処理ガス吐出装置及びこれを備えた表面処理装置
【課題】電気力線の集中を緩和して放電の集中を抑制することができる処理ガス吐出装置などを提供する。
【解決手段】処理ガス吐出装置２０は、上部外周面に形成された供給穴２３及び下部外周面に形成された吐出穴２４を有する管状の外部誘電体２２と、外部誘電体２２の外周面に設けられ、接地された外部電極と、外部誘電体２２の管内にこれと一定間隔を隔てて同軸に設けられる管状の内部誘電体３５と、内部誘電体３５の管内に設けられる内部電極３７と、内部電極３７と外部電極との間に高周波電圧を印加する高周波電源３９と、外部誘電体２２の軸線方向における外部電極の両端部に外部誘電体２２と同軸に配置されて該外部電極にそれぞれ接続するとともに、外部誘電体２２を間隔を隔てて囲むラッパ状の導電部材２９と、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に処理ガスを供給するガス供給機構５０とを備える。
【解決手段】処理ガス吐出装置２０は、上部外周面に形成された供給穴２３及び下部外周面に形成された吐出穴２４を有する管状の外部誘電体２２と、外部誘電体２２の外周面に設けられ、接地された外部電極と、外部誘電体２２の管内にこれと一定間隔を隔てて同軸に設けられる管状の内部誘電体３５と、内部誘電体３５の管内に設けられる内部電極３７と、内部電極３７と外部電極との間に高周波電圧を印加する高周波電源３９と、外部誘電体２２の軸線方向における外部電極の両端部に外部誘電体２２と同軸に配置されて該外部電極にそれぞれ接続するとともに、外部誘電体２２を間隔を隔てて囲むラッパ状の導電部材２９と、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に処理ガスを供給するガス供給機構５０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理ガスをプラズマ化して吐出する処理ガス吐出装置、及びこの処理ガス吐出装置を備え、当該処理ガス吐出装置から吐出された処理ガスによって処理対象物の表面を処理する表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記表面処理装置として、従来、例えば、特開２００１−３５８３５号公報に開示されたものが知られており、この表面処理装置は、適宜支持されたシート状の処理対象物の上方に配設され、当該処理対象物に向け、処理ガスをプラズマ化して吐出する吐出機構と、この吐出機構に処理ガスを供給するガス供給機構とからなる処理ガス吐出装置などを備える。
【０００３】
前記吐出機構は、管状に形成され、処理対象物の上方に配置される外部誘電体と、外部誘電体の外周面に設けられ、接地された外部電極と、管状に形成され、外部誘電体の管内に、当該外部誘電体と一定間隔を隔てるように且つ当該外部誘電体と同軸に設けられる内部電極と、内部電極と外部電極との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、前記内部電極の管内部に冷却液を流通，循環させる冷却液循環機構とを備える。
【０００４】
前記外部誘電体は、上部外周面に開口し、処理ガスが供給される供給穴と、下部外周面に開口し、前記供給された処理ガスを処理対象物に向けて吐出する吐出穴とを備え、この供給穴及び吐出穴は、長手方向が外部誘電体の軸線と平行なスリット状にそれぞれ形成される。
【０００５】
前記ガス供給機構は、外部誘電体の供給穴に接続したガス導入部を備え、当該ガス導入部を介してこの供給穴から外部誘電体と内部電極との間に処理ガスを供給する。
【０００６】
この表面処理装置によれば、ガス供給機構によりガス導入部を介して供給穴から外部誘電体と内部電極との間に処理ガスが供給されるとともに、高周波電源により内部電極と外部電極との間に高周波電圧が印加され、当該内部電極と外部電極とによって高周波電界が形成される。
【０００７】
外部誘電体と内部電極との間に供給された処理ガスは、当該外部誘電体と内部電極との間を吐出穴側に向けて流動するとともに、前記高周波電界によって内部電極と外部電極（外部誘電体）との間に生じる放電により、ラジカル原子やイオンなどを含んだプラズマとされ、吐出穴からその下方の処理対象物に向けて吐出される。そして、処理対象物は、このようにして吐出された、プラズマ化された処理ガスにより処理される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記従来の表面処理装置において、外部電極１０１の、外部誘電体１０２の軸線方向における両端部では、図１０に示すように電気力線Ｒが集中し、この両端部近傍は電界が強くなっている。このため、上記従来の表面処理装置では、当該端部と内部電極１０３との間で放電が集中的に生じることとなり、この端部近傍の外部誘電体１０２が局所的に温度上昇して破損するという問題を生じていた。
【００１０】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、電気力線の集中を緩和して放電の集中を抑制することができる処理ガス吐出装置、及び当該処理ガス吐出装置を備えた表面処理装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明は、
処理ガスをプラズマ化して吐出する吐出手段と、該吐出手段に前記処理ガスを供給するガス供給手段とから構成される処理ガス吐出装置であって、
前記吐出手段は、
管状の部材からなり、前記処理ガスが供給される供給穴と、前記供給された処理ガスを吐出する吐出穴とが外周面に開口した外部誘電体と、
前記外部誘電体の外周面の、前記供給穴及び吐出穴を塞がない位置に設けられ、接地された外部電極と、
管状の部材からなり、前記外部誘電体の管内に、該外部誘電体の内周面と一定間隔を隔てるように且つ該外部誘電体と同軸に設けられる内部誘電体と、
前記内部誘電体の管内に設けられる内部電極と、
前記内部電極と外部電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記ガス供給手段は、前記供給穴から前記外部誘電体と内部誘電体との間に前記処理ガスを供給するように構成され、
前記外部誘電体と内部誘電体との間に供給された処理ガスは、前記電圧印加手段により前記内部電極と外部電極との間に電圧が印加されることによってプラズマ化された後、前記吐出穴から外部へ吐出されるように構成された処理ガス吐出装置において、
前記外部誘電体の軸線方向における、前記外部電極の両端部に配置され、且つ該外部電極にそれぞれ接続された導電部材を備え、該導電部材は、前記外部誘電体の円周方向において前記外部電極のある部分に少なくとも設けられ、該外部誘電体の外周面と間隔を隔てて円弧状に形成されるとともに、前記外部電極の両端部から該外部誘電体の軸線方向に離れるに従って内径が大きくなるように該外部誘電体の軸線に対し傾斜して形成されてなることを特徴とする処理ガス吐出装置に係る。
【００１２】
この処理ガス吐出装置によれば、ガス供給手段によって供給穴から外部誘電体と内部誘電体との間に処理ガスが供給されると、供給された処理ガスは、当該外部誘電体と内部誘電体との間を吐出穴側に向けて流動する。
【００１３】
内部電極と外部電極との間には、電圧印加手段によって電圧が印加され、当該内部電極と外部電極とによって電界が形成されており、前記処理ガスは、この電界によって当該内部電極（内部誘電体）と外部電極（外部誘電体）との間に生じる放電により、ラジカル原子やイオンなどを含んだプラズマとされる。そして、プラズマ化された処理ガスは、吐出穴から外部に向けて吐出される。
【００１４】
本発明では、外部誘電体の軸線方向における外部電極の両端部に当該外部誘電体の外周面と間隔を隔てて円弧状に設けられ、外部電極の両端部から離れるに従って内径が大きくなるように外部誘電体の軸線に対して傾斜した導電部材を外部電極に接続して設けており、このような、外部誘電体の外周面から徐々に離れる導電部材を設けることで、導電部材側に電気力線を向かわせて外部電極の両端部に電気力線が集中するのを緩和することができ、上記従来の表面処理装置のように、外部電極の両端部に電気力線が集中してこの両端部近傍の電界が強くなるのを防止することができる。
【００１５】
これにより、外部電極の両端部に放電が集中するのを抑制して、放電の集中による、当該両端部近傍の外部誘電体や内部誘電体の局所的な温度上昇を防止し、当該外部誘電体や内部誘電体が破損するのを防止することができる。
【００１６】
尚、前記導電部材の、前記外部誘電体の軸線に対する傾斜角度は、２°〜３０°であることが好ましい。これは、傾斜角度が２°よりも小さいと、導電部材の傾斜方向上側の端部に電気力線が集中して当該端部に放電が集中し、傾斜角度が３０°よりも大きいと、導電部材の傾斜方向下側の端部に電気力線が集中して当該端部に放電が集中するため、外部誘電体や内部誘電体の局所的な温度上昇を防止することができないからである。したがって、上記角度範囲内であれば、電気力線の集中を効果的に緩和して放電の集中を抑制し、外部誘電体や内部誘電体の局所的な温度上昇を防止することができる。
【００１７】
また、本発明は、
処理対象物を支持する支持手段と、
上述した処理ガス吐出装置とを備え、
前記処理ガス吐出装置は、前記吐出穴が前記支持手段によって支持された処理対象物と対峙するように配置され、
前記処理ガス吐出装置から吐出された処理ガスによって前記処理対象物の表面を処理するように構成されてなることを特徴とする表面処理装置に係る。
【００１８】
この表面処理装置によれば、処理ガス吐出装置が、上述のように、外部誘電体や内部誘電体の破損を防止することができることから、メンテナンス回数を減らすことができるなどプラズマ表面処理（例えば、表面改質処理や洗浄処理、成膜処理など）を効率的に実施することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明に係る処理ガス吐出装置によれば、放電の集中による外部誘電体や内部誘電体の局所的な温度上昇を防止してこれらが破損するのを防止することができ、また、本発明に係る表面処理装置によれば、メンテナンス回数を減らすことができるなどプラズマ表面処理を効率的に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る表面処理装置の概略構成を示した正断面図であり、図２は、図１における矢示Ａ−Ａ方向の断面図であり、図３は、図１における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図である。また、図４は、本実施形態に係る外部誘電体の概略構成を示した平面図であり、図５は、図４に示した外部誘電体の底面図であり、図６は、本実施形態に係る内部電極の概略構成を示した説明図であり、図７は、本実施形態に係る内部電極及び冷却管などの概略構成を示した断面図であり、図８は、本実施形態に係る接続部材及び整流板の概略構成を示した底面図である。
【００２１】
図１乃至図３に示すように、本例の表面処理装置１は、処理対象物たる基板Ｋを水平に支持して所定の方向（図２及び図３の矢示方向）に搬送する搬送ローラ１０と、この搬送ローラ１０によって搬送される基板Ｋの上方に配設され、当該基板Ｋに向け処理ガスをプラズマ化して吐出する吐出機構２１、及びこの吐出機構２１に前記処理ガスを供給するガス供給機構５０からなる処理ガス吐出装置２０などを備えて構成される。
【００２２】
前記搬送ローラ１０は、その複数が基板搬送方向に沿って所定間隔で配設され、その回転軸１０ａの両端部が支持部材（図示せず）によって回転自在に支持されている。また、搬送ローラ１０は、その回転軸１０ａの一方端が駆動機構（図示せず）に接続されており、この駆動機構（図示せず）によって回転軸１０ａが軸中心に回転せしめられることで、基板Ｋを前記基板搬送方向に搬送する。
【００２３】
前記吐出機構２１は、石英ガラス管などからなる外部誘電体２２と、外部誘電体２２の外周面に設けられた外部電極２６と、アルミニウムなどの金属からなり、外部電極２６を介して外部誘電体２２を保持する保持部材２７と、ステンレスなどの金属からなり、外部誘電体２２の軸線方向における保持部材２７の両端部にそれぞれ設けられたラッパ状の導電部材２９と、石英ガラス管などからなり、外部誘電体２２の管内に、当該外部誘電体２２の内周面と一定間隔を隔てるように且つ当該外部誘電体２２と同軸に設けられる内部誘電体３５と、内部誘電体３５の管内に設けられる内部電極３６と、内部電極３６と外部電極２６との間に高周波電圧を印加する高周波電源３９と、内部電極３６及び保持部材２７の内部に冷却液を流通，循環させる冷却液循環機構４０とを備える。
【００２４】
前記外部誘電体２２は、その軸線が基板搬送方向と直交するとともに、基板Ｋの全幅に渡り当該基板Ｋと一定間隔を隔てて対峙するように当該基板Ｋの上方に設けられており、上部外周面に形成された凸部２２ａと、両端部に形成された鍔部２２ｂと、凸部２２ａの上面から内周面に貫通し、ガス供給機構５０から処理ガスが供給される供給穴２３と、下部外周面から内周面に貫通し、前記供給された処理ガスを基板Ｋに向けて吐出する吐出穴２４とを備える。
【００２５】
前記供給穴２３及び吐出穴２４は、図４及び図５に示すように、外部誘電体２２の軸線方向に一列に形成された複数のスリット穴からそれぞれ構成されており、当該各スリット穴は、所定長さＬ１，Ｌ４のスリット部２３ａ，２４ａと、このスリット部２３ａ，２４ａの両端に形成され、当該スリット部２３ａ，２４ａのスリット幅Ｌ２，Ｌ５よりも直径Ｄ１，Ｄ２の大きい丸穴２３ｂ，２４ｂ（直径Ｄ１はスリット幅Ｌ２より大きく、直径Ｄ２はスリット幅Ｌ５より大きい）とから構成されるとともに、長手方向が外部誘電体２２の軸線に沿うように且つ隣り合う端部間の距離が所定間隔Ｌ３，Ｌ６となるように形成されている。
【００２６】
尚、前記スリット部２３ａ，２４ａの長手方向の長さＬ１，Ｌ４は、３００ｍｍ〜１２００ｍｍに設定され、前記スリット部２３ａのスリット幅Ｌ２は、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍに設定され、前記スリット穴の隣り合う端部間の距離Ｌ３，Ｌ６は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍに設定され、前記丸穴２３ｂの直径Ｄ１は、スリット幅Ｌ２の２倍〜６倍に設定され、前記丸穴２４ｂの直径Ｄ２は、スリット幅Ｌ５の２倍〜６倍に設定される。
【００２７】
また、前記スリット部２４ａのスリット幅Ｌ５は、加工上の問題から０．２ｍｍよりも小さくすることは難しいが、できるだけ小さいことが好ましい。これは、スリット幅Ｌ５を細くすることで、吐出穴２４から吐出される処理ガスの流速を速くし、励起状態にある処理ガスを、通常の状態に戻る前に基板Ｋの表面に到達させることができるからである。
【００２８】
前記外部電極２６は、アルミニウムなどの金属膜から構成され、外部誘電体２２の左右両側の、凸部２２ａと吐出穴２４の近傍との間の外周面に当接して設けられており、保持部材２７を介して接地されている。
【００２９】
前記保持部材２７は、冷却液を流通させるための冷却流路２７ａを備えた左右対称な２部材を一組として構成されており、外部電極２６の外周面に当接して外部誘電体２２を左右両側から挟持するとともに、外部誘電体２２をその両端部が当該保持部材２７及び導電部材２９から突出した状態で保持する。また、左右の各保持部材２７は、その上面に取り付けられた連結部材２８によって連結，固定されている。
【００３０】
前記導電部材２９は、外部誘電体２２の軸線方向における保持部材２７の両端部に取り付けられ（即ち、外部誘電体２２の軸線方向における外部電極２６の両端部に配置され）、外部誘電体２２と同軸の貫通穴３０ａを備える平板状の取付部３０と、取付部３０の表面に固設され、外部誘電体２２の外周面と間隔を隔てて円弧状に形成されるとともに、取付部３０側から外部誘電体２２の軸線方向に離れるに従って内径が大きくなるように外部誘電体２２の軸線に対して傾斜角度θで傾斜し且つ外部誘電体２２と同軸に形成された傾斜部３１とを備える。斯くして、この導電部材２９（傾斜部３１）により、外部誘電体２２の外周面は、その下部側部分を除いて囲まれた状態となっている。尚、導電部材２９は、左右対称な２部材を一組として構成され、また、前記傾斜角度θは、２°〜３０°の範囲に設定される。
【００３１】
前記内部誘電体３５は、その両端部が外部誘電体２２の両端部から突出した状態で当該外部誘電体２２の内部に配置されており、一端部が封止部材３５ａによって封止されている。また、内部誘電体３５は、外部誘電体２２の内周面に当該外部誘電体２２の軸線方向に一定間隔で設けられる図示しないスペーサによって、外部誘電体２２の内周面との間に一定の隙間を確実に形成して配置される。尚、内部誘電体３５と外部誘電体２２との間の隙間は、当該外部誘電体２２の各鍔部２２ｂの端面に一端側が当接して設けられる筒状の封止部材３２，３３によって封止されている。
【００３２】
前記内部電極３６は、図１乃至図３、図６及び図７に示すように、一端部が封止部材３７ａによって封止されたステンレス管などからなり、内部誘電体３５の管内に当該内部誘電体３５と同軸に配置される心材３７と、ステンレスなどからなる、厚みが２０μｍ〜５０μｍのシート状の部材から構成され、心材３７の外周面に筒状に巻かれる金属箔３８とを備えており、当該金属箔３８は、外力が加えられることで変形し、当該外力が取り除かれることで形状が原形に回復するように構成される（即ち、スプリングバック特性を備える）とともに、形状回復作用によって金属箔３８の表面が内部誘電体３５の内周面に当接するように構成される。
【００３３】
尚、心材３７は、図６に示すように、金属箔３８が、その外径が内部誘電体３５の内径よりも小さくなるように巻き付けられた後、内部誘電体３５の管内に挿入されるようになっており、内部誘電体３５の管内に挿入されて、金属箔３８に作用する外力が取り除かれると、金属箔３８のスプリングバックによって外径が大きくなることから、内部誘電体３５の内周面の全面にこの金属箔３８を介して当接することとなる。また、心材３７の一端部は、外部電極２６や保持部材２７、導電部材２９よりも外部誘電体２２の端部側に位置している。
【００３４】
前記高周波電源３９は、内部電極３６の心材３７と外部電極２６との間に高周波電圧を印加するように構成される。
【００３５】
前記冷却液循環機構４０は、図１乃至図３、図６及び図７に示すように、心材３７の管内に配置され、一端及び外周面が当該心材３７の内面と間隔を隔てて設けられる冷却管４１と、ステンレスワイヤなどからなり、冷却管４１の外周面に螺旋状に巻かれて心材３７の内周面と冷却管４１の外周面との間に一定間隔を確保するための金属ワイヤ４２と、心材３７の他端が接続し、冷却管４１の他端側が貫通して設けられる継手４３と、冷却管４１の他端に接続した第１接続管４４と、継手４３を介して心材３７と冷却管４１との間に接続した第２接続管４５と、保持部材２７の冷却流路２７ａの一端側に接続した第３接続管（図示せず）と、冷却流路２７ａの他端側に接続した第４接続管（図示せず）と、第１接続管４４及び第３接続管（図示せず）から冷却液を供給するとともに、供給した冷却液を第２接続管４５及び第４接続管（図示せず）から還流させる循環装置４６とを備える。
【００３６】
前記ガス供給機構５０は、図１乃至図３及び図８に示すように、一端が封止され、当該一端部が外部誘電体２２の上方に外部誘電体２２の軸線と平行に配置された導入管５１と、導入管５１の他端が接続され、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）式窒素ガス生成装置などから構成されて窒素ガスを主成分とする処理ガスを生成する処理ガス生成装置５２と、上下に開口した中空状の部材からなり、上端部が導入管５１の一端側下部の外周面からその管内に接続し、下端部が外部誘電体２２の凸部２２ａの上面に接続した接続部材５３と、接続部材５３の上端側内部に重ねられて設けられる平板状且つ細長の部材からなり、上下に貫通し且つ長手方向に一列に形成された複数の貫通穴５４ａを備える複数の整流板５４とを備えており、処理ガス生成装置５２から導入管５１，接続部材５３（整流板５４），供給穴２３を順次介して外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に前記処理ガスを供給する。尚、接続部材５３の下面には供給穴２３の周囲を囲むように凹溝５３ａが形成されて、この凹溝５３ａ内にシール部材５５が配置されており、このシール部材５５によって接続部材５３と凸部２２ａとの接続部が気密に保たれている。
【００３７】
以上のように構成された本例の表面処理装置１によれば、ガス供給機構５０の処理ガス生成装置５２によって生成された処理ガスが導入管５１，接続部材５３及び整流板５４を介して供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給されると、供給された処理ガスは、当該外部誘電体２２と内部誘電体３５との間を吐出穴２４側に向けて流動する。
【００３８】
内部電極３６の心材３７と外部電極２６との間には、高周波電源３９により高周波電圧が印加され、金属箔３８（内部電極３６）と外部電極２６とによって高周波電界が形成されており、前記処理ガスは、この高周波電界によって当該金属箔３８（内部誘電体３５）と外部電極２６（外部誘電体２２）との間に生じる放電により、ラジカル原子やイオンなどを含んだプラズマとされる。
【００３９】
そして、プラズマ化された処理ガスは、吐出穴２４から外部へ吐出され、吐出された処理ガス中のラジカル原子やイオンによって、搬送ローラ１０により搬送される基板Ｋの表面が処理される（例えば、表面改質処理や洗浄処理、成膜処理などが行われる）。
【００４０】
尚、保持部材２７及び外部電極２６や、内部電極３６の心材３７及び金属箔３８は、冷却液循環機構４０の循環装置４６から供給され、冷却流路２７ａ内や、心材３７と冷却管４１との間を流通する冷却液によって冷却されており、これによって、外部誘電体２２及び内部誘電体３５たる石英ガラス管が破損するのが防止されている。
【００４１】
また、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される処理ガスの流量は、ガス供給機構５０の接続部材５３内に設けられた複数の整流板５４によって均一となるように調整されており、これによって、外部誘電体２２と内部誘電体３５と間のプラズマ状態が均一とされたり、吐出穴２４から吐出される処理ガスの吐出流量が均一とされている。
【００４２】
上述のように、本例の表面処理装置１における処理ガス吐出装置２０では、外部誘電体２２の軸線方向における保持部材２７の両端部に、取付部３０及び傾斜部３１からなるラッパ状の導電部材２９を設け、当該導電部材２９により外部誘電体２２をその外周面との間の間隔が徐々に広くなるように囲んでいるので、図９に示すように、導電部材２９の傾斜部３１側に電気力線Ｒを向かわせて保持部材２７の両端部（取付部３０の表面）に電気力線Ｒが集中するのを緩和することができ、上記従来の表面処理装置のように、保持部材２７（外部電極２６）の両端部に電気力線Ｒが集中してこの両端部近傍の電界が強くなるのを防止することができる。
【００４３】
これにより、当該両端部に放電が集中するのを抑制して、放電の集中による、当該両端近傍の外部誘電体２２や内部誘電体３５の局所的な温度上昇を防止し、当該外部誘電体２２や内部誘電体３５が破損するのを防止することができる。
【００４４】
尚、傾斜部３１の、外部誘電体２２の軸線に対する傾斜角度θは２°〜３０°の範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、電気力線の集中を効果的に緩和して放電の集中を抑制し、外部誘電体２２や内部誘電体３５の局所的な温度上昇を更に効果的に防止することができる。これは、傾斜角度θが２°よりも小さいと、傾斜部３１の傾斜方向上側の端部に電気力線が集中して当該端部に放電が集中し、傾斜角度θが３０°よりも大きいと、傾斜部３１の傾斜方向下側の端部（傾斜部３１の付根部）などに電気力線が集中して当該端部に放電が集中するため、外部誘電体２２や内部誘電体３５の局所的な温度上昇を防止することができないからである。
【００４５】
また、内部電極３６を、心材３７と、その外周面に巻き付けられる金属箔３８とから構成し、当該金属箔３８を、スプリングバック特性を備えるように構成するとともに、スプリングバックによって金属箔３８の表面が内部誘電体３５の内周面に当接するように構成したので、内部電極３６（金属箔３８）を内部誘電体３５の内周面に、隙間を生じさせることなく完全に当接させることができる。
【００４６】
これにより、内部誘電体３５と内部電極３６との間で放電が生じるのを防止して無駄な電力を消費するのを防止することができ、また、心材３７の管内を流通する冷却液によって内部誘電体３５を効率的且つ均一に冷却し、内部誘電体３５の温度上昇を防止して当該内部誘電体３５が破損するのを防止することができる。
【００４７】
尚、金属箔３８の厚みは２０μｍ〜５０μｍの範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、製造の容易化や取り扱いの容易化を図ったり、筒状に巻き易くすることができる。これは、厚みが２０μｍよりも薄いと、薄過ぎて製造上の問題や取り扱い上の問題を生じ、厚みが５０μｍよりも厚いと、強度が高くなって筒状に巻き難くなるからである。
【００４８】
また、心材３７及び冷却管４１を２重管構造に構成し、心材３７及び冷却管４１の他端側に第１接続管４４及び第２接続管４５を接続しているので、内部誘電体３５の片側から効率的にメンテナンスすることができる。また、心材３７の両端部にそれぞれ接続管４４，４５を接続したときのように、接続管の配置スペースなどを内部誘電体３５の両側に設ける必要は無く、片側だけで良いので、装置構成のコンパクト化を図ることもできる。
【００４９】
また、供給穴２３を、長手方向が外部誘電体２２の軸線に沿うように一列に形成された複数のスリット穴から構成したので、供給穴を一つのスリット穴から構成する場合に比べて、スリット穴一つ当たりの長手方向における長さを短くし、スリット幅Ｌ２を一定に加工し易くしたり、スリット穴（スリット部２３ａ）の長手方向を外部誘電体２２の軸線と平行に加工し易くすることができるなど、スリット穴の加工精度を向上させることができる。
【００５０】
これにより、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される、外部誘電体２２の軸線方向における処理ガスの流量を略均一にして、吐出穴２４から吐出される処理ガスの流量を略均一にすることができる。
【００５１】
また、吐出穴２４についても、供給穴２３と同様、長手方向が外部誘電体２２の軸線に沿うように一列に形成された複数のスリット穴から構成したので、スリット穴の加工容易化を図って加工精度を高めることができ、当該吐出穴２４から外部に吐出される、外部誘電体２２の軸線方向における処理ガスの流量を略均一にすることができる。
【００５２】
尚、スリット部２３ａ，２４ａの長手方向の長さＬ１，Ｌ４は３００ｍｍ〜１２００ｍｍの範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、当該スリット部２３ａ，２４ａの長さを好適なものとして、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給されたり、吐出穴２４から外部に吐出される処理ガスの流量を略均一にすることができる。これは、スリット部２３ａ，２４ａの長手方向の長さＬ１，Ｌ４が３００ｍｍよりも短いと、スリット穴一つ当たりの長さを短くして複数のスリット穴を設ける必要がなく、スリット部２３ａ，２４ａの長手方向の長さＬ１，Ｌ４が１２００ｍｍよりも長くなると、スリット穴を精度良く加工することができないからである。
【００５３】
また、スリット部２３ａのスリット幅Ｌ２は０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、加工の容易化を図ったり、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される処理ガスの流量や流速を調整し易くすることができる。これは、スリット幅Ｌ２が０．２ｍｍよりも小さくなると、加工が困難になるという問題を生じ、スリット幅Ｌ２が２．０ｍｍよりも大きくなると、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される処理ガスの流量や流速を調整し難くなるからである。
【００５４】
また、スリット穴の隣り合う端部間の距離Ｌ３，Ｌ６は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、外部誘電体２２の強度低下を招くのを防止したり、処理ガスが供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給されない部分や、処理ガスが吐出穴２４から外部に吐出されない部分を狭くして処理ガス流量のムラを少なくすることができる。これは、端部間の距離Ｌ３，Ｌ６が０．５ｍｍよりも小さいと、当該端部間の強度が低下して亀裂や割れなどを生じる恐れが高くなるからであり、端部間の距離Ｌ３，Ｌ６が２．０ｍｍよりも大きいと、処理ガスが供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給されない部分や、処理ガスが吐出穴２４から外部に吐出されない部分が広くなって、処理ガス流量のムラが大きくなるからである。
【００５５】
また、スリット部２３ａ，２４ａの長手方向両端部に、スリット幅Ｌ２，Ｌ５よりも大きい直径Ｄ１，Ｄ２の丸穴２３ｂ，２４ｂをそれぞれ形成し、スリット穴端部の応力集中を緩和するようにしたので、外部誘電体２２に衝撃が加わっても当該端部に亀裂や割れを生じ難くして破損を防止することができ、取り扱いを容易にすることができる。また、丸穴２３ｂ，２４ｂ部分から供給されたり、吐出される処理ガスが、処理ガスの供給や処理ガスの吐出がない、スリット穴間の部分の処理ガス流量を補うので、供給穴２３や吐出穴２４から短い距離で処理ガス流量の均一化を図ることができる。
【００５６】
尚、前記丸穴２３ｂ，２４ｂの直径Ｄ１，Ｄ２はスリット幅Ｌ２，Ｌ５の２倍〜６倍の範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、応力集中を効果的に緩和して外部誘電体２２の破損を防止したり、スリット部２３ａ，２４ａと丸穴２３ｂ，２４ｂの部分との間における処理ガスの流量差を小さくすることができる。これは、直径Ｄ１，Ｄ２がスリット幅Ｌ２，Ｌ５の２倍よりも小さくなると、応力集中の緩和が不十分となって外部誘電体２２が破損し易く、直径Ｄ１，Ｄ２がスリット幅Ｌ２，Ｌ５の６倍よりも大きくなると、スリット部２３ａ，２４ａから供給されたり、吐出される処理ガスと、丸穴２３ｂ，２４ｂから供給されたり、吐出される処理ガスとの間における流量差が大きくなり過ぎるからである。
【００５７】
したがって、本例の表面処理装置１によれば、上記処理ガス吐出装置２０が、放電の集中による外部誘電体２２や内部誘電体３５の局所的な温度上昇を防止してこれらが破損するのを防止することができ、また、内部誘電体３５と内部電極３６との間で放電が生じるのを防止して無駄な電力を消費するのを防止したり、内部誘電体３５を効率的且つ均一に冷却して内部誘電体３５の破損を防止することができ、更に、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される処理ガスの流量や、吐出穴２４から外部に吐出される処理ガスの流量を均一にしたり、外部誘電体２２の強度を高めることができるので、プラズマ表面処理を均一且つ効率的に実施したり、プラズマ表面処理にかかるコストを低減したり、取り扱いの容易化を図ることができる。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００５９】
上例では、ラッパ状の導電部材２９により、外部誘電体２２の下部側部分を除いた外周面を間隔を隔てて囲むようにしたが、導電部材２９の形状は、外部電極２６の形状に応じて適宜変更することが可能である。例えば、外部電極２６が外部誘電体２２の外周面の一部分にしか設けられていない場合には、導電部材２９は、外部誘電体２２の円周方向において外部電極２６のある部分にのみ設けられるように円弧状に形成されていても良い。また、導電部材２９は、外部電極２６や保持部材２７などと一体的に単一部材から構成されていても良い。
【００６０】
また、上例では、基板Ｋを処理するように構成したが、処理対象物は基板Ｋに限定されるものではなく、また、処理ガスも窒素ガスを主成分とするものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面処理装置の概略構成を示した正断面図である。
【図２】図１における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【図３】図１における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図である。
【図４】本実施形態に係る外部誘電体の概略構成を示した平面図である。
【図５】図４に示した外部誘電体の底面図である。
【図６】本実施形態に係る内部電極の概略構成を示した説明図である。
【図７】本実施形態に係る内部電極及び冷却管などの概略構成を示した断面図である。
【図８】本実施形態に係る接続部材及び整流板の概略構成を示した底面図である。
【図９】本例における電気力線の状態を示した説明図である。
【図１０】従来例における電気力線の状態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 表面処理装置
１０ 搬送ローラ
２０ 処理ガス吐出装置
２１ 吐出機構
２２ 外部誘電体
２３ 供給穴
２４ 吐出穴
２６ 外部電極
２７ 保持部材
２９ 導電部材
３０ 取付部
３１ 傾斜部
３５ 内部誘電体
３６ 内部電極
３７ 心材
３８ 金属箔
３９ 高周波電源
４０ 冷却液循環機構
４１ 冷却管
４２ 金属ワイヤ
５０ ガス供給機構
５１ 導入管
５２ 処理ガス生成装置
５３ 接続部材
５４ 整流板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理ガスをプラズマ化して吐出する処理ガス吐出装置、及びこの処理ガス吐出装置を備え、当該処理ガス吐出装置から吐出された処理ガスによって処理対象物の表面を処理する表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記表面処理装置として、従来、例えば、特開２００１−３５８３５号公報に開示されたものが知られており、この表面処理装置は、適宜支持されたシート状の処理対象物の上方に配設され、当該処理対象物に向け、処理ガスをプラズマ化して吐出する吐出機構と、この吐出機構に処理ガスを供給するガス供給機構とからなる処理ガス吐出装置などを備える。
【０００３】
前記吐出機構は、管状に形成され、処理対象物の上方に配置される外部誘電体と、外部誘電体の外周面に設けられ、接地された外部電極と、管状に形成され、外部誘電体の管内に、当該外部誘電体と一定間隔を隔てるように且つ当該外部誘電体と同軸に設けられる内部電極と、内部電極と外部電極との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、前記内部電極の管内部に冷却液を流通，循環させる冷却液循環機構とを備える。
【０００４】
前記外部誘電体は、上部外周面に開口し、処理ガスが供給される供給穴と、下部外周面に開口し、前記供給された処理ガスを処理対象物に向けて吐出する吐出穴とを備え、この供給穴及び吐出穴は、長手方向が外部誘電体の軸線と平行なスリット状にそれぞれ形成される。
【０００５】
前記ガス供給機構は、外部誘電体の供給穴に接続したガス導入部を備え、当該ガス導入部を介してこの供給穴から外部誘電体と内部電極との間に処理ガスを供給する。
【０００６】
この表面処理装置によれば、ガス供給機構によりガス導入部を介して供給穴から外部誘電体と内部電極との間に処理ガスが供給されるとともに、高周波電源により内部電極と外部電極との間に高周波電圧が印加され、当該内部電極と外部電極とによって高周波電界が形成される。
【０００７】
外部誘電体と内部電極との間に供給された処理ガスは、当該外部誘電体と内部電極との間を吐出穴側に向けて流動するとともに、前記高周波電界によって内部電極と外部電極（外部誘電体）との間に生じる放電により、ラジカル原子やイオンなどを含んだプラズマとされ、吐出穴からその下方の処理対象物に向けて吐出される。そして、処理対象物は、このようにして吐出された、プラズマ化された処理ガスにより処理される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記従来の表面処理装置において、外部電極１０１の、外部誘電体１０２の軸線方向における両端部では、図１０に示すように電気力線Ｒが集中し、この両端部近傍は電界が強くなっている。このため、上記従来の表面処理装置では、当該端部と内部電極１０３との間で放電が集中的に生じることとなり、この端部近傍の外部誘電体１０２が局所的に温度上昇して破損するという問題を生じていた。
【００１０】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、電気力線の集中を緩和して放電の集中を抑制することができる処理ガス吐出装置、及び当該処理ガス吐出装置を備えた表面処理装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明は、
処理ガスをプラズマ化して吐出する吐出手段と、該吐出手段に前記処理ガスを供給するガス供給手段とから構成される処理ガス吐出装置であって、
前記吐出手段は、
管状の部材からなり、前記処理ガスが供給される供給穴と、前記供給された処理ガスを吐出する吐出穴とが外周面に開口した外部誘電体と、
前記外部誘電体の外周面の、前記供給穴及び吐出穴を塞がない位置に設けられ、接地された外部電極と、
管状の部材からなり、前記外部誘電体の管内に、該外部誘電体の内周面と一定間隔を隔てるように且つ該外部誘電体と同軸に設けられる内部誘電体と、
前記内部誘電体の管内に設けられる内部電極と、
前記内部電極と外部電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記ガス供給手段は、前記供給穴から前記外部誘電体と内部誘電体との間に前記処理ガスを供給するように構成され、
前記外部誘電体と内部誘電体との間に供給された処理ガスは、前記電圧印加手段により前記内部電極と外部電極との間に電圧が印加されることによってプラズマ化された後、前記吐出穴から外部へ吐出されるように構成された処理ガス吐出装置において、
前記外部誘電体の軸線方向における、前記外部電極の両端部に配置され、且つ該外部電極にそれぞれ接続された導電部材を備え、該導電部材は、前記外部誘電体の円周方向において前記外部電極のある部分に少なくとも設けられ、該外部誘電体の外周面と間隔を隔てて円弧状に形成されるとともに、前記外部電極の両端部から該外部誘電体の軸線方向に離れるに従って内径が大きくなるように該外部誘電体の軸線に対し傾斜して形成されてなることを特徴とする処理ガス吐出装置に係る。
【００１２】
この処理ガス吐出装置によれば、ガス供給手段によって供給穴から外部誘電体と内部誘電体との間に処理ガスが供給されると、供給された処理ガスは、当該外部誘電体と内部誘電体との間を吐出穴側に向けて流動する。
【００１３】
内部電極と外部電極との間には、電圧印加手段によって電圧が印加され、当該内部電極と外部電極とによって電界が形成されており、前記処理ガスは、この電界によって当該内部電極（内部誘電体）と外部電極（外部誘電体）との間に生じる放電により、ラジカル原子やイオンなどを含んだプラズマとされる。そして、プラズマ化された処理ガスは、吐出穴から外部に向けて吐出される。
【００１４】
本発明では、外部誘電体の軸線方向における外部電極の両端部に当該外部誘電体の外周面と間隔を隔てて円弧状に設けられ、外部電極の両端部から離れるに従って内径が大きくなるように外部誘電体の軸線に対して傾斜した導電部材を外部電極に接続して設けており、このような、外部誘電体の外周面から徐々に離れる導電部材を設けることで、導電部材側に電気力線を向かわせて外部電極の両端部に電気力線が集中するのを緩和することができ、上記従来の表面処理装置のように、外部電極の両端部に電気力線が集中してこの両端部近傍の電界が強くなるのを防止することができる。
【００１５】
これにより、外部電極の両端部に放電が集中するのを抑制して、放電の集中による、当該両端部近傍の外部誘電体や内部誘電体の局所的な温度上昇を防止し、当該外部誘電体や内部誘電体が破損するのを防止することができる。
【００１６】
尚、前記導電部材の、前記外部誘電体の軸線に対する傾斜角度は、２°〜３０°であることが好ましい。これは、傾斜角度が２°よりも小さいと、導電部材の傾斜方向上側の端部に電気力線が集中して当該端部に放電が集中し、傾斜角度が３０°よりも大きいと、導電部材の傾斜方向下側の端部に電気力線が集中して当該端部に放電が集中するため、外部誘電体や内部誘電体の局所的な温度上昇を防止することができないからである。したがって、上記角度範囲内であれば、電気力線の集中を効果的に緩和して放電の集中を抑制し、外部誘電体や内部誘電体の局所的な温度上昇を防止することができる。
【００１７】
また、本発明は、
処理対象物を支持する支持手段と、
上述した処理ガス吐出装置とを備え、
前記処理ガス吐出装置は、前記吐出穴が前記支持手段によって支持された処理対象物と対峙するように配置され、
前記処理ガス吐出装置から吐出された処理ガスによって前記処理対象物の表面を処理するように構成されてなることを特徴とする表面処理装置に係る。
【００１８】
この表面処理装置によれば、処理ガス吐出装置が、上述のように、外部誘電体や内部誘電体の破損を防止することができることから、メンテナンス回数を減らすことができるなどプラズマ表面処理（例えば、表面改質処理や洗浄処理、成膜処理など）を効率的に実施することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明に係る処理ガス吐出装置によれば、放電の集中による外部誘電体や内部誘電体の局所的な温度上昇を防止してこれらが破損するのを防止することができ、また、本発明に係る表面処理装置によれば、メンテナンス回数を減らすことができるなどプラズマ表面処理を効率的に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る表面処理装置の概略構成を示した正断面図であり、図２は、図１における矢示Ａ−Ａ方向の断面図であり、図３は、図１における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図である。また、図４は、本実施形態に係る外部誘電体の概略構成を示した平面図であり、図５は、図４に示した外部誘電体の底面図であり、図６は、本実施形態に係る内部電極の概略構成を示した説明図であり、図７は、本実施形態に係る内部電極及び冷却管などの概略構成を示した断面図であり、図８は、本実施形態に係る接続部材及び整流板の概略構成を示した底面図である。
【００２１】
図１乃至図３に示すように、本例の表面処理装置１は、処理対象物たる基板Ｋを水平に支持して所定の方向（図２及び図３の矢示方向）に搬送する搬送ローラ１０と、この搬送ローラ１０によって搬送される基板Ｋの上方に配設され、当該基板Ｋに向け処理ガスをプラズマ化して吐出する吐出機構２１、及びこの吐出機構２１に前記処理ガスを供給するガス供給機構５０からなる処理ガス吐出装置２０などを備えて構成される。
【００２２】
前記搬送ローラ１０は、その複数が基板搬送方向に沿って所定間隔で配設され、その回転軸１０ａの両端部が支持部材（図示せず）によって回転自在に支持されている。また、搬送ローラ１０は、その回転軸１０ａの一方端が駆動機構（図示せず）に接続されており、この駆動機構（図示せず）によって回転軸１０ａが軸中心に回転せしめられることで、基板Ｋを前記基板搬送方向に搬送する。
【００２３】
前記吐出機構２１は、石英ガラス管などからなる外部誘電体２２と、外部誘電体２２の外周面に設けられた外部電極２６と、アルミニウムなどの金属からなり、外部電極２６を介して外部誘電体２２を保持する保持部材２７と、ステンレスなどの金属からなり、外部誘電体２２の軸線方向における保持部材２７の両端部にそれぞれ設けられたラッパ状の導電部材２９と、石英ガラス管などからなり、外部誘電体２２の管内に、当該外部誘電体２２の内周面と一定間隔を隔てるように且つ当該外部誘電体２２と同軸に設けられる内部誘電体３５と、内部誘電体３５の管内に設けられる内部電極３６と、内部電極３６と外部電極２６との間に高周波電圧を印加する高周波電源３９と、内部電極３６及び保持部材２７の内部に冷却液を流通，循環させる冷却液循環機構４０とを備える。
【００２４】
前記外部誘電体２２は、その軸線が基板搬送方向と直交するとともに、基板Ｋの全幅に渡り当該基板Ｋと一定間隔を隔てて対峙するように当該基板Ｋの上方に設けられており、上部外周面に形成された凸部２２ａと、両端部に形成された鍔部２２ｂと、凸部２２ａの上面から内周面に貫通し、ガス供給機構５０から処理ガスが供給される供給穴２３と、下部外周面から内周面に貫通し、前記供給された処理ガスを基板Ｋに向けて吐出する吐出穴２４とを備える。
【００２５】
前記供給穴２３及び吐出穴２４は、図４及び図５に示すように、外部誘電体２２の軸線方向に一列に形成された複数のスリット穴からそれぞれ構成されており、当該各スリット穴は、所定長さＬ１，Ｌ４のスリット部２３ａ，２４ａと、このスリット部２３ａ，２４ａの両端に形成され、当該スリット部２３ａ，２４ａのスリット幅Ｌ２，Ｌ５よりも直径Ｄ１，Ｄ２の大きい丸穴２３ｂ，２４ｂ（直径Ｄ１はスリット幅Ｌ２より大きく、直径Ｄ２はスリット幅Ｌ５より大きい）とから構成されるとともに、長手方向が外部誘電体２２の軸線に沿うように且つ隣り合う端部間の距離が所定間隔Ｌ３，Ｌ６となるように形成されている。
【００２６】
尚、前記スリット部２３ａ，２４ａの長手方向の長さＬ１，Ｌ４は、３００ｍｍ〜１２００ｍｍに設定され、前記スリット部２３ａのスリット幅Ｌ２は、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍに設定され、前記スリット穴の隣り合う端部間の距離Ｌ３，Ｌ６は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍに設定され、前記丸穴２３ｂの直径Ｄ１は、スリット幅Ｌ２の２倍〜６倍に設定され、前記丸穴２４ｂの直径Ｄ２は、スリット幅Ｌ５の２倍〜６倍に設定される。
【００２７】
また、前記スリット部２４ａのスリット幅Ｌ５は、加工上の問題から０．２ｍｍよりも小さくすることは難しいが、できるだけ小さいことが好ましい。これは、スリット幅Ｌ５を細くすることで、吐出穴２４から吐出される処理ガスの流速を速くし、励起状態にある処理ガスを、通常の状態に戻る前に基板Ｋの表面に到達させることができるからである。
【００２８】
前記外部電極２６は、アルミニウムなどの金属膜から構成され、外部誘電体２２の左右両側の、凸部２２ａと吐出穴２４の近傍との間の外周面に当接して設けられており、保持部材２７を介して接地されている。
【００２９】
前記保持部材２７は、冷却液を流通させるための冷却流路２７ａを備えた左右対称な２部材を一組として構成されており、外部電極２６の外周面に当接して外部誘電体２２を左右両側から挟持するとともに、外部誘電体２２をその両端部が当該保持部材２７及び導電部材２９から突出した状態で保持する。また、左右の各保持部材２７は、その上面に取り付けられた連結部材２８によって連結，固定されている。
【００３０】
前記導電部材２９は、外部誘電体２２の軸線方向における保持部材２７の両端部に取り付けられ（即ち、外部誘電体２２の軸線方向における外部電極２６の両端部に配置され）、外部誘電体２２と同軸の貫通穴３０ａを備える平板状の取付部３０と、取付部３０の表面に固設され、外部誘電体２２の外周面と間隔を隔てて円弧状に形成されるとともに、取付部３０側から外部誘電体２２の軸線方向に離れるに従って内径が大きくなるように外部誘電体２２の軸線に対して傾斜角度θで傾斜し且つ外部誘電体２２と同軸に形成された傾斜部３１とを備える。斯くして、この導電部材２９（傾斜部３１）により、外部誘電体２２の外周面は、その下部側部分を除いて囲まれた状態となっている。尚、導電部材２９は、左右対称な２部材を一組として構成され、また、前記傾斜角度θは、２°〜３０°の範囲に設定される。
【００３１】
前記内部誘電体３５は、その両端部が外部誘電体２２の両端部から突出した状態で当該外部誘電体２２の内部に配置されており、一端部が封止部材３５ａによって封止されている。また、内部誘電体３５は、外部誘電体２２の内周面に当該外部誘電体２２の軸線方向に一定間隔で設けられる図示しないスペーサによって、外部誘電体２２の内周面との間に一定の隙間を確実に形成して配置される。尚、内部誘電体３５と外部誘電体２２との間の隙間は、当該外部誘電体２２の各鍔部２２ｂの端面に一端側が当接して設けられる筒状の封止部材３２，３３によって封止されている。
【００３２】
前記内部電極３６は、図１乃至図３、図６及び図７に示すように、一端部が封止部材３７ａによって封止されたステンレス管などからなり、内部誘電体３５の管内に当該内部誘電体３５と同軸に配置される心材３７と、ステンレスなどからなる、厚みが２０μｍ〜５０μｍのシート状の部材から構成され、心材３７の外周面に筒状に巻かれる金属箔３８とを備えており、当該金属箔３８は、外力が加えられることで変形し、当該外力が取り除かれることで形状が原形に回復するように構成される（即ち、スプリングバック特性を備える）とともに、形状回復作用によって金属箔３８の表面が内部誘電体３５の内周面に当接するように構成される。
【００３３】
尚、心材３７は、図６に示すように、金属箔３８が、その外径が内部誘電体３５の内径よりも小さくなるように巻き付けられた後、内部誘電体３５の管内に挿入されるようになっており、内部誘電体３５の管内に挿入されて、金属箔３８に作用する外力が取り除かれると、金属箔３８のスプリングバックによって外径が大きくなることから、内部誘電体３５の内周面の全面にこの金属箔３８を介して当接することとなる。また、心材３７の一端部は、外部電極２６や保持部材２７、導電部材２９よりも外部誘電体２２の端部側に位置している。
【００３４】
前記高周波電源３９は、内部電極３６の心材３７と外部電極２６との間に高周波電圧を印加するように構成される。
【００３５】
前記冷却液循環機構４０は、図１乃至図３、図６及び図７に示すように、心材３７の管内に配置され、一端及び外周面が当該心材３７の内面と間隔を隔てて設けられる冷却管４１と、ステンレスワイヤなどからなり、冷却管４１の外周面に螺旋状に巻かれて心材３７の内周面と冷却管４１の外周面との間に一定間隔を確保するための金属ワイヤ４２と、心材３７の他端が接続し、冷却管４１の他端側が貫通して設けられる継手４３と、冷却管４１の他端に接続した第１接続管４４と、継手４３を介して心材３７と冷却管４１との間に接続した第２接続管４５と、保持部材２７の冷却流路２７ａの一端側に接続した第３接続管（図示せず）と、冷却流路２７ａの他端側に接続した第４接続管（図示せず）と、第１接続管４４及び第３接続管（図示せず）から冷却液を供給するとともに、供給した冷却液を第２接続管４５及び第４接続管（図示せず）から還流させる循環装置４６とを備える。
【００３６】
前記ガス供給機構５０は、図１乃至図３及び図８に示すように、一端が封止され、当該一端部が外部誘電体２２の上方に外部誘電体２２の軸線と平行に配置された導入管５１と、導入管５１の他端が接続され、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）式窒素ガス生成装置などから構成されて窒素ガスを主成分とする処理ガスを生成する処理ガス生成装置５２と、上下に開口した中空状の部材からなり、上端部が導入管５１の一端側下部の外周面からその管内に接続し、下端部が外部誘電体２２の凸部２２ａの上面に接続した接続部材５３と、接続部材５３の上端側内部に重ねられて設けられる平板状且つ細長の部材からなり、上下に貫通し且つ長手方向に一列に形成された複数の貫通穴５４ａを備える複数の整流板５４とを備えており、処理ガス生成装置５２から導入管５１，接続部材５３（整流板５４），供給穴２３を順次介して外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に前記処理ガスを供給する。尚、接続部材５３の下面には供給穴２３の周囲を囲むように凹溝５３ａが形成されて、この凹溝５３ａ内にシール部材５５が配置されており、このシール部材５５によって接続部材５３と凸部２２ａとの接続部が気密に保たれている。
【００３７】
以上のように構成された本例の表面処理装置１によれば、ガス供給機構５０の処理ガス生成装置５２によって生成された処理ガスが導入管５１，接続部材５３及び整流板５４を介して供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給されると、供給された処理ガスは、当該外部誘電体２２と内部誘電体３５との間を吐出穴２４側に向けて流動する。
【００３８】
内部電極３６の心材３７と外部電極２６との間には、高周波電源３９により高周波電圧が印加され、金属箔３８（内部電極３６）と外部電極２６とによって高周波電界が形成されており、前記処理ガスは、この高周波電界によって当該金属箔３８（内部誘電体３５）と外部電極２６（外部誘電体２２）との間に生じる放電により、ラジカル原子やイオンなどを含んだプラズマとされる。
【００３９】
そして、プラズマ化された処理ガスは、吐出穴２４から外部へ吐出され、吐出された処理ガス中のラジカル原子やイオンによって、搬送ローラ１０により搬送される基板Ｋの表面が処理される（例えば、表面改質処理や洗浄処理、成膜処理などが行われる）。
【００４０】
尚、保持部材２７及び外部電極２６や、内部電極３６の心材３７及び金属箔３８は、冷却液循環機構４０の循環装置４６から供給され、冷却流路２７ａ内や、心材３７と冷却管４１との間を流通する冷却液によって冷却されており、これによって、外部誘電体２２及び内部誘電体３５たる石英ガラス管が破損するのが防止されている。
【００４１】
また、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される処理ガスの流量は、ガス供給機構５０の接続部材５３内に設けられた複数の整流板５４によって均一となるように調整されており、これによって、外部誘電体２２と内部誘電体３５と間のプラズマ状態が均一とされたり、吐出穴２４から吐出される処理ガスの吐出流量が均一とされている。
【００４２】
上述のように、本例の表面処理装置１における処理ガス吐出装置２０では、外部誘電体２２の軸線方向における保持部材２７の両端部に、取付部３０及び傾斜部３１からなるラッパ状の導電部材２９を設け、当該導電部材２９により外部誘電体２２をその外周面との間の間隔が徐々に広くなるように囲んでいるので、図９に示すように、導電部材２９の傾斜部３１側に電気力線Ｒを向かわせて保持部材２７の両端部（取付部３０の表面）に電気力線Ｒが集中するのを緩和することができ、上記従来の表面処理装置のように、保持部材２７（外部電極２６）の両端部に電気力線Ｒが集中してこの両端部近傍の電界が強くなるのを防止することができる。
【００４３】
これにより、当該両端部に放電が集中するのを抑制して、放電の集中による、当該両端近傍の外部誘電体２２や内部誘電体３５の局所的な温度上昇を防止し、当該外部誘電体２２や内部誘電体３５が破損するのを防止することができる。
【００４４】
尚、傾斜部３１の、外部誘電体２２の軸線に対する傾斜角度θは２°〜３０°の範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、電気力線の集中を効果的に緩和して放電の集中を抑制し、外部誘電体２２や内部誘電体３５の局所的な温度上昇を更に効果的に防止することができる。これは、傾斜角度θが２°よりも小さいと、傾斜部３１の傾斜方向上側の端部に電気力線が集中して当該端部に放電が集中し、傾斜角度θが３０°よりも大きいと、傾斜部３１の傾斜方向下側の端部（傾斜部３１の付根部）などに電気力線が集中して当該端部に放電が集中するため、外部誘電体２２や内部誘電体３５の局所的な温度上昇を防止することができないからである。
【００４５】
また、内部電極３６を、心材３７と、その外周面に巻き付けられる金属箔３８とから構成し、当該金属箔３８を、スプリングバック特性を備えるように構成するとともに、スプリングバックによって金属箔３８の表面が内部誘電体３５の内周面に当接するように構成したので、内部電極３６（金属箔３８）を内部誘電体３５の内周面に、隙間を生じさせることなく完全に当接させることができる。
【００４６】
これにより、内部誘電体３５と内部電極３６との間で放電が生じるのを防止して無駄な電力を消費するのを防止することができ、また、心材３７の管内を流通する冷却液によって内部誘電体３５を効率的且つ均一に冷却し、内部誘電体３５の温度上昇を防止して当該内部誘電体３５が破損するのを防止することができる。
【００４７】
尚、金属箔３８の厚みは２０μｍ〜５０μｍの範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、製造の容易化や取り扱いの容易化を図ったり、筒状に巻き易くすることができる。これは、厚みが２０μｍよりも薄いと、薄過ぎて製造上の問題や取り扱い上の問題を生じ、厚みが５０μｍよりも厚いと、強度が高くなって筒状に巻き難くなるからである。
【００４８】
また、心材３７及び冷却管４１を２重管構造に構成し、心材３７及び冷却管４１の他端側に第１接続管４４及び第２接続管４５を接続しているので、内部誘電体３５の片側から効率的にメンテナンスすることができる。また、心材３７の両端部にそれぞれ接続管４４，４５を接続したときのように、接続管の配置スペースなどを内部誘電体３５の両側に設ける必要は無く、片側だけで良いので、装置構成のコンパクト化を図ることもできる。
【００４９】
また、供給穴２３を、長手方向が外部誘電体２２の軸線に沿うように一列に形成された複数のスリット穴から構成したので、供給穴を一つのスリット穴から構成する場合に比べて、スリット穴一つ当たりの長手方向における長さを短くし、スリット幅Ｌ２を一定に加工し易くしたり、スリット穴（スリット部２３ａ）の長手方向を外部誘電体２２の軸線と平行に加工し易くすることができるなど、スリット穴の加工精度を向上させることができる。
【００５０】
これにより、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される、外部誘電体２２の軸線方向における処理ガスの流量を略均一にして、吐出穴２４から吐出される処理ガスの流量を略均一にすることができる。
【００５１】
また、吐出穴２４についても、供給穴２３と同様、長手方向が外部誘電体２２の軸線に沿うように一列に形成された複数のスリット穴から構成したので、スリット穴の加工容易化を図って加工精度を高めることができ、当該吐出穴２４から外部に吐出される、外部誘電体２２の軸線方向における処理ガスの流量を略均一にすることができる。
【００５２】
尚、スリット部２３ａ，２４ａの長手方向の長さＬ１，Ｌ４は３００ｍｍ〜１２００ｍｍの範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、当該スリット部２３ａ，２４ａの長さを好適なものとして、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給されたり、吐出穴２４から外部に吐出される処理ガスの流量を略均一にすることができる。これは、スリット部２３ａ，２４ａの長手方向の長さＬ１，Ｌ４が３００ｍｍよりも短いと、スリット穴一つ当たりの長さを短くして複数のスリット穴を設ける必要がなく、スリット部２３ａ，２４ａの長手方向の長さＬ１，Ｌ４が１２００ｍｍよりも長くなると、スリット穴を精度良く加工することができないからである。
【００５３】
また、スリット部２３ａのスリット幅Ｌ２は０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、加工の容易化を図ったり、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される処理ガスの流量や流速を調整し易くすることができる。これは、スリット幅Ｌ２が０．２ｍｍよりも小さくなると、加工が困難になるという問題を生じ、スリット幅Ｌ２が２．０ｍｍよりも大きくなると、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される処理ガスの流量や流速を調整し難くなるからである。
【００５４】
また、スリット穴の隣り合う端部間の距離Ｌ３，Ｌ６は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、外部誘電体２２の強度低下を招くのを防止したり、処理ガスが供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給されない部分や、処理ガスが吐出穴２４から外部に吐出されない部分を狭くして処理ガス流量のムラを少なくすることができる。これは、端部間の距離Ｌ３，Ｌ６が０．５ｍｍよりも小さいと、当該端部間の強度が低下して亀裂や割れなどを生じる恐れが高くなるからであり、端部間の距離Ｌ３，Ｌ６が２．０ｍｍよりも大きいと、処理ガスが供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給されない部分や、処理ガスが吐出穴２４から外部に吐出されない部分が広くなって、処理ガス流量のムラが大きくなるからである。
【００５５】
また、スリット部２３ａ，２４ａの長手方向両端部に、スリット幅Ｌ２，Ｌ５よりも大きい直径Ｄ１，Ｄ２の丸穴２３ｂ，２４ｂをそれぞれ形成し、スリット穴端部の応力集中を緩和するようにしたので、外部誘電体２２に衝撃が加わっても当該端部に亀裂や割れを生じ難くして破損を防止することができ、取り扱いを容易にすることができる。また、丸穴２３ｂ，２４ｂ部分から供給されたり、吐出される処理ガスが、処理ガスの供給や処理ガスの吐出がない、スリット穴間の部分の処理ガス流量を補うので、供給穴２３や吐出穴２４から短い距離で処理ガス流量の均一化を図ることができる。
【００５６】
尚、前記丸穴２３ｂ，２４ｂの直径Ｄ１，Ｄ２はスリット幅Ｌ２，Ｌ５の２倍〜６倍の範囲に設定することが好ましく、このようにすれば、応力集中を効果的に緩和して外部誘電体２２の破損を防止したり、スリット部２３ａ，２４ａと丸穴２３ｂ，２４ｂの部分との間における処理ガスの流量差を小さくすることができる。これは、直径Ｄ１，Ｄ２がスリット幅Ｌ２，Ｌ５の２倍よりも小さくなると、応力集中の緩和が不十分となって外部誘電体２２が破損し易く、直径Ｄ１，Ｄ２がスリット幅Ｌ２，Ｌ５の６倍よりも大きくなると、スリット部２３ａ，２４ａから供給されたり、吐出される処理ガスと、丸穴２３ｂ，２４ｂから供給されたり、吐出される処理ガスとの間における流量差が大きくなり過ぎるからである。
【００５７】
したがって、本例の表面処理装置１によれば、上記処理ガス吐出装置２０が、放電の集中による外部誘電体２２や内部誘電体３５の局所的な温度上昇を防止してこれらが破損するのを防止することができ、また、内部誘電体３５と内部電極３６との間で放電が生じるのを防止して無駄な電力を消費するのを防止したり、内部誘電体３５を効率的且つ均一に冷却して内部誘電体３５の破損を防止することができ、更に、供給穴２３から外部誘電体２２と内部誘電体３５との間に供給される処理ガスの流量や、吐出穴２４から外部に吐出される処理ガスの流量を均一にしたり、外部誘電体２２の強度を高めることができるので、プラズマ表面処理を均一且つ効率的に実施したり、プラズマ表面処理にかかるコストを低減したり、取り扱いの容易化を図ることができる。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００５９】
上例では、ラッパ状の導電部材２９により、外部誘電体２２の下部側部分を除いた外周面を間隔を隔てて囲むようにしたが、導電部材２９の形状は、外部電極２６の形状に応じて適宜変更することが可能である。例えば、外部電極２６が外部誘電体２２の外周面の一部分にしか設けられていない場合には、導電部材２９は、外部誘電体２２の円周方向において外部電極２６のある部分にのみ設けられるように円弧状に形成されていても良い。また、導電部材２９は、外部電極２６や保持部材２７などと一体的に単一部材から構成されていても良い。
【００６０】
また、上例では、基板Ｋを処理するように構成したが、処理対象物は基板Ｋに限定されるものではなく、また、処理ガスも窒素ガスを主成分とするものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面処理装置の概略構成を示した正断面図である。
【図２】図１における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【図３】図１における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図である。
【図４】本実施形態に係る外部誘電体の概略構成を示した平面図である。
【図５】図４に示した外部誘電体の底面図である。
【図６】本実施形態に係る内部電極の概略構成を示した説明図である。
【図７】本実施形態に係る内部電極及び冷却管などの概略構成を示した断面図である。
【図８】本実施形態に係る接続部材及び整流板の概略構成を示した底面図である。
【図９】本例における電気力線の状態を示した説明図である。
【図１０】従来例における電気力線の状態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 表面処理装置
１０ 搬送ローラ
２０ 処理ガス吐出装置
２１ 吐出機構
２２ 外部誘電体
２３ 供給穴
２４ 吐出穴
２６ 外部電極
２７ 保持部材
２９ 導電部材
３０ 取付部
３１ 傾斜部
３５ 内部誘電体
３６ 内部電極
３７ 心材
３８ 金属箔
３９ 高周波電源
４０ 冷却液循環機構
４１ 冷却管
４２ 金属ワイヤ
５０ ガス供給機構
５１ 導入管
５２ 処理ガス生成装置
５３ 接続部材
５４ 整流板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスをプラズマ化して吐出する吐出手段と、該吐出手段に前記処理ガスを供給するガス供給手段とから構成される処理ガス吐出装置であって、
前記吐出手段は、
管状の部材からなり、前記処理ガスが供給される供給穴と、前記供給された処理ガスを吐出する吐出穴とが外周面に開口した外部誘電体と、
前記外部誘電体の外周面の、前記供給穴及び吐出穴を塞がない位置に設けられ、接地された外部電極と、
管状の部材からなり、前記外部誘電体の管内に、該外部誘電体の内周面と一定間隔を隔てるように且つ該外部誘電体と同軸に設けられる内部誘電体と、
前記内部誘電体の管内に設けられる内部電極と、
前記内部電極と外部電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記ガス供給手段は、前記供給穴から前記外部誘電体と内部誘電体との間に前記処理ガスを供給するように構成され、
前記外部誘電体と内部誘電体との間に供給された処理ガスは、前記電圧印加手段により前記内部電極と外部電極との間に電圧が印加されることによってプラズマ化された後、前記吐出穴から外部へ吐出されるように構成された処理ガス吐出装置において、
前記外部誘電体の軸線方向における、前記外部電極の両端部に配置され、且つ該外部電極にそれぞれ接続された導電部材を備え、該導電部材は、前記外部誘電体の円周方向において前記外部電極のある部分に少なくとも設けられ、該外部誘電体の外周面と間隔を隔てて円弧状に形成されるとともに、前記外部電極の両端部から該外部誘電体の軸線方向に離れるに従って内径が大きくなるように該外部誘電体の軸線に対し傾斜して形成されてなることを特徴とする処理ガス吐出装置。
【請求項２】
前記導電部材の、前記外部誘電体の軸線に対する傾斜角度は、２°〜３０°であることを特徴とする請求項１記載の処理ガス吐出装置。
【請求項３】
処理対象物を支持する支持手段と、
前記請求項１又は２記載の処理ガス吐出装置とを備え、
前記処理ガス吐出装置は、前記吐出穴が前記支持手段によって支持された処理対象物と対峙するように配置され、
前記処理ガス吐出装置から吐出された処理ガスによって前記処理対象物の表面を処理するように構成されてなることを特徴とする表面処理装置。
【請求項１】
処理ガスをプラズマ化して吐出する吐出手段と、該吐出手段に前記処理ガスを供給するガス供給手段とから構成される処理ガス吐出装置であって、
前記吐出手段は、
管状の部材からなり、前記処理ガスが供給される供給穴と、前記供給された処理ガスを吐出する吐出穴とが外周面に開口した外部誘電体と、
前記外部誘電体の外周面の、前記供給穴及び吐出穴を塞がない位置に設けられ、接地された外部電極と、
管状の部材からなり、前記外部誘電体の管内に、該外部誘電体の内周面と一定間隔を隔てるように且つ該外部誘電体と同軸に設けられる内部誘電体と、
前記内部誘電体の管内に設けられる内部電極と、
前記内部電極と外部電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記ガス供給手段は、前記供給穴から前記外部誘電体と内部誘電体との間に前記処理ガスを供給するように構成され、
前記外部誘電体と内部誘電体との間に供給された処理ガスは、前記電圧印加手段により前記内部電極と外部電極との間に電圧が印加されることによってプラズマ化された後、前記吐出穴から外部へ吐出されるように構成された処理ガス吐出装置において、
前記外部誘電体の軸線方向における、前記外部電極の両端部に配置され、且つ該外部電極にそれぞれ接続された導電部材を備え、該導電部材は、前記外部誘電体の円周方向において前記外部電極のある部分に少なくとも設けられ、該外部誘電体の外周面と間隔を隔てて円弧状に形成されるとともに、前記外部電極の両端部から該外部誘電体の軸線方向に離れるに従って内径が大きくなるように該外部誘電体の軸線に対し傾斜して形成されてなることを特徴とする処理ガス吐出装置。
【請求項２】
前記導電部材の、前記外部誘電体の軸線に対する傾斜角度は、２°〜３０°であることを特徴とする請求項１記載の処理ガス吐出装置。
【請求項３】
処理対象物を支持する支持手段と、
前記請求項１又は２記載の処理ガス吐出装置とを備え、
前記処理ガス吐出装置は、前記吐出穴が前記支持手段によって支持された処理対象物と対峙するように配置され、
前記処理ガス吐出装置から吐出された処理ガスによって前記処理対象物の表面を処理するように構成されてなることを特徴とする表面処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１８５６３５（Ｐ２００７−１８５６３５Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７５７６（Ｐ２００６−７５７６）
【出願日】平成１８年１月１６日（２００６．１．１６）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１６日（２００６．１．１６）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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