(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の製造装置の一実施形態について図面を用いて説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。
【0014】
[プラズマ処理装置]
図1は、本発明の一実施形態のプラズマ処理装置を示す模式図である。
図1に示すプラズマ処理装置は、大気圧近傍の圧力下で被処理物11を放電処理するプラズマ処理装置であって、放電室66と、放電室66にガスを導入するためのガス導入口69と、放電室66に導入されたガスを排出するためのガス排出口65と、放電室66の一端に設けられた被処理物導入口661と、放電室66の他端に設けれらた被処理物導出口662と、放電室66内に設けられた少なくとも一つの電極対(上部電極63aおよび下部電極63b)とを備える。プラズマ処理装置において、被処理物導出口662は、被処理物導入口661より大きい開口部で構成されている。このように構成することにより、被処理物導出口662から有害成分が漏洩することを防止することができる。被処理物導出口662の大きさは、被処理物導入口661の大きさの120〜600%であることが好ましい。
【0015】
プラズマ処理装置は、さらに、被処理物導入口661から放電室66内に被処理物11を導入し、上部電極63aと下部電極63bの間を通過させた後に、被処理物導出口662から放電室66の下流方向に被処理物11を搬送する、搬送手段31を備える。搬送手段31には、種々公知の装置を用いることができ、例えば、ベルトコンベア、テーブルシャトル、コロ、エア浮上移送装置が挙げられる。
【0016】
本発明のプラズマ処理装置における被処理物11の形状や材質は特に限定されることはなく、形状は板状、シート状、フイルム状、方形状などがある。また、材質は、有機物、セラミック・ガラスなどの無機物、シリコンウェハなどの半導体などがある。放電処理を受ける被処理物11の表面は、一つの表面であっても、複数の表面であってもよい。
【0017】
本発明のプラズマ処理装置は、大気圧近傍の圧力下で用いられるが、ここでいう「大気圧近傍の圧力下」とは具体的には6×10
4Pa以上2.1×10
5Pa以下の圧力下のことをいい、特に本発明においては9.3×10
4Pa以上1.07×10
5Pa以下の圧力下であることが好ましい。
【0018】
放電室66内の空間の幅(被処理物11の幅方向の長さ)は、被処理物11の幅方向の両側に10〜30mmずつのスペースができるように設定されることが好ましい。すなわち、放電室66内の空間の幅は、被処理物11の幅に20〜60mmを加えた長さであることが好ましい。なお、放電室66内の空間の幅は、該幅方向の両側に設けられたスペーサー等により調節することができる。
【0019】
ガス導入口69には、ガス導入管611を介してガス貯蔵タンク610が接続されており、ガス貯蔵タンクに貯蔵されている処理ガスが、ガス導入口69から放電室66内に導入される。また、ガス排出口65には、排出導管613を介して有害成分除外手段68が接続されており、放電室66内の処理ガスは、ガス排出口65から、有害成分除外手段68にて有害成分が除去された後に、外部へ排出される。有害成分は、たとえば処理ガスに含まれたり、処理ガスから副生成物として生成されたりする。排出されるガスに含まれ得る有害成分としては、フッ化水素、フッ化炭素、オゾン、一酸化炭素、アンモニア等が例示される。
【0020】
有害成分除外手段68における有害成分除去方法として、触媒反応処理法、燃焼処理法、吸着剤による吸着処理法、アルカリスクラバーなどを利用した湿式処理法、およびその組み合わせなどが挙げられる。有害成分除去方法として吸着剤による吸着処理法を用いる場合、有害成分除外手段68は、対象とする成分を捕集する吸着剤で構成することができる。たとえば、有害成分除外手段68の内部に複数の吸着剤が設けられ、吸着剤が排出されたガスの有害成分を吸着するように構成されている。使用する有害成分除外手段68の構成については使用する処理ガス、および発生する副生物の種類に応じて適選される。
【0021】
図1に示すプラズマ処理装置においては、複数箇所、たとえば放電室66の排出導管613の上流側(たとえば位置P2)、有害成分除外手段68の下流側(たとえば位置P3)、被処理物導入口661の上流側(たとえば位置P11)、被処理物導出口662の下流側(たとえば位置P12)において、圧力計および有害成分の濃度を検出する検出器を設けることが好ましい。この場合、(位置P11の圧力≒位置P12の圧力>位置P2の圧力>位置P3の圧力)の関係になるように処理ガスの導入量、後述するエアーの吹き込み量、ガス排気量を調整することが好ましい。このような関係を満たすと、放電室内部のガスが、放電室外部へ流出することがなくなり、放電に使用されるか、もしくは反応により生成した有害成分が外部に放出されることを防ぐことができる。
【0022】
対向する電極63a,63bは電極母材を含み、少なくとも一方の電極において、電極母材の対向面が誘電体で被覆されている。プラズマが発生する放電部位64は、対向する電極63a,63bのいずれか一方のみが誘電体で被覆されている場合には、誘電体と誘電体が被覆されていない電極の電極母材との間であり、対向する電極63a,63bの両方が誘電体で被覆されている場合には、誘電体間である。
【0023】
電極63a,63bの構造は、電界集中によるアーク放電の発生を避けるために、上部電極63aと下部電極63bとの間の距離が略一定とされた構造が好ましく、この条件を満たす電極構造としては、平行平板型、円筒対向平板型、球対向平板型、双曲面対向平板型、同軸円筒型構造等が挙げられる。たとえば、放電処理の対象となる被処理物が方形状である場合には、平行平板型の電極であることが好ましい。
【0024】
電極63a,63bの対向面間の距離は、処理される被処理物11の厚さ、印加される電圧の大きさ、均一な層の形成しやすさ等を考慮して決定されるが、対向する電極63a,63bの一方のみに誘電体が被覆された場合、両方に誘電体が被覆された場合のいずれにおいても、50mm以下であることが好ましい。最短距離が50mm以下であれば、均一な放電プラズマを発生させ易いためである。
【0025】
電極63a,63bを構成する電極母材の材料としては、例えば、銀、白金、アルミニウム、銅、鉄等の純金属や、ステンレス(SUS)、真鐘等の多成分系の金属などを用いることができる。
【0026】
電極母材を被覆する誘電体としては、例えば、ケイ酸塩系ガラス、ホウ酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、ゲルマン酸塩系ガラス等の無機ガラスおよびこれらの混合物、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン等のプラスチックおよびこれらの混合物、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム等の金属酸化物、および、これらの混合物などの固体誘電体を用いることができる。
【0027】
誘電体で上部電極63aおよび/または下部電極63bを被覆する方法としては、特に制限されないが、例えば、溶射法、電極のフレーム枠に誘電体を螺子等で機械的に固定する方法が挙げられる。誘電体の厚さは、好ましくは0.01〜10mmである。
【0028】
図1のプラズマ処理装置においては、放電室66内の被処理物11の搬送方向に、二つの電極対が設けられている例を示したが、電極対は二つに限定されることはなく、一つであっても三つ以上であってもよい。なお、プラズマ処理装置は、上部電極63aと下部電極63bとの間に電圧を印加する電源(図示せず)を備える。
【0029】
図1においては、プラズマ処理装置において、ガス導入口69とガス排出口65が、放電室66の上部に設けられている例を示したが、ガス導入口69とガス排出口65は、放電室66の下部に設けられていてもよく、また上部と下部の両方に設けられていてもよい。ガス排出口65は、被処理物11の搬送方向において、最下流に設けれた電極対と、被処理物導出口662との間に設けられていることが好ましい。ガス排出口65が、電極対より上流部に設けられている場合、後述のエアーノズル67により吹き付けたエアーが電極間に流入し、プラズマ処理に不具合が生じる可能性がある。
【0030】
プラズマ処理装置は、被処理物導出口662の下流側にエアーノズル(エアー吹き付け手段)67を備える。エアーノズル67は、被処理物11の搬送路上に設けられており、被処理物11の表面に、被処理物11の表面から被処理物導出口662に向かうようにエアー(例えば、CDA:Clean Dried Air)が吹き出される。このようなエアーの吹き付けにより、被処理物導出口662の外側から放電室66内に流入する空気の流れを大きくすることが可能となり、被処理物11の移動に伴う被処理物導出口662から外部への有害成分の漏洩および有害成分の拡散を低減することができる。
【0031】
エアーノズル67は、種々公知のエアーノズルを用いて実施できる。エアーノズル67は、たとえば、搬送方向に対して垂直に配列された複数のエアー吹き出し口を備えた構成のものを用いることができる。
図1においては、エアーノズル67を搬送路の上方のみに設けた構成を示しているが、エアーノズル67の位置は、搬送路の上方に限定されることはなく、下方であってもよく、また、上方と下方の両方に設けられている構成であってもよい。エアーノズル67の設置数は、一つに限定されることはなく搬送方向に複数設けてもよい。
【0032】
図2は、エアーノズル67の位置を説明するための図である。エアーノズル67の高さ方向の位置は、搬送路に搬送される被処理物11の上部と前記エアーノズル67のエアー吹き出し口67aとの距離Hが、好ましくは1〜100mm、より好ましくは2〜20mmとなる位置である。100mmを超えると、吹き出したエアーが拡散して、被処理物11が搬送により持ち出す放電室66内部のガスをエアーにより吹き飛ばす効果が低下する。また、1mm未満にすると、ガス流れが被処理物の一部分に集中し、部分的な効果しか得られなくなる。また、被処理物に対する吹き出し角度θは、5〜90度、より好ましくは10〜70度である。これらの距離、角度は被処理物のサイズなどにより調整することができるよう、調整機構を設けることができる。また、被処理物の上部と下部にエアーノズルを設ける場合は、設ける場合の位置や角度は、上下で異なっていてもよい。
【0033】
被処理物導出口662から、エアーノズル67の吹き出し口67aまでの距離Lは2000mm以内であることが好ましく、300〜1000mmであることがより好ましい。2000mm以内の位置からエアーを吹き出すことにより、被処理物導出口662に向かう空気流を効果的に形成することができる。CDAの吹き出し量は、搬送する被処理物の大きさと、搬送速度により適選される。
【0034】
図3は、
図1のプラズマ処理装置において、放電室66内への外部からの空気の流れを模式的に示す図である。
図3においては、
図1に示すプラズマ処理装置を省略して示す。プラズマ処理装置においては、被処理物導出口662の開口部が、被処理物導入口661の開口部より大きく構成されている。かかる構成により、被処理物導出口662の下流側から放電室66内に流入する空気の流れF2の方が、被処理物導入口661の上流側から放電室66内に流入する空気の流れF1より大きくなり、被処理物の移動に伴って被処理物導入口661と被処理物導出口662から有害成分が外部に漏洩すること、および有害成分が拡散することを低減することができるものと解される。さらに、被処理物導出口662の下流側からエアーノズル67によりエアーの吹き付けを行なうことにより、流れF2をより大きくすることができ、有害成分の外部への漏洩をより効果的に防止することができる。
【0035】
[プラズマ処理方法]
図1に示す大気圧プラズマ処理装置を用いた被処理物の放電処理では、大気圧近傍の圧力下で、上部電極63aと下部電極63bの間に被処理物11を配置し、ガス貯蔵タンク610からガス導入管611を介してガス導入口69より処理ガスを放電室66に供給する。そして、電極63a,63bの対向面間に処理ガスが導入され、電源から対向する電極63a,63b間に電圧を印加してプラズマを発生させることにより、該プラズマと被処理物11とが接触し、被処理物11の表面が放電処理される。
【0036】
処理ガスは、不活性ガスと反応性ガスより構成される。不活性ガスとしてはヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンなどの希ガス、窒素、またはこれらの混合ガスが挙げられる。
【0037】
反応性ガスとしては、特に限定しないが、一例として、酸素、二酸化炭素、アンモニア、フッ素、フッ化炭化水素ガス:例えば4フッ化メタン(CF
4)、4フッ化エチレン、6フッ化プロピレン、8フッ化ブチレン等が挙げられる。反応性ガスとして酸素を使用した場合、プラズマ反応により副生成物として、オゾンが生成される。反応性ガスとして二酸化炭素を使用した場合、副生成物として、一酸化炭素が生成される。これらの副生成物は有害成分である。アンモニアはそれ自体が有害成分である。またフッ素、フッ化炭化水素ガスはそれ自体が有害であるだけでなく、系内に微量に混入する水蒸気と反応して、副生成物として有害なフッ化水素を生成する。
【0038】
処理ガス中の反応性ガスの濃度は0.1〜10体積%が好ましい。反応性ガスの濃度が0.1体積%以上の場合、処理の効率が向上する傾向にある。反応性ガスの濃度が10体積%以下の場合、プラズマの安定性が増大する傾向にある。
【0039】
処理ガスの供給速度は、放電室66の容積等によって適宜設定されるが、不活性ガスの供給速度は好ましくは100〜1000L/分であり、反応性ガスの供給速度は好ましくは1〜10L/分である。供給速度は、それぞれ、上記好ましい供給速度から適宜設定される。被処理物11をプラズマに曝す時間、すなわちプラズマによる照射時間は、印加電圧、電力、面密度等によって異なるが、通常、60秒間以下が好ましい。処理時間がこのような範囲であると、プラズマ照射熱による被処理物11の変形が抑制される傾向にある。
【0040】
被処理物導出口662より送出された被処理物11は、搬送手段31を用いて次工程に順次搬送される。搬送手段31の被処理物導出口662の下流の上方および/または下方には、
図1に示すように、被処理物11にエアー(例えば、CDA:Clean Dried Air)を吹き付けるエアーノズル67が設けられており、被処理物11より被処理物導出口662に向かうようにエアーが吹き出される。
【実施例】
【0041】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0042】
〔実施例1〕
表示デバイス用カラーフィルタに供する、ガラス基板(支持基材)の表面に、ブラックマトリックス(隔壁)形成材料である黒色レジストからなる材料層が形成された表示デバイス基材〔ミクロ技研研究所製:600mm×800mm×0.7mm(厚み)〕を準備し、これを、毎分10mの搬送速度で
図1に示すプラズマ処理装置に搬送し放電処理を行った。使用した処理ガスと発生した副生物は有害成分除外手段を通じて有害成分を吸着除外した後、装置外へ排出した。具体的なプラズマ処理装置の構成および処理条件、搬送途中でのエアー吹き付け処理条件は、以下のとおりである。
【0043】
<プラズマ処理装置の構成および処理条件>
放電室66内に、上部電極63aと下部電極63bとからなる対向電極が、基板の搬送方向に2対配置され、上部電極63aと下部電極63bとの間隔が5mmであり、ガス排出口65が基板の搬送方向において最下流の電極63a,63bと被処理物導出口662の中間位置に設けられているプラズマ処理装置を用いた。処理ガスとして、ArガスおよびCF
4ガスからなる混合ガスを使用し、Arガスを340L/分、CF
4ガスを3.4L/分の割合で、放電室66内に供給した。すなわち、Arガスに対するCF
4ガスの比率は1.0体積%とした。
【0044】
また、放電室66内の空間の幅(該表示デバイス基材の幅方向の長さ)は、該表示デバイス基材の幅方向の両側に20mmずつのスペースができるように、640mm(600mm+20mm×2)に設定した。なお、放電室66内の空間の幅は、該幅方向の両側に設けられたスペーサーにより調節した。
【0045】
放電室66における被処理物導入口661の高さは、被処理物である表示デバイス基材の上面から5mmとした。放電室66における被処理物導出口662の高さは、被処理物である表示デバイス基材の上面から10mmとした。
【0046】
エアーノズル67は、表示デバイス基材の上面とエアーの吹き出し口67aとの距離Hが10mm、エアーノズル67の表示デバイス基材に対する吹き出し角度θが45度、被処理物導出口662からエアーノズル67までの距離Lが1000mmとなるように位置調整した。そして、エアーノズル67から、CDAを200L/分で吹き出した。電極63aと電極63bとの間に10kVの電圧(周波数30kHz)を印加して、表示デバイス基材に放電処理を行った。
【0047】
位置P11(被処理物導入口661から上流方向に1000mm離れた位置)、位置P12(被処理物導出口662から下流方向に1000mm離れた位置)、位置P2(ガス排出口65付近の位置)、位置P3(有害成分除外手段の外部の位置)の圧力を測定したところ、(位置P11の圧力≒位置P12の圧力>位置P2の圧力>位置P3の圧力)の関係であった。
【0048】
位置P11(被処理物導入口661から上流方向に1000mm離れた位置)におけるフッ化水素濃度(上流HF濃度)および位置P12(被処理物導出口662から下流方向に1000mm離れた位置)におけるフッ化水素濃度(下流HF濃度)を検出した。表1に検出結果を示す。
【0049】
本実施例の放電処理により、該表示デバイス基材の黒色レジスト部は104度、ガラス部は5度の水接触角が得られた。放電処理した該表示デバイス基材を(次工程で赤、青、緑のカラーレジストをインクジェット法により印刷した結果、シャープな印字が得られた。
【0050】
〔比較例1〕
プラズマ処理装置の被処理物導入口661の高さと、被処理物導出口662の高さをともに、搬送される表示デバイス基材の上面から10mmとした点以外は、実施例1と同様に実施した。位置P11、位置P12、位置P2、位置P3の圧力を測定したところ、(位置P2の圧力≒位置P11の圧力≒位置P12の圧力>位置P3の圧力)の関係であった。
【0051】
さらに、位置P11におけるフッ化水素濃度(上流HF濃度)および位置P12におけるフッ化水素濃度(下流HF濃度)を検出した。表1に検出結果を示す。
【0052】
〔比較例2〕
プラズマ処理装置の被処理物導出口662の下流側に設けたエアーノズルを作動させずエアーの吹き付けを行なわなかった点以外は、比較例1と同様に実施した。位置P11、位置P12、位置P2、位置P3の圧力を測定したところ、(位置P2の圧力≒位置P11の圧力≒位置P12の圧力>位置P3の圧力)の関係になることが確認された。
【0053】
さらに、位置P11におけるフッ化水素濃度(上流HF濃度)および位置P12におけるフッ化水素濃度(下流HF濃度)を検出した。表1に検出結果を示す。
【0054】
【表1】