(57)【要約】【課題】大気圧環境下における各種基材の表面処理、コーティング、洗浄などの高速処理、大面積処理を与えることができる高密度プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】ガスが注入される複数の孔３を有すると共に湾曲して形成されたマイクロホローカソード電極４と、マイクロホローカソード電極４の複数の孔３と連通する複数の孔３を有すると共に湾曲して形成された絶縁物５と、絶縁物５の複数の孔３と連通する複数の孔３を有すると共に湾曲して形成されたアノード電極６とが組み合わされて構成されていることを特徴とする高密度プラズマ処理装置。このような構成により、集束点で高密度化を図ることが可能となり、単位時間当たりかつ単位場所当たりの処理時間を短縮することが可能となる。【選択図】図１
2008181704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給チャンバー内にガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給チャンバー内において供給されたガスを処理して高密度のプラズマ、中性ラジカル及び／又は正・負イオンからなる噴出物を噴出して基材を処理するための電極対と、処理チャンバー内において前記基材を所定の位置に保持する基材保持手段と、前記処理チャンバー内において前記基材の表面を洗浄、改質するための材料を供給する材料供給手段とからなり、前記電極対は、前記ガスが注入される複数の孔を有すると共に湾曲して形成されたマイクロホローカソード電極と、前記マイクロホローカソード電極の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に湾曲して形成された絶縁物と、前記絶縁物の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に湾曲して形成されたアノード電極とが組み合わされて構成されていることを特徴とする高密度プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記湾曲して形成された電極対が、前記ガスが供給される方向に多段に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記多段に形成された個々の電極対に、制御電圧が同一の電源を同時に接続又は制御電圧の異なる電源を個別に接続することを特徴とする請求項２に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電極対が蒲鉾状に形成され、前記電極対から噴出される噴出物を前記蒲鉾状電極対の中心軸に平行な線上に集束させることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のいずれか１つの請求項に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記基材保持手段は前記基材を移動させる機能を備え、前記基材の連続処理を可能とすることを特徴とする請求項４に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記請求項５に記載の高密度プラズマ処理装置を前記基材の表裏両面側に備え、前記基材の表裏両面の処理が可能であることを特徴とする高密度プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電極対が湾曲面状に形成され、前記電極対から噴出される噴出物を前記湾曲面内側の一点に集束させることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のいずれか１つの請求項に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記電極対が湾曲面状に形成され、前記電極対から噴出される噴出物を前記湾曲面外側に発散させることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のいずれか１つの請求項に記載の高密度プラズマ処理装置。  
【請求項９】
前記湾曲面状に形成された電極対が複数個、平面上に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記電極対が円筒状に形成され、前記電極対から噴出される噴出物を前記円筒内の中心線に集束させることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のいずれか１つの請求項に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記電極対が円筒状に形成され、前記電極対から噴出する噴出物を前記円筒外に同心円上に一様に発散させることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のいずれか１つの請求項に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記電極対の各孔を、前記マイクロホローカソード電極の孔口及び前記アノードの孔口から前記絶縁物にかけて空間が広がるようにテーパー状に形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１つの請求項に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記電極対のアノード電極の各孔を、ラバーノズル形状に形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１つの請求項に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記電極対は、前記マイクロホローカソード電極の各孔の前記絶縁物側に、前記マイクロホローカソード電極の前記隣接する孔間を連通する連通溝が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１つの請求項に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記電極対から噴出物が噴出される側に、前記電極対のアノード電極、絶縁物からなるスペーサ、及び湾曲に形成された複数の孔を有する電極によって前記噴出物を噴出される空間を形成し、前記電極に正又は負のＤＣもしくはパルス状の電圧を印加して、前記空間から前記電極の各孔を通して負イオン、正イオン、又は電子を噴出させることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１つの請求項に記載の高密度プラズマ処理装置。
【請求項１６】
ガスが注入される複数の孔を有すると共に平板状に形成されたマイクロホローカソード電極と、前記マイクロホローカソード電極の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に平板状に形成された絶縁物と、前記絶縁物の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に平板状に形成されたアノード電極とが組み合わされて構成されている電極対であり、前記マイクロホローカソード電極の各孔の前記絶縁物側に、前記マイクロホローカソード電極の前記隣接する孔間を連通する連通溝が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
ガス供給チャンバー内にガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給チャンバー内において供給されたガスを処理して高密度のプラズマ、中性ラジカル及び／又は正・負イオンからなる噴出物を噴出して基材を処理するための電極対と、処理チャンバー内において前記基材を所定の位置に保持する基材保持手段と、前記処理チャンバー内において前記基材の表面を洗浄、改質するための材料を供給する材料供給手段とからなり、前記電極対は、前記ガスを通過させる複数の孔を有すると共に平板状に形成されたマイクロホローカソード電極と、前記マイクロホローカソード電極の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に平板状に形成された絶縁物と、前記絶縁物の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に平板状に形成されたアノード電極とが組み合わされて構成され、前記噴出される噴出物が一点または複数個所の点に集束するように、前記マイクロホローカソード電極、前記絶縁物、及び前記アノード電極を貫通する前記複数の孔が傾斜して設けられていることを特徴とする高密度プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度プラズマ処理装置に係わり、特に、大気圧近傍で高密度プラズマを生成し、各種基材（金属、ガラス、フィルム等）の表面処理、コーティング、洗浄、殺菌など様々な産業技術に適用可能な高密度プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるコーティング装置およびコーティング方法において、平板型の多孔マイクロホローカソード放電装置とその適用手法について記載されている。
また、非特許文献１には、真空チャンバー内の低ガス圧力環境においてマルチホローカソード放電を用いて薄膜を生成することが記載されており、同文献によれば、一様な放電を可能とするために、複数のホローカソード部間に溝を切り連結し、各カソード間のプラズマ一様性を向上させることが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３５６５５８号公報
【非特許文献１】Chisato Niikura et al., “High-rategrowth of microcrystalline films using a high-density SiH4/H2 glow-dischargeplasma”, Thin Solid Films 457 (2004) 84.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、大気圧環境下で動作するマイクロホローカソード型のプラズマ放電装置は既に開発されている。しかしながら、本発明で開示するようなマイクロホローカソード型の高密度プラズマ処理装置の前例はなく、この高密度プラズマ処理装置によれば、高密度プラズマ処理装置の電極対の各孔から射出されるプラズマを一点もしくは線上に集束させることにより、一点高密度型、一線上高密度型のプラズマを形成することが新規に可能となる。蒲鉾型の高密度プラズマ処理装置の場合、電極対の各孔径、数及び間隔の最適化を図ることにより、従来装置では奏し得なかった高密度でかつ長さ方向への一様なプラズマの生成が可能となる。さらに、移動架台（ベルトコンベア等）と組み合わせることで大気圧環境下で大面積化を図ることが可能となるため、大幅なスループットの向上が見込める。また、ランニングコストが高い、高価、熱ダメージなどの問題がある従来の真空中ＣＶＤプラズマや大気中アークプラズマと比べて、簡便に高密度で一様な低温度プラズマを得ることが可能となり、プロセスの低温高速処理を容易に実現することができる。高スーループット化による省エネルギー化、材料表面の熱ダメージの回避、一様な材料修飾を可能とする点で従来技術の問題点を大きく改善することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するために、下記の手段を採用した。
第１の手段は、ガス供給チャンバー内にガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給チャンバー内において供給されたガスを処理して高密度のプラズマ、中性ラジカル及び／又は正・負イオンからなる噴出物を噴出して基材を処理するための電極対と、処理チャンバー内において前記基材を所定の位置に保持する基材保持手段と、前記処理チャンバー内において前記基材の表面を洗浄、改質するための材料を供給する材料供給手段とからなり、前記電極対は、前記ガスが注入される複数の孔を有すると共に湾曲して形成されたマイクロホローカソード電極と、前記マイクロホローカソード電極の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に湾曲して形成された絶縁物と、前記絶縁物の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に湾曲して形成されたアノード電極とが組み合わされて構成されていることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記湾曲して形成された電極対が、前記ガスが供給される方向に多段に形成されていることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第３の手段は、第２の手段において、前記多段に形成された個々の電極対に、制御電圧が同一の電源を同時に接続又は制御電圧の異なる電源を個別に接続することを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記電極対が蒲鉾状に形成され、前記電極対から噴出される噴出物を前記蒲鉾状電極対の中心軸に平行な線上に集束させることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第５の手段は、第４の手段において、前記基材保持手段は前記基材を移動させる機能を備え、前記基材の連続処理を可能とすることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第６の手段は、第５の手段に記載の高密度プラズマ処理装置を前記基材の表裏両面側に備え、前記基材の表裏両面の処理が可能であることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第７の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記電極対が湾曲面状に形成され、前記電極対から噴出される噴出物を前記湾曲面内側の一点に集束させることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第８の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記電極対が湾曲面状に形成され、前記電極対から噴出される噴出物を前記湾曲面外側に発散させることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第９の手段は、第８の手段において、前記湾曲面状に形成された電極対が複数個、平面上に配置されていることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第１０の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記電極対が円筒状に形成され、前記電極対から噴出される噴出物を前記円筒内の中心線に集束させることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第１１の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記電極対が円筒状に形成され、前記電極対から噴出する噴出物を前記円筒外に同心円上に一様に発散させることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第１２の手段は、第１の手段ないし第１１の手段のいずれか１つの手段において、前記電極対の各孔を、前記マイクロホローカソード電極の孔口及び前記アノードの孔口から前記絶縁物にかけて空間が広がるようにテーパー状に形成したことを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第１３の手段は、第１の手段ないし第１１の手段のいずれか１つの手段において、前記電極対のアノード電極の各孔を、ラバーノズル形状に形成したことを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第１４の手段は、第１の手段ないし第１１の手段のいずれか１つの手段において、前記電極対は、前記マイクロホローカソード電極の各孔の前記絶縁物側に、前記マイクロホローカソード電極の前記隣接する孔間を連通する連通溝が設けられていることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第１５の手段は、第１の手段ないし第１４の手段のいずれか１つの手段において、前記電極対から噴出物が噴出される側に、前記電極対のアノード電極、絶縁物からなるスペーサ、及び湾曲に形成された複数の孔を有する電極によって前記噴出物を噴出される空間を形成し、前記電極に正又は負のＤＣもしくはパルス状の電圧を印加して、前記空間から前記電極の各孔を通して負イオン、正イオン、又は電子を噴出させることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
第１６の手段は、ガスが注入される複数の孔を有すると共に平板状に形成されたマイクロホローカソード電極と、前記マイクロホローカソード電極の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に平板状に形成された絶縁物と、前記絶縁物の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に平板状に形成されたアノード電極とが組み合わされて構成されている電極対であり、前記マイクロホローカソード電極の各孔の前記絶縁物側に、前記マイクロホローカソード電極の前記隣接する孔間を連通する連通溝が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
第１７の手段は、ガス供給チャンバー内にガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給チャンバー内において供給されたガスを処理して高密度のプラズマ、中性ラジカル及び／又は正・負イオンからなる噴出物を噴出して基材を処理するための電極対と、処理チャンバー内において前記基材を所定の位置に保持する基材保持手段と、前記処理チャンバー内において前記基材の表面を洗浄、改質するための材料を供給する材料供給手段とからなり、前記電極対は、前記ガスを通過させる複数の孔を有すると共に平板状に形成されたマイクロホローカソード電極と、前記マイクロホローカソード電極の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に平板状に形成された絶縁物と、前記絶縁物の複数の孔と連通する複数の孔を有すると共に平板状に形成されたアノード電極とが組み合わされて構成され、前記噴出される噴出物が一点または複数個所の点に集束するように、前記マイクロホローカソード電極、前記絶縁物、及び前記アノード電極を貫通する前記複数の孔が傾斜して設けられていることを特徴とする高密度プラズマ処理装置である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の高密度プラズマ処理装置によれば、多孔を有した電極対に曲率を持たせた立体的な構造とすることにより、集束点で高密度化を図ることが可能となり、単位時間当たりかつ単位場所当たりの処理時間を短縮することが可能となるため、製造プロセスにおける高スループット化、省エネルギー化に効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の第１の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置を図１〜図３に示す。図１は蒲鉾型の高密度プラズマ処理装置の斜視図、図２は図１に示す電極対の断面図、図３は図１に示す電極対の側面図である。
【０００７】
図１に示すように、プラズマ源は、ガスを供給する配管１の付いたガス供給チャンバー２aのガス流出側に絶縁板２cを介して配置されたガス通過が可能な複数の孔３を有する蒲鉾型に形成された電極対とを含む。電極対は蒲鉾型のマイクロホローカソード電極４、蒲鉾型の絶縁物５、及び蒲鉾型のアノード電極６とから構成され、蒲鉾型のマイクロホローカソード電極４の外側面から蒲鉾型の絶縁物５を介して蒲鉾型のアノード電極６の内側面に貫通する複数の孔３が形成されている。生成されたプラズマは、処理チャンバー側２bに噴出される。
【０００８】
図１において、ガス供給チャンバー２aは、ガス供給チャンバー２a内にプラズマ生成のためのガスが供給可能であり、かつ、ガス流出側に電極対が配置可能である限り、処理チャンバー２bの構造、大きさ、材質等に関しては、特に制限はない。
【０００９】
図１に示すように、電極対は、孔３を有する湾曲したマイクロホローカソード電極４が絶縁物５を介してアノード電極６と組み合わされて構成される。マイクロホローカソード電極４は、孔３内においてプラズマ生成が可能である限り、孔３の個数、サイズ（例えば、100μm程度）、材料（例えば、ステンレス、モリブデン、タングステン、銅など）及び厚さ（例えば、1 mm程度）等は特に制限されない。
【００１０】
また、絶縁物５は、孔３内におけるプラズマ生成が可能である限り、多孔を有した湾曲された部材で構成され、その材質（例えば、アルミナ、石英など）、サイズ（例えば、100μm程度）、厚さ（例えば、200μm程度）等は特に制限されない。
【００１１】
また、アノード電極６は、孔３内におけるプラズマ生成が可能である限り、多孔を有した湾曲された部材で構成され、その材質（例えば、ステンレス、モリブデン、タングステン、銅など）、サイズ（例えば、100μm程度）、厚さ（例えば、1 mm程度）等は特に制限されない。
【００１２】
また、ガス供給チャンバー２a内に供給されるガスは、プラズマ処理の目的に応じた各種ガスが使用可能である。すなわち、通常はプラズマ生成用ガスとして、各種の不活性ガスを使用することができる。または、不活性ガスに酸素、窒素ガスなどを添加したものを用いることができる。
【００１３】
また、本発明においては、電極対の孔３においてプラズマが生成可能である限り、プラズマの生成原理は特に制限されない。例えば、図１に示すように、電極対のマイクロホローカソード電極４とアノード電極６間に、直流電圧７（１ｋＶ以上）が印加されているが、図４に示すような高周波パルス又はＲＦ帯電源であってもよい。これにより、孔３にガスを流しつつ、マイクロホローカソード電極４とアノード電極６間に電圧が印加されると、直流駆動のマイクロホローカソード放電が開始され、領域８にプラズマが生成される。プラズマが生成されると孔３の内壁に電子が衝突して、この内壁から電子（２次電子）がγ（ガンマ）作用により放出される。γ作用により放出された電子が次の分子に衝突して、該分子の電離を促進させるα（アルファ）作用が生じて放電が維持される。
【００１４】
また、図１において、ノズル１２は領域８に表面改質もしくは材料創製を行うためのガス、溶液などを供給するために用いられ、ノズル１３は処理チャンバー２b内のガスを排気するために用いられる。
【００１５】
また、図１に示すように、基材保持手段９は、架台に組み込みローラー１０（例えばベルトコンベア等）で移動させる機能を備え、基材１１を移動させることにより基材１１の連続処理を行うことが可能となる。
【００１６】
図１に示すように、蒲鉾型の電極対の軸方向に対して、蒲鉾型の電極対を複数組み合わせ独立に電源を供給することにより、高密度のラインプラズマの長尺化が可能となり、ベルトコンベアなどと組み合わせることにより大面積処理が可能となる。この際、蒲鉾電極対のセクター間１４での孔３の吹き出し方向（各孔の向き）を傾斜させ分散させることで、プラズマ密度の不均一さを回避することが可能となる。
【００１７】
図１において、プラズマ源は、これを駆動するガスの圧力（0.1 MPa程度）、各孔３の穴径、各電極４、６間の間隔を調節することでマイクロカソード放電に基づいたプラズマを生成させる。大気圧放電の場合の１つの孔３で生成されるプラズマの電子密度は1015 cm-3程度であり、この複数個の孔３からのプラズマを１つのライン上に集束させることで孔３の孔数に比例した密度の上昇を図ることができる。
【００１８】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の斜視図である。図１に示した高密度プラズマ処理装置と同様の構成を基材１１の下側にも配置した蒲鉾型の高密度プラズマ処理装置である。
同図に示すように、基材１１は基材１１の上部及び下部から同時にまたは間欠的に噴出物を照射することにより、基材１１面の表と裏を同時または交互に処理することが可能となる。
【００１９】
図６は、電極対が多段に構成された電極対の断面図である。必要に応じて、湾曲したマイクロホローカソード電極４を湾曲した絶縁物５を介して湾曲したアノード電極６と組合して構成される電極対を複数段に構成してもよい。
同図において、複数段の各電極対にかける電圧は、対毎に独立又は全て対共通に印加してもよい。例えば、a、cにeを接続し、b、dにfを接続する以外に、aとe、bとf、cとg、dとhを接続するように構成しても良い。
【００２０】
放電をより容易とするために、電子放出効率の高い、つまり仕事関数値の低い金属材料等で曲率を有した電極４の孔内面にコーティングしてもよい。
【００２１】
本発明の高密度プラズマ処理装置を用いた場合には、公知の種々の基材に対して処理することが可能である。
【００２２】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の斜視図である。なお、図２は図７に示す電極対の断面図に対応する。
これらの図に示すように、この電極対は湾曲面を有し、湾曲面を有する複数の孔３を有するマイクロホローカソード電極４は湾曲面を有する複数の孔３を有する絶縁物５を介して湾曲面を有する複数の孔３を有するアノード電極６と組み合わされて構成される。
【００２３】
図７に示すように、ガス供給チャンバー２a側から電極対に注入されたガスは、孔３においてマイクロホローカソード放電を行い、プラズマ化し、生成されたプラズマ、イオン、電子、ラジカル粒子は、アノード電極６の湾曲面内側の領域８に噴出される。噴出物は電極対の湾曲面内の焦点領域１６に集束し、粒子の高密度化を行うことが可能となる。
【００２４】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の電極対及び基材の断面図である。
同図に示すように、この電極対は湾曲面を有し、湾曲面を有する複数の電極孔３を有するマイクロホローカソード電極４は湾曲面を有する複数の孔３を有する絶縁物５を介して湾曲面を有する複数の孔３を有するアノード電極６と組み合わされて構成される。
領域１５側からガスを注入されたガスは、孔３においてマイクロホローカソード放電を行い、プラズマ化し、生成されたプラズマ、イオン、電子、ラジカル粒子は、アノード電極６の湾曲面外側の領域８に噴出される。噴出物はアノード電極６から扇状に噴出され、例えば、湾曲状に形成された基材１１の表面を一様に処理することが可能となる。
【００２５】
図９は、図８に示した湾曲面状に形成された電極対が複数個、平面上に配置されている構成を示す図である。
【００２６】
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の電極対及びガス供給チャンバー２aを示す斜視図、図１１はその断面図である。
これらの図に示すように、本発明の電極対及びガス供給チャンバー２aは円筒型に構成され、円筒面を有する複数の孔３を有するマイクロホローカソード電極４は円筒面を有する複数の孔３を有する絶縁物５を介して円筒面を有する複数の孔３を有するアノード電極６と組み合わされて構成される。
【００２７】
これらの図において、ガス供給チャンバー２a内のガスは、マイクロホローカソード電極４の外側の領域１５から孔３に注入され、円筒型電極対の孔３においてマイクロホローカソード放電を行うことによりプラズマ化する。生成されたプラズマ、イオン、電子、ラジカル粒子は、アノード電極６の円筒内の領域８の円筒中心１６に向かって噴出される。噴出物は円筒の中心線上に集束し、同軸中心線上付近において粒子の高密度化を行うことが可能となる。
【００２８】
図１２は、本発明の第６の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の電極対及び円筒状基材を示す斜視図、図１３はその断面図である。
これらの図に示すように、本発明の電極対は円筒型に構成され、円筒面を有する複数の孔３を有するマイクロホローカソード電極４は円筒面を有する複数の孔３を有する絶縁物５を介して円筒面を有する複数の孔３を有するアノード電極６と組み合わされて構成される。
【００２９】
これらの図において、ガス供給管１によって導入された電極対の円筒内のガスは、マイクロホローカソード電極４の内側の領域１５から孔３に注入され、円筒型電極対の孔３においてマイクロホローカソード放電を行うことによりプラズマ化する。生成されたプラズマ、イオン、電子、ラジカル粒子は、アノード電極６の円筒外の領域８向かって噴出される。噴出物によって、例えば、円筒状基材１７の内壁を一様に処理することが可能となる。
【００３０】
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の多孔を有する電極対の１つの孔３を示す断面図である。
同図に示すように、電極対は、マイクロホローカソード電極４の各孔３の孔口から絶縁物５にかけて空間が広がるようにテーパー状に形成し、かつアノード電極６の各孔３の孔口から絶縁物５にかけて空間が広がるようにテーパー状に形成する。このように構成することにより孔３の内表面積を増やすことができるので２次電子を増加させることができプラズマ密度を高めることが可能となる。
【００３１】
図１５は、本発明の第８の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の多孔を有する電極対の１つの孔３を示す断面図である。
同図に示すように、電極対のアノード電極６の各孔３をラバーノズル形状１８に形成する。このように構成することにより、噴出物の速度を増加させることが可能となる。
【００３２】
図１６は、本発明の第９の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の平面型の電極対を示す斜視図、図１７は図１６に示した平面状の電極対のマイクロホローカソード電極４の連通溝１９を示す図（図１６の電極４の上下を反転した図）、図１８は湾曲した電極対のマイクロホローカソード電極４の連通溝１９を示す図である。
これらの図に示すように、マイクロホローカソード電極４の各孔３において、絶縁物５側にマイクロホローカソード電極の隣接する孔３間を連通する格子状の連通溝１９を設ける。このように構成することにより、各孔３の放電均一性を向上させることができる。
【００３３】
図１９は、本発明の第１０の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の平面型の電極対を示す断面図である。
同図に示すように、この電極対は、平板型の孔３を有するマイクロホローカソード電極４、平板型の孔３を有する絶縁物５、平板型の孔３を有するアノード電極６の組み合わせからなる電極対において、孔３から噴出された噴出物を１点に集束させるために孔３の向きを傾けて構成することで、噴出物の高密度化を図ることが可能となる。
【００３４】
図２０は、本発明の第１１の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の湾曲面を有する電極対を示す断面図である。
同図に示すように、電極対から噴出物が噴出される側８に、電極対のアノード電極６、絶縁物からなるスペーサ２０、及び湾曲に形成された複数の孔２２を有する電極２１（引き出し電極）によって噴出物を収容する空間を形成し、電極２１に正又は負のＤＣもしくはパルス状の電圧を印加して、前記空間から電極２１の各孔２２を通して負イオン、正イオン、又は電子２３を噴出させる。
【００３５】
このように構成することにより、電極２１に任意の電圧を印加し、電極２１の孔２２から任意の噴出物２３を選択的に噴出させることが可能となる。例えば、電圧Ｖ＞０の際には、電子又は負の電荷を持ったイオンを電極２１から引き出すことができ、電圧Ｖ＜０の際には、正の電荷を持ったイオンを電極２１から引き出すことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の高密度プラズマ処理装置により、大気圧近傍で高密度なプラズマを生成することが可能となり、高度部材産業、製造産業などにおいて必要とされている高付加価値を有した革新的な新材料創製に効果を発揮する。従来よりも高密度化を図ることが可能となるため、部材製造プロセスの課題である低コスト化、省エネルギー化を進めることができ、製品化までのリードタイムの短縮化につながる。大気圧下における非平衡プラズマの生成に伴う低温度プラズマの実現に伴い、熱反応を抑えながら大気中で対象物のプラズマ処理をすることが可能となるため、連続プロセス処理（ベルトコンベアプロセス等）にも適する革新的プロセス技術であり材料創製のための共通基盤技術と位置付けられる。例えば、金属などの表面に処理を施すことにより、熱伝導性向上、低熱膨張化、電気的絶縁性の誘起、機械的強度の向上、耐薬品性の向上などが期待される。
また、本発明の高密度プラズマ処理装置は、各種基材（金属、ガラス、フィルム等）の表面処理、コーティング、洗浄、殺菌など様々な産業技術のシーズとなる。更に、低温プラズマ生成に基づく、融点が低い材料、生体を含む有機物などへのプラズマ処理も可能となるため、ライフサイエンス分野などへの波及効果など新しい領域へのプラズマの応用も期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蒲鉾型高密度プラズマ処理装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す湾曲状に形成された電極対を示す断面図である。
【図３】図１に示す湾曲状に形成された電極対を示す平面図である。
【図４】電極対に印加する電圧波形の一例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る蒲鉾型高密度プラズマ処理装置を示す斜視図である。
【図６】多段に構成された電極対を示す断面図及び電源の接続例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置を示す斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置を示す部分断面図である。
【図９】図８に示した電極対を２次元平面上に配置した高密度プラズマ処理装置の斜視図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の電極対及びガス供給手チャンバー２ａを示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す高密度プラズマ処理装置の電極対及びガス供給手チャンバー２ａを示す断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の電極対及び円筒状基材を示す斜視図である。
【図１３】図１１に示す高密度プラズマ処理装置の電極対及び円筒状基材を示す断面図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の多孔を有する電極対の１つの孔を示す断面図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の多孔を有する電極対の１つの孔を示す断面図である。
【図１６】本発明の第９の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の平面型の電極対を示す斜視図である。
【図１７】図１６に示した平面状の電極対のマイクロホローカソード電極４の連通溝２０を示す斜視図である。
【図１８】湾曲した電極対のマイクロホローカソード電極４の連通溝２０を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第１０の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の平面型の電極対を示す断面図である。
【図２０】本発明の第１１の実施形態に係る高密度プラズマ処理装置の湾曲面を有する電極対及び湾曲面を有する引き出し電極を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ガス供給管
２a ガス供給チャンバー
２b 処理チャンバー
２c 絶縁板
３  孔
４  マイクロホローカソード電極
５  絶縁物
６  アノード電極
７  電源
８  プラズマ領域
９  架台
１０  ローラー
１１  基材
１２  材料供給ノズル
１３  排気系
１４  蒲鉾型電極セクター間の隙間
１５  ガス導入領域
１６  集束点
１７  円筒管
１８  吹き出しノズル
１９  連通溝
２０  絶縁物
２１  引き出し電極
２２  引き出し電極の孔
２３  正イオン、負イオンもしくは電子
【図１】
2008181704.tif 000003
【図２】
2008181704.tif 000004
【図３】
2008181704.tif 000005
【図４】
2008181704.tif 000006
【図５】
2008181704.tif 000007
【図６】
2008181704.tif 000008
【図７】
2008181704.tif 000009
【図８】
2008181704.tif 000010
【図９】
2008181704.tif 000011
【図１０】
2008181704.tif 000012
【図１１】
2008181704.tif 000013
【図１２】
2008181704.tif 000014
【図１３】
2008181704.tif 000015
【図１４】
2008181704.tif 000016
【図１５】
2008181704.tif 000017
【図１６】
2008181704.tif 000018
【図１７】
2008181704.tif 000019
【図１８】
2008181704.tif 000020
【図１９】
2008181704.tif 000021
【図２０】
2008181704.tif 000022