(57)【要約】【課題】  本発明は、効率的に必要なラジカルを発生させると共に、液体材料にラジカルを反応させる構造を有するプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  本発明に係るプラズマ処理装置１は、プラズマ発生電極２と、該プラズマ発生電極２と対向して設けられるワーク５，５Ａと、前記プラズマ発生電極２と前記ワーク５，５Ａとの間に介在される下部電極３と、前記プラズマ発生電極２と前記下部電極３に間にガスを導入させるガス導入手段とを少なくとも具備し、さらに前記下部電極３がラジカル８を通過させるための所定の径のラジカル通過孔を具備することをプラズマ処理装置１において、前記ガス導入手段は、プラズマ７を発生させるためのプラズマ発生用ガスＡとラジカル８を発生させるためのラジカル発生用ガスＢとを混合させた混合気９を、前記プラズマ発生電極２と前記下部電極３の間に導入させることにある。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されるプラズマ発生電極と、該プラズマ発生電極と対向して設けられるワークと、前記プラズマ発生電極と前記ワークとの間に介在され、前記プラズマ発生電極と対向して設けられると共に接地側となる下部電極と、前記プラズマ発生電極と前記下部電極に間にガスを導入させるガス導入手段とを少なくとも具備し、さらに前記下部電極がラジカルを通過させるための所定の径のラジカル通過孔を具備することをプラズマ処理装置において、
前記ガス導入手段は、プラズマを発生させるためのプラズマ発生用ガスとラジカルを発生させるためのラジカル発生用ガスとを混合させた混合気を、前記プラズマ発生電極と前記下部電極の間に導入させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ発生用ガスは、希ガス又はそれらの混合気から選択されるものであり、前記ラジカル発生用ガスは、フッ素系ガス、炭素系ガス又はシリコン系ガスから選択されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ラジカル発生用ガスは、有機系モノマー材料、ポリマー材料、シランカップリング剤などの液体材料であり、前記混合気は、希ガスを液体材料内でバブリングさせて形成すること特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ワークが液体であり、前記ラジカルの導入時に液体を撹拌する撹拌手段が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、大気圧プラズマ処理によって生じるラジカルをワークに対して放射するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開平１０−３２１６１９号公報）は、酸化シリコン膜を形成する成膜装置を開示する。ここで開示される成膜装置は、モノシランガスと酸素ガスを材料ガスとした平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置であり、このプラズマＣＶＤ装置が、基本的に真空排気可能な真空チャンバーとこのチャンバー内に設けられたガスシャワーヘッドを含む高周波印加電極、基板側対向電極、四角形中間メッシュプレート電極及び枠状ガスインジェクタによって構成される。この構成によって、高圧印加電極下で、酸素及びヘリウムのプラズマが生成され、メッシュプレート電極によって酸素プラズマが閉じ込められると共にメッシュプレート電極を介して酸素ラジカルがモノシランガスと反応して酸化シリコン前駆体を形成し、基板上に酸化シリコン膜が形成されるものである。
【０００３】
特許文献２（特開平１１−１６８０９４号公報）は、特許文献１と同様に、高周波印加電極と中間メッシュプレート電極との間で酸素プラズマを発生させ、中間メッシュプレート電極を通過した酸素ラジカルと平面インジェクタから噴射されるモノシランガスとを反応させ、基板上へ酸化シリコン膜を形成することを開示する。この特許文献２では、平面インジェクタに独立に設けられた複数のモノシランガス噴射孔及び酸素ラジカル通過孔の間にヘリウムなどの不活性ガス噴射孔を有しており、酸素ラジカルとモノシランガスの急激な反応を抑制するようにしたことを特徴とするものである。
【０００４】
特許文献３（特開２０１０−９３２９０号公報）は、プラズマ中のラジカルをプラズマ分離用のプラズマ閉じ込め電極板のラジカル通過孔を通して処理室に導入し、処理室に処理ガスを導入して処理室内でラジカルと混合し、そしてラジカルと処理ガスとの混合雰囲気により基板表面を洗浄する処理方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３２１６１９号公報
【特許文献２】特開平１１−１６８０９４号公報
【特許文献３】特開２０１０−９３２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、プラズマによってラジカルを生成する従来の装置は、真空下若しくは低ガス圧下でプラズマを形成し、ラジカル通過孔を通過したラジカルと処理ガスとの混合雰囲気で基板等の処理を行うものであり、基本的にラジカルを発生させた後に、そのラジカルと処理ガスとの混合雰囲気内で基板等を処理するものであった。
【０００７】
また、従来の真空中での処理では、液体材料をラジカルで処理することは不可能であった。
【０００８】
本発明は、プラズマを発生させるためのガスと、ラジカルを発生させるガスを混合させて、効率的に必要なラジカルを発生させると共に、液体材料にラジカルを反応させる構造を有す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】
【０００９】
したがって、本発明にかかるプラズマ処理装置は、電圧が印加されるプラズマ発生電極と、該プラズマ発生電極と対向して設けられるワークと、前記プラズマ発生電極と前記ワークとの間に介在され、前記プラズマ発生電極と対向して設けられると共に接地側となる下部電極と、前記プラズマ発生電極と前記下部電極に間にガスを導入させるガス導入手段とを少なくとも具備し、さらに前記下部電極がラジカルを通過させるための所定の径のラジカル通過孔を具備することをプラズマ処理装置において、前記ガス導入手段は、プラズマを発生させるためのプラズマ発生用ガスとラジカルを発生させるためのラジカル発生用ガスとを混合させた混合気を、前記プラズマ発生電極と前記下部電極の間に導入させることを特徴とするものである。また、前記混合気の導入方向は、前記プラズマ発生電極と前記下部電極に沿った方向であることが望ましい。
【００１０】
これによって、プラズマ発生用ガスとラジカル発生用ガスの混合気を、プラズマ発生電極と下部電極の間に導入してプラズマを発生させることによって、所望のラジカルを発生させることができ、このラジカルのみを下部電極のラジカル通過孔を介してワークに照射されてワークに化学反応を起こさせることができるものである。
【００１１】
また、本発明において、前記プラズマ発生用ガスは、希ガス又はそれらの混合気から選択されるものであり、前記ラジカル発生用ガスは、フッ素系ガス、炭素系ガス又はシリコン系ガスから選択されることが望ましい。特に希ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンから選択されることが望ましい。さらにラジカル形成用ガスは、フッ素系ガス（ＣｘＦｙ：ｘ＝０〜４，ｙ＝１〜８）、炭素系ガス（ＣｘＨｙＯｚ：ｘ＝１〜３，Ｈ＝０〜６，ｚ＝０〜２）、シリコン系ガス（ＳｉＨ４，ＳｉＦ４，ＳｉＨ２Ｆ２など）であることが望ましい。
【００１２】
前記ラジカル発生用ガスは、有機系モノマー材料、ポリマー材料、シランカップリング剤などの液体材料であり、前記混合気は、希ガスを液体材料内でバブリングさせて形成することが望ましい。
【００１３】
これによって希ガスが、ラジカル発生用ガスの基となる液体材料内、例えば有機系モノマー材料、ポリマー材料、シランカップリング剤内をバブリングすることによって希ガス内にそれぞれの液体材料の成分を混入させることができ、混合気を形成できるものである。
【００１４】
さらに、前記ワークが液体である場合には、前記ラジカルの導入時に液体を撹拌する撹拌手段を設けることが望ましい。
【００１５】
ワークが液体の場合、ラジカルが液体ワークの表面にのみ照射されることになるので、撹拌手段によって液体ワークを撹拌することによって液体ワークとラジカルとの化学反応を効率的に行うことができるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、プラズマ発生電極と下部電極に間に、プラズマ発生用ガスとラジカル発生用ガスの混合気を供給し、発生したプラズマによってラジカル発生用ガスが処理され、所望のラジカルが生じ、このラジカルが下部電極を介してワークに照射されるので、ワークに化学反応を起こさせることができることから、大気圧下で、簡易にワークの処理ができるものである。また、大気圧下での処理であるため、液体ワークでも同様の化学処理が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１に係るプラズマ処理装置の概略を示した説明図である。
【図２】本発明の実施例２に係るプラズマ処理装置の概略を示した説明図である。
【図３】本発明の実施例３に係るプラズマ処理装置の概略を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について、図面により説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１に係るプラズマ処理装置１は、例えば図１に示すように、大気圧雰囲気中に配されるプラズマ発生電極２と、このプラズマ発生電極２と対向して下部電極（アース電極）３が設けられる。また前記プラズマ発生電極２に接続される電源４は、直流又は交流（周波数１Ｈｚ〜１ＧＨｚ）、電圧（１Ｖ〜１００ｋＶ）であることが望ましい。また、ワーク５は、前記下部電極３に対向して設けられる。
【００２０】
また、本発明において、前記下部電極３は、主に金属単体、又は金属及び絶縁体により構成されており、ラジカルの種類に対応して直径０．１ｍｍ〜５ｍｍのラジカル通過孔（図示しない）が複数形成されているものである。
【００２１】
さらに、前記プラズマ発生電極２及び下部電極３の間には、プラズマ発生室６が画成され、プラズマ発生ガスＡ及びラジカル発生ガスＢが混合されて形成された所望の混合気９が、前記プラズマ発生室６に供給される。これによって前記プラズマ発生室６には前記希ガスＡに基づいてプラズマ７が形成され、このプラズマ７の作用によって前記ラジカル発生ガスＢに基づいて所望のラジカル８が形成されるものである。さらに、プラズマ７が前記プラズマ発生室６に閉じ込められ、ラジカル８のみが下部電極３のラジカル通過孔からワーク５に照射されるものである。
【００２２】
前記プラズマ発生ガスＡは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンからなる希ガス若しくはこれらを含む混合気から、プラズマの形成条件に合わせて選択されることが望ましい。また、前記ラジカル発生ガスＢとしては、フッ素系ガス（ＣｘＦｙ：ｘ＝０〜４，ｙ＝１〜８）、炭素系ガス（ＣｘＨｙＯｚ：ｘ＝１〜３，ｙ＝０〜６，ｚ＝０〜２）、シリコン系ガス（ＳｉＨ４，ＳｉＦ４，ＳｉＨ２Ｆ２など）から、要求されるラジカルに合わせて選択されることが望ましい。これによって、前記混合気９がプラズマ形成空間６に導入されて、所定の電圧が印加され、これによってプラズマ７が発生し、このフプラズマ７によって、フッ素ラジカル、炭素ラジカル、シリコンラジカルなど、所望のラジカルが形成されるものである。個々で発生したラジカルは、前記下部電極３のラジカル通過孔を介して前記ワーク５に照射され、ワーク５上に化学反応を起こし、所望の処理、例えば、所望の薄膜の形成、表面洗浄などの表面処理が行われるものである。
【実施例２】
【００２３】
本発明の実施例２にかかるプラズマ発生装置１Ａは、上述した実施例１に示されたプラズマ発生装置１と比べて、混合気９の形成方法が異なるものである。実施例２にかかる混合気の形成方法は、図２に示すように、液体材料（例えば有機系モノマー材料及びポリマー材料、シランカップリング剤など）Ｃ内に希ガスＡを導入し、この液体材料Ｃ内に希ガスＡの気泡を発生させて希ガスＡ内に液体材料Ｃの成分を含有させ、混合気９を形成するようにしたものである。
【００２４】
これによって、液体材料を使用することによっても、実施例１と同様の効果を得ることができるものである。尚、実施例１と同一の箇所及び同様の効果を奏する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【実施例３】
【００２５】
本発明の実施例３にかかるプラズマ発生装置１Ｂは、上述した実施例１及び２に示されたプラズマ発生装置１と比べてワーク５が液体ワーク５Ａである点で異なるものである。
【００２６】
この実施例３において、ラジカル８が液体ワーク５Ａの表面に照射されて液体ワーク５Ａの表面部分で化学反応を起こすことから、液体ワーク５Ａを撹拌することによって効率的に液体ワーク５Ａを全般的に化学反応させることができるものである。このため、実施例３では、液体ワーク５Ａを収容する容器５０に撹拌装置１０を設けるものである。この撹拌装置１０は、この実施例３では、容器５０の側面に設けられているが、容器５０の下方に設けても良いものである。
【００２７】
また、この実施例３においては、実施例１に記載される構成によって液体ワーク５Ａを処理するようにしたが、実施例２に記載される構成によっても同様に液体ワーク５Ａに化学反応を起こさせることができるものである。
【符号の説明】
【００２８】
１，１Ａ，１Ｂ  プラズマ処理装置
２  プラズマ発生電極
３  下部電極
４  電圧電源
５  ワーク
５Ａ  液体ワーク
６  プラズマ発生室
７  プラズマ
８  ラジカル
９  混合気
１０  撹拌装置
５０  容器
Ａ  プラズマ形成用ガス
Ｂ  ラジカル形成用ガス
Ｃ  液体材料
【図１】
2018181685.tif 000003
【図２】
2018181685.tif 000004
【図３】
2018181685.tif 000005