(57)【要約】【課題】複数の被処理物又は長尺の被処理物の表面処理を連続して効率よく行うことができる表面処理装置を提供する。【解決手段】表面処理装置１００は、第１の電極１０６と第２の電極１１４との間への電気パルスの繰り返しの印加により間隙１０２２にストリーマ放電を発生させながらワーク１９０に間隙１０２２を通過させる。処理ガス供給体１１８は、吹き出し口１１８９から処理ガスを噴出し、搬送経路上流側から間隙１０２２に処理ガスを供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理装置であって、
第１の電極を備える第１の電極構造体と、
第２の電極を備え前記第１の電極構造体と対向する第２の電極構造体と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電気パルスを繰り返し印加するパルス電源と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間への電気パルスの印加によりストリーマ放電が発生している前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間隙を被処理物に通過させる搬送機構と、
被処理物の搬送経路の上流側から窒素ガスを主成分とする処理ガスを前記間隙に供給する処理ガス供給体と、
を備える表面処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面処理装置において、
前記パルス電源は、
誘導エネルギー蓄積型の電源である、
表面処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表面処理装置において、
前記第１の電極と前記第２の電極との対の各々に供給されプラズマを生成する反応に使われる電気パルスの１パルスあたりのエネルギーを当該対の各々を構成する前記第１の電極と前記第２の電極との対向面積で除した１パルスあたりのエネルギー密度が０．１−１０ｍＪ／ｃｍ2である、
表面処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の表面処理装置において、
前記第１の電極構造体は、
第１の誘電体バリア、
をさらに備える表面処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の表面処理装置において、
前記第２の電極構造体は、
第２の誘電体バリア、
をさらに備える表面処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の表面処理装置において、
前記処理ガス供給体は、
窒素ガス及び酸素ガスからなり全体に占める酸素ガスの含有量が１−４％である処理ガスを供給する、
表面処理装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の表面処理装置において、
前記処理ガス供給体は、
前記間隙へ至る処理ガスの導入路の延在方向であって前記間隙へ向かう第１の方向と前記導入路の延在方向と垂直をなす方向であって前記処理ガス供給体から前記導入路へ向かう第２の方向との中間の方向へ処理ガスを噴出する、
表面処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の表面処理装置において、
前記処理ガス供給体は、
前記第１の方向と３０−５０°をなす方向へ処理ガスを噴出する、
表面処理装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の表面処理装置において、
前記処理ガス供給体の処理ガスの吹き出し口と前記第１の電極とが前記間隙へ至る処理ガスの導入路の延在方向に２０−４０ｍｍ離れている、
表面処理装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の表面処理装置において、
前記第２の電極が板形状を有し前記搬送経路と垂直に設置され、
前記第２の誘電体バリアが鞘形状を有し前記第２の電極の少なくとも搬送経路寄りを収容する、
表面処理装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の表面処理装置において、
前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間隙が１−５ｍｍの間隔を有する、
表面処理装置。
【請求項１２】
表面処理方法であって、
第１の電極を備える第１の電極構造体と、第２の電極を備える第２の電極構造体と、を準備する準備工程と、
前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間に、誘導エネルギー蓄積型のパルス電源により電気パルスを繰り返し印加する電気パルス印加工程と、
窒素ガスを主成分とする処理ガスを前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間隙に供給する処理ガス供給工程と、
前記電気パルス印加工程によりストリーマ放電が発生している前記間隙を被処理物に通過させる搬送工程と、を備える表面処理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の表面処理方法において、
前記電気パルス印加工程により前記第１の電極と前記第２の電極との対の各々に供給されプラズマを生成する反応に使われる電気パルスの１パルスあたりのエネルギーを当該対の各々を構成する前記第１の電極と前記第２の電極との対向面積で除した１パルスあたりのエネルギー密度が０．１−１０ｍＪ／ｃｍ2である、
表面処理方法。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の表面処理方法において、
前記処理ガス供給工程は、
窒素ガス及び酸素ガスからなり全体に占める酸素ガスの含有量が１−４％である処理ガスを供給する、
表面処理方法。
【請求項１５】
請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の表面処理方法において、
前記準備工程は、
前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間隙が１−５ｍｍの間隔を有するように前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体とを準備する、
表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物の表面処理を行う表面処理装置および表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被処理物の表面にプラズマを作用させることにより被処理物の表面処理を行う表面処理装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１の表面処理装置は、窒素ガス中に生成したプラズマを被処理物の表面に作用させることにより被処理物の表面処理を行う。特許文献１の段落００５６〜００６０は、プラズマを生成するときのストリーマの進展に言及している。
【０００４】
また、特許文献２の表面処理装置も、窒素ガス中に生成したプラズマを被処理物の表面に作用させることにより被処理物の表面処理を行う。特許文献２の表面処理装置は、表面処理の均質性を向上するため、ストリーマ放電を発生させ、ストリーマ放電により生成したプラズマを被処理物の表面に作用させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５１４４４号公報
【特許文献２】特開２００８−９５１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１又は特許文献２の表面処理装置は、複数の被処理物又は長尺の被処理物の表面処理を連続して効率よく行うことができない。
【０００７】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、複数の被処理物又は長尺の被処理物の表面処理を連続して効率よく行うことができる表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、表面処理装置であって、第１の電極を備える第１の電極構造体と、第２の電極を備え前記第１の電極構造体と対向する第２の電極構造体と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電気パルスを繰り返し印加するパルス電源と、前記第１の電極と前記第２の電極との間への電気パルスの印加によりストリーマ放電が発生している前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間隙を被処理物に通過させる搬送機構と、被処理物の搬送経路の上流側から窒素ガスを主成分とする処理ガスを前記間隙に供給する処理ガス供給体と、を備える。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の表面処理装置において、前記パルス電源は、誘導エネルギー蓄積型の電源である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の表面処理装置において、前記第１の電極と前記第２の電極との対の各々に供給されプラズマを生成する反応に使われる電気パルスの１パルスあたりのエネルギーを当該対の各々を構成する前記第１の電極と前記第２の電極との対向面積で除した１パルスあたりのエネルギー密度が０．１−１０ｍＪ／ｃｍ2である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の表面処理装置において、前記第１の電極構造体は、第１の誘電体バリア、をさらに備える。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の表面処理装置において、前記第２の電極構造体は、第２の誘電体バリア、をさらに備える。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の表面処理装置において、前記処理ガス供給体は、窒素ガス及び酸素ガスからなり全体に占める酸素ガスの含有量が１−４％である処理ガスを供給する。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の表面処理装置において、前記処理ガス供給体は、前記間隙へ至る処理ガスの導入路の延在方向であって前記間隙へ向かう第１の方向と前記導入路の延在方向と垂直をなす方向であって前記処理ガス供給体から前記導入路へ向かう第２の方向との中間の方向へ処理ガスを噴出する。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７に記載の表面処理装置において、前記処理ガス供給体は、前記第１の方向と３０−５０°をなす方向へ処理ガスを噴出する。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の表面処理装置において、前記処理ガス供給体の処理ガスの吹き出し口と前記第１の電極とが前記間隙へ至る処理ガスの導入路の延在方向に２０−４０ｍｍ離れている。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の表面処理装置において、前記第２の電極が板形状を有し前記搬送経路と垂直に設置され、前記第２の誘電体バリアが鞘形状を有し前記第２の電極の少なくとも搬送経路寄りを収容する。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の表面処理装置において、前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間隙が１−５ｍｍの間隔を有する。
【００１９】
請求項１２の発明は、表面処理方法であって、第１の電極を備える第１の電極構造体と、第２の電極を備える第２の電極構造体と、を準備する準備工程と、前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間に、誘導エネルギー蓄積型のパルス電源により電気パルスを繰り返し印加する電気パルス印加工程と、窒素ガスを主成分とする処理ガスを前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間隙に供給する処理ガス供給工程と、前記電気パルス印加工程によりストリーマ放電が発生している前記間隙を被処理物に通過させる搬送工程と、を備える。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の表面処理方法において、前記電気パルス印加工程により前記第１の電極と前記第２の電極との対の各々に供給されプラズマを生成する反応に使われる電気パルスの１パルスあたりのエネルギーを当該対の各々を構成する前記第１の電極と前記第２の電極との対向面積で除した１パルスあたりのエネルギー密度が０．１−１０ｍＪ／ｃｍ2である。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項１２または請求項１３に記載の表面処理方法において、前記処理ガス供給工程は、窒素ガス及び酸素ガスからなり全体に占める酸素ガスの含有量が１−４％である処理ガスを供給する。
【００２２】
請求項１５の発明は、請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の表面処理方法において、前記準備工程は、前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体との間隙が１−５ｍｍの間隔を有するように前記第１の電極構造体と前記第２の電極構造体とを準備する。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１ないし請求項１５の発明によれば、搬送される被処理物の表面処理を効率よく行うことができるので、複数の被処理物又は長尺の被処理物の表面処理を連続して効率よく行うことができる。
【００２４】
請求項２ないし請求項３の発明によれば、表面処理の均一性を向上することができるとともに、表面処理の効率を向上することができる。
【００２５】
請求項４ないし請求項５の発明によれば、アーク放電の発生を抑制することができるので、ストリーマ放電を安定して発生させることができる。
【００２６】
請求項６の発明によれば、表面処理の効率を向上することができる。
【００２７】
請求項７ないし請求項８の発明によれば、処理ガスへの空気の巻き込みを減らすことができるので、表面処理の効率を向上することができる。
【００２８】
請求項９の発明によれば、処理ガスを均一化することができるので、表面処理の効率を向上することができる。
【００２９】
請求項１０の発明によれば、第２の電極構造体を容易に製造することができる。
【００３０】
請求項１１の発明によれば、表面処理の均一性を向上することができる。
【００３１】
請求項１２ないし請求項１３の発明によれば、表面処理の均一性を向上することができるとともに、表面処理の効率を向上することができる。
【００３２】
請求項１４の発明によれば、表面処理の効率を向上することができる。
【００３３】
請求項１５の発明によれば、表面処理の均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】望ましい実施の形態に係る表面処理装置の斜視図である。
【図２】リアクタの断面図である。
【図３】ストリーマ放電の状態を示す模式図である。
【図４】ストリーマ放電の状態を示す模式図である。
【図５】第１の電極構造体の斜視図である。
【図６】第２の電極構造体の斜視図である。
【図７】別例に係る第２の電極構造体の斜視図である。
【図８】処理ガス供給体の斜視図である。
【図９】図２の吹き出し口の近傍を拡大した拡大図である。
【図１０】別例に係る搬送機構の構成を示す断面図である。
【図１１】ＩＥＳパルス及びＣＥＳパルスの概略の波形を示す図である。
【図１２】ＩＥＳパルス及びＣＥＳパルスの概略の波形を示す図である。
【図１３】ＩＥＳパルス及びＣＥＳパルスの概略の波形を示す図である。
【図１４】ＩＥＳ電源の回路図である。
【図１５】別例に係るＩＥＳ電源の回路図である。
【図１６】最大搬送速度及び温度上昇に対する電源の形式及び処理ガスの組成の影響を示す一覧表を示す図である。
【図１７】水接触角θに対する酸素含有量の影響を示すグラフを示す図である。
【図１８】水接触角θに対する吹き出し角度δの影響を示すグラフを示す図である。
【図１９】水接触角θに対する搬送速度の影響を示すグラフを示す図である。
【図２０】水接触角θに対する吹き出し口と第１の電極との距離Ｌの影響を示すグラフを示す図である。
【図２１】水接触角θに対する１パルスエネルギー密度の影響を示すグラフを示す図である。
【図２２】第１の電極構造体と第２の電極構造体の構成の概略を示す図である。
【図２３】水接触角θに対する電極間隔の影響を示すグラフを示す図である。
【図２４】第１の電極構造体と第２の電極構造体の構成の概略を示す図である。
【図２５】ワークキャリア上にガラス基板が配置された様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
＜１  表面処理装置１００の概略＞
図１は、本発明の望ましい実施の形態に係る表面処理装置１００の模式図である。図１は、表面処理装置１００の斜視図となっている。
【００３６】
図１に示すように、表面処理装置１００は、被処理物たるワーク１９０の表面処理を行うリアクタ１０２と、表面処理を行う前のワーク１９０を保持する第１のワーク載置台１２６と、表面処理を行った後のワーク１９０を保持する第２のワーク載置台１２８と、ワーク１９０を搬送する搬送機構１３０と、リアクタ１０２の高さを調整する高さ調整台１４０と、これらを保持する絶縁ステージ１４２と、電気パルスを発生するパルス電源１４４とを備える。
【００３７】
図２は、リアクタ１０２の模式図である。図２は、リアクタ１０２の断面図となっている。
【００３８】
図２に示すように、リアクタ１０２は、第１の電極１０６を備える第１の電極構造体１０４と、第２の電極１１４を備える第２の電極構造体１１２と、第１の電極構造体１０４と第２の電極構造体１１２との間隙１０２２に窒素ガスを主成分とする処理ガスを供給する処理ガス供給体１１８と、第２の電極構造体１１２と処理ガス供給体１１８との距離を調整する距離調整体１２２と、これらを収容するハウジング１２４とを備える。
【００３９】
表面処理装置１００は、第１の電極１０６と第２の電極１１４との間への立ち上がりの速い電気パルスの繰り返しの印加により間隙１０２２にストリーマ放電を発生させながら、ワーク１９０に間隙１０２２を通過させ、ワーク１９０の表面処理を行う。ここでいう「表面処理」には、表面に付着した汚染を除去するクリーニング、表面を侵食するエッチング、表面に形成されたフッ素化合物膜その他の膜を灰化するアッシング、表面のぬれ性を向上する改質等の表面の状態を変更する処理がある。
【００４０】
＜２  表面処理の原理＞
ストリーマ放電が発生している間隙１０２２をワーク１９０に通過させることによりワーク１９０の表面処理が行われるのは、主に、パルス電界、窒素ラジカル及び短波長紫外線がワーク１９０の表面に複合的に作用することによる。なお、ストリーマ放電の状態等によっては、パルス電界、窒素ラジカル及び短波長紫外線の３個の要素のうちの１個又は２個の要素のみが表面処理に支配的に寄与する場合もありうる。
【００４１】
＜２．１  窒素ラジカルの作用＞
ストリーマ放電を間隙１０２２に発生させると、活性が極めて高い窒素ラジカルを含むプラズマが間隙１０２２に生成する。したがって、ストリーマ放電が発生している間隙１０２２をワーク１９０に通過させることによって、窒素ラジカルを被処理領域１９２に化学的に作用させることができ、表面１９０２を処理することができる。
【００４２】
処理に利用する化学種として窒素ラジカルを選択した理由、すなわち、窒素ガスを主成分とする処理ガス中でプラズマを生成させた理由は、窒素ラジカルの活性が極めて高いことによる。このことは、窒素分子の解離エネルギーが９．７６ｅＶと極めて高いことからも明らかである。また、３重項窒素（3Σu）のラジカルの寿命が１０ミリ秒に達することも、効率的な改質に寄与している。
【００４３】
加えて、窒素ガスは、低価格で容易に入手することができ取り扱いも容易であることも、処理に利用する活性種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつとなっている。
【００４４】
＜２．２  短波長紫外線の作用＞
ストリーマ放電を間隙１０２２に発生させると、ストリーマ放電に起因して処理ガスが短波長紫外線を発する。したがって、ストリーマ放電が発生している間隙１０２２をワーク１９０に通過させることによって、短波長紫外線を被処理領域１９２に光化学的に作用させることができ、表面１９０２を処理することができる。
【００４５】
「短波長紫外線」とは、１００〜２８０ｎｍの波長成分を主に含む紫外線であって、「遠赤外線」又は「ＵＶ−Ｃ」とも呼ばれる。短波長紫外線を作用させるのは、短波長紫外線はワーク１９０の奥深くまで浸透しないので、極めて薄い被処理領域１９２のみに集中して光化学的な作用を与えることができるからである。
【００４６】
＜３  ストリーマ放電＞
図３は、第１の電極１０６を陰極、第２の電極１１４を陽極として第１の電極１０６と第２の電極１１４との間に電気パルスを印加したときに間隙１０２２に発生するストリーマ放電の状態を示す模式図である。ストリーマ放電を発生させる電気パルスは、ピーク電圧が概ね１０〜１００ｋＶ、半値幅ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）が概ね１００〜５００００ｎｓ、立ち上がり時の電圧の時間上昇率ｄＶ／ｄｔが概ね１〜５００ｋＶ／μｓ、周波数が概ね１〜５０ｋＨｚの電気パルスである。電気パルスは、極性が変化しない単極性の電気パルスであってもよいし、極性が交互に変化する両極性の電気パルスであってもよい。
【００４７】
ストリーマ放電が間隙１０２２に発生しているときには、図３に示すように、第２の電極構造体１１２から第１の電極構造体１０４へ向かうが第１の電極構造体１０４には達しないストリーマ１９４が成長しており、図２に示すように、第２の電極構造体１１２の下面１１２２から第１の電極構造体１０４の上面１０４２に向かって末広がりになる筋状のプラズマ１９８が薄紫色に発光している。ストリーマ１９４が「第１の電極構造体１０４には達しない」とは、アーク放電の発生に至る前に電気パルスの印加を停止することを意味している。一方、グロー放電が間隙１０２２に発生しているときには、図２に示すような薄紫色に発光する筋状のプラズマ１９８は見られない。
【００４８】
また、図３に示すような枝分かれした長いストリーマ１９４が成長する前に電気パルスの印加を停止することも望ましい。すなわち、第１の電極１０６と第２の電極１１４との間に半値幅ＦＷＨＭが概ね１００〜５００００ｎｓの電気パルスを印加し、図４に示すように短いストリーマ１９６が散点するストリーマ放電を間隙１０２２に発生させることも望ましい。ストリーマの成長の初期状態で電気パルスの印加を停止した微細なストリーマ放電は、放電の均一性に優れているので、微細なストリーマ放電を発生させると、ワーク１９０の表面処理を均一に行うことができ、不均一な放電による局所的なワーク１９０の損傷を抑制することができる。
【００４９】
なお、上述の説明において半値幅等の範囲を「概ね」としているのは、第１の電極構造体１０４及び第２の電極構造体１１２の構造及び材質・間隙１０２２の間隔・処理ガスの圧力等の表面処理装置１００の具体的な構成によっては、ストリーマ放電が発生する半値幅等の範囲が上述の範囲よりも広くなる場合があるからである。したがって、放電がストリーマ放電になっているか否かは、実際の放電を観察して判断することが望ましい。
【００５０】
＜４  表面処理装置１００の詳細＞
＜４．１  リアクタ１０２＞
（ａ）各部の配置；
図１及び図２に戻って表面処理装置１００の詳細を説明する。
【００５１】
図２に示すように、リアクタ１０２の内部においては、第１の電極構造体１０４がワーク１９０の搬送経路１９９の下方に設けられ、処理ガス供給体１１８、距離調整体１２２及び第２の電極構造体１１２が搬送経路１９９の上方に設けられる。第１の電極構造体１０４と第２の電極構造体１１２とは搬送経路１９９を挟んで対向する。第２の電極構造体１１２は、第１の電極構造体１０４の第１の電極１０６がある範囲に設置される。間隙１０２２の間隔は、１〜２０ｍｍであるのが好適であり、より好ましくは１〜５ｍｍである。間隙１０２２の間隔が１ｍｍより狭くなると、ワーク１９０に間隙１０２２を通過させること、間隙１０２２へ処理ガスを供給すること、および間隙１０２２の間隔を均一に保つことが困難になる傾向があり、２０ｍｍを上回るとプラズマを発生させることが困難になる傾向があるからである。また、間隙１０２２の間隔が１〜５ｍｍであることで、間隙１０２２にストリーマ放電を均一に発生させることができ、この間隙１０２２をワーク９０に通過させることによって、ワークキャリア１３２上に配置される位置に左右されずにワーク１９０の表面処理を均一に行うことができる。
【００５２】
処理ガス供給体１１８、距離調整体１２２及び第２の電極構造体１１２は、搬送経路１９９の上流側（以下では「搬送経路上流側」という）から下流側（以下では「搬送経路下流側」という）に向かって配列される。処理ガス供給体１１８及び距離調整体１２２は、搬送経路１９９を挟んで第１の電極構造体１０４と対向する。第１の電極構造体１０４と処理ガス供給体１１８及び距離調整体１２２との間隙は、間隙１０２２へ至る処理ガスの導入路１０２４となる。導入路１０２４は、間隙１０２２へ向かうワーク１９０及びワークキャリア１３２の通り道にもなる。導入路１０２４の延在方向は、ワーク１９０の搬送方向すなわちワークキャリア１３２の走行方向と平行である。処理ガス供給体１１８の下面１１８２、距離調整体１２２の下面１２２２及び第２の電極構造体１１２の下面１１２２は、平坦な同一平面を構成する。これにより、間隙１０２２へ向かう処理ガスの流れの乱れを抑制することができ、ワーク１９０の表面処理を均一に行うことができる。なお、図２に示すリアクタ１０２は、２個の第２の電極構造体１１２を備えているが、第２の電極構造体１１２の数を１個又は３個以上に増減してもよい。
【００５３】
（ｂ）第１の電極構造体１０４；
図５は、第１の電極構造体１０４の模式図である。図５は、第１の電極構造体１０４の斜視図となっている。
【００５４】
図２及び図５に示すように、第１の電極構造体１０４は、板形状の外形形状を有する。第１の電極構造体１０４は、第１の電極１０６と、第１の電極１０６を保持するホルダ１０８と、第１の電極１０６を覆う第１の誘電体バリア１１０とを備える。なお、ホルダ１０８と第１の誘電体バリア１１０とを同一の絶縁材料で構成して一体化してもよい。ホルダ１０８と第１の誘電体バリア１１０とを一体化した場合、その一体物の中に第１の電極１０６が埋設される。
【００５５】
第１の電極１０６は、アルミニウム・銅等の導電材料で構成される。第１の電極１０６は、板形状を有する。第１の電極１０６は、処理ガス供給体１１８の下面１１８２、距離調整体１２２の下面１２２２及び第２の電極構造体１１２の下面１１２２と平行に設置される。第１の電極１０６は、矩形又は正方形の平面形状を有することが望ましい。第１の電極１０６が矩形又は正方形の平面形状を有する場合、１組の対辺が搬送経路１９９と平行となるように第１の電極１０６が設置されることが望ましい。
【００５６】
第１の電極１０６を陰極、第２の電極１１４を陽極とする場合、第１の電極１０６の幅（搬送経路１９９に垂直な方向の寸法）は、第２の電極１１４の幅よりも狭くならないようにすることが望ましい。第２の電極構造体１１２の下面１１２２からの第１の電極構造体１０４の上面１０４２に向かってプラズマ１９８が末広がりになるのを妨げないためである。また、第１の電極１０６の幅は、ワーク１９０の幅よりも広いことが望ましい。ワーク１９０の周縁まで均一に表面処理を行うためである。
【００５７】
第１の電極１０６の板厚は、概ね５〜２０ｍｍであることが望ましい。
【００５８】
ホルダ１０８は、ガラス・アルミナ等の絶縁材料で構成される。ホルダ１０８は、板形状を有する。ホルダ１０８の上面１０８２には、第１の電極１０６と略同一の立体形状を有する収容穴１０８４が形成される。収容穴１０８４には、第１の電極１０６が収容される。第１の電極１０６が収容穴１０８４に収容された状態においては、第１の電極１０６の上面１０６２とホルダ１０８の上面１０８２の収容穴１０８４の外側とは平坦な同一平面を構成する。
【００５９】
第１の誘電体バリア１１０は、ガラス・アルミナ等の絶縁材料で構成される。第１の誘電体バリア１１０は、板形状を有する。第１の誘電体バリア１１０は、ホルダ１０８と略同一の平面形状を有する。第１の誘電体バリア１１０は、第１の電極１０６の上面１０６２及びホルダ１０８の上面１０８２に載置される。第１の誘電体バリア１１０により、第１の電極１０６を保護することができるとともに、アーク放電が発生することを抑制し、ストリーマ放電を安定して発生させることができる。
【００６０】
第１の誘電体バリア１１０の上面１１０２は、平坦になっている。これにより、間隙１０２２へ向かう処理ガスの流れの乱れを抑制することができ、ワーク１９０の表面処理を均一に行うことができる。第１の誘電体バリア１１０の板厚は、概ね０．５〜５ｍｍであることが望ましい。第１の誘電体バリア１１０の板厚がこの範囲を下回ると、アーク放電が発生しやすくなる傾向があるからであり、この範囲を上回ると、第１の電極１０６と第２の電極１１４との間の静電容量が増加して第１の電極１０６と第２の電極１１４との間に立ち上がりの速い電気パルスを印加することが難しくなる傾向があるからである。
【００６１】
（ｃ）第２の電極構造体１１２；
図６は、第２の電極構造体１１２の模式図である。図６は、第２の電極構造体１１２の斜視図となっている。
【００６２】
図２及び図６に示すように、第２の電極構造体１１２は、板形状の外形形状を有する。第２の電極構造体１１２は、第２の電極１１４と、第２の誘電体バリア１１６とを備える。
【００６３】
第２の電極１１４は、アルミニウム・銅等の導電材料で構成されている。第２の電極１１４は、板形状を有する。第２の電極１１４は、第１の電極１０６及び搬送経路１９９と垂直に設置される。第２の電極１１４は、その下面が第１の電極１０６と平行になるように設置されることが望ましい。これにより、ストリーマ放電を均一に発生させ、ワーク１９０の表面処理を均一に行うことができる。第２の電極１１４の幅は、ワーク１９０の幅よりも広いことが望ましい。ワーク１９０の周縁まで均一に表面処理を行うためである。
【００６４】
第２の電極１１４の板厚は、概ね１〜２０ｍｍであることが望ましい。
【００６５】
第２の誘電体バリア１１６は、ガラス・アルミナ等の絶縁材料で構成される。第２の誘電体バリア１１６は、細長矩形形状の開口を上面に有する鞘形状を有する。第２の誘電体バリア１１６には、第２の電極１１４と略同一の立体形状を有する収容穴１１６２が形成される。収容穴１１６２には、第２の誘電体バリア１１６の主面に平行に第２の電極１１４が収容される。なお、図２に示す第２の誘電体バリア１１６は、第２の電極１１４の全体を収容しているが、ストリーマ放電の発生に主に寄与するのは第２の電極１１４のうちの第１の電極１０６に近い搬送経路１９９寄りであるので、第２の誘電体バリア１１６に収容されているのが第２の電極１１４の下方の搬送経路１１９寄りのみであっても問題はない。第２の誘電体バリア１１６により、第２の電極１１４を保護することができるとともに、アーク放電が発生することを抑制し、ストリーマ放電を安定して発生させることができる。
【００６６】
第２の誘電体バリア１１６の第２の電極１１４の下端面を覆う部分の厚さｔ１は、概ね０．５〜５ｍｍであることが望ましい。第２の誘電体バリア１１６の厚さｔ１がこの範囲を下回ると、アーク放電が発生しやすくなる傾向があるからであり、この範囲を上回ると、第１の電極１０６と第２の電極１１４との間の静電容量が増加して第１の電極１０６と第２の電極１１４との間に立ち上がりの速い電気パルスを印加することが難しくなる傾向があるからである。また、第２の誘電体バリア１１６の第２の電極１１４の主面を覆う部分の厚さｔ２は、概ね２〜２０ｍｍであることが望ましい。第２の誘電体バリア１１６の厚さｔ２がこの範囲を下回ると、プラズマ１９８の裾野の重なりが大きくなりすぎる傾向があり、この範囲を上回るとプラズマ１９８の隙間が大きくなりすぎる傾向があるからである。
【００６７】
図７は、第２の電極構造体１１２に代えて採用することができる第２の電極構造体２１２の模式図である。図７は、第２の電極構造体２１２の斜視図となっている。
【００６８】
図７に示すように、板形状を有する第２の電極１１４が鞘形状を有する第２の誘電体バリア１１６で覆われた第２の電極構造体１１２に代えて、丸棒形状又は丸パイプ形状を有する第２の電極２１４が丸パイプ形状を有する第２の誘電体バリア２１６で覆われた第２の電極構造体２１２を採用しても、ストリーマ放電を間隙１０２２に発生させることができる。ただし、第１の電極構造体１１２には、容易に製造することができるという第２の電極構造体２１２と比較した有利な点がある。
【００６９】
（ｄ）第１の誘電体バリア１１０又は第２の誘電体バリア１１６の省略；
図２に示すリアクタ１０２においては、第１の電極構造体１０４及び第２の電極構造体１１２の両方が誘電体バリアを備えているが、第１の誘電体バリア１１０又は第２の誘電体バリア１１６を省略し、第１の電極構造体１０４及び第２の電極構造体１１２の片方のみが誘電体バリアを備えるようにしてもよい。
【００７０】
（ｅ）処理ガス供給体１１８；
図８は、処理ガス供給体１１８の模式図である。図８は、処理ガス供給体１１８の斜視図となっている。
【００７１】
図２及び図８に示すように、処理ガス供給体１１８は、略直方体の外形形状を有し、その内部には、処理ガスを滞留させるガス溜り１１８６と、上面１１８４からガス溜り１１８６へ処理ガスを導く流路１１８７と、ガス溜り１１８６から下面１１８２へ処理ガスを導く流路１１８８とが形成される。また、処理ガス供給体１１８の内部には、ガス溜り１１８６に接してシャワー板１２０が設置される。シャワー板１２０には、直径が０．１〜１ｍｍの貫通孔が１〜２０ｍｍ間隔で規則的に形成される。なお、シャワー板１２０に代えて、貫通孔が多数形成された圧損部材、例えば、メッシュの積層体やセラミックスの多孔質体を採用してもよい。
【００７２】
処理ガス供給体１１８は、処理ガスの供給源から供給された処理ガスに流路１１８７、ガス溜り１１８６、シャワー板１２０及び流路１１８８を順次通過させて処理ガスの流れを均一化した上でスリット形状を有する吹き出し口１１８９から導入路１０２４へ処理ガスを噴出する。
【００７３】
図９は、図２の吹き出し口１１８９の近傍を拡大した拡大図である。
【００７４】
図９に示すように、流路１１８８は、吹き出し口１１８９からの処理ガスの吹き出し方向（矢印Ｄ１０２で示す方向）が導入路１０２４の延在方向と水平をなす方向であって間隙１０２２へ向かう第１の方向（矢印Ｄ１０４で示す方向）と導入路の延在方向と垂直をなす方向であって処理ガス供給体１１８から導入路１０２４へ向かう第２の方向（矢印Ｄ１０６で示す方向）との中間の方向となるように形成される。したがって、導入路１０２４へ噴出された処理ガスの大部分は、間隙１０２２へ向かう方向（矢印Ｄ１０４で示す方向）に流れて間隙１０２２に流入し、残る小部分は、間隙１０２２へ向かう方向（矢印Ｄ１０４で示す方向）とは反対の方向に流れて導入路１０２４への空気の流入を阻害する。これにより、処理ガスへの空気の巻き込みを減らすことができるので、表面処理の効率を向上することができる。
【００７５】
処理ガスの吹き出し方向は、上述の第１の方向と３０−５０°をなす方向であることが望ましい。処理ガスの吹き出し方向と第１の方向とがなす角（以下では、「吹き出し角度」という）δがこの範囲外となると、表面処理の効率が低下する傾向があるからである。
【００７６】
処理ガスの供給量は、間隙１０２２の間隔・ワーク１９０の搬送速度等によっても変化するが、概ね１０リットル／分以上であることが望ましい。
【００７７】
（ｆ）距離調整体１２２；
距離調整体１２２は、ガラス・アルミナ等の剛性の高い絶縁材料で構成される。距離調整体１２２は、直方体形状を有する。距離調整体１２２は、搬送経路１９９に垂直に設けられる。距離調整体１２２の搬送経路上流側の面は処理ガス供給体１１８と接し、搬送経路下流側の面は第２の電極構造体１１２と接する。距離調整体１２２により、吹き出し口１１８９と間隙１０２２との距離を離すことができるので、処理ガスが間隙１０２２に到達するまでに処理ガスの流れを均一化することができ、ワーク１９０の表面処理を均一に行うことができる。
【００７８】
距離調整体１２２の大きさは、吹き出し口１１８９と第１の電極１１４とが導入路１０２４の延在方向に２０−４０ｍｍ離れるように決定することが望ましい。吹き出し口１１８９と第１の電極１１４との距離Ｌがこの範囲外となると表面処理の効率が低下する傾向があるからである。
【００７９】
（ｇ）処理ガスの組成；
処理ガスは、窒素ガスを主成分とするガスであることが望ましく、窒素ガスのみからなるガス又は窒素ガス及び酸素ガスからなる混合ガスであることが望ましい。窒素ガス及び酸素ガスからなる混合ガスを処理ガスとする場合、全体に占める酸素ガスの含有量が体積百分率で１−４％であることが望ましい。酸素ガスの含有量がこの範囲内であれば、表面処理の効率を向上することができるからである。
【００８０】
＜４．２  第１のワーク載置台１２６及び第２のワーク載置台１２８＞
図１に示すように、第１のワーク載置台１２６及び第２のワーク載置台１２８は、略直方体形状を有する。第１のワーク載置台１２６及び第２のワーク載置台１２８は、それぞれ、リアクタ１０２の搬送経路上流側及び搬送経路下流側に設置される。第１のワーク載置台１２６の上面１２６２及び第２のワーク載置台１２８の上面１２８２は平坦になっている。
【００８１】
＜４．３  搬送機構１３０＞
図１に示すように、搬送機構１３０は、ワーク１９０を上面１３２２に保持し第１の電極構造体１０４の上面１０４２を滑動するワークキャリア１３２とワークキャリア１３２を搬送方向に走行させる走行機構たる１軸ステージロボット１３４とを備える。
【００８２】
ワークキャリア１３２は、フッ素樹脂等の絶縁体で構成される。なお、厚さが極端に暑くならない場合には、ワークキャリア１３２を導電体で構成することも許容される。ワークキャリア１３２は、長尺のシート形状を有している。ワークキャリア１３２は、第１のワーク載置台１２６の上面１２６２からリアクタの１０２の搬入口１０２６、導入路１０２４、間隙１０２２及びリアクタ１０２の搬出口１０２８を経て第２のワーク載置台１２８の上面１２８２に渡って延在する。ワークキャリア１３２は、第１のワーク載置台１２６の上面１２６２、第１の誘電体バリア１１０の上面１１０２及び第２のワーク載置台１２８の上面１２８２に接し、第１のワーク載置台１２６の上面１２６２、第１の電極構造体１０４の上面１０４２及び第２のワーク載置台１２８の上面１２８２を滑動する。
【００８３】
１軸ステージロボット１３４は、第２のワーク載置台１２８のさらに搬送経路下流側に設置される。１軸ステージロボット１３４は、移動ステージ１３８をワーク１９０の搬送方向に案内する固定レール１３６と固定レール１３６に沿って移動する移動ステージ１３８とを備える。固定レール１３６は、絶縁ステージ１４２に固定されている。また、移動ステージ１３８には、ワークキャリア１３２の搬送方向下流側の端部が接続されている。これにより、移動ステージ１３８をワーク１９０の搬送方向に動かすと、ワークキャリア１３２がワーク１９０の搬送方向に走行し、ワークキャリア１３２が保持しているワーク１９０が搬送方向に搬送される。
【００８４】
ワークキャリア１３２の走行速度すなわちワーク１９０の搬送速度は、３０ｍ／ｍｉｎ以下であることが望ましい。ワーク１９０の搬送速度がこの範囲を上回ると、ワーク１９０の表面処理の効率が低下する傾向があるからである。
【００８５】
なお、ワークキャリア１３２と１軸ステージロボット１３４とを備える搬送機構１３０に代えて他の種類の搬送機構を採用してもよい。例えば、ワークキャリア１３２を巻き取るローラ等の他の走行機構を採用してワークキャリア１３２をワーク１９０の搬送方向に走行させてもよい。また、複数のローラをワーク１９０の搬送方向に配列し、当該複数のローラによってワーク１９０が搬送方向に搬送されるようにしてもよい。
【００８６】
＜４．４  搬送機構２３０＞
図１０は、搬送機構１３０に代えて採用することができる搬送機構２３０の構成の概略を示した断面図である。搬送機構２３０は、ワーク１９０を上面１３２２に保持し第１の電極構造体１０４の上面１０４２を滑動するフィルム状のワークキャリア２３２（以下、搬送用フィルム２３２とも記載する）と、第１のワーク設置台１２６のさらに搬送方向上流側に配置され、搬送用フィルム２３２を払い出す払い出し用ロール２３３と、第２のワーク設置台１２８のさらに搬送方向下流側に配置され、搬送フィルム２３２を巻き取る巻き取り用ロール２３４と、を備える。
【００８７】
搬送用フィルム２３２は、強度の他に、加熱温度に耐えることができる耐熱性と加熱されてもガスや粉塵を発生しないクリーン性とが求められ、例えば厚さが４０〜１００μｍ程度のステンレス箔を使用することができる。なお、搬送用フィルム２３２の材質は必ずしもこれに限定されるものではなく、加熱温度によっては耐熱樹脂フィルムを用いることもできる。
【００８８】
搬送用フィルム２３２は、払い出し用ロール２３３に巻かれた状態でセットされており、払い出し用ロール２３３から引き出された搬送用フィルム２３２は第１の電極構造体１０４の上面１０４２を滑動して巻き取り用ロール２３４に巻き取られる。これにより、巻き取り用ロール２３４により搬送用フィルム２３２を巻き取ると、搬送用フィルム２３２がワークの搬送方向に走行し、搬送用フィルム２３２が保持しているワーク１９０が搬送方向に搬送される。
【００８９】
＜４．５  高さ調整台１４０＞
図１に示すように、高さ調整台１４０は、絶縁ステージ１４２の上面１４２２に固定され、その上面にはリアクタ１０２が載置されている。高さ調整台１４０により、図２に示すように、第１の誘電体バリア１１０の上面１１０２の高さは、第１のワーク載置台１２６の上面１２６２の高さ及び第２のワーク載置台１２８の上面１２８２の高さに合わされる。これにより、ワークキャリア１３２が平坦な姿勢を維持することができるので、ワークキャリア１３２を水平に走行させることができ、ワーク１９０を安定して水平に搬送することができる。
【００９０】
＜４．６  パルス電源１４４＞
（ａ）電源の形式；
パルス電源１４４は、アーク放電を発生させることなくストリーマ放電を発生させることができる電気パルスを第１の電極１０６と第２の電極１１４との間に印加するものであればどのようなものを用いてもよいが、誘導性素子に磁界の形で蓄積したエネルギーを短時間で放出する誘導エネルギー蓄積型（ＩＥＳ；Inductive Energy Storage）の電源（以下では、「ＩＥＳ電源」という）であることが望ましい。これは、ＩＥＳ電源は、容量性素子に電界の形で蓄積したエネルギーを短時間で放出する静電エネルギー蓄積型（ＣＥＳ；Capacitive Energy Storage）の電源（以下では、「ＣＥＳ電源」という）と比較して、著しく大きいエネルギーをリアクタ１０２に投入することができるからである。典型的には、電極構造が同じならば、ＩＥＳ電源を採用した場合、プラズマを生成する反応に使われる１パルスあたりのエネルギー（以下では、「１パルスエネルギー」という）は、ＣＥＳ電源を採用した場合よりも概ね１桁大きくなる。ＩＥＳ電源とＣＥＳ電源とのこの相違は、ＩＥＳ電源が発生する電気パルスは電圧の上昇が急激であるのに対して、ＣＥＳ電源が発生する電気パルスは電圧の上昇が緩慢であることにより生じる。すなわち、ＩＥＳ電源を採用した場合、電圧が十分に上昇してから放電が始まり、１パルスエネルギーを十分に大きくすることができるのに対して、ＣＥＳ電源を採用した場合、電圧が十分に上昇しないうちに放電が始まり、１パルスエネルギーを十分に大きくすることができないことにより生じる。
【００９１】
図１１〜図１３は、ＩＥＳ電源が発生する電気パルス（以下では、「ＩＥＳパルス」という）及びＣＥＳ電源が発生する電気パルス（以下では、「ＣＥＳパルス」という）の概略の波形を示す図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、それぞれ、ＩＥＳパルス及びＣＥＳパルスの電圧波形、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、それぞれ、ＩＥＳパルス及びＣＥＳパルスの電流波形、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、それぞれ、ＩＥＳパルス及びＣＥＳパルスの電圧と電流との積の波形を示す図である。
【００９２】
１パルスエネルギーは、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示す電圧と電流との積を時間で積分することにより算出される。図１１及び図１２に示すように、電流は、電圧の上昇とほぼ同期して正方向に流れ、電圧の下降とほぼ同期して負方向に流れるので、１パルスエネルギーは、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）における波形が正になる領域Ａの面積から波形が負になる領域Ｂの面積を減じた面積に比例する。
【００９３】
（ｂ）スイッチング素子；
ＩＥＳ電源としては、静電誘導型サイリスタ（以下では、「ＳＩサイリスタ」という）を誘導性素子への電流の供給を制御するスイッチング素子として用いた電源を採用することが望ましい。ＳＩサイリスタをスイッチング素子として用いることにより、立ち上がりの速い電気パルスを発生することができるので、上述のストリーマ放電を容易に発生させることができるからである。ＳＩサイリスタをスイッチング素子として用いることにより立ち上がりの速い電気パルスを発生することができるのは、ＳＩサイリスタは、ゲートが絶縁されておらずゲートから高速にキャリアを引き抜くことができるので、高速にターンオフすることができるからである。ＩＥＳ電源の動作原理等の詳細は、例えば、飯田克二、佐久間健：「ＳＩサイリスタによる極短パルス発生回路（ＩＥＳ回路）」、ＳＩデバイスシンポジウム講演論文集、Ｖｏｌ．１５，Ｐａｇｅ．４０−４５（２００２年６月１４日発行）に記載されている。
【００９４】
（ｃ）ＳＩサイリスタ１５８をスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源１５０の回路図；
図１４は、パルス電源１４４に好適に用いることができるＳＩサイリスタ１５８をスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源１５０の回路図である。もちろん、図１４に示す回路図は一例にすぎず、様々に変形することができる。
【００９５】
図１４に示すように、ＩＥＳ電源１５０は、電気エネルギーを供給する直流電源１５２と直流電源１５２の放電能力を強化するキャパシタ１５４とを備える。
【００９６】
直流電源１５２の電圧は、ＩＥＳ電源１５０が発生させる電気パルスのピーク電圧より著しく低い電圧であることが許容される。例えば、後述する昇圧トランス１５６の１次側に発生させる１次側電圧Ｖ1のピーク電圧が４ｋＶに達しても、直流電源１５２の電圧は数１０〜数１００Ｖで足りる。この電圧の下限は後述するＳＩサイリスタ１５８のラッチング電圧によって決まる。ＩＥＳ回路１５０は、このような低電圧の直流電源１５２を電気エネルギー源として利用可能であるので、小型・低コストに構築可能である。
【００９７】
キャパシタ１５４は、直流電源１５２と並列に接続される。キャパシタ１５４は、直流電源１５２のインピーダンスを見かけ上低下させることにより直流電源１５２の放電能力を強化する。
【００９８】
ＩＥＳ電源１５０は、さらに、昇圧トランス１５６、ＳＩサイリスタ１５８、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)１６０、ゲート駆動回路１６２及びダイオード１６４を備える。
【００９９】
ＩＥＳ電源１５０では、直流電源１５２と、昇圧トランス１５６の１次側と、ＳＩサイリスタ１５８のアノード（Ａ）・カソード（Ｋ）間と、ＭＯＳＦＥＴ１６０のドレイン（Ｄ）・ソース（Ｓ）間とが直列接続される。すなわち、昇圧トランス１５６の１次側の一端が直流電源１５２の正極に、昇圧トランス１５６の１次側の他端がＳＩサイリスタ１５８のアノードに、ＳＩサイリスタ１５８のカソード（Ｋ）がＭＯＳＦＥＴ１６０のドレイン（Ｄ）に、ＭＯＳＦＥＴ１６０のソース（Ｓ）が直流電源１５２の負極に接続される。これにより、直流電源１５２からこれらの回路素子に電流を供給可能になる。また、ＩＥＳ電源１５０では、ＳＩサイリスタ１５８のゲート（Ｇ）がダイオード１６４を介して昇圧トランス１５６の１次側の一端と並列接続される。すなわち、ＳＩサイリスタ１５８のゲート（Ｇ）がダイオード１６４のアノード（Ａ）に、ダイオード１６４のカソード（Ｋ）が昇圧トランス１５６の１次側の一端（直流電源１５２の正極）に接続される。ＦＥＴのゲート（Ｇ）・ソース（Ｓ）間には、ゲート駆動回路１６２が接続される。
【０１００】
昇圧トランス１５６は、１次側に与えられた電気パルスをさらに昇圧して２次側に出力する。昇圧トランス１５６の２次側には負荷（ここでは、第１の電極１０６と第２の電極１１４との間）１６６が接続される。昇圧トランス１５６の１次側は自己インダクタンスを有する誘導性素子になっている。
【０１０１】
ＳＩサイリスタ１５８は、ゲート（Ｇ）に与えられる信号に応答してターンオン及びターンオフが可能である。
【０１０２】
ＭＯＳＦＥＴ１６０は、ゲート駆動回路１６２から与えられる信号に応答してドレイン（Ｄ）・ソース（Ｓ）間の導通状態が変化するスイッチング素子である。ＭＯＳＦＥＴ１６０のオン電圧ないしはオン抵抗は低いことが望ましい。また、ＭＯＳＦＥＴ１６０の耐圧は直流電源１５２の電圧より高いことを要する。
【０１０３】
ダイオード１６４は、ＳＩサイリスタ１５８のゲート（Ｇ）に正バイアスを与えた場合に流れる電流を阻止するため、すなわち、ＳＩサイリスタ１５８のゲート（Ｇ）に正バイアスを与えた場合にＳＩサイリスタ１５８が電流駆動とならないようにするために設けられる。
【０１０４】
（ｄ）ＳＩサイリスタ１５８をスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源１５０の動作の概略；
ＩＥＳ電源１５０に電気パルスを発生させる場合、まず、ゲート駆動回路１６２からＭＯＳＦＥＴ１６４のゲートにオン信号を与え、ＭＯＳＦＥＴ１６０のドレイン（Ｄ）・ソース（Ｓ）間を導通状態にする。すると、ＳＩサイリスタ１５８はノーマリオン型のスイッチング素子であってＳＩサイリスタ１５８のアノード（Ａ）・カソード（Ｋ）間は導通状態となっているので、昇圧トランス１５６の１次側に電流が流れる。この状態においては、ＳＩサイリスタ１５８のゲート（Ｇ）に正バイアスが与えられるので、ＳＩサイリスタ１５８のアノード（Ａ）・カソード（Ｋ）間の導通状態は維持される。
【０１０５】
続いて、ゲート駆動回路１６２からＭＯＳＦＥＴ１６４へオン信号を与えることを中止し、ＭＯＳＦＥＴ１６０のドレイン（Ｄ）・ソース（Ｓ）間を非導通状態にする。すると、ＳＩサイリスタ１５８のゲート（Ｇ）からキャリアが電流駆動により高速に排出されＳＩサイリスタ１５８のアノード（Ａ）・カソード（Ｋ）間が非導通状態となるので、昇圧トランス１５６の１次側への電流が流入が高速に停止される。これにより、昇圧トランス１５６の１次側には誘導起電力が発生し、昇圧トランス１５６の２次側にも高圧が発生する。
【０１０６】
（ｅ）ＩＧＢＴ２５８をスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源２５０の回路図；
図１５は、ＳＩサイリスタ１５８に代えて採用することができるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）２５８をスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源２５０の回路図である。なお、ＩＥＳ電源１５０と同様の構成要素は、同じ参照番号を付して説明を省略する。もちろん、図１５に示す回路図は一例にすぎず、様々に変形することができる。
【０１０７】
ＩＥＳ電源２５０では、直流電源１５２と、昇圧トランス１５６の１次側と、ＩＧＢＴ２５８のコレクタ（Ｃ）・エミッタ（Ｅ）間とが直列接続される。すなわち、昇圧トランス１５６の一次側の一端が直流電源１５２の正極に、昇圧トランス１５６の一次側の他端がＩＧＢＴ２５８のコレクタ（Ｃ）に、ＩＧＢＴ２５８のエミッタ（Ｅ）が直流電源１５２の負極に接続される。これにより、直流電源１５２からこれらの回路素子に電流を供給可能になる。また、ＩＥＳ電源２５０では、ＩＧＢＴ２５８のゲート（Ｇ）・エミッタ（Ｅ）間には、ゲート駆動回路１６２が接続される。
【０１０８】
ＩＧＢＴ２５８は、ゲート駆動回路１６２から与えられる信号に応答してコレクタ（Ｃ）・エミッタ（Ｅ）間の導通状態が変化するスイッチング素子である。
【０１０９】
（ｆ）ＩＧＢＴ２５８をスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源２５０の動作の概略；
ＩＥＳ電源２５０に電気パルスを発生させる場合、まず、ゲート駆動回路１６２からＩＧＢＴ２５８のゲート（Ｇ）にオン信号を与え、ＩＧＢＴ２５８のコレクタ（Ｃ）・エミッタ（Ｅ）間が導通状態になり、昇圧トランス１５６の１次側に電流が流れる。
【０１１０】
続いて、ゲート駆動回路１６２からＩＧＢＴ２５８へオン信号を与えることを中止し、ＩＧＢＴ２５８のコレクタ（Ｃ）・エミッタ（Ｅ）間を非導通状態にすると、昇圧トランス１５６の１次側への電流の流入が高速に停止される。これにより、昇圧トランス１５６の１次側には誘導起電力が発生し、昇圧トランス１５６の２次側にも高圧が発生する。
【０１１１】
（ｇ）１パルスエネルギー密度；
第１の電極１０６と第２の電極１１４との対の各々に供給される電気パルスの１パルスエネルギーを当該対の各々を構成する第１の電極１０６と第２の電極１１４との対向面積、すなわち、当該対の各々を構成する第２の電極１１４を当該対の各々を構成する第１の電極１０６に投影したときの投影面積の合計で除した１パルスあたりのエネルギー密度（以下では、「１パルスエネルギー密度」という）は、０．１−１０ｍＪ／ｃｍ2であることが望ましい。この範囲内であれば、ワーク１９０の表面処理の効率を特に向上することができるからである。１パルスエネルギー密度がこの範囲より小さくなると均一なプラズマを発生させることが困難になる傾向があり、この範囲より大きくなると印加する電気パルスの周波数が上げられないため良好な表面処理を行うことが困難になる傾向がある。
【０１１２】
ＳＩサイリスタ１５８をスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源１５０を表面処理装置１００においてパルス電源１４４に用いた場合、１個の第１の電極１０６と第２の電極１１４との対に供給される１パルスエネルギーは、約５ｍＪとなる。このため、表面処理装置１００では、上述の望ましい範囲内に含まれる約０．１ｍＪ／ｃｍ2の１パルスエネルギー密度を得るために、対向面積が５０ｃｍ2となるようにそれぞれの第２の電極１１４の幅を４０ｃｍ、厚さ（搬送方向の長さ）を０．６２５ｃｍとしている（表面処理装置１００では２本の第２の電極１１４を備えており、対向面積は、４０ｃｍ×０．６２５ｃｍ×２本＝５０ｃｍ2となる）。もちろん、上述の好ましい範囲内の１パルスエネルギー密度を得ることができる限度内で第１の電極１０６及び第２の電極１１４の両方又は片方の形状や寸法を変更してもよい。
【０１１３】
なお、表面処理装置１００においてＩＥＳ電源１５０に変えてＣＥＳ電源を採用した場合、１個の第１の電極１０６と第２の電極１１４との対に供給される１パルスエネルギーは約２ｍＪとなる。このため、対向面積が５０ｃｍ2であれば、１パルスエネルギー密度は約０．０４ｍＪ／ｃｍ2と著しく小さくなる。このことは、第２の電極１１４と垂直な第１の電極１０６に代えて第２の電極１１４と平行な第１の電極を採用しても同じである。すなわち、第２の電極１１４と平行な第１の電極を採用しても、ＩＥＳ電源１５０を採用した場合は１パルスエネルギー密度は約０．１ｍＪ／ｃｍ2であるのに対して、ＣＥＳ電源を採用した場合は１パルスエネルギー密度は０．０４ｍＪ／ｃｍ2以下と著しく小さくなる。
【０１１４】
また、「背景技術」の欄で言及した特許文献２の表面改質装置では、陽極が０．５ｍｍの丸棒という極めて細いものであるため、１パルスエネルギー密度は、著しく大きくなる。例えば、陽極の幅が２０ｃｍであるとすれば、１パルスエネルギー密度約５ｍＪ／ｃｍ2となる。
【０１１５】
＜５  被処理物＞
表面処理装置１００が処理するワーク１９０は、主に、半導体基板・ガラス基板等の板形状物である。ただし、表面処理装置１００は、ポリエチレンシート・ポリプロピレンシート等の長尺のシート形状物の表面処理を行うこともできる。この場合、ワークキャリア１３２に代えて被処理物たるシート形状物を走行させ、シート形状物に間隙１０２２を通過させればよい。
【０１１６】
＜６  表面処理装置１００を用いて行う表面処理の方法＞
次に、図１及び図２を参照して、上述のように構成した表面処理装置１００を用いて行う表面処理の方法について説明する。
【０１１７】
はじめに、第１のワーク設置台１２６上のワークキャリア１３２の上にワーク１９０を載置する。続いて、ワークキャリア１３２の搬送方向下流側の端部が接続された移動ステージ１３８を搬送方向に動かして、ワーク１９０を搬送方向に搬送させる。
【０１１８】
次に、パルス電源１４４（ＩＥＳ電源１５０）により第１の電極１０６と第２の電極１１４との間に電気パルスを繰り返し印加する。このとき、処理ガス供給体１１８により吹き出し口１１８９から導入路１０２４へ窒素ガスを主成分とする処理ガスを供給する。すると、活性が極めて高い窒素ラジカルを含むプラズマが間隙１０２２に一様に発生する。そして、ストリーマ放電が発生している間隙１０２２をワーク１９０に通過させることによって、窒素ラジカルを被処理領域１９２に化学的に作用させる。そして、第２のワーク設置台１２８の上まで搬送された後にワーク１９０を取り出す。
【０１１９】
このような表面処理の方法を用いることにより、複数の被処理物又は長尺の被処理物の表面処理を連続して効率よく行うことができる。
【０１２０】
＜７  実験＞
以下では、上述の表面処理装置を用いてガラス基板の表面処理を行った実験について説明する。なお、特に条件を記載しない場合は、パルストランス・インダクタンスが２０μＨでありＳＩサイリスタをスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源を用いて、半値幅ＦＷＨＭが８００ｎｓの電気パルスを印加し、ガラス基板の搬送速度が１０ｍ／分、表面処理を行う前の水接触角θが５５°、間隙１０２２の間隔が５ｍｍの条件で実験を行った。もちろん、以下で説明する実験においては、検討対象とする因子以外の影響を十分に小さくするための配慮を行っている。
【０１２１】
＜７．１  表面処理による水接触角θの変化＞
本実験では、ＳＩサイリスタをスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源を用いる場合、およびＩＧＢＴをスイッチング素子として用いたＩＥＳ電源を用いる場合のそれぞれにおいて、ガラス基板の表面の水に対する接触角（以下では、「水接触角」という）θの表面処理による変化を調査した。ＳＩサイリスタをスイッチング素子として用いる場合、ＩＥＳ電源のパルストランス・インダクタンスは２０μＨ、印加した電気パルスのピーク電圧は２５ｋＶ、半値幅ＦＷＨＭは８００ｎｓ、周波数は２０ｋＨｚ、電力は４００Ｗである。一方、ＩＧＢＴをスイッチング素子として用いる場合、ＩＥＳ電源のパルストランス・インダクタンスは１ｍＨ、印加した電気パルスのピーク電圧は２５ｋＶ、半値幅ＦＷＨＭは１０μｓ、周波数は５ｋＨｚ、電力は２００Ｗである。
【０１２２】
その結果、ＳＩサイリスタをスイッチング素子として用いる場合、表面処理を行う前においては、水接触角θは５５°であり、ガラス基板の表面は撥水性であったが、表面処理を行った後においては、水接触角θは測定可能な５°を下回り、ガラス基板の表面は親水性となっていた。一方、ＩＧＢＴをスイッチング素子として用いる場合、表面処理を行う前においては、水接触角θは５５°であり、ガラス基板の表面は撥水性であったが、表面処理を行った後においては、水接触角θは６°となり、ガラス基板の表面は親水性となっていた。このように、ＩＥＳ電源を用いることで良好な表面処理を行うことができることが確認された。
【０１２３】
＜７．２  最大搬送速度及びワーク温度上昇に対する電源の形式及び処理ガスの組成の影響＞
本実験では、最大搬送速度及びワーク温度上昇に対する電源の形式及び処理ガスの組成の影響を調査した。その結果を図１６の一覧表に示す。
【０１２４】
本実験では、電源の形式として誘導エネルギー蓄積型及び静電エネルギー蓄積型の２水準、処理ガスの組成として窒素ガス１００％及び窒素ガス９８％＋酸素ガス２％（体積百分率）の２水準を設定した。「最大搬送速度」とは、ガラス基板の表面に定められた７箇所の全ての水接触角θを５０°から５°まで低下させることができるガラス基板の搬送速度の最大値である。「ワーク温度上昇」とは、最大搬送速度でガラス基板を搬送したときのガラス基板の温度の上昇量である。処理ガスの供給量は３０リットル／分、印加した電気パルスの電力は５００Ｗ、間隙１０２２の間隔は５ｍｍである。ワークたるガラス基板は辺長が３５０ｍｍで板厚が１．１ｍｍの正方形板である。
【０１２５】
図１６に示すように、電源の形式が静電エネルギー蓄積型である場合よりも誘導エネルギー蓄積型である場合の方が、最大搬送速度は速くなり、温度上昇は小さくなった。これは、静電エネルギー蓄積型の電源を採用した場合、表面処理の均一性が小さくなるので、ガラス基板を高速に搬送すると表面処理が不十分な箇所が発生するのに対して、誘導エネルギー蓄積型の電源を採用した場合、表面処理の均一性が高くなるので、ガラス基板を高速に搬送しても表面処理が不十分な箇所が発生しないことによる。
【０１２６】
このような温度上昇の抑制は、有機ＥＬ装置の製造におけるアッシング工程やマスク洗浄工程において有機ＥＬ基板やマスクへのダメージを回避するために有効である。すなわち、有機ＥＬ装置の製造においてはワークの温度を１００℃未満にする必要があるが、ワークに付着した有機膜の除去には数分以上の時間が必要であるため、静電エネルギー蓄積型の電源を採用した場合はワークを冷却する必要があるのに対して、誘導エネルギー蓄積型の電源を採用した場合はその必要がない。
【０１２７】
また、図１６に示すように、処理ガスの組成が窒素ガス１００％である場合よりも窒素ガス９８％＋酸素ガス２％である場合の方が最大搬送速度は速くなり、温度上昇は小さくなった。これは、窒素ガス１００％よりも窒素ガス９８％＋酸素ガス２％の処理ガスを採用した場合の方が表面処理の効率を向上することができることによる。
【０１２８】
＜７．３  水接触角θに対する酸素含有量の影響＞
本実験では、水接触角θに対する酸素含有量の影響を調査した。その結果を図１７のグラフに示す。図１７のグラフには、水接触角θの平均値の変化が実線で、水接触角θのバラツキの変化が点線で示されている。処理ガスの供給量は３０リットル／分、印加した電気パルスの電力は４００Ｗ、ガラス基板の搬送速度は１０ｍ／分、吹き出し角度δは４５°、吹き出し口と第１の電極との距離Ｌは３０ｍｍである。ガラス基板は辺長が３００ｍｍで板厚が１．１ｍｍの正方形板である。
【０１２９】
図１７に示すように、酸素ガスの含有量が１−４％の範囲内である場合に水接触角θの平均値が小さくなった。
【０１３０】
＜７．４  水接触角θに対する吹き出し角度δの影響＞
本実験では、水接触角θに対する吹き出し角度δの影響を調査した。その結果を図１８に示す。図１８のグラフには、ガラス基板の搬送速度が１０ｍ／分である場合の水接触角θが実線で、２５ｍ／分である場合の水接触角θが点線で示されている。処理ガスの供給量は３０リットル／分、処理ガスの組成は窒素９８％＋酸素２％、印加した電気パルスの電力は４００Ｗ、吹き出し口と第１の電極との距離Ｌは３０ｍｍである。ガラス基板は辺長が３００ｍｍで板厚が１．１ｍｍの正方形板である。
【０１３１】
図１８に示すように、吹き出し角度δが概ね３０−５０°の範囲内である場合に水接触角θが小さくなった。
【０１３２】
＜７．５  水接触角θに対する搬送速度の影響＞
本実験では、水接触角θに対する搬送速度の影響を調査した。その結果を図１９に示す。図１９のグラフには、水接触角θの平均値が実線で、水接触角θのバラツキが点線で示されている。処理ガスの供給量は３０リットル／分、処理ガスの組成は窒素９８％＋酸素２％、印加した電気パルスの電力は４００Ｗ、吹き出し角度δは４５°、吹き出し口と第１の電極との距離Ｌは３０ｍｍである。ガラス基板は辺長が３００ｍｍで板厚が１．１ｍｍの正方形板である。
【０１３３】
図１９に示すように、ガラス基板の搬送速度が２５ｍ／ｍｉｎ以下の場合、ガラス基板の搬送速度が速くなるほど水接触角θの平均値は大きくなる。しかし。ガラス基板の搬送速度が２５ｍ／ｍｉｎ以下の場合、水接触角θのバラツキは２°以下である。許容される水接触角θのバラツキは、ガラス基板の使用目的その他の事情によって異なるが、水接触角θのバラツキが２°以下であれば、ほとんどの場合において十分であると考えられる。このような小さなバラツキは、パルス電源にＩＥＳ電源を使用したことによるものであって、ＣＥＳ電源を使用した場合には実現することができない。
【０１３４】
＜７．６  水接触角θに対する吹き出し口と第１の電極との距離Ｌの影響＞
本実験では、水接触角θに対する吹き出し口と第１の電極との距離Ｌの影響を調査した。その結果を図２０に示す。図２０のグラフには、ガラス基板の搬送速度が１０ｍ／分である場合の水接触角θが実線で、２５ｍ／分である場合の水接触角θが点線で示されている。処理ガスの供給量は３０リットル／分、処理ガスの組成は窒素９８％＋酸素２％、印加した電気パルスの電力は４００Ｗ、吹き出し角度δは４５°である。ガラス基板は辺長が３００ｍｍで板厚が１．１ｍｍの正方形板である。
【０１３５】
図２０に示すように、概ね、吹き出し口と第１の電極との距離が概ね２０−４０ｍｍの範囲である場合に水接触角θが小さくなった。
【０１３６】
＜７．７  水接触角θに対する１パルスエネルギー密度の影響＞
本実験では、水接触角θに対する１パルスエネルギー密度の影響を調査した。その結果を表１、表２および図２１に示す。図２１のグラフには、表１の条件の下、パルストランス・インダクタンスが２０μＨのＩＥＳ電源を用いて半値幅ＦＷＨＭが８００ｎｓの電気パルスを印加したものが実線で、表２の条件の下、パルストランス・インダクタンスが１ｍＨのＩＥＳ電源を用いて半値幅ＦＷＨＭが１０μｓの電気パルスを印加したものが点線で示されている。それぞれの実施例において、処理ガスの供給量は３０リットル／分、処理ガスの組成は窒素９８％＋酸素２％、吹き出し口と第１の電極との距離Ｌは３０ｍｍである。ワークたるガラス基板は辺長が３００ｍｍで板厚が１．１ｍｍの正方形板である。
【０１３７】
図２２（ａ）は、半値幅ＦＷＨＭが８００ｎｓの電気パルスを印加する場合における、第１の電極構造体と第２の電極構造体の構成の概略を示した図である。第２の電極はステンレスで構成され、第２の誘電体バリアは石英で構成されている。一方、図２２（ｂ）は、半値幅ＦＷＨＭが１０μｓの電気パルスを印加する場合における、第１の電極構造体と第２の電極構造体の構成の概略を示した図である。第２の電極は丸棒形状のタングステンで構成され、第２の誘電体バリアは丸パイプ形状の石英で構成されている。
【０１３８】
【表１】
2010097935.tif 000003
【０１３９】
【表２】
2010097935.tif 000004
【０１４０】
図２１に示すように、半値幅ＦＷＨＭが８００ｎｓの電気パルスを印加した場合および半値幅ＦＷＨＭが１０μｓの電気パルスを印加した場合のどちらの場合も、１パルスエネルギー密度が概ね０．１−１０ｍＪ／ｃｍ2の範囲内である場合に水接触角θが小さくなった。このように、１パルスエネルギー密度が概ね０．１−１０ｍＪ／ｃｍ2の範囲内であれば、ワークの表面処理の効率を向上することができることが確認された。
【０１４１】
＜７．８  水接触角θに対する電極間隔の影響＞
本実験では、水接触角θに対する間隙１０２２の間隔の影響を調査した。その結果を表３および図２３に示す。図２３のグラフには、表３の条件の下、パルストランス・インダクタンスが１ｍＨのＩＥＳ電源を用いて半値幅ＦＷＨＭが１０μｓの電気パルスを印加したときの、水接触角θの平均値の変化が実線で、水接触角θのバラツキの変化が点線で示されている。それぞれの実施例において、処理ガスの供給量は３０リットル／分、処理ガスの組成は窒素９８％＋酸素２％、吹き出し口と第１の電極との距離Ｌは３０ｍｍである。ワークたるガラス基板は辺長が１８ｍｍで板厚が０．２ｍｍの正方形板であり、５個のガラス基板をワークキャリア上に乗せて搬送した。
【０１４２】
図２４は、本実験における第１の電極構造体と第２の電極構造体の構成の概略を示した図である。第２の電極は丸棒形状のタングステンで構成され、第２の誘電体バリアは丸パイプ形状の石英で構成されている。図２４中に示す矢印は、ガラス基板の搬送方向を示している。図２５は、ワークキャリアの上にガラス基板が配置された様子を示した図である。図２５に示すように、５個のガラス基板は搬送方向に垂直な線上に配置されている。
【０１４３】
【表３】
2010097935.tif 000005
【０１４４】
図２３に示すように、間隙１０２２の間隔が１．０−５．０ｍｍの範囲内である場合に水接触角θのバラツキが小さくなった。このように、間隙１０２２の間隔が１〜５ｍｍであることで、間隙１０２２にストリーマ放電を均一に発生させることができることが確認された。
【０１４５】
＜８  その他＞
上記の説明は、全ての局面において例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１４６】
１００  表面処理装置
１０２  リアクタ
１０４  第１の電極構造体
１０６  第１の電極
１０８  ホルダ
１１０  第１の誘電体バリア
１１２  第２の電極構造体
１１４  第２の電極
１１６  第２の誘電体バリア
１１８  処理ガス供給体
１２０  シャワー板
１２２  距離調整体
１２４  ハウジング
１２６  第１のワーク載置台
１２８  第２のワーク載置台
１３０  搬送機構
１３２  ワークキャリア
１３４  １軸ステージロボット
１３６  固定レール
１３８  移動ステージ
１４０  高さ調整台
１４２  絶縁ステージ
１４４  パルス電源
１５０  ＩＥＳ回路
１５８  静電誘導型サイリスタ（ＳＩサイリスタ）
１９０  ワーク
【図１】
2010097935.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010097935.tif 000010
【図６】
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【図７】
2010097935.tif 000012
【図８】
2010097935.tif 000013
【図９】
2010097935.tif 000014
【図１０】
2010097935.tif 000015
【図１１】
2010097935.tif 000016
【図１２】
2010097935.tif 000017
【図１３】
2010097935.tif 000018
【図１４】
2010097935.tif 000019
【図１５】
2010097935.tif 000020
【図１６】
2010097935.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
2010097935.tif 000023
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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