(57)【要約】【課題】ワークに対して異常放電が生じるのを防止しつつ、効率よくプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】プラズマ処理装置１は、ワーク１０の上方に設けられた電極ユニット２と、通電手段３と、処理ガス供給手段４と、冷却手段５とを有している。電極ユニット２は、長手形状の柱状体で構成された電極本体２１１と、この電極本体２１１の内部に、長手方向に沿って設けられた貫通孔２１２とを備えるアース電極２１と、貫通孔２１２に挿通された電極棒２２１を備える印加電極２２とを有する。貫通孔２１２と電極棒２２１との間には隙間が形成されており、この隙間がプラズマ生成空間２７として機能する。また、アース電極２１には、プラズマ生成空間２７を外部に開放するスリット２８が形成されている。このスリット２８からプラズマＰを噴出することにより、ワーク１０にプラズマ処理が施される。【選択図】図２
2010251162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手形状の第１の電極と、
前記第１の電極と離間して、前記第１の電極の外周を覆うように設けられ、電気的に接地された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する通電手段と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成されたプラズマ生成空間に、プラズマ処理を行うための処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを有し、
前記第２の電極の側面には、前記プラズマ生成空間の一部を外部に開放する孔部が、長手方向に沿って連続的または断続的に設けられており、
前記処理ガス供給手段により前記プラズマ生成空間に前記処理ガスを供給するとともに、前記通電手段により前記第１の電極に通電し、前記処理ガスを活性化させてプラズマを発生させ、前記孔部を介して前記プラズマをワークに向けて噴出させることにより、前記ワークにプラズマ処理を施すよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１の電極は、横断面形状の外周全体が丸みを帯びている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１の電極と前記第２の電極との離間距離は、長手方向全体で均一である請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１の電極および前記第２の電極の横断面内において、前記第１の電極と前記第２の電極との離間距離は均一である請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第１の電極は、電極本体と、その側面を被覆するように設けられ、誘電体材料で構成された誘電体部と、を有する請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第２の電極は、前記第１の電極を挿通可能な貫通孔を備える本体と、この電極本体の前記プラズマ生成空間に臨む面を被覆するように設けられ、誘電体材料で構成された誘電体部と、を有する請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記貫通孔の横断面形状は、前記第１の電極の横断面形状との間で相似の関係にある請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記誘電体部は、誘電体材料で構成された管状体で構成されている請求項５ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第１の電極と前記第２の電極との離間距離は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１ないし８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記第２の電極の長手方向に直交する方向を幅方向とするとき、前記孔部の幅は、３ｍｍ以下である請求項１ないし９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第２の電極の内部または表面に、冷媒を流すための流路が設けられている請求項１ないし１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
長手形状の円柱体で構成された電極本体と、その側面を被覆するように設けられ、誘電体材料で構成された誘電体部とを備える第１の電極と、
長手形状の柱状体で構成され、前記第１の電極を隙間を介して挿通可能な円柱状の貫通孔を備える電気的に接地された電極本体と、前記貫通孔の内面を被覆するように設けられ、誘電体材料で構成された誘電体部とを備える第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する通電手段と、
前記貫通孔に前記第１の電極の電極本体が挿通されており、この状態で、前記第２の電極と前記第１の電極との隙間に形成されたプラズマ生成空間に対して、プラズマ処理を行うための処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを有し、
前記第２の電極の側面には、前記プラズマ生成空間の一部を外部に開放する孔部が、長手方向に沿って連続的または断続的に設けられており、
さらに、前記第１の電極が備える前記電極本体、前記第１の電極が備える前記誘電体部、前記第２の電極が備える前記貫通孔、および前記第２の電極が備える前記誘電体部は、横断面において同心円状になるよう配置されており、
前記処理ガス供給手段により前記プラズマ生成空間に前記処理ガスを供給するとともに、前記通電手段により前記第１の電極に通電し、前記処理ガスを活性化させてプラズマを発生させ、前記孔部を介して前記発生させたプラズマをワークに向けて噴出させることにより、前記ワークにプラズマ処理を施すよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワークの表面にプラズマ処理を施す装置が知られている。
このようなプラズマ処理装置は、例えば、高周波電圧が印加された電極間にガスを導入してプラズマを発生させ、ワークの表面をプラズマに曝すことによりプラズマ処理を施すものである（例えば、特許文献１参照）。
図５は、従来のプラズマ処理装置を模式的に示す縦断面図である。
図５に示すプラズマ処理装置９は、放電空間９１を形成するための一対の電極９２、９３と、放電空間９１の出口側に設けられ、プラズマ処理に供するワーク（被処理物）９０を配置する被処理物配置部９４と、一対の電極９２、９３の内側の面からワーク９０側の面にかけて覆うように設けられた絶縁性のホルダ本体９５とを有するものである。このうち、一対の電極９２、９３とホルダ本体９５とで電極ユニット９６が構成されている。
【０００３】
また、電極ユニット９６には、電極９２と電極９３との間に電圧を印加する通電手段９７が接続されている。
このようなプラズマ処理装置９では、放電空間９１に処理ガスＧを供給するとともに電極９３に電圧を印加すると、放電空間９１中の処理ガスＧがプラズマ化する。その後、プラズマ化された処理ガスＧを放電空間９１から被処理物配置部９４側に噴出させることにより、プラズマ化された処理ガスＧをワーク９０に接触させ、これによりワーク９０にプラズマ処理が施される。このようなプラズマ処理装置９は、一般に「リモート式プラズマ処理装置」と称される。
【０００４】
ところで、図５に示すプラズマ処理装置９では、電極ユニット９６とワーク９０とを近づけることにより、処理効率（処理速度）を高めることができる。
しかしながら、電極ユニット９６とワーク９０とを近づけた場合、離間距離がある距離より小さくなると、電極９３とワーク９０との間に異常放電（アーク放電）Ｄが生じる。このような異常放電Ｄが生じると、ワーク９０に変質・劣化をもたらすばかりか、電極ユニット９６にも不具合を生じさせる。
一方、異常放電Ｄを避けるため、電極ユニット９６とワーク９０との離間距離をしきい値より大きくした場合、プラズマ化された処理ガスＧがワーク９０に到達するまでに時間がかかり過ぎることとなり、プラズマ化された処理ガスＧの活性度が経時的に低下する。このため、プラズマ処理の効率低下を招くこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２６６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ワークに対して異常放電が生じるのを防止しつつ、効率よくプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のプラズマ処理装置は、長手形状の第１の電極と、
前記第１の電極と離間して、前記第１の電極の外周を覆うように設けられ、電気的に接地された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する通電手段と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成されたプラズマ生成空間に、プラズマ処理を行うための処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを有し、
前記第２の電極の側面には、前記プラズマ生成空間の一部を外部に開放する孔部が、長手方向に沿って連続的または断続的に設けられており、
前記処理ガス供給手段により前記プラズマ生成空間に前記処理ガスを供給するとともに、前記通電手段により前記第１の電極に通電し、前記処理ガスを活性化させてプラズマを発生させ、前記孔部を介して前記プラズマをワークに向けて噴出させることにより、前記ワークにプラズマ処理を施すよう構成されたことを特徴とする。
これにより、ワークに対して異常放電が生じるのを防止しつつ、効率よくプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置が得られる。
【０００８】
本発明のプラズマ処理装置は、前記第１の電極は、横断面形状の外周全体が丸みを帯びていることが好ましい。
これにより、第１の電極は、その外周面に角部や突起部が存在しないものとなるため、放電に至る電圧を高めることができ、異常放電の発生を防止し得るものとなる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記第１の電極と前記第２の電極との離間距離は、長手方向全体で均一であることが好ましい。
これにより、プラズマ生成空間の長手方向全体で電界強度が均一になり、プラズマ生成空間に発生するプラズマの密度の均一化を図ることができる。その結果、ワークに対して均一なプラズマ処理を施すことができる。
【０００９】
本発明のプラズマ処理装置では、前記第１の電極および前記第２の電極の横断面内において、前記第１の電極と前記第２の電極との離間距離は均一であることが好ましい。
これにより、プラズマ生成空間の厚さは長手方向のいずれの位置においても一定になり、その結果、第１の電極および第２の電極の全体で均一になる。そして、プラズマ生成空間全体における電界強度が均一になり、プラズマ生成空間に発生するプラズマの密度の均一化を図ることができる。
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置では、前記第１の電極は、電極本体と、その側面を被覆するように設けられ、誘電体材料で構成された誘電体部と、を有することが好ましい。
これにより、仮に第１の電極と第２の電極との間で異常放電が発生したとしても、異常放電によって第１の電極の電極本体が損傷を受けるのを防止することができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記第２の電極は、前記第１の電極を挿通可能な貫通孔を備える本体と、この電極本体の前記プラズマ生成空間に臨む面を被覆するように設けられ、誘電体材料で構成された誘電体部と、を有することが好ましい。
これにより、仮に第１の電極と第２の電極との間で異常放電が発生したとしても、異常放電によって第２の電極の電極本体が損傷を受けるのを防止することができる。また、第２の電極の貫通孔に第１の電極を挿通すれば、貫通孔により第１の電極の外周のほとんどが覆われることになるため、ワークに対して異常放電が生じるのをより確実に防止することができる。
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置では、前記貫通孔の横断面形状は、前記第１の電極の横断面形状との間で相似の関係にあることが好ましい。
これにより、プラズマ生成空間の厚さを簡単に均一化することができる。その結果、プラズマ生成空間における電界強度が均一になり、プラズマ生成空間に発生するプラズマの密度の均一化を図ることができる。
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置では、前記誘電体部は、誘電体材料で構成された管状体で構成されていることが好ましい。
これにより、誘電体部がより緻密なものとなるため、誘電体部による第１の電極または第２の電極に対する保護機能をより高めることができる。また、第１の電極または第２の電極と誘電体部との分離が可能になることから、部分的な交換によるメンテナンスが可能になる。その結果、定期的に部品交換を行うことによって、均一かつ高効率のプラズマ処理を長期にわたって簡単に維持し得るだけでなく、メンテナンスコストの低減を図ることもできる。
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置では、前記第１の電極と前記第２の電極との離間距離は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
これにより、第１の電極と第２の電極との離間距離が最適化されることから、プラズマ生成空間における異常放電の発生を防止しつつ、処理ガスを効率よくプラズマ化することができる。
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置では、前記第２の電極の長手方向に直交する方向を幅方向とするとき、前記孔部の幅は、３ｍｍ以下であることが好ましい。
これにより、第１の電極のうち、ワークに直接臨む部分の面積を最小限に抑えつつ、孔部を介して、十分な量のプラズマをワークの被処理面に対して噴出させることができる。その結果、第１の電極とワークとの間で発生する異常放電をより確実に防止しつつ、高効率のプラズマ処理が可能になる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記第２の電極の内部または表面に、冷媒を流すための流路が設けられていることが好ましい。
これにより、プラズマ生成に伴う第２の電極の温度上昇を緩和し、熱影響に伴う第２の電極の劣化を防止することができる。
【００１５】
本発明のプラズマ処理装置は、長手形状の円柱体で構成された電極本体と、その側面を被覆するように設けられ、誘電体材料で構成された誘電体部とを備える第１の電極と、
長手形状の柱状体で構成され、前記第１の電極を隙間を介して挿通可能な円柱状の貫通孔を備える電気的に接地された電極本体と、前記貫通孔の内面を被覆するように設けられ、誘電体材料で構成された誘電体部とを備える第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する通電手段と、
前記貫通孔に前記第１の電極の電極本体が挿通されており、この状態で、前記第２の電極と前記第１の電極との隙間に形成されたプラズマ生成空間に対して、プラズマ処理を行うための処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを有し、
前記第２の電極の側面には、前記プラズマ生成空間の一部を外部に開放する孔部が、長手方向に沿って連続的または断続的に設けられており、
さらに、前記第１の電極が備える前記電極本体、前記第１の電極が備える前記誘電体部、前記第２の電極が備える前記貫通孔、および前記第２の電極が備える前記誘電体部は、横断面において同心円状になるよう配置されており、
前記処理ガス供給手段により前記プラズマ生成空間に前記処理ガスを供給するとともに、前記通電手段により前記第１の電極に通電し、前記処理ガスを活性化させてプラズマを発生させ、前記孔部を介して前記発生させたプラズマをワークに向けて噴出させることにより、前記ワークにプラズマ処理を施すよう構成されたことを特徴とする。
【００１６】
これにより、ワークに対して異常放電が生じるのを防止しつつ、効率よくプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置が得られる。また、これにより、プラズマ生成空間の厚さを簡単に均一化することができる。その結果、プラズマ生成空間における電界強度が均一になり、プラズマ生成空間に発生するプラズマの密度の均一化を図ることができる。そして、プラズマ生成空間の厚さを簡単に均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】孔部をワーク側から見たときの平面図である。
【図５】従来のプラズマ処理装置を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のプラズマ処理装置について、図示の好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の実施形態を模式的に示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図２に示すＢ−Ｂ線断面図である。なお、以下の説明では、図１〜３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図２中の右側を「右」、下側を「下」と言う。
【００１９】
図１に示すプラズマ処理装置１は、ワーク１０の被処理面１０１に対して、所定の膜を成膜する成膜処理、被処理面１０１を厚さ方向に研削したり所定の形状に加工したりするエッチング加工、被処理面１０１上の不要物を分解・除去するアッシング処理、被処理面１０１に親水性を付与する親水化処理、被処理面１０１に撥水性を付与する撥水化処理等の各種プラズマ処理を施す装置である。
このプラズマ処理装置１は、ワーク１０の上方に設けられた電極ユニット２と、この電極ユニット２に通電する通電手段３と、電極ユニット２に処理ガスを供給する処理ガス供給手段４と、電極ユニット２中に冷却水（冷媒）Ｗを循環させる冷却手段５とを有している。以下、各部の構成について詳細に説明する。
【００２０】
電極ユニット２は、図２または図３に示すように、長手形状の柱状体で構成された電極本体２１１と、この電極本体２１１の内部に、長手方向に沿って設けられた貫通孔２１２とを備えるアース電極（第２の電極）２１と、貫通孔２１２に挿通された電極棒２２１および電極棒２２１の右端部に設けられた印加部２２２を備える印加電極（第１の電極）２２と、アース電極２１の右端に隣接して設けられ、アース電極２１と印加電極２２とを絶縁する絶縁部２３と、アース電極２１の左端に隣接して設けられ、アース電極２１と印加電極２２とを絶縁する絶縁部２４とを有している。
【００２１】
なお、電極棒２２１は、アース電極２１より右方に突出するように設けられており、さらに、アース電極２１の右端に隣接する絶縁部２３を貫通して右方に突出している。そして、印加部２２２は、この電極棒２２１の突出部に接続されている。また、電極棒２２１は、その軸線がワーク１０の被処理面１０１と平行になるよう配置されている。これにより、電極棒２２１と被処理面１０１との離間距離が均一になり、被処理面１０１に対して均一なプラズマ処理が可能になる。
【００２２】
また、印加電極２２は、電極棒２２１（電極本体）の側面を覆うように設けられた誘電体管（誘電体部）２５を有している。この誘電体管２５は、誘電体材料で構成された管状体であり、電極棒２２１の外径と誘電体管２５の内径とがほぼ一致するようになっている。これにより、電極棒２２１の外周面と誘電体管２５の内周面とが摺接した状態になっている。
【００２３】
一方、アース電極２１も、電極本体２１１に形成された貫通孔２１２の内周面を覆うように設けられた誘電体管（誘電体部）２６を有している。この誘電体管２６も、誘電体管２５と同様、誘電体材料で構成された管状体であり、貫通孔２１２の内径と誘電体管２６の外径とがほぼ一致するようになっている。これにより、貫通孔２１２の内周面と誘電体管２６の外周面とが摺接した状態になっている。
【００２４】
さらに、誘電体管２５と誘電体管２６との間には、隙間が形成されている。この隙間の両端部は、前述したように絶縁部２３および絶縁部２４が設けられており、これらにより、前記隙間の両端部が閉塞されている。なお、この隙間には、前述した処理ガス供給手段４により処理ガスＧが供給される。処理ガスＧが供給された状態で、通電手段３によりアース電極２１と印加電極２２との間に通電すると、処理ガスＧがプラズマ化され、プラズマＰが生成される。すなわち、誘電体管２５と誘電体管２６との隙間は、プラズマ生成空間２７として機能する。
そして、アース電極２１の電極本体２１１および誘電体管２６には、これらの軸線に対して直交する方向に設けられた２本の配管４１が挿通されている。この配管４１は、プラズマ生成空間２７と外部とを連通するように設けられており、この配管４１を介してプラズマ生成空間２７に処理ガスＧを供給し得るよう構成されている。
【００２５】
また、プラズマ生成空間２７の下方に位置するアース電極２１と誘電体管２６には、プラズマ生成空間２７を外部に開放する孔部であって、ワーク１０側から見たときに細長い帯状をなすスリット２８が設けられている。なお、スリット２８は、電極ユニット２のワーク１０側に形成されている。これにより、プラズマ生成空間２７で発生したプラズマＰを、処理ガスＧの流れに伴って、スリット２８からワーク１０の被処理面１０１に噴出させることができる。その結果、被処理面１０１にプラズマ処理を施すことができる。
このような構成のプラズマ処理装置１では、処理ガスＧに対して電圧（一般的には高周波電圧）を印加するための電極棒２２１の外周のほとんどが、アース電極２１で覆われることとなる。換言すれば、電極棒２２１の外周は、スリット２８を除いて、アース電極２１で覆い隠されている。
【００２６】
ところで、従来のプラズマ処理装置９では、図４に示すように、電圧を印加する電極９３が、絶縁性のホルダ本体９５で覆われているものの、ホルダ本体９５を貫通する電界によって、電極９３とワーク９０との間に異常放電が発生し、この異常放電に伴ってワーク９０に変質・劣化が生じることが避けられなかった。
これに対し、本発明によれば、前述したように電極棒２２１の外周のほとんどがアース電極２１で覆われているため、電極棒２２１とワーク１０との間に異常放電が生じるのを確実に避けることができる。
【００２７】
また、このように異常放電の発生を避けることができるので、従来に比べて、電極ユニット２とワーク１０とをより近づけることができる。これにより、プラズマ生成空間２７とワーク１０との距離が近づくため、プラズマ生成空間２７で発生したプラズマＰは、より短時間でワーク１０に到達することができる。その結果、プラズマＰ中のラジカルは、失活する（ラジカルとしての寿命が尽きる）前にワーク１０と接触することができるようになり、プラズマ処理の効率を高めることができる。
【００２８】
さらに、電極棒２２１の外周を覆うようにアース電極２１が設けられた結果、プラズマ生成空間２７の形状は細長い管状をなすものとなる。これにより、配管４１からプラズマ生成空間２７に供給された処理ガスＧは、直接的にスリット２８に向かうのではなく、電極棒２２１を回り込むようにしてスリット２８に向かうこととなる。このため、プラズマ生成空間２７内における処理ガスＧの流れに均一な抵抗が付与されることとなり、配管４１の取り付け位置によらず、処理ガスＧの流速の均一化が図られる。その結果、スリット２８から噴出されるプラズマＰの密度のバラつきを抑制し、ワーク１０に対して均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００２９】
ここで、図３に示す電極棒２２１、誘電体管２５、誘電体管２６および貫通孔２１２では、それぞれ、外周面および内周面の横断面形状が円形をなしている。各部がこのような形状をなしていることにより、アース電極２１の貫通孔２１２と印加電極２２の電極棒２２１との間における異常放電（アーク放電等）の発生を防止することができる。これは、貫通孔２１２および電極棒２２１の横断面形状が円形である場合、貫通孔２１２の内周面や電極棒２２１の外周面に角部や突起部が存在しないため、放電に至る電圧を高めることができ、その結果、放電が起き難くなることに起因している。
このようにして貫通孔２１２と電極棒２２１との間における異常放電を防止することにより、異常放電に伴うアース電極２１や印加電極２２の変質・劣化を防止することができる。その結果、長期にわたってプラズマＰを安定的に発生させることが可能になるとともに、電極ユニット２の長寿命化を図ることができる。
【００３０】
なお、電極棒２２１、誘電体管２５、誘電体管２６および貫通孔２１２では、それぞれの外周面および内周面の横断面形状は、図３のような真円に限られない。例えば、前記横断面形状が、楕円、長円またはこれらの形状に準じた形状（丸みを帯びた形状）であっても、異常放電の発生が防止され、上述したような効果を奏する。
また、電極棒２２１および誘電体管２５の外周面の横断面形状が丸みを帯びた形状になっていることにより、電極棒２２１および誘電体管２５を回り込むように流れる処理ガスＧの流れが滑らかになり、電極棒２２１や誘電体管２５近傍における処理ガスＧの滞留が抑制される。その結果、プラズマ化した処理ガスＧをスリット２８から偏りなく噴出させることができる。
【００３１】
また、図３に示す電極ユニット２では、電極棒２２１、誘電体管２５、誘電体管２６および貫通孔２１２が、その横断面において同心円状になるよう配置されている。さらに、電極棒２２１、誘電体管２５、誘電体管２６および貫通孔２１２は、その軸線がそれぞれ平行である。電極棒２２１、誘電体管２５、誘電体管２６および貫通孔２１２の各部がこのように配置された結果、プラズマ生成空間２７の厚さ（誘電体管２５と誘電体管２６との離間距離）は、電極ユニット２のいずれの位置においても一定であり、また、電極ユニット２の全体で均一になる。これにより、プラズマ生成空間２７における電界強度が均一になり、プラズマ生成空間２７に発生するプラズマＰの密度の均一化を図ることができる。このような特徴を有するプラズマ処理装置１は、ワーク１０に対して均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００３２】
なお、電極棒２２１の外周面、誘電体管２５の内外周面、誘電体管２６の内外周面および貫通孔２１２の内周面は、その横断面形状が互いに相似の関係にあるのが好ましい。この関係としては、例えば、図３に示すように、いずれもが真円であり、かつそれぞれの円の半径が互いに異なっているような場合である。これにより、プラズマ生成空間２７の厚さを簡単に均一化することができる。
【００３３】
また、電極棒２２１と貫通孔２１２のうち、プラズマ生成空間２７に臨む面に各誘電体管２５、２６を設けたことにより、電極棒２２１の外周面と貫通孔２１２の内周面とが放電の影響から保護されることとなる。すなわち、各誘電体管２５、２６を設けたことにより、仮に貫通孔２１２と電極棒２２１との間に異常放電が発生したとしても、異常放電によって貫通孔２１２の内周面や電極棒２２１の外周面が損傷を受けるのを防止することができる。
【００３４】
ところで、アース電極２１および印加電極２２の電極棒２２１は、それぞれ導電性材料で構成されている。
かかる導電性材料としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄、銀等の金属単体、ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム合金等の各種合金、金属間化合物、各種炭素材料等が挙げられる。このうち、導電性、耐久性等の観点から、ステンレス鋼が好ましく用いられる。
【００３５】
一方、印加電極２２の印加部２２２は、銅または銅合金のような特に導電性の高い材料で構成されるのが好ましい。
また、誘電体管２５および誘電体管２６を構成する誘電体材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、チタニア、窒化ケイ素、チタン酸バリウムのような各種セラミックス材料、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのような各種ガラス材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドのような各種熱可塑性樹脂材料、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂のような各種熱硬化性樹脂材料等が挙げられる。このうち、耐熱性、耐久性等の観点から、アルミナが好ましく用いられる。
【００３６】
また、絶縁部２３および絶縁部２４を構成する絶縁材料としては、前述した誘電体材料と同様のものが挙げられる。このうち、絶縁性、耐久性等の観点から、アルミナが好ましく用いられる。
なお、図２に示す誘電体管２５と誘電体管２６との隙間（プラズマ生成空間２７）の両端部は、前述したように、絶縁部２３および絶縁部２４で閉塞されているが、この閉塞を担っている絶縁部２３、２４の一部を、樹脂製部品で代替するようにしてもよい。これにより、閉塞部の気密性をより高めることができる。
【００３７】
かかる樹脂製部品を構成する樹脂材料としては、例えば、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム等の各種ゴム材料が挙げられる。
また、誘電体管２５と誘電体管２６との離間距離（プラズマ生成空間２７の平均厚さ）は、アース電極２１と印加電極２２との間に印加される電圧等のプラズマ生成条件に応じて若干異なるものの、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であるのが好ましく、０．８ｍｍ以上３ｍｍ以下であるのがより好ましい。プラズマ生成空間２７の平均厚さを前記範囲内に設定することにより、前記離間距離が最適化されることから、異常放電の発生を防止しつつ、処理ガスを効率よくプラズマ化することができる。
【００３８】
また、誘電体管２５および誘電体管２６の平均厚さは、アース電極２１と印加電極２２との間に印加される電圧等のプラズマ生成条件に応じて若干異なるものの、３ｍｍ以下であるのが好ましく、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、各誘電体管２５、２６の機械的特性、製造容易性および耐久性が高くなるとともに、異常放電の発生をより確実に防止することができるようになる。
【００３９】
なお、各誘電体管２５、２６は、上述したような誘電体材料で構成された管状体に限らず、各種成膜方法で成膜された被膜であってもよい。このような被膜を作製する成膜方法としては、例えば溶射法、ＣＶＤ法、ゾル・ゲル法等が挙げられる。しかしながら、上述したような管状体を用いた場合には、各誘電体管２５、２６が被膜に比べてより緻密なものとなるため、貫通孔２１２の内周面と電極棒２２１の外周面に対する保護機能をより高めることができる。
【００４０】
さらには、各誘電体管２５、２６として管状体を用いた場合、必要に応じて、貫通孔２１２と誘電体管２６との分離や、電極棒２２１と誘電体管２５との分離が可能になる。このため、長期間の稼働によって、貫通孔２１２や電極棒２２１が消耗・損傷したり、各誘電体管２５、２６が消耗・損傷したりした場合には、電極ユニット２全体を交換することなく、部分的な交換が可能になる。このため、プラズマ処理装置１では、定期的に部品交換を行うことによって、均一かつ高効率のプラズマ処理を長期にわたって簡単に維持し得るだけでなく、メンテナンスコストの低減を図ることもできる。
【００４１】
一方、スリット２８の幅（図３に示す幅Ｗｓ）は、３ｍｍ以下であるのが好ましく、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であるのがより好ましい。スリット２８の幅を前記範囲内にすることにより、電極棒２２１のうち、ワーク１０に直接臨む部分の面積を最小限に抑えつつ、スリット２８を介して、十分な量のプラズマＰをワーク１０の被処理面１０１に対して噴出させることができる。その結果、電極棒２２１とワーク１０との間で発生する異常放電をより確実に防止しつつ、高効率のプラズマ処理が可能になる。
なお、スリット２８は、図３に示すように、アース電極２１の電極本体２１１の下面に設けられている。この下面は、ワーク１０の被処理面１０１とほぼ平行な面である。
【００４２】
そして、本実施形態では、電極本体２１１は図１および図３に示すように、その横断面形状が六角形になっており、下面に隣接する側面は被処理面１０１に対して傾斜している。その結果、スリット２８から噴出されたプラズマＰは、ワーク１０に対してプラズマ処理を施した後、両側に流れ、電極ユニット２とワーク１０との間に閉じ込められることなく、速やかに拡散することができる。これにより、プラズマＰが被処理面１０１近傍に長期間滞在するのを防止して、意図しないプラズマ処理が進行するのを避けることができる。
【００４３】
通電手段３は、電極ユニット２に通電するものである。
このような通電手段３は、印加電極２２に高周波電圧を印加する高周波電源３１と、高周波電源３１と印加電極２２との間を電気的に接続するとともに、高周波電源３１やアース電極２１を電気的に接地するための配線３２とを有している。
また、図示しないものの、通電手段３は、供給する高周波電圧に対する整合回路（インピーダンスマッチング回路）や、高周波電圧の周波数を変える周波数調整手段（回路）や、高周波電源３１の高周波電圧の最大値（振幅）を変える電圧調整手段（回路）等を有していてもよい。これにより、ワーク１０に対するプラズマ処理の処理条件を適宜調整することができる。
【００４４】
また、高周波電圧の周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であるのが好ましく、１ＭＨｚ以上７０ＭＨｚ以下であるのがより好ましい。
さらに、高周波電圧の出力密度は、特に限定されないが、０．０１Ｗ／ｃｍ２以上１０Ｗ／ｃｍ２以下であるのが好ましく、０．１Ｗ／ｃｍ２以上２．５Ｗ／ｃｍ２以下であるのがより好ましい。
【００４５】
処理ガス供給手段４は、プラズマ生成空間２７に処理ガスＧを供給するものである。
このような処理ガス供給手段４は、処理ガスＧを供給するガス供給部４２と、ガス供給部４２とアース電極２１とを接続する配管４３とを有している。配管４３は、途中で２つに分岐しており、アース電極２１の両端部にそれぞれ処理ガスＧを供給し得るようになっている。また、各配管４３は、それぞれアース電極２１に設けられた配管４１と、インレット４４を介して接続されている。
【００４６】
これにより処理ガス供給手段４は、ガス供給部４２で発生した処理ガスＧを、配管４３、インレット４４および配管４１を介して、プラズマ生成空間２７に供給することができる。
また、図示しないものの、処理ガス供給手段４は、ガス供給部４２から供給される処理ガスＧの流量を調整するマスフローコントローラー（流量調整手段）、配管４３の途中に設けられ、配管４３を開閉するバルブ等を有していてもよい。
【００４７】
処理ガスＧ中に含まれる反応ガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＣｌＦ３、ＳＦ６、ＷＦ６のようなフッ素原子含有化合物ガス、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＡｌＣｌ４のような塩素原子含有化合物ガス等の各種ハロゲン系ガス、ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４のようなシラン系ガス、窒素ガス、酸素ガス、オゾンガス、水蒸気等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上の混合ガスが用いられる。
【００４８】
上記のガス（反応ガス）の処理ガスＧ中の割合は、０．１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下程度に設定するのが好ましく、０．５ｖｏｌ％以上５ｖｏｌ％以下程度に設定するのがより好ましい。
また、ガス供給部４２から供給される処理ガスＧの流量は、０．１ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下程度であるのが好ましく、５ｓｌｍ以上１５ｓｌｍ以下程度であるのがより好ましい。
【００４９】
なお、処理ガスＧは、上記反応ガスの他に、ヘリウム、アルゴン等の希ガス等を含んでいてもよい。
冷却手段５は、アース電極２１中に冷却水（冷媒）Ｗを循環させ、アース電極２１を冷却するものである。
このような冷却手段５は、冷却水Ｗを送出する冷却水ポンプ５２と、冷却水ポンプ５２とアース電極２１とを接続する配管５３とを有している。
【００５０】
また、アース電極２１の電極本体２１１の内部には、電極本体２１１の下面側を循環するような流路５１が形成されており、流路５１の両端には、それぞれインレット５４が設けられている。
このような冷却手段５は、冷却水ポンプ５２から送出された冷却水Ｗが、配管５３、インレット５４、流路５１、インレット５４および配管５３を経て、再び冷却水ポンプ５２に戻るよう構成されている。かかる冷却手段５により、プラズマ生成に伴うアース電極２１の温度上昇を緩和し、熱影響に伴うアース電極２１の劣化を防止することができる。
【００５１】
なお、プラズマ処理に供されるワーク１０は、いかなるものでもよいが、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、またはこれらの金属を含む合金等の各種金属系材料、水晶、サファイア、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ダイヤモンド等の各種結晶性材料、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス材料、アルミナ、チタニア等の各種セラミックス材料、シリコン、ガリウム−ヒ素等の各種半導体材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、液晶ポリマー、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の各種プラスチック（樹脂材料）等が挙げられる。
【００５２】
以上のようなプラズマ処理装置１によれば、電極ユニット２とワーク１０とを近づけたとしても、その間における異常放電の発生を防止することができるので、異常放電に伴うワーク１０の変質・劣化を防止しつつ、プラズマ処理の効率を高めることができる。
このようなプラズマ処理装置１を用いてワーク１０にプラズマ処理を行う場合、まず、処理ガス供給手段４により、プラズマ生成空間２７中に処理ガスＧを供給する。
【００５３】
次いで、通電手段３により、アース電極２１と印加電極２２との間に高周波電圧を印加し、処理ガスＧをプラズマ化する。これによりラジカルを含むプラズマＰが生成される。
このプラズマＰは、処理ガスＧの流れとともにスリット２８からワーク１０に向けて噴出され、ワーク１０に対してプラズマ処理が行われる。
この際、電極ユニット２とワーク１０との離間距離は、特に限定されないが、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下であるのが好ましく、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であるのがより好ましい。離間距離を前記範囲内とすることにより、ワーク１０に対する異常放電を確実に防止しつつ、プラズマ処理を効率よく行うことができる。
【００５４】
また、プラズマ処理を行いつつ、電極ユニット２とワーク１０とを相対的に移動することにより、移動の軌跡に沿った広い領域に対してプラズマ処理を行うことができる。
なお、電極ユニット２のスリット２８の長さは、ワーク１０の幅より長くても短くてもよい。前者の場合には、ワーク１０の長手方向に沿って電極ユニット２を走査することにより、被処理面１０１の全面に対して１回の走査で均一なプラズマ処理を行うことができる。また、後者の場合には、ワーク１０の幅方向に電極ユニット２を徐々にずらしつつ、電極ユニット２を往復させることにより、被処理面１０１に均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００５５】
したがって、スリット２８の長さは、ワーク１０の寸法に応じて適宜設定されるものの、一例としては、５０ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とされる。
また、スリット２８の長さによらず、処理ガスＧをアース電極２１に導入する際の導入口となる２つのインレット４４の配置は、スリット２８の長手方向の中央に対して対称になっているのが好ましい。これにより、処理ガスＧの濃度がプラズマ生成空間２７内において均一となり、均一なプラズマＰが生成する。その結果、スリット２８の全体において、均一なプラズマ処理が可能になる。
【００５６】
また、図４は、電極ユニット２をワーク１０側から見たときの平面図である。
図２および図３に示すスリット２８は、図４（ａ）に示すように、一定の幅を有する長方形をなしている。しかしながら、スリット２８の平面視形状は、このような形状に限定されず、幅が一定でない四角形、他の多角形等であってもよい。
図４（ｂ）、（ｃ）は、スリット２８の他の構成例である。
図４（ｂ）に示すスリット２８’は、長手方向の両端部においてその幅が相対的に狭く、長手方向の中央部においてその幅が相対的に広くなっている。これにより、スリット２８’から噴出されるプラズマＰの流量の均一化を図ることができる。その理由としては以下のことが考えられる。
【００５７】
配管４１の本数が少ない場合、スリットの長手方向全体で噴出させるプラズマの流量の均一化を図ることが難しい。図２では、スリット２８の両端部付近に対応して配管４１が設けられているため、スリット２８の両端部と中央部とを比べた場合、中央部に比べて両端部におけるプラズマＰの流量が大きくなってしまうと考えられる。その結果、ワーク１０では、スリット２８の両端部に対応する領域において、プラズマ処理が過度に進行し、均一な処理が困難になるおそれがある。
【００５８】
これに対し、図４（ｂ）に示すスリット２８’では、長手方向の両端部においてその幅が相対的に狭くなっているため、両端部ではプラズマＰの流量が制限される一方、長手方向の中央部においてはその幅が相対的に広くなっているため、プラズマＰの流量がほとんど制限されない。その結果、スリット２８’の全体において流量の均一化が図られることとなり、均一なプラズマ処理が可能になると考えられる。
【００５９】
また、図４（ｃ）に示す孔部２９は、図４（ａ）に示すスリット２８を代替するものであり、アース電極２１の長手方向に沿って等間隔に設けられた複数の孔部で構成されている。これらの孔部２９は、それぞれ平面視で円形をなしている。これらの孔部２９の内径は、複数の孔部間で等しくてもよいが、図４（ｃ）に示すように、アース電極２１の端部に向かうほど相対的に小さくなり、中央部に向かうほど相対的に大きくなっているのが好ましい。このようにして各孔部２９の内径を異ならせることにより、図４（ｂ）に示すスリット２８’と同様、各孔部２９から噴出させるプラズマＰの流量の均一化を図ることができる。これにより、均一なプラズマ処理が可能になる。
なお、各孔部２９の平面視形状は、円形に限らず、多角形等の形状であってもよい。
【００６０】
以上、本発明のプラズマ処理装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、プラズマ処理装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成と置換することができ、または、任意の構成のものを付加することもできる。
例えば、冷却水Ｗは、ガス状の冷却ガスで代替することもできる。
また、スリット２８は、図２に示すような長手方向に沿って連続的に形成された孔部であってもよいが、長手方向に沿って断続的に形成された孔部であってもよい。この場合、複数の孔部の配置は、等間隔であるのが好ましい。
【符号の説明】
【００６１】
１……プラズマ処理装置  １０……ワーク  １０１……被処理面  ２……電極ユニット  ２１……アース電極  ２１１……電極本体  ２１２……貫通孔  ２２……印加電極  ２２１……電極棒  ２２２……印加部  ２３、２４……絶縁部  ２５、２６……誘電体管  ２７……プラズマ生成空間  ２８、２８’……スリット  ２９……孔部  ３……通電手段  ３１……高周波電源  ３２……配線  ４……処理ガス供給手段  ４１、４３……配管  ４２……ガス供給部  ４４……インレット  ５……冷却手段  ５１……流路  ５２……冷却水ポンプ  ５３……配管  ５４……インレット  ９……プラズマ処理装置  ９０……ワーク  ９１……放電空間  ９２、９３……電極  ９４……被処理物配置部  ９５……ホルダ本体  ９６……電極ユニット  ９７……通電手段  Ｇ……処理ガス  Ｗ……冷却水  Ｐ……プラズマ  Ｄ……異常放電  Ｗｓ……幅
【図１】
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【図２】
2010251162.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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