれかの発明に記載の放電プラズマ処理装置である。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、対向する電極の少なくとも一方の対向面を固体誘電体で被覆した一対の対向電極間に電界を印加し、当該電極間に処理ガスを導入して発生したグロー放電プラズマを長尺ノズルを有する電極構造(以下、リモートソースということがある。)から、放電空間外に配置された被処理体に吹き付けて処理する放電プラズマ処理装置において、長尺ノズルの幅方向に排ガス吸収口を設け、長尺ノズルの長さ方向の両端にサイドシール機構を設けることにより、処理部分におけるプラズマガスの流れを一様にすると同時に外部へのガスの流出及び外部からの雰囲気ガスの流入を抑えた放電プラズマ処理装置である。
【0012】
本発明の装置の一例を図1及び2で説明する。図1は、リモートソースのサイド方向にサイドシール機構を設けた本発明の装置を説明する模式的斜視図である。図1において、高圧電源1から平行平板電極2及び3に電界が印加され、ガス供給ライン5から処理ガスを電極間に導入してプラズマ化し、長尺ノズルからプラズマガスを、搬送用ステージ12上に設置され、長尺ノズルの幅方向に搬送される被処理体に吹き付けて処理し、処理後のガスは排ガス吸収口8から吸引されライン9から回収される。リモートソースの両サイド側には、プラズマ流のサイド側への流れを防止し、外部からの雰囲気ガスの流入を防止するサイドシール機構10及び13が設けられている。
【0013】
図2は、図1のリモートソースのプラズマガス吹き出し口側からみた底面図である。放電空間でプラズマ化され、長尺ノズルのガス吹き出し口6から吹き出されたガス流7は、被処理体を処理した後、サイドシール10があるため、サイド方向へ漏れる方向のガス流は生じることなく、排ガス吸収口8方向への一様の流れを形成し、被処理体表面上に均一な薄膜等を形成するようになる。
【0014】
サイドシール機構は、被処理体の搬送に支障がなく、被処理体の搬送ステージと固定リモートソースのサイド方向へのガス流を発生させない機構であれば、どのような機構であっても良いが、ラビリンスシール機構又は狭い間隔で対向した平面構造機構であるのが好ましい。
【0015】
本発明で用いるラビリンスシール機構としては、図3及び図4にその具体例を示す機構を挙げることができる。ラビリンスシールとは、移動体と静止部との隙間通路に絞り片を取り付けるなどの工夫をほどこし、流体の漏れを防止しようとするシール機構である。すなわち、本発明の装置においては、被処理体を搬送する搬送ステージが移動し、リモートソースが静止している隙間において、プラズマガスの漏れをシールするために用いる。図3は、ラビリンスシール機構を設置した部分の拡大断面図であり、図4(a)は固定リモートソース側の底面図であり、図4(b)は、搬送ステージ側のリモートソースに対応する上面図である。図3〜4において、長尺ノズルのプラズマ吹き出し口6から出たプラズマは、被処理体11の表面を処理した後、電極2及び3に隣接した排ガス吸収口8から回収される。サイド方向には、固定リモートソース側に設けられたサイドシール10と搬送ステージ側に設けられたサイドシール13からなるラビリンスシール機構が構成されている。ラビリンスシール機構はサイド方向に向かって、複数の絞り片101及び131と膨張室102を交互に食い違うように設けることにより、搬送ステージを摩擦なしに移動させながら、電極、プラズマ吹き出し口、搬送ステージから構成される処理部からのプラズマガスのサイド方向への流出を抑えることができる。
なお、このラビリンスを構成する絞り片、膨張室の大きさ、数等の形状は、プラズマガス流量、リモートソースの大きさ、形状により適宜決定できる。
【0016】
本発明で用いる狭い間隔で対向した平面構造のよるサイドシール機構としては、被処理体を搬送する搬送ステージが移動し、リモートソースが静止している隙間を非常に狭くすることにより、プラズマガスの漏れをシールする機構である。図5にその具体例を示す。図5は、平面構造からなるシール機構を設置した部分の拡大断面図である。プラズマ吹き出し口6から出たプラズマは、被処理体11の表面を処理した後、サイド方向には、固定リモートソース側に設けられたサイドシール10と搬送ステージ側に設けられたサイドシール13からなり、12の移動が妨げられない最低の幅空間102を設けることにより、ラビリンスシール機構ほど完全ではないがプラズマガスの流出、雰囲気ガスの流入を抑えることができる。なお、この形状は、プラズマガス流量、リモートソースの大きさ形状により適宜決定できる。
【0017】
上記電極の材質としては、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間化合物等からなるものが挙げられる。電極の形状としては、プラズマ放電が安定にできれば、特に限定されないが、電界集中によるアーク放電の発生を避けるために、対向電極間の距離が一定となる構造であることが好ましく、より好ましくは電極対向面が平行平坦部分を有する形状であるのが好ましい。
【0018】
上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して適宜決定されるが、0.1〜50mmであることが好ましく、より好ましくは0.1〜5mmである。0.1mm未満では、電極間の間隔を置いて設置するのに充分でないことがあり、一方、50mmを超えると、均一な放電プラズマを発生させにくい。
【0019】
上記固体誘電体は、電極の対向面の一方又は双方を被覆する。この際、固体誘電体と被覆される電極は密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に覆うようにする。固体誘電体によって覆われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が生じやすい。
【0020】
上記固体誘電体の厚みは、0.01〜4mmであることが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。
【0021】
固体誘電体の材質としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。
【0022】
特に、25℃環境下における比誘電率が10以上のものである固体誘電体を用いれば、低電圧で高密度の放電プラズマを発生させることができ、処理効率が向上する。比誘電率の上限は特に限定されるものではないが、現実の材料では18,500程度のものが入手可能であり、本発明に使用出来る。特に好ましくは比誘電率が10〜100の固体誘電体である。上記比誘電率が10以上である固体誘電体の具体例としては、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物を挙げることが出来る。
【0023】
本発明では、上記電極間に、高周波、パルス波、マイクロ波等による電界が印加され、プラズマを発生させるが、パルス電界を印加することが好ましく、特に、電界の立ち上がり及び/又は立ち下がり時間が、10μs以下である電界が好ましい。10μsを超えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、パルス電界による高密度プラズマ状態を保持しにくくなる。また、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行われるが、40ns未満の立ち上がり時間のパルス電界を実現することは、実際には困難である。より好ましくは50ns〜5μsである。なお、ここでいう立ち上がり時間とは、電圧(絶対値)が連続して増加する時間、立ち下がり時間とは、電圧(絶対値)が連続して減少する時間を指すものとする。
【0024】
上記パルス電界の電界強度は、10〜1000kV/cmとなるようにするのが好ましい。電界強度が10kV/cm未満であると処理に時間がかかりすぎ、1000kV/cmを超えるとアーク放電が発生しやすくなる。
【0025】
上記パルス電界の周波数は、0.5kHz以上であることが好ましい。0.5kHz未満であるとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎる。上限は特に限定されないが、常用されている13.56MHz、試験的に使用されている500MHzといった高周波帯でも構わない。負荷との整合のとり易さや取り扱い性を考慮すると、500kHz以下が好ましい。このようなパルス電界を印加することにより、処理速度を大きく向上させることができる。
【0026】
また、上記パルス電界におけるひとつのパルス継続時間は、200μs以下であることが好ましい。200μsを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。ここで、ひとつのパルス継続時間とは、ON、OFFの繰り返しからなるパルス電界における、ひとつのパルスの連続するON時間を言う。
【0027】
本発明の放電プラズマ処理装置は、どのような圧力下でも用いることができるが、大気圧近傍の圧力下でグロー放電プラズマを発生させる常圧放電プラズマ処理に用いるとその効果を十分に発揮できる。常圧放電プラズマ処理においては、低圧下の処理よりも高い電圧を必要とするため、本発明の装置が特に有利である。
【0028】
上記大気圧近傍の圧力下とは、1.333×104〜10.664×104Paの圧力下を指す。中でも、圧力調整が容易で、装置が簡便になる9.331×104〜10.397×104Paの範囲が好ましい。
【0029】
本発明で処理できる被処理体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のプラスチック、ガラス、セラミック、金属、液晶ディスプレイ用ガラス等が挙げられる。被処理体の形状としては、板状、フィルム状等のものが挙げられるが、特にこれらに限定されない。本発明の表面処理方法によれば、様々な形状を有する被処理体の処理に容易に対応することができる。
【0030】
本発明で用いる処理ガスとしては、電界を印加することによってプラズマを発生するガスであれば、特に限定されず、処理目的により種々のガスを使用できる。
【0031】
上記処理用ガスとして、CF4、C26、CClF3、SF6等のフッ素含有化合物ガスを用いることによって、撥水性表面を得ることができる。
【0032】
また、処理用ガスとして、O2、O3、水、空気等の酸素元素含有化合物、N2、NH3等の窒素元素含有化合物、SO2、SO3等の硫黄元素含有化合物を用いて、基材表面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の親水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親水性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタクリル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親水性重合膜を堆積することもできる。
【0033】
さらに、Si、Ti、Sn等の金属の金属−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラート等の処理用ガスを用いて、SiO2、TiO2、SnO2等の金属酸化物薄膜を形成させ、基材表面に電気的、光学的機能を与えることができ、ハロゲン系ガスを用いてエッチング処理、ダイシング処理を行ったり、酸素系ガスを用いてレジスト処理や有機物汚染の除去を行ったり、アルゴン、窒素等の不活性ガスによるプラズマで表面クリーニングや表面改質を行うこともできる。
【0034】
経済性及び安全性の観点から、上記処理ガスを以下に挙げるような希釈ガスによって希釈された雰囲気中で処理を行うこともできる。希釈ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、窒素気体等が挙げられる。これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。希釈ガスの混合割合は、用途によって異なるが、例えば、親水生重合膜、金属酸化物薄膜を形成する場合は、処理用ガスの割合が0.01〜10体積%であることが好ましい。
【0035】
なお、本発明の装置によれば、プラズマ発生空間中に存在する気体の種類を問わずグロー放電プラズマを発生させることが可能である。公知の低圧条件下におけるプラズマ処理はもちろん、特定のガス雰囲気下の大気圧プラズマ処理においても、外気から遮断された密閉容器内で処理を行うことが必須であったが、本発明のグロー放電プラズマ処理装置を用いた方法によれば、開放系、あるいは、気体の自由な流失を防ぐ程度の低気密系での処理が可能となる。
【0036】
本発明のパルス電界を用いた大気圧放電処理装置によると、全くガス種に依存せず、電極間において直接大気圧下で放電を生じせしめることが可能であり、より単純化された電極構造、放電手順による大気圧プラズマ装置、及び処理手法でかつ高速処理を実現することができる。また、パルス周波数、電圧、電極間隔等のパラメータにより処理に関するパラメータも調整できる。
【0037】
【発明の効果】
本発明の放電プラズマ処理装置は、被処理体上への薄膜の形成に用いるとサイドシール機構を設けることにより電極全長に渡りガス流が均一となる結果、均一な膜を形成できる。また、プラズマ処理部からのガス流出を抑えることができるので、不要な箇所への成膜を抑えることができ、これに起因する装置内の清掃も省くことができ、さらに、外部雰囲気ガスの流入を抑えることができ、被処理体の汚染等を抑えることができる装置である。したがって、高速処理及び大面積処理に対応可能でかつ半導体製造工程で用いられる種々の方法を始めとして、あらゆるプラズマ処理方法において、インライン化及び高速化を実現するのに有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の放電プラズマ処理装置の例を説明する模式的斜視図である。
【図2】図1の底面図である。
【図3】本発明のサイドシール部分の一例の拡大断面図である。
【図4】本発明のサイドシール部分の底面図及び上面図である。
【図5】本発明のサイドシール部分の他の例の拡大断面図である。
【図6】従来の放電プラズマ処理装置の例を説明する模式的斜視図である。
【図7】図6の底面図である。
【符号の説明】
1 電源
2、3 電極
4 放電空間
5 処理ガス供給ライン
6 プラズマガス吹き出し口
7 プラズマ流
8 排ガス吸収口
9 排ガス回収ライン
10 サイドシール(リモートソース側)
11 被処理体
12 搬送ステージ
13 サイドシール(搬送ステージ側)
101、131 絞り片
102 空間(膨張室)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge plasma processing apparatus, and more particularly, to a discharge plasma processing apparatus capable of preventing the outflow of processing gas from a plasma processing unit to the outside and mixing of an external atmosphere and forming a uniform thin film.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a method for generating a glow discharge plasma under a low pressure condition to perform surface modification of a target object or forming a thin film on a target object has been put into practical use. However, the processing apparatus under these low-pressure conditions requires a vacuum chamber, an evacuation apparatus, and the like, and the surface processing apparatus becomes expensive, and is hardly used when processing a large area substrate or the like. For this reason, there has been proposed an atmospheric pressure plasma processing apparatus for generating discharge plasma under a pressure in the vicinity of atmospheric pressure as described in JP-A-6-2149, JP-A-7-85997, and the like.
[0003]
However, even in the atmospheric pressure plasma processing method, an object to be processed is installed between parallel plate type electrodes coated with a solid dielectric or the like, a voltage is applied between the electrodes, and the object to be processed is processed with the generated plasma. In the apparatus, there is a problem that the entire object to be processed is placed in the discharge space, and the object to be processed is likely to be damaged.
[0004]
As a solution to such a problem, a remote type apparatus that disposes the object to be processed not in the discharge space but in the vicinity thereof and blows plasma from the discharge space to the object to be processed, for example, in FIG. As shown, a remote type device composed of opposed parallel plate electrodes has been proposed. That is, an electric field is applied from the high-voltage power supply 1 to the parallel plate electrodes 2 and 3, and a processing gas is introduced between the electrodes from the gas supply line 5 to form plasma, and the plasma gas 7 is transferred from the long nozzle 6 to the transfer stage 12. It is a device that is installed above and sprayed on the object 11 to be processed and conveyed in the width direction of the long nozzle, and the processed gas is sucked from the exhaust gas absorption port 8 and collected from the line 9. In this apparatus, the plasma gas flow on the object 11 has a flow toward the exhaust gas absorption port 8 and a flow toward the side. That is, as shown in FIG. 7 which is a bottom view of the remote type apparatus of FIG. 6 viewed from the long nozzle 6 side, both sides of the object to be treated are other than the uniform flow of the plasma gas flow 7 toward the exhaust gas absorption port 8. The flow toward the side direction occurs. In this case, even if the processing gas supply amount and the processed gas exhaust amount are the same, gas outflow or gas inflow from both sides of the object to be processed occurs, and the film thickness formed on the object to be processed is in the center and both ends. It was the cause of the problem of being different.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above problems, the present invention makes the plasma flow uniform and suppresses the outflow of processing gas to the outside and the inflow of atmospheric gas from the outside when using a remote type device having a long nozzle, It is an object of the present invention to provide a discharge plasma processing apparatus capable of uniformly processing a surface of an object to be processed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of earnest research to solve the above problems, the present inventor has provided an exhaust gas absorption port in the width direction of a long nozzle that blows glow discharge plasma, and provided side seal mechanisms at both ends in the length direction of the long nozzle. Thus, the present inventors have found that the surface of the object to be processed can be uniformly processed by making the plasma flow uniform, and the present invention has been completed.
[0007]
That is, according to the first aspect of the present invention, an electric field is applied between a pair of electrodes in which at least one electrode facing surface is coated with a solid dielectric, and a processing gas is introduced between the facing electrodes to generate glow discharge plasma. Generated from the long nozzle corresponding to the electrode, the plasma is brought into contact with the workpiece to be conveyed in the width direction of the long nozzle, and processed from both sides of the plasma contact portion in the width direction of the long nozzle In the apparatus for sucking and collecting a gas, the discharge plasma processing apparatus is characterized in that side seal mechanisms are provided on both ends in the longitudinal direction of the long nozzle.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the discharge plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the side seal mechanism is a labyrinth seal.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a discharge plasma processing apparatus according to the first aspect, characterized in that the side seal mechanism has a planar structure opposed to each other at a narrow interval.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, the electric field applied to the electrode is a pulse electric field having a pulse rise and / or fall time of 10 μs or less and an electric field strength of 10 to 1000 kV / cm. It is a discharge plasma processing apparatus as described in any one of invention of -3.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention provides a long nozzle for glow discharge plasma generated by applying an electric field between a pair of opposing electrodes in which at least one opposing surface of the opposing electrodes is coated with a solid dielectric, and introducing a processing gas between the electrodes. In a discharge plasma processing apparatus for processing by spraying an object to be processed disposed outside a discharge space from an electrode structure having a gas source (hereinafter sometimes referred to as a remote source), an exhaust gas absorption port is provided in the width direction of the long nozzle. Discharge with uniform plasma gas flow at the processing part and at the same time suppressing outflow of gas to the outside and inflow of atmospheric gas from outside by providing side seal mechanisms at both ends in the length direction of the long nozzle A plasma processing apparatus.
[0012]
An example of the apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating an apparatus of the present invention in which a side seal mechanism is provided in the side direction of a remote source. In FIG. 1, an electric field is applied from the high-voltage power source 1 to the parallel plate electrodes 2 and 3, and a processing gas is introduced between the electrodes from the gas supply line 5 to form plasma, and plasma gas is transferred from a long nozzle onto the transport stage 12. The processed gas is blown to the object to be processed and conveyed in the width direction of the long nozzle, and the processed gas is sucked from the exhaust gas absorption port 8 and collected from the line 9. On both sides of the remote source, side seal mechanisms 10 and 13 are provided for preventing the flow of the plasma flow to the side and preventing the inflow of atmospheric gas from the outside.
[0013]
FIG. 2 is a bottom view of the remote source of FIG. 1 as viewed from the plasma gas outlet side. The gas flow 7 that is converted into plasma in the discharge space and blown out from the gas outlet 6 of the long nozzle has a side seal 10 after processing the object to be processed, so that a gas flow leaking in the side direction is generated. Instead, a uniform flow in the direction of the exhaust gas absorption port 8 is formed, and a uniform thin film or the like is formed on the surface of the object to be processed.
[0014]
The side seal mechanism may be any mechanism as long as it does not hinder the transfer of the object to be processed and does not generate a gas flow in the side direction of the transfer stage of the object to be processed and the fixed remote source. A labyrinth seal mechanism or a planar structure mechanism opposed at a narrow interval is preferable.
[0015]
Examples of the labyrinth seal mechanism used in the present invention include mechanisms shown in specific examples in FIGS. The labyrinth seal is a seal mechanism that attempts to prevent fluid leakage by devising a means such as attaching a throttle piece to a gap passage between a moving body and a stationary part. That is, in the apparatus of the present invention, it is used to seal the leakage of plasma gas in the gap where the transfer stage that transfers the object to be processed moves and the remote source is stationary. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion where the labyrinth seal mechanism is installed, FIG. 4 (a) is a bottom view on the fixed remote source side, and FIG. 4 (b) corresponds to a remote source on the transfer stage side. It is a top view. 3 to 4, the plasma emitted from the plasma nozzle 6 of the long nozzle is collected from the exhaust gas absorption port 8 adjacent to the electrodes 2 and 3 after processing the surface of the object 11 to be processed. In the side direction, a labyrinth seal mechanism including a side seal 10 provided on the fixed remote source side and a side seal 13 provided on the transfer stage side is configured. In the labyrinth seal mechanism, a plurality of throttle pieces 101 and 131 and expansion chambers 102 are alternately provided in the side direction so that the transfer stage can be moved without friction while the electrode, the plasma outlet, and the transfer stage are moved. It is possible to suppress the outflow of the plasma gas from the configured processing unit in the side direction.
In addition, the shape of the diaphragm pieces and the expansion chambers constituting the labyrinth can be appropriately determined depending on the plasma gas flow rate, the size and shape of the remote source.
[0016]
As a side seal mechanism with a planar structure opposed at a narrow interval used in the present invention, the transfer stage for transferring the object to be processed moves, and the gap where the remote source is stationary is made very narrow, so that the plasma gas It is a mechanism that seals leaks. A specific example is shown in FIG. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion where a sealing mechanism having a planar structure is installed. The plasma emitted from the plasma blowing port 6 comprises a side seal 10 provided on the fixed remote source side and a side seal 13 provided on the transfer stage side in the side direction after the surface of the object 11 is processed. By providing the minimum width space 102 that does not hinder the movement of 12, the outflow of plasma gas and inflow of atmospheric gas can be suppressed although not as complete as the labyrinth seal mechanism. This shape can be determined appropriately depending on the plasma gas flow rate and the size of the remote source.
[0017]
Examples of the material of the electrode include a single metal such as copper and aluminum, an alloy such as stainless steel and brass, and an intermetallic compound. The shape of the electrode is not particularly limited as long as the plasma discharge can be stabilized, but in order to avoid the occurrence of arc discharge due to electric field concentration, it is preferable that the distance between the counter electrodes is constant, more preferably the electrode. It is preferable that the opposing surface has a shape having parallel flat portions.
[0018]
The distance between the electrodes is appropriately determined in consideration of the thickness of the solid dielectric, the magnitude of the applied voltage, the purpose of using plasma, etc., but is preferably 0.1 to 50 mm, more preferably 0.1 to 5 mm. If it is less than 0.1 mm, it may not be sufficient to install with a gap between the electrodes, while if it exceeds 50 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma.
[0019]
The solid dielectric covers one or both of the opposing surfaces of the electrode. At this time, the solid dielectric and the electrode to be coated are in close contact with each other and completely cover the facing surface of the electrode in contact therewith. If there is a portion where the electrodes directly face each other without being covered by the solid dielectric, arc discharge is likely to occur therefrom.
[0020]
The thickness of the solid dielectric is preferably 0.01 to 4 mm. If it is too thick, a high voltage may be required to generate discharge plasma, and if it is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied, and arc discharge may occur.
[0021]
Examples of the material of the solid dielectric include plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide, and titanium dioxide, and double oxides such as barium titanate. Can be mentioned.
[0022]
In particular, if a solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more in a 25 ° C. environment is used, a high-density discharge plasma can be generated at a low voltage, and the processing efficiency is improved. The upper limit of the relative dielectric constant is not particularly limited, but actual materials having about 18,500 are available and can be used in the present invention. Particularly preferred is a solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 to 100. Specific examples of the solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more include metal oxides such as zirconium dioxide and titanium dioxide, and double oxides such as barium titanate.
[0023]
In the present invention, an electric field by a high frequency, a pulse wave, a microwave, or the like is applied between the electrodes to generate plasma. However, it is preferable to apply a pulse electric field, and in particular, the rise time and / or the fall time of the electric field. An electric field of 10 μs or less is preferred. If it exceeds 10 μs, the discharge state tends to shift to an arc and becomes unstable, and it becomes difficult to maintain a high-density plasma state by a pulse electric field. Also, the shorter the rise time and fall time, the more efficiently ionization of the gas during plasma generation, but it is actually difficult to realize a pulsed electric field with a rise time of less than 40 ns. More preferably, it is 50 ns to 5 μs. The rise time here refers to the time during which the voltage (absolute value) increases continuously, and the fall time refers to the time during which the voltage (absolute value) decreases continuously.
[0024]
The electric field strength of the pulse electric field is preferably 10 to 1000 kV / cm. When the electric field strength is less than 10 kV / cm, it takes too much time for processing, and when it exceeds 1000 kV / cm, arc discharge tends to occur.
[0025]
The frequency of the pulse electric field is preferably 0.5 kHz or more. If it is less than 0.5 kHz, the plasma density is low, and the process takes too much time. The upper limit is not particularly limited, but it may be a high frequency band such as 13.56 MHz that is commonly used and 500 MHz that is used experimentally. In consideration of ease of matching with the load and handleability, 500 kHz or less is preferable. By applying such a pulse electric field, the processing speed can be greatly improved.
[0026]
Further, one pulse duration in the pulse electric field is preferably 200 μs or less. If it exceeds 200 μs, it tends to shift to arc discharge. Here, one pulse duration refers to the continuous ON time of one pulse in a pulse electric field consisting of repetition of ON and OFF.
[0027]
The discharge plasma processing apparatus of the present invention can be used under any pressure, but when used for atmospheric pressure plasma processing for generating glow discharge plasma under a pressure close to atmospheric pressure, the effect can be sufficiently exerted. The atmospheric discharge plasma treatment requires a higher voltage than the low pressure treatment, and therefore the apparatus of the present invention is particularly advantageous.
[0028]
The pressure under the atmospheric pressure refers to a pressure of 1.333 × 10 4 to 10.664 × 10 4 Pa. Among them, easy pressure adjustment range of the apparatus is simplified 9.331 × 10 4 ~10.397 × 10 4 Pa is preferred.
[0029]
Examples of objects to be treated in the present invention include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, polyimide, liquid crystal polymer, epoxy resin, acrylic resin and other plastics, glass, ceramics, metals, and liquid crystal displays. Glass etc. are mentioned. Examples of the shape of the object to be processed include a plate shape and a film shape, but are not particularly limited thereto. According to the surface treatment method of the present invention, it is possible to easily cope with the treatment of an object to be processed having various shapes.
[0030]
The processing gas used in the present invention is not particularly limited as long as it is a gas that generates plasma by applying an electric field, and various gases can be used depending on the processing purpose.
[0031]
A water-repellent surface can be obtained by using a fluorine-containing compound gas such as CF 4 , C 2 F 6 , CClF 3 , or SF 6 as the processing gas.
[0032]
Further, as the processing gas, oxygen element-containing compounds such as O 2 , O 3 , water and air, nitrogen element-containing compounds such as N 2 and NH 3 , and sulfur element-containing compounds such as SO 2 and SO 3 are used, A hydrophilic surface such as a carbonyl group, a hydroxyl group, and an amino group can be formed on the surface of the substrate to increase the surface energy, thereby obtaining a hydrophilic surface. Alternatively, a hydrophilic polymer film can be deposited using a polymerizable monomer having a hydrophilic group such as acrylic acid or methacrylic acid.
[0033]
Furthermore, a metal oxide thin film such as SiO 2 , TiO 2 , or SnO 2 is formed using a processing gas such as metal metal-hydrogen compound, metal-halogen compound, metal alcoholate such as Si, Ti, or Sn, Electrical and optical functions can be given to the substrate surface. Etching treatment and dicing treatment using halogen gas, resist treatment and removal of organic matter contamination using oxygen gas, argon, Surface cleaning and surface modification can also be performed with plasma using an inert gas such as nitrogen.
[0034]
From the viewpoint of economy and safety, the treatment gas can be treated in an atmosphere diluted with a diluent gas as described below. Examples of the diluent gas include rare gases such as helium, neon, argon, and xenon, nitrogen gas, and the like. These may be used alone or in admixture of two or more. The mixing ratio of the dilution gas varies depending on the application. For example, when forming a hydrophilic biopolymer film or a metal oxide thin film, the ratio of the processing gas is preferably 0.01 to 10% by volume.
[0035]
In addition, according to the apparatus of this invention, it is possible to generate glow discharge plasma irrespective of the kind of gas which exists in plasma generation space. In the atmospheric pressure plasma treatment under a specific gas atmosphere as well as the plasma treatment under a known low-pressure condition, it was essential to carry out the treatment in a sealed container that is shielded from the outside air. According to the method using the processing apparatus, it is possible to perform processing in an open system or a low airtight system that prevents free flow of gas.
[0036]
According to the atmospheric pressure discharge treatment apparatus using a pulsed electric field of the present invention, it is possible to cause a discharge directly under atmospheric pressure between the electrodes without depending on the gas type at all, and a more simplified electrode structure, High-speed processing can be realized with an atmospheric pressure plasma apparatus and a processing technique based on a discharge procedure. In addition, parameters relating to processing can be adjusted by parameters such as pulse frequency, voltage, and electrode interval.
[0037]
【The invention's effect】
When the discharge plasma processing apparatus of the present invention is used to form a thin film on an object to be processed, a uniform film can be formed as a result of providing a side seal mechanism to make the gas flow uniform over the entire length of the electrode. In addition, since gas outflow from the plasma processing unit can be suppressed, film formation in unnecessary portions can be suppressed, cleaning inside the apparatus resulting from this can be omitted, and inflow of external atmospheric gas. It is an apparatus that can suppress the contamination of the object to be processed. Therefore, it can be effectively used for realizing in-line processing and high-speed processing in various plasma processing methods including various methods used in the semiconductor manufacturing process that can cope with high-speed processing and large-area processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating an example of a discharge plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of an example of a side seal portion of the present invention.
FIG. 4 is a bottom view and a top view of a side seal portion of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of another example of the side seal portion of the present invention.
FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating an example of a conventional discharge plasma processing apparatus.
7 is a bottom view of FIG. 6. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply 2, 3 Electrode 4 Discharge space 5 Process gas supply line 6 Plasma gas outlet 7 Plasma flow 8 Exhaust gas absorption port 9 Exhaust gas recovery line 10 Side seal (remote source side)
11 Processed object 12 Transport stage 13 Side seal (transport stage side)
101, 131 Restriction piece 102 Space (expansion chamber)

Claims (4)

少なくとも一方の電極対向面が固体誘電体で被覆された一対の電極間に電界を印加し、前記対向電極間に処理ガスを導入してグロー放電プラズマを発生させて電極に対応する長尺ノズルから被処理体にプラズマを接触させて処理を行装置において、
前記被処理体が設置されるとともに前記長尺ノズルに対し該長尺ノズルの幅方向に相対移動されるステージと、
前記長尺ノズルの長手方向の端部に設けられたサイドシールと、前記ステージの前記長尺ノズルの長手方向端部に対応する部位に設けられたサイドシールとを含むラビリンスシール機構と、を備え、
前記長尺ノズルのサイドシールと前記ステージのサイドシールの一方が、前記幅方向に延びる凸状の絞り片を有し、他方が、前記幅方向に延びる膨張室用の凹部を有し、前記一方のサイドシールの絞り片が、前記他方のサイドシールの膨張室用の凹部に前記幅方向へ相対移動可能に受け容れられていることを特徴とする放電プラズマ処理装置。
From a long nozzle corresponding to the electrode, an electric field is applied between a pair of electrodes whose at least one electrode facing surface is coated with a solid dielectric, and a processing gas is introduced between the facing electrodes to generate glow discharge plasma. in line intends device processes by contacting a plasma to the workpiece,
A stage on which the object to be processed is installed and moved relative to the long nozzle in the width direction of the long nozzle;
A labyrinth seal mechanism including a side seal provided at an end in the longitudinal direction of the long nozzle and a side seal provided at a portion corresponding to the longitudinal end of the long nozzle of the stage. ,
One of the side seal of the long nozzle and the side seal of the stage has a convex throttle piece extending in the width direction, and the other has a recess for an expansion chamber extending in the width direction. A discharge plasma processing apparatus , wherein the throttle piece of the side seal is received in the recess for the expansion chamber of the other side seal so as to be relatively movable in the width direction .
前記長尺ノズルのサイドシールの絞り片又は膨張室用の凹部の延び方向の両端が、長尺ノズルの幅方向の両側の面に達していることを特徴とする請求項1に記載の放電プラズマ処理装置。 2. The discharge plasma according to claim 1, wherein both ends in the extending direction of the throttle piece of the side seal of the long nozzle or the recess for the expansion chamber reach both sides in the width direction of the long nozzle. Processing equipment. 前記長尺ノズルのサイドシールと前記ステージのサイドシールの各々が、長尺ノズルの長手方向に交互に並べられた前記絞り片と前記膨張室用の凹部を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の放電プラズマ処理装置。 Each of the side seal of the side seal and the stage of the long nozzle, according to claim 1 or characterized in that it comprises a recess for the diaphragm piece and the expansion chamber are arranged alternately in the longitudinal direction of the long nozzle 2. The discharge plasma processing apparatus according to 2. 前記ラビリンスシール機構が、前記長尺ノズルの長手方向の一端部と前記ステージの前記一端部と対応する部位、及び前記長尺ノズルの長手方向の他端部と前記ステージの前記他端部と対応する部位にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の放電プラズマ処理装置。 The labyrinth seal mechanism corresponds to one end portion of the long nozzle in the longitudinal direction and the portion corresponding to the one end portion of the stage, and the other end portion in the longitudinal direction of the long nozzle and the other end portion of the stage. The discharge plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the discharge plasma processing apparatus is provided at each of the parts .
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