表面処理装置
【課題】被処理物表面に対する親水化の処理効率を向上させる。
【解決手段】第１プラズマ生成部１１の第１電極１２，１２間に略大気圧の第１の放電空間１５を形成し、そこに第１処理ガスの窒素（Ｎ２）を通してプラズマ化し、紫外領域の発光性を付与する。一方、第２空間形成部２１の第２空間２５で第２処理ガスの酸素（Ｏ２）をオゾン化又はラジカル化して酸化能を付与又は強化する。第１放電空間１５を通過後の第１処理ガスを噴出部３０の第１噴出路３３から処理位置Ｐへ噴き付けるとともに、第２空間２５からの第２処理ガスを処理位置Ｐの近傍で前記第１処理ガスと合流させながら処理位置Ｐへ噴き付ける。第１放電空間１５を、第２空間２５より処理位置Ｐの近くに配置する。
【解決手段】第１プラズマ生成部１１の第１電極１２，１２間に略大気圧の第１の放電空間１５を形成し、そこに第１処理ガスの窒素（Ｎ２）を通してプラズマ化し、紫外領域の発光性を付与する。一方、第２空間形成部２１の第２空間２５で第２処理ガスの酸素（Ｏ２）をオゾン化又はラジカル化して酸化能を付与又は強化する。第１放電空間１５を通過後の第１処理ガスを噴出部３０の第１噴出路３３から処理位置Ｐへ噴き付けるとともに、第２空間２５からの第２処理ガスを処理位置Ｐの近傍で前記第１処理ガスと合流させながら処理位置Ｐへ噴き付ける。第１放電空間１５を、第２空間２５より処理位置Ｐの近くに配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外領域の発光性を有する処理ガスと酸化能を有する処理ガスとの２種類の処理ガスを用いて被処理物を表面処理する装置に関し、特に、表面の有機汚染物の除去（洗浄）や親水化（親液化）などの処理に適した装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、窒素に少量の酸素を添加した混合ガスを電極間の大気圧放電空間に導入してプラズマ化したうえで上記大気圧放電空間から噴出してガラス基板等の被処理物に接触させ、親水化等の表面処理を行うことが記載されている。
【特許文献１】特開２００６−１４７３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記窒素と酸素の混合ガスをプラズマ化することにより、Ｎ２ラジカル、ＮＯラジカル、Ｏラジカル等が生成される。Ｎ２ラジカルやＮＯラジカルは、紫外領域の波長の光を発し、この紫外光により被処理物の表面の有機汚染物の結合を切断できる。Ｏラジカルにより、有機汚染物を酸化させ、被処理物の表面を親水化できる。
しかし、Ｎ２ラジカルを多く生成可能な窒素と酸素の混合比と、ＮＯラジカルを多く生成可能な窒素と酸素の混合比と、Ｏラジカルを多く生成可能な窒素と酸素の混合比はそれぞれ異なる。そのため、すべてのラジカルを所望量生成するのは困難である。また、紫外領域の発光性ラジカルは寿命が短く、失活しやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プラズマ化により紫外領域の発光性を付与される第１処理ガスと、酸化性の第２処理ガスとを被処理物に接触させ、被処理物の表面を親水化処理する装置であって、
略大気圧の第１の放電空間を形成する第１電極を有し、前記第１処理ガスが前記第１放電空間に通される第１プラズマ生成部と、
前記第２処理ガスに対し酸化能を付与する第２空間、若しくは強化する第２空間、又は酸化能保持状態（酸化能を有する状態）で貯留する第２空間を有する第２空間形成部と、
前記第１放電空間を通過後の前記第１処理ガスを前記被処理物が位置すべき処理位置へ噴き付けるとともに、前記第２空間からの第２処理ガスを前記処理位置の近傍で前記第１処理ガスと合流可能に導きながら前記処理位置へ噴き付ける噴出部と、
を備え、前記第１放電空間が、前記第２空間より前記処理位置に近いことを特徴とする。
これによって、第１処理ガスに紫外領域の発光性を十分付与でき、この第１処理ガスを発光性を有するうちに被処理物に接触させることができるとともに、十分な酸化能を有する第２処理ガスを被処理物に接触させることができ、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【０００５】
ここで、大気圧近傍とは、１．０１３×１０4〜５０．６６３×１０4Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａが好ましく、９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａがより好ましい。
第１処理ガスの発光波長（紫外領域）は、２００〜４００ｎｍであることが好ましい。第１処理ガスの紫外領域の発光性を有する成分としては、Ｎ２ラジカル、ＮＯラジカルが挙げられる。Ｎ２ラジカルは、３００〜４００ｎｍの波長の紫外光を発する。ＮＯラジカルは、２００〜３００ｎｍの波長の紫外光を発する。これら紫外光は、被処理物の表面の有機汚染物の結合を切断する作用を有している。Ｎ２ラジカルやＮＯラジカルは、窒素（Ｎ２）ガス、又は窒素と酸素の混合ガスを大気圧近傍下でプラズマ放電させることにより生成することができる。
酸化能を有する第２処理ガス成分としては、オゾン（Ｏ３）、Ｏラジカルが挙げられるほか、酸素（Ｏ２）も多少の酸化能を有している。これら第２処理ガス成分の酸化能によって被処理物の表面の有機汚染物を酸化させ、親水化することができる。
【０００６】
前記第２空間形成部が、前記第２空間として略大気圧の第２の放電空間を形成する第２電極を有する第２プラズマ生成部であり、酸素が前記第２処理ガスとして前記第２放電空間に通されるようにしてもよい。
これにより、酸化能を有する第２処理ガス成分としてオゾンやＯラジカルを生成することができ、第２処理ガスに対し酸化能を付与又は強化することができる。更にＯラジカルは、未反応の酸素ガス又は大気中の酸素分子と反応し、オゾンに変換され得る。これにより、オゾン濃度が高まる。
【０００７】
前記第２空間形成部が、オゾナイザーであってもよく、オゾンタンクであってもよい。
オゾナイザーは、酸素（Ｏ２）を原料にして高濃度のオゾンを生成できる。すなわち、第２処理ガスに対し酸化能を付与又は強化することができる。
オゾンタンクは、オゾンを蓄えておくことができる。すなわち、第２処理ガスを酸化能を有する状態で貯留できる。
オゾンは、Ｎ２ラジカル、ＮＯラジカル等と比べ安定しているため、ある程度の距離を取り回すことが可能であり、前記第２空間が前記第１空間より処理位置から離れていても支障がない。
【０００８】
前記噴出部が、前記第１放電空間に直接連なるとともに先端が前記処理位置へ向けて開口する第１噴出路と、前記第２空間に直接又は連通路を介して連なるとともに前記第１噴出路に合流する第２噴出路とを有していてもよく、その場合、前記第１噴出路の長さが、前記第２噴出路の長さ又は前記連通路と第２噴出路の合計長さより短いことが好ましい。
また、前記噴出部が、前記第１放電空間に直接連なるとともに先端が前記処理位置へ向けて開口する第１噴出路と、前記第２空間に直接又は連通路を介して連なるとともに先端が前記第１噴出路の先端の近傍で前記処理位置へ向けて開口する第２噴出路とを有していてもよく、その場合、前記第１噴出路の長さが、前記第２噴出路の長さ又は前記連通路と第２噴出路の合計長さより短いことが好ましい。
これによって、第１処理ガスの比較的不安定な紫外領域の発光性成分（Ｎ２ラジカル、ＮＯラジカル等）を、発光性を維持した状態で被処理物に確実に到達させることができ、親水化の処理効率を確実に向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、親水化の処理効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、第１実施形態を示したものである。この実施形態の被処理物Ｗは、例えばＩＴＯガラス基板である。表面処理の内容は、例えばＩＴＯガラス基板Ｗの親水化処理である。
【００１１】
表面処理装置１は、処理ヘッド１０と、第２プラズマ生成部２１（第２空間形成部）と、移動手段２とを備えている。移動手段２は、例えば左右に延在されたローラコンベアにて構成されている。ローラコンベア２上に被処理物Ｗが載せられ、図１の白抜き矢印で示すように左右方向に沿って搬送されるようになっている。
【００１２】
処理ヘッド１０は、図示しない架台によってローラコンベア２の上方に設置されている。処理ヘッド１０は、第１プラズマ生成部１１と、この第１プラズマ生成部１１の下側に設けられた底部材３１とを有している。
【００１３】
第１プラズマ生成部１１は、一対の第１電極１２，１２を有している。これら電極１２，１２は、左右に対向するとともに、図１の紙面と直交する前後方向に被処理物Ｗと略同じ寸法だけ延びている。電極１２のうち一方は、第１電源３に接続され、他方は電気的に接地されている。電源３は、電極１２，１２間に高周波電圧を印加する。これにより、電極１２，１２間に大気圧プラズマ放電が生成されるようになっている。印加電圧は、正弦波などの連続波でもよく、パルス波などの間欠波でもよい。
【００１４】
電極１２の互いの対向面に固体誘電体層１３がそれぞれ設けられている。各固体誘電体層１３は、アルミナからなるセラミックの板で構成され、電極１２より上下に突出されている。一対の固体誘電体層１３，１３どうしの間に厚さ１〜２ｍｍ程度の垂直なギャップ１４が画成されている。ギャップ１４の中間部（詳しくは、電極１２の上端部に対応する高さから下端部に対応する高さまでの部分）が、第１放電空間１５となる。
【００１５】
第１処理ガス源４から第１処理ガス供給路４ａが延び、ギャップ１４の上端部に接続されている。処理ガス源４には、第１処理ガスが蓄えられている。この実施形態では、第１処理ガスとして、窒素（Ｎ２）ガスが用いられている。
【００１６】
左右の電極１２，１２の底面に絶縁性及び耐プラズマ性の底部材３１が宛がわれ、電極１２が絶縁されている。底部材３１の上側部には、固体誘電体層１３の電極１２より下側の部分が挿し入れられている。
底部材３１と、固体誘電体層１３の電極１２より下側の部分とによって、噴出部３０が構成されている。
【００１７】
底部材３１には、固体誘電体層１３の下端から真っ直ぐ下へ延びるスリット３２が形成されている。スリット３２は、底部材３１の底面に達して開口されている。
ギャップ１４の放電空間１５より下側の部分と、スリット３２とにより、第１噴出路３３が構成されている。
噴出路３３の長さＬ１は、例えばＬ１＝５〜５０ｍｍ程度である。
噴出路３３の下端（先端）の開口の真下においてガラス基板Ｗが横切る位置が、処理位置Ｐとなっている。（噴出路３３が、処理位置Ｐへ向けて開口されている。）
噴出部３０の下端から処理位置Ｐまでの距離ＬＷＤ（ワーキングディスタンス）は、例えばＬＷＤ＝１〜１０ｍｍ程度である。
【００１８】
第２プラズマ生成部２１は、第１プラズマ生成部１１と同様の構造になっており、一対の第２電極２２，２２を有している。電極２２，２２の一方には第２電源５が接続され、他方は電気的に接地されている。電源５は、電極２２，２２間に高周波電圧を印加する。これにより、電極２２，２２間に大気圧プラズマ放電が生成されるようになっている。印加電圧は、正弦波などの連続波でもよく、パルス波などの間欠波でもよい。第１電源３を第２電源５として兼用することにしてもよい。
【００１９】
電極２２の互いの対向面に、例えばセラミック板からなる固体誘電体層２３が配置されている。一対の固体誘電体層２３，２３どうしの間にギャップ２４が画成されている。ギャップ２４の中間部が、第２放電空間２５（第２空間）となる。
【００２０】
第２処理ガス源６から第２処理ガス供給路６ａが延び、ギャップ２４の上端部に接続されている。第２処理ガス源６には、酸素（Ｏ２）ガスが蓄えられている。
【００２１】
ギャップ２４の下端部から連通管４１が処理ヘッド１０の底部材３１へ向けて延びている。ギャップ２４の放電空間２５より下側の部分と連通管４１とにより連通路４０が構成されている。
連通路４０の長さは、例えばＬ４＝１０ｍｍ〜数ｍ程度である。
【００２２】
上記処理ヘッド１０の底部材３１には、連通管４１から延びる第２噴出路３４が形成されている。第２噴出路３４は、第１噴出路３３の中間部３５に合流している。この合流部３５から処理位置Ｐまでは、１〜５０ｍｍ程度であり、合流部３５は処理位置の近傍に位置されている。
なお、第２噴出路３４の長さＬ２は、例えばＬ２＝１０〜２００ｍｍ程度である。
この実施形態では、第２噴出路３４が左右に一対設けられ、これら第２噴出路３４が、第１噴出路３３に左右から合流されている。連通管４１は、２つに分岐し、左右の第２噴出路３４にそれぞれ接続されている。
【００２３】
第１プラズマ生成部１１は、第２プラズマ生成部２１より処理位置Ｐに十分近い。第１放電空間１５は、第２放電空間２５より処理位置Ｐに十分近い。第１噴出路３３の長さＬ１が、連通路４０と第２噴出路３４の合計長さ（Ｌ４＋Ｌ２）より十分短い。
【００２４】
上記構成の表面処理装置１を用いて、被処理物Ｗを表面処理する方法を説明する。
処理すべきＩＴＯガラス基板Ｗをローラコンベア２に載せ、処理ヘッド１０の真下を横切るように搬送する。
第１処理ガス源４の窒素（第１処理ガス）を、供給路４ａを介してギャップ１４に導入する。また、電源３からの電圧供給により、電極１２，１２間に大気圧プラズマ放電を生成する。これにより、ギャップ１４の中間部が放電空間１５となり、窒素がプラズマ化され、Ｎ２ラジカルが生成される。原料が窒素１００％であるので高濃度のＮ２ラジカルを得ることができる。Ｎ２ラジカルは、３００〜４００ｎｍの波長の紫外光を発する。言い換えると、第１プラズマ生成部１１は、第１放電空間１５において第１処理ガスに紫外領域の発光性を付与する。この紫外領域の発光性を付与された第１処理ガス（高濃度のＮ２ラジカルを含む窒素ガス）が、第１放電空間１５から第１噴出路３３へ導出される。
【００２５】
併行して、第２処理ガス源６から酸素（第２処理ガス）を、供給路６ａを介してギャップ２４に導入するとともに、電源５からの電圧供給により電極２２，２２間に大気圧プラズマ放電を生成する。これにより、ギャップ２４の中間部が放電空間２５となり、酸素がプラズマ化され、Ｏラジカルやオゾン（Ｏ３）が生成される。Ｏラジカルの一部は未反応のＯ２と更に反応し、オゾンに変換される。したがって、第２処理ガスのオゾン濃度が十分に高くなる。Ｏラジカル及びオゾンは強い酸化性を有する。（言い換えると、第２プラズマ生成部２１は、放電空間２５において第２処理ガスに対し酸化能を付与又は強化する。）
【００２６】
酸化能を付与又は強化された第２処理ガス（Ｏラジカル及び高濃度オゾンを含む酸素ガス）は、連通路４０を経て第２噴出路３４に導入され、第２噴出路３４から合流部３５へ流入する。これにより、第２処理ガスが、第１噴出路３３の第１処理ガスと合流して混合される。この合流地点３５は、処理位置の極近傍である。合流後の第１処理ガス及び第２処理ガスは、第１噴出路３３の下端開口から噴出され、処理位置Ｐのガラス基板Ｗに噴き付けられる。（言い換えると、噴出部３０によって、第１処理ガスが処理位置Ｐへ噴き付けられるとともに、第２処理ガスが処理位置Ｐの近傍で第１処理ガスと合流しながら処理位置Ｐへ噴き付けられる。）
【００２７】
上記噴き付けガス中のＮ２ラジカルが紫外光を発することにより、ガラス基板Ｗの表面の有機汚染物の結合を切断できる。また、噴き付けガス中のＯラジカルやオゾンにより、有機汚染物を酸化できる。これにより、ガラス基板Ｗの表面を親水化することができる。
第１プラズマ生成部１１において高濃度のＮ２ラジカルを生成でき、しかも第１プラズマ生成部１１ひいては第１放電空間１５が処理位置Ｐに十分近いため、上記高濃度のＮ２ラジカルを、失活しない（発光性を失わない）うちに処理位置Ｐに確実に到達させることができる。したがって、有機汚染物の結合切断効率を十分に確保することができる。また、第２プラズマ生成部２１において高濃度のＯラジカルやオゾンを生成でき、特に高濃度のオゾンを得ることができる。オゾンは比較的寿命が長いため、第２プラズマ生成部２１が処理位置Ｐから離れていても処理位置Ｐに確実に到達できる。したがって、有機汚染物の酸化効率を十分に確保することができる。これによって、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【００２８】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図２は、第２空間形成部の変形例（第２実施形態）を示したものある。この形態では、第２空間形成部として、第１実施形態の第２プラズマ生成部２１に代えて、オゾナイザー２６が用いられている。詳細な図示は省略するが、オゾナイザー２６は、複数の電極を有し、これら電極間に放電空間２６ａ（第２空間）を形成し、この放電空間２６ａにおいて酸素（Ｏ２）をオゾン化（酸化能を付与又は強化）する。放電空間２６ａから連通路４０が延びている。
【００２９】
これによって、高濃度のオゾンを含む第２処理ガスを、連通路４０を経て噴出部３０に導入し、第１処理ガスと混合してガラス基板Ｗに噴き付けることができる。よって、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【００３０】
図３は、第２空間形成部の変形例（第３実施形態）を示したものある。この形態では、第２空間形成部として、オゾンタンク２７が用いられている。オゾンタンク２７の内部空間２７ａ（第２空間）には、オゾンが貯留されている。（第２処理ガスが酸化能保持状態で貯留されている。）オゾンは、酸素（Ｏ２）との混合状態で蓄えられていてもよい。このオゾンタンク２７の内部空間２７ａから連通路４０が延びている。
【００３１】
これによって、高濃度のオゾンを含む第２処理ガスが連通路４０を経て噴出部３０に導入され、第１処理ガスと混合されるとともにガラス基板Ｗに噴き付けられる。よって、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【００３２】
図４は、第１処理ガスの組成の変形例（第４実施形態）を示したものある。この形態の第１処理ガス源４は、窒素１００％ではなく、窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）の混合ガスを第１処理ガス供給路４ａに送出するようになっている。
【００３３】
この窒素と酸素の混合ガスからなる第１処理ガスが、第１処理ガス供給路４ａを経て第１放電空間１５に導入される。これにより、第１処理ガスがプラズマ化され、ＮＯラジカルやＮ２ラジカルが生成される。ＮＯラジカルは、２００〜３００ｎｍの波長の紫外光を発する。Ｎ２ラジカルは、３００〜４００ｎｍの波長の紫外光を発する。（すなわち、第１処理ガスに紫外領域の発光性を付与することができる。）
【００３４】
第１処理ガス源４における窒素と酸素の混合比を調節することにより、高濃度のＮＯラジカル及びＮ２ラジカルを得ることができる。特に、ＮＯラジカルの濃度を高くしたいときは、第１処理ガス源４における窒素と酸素の混合比は、Ｎ２：Ｏ２＝４０００：１〜５００：１程度にするのが好ましい。Ｎ２ラジカルの濃度を高くしたいときは、第１処理ガス源４における窒素と酸素の混合比は、Ｎ２：Ｏ２＝１００００：１以下程度にするのが好ましい。
【００３５】
この紫外領域の発光性を付与された第１処理ガス（ＮＯラジカルやＮ２ラジカルを含む窒素と酸素の混合ガス）が、第１噴出路３３へ導出され、第２処理ガスと混合されるとともに、ガラス基板Ｗに噴き付けられる。そして、ＮＯラジカルからの２００〜３００ｎｍの波長の紫外光、及びＮ２ラジカルからの３００〜４００ｎｍの波長の紫外光によって、有機汚染物の結合切断効率を十分に確保することができる。ひいては、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【００３６】
図５は、処理ヘッド１０の変形例（第５実施形態）を示したものである。この形態では、固体誘電体層１３が、第１電極１２の垂直な放電面に宛がわれた垂直な板部分１３ａだけでなく、その上下両端から外側へ延びる水平な板部分１３ｂ，１３ｂをも一体に有し、断面コ字形のケース状になっており、その内部に第１電極１２が収容されている。固体誘電体層１３の下側の水平な板部分１３ｂと底部材３１との間に、第２噴出路３４が画成されている。固体誘電体層１３の電極１２より下側の部分と、底部材３１とによって、噴出部３０が構成されている。
【００３７】
図６は、処理ヘッド１０の変形例（第６実施形態）を示したものである。この形態では、第２噴出路３４が、処理ヘッド１０の底部材３１の外側面から斜め下へ延びている。第２噴出路３４は、処理ヘッド１０内で第１噴出路３３と合流することなく、その下端（先端）が底部材３１の底面に達し、処理位置Ｐへ向けて開口されている。第２噴出路３４の下端開口は、第１噴出路３３の近傍に位置されている。
【００３８】
第２処理ガスは、第２噴出路３４から斜めに噴き出された後、第１噴出路３３から噴き出された第１処理ガスと合流する。そして、第１処理ガスと第２処理ガスが、処理ヘッド１０とガラス基板Ｗとの間の空間内で互いに混合されながらガラス基板Ｗの表面に接触し、表面処理がなされる。
【００３９】
図６の形態においては、固体誘電体層１３が、第１実施形態（図１）と同様に垂直な平板状であるが、図７に示すように、固体誘電体層１３を図７の形態と同様の断面コ字形のケース状にしてもよい。
【００４０】
図８は、処理ヘッド１０の変形例（第８実施形態）を示したものである。第１実施形態では、一対の第１電極１２，１２が左右に対向していたが、この変形例では、上下に対向している。詳しくは、第１電源３に接続されたホット電極１２Ｈが上側に配置され、電気的に接地されたアース電極１２Ｅが下側に配置されている。上側のホット電極１２Ｈの下面に、例えばアルミナ等のセラミック板からなる固体誘電体層１３Ｈが設けられ、下側のアース電極１２Ｅの上面に同様のセラミック板からなる固体誘電体層１３Ｅが設けられている。これら上下の固体誘電体層１３Ｈ，１３Ｅの間に、水平な第１放電空間１５が形成されている。第１処理ガス源４（図示省略）からの第１処理ガス供給路４ａが２つに分岐して、放電空間１５の左右の端部に連なっている。
【００４１】
固体誘電体層１３Ｅ及びアース電極１２Ｅには、複数の第１噴出路３３が厚さ方向（上下）に貫通するように形成されている。固体誘電体層１３Ｅ及びアース電極１２Ｅは、噴出部３０を兼ねている。
【００４２】
アース電極１２Ｅの底部の中央には、下方への突出部１６が設けられている。突出部１６の内部には、円孔３４ａが図８の紙面と直交する前後方向に形成されている。この円孔３４ａに第２空間形成部（図示省略）からの連通路４０が連なっている。円孔３４ａの内周面の両側部には、小孔３４ｂが形成されている。小孔３４ｂは、突出部１６の左右の側面に達して開口されている。なお、小孔３４ｂは、前後方向（図８の紙面直交方向）に間隔を置いて多数設けられている。円孔３４ａ及び小孔３４ｂは、第２噴出路を構成している。
【００４３】
第１放電空間１５でプラズマ化された第１処理ガスが、多数の第１噴出路３３から下方へ噴き出される。併せて、酸化性の第２処理ガスが、連通路４０、円孔３４ａ、小孔３４ｂを順次経て、突出部１６の左右側方へ噴き出される。これにより、アース電極１２Ｅの突出部１６を除く底面と突出部１６の側面とガラス基板Ｗとで画成された空間１ａ内において、第１処理ガスと第２処理ガスが混合されながらガラス基板Ｗの表面に接触し、表面処理がなされる。この形態によれば、ガラス基板Ｗの広い範囲（処理位置Ｐ）を一度に処理することができる。
【００４４】
図９は、図８の処理ヘッド１０の変形例（第９実施形態）を示したものである。この形態では、アース電極１２Ｅの底面の中央部が下に突出しておらず、底面全体が平らになっている。小孔３４ｂは、円孔３４ａの下部に設けられ、そこから真っ直ぐ下へ延びてアース電極１２Ｅの底面に達している。
【００４５】
小孔３４ｂから噴き出された第２処理ガスは、小孔３４ｂの直下で左右両側に分かれてアース電極１２Ｅとガラス基板Ｗとの間の空間１ｂに拡散しながら、第１噴出路３３から噴き出された第１処理ガスと混合される。
【００４６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、当業者に自明の範囲で種々の改変をなすことができる。
例えば、第２噴出路３４，３４ａが、連通路４０を介することなく第２空間２５，２６ａ，２７ａに直接連なっていてもよい。この場合、第１噴出路３３が、第２噴出路３４，３４ａより短いことが好ましい。
被処理物Ｗは、ＩＴＯガラス基板に限られず、半導体ウェハや樹脂フィルム等でもよい。
移動手段２は、ローラコンベアに限られず、浮上エア式コンベアなどを用いてもよく、被処理物Ｗをステージに設置し、このステージを駆動手段で移動させるようになっていてもよい。
被処理物が位置固定される一方、処理ヘッド１０が移動されるようになっていてもよい。
固体誘電体層１３，２３，１３Ｅ，１３Ｈは、溶射膜などで形成されていてもよい。
複数の実施形態の構成を互いに組み合わせてもよい。例えば、図４〜図９の実施形態の第２空間形成部として、図１〜図３の何れかの第２空間形成部２１，２６，２７を適用できる。図５〜図９の実施形態の第１処理ガスとして、図１、図４の何れかの実施形態の組成を適用できる。
【実施例１】
【００４７】
実施例を説明するが、本発明がこの実施形態に限定されるものでないことは言うまでもない。
図１に示す表面処理装置１と実質的に同一の装置を用い、ＩＴＯガラス基板の親水化処理を行った。寸法構成及び処理条件は以下の通り。
搬送速度 ： ４ｍ／ｍｉｎ．
搬送回数 ： １回
第１処理ガス
初期組成： 窒素（Ｎ２） １００％
流量： ７５ｓｌｍ
第１放電空間１５の厚さ ： １ｍｍ
電極１２間の印加電圧 ： Ｖｐｐ＝１８ｋＶ
電源３の周波数 ： ４０ｋＨｚ
第１噴出路３３の長さ： Ｌ１＝１５ｍｍ
第１噴出路３３の幅（図１の紙面直交方向の寸法）： ２００ｍｍ
ワーキングディスタンス： ＬＷＤ＝３ｍｍ
第２処理ガス
初期組成： 酸素（Ｏ２） １００％
流量： １ｓｌｍ
第２放電空間２５の厚さ ： １ｍｍ
電極２２間の印加電圧 ： Ｖｐｐ＝１８ｋＶ
電源５の周波数 ： ４０ｋＨｚ
連通路４０の長さ： Ｌ４＝５００ｍｍ
【００４８】
処理前のＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、約７５°であった。
比較例として、第２処理ガス源６からの酸素を第１処理ガス源４からの第１処理ガス供給路４ａに合流させ、第１処理ガスの窒素と第２処理ガスの酸素とを予め混合したうえで、処理ヘッド１０でプラズマ化し、ＩＴＯガラス基板に噴き付けたところ、ＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、４３°になった。
これに対し、本実施例１における処理後のＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、３５°になった。これにより、親水性を向上できることが確認された。
【実施例２】
【００４９】
図９の表面処理装置１と実質的に同一の装置を用い、ＩＴＯガラス基板の親水化処理を行った。第２空間形成部には、図１に示すような第２プラズマ生成部２１を用いた。寸法構成及び処理条件は以下の通り。
搬送速度 ： １２ｍ／ｍｉｎ．
搬送回数 ： １回
第１処理ガス
初期組成： 窒素（Ｎ２） １００％
流量： ７５ｓｌｍ
第１放電空間１５の厚さ ： 1 ｍｍ
電極１２間の印加電圧 ： Ｖｐｐ＝１４ｋＶ
電源３の周波数 ： ４０ｋＨｚ
第１噴出路３３の長さ： Ｌ１＝７ｍｍ
第１噴出路３３の直径： ３ｍｍ
第１噴出路３３の数： １５０個
アース電極１２Ｅの寸法：
左右方向の寸法： ２００ｍｍ
前後方向（図９の紙面直交方向）の寸法： ２５０ｍｍ
ワーキングディスタンス： ＬＷＤ＝３ｍｍ
第２処理ガス
初期組成： 酸素（Ｏ２） １００％
流量： １ｓｌｍ
第２放電空間２５の幅 ： １ｍｍ
電極２２間の印加電圧 ： Ｖｐｐ＝１４ｋＶ
電源５の周波数 ： ４０ｋＨｚ
第２噴出路３４の長さ： Ｌ２＝５ｍｍ
連通路４０の長さ： Ｌ４＝５００ｍｍ
【００５０】
処理前のＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、約８５°であった。
比較例として、第２処理ガス源６からの酸素を第１処理ガス源４からの第１処理ガス供給路４ａに合流させ、第１処理ガスの窒素と第２処理ガスの酸素とを予め混合したうえで、図９に示すような処理ヘッド１０でプラズマ化し、ＩＴＯガラス基板に噴き付けたところ、ＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、６２°になった。
これに対し、本実施例２における処理後のＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、４２°になった。これにより、親水性を向上できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、例えばＩＴＯガラス基板の親水化処理に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表面処理装置を解説的に示す正面断面図である。
【図２】上記表面処理装置の第２空間形成部の変形例（第２実施形態）を示す正面断面図である。
【図３】上記表面処理装置の第２空間形成部の変形例（第３実施形態）を示す正面断面図である。
【図４】上記表面処理装置の第１処理ガス源の変形例（第４実施形態）を示す正面断面図である。
【図５】上記表面処理装置の固体誘電体層の変形例（第５実施形態）を示す正面断面図である。
【図６】上記表面処理装置の第２噴出路の変形例（第６実施形態）を示す正面断面図である。
【図７】図６において、固体誘電体層の変形例（第７実施形態）を示す正面断面図である。
【図８】上記表面処理装置の処理ヘッドの変形例（第８実施形態）を示す正面断面図である。
【図９】図８の噴出部の変形例（第９実施形態）を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 表面処理装置
２ ローラコンベア（移動手段）
３ 第１電源
４ 第１処理ガス源
４ａ 第１処理ガス供給路
５ 第２電源
６ 第２処理ガス源
６ａ 第２処理ガス供給路
１０ 処理ヘッド
１１ 第１プラズマ生成部
１２ 第１電極
１２Ｅ アース電極（第１電極）
１２Ｈ ホット電極（第１電極）
１３ 固体誘電体層
１３ａ 垂直板部分
１３ｂ 水平板部分
１４ ギャップ
１５ 第１放電空間
１６ 突出部
２１ 第２プラズマ生成部（第２空間形成部）
２２ 第２電極
２３ 固体誘電体層
２４ ギャップ
２５ 第２放電空間（第２空間）
２６ オゾナイザー（第２空間形成部）
２６ａ 放電空間（第２空間）
２７ オゾンタンク（第２空間形成部）
２７ａ 内部空間（第２空間）
３１ 底部材
３０ 噴出部
３２ スリット
３３ 第１噴出路
３４ 第２噴出路
３４ａ 円孔（第２噴出路の上流側部）
３４ｂ 小孔（第２噴出路の下流側部）
３５ 合流部
４１ 連通管
４０ 連通路
Ｌ１ 第１噴出路の長さ
Ｌ２ 第２噴出路の長さ
Ｌ４ 連通路の長さ
ＬＷＤ ワーキングディスタンス
Ｐ 処理位置
Ｗ ＩＴＯガラス基板（被処理物）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外領域の発光性を有する処理ガスと酸化能を有する処理ガスとの２種類の処理ガスを用いて被処理物を表面処理する装置に関し、特に、表面の有機汚染物の除去（洗浄）や親水化（親液化）などの処理に適した装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、窒素に少量の酸素を添加した混合ガスを電極間の大気圧放電空間に導入してプラズマ化したうえで上記大気圧放電空間から噴出してガラス基板等の被処理物に接触させ、親水化等の表面処理を行うことが記載されている。
【特許文献１】特開２００６−１４７３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記窒素と酸素の混合ガスをプラズマ化することにより、Ｎ２ラジカル、ＮＯラジカル、Ｏラジカル等が生成される。Ｎ２ラジカルやＮＯラジカルは、紫外領域の波長の光を発し、この紫外光により被処理物の表面の有機汚染物の結合を切断できる。Ｏラジカルにより、有機汚染物を酸化させ、被処理物の表面を親水化できる。
しかし、Ｎ２ラジカルを多く生成可能な窒素と酸素の混合比と、ＮＯラジカルを多く生成可能な窒素と酸素の混合比と、Ｏラジカルを多く生成可能な窒素と酸素の混合比はそれぞれ異なる。そのため、すべてのラジカルを所望量生成するのは困難である。また、紫外領域の発光性ラジカルは寿命が短く、失活しやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プラズマ化により紫外領域の発光性を付与される第１処理ガスと、酸化性の第２処理ガスとを被処理物に接触させ、被処理物の表面を親水化処理する装置であって、
略大気圧の第１の放電空間を形成する第１電極を有し、前記第１処理ガスが前記第１放電空間に通される第１プラズマ生成部と、
前記第２処理ガスに対し酸化能を付与する第２空間、若しくは強化する第２空間、又は酸化能保持状態（酸化能を有する状態）で貯留する第２空間を有する第２空間形成部と、
前記第１放電空間を通過後の前記第１処理ガスを前記被処理物が位置すべき処理位置へ噴き付けるとともに、前記第２空間からの第２処理ガスを前記処理位置の近傍で前記第１処理ガスと合流可能に導きながら前記処理位置へ噴き付ける噴出部と、
を備え、前記第１放電空間が、前記第２空間より前記処理位置に近いことを特徴とする。
これによって、第１処理ガスに紫外領域の発光性を十分付与でき、この第１処理ガスを発光性を有するうちに被処理物に接触させることができるとともに、十分な酸化能を有する第２処理ガスを被処理物に接触させることができ、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【０００５】
ここで、大気圧近傍とは、１．０１３×１０4〜５０．６６３×１０4Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａが好ましく、９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａがより好ましい。
第１処理ガスの発光波長（紫外領域）は、２００〜４００ｎｍであることが好ましい。第１処理ガスの紫外領域の発光性を有する成分としては、Ｎ２ラジカル、ＮＯラジカルが挙げられる。Ｎ２ラジカルは、３００〜４００ｎｍの波長の紫外光を発する。ＮＯラジカルは、２００〜３００ｎｍの波長の紫外光を発する。これら紫外光は、被処理物の表面の有機汚染物の結合を切断する作用を有している。Ｎ２ラジカルやＮＯラジカルは、窒素（Ｎ２）ガス、又は窒素と酸素の混合ガスを大気圧近傍下でプラズマ放電させることにより生成することができる。
酸化能を有する第２処理ガス成分としては、オゾン（Ｏ３）、Ｏラジカルが挙げられるほか、酸素（Ｏ２）も多少の酸化能を有している。これら第２処理ガス成分の酸化能によって被処理物の表面の有機汚染物を酸化させ、親水化することができる。
【０００６】
前記第２空間形成部が、前記第２空間として略大気圧の第２の放電空間を形成する第２電極を有する第２プラズマ生成部であり、酸素が前記第２処理ガスとして前記第２放電空間に通されるようにしてもよい。
これにより、酸化能を有する第２処理ガス成分としてオゾンやＯラジカルを生成することができ、第２処理ガスに対し酸化能を付与又は強化することができる。更にＯラジカルは、未反応の酸素ガス又は大気中の酸素分子と反応し、オゾンに変換され得る。これにより、オゾン濃度が高まる。
【０００７】
前記第２空間形成部が、オゾナイザーであってもよく、オゾンタンクであってもよい。
オゾナイザーは、酸素（Ｏ２）を原料にして高濃度のオゾンを生成できる。すなわち、第２処理ガスに対し酸化能を付与又は強化することができる。
オゾンタンクは、オゾンを蓄えておくことができる。すなわち、第２処理ガスを酸化能を有する状態で貯留できる。
オゾンは、Ｎ２ラジカル、ＮＯラジカル等と比べ安定しているため、ある程度の距離を取り回すことが可能であり、前記第２空間が前記第１空間より処理位置から離れていても支障がない。
【０００８】
前記噴出部が、前記第１放電空間に直接連なるとともに先端が前記処理位置へ向けて開口する第１噴出路と、前記第２空間に直接又は連通路を介して連なるとともに前記第１噴出路に合流する第２噴出路とを有していてもよく、その場合、前記第１噴出路の長さが、前記第２噴出路の長さ又は前記連通路と第２噴出路の合計長さより短いことが好ましい。
また、前記噴出部が、前記第１放電空間に直接連なるとともに先端が前記処理位置へ向けて開口する第１噴出路と、前記第２空間に直接又は連通路を介して連なるとともに先端が前記第１噴出路の先端の近傍で前記処理位置へ向けて開口する第２噴出路とを有していてもよく、その場合、前記第１噴出路の長さが、前記第２噴出路の長さ又は前記連通路と第２噴出路の合計長さより短いことが好ましい。
これによって、第１処理ガスの比較的不安定な紫外領域の発光性成分（Ｎ２ラジカル、ＮＯラジカル等）を、発光性を維持した状態で被処理物に確実に到達させることができ、親水化の処理効率を確実に向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、親水化の処理効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、第１実施形態を示したものである。この実施形態の被処理物Ｗは、例えばＩＴＯガラス基板である。表面処理の内容は、例えばＩＴＯガラス基板Ｗの親水化処理である。
【００１１】
表面処理装置１は、処理ヘッド１０と、第２プラズマ生成部２１（第２空間形成部）と、移動手段２とを備えている。移動手段２は、例えば左右に延在されたローラコンベアにて構成されている。ローラコンベア２上に被処理物Ｗが載せられ、図１の白抜き矢印で示すように左右方向に沿って搬送されるようになっている。
【００１２】
処理ヘッド１０は、図示しない架台によってローラコンベア２の上方に設置されている。処理ヘッド１０は、第１プラズマ生成部１１と、この第１プラズマ生成部１１の下側に設けられた底部材３１とを有している。
【００１３】
第１プラズマ生成部１１は、一対の第１電極１２，１２を有している。これら電極１２，１２は、左右に対向するとともに、図１の紙面と直交する前後方向に被処理物Ｗと略同じ寸法だけ延びている。電極１２のうち一方は、第１電源３に接続され、他方は電気的に接地されている。電源３は、電極１２，１２間に高周波電圧を印加する。これにより、電極１２，１２間に大気圧プラズマ放電が生成されるようになっている。印加電圧は、正弦波などの連続波でもよく、パルス波などの間欠波でもよい。
【００１４】
電極１２の互いの対向面に固体誘電体層１３がそれぞれ設けられている。各固体誘電体層１３は、アルミナからなるセラミックの板で構成され、電極１２より上下に突出されている。一対の固体誘電体層１３，１３どうしの間に厚さ１〜２ｍｍ程度の垂直なギャップ１４が画成されている。ギャップ１４の中間部（詳しくは、電極１２の上端部に対応する高さから下端部に対応する高さまでの部分）が、第１放電空間１５となる。
【００１５】
第１処理ガス源４から第１処理ガス供給路４ａが延び、ギャップ１４の上端部に接続されている。処理ガス源４には、第１処理ガスが蓄えられている。この実施形態では、第１処理ガスとして、窒素（Ｎ２）ガスが用いられている。
【００１６】
左右の電極１２，１２の底面に絶縁性及び耐プラズマ性の底部材３１が宛がわれ、電極１２が絶縁されている。底部材３１の上側部には、固体誘電体層１３の電極１２より下側の部分が挿し入れられている。
底部材３１と、固体誘電体層１３の電極１２より下側の部分とによって、噴出部３０が構成されている。
【００１７】
底部材３１には、固体誘電体層１３の下端から真っ直ぐ下へ延びるスリット３２が形成されている。スリット３２は、底部材３１の底面に達して開口されている。
ギャップ１４の放電空間１５より下側の部分と、スリット３２とにより、第１噴出路３３が構成されている。
噴出路３３の長さＬ１は、例えばＬ１＝５〜５０ｍｍ程度である。
噴出路３３の下端（先端）の開口の真下においてガラス基板Ｗが横切る位置が、処理位置Ｐとなっている。（噴出路３３が、処理位置Ｐへ向けて開口されている。）
噴出部３０の下端から処理位置Ｐまでの距離ＬＷＤ（ワーキングディスタンス）は、例えばＬＷＤ＝１〜１０ｍｍ程度である。
【００１８】
第２プラズマ生成部２１は、第１プラズマ生成部１１と同様の構造になっており、一対の第２電極２２，２２を有している。電極２２，２２の一方には第２電源５が接続され、他方は電気的に接地されている。電源５は、電極２２，２２間に高周波電圧を印加する。これにより、電極２２，２２間に大気圧プラズマ放電が生成されるようになっている。印加電圧は、正弦波などの連続波でもよく、パルス波などの間欠波でもよい。第１電源３を第２電源５として兼用することにしてもよい。
【００１９】
電極２２の互いの対向面に、例えばセラミック板からなる固体誘電体層２３が配置されている。一対の固体誘電体層２３，２３どうしの間にギャップ２４が画成されている。ギャップ２４の中間部が、第２放電空間２５（第２空間）となる。
【００２０】
第２処理ガス源６から第２処理ガス供給路６ａが延び、ギャップ２４の上端部に接続されている。第２処理ガス源６には、酸素（Ｏ２）ガスが蓄えられている。
【００２１】
ギャップ２４の下端部から連通管４１が処理ヘッド１０の底部材３１へ向けて延びている。ギャップ２４の放電空間２５より下側の部分と連通管４１とにより連通路４０が構成されている。
連通路４０の長さは、例えばＬ４＝１０ｍｍ〜数ｍ程度である。
【００２２】
上記処理ヘッド１０の底部材３１には、連通管４１から延びる第２噴出路３４が形成されている。第２噴出路３４は、第１噴出路３３の中間部３５に合流している。この合流部３５から処理位置Ｐまでは、１〜５０ｍｍ程度であり、合流部３５は処理位置の近傍に位置されている。
なお、第２噴出路３４の長さＬ２は、例えばＬ２＝１０〜２００ｍｍ程度である。
この実施形態では、第２噴出路３４が左右に一対設けられ、これら第２噴出路３４が、第１噴出路３３に左右から合流されている。連通管４１は、２つに分岐し、左右の第２噴出路３４にそれぞれ接続されている。
【００２３】
第１プラズマ生成部１１は、第２プラズマ生成部２１より処理位置Ｐに十分近い。第１放電空間１５は、第２放電空間２５より処理位置Ｐに十分近い。第１噴出路３３の長さＬ１が、連通路４０と第２噴出路３４の合計長さ（Ｌ４＋Ｌ２）より十分短い。
【００２４】
上記構成の表面処理装置１を用いて、被処理物Ｗを表面処理する方法を説明する。
処理すべきＩＴＯガラス基板Ｗをローラコンベア２に載せ、処理ヘッド１０の真下を横切るように搬送する。
第１処理ガス源４の窒素（第１処理ガス）を、供給路４ａを介してギャップ１４に導入する。また、電源３からの電圧供給により、電極１２，１２間に大気圧プラズマ放電を生成する。これにより、ギャップ１４の中間部が放電空間１５となり、窒素がプラズマ化され、Ｎ２ラジカルが生成される。原料が窒素１００％であるので高濃度のＮ２ラジカルを得ることができる。Ｎ２ラジカルは、３００〜４００ｎｍの波長の紫外光を発する。言い換えると、第１プラズマ生成部１１は、第１放電空間１５において第１処理ガスに紫外領域の発光性を付与する。この紫外領域の発光性を付与された第１処理ガス（高濃度のＮ２ラジカルを含む窒素ガス）が、第１放電空間１５から第１噴出路３３へ導出される。
【００２５】
併行して、第２処理ガス源６から酸素（第２処理ガス）を、供給路６ａを介してギャップ２４に導入するとともに、電源５からの電圧供給により電極２２，２２間に大気圧プラズマ放電を生成する。これにより、ギャップ２４の中間部が放電空間２５となり、酸素がプラズマ化され、Ｏラジカルやオゾン（Ｏ３）が生成される。Ｏラジカルの一部は未反応のＯ２と更に反応し、オゾンに変換される。したがって、第２処理ガスのオゾン濃度が十分に高くなる。Ｏラジカル及びオゾンは強い酸化性を有する。（言い換えると、第２プラズマ生成部２１は、放電空間２５において第２処理ガスに対し酸化能を付与又は強化する。）
【００２６】
酸化能を付与又は強化された第２処理ガス（Ｏラジカル及び高濃度オゾンを含む酸素ガス）は、連通路４０を経て第２噴出路３４に導入され、第２噴出路３４から合流部３５へ流入する。これにより、第２処理ガスが、第１噴出路３３の第１処理ガスと合流して混合される。この合流地点３５は、処理位置の極近傍である。合流後の第１処理ガス及び第２処理ガスは、第１噴出路３３の下端開口から噴出され、処理位置Ｐのガラス基板Ｗに噴き付けられる。（言い換えると、噴出部３０によって、第１処理ガスが処理位置Ｐへ噴き付けられるとともに、第２処理ガスが処理位置Ｐの近傍で第１処理ガスと合流しながら処理位置Ｐへ噴き付けられる。）
【００２７】
上記噴き付けガス中のＮ２ラジカルが紫外光を発することにより、ガラス基板Ｗの表面の有機汚染物の結合を切断できる。また、噴き付けガス中のＯラジカルやオゾンにより、有機汚染物を酸化できる。これにより、ガラス基板Ｗの表面を親水化することができる。
第１プラズマ生成部１１において高濃度のＮ２ラジカルを生成でき、しかも第１プラズマ生成部１１ひいては第１放電空間１５が処理位置Ｐに十分近いため、上記高濃度のＮ２ラジカルを、失活しない（発光性を失わない）うちに処理位置Ｐに確実に到達させることができる。したがって、有機汚染物の結合切断効率を十分に確保することができる。また、第２プラズマ生成部２１において高濃度のＯラジカルやオゾンを生成でき、特に高濃度のオゾンを得ることができる。オゾンは比較的寿命が長いため、第２プラズマ生成部２１が処理位置Ｐから離れていても処理位置Ｐに確実に到達できる。したがって、有機汚染物の酸化効率を十分に確保することができる。これによって、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【００２８】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図２は、第２空間形成部の変形例（第２実施形態）を示したものある。この形態では、第２空間形成部として、第１実施形態の第２プラズマ生成部２１に代えて、オゾナイザー２６が用いられている。詳細な図示は省略するが、オゾナイザー２６は、複数の電極を有し、これら電極間に放電空間２６ａ（第２空間）を形成し、この放電空間２６ａにおいて酸素（Ｏ２）をオゾン化（酸化能を付与又は強化）する。放電空間２６ａから連通路４０が延びている。
【００２９】
これによって、高濃度のオゾンを含む第２処理ガスを、連通路４０を経て噴出部３０に導入し、第１処理ガスと混合してガラス基板Ｗに噴き付けることができる。よって、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【００３０】
図３は、第２空間形成部の変形例（第３実施形態）を示したものある。この形態では、第２空間形成部として、オゾンタンク２７が用いられている。オゾンタンク２７の内部空間２７ａ（第２空間）には、オゾンが貯留されている。（第２処理ガスが酸化能保持状態で貯留されている。）オゾンは、酸素（Ｏ２）との混合状態で蓄えられていてもよい。このオゾンタンク２７の内部空間２７ａから連通路４０が延びている。
【００３１】
これによって、高濃度のオゾンを含む第２処理ガスが連通路４０を経て噴出部３０に導入され、第１処理ガスと混合されるとともにガラス基板Ｗに噴き付けられる。よって、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【００３２】
図４は、第１処理ガスの組成の変形例（第４実施形態）を示したものある。この形態の第１処理ガス源４は、窒素１００％ではなく、窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）の混合ガスを第１処理ガス供給路４ａに送出するようになっている。
【００３３】
この窒素と酸素の混合ガスからなる第１処理ガスが、第１処理ガス供給路４ａを経て第１放電空間１５に導入される。これにより、第１処理ガスがプラズマ化され、ＮＯラジカルやＮ２ラジカルが生成される。ＮＯラジカルは、２００〜３００ｎｍの波長の紫外光を発する。Ｎ２ラジカルは、３００〜４００ｎｍの波長の紫外光を発する。（すなわち、第１処理ガスに紫外領域の発光性を付与することができる。）
【００３４】
第１処理ガス源４における窒素と酸素の混合比を調節することにより、高濃度のＮＯラジカル及びＮ２ラジカルを得ることができる。特に、ＮＯラジカルの濃度を高くしたいときは、第１処理ガス源４における窒素と酸素の混合比は、Ｎ２：Ｏ２＝４０００：１〜５００：１程度にするのが好ましい。Ｎ２ラジカルの濃度を高くしたいときは、第１処理ガス源４における窒素と酸素の混合比は、Ｎ２：Ｏ２＝１００００：１以下程度にするのが好ましい。
【００３５】
この紫外領域の発光性を付与された第１処理ガス（ＮＯラジカルやＮ２ラジカルを含む窒素と酸素の混合ガス）が、第１噴出路３３へ導出され、第２処理ガスと混合されるとともに、ガラス基板Ｗに噴き付けられる。そして、ＮＯラジカルからの２００〜３００ｎｍの波長の紫外光、及びＮ２ラジカルからの３００〜４００ｎｍの波長の紫外光によって、有機汚染物の結合切断効率を十分に確保することができる。ひいては、親水化の処理効率を十分に向上させることができる。
【００３６】
図５は、処理ヘッド１０の変形例（第５実施形態）を示したものである。この形態では、固体誘電体層１３が、第１電極１２の垂直な放電面に宛がわれた垂直な板部分１３ａだけでなく、その上下両端から外側へ延びる水平な板部分１３ｂ，１３ｂをも一体に有し、断面コ字形のケース状になっており、その内部に第１電極１２が収容されている。固体誘電体層１３の下側の水平な板部分１３ｂと底部材３１との間に、第２噴出路３４が画成されている。固体誘電体層１３の電極１２より下側の部分と、底部材３１とによって、噴出部３０が構成されている。
【００３７】
図６は、処理ヘッド１０の変形例（第６実施形態）を示したものである。この形態では、第２噴出路３４が、処理ヘッド１０の底部材３１の外側面から斜め下へ延びている。第２噴出路３４は、処理ヘッド１０内で第１噴出路３３と合流することなく、その下端（先端）が底部材３１の底面に達し、処理位置Ｐへ向けて開口されている。第２噴出路３４の下端開口は、第１噴出路３３の近傍に位置されている。
【００３８】
第２処理ガスは、第２噴出路３４から斜めに噴き出された後、第１噴出路３３から噴き出された第１処理ガスと合流する。そして、第１処理ガスと第２処理ガスが、処理ヘッド１０とガラス基板Ｗとの間の空間内で互いに混合されながらガラス基板Ｗの表面に接触し、表面処理がなされる。
【００３９】
図６の形態においては、固体誘電体層１３が、第１実施形態（図１）と同様に垂直な平板状であるが、図７に示すように、固体誘電体層１３を図７の形態と同様の断面コ字形のケース状にしてもよい。
【００４０】
図８は、処理ヘッド１０の変形例（第８実施形態）を示したものである。第１実施形態では、一対の第１電極１２，１２が左右に対向していたが、この変形例では、上下に対向している。詳しくは、第１電源３に接続されたホット電極１２Ｈが上側に配置され、電気的に接地されたアース電極１２Ｅが下側に配置されている。上側のホット電極１２Ｈの下面に、例えばアルミナ等のセラミック板からなる固体誘電体層１３Ｈが設けられ、下側のアース電極１２Ｅの上面に同様のセラミック板からなる固体誘電体層１３Ｅが設けられている。これら上下の固体誘電体層１３Ｈ，１３Ｅの間に、水平な第１放電空間１５が形成されている。第１処理ガス源４（図示省略）からの第１処理ガス供給路４ａが２つに分岐して、放電空間１５の左右の端部に連なっている。
【００４１】
固体誘電体層１３Ｅ及びアース電極１２Ｅには、複数の第１噴出路３３が厚さ方向（上下）に貫通するように形成されている。固体誘電体層１３Ｅ及びアース電極１２Ｅは、噴出部３０を兼ねている。
【００４２】
アース電極１２Ｅの底部の中央には、下方への突出部１６が設けられている。突出部１６の内部には、円孔３４ａが図８の紙面と直交する前後方向に形成されている。この円孔３４ａに第２空間形成部（図示省略）からの連通路４０が連なっている。円孔３４ａの内周面の両側部には、小孔３４ｂが形成されている。小孔３４ｂは、突出部１６の左右の側面に達して開口されている。なお、小孔３４ｂは、前後方向（図８の紙面直交方向）に間隔を置いて多数設けられている。円孔３４ａ及び小孔３４ｂは、第２噴出路を構成している。
【００４３】
第１放電空間１５でプラズマ化された第１処理ガスが、多数の第１噴出路３３から下方へ噴き出される。併せて、酸化性の第２処理ガスが、連通路４０、円孔３４ａ、小孔３４ｂを順次経て、突出部１６の左右側方へ噴き出される。これにより、アース電極１２Ｅの突出部１６を除く底面と突出部１６の側面とガラス基板Ｗとで画成された空間１ａ内において、第１処理ガスと第２処理ガスが混合されながらガラス基板Ｗの表面に接触し、表面処理がなされる。この形態によれば、ガラス基板Ｗの広い範囲（処理位置Ｐ）を一度に処理することができる。
【００４４】
図９は、図８の処理ヘッド１０の変形例（第９実施形態）を示したものである。この形態では、アース電極１２Ｅの底面の中央部が下に突出しておらず、底面全体が平らになっている。小孔３４ｂは、円孔３４ａの下部に設けられ、そこから真っ直ぐ下へ延びてアース電極１２Ｅの底面に達している。
【００４５】
小孔３４ｂから噴き出された第２処理ガスは、小孔３４ｂの直下で左右両側に分かれてアース電極１２Ｅとガラス基板Ｗとの間の空間１ｂに拡散しながら、第１噴出路３３から噴き出された第１処理ガスと混合される。
【００４６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、当業者に自明の範囲で種々の改変をなすことができる。
例えば、第２噴出路３４，３４ａが、連通路４０を介することなく第２空間２５，２６ａ，２７ａに直接連なっていてもよい。この場合、第１噴出路３３が、第２噴出路３４，３４ａより短いことが好ましい。
被処理物Ｗは、ＩＴＯガラス基板に限られず、半導体ウェハや樹脂フィルム等でもよい。
移動手段２は、ローラコンベアに限られず、浮上エア式コンベアなどを用いてもよく、被処理物Ｗをステージに設置し、このステージを駆動手段で移動させるようになっていてもよい。
被処理物が位置固定される一方、処理ヘッド１０が移動されるようになっていてもよい。
固体誘電体層１３，２３，１３Ｅ，１３Ｈは、溶射膜などで形成されていてもよい。
複数の実施形態の構成を互いに組み合わせてもよい。例えば、図４〜図９の実施形態の第２空間形成部として、図１〜図３の何れかの第２空間形成部２１，２６，２７を適用できる。図５〜図９の実施形態の第１処理ガスとして、図１、図４の何れかの実施形態の組成を適用できる。
【実施例１】
【００４７】
実施例を説明するが、本発明がこの実施形態に限定されるものでないことは言うまでもない。
図１に示す表面処理装置１と実質的に同一の装置を用い、ＩＴＯガラス基板の親水化処理を行った。寸法構成及び処理条件は以下の通り。
搬送速度 ： ４ｍ／ｍｉｎ．
搬送回数 ： １回
第１処理ガス
初期組成： 窒素（Ｎ２） １００％
流量： ７５ｓｌｍ
第１放電空間１５の厚さ ： １ｍｍ
電極１２間の印加電圧 ： Ｖｐｐ＝１８ｋＶ
電源３の周波数 ： ４０ｋＨｚ
第１噴出路３３の長さ： Ｌ１＝１５ｍｍ
第１噴出路３３の幅（図１の紙面直交方向の寸法）： ２００ｍｍ
ワーキングディスタンス： ＬＷＤ＝３ｍｍ
第２処理ガス
初期組成： 酸素（Ｏ２） １００％
流量： １ｓｌｍ
第２放電空間２５の厚さ ： １ｍｍ
電極２２間の印加電圧 ： Ｖｐｐ＝１８ｋＶ
電源５の周波数 ： ４０ｋＨｚ
連通路４０の長さ： Ｌ４＝５００ｍｍ
【００４８】
処理前のＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、約７５°であった。
比較例として、第２処理ガス源６からの酸素を第１処理ガス源４からの第１処理ガス供給路４ａに合流させ、第１処理ガスの窒素と第２処理ガスの酸素とを予め混合したうえで、処理ヘッド１０でプラズマ化し、ＩＴＯガラス基板に噴き付けたところ、ＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、４３°になった。
これに対し、本実施例１における処理後のＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、３５°になった。これにより、親水性を向上できることが確認された。
【実施例２】
【００４９】
図９の表面処理装置１と実質的に同一の装置を用い、ＩＴＯガラス基板の親水化処理を行った。第２空間形成部には、図１に示すような第２プラズマ生成部２１を用いた。寸法構成及び処理条件は以下の通り。
搬送速度 ： １２ｍ／ｍｉｎ．
搬送回数 ： １回
第１処理ガス
初期組成： 窒素（Ｎ２） １００％
流量： ７５ｓｌｍ
第１放電空間１５の厚さ ： 1 ｍｍ
電極１２間の印加電圧 ： Ｖｐｐ＝１４ｋＶ
電源３の周波数 ： ４０ｋＨｚ
第１噴出路３３の長さ： Ｌ１＝７ｍｍ
第１噴出路３３の直径： ３ｍｍ
第１噴出路３３の数： １５０個
アース電極１２Ｅの寸法：
左右方向の寸法： ２００ｍｍ
前後方向（図９の紙面直交方向）の寸法： ２５０ｍｍ
ワーキングディスタンス： ＬＷＤ＝３ｍｍ
第２処理ガス
初期組成： 酸素（Ｏ２） １００％
流量： １ｓｌｍ
第２放電空間２５の幅 ： １ｍｍ
電極２２間の印加電圧 ： Ｖｐｐ＝１４ｋＶ
電源５の周波数 ： ４０ｋＨｚ
第２噴出路３４の長さ： Ｌ２＝５ｍｍ
連通路４０の長さ： Ｌ４＝５００ｍｍ
【００５０】
処理前のＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、約８５°であった。
比較例として、第２処理ガス源６からの酸素を第１処理ガス源４からの第１処理ガス供給路４ａに合流させ、第１処理ガスの窒素と第２処理ガスの酸素とを予め混合したうえで、図９に示すような処理ヘッド１０でプラズマ化し、ＩＴＯガラス基板に噴き付けたところ、ＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、６２°になった。
これに対し、本実施例２における処理後のＩＴＯガラス基板の純水に対する接触角は、４２°になった。これにより、親水性を向上できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、例えばＩＴＯガラス基板の親水化処理に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表面処理装置を解説的に示す正面断面図である。
【図２】上記表面処理装置の第２空間形成部の変形例（第２実施形態）を示す正面断面図である。
【図３】上記表面処理装置の第２空間形成部の変形例（第３実施形態）を示す正面断面図である。
【図４】上記表面処理装置の第１処理ガス源の変形例（第４実施形態）を示す正面断面図である。
【図５】上記表面処理装置の固体誘電体層の変形例（第５実施形態）を示す正面断面図である。
【図６】上記表面処理装置の第２噴出路の変形例（第６実施形態）を示す正面断面図である。
【図７】図６において、固体誘電体層の変形例（第７実施形態）を示す正面断面図である。
【図８】上記表面処理装置の処理ヘッドの変形例（第８実施形態）を示す正面断面図である。
【図９】図８の噴出部の変形例（第９実施形態）を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 表面処理装置
２ ローラコンベア（移動手段）
３ 第１電源
４ 第１処理ガス源
４ａ 第１処理ガス供給路
５ 第２電源
６ 第２処理ガス源
６ａ 第２処理ガス供給路
１０ 処理ヘッド
１１ 第１プラズマ生成部
１２ 第１電極
１２Ｅ アース電極（第１電極）
１２Ｈ ホット電極（第１電極）
１３ 固体誘電体層
１３ａ 垂直板部分
１３ｂ 水平板部分
１４ ギャップ
１５ 第１放電空間
１６ 突出部
２１ 第２プラズマ生成部（第２空間形成部）
２２ 第２電極
２３ 固体誘電体層
２４ ギャップ
２５ 第２放電空間（第２空間）
２６ オゾナイザー（第２空間形成部）
２６ａ 放電空間（第２空間）
２７ オゾンタンク（第２空間形成部）
２７ａ 内部空間（第２空間）
３１ 底部材
３０ 噴出部
３２ スリット
３３ 第１噴出路
３４ 第２噴出路
３４ａ 円孔（第２噴出路の上流側部）
３４ｂ 小孔（第２噴出路の下流側部）
３５ 合流部
４１ 連通管
４０ 連通路
Ｌ１ 第１噴出路の長さ
Ｌ２ 第２噴出路の長さ
Ｌ４ 連通路の長さ
ＬＷＤ ワーキングディスタンス
Ｐ 処理位置
Ｗ ＩＴＯガラス基板（被処理物）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ化により紫外領域の発光性を付与される第１処理ガスと、酸化性の第２処理ガスとを被処理物に接触させ、被処理物の表面を親水化処理する装置であって、
略大気圧の第１の放電空間を形成する第１電極を有し、前記第１処理ガスが前記第１放電空間に通される第１プラズマ生成部と、
前記第２処理ガスに対し酸化能を付与若しくは強化又は酸化能保持状態で貯留する第２空間を有する第２空間形成部と、
前記第１放電空間を通過後の前記第１処理ガスを前記被処理物が位置すべき処理位置へ噴き付けるとともに、前記第２空間からの第２処理ガスを前記処理位置の近傍で前記第１処理ガスと合流可能に導きながら前記処理位置へ噴き付ける噴出部と、
を備え、前記第１放電空間が、前記第２空間より前記処理位置に近いことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記第２空間形成部が、前記第２空間として略大気圧の第２の放電空間を形成する第２電極を有する第２プラズマ生成部であり、酸素が前記第２放電空間に通されることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記第２空間形成部が、オゾナイザー又はオゾンタンクであることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記噴出部が、前記第１放電空間に直接連なるとともに先端が前記処理位置へ向けて開口する第１噴出路と、前記第２空間に直接又は連通路を介して連なるとともに前記第１噴出路に合流する第２噴出路とを有し、
前記第１噴出路の長さが、前記第２噴出路の長さ又は前記連通路と第２噴出路の合計長さより短いことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記噴出部が、前記第１放電空間に直接連なるとともに先端が前記処理位置へ向けて開口する第１噴出路と、前記第２空間に直接又は連通路を介して連なるとともに先端が前記第１噴出路の先端の近傍で前記処理位置へ向けて開口する第２噴出路とを有し、
前記第１噴出路の長さが、前記第２噴出路の長さ又は前記連通路と第２噴出路の合計長さより短いことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の表面処理装置。
【請求項１】
プラズマ化により紫外領域の発光性を付与される第１処理ガスと、酸化性の第２処理ガスとを被処理物に接触させ、被処理物の表面を親水化処理する装置であって、
略大気圧の第１の放電空間を形成する第１電極を有し、前記第１処理ガスが前記第１放電空間に通される第１プラズマ生成部と、
前記第２処理ガスに対し酸化能を付与若しくは強化又は酸化能保持状態で貯留する第２空間を有する第２空間形成部と、
前記第１放電空間を通過後の前記第１処理ガスを前記被処理物が位置すべき処理位置へ噴き付けるとともに、前記第２空間からの第２処理ガスを前記処理位置の近傍で前記第１処理ガスと合流可能に導きながら前記処理位置へ噴き付ける噴出部と、
を備え、前記第１放電空間が、前記第２空間より前記処理位置に近いことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記第２空間形成部が、前記第２空間として略大気圧の第２の放電空間を形成する第２電極を有する第２プラズマ生成部であり、酸素が前記第２放電空間に通されることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記第２空間形成部が、オゾナイザー又はオゾンタンクであることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記噴出部が、前記第１放電空間に直接連なるとともに先端が前記処理位置へ向けて開口する第１噴出路と、前記第２空間に直接又は連通路を介して連なるとともに前記第１噴出路に合流する第２噴出路とを有し、
前記第１噴出路の長さが、前記第２噴出路の長さ又は前記連通路と第２噴出路の合計長さより短いことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記噴出部が、前記第１放電空間に直接連なるとともに先端が前記処理位置へ向けて開口する第１噴出路と、前記第２空間に直接又は連通路を介して連なるとともに先端が前記第１噴出路の先端の近傍で前記処理位置へ向けて開口する第２噴出路とを有し、
前記第１噴出路の長さが、前記第２噴出路の長さ又は前記連通路と第２噴出路の合計長さより短いことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の表面処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１２９６５６（Ｐ２００９−１２９６５６Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０２４３３（Ｐ２００７−３０２４３３）
【出願日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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