(57)【要約】安定な放電を維持すると共に十分なプラズマ処理能力を得ることができ、しかもプラズマの温度を低下させることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。このプラズマ処理装置は、複数の電極を並設して電極間に放電空間を形成し、少なくとも一つの電極の放電空間側に誘電体を設け、放電空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に電極間に電圧を印加することによって、放電空間において大気圧近傍の圧力下で放電を生じさせ、この放電によって生成されたプラズマを放電空間から吹き出すプラズマ処理装置において、電極間に印加する電圧の波形を休止時間のない交番電圧波形とすると共にこの交番電圧波形の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも一方を１００μｓｅｃ以下、繰り返し周波数を０．５〜１０００ｋＨｚ、電極間に印加される電界強度を０．５〜２００ｋＶ／ｃｍとする。
2003071839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を並設して電極間に放電空間を形成し、少なくとも一つの電極の放電空間側に誘電体を設け、放電空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に電極間に電圧を印加することによって、放電空間において大気圧近傍の圧力下で放電を生じさせ、この放電によって生成されたプラズマを放電空間から吹き出すプラズマ処理装置において、電極間に印加する電圧の波形を休止時間のない交番電圧波形とすると共にこの交番電圧波形の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも一方を１００μｓｅｃ以下、繰り返し周波数を０．５〜１０００ｋＨｚ、電極間に印加される電界強度を０．５〜２００ｋＶ／ｃｍとする。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
電極間に印加する休止時間のない交番電圧波形の電圧にパルス状の高電圧を重畳する。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
パルス状の高電圧を交番電圧波形の電圧極性が変化した直後より所定時間経過した後に重畳する。
【請求項４】
請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
パルス状の高電圧を交番電圧波形の１周期内に複数重畳する。
【請求項５】
請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
パルス状の高電圧の立ち上がり時間を０．１μｓｅｃ以下とする。
【請求項６】
請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
パルス状の高電圧の波高値を交番電圧波形の最大電圧値以上とする。
【請求項７】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
電極間に印加する休止時間のない交番電圧波形を、複数種の周波数の交番電圧波形を重ね合わせて形成する。
【請求項８】
複数の電極を並設して電極間に放電空間を形成し、少なくとも一つの電極の放電空間側に誘電体を設け、放電空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に電極間に電圧を印加することによって、放電空間において大気圧近傍の圧力下で放電を生じさせ、この放電によって生成されたプラズマを放電空間から吹き出すプラズマ処理装置において、電極間に印加する電圧の波形をパルス状の波形とする。
【請求項９】
請求項８に記載のプラズマ処理装置において、
パルス状の波形の立ち上がり時間を１００μｓｅｃ以下とする。
【請求項１０】
請求項８に記載のプラズマ処理装置において、
パルス状の波形の立ち下がり時間を１００μｓｅｃ以下とする。
【請求項１１】
請求項８に記載のプラズマ処理装置において、
パルス状の波形の繰り返し周波数を０．５〜１０００ｋＨｚにする。
【請求項１２】
請求項８に記載のプラズマ処理装置において、
電極間に印加される電界強度を０．５〜２００ｋＶ／ｃｍにする。
【請求項１３】
請求項１、８のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
電極間に電圧を印加することによって放電空間に形成される電界が放電空間におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ平行に形成されるように、電極を配置する。
【請求項１４】
請求項１、８のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
電極間に電圧を印加することによって放電空間に形成される電界が放電空間におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ直交する方向に形成されるように、電極を配置する。
【請求項１５】
請求項１、８のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
放電空間に供給されたプラズマ生成用ガスの一部が滞留可能な鍔部を電極間に設ける。
【請求項１６】
片側が吹き出し口として開放された反応容器と少なくとも一対の電極とを具備して構成され、反応容器にプラズマ生成用ガスを導入すると共に電極間に電圧を印加することにより、大気圧近傍の圧力下で反応容器内にプラズマを生成し、反応容器の吹き出し口からプラズマを吹き出すプラズマ処理装置において、電極間に電圧を印加することによって放電空間に形成される電界が放電空間におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ平行に形成されるように、電極を配置すると共に反応容器の外側において電極間に鍔部を設ける。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプラズマ処理装置において、
電極間に印加する電圧の波形を休止時間のない交番電圧波形またはパルス状の波形とする。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプラズマ処理装置において、
休止時間のない交番電圧波形またはパルス状の波形の立ち上がり時間を１００μｓｅｃ以下とする。
【請求項１９】
請求項１７に記載のプラズマ処理装置において、
休止時間のない交番電圧波形またはパルス状の波形の立ち下がり時間を１００μｓｅｃ以下とする。
【請求項２０】
請求項１７に記載のプラズマ処理装置において、
休止時間のない交番電圧波形またはパルス状の波形の繰り返し周波数を０．５〜１０００ｋＨｚにする。
【請求項２１】
請求項１６に記載のプラズマ処理装置において、
電極間に印加される電界強度を０．５〜２００ｋＶ／ｃｍにする。
【請求項２２】
請求項１６に記載のプラズマ処理装置において、
放電空間の一部の寸法を狭くする。
【請求項２３】
請求項１６に記載のプラズマ処理装置において、
電極と鍔部の間に充填材を設けることによって、充填材を介して電極と鍔部とを密着させる。
【請求項２４】
請求項１、８、１６のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
両電極とも接地に対して浮いた状態となるように電圧を印加する。
【請求項２５】
請求項１、８、１６のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
プラズマ生成用ガスが、希ガス、窒素、酸素、空気、水素の単独あるいは混合ガスである。
【請求項２６】
請求項１、８、１６のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
プラズマ生成用ガスが、希ガス、窒素、酸素、空気、水素の単独あるいは混合ガスに、ＣＦ４、ＳＦ６，ＮＦ３の単独あるいは混合物を２〜４０％の体積比率となるように混合した混合ガスである。
【請求項２７】
請求項２５に記載のプラズマ処理装置において、
プラズマ生成用ガスが窒素に対して１％以下の体積比率となるように酸素を混合した混合ガスである。
【請求項２８】
請求項２５に記載のプラズマ処理装置において、
プラズマ生成用ガスが窒素に対して４％以下の体積比率となるように空気を混合した混合ガスである。
【請求項２９】
請求項１、８、１６のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
未放電時において吹き出し口から吹き出されるプラズマ生成用ガスのガス流速が２ｍ毎秒以上１００ｍ毎秒以下となるように、放電空間にプラズマ生成用ガスを供給する。
【請求項３０】
本発明のプラズマ処理方法は、請求項１、８、１６のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、被処理物の表面に存在する有機物等の異物のクリーニング、レジストの剥離やエッチング、有機フィルムの密着性の改善、金属酸化物の還元、成膜、めっき前処理、コーティング前処理、各種材料・部品の表面改質などの表面処理に利用されるプラズマ処理装置、及びこれを用いたプラズマ処理方法に関するものであり、特に、精密な接合が要求される電子部品の表面のクリーニングに好適に応用されるものである。
背景技術
従来より、一対の電極を対向させて配置することによって電極間の空間を放電空間として形成し、放電空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に電極間に電圧を印加することによって、放電空間で放電を発生させてプラズマを生成し、放電空間からプラズマあるいはプラズマの活性種を吹き出して被処理物に吹き付けることによって、被処理物に表面改質などプラズマ処理を施すことが行われている。
例えば、特開２００１−１２６８９８号公報に記載されているような吹き出し型のプラズマ処理方法においては、プラズマ処理の速度などの処理性能を向上させるために、主として１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を電極間に印加するようにしており、高周波電源に接続されたインピーダンス整合器を介して電極に電力が供給されている。
しかし、上記のような高周波電圧を電極間に印加すると、プラズマ処理能力が向上すると同時に放電空間から吹き出されるプラズマの温度も高くなるという問題があり、プラズマの熱により被処理物が熱的損傷を受けるために、耐熱性のないフィルムなどのプラズマ処理に上記のプラズマ処理方法を利用することができなかった。また、高周波電源となる電源装置やインピーダンス整合器は高価であり、しかも、インピーダンス整合器を反応容器や電極の近傍に配置する必要があるために、プラズマ処理装置の設計の自由度が低いものであった。
そこで、電極間に印加する電圧の周波数（プラズマの点灯用周波数）を下げることが考えられており、これにより、プラズマの温度を低下させることができて被処理物の熱的損傷を少なくすることができるものであり、また、電源を構成する半導体素子として比較的安価なものを利用することができるために、電源装置の価格を低くすることが可能となり、しかも、インピーダンス整合（器）の必要性がなくなり、その結果、電源から電極までのケーブル長さを長くすることが可能となるため、プラズマ処理装置の設計の自由度が高くなるものである。
しかしながら、電極間に印加する電圧の周波数を単に下げただけでは、十分なプラズマ処理能力を得られないものであった。また、プラズマの温度を低下させるために、電極への印加電力を低下させることも考えられるが、この場合は安定な放電を維持しにくくなると共に十分なプラズマ処理能力を得られない恐れがあった。
また、Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｇｌｏｗ  Ｓｉｌｅｎｔ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｔｏ  Ｓｔｒｅａｍｅｒ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｉｎ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ（Ｎｉｃｏｌａｓ  Ｇｈｅｒａｒｄｉ  ａｎｄ  Ｆｒａｎｃｏｉｓｅ  Ｍａｓｓｉｎｅｓ，ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＣＩＥＮＣＥ，ＶＯＬ．２９，ＮＯ．３，ＰＡＧＥ５３６−５４４，ＪＵＮＥ２００１）では、窒素雰囲気において均一なグロー状の放電が得られる条件を求めており、周波数（大凡１０ｋＨｚ以下）と印加電圧の関係が示されている。
本願発明者らの研究によれば、この文献中に示された条件範囲を吹き出し型のプラズマ処理装置に適用した場合、プラズマ処理性能が非常低く、工業的な用途には適さない。プラズマ処理性能を高めるためには、プラズマ生成のために印加する電圧の周波数を高くすることが必要である。
しかしながら、１３．５６ＭＨｚに代表されるような高周波まで周波数を高くすると、プラズマの温度も高くなるという問題があり、プラズマの熱により被処理物が熱的損傷を受けるために、耐熱性のないフィルムなどのプラズマ処理に上記のプラズマ処理方法を利用することができなかった。
発明の開示
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、安定な放電を維持すると共に十分なプラズマ処理能力を得ることができ、しかもプラズマの温度を低下させることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、複数の電極を並設して電極間に放電空間を形成し、少なくとも一つの電極の放電空間側に誘電体を設け、放電空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に電極間に電圧を印加することによって、放電空間において大気圧近傍の圧力下で放電を生じさせ、この放電によって生成されたプラズマを放電空間から吹き出すプラズマ処理装置において、電極間に印加する電圧の波形を休止時間のない交番電圧波形とすると共にこの交番電圧波形の立ち上がり時間および立ち下がり時間の少なくとも一方を１００μｓｅｃ以下、繰り返し周波数を０．５〜１０００ｋＨｚ、電極間に印加される電界強度を０．５〜２００ｋＶ／ｃｍとすることを特徴とする。
本発明によれば、安定な放電を維持すると共に十分なプラズマ処理能力を得ることができ、しかもプラズマの温度を低下させることができるものである。すなわち、誘電体バリア放電を利用してプラズマ処理を行うことによって、Ｈｅが不要となってプラズマ処理にかかるコストを低く抑えることができ、また、放電空間への投入電力を大きくすることが可能となってプラズマ密度を高くすることができ、プラズマ処理の能力を高くすることができるものであり、しかも、立ち上がり時間を１００μｓｅｃ以下とすることによって、ストリーマが放電空間に一様に発生し易くなって放電空間におけるプラズマ密度の均一性を高くすることができ、均一なプラズマ処理を行うことができるものである。また、交番電圧波形の繰り返し周波数を０．５〜１０００ｋＨｚにするので、アークやプラズマ温度が上昇してしまうと言った問題を防止することができると共に誘電体バリア放電のプラズマ密度を高くすることができ、被処理物への損傷や放電不良を防止しながらプラズマ処理の能力を高くすることができるものである。また、電極間に印加される電界強度を０．５〜２００ｋＶ／ｃｍにするので、アークを防止することができると共に誘電体バリア放電のプラズマ密度を高くすることができ、被処理物への損傷を防止しながらプラズマ処理の能力を高くすることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、電極間に印加する休止時間のない交番電圧波形の電圧にパルス状の高電圧を重畳するのが好ましい。この場合は、放電空間内で電子が加速されて高エネルギの電子を生成することができ、この高エネルギの電子により放電空間内のプラズマ生成用ガスを効率よく電離、励起させることができて高密度のプラズマを生成することが可能となり、プラズマ処理の効率を高めることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、パルス状の高電圧を交番電圧波形の電圧極性が変化した直後より所定時間経過した後に重畳するのが好ましい。この場合は、放電空間内での電子の加速状況を変化させることができ、従って、パルス状の高電圧を電極間に印加するタイミングを変化させることにより、放電空間内でのプラズマ生成用ガスの電離、励起状態を制御することが可能となり、所望のプラズマ処理に適したプラズマ状態を容易に作り出すことができるものである。
上記プラズマ処理装置において、パルス状の高電圧を交番電圧波形の１周期内に複数重畳するのが好ましい。この場合は、放電空間内での電子の加速状況を変化させ易くするものであり、従って、パルス状の高電圧を電極間に印加するタイミングを変化させることにより、放電空間内でのプラズマ生成用ガスの電離、励起状態をより制御しやすくなって、所望のプラズマ処理に適したプラズマ状態をさらに容易に作り出すことができるものである。
上記プラズマ処理装置において、パルス状の高電圧の立ち上がり時間を０．１μｓｅｃ以下とするのが好ましい。この場合は、放電空間内の電子のみを効率よく加速することができ、放電空間内でプラズマ生成用ガスを効率よく電離、励起することができて高密度のプラズマの生成が可能となり、プラズマ処理の効率を高めることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、パルス状の高電圧の波高値を交番電圧波形の最大電圧値以上とするのが好ましい。この場合は、放電空間内でプラズマ生成用ガスを効率よく電離、励起することができて高密度のプラズマの生成が可能となり、プラズマ処理の効率を高めることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、電極間に印加する休止時間のない交番電圧波形を、複数種の周波数の交番電圧波形を重ね合わせて形成するのが好ましい。この場合は、高周波成分の周波数の電圧により、放電空間内の電子が加速されて高エネルギの電子を生成することができ、この高エネルギの電子により放電空間内でプラズマ生成用ガスを効率よく電離、励起することができて高密度のプラズマの生成が可能となり、プラズマ処理の効率を高めることができるものである。
また、本発明のさらなる目的は、上記目的を達成するために以下の構成を含むプラズマ処理装置を提供することにある。すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、複数の電極を並設して電極間に放電空間を形成し、少なくとも一つの電極の放電空間側に誘電体を設け、放電空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に電極間に電圧を印加することによって、放電空間において大気圧近傍の圧力下で放電を生じさせ、この放電によって生成されたプラズマを放電空間から吹き出すプラズマ処理装置において、電極間に印加する電圧の波形をパルス状の波形とすることを特徴とする。
本発明によれば、安定な放電を維持すると共に十分なプラズマ処理能力を得ることができ、しかもプラズマの温度を低下させることができるものである。すなわち、誘電体バリア放電を利用してプラズマ処理を行うことによって、Ｈｅが不要となってプラズマ処理にかかるコストを低く抑えることができ、また、放電空間への投入電力を大きくすることが可能となってプラズマ密度を高くすることができ、プラズマ処理の能力を高くすることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、パルス状の波形の立ち上がり時間を１００μｓｅｃ以下とするのが好ましい。この場合は、ストリーマが放電空間に一様に発生し易くなって放電空間におけるプラズマ密度の均一性を高くすることができ、均一なプラズマ処理を行うことができるものである。
上記プラズマ処理装置において、パルス状の波形の立ち下がり時間を１００μｓｅｃ以下とするのが好ましい。この場合は、ストリーマが放電空間に一様に発生し易くなって放電空間におけるプラズマ密度の均一性を高くすることができ、均一なプラズマ処理を行うことができるものである。
上記プラズマ処理装置において、パルス状の波形の繰り返し周波数を０．５〜１０００ｋＨｚにするのが好ましい。この場合は、アークやプラズマ温度が上昇してしまうと言った問題を防止することができると共に誘電体バリア放電のプラズマ密度を高くすることができ、被処理物への損傷や放電不良を防止しながらプラズマ処理の能力を高くすることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、電極間に印加される電界強度を０．５〜２００ｋＶ／ｃｍにするのが好ましい。この場合は、アークを防止することができると共に誘電体バリア放電のプラズマ密度を高くすることができ、被処理物への損傷を防止しながらプラズマ処理の能力を高くすることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、電極間に電圧を印加することによって放電空間に形成される電界が放電空間におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ平行に形成されるように、電極を配置するのが好ましい。この場合は、放電空間内の放電中に発生するストリーマの電流密度が上昇するため、プラズマ密度が高くなり、プラズマ処理性能が向上するものである。
上記プラズマ処理装置において、電極間に電圧を印加することによって放電空間に形成される電界が放電空間におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ直交する方向に形成されるように、電極を配置するのが好ましい。この場合は、ストリーマが電極面内で均一に生成されるため、プラズマ処理の均一性が向上するものである。
上記プラズマ処理装置において、放電空間に供給されたプラズマ生成用ガスの一部が滞留可能な鍔部を電極間に設けるのが好ましい。この場合は、電極の対向面内すべてが放電する空間となり、反応容器の外部で電極間にアークが発生しないようにすることができ、電極間に投入した電力が放電のために使用されることになり、プラズマを効率よく且つ安定して生成することができるものである。また、鍔部では電極の対向面での放電であるため、放電開始電圧を低くすることができ、プラズマの点灯を確実に行うことができるものである。更に、放電空間で発生するプラズマに鍔部で発生したプラズマも加えられるために、プラズマ処理性能を向上させることができるものである。
また、本発明の別の目的は、上記目的を達成するために以下の構成を含むプラズマ処理装置を提供することにある。すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、片側が吹き出し口として開放された反応容器と少なくとも一対の電極とを具備して構成され、反応容器にプラズマ生成用ガスを導入すると共に電極間に電圧を印加することにより、大気圧近傍の圧力下で反応容器内にプラズマを生成し、反応容器の吹き出し口からプラズマを吹き出すプラズマ処理装置において、電極間に電圧を印加することによって放電空間に形成される電界が放電空間におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ平行に形成されるように、電極を配置すると共に反応容器の外側において電極間に鍔部を設けることを特徴とする。
本発明によれば、安定な放電を維持すると共に十分なプラズマ処理能力を得ることができ、しかもプラズマの温度を低下させることができるものである。すなわち、誘電体バリア放電を利用してプラズマ処理を行うことによって、Ｈｅが不要となってプラズマ処理にかかるコストを低く抑えることができ、また、放電空間への投入電力を大きくすることが可能となってプラズマ密度を高くすることができ、プラズマ処理の能力を高くすることができるものであり、しかも、反応容器の外側における電極間で直接絶縁破壊が発生するのを防止することが可能となり、反応容器の内部の放電空間でプラズマを点火させて安定して生成することができると共にアークやプラズマ温度が上昇してしまうと言った問題を防止して、プラズマ処理装置として確実に動作させてプラズマ処理を行うことができるものである。
上記プラズマ処理装置において、電極間に印加する電圧の波形を休止時間のない交番電圧波形またはパルス状の波形とするのが好ましい。この場合は、安定な放電を維持すると共に十分なプラズマ処理能力を得ることができ、しかもプラズマの温度を低下させることができるものである。すなわち、誘電体バリア放電を利用してプラズマ処理を行うことによって、Ｈｅが不要となってプラズマ処理にかかるコストを低く抑えることができ、また、放電空間への投入電力を大きくすることが可能となってプラズマ密度を高くすることができ、プラズマ処理の能力を高くすることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、休止時間のない交番電圧波形またはパルス状の波形の立ち上がり時間を１００μｓｅｃ以下とするのが好ましい。ストリーマが放電空間に一様に発生し易くなって放電空間におけるプラズマ密度の均一性を高くすることができ、均一なプラズマ処理を行うことができるものである。
上記プラズマ処理装置において、休止時間のない交番電圧波形またはパルス状の波形の立ち下がり時間を１００μｓｅｃ以下とするのが好ましい。この場合は、ストリーマが放電空間に一様に発生し易くなって放電空間におけるプラズマ密度の均一性を高くすることができ、均一なプラズマ処理を行うことができるものである。
上記プラズマ処理装置において、休止時間のない交番電圧波形またはパルス状の波形の繰り返し周波数を０．５〜１０００ｋＨｚにするのが好ましい。この場合は、アークやプラズマ温度が上昇してしまうと言った問題を防止することができると共に誘電体バリア放電のプラズマ密度を高くすることができ、被処理物への損傷や放電不良を防止しながらプラズマ処理の能力を高くすることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、電極間に印加される電界強度を０．５〜２００ｋＶ／ｃｍにするのが好ましい。この場合は、アークを防止することができると共に誘電体バリア放電のプラズマ密度を高くすることができ、被処理物への損傷を防止しながらプラズマ処理の能力を高くすることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、放電空間の一部の寸法を狭くするのが好ましい。この場合は、ストリーマが反応容器の内面を走り回って発生するのを抑制することができて吹き出し口からジェット状のプラズマが振れて吹き出されるのを防止することができるものであり、プラズマ処理のムラを低減することができるものである。
上記プラズマ処理装置において、電極と鍔部の間に充填材を設けることによって、充填材を介して電極と鍔部とを密着させるのが好ましい。この場合は、電極と鍔部の隙間を完全に塞ぐことができてコロナ放電を防止することが可能となり、電極の腐食を防止することができて電極の長寿命化を図ることができるものである。
上記プラズマ処理装置において、両電極とも接地に対して浮いた状態となるように電圧を印加するのが好ましい。この場合は、接地に対するプラズマの電圧を低くすることが可能となるため、プラズマと被処理物との間に発生する絶縁破壊を防止することが可能となるものであり、プラズマから被処理物に対するアークの発生を防止して被処理物のアークによる損傷を防止することができるものである。
上記プラズマ処理装置において、プラズマ生成用ガスが、希ガス、窒素、酸素、空気、水素の単独あるいは混合ガスであるのが好ましい。この場合は、希ガスや窒素のプラズマ生成用ガスにより被処理物の表面改質などのプラズマ処理を行うことができ、酸素のプラズマ生成用ガスにより有機物の除去などのプラズマ処理を行うことができ、空気のプラズマ生成用ガスにより被処理物の表面改質や有機物の除去などのプラズマ処理を行うことができ、水素のプラズマ生成用ガスにより金属酸化物の還元のプラズマ処理を行うことができ、希ガスと酸素の混合ガスのプラズマ生成用ガスにより被処理物の表面改質や有機物の除去などのプラズマ処理を行うことができ、希ガスと水素の混合ガスのプラズマ生成用ガスにより金属酸化物の還元のプラズマ処理を行うことができるものである。
上記プラズマ処理装置において、プラズマ生成用ガスが、希ガス、窒素、酸素、空気、水素の単独あるいは混合ガスに、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３の単独あるいは混合ガスを２〜４０％の体積比率となるよう混合することが好ましい。この場合は、被処理物の表面に存在する有機物のクリーニング、レジストの剥離、有機フィルムのエッチング、ＬＣＤの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニングや、シリコンやレジストのエッチング、アッシングなどを効率よく行うことができる。
上記プラズマ処理装置において、プラズマ生成用ガスが窒素に対して１％以下の体積比率となるように酸素を混合した混合ガスであるのが好ましい。この場合は、被処理物の表面に存在する有機物のクリーニング、レジストの剥離、有機フィルムのエッチング、ＬＣＤの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニングなとを効率よく行うことができる。
上記プラズマ処理装置において、プラズマ生成用ガスが窒素に対して４％以下の体積比率となるように空気を混合した混合ガスであるのが好ましい。この場合は、被処理物の表面に存在する有機物のクリーニング、レジストの剥離、有機フィルムのエッチング、ＬＣＤの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニングなどを効率よく行うことができる。
上記プラズマ処理装置において、未放電時において吹き出し口から吹き出されるプラズマ生成用ガスのガス流速が２〜１００ｍ毎秒となるように、放電空間にプラズマ生成用ガスを供給するのが好ましい。この場合は、異常放電や改質効果が低下することなく、高いプラズマ処理効果を得ることができる。
さらに、本発明は、上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法を提供することを目的とする。本発明のプラズマ処理方法によれば、安定な放電を維持すると共に十分なプラズマ処理能力を得ることができ、しかもプラズマの温度を低下させることができる。
本発明のさらなる特徴およびそれがもたらす効果は，以下に述べる発明の詳細な説明および実施例から理解されるだろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明のプラズマ処理装置の一例を示す。このプラズマ処理装置は反応容器１０と複数（一対）の電極１、２とを備えて形成されている。
反応容器１０は高融点の誘電体材料（絶縁体材料）で形成されるものであって、例えば、石英ガラス、アルミナ、イットリア、ジルコニウムなどのガラス質材料やセラミック材料などで形成することができるが、これらの材料に限定されるものではない。また、反応容器１０は上下方向に長い真っ直ぐな略円筒状に形成されるものであり、反応容器１０の内部の空間は上下方向に長いガス流路２０として形成されている。ガス流路２０の上端はガス導入口１１として反応容器１０の上面において全面に亘って開口されていると共にガス流路２０の下端は吹き出し口１２として反応容器１０の下面において全面に亘って開口されている。反応容器１０は内径を例えば０．１〜１０ｍｍに形成することができる。内径が０．１ｍｍよりも小さいと、プラズマ生成領域が狭くなり過ぎ、効率的なプラズマが生成されない。また、１０ｍｍよりも大きいと、プラズマ生成部でのガス流速が遅くなるため、効率的なプラズマを生成するために、多量のガスが必要となり、工業的に見た場合全体の効率が低下する。本願発明者らの研究によれば、できるだけ少ないガス流量で効率的なプラズマを生成できる範囲としては、０．２〜２ｍｍが好ましい範囲であった。また、図２１や図２５に示されるような幅方向に長い反応容器１０の場合は、狭い側（厚み方向）が上記内径に相当し、厚みは０．１〜１０ｍｍ、より好ましくは０．２〜２ｍｍに設定することができる。
電極１、２は銅、アルミニウム、真鍮、耐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）、チタン、１３クロム鋼、ＳＵＳ４１０などの導電性の金属材料を用いてドーナツ形状に形成されている。また、電極１、２の内部には冷却水循環路を設けることができ、この冷却水循環路に冷却水を通して循環させることによって電極１、２が冷却可能に形成されている。さらに、電極１、２の表面（外面）には腐食の防止等の目的で金メッキ等のメッキを施すことができる。
電極１、２はその内周面を反応容器１０の外周面に全周に亘って密着させるようにして反応容器１０の外側に設けられている。また、電極１、２は反応容器１０の長手方向すなわち上下方向に対向するように並べて配置されており、反応容器１０の内部において、上側の電極１の上端と下側の電極２の下端との間に対応する部分が放電空間３として形成されている。すなわち、上側の電極１の上端と下側の電極２の下端との間に位置するガス流路２０の一部分が放電空間３として形成されている。従って、両方の電極１、２の放電空間３側には誘電体４である反応容器１０の側壁が設けられていることになる。また、放電空間３はガス導入口１１及び吹き出し口１２と連通している。また、プラズマ生成用ガスはガス導入口１１から吹き出し口１２に向かってガス流路２０を流れるものであり、電極１、２はガス流路２０におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向と略平行な方向に並べて配設されている。
上記電極１、２には電圧を発生する電源１３が接続されており、上側の電極１が高圧電極として、下側の電極２が低圧電極として形成されている。また、下側の電極２が接地されている場合、下側の電極２は接地電極として形成されるものである。尚、電極１、２の間隔はプラズマを安定に生成するために３〜２０ｍｍに設定するのが好ましい。そして、この電源１３により電極１、２間に電圧を印加することによって、電極１、２を通じて放電空間３に交番あるいはパルス状の電界を印加することができるものである。交番（交流）の電界は休止時間（電圧がゼロで定常状態になっている時間）が無いかほとんど無い電界波形（例えば、正弦波）を有するものであり、パルス状の電界は休止時間のある電界波形を有するものである。
上記のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行うにあたっては、次のようにして行う。ガス導入口１１から反応容器１０のガス流路２０にプラズマ生成用ガスを導入すると共にプラズマ生成用ガスをガス流路２０内で上から下に流すことによってプラズマ生成用ガスを放電空間３に導入して供給する。一方、電極１、２の間には電圧が印加されており、これにより、放電空間３において大気圧近傍の圧力下（９３．３〜１０６．７ｋＰａ（７００〜８００Ｔｏｒｒ））で放電が生じる。また、この放電により放電空間３に供給されたプラズマ生成用ガスがプラズマ化されて放電空間３に活性種を含むプラズマ５が生成される。そして、このように生成されたプラズマ５を放電空間３から吹き出し口１２を通じて下方に連続的に吹き出し、吹き出し口１２の下側に配置された被処理物の表面にジェット状のプラズマ５を吹き付けるようにする。このようにして被処理物のプラズマ処理を行うことができる。
反応容器１０の下面において全面に亘って開口されている吹き出し口１２と被処理物との距離は、プラズマ生成密度とガス流量によって調整可能であるが、１〜２０ｍｍに設定することが可能である。１ｍｍよりも近い領域では、被処理物を搬送させた際、搬送時の上下の振動や、被処理物そのものの変形、反りなどによって反応容器１０に接触する可能性がある。また、２０ｍｍよりも遠くなるとプラズマ処理効果が低下する。本願発明者らの研究によれば、できるだけ少ないガス流量で効率的なプラズマを生成できる範囲としては、２〜１０ｍｍが好ましい範囲であった。
本発明において、放電空間３で生じている放電は誘電体バリア放電である。誘電体バリア放電の基礎的な特性について以下に説明する（参考文献：林泉著「高電圧プラズマ工学」Ｐ３５、丸善株式会社）。誘電体バリア放電は、対をなす（一対の）電極１、２を対向配置して電極１、２の間に放電空間３を形成し、図２Ａに示すように両方の電極１、２の放電空間３側の表面に誘電体（固体誘電体）４を設けて電極１、２の放電空間３側の表面を覆ったり、図２Ｂに示すように一方の電極１（電極２であってもよい）の放電空間３側の表面に誘電体４を設けて電極１の放電空間３側の表面を覆ったりすることによって、電極１、２間で直接放電が起こらないようにした状態にし、この状態で電源１３により電極１、２間に交番電圧を印加することによって放電空間３で生じる放電現象である。このように放電空間３を１気圧程度の気体で満たして電極１、２間に交番高電圧を加えると、図３に示すように、放電空間３において、電界と平行方向に無数のきわめて細い光の筋が一様に発生する。光の筋はストリーマ９によるものである。ストリーマ９の電荷は電極１、２が誘電体４で覆われているために、電極１、２に流れ込めず、よって、放電空間３中の電荷は電極１、２の表面の誘電体４に蓄積される（これを壁電荷と呼ぶ）。
この壁電荷による電界は、図７Ａの状態では電源１３から供給されている交番電界と逆方向となるため、壁電荷が増加すると放電空間３の電界が低下して誘電体バリア放電が停止する。しかし、次の電源１３の交番電圧の半サイクル（図７Ｂの状態）では、壁電荷による電界と電源１３から供給されている交番電界との方向が一致するため、容易に誘電体バリア放電が発生する。つまり、一度、誘電体バリア放電が開始すると、後は比較的低い電圧で誘電体バリア放電を維持することができるものである。
誘電体バリア放電に生じている無数のストリーマ９は、放電空間３で生じている誘電体バリア放電そのものであるため、ストリーマ９の発生数及び各ストリーマ９に流れている電流値がプラズマ密度に影響する。誘電体バリア放電における電流−電圧特性の一例を図４に示す。この電流−電圧特性から明らかなように、誘電体バリア放電における電流波形（ギャップ電流の波形）は、正弦波状の電流波形にスパイク状の電流が重畳されたものになっており、このスパイク状の電流がストリーマ９が発生した時に放電空間３に流れている電流である。尚、図４における▲１▼は印加電圧の波形を、▲２▼はギャップ電流の波形をそれぞれ示す。
誘電体バリア放電の等価回路を図５に示す。図中の各記号は次の通りである。
Ｃｄ：電極１、２の表面の誘電体４の静電容量
Ｃｇ：放電空間３（放電ギャップ部）の等価静電容量
Ｒｐ：プラズマインピーダンス
放電空間３に発生する無数のストリーマ９は、図中のスイッチＳがＯＮ−ＯＦＦすることによってＲｐに電流が流れることに相当する。先に述べたように、プラズマ密度はストリーマ９の発生数及び各ストリーマ９に流れている電流値に影響を受けるため、等価回路的にはスイッチＳのＯＮ−ＯＦＦの頻度及びＯＮ時間及びＯＮ時間中の電流値で規定される。
この等価回路を用いて、誘電体バリア放電の動作を簡単に説明する。図６に電源１３による印加電圧波形及びＣｇとＲｐの電流波形の模式図を示す。Ｃｇに流れる電流は放電空間３の等価コンデンサの充放電電流であるため、プラズマ密度を決定する電流とはならない。これに対して、スイッチＳがＯＮした瞬間にＲｐに流れる電流は、ストリーマ９そのものの電流であるため、この電流の持続時間と電流値が大きい程、プラズマ密度が高くなる。
上記のように誘電体バリア放電は、壁電荷が増加して放電空間３の電界が低下すると停止する。よって、電極１、２への印加電圧が最大値を超えて低下する領域（図６のＡ１の領域）あるいは電極１、２への印加電圧が最小値を超えて増加する領域（図６のＡ２の領域）では誘電体バリア放電は発生せず、電源１３により印加される交番電圧の極性が反転する迄の期間はコンデンサの充放電電流のみが流れることになる。従って、電極１、２への印加電圧が最小値を超えて増加する領域Ａ２の時間あるいは電極１、２への印加電圧が最大値を超えて低下する領域Ａ１の時間を短くすることにより、誘電体バリア放電が停止する時間が短くなってプラズマ密度を高くすることができ、プラズマ処理能力（効率）を高くすることができるものである。
プラズマ生成用ガスとしては、希ガス、窒素、酸素、空気、水素から選ばれる単独ガスあるいは複数種の混合ガスを用いることができる。空気としては、好ましくは水分をほとんど含まない乾燥空気を用いることができる。本発明においてグロー放電でない誘電体バリア放電を利用する場合は、希ガスなどの特殊なガスを用いる必要が無く、プラズマ処理にかかるコストを低く抑えることができるものである。また、誘電体バリア放電を安定して発生させるなどの理由でプラズマ生成用ガスとしてＨｅ以外の希ガスあるいはＨｅ以外の希ガスと反応ガスの混合気体を用いることができる。希ガスとしては、アルゴン、ネオン、クリプトンなどを使用することができるが、放電の安定性や経済性を考慮するとアルゴンを用いるのが好ましい。このように本発明においてグロー放電でない誘電体バリア放電を利用する場合は、希ガスとしてヘリウムを用いる必要が無く、プラズマ処理にかかるコストを低く抑えることができるものである。反応ガスの種類は処理の内容によって任意に選択することができる。例えば、被処理物の表面に存在する有機物のクリーニング、レジストの剥離、有機フィルムのエッチング、ＬＣＤの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニングなどを行う場合は、酸素、空気、ＣＯ２、Ｎ２Ｏなどの酸化性ガスを用いるのが好ましい。また、反応ガスとしてＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３などのフッ素系ガスも適宜用いることができ、シリコンやレジストなどのエッチング、アッシングを行う場合にはこのフッ素系ガスを用いるのが効果的である。また金属酸化物の還元を行う場合は、水素、アンモニアなどの還元性ガスを用いることができる。
反応ガスの添加量は希ガスの全量に対して１０体積％以下、好ましくは０．１〜５体積％の範囲である。反応ガスの添加量が０．１体積％未満であれば、処理効果が低くなる恐れがあり、反応ガスの添加量が１０体積％を超えると、誘電体バリア放電が不安定になる恐れがある。
プラズマ生成用ガスとして、希ガス、窒素、酸素、空気、水素の単独あるいは混合ガスに、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３等のフッ素系のガスの単独あるいは混合ガスを配合して用いる場合には、フッ素系のガスがプラズマ生成用ガスの全量に対して２〜４０％の体積比率となるよう混合することが好ましい。２％以下では充分な処理効果が得られず、４０％以上になると、放電が不安定になる恐れがある。
プラズマ生成用ガスとして窒素と酸素の混合ガスを用いる場合は窒素に対して１％以下、０．００５％以上の体積比率となるように酸素を混合するのが好ましい。また、プラズマ生成用ガスとして窒素と空気の混合ガスを用いる場合は窒素に対して４％以下、０．０２％以上の体積比率となるように空気を混合するのが好ましい。このような場合は、被処理物の表面に存在する有機物のクリーニング、レジストの剥離、有機フィルムのエッチング、ＬＣＤの表面クリーニング、ガラス板の表面クリーニングなどを効率よく行うことができる。
尚、二種類以上のガスを混合してプラズマ５を生成する場合、二種類以上のガスを放電空間３に導入する前に予め混合しておいても良いし、あるいは一種又は複数種のガスにより生成されて吹き出し口１２から吹き出すプラズマ５に他のガスを混合するようにしても良い。
本発明では、電極１、２間に印加する電圧の波形を休止時間のない交番電圧波形とすることができる。本発明で用いる休止時間のない交番電圧波形は、例えば、図８Ａ乃至図８Ｄ及び図９Ａ乃至図９Ｅに示すような経時変化を示すものである（横軸を時間ｔとする）。図８Ａのものは正弦波形である。図８Ｂのものは振幅で示される電圧変化の立ち上がり（電圧がゼロクロスから最大値に達するまでの間）が短時間で急激に起こり、電圧変化の立ち下がり（電圧が最大値からゼロクロスに達するまでの間）が立ち上がりよりも長い時間で緩やかに起こるものである。図８Ｃのものは電圧変化の立ち下がりが短時間で急激に起こり、電圧変化の立ち上がりが立ち下がりよりも長い時間で緩やかに起こるものである。図８Ｄのものは振動波形であって、一定の周期で減衰、増加していく振動波を繰り返し単位周期とし、この繰り返し単位周期が連続しているものである。図９Ａのものは矩形波形である。図９Ｂのものは電圧変化の立ち下がりが短時間で急激に起こり、電圧変化の立ち上がりが階段状であって立ち下がりよりも長い時間で緩やかに起こるものである。図９Ｃのものは電圧変化の立ち上がりが短時間で急激に起こり、電圧変化の立ち下がりが階段状であって立ち下がりよりも長い時間で緩やかに起こるものである。図９Ｄのものは振幅変調波形である。図９Ｅのものは減衰振動波形である。
この交番電圧波形の立ち上がり時間と立ち下がり時間の少なくとも一方、好ましくは両方を１００μｓｅｃ以下にする。立ち上がり時間と立ち下がり時間の両方が１００μｓｅｃ以上であると、放電空間３におけるプラズマ密度を高くすることができず、プラズマ処理能力が低くなり、また、ストリーマ９が放電空間３に一様に発生しにくくなって、均一なプラズマ処理を行うことができなくなる。尚、立ち上がり時間と立ち下がり時間は短いほど好ましいので、特に下限は設定されないが、現在入手できる電源１３で最も立ち上がり時間と立ち下がり時間を短くすることができるものは４０ｎｓｅｃ程度であり、これが実質的な下限となる。しかしながら、将来的な技術開発により４０ｎｓｅｃよりも短い立ち上がり時間と立ち下がり時間が実現できれば、４０ｎｓｅｃよりも短い時間にするのが好ましい。立ち上がり時間と立ち下がり時間は好ましくは２０μｓｅｃ以下、より好ましくは５μｓｅｃ以下にすることができる。
また、本発明では図１０Ａに示すように、電極１、２間に印加する休止時間のない交番電圧波形の電圧にパルス状の高電圧を重畳するように電極１、２間に印加してしてもよい。このようにパルス状の高電圧を交番電圧波形の電圧に重畳することによって、放電空間３内で電子が加速されて高エネルギの電子を生成することができ、この高エネルギの電子により放電空間３内のプラズマ生成用ガスを効率よく電離、励起させることができて高密度のプラズマを生成することが可能となり、プラズマ処理の効率を高めることができるものである。
このようにパルス状の高電圧を交番電圧波形の電圧に重畳する場合、パルス状の高電圧を交番電圧波形の電圧極性が変化した直後より所定時間経過した後に重畳し、重畳するパルス状の高電圧を印加する時間を変化させるのが好ましく、これにより、放電空間３内での電子の加速状況を変化させることができる。従って、パルス状の高電圧を電極１、２間に印加するタイミングを変化させることにより、放電空間３内でのプラズマ生成用ガスの電離、励起状態を制御することが可能となり、所望のプラズマ処理に適したプラズマ状態を容易に作り出すことができるものである。
また、図１０Ｂに示すように、パルス状の高電圧を交番電圧波形の１周期内に複数重畳してもよく、これにより、図１０Ａの場合よりも放電空間３内での電子の加速状況を変化させ易くするものである。従って、パルス状の高電圧を電極１、２間に印加するタイミングを変化させることにより、放電空間３内でのプラズマ生成用ガスの電離、励起状態をより制御しやすくなって、所望のプラズマ処理に適したプラズマ状態をさらに容易に作り出すことができるものである。
また、上記のように重畳するパルス状の高電圧の立ち上がり時間は０．１μｓｅｃ以下にするのが好ましい。重畳するパルス状の高電圧の立ち上がり時間が０．１μｓｅｃを超えると、放電空間３内のイオンもパルス状の電圧に追従して動くことが可能となり、電子のみを効率よく加速することができなくなる恐れがある。従って、パルス状の高電圧の立ち上がり時間を０．１μｓｅｃ以下にすることによって、放電空間３内でプラズマ生成用ガスを効率よく電離、励起することができ、高密度のプラズマの生成が可能となってプラズマ処理の効率を高めることができるものである。尚、重畳するパルス状の高電圧の立ち下がり時間も０．１μｓｅｃ以下にするのが好ましい。
また、パルス状の高電圧の波高値は交番電圧波形の最大電圧値以上とするのが好ましい。パルス状の高電圧の波高値が交番電圧波形の最大電圧値未満の場合、パルス状の高電圧の重畳効果が低くなり、パルス状の電圧を重畳しない場合とほぼ同じプラズマ状態となる。従って、パルス状の高電圧の波高値は交番電圧波形の最大電圧値以上とすることにより、放電空間３内でプラズマ生成用ガスを効率よく電離、励起することができて高密度のプラズマの生成が可能となり、プラズマ処理の効率を高めることができるものである。
また、本発明の電極１、２間に印加する休止時間のない交番電圧波形は、複数種の周波数の交番電圧波形を重ね合わせて形成し、図８Ａ〜図８Ｄ、図９Ａ〜図９Ｅのような波形にするのが好ましく、これにより、高周波成分の周波数の電圧により、放電空間３内の電子が加速されて高エネルギの電子を生成することができ、この高エネルギの電子により放電空間３内でプラズマ生成用ガスを効率よく電離、励起することができ、高密度のプラズマの生成が可能となってプラズマ処理の効率を高めることができるものである。
また、電極１、２間に印加される休止時間のない交番電圧波形の電圧の繰り返し周波数は、０．５〜１０００ｋＨｚに設定するのが好ましい。この繰り返し周波数が０．５ｋＨｚ未満であれば、単位時間内でのストリーマ９の発生数が少なくなるために、誘電体バリア放電のプラズマ密度が低くなってしまいプラズマ処理能力（効率）が低下する恐れがあり、一方、上記の繰り返し周波数が１０００ｋＨｚよりも高くなると、単位時間内に発生するストリーマ９が増加するために、プラズマ密度は増加するものの、アークが発生しやすくなると共にプラズマ温度が上昇してしまう。
また、電極１、２間に印加される休止時間のない交番電圧波形の電界強度は、電極１、２の間隔（ギャップ長）やプラズマ生成用ガスの種類あるいはプラズマ処理の対象物（被処理物）の種類などによっても変化するが、０．５〜２００ｋＶ／ｃｍに設定するのが好ましい。電界強度が０．５ｋＶ／ｃｍ未満であれば、誘電体バリア放電のプラズマ密度が低くなってしまいプラズマ処理能力（効率）が低下する恐れがあり、一方、上記の電界強度が２００ｋＶ／ｃｍより大きくなると、アークが発生しやすくなって被処理物に損傷を与える恐れがある。
そして、本発明のプラズマ処理装置では、誘電体バリア放電により多数のストリーマ９からなるプラズマ５を生成し、このプラズマ５を被処理物の表面に供給してプラズマ処理を行なうので、グロー放電を発生させるために用いていたＨｅを不要にすることができ、プラズマ処理にかかるコストを低く抑えることができるものである。また、グロー放電ではなく誘電体バリア放電を利用するので、放電空間３への投入電力を大きくすることが可能となってプラズマ密度を高くすることができ、プラズマ処理能力を高くすることができるものである。すなわち、グロー放電では電圧の半サイクルに１回だけ電流パルスの形で電流が流れるのに対し、誘電体バリア放電ではストリーマ９に対応する形で多数の電流パルスが生じる。従って、誘電体バリア放電では投入電力を大きくすることが可能となる。尚、従来のようにグロー放電を用いたプラズマ処理では放電空間３に投入される電力は約２Ｗ／ｃｍ２程度が限界であったが、本発明では約５Ｗ／ｃｍ２程度まで放電空間３に電力を供絡することができるものである。さらに、本発明では、交番電圧波形の立ち上がり時間と立ち下がり時間の少なくとも一方を１００μｓｅｃ以下にするので、放電空間３におけるプラズマ密度を高くすることができ、プラズマ処理能力を高くすることができるものであり、また、ストリーマ９が放電空間３に一様に発生し易くなって放電空間３におけるプラズマ密度の均一性を高くすることができ、均一なプラズマ処理を行うことができるものである。
また、本発明では電極１、２間に印加する電圧の波形をパルス状の波形とすることができる。図１１Ａに示すパルス状の波形は図９Ａに示す波形において半周期（半波長）ごとに休止時間を設けたものである。図１１Ｂに示すパルス状の波形は図９Ａに示す波形において一周期（一波長）ごとに休止時間を設けたものである。図１１Ｃに示すパルス状の波形は図８Ａに示す波形において一周期（一波長）ごとに休止時間を設けたものである。図１１Ｄに示すパルス状の波形は図８Ａに示す波形において複数の周期ごとに休止時間を設けたものである。図１１Ｅに示すパルス状の電圧は図８Ｄに示す波形において隣り合う繰り返し単位周期の間に休止時間を設けたものである。
このパルス状の波形の電圧を用いた場合も上記と同様の理由で、立ち上がり時間と立ち下がり時間の一方あるいは両方を１００μｓｅｃ以下とするのが好ましく、また、繰り返し周波数を０．５〜１０００ｋＨｚにすることが好ましく、さらに、電界強度を０．５〜２００ｋＶ／ｃｍにすることが好ましい。そして、パルス状の波形の電圧を用いた場合も、上記の休止時間のない交番電圧波形の電圧を用いた場合と同様の効果を奏するものである。
尚、本発明において立ち上がり時間は、図１２に示すように、電圧波形のゼロクロスから最大値に達する時間ｔ１で定義されるものであり、立ち下がり時間は、図１２に示すように、電圧波形の最大値からゼロに達する時間ｔ２で定義されるものである。また、本発明において繰り返し周波数は、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃに示すように、繰り返し単位周期にかかる時間ｔ３の逆数で定義されるものである。また、本発明において電界強度は、図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、（電極１、２間の印加電圧Ｖ）／（電極１、２の間隔ｄ）で定義されるものである。図１４Ａは電極１、２が上下に対向配置する場合であり、図１４Ｂは後述のように電極１、２が水平方向で対向配置する場合である。
図１５に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図１に示すものにおいて、反応容器１０の下部を絞り部１４として形成したものであり、その他の構成は図１のものと同様である。絞り部１４は下側になるほど内径及び外径が小さくなるように形成されるものであって、絞り部１４の下面が吹き出し口１２として全面に亘って開口されている。また、絞り部１４は下側の電極２よりも下側において反応容器１０に形成されているものである。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図１５のプラズマ処理装置では絞り部１４が設けられているので、図１のものに比べて吹き出し口１２から吹き出されるプラズマ５の流速を速くすることができ、図１のものに比べてプラズマ処理能力を向上させることができる。
図１６に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図１に示すものにおいて、電極１、２の間に誘電体４で形成される鍔部６を設けたものであり、その他の構成は図１のものと同様である。鍔部６は鍔状に形成されて反応容器１０の外周の全周に亘って形成されるものである。また、鍔部６は反応容器１０に一体に形成されており、反応容器１０の筒状部分の外面から電極１、２の間に突出するように形成されている。また、図１７に示すように、鍔部６の上面のほぼ全面は上側の電極１の下面全面と密着するように形成されていると共に鍔部６の下面のほぼ全面は下側の電極２の上面全面と密着するように形成されている。また、鍔部６の内部にはガス流路２０の一部である上記放電空間３と連通する空間が滞留部１５として設けられている。この滞留部１５には上記放電空間３に供給されたプラズマ生成用ガスの一部が導入されて滞留可能に形成されている。そして、この滞留部１５は電極１、２の間に位置することになって電極１、２間に電圧を印加することにより、滞留部１５で放電を発生させてプラズマ５を生成することができるものである。すなわち、滞留部１５も放電空間３の一部として形成されるものである。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図１６のプラズマ処理装置では鍔部６が設けられているので、図１のものに比べて、電極１、２の対向面内のほぼすべてが放電する空間（滞留部１５）となるため、反応容器１０の外部で電極１、２間にアークが発生しないようにすることができ、電極１、２間に投入した電力が放電のために使用されることになり、プラズマを効率よく且つ安定して生成することができるものである。また、滞留部１５では電極１、２の対向面での放電であるため、放電開始電圧を低くすることができ、プラズマの点灯を確実に行うことができるものである。更に、主たるガス流路２０の一部である放電空間３で発生するプラズマ５に、滞留部１５で発生したプラズマ５も加えられて吹き出し口１２よりプラズマ５を吹き出すため、全体としてのプラズマ処理性能を向上させることができるものである。
図１８に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図１５に示すものにおいて、図１６、１７に示すものと同様の鍔部６を設けて形成されるものであり、その他の構成は図１５のものと同様である。図１８における鍔部６も上記と同様の作用効果を奏するものである。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図１９Ａ、図１９Ｂに本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図１に示すものにおいて、電極１、２の形状及び電極１、２の配置を変えたものであり、その他の構成は図１のものと同様である。電極１、２は上下方向（プラズマ生成用ガスの流れ方向と平行な方向）に長く形成され、外周面と内周面が円弧状に形成された板状に形成されている。また、電極１、２はその内周面を反応容器１０の外周面に密着させて反応容器１０の外側に配設されているが、電極１、２は反応容器１０を挟んで略水平方向に対向するように配設されている。そして、反応容器１０の内部において、電極１、２の間に対応する部分が放電空間３として形成されている。すなわち、電極１、２の間に位置するガス流路２０の一部分が放電空間３として形成されている。従って、両方の電極１、２の放電空間３側には誘電体４である反応容器１０の側壁が設けられていることになる。また、放電空間３はガス導入口１１及び吹き出し口１２と連通している。また、プラズマ生成用ガスはガス導入口１１から吹き出し口１２に向かってガス流路２０を流れるものであり、電極１、２はガス流路２０におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向と略直交する方向に並べて配設されている。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図２０に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図１５に示すものにおいて、電極１、２の形状及び電極１、２の配置を変えたものであり、その他の構成は図１のものと同様である。電極１は上下方向（プラズマ生成用ガスの流れ方向と平行な方向）に長い棒状に形成されている。また、電極２は上記と同様にドーナツ形状に形成されている。そして、電極１は反応容器１０内のガス流路２０に配置され、電極２は絞り部１４の上側において反応容器１０の外周面に密着させるようにして反応容器１０の外側に設けられている。従って、電極１、２は反応容器１０の側壁を挟んで略水平方向に対向するように配設されており、反応容器１０の内部において電極１、２の間に対応する部分が放電空間３として形成されている。すなわち、反応容器１０内の電極１と反応容器１０外の電極２との間に位置するガス流路２０の一部分が放電空間３として形成されている。従って、反応容器１０の外側に設けた電極２の放電空間３側には誘電体４である反応容器１０の側壁が設けられていることになる。また、プラズマ生成用ガスはガス導入口１１から吹き出し口１２に向かってガス流路２０を流れるものであり、電極１、２は、ガス流路２０におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向と略直交する方向に並べて配設されている。尚、反応容器１０内の電極１の外面には誘電体４を溶射などの方法を用いることにより誘電体４の被膜を形成することができる。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図２１に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図１に示すものにおいて、反応容器１０の形状及び電極１、２の形状を変えたものであり、その他の構成は図１のものと同様である。
反応容器１０は上下方向に長い真っ直ぐな略角筒状に形成されるものであり、水平面における一方向（幅方向）の長さに比べて、この一方向（幅方向）と直交する方向（厚み方向）の長さが非常に小さい扁平板状に形成されている。また、反応容器１０の内部の空間は上下方向に長いガス流路２０として形成されている。ガス流路２０の上端はガス導入口１１として反応容器１０の上面において全面に亘って開口されていると共にガス流路２０の下端は吹き出し口１２として反応容器１０の下面において全面に亘って開口されている。反応容器１０は厚み方向（短手方向）の内寸法を０．１〜１０ｍｍに形成することができるが、特に、これに限定されるものではない。吹き出し口１２及びガス導入口１１は反応容器１０の幅方向と平行な方向に長いスリット状に形成されるものである。
電極１、２は上記と同様の材料で四角枠形状に形成されている。そして、電極１、２はその内周面を反応容器１０の外周面に全周に亘って密着させるようにして反応容器１０の外側に設けられている。また、電極１、２は反応容器１０の長手方向すなわち上下方向に対向するように並べて配置されており、反応容器１０の内部において、上側の電極１の上端と下側の電極２の下端との間に対応する部分が放電空間３として形成されている。すなわち、上側の電極１の上端と下側の電極２の下端との間に位置するガス流路２０の一部分が放電空間３として形成されている。従って、両方の電極１、２の放電空間３側には誘電体４で形成される反応容器１０の側壁が設けられていることになる。また、プラズマ生成用ガスはガス導入口１１から吹き出し口１２に向かってガス流路２０を流れるものであり、電極１、２はガス流路２０におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向と略平行な方向に並べて配設されている。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。尚、図１〜２０のものでは被処理物の表面にプラズマ５をスポット的に吹き付けて局所的にプラズマ処理するものである。これに対して図２１以降に示すのものは被処理物の表面にプラズマ５を帯状に吹き付けて幅方向の大部分を一度にプラズマ処理するものである。
図２２に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図２１に示すものにおいて、図１６、１７に示すものと同様の鍔部６を設けて形成されるものであり、その他の構成は図２１のものと同様である。図２２における鍔部６も上記と同様の作用効果を奏するものである。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図２３に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図２２に示すものにおいて、電極１、２の形状及び配置を変えたものであり、その他の構成は図２２のものと同様である。図２３における鍔部６も上記と同様の作用効果を奏するものである。電極１は一対の角棒形状の電極部材１ａ、１ｂで形成されており、電極２は一対の角棒形状の電極部材２ａ、２ｂで形成されており、各電極部材１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは反応容器１０の幅方向と平行な方向に長く形成されている。
図２４に示すように、二つの電極部材１ａ、１ｂは鍔部６の上側において反応容器１０の両側に配置されており、二つの電極部材１ａ、１ｂは水平方向において反応容器１０を挟んで対向するように配置されている。また、二つの電極部材１ａ、１ｂはその下面が鍔部６の上面に当接していると共に反応容器１０の厚み方向に対向する側壁１０ａ、１０ａの外面に二つの電極部材１ａ、１ｂの一側面がそれぞれ当接されている。また、他の二つの電極部材２ａ、２ｂは鍔部６の下側において反応容器１０の両側に配置されており、この二つの電極部材２ａ、２ｂは水平方向において反応容器１０を挟んで対向するように配置されている。また、この二つの電極部材２ａ、２ｂはその上面が鍔部６の上面に当接していると共に反応容器１０の厚み方向に対向する側壁１０ａ、１０ａの外面に二つの電極部材２ａ、２ｂの一側面がそれぞれ当接されている。そして、二つの電極部材１ａ、２ａは鍔部６を挟んで上下に対向して配置されるものであり、また、他の二つの電極部材１ｂ、２ｂも鍔部６を挟んで上下に対向して配置されるものである。
上記の鍔部６を挟んで上下に対向する二つの電極部材１ａ、２ａには上記と同様の電源１３が接続されていると共に、鍔部６を挟んで上下に対向する他の二つの電極部材１ｂ、２ｂには上記と同様の他の電源１３が接続されている。そして、電極部材１ａ、２ｂは高圧電極として形成されており、また、電極部材１ｂ、２ａが低圧電極（接地電極）として形成されている。そして、鍔部６を挟んで上下に対向する電極部材１ｂ、２ｂ及び電極部材１ａ、２ａはガス流路２０におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向と略平行な方向に並べて配設されている。また、反応容器１０を挟んで水平方向で対向する電極部材１ａ、１ｂ及び電極部材２ａ、２ｂはガス流路２０におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向と略直交する方向に並べて配設されている。また、反応容器１０の内部において、電極部材１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂで囲まれる空間が放電空間３として形成されており、電極部材１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの放電空間３側には誘電体４である反応容器１０の側壁及び鍔部６が設けられている。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図２５に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図２１に示すものにおいて、ガス導入口１１の形状及び電極１、２の形状と配置を変えたものであり、その他の構成は図２１のものと同様である。ガス導入口１１は反応容器１０の上面の略中央部に設けられており、反応容器１０の幅方向と平行な方向に長いスリット状に形成されている。
電極１、２は上記と同様の金属材料で平板状に形成されている。また、電極１、２は、反応容器１０の厚み方向に対向する側壁１０ａ、１０ａの外面に電極１、２の一面を当接させるようにして配設されている。従って、電極１、２は反応容器１０を挟んで互いに平行に対向して配設されている。そして、反応容器１０の内部において、電極１、２の間に対応する部分が放電空間３として形成されている。すなわち、電極１、２の間に位置するガス流路２０の一部分が放電空間３として形成されている。また、両方の電極１、２の放電空間３側には誘電体４である反応容器１０の側壁１０ａが設けられていることになる。また、プラズマ生成用ガスはガス導入口１１から吹き出し口１２に向かってガス流路２０を流れるものであり、電極１、２はガス流路２０におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向と略直交する方向に並べて配設されている。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図２６に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は一対の電極体３０を備えて形成されるものである。電極体３０は上記と同様の金属材料で形成される平板状の電極１、２と、上記と同様の誘電体４で形成されるカバー材３１とで構成されている。カバー材３１は電極１、２の表面に誘電体４を溶射などの方法を用いることによって形成されるものであり、電極１、２の正面と上端面と下端面及び背面の一部を覆うようにしてカバー材３１は形成されている。
上記の一対の電極体３０は間隙を介して互いに対向するように配置されている。また、電極１、２には上記と同様の電源が接続されている。この時、電極１、２の面方向が上下方向となっており、電極１、２が互いに平行に対向配置されている。また、電極体３０はカバー材３１で覆った正面側を対向させるように配置されている。そして、対向する一対の電極体３０の間の間隙がガス流路２０として形成されており、このガス流路２０において対向する電極１、２の間に対応する部分が放電空間３として形成されている。すなわち、電極１、２の間に位置するガス流路２０の一部分が放電空間３として形成されている。従って、両方の電極１、２の放電空間３側には誘電体４であるカバー材３１が設けられていることになる。また、ガス流路２０の上端はガス導入口１１として開口されていると共にガス流路２０の下端は吹き出し口１２として開口されており、放電空間３はガス導入口１１及び吹き出し口１２と連通している。また、プラズマ生成用ガスはガス導入口１１から吹き出し口１２に向かってガス流路２０を流れるものであり、電極１、２はガス流路２０におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向と略直交する方向に並べて配設されている。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図２７に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は一対の端部電極体３５と中央電極体３６を備えて形成されるものである。端部電極体３５は上記の電極体３０と同様に形成されるものであり、平板状の電極１と誘電体４で形成されるカバー材３１とで構成されている。カバー材３１は電極１の表面に誘電体４を溶射などの方法を用いることによって形成されるものであり、電極１の正面と上端面と下端面及び背面の一部を覆うようにしてカバー材３１は形成されている。中央電極体３６は上記と同様の金属材料で形成される平板状の電極２と、上記と同様の誘電体４で形成されるカバー材３７とで構成されている。カバー材３７は電極２の表面に誘電体４を溶射などの方法を用いることによって形成されるものであり、電極２の両方の平面部と下端面を覆うようにしてカバー材３７は形成されている。
上記の一対の端部電極体３５は間隙を介して互いに対向するように配置されていると共に上記の中央電極体３６は端部電極体３５の間に配置されており、中央電極体３６と各端部電極体３５の間には間隙が設けられている。また、電極１、２には図２８に示すように上記と同様の電源１３が接続されている。この時、電極１、２の面方向が上下方向となっており、電極１、２が互いに平行に対向配置されている。また、端部電極体３５はカバー材３１で覆った正面側を中央電極体３６と対向させるように配置されている。そして、中央電極体３６と各端部電極体３５の間の間隙がガス流路２０として形成されており、このガス流路２０において対向する電極１、２の間に対応する部分が放電空間３として形成されている。すなわち、電極１、２の間に位置するガス流路２０の一部分が放電空間３として形成されている。従って、両方の電極１、２の放電空間３側には誘電体４であるカバー材３１、３７が設けられていることになる。また、ガス流路２０の上端はガス導入口１１として開口されていると共にガス流路２０の下端は吹き出し口１２として開口されており、放電空間３はガス導入口１１及び吹き出し口１２と連通している。また、プラズマ生成用ガスはガス導入口１１から吹き出し口１２に向かってガス流路２０を流れるものであり、電極１、２はガス流路２０におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向と略直交する方向に並べて配設されている。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。また、このプラズマ処理装置は、複数（二つ）の放電空間３でプラズマ５を生成するために、一度にプラズマ処理できる箇所が多くなってプラズマ処理の効率を高くすることができる。
図３３に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図１に示すものにおいて、電極１、２の間に誘電体４で形成される鍔部６を設けたものであり、その他の構成は図１のものと同様である。従って、図３３のプラズマ処理装置の外観は図１６と同様である。鍔部６は鍔状に形成されて反応容器１０の外周の全周に亘って形成されるものである。また、鍔部６は反応容器１０に一体に形成されており、反応容器１０の筒状部分の外面から電極１、２の間に突出するように形成されている。また、鍔部６の上面のほぼ全面は上側の電極１の下面全面と密着するように形成されていると共に鍔部６の下面のほぼ全面は下側の電極２の上面全面と密着するように形成されている。また、鍔部６の内部には空間がなくて中身が詰まった中実に形成されており、図１６の滞留部１５のような空間は形成されていない。従って、図３３のプラズマ処理装置は、滞留部１５が形成されていない点を除いて図１６のものと同様に形成されており、図１６のものよりも反応容器１０を容易に形成することができるものである。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
上記の特許文献１に示すプラズマ処理装置において、誘電体バリア放電における放電空間での印加電力は、１サイクルの電力に周波数を掛け算したものになるため、１３．５６ＭＨｚもの高周波電圧を用いた放電の場合、１サイクル当たりの電力が小さくとも、周波数が高いため、トータルの電力値は大きな値となる。これに対して、電極間に印加する電圧の周波数（プラズマを点灯させる際の電圧の周波数）を低くした状態で、１３．５６ＭＨｚと同等の印加電力を得るためには、１サイクル当たりの電力を大きくすることが必要であり、これを実現するためには、電極に印加する電圧を高くすることが必要である。１３．５６ＭＨｚにおいては、電極間に印加される電圧は高くとも２ｋＶ程度であり、反応容器の外部の電極間で絶縁破壊する可能性は非常に低い。これに対して、本発明のように電極１、２間に印加する電圧を低周波化する場合、使用する周波数によって印加する電圧値が異なるため一概には言えないが、電極１、２間に印加する電圧は６ｋＶ以上必要となり、反応容器１０の外部の電極１、２間で絶縁破壊する可能性が高くなる。電極１、２間で絶縁破壊が生じると、反応容器１０の内部の放電空間３でプラズマ５が生成できないため、プラズマ処理が行われなくなり、プラズマ処理装置として動作しなくなる問題が発生する。すなわち、電極１、２間に印加する電圧を低周波化するためには電極１、２間に印加する電圧を高くする必要があり、この結果、反応容器１０の外部の電極１、２間で絶縁破壊する可能性が生じる。
そこで、図３３のプラズマ処理装置では反応容器１０の外側において電極１、２の間に鍔部６を設けるようにしたものであり、これにより、電極１、２間に鍔部６を介在させることができ、反応容器１０の外側における電極１、２間で直接絶縁破壊が発生するのを防止することが可能となり、反応容器１０の内部の放電空間３でプラズマ５を点火させて安定して生成することができ、プラズマ処理装置として確実に動作させてプラズマ処理を行うことができるものである。
図３４に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図３３に示すものにおいて、電極１、２と鍔部６の間に充填材７０を設けることによって、充填材７０を介して電極１、２と鍔部６とを密着させたものであり、その他の構成は図３３のものと同様である。すなわち、上側の電極１の下面と鍔部６の上面との間及び下側の電極２と鍔部６の下面との間に充填材７０を充填することによって、電極１、２と鍔部６の間に形成される隙間を充填材７０で埋めて電極１、２と鍔部６とを密着させたものである。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
本発明において、反応容器１０（鍔部６を含む）はガラスなどの誘電体材料で形成されているために、鍔部６の表面を凹凸のない平坦な面にすることが難しく、従って、電極１、２と鍔部６との接触面に若干の隙間が生じてしまうことがある。そして、このような隙間があると、電極１、２間の印加電圧が高いため、隙間部分でコロナ放電が生じてしまい、コロナ放電に曝されている電極１、２の表面に腐食が生じて電極１、２が短寿命となる恐れがある。
電極１、２と鍔部６との隙間部分に発生するコロナ放電を防止するためには、電極１、２と鍔部６を密着させれば良いが、先に述べたように、鍔部６の表面には凹凸があるので、機械加工で密着させることは困難である。従って、電極１、２と鍔部６との間に充填材７０を入れることによって、隙間を完全に塞ぐことができてコロナ放電を防止することが可能となり、電極１、２の腐食を防止することができて電極１、２の長寿命化を図ることができるものである。充填材７０としては、グリースや接着剤などのある程度の粘度を有した粘調材料や、ゴムシートなどの可撓性シート材料などが挙げられる。
図３５に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図３３に示すものにおいて、電極１、２と放電空間３の一部の寸法を狭く形成したものであり、その他の構成は図３３のものと同様である。すなわち、鍔部６に対応する位置において反応容器１０の内面には突出部７１が全周に亘って突設されており、この突出部７１を設けた部分における放電空間３の寸法（突出部７１の内径）は突出部７１を設けていない部分における放電空間３の寸法（反応容器１０の内径）よりも狭く形成されているものである。上記の突出部７１は鍔部６とほぼ同じ厚みに形成されており、また、突出部７１により放電空間３の寸法が狭くなっている部分は放電空間３の上下方向の略中央部に形成されている。また、このプラズマ処理装置においても上記と同様の充填材７０を設けることができる。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。
図３６Ａ、図３６Ｂに示すように、突出部７１が形成されていない反応容器１０を用いた場合、低周波電圧で発生する誘電体バリア放電は、反応容器１０の内面に接する形で放電空間３にストリーマ９が発生する放電となるが、このストリーマ９は時間的に安定したものではなく、反応容器１０の内面を周方向で動き回る（走り回る）ように発生する。従って、反応容器１０に設けられた吹き出し口１２からジェット状に吹き出されるプラズマ５も、ストリーマ９の動きと同期した形で揺れてしまい、結果として、被処理物のプラズマ処理にムラが生じてしまうことがある。
そこで、この実施の形態では突出部７１を設けて放電空間３の寸法を狭くしたものであり、これにより、ストリーマ９が反応容器１０の内面を走り回れる空間を抑制することができて吹き出し口１２からジェット状のプラズマ５が振れて吹き出されるのを抑制することができるものであり、プラズマ処理のムラを低減することができるものである。
図３７に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は図３３に示すものにおいて、両電極１、２とも接地に対して浮いた状態となるように電圧を印加するようにしたものであり、その他の構成は図３５のものと同様である。すなわち、電極１と電極２にはそれぞれ別の電源１３ａ、１３ｂが接続されて接地に対して浮いた状態となっており、これにより、電極１と電極２は接地に対して浮いた状態で別の電源１３ａ、１３ｂから電力が印加されるものである。そして、このプラズマ処理装置は図１に示すものと同様にしてプラズマ５を生成してプラズマ処理に使用することができ、従って、プラズマ生成用ガスの組成や電極１、２間に印加される電圧の波形や電界強度等も図１の場合と同様である。尚、電源１３ａ、１３ｂは一つの電源装置で構成してもよいし、複数個の電源装置を用いて構成しても良い。
本発明のように、電極１、２間に印加する電圧の繰り返し周波数を低周波化することによって、電極１、２間に印加する電圧を高くする必要が生じるが、電極１、２間に印加する電圧を高くすると、反応容器１０の内部の放電空間３に発生するプラズマ５の電位が高くなってしまい、プラズマ５と被処理物（通常は接地されている）との間の電位差が大きくなり、プラズマ５と被処理物との間で絶縁破壊（アーク）が生じる可能性が発生する。そこで、この実施の形態では、電極１、２間に印加する電圧が高くなることに起因してプラズマ５と被処理物との間に発生する絶縁破壊を防止する方策として、両電極１、２とも接地に対して浮いた電圧とするものであり、これにより、両電極１、２間に印加されている電圧値を他の実施の形態と同じにしても、接地に対するプラズマ５の電圧を低くすることが可能となるため、プラズマ５と被処理物との間に発生する絶縁破壊を防止することが可能となるものであり、プラズマ５から被処理物に対するアークの発生を防止して被処理物のアークによる損傷を防止することができるものである。
本発明において図１及び図１５〜１８、図２１〜２４、図３３〜３７に示す実施の形態では、電極１、２間に電圧を印加することによって放電空間３に形成される電界が放電空間３におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ平行に形成されるように、ガス流路２０を流れるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ平行な方向（上下方向）に電極１、２を並べて対向配置している。このようにして、放電空間３を流れるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ平行な方向に電界が印加されると、放電空間３内の放電中に発生するストリーマ９の電流密度が上昇するため、プラズマ密度が高くなり、プラズマ処理性能が向上するものである。
一方、図１９、２０及び図２３〜２８に示す実施の形態のように、ガス流路２０を流れるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ直交する方向（水平方向）に電極１、２を並べて対向配置しているものにおいては、電極１、２間に電圧を印加することによって放電空間３に形成される電界が放電空間３におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ直交する方向に形成されるために、ストリーマ９が電極１、２面内で均一に生成される。このように電界がプラズマ生成用ガスの流れとほぼ直交する方向に印加されると、放電空間３内に均一なストリーマ９が得られるため、プラズマ処理の均一性が向上するものである。
尚、図２３、２４に示すプラズマ処理装置ではプラズマ密度の高いストリーマ９と放電空間３内に均一なストリーマ９の両方が発生するために、プラズマ処理性能とプラズマ処理の均一性との両方が向上するものである。
図３９に本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態を示す。このプラズマ処理装置は、一対の電極１、２を備えて形成されるものであり、電極１、２の表面に誘電体４をアルミナ、チタニア、ジルコニアなどのセラミック材料を溶射法により形成することができる。この場合に関して、封孔処理を行うことが好ましい。封孔材料としてエポキシなどの有機材料またはシリカなどの無機材料を用いることができる。また、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、ジルコニアなどを原料とした無機質材料の釉薬を原料としてホーローコーティングを行うこともできる。溶射、ホーローコーティングの場合、誘電体の厚みは０．１〜３ｍｍ、より好ましくは０．３〜１．５ｍｍに設定することができる。誘電体の厚みが０．１ｍｍよりも薄いと誘電体が絶縁破壊する可能性があり、３ｍｍよりも厚いと放電空間に電圧が印加され難くなり、その結果として放電が不安定になる。また、図３７のものと同様に両電極１、２とも接地に対して浮いた状態となるように電圧を印加するようにしたものである。その他の構成は上記の他の実施の形態と同様である。
また、本発明において、プラズマジェットを被処理物に暴露させてプラズマ処理を行うに際して、被処理物表面での反応は化学反応であるため、反応部の温度が高いほど反応速度が速くなる。そのため、プラズマ生成用ガスを予め加熱したり、被処理物を加熱するのが好ましく、これにより、プラズマ処理速度が向上する。
また、本発明において、幅広の反応容器１０の場合、幅方向の処理均一性を確保するために、電極１、２間距離を一定値に保つ機構、および幅方向のガス均一吹き出し機構（エアノズル）を設けることも有効である。
また、本発明において、被処理物を吹き出し口１２の下側で一方向に搬送してプラズマ処理を行う場合、吹き出し口１２からのプラズマ５の吹き出し方向が被処理物の搬送方向と直交しないように、吹き出し口１２からのプラズマ５の吹き出し方向を被処理物の搬送方向（前方）に向かって傾けるようにするのが好ましく、これにより、吹き出し口１２から吹き出されるプラズマ５が吹き出し口１２と被処理物との間に存在する空気を巻き込みながら被処理物の表面に吹き付けられることになり、この結果、空気中の酸素分子にプラズマ５内で生成された励起種が衝突し、酸素を解離させ、解離した酸素が被処理物の表面を改質するものであり、プラズマ処理能力を向上させることができる。
吹き出し口１２からのプラズマ５の吹き出し方向は、被処理物の搬送方向に対して２°〜６°傾けるようにすることが好ましいが、これに限定されるものではない。
窒素ガスは空気中の窒素を分離して高純度化する窒素ガス発生器を使用することもできる。この場合の高純度化方法としては膜分離法、ＰＳＡ（プレッシャースイングアドソープション）法が用いられる。
プラズマ処理性能を高めるためには、プラズマ生成のために印加する電圧の周波数を高くすることが必要である。このような条件にし、未放電時において吹き出し口１２から吹き出すプラズマ生成用ガスのガス流速を２ｍ毎秒未満とすると、グロー状の均一な放電ではなくなり、ストリーマ状の放電が発生する。この状態で放電を続けると異常放電（アーク放電）が発生するが、本発明のように、未放電時において吹き出し口１２から吹き出すプラズマ生成用ガスのガス流速を２ｍ毎秒以上１００ｍ毎秒以下とすると、ストリーマが収縮し微細な無数のフィラメント状放電が形成され、この結果、放電状態にて改質することにより極めて高い処理効果が得られる。未放電時において吹き出し口１２から吹き出すプラズマ生成用ガスのガス流速を１００ｍ毎秒より大きくにするとガス温度が下がり改質効果が低下する。本発明において、未放電時において吹き出し口１２から吹き出されるプラズマ生成用ガスのガス流速が２〜１００ｍ毎秒となるようにするには、放電空間３に供給されるプラズマ生成用ガスのガス流量を調整するようにする。
実施例
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
（実施例１〜５）
図１６に示すスポット処理用のプラズマ処理装置を用いた。このプラズマ処理装置の反応容器１０は内径３ｍｍ、外径５ｍｍの石英製パイプに、外径５０ｍｍの中空（滞留部１５）の鍔部６を設けている。鍔部６及び電極１、２の配置は図１７に示すような断面構造になっている。
プラズマ生成用ガスは反応容器１０のガス導入口１１からガス流路２０に導入し、上流側の電極１と下流側の電極２に接続した電源１３からの電圧でプラズマ化させ、吹き出し口１２よりプラズマ５を吹き出させ、吹き出し口１２の下流側に配置した被処理物にプラズマ５を暴露させることによってプラズマ処理を行った。プラズマ生成用ガスとしては、アルゴンに酸素を混合したものを用いた。その他のプラズマ生成条件を表２に示す。
ここで、電源１３の一例として実施例で使用したものについて説明する。実施例４の電源１３は図２９に示す回路を有するものである。
図２９に示す回路において、先ず高圧トランス６６の一次側に印加する正負パルス波を生成するためのＨブリッジスイッチング回路（インバータ）５０について説明する。図２９に示すように、このＨブリッジスイッチング回路５０は、第１、第２、第３、第４の４個の半導体スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を、ＳＷ１とＳＷ４を上アーム、ＳＷ２をＳＷ１に対する下アーム、ＳＷ３をＳＷ４に対する下アームとしてＨブリッジ接続する（ＭＯＳ−ＦＥＴ等の２個入り半導体モジュールをＨブリッジとする）とともに、各半導体スイッチング素子にダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４をそれぞれ並列接続したものである。このＨブリッジスイッチング回路５０の電源として、商用周波数の電圧を整流する整流回路４１と直流安定化電源回路４５による直流電源が使用されている。直流安定化電源回路４５の出力電圧は出力設定器４２により調整できる。
このＨブリッジスイッチング回路５０を、ゲートドライブ回路４９とその前段の回路により、次の表１に示す▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼の５つのＯＮ／ＯＦＦの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング動作させる。図３１は、このようなスイッチング動作によって、第１と第２の半導体スイッチング素子ＳＷ１・ＳＷ２の中点と、第３と第４の半導体スイッチング素子ＳＷ３・ＳＷ４の中点との間から出力される正負交互のパルスのタイミングチャートである。
2003071839.tif 000003
図３０は、Ｈブリッジスイッチング回路５０の等価回路を示す。図３１に示すように、第２の半導体スイッチング素子ＳＷ２をＯＦＦにするときの時間幅は、第１の半導体スイッチング素子ＳＷ１をＯＮにするときの時間幅よりも前後に長く、また第３の半導体スイッチング素子ＳＷ３をＯＦＦにするときの時間幅は、第４の半導体スイッチング素子ＳＷ４をＯＮにするときの時間幅よりも前後に長くする。
図３０において、まず、ＳＷ１がＯＦＦになってからＳＷ１がＯＮになると、Ｉ１の方向に電流が流れ、負荷が正に充電される。次に、ＳＷ１がＯＦＦになってからＳＷ２がＯＮになると、ＳＷ２とＤ３を通ってＩ２の方向に電流が流れるので、負荷のリーケージインダクタンス及び浮遊容量分がＳＷ２とＤ３で強制的にリセットされる。
この後、ＳＷ３がＯＦＦになってからＳＷ４がＯＮになると、Ｉ３の方向に電流が流れ、負荷が負に充電される。次に、ＳＷ３がＯＦＦになってからＳＷ４がＯＮになると、Ｉ４の方向に電流が流れ、負荷のリーケージインダクタンス及び浮遊容量分がＳＷ２とＤ３で強制的にリセットされる。
このような動作を表１に従って説明すると、次の通りである。
▲１▼では、ＳＷ２とＳＷ３はゲート信号を入力されてＯＮとなり、負荷の両端はショートされた状態となる。
▲２▼では、ＳＷ２のゲート信号がＯＦＦされ、少し遅れてＳＷ１にゲート信号が入力されてこれがＯＮになると、ＳＷ３はＯＮのままであるため、ＳＷ１から負荷を通ってＩ１方向に電流が流れ、負荷を正に充電する。
▲３▼では、ＳＷ１へのゲート信号入力が終わってこれがＯＦＦとなってから、ＳＷ２へ再びゲート信号が入力されてこれが再びＯＮになるので、負荷に充電された電荷分は、ＳＷ２とＤ３を通ってディスチャージする。その結果、▲１▼と同じ状態に戻ることになる。
▲４▼では、ＳＷ３がＯＦＦとなり、少し遅れてＳＷ４にゲート信号が入力されてこれがＯＮになると、ＳＷ２はＯＮのままであるため、ＳＷ４から負荷を通ってＩ３方向に電流が流れ、負荷を負に充電する。
▲５▼では、ＳＷ４へのゲート信号入力が終わってこれがＯＦＦとなってから、ＳＷ３へ再びゲート信号が入力されてこれが再びＯＮになるので、負荷に充電された電荷分は、ＳＷ３とＤ２を通ってディスチャージする。その結果、▲３▼と同じ状態に戻ることになる。
このようにＳＷ１とＳＷ２との組、ＳＷ３とＳＷ４の組がそれぞれ同時にＯＮにならないように、デッドタイムを与えて▲１▼〜▲５▼と順番にスイッチングすることにより、入力信号（ゲート信号）に比例した波形の出力信号（ある時間間隔をおいた正負一対のパルス）が得られる。その場合、負荷側の浮遊容量及びリーケージインダクタンスは、上記のようなスイッチング動作によってリセットされるので、歪みの無い出力波形が得られる。
上記のようなスイッチング動作をするＨブリッジスイッチング回路５０の出力は、図２９において、第１と第２の半導体スイッチング素子ＳＷ１・ＳＷ２の中点を一方の極、第３と第４の半導体スイッチング素子ＳＷ３・ＳＷ４の中点を他方の極として取り出され、コンデンサＣを介して高圧トランス３の一次側に印加される。
次に、ゲートドライブ回路４９を制御してＨブリッジスイッチング回路５０から正負一対のパルスを繰り返し出力させるとともに、その周期及びパルス幅を調整する前段の回路について、図３２のタイミングチャートを参照して説明する。
電圧制御発振器（ＶＣＯ）５２は、図３２（１）に示すような矩形波を繰り返し出力する。その繰り返し周波数は繰り返し周波数設定器５１にて調整できる。
第１のワンショットマルチバイブレータ５３は、図３２（２）に示すように、電圧制御発振器５２の出力（ＶＣＯ出力）の立ち上がりで立ち上がるパルスを出力する。そのパルス幅は第１のパルス幅設定器５８にて調整できる。
遅延回路５４は、図３２（３）に示すように、第１のワンショットマルチバイブレータ５３のパルスの立ち上がりにより立ち上がる一定時間幅（デッドタイム）のパルスを出力する。
第２のワンショットマルチバイブレータ５５は、図３２（４）に示すように、遅延回路５４の出力の立ち上がりで立ち上がるパルスを出力する。そのパルス幅は第２のパルス幅設定器５９にて調整できる。
第１のワンショットマルチバイブレータ５３からのパルスは第１のＡＮＤゲート４６、第２のワンショットマルチバイブレータ５５からのパルスは第２のＡＮＤゲート６０にそれぞれ入力される。これらＡＮＤゲート４６、６０には、起動スイッチ４３にてオン・オフされる起動・停止回路４４からの出力が入力されており、それがオンになっているときに、第１・第２のワンショットマルチバイブレータ５３、５５のパルスが、第３・第４のＡＮＤゲート４７、５６にそれぞれ入力される。
第３のＡＮＤゲート４７の出力は、第１の遅延用ＡＮＤ回路４８及び第１の遅延用ＮＯＲ回路５７へ入力され、第４のＡＮＤゲート５６の出力は、第２の遅延用ＡＮＤ回路６１及び第２の遅延用ＮＯＲ回路６２へ入力される。図３２の（５）、（６）、（７）、（８）にこれらＡＮＤ回路４８、ＮＯＲ回路５７、ＡＮＤ回路６１、ＮＯＲ回路６２の出力波形を示し、その出力に従い、ゲートドライブ回路４９がＨブリッジスイッチング回路５０の４個の半導体スイッチング素子ＳＷ１・ＳＷ２・ＳＷ３・ＳＷ４のためのゲートパルスを出力して、これらが前述のようにスイッチングする。
従って、図３２（９）に示すように、Ｈブリッジスイッチング回路５０から、ある時間間隔をおいた正負一対のパルスがある繰り返し周波数で正負のパルス波として出力されることになる。その繰り返し周波数は繰り返し周波数設定器５１にて調整でき、またパルス幅は、パルス幅設定器５８、５９にて正負それぞれ調整できる。
この正負のパルス波は、コンデンサＣを介して高圧トランス６６の一次側に印加され、高圧トランス６６が持つＬＣ成分により、共振した減衰振動波が繰り返す高圧の減衰振動波形周期波となり、電極１、２に印加される高圧の電圧は、図３２（１０）に示すようになる。パルス幅設定器５８、５９にてパルス幅を調整することにより、高圧トランス６６のＬＣ成分にマッチングする共振条件にすることができる。
被処理物としてはネガ型レジストを１．２μｍ塗布したシリコン基板を設置し、レジストのエッチングを行ってレジストのエッチング速度をプラズマ処理性能として評価した。
また、被処理物が耐熱性のない物質の場合、プラズマ５の温度が高いと、被処理物に熱ダメージを与えるため、プラズマ５の温度を吹き出し口１２の位置で熱電対を用いて測定した。
（比較例１、２）
図１に示すスポット処理用のプラズマ処理装置を用いた。このプラズマ処理装置の反応容器１０は実施例１〜５の反応容器１０において鍔部６を設けていないものであり、その他の構成は実施例１〜５と同様にした。そして、表２に示すプラズマ生成条件でプラズマ５を生成し、実施例１〜５と同様の評価を行った。
上記評価の結果を表２に示す。
2003071839.tif 000004
表２から明らかなように、実施例１〜５のプラズマ処理装置においては、プラズマ５の温度が１００℃以下であり、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した比較例１に比べて大幅に低下している。また、エッチング速度に関しては、実施例１〜５は１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した比較例１と同等程度が得られる場合もあり、プラズマ処理能力としては十分である。また、実施例１〜５は立ち上がり時間と立ち下がり時間が２５０μｓｅｃの比較例２に比べてエッチング速度が速くなった。従って、総合的に実施例１〜５の方が比較例１、２に比べて性能が向上していると判断できる。
（実施例６〜１０）
図２２に示す幅広処理用のプラズマ処理装置を用いた。このプラズマ処理装置の反応容器１０は内寸法が１ｍｍ×３０ｍｍの石英ガラスでスリット状の吹き出し口１２を有して形成されている。また、中空（滞留部１５）の鍔部６が設けられている。その他の構成は実施例１〜５と同様にした。そして、表３に示すプラズマ生成条件でプラズマ５を生成し、実施例１〜５と同様の評価を行った。
（比較例３、４）
図２１に示す幅広処理用のプラズマ処理装置を用いた。このプラズマ処理装置の反応容器１０は実施例６〜１０の反応容器１０において鍔部６を設けていないものであり、その他の構成は実施例６〜１０と同様にした。そして、表３に示すプラズマ生成条件でプラズマ５を生成し、実施例６〜１０と同様の評価を行った。
上記評価の結果を表３に示す。
2003071839.tif 000005
表３から明らかなように、実施例６〜１０のプラズマ処理装置においては、プラズマ５の温度が１００℃以下であり、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した比較例３に比べて大幅に低下している。また、エッチング速度に関しては、実施例６〜１０は１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した比較例３と同等程度が得られる場合もあり、プラズマ処理能力としては十分である。また、実施例６〜１０は立ち上がり時間と立ち下がり時間が２５０μｓｅｃの比較例４に比べてエッチング速度が速くなった。従って、総合的に実施例６〜１０の方が比較例３、４に比べて性能が向上していると判断できる。
（実施例１１）
図１８に示すスポット処理用のプラズマ処理装置を用いた。このプラズマ処理装置の反応容器１０は、実施例１〜５の反応容器１０においてその下部に絞り部１４を設け、吹き出し口１２の内径を１ｍｍに形成したものを用いた。その他の構成は実施例１〜５と同様にした。そして、表４に示すプラズマ生成条件でプラズマ５を生成し、実施例１〜５と同様の評価を行った。
（実施例１２）
図１５に示すスポット処理用のプラズマ処理装置を用いた。このプラズマ処理装置の反応容器１０は、比較例１、２の反応容器１０においてその下部に絞り部１４を設け、吹き出し口１２の内径を１ｍｍに形成したものを用いた。その他の構成は実施例１〜５と同様にした。そして、表４に示すプラズマ生成条件でプラズマ５を生成し、実施例１〜５と同様の評価を行った。
上記評価の結果を表４に示す。
2003071839.tif 000006
表４から明らかなように、反応容器１０の吹き出し口１２を絞ることにより、吹き出されるプラズマ５の流速が速くなるため、上記の実施例４と比較して低流量、低電力で同等の性能が得られている。しかし、実施例１２で示しているような鍔部６のない反応容器においては、プラズマ性能を向上させるために電極１、２間に印加する電圧を高くすると、反応容器１０の外部の電極１、２間でアークが発生する可能性がある。アークが発生する条件は電極１、２間の距離、印加電圧波形によって変化するため、一概には決められないが、１０ｋＶ／ｃｍ以上の電界強度になるとアークを生じる可能性がある。
（実施例１３）
実施例１〜５と同様のプラズマ処理装置を用いた。プラズマ生成用ガスとしては、アルゴン１．７５リットル／分に、酸素０．１リットル／分を混合したものを用いた。電極１、２間に印加する電圧の波形としては、図１０Ｂに示すような、正弦波電圧波形に二つのパルス状の電圧を重畳したものを用いた。正弦波は繰り返し周波数が５０ｋＨｚ（立ち上り時間、立ち下り時間とも５μｓｅｃ、最大電圧２．５ｋＶ）であって、この正弦波に波高値が５ｋＶのパルス状の高電圧（立ち上り時間０．０８μｓｅｃ）を重畳した。パルス状の高電圧を重畳するタイミングとしては、第一のパルスは、正弦波電圧の極性が変化した後の１μｓｅｃ後に、第二のパルスは第一のパルスの印加後２μｓｅｃの時間に印加している。その他の構成は実施例１〜５と同様にしてプラズマ５を生成し、実施例１〜５と同様にしてレジストのエッチングを行った。その結果、３μｍ／分のエッチング速度が得られた。
（実施例１４）
実施例１１と同様のプラズマ処理装置を用いた。プラズマ生成用ガスとしては乾燥空気を用い、これを３リットル／分の流量でガス流路２０に流した状態で、電極１、２間に図８Ｂに示す波形の電圧を印加した。波形条件としては、立ち上り時間が０．１μｓｅｃ、立ち下り時間が０．９μｓｅｃ、繰り返し周波数が５００ｋＨｚである。電界強度は、プラズマ生成用ガスが空気であるため、比較的高い電界が必要となり、２０ｋＶ／ｃｍとした。また、印加電力は３００Ｗに設定した。その他の構成は実施例１〜５と同様である。
被処理物としては、液晶用ガラス（プラズマ処理前の水の接触角度が約４５°のもの）を用いた。この被処理物に約１秒のプラズマ照射を行ってプラズマ処理を施した結果、ガラスの水の接触角度を５°以下にすることができ、ガラス表面の有機物除去を短時間で行うことができるものであった。
（実施例１５）
実施例１１と同様のプラズマ処理装置を用いた。プラズマ生成用ガスとしてはアルゴンを１．５リットル／分、水素を１００ｃｃ／分の割合で混合したガスを用い、これをガス流路２０に流した状態で、電極１、２間に図８Ｄに示す波形の電圧を印加した。波形条件としては、立ち上り時間と立ち下り時間とも１μｓｅｃ、繰り返し周波数が１００ｋＨｚである。また、電界強度は７ｋＶ／ｃｍ、印加電力は２００Ｗに設定した。その他の構成は実施例１〜５と同様である。
被処理物としては、アルミナ基板に銀パラジウムペーストをスクリーン印刷し、これを焼き付けして回路（ボンディングパッドを含む）を形成したものを用いた。そして、ボンディングパッド部のＸＰＳ分析の結果、プラズマ処理前は酸化銀のピークが確認されたが、プラズマ処理後には、このピークは金属銀に変化しており、ボンディングパッドの酸化銀が減少していた。
（実施例１６）
図２３、２４に示すプラズマ処理装置を用いた。このプラズマ処理装置では電極部材１ａ、１ｂ間及び電極部材２ａ、２ｂ間に発生する電界は、放電空間３におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ直交している。また、電極部材１ａ、２ａ間及び電極部材１ｂ、２ｂ間に発生する電界は、放電空間３におけるプラズマ生成用ガスの流れ方向とほぼ平行になっている。
このようなプラズマ処理装置において、アルゴン６リットル／分、酸素０．３リットル／分の割合で混合したプラズマ生成用ガスを用い、これをガス流路２０に流した状態で、電極１、２間に図８Ｄに示す波形の電圧を印加した。波形条件としては、立ち上り時間と立ち下り時間とも１μｓｅｃ、繰り返し周波数が１００ｋＨｚである。また、電界強度は７ｋＶ／ｃｍ、印加電力は８００Ｗに設定した。その他の構成は実施例１〜５と同様である。このような条件で、レジストのエッチングを行った結果、３μｍ／分のエッチング速度が得られた。
（実施例１７）
図３８に示すプラズマ処理装置を用いた。このプラズマ処理装置の反応容器１０は図３７のものと同等であって石英ガラス製である。また、プラズマ生成用の電極１、２はＳＵＳ３０４製であり、電極１、２を冷却することが可能なように、冷却水を循環させている。反応容器１０の寸法は突出部７１を設けた部分の内径ｒを１．２ｍｍφ、その他の部分の内径Ｒを３ｍｍφとし、さらに、鍔部６の厚みｔは５ｍｍとした。また、電極１、２と鍔部６の間には充填材７０としてシリコングリースを塗って電極１、２と鍔部６が密着するようにしている。
また、電源１３としては、昇圧トランス７２を有し、昇圧トランス７２の二次側の中点を接地した形のものを採用しており、これにより、電極１、２間の電圧の印加方法は、両電極１、２には接地に対して浮いた状態で電圧が印加される状態になっている。
プラズマ生成用ガスとしては、アルゴン１．５８リットル／分に酸素を０．０７リットル／分を混合したものを用いた。電極１、２間に印加する電圧としては、立ち上り時間と立ち下り時間とも１．７μｓｅｃ、繰り返し周波数１５０ｋＨｚの正弦波の波形であり、それぞれの電極１、２には接地に対して３ｋＶの電圧を印加している。従って、電極１、２間の電圧は６ｋＶ、電界強度は１２ｋＶ／ｃｍとなる。
被処理物としては、ネガ型レジストを１．２μｍ塗布したシリコン基板を設置し、レジストのエッチングを行ってレジストのエッチング速度をプラズマ処理性能として評価した。この結果、４μｍ／分のエッチング速度が得られた。
（実施例１８）
図３９に示すプラズマ処理装置を用いた。電極１、２は、１１００ｍｍ長さのチタン製であり、電極１、２の表面に溶射法を用いて１ｍｍの厚みでアルミナの層を形成して誘電体４とした。また、電極１、２の内部には冷却水を循環した。この電極１、２を１ｍｍの間隔を設けて対向配置し、未放電時において放電空間３の上流側より窒素ガスを吹き出し口１２でのガス流速が２０ｍ毎秒となるように流した。プラズマ５の生成のために、周波数が８０ｋＨｚの正弦波を中点接地型の昇圧トランス７２を介して電極１、２に７ｋＶの電圧を電源１３から印加している。中点接地型の昇圧トランス７２を用いているため、両電極１、２とも接地に対して浮いた電圧が印加されている。上記以外の構成は実施例１７と同様である。
このような条件でプラズマ５を生成し、吹き出し口１２の下流側より５ｍｍ離れた位置で、被処理物（液晶用ガラス）を８ｍ毎分のスピードで通過させた場合、未処理時約５０°あった水の接触角が約５°となった。また、アクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルター表面を処理した場合、未処理では５０°あった水接触角が１５°まで改質された。
（実施例１９）
実施例１８と同様の装置を用い、プラズマ生成用ガスとして、窒素に体積比で約０．０５％の酸素を混合したものを、吹き出し口１２でのガス流速が１０ｍ毎秒となるように流した。プラズマ５の生成のために、周波数が８０ｋＨｚの正弦波を中点接地型の昇圧トランス７２を介して電極１、２に６ｋＶの電圧を印加している。中点接地型の昇圧トランス７２を用いているため、両電極１、２とも接地に対して浮いた電圧が印加されている。上記以外の構成は実施例１８と同様にした。
このような条件でプラズマ５を生成し、吹き出し口１２の下流側より５ｍｍ離れた位置で、被処理物（液晶用ガラス）を８ｍ毎分のスピードで通過させた場合、未処理時約５０°あった水の接触角が約５°となった。また、アクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルター表面を処理した場合、未処理では５０°あった水接触角が１０°まで改質された。
（実施例２０）
実施例１８と同様の装置を用い、プラズマ生成用ガスとして、窒素に体積比で約０．１％の空気を混合したものを、吹き出し口１２でのガス流速が１０ｍ毎秒となるように流した。プラズマ５の生成のために、周波数が８０ｋＨｚの正弦波を中点接地型の昇圧トランス７２を介して電極１、２に６ｋＶの電圧を印加している。中点接地型の昇圧トランス７２を用いているため、両電極１、２とも接地に対して浮いた電圧が印加されている。上記以外の構成は実施例１８と同様にした。
このような条件でプラズマ５を生成し、吹き出し口１２の下流側より５ｍｍ離れた位置で、被処理物（液晶用ガラス）を８ｍ毎分のスピードで通過させた場合、未処理時約５０°あった水の接触角が約５°となった。また、アクリル樹脂で構成される液晶用カラーフィルター表面を処理した場合、未処理では５０°あった水接触角が８°まで改質された。
（実施例２１）
実施例１８と同様の装置を用い、プラズマ生成用ガスとして、酸素に体積比で約３０％のＣＦ４を混合したものを、吹き出し口１２でのガス流速が１０ｍ毎秒となるように流した。プラズマ５の生成のために、周波数が８０ｋＨｚの正弦波を中点接地型の昇圧トランス７２を介して電極１、２に６ｋＶの電圧を印加している。中点接地型の昇圧トランス７２を用いているため、両電極１、２とも接地に対して浮いた電圧が印加されている。上記以外の構成は実施例１８と同様にした。
このような条件でプラズマ５を生成し、吹き出し口１２の下流側より５ｍｍ離れた位置で、被処理物（液晶用ガラスにレジストを１μｍ塗布したサンプル）を１ｍ毎分のスピードで通過させた場合、レジストが５０００Åできた。但し基板は１５０℃に加熱した状態でプラズマ処理を行った。
上記実施例１〜２１の何れにおいても、安定な放電を維持すると共に十分なプラズマ処理能力を得ることができ、プラズマの温度を低下させることができた。
産業上の利用可能性
このように、本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理効率を改善することができるとともに、大気圧近傍の圧力下で生成したプラズマであるにもかかわらずプラズマの温度を下げることができるので、これまでプラズマ処理されてきた被処理物に対してはもちろんのこと、処理温度が高かったためにこれまでプラズマ処理できなかった被処理物にも利用でき、被処理物表面のクリーニングにおいては特に有効である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。
図２Ａ、図２Ｂは、誘電体バリア放電を発生させる電極と誘電体の配置を示す断面図である。
図３は、誘電体バリア放電が発生した状態を示す断面図である。
図４は、誘電体バリア放電が発生した状態において、印加電圧とギャップ電流の経時変化を示すグラフである。
図５は、誘電体バリア放電の等価回路を示す回路図である。
図６は、誘電体バリア放電が発生した状態において、電源電圧と放電空間（放電ギャップ部）の等価静電容量ＣｇとプラズマインピーダンスＲｐの経時変化を示すグラフである。
図７Ａ、図７Ｂは、電源の極性が反転する状態を示す断面図である。
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄは、本発明で使用する交番電圧波形の例を示す説明図である。
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄ、図９Ｅは、本発明で使用する交番電圧波形の例を示す説明図である。
図１０Ａ、図１０Ｂは、本発明で使用する交番電圧波形の電圧にパルス状の高電圧を重畳した状態の波形を示す説明図である。
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１１Ｅは、本発明で使用するパルス状の波形を示す説明図である。
図１２は、本発明の立ち上がり時間と立ち下がり時間を定義するための説明図である。
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃは、本発明の繰り返し周波数を定義するための説明図である。
図１４Ａ、図１４Ｂは、本発明の電界強度を定義するための説明図である。
図１５は、本発明の他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
図１６は、本発明の他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
図１７は、本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
図１８は、本発明の他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
図１９Ａは、本発明の他の実施の形態の一例を示す正面図であり、図１９Ｂは、本発明の他の実施の形態の一例を示す平面図である。
図２０は、本発明の他の実施の形態の一例を示す正面図である。
図２１は、本発明の他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
図２２は、本発明の他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
図２３は、本発明の他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
図２４は、本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
図２５は、本発明の他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
図２６は、本発明の他の実施の形態の一例を示す部分断面図である。
図２７は、本発明の他の実施の形態の一例を示す部分断面図である。
図２８は、本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
図２９は、本発明の実施例１で用いた電源を示す回路図である。
図３０は、図２９におけるＨブリッジスイッチング回路を示す回路図である。
図３１は、図３０に示すＨブリッジスイッチング回路の動作を説明するタイミングチャートである。
図３２は、図２９に示す電源の動作を説明するタイミングチャートである。
図３３は、本発明の他の実施の形態の一例を示す部分断面図である。
図３４は、本発明の他の実施の形態の一例を示す部分断面図である。
図３５は、本発明の他の実施の形態の一例を示す部分断面図である。
図３６Ａおよび図３６Ｂは、図１におけるストリーマーの発生を示す説明図である。
図３７は、本発明の他の実施の形態の一例を示す部分断面図である。
図３８は、本発明の他の実施の形態の一例を示す部分断面図である。
図３９は、本発明の他の実施の形態の一例を示す部分断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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