(57)【要約】【課題】プラズマ処理の均一性及び効率が向上し、電極の絶縁が容易になるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】走査ヘッドにおいては、処理ガスが流れる流路を有する構造物と、棒形状を有し表面が固体誘電体からなる被覆電極と、が結合される。被処理ワークは、支持電極の支持面に支持される。流路の入口には処理ガスが供給される。被覆電極と支持電極との間にはパルス電圧が印加される。流路及び被覆電極は、少なくとも出口寄りの部分が支持面に平行な方向以外の方向に延在する。被覆電極は、流路の中に配置され、流路の内表面との間に間隙を有し、被覆電極の放電先端は、流路の出口に露出する。走査ヘッドの先端は、支持面との間に間隙を有する。【選択図】図１
2011181238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を有する構造物と、棒形状を有し表面が固体誘電体からなる被覆電極と、を結合した走査ヘッドと、
被処理物を支持する支持面を有する支持電極と、
前記流路の入口に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
第１の極と第２の極との間にパルス電圧を繰り返し発生するパルス電源と、
前記被覆電極と前記第１の極とを接続し、前記支持電極と前記第２の極とを接続するパルス伝送線路と、
被処理物を前記走査ヘッドに走査させる走査機構と、
を備え、
前記流路は、
少なくとも出口寄りの部分が前記支持面に平行な方向以外の方向に延在し、
前記被覆電極は、
前記流路の中に配置され、前記流路の内表面との間に間隙を有し、少なくとも放電先端寄りの部分が前記支持面に平行な方向以外の方向に延在し、前記流路の出口に前記放電先端が露出し、
前記走査ヘッドは、
前記支持面との間に間隙を有する、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記流路の出口が先すぼみ構造を有する請求項１のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記被覆電極の先端が先細り形状を有する請求項１又は請求項２のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記パルス電源が誘導エネルギー蓄積型の電源である請求項１から請求項３までのいずれかのプラズマ処理装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２は、プラズマ処理装置に関する。
【０００３】
特許文献１のプラズマ処理装置においては、構造体（筒状固体誘電体容器４）が有する流路の中に棒形状を有する第１の電極（内側電極３）が配置され、第１の電極と流路の外に配置された第２の電極との間にパルス電圧が印加される。処理ガスは、流路の入口（ガス導入口５）へ供給される。流路の中でプラズマ化された処理ガスは、流路の出口（ガス吹き出し口６）から支持面（搬送ベルト１１のベルト面）に支持される被処理物（被処理体１０）へ吹きつけられる。
【０００４】
特許文献２のプラズマ処理装置においては、構造体（固体誘電体容器４）が有する流路の外に第１の電極（一の電極２）が配置され、第１の電極と被処理物（基材５）を支持する支持面を有する第２の電極（他の電極３）との間にパルス電圧が印加される。処理ガス（処理用ガス）は、流路の入口（ガス導入口６）へ供給される。処理ガスは、流路の出口（ガス吹き出し口７）から支持面に支持された被処理物へ吹きつけられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６３２０７号公報
【特許文献２】特開平９−４９０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のプラズマ処理装置には、処理ガスがプラズマ化されてから被処理物に吹きつけられるまでに処理ガスの活性が低下し、プラズマ処理の均一性及び効率が不十分になるという問題がある。また、特許文献２のプラズマ処理装置には、第１の電極から沿面放電が起こりやすく、第１の電極の絶縁が困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされ、プラズマ処理の均一性及び効率が向上し、電極の絶縁が容易になるプラズマ処理装置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】
課題を解決するための手段を以下に示す。
【０００９】
（１）プラズマ処理装置が、流路を有する構造物と、棒形状を有し表面が固体誘電体からなる被覆電極と、を結合した走査ヘッドと、被処理物を支持する支持面を有する支持電極と、前記流路の入口に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、第１の極と第２の極との間にパルス電圧を繰り返し発生するパルス電源と、前記被覆電極と前記第１の極とを接続し、前記支持電極と前記第２の極とを接続するパルス伝送線路と、被処理物を前記走査ヘッドに走査させる走査機構と、を備え、前記流路は、少なくとも出口寄りの部分が前記支持面に平行な方向以外の方向に延在し、前記被覆電極は、前記流路の中に配置され、前記流路の内表面との間に間隙を有し、少なくとも放電先端寄りの部分が前記支持面に平行な方向以外の方向に延在し、前記流路の出口に前記放電先端が露出し、前記走査ヘッドは、前記支持面との間に間隙を有する。
【００１０】
（２）上記（１）のプラズマ処理装置において、前記流路の出口が先すぼみ構造を有する。
【００１１】
（３）上記（１）又は上記（２）のプラズマ処理装置において、前記被覆電極の先端が先細り形状を有する。
【００１２】
（４）上記（１）から上記（３）までのいずれかのプラズマ処理装置において、前記パルス電源が誘導エネルギー蓄積型の電源である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被処理物の近くで処理ガスがプラズマ化され、プラズマ処理の均一性及び効率が向上する。また、電極の絶縁が容易になる。
【００１４】
請求項２及び請求項３の発明によれば、処理ガスが放電の中心に導かれ、プラズマ処理の効率が向上する。
【００１５】
請求項４の発明によれば、投入されるエネルギーが増加し、処理の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態のプラズマ処理装置の模式図である。
【図２】被処理ワークの平面図である。
【図３】ストリーマ放電の模式図である。
【図４】ストリーマ放電の模式図である。
【図５】第１実施形態のＩＥＳ電源の回路図である。
【図６】走査ヘッドの走査速度と改質後の水接触角との関係を示す図である。
【図７】第２実施形態のＩＥＳ電源の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
第１実施形態は、プラズマ処理装置に関する。
【００１８】
（概略）
図１は、プラズマ処理装置１００２の模式図である。図１は、プラズマ処理装置１００２のリアクタ１００４の断面及びリアクタ１００４の付属物を示す。図２は、被処理ワークＷの模式図である。図２は、平面図である。
【００１９】
図１に示すように、リアクタ１００４は、チャンバ１００８と、走査ヘッド１０１２と、支持テーブル１０１６と、走査ヘッド搬送機構１０２０と、支持テーブル搬送機構１０２４と、を備える。走査ヘッド１０１２、支持テーブル１０１６、走査ヘッド搬送機構１０２０及び支持テーブル搬送機構１０２４は、チャンバ１００８の内部に収容される。
【００２０】
走査ヘッド１０１２は、構造物１１０４と、被覆電極１１２８と、を備える。被覆電極１１２８は、導電体棒１１０８と、固体誘電体層１１１２と、を備える。
【００２１】
支持テーブル１０１６は、被覆電極１２１６と、収容フレーム１２１２と、を備える。被覆電極１２１６は、導電体板１２０４と、固体誘電体層１２０８と、を備える。被覆電極１２１６は、支持面１２２０が固体誘電体からなる支持電極である。被処理ワークＷがガラス基板等の固体誘電体からなる場合は、導電体板１２０４を被覆する固体誘電体層１２０８が省かれてもよく、被覆電極１２１６に代えて支持面が導電体からなる支持電極が採用されてもよい。
【００２２】
導電体棒１１０８及び導電体板１２０４は、同軸ケーブル等のパルス伝送線路１０２８を介してパルス電源１０３２が接続される。また、走査ヘッド１０１２には、処理ガス供給機構１０３６が接続される。
【００２３】
被処理ワークＷは、支持テーブル１０１６に支持される。また、走査ヘッド１０１２から被処理ワークＷへ処理ガスが吹きつけられ、導電体棒１１０８と導電体板１２０４との間にパルス電圧が印加される。これにより、走査ヘッド１０１２と支持テーブル１０１６との間でプラズマ化された処理ガスが被処理ワークＷに吹きつけられる。さらに、走査ヘッド１０１２で被処理ワークＷが走査される。これにより、図２に示すように、プラズマ化された処理ガスが吹きつけられる処理スポットＴＳが被処理面ＷＳの上を移動し、プラズマ化された処理ガスで被処理パターンＴＰが処理される。
【００２４】
（構造体１１０４）
構造体１１０４は、処理ガスが流れる流路１１１６を有する。流路１１１６は、丸孔形状を有してもよいし、角孔形状を有してもよい。
【００２５】
流路１１１６の入口１１２０には、処理ガス供給機構１０３６が接続され、処理ガスが供給される。入口１１２０に供給された処理ガスは、流路１１１６を流れ、流路１１１６の出口１１２４から出る。
【００２６】
流路１１１６は、支持テーブル１０１６の支持面１２２０に平行な方向以外の方向に延在すべきであるが、支持面１２２０と３０〜９０°をなす方向に延在することが望ましく、支持面１２２０に垂直な方向に延在することがさらに望ましい。これにより、処理ガスが均一にプラズマ化され、プラズマ化された処理ガスが均一に吹きつけられ、処理の均一性が向上する。処理ガスが向かう方向は、概ね、流路１１１６の出口寄りの部分が延在する方向によって決まる。したがって、流路１１１６の出口寄りの部分のみが上記の望ましい方向に延在し、流路１１１６の残余の部分がそれ以外の方向に延在してもよい。「出口寄りの部分」は、流路１１１６の一部を占める連続する部分であって、出口１１２４に至る部分である。
【００２７】
出口１１２４は、先すぼみ構造を有する。これにより、処理ガスが放電の中心に導かれ、処理の効率が向上する。ただし、処理の効率がわずかに低下する可能性はあるが、先すぼみ構造が省略されてもよい。「先すぼみ構造」とは、流路１１１６の出口寄りの部分において、出口１１２４に近づくにつれて流路１１１６の内表面が流路１１１６の中心軸に近づき、出口１１２４に近づくにつれて流路１１１６の径が細くなる構造である。
【００２８】
構造体１１０４は、絶縁体からなる。これにより、構造体１１０４と導電体棒１１０８との間の不要な放電が抑制される。
【００２９】
（被覆電極１１２８）
被覆電極１１２８は、導電体棒１１０８と固体誘電体層１１１２との複合体である。導電体棒１１０８は、固体誘電体層１１１２で被覆される。導電体棒１１０８は、アルミニウム等の金属、ステンレス鋼等の合金等の導電体からなる。固体誘電体層１１１２は、石英ガラス、セラミックス等の固体誘電体からなる。
【００３０】
導電体棒１１０８及び被覆電極１１２８は、棒形状を有する。導電体棒１１０８及び被覆電極１１２８は、丸棒形状を有してもよいし、角棒形状を有してもよいが、丸棒形状を有することが望ましい。また、固体誘電体層１１１２の層厚は均一であることが望ましい。さらに、導電体棒１１０８及び固体誘電体層１１１２は、同軸配置されることが望ましい。これにより、放電が均一になり、処理の均一性が向上する。導電体棒１１０８が円棒形状を有することは、鋭利な部分を減らし、不要な放電を抑制することにも寄与する。
【００３１】
導電体棒１１０８及び被覆電極１１２８は、支持面１２２０に平行な方向以外の方向に延在すべきであるが、支持面１２２０と３０〜９０°をなす方向に延在することが望ましく、支持面１２２０に垂直な方向に延在することがさらに望ましい。これにより、放電が均一になり、処理の均一性が向上する。放電の状態に支配的な影響を与えるのは、導電体棒１１０８及び被覆電極１１２８の放電先端寄りの部分である。したがって、導電体棒１１０８及び被覆電極１１２８の放電先端寄りの部分のみが望ましい方向に延在し、導電体棒１１０８及び被覆電極１１２８の残余の部分がそれ以外の方向に延在してもよい。「放電先端寄りの部分」とは、導電体棒１１０８及び被覆電極１１２８の一部を占める連続する部分であって、放電先端１１３６，１１３２に至る部分である。
【００３２】
被覆電極１１２８の表面は、固体誘電体からなり、導電体棒１１０８は、パルス伝送線路１０２８に接続される非放電先端を除いて表面に露出しない。これにより、不要な放電が抑制され、導電体棒１１０８及び被処理ワークＷの損傷が抑制される。
【００３３】
被覆電極１１２８の放電先端１１３２は、鋭利な部分を有さないことが望ましく、半球形状等の表面が曲面からなる先細り形状を有することが望ましい。これにより、処理ガスが放電の中心に導かれ、処理の効率が向上する。また、不要な放電が抑制される。「先細り形状」とは、被覆電極１１２８の放電先端寄りの部分において、放電先端１１３２に近づくにつれて被覆電極１１２８の外表面が被覆電極１１２８の中心軸に近づき、放電先端１１３２に近づくにつれて被覆電極１１２８の径が細くなる形状である。
【００３４】
導電体棒１１０８の放電先端１１３６も、鋭利な部分を有さないことが望ましく、半球形状等の表面が曲面からなる先細り形状を有することが望ましい。これにより、不要な放電が抑制される。
【００３５】
導電体棒１１０８は、パルス伝送線路１０２８により、パルス電源１０３２の正極に接続される。
【００３６】
（走査ヘッド１０１２）
走査ヘッド１０１２においては、構造体１１０４と被覆電極１１２８とが結合される。「結合」とは、構造体１１０４と被覆電極１１２８とが一体的に移動するように構造体１１０４と被覆電極１１２８との相対的な位置を固定することをいう。
【００３７】
走査ヘッド１０１２の先端１１４０と支持面１２２０との間には、間隙がある。すなわち、放電先端１１３２と支持面１２２０との間には間隙があり、構造体１１０４の先端と支持面１２２０との間にも間隙がある。間隙は、被処理ワークＷが支持面１２２０に支持されたときに、先端１１４０と被処理ワークＷとが接触しないように決められる。
【００３８】
被覆電極１１２８は、流路１１１６の中に配置される。被覆電極１１２８の放電先端１１３２は、出口１１２４から突出し、出口１１２４に露出する。被覆電極１１２８の放電先端１１３２が出口１１２４に達するに過ぎない場合も、被覆電極１１２８の放電先端１１３２が出口１１２４に露出するとみなしてよい。
【００３９】
被覆電極１１２８は、流路１１１６と同じ方向に延在することが望ましい。また、被覆電極１１２８は、流路１１１６と同軸配置されることが望ましい。さらに、被覆電極１１２８及び流路１１１６の横断面形状がいずれも円形であることが望ましい。これにより、被覆電極１１２８の外表面と流路１１１６の内表面との間の間隙が均一になり、処理ガスが均一に流れ、処理の均一性が向上する。
【００４０】
被覆電極１１２８の外表面と流路１１１６の内表面との間には横断面形状が環形状を有する間隙があり、処理ガスは当該間隙を流れる。
【００４１】
（被覆電極１２１６）
被覆電極１２１６は、導電体板１２０４と固体誘電体層１２０８との複合体である。導電体板１２０４の一方の主面は、固体誘電体層１２０８で被覆される。導電体板１２０４は、アルミニウム等の金属、ステンレス鋼等の合金等の導電体からなる。固体誘電体層１２０８は、石英ガラス、セラミックス等の固体電解質からなる。導電体板１２０４が導電体膜に置き換えられてもよい。
【００４２】
被覆電極１２１６は、被処理ワークＷを支持する支持面１２２０を有する。支持面１２２０は、固体誘電体からなり、導電体板１２０４の走査ヘッド１０１２に対向する側の主面は表面に露出しない。これにより、アーク放電が抑制され、導電体板１２０４及び被処理ワークＷの損傷が抑制される。
【００４３】
固体誘電体層１２０８の層厚は均一であることが望ましい。これにより、放電が均一になり、処理の均一性が向上する。
【００４４】
支持面１２２０は、典型的には、平面であるが、支持面１２２０が湾曲面であってもよい。
【００４５】
導電体板１２０４及び固体誘電体層１２０８は、収容フレーム１２１２に収容される。導電体板１２０４は、パルス伝送線路１０２８により、パルス電源１０３２の負極に接続される。
【００４６】
（走査ヘッド搬送機構１０２０及び支持テーブル搬送機構１０２４）
走査ヘッド搬送機構１０２０及び支持テーブル搬送機構１０２４は、それぞれ、走査ヘッド１０１２及び支持テーブル１０１６を支持面１２２０に平行に１次元運動させる。支持テーブル搬送機構１０２４が支持テーブル１０１６を移動させると、支持面１２２０に支持される被処理ワークＷも支持テーブル１０１６と一緒に移動する。
【００４７】
走査ヘッド搬送機構１０２０が走査ヘッド１０１２を１次元運動させる方向Ａと、支持テーブル搬送機構１０２４が支持テーブル１０１６を１次元運動させる方向Ｂとは、異なる方向であり、望ましくは、垂直をなす。これにより、走査ヘッド搬送機構１０２０及び支持テーブル搬送機構１０２４は、走査ヘッド１０１２に被処理ワークＷを２次元的に走査させる走査機構として機能し、被処理ラインが２次元的に延在する被処理パターンＴＰがプラズマ化された処理ガスで処理される。ただし、被処理ラインが１次元的に延在する被処理パターンがプラズマ化された処理ガスで処理されてもよい。
【００４８】
走査ヘッド搬送機構１０２０及び支持テーブル搬送機構１０２４としては、リニアモータ、ボールネジ、直動ガイド等を組み合わせた公知の搬送機構が採用される。
【００４９】
走査ヘッド搬送機構１０２０を省略し、支持テーブル搬送機構１０２４が支持テーブル１０１６を支持面１２２０に平行に２次元運動させてもよい。又は、支持テーブル搬送機構１０２４を省略し、走査ヘッド搬送機構１０２０が走査ヘッド１０１２を支持面１２２０に平行に２次元運動させてもよい。
【００５０】
（パルス電源１０３２）
パルス電源１０３２は、正極と負極との間にパルス電圧を繰り返し発生する。これにより、導電体棒１１０８と導電体板１２０４との間にパルス電圧が繰り返し印加され、被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間にパルス放電が発生し、被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間で処理ガスがプラズマ化される。
【００５１】
（ストリーマ放電）
被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間に発生させるパルス放電は、ストリーマ放電であることが望ましい。
【００５２】
図３及び図４は、ストリーマ放電の模式図である。
【００５３】
被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間にストリーマ放電が発生しているときには、図３に示すように、被覆電極１１２８から被覆電極１２１６へ向かうが被覆電極１２１６には達しないストリーマＳＴ１が成長し、図１に示すように、被覆電極１１２８から被覆電極１２１６へ向かって末広がりになる薄紫色の発光１３０４が観察される。被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間にグロー放電が発生しているときは、薄紫色の発光１３０４は観察されない。
【００５４】
図３に示す枝分かれした長いストリーマＳＴ１が成長する前、すなわち、図４に示す短いストリーマＳＴ２が散点する状態で、ストリーマの成長を停止させることも望ましい。この微細なストリーマ放電は、処理の均一性を向上することに寄与する。
【００５５】
（処理ガス）
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単体ガス又は窒素ガス及び酸素ガスからなる混合物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物ガスを処理ガスとする場合、処理ガス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、処理の効率が向上するからである。
【００５６】
（被処理ワークＷ）
被処理ワークＷは、主に、半導体基板、ガラス基板等の板形状物の被処理物である。ただし、被処理物がポリエチレンシート、ポリプロピレンシート等のシート形状物であってもよい。
【００５７】
（窒素ラジカル及び短波長紫外線の作用）
被処理面ＷＳが処理されるのは、主に、窒素ラジカル及び短波長紫外線が被処理面ＷＳに複合的に作用することによる。ただし、ストリーマ放電の状態等によっては、窒素ラジカル及び短波長紫外線のいずれかが処理に支配的に寄与する場合もある。
【００５８】
被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間にストリーマ放電を発生させると、活性が極めて高い窒素ラジカルを含むプラズマが被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間に発生する。したがって、ストリーマ放電が発生している被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間に被処理ワークＷを配置し、窒素ラジカルを被処理面ＷＳに化学的に作用させると、被処理面ＷＳが処理される。
【００５９】
被処理面ＷＳに作用させ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を選択した理由は、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、処理の効率を向上することに寄与する。
【００６０】
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、被処理面ＷＳに作用させる化学種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつである。
【００６１】
また、被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間にストリーマ放電を発生させると、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被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間に被処理ワークＷを配置し、短波長紫外線を被処理面ＷＳに照射すると、被処理面ＷＳが処理される。
【００６２】
「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る。「短波長紫外線」は、「遠赤外線」又は「ＵＶ−Ｃ」とも呼ばれる。短波長紫外線を照射するのは、短波長紫外線は被処理ワークＷの奥深くまで浸透せず、被処理面ＷＳの近傍のみに集中して光化学的な作用を与えるからである。
【００６３】
（パルス電圧のパルス幅等）
パルス電源１０３２が発生するパルス電圧のパルス幅等は、被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間にアーク放電を発生させないでストリーマ放電を発生させるように決められる。ピーク電圧は、概ね、１０〜１００ｋＶ、半値幅ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）は、概ね、１００〜５００００ｎｓ、立ち上がり時の電圧の時間上昇率ｄＶ／ｄｔは、概ね、１〜５００ｋＶ／μｓ、周波数は、概ね、１〜５０ｋＨｚ、出力は、概ね１０〜１０００Ｗであることが望ましい。半値幅等の範囲を「概ね」としているのは、被覆電極１１２８，１２１６の構造及び材質、被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間隙の幅、処理ガスの圧力等によっては、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、パルス放電がストリーマ放電になっているか否かは、実際のパルス放電を観察して判断することが望ましい。
【００６４】
パルス電圧は、極性が変化しない単極性であってもよいし、極性が交互に変化する両極性であってもよい。
【００６５】
（パルス電源１０３２の形式）
パルス電源１０３２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パルス電圧を導電体棒１１０８と導電体板１２０４との間に印加することができればどのような形式の電源であってもよいが、誘導性素子に磁界の形で蓄積した誘導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１００４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電源が発生するパルス電圧は電圧の上昇が急激であるのに対して、ＣＥＳ電源が発生するパルス電圧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パルスエネルギーが十分に大きくなるのに対して、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パルスエネルギーが十分に大きくならないことにより生じる。
【００６６】
（スイッチング素子）
ＩＥＳ電源において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は、静電誘導型サイリスタ（以下では「ＳＩ（Static Induction）サイリスタ」という。）が選択されることが望ましい。スイッチング素子としてＳＩサイリスタが選択されると、ＩＥＳ電源が立ち上がりの速いパルス電圧を発生することができ、ストリーマ放電が容易に発生するからである。
【００６７】
スイッチング素子としてＳＩサイリスタを選択することにより立ち上がりの速いパルス電圧が発生するのは、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、高速にターンオフさせ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電源１０３２（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。
【００６８】
（ＩＥＳ電源１４０４の回路図）
図５は、パルス電源１０３２に好適に用いられるＩＥＳ電源１４０４の回路図である。ただし、図５に示す回路図は一例にすぎず、必要に応じて様々に変形される。
【００６９】
図５に示すように、ＩＥＳ電源１４０４は、直流電源１４０８と、キャパシタ１４１２と、昇圧トランス１４１６と、ＳＩサイリスタ１４２０と、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)１４２４と、ゲート駆動回路１４２８と、ダイオード１４３２と、を備える。
【００７０】
ＩＥＳ電源１４０４においては、直流電源１４０８から昇圧トランス１４１６の１次側巻線１４３６への電流の供給経路１４５２が、ＳＩサイリスタ１４２０、ＭＯＳＦＥＴ１４２４、ゲート駆動回路１４２８及びダイオード１４３２からなるスイッチング用素子群により開閉される。供給経路１４５２が閉じられ、１次側巻線１４３６へ電流が供給され、昇圧トランス１４１６に誘導エネルギーが蓄積された後に、供給経路１４５２が開かれると、昇圧トランス１４１６の２次側巻線１４４０に誘導起電力が発生し、正極１４４４と負極１４４８との間にパルス電圧が発生する。直流電源１４０８からの電流の供給は、キャパシタ１４１２により安定化される。
【００７１】
ＩＥＳ電源１４０４においては、直流電源１４０８と、１次側巻線１４３６と、ＳＩサイリスタ１４２０のアノード（Ａ）・カソード（Ｋ）間と、ＭＯＳＦＥＴ１４２４のドレイン（Ｄ）・ソース（Ｓ）間とが直列接続される。すなわち、１次側巻線１４３６の一端が直流電源１４０８の正極に、１次側巻線１４３６の他端がＳＩサイリスタ１４２０のアノードに、ＳＩサイリスタ１４２０のカソード（Ｋ）がＭＯＳＦＥＴ１４２４のドレイン（Ｄ）に、ＭＯＳＦＥＴ１４２４のソース（Ｓ）が直流電源１４０８の負極に接続される。
【００７２】
また、ＩＥＳ電源１４０４においては、ＳＩサイリスタ１４２０のゲート（Ｇ）がダイオード１４３２を介して１次側巻線１４３６の一端と接続される。すなわち、ＳＩサイリスタ１４２０のゲート（Ｇ）がダイオード１４３２のアノード（Ａ）に、ダイオード１４３２のカソード（Ｋ）が１次側巻線１４３６の一端に接続される。ダイオード１４３２は、ＳＩサイリスタ１４２０のゲート（Ｇ）に正バイアスを与えた場合に電流が流れることを阻止する、すなわち、ＳＩサイリスタ１４２０のゲート（Ｇ）に正バイアスを与えた場合にＳＩサイリスタ１４２０が電流駆動とならないようにする。
【００７３】
ＭＯＳＦＥＴ１４２４のゲート（Ｇ）・ソース（Ｓ）間には、ゲート駆動回路１４２８が接続される。
【００７４】
キャパシタ１４１２は、直流電源１４０８に並列接続される。すなわち、キャパシタ１４１２の一端が直流電源１４０８の正極に接続され、キャパシタ１４１２の他端が直流電源１４０８の負極に接続される。
【００７５】
２次側巻線１４４０は、ＩＥＳ電源１４０４の出力に接続される。すなわち、２次側巻線１４４０の一端が正極１４４４に接続され、２次側巻線１４４０の他端が負極１４４８に接続される。
【００７６】
昇圧トランス１４１６に代えてインダクタを誘導性素子として選択し、１次側巻線１４３６が挿入されている位置に当該インダクタを挿入し、当該インダクタの両端からパルス電圧を出力してもよい。
【００７７】
（ＩＥＳ電源１４０４の動作）
ゲート駆動回路１４２８からＭＯＳＦＥＴ１４２４のゲートへのオン信号の入力が始まり、ＭＯＳＦＥＴ１４２４のドレイン（Ｄ）・ソース（Ｓ）間が導通状態になる。すると、ＳＩサイリスタ１４２０は、ノーマリオン型のスイッチング素子であってアノード（Ａ）・カソード（Ｋ）間が導通状態になっているので、供給経路１４５２が閉じられ、１次側巻線１４３６への電流の供給が始まる。このとき、ＳＩサイリスタ１４２０のゲート（Ｇ）に正バイアスが与えられ、ＳＩサイリスタ１４２０のアノード（Ａ）・カソード（Ｋ）間の導通状態が維持される。
【００７８】
続いて、ゲート駆動回路１４２８からＭＯＳＦＥＴ１４２４へのオン信号の入力が終わり、ＭＯＳＦＥＴ１４２４のドレイン（Ｄ）・ソース（Ｓ）間が非導通状態になる。すると、ＳＩサイリスタ１４２０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１４２０のアノード（Ａ）・カソード（Ｋ）間が非導通状態になり、供給経路１４５２が開かれ、１次側巻線１４３６への電流の供給が終わる。これにより、２次側巻線１４４０に誘導起電力が発生する。
【００７９】
（処理の内容）
被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間にパルス放電が発生すると、被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間で処理ガスがプラズマ化され、プラズマ化された処理ガスが被処理面ＷＳに作用し、被処理面ＷＳが処理される。「処理」には、被処理面ＷＳに付着した汚染を除去するクリーニング、被処理面ＷＳを侵食するエッチング、被処理面ＷＳ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、被処理面ＷＳのぬれ性を向上する改質等の被処理面ＷＳの状態を変更する処理がある。
【００８０】
（利点）
第１実施形態のプラズマ処理装置１００２によれば、被処理ワークＷＳの近くで処理ガスがプラズマ化され、プラズマ処理の均一性及び効率が向上する。また、電極の絶縁が容易になる。
【００８１】
（実験）
第１実施形態のプラズマ処理装置１００２を用いてガラス基板の表面を改質した。ガラス基板は、３０ｍｍ角で板厚が０．３ｍｍの正方形板とした。ガラス基板の初期水接触角は５４°であった。導電体棒１１０８及び導電体板１２０４の材質はＳＵＳ３０４とした。導電体棒１１０８は、直径が５ｍｍで棒長が１２０ｍｍの丸棒とした。導電体板１２０８は、３００ｍｍ角で板厚が３ｍｍの正方形板とした。固体誘電体層１１１２，１２０８の材質は石英ガラスとした。固体誘電体層１１１２は、内径が５．５ｍｍで外径が７．５ｍｍの丸管とした。固体誘電体層１２０８は、３４０ｍｍ角で板厚が１ｍｍの正方形板とした。処理ガスは、２０リットル／分の窒素ガスと０．６リットル／分の酸素ガスとの混合物ガスとした。パルス電源１０３２には、誘導エネルギー蓄積型のパルス電源を用いた。出力は１５０Ｗとし、周波数は５ｋＨｚとした。被覆電極１１２８と被覆電極１２１６との間の間隙の幅は３ｍｍとした。
【００８２】
走査ヘッド１０１２の走査速度と改質後の水接触角との関係を図にしめす。
【００８３】
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態のＩＥＳ電源に変えて採用されるＩＥＳ電源に関する。第２実施形態のＩＥＳ電源においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が選択される。
【００８４】
（ＩＥＳ電源２４０４の回路図）
図７は、第２実施形態のＩＥＳ電源２４０４の回路図である。ただし、図７に示す回路図は一例にすぎず、必要に応じて様々に変形される。
【００８５】
図７に示すように、ＩＥＳ電源２４０４は、直流電源２４０８と、キャパシタ２４１２と、昇圧トランス２４１６と、ＩＧＢＴ２４２０と、ゲート駆動回路２４２８と、を備える。
【００８６】
ＩＥＳ電源２４０４においては、直流電源２４０８から昇圧トランス２４１６の１次側巻線２４３６への電流の供給経路２４５２が、ＩＧＢＴ２４２０及びゲート駆動回路２４２８からなるスイッチング用素子群により開閉される。供給経路２４５２が閉じられ、１次側巻線２４３６へ電流が供給され、昇圧トランス２４１６に誘導エネルギーが蓄積された後に、供給経路２４５２が開かれると、昇圧トランス２４１６の２次側巻線２４４０に誘導起電力が発生し、正極２４４４と負極２４４８との間にパルス電圧が発生する。直流電源２４０８からの電流の供給は、キャパシタ２４１２により安定化される。
【００８７】
ＩＥＳ電源２４０４においては、直流電源２４０８と、１次側巻線２４３６と、ＩＧＢＴ２４２０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、１次側巻線２４３６の一端が直流電源２４０８の正極に、１次側巻線２４３６の他端がＩＧＢＴ２４２０のコレクタ（Ｃ）に、ＩＧＢＴ２４２０のエミッタ（Ｅ）が直流電源１４０８の負極に接続される。
【００８８】
キャパシタ２４１２は、直流電源２４０８に並列接続される。すなわち、キャパシタ２４１２の一端が直流電源２４０８の正極に接続され、キャパシタ２４１２の他端が直流電源２４０８の負極に接続される。
【００８９】
２次側巻線２４４０は、ＩＥＳ電源２４０４の出力に接続される。すなわち、２次側巻線２４４０の一端が正極２４４４に接続され、２次側巻線２４４０の他端が負極２４４８に接続される。
【００９０】
（ＩＥＳ電源２４０４の動作）
ゲート駆動回路２４２８からＩＧＢＴ２４２０のゲート（Ｇ）へのオン信号の入力が始まり、ＩＧＢＴ２４２０のコレクタ（Ｃ）・エミッタ（Ｅ）間が導通状態になる。すると、供給経路２４５２が閉じられ、１次側巻線２４３６への電流の供給が始まる。
【００９１】
続いて、ゲート駆動回路２４２８からＩＧＢＴ２４２０のゲート（Ｇ）へのオン信号の入力が終わり、ＩＧＢＴ２４２０のコレクタ（Ｃ）・エミッタ（Ｅ）間が非導通状態になる。すると、供給経路２４５２が開かれ、１次側巻線２４３６への電流の供給が終わる。これにより、２次側巻線２４４９に誘導起電力が発生する。
【００９２】
＜その他＞
上記の説明は、全ての局面において例示であって、この発明は上記の説明に限定されない。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うる。
【符号の説明】
【００９３】
１００２  プラズマ処理装置
１０１２  走査ヘッド
１０２８  パルス伝送線路
１０３２  パルス電源
１１０４  構造物
１１１６  流路
１１２８  被覆電極
１２０４  導電体板
１２１２  支持面
【図１】
2011181238.tif 000003
【図２】
2011181238.tif 000004
【図３】
2011181238.tif 000005
【図４】
2011181238.tif 000006
【図５】
2011181238.tif 000007
【図６】
2011181238.tif 000008
【図７】
2011181238.tif 000009