(57)【要約】【課題】一方の電極が他方の電極に対して傾いて設置された場合であっても、プラズマ化されるガス量を適切に保つ、対向電極型プラズマ発生装置を提供する。【解決手段】第１電極５０と第２電極５２との間に供給されたガスが電極間の放電によってプラズマ化され、噴出口１４ａからプラズマ化されたガスを噴出する対向電極型プラズマ発生装置１４であって、第１電極５０及び第２電極５２は、放電区間Ｘａにおいて、噴出口１４ａの端部側で電極間の距離が最も短く、且つ、噴出口１４ａの端部側よりも上流側では噴出口１４ａの端部側以上離間している。【選択図】図２
2015122200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向電極の間に供給されたガスが前記対向電極間の放電によってプラズマ化され、噴出口からプラズマ化されたガスを噴出する対向電極型プラズマ発生装置であって、
前記対向電極は、放電区間において、前記噴出口の端部側で対向電極間の距離が最も短く、且つ、前記噴出口の端部側よりも上流側では前記噴出口の端部側以上離間している
ことを特徴とする対向電極型プラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の対向電極型プラズマ発生装置であって、
前記対向電極は、前記放電区間において、前記噴出口の端部側より前記上流側になるにつれ離間している
ことを特徴とする対向電極型プラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の対向電極型プラズマ発生装置であって、
前記対向電極の少なくとも一方の電極には、前記放電区間において前記噴出口の端部側から前記上流側になるにつれて、徐々に前記対向電極間の距離が長くなるように傾斜面が形成されている
ことを特徴とする対向電極型プラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の対向電極型プラズマ発生装置であって、
前記傾斜面は、前記放電区間において、前記噴出口の端部側から少なくとも前記放電区間の上流端まで連続して形成されている
ことを特徴とする対向電極型プラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向電極を用いてガスをプラズマ化させる対向電極型プラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、噴出ガスをプラズマ化させるために、電極間の放電区間内において電極間距離を均一に保持する平行電極型のプラズマ処理装置を用いて被処理物としての基板に成膜を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０３４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、放電区間において、上流側でプラズマ化されたガスは、噴出口から噴出される前に失活しプラズマ化される前の状態に戻る場合がある。従って、噴出口から噴出されるプラズマ化されたガスの量が低下してしまい、成膜速度が低下したり、適切な成膜を行えない場合が生じる。
【０００５】
また、対向する２つの電極のうち、一方の電極が傾いて設置された場合は、放電区間において、上流端での電極間距離が最も短くなり、噴出口側での電極間距離が最も長くなる。ここで、電極間距離が短い程、ガスはプラズマ化され易くなり、電極間距離が長い程、ガスはプラズマ化され難くなるという性質がある。そのため、一方の電極が傾いて設置された場合は、上流端でガスがプラズマ化されても、噴出口側では電極間距離が長くなるため、ガスが噴出される前に失活する可能性が高い。従って、一方の電極が傾いて設置された場合は、更に成膜速度が低下したり、適切な成膜を行えない。
【０００６】
そこで、本発明は、一方の電極が他方の電極に対して傾いて設置された場合であっても、プラズマ化されるガス量を適切に保つ、対向電極型プラズマ発生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】
【０００７】
本発明は、対向電極の間に供給されたガスが前記対向電極間の放電によってプラズマ化され、噴出口からプラズマ化されたガスを噴出する対向電極型プラズマ発生装置であって、前記対向電極は、放電区間において、前記噴出口の端部側で対向電極間の距離が最も短く、且つ、前記噴出口の端部側よりも上流側では前記噴出口の端部側以上離間していることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、前記対向電極型プラズマ発生装置であって、前記対向電極は、前記放電区間において、前記噴出口の端部側より前記上流側になるにつれ離間していることを特徴とする。
【０００９】
本発明は、前記対向電極型プラズマ発生装置であって、前記対向電極の少なくとも一方の電極には、前記放電区間において前記噴出口の端部側から前記上流側になるにつれて、徐々に前記対向電極間の距離が長くなるように傾斜面が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、前記対向電極型プラズマ発生装置であって、前記傾斜面は、前記放電区間において、前記噴出口の端部側から少なくとも前記放電区間の上流端まで連続して形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、噴出口よりも上流側でプラズマ化されたガスが失活した場合であっても、噴出口の端部側において、ガスをプラズマ化することができる。その結果、噴出口から噴出されるプラズマ化されるガス量を適切に保つことができる。
【００１２】
本発明によれば、対向電極の一方の電極が、他方の電極に対して、本来の設置姿勢から傾いて設置された場合であっても、噴出口の端部側での電極間距離を短くすることができる。その結果、噴出口の端部側でガスをプラズマ化することができ、噴出口から噴出されるプラズマ化されたガス量を適切に保つことができる。
【００１３】
本発明によれば、気相原材料の濃度が高いガスが対向電極の間に供給された場合は、噴出口の端部側で初めてプラズマ化されるガスが多くなるので、ガスのプラズマ化によって発生する熱量を抑えることができ、結果として、成膜処理が施される基材が耐熱性の弱い部材であっても、成膜処理を適切に行うことができる。
【００１４】
本発明によれば、噴出口の端部側より上流側でプラズマ化されたガスが、下流に向かうにつれてプラズマ化作用を大きく受けるため、上流側ではプラズマ化によって発生する熱量を抑えることができる。
【００１５】
本発明によれば、グロー放電が可能な対向電極間の距離を正確に把握する必要はなく、設計が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プラズマ成膜装置の要部正面断面図である。
【図２】図１に示す対向電極型プラズマ発生装置の概略構成図である。
【図３】第２の実施の形態における対向電極型プラズマ発生装置の概略構成図である。
【図４】第３の実施の形態における対向電極型プラズマ発生装置の概略構成図である。
【図５】第３の実施の形態の変形例１における対向電極型プラズマ発生装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る対向電極型プラズマ発生装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、プラズマ成膜装置１０の要部正面断面図である。プラズマ成膜装置１０は、基材１１に対して成膜を行うものであり、原料供給部１２と、原料供給部１２に連結される対向電極型プラズマ発生装置１４とを有する。成膜対象である基材１１は、プラスチック、金属、セラミック等からなる。なお、基材１１の材質は、木材や石等であってもよい。基材１１の好適な具体例としては、ポリカーボネート樹脂やガラス、アルミニウム等が挙げられる。
【００１９】
対向電極型プラズマ発生装置１４には、ガスライン１６ａ、１６ｂを介して、不活性ガス、又は、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガスが送気される。対向電極型プラズマ発生装置１４は、不活性ガス又は混合ガスをプラズマ化する。このプラズマ化された不活性ガス又は混合ガスは噴出口１４ａから噴出する。この対向電極型プラズマ発生装置１４については、後で詳しく述べる。
【００２０】
原料供給部１２は、対向電極型プラズマ発生装置１４の噴出口１４ａから基材１１の成膜部位に向かう合流供給路１８と、合流供給路１８の経路の途中に設けられた原料供給路２０とを有する。対向電極型プラズマ発生装置１４の噴出口１４ａから原料供給路２０までの距離Ｄ１は、例えば、１ｍｍに設定される。
【００２１】
原料供給路２０の外部側の開口端には、液相原材料を供給するための供給装置２２が連結される。詳しくは、供給装置２２から供給された液相原材料は、供給装置２２と原料供給路２０とに接続された供給管２４を経由して、合流供給路１８に導入される。
【００２２】
供給装置２２には、公知の供給量制御器２６が介装される。この供給量制御器２６により液相原材料の供給量を適宜調整することができる。液相原材料は、例えば、モノマー、オリゴマー又はポリマーであり、且つ、常温・常圧下で液相である物質（例えば、シロキサン）であり、液相のまま、又は気化されることで気相に相変化されて、合流供給路１８に供給される。
【００２３】
次に、プラズマ成膜方法について簡単に説明する。まず、対向電極型プラズマ発生装置１４は、送気された不活性ガス、又は、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガス（以下、これらを総称して単にガスと呼ぶ場合がある）をプラズマ化し、プラズマ化されたガスを噴出口１４ａから噴出する。噴出されたガスは、合流供給路１８に導入される。気相原材料は、原料供給路２０から導入される常温・常圧下で液相原材料に含まれるＳｉ原子やＣ原子と結合し得る原子を含む気体であり、例えば、酸素、窒素、又は空気が挙げられる。また、不活性ガスは、ヘリウムやアルゴン等が挙げられる。
【００２４】
液相原材料は、プラズマ化によって活性化された気相原材料、又は、不活性ガスやプラズマ化されたガスのエネルギー準位が低下することで発生したラジカル等によって分解又は活性化される。分解又は活性化された液相原材料は、分解又は活性化された気相原材料の原子と結合することで、成膜部位に結合堆積する。なお、堆積の後も、成膜部位に到達するプラズマ化されたガスやラジカル等によって、転移結合や活性化が継続される。
【００２５】
図２は、図１に示す対向電極型プラズマ発生装置１４の概略構成図である。対向電極型プラズマ発生装置１４は、一対の第１電極５０及び第２電極５２を有する。第１電極５０及び第２電極５２は互いに対向している対向電極である。第１電極５０は、高周波電源５４に接続され、第２電極５２はアースされている。第２電極５２には、噴出口１４ａが設けられている。この第１電極５０及び第２電極５２で第１経路５６及び第２経路５８が形成される。
【００２６】
第１経路５６には、不活性ガス、又は、気相原材料と不活性ガスとを有する混合ガスが供給され、第２経路５８には、気相原材料と不活性ガスとを有する混合ガスが供給される。以下、第１経路５６に供給される不活性ガスを第１不活性ガスと、第１経路５６に供給される混合ガスを第１混合ガスと、第２経路５８に供給される混合ガスを第２混合ガスと呼ぶ場合がある。第１不活性ガス及び第１混合ガスは、ガスライン１６ａによって供給され、第２混合ガスは、ガスライン１６ｂによって供給される。
【００２７】
高周波電源５４が第１電極５０に高周波電圧を印加することによって、第１電極５０と第２電極５２との間でグロー放電がされ、第１経路５６及び第２経路５８を通過する第１不活性ガス又は第１混合ガスと、第２混合ガスとがプラズマ化される。このプラズマ化された第１不活性ガス又は第１混合ガスと、プラズマ化された第２混合ガスとが混合又は整流されて噴出口１４ａから噴出する。
【００２８】
グロー放電が可能な放電区間Ｘａ（Ｘａ１、Ｘａ２）においては、第１電極５０及び第２電極５２との電極間（以下、対向電極間）の距離は距離Ａ以下の距離である。放電区間Ｘａ１は、第１経路５６に、放電区間Ｘａ２は、第２経路５８に設けられている。この放電区間Ｘａ１と放電区間Ｘａ２との間に、噴出口１４ａが設けられている。また、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２の外側（ガスの流れ方向から見て上流側）の非放電区間Ｘｂにおいては、対向電極間の距離は距離Ａより長い距離である。対向電極間の距離が距離Ａより長い領域においては、グロー放電がされない。本第１の実施の形態では、第１電極５０及び第２電極５２は、噴出口１４ａを通る中心線Ｃに対して左右対称の形状を有する。
【００２９】
放電区間Ｘａ１においては、噴出口１４ａの端部側において対向電極間の距離が最も短くなるように形成されている。同様に、放電区間Ｘａ２においては、噴出口１４ａの端部側において対向電極間の距離が最も短くなるように形成されている。本第１の実施の形態では、この噴出口１４ａの端部側における対向電極間の距離を距離Ｂ（Ｂ＜Ａ）とする。また、第１電極５０及び第２電極５２は、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２において、噴出口１４ａよりも上流側では噴出口１４ａの端部側以上離間する、つまり、距離Ｂ以上離間するように形成されている。本第１の実施の形態では、第２電極５２は、平面状の電極であり、第１電極５０の形状を変えることで、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２における対向電極間の距離を変えている。
【００３０】
このように、第１の実施の形態では、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２においては、噴出口１４ａの端部側において、対向電極間の距離が最も短くなるように、第１電極５０及び第２電極５２が形成されている。従って、噴出口１４ａよりも上流側でプラズマ化された第１不活性ガス又は第１混合ガス、及び、第２混合ガスが失活した場合であっても、噴出口１４ａの端部側において、第１不活性ガス又は第１混合ガス、及び、第２混合ガスをプラズマ化することができる。その結果、噴出口１４ａから噴出されるプラズマ化されるガス量を適切に保つことができる。
【００３１】
また、仮に、第１電極５０の第２電極５２に対する設置姿勢が本来の設置姿勢から傾いて設置された場合であっても、噴出口１４ａの端部側での電極間距離を短くすることができる。その結果、噴出口１４ａの端部側でガスをプラズマ化することができ、噴出口１４ａから噴出されるプラズマ化されたガス量を適切に保つことができる。
【００３２】
ここで、ガスがプラズマ化される際に熱量が発生するので、噴出口１４ａの端部側より上流側で一度ガスがプラズマ化された後失活し、再び、噴出口１４ａの端部側でプラズマ化されると、結果的に発生する熱量が多くなってしまう。従って、噴出口１４ａから噴出される混合ガスの温度は高くなる。
【００３３】
しかしながら、混合ガスの気相原材料、例えば、酸素の濃度を高くすると、グロー放電され難くなるのでプラズマ化され難くなる。従って、混合ガスの気相原材料の濃度が高い場合は、噴出口１４ａの端部側より上流側では、ガスがプラズマ化され難くなり、電極間距離が短い噴出口１４ａの端部側で初めてプラズマ化されるガスが多くなる。これにより、ガスのプラズマ化によって発生する熱量を抑えることができ、結果として、成膜処理が施される基材１１が耐熱性の弱い部材であっても、成膜処理を適切に行うことができる。
【００３４】
なお、第１電極５０の形状を変えることで、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２における対向電極間の距離を変えるようにしたが、第１電極５０と第２電極５２との形状を、又は、第２電極５２の形状のみを変えることで、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２における対向電極間の距離を変えてもよい。
【００３５】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付し、異なる部分だけを説明する。
【００３６】
図３は、第２の実施の形態における対向電極型プラズマ発生装置１４の概略構成図である。第２の実施の形態では、第１電極５０及び第２電極５２は、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２において、噴出口１４ａの端部側において、対向電極間の距離が最も短く、且つ、噴出口１４ａの端部側より上流側になるにつれ離間するように形成されている。
【００３７】
詳しくは、第１電極５０は、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２において、噴出口１４ａの端部側の対向電極間の距離を距離Ｂにする第１平面６０と、第１平面６０より上流側に設けられ、且つ、第１平面６０より対向電極間の距離を長くする第２平面６２と、第１平面６０と第２平面６２との間に設けられ、第１平面６０と第２平面６２とを繋ぐ接続面６４とを有する。
【００３８】
なお、第２電極５２は、平面状の電極であり、第１電極５０及び第２電極５２は、噴出口１４ａを通る中心線Ｃに対して左右対称の形状を有する。また、第２の実施の形態においては、１つの段差を設けることで、噴出口１４ａの端部側より上流側になるにつれ離間するようにしたが、段差は２つ以上であってもよい。
【００３９】
このように、第２の実施の形態では、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２において、噴出口１４ａの端部側より上流側になるにつれ離間するように第１電極５０及び第２電極５２が形成されている。従って、上記第１の実施の形態における効果に加え、噴出口１４ａの端部側より上流側でプラズマ化されたガスが、下流に向かう際につれてプラズマ化作用を大きく受けるため、上流側ではプラズマ化によって発生する熱量を抑えることができる。
【００４０】
なお、第１電極５０の形状を変えることで、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２における対向電極間の距離を変えるようにしたが、第１電極５０と第２電極５２との形状を、又は、第２電極５２の形状のみを変えることで、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２における対向電極間の距離を変えてもよい。
【００４１】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付し、異なる部分だけを説明する。
【００４２】
図４は、第３の実施の形態における対向電極型プラズマ発生装置１４の概略構成図である。第３の実施の形態では、第１電極５０は、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２において、噴出口１４ａの端部側から上流側になるにつれて、徐々に対向電極間の距離を長くする傾斜面７０が形成されている。従って、対向電極間の距離は、噴出口１４ａの端部で最も短くなる。
【００４３】
詳しくは、第１電極５０は、傾斜面７０と、傾斜面７０より上流側に設けられ、且つ、傾斜面７０より対向電極間の距離を長くする第３平面７２と、傾斜面７０と第３平面７２との間に設けられ、傾斜面７０と第３平面７２とを繋ぐ接続面７４とを有する。なお、第２電極５２は、平面状の電極であり、第１電極５０及び第２電極５２は、噴出口１４ａを通る中心線Ｃに対して左右対称の形状を有する。
【００４４】
このように、第３の実施の形態では、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２において、噴出口１４ａの端部側から上流側になるにつれて、徐々に対向電極間の距離が長くなるようにする傾斜面７０を、第１電極５０に形成している。従って、上記第１及び第２の実施の形態における効果に加え、第１電極５０の第２電極５２に対する設置姿勢が本来の設置姿勢から傾いて設置された場合であっても、噴出口１４ａの端部側での対向電極間の距離を最も短くすることができる。その結果、噴出口１４ａの端部側でガスをプラズマ化することができ、噴出口１４ａから噴出されるプラズマ化されたガス量を適切に保つことができる。
【００４５】
なお、第１電極５０に傾斜面７０を形成することで、放電区間Ｘａ１、Ｘａ２における対向電極間の距離を変えるようにしたが、第２電極５２にも傾斜面７０を形成してもよいし、第２電極５２のみに傾斜面７０を形成してもよい。
【００４６】
［第３の実施の形態の変形例］
上記第３の実施の形態は、以下のように変形も可能である。
【００４７】
（変形例１）傾斜面７０は、図５に示すように、噴出口１４ａの端部側から少なくとも放電区間Ｘａ１、Ｘａ２の上流端まで連続して形成されていてもよい。この場合は、第３平面７２及び接続面７４は不要である。図５に示す例では、噴出口１４ａの端部側から放電区間Ｘａ１、Ｘａ２の上流端まで連続して形成されているが、噴出口１４ａの端部側から非放電区間Ｘｂまで連続して形成されていてもよい。このように、変形例１では、少なくとも放電区間Ｘａ１、Ｘａ２の上流端まで連続して傾斜面７０を形成したので、グロー放電が可能な対向電極間の距離Ａを正確に把握する必要はなく、設計が容易になる。
【００４８】
なお、上記各実施の形態及び変形例１においては、第１電極５０及び第２電極５２の形状は、噴出口１４ａを通る中心線Ｃに対して左右対称として説明したが、中心線Ｃに対して左右対称でなくてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０…プラズマ成膜装置                １１…基材
１２…原料供給部                      １４…対向電極型プラズマ発生装置
１４ａ…噴出口                        ５０…第１電極
５２…第２電極                        ５４…高周波電源
５６…第１経路                        ５８…第２経路
６０…第１平面                        ６２…第２平面
６４、７４…接続面                    ７０…傾斜面
７２…第３平面
【図１】
2015122200.tif 000003
【図２】
2015122200.tif 000004
【図３】
2015122200.tif 000005
【図４】
2015122200.tif 000006
【図５】
2015122200.tif 000007