(57)【要約】      （修正有）【課題】高密度・高エネルギー効率誘導結合型マイクロプラズマの安定発生・維持が可能で、かつ、プラズマを用いた処理を行うことが可能なプラズマ発生装置を提供すること。【解決手段】絶縁体チューブの周りに誘導結合型プラズマ発生コイル９を具備し、かつ、チューブ内外に誘電体バリア放電発生用の電極３，４も具備したプラズマ発生装置である。金属電極、コイル部分と各種の電源をケーブルでつなぎ、誘電体バリア放電により誘導結合型プラズマ、特に、微細化により安定維持が困難になる１ｍｍ以下の大きさのマイクロプラズを発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体チューブの周りに誘導結合型プラズマ発生コイルを具備し、かつ、チューブ内外に誘電体バリア放電発生用の電極も具備したプロセスプラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の石英管などの誘電体からなるチューブの内径が１０ｍｍから１０μｍのサイズの請求項１に記載のプロセスプラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１、２に記載のプロセスプラズマ発生用コイルおよび電極装置を、プラズマ原料ガス導入用のフレキサブルなチューブの先端、および、先端近傍に具備した、プラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項１、２、３に記載のプロセスプラズマ発生装置による、材料合成、堆積、エッチング、表面処理プロセス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、高密度マイクロプラズマ発生装置、および、材料プロセシング応用に関する。
【背景技術】
【０００２】  現在、材料開発や生産技術等における多くの分野でプラズマによる材料プロセッシング技術が用いられており、今後も益々その重要性は高まるものと予想されている。【０００３】  例えば、半導体等の電子デバイスのプロセシングを例に挙げると、この様な電子デバイスのプロセシングにおいても、プラズマによるプロセシング技術は欠かせないことは周知の事実である。この様な電子デバイスは、最近、益々微細化が進んでおり、マイクロメートル、ないし、ナノメートルスケールの空間的局所プロセシングが必要になってきている。そのため、断面サイズがマイクロメータ乃至ナノメータオーダーの微小プラズマが要求されている。この様な要求にこたえるべくプラズマ（マイクロプラズマ）発生装置が、既に提案されている。（特開平８−２９８１９８号及び特開平８−３０６４９９号参照）。【０００４】  しかし、提案されている多くのプラズマ発生装置は、高圧容器若しくはプラズマ電極、及び、プラズマでプロセシングされるべき材料を容器内にセットしなければならず、さらに容器内に材料を搬送したり、容器内の材料を取り出したりする為の材料搬送機構も必要となり、その結果、容器を含むプラズマ発生装置自体が大型化、かつ、複雑化し、コストもかかる。この様な問題を解決するべく本発明者内の一部のものが、新規な高密度のプラズマの発生が可能な誘導結合型（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）プラズマ発生装置を先に提案した（特願２００１−７６８７７号、および、特願２００１７２０８４）。【０００５】  本装置は、誘導加熱された金属からの熱電子供給で放電を補助する、熱電子援用型の誘導結合型マイクロプラズマ発生装置である。熱電子の援用することにより、通常、プラズマのバルク部分に対して、プラズマの損失、消失部分となる壁（表面）の部分の比率が大きくり、プラズマの発生が困難になる、プラズマの微小化、マイクロプラズマの発生、維持を容易とするものである。現在までに、最小で管内径約２０μｍもの放電空間を微細化したマイクロプラズマの発生に成功、そのプラズマ診断とともに、局所領域へのマスクレス成膜、エッチングなどへ応用を進められている。このプラズマ装置は軽量小型で微小、人の手で楽に操作、低コスト、かつ、プロセシングすべき材料の所に持って行って、材料処理することができるなど操作性の面でもきわめて優れた特性を有する。又、この様なプラズマ発生装置  は、材料プロセス（例えば、材料の加工、材料の溶融、物質合成など）のほかに、環境応用（有害物質分解など）などへの応用も可能である。【０００６】  しかしながら、このように熱電子源の具備により初めて数十μｍサイズまでの微細化に成功したものの、その印加電力は金属の誘導加熱にも用いられるため、その発生にはエネルギー損失が無視できない。また、電極の高温によるプラズマガス温度の上昇に起因する、より低温で高密度のプラズマの発生の困難さ、制御の難しさ、なといった課題が残されており、新技術の開発が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  以上のような背景の下、本発明は高密度・高エネルギー効率誘導結合型マイクロプラズマの安定発生・維持が可能で、かつ、プラズマを用いた処理等が行うことが可能なマイクロ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】
【０００８】  誘導結合型プラズマの微細化（マイクロプラズマ化）を実現するための補助電子源として、誘電体バリア放電（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ＤＢＤ）を補助電子供給源として用いた誘電体バリア放電援用型誘導結合型マイクロプラズマを発生せること、加えて、プラズマトーチをフレキシブルチューブで繋ぐことであらゆる環境下に簡単に持ち込める事が能であることを特徴にしている。【０００９】  本発明に基づくプラズマ発生装置は、誘電体製筒状の誘電体プラズマトーチ、該トーチ内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給手段、高周波電力を供給して誘電体バリヤ放電を発生させるための高周波電源、該トーチ内のプラズマ発生領域またはその近傍に位置するように配設された誘電体バリア放電用の電極材、該トーチ外に配設された誘電体バリア放電用の電極、トーチの周りに巻いた誘導結合型プラズマ発生用コイル、誘導結合型プラズマ発生用高周波電源から主に構成されている。【００１０】  さらにまた、これらのプラズマ発生装置をプラズマガス源とプラズマトーチをフレキシブルなチューブで繋ぐことも可能とする。該チューブ内に高周波電源と電極を繋ぐケーブルとアースと電極を繋ぐケーブルを通す一方で、トーチ内に高周波電源と電極を繋ぐケーブル、トーチ外にアースと電極を繋ぐケーブルを配置した。
【発明の効果】
【００１１】  以上のように、本発明により、液体中、地中、生体内など、様々な環境下において簡単に高密度のマイクロプラズマを、安定的、効率良く、発生・維持が可能となる。その結果、様々な環境下においてマイクロプラズマを用いた各種の材料プロセシングが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の低温マイクロプラズマ発生装置の実施の形態の一つの概略例を示したものである。【００１３】  内径１ｍｍから１０μｍのサイズの誘電体製筒状のプラズマトーチ（▲１▼）、該トーチ内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部（▲７▼）、電極間に高周波電力を供給し、誘電体バリヤ放電を発生させるための高周波電源（▲８▼）、該トーチ内でのプラズマ発生領域またはその近傍に位置するように配設された誘電体バリア放電用の電極材（▲３▼）、該トーチ外に配設された誘電体バリア放電用の電極材（▲４▼）、該トーチ外に巻いた誘導結合型コイル（▲９▼）、誘導結合型プラズマを発生させるための高周波電源▲１０▼）、を備えたプラズマ発生装置であって、プラズマガス源とプラズマトーチをフキシブルなチューブ（▲２▼）で繋いだ装置。該チューブ内に高周波電源と電極を繋ぐケーブル（▲５▼）とアースと電極を繋ぐケーブル（▲６▼）を通す一方で、トーチ内において、周波電源と電極を繋ぐケーブル（▲５▼）、トーチ外にアースと電極を繋ぐケーブル（▲６▼を配置した。【００１４】  上記のような装置（図１）に高周波電力を供給することでマイクロプラズマの発生がが可能となる。【００１５】  発生したプラズマの写真の一例を図２に示す。この場合のプラズマ生成条件は、プラズマガスＡｒ（流量：１ｓｌｍ）、ＤＢＤ発生における周波数、印加電圧は１０ｋＨｚ，２．２ｋＶｐ−ｐ、ＩＣＭＰ発生における周波数は４５０ＭＨｚ、入力電力は、４〜１０Ｗである。入力電力の増大と共に、プラズマは大きくそして発光は明るく変化した。【００１６】  このプラズマを用いたプラズマ材料プロセシング（材料合成、堆積、エッチング、表面処理など）の一例として、ポリカーボネートの表面処理を行った。プラズマガスとしては、Ｈｅガスを用い、大気環境下、５Ｗ、３０秒の処理において、水滴の接触角が半分以下に向上した（親水化）。これは応用の一例であり、その他、材料合成、堆積、エッチングなどの材料プロセス一般への応用が可能であることは言を待たない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のマイクロプラズマ発生装置の一概略例を示した図である。
【図２】本発明のプラズマ発生装置により発生した大気圧下でのマイクロプラズマの電力入力条件による形状変化（実験条件；トーチ内径５００μｍ，電極タングステンワイヤ径１００μｍ，プラズマ生成条件は、プラズマガスＡｒ（流量：１ｓｌｍ）、ＤＢＤ発生における周波数、印加電圧は１０ｋＨｚ，２．２ｋＶｐ−ｐ、誘導結合型プラズマ発生における周波数は４５０ＭＨｚ、入力電力は、４〜１０Ｗ。
【図３】本発明のマイクロプラズマ発生装置を用い、ポリカーボネーとの表面処理により、表面の親水化処理をしたものの結果の一例である。右が処理前の表面での水滴の様子、左が処理後の表面での水滴の様子を示している。
【符号の説明】
【００１８】▲１▼・・・プラズマトーチ
▲２▼・・・フレキシブルなチューブ
▲３▼・・・誘電体バリア放電用電極材
▲４▼・・・誘電体バリア放電用電極材
▲５▼・・・高周波電源と電極を繋ぐケーブル
▲６▼・・・アースと電極を繋ぐケーブル
▲７▼・・・プラズマガス供給部
▲８▼・・・誘電体バリア放電用高周波電源
▲９▼・・・誘導結合型プラズマ発生コイル
▲１０▼・・・誘導結合型プラズマ用電源
Ｐ・・・プラズマ発生部
Ｓ・・・接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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