(57)【要約】【課題】熱プラズマを照射して筒状物体のような被処理筒の内壁面を処理する熱プラズマ処理を実現できるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的とする。誘電体筒２の外壁面２ｅと筒状の基材２５の内壁面２５ｅとの隙間２８にガスを供給するとともに、誘電体筒の内部に設けられたコイル４ａ，４ｂに高周波電力を供給することで、誘電体筒の軸に交差する平面に沿って誘電体筒の外壁面のコイルの近傍に設けられた環状の溝２３，２４と基材の内壁面とに囲まれた環状の空間にプラズマ２９，３０を発生させて、基材の内壁面を処理する。【選択図】図１
2018107026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体筒と、
前記誘電体筒の内部に設けられたコイルと、
前記コイルに接続されて高周波電力を前記コイルに印加する高周波電源と、
前記誘電体筒の一端に配置されて、筒状の基材の内壁面と前記誘電体筒の外壁面とが隙間を介して対向して配置されるように前記基材を保持する基材ホルダと、
前記隙間に接続されて前記隙間にガスを導入するガス供給配管とを備える、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理装置であって、
前記誘電体筒の軸方向と交差する平面に沿って、前記誘電体筒の前記外壁面の前記コイルの近傍に環状のプラズマ発生用溝を設ける、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記誘電体筒の内部空間に接続されて前記内部空間に冷媒を流す冷媒配管を備える、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記誘電体筒の前記外壁面に前記溝を複数備える、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記誘電体筒と前記基材のいずれかを、前記誘電体筒の前記軸方向に、相対的に移動させる移動機構を備える、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理方法であって、
前記誘導結合型プラズマトーチの誘電体筒の外壁面と筒状の基材の内壁面との隙間にガスを供給するとともに、前記誘電体筒の内部に設けられたコイルに高周波電力を供給することで、前記誘電体筒の軸に交差する平面に沿って前記誘電体筒の前記外壁面の前記コイルの近傍に設けられた環状の溝と前記基材の前記内壁面とに囲まれた環状の空間にプラズマを発生させて、前記基材の前記内壁面を処理する、
プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱プラズマを照射して筒状物体の内壁を処理する熱プラズマ処理などの、プラズマ処理装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の半導体薄膜は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又は太陽電池に広く利用されている。これを安価に形成する方法として、非晶質シリコン膜にレーザー光を照射して結晶化するものがある。レーザープロセスは、イオン注入又はプラズマドーピングによって半導体基板に導入した不純物原子の活性化などにも適用しうる。しかしながら、このレーザーアニール技術には、被加熱物の光吸収の大小によって到達温度がばらついたり、継ぎ目が発生するなどの課題があり、また非常に高価な設備を要する。
【０００３】
そこで、基材の近傍に線状の熱プラズマを発生させ、熱プラズマを一方向にのみ走査することで、被加熱物の光吸収に依存しない加熱が可能で、また、継ぎ目なく、安価に熱処理を行う技術が検討されている（例えば、特許文献１〜５、及び、非特許文献１を参照）。
【０００４】
一方、筒状物体の内壁をプラズマ処理する方法として、２枚の電極の間に筒状物体を配置し、これを回転させるものが開示されている（例えば、特許文献６を参照）。
【０００５】
しかし、これは、低温の非平衡大気圧プラズマを利用するものであり、アニールなどの高温処理には適さない。また、電極間距離が小さい場合しかプラズマが発生できるような高電界が得られないため、筒状物体としては細い管でないと処理ができない。
【０００６】
あるいは、誘導結合による高温プラズマを発生させるに際し、環状のプラズマよりも内側にコイルを配置するものが開示されている（例えば、特許文献７を参照）が、筒状物体の内壁を処理するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１２０６３３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２０６８４号公報
【特許文献３】特開２０１３−１２０６８５号公報
【特許文献４】国際公開第２０１４／０４５５４７号公報
【特許文献５】特開２０１６−６２８０３号公報
【特許文献６】特開２００８−１９２５６７号公報
【特許文献７】特開２０１３−１２０６８７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｔ．Ｏｋｕｍｕｒａ  ａｎｄ  Ｈ．Ｋａｗａｕｒａ，「Elongated Inductively Coupled Thermal Plasma Torch Operable at Atmospheric Pressure」，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５２（２０１３）０５ＥＥ０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
熱プラズマを照射して筒状物体の内壁面を処理する熱プラズマ処理に関する技術は、これまで開示されていない。従来例に示した特許文献１〜５、７及び非特許文献１に記載の線状の熱プラズマを発生させる技術は、板状物体の表面を処理するのに適したものである。また、特許文献６に記載の筒状物体の内壁面を処理するプラズマ処理に関する技術は、低温の非平衡プラズマによるものである。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、熱プラズマを照射して筒状物体のような被処理筒の内壁面を処理する熱プラズマ処理を実現できるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様にかかるプラズマ処理装置は、
誘電体筒と、
前記誘電体筒の内部に設けられたコイルと、
前記コイルに接続されて高周波電力を前記コイルに印加する高周波電源と、
前記誘電体筒の一端に配置されて、筒状の基材の内壁面と前記誘電体筒の外壁面とが隙間を介して対向して配置されるように前記基材を保持する基材ホルダと、
前記隙間に接続されて前記隙間にガスを導入するガス供給配管とを備える、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理装置であって、
前記誘電体筒の軸方向と交差する平面に沿って、前記誘電体筒の前記外壁面の前記コイルの近傍に環状のプラズマ発生用溝を設ける。
【００１２】
このような構成により、筒状物体の内壁面を高温プラズマ処理することが可能となる。
【００１３】
本発明の第２の態様にかかるプラズマ処理装置は、前記態様において、好適には、前記誘電体筒の内部空間に接続されて前記内部空間に冷媒を流す冷媒配管を備えることが望ましい。
【００１４】
このような構成により、高温及び高速処理が可能となる。
【００１５】
また、本発明の第３の態様にかかるプラズマ処理装置は、前記態様において、好適には、前記誘電体筒の前記外壁面に前記溝を複数備えることが望ましい。
【００１６】
このような構成により、一度に複数の部位をプラズマ処理することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の第４の態様にかかるプラズマ処理装置は、前記態様において、好適には、前記誘電体筒と前記基材のいずれかを、前記誘電体筒の前記軸方向に、相対的に移動させる移動機構を備えることが望ましい。
【００１８】
このような構成により、筒状物体の内壁面を広範囲に渡ってプラズマ処理することが可能となる。
【００１９】
本発明の第５の態様にかかるプラズマ処理方法は、
誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理方法であって、
前記誘導結合型プラズマトーチの誘電体筒の外壁面と筒状の基材の内壁面との隙間にガスを供給するとともに、前記誘電体筒の内部に設けられたコイルに高周波電力を供給することで、前記誘電体筒の軸に交差する平面に沿って前記誘電体筒の前記外壁面のコイルの近傍に設けられた環状の溝と前記基材の前記内壁面とに囲まれた環状の空間にプラズマを発生させて、前記基材の前記内壁面を処理する。
【００２０】
このような構成により、筒状物体の内壁面を高温プラズマ処理することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の前記態様によれば、前記誘電体筒の前記外壁面の前記コイルの近傍に設けられた環状のプラズマ発生用溝内に発生させたプラズマにより、筒状物体のような筒状の基材の内壁面を高温プラズマ処理することが可能となり、熱プラズマを照射して筒状の基材の内壁面を処理する熱プラズマ処理を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置について図面を用いて説明する。なお、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。
【００２４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１〜図２を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、円筒状の誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、軸を含む平面で切った断面図である。図２は、図１に示した誘導結合型プラズマトーチユニットＴの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである。
【００２６】
図１に示すように、プラズマ処理装置の誘導結合型プラズマトーチユニットＴは、誘電体筒２と、プラズマ発生用コイル４ａ，４ｂと、高周波電源９０と、基材ホルダ３と、ガス供給配管９１とを備えて構成している。
【００２７】
まず、これらの構成の概略について説明する、
プラズマ発生用コイル４ａ，４ｂは、誘電体筒２の内部に設けられる。
【００２８】
高周波電源９０は、コイル４ａ，４ｂに接続されて、プラズマ発生用の高周波電力をコイル４ａ，４ｂに印加する。
【００２９】
基材ホルダ３は、誘電体筒２の一端に配置されて、筒状の基材２５の内壁面２５ｅと誘電体筒２の外壁面２ｅとが隙間２８を介して対向して配置されるように、基材２５を保持する。
【００３０】
ガス供給配管９１は、隙間２８に接続されて隙間２８にアルゴンなどのガスを導入する。
【００３１】
さらに、誘電体筒２の軸方向と交差する平面に沿って、誘電体筒２の外壁面のコイル４ａ，４ｂの近傍に環状のプラズマ発生用溝２３，２４を設ける。
【００３２】
以下、これらの構成について、詳述する。
【００３３】
図１及び図２において、誘電体筒の例としてのセラミックス筒２の一端の開口（すなわち、上端開口）は、セラミックス筒２の外径よりも大きな外径を有する円板状の蓋１によって閉じられ、他端の開口（すなわち、下端開口）は、セラミックス筒２の外径よりも大きな外径を有する円板状のベース３によって閉じられている。セラミックス筒２と蓋１とベース３とは同軸に配置されている。
【００３４】
セラミックス筒２の内部には、プラズマ発生用コイルの例として２つのコイル、すなわち、第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂが軸方向沿いに離れて設けられる。コイル４ａ及び４ｂは例えば銅製で、その外径がセラミックス筒２の内部空間２ａの内径よりも僅かに小さく、セラミックス筒２の内壁面に近接して配置されている。第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂは、例えば銅製の接続棒５によって互いに電気的に接続されている。
【００３５】
第２コイル４ｂの、接続棒５が接続されているのとは逆の端部は、例えば銅製の高周波印加棒６が接続され、高周波電源９０に接続されている。高周波印加棒６の内部には、下端から上向きに深穴７が設けられ、高周波印加棒６の中間部の径方向に貫通した貫通穴８を介して、セラミックス筒２の内部と連通するベース３の中央付近に設けられた凹部３ａとの間で流体の行き来ができるようになっている。つまり、セラミックス筒２の内部と深穴７とは、貫通穴８を介して連通している。
【００３６】
第１コイル４ａの、接続棒５が接続されているのとは逆の端部は、例えば銅製の接続棒９が接続され、例えば銅製の接地棒１０を介して接地される。例えば接続棒９の係合凹部９ａに接地棒１０の嵌合凸部１３を嵌め込むことで、互いの電気的導通が取れるよう構成されている。接地棒１０の内部には、上端から下向きに深穴１１が設けられ、接地棒１０の中間部の径方向に貫通した貫通穴１２を介して、セラミックス筒２の内部と連通する蓋１の中央付近に設けられた凹部１ａとの間で流体の行き来ができるようになっている。つまり、セラミックス筒２の内部と深穴１１は、貫通穴１２を介して連通している。
【００３７】
結局、深穴７と、セラミックス筒２と、深穴１１とは連通しているから、これを流路（言い換えれば冷媒配管）として水などの冷媒を流すことで、セラミックス筒２を効果的に冷却することが可能である。なお、接地棒１０と蓋１とは電気的に絶縁されており、高周波印加棒６とベース３とは電気的に絶縁されている。
【００３８】
例えば銅製の高周波印加アダプタ１４は、高周波印加棒６と電気的に接触しており、これを高周波電源９０に接続することで、コイル４ａ，４ｂに高周波電力を供給する。高周波印加アダプタ１４と高周波印加棒６との間、及び、高周波印加アダプタ１４とベース３との間は、オーリング１５によってそれぞれシールされ、冷媒が漏れないようになっている。
【００３９】
また、例えば銅製の接地アダプタ１６は、接地棒１０と電気的に接触しており、これを接地することでコイル４ａ，４ｂを接地する。接地アダプタ１６と接地棒１０との間、及び、接地アダプタ１６と蓋１との間は、オーリング１５によってそれぞれシールされ、冷媒が漏れないようになっている。
【００４０】
なお、ベース３の上面の中央部の凸部はオネジ部１７となっており、セラミックス筒２に設けられた下側のメネジ部２ｃにねじ込まれる。
【００４１】
また、蓋１の下面の中央部の凸部はオネジ部１８となっており、セラミックス筒２に設けられた上側のメネジ部２ｄにねじ込まれる。このとき、先に述べたように、接続棒９の係合凹部９ａに接地棒１０の嵌合凸部１３が嵌め込まれて、互いの電気的導通が取れるようになっている。
【００４２】
高周波印加アダプタ１４の上側がオネジ部１９となっており、これがベース３の下面の中央部の凹部２０に設けられたメネジ部２０ａにねじ込まれ、接地アダプタ１６の下側がオネジ部２１となっており、これが蓋１の上面の中央部の凹部２２に設けられたメネジ部２２ａにねじ込まれている。
【００４３】
セラミックス筒２の外壁面２ｅのコイル４ａ，４ｂの近傍２ヶ所には、環状のプラズマ発生用の第１溝２３及び第２溝２４が間隔をあけて設けられている。第１及び第２コイル４ａ及び４ｂ、第１及び第２溝２３及び２４は、セラミックス筒２の軸（接続棒５を通る直線）に交差する平面、例えば、軸に垂直に交わる平面に沿った環状である。つまり、第１コイル４ａと第１溝２３、及び、第２コイル４ｂと第２溝２４とは、セラミックス筒２を挟んで、互いに近傍の位置に、例えば、互いに向かい合う位置に配置されている。このような配置は、プラズマを効率良く発生させるのに有効である。
【００４４】
円筒形状の被処理筒２５は筒状の基材の例であって、セラミックス筒２の外側に配置されている。被処理筒２５の内壁面２５ｅとセラミックス筒２の外壁面２ｅとが狭い隙間２８を介して対向する。ベース３は、このような配置を実現すべく、被処理筒２５を保持する機能を有する基材ホルダの例としても作用する。よって、ベース３の外径は、被処理筒２５の外径よりも大きいことが望ましい。
【００４５】
ベース３の上面の凹部３ｆの底面に被処理筒２５を載せたとき、被処理筒２５とセラミックス筒２の隙間２８に接する位置の凹部３ｆの底面に設けられた環状のガスマニホールド２６には、ベース３を軸方向と平行な方向沿いに貫通するガス穴２７が連通しており、ガス供給装置９２からガス供給配管９１よりガス穴２７を介してガスマニホールド２６に供給されたアルゴンなどのガスは、被処理筒２５とセラミックス筒２の隙間２８に導入され、第１及び第２溝２３及び２４の内部がアルゴンなどのガスで満たされる。このような構成により、円周方向に均一なガス流れを簡単に実現できる。ガス供給配管９１へ導入するガスの流量は、その上流にマスフローコントローラなどの流量制御装置を備えることにより制御される。
【００４６】
このような構成のプラズマ処理装置を使用するプラズマ処理方法は、以下の通りに実施することができる。
【００４７】
まず、ベース３の上面にセラミックス筒２が同軸に載置された状態の誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、被処理筒２５が、セラミックス筒２の外周にはめ込まれるように、図１の上方から降下する形で載置される。
【００４８】
次いで、蓋１の下面の中央部の凸部のオネジ部１８をセラミックス筒２の側のメネジ部２ｄにねじ込んでいき、図１の状態を得る。このとき、接続棒９の係合凹部９ａに接地棒１０の嵌合凸部１３を嵌め込むことにより、接続棒９と接地棒１０との電気的導通が確保される。そして、第１及び第２溝２３及び２４にガス供給配管９１を介してアルゴンなどのガスを供給しつつ、高周波電源９０より第１及び第２コイル４ａ及び４ｂに高周波電力を供給することにより、第１及び第２溝２３及び２４と、被処理筒２５の内壁面２５ｅとに囲まれた環状の空間にプラズマ２９及び３０を発生させ、被処理筒２５の内壁面２５ｅを高温プラズマ処理することができる。第１及び第２コイル４ａ及び４ｂには、第１及び第２コイル４ａ及び４ｂがなす環の方向に高周波電流が流れるが、これは誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおける特徴となっている。容量結合型の低温プラズマでは、電流の向きは、電極からプラズマに向かう。
【００４９】
高温プラズマ処理の狙いとして、焼しめ、酸化、還元、又は皮膜形成などが含まれる。酸化を促進するために、アルゴンガスに微量（１０％以下）の酸素ガスを混合させてもよい。また、還元を促進するために、アルゴンガスに微量（１０％以下）の水素ガスを混合させてもよい。また、皮膜形成のために、アルゴンガスに微量（１０％以下）の成膜原料ガス（ＣＶＤ原料ガス）を混合させてもよい。
【００５０】
本実施の形態においては、溝が複数（第１及び第２溝２３及び２４）備えられており、それぞれの内部にプラズマ２９及び３０が発生する構成である。したがって、一度に複数の部位をプラズマ処理することが可能となる。
【００５１】
このように、本実施の形態１によれば、セラミックス筒２の外壁面２ｅの第１及び第２溝２３及び２４と、被処理筒２５の内壁面２５ｅとに囲まれた環状の空間にプラズマ２９及び３０を発生させたプラズマにより、筒状物体のような被処理筒２５の内壁面２５ｅを高温プラズマ処理することが可能となり、熱プラズマを照射して被処理筒２５の内壁面２５ｅを処理する熱プラズマ処理を実現できる。
【００５２】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図３を参照して説明する。
【００５３】
図３は、本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、円筒状の誘導結合型プラズマトーチユニットＴ２を、軸を含む平面で切った断面図であり、図１に相当する。
【００５４】
図３においては、実施の形態１とは異なり、プラズマ発生用コイルはコイル４ｃの１つのみ設けられており、１つの溝２３にプラズマ２９を発生させる。つまり、被処理筒２５の内壁面２５ｅのうち、１つの環状領域のみをプラズマ処理する場合を例示している。
【００５５】
図３において、コイル４ｃの一端は、例えば銅製の接続棒３２に接続され、例えば銅製の高周波印加棒３３を介して高周波電源９０に接続されている。なお、接地棒１０と蓋１とは電気的に絶縁されており、高周波印加棒３３と蓋１とは電気的に絶縁されている。
【００５６】
接続棒３２の係合凹部３２ａに高周波印加棒３３の嵌合凸部３６を嵌め込むことで、互いの電気的導通が取れるよう構成されている。高周波印加棒３３の内部には上端から下向きに深穴３４が冷媒配管の一例として設けられ、高周波印加棒３３の中間部の径方向に貫通した貫通穴３５を介して、セラミックス筒２の内部と連通する蓋１の中央付近に設けられた凹部１ａとの間で流体の行き来ができるようになっている。つまり、セラミックス筒２の内部と深穴３４とは、貫通穴３５を介して連通している。コイル４ｃの他端は、例えば銅製の接続棒９に接続され、例えば銅製の接地棒１０を介して接地される。すなわち、先の実施の形態１と同様に、接続棒９の係合凹部９ａに接地棒１０の嵌合凸部１３を嵌め込むことで、互いの電気的導通が取れるよう構成されている。深穴３４及び１１の冷媒配管には同じ向き（たとえば、図３の上から下へ）に冷媒を流し、冷媒配管の一例としてベース３の中央付近に設けられた凹部３ａと連通する貫通穴３１から冷媒を回収することで、冷媒の循環を実現できる。
【００５７】
本実施の形態２においては、高周波供給と接地との両方を、セラミックス筒２の片側（蓋１の側）で行うよう構成した点においても、実施の形態１と異なっている。実施の形態１においては、ベース側から高周波電力を供給する構成となっているが、図示しない高周波整合回路を固定して運転できるという利点があったものの、接地側の配線が長くなってしまうという欠点があった。
【００５８】
本実施の形態２では、逆に、蓋１を可動とする必要があるため、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ２と高周波整合回路との間の配線をフレキシブルに構成するか、または、整合回路ごと可動とする必要があるという欠点があるものの、高周波印加及び接地とも配線長を比較的短く構成できるという利点がある。
【００５９】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図４を参照して説明する。
【００６０】
図４は、本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、円筒状の誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３を、軸を含む平面で切った断面図であり、図１に相当する。
【００６１】
図４においては、実施の形態１とは異なり、プラズマ発生用コイルはコイル４ｄの１つのみ設けられており、セラミックス筒２を挟んでコイル４ｄの近傍の位置に、例えば、向かい合う位置に１つの溝２３を配置し、この溝２３にプラズマ２９を発生させる。一方で、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３を、セラミックス筒２の軸方向に、被処理筒２５に対して相対的に進退移動させる移動機構９３を備えている。移動機構９３としては、例えば、正逆回転するモータと、モータに接続されて正逆回転するボールネジを誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３に連結して、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３をセラミックス筒２の軸方向に被処理筒２５に対して進退移動させる構成などが例示できる。
【００６２】
このような構成により、筒状物体のような被処理筒２５の内壁面２５ｅを誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３で広範囲に渡ってプラズマ処理することが可能となる。
【００６３】
図４において、蓋３７及びベース３８はそれぞれ円柱状であり、各外径はセラミックス筒２の外径とほぼ等しく、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３全体を被処理筒２５の内部に挿入して移動させることができるよう構成されている。
【００６４】
これにより、セラミックス筒２の軸方向に、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３全体を被処理筒２５に対して上下方向沿いに移動させることができる。
【００６５】
また、被処理筒２５の上下方向の両端は、円筒状のホルダ３９及び４０によって支持される。ホルダ３９及び４０は円筒状であり、各内径は被処理筒２５の内径とほぼ等しい。
【００６６】
これにより、セラミックス筒２の軸方向に、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３全体を、被処理筒２５の上下方向の両端を越えて、さらに上下方向に移動させることができる。
【００６７】
このような構成は、例えば、以下のような動作を可能とする。ホルダ３９の内壁面に溝２３が対向する位置においてプラズマを着火させた後、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３を移動機構９３で上方に移動させ、移動機構９３により加速を経て一定速度に達した後に、溝２３が被処理筒２５の内壁面２５ｅに対向する配置となるよう移動機構９３の移動条件を設定しておく。そして、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３を移動機構９３で上方に一定速度で移動させながら、被処理筒２５の内壁面２５ｅを処理し終え、ホルダ４０の内壁面に溝２３が対向する位置に到達した後、減速を経て、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３を停止するよう移動機構９３の移動条件を設定しておく。
【００６８】
このような移動条件を採用することにより、被処理筒２５の内壁面２５ｅを、一端（例えば下端）から他端（例えば上端）まで、全体を均一にプラズマ処理することが可能となる。
【００６９】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図５を参照して説明する。
【００７０】
図５は、本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、円筒状の誘導結合型プラズマトーチユニットＴ４を、軸を含む平面で切った断面図であり、図１に相当する。
【００７１】
図５においては、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ４は位置が固定され、セラミックス筒２の軸方向に被処理筒２５を移動させる移動機構９３を備えている。
【００７２】
このような構成により、移動機構９３による移動により、筒状物体のような被処理筒２５の内壁面２５ｅを広範囲に渡ってプラズマ処理することが可能となる。
【００７３】
図５において、ベース３８は円柱状であり、その外径はセラミックス筒２の外径とほぼ等しく、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ４全体を被処理筒２５の内部に挿入して移動することができるよう構成されている。
【００７４】
これにより、セラミックス筒２の軸方向に、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ４に対して被処理筒２５を移動機構９３で移動させることができる。被処理筒２５の下端は、ホルダ３９によって支持される。ホルダ３９は円筒状であり、その内部には、ガス供給装置９２からガス供給配管９１と隙間２８とを接続するガス穴２７を備える。
【００７５】
なお、溝２３の下端部（誘導結合型プラズマトーチユニットＴ４に被処理筒２５を挿入する側の端部）と、蓋１の外径が被処理筒２５の外径よりも大きくなっている部分との距離をＬ１とし、被処理筒２５の軸方向の長さをＬ２としたとき、Ｌ１≧Ｌ２となるように構成することで、被処理筒２５の内壁面２５ｅの全体をプラズマ処理することができる。
【００７６】
以上述べたプラズマ処理装置及び方法は、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。
【００７７】
例えば、セラミックス筒２の両端を閉じる蓋１及びベース３が、セラミックス筒２にねじ込まれ、オーリング１５がセラミックス筒２の内壁面に当たる構成を例示したが、ねじ込みではなく、単純な押し当てで、オーリング１５がセラミックス筒２の底面又は上面に当たる構成であってもよい。その他、様々な構成が可能である。
【００７８】
また、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３，Ｔ４を、セラミックス筒２の軸方向に、被処理筒２５に対して相対的に移動させる移動機構９３を備えた構成において、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３，Ｔ４を、固定された被処理筒２５に対して走査してもよいし、固定された誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３，Ｔ４に対して、被処理筒２５を走査してもよい。
【００７９】
また、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ３，Ｔ４を、セラミックス筒２の軸方向に、被処理筒に対して相対的に移動させる移動機構９３を備えた構成において、実施の形態１のようにコイル４ａ，４ｂ及び溝２３，２４を２つ、あるいはそれ以上備える構成とすることができる。
【００８０】
このような構成では、同時にプラズマ処理される面積が増すので、より短時間で被処理筒２５の内壁面２５ｅの全体を処理することができる。
【００８１】
また、蓋１の外径が被処理筒２５の内径よりも大きいものを実施の形態１、２、４に、また、ベース３の外径が被処理筒２５の内径よりも大きいものを実施の形態１、２に例示し、逆に、蓋１の外径が被処理筒２５の内径よりも小さいものを実施の形態３に、また、ベース３の外径が被処理筒２５の内径よりも小さいものを実施の形態３、４に例示したが、蓋１、ベース３の外径と被処理筒２５の内径との大小関係は、誘導結合型プラズマトーチユニットを、セラミックス筒２の軸方向に、被処理筒２５に対して相対的に移動させる際の相互の位置関係又は移動範囲などに応じて、適宜設定することができる。
【００８２】
また、説明においては簡単のため「熱プラズマ」という言葉を用いているが、熱プラズマと低温プラズマの区分けは厳密には難しく、また、例えば、田中康規「熱プラズマにおける非平衡性」プラズマ核融合学会誌、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ．８（２００６）ｐｐ．４７９−４８３において解説されているように、熱的平衡性のみでプラズマの種類を区分することも困難である。本発明は、基材を熱処理することを一つの目的としており、熱プラズマ、熱平衡プラズマ、高温プラズマなどの用語にとらわれず、高温のプラズマを照射する技術に関するものに適用可能である。誘導結合型プラズマトーチにおいては、弱い放電と強い放電の２つのモードが存在しうるが、本発明は強い放電を効果的に利用するためのものであるということもできる。
【００８３】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明の前記態様にかかるプラズマ処理装置及び方法は、熱プラズマを照射して筒状物体のような筒状の基材の内壁面を処理する熱プラズマ処理を実現することができて、様々な製造技術として利用可能で、例えば、筒状の機構部品の内壁の、焼しめ、酸化、還元、又は皮膜形成などのプラズマ処理に適用可能であり、被処理筒の所望の被処理領域全体を短時間で効率良く処理する上で有用な発明である。
【符号の説明】
【００８５】
Ｔ・・・誘導結合型プラズマトーチユニット
１・・・蓋
１ａ・・・凹部
２・・・セラミックス筒
２ａ・・・内部空間
２ｃ・・・下側のメネジ部
２ｄ・・・上側のメネジ部
２ｅ・・・外壁面
３・・・ベース
３ａ・・・凹部
３ｆ・・・凹部
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ・・・コイル
５・・・接続棒
６・・・高周波印加棒
７・・・深穴
８・・・貫通穴
９・・・接続棒
９ａ・・・係合凹部１０・・・接地棒
１１・・・深穴
１２・・・貫通穴
１３・・・嵌合凸部
１４・・・高周波印加アダプタ
１５・・・オーリング
１６・・・接地アダプタ
１７・・・オネジ部
１８・・・オネジ部
１９・・・オネジ部
２０・・・凹部
２０ａ・・・メネジ部
２１・・・オネジ部
２２・・・凹部
２２ａ・・・メネジ部
２３・・・溝
２４・・・溝
２５・・・被処理筒
２５ｅ・・・内壁面
２６・・・ガスマニホールド
２７・・・ガス穴
２８・・・隙間
２９・・・プラズマ
３０・・・プラズマ
３２・・・接続棒
３２ａ・・・係合凹部
３３・・・高周波印加棒
３４・・・深穴
３５・・・貫通穴
３６・・・嵌合凸部
３７・・・蓋
３８・・・ベース
３９，４０・・・ホルダ
９０・・・高周波電源
９１・・・ガス供給配管
９２・・・ガス供給装置
９３・・・移動機構
Ｔ，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４・・・誘導結合型プラズマトーチユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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