(57)【要約】【課題】大気圧プラズマ処理において、フッ素原料の回収率又は回収濃度の変動を抑制し、処理の安定性を確保する。【解決手段】大気圧プラズマ処理部２から排出ライン３０に出された排出ガスを、分離部４０の分離膜４１で回収ライン５０への回収ガスと放出ライン６０への放出ガスに分離する。回収ガスをプロセスガスの少なくとも一部に充てる。上記分離に際し、フッ素系原料の回収率及び回収濃度のうち何れか一方又は両方が所望になるよう、回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの上記分離に係る物理量（好ましくは圧力）をプロセスガスの流量に応じて調節する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧近傍下においてフッ素系原料を含むプロセスガスをプラズマ化し被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する処理工程と、
前記処理工程で生じた排出ガスを、分離膜によって、フッ素系原料が１００％未満に濃縮された回収ガスと、フッ素系原料が希釈された放出ガスとに分離する分離工程と、
前記回収ガスを前記プロセスガスの少なくとも一部に充てる再利用工程と、
を実行し、前記分離工程において、前記排出ガス中のフッ素系原料が前記回収ガスとして回収される率（以下「回収率」と称す）及び前記回収ガス中のフッ素系原料の濃度（以下「回収濃度」と称す）のうち何れか一方又は両方が所望になるよう、回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの前記分離に係る物理量を前記プロセスガスの流量に応じて調節することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記物理量が、ガス圧であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記２つのガスのうち１つが、前記回収ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記２つのガスが、回収ガスと放出ガスであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記回収率及び回収濃度の一方又は両方が所望になるための前記プロセスガスの流量と前記物理量との関係を表すデータを取得する関係取得工程を、前記処理工程に先立って実行し、前記分離工程において前記関係データに基づいて前記物理量の調節を行なうことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記回収率の所望値を、前記放出ガス中のフッ素系原料が放出許容量以下になるよう設定することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記回収濃度の所望値を、前記回収ガスの不純物濃度が前記処理工程での不純物許容量以下になるよう設定することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が、前記表面処理の反応成分を生成するための化学量論的必要量であって前記プラズマ化時の分解率を考慮した化学量論的必要量以上になるよう、前記回収濃度の所望値を設定し、かつ前記プロセスガスの流量を設定することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記処理工程で前記プロセスガスに水を添加し、前記フッ素系原料と水のプラズマ化により前記表面処理の反応成分としてフッ化水素が生成され、
前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が、フッ化水素生成のための水の添加量を基準とした化学量論的必要量であって前記プラズマ化時の分解率を考慮した化学量論的必要量より過剰になるよう、前記回収濃度の所望値を設定し、かつ前記プロセスガスの流量を設定することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記再利用工程において、前記回収ガスに前記フッ素系原料を一定量補充することを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
大気圧近傍下においてフッ素系原料を含むプロセスガスをプラズマ化し被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する処理部と、
前記処理部からの排出ガスを、分離膜によって、フッ素系原料が１００％未満に濃縮された回収ガスと、フッ素系原料が希釈された放出ガスとに分離する分離部と、
前記回収ガスを前記プロセスガスの少なくとも一部に充てる再利用部と、
前記プロセスガスの流量を制御する流量制御手段と、
前記回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの前記分離に係る物理量を調節する調節手段と、
前記調節手段のための調節制御手段と、
を備え、前記調節制御手段が、前記排出ガス中のフッ素系原料が前記回収ガスとして回収される率（以下「回収率」と称す）及び前記回収ガス中のフッ素系原料の濃度（以下「回収濃度」と称す）のうち何れか一方又は両方が所望になるための前記プロセスガス流量と前記物理量との関係を表すデータを格納したデータ格納部を有し、前記流量制御手段による制御流量と前記関係データとに基づいて前記調節手段を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記調節手段が、前記２つのガスの圧力を調節するガス圧調節手段を含むことを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記調節手段が、回収ガスの圧力を調節する回収ガス圧調節手段と、放出ガスの圧力を放出ガス圧調節手段とを含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記関係データが、前記放出ガス中のフッ素系原料が放出許容量以下となる回収率になるよう設定されていることを特徴とする請求項１１〜１３の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記関係データが、前記回収ガスの不純物濃度が前記処理部での不純物許容量以下となる回収濃度になるよう設定されていることを特徴とする請求項１１〜１４の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が、前記表面処理の反応成分を生成するための化学量論的必要量であって前記プラズマ化時の分解率を考慮した化学量論的必要量以上になるよう、前記流量制御手段による制御流量が設定され、かつ前記関係データが設定されていることを特徴とする請求項１１〜１５の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記プロセスガスに水を添加する添加手段を更に備え、前記フッ素系原料と水のプラズマ化により前記表面処理の反応成分としてフッ化水素が生成され、
前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が、フッ化水素生成のための水の添加量を基準とした化学量論的必要量であって前記プラズマ化時の分解率を考慮した化学量論的必要量より過剰になるよう、前記流量制御手段による制御流量が設定され、かつ前記関係データが設定されていることを特徴とする請求項１１〜１６の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記回収ガスにフッ素系原料を一定量補充する補充部が、前記再利用部に接続されていることを特徴とする請求項１１〜１７の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記分離部が、複数段の分離器を有し、各分離器が分離膜によって第１室と第２室とに仕切られ、前記排出ガスが第１段の第１室に導入され、複数段の第１室が直列に連なり、最終段の第１室から回収ガスが導出され、各段の第２室から放出ガスが導出されることを特徴とする請求項１１〜１８の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記処理部が、大気圧環境に常時開放された開口を有するチャンバーを含み、前記開口が被処理物の搬入口又は搬出口になり、前記排出ガスが、処理済みのプロセスガスと前記チャンバー内から吸引した雰囲気ガスを含むことを特徴とする請求項１１〜１９の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大気圧近傍下でＣＦ４、ＳＦ６等のフッ素系原料を含むプロセスガスをプラズマ化して被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する方法及び装置に関し、特に処理後の排出ガスからフッ素系原料を回収し再利用する工程ないしは回路を設けたプラズマ処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、大気圧プラズマ処理後の排出ガスからヘリウムを回収し、リサイクルしている。
特許文献２では、半導体プロセスからの排出ガス中のＣＦ４、ＳＦ６等のフッ素系物質をポリマー膜で分離し回収している。
【特許文献１】特開２００４−１４６２８号公報
【特許文献２】特許第３１５１１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
大気圧プラズマ処理は、真空プラズマ処理と比較し、真空機器が不要であり、複数の被処理物を連続的に処理することもでき、価格の低廉化及び処理能力の増大を図ることができる。しかし、プロセスガスの量が数倍必要になるため、高価なプロセスガスの場合、ランニングコストがかかる。また、プロセスガスが温暖化ガスである場合、環境保護の面で不利である。高価でかつ温暖化係数の大きいガスとしてＣＦ４、ＳＦ６等のフッ素系物質がある。このようなフッ素系物質を原料とする大気圧プラズマ処理は、真空プラズマ処理に対する利点が阻害されている。
【０００４】
特許文献１の大気圧プラズマ処理装置にはヘリウムの回収装置が設けられている。しかし、プロセスガスの流量を変えた場合、回収ガスの濃度及び回収率が大きく変動してしまう。
【０００５】
特許文献２では、回収したガスのＣＦ４濃度を、凝縮器を含む精製装置で１００％に可及的に近づけている。しかし、精製装置は高価である。しかも、精製装置においてもＣＦ４のロスが発生するため、トータルの回収率が悪化する。
【０００６】
さらに、特許文献２では、回収したガスを精製装置に通さずに半導体製造プロセスに直接導入することも開示されている。しかし、精製しない回収ガスはＣＦ４の濃度が変動しやすく、処理の安定性を確保するのが容易でない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大気圧プラズマ処理方法において、
大気圧近傍下においてフッ素系原料を含むプロセスガスをプラズマ化し（分解、励起、活性化、イオン化を含む）、被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する処理工程と、
前記処理工程で生じた排出ガスを、分離膜によって、フッ素系原料が１００％未満に濃縮された回収ガスと、フッ素系原料が希釈された放出ガスとに分離する分離工程と、
前記回収ガスを前記プロセスガスの少なくとも一部に充てる再利用工程と、
を実行し、前記分離工程において、前記排出ガス中のフッ素系原料が前記回収ガスとして回収される率（以下「回収率」と称す）及び前記回収ガス中のフッ素系原料の濃度（以下「回収濃度」と称す）のうち何れか一方又は両方が所望になるよう、回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの前記分離に係る物理量を前記プロセスガスの流量に応じて調節することを特徴とする。
本発明方法に係る大気圧プラズマ処理によれば、排出ガス中のフッ素系原料を回収し、プロセスガスとして再利用できる。したがって、ランニングコストを抑えることができ、かつ環境負荷を低減できる。よって、真空プラズマ処理と比較した利点（価格の低廉化、処理能力の増大等）を十分に生かすことができる。さらには、前記調節動作により、回収率又は回収濃度の変動を抑制でき、処理の安定性を確保できる。回収ガスの精製が不要であり、価格上昇を防止でき、かつ回収率の悪化を回避できる。
【０００８】
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。
「フッ素系原料が１００％未満に濃縮された回収ガス」とは、回収ガスがフッ素系原料のみではなく、フッ素系原料以外の不純物を低濃度含有することを意味する。
【０００９】
前記分離に係る物理量とは、ガスの属性のうち前記分離膜による分離作用に影響を及ぼす因子となり得るものを言う。
前記分離に係る物理量として、回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの圧力、流速、流量、温度等が挙げられる。
好ましくは、前記物理量は、ガス圧である。これにより、前記分離作用を確実に制御できる。ガス圧は、各ガスの個々の圧力でもよく、ガスどうし間の差圧でもよい。
【００１０】
前記物理量調節の対象となるガスは、回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも回収ガスを含むことが好ましい。すなわち、前記２つのガスのうち１つが、前記回収ガスであることが好ましい。これにより、回収率又は回収濃度の変動をより確実に抑制でき、処理の安定性をより確実に確保できる。
前記２つのガスが、回収ガスと放出ガスであることが、更に好ましい。これにより、回収率又は回収濃度の変動を一層確実に抑制でき、処理の安定性を一層確実に確保できる。
前記２つのガスが、回収ガスと排出ガスであってもよく、放出ガスと排出ガスであってもよい。
回収ガス、放出ガス、排出ガスの３つのガスの前記物理量を調節することにしてもよい。或いは、回収ガス、放出ガス、排出ガスの何れか１つだけの前記物理量を調節することにしてもよい。
【００１１】
前記回収率及び回収濃度の一方又は両方が所望になるための前記プロセスガスの流量と前記物理量との関係を表すデータを取得する関係取得工程を、前記処理工程に先立って実行することが好ましい。前記分離工程において前記関係データに基づいて前記物理量の調節を行なうことが好ましい。
【００１２】
前記回収率の所望値を、前記放出ガス中のフッ素系原料が放出許容量以下になるよう設定することが好ましい。
これにより、環境負荷を確実に低減できる。
【００１３】
前記回収濃度の所望値を、前記回収ガスの不純物濃度が前記処理工程での不純物許容量以下になるよう設定することが好ましい。
これにより、処理の安定性を確実に確保できる。
【００１４】
前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が、前記表面処理の反応成分を生成するための化学量論的必要量であって前記プラズマ化時の分解率を考慮した化学量論的必要量以上になるよう、前記回収濃度の所望値を設定し、かつ前記プロセスガスの流量を設定することが好ましい。
これにより、回収濃度が変動しても、或いは実際の分解率が変動しても、処理の安定性を確保できる。
【００１５】
前記処理工程で前記プロセスガスに水を添加し、前記フッ素系原料と水のプラズマ化により前記表面処理の反応成分としてフッ化水素が生成され、
前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が、フッ化水素生成のための水の添加量を基準とした化学量論的必要量であって前記プラズマ化時の分解率を考慮した化学量論的必要量より過剰になるよう、前記回収濃度の所望値を設定し、かつ前記プロセスガスの流量を設定することが好ましい。
これにより、回収濃度が変動しても、或いは実際の分解率が変動しても、処理の安定性を確実に確保できる。水の添加量を調節することにより、フッ化水素の生成量を調節でき、ひいては処理の度合いを調節できる。プロセスガスの流量を高精度に制御する必要がない。
【００１６】
前記再利用工程において、前記回収ガスに前記フッ素系原料を一定量補充することが好ましい。
これにより、表面処理で消費された分のフッ素系原料を補うことができる。或いは、放出ガスに含有されて系外に放出された分のフッ素系原料を補うことができる。ひいては、系を定常的に運転できる。前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が前記化学量論的必要量以上になるよう、又は前記化学量論的必要量より過剰になるようにする場合、前記補充量をも考慮することが好ましい。
【００１７】
本発明に係るプラズマ処理装置は、
大気圧近傍下においてフッ素系原料を含むプロセスガスをプラズマ化し被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する処理部と、
前記処理部からの排出ガスを、分離膜によって、フッ素系原料が１００％未満に濃縮された回収ガスと、フッ素系原料が希釈された放出ガスとに分離する分離部と、
前記回収ガスを前記プロセスガスの少なくとも一部に充てる再利用部と、
前記プロセスガスの流量を制御する流量制御手段と、
前記回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの前記分離に係る物理量を調節する調節手段と、
前記調節手段のための調節制御手段と、
を備え、前記調節制御手段が、前記排出ガス中のフッ素系原料が前記回収ガスとして回収される率（以下「回収率」と称す）及び前記回収ガス中のフッ素系原料の濃度（以下「回収濃度」と称す）のうち何れか一方又は両方が所望になるための前記プロセスガス流量と前記物理量との関係を表すデータを格納したデータ格納部を有し、前記流量制御手段による制御流量（制御目標値でもよく制御した結果の流量でもよい）と前記関係データとに基づいて前記調節手段を制御することを特徴とする。
本発明に係る大気圧プラズマ処理装置によれば、排出ガス中のフッ素系原料を回収し、プロセスガスとして再利用できる。したがって、ランニングコストを抑えることができ、かつ環境負荷を低減できる。よって、真空プラズマ処理装置と比較した利点（価格の低廉化、処理能力の増大等）を十分に生かすことができる。さらには、回収率又は回収濃度の変動を抑制でき、処理の安定性を確保できる。回収ガスの精製が不要であり、価格上昇を防止でき、かつ回収率の悪化を回避できる。
【００１８】
前記調節手段が、前記２つのガスの圧力を調節するガス圧調節手段を含むことが好ましい。
これにより、前記分離部での分離作用を確実に制御でき、処理の安定性を確実に確保できる。この場合、前記物理量は、前記２つのガスの圧力になる。前記関係データは、前記プロセスガス流量と前記２つのガスの圧力との関係を表すデータであることが好ましい。
【００１９】
前記調節手段が、回収ガスの圧力を調節する回収ガス圧調節手段と、放出ガスの圧力を放出ガス圧調節手段とを含むことが好ましい。
これにより、前記分離部での分離作用を一層確実に制御でき、処理の安定性を一層確実に確保できる。この場合、前記物理量は、回収ガス及び放出ガスの圧力になる。前記関係データは、前記プロセスガス流量と回収ガス及び放出ガスの圧力との関係を表すデータであることが好ましい。前記関係データが、前記プロセスガス流量と回収ガスの圧力との関係を表すデータと、回収ガスの圧力と放出ガスの圧力との関係を表すデータを含んでいてもよい。前記関係データが、前記プロセスガス流量と放出ガスの圧力との関係を表すデータと、回収ガスの圧力と放出ガスの圧力との関係を表すデータを含んでいてもよい。
【００２０】
前記関係データが、前記放出ガス中のフッ素系原料が放出許容量以下となる回収率になるよう設定されていることが好ましい。
これにより、環境負荷を確実に低減できる。
【００２１】
前記関係データが、前記回収ガスの不純物濃度が前記処理部での不純物許容量以下となる回収濃度になるよう設定されていることが好ましい。
これにより、処理の安定性を確実に確保できる。
【００２２】
前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が、前記表面処理の反応成分を生成するための化学量論的必要量であって前記プラズマ化時の分解率を考慮した化学量論的必要量以上になるよう、前記流量制御手段による制御流量が設定され、かつ前記関係データが設定されていることが好ましい。
これにより、回収濃度が変動しても、或いは実際の分解率が変動しても、処理の安定性を確保できる。
【００２３】
前記プロセスガスに水を添加する添加手段を更に備え、前記フッ素系原料と水のプラズマ化により前記表面処理の反応成分としてフッ化水素が生成され、
前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が、フッ化水素生成のための水の添加量を基準とした化学量論的必要量であって前記プラズマ化時の分解率を考慮した化学量論的必要量より過剰になるよう、前記流量制御手段による制御流量が設定され、かつ前記関係データが設定されていることが好ましい。
これにより、回収濃度が変動しても、或いは実際の分解率が変動しても、処理の安定性を確実に確保できる。水の添加量を調節することにより、フッ化水素の生成量を調節でき、ひいては処理の度合いを調節できる。プロセスガスの流量を高精度に制御する必要がない。
【００２４】
前記回収ガスにフッ素系原料を一定量補充する補充部が、前記再利用部に接続されていることが好ましい。
これにより、表面処理で消費された分のフッ素系原料を補うことができる。或いは、放出ガスに含有されて系外に放出された分のフッ素系原料を補うことができる。ひいては、プラズマ処理装置を定常的に運転できる。前記プロセスガス中のフッ素系原料の量が前記化学量論的必要量以上になるよう、又は前記化学量論的必要量より過剰になるようにする場合、前記補充量をも考慮することが好ましい。
【００２５】
前記分離部が、複数段の分離器を有し、各分離器が分離膜によって第１室と第２室とに仕切られ、前記排出ガスが第１段の第１室に導入され、複数段の第１室が直列に連なり、最終段の第１室から回収ガスが導出され、各段の第２室から放出ガスが導出されることが好ましい。
これによって、回収濃度を高めることができる。
【００２６】
前記処理部が、大気圧環境に常時開放された開口を有するチャンバーを含み、前記開口が被処理物の搬入口又は搬出口になっていてもよい。
これにより、複数の被処理物を容易に連続的にチャンバーに搬入して表面処理し、その後、搬出できる。
前記排出ガスが、処理済みのプロセスガスと前記チャンバー内から吸引した雰囲気ガスを含んでいてもよい。雰囲気ガスを含む排出ガスからフッ素系原料を分離回収できる。この場合、排出ガスの流量は、プロセスガスの流量より大きい。排出ガス中の処理済みのプロセスガスが少量であり、雰囲気ガスが多量であってもよい。前記回収ガスが少量であり、前記放出ガスが多量であってもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ランニングコストを抑えることができ、かつ環境負荷を低減できる。さらには、回収率又は回収濃度の変動を抑制でき、処理の安定性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。被処理物９は、例えばフラットパネルディスプレイ用のガラス基板である。図示は省略するが、被処理物９にアモルファスシリコンの膜が形成されている。この膜を大気圧プラズマ処理装置１によってエッチングする。エッチング対象膜は、アモルファスシリコンに限られず、単結晶シリコンであってもよく、多結晶シリコンであってもよい。
【００２９】
大気圧プラズマ処理装置１は、大気圧プラズマ処理部２と、分離部４を備えている。処理部２は、大気圧プラズマヘッド１１と、チャンバー１２と、コンベア１３を有している。プラズマヘッド１１は、大気圧下又は大気圧近傍下に配置されている。詳細な図示は省略するが、大気圧プラズマヘッド１１は少なくとも一対の電極を有している。これら電極間への電界印加によって略大気圧の放電空間１１ａが形成される。
【００３０】
放電空間１１ａの上流端にプロセスガスライン２０が連なっている。プロセスガスライン２０に通されるプロセスガスの主成分はフッ素系原料である。ここでは、フッ素系原料としてＣＦ４が用いられている。フッ素系原料としてＣＦ４に代えて、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｆ８等の他のＰＦＣ（パーフルオロカーボン）を用いてもよく、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ等のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）を用いてもよく、ＳＦ６、ＮＦ３、ＸｅＦ２等のＰＦＣ及びＨＦＣ以外のフッ素含有化合物を用いてもよい。
【００３１】
プロセスガスライン２０には、流量制御手段２１が設けられている。流量制御手段２１は、マスフローコントローラで構成されている。マスフローコントローラ２１には、プロセスガスの設定流量を入力する流量入力部が付設されている。マスフローコントローラ２１は、ライン２０のプロセスガス流量が上記設定流量になるよう制御する。
マスフローコントローラ２１を流れるプロセスガスは略全体がＣＦ４で占められている。従って、マスフローコントローラ２１は、ＣＦ４の流量を検知するマスフローコントローラであってもよい。
【００３２】
流量制御手段２１よりプラズマヘッド１１側のプロセスガスライン２０に不活性ガス供給ライン２２が接続されている。供給ライン２２は、不活性ガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）をプロセスガスライン２０に合流させる。これにより、ＣＦ４がＡｒで希釈される。ＣＦ４を希釈するガスとして、Ａｒに代えてＨｅ等の他の不活性ガスを用いてもよい。
【００３３】
希釈ガス供給ライン２２より下流のプロセスガスライン２０に水添加手段２３が接続されている。水添加手段２３は、水（Ｈ２Ｏ）をバブリングや加熱により気化させ、プロセスガスライン２０に添加する。これにより、プロセスガスが加湿される。
【００３４】
加湿後のプロセスガス（ＣＦ４＋Ａｒ＋Ｈ２Ｏ）が大気圧放電空間１１ａに導入されてプラズマ化（分解、励起、活性化、ラジカル化、イオン化を含む。）される。プラズマ化によってフッ素系反応成分としてＨＦ、ＣＯＦ２等が生成される。ＨＦの生成反応式は、下式の通りである。
ＣＦ４  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  ４ＨＦ  ＋  ＣＯ２    （式１）
以下、プラズマ化後のプロセスガスを適宜「プラズマガス」と称す。
【００３５】
大気圧放電空間１１ａより下流のプロセスガスライン２０に酸化性ガス供給ライン２４が接続されている。酸化性ガス供給ライン２４にはオゾナイザー２５が設けられている。オゾナイザー２５は、酸素（Ｏ２）を原料にして酸化性反応成分としてオゾン（Ｏ３）を生成する。オゾンの生成量は、原料（Ｏ２）の約８％である。オゾナイザー２５からのオゾン含有ガス（Ｏ３＋Ｏ２）が、プラズマガスに合流される。合流後のプラズマガスが大気圧プラズマヘッド１１から下方へ噴き出される。プラズマガスとオゾン含有ガスを混合することなく、別々の吹き出し口から吹き出すことにしてもよい。
【００３６】
上記大気圧プラズマヘッド１１は、チャンバー１２の上部に配置されている。チャンバー１２の内部は略大気圧になっている。チャンバー１２の両側の壁に開口１２ａ，１２ｂが設けられている。これら開口１２ａ，１２ｂは常時開放されている。開口１２ａは、被処理物９の搬入口になっている。開口１２ｂは、被処理物９の搬出口になっている。
【００３７】
チャンバー１２の内部及びチャンバー１２の両壁の外側にコンベア１３が配置されている。コンベア１３は、被処理物９の搬送手段及び支持手段として機能する。複数の被処理物９がコンベア１３上に一列に並べられる。これら被処理物９が、順次、コンベア１３によって搬入口１２ａからチャンバー１２内に搬入され、大気圧プラズマヘッド１１の下方を横切るように移動される。この被処理物９に大気圧プラズマヘッド１１からのプラズマガスが吹き付けられ、シリコンのエッチングがなされる。その後、各被処理物９はコンベア１３によって搬出口１２ｂから外部へ搬出される。
【００３８】
搬入出口１２ａ，１２ｂは、被処理物９が通過するときだけ開口し、被処理物９がチャンバー１２内に搬入された後、又はチャンバー１２から搬出された後は閉じられるようになっていてもよい。
【００３９】
チャンバー１２に開口が１つだけ設けられていてもよい。被処理物９が、上記１つの開口を通してチャンバー１２内に搬入され、処理後、上記１つの開口を通してチャンバー１２から搬出されるようになっていてもよい。
【００４０】
チャンバー１２から排出ガスライン３０が引き出されている。排出ガスライン３０の基端部は、チャンバー１２の例えば底部に接続されている。
なお、図示は省略するが、プラズマヘッド１１のプロセスガス吹出口の近傍に吸引口が設けられ、この吸引口から吸引路が延びている。吸引路は、排出ガスライン３０に合流されている。  
【００４１】
排出ガスライン３０には、スクラバー３１、ミストトラップ３２、オゾンキラー３３、圧縮機３４が上流側（チャンバー１２の側）から順次設けられている。圧縮機３４の駆動によりチャンバー１２内のガス（上記吸引口近傍のガスを含む）が排出ガスライン３０に排出される。排出ガスには、処理済みのプロセスガス（以下「処理済みガス」と称す）が含まれている。処理済みガスには、エッチングによる反応副生成物（ＳｉＦ４等）の他、エッチング反応に寄与しなかった反応成分（ＨＦ、Ｏ３等）や、大気圧放電空間１１ａでプラズマ化しなかったプロセスガス成分（ＣＦ４、Ａｒ、Ｈ２Ｏ）が含まれている。さらに、排出ガスには、上記処理済みガスの他、チャンバー１２内から吸引した雰囲気ガスすなわち空気が多量に含まれている。したがって、排出ガスには窒素（Ｎ２）が多量に含まれている。以下、排出ガス中のＣＦ４以外の成分を「不純物」を称す。不純物の大半は窒素で占められている。排出ガスの流量は、大気圧プラズマヘッド１１に導入されるプロセスガスの流量より十分に大きい。
【００４２】
スクラバー３１は、水スクラバー又はアルカリスクラバーで構成され、排出ガス中のＨＦ等を除去する。ミストトラップ３２は、排出ガス中の水分（Ｈ２Ｏ）を除去する。オゾンキラー３３は、排出ガス中のオゾン（Ｏ３）を活性炭等の吸着剤や還元触媒を用いて除去する。排出ガスライン３０は、分離部４へ延びている。
【００４３】
分離部４は、複数段（図では３段）の分離器４０を有している。各分離器４０内に分離膜４３が設けられている。分離膜４３としては、例えばガラス状ポリマー膜（特許文献２参照）が用いられている。分離膜４３の窒素（Ｎ２）の透過速度は相対的に大きく、ＣＦ４の透過速度は相対的に小さい。
【００４４】
分離膜４３によって分離器４０の内部が第１室４１と第２室４２とに仕切られている。第１段の分離器４０の第１室４１の入口ポートに排出ガスライン３０の下流端が連なっている。各段の第１室４１の出口ポートが、連結路４４を介して次段の第１室４１の入口ポートに連なっている。したがって、各段の第１室４１が直列に連なっている。排出ガスが複数段の第１室４１に順次送られる。各段において排出ガスの一部が分離膜４３を透過して第２室４２へ流入する。分離膜４３の上記透過速度の差により、第１室４１ではＣＦ４の濃度が高くなり、第２室４２では主に窒素からなる不純物の濃度が高くなる。
【００４５】
最終段の第１室４１の出口ポートから回収ガスライン５０が延びている。回収ガスライン５０は、分離部４から引き出されている。以下、最終段の第１室４１から回収ガスライン５０へ出されるガスを「回収ガス」と称す。回収ガスは、ＣＦ４を高濃度（例えば９０％以上）に含み、不純物を低濃度（例えば１０％未満）に含んでいる。以下、回収ガスのＣＦ４濃度を、適宜「回収濃度」又は「回収ＣＦ４濃度」と称す。回収ガスの流量は、上記排出ガスライン３０を通る排出ガスの流量より十分に小さい。回収ガスライン５０には、回収ガス圧力計５１と回収ガス圧調節手段５２が上流側から順次設けられている。圧力計５１によって、回収ガスの分離部４０からの導出圧力（回収ガス物理量）が検出される。圧力計５１は、回収ガス物理量検出手段を構成する。回収ガス圧調節手段５２は、自動圧力制御弁で構成され、回収ガスの分離部４０からの導出圧力を自動制御する。
【００４６】
回収ガスライン５０は混合タンク５３に接続されている。混合タンク５３に１００％濃度のＣＦ４を蓄えたタンクからなるＣＦ４補充部５４が接続されている。混合タンク５３で回収ガスライン５０からの回収ガスと補充部５４からの純ＣＦ４ガスとが混合される。純ＣＦ４ガスの補充量は、処理部２でのエッチング処理で消費されるＣＦ４の量や、後記放出ライン６０から放出されるＣＦ４の量を考慮して設定するとよい。
【００４７】
タンク５３の混合ガスには、ＣＦ４に加えて、数％〜１０％未満の不純物（主に窒素）が含まれている。この混合ガスが、Ａｒとの混合前かつＨ２Ｏの添加前のプロセスガスとなる。混合タンク５３から上記プロセスガスライン２０が大気圧プラズマヘッド１１へ延びている。
【００４８】
ガスライン２０，５０及び混合タンク５３は、ＣＦ４の再利用部５を構成する。
【００４９】
各分離器４０の第２室４２から放出ガスライン６０が延びている。以下、各第２室４２から放出ガスライン６０へ出されるガスを「放出ガス」と称す。放出ガスの大半は不純物（主に窒素）で占められ、若干のＣＦ４が含まれている。放出ガスの不純物濃度は、排出ガスの不純物濃度より大きい。放出ガスのＣＦ４濃度は、排出ガスのＣＦ４濃度より十分に小さい。
【００５０】
各第２室４２からの放出ガスライン６０は互いに合流し、分離部４から引き出されている。合流後の放出ガスライン６０に放出ガス圧力計６１と放出ガス圧調節手段６２が順次設けられている。圧力計６１によって、放出ガスの分離部４０からの導出圧力（放出ガス物理量）が検出される。圧力計６１は、放出ガス物理量検出手段を構成する。放出ガス圧調節手段６２は、自動圧力制御弁で構成され、放出ガスの分離部４０からの導出圧を自動制御する。
【００５１】
圧力制御弁６２より下流の放出ガスライン６０は、吸引ポンプ６３を介して除害装置６４に接続されている。各第２室４２からの放出ガスが互いに合流し、ライン６０を経て除害装置６４へ送られる。合流後の放出ガスの流量は、排出ガスの流量と殆ど同じで、排出ガス流量より少しだけ小さい。放出ガスは、除害装置６４で除害処理された後、大気に放出される。
【００５２】
更に、大気圧プラズマ処理装置１には、調節手段５２，６２のための調節制御手段７０が設けられている。詳細な図示は省略するが、調節制御手段７０は、マイクロコンピュータや、圧力制御弁５２，６２等の駆動回路を含んでいる。マイクロコンピュータは、入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ７１等を含む。ＲＯＭ７１には制御に必要なプログラムやデータが格納されている。制御に必要なデータとして、プロセスガスの流量と分離部４での膜分離に係る物理量との関係データがある。ＲＯＭ７１は、関係データ格納部を構成している。
【００５３】
膜分離に係る物理量として、ガスの圧力、流量、流速、温度等が挙げられ、好ましくは圧力が挙げられる。対象となるガスは、回収ガス、放出ガス、排出ガスの３つである。これら３つのガスのうち、少なくとも回収ガスを含む２つのガスを対象とするのが好ましい。
【００５４】
例えば、図２に例示するように、制御手段７０のＲＯＭ７１には、上記関係データとして、プロセスガスの流量に対する回収ガスの設定圧及び放出ガスの設定圧のデータが格納されている。同図の横軸のプロセスガス流量は、アルゴン合流前かつ水添加前のプロセスガスの流量であり、マスフローコントローラ２１にて制御される流量である。上述したように、マスフローコントローラ２１を流れるプロセスガスは実質ＣＦ４であるから、図２の横軸はＣＦ４流量としてもよい。同図の縦軸の回収ガス設定圧力及び放出ガス設定圧力は、それぞれ大気圧に対する圧力差である。回収ガスの設定圧は正圧になっている。放出ガスの設定圧は負圧になっている。回収ガスの設定圧に対し放出ガスの設定圧が一義的に定められている。
【００５５】
これら回収ガスの設定圧及び放出ガスの設定圧は、プロセスガスのある流量範囲ごとに一定の大きさになっている。流量範囲が移行するごとに回収ガスの設定圧及び放出ガスの設定圧がステップ状に変化している。回収ガスの設定圧（正圧）は、プロセスガスの流量範囲が小さいとき大気圧との差が正の側に大きくなり、流量範囲が大きくなるにしたがって大気圧との差が小さくなっている。放出ガスの設定圧（負圧）は、プロセスガスの流量範囲が小さいとき大気圧との差が負の側に大きくなり、流量範囲が大きくなるにしたがって大気圧との差が小さくなっている。
【００５６】
調節制御手段７０は、マスフローコントローラ２１におけるプロセスガス流量、及び圧力計５１，６１の検出信号、並びにＲＯＭ７１の関係データに基づいて圧力制御弁５２，６２を操作し、回収ガス圧及び放出ガス圧がそれぞれ設定圧になるようフィードバック制御する。
【００５７】
大気圧プラズマ処理装置１によって被処理物９を表面処理する方法を説明する。
［関係取得工程］
被処理物９の表面処理に先立ち、プロセスガス流量と膜分離に係る物理量との関係データ（図２）を取得しておく。
関係取得工程では、排出ガスライン３０と放出ガスライン６０にそれぞれ濃度検出器を設ける。濃度検出器として、例えばフーリエ変換赤外線分光分析器（ＦＴＩＲ）を用いるとよい。そして、大気圧プラズマ処理装置１を仮運転する。この仮運転での処理部２や分離部４等の動作は後記の処理工程等と同様である。また、被処理物９と同じサンプルを用いて表面処理する。そして、上記濃度検出器を用いて、排出ガス中のＣＦ４濃度ｐＡと、放出ガス中のＣＦ４濃度ｐＢを検出する。これら検出濃度ｐＡ，ｐＢから、排出ガス中のＣＦ４が回収ガスとして回収される割合すなわちＣＦ４の回収率を算出する。放出ガスの流量が排出ガスの流量と殆ど同じであることから、回収率＝（ｐＡ−ｐＢ）／ｐＡと近似できる。
【００５８】
また、回収ＣＦ４濃度を検出する。回収ＣＦ４濃度は、ガスライン５０又は２０にＦＴＩＲ等の濃度検出器を設けることで検出できる。回収率と回収ガスの流量から回収ＣＦ４濃度を算出してもよい。
【００５９】
上記の回収率と回収ＣＦ４濃度の両方又は片方が所望になるよう、圧力制御弁５２を操作して回収ガスの圧力を調節し、更に圧力制御弁６２を操作して放出ガスの圧力を調節する。回収ガスの圧力は圧力計５１で読み取る。放出ガスの圧力は圧力計６１で読み取る。また、マスフローコントローラ２１によるプロセスガス流量を読み取る。これにより、プロセスガス流量に対する回収ガスの設定圧力及び放出ガスの設定圧力を求め、流量-物理量関係データを作成する。
【００６０】
回収率の所望値は、法令や自主規制等に基づくＣＦ４の放出許容量に基づいて定めるとよく、例えば９５〜９８％の範囲内に収めるとよい。
【００６１】
回収ＣＦ４濃度の所望値は、プロセスガス中の不純物が少なくとも許容量以下になるよう設定するとよく、例えば９２〜９８％の範囲内に収めるとよい。
さらに、回収ＣＦ４濃度の所望値は、プロセスガスが下記の式２を満たすように設定するのが好ましく、式３を満たすように設定するのがより好ましい。
（ｍＦ×ｐ）≧（ｍＨ／２）×（１／ε）      （式２）
（ｍＦ×ｐ）＞＞（ｍＨ／２）×（１／ε）    （式３）
式３の＞＞は、左辺の値（ｍＦ×ｐ）が右辺の値（ｍＨ／２）×（１／ε）より十分大きい（過剰である）ことを意味する。ここで、ｍＦは、マスフローコントローラ２１におけるプロセスガス全体の流量である。ｐは、上記プロセスガスのＣＦ４濃度である。したがって、式２及び式３の左辺の値（ｍＦ×ｐ）は、プロセスガス中のＣＦ４のモル流量である。ｍＨは、水添加ライン２３によるＨ２Ｏの添加量（モル流量）である。式１に示したように、ＨＦ生成に係るＣＦ４とＨ２Ｏのモル比はＣＦ４：Ｈ２Ｏ＝１：２であるから、（ｍＨ／２）は、Ｈ２Ｏの添加量を基準とするＨＦ生成のためのＣＦ４の化学量論的必要量である。εは、大気圧放電空間１１ａでのＣＦ４の分解率である。一般にε＝０．１程度である。したがって、式２及び式３の右辺の値（ｍＨ／２）×（１／ε）は、更に大気圧放電空間１１ａでの分解率を考慮したＣＦ４の化学量論的必要量である。
【００６２】
なお、プロセスガスのＣＦ４濃度は、プロセスガス供給ラインにＣＦ４濃度モニタを設けて検出してもよく、回収ガスのＣＦ４濃度及び流量と、ＣＦ４補充部５４からのＣＦ４の純ガスの補充量とから算出してもよい。
【００６３】
回収率と回収ＣＦ４濃度とは互いに相反する関係にある。回収率が高くなると回収ＣＦ４濃度が低くなる。回収ＣＦ４濃度が高くなると回収率が低くなる。
【００６４】
プロセスガス流量が小さいときは、ＣＦ４の放出許容量を十分に満たし得るから、回収ＣＦ４濃度の所望値を優先的に高く設定するとよい。このとき、回収率は相対的に低くなる。
【００６５】
回収率が一定でプロセスガスの流量が増大した場合、ＣＦ４の放出流量が増大する。したがって、プロセスガス流量が大きい領域では、回収濃度より回収率を優先し、回収率の所望値を高く設定するのが好ましい。これにより、ＣＦ４の放出量が増大するのを防止又は抑制できる。その代わり、回収ＣＦ４濃度は相対的に低くなる。
【００６６】
具体例として、図２においては、プロセスガス流量が相対的に小さい範囲（０．８ｓｌｍ以上１．６ｓｌｍ未満）では、回収ガス圧を正の側に相対的に大きな値（＋４．４ｋＰａ）に設定し、放出ガス圧を負の側に相対的に大きな値（−１．２８ｋＰａ）に設定している。したがって、回収ガスと放出ガスの設定差圧が相対的に大きくなっている。このとき、回収率は約９７．０％であり、回収ＣＦ４濃度は約９６％である。
【００６７】
プロセスガス流量が相対的に大きい範囲（１．６ｓｌｍ以上２．４ｓｌｍ未満）では、回収ガス圧を相対的に小さな値（＋４．０ｋＰａ）に設定している。また、放出ガスの設定圧は、負の側に相対的に小さな値（−０．８８ｋＰａ）になっている。したがって、回収ガスと放出ガスの設定差圧は、相対的に小さくなっている。このとき、回収率は約９７．６％であり、回収ＣＦ４濃度は約９２％である。
【００６８】
取得した関係データは、ＲＯＭ７１に格納する。
【００６９】
［処理工程］
その後、実際の被処理物９の表面処理を行なう。
コンベア１３を駆動し、コンベア１３の搬送方向の上流端（図１において左端）に複数の被処理物９を順次載置する。各被処理物９は、搬入口１２ａを通してチャンバー１２内に搬入される。
【００７０】
ＣＦ４と若干の不純物を含むプロセスガスを混合タンク５３からプロセスガスライン２０に導出する。このプロセスガスの流量をマスフローコントローラ２１で制御する。マスフローコントローラ２１によるプロセスガス流量の制御目標値は、好ましくは式２を満たすようにし、より好ましくは式３を満たすようにする。
【００７１】
プロセスガスに不活性ガス供給ライン２２からのＡｒを混合する。Ａｒの混合流量ないしは混合比は、処理に応じて適宜調節する。例えば、マスフローコントローラ２１におけるプロセスガス流量が０．８ｓｌｍのとき、Ａｒの混合流量は１５ｓｌｍとする。マスフローコントローラ２１におけるプロセスガス流量が１．６ｓｌｍのとき、Ａｒの混合流量は３０ｓｌｍとする。
【００７２】
さらにプロセスガスに水添加ライン２３から一定量のＨ２Ｏを添加する。Ｈ２Ｏの添加量は、好ましくは式２を満たすようにし、より好ましくは式３を満たすようにする。これにより、プロセスガスが、ＣＦ４リッチ、Ｈ２Ｏプアのガスになる。
【００７３】
混合添加後のプロセスガスをプラズマヘッド１１の大気圧放電空間１１ａに導入してプラズマ化する。プラズマ化によってＨＦが生成される。プラズマ化後のプロセスガス（プラズマガス）に酸化性ガス供給ライン２４からオゾン含有ガス（Ｏ２＋Ｏ３）を混合する。オゾン含有ガスの混合流量ないしは混合比は、処理に応じて適宜調節する。例えば、マスフローコントローラ２１におけるプロセスガス流量が０．８ｓｌｍのとき、オゾン含有ガスの混合流量は６ｓｌｍとする。マスフローコントローラ２１におけるプロセスガス流量が１．６ｓｌｍのとき、オゾン含有ガスの混合流量は１２ｓｌｍとする。オゾン混合後のプラズマガスを大気圧プラズマヘッド１１から吹き出す。吹き出されたガスが、大気圧プラズマヘッド１１の下方を通過する被処理物９に吹き付けられる。これにより、被処理物９のシリコン膜がエッチングされる。
【００７４】
エッチング処理後の被処理物９は搬出口１２ｂから順次搬出される。
大気圧下での処理であるため、複数の被処理物９を連続的にチャンバー１２内に搬入し、エッチングし、搬出できる。したがって、被処理物の搬入、搬出ごとにチャンバー内の圧力調節が必要な真空プラズマ処理と比較して、処理量を大幅に向上できる。
【００７５】
プロセスガスがＣＦ４リッチ、Ｈ２Ｏプアであるため、上記プラズマ化によるＨＦの生成量は主にＨ２Ｏの添加量に依存する。ＣＦ４の量が多少変動してもＨＦの生成量は殆ど変わらない。したがって、表面処理の反応速度を専らＨ２Ｏの添加量によって調節できる。ＣＦ４量を細かく制御する必要がない。後記分離工程でのＣＦ４回収量が変動しても表面処理に殆ど影響が及ばないようにすることができる。プロセスガス中のＣＦ４が過剰であっても、回収し再利用するため、不経済にはならず、環境負荷が大きくなることもない。
【００７６】
プラズマヘッド１１に供給するプロセスガスの流量は、処理内容に応じて調節するとよい。例えば、高速でエッチングするときは流量を比較的大きくするとよい。シリコン等のエッチング対象膜の下地膜に対する選択比を高くし下地へのダメージを防ぎつつエッチングするときは、流量を比較的小さくするとよい。被処理物９がプラズマヘッド１１の直下にあり、エッチングを実行しているときは、流量を相対的に大きくし、被処理物９がプラズマヘッド１１の直下になくエッチングを実行していないときは、流量を相対的に小さくすることにしてもよい。
【００７７】
［ガス排出工程］
さらに、チャンバー１２内のガスを吸引し、排出ガスとして排出ガスライン３０に導出する。排出ガスには、ＳｉＦ４、ＨＦ、Ｏ３、Ｏ２、ＣＦ４、Ａｒ、Ｈ２Ｏ等の処理済みガス成分の他、チャンバー１２内の雰囲気ガス（空気）が多量に含まれている。排出ガス流量は、プロセスガス流量より十分に大きく、例えばマスフローコントローラ２１におけるプロセスガス流量が０．８〜１．６ｓｌｍのとき、排出ガス流量は２００ｓｌｍである。チャンバー１２の外部からは排出ガスライン３０に吸引された分の空気が搬入出口１２ａ，１２ｂを通ってチャンバー１２の内部に流入する。
【００７８】
排出ガス中のＨＦやＳｉＦ４は、スクラバー３１で除去される。排出ガス中のＨ２Ｏは、ミストトラップ３２で除去される。排出ガス中のＯ３は、オゾンキラー３３で除去される。
【００７９】
［分離工程］
その後、圧縮機３４で排出ガスを加圧し分離部４へ圧送する。また、吸引ポンプ６３で放出ガスライン６０ひいては各分離器４０の第２室４２内を吸引する。排出ガスは、分離部４の各段の分離膜４３によって第１室４１にとどまるガスと、分離膜４３を透過して第２室４２に移るガスとに分離される。第１室４１にとどまるガスはＣＦ４が濃縮されている。このガスを後段の分離器４０の第１室４１に順次送り、ＣＦ４を十分に濃縮し、最終段の第１室４１から回収ガスとして回収ガスライン５０に導出する。
【００８０】
分離膜４３を透過して第２室４２に移るガスは、ＣＦ４が希釈され、殆どがＣＦ４以外の不純物（主に窒素）で占められている。このガスを放出ガスとして各段の第２室４２から放出ガスライン６０に導出する。放出ガスの流量は排出ガスより若干小さい程度であり、例えば排出ガスが２００ｓｌｍのとき、放出ガス流量は約１９８ｓｌｍ〜２００ｓｌｍ未満である。排出ガスと放出ガスの流量差が回収ガスの流量になる。
【００８１】
分離工程の前に排出ガス中のＯ３をオゾンキラー３３で除去しているため、分離膜４３が傷むのを防止できる。
【００８２】
上記分離工程において、プロセスガス流量に応じて、分離に係る物理量を調節する。ここでは、回収ガスと放出ガスの圧力を調節する。
すなわち、圧力計５１で回収ガス圧を検出する。圧力計６１で放出ガス圧を検出する。これら検出値を調節制御手段７０に入力する。さらに、マスフローコントローラ２１によるプロセスガスの制御流量を調節制御手段７０に入力する。上記制御流量は、マスフローコントローラ２１で制御した結果の流量とするが、上記流量入力部で設定した制御目標値でもよい。調節制御手段７０は、圧力計５１，６１の検出圧力がそれぞれプロセスガス流量に応じた所定の値になるよう、内蔵ＲＯＭ７１の関係データを用いて圧力制御弁５２，６２を制御する。
【００８３】
これにより、回収率の変動や回収ＣＦ４濃度の変動を抑制できる。プロセスガス流量が数倍程度変動しても、回収率を常に約９５〜９８％の範囲内に収めることができ、かつ回収ＣＦ４濃度を常に約９２〜９８％の範囲内に収めることができる。プロセスガス流量が一定の場合、回収ＣＦ４濃度の変動幅は約０．５％以内にでき、処理に影響が及ばないようにすることができる。これにより、処理の安定性を確保できる。
【００８４】
具体的に上記関係取得工程において、例えば図２に示す関係データが得られたとした場合、マスフローコントローラ２１におけるプロセスガス流量が０．８ｓｌｍ以上１．６ｓｌｍ未満であれば、回収ガス圧が大気圧に対し＋４．４ｋＰａになるよう、圧力制御弁５２を制御し、かつ放出ガス圧が大気圧に対し−１．２８ｋＰａになるよう、圧力制御弁６２を制御する。これにより、回収率を約９７．０％にでき所望範囲に収めることができる。また、回収ＣＦ４濃度を約９６％にでき所望範囲に収めることができる。
【００８５】
マスフローコントローラ２１におけるプロセスガス流量が１．６ｓｌｍ以上２．４ｓｌｍ未満であれば、回収ガス圧が大気圧に対し＋４．０ｋＰａになるよう圧力制御弁５２を制御し、かつ放出ガス圧が大気圧に対し−１．２８ｋＰａになるよう圧力制御弁６２を制御する。これにより、回収率を約９７．６％にでき所望範囲に収めることができる。また、回収ＣＦ４濃度を約９２％にでき所望範囲に収めることができる。
【００８６】
プロセスガスが小流量のときは、回収ＣＦ４濃度を高くできる。したがって、大気圧プラズマ処理部２に供給される不純物の量を減らすことができ、処理の品質を確実に高めることができる。
【００８７】
プロセスガスが大流量のときは、回収率を高くできる。したがって、ＣＦ４の放出量が許容値を超えるのを防止できる。
【００８８】
プロセスガスのある流量範囲ごとに回収ガス及び放出ガスの設定圧が一定になっているため、プロセスガス流量が変動しても同じ流量範囲内にある限り、回収ガス及び放出ガスの設定圧を変更する必要がなく、制御が容易である。
【００８９】
［再利用工程］
回収ガスは、混合タンク５３に送られる。併せて、ＣＦ４補充部５４からＣＦ４の純ガスが混合タンク５３に送られる。これら回収ガスとＣＦ４の純ガスとが混合タンク５３内で混合される。これにより、エッチング処理で消費された分のＣＦ４を補うことができる。或いは、後記の放出工程で系外に放出された分のＣＦ４を補うことができる。ひいては、プラズマ処理装置１を定常的に運転できる。
【００９０】
タンク５３での混合によって、回収ガスより高濃度のＣＦ４を含むプロセスガスが生成される。このプロセスガスがプロセスガスライン２０を経て大気圧プラズマ処理部２へ送られ、エッチング処理に供される。
【００９１】
［放出工程］
放出ガスは、除害装置６４へ送られ、除害装置６４で除害された後、大気に放出される。分離部４でＣＦ４を十分に回収し、放出ガス中のＣＦ４量を十分に小さくしてあるため、ＣＦ４の環境放出許容量を満たすことができ、環境負荷を低減できる。
【００９２】
以上のように、大気圧プラズマ処理装置１によれば、プロセスガス流量に応じて圧力制御弁５２，６２を自動制御することで、所望の回収率を得ることができ、所望の回収ＣＦ４濃度を得ることができる。これにより、大気圧プラズマ処理の真空プラズマ処理と比較した利点（低価格化、処理能力の増大等）を十分に生かすことができる。
回収によってＣＦ４のトータルの使用量を低減でき、ランニングコストを確実に抑えることができる。
プロセスガスをＣＦ４リッチにすることで、不純物が多少混入していても、更にはＣＦ４濃度が多少変動しても処理に影響が出ないようにすることができる。したがって、プロセスガスの流量を高精度に制御する必要がない。回収ガスを精製する必要もない。よって、精製装置が不要であり、設備コストを低廉化できる。また、精製によるＣＦ４の回収率低下を招くこともない。
【００９３】
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。
第１実施形態では、回収ガス圧と放出ガス圧を制御していたが、これに代えて、回収ガス圧と排出ガス圧を制御することにしてもよい。
図３に示すように、第２実施形態では、放出ガスライン６０に圧力計６１及び圧力制御弁６２が設けられていない。これに代えて、排出ガスライン３０のオゾンキラー３３と圧縮機３４の間に排出ガスバッファタンク３５が設けられている。排出ガスは、バッファタンク３５に一旦溜められた後、圧縮機３４で分離部４へ圧送される。
【００９４】
圧縮機３４より下流の排出ガスライン３０から戻し路３６が分岐されている。戻し路３６は、排出ガスバッファタンク３５に接続されている。圧縮機３４から圧送された排出ガスの一部が、分離部４へ送られ、残部は戻し路３６によってバッファタンク３５に戻される。
【００９５】
戻し路３６の分岐部より下流の排出ガスライン３０に圧力計３７が設けられている。圧力計３７によって排出ガスの分離部４への導入圧力（排出ガス物理量）が検出される。圧力計３７は、排出ガス物理量検出手段を構成する。
【００９６】
戻し路３６には排出ガス圧調節手段３８が設けられている。排出ガス圧調節手段３８は、自動圧力制御弁で構成され、戻し路３６の圧力を自動制御し、ひいては排出ガスの分離部４への導入圧力を自動制御する。
【００９７】
調節制御手段７０のＲＯＭ７１には、関係データとして、プロセスガスの流量に対する回収ガスの設定圧及び排出ガスの設定圧との関係が格納されている。調節制御手段７０は、マスフローコントローラ２１におけるプロセスガス流量、及び圧力計５１，３７の検出信号、並びにＲＯＭ７１の関係データに基づいて圧力制御弁５２，３８を操作し、回収ガス圧及び排出ガス圧がそれぞれ設定圧になるようフィードバック制御する。
これにより、第１実施形態と同様に、回収率又は回収ＣＦ４濃度の変動を抑制でき、処理の安定性を確保できる。
【００９８】
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、分離部４での分離に係る物理量として、圧力に代えて、各ガスの流速、流量、温度を調節することにしてもよい。
物理量調節の対象となるガスは、回収ガスと放出ガス（第１実施形態）又は回収ガスと排出ガス（第２実施形態）に代えて、排出ガス及び放出ガスでもよい。回収ガスと放出ガスと排出ガスの３つのガスの物理量を調節することにしてもよい。回収ガス、放出ガス、排出ガスの何れか１つだけの物理量を調節することにしてもよい。
関係取得工程で、プロセスガス流量に応じて上記物理量が連続的に変化する関係データを作成してデータ格納部７１に格納し、この関係データに基づいて上記物理量の調節を行うことにしてもよい。
分離に係る物理量を、プロセスガスの流量に代えて排出ガスの流量に応じて調節してもよい。
所望の回収率又は濃度に応じて、各分離器４０間の連結路４４の圧力を調節してもよい。
分離部４の分離器４０は、実施形態では直列に３つ接続し３段構成にしてあるが、排出ガス若しくは回収ガスの流量、回収率、または回収濃度等に応じて分離器４０の段数を適宜増減させてもよく、分離器４０を並列に接続してもよく、直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。
被処理物９が位置固定され、この被処理物９に対し大気圧プラズマヘッド１１が移動するようになっていてもよい。
【００９９】
圧力調節手段５２と混合タンク５３との間の回収ライン５０に、回収ガスを一旦溜めるバッファタンクを設けてもよく、バッファタンクから必要量の回収ガスを圧縮機を介して混合タンク５３へ送るようにしてもよい。
【０１００】
第１、第２実施形態の独自構成を互いに組み合わせてもよい。例えば、第１実施形態においても、第２実施形態と同様に排出ガスライン３０にバッファタンク３５及び戻し路３６を設けてもよい。
【０１０１】
第２実施形態において、圧力制御弁３８を、戻し路３６に代えて、圧力計３７より下流の排出ガスライン３０に設けてもよい。バッファタンク３５及び戻し路３６を省略してもよい。
【０１０２】
本発明は、シリコンのエッチングに限られず、酸化シリコンや窒化シリコン等の他の膜種のエッチングに適用してもよく、エッチングに限られず、親水化、撥水化、または洗浄等の他の表面処理に適用してもよい。
【実施例１】
【０１０３】
ＣＦ４の流量及びＨ２Ｏの添加量と処理レートとの関係を調べた。ＣＦ４をＡｒで希釈し、ＣＦ４とＡｒとの合計流量が１ｓｌｍになるようにし、かつＣＦ４の流量を変化させた。ＣＦ４とＡｒの混合ガスにＨ２Ｏを添加し、大気圧下でプラズマ化した。Ｈ２Ｏの添加量は、一定とし、１６ｍｇ／ｍｉｎ＝８．８９×１０−４ｍｏｌ／ｍｉｎとした。ＣＦ４の大気圧プラズマによる分解率εはε＝１０％程度であるから、上記Ｈ２Ｏ添加量に対するＣＦ４の分解率を考慮した化学量論的必要量は、４．５８×１０−３ｍｏｌ／ｍｉｎ＝０．１０３ｓｌｍである。
【０１０４】
別途、オゾナイザーにＯ２を供給し、Ｏ３を生成した。Ｏ２の供給流量は０．６ｓｌｍとし、そのうち約８％をオゾン化した。上記ＣＦ４、Ａｒ、Ｈ２Ｏを原料とするプラズマガスとオゾナイザーからのオゾン含有ガス（Ｏ２＋Ｏ３）とをガラス基板上のシリコン膜に噴き付け、シリコン膜のエッチングを行なった。基板をプラズマヘッドに対し速度４ｍ／ｓｅｃで搬送（スキャン）した。
【０１０５】
そして、シリコン膜の１スキャンあたりのエッチングレートを測定した。測定結果を図４に示す。
ＣＦ４流量が最小から増大するにしたがってエッチングレートが高くなった。ＣＦ４流量が約０．１ｓｌｍ以上ではエッチングレートが略一定になった。したがって、エッチングレートが安定化するためのＣＦ４流量の必要量が上記計算値と一致した。
【０１０６】
このように、エッチングレートが安定するためのＣＦ４の必要量は計算により求めることができる。ＣＦ４の流量を上記必要量以上にすることで、すなわち上記式２（より好ましくは式３）が満たされるようにすることで、ＣＦ４量が多少変動しても安定したエッチングを行なうことができ、かつＨ２Ｏの添加量を調節することによってエッチングレートを制御できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置を示す概略構成図である。
【図２】プロセスガス流量に対するガス物理量の関係データの一例を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置を部分的に示す概略構成図である。
【図４】実施例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０８】
１    大気圧プラズマ処理システム
２    大気圧プラズマ処理部
４    分離部
５    再利用部
９    被処理物
１１    大気圧プラズマヘッド
１１ａ  大気圧放電空間
１２    チャンバー
１２ａ  搬入口（開口）
１２ｂ  搬出口（開口）
１３    コンベア（被処理物搬送手段、被処理物支持手段）
２０    プロセスガスライン
２１    マスフローコントローラ（流量制御手段）
２２    不活性ガス供給ライン
２３    水添加手段
２４    酸化性ガス供給ライン
２５    オゾナイザー
３０    排出ガスライン
３１    スクラバー
３２    ミストトラップ
３３    オゾンキラー
３４    圧縮機
３５    排出ガスバッファタンク
３６    戻し路
３７    排出ガス圧力計（排出ガス物理量検出手段）
３８    圧力制御弁（排出ガス圧調節手段）
４０    分離器
４１    第１室
４２    第２室
４３    分離膜
４４    連結路
５０    回収ガスライン
５１    回収ガス圧力計（回収ガス物理量検出手段）
５２    圧力制御弁（回収ガス圧調節手段）
５３    混合タンク
５４    フッ素系原料補充部
６０    放出ガスライン
６１    放出ガス圧力計（放出ガス物理量検出手段）
６２    圧力制御弁（放出ガス圧調節手段）
６３    吸引ポンプ
６４    除害装置
７０    調節制御手段
７１    関係データ格納部
【図１】
2010063995.tif 000003
【図２】
2010063995.tif 000004
【図３】
2010063995.tif 000005
【図４】
2010063995.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
大気圧近傍下においてフッ素系原料を含むプロセスガスをプラズマ化し被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する処理工程と、
前記処理工程後の前記プロセスガス及び前記処理工程を行った場所の雰囲気ガスを含んで前記プロセスガスの流量より大きい流量の排出ガスを、分離膜によって、フッ素系原料が１００％未満に濃縮された回収ガスと、フッ素系原料が希釈された放出ガスとに分離する分離工程と、
前記回収ガスを前記プロセスガスの少なくとも一部に充てる再利用工程と、
を実行し、前記分離工程において、前記排出ガス中のフッ素系原料が前記回収ガスとして回収される率（以下「回収率」と称す）及び前記回収ガス中のフッ素系原料の濃度（以下「回収濃度」と称す）のうち何れか一方又は両方が所望になるよう、回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの前記分離に係る物理量を前記プロセスガスの流量に基づいて調節し、しかも、前記プロセスガスの流量が相対的に小さい範囲のときは、前記回収率及び前記回収濃度のうち前記回収濃度を優先して前記調節を行い、前記プロセスガスの流量が相対的に大きい範囲のときは、前記回収率及び前記回収濃度のうち前記回収率を優先して前記調節を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記回収率及び回収濃度の一方又は両方が所望になるための前記プロセスガスの流量と前記物理量との関係を表す関係データを取得する関係取得工程を、前記処理工程に先立って実行し、前記分離工程において前記関係データに基づいて前記物理量の調節を行なうことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のプラズマ処理方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
大気圧近傍下においてフッ素系原料を含むプロセスガスをプラズマ化し被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する処理部と、
前記表面処理後の前記プロセスガス及び前記処理部内の雰囲気ガスを含んで前記プロセスガスの流量より大きい流量の排出ガスを、分離膜によって、フッ素系原料が１００％未満に濃縮された回収ガスと、フッ素系原料が希釈された放出ガスとに分離する分離部と、
前記回収ガスを前記プロセスガスの少なくとも一部に充てる再利用部と、
前記プロセスガスの流量を制御する流量制御手段と、
前記回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの前記分離に係る物理量を調節する調節手段と、
前記調節手段のための調節制御手段と、
を備え、前記調節制御手段が、前記排出ガス中のフッ素系原料が前記回収ガスとして回収される率（以下「回収率」と称す）及び前記回収ガス中のフッ素系原料の濃度（以下「回収濃度」と称す）のうち何れか一方又は両方が所望になるための前記プロセスガス流量と前記物理量との関係を表すデータを格納したデータ格納部を有し、前記流量制御手段による制御流量と前記関係データとに基づいて前記調節手段を制御し、プロセスガスの流量が相対的に小さい範囲では、前記関係データが前記回収率及び前記回収濃度のうち前記回収濃度を優先して設定され、プロセスガスの流量が相対的に大きい範囲では、前記関係データが前記回収率及び前記回収濃度のうち前記回収率を優先して設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
前記調節手段が、回収ガスの圧力を調節する回収ガス圧調節手段と、放出ガスの圧力を調節する放出ガス圧調節手段とを含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２０】
前記処理部が、大気圧環境に常時開放された開口を有するチャンバーを含み、前記開口が被処理物の搬入口又は搬出口になり、前記排出ガスに含まれる前記雰囲気ガスが、前記チャンバー内から吸引したものであることを特徴とする請求項１１〜１９の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大気圧プラズマ処理方法において、
大気圧近傍下においてフッ素系原料を含むプロセスガスをプラズマ化し（分解、励起、活性化、イオン化を含む）、被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する処理工程と、
前記処理工程後の前記プロセスガス及び前記処理工程を行った場所の雰囲気ガスを含んで前記プロセスガスの流量より大きい流量の排出ガスを、分離膜によって、フッ素系原料が１００％未満に濃縮された回収ガスと、フッ素系原料が希釈された放出ガスとに分離する分離工程と、
前記回収ガスを前記プロセスガスの少なくとも一部に充てる再利用工程と、
を実行し、前記分離工程において、前記排出ガス中のフッ素系原料が前記回収ガスとして回収される率（以下「回収率」と称す）及び前記回収ガス中のフッ素系原料の濃度（以下「回収濃度」と称す）のうち何れか一方又は両方が所望になるよう、回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの前記分離に係る物理量を前記プロセスガスの流量に基づいて調節し、しかも、前記プロセスガスの流量が相対的に小さい範囲のときは、前記回収率及び前記回収濃度のうち前記回収濃度を優先して前記調節を行い、前記プロセスガスの流量が相対的に大きい範囲のときは、前記回収率及び前記回収濃度のうち前記回収率を優先して前記調節を行うことを特徴とする。
本発明方法に係る大気圧プラズマ処理によれば、排出ガス中のフッ素系原料を回収し、プロセスガスとして再利用できる。したがって、ランニングコストを抑えることができ、かつ環境負荷を低減できる。よって、真空プラズマ処理と比較した利点（価格の低廉化、処理能力の増大等）を十分に生かすことができる。さらには、前記調節動作により、回収率又は回収濃度の変動を抑制でき、処理の安定性を確保できる。回収ガスの精製が不要であり、価格上昇を防止でき、かつ回収率の悪化を回避できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
前記回収率及び回収濃度が所望になるための前記プロセスガスの流量と前記物理量との関係を表す関係データを取得する関係取得工程を、前記処理工程に先立って実行することが好ましい。前記分離工程において前記関係データに基づいて前記物理量の調節を行なうことが好ましい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明に係るプラズマ処理装置は、
大気圧近傍下においてフッ素系原料を含むプロセスガスをプラズマ化し被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する処理部と、
前記表面処理後の前記プロセスガス及び前記処理部内の雰囲気ガスを含んで前記プロセスガスの流量より大きい流量の排出ガスを、分離膜によって、フッ素系原料が１００％未満に濃縮された回収ガスと、フッ素系原料が希釈された放出ガスとに分離する分離部と、
前記回収ガスを前記プロセスガスの少なくとも一部に充てる再利用部と、
前記プロセスガスの流量を制御する流量制御手段と、
前記回収ガス、放出ガス、排出ガスのうち少なくとも２つのガスの前記分離に係る物理量を調節する調節手段と、
前記調節手段のための調節制御手段と、
を備え、前記調節制御手段が、前記排出ガス中のフッ素系原料が前記回収ガスとして回収される率（以下「回収率」と称す）及び前記回収ガス中のフッ素系原料の濃度（以下「回収濃度」と称す）のうち何れか一方又は両方が所望になるための前記プロセスガス流量と前記物理量との関係を表すデータを格納したデータ格納部を有し、前記流量制御手段による制御流量（制御目標値でもよく制御した結果の流量でもよい）と前記関係データとに基づいて前記調節手段を制御し、プロセスガスの流量が相対的に小さい範囲では、前記関係データが前記回収率及び前記回収濃度のうち前記回収濃度を優先して設定され、プロセスガスの流量が相対的に大きい範囲では、前記関係データが前記回収率及び前記回収濃度のうち前記回収率を優先して設定されていることを特徴とする。
本発明に係る大気圧プラズマ処理装置によれば、排出ガス中のフッ素系原料を回収し、プロセスガスとして再利用できる。したがって、ランニングコストを抑えることができ、かつ環境負荷を低減できる。よって、真空プラズマ処理装置と比較した利点（価格の低廉化、処理能力の増大等）を十分に生かすことができる。さらには、回収率又は回収濃度の変動を抑制でき、処理の安定性を確保できる。回収ガスの精製が不要であり、価格上昇を防止でき、かつ回収率の悪化を回避できる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記調節手段が、回収ガスの圧力を調節する回収ガス圧調節手段と、放出ガスの圧力を調節する放出ガス圧調節手段とを含むことが好ましい。
これにより、前記分離部での分離作用を一層確実に制御でき、処理の安定性を一層確実に確保できる。この場合、前記物理量は、回収ガス及び放出ガスの圧力になる。前記関係データは、前記プロセスガス流量と回収ガス及び放出ガスの圧力との関係を表すデータであることが好ましい。前記関係データが、前記プロセスガス流量と回収ガスの圧力との関係を表すデータと、回収ガスの圧力と放出ガスの圧力との関係を表すデータを含んでいてもよい。前記関係データが、前記プロセスガス流量と放出ガスの圧力との関係を表すデータと、回収ガスの圧力と放出ガスの圧力との関係を表すデータを含んでいてもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
前記処理部が、大気圧環境に常時開放された開口を有するチャンバーを含み、前記開口が被処理物の搬入口又は搬出口になっていてもよい。
これにより、複数の被処理物を容易に連続的にチャンバーに搬入して表面処理し、その後、搬出できる。
前記排出ガスに含まれる前記雰囲気ガスが、前記チャンバー内から吸引したものであってもよい。雰囲気ガスを含む排出ガスからフッ素系原料を分離回収できる。排出ガスの流量は、プロセスガスの流量より大きい。排出ガス中の処理済みのプロセスガスが少量であり、雰囲気ガスが多量であってもよい。前記回収ガスが少量であり、前記放出ガスが多量であってもよい。