(57)【要約】【課題】大気圧プラズマによって効率よく被加工面を加工することができる大気圧プラズマ発生用電極および大気圧プラズマ発生装置、ならびにそれを用いた大気圧プラズマ加工物の製造方法を提供することである。【解決手段】中空部に位置する第１ガス内側流路２４、および側壁部に位置し流路２４につながっている貫通孔２５を有する電極部２と、隙間を介して側壁部を囲んでいる管状体３と、隙間に位置し貫通孔２５につながっている第１ガス外側流路４と、流路４につながっている第１ガス供給口５とを備え、電極部２は、中空部に流路２４とは仕切られて位置する第２ガス流路２６と、底部に位置し流路２６につながっている第２ガス供給口２７とを有する大気圧プラズマ発生用電極１である。この電極１を備える大気圧プラズマ発生装置１０、およびそれを用いた大気圧プラズマ加工物の製造方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面および下面を有する板状の底部、該底部の外周部に接続されて上方に延びている管状の側壁部、前記底部の上面および前記側壁部の内面によって囲まれている中空部、該中空部に位置しており第１プロセスガスが流れる第１ガス内側流路、ならびに前記側壁部に位置しており前記第１ガス内側流路につながっている少なくとも１つの貫通孔を有する電極部と、
隙間を介して内面で前記側壁部の外面を囲んでいる管状体と、
前記隙間に位置しており前記少なくとも１つの貫通孔につながっている第１ガス外側流路と、
前記底部と前記管状体の下端部との間に位置しており前記第１ガス外側流路につながっている少なくとも１つの第１ガス供給口とを備えており、
前記電極部は、前記中空部に前記第１ガス内側流路とは仕切られて位置しており第２プロセスガスが流れる第２ガス流路と、前記底部に位置しており前記第２ガス流路につながっている少なくとも１つの第２ガス供給口とをさらに有する、大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項２】
前記電極部は、複数の前記第２ガス供給口を有する、請求項１に記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項３】
前記複数の第２ガス供給口は、仮想の斜め格子子の交差点に配置されている、請求項２に記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第２ガス供給口は、前記底部の中央部に位置している、請求項１〜３のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項５】
前記底部のうち前記少なくとも１つの第２ガス供給口が位置している領域の外縁部は、前記底部の上面と前記側壁部の内面との交線部と同じ位置か、または該交線部よりも内側に位置している、請求項１〜４のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第２ガス供給口の直径は、前記底部の上面から下面に向かうにつれて大きくなっている、請求項１〜５のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項７】
前記第２ガス流路は、前記中空部を前記底部に向かって延びているガス供給管であり、
前記第１ガス内側流路は、前記ガス供給管の外面と前記側壁部の内面との間に位置している、請求項１〜６のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項８】
前記電極部は、複数の前記貫通孔を有し、該複数の貫通孔は、同じ高さで外周方向に沿って互いに略等間隔に位置している、請求項１〜７のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項９】
前記第１ガス供給口は、前記底部の外周部に沿って環状に連続している、請求項１〜８のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項１０】
前記管状体の前記下端部は、前記電極部の前記底部よりも下方に位置している、請求項１〜９のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項１１】
前記管状体は、絶縁材料からなる、請求項１〜１０のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項１２】
排気用隙間を介して内面で前記管状体の外面を囲んでおり絶縁材料からなるカバーと、
前記管状体と前記カバーの下端部との間に位置している少なくとも１つの吸引口と、
前記排気用隙間に位置しており前記少なくとも１つの吸引口につながっている排気流路と、
前記カバーに位置しており前記排気流路につながっている少なくとも１つの排気口と、
前記少なくとも１つの排気口に接続している排気手段とをさらに備えている、請求項１〜１１のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項１３】
前記カバーの前記下端部は、前記電極部の前記少なくとも１つの貫通孔よりも下方に位置しているとともに、前記管状体の前記下端部と同じ位置か、または前記管状体の前記下端部よりも上方に位置している、請求項１２に記載の大気圧プラズマ発生用電極。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の大気圧プラズマ発生用電極と、
該大気圧プラズマ発生用電極の下方に位置して被加工材を支持する支持台と、
前記被加工材の下方に前記大気圧プラズマ発生用電極に対向して位置している対向電極と、
前記大気圧プラズマ発生用電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１ガス内側流路に前記第１プロセスガスを供給するとともに、前記第２ガス流路に前記第２プロセスガスを供給するガス供給手段と
を備える、大気圧プラズマ発生装置。
【請求項１５】
前記ガス供給手段は、前記第１プロセスガスおよび前記第２プロセスガスのそれぞれの流量を制御する流量制御手段を有する、請求項１４に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の大気圧プラズマ発生装置を用いて大気圧プラズマ加工物を製造する方法であって、
前記ガス供給手段によって、前記第１プロセスガスを前記第１ガス内側流路に供給するとともに、前記第２プロセスガスを前記第２ガス流路に供給する工程と、
前記第１プロセスガスを前記少なくとも１つの第１ガス供給口から前記被加工材の被加工面の外周近傍に供給するとともに、前記第２プロセスガスを前記少なくとも１つの第２ガス供給口から前記被加工面に供給する工程と、
前記電圧印加手段によって、前記大気圧プラズマ発生用電極と前記対向電極との間に電圧を印加し、大気圧プラズマを発生させる工程と
を備える、大気圧プラズマ加工物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧プラズマ発生用電極および大気圧プラズマ発生装置、ならびにそれを用いた大気圧プラズマ加工物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工面を精密に加工する方法の１つとして、大気圧下で発生させたプラズマを利用する大気圧プラズマ法が知られている。大気圧プラズマ法は、高周波電圧を印加した所定の電極にプロセスガスを供給し、大気圧プラズマとともにプロセスガスに基づくラジカルを発生させ、該ラジカルと被加工面とのラジカル反応によって生成した物質を除去することで被加工面を加工する方法である（例えば、特許文献１参照）。
このような大気圧プラズマ法に用いる電極としては、効率よく被加工面を加工できるものが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５１１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、大気圧プラズマによって効率よく被加工面を加工することができる大気圧プラズマ発生用電極および大気圧プラズマ発生装置、ならびにそれを用いた大気圧プラズマ加工物の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の大気圧プラズマ発生用電極は、上面および下面を有する板状の底部、該底部の外周部に接続されて上方に延びている管状の側壁部、前記底部の上面および前記側壁部の内面によって囲まれている中空部、該中空部に位置しており第１プロセスガスが流れる第１ガス内側流路、ならびに前記側壁部に位置しており前記第１ガス内側流路につながっている少なくとも１つの貫通孔を有する電極部と、隙間を介して内面で前記側壁部の外面を囲んでいる管状体と、前記隙間に位置しており前記少なくとも１つの貫通孔につながっている第１ガス外側流路と、前記底部と前記管状体の下端部との間に位置しており前記第１ガス外側流路につながっている少なくとも１つの第１ガス供給口とを備えており、前記電極部は、前記中空部に前記第１ガス内側流路とは仕切られて位置しており第２プロセスガスが流れる第２ガス流路と、前記底部に位置しており前記第２ガス流路につながっている少なくとも１つの第２ガス供給口とをさらに有する。
【０００６】
本発明の大気圧プラズマ発生装置は、上述した大気圧プラズマ発生用電極と、該大気圧プラズマ発生用電極の下方に位置して被加工材を支持する支持台と、前記被加工材の下方に前記大気圧プラズマ発生用電極に対向して位置している対向電極と、前記大気圧プラズマ発生用電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記第１ガス内側流路に前記第１プロセスガスを供給するとともに、前記第２ガス流路に前記第２プロセスガスを供給するガス供給手段とを備える。
【０００７】
本発明の大気圧プラズマ加工物の製造方法は、上述した大気圧プラズマ発生装置を用いて大気圧プラズマ加工物を製造する方法であって、前記ガス供給手段によって、前記第１プロセスガスを前記第１ガス内側流路に供給するとともに、前記第２プロセスガスを前記第２ガス流路に供給する工程と、前記第１プロセスガスを前記少なくとも１つの第１ガス供給口から前記被加工材の被加工面の外周近傍に供給するとともに、前記第２プロセスガスを前記少なくとも１つの第２ガス供給口から前記被加工面に供給する工程と、前記電圧印加手段によって、前記大気圧プラズマ発生用電極と前記対向電極との間に電圧を印加し、大気圧プラズマを発生させる工程とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、大気圧プラズマによって効率よく被加工面を加工できるという効果がある。本発明は、いわゆる大気圧プラズマＣＶＭ（Chemical Vaporization Machining）法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る大気圧プラズマ発生装置を示す概略説明図である。
【図２】図１の大気圧プラズマ発生装置における大気圧プラズマ発生用電極の下方部分を示す部分拡大断面図である。
【図３】図２の大気圧プラズマ発生用電極を矢印Ａ方向から見た図である。
【図４】図２の大気圧プラズマ発生用電極における底部の一部を示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る大気圧プラズマ発生用電極の下方部分を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜大気圧プラズマ発生用電極＞
以下、本発明の一実施形態に係る大気圧プラズマ発生用電極（以下、「電極」と言うことがある。）について、図１〜図４を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態の大気圧プラズマ発生用電極１は、後述する大気圧プラズマ発生装置１０が備えるものであり、電極部２を備えている。本実施形態の電極部２は、図２に示すように、板状の底部２１と、管状の側壁部２２と、底部２１および側壁部２２によって囲まれている中空部２３と、中空部２３に位置している第１ガス内側流路２４と、側壁部２２に位置している少なくとも１つの貫通孔２５とを有する。以下、電極部２の各構成要素について、順に説明する。
【００１２】
本実施形態の底部２１は、上面２１ａおよび下面２１ｂを有する。また、本実施形態の底部２１は、図３に示すように、下面視において円形である。下面視とは、下面２１ｂ側から底部２１を見た状態を意味するものとする。なお、下面視における底部２１の形状は、円形に限定されるものではなく、例えば四角形等の多角形であってもよい。底部２１は、板状としたが、平坦面である必要はない。例えば、下面２１ｂが下側に凸となるような曲面であってもよい。
【００１３】
本実施形態の側壁部２２は、底部２１の外周部に接続されて上方に延びている。より具体的に説明すると、本実施形態の側壁部２２は、底部２１の上面２１ａの外周部に接続されて上方に延びている。上方とは、底部２１に対して後述するプロセスガスの流通方向の上流側のことを意味するものとする。
【００１４】
また、本実施形態の側壁部２２は、底部２１と一体に形成されている。このような構成によれば、電極部２の強度を向上することができる。なお、側壁部２２は、必要に応じて、底部２１と別部材で構成することもできる。また、本実施形態の側壁部２２は、底部２１の上面２１ａの外周部の端部と接続されている。なお、側壁部２２は、底部２１の上面２１ａの外周部の端部よりも内側に接続されていてもよい。
【００１５】
本実施形態の側壁部２２は、略円管状（略円筒状）である。なお、側壁部２２の形状は、略円管状に限定されるものではなく、管状である限り、底部２１の形状に対応して所望の形状にすることができる。
【００１６】
本実施形態の側壁部２２は、底部２１側から上方に向かって順に下側壁部２２１と、下側壁部２２１よりも外径が大きい上側壁部２２２とを有する。
【００１７】
本実施形態の中空部２３は、底部２１の上面２１ａおよび側壁部２２の内面２２ａによって囲まれている。本実施形態の中空部２３は、その長手方向に垂直な断面視において、略円形である。なお、上述した断面視における中空部２３の形状は、略円形に限定されるものではなく、例えば四角形等の多角形であってもよい。
【００１８】
本実施形態の第１ガス内側流路２４は、第１プロセスガスが流れる部位である。第１プロセスガスとしては、例えばＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、ＣＣｌＦ3、ＳＦ6、ＣＨＦ3等のフッ素原子含有化合物ガス；Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＣＣｌ4等の塩素原子含有化合物ガス等のハロゲン系ガス等が挙げられ、これらは１種または２種以上を混合して用いてもよい。また、第１プロセスガスは、例示したこれらのプロセスガスと、いわゆるキャリアガスとの混合ガスであるのがよい。キャリアガスとは、放電開始と放電維持のために導入するガスのことを意味するものとする。キャリアガスとしては、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の希ガス等が挙げられ、これらは１種または２種以上を混合して用いてもよい。また、プロセスガスの解離促進のために、Ｏ2を混合ガスに混ぜてもよい。例示したこれらのガスは、後述する被加工材１００に応じて所望の組み合わせで用いることができる。
【００１９】
混合ガス中におけるプロセスガスの占める割合（混合比）は、特に限定されないが、例えば混合ガス中のプロセスガスの割合を０．１〜１０％にすればよい。特に、混合ガス中のプロセスガスの割合を０．１〜５％にすると、希ガスを十分に励起することができる。
【００２０】
本実施形態の貫通孔２５は、側壁部２２のうち下側壁部２２１に位置しており、第１ガス内側流路２４につながっている。また、本実施形態の貫通孔２５は、下側壁部２２１の内面２２ａおよび外面２２ｂの間を貫通している。
【００２１】
ここで、電極部２は、複数の貫通孔２５を有し、複数の貫通孔２５が、同じ高さで外周方向に沿って互いに略等間隔に位置しているのがよい。本実施形態の電極部２は、４つの貫通孔２５を有する。そして、４つの貫通孔２５は、同じ高さで下側壁部２２１の外周方向に沿って互いに略等間隔に位置している。このような構成によれば、側壁部２２の強度を維持しつつ、第１プロセスガスをスムーズに、かつ、均一に後述する第１ガス外側流路４に流すことができる。なお、貫通孔２５の数は４つに限定されるものではなく、複数の貫通孔２５の高さ、および互いの距離についても上述した構成に限定されるものではない。
【００２２】
上述した構成を有する電極部２の構成材料としては、例えばアルミニウム、銅、鉄、銀等の金属およびこれらの合金等が挙げられる。
【００２３】
一方、本実施形態の電極１は、上述した電極部２に加えて、隙間３１を介して内面３ａで側壁部２２の外面２２ｂを囲んでいる管状体３と、隙間３１に位置している第１ガス外側流路４と、底部２１と管状体３の下端部３３との間に位置している少なくとも１つの第１ガス供給口５とをさらに備えている。言い換えると、底部２１と管状体３の下端部３３とを隙間３１をあけて配置することにより第１ガス供給口５が形成される。
【００２４】
本実施形態の管状体３は、側壁部２２のうち下側壁部２２１の外面２２ｂを囲んでいる。また、本実施形態の管状体３は、次のような状態で電極部２に取り付けられている。すなわち、上述した側壁部２２は、下側壁部２２１および上側壁部２２２のそれぞれと接続している段部２２３をさらに有する。段部２２３は、上側壁部２２２側に位置しており、底部２１側に凸状である係止部２２３ａを有する。本実施形態の管状体３は、円管状（円筒状）であり、その上端部３２側を係止部２２３ａに係止させた状態で電極部２に取り付けられている。
【００２５】
本実施形態の管状体３の下端部３３は、電極部２の底部２１よりも下方に位置している。このような構成によれば、第１プロセスガスの流れを面方向に発散させずに下方に向けてガイドしいわゆるマイクロチャンバーを形成することができ、安定して大気圧プラズマを発生させることが可能となる。なお、下方とは、底部２１に対してプロセスガスの流通方向の下流側のことを意味するものとする。例えば、下端部３３は底部２１よりも５０μｍ〜２００μｍ程度下方に位置するようにすればよい。
【００２６】
上述した構成を有する管状体３は、絶縁材料からなるのがよい。絶縁材料としては、例えばアルミナ等のセラミックスやテフロン（登録商標）等が挙げられる。なお、管状体３は、絶縁材料以外の材料で構成することもできる。絶縁材料以外の材料としては、例えば銅、鉄、銀等の金属およびこれらの合金等が挙げられる。なお、管状体３は耐プラズマ性を有し、かつ高い強度を有する材料で構成することが好ましく、このような例としてアルミナを例示することができる。
【００２７】
本実施形態の第１ガス外側流路４は、少なくとも１つの貫通孔２５につながっており、本実施形態の第１ガス供給口５は、第１ガス外側流路４につながっている。このような構成によれば、上述した第１プロセスガスを、図１に示すように、第１ガス内側流路２４、貫通孔２５および第１ガス外側流路４の順に流すことが可能となる。また、第１プロセスガスを第１ガス供給口５から後述する被加工材１００の被加工面１０１の外周近傍に供給することも可能となる。その結果、被加工面１０１の外周近傍に第１プロセスガスによるシールドを形成することができ、それゆえプラズマ発生領域内に外気が流入するのを抑制することができ、大気圧プラズマによる局所的な加工が可能となる。
【００２８】
本実施形態の第１ガス供給口５は、図３に示すように、下面視において、底部２１の外周部に沿って環状に連続している。このような構成によれば、第１プロセスガスによる上述した効果を向上することができる。
【００２９】
ここで、上述した本実施形態の電極部２は、図２に示すように、中空部２３に第１ガス内側流路２４とは仕切られて位置している第２ガス流路２６と、底部２１に位置している少なくとも１つの第２ガス供給口２７とをさらに有する。第２ガス流路２６は、第２プロセスガスが流れる部位である。第２ガス供給口２７は、第２ガス流路２６につながっており、底部２１の上面２１ａおよび下面２１ｂの間を貫通している。このような構成によれば、第２プロセスガスを第２ガス供給口２７から被加工面１０１に直接供給することができ、それゆえ反応種であるラジカルの生成効率を向上させることができ、大気圧プラズマによって効率よく被加工面１０１を加工することが可能となる。なお、第２プロセスガスとしては、上述した第１プロセスガスで例示したのと同じガスが挙げられる。
【００３０】
本実施形態の電極部２は、複数の第２ガス供給口２７を有する。複数の第２ガス供給口２７のそれぞれは、図３に示すように、下面視において円形であり、その直径は底部２１の下面２１ｂの直径よりも十分に小さい。そして、本実施形態の複数の第２ガス供給口２７は、仮想上の斜め格子子の交差部に位置するように配置している。言い換えると、本実施形態の複数の第２ガス供給口２７は、互い違いに配置されている。このような構成によれば、複数の第２ガス供給口２７を互いに密集するように配置させることができ、第２ガス供給口２７から供給される第２プロセスガスの流速を適度に低減することができる。その結果、第２プロセスガスの流速が早いことによるプラズマの消滅を抑制することができ、ラジカルの生成効率を向上させることが可能となる。なお、互いに密集するとは、互いに隣接している第２ガス供給口２７、２７同士の間の距離が、第２ガス供給口２７の直径と同じか、または第２ガス供給口２７の直径よりも小さいことを意味するものとする。なお、本実施形態では、複数の第２ガス供給口の密集度を向上させるために、複数の第２ガス供給口２７を互い違いに（千鳥状に）配置した例を用いて説明したが、複数の第２ガス供給口２７は互いに密集していればよく、例えば直交格子状や放射状に配置してもよい。
【００３１】
また、底部２１のうち複数の第２ガス供給口２７が位置している領域２１１は、電極としても機能することから、上述した構成によれば、電界強度を維持しつつ、効率的なガス供給が可能となる。なお、複数の第２ガス供給口２７のそれぞれの形状は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第２ガス供給口２７の数および形状等は、領域２１１が電極として機能する限り、特に限定されないが、例えば複数の第２ガス供給口２７のそれぞれの直径を、底部２１と被加工面１０１との間の距離に対して１／１０以下となるように構成するのがよい。また、領域２１１に、複数の第２供給口２７のそれぞれをハニカム構造となるように形成してもよい。このような構成とすることにより、領域２１１の強度を保ちつつ、第２プロセスガスの供給と電極としての機能を同じ領域において両立させることができる。
【００３２】
本実施形態の第２ガス供給口２７は、底部２１の中央部に位置している。また、領域２１１の外縁部２１１ａは、底部２１の上面２１ａと側壁部２２（下側壁部２２１）の内面２２ａとの交線部２８と同じ位置か、または交線部２８よりも内側に位置しているのがよい。本実施形態では、外縁部２１１ａの位置は交線部２８の位置と同じである。本実施形態では、外縁部２１１ａの位置は、第２ガス流路２６の外周部との交線の位置と同じである。このような構成によれば、第２ガス供給口２７が位置していない底部２１の外周部によって電極部２の強度を維持することができるとともに、放熱性を高めることができる。また、底部２１の外周部直下に位置している被加工面１０１には、底部２１の中央部直下に位置している被加工面１０１よりも第２プロセスガスの供給量が少なくなるものの、底部２１の外周部は第２ガス供給口２７が位置していない分、底部２１の中央部よりも電界強度が高く、それゆえラジカルの生成効率を向上させることができる。また、底部２１の外周部は、第１ガス供給口５から第１プロセスガスが供給されることにより、第１プロセスガスの一部をプラズマ発生用として用いることができる。これにより、底部２１の外周部においても、ラジカルの生成効率を確保することができる。このような効果は、特に第１プロセスガスと第２プロセスガスを同一とし、領域２１１の中央と底部２１の中央が揃っているときに顕著である。
【００３３】
本実施形態の第２ガス供給口２７は、図４に示すように、その直径Ｄが、底部２１の上面２１ａから下面２１ｂに向かうにつれて大きくなっている。これにより、第２ガス供給口２７から供給される第２プロセスガスを拡散させることができ、ラジカルの生成効率を向上させることが可能となる。直径Ｄを上述した関係にするには、例えば底部２１の下面２１ｂ側から第２ガス供給口２７を形成すればよい。
【００３４】
本実施形態の第２ガス流路２６は、図２に示すように、中空部２３を底部２１に向かって延びているガス供給管２６１である。本実施形態のガス供給管２６１は、その先端部が底部２１の上面２１ａに接触している。また、本実施形態のガス供給管２６１は、管状の側壁部２２と軸を合わせて配置されている。そして、第１ガス内側流路２４は、ガス供給管２６１の外面２６１ａと側壁部２２の内面２２ａとの間に位置している。このような構成によれば、中空部２３内において、第２ガス流路２６を第１ガス内側流路２４と仕切ることができ、両流路を互いに独立した流路として構成できることから、第１プロセスガスおよび第２プロセスガスのそれぞれの組成および流量を制御することができる。
【００３５】
＜大気圧プラズマ発生装置＞
次に、本発明の一実施形態に係る大気圧プラズマ発生装置（以下、「装置」と言うことがある。）について説明する。図１に示すように、本実施形態の大気圧プラズマ発生装置１０は、上述した一実施形態に係る電極１と、電極１の下方に位置して被加工材１００を支持する支持台１１と、被加工材１００の下方に電極１に対向して位置している対向電極１２と、電圧印加手段１３と、ガス供給手段１４とを備えている。
【００３６】
支持台１１は、被加工材１００を吸着する吸着手段を有していてもよい。吸着手段としては、例えば真空チャック等が挙げられる。
【００３７】
本実施形態の対向電極１２は、支持台１１の内部に位置している。また、本実施形態の対向電極１２は、電圧印加手段１３が有する第１導線１３３を介して電極１と電気的に接続しているとともに、第２導線１３４を介して接地している。
【００３８】
電圧印加手段１３は、電極１と対向電極１２との間に電圧を印加するものである。本実施形態の電圧印加手段１３は、高周波電源１３１と、マッチング機器１３２と、第１導線１３３と、第２導線１３４とを有する。
【００３９】
ガス供給手段１４は、第１ガス内側流路２４に第１プロセスガスを供給するとともに、第２ガス流路２６に第２プロセスガスを供給するものである。ガス供給手段１４としては、例えばガスボンベ等が挙げられる。
【００４０】
ガス供給手段１４は、第１プロセスガスおよび第２プロセスガスのそれぞれの流量を制御する流量制御手段を有していてもよい。これにより、ガス流量の精度を向上することができ、安定した加工が可能となる。流量制御手段としては、例えばマスフローコントローラ等が挙げられる。
【００４１】
なお、装置１０は、電極１および支持台１１を相対的にｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向に移動させる移動手段をさらに備えていてもよい。
【００４２】
＜大気圧プラズマ加工物の製造方法＞
次に、本発明の一実施形態に係る大気圧プラズマ加工物の製造方法について、上述した一実施形態に係る大気圧プラズマ発生装置１０を用いる場合を例にとって説明する。
【００４３】
本実施形態の大気圧プラズマ加工物の製造方法は、以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を備えている。
（ａ）図１に示すように、ガス供給手段１４によって、第１プロセスガスを第１ガス内側流路２４に供給するとともに、第２プロセスガスを第２ガス流路２６に供給する工程。
（ｂ）第１プロセスガスを第１ガス供給口５から被加工材１００の被加工面１０１の外周近傍に供給するとともに、第２プロセスガスを第２ガス供給口２７から被加工面１０１に供給する工程。
（ｃ）電圧印加手段１３によって、電極１と対向電極１２との間に電圧を印加し、大気圧プラズマを発生させる工程。
【００４４】
以上のような各工程を経て、被加工面１０１を精密に加工した大気圧プラズマ加工物１１０が製造される。
【００４５】
なお、（ａ）の工程において、第１プロセスガスおよび第２プロセスガスのそれぞれの組成は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、第１プロセスガスおよび第２プロセスガスのそれぞれの流量は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１プロセスガスおよび第２プロセスガスのそれぞれの組成および流量は、大気圧プラズマを安定して発生させることが可能な限り、被加工材１００に応じて所望の値を採用することができる。すなわち、本実施形態によれば、第１プロセスガスおよび第２プロセスガスのそれぞれの組成および流量を制御できることから、効率よく且つ安定した被加工面１０１の加工が可能となる。
【００４６】
特に、（ｂ）の工程では、第１プロセスガスを第１ガス供給口５から供給することによって、被加工面１０１の外周近傍に第１プロセスガスによるシールドを形成することから、プラズマ発生領域内に外気が流入するのを抑制することができ、大気圧プラズマによる局所的な加工が可能となる。さらに、第２プロセスガスを第２ガス供給口２７から被加工面１０１に直接供給することによって、反応種であるラジカルの生成効率を向上させることから、大気圧プラズマによって効率よく被加工面１０１を加工することが可能となる。なお、第１プロセスガスは、上述したシールド形成のみならず、プラズマ発生用としても機能する。以上より、第１プロセスガスは外気を遮断するために第２プロセスガスの流量に比べ大きくすることが好ましい。
【００４７】
（ｂ）の工程において使用する被加工材１００としては、例えば石英ガラス、無アルカリガラス等のガラス；水晶等の結晶性材料；アルミナ、シリカ、チタニア等のセラミックス；珪素、炭化珪素等の半導体材料；ポリエチレン、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等の樹脂材料；ＧａＮ；ＡｌＮ等が挙げられる。
【００４８】
（ｃ）の工程において、電圧印加手段１３によって電極１と対向電極１２との間に印加する印加電力としては、大気圧プラズマを発生させることが可能な限り、特に限定されない。
【００４９】
以上、本発明に係るいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができるのは言うまでもない。
【００５０】
例えば、上述の実施形態では、電極部２は、複数の第２ガス供給口２７を有するが、これに代えて、第２ガス供給口２７の数を１つにしてもよい。ここで、第２ガス供給口２７の直径が大きくなるにつれて、第２ガス供給口２７から供給されるガスの流速も大きくなる。ガスの流速が大きくなると、プラズマが消えるおそれがある。したがって、第２ガス供給口２７の数を１つにする場合には、第２ガス供給口２７の直径をプラズマが消えるのを抑制できる程度の大きさにするのがよい。具体的には、第２ガス供給口２７の直径を、底部２１と被加工面１０１との間の距離に対して１／１０以下となるように構成するのがよい。また、第２ガス供給口２７の直径を、ガス供給管２６１の内径に対して１／１０以下となるように構成するのがよい。
【００５１】
また、第２ガス供給孔２７は、底部２１の上面２１ａにおいて１つの孔のものが、下面２１ｂに至るまでに枝分かれして下面２１ｂにおいては複数の孔を有するようにしてもよい。
【００５２】
また、上述の実施形態の構成に代えて、電極１は、プラズマ発生領域近傍を吸引する吸引手段をさらに備えていてもよい。これにより、余分なラジカルを吸引除去して、余分なラジカルが拡散することによる加工不良の発生を抑制することができる。具体的には、電極１が、管状体３の外面を覆い、かつ排気口を有するカバーをさらに備えるものとする。そして、排気口から真空排気用ポンプにより排気する吸引手段を形成する。次に、このような吸引手段を備える本発明の他の実施形態に係る大気圧プラズマ発生用電極について、図５を用いて詳細に説明する。なお、図５においては、上述した図１〜図４と同一の構成部分には同一の符号を付して説明は省略する場合がある。
【００５３】
図５に示すように、本実施形態の電極１は、排気用隙間６１を介して内面６ａで管状体３の外面３ｂを囲んでいるカバー６と、管状体３とカバー６の下端部６２との間に位置している少なくとも１つの吸引口７と、排気用隙間６１に位置しており少なくとも１つの吸引口７につながっている排気流路８と、カバー６に位置しており排気流路８につながっている少なくとも１つの排気口９と、少なくとも１つの排気口９に接続している図示しない排気手段とをさらに備えている。これらの構成によれば、プラズマ発生領域近傍を局所排気することが可能となる。
【００５４】
このような構成を有する本実施形態の電極１は、次のような場合に好適に使用することができる。例えば、被加工材１００として珪素（Ｓｉ）を使用した場合、大気圧プラズマを発生させて加工すると、ＳｉＦ4等を主成分とした排ガスが被加工面１０１周辺に漂うため、Ｓｉの再付着が発生し、膜厚分布または算術平均粗さ（Ｒａ）が悪化することがある。また、上述した排ガスが装置１０の金属部品を腐食させ、装置１０の信頼性を低下させることがある。さらに、大気圧プラズマによって発生するラジカルが被加工面１０１周辺に漂い、ターゲット以外の箇所でエッチングが生じて膜厚分布が悪化することがある。これらの問題に対しては、通常、支持台１１を含めたユニット全体を筐体で囲むとともに、筐体の端部から吸引排気する筐体排気によって対応するが、筐体排気では不十分な場合がある。このような場合に、カバー６を使用して局所排気できる本実施形態の電極１を使用するのがよい。
【００５５】
本実施形態のカバー６は、絶縁材料からなるのがよい。これにより、被加工面１０１およびカバー６の間で意図しないプラズマの発生を抑制することができる。すなわち、本実施形態のカバー６は、放電を生じる電極部２に近い位置に配置するため、無用の放電、意図しない電界の発生を抑制する観点から、絶縁材料によって構成するのがよい。
【００５６】
絶縁材料としては、例えばアルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックス；サファイア等が挙げられる。絶縁材料としては、熱伝導率が低いものがよい。すなわち、プラズマ局所加工では、加工時間の増加に伴って被加工材１００の温度が上昇し、電極１は被加工材１００からの放熱を受ける。電極１の条件を一定化するために、カバー６は熱伝導率の低い材料によって構成するのがよい。また、カバー６を配置する位置は、被加工材１００からの放射熱等によって雰囲気温度が上昇する。このような温度変化によらず、被加工材１００、電極部２および管状体３の相対的な位置関係を固定するために、カバー６は、熱膨張係数が小さく、弾性率の低い材料によって構成するのがよい。また、カバー６は、プラズマによってエッチングされ難い材料で構成するのがよい。これらの物性に対応するうえで、カバー６は、上述の例示した絶縁材料によって構成するのがよい。
【００５７】
カバー６の位置は、管状体３に近接しているのがよい。また、カバー６の位置は、吸引口７が、第１および第２プロセスガスの供給量と同等以上のレートで吸引できる位置がよい。
【００５８】
特に、カバー６の位置は、その下端部６２が、電極部２の少なくとも１つの貫通孔２５よりも下方に位置しているとともに、管状体３の下端部３３と同じ位置か、または管状体３の下端部３３よりも上方に位置しているのがよい。このような構成によれば、電極１の機能を確実に発揮させつつ、プラズマ発生領域近傍を局所排気できる。すなわち、カバー６の下端部６２が、電極部２の貫通孔２５よりも下方に位置していると、カバー６の下端部６２が、電極部２の底部２１から離れすぎるのを抑制できる。また、カバー６の下端部６２が、管状体３の下端部３３と同じ位置か、または上方に位置していると、第１ガス供給口５から供給される第１プロセスガスによりマイクロチャンバーを形成するという上述した管状体３の機能を発揮させることができる。それゆえ、上述した構成によれば、電極１の機能を確実に発揮させつつ、プラズマ発生領域近傍の局所排気が可能となる。
【００５９】
本実施形態のカバー６の下端部６２は、管状体３の下端部３３よりも上方に位置している。このような構成によれば、次のような効果が得られる。すなわち、プラズマ局所加工では、上述の通り、加工時間の増加に伴って被加工材１００の温度が上昇し、電極１は被加工材１００からの放熱を受ける。加工レートを精密制御するには、電極１の温度を知る必要がある。カバー６の下端部６２が管状体３の下端部３３よりも上方に位置していると、管状体３の一部が露出することから、放射温度計または分光測定が可能となる。また、プラズマの発光波長を解析することによって、励起強度の相対比較および励起されている元素の特定が可能となる。さらに、アルゴン等の標的元素の添加によって、アクチノメトリ法による間接的なラジカル密度計測が可能となる。
【００６０】
一方、吸引口７は、その形状が第１ガス供給口５の形状と同一であるのがよい。本実施形態では、第１ガス供給口５が底部２１の外周部に沿って環状に連続していることから、吸引口７は管状体３の外面３ｂに沿って環状に連続している。また、排気手段としては、例えば真空排気用ポンプ等が挙げられる。
その他の構成は、上述した一実施形態に係る電極１と同様であるので、説明を省略する。
【００６１】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【実施例１】
【００６２】
上述した一実施形態に係る電極１および装置１０を用いて、被加工材１００を加工した。用いた電極１および装置１０の具体的な構成は、以下の通りである。
【００６３】
＜電極１および装置１０の構成＞
電極部２：アルミニウム製
管状体３：アルミナ製
底部２１の下面２１ｂの直径：３ｍｍ
第２ガス供給口２７の直径：５６μｍ
その他の構成は、上述した図１〜図４に示す通りである。
【００６４】
第１プロセスガスおよび第２プロセスガスとしては、いずれもＨｅ、ＣＦ4およびＯ2の混合ガスを用いた。この混合ガスを、表１に示すガス流量で、第１ガス供給口５および第２ガス供給口２７から被加工材１００に供給した。なお、表１中のガス流量の単位は、ｓｃｃｍ（standard cubic centimeter per minutes  =  mm3/分）である。
【００６５】
被加工材１００の加工条件は、以下の通りである。
＜加工条件＞
被加工材１００：珪素（Ｓｉ）
印加電力：１２０Ｗ
加工時間：６０秒
底部２１と被加工面１０１との間の距離：３００μｍ
【００６６】
上述した加工条件で被加工材１００を加工したときの、ガス利用効率および加工レートを評価した。各評価方法を以下に示すとともに、その結果を表１に示す。
【００６７】
＜ガス利用効率の評価方法＞
被加工物１００である珪素（Ｓｉ）は、以下に示す反応式（Ａ）の過程でガス化して除去される。なお、反応式（Ａ）中、（ａ）の過程は、ＨｅプラズマによるＣＦ4の電離とＳｉの酸化過程である。
【００６８】
［反応式（Ａ）］
【化１】
2014029998.tif 000003
【００６９】
加工時間６０秒後の被加工物１００の被加工面１０１には、凹面形状の加工痕が形成される。この凹面形状の加工痕からＳｉ除去体積（ｍｍ3）を測定し、さらに揮発したＳｉの６０秒間当たりのモル数、すなわち６０秒間当たりのＳｉ除去モル数を算出する。また、ＣＦ4の６０秒間当たりのガス流量から、６０秒間当たりのＣＦ4供給モル数を算出する。そして、算出した値を、式：（６０秒間当たりのＳｉ除去モル数）／（６０秒間当たりのＣＦ4供給モル数）に当てはめることによって、ガス利用効率（％）を算出した。
【００７０】
＜加工レートの評価方法＞
上述したガス利用効率におけるＳｉ除去体積（ｍｍ3）から、加工レート（ｍｍ3／秒）を算出した。また、後述する比較例１の加工レート（ｍｍ3／秒）を１００％としたときの加工レート（％）を、式：｛［実施例１の加工レート（ｍｍ3／秒）］／［比較例１の加工レート（ｍｍ3／秒）］｝×１００から算出した。
【実施例２】
【００７１】
加工条件の印加電力を１２０Ｗに代えて１３５Ｗとし、底部２１と被加工面１０１との間の距離を５００μｍにした以外は、実施例１と同じ電極１および装置１０を用いて、実施例１と同じようにしてガス利用効率および加工レートを評価した。その結果を、表１に示す。
【００７２】
［比較例１］
電極部が、第２ガス流路２６および第２ガス供給口２７を有していない以外は、実施例１と同じ構成を有する電極および装置を用いた。そして、ガス流量を表１に示す値にし、加工条件の印加電力を１２０Ｗに代えて１００Ｗにした以外は、実施例１と同じようにしてガス利用効率および加工レートを評価した。その結果を、表１に示す。
【００７３】
【表１】
2014029998.tif 000004
【００７４】
表１から明らかなように、実施例１、２の電極１は、比較例１の電極よりも、ガス利用効率および加工レートの結果が著しく高く、大気圧プラズマによって効率よく被加工面を加工できているのがわかる。
【００７５】
また、実施例１，２の加工痕を確認した結果、底部２１のうち、第２ガス供給孔２７が形成された領域２１１内において加工量が減ることはなく、厚み方向における断面視で放物線状の加工痕をなしていることを確認した。このことからも、第２ガス供給孔２７の存在に拘わらず、底部２１の領域２１１においても平均的に電界強度が維持できていることを確認できた。
【実施例３】
【００７６】
カバー６を使用して局所排気を行ったときの被加工面１０１の状態を評価した。まず、図５に示すカバー６を電極１に取り付けた。用いたカバー６の具体的な構成は、以下の通りである。
【００７７】
＜カバー６の構成＞
カバー６：アルミナ製
カバー６の下端部６２の位置：電極部２の貫通孔２５よりも下方、かつ、管状体３の下端部３３よりも上方
その他の構成は、上述した図５に示す通りである。
【００７８】
また、カバー６の排気口９に接続する吸引手段として、第１真空排気用ポンプを使用した。さらに、支持台１１を含めたユニット全体を囲む筐体を使用するとともに、筐体の端部に第２真空排気用ポンプを接続して筐体排気が可能なように構成した。
【００７９】
第１プロセスガスおよび第２プロセスガスとしては、いずれもＨｅ、ＣＦ4およびＯ2の混合ガスを用いた。この混合ガスを、実施例１と同じガス流量で、第１ガス供給口５および第２ガス供給口２７から被加工材１００に供給した。
【００８０】
そして、局所排気および筐体排気を行う以外は、実施例１と同じ電極１および装置１０を用いて、実施例１と同じようにして被加工材１００を加工した。なお、局所排気は、第１真空排気用ポンプの吸引条件を１０ｓｌｍにすることによって行った。
【００８１】
その結果、ターゲット以外の箇所にエッチングされた箇所はなく、所望の被加工面１０１を加工することができた。なお、カバー６を電極１に取り付けず、筐体排気のみを行った結果、ターゲット以外の箇所が若干エッチングされていた。これらの結果より、電極１から排出されるガス、加工に伴い生じる副生成物が問題となる場合には、カバー６を使用して局所排気を行うのがよいとわかる。
【符号の説明】
【００８２】
１  大気圧プラズマ発生用電極
２  電極部
２１  底部
２１ａ  上面
２１ｂ  下面
２１１  領域
２２  側壁部
２２ａ  内面
２２ｂ  外面
２２１  下側壁部
２２２  上側壁部
２２３  段部
２２３ａ  係止部
２３  中空部
２４  第１ガス内側流路
２５  貫通孔
２６  第２ガス流路
２６１  ガス供給管
２６１ａ  外面
２７  第２ガス供給口
２８  交線部
３  管状体
３１  隙間
３２  上端部
３３  下端部
３ａ  内面
３ｂ  外面
４  第１ガス外側流路
５  第１ガス供給口
６  カバー
６１  排気用隙間
６２  下端部
６ａ  内面
７  吸引口
８  排気流路
９  排気口
１０  大気圧プラズマ発生装置
１１  支持台
１２  対向電極
１３  電圧印加手段
１３１  高周波電源
１３２  マッチング機器
１３３  第１導線
１３４  第２導線
１４  ガス供給手段
１００  被加工材
１０１  被加工面
１１０  大気圧プラズマ加工物
【図１】
2014029998.tif 000005
【図２】
2014029998.tif 000006
【図３】
2014029998.tif 000007
【図４】
2014029998.tif 000008
【図５】
2014029998.tif 000009