(57)【要約】【課題】　電極表面に設ける固体誘電体の誘電率が低くても、プラズマ処理において高い処理能力（処理速度）を実現する。【解決手段】　放電電極２，３の電極表面に設ける固体誘電体４の誘電率εと誘電体厚みｄｍｍとを、ε／ｄ≧５×１０3（ｍ-1）の関係を満たすように規定することで、固体誘電体２，３の誘電率εが低く（ε≦１０）ても、誘電率εが高い（ε＞１０）の固体誘電体を用いた場合と同等もしくはそれ以上の性能を実現する。また、電極表面に複数層の固体誘電体が積層されている場合、その複数層の固体誘電体のうち、少なくとも１層の固体誘電体の誘電率εと、固体誘電体の厚みｄｍｍとをε／ｄ≧５×１０3（ｍ-1）の関係を満たすようにする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、第１の電極と対向して設けられる第２の電極とを有する放電電極であって、
前記第１の電極の対向面に固体誘電体が設けられており、
前記固体誘電体の誘電率εと、固体誘電体の厚みｄｍｍとが、ε／ｄ≧５×１０3（ｍ-1）の関係を満たしていることを特徴とする放電電極。
【請求項２】
前記固体誘電体の誘電率εが１０以下であることを特徴とする請求項１記載の放電電極。
【請求項３】
第１の電極と、第１の電極と対向して設けられる第２の電極とを有する放電電極であって、
前記第１の電極の対向面に複数層の固体誘電体が積層されており、
前記複数層の固体誘電体のうち、少なくとも１層の固体誘電体の誘電率εと、固体誘電体の厚みｄｍｍとが、ε／ｄ≧５×１０3（ｍ-1）の関係を満たしていることを特徴とする放電電極。
【請求項４】
前記少なくとも１層の固体誘電体の誘電率εが１０以下であることを特徴とする請求項３記載の放電電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、プラズマを利用して被処理体を処理するプラズマ処理に用いられる放電電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来から、被処理体に安定したプラズマ処理を行うには、互いに対向する電極の対向面を固体誘電体で被覆された放電電極が用いられている。
【０００３】
　このような電極の対向面を被覆する固体誘電体としては、印加電圧の低電圧化や製膜速度の向上を図ることができるため、二酸化ジルコニウムやチタン酸バリウム等の誘電率の高い固体誘電体が用いられている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特許第３３３５６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　しかしながら、このような高誘電率の固体誘電体は、アルミナ等の低誘電率の固体誘電体に比べてコストが高いという問題があった。
【０００５】
　そこで本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、低コストな低誘電率の固体誘電体を用いても、プラズマ処理において高い処理能力（処理速度）を発揮可能な放電電極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】
【０００６】
　まず、本出願人らの研究によって、プラズマ処理において、処理能力の良否は、固体誘電体の誘電率εのみならず、固体誘電体の厚みｄを含めた条件に関係があり（後述する実施例・比較例参照）、放電電極の電極表面に設ける固体誘電体の誘電率εが低く（ε≦１０）ても、固体誘電体の厚みが薄ければ、誘電率εが高い（ε＞１０）の固体誘電体を用いた場合と同等もしくはそれ以上の性能を示すことを見出した。
【０００７】
　本発明は、以上のような点に着目し、固体誘電体の誘電率εを、固体誘電体の厚みｄで除した値［ε／ｄ］の範囲を規定することにより、電極表面に設ける固体誘電体の誘電率が低くても、高い処理能力（処理速度）のプラズマ処理を実現している。その具体的な構成を以下に示す。
【０００８】
　請求項１に記載の放電電極は、第１の電極と、第１の電極と対向して設けられる第２の電極とを有する放電電極であって、前記第１の電極の対向面に固体誘電体が設けられており、前記固体誘電体の誘電率εと、固体誘電体の厚みｄｍｍとが、ε／ｄ≧５×１０3（ｍ-1）の関係を満たしていることを特徴としている。また、ε／ｄの値は、１０×１０3（ｍ-1）以上であることが好ましく、１５×１０3（ｍ-1）以上であることがより好ましい。なお、この発明の放電電極において、前記固体誘電体の誘電率εは、１０以下であることが好ましい。
【０００９】
　請求項３に記載の放電電極は、第１の電極と、第１の電極と対向して設けられる第２の電極とを有する放電電極であって、前記第１の電極の対向面に複数層の固体誘電体が積層されており、前記複数層の固体誘電体のうち、少なくとも１層の固体誘電体の誘電率εと、固体誘電体の厚みｄｍｍとが、ε／ｄ≧５×１０3（ｍ-1）の関係を満たしていることを特徴としている。また、ε／ｄの値は、１０×１０3（ｍ-1）以上であることが好ましく、１５×１０3（ｍ-1）以上であることがより好ましい。なお、この発明の放電電極において、前記固体誘電体の誘電率εは、１０以下であることが好ましい。
【００１０】
　次に、本発明の詳細を説明する。
【００１１】
　まず、本発明の放電電極を適用するプラズマ処理は、どのような圧力下の処理であってもよいが、常圧プラズマ処理、特に大気圧近傍下の圧力下での処理に適している。なお、大気圧近傍の圧力下とは、１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａの圧力下を指す。中でも、圧力調整が容易で、装置構成が簡便になる９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａの範囲である。
【００１２】
　本発明の放電電極を構成する電極の材質としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間化合物等などが挙げられる。また、放電電極は、電界集中によるアーク放電の発生を避けるために、電極間距離（放電ギャップ）が一定となるように配置することが好ましい。この条件を満たす電極構造としては、例えば平行平板型、同軸円筒型の構造などが挙げられる。
【００１３】
　本発明の放電電極に設ける固体誘電体（積層構造の場合は少なくとも１層の固体誘電体）は、誘電率εが１０以下であるものが好ましい。このような固体誘電体の具体的な例としては、アルミナ（酸化アルミニウム）、テトラフルオロエチレン、ポリイミドまたはガラスなどが挙げられる。また、固体誘電体の厚みは、性能的には薄い方が良いが、耐圧の面では厚い方が良い、という点を考慮すると、固体誘電体の厚みは１ｍｍ以下でかつ絶縁耐圧を確保できる厚さとすることが好ましい。
【００１４】
　固体誘電体を電極表面に付ける方法は、電極表面に密着する方法であれば特に限定されず、例えば、プラズマ溶射や爆発溶射等にて電極表面に誘電体材料をコーティングする溶射法、シート状もしくはフィルム状の固体誘電体を接着する接着法、あるいは粉体焼結法等を適宜に用いればよい。また、機械的に接触させて密着させる方法（例えば圧着または真空吸着等）を採用してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
　以上説明したように、本発明によれば、放電電極の電極表面に固体誘電体を設けるとともに、その固体誘電体の誘電率εと誘電体厚みｄｍｍとを、ε／ｄ≧５×１０3（ｍ-1）の関係を満たすように規定しているので、固体誘電体の誘電率が低くても、プラズマ処理の処理能力を高めることができる。しかも、誘電率の低い固体誘電体を用いることが可能になることにより、固体誘電体のコストを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
　以下、本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
　図１は本発明の放電電極を適用したプラズマ処理装置を模式的に示す図である。
【００１８】
　図１に示すプラズマ処理装置は、一対の電極２，３からなる放電電極１、電源５、及び、乾燥空気などの処理ガスを供給するためのガス供給源６などを備えている。
【００１９】
　放電電極１は、ホット電極２（第１の電極）及びアース電極３（第２の電極）によって構成されている。ホット電極２（ステンレス製、Ｌ５０ｍｍ×Ｗ４０ｍｍ）とアース電極３（ステンレス製、Ｌ５０ｍｍ×Ｗ４０ｍｍ）とはそれぞれ平板状の形状をなしており、ホット電極２とアース電極３とが１ｍｍの放電ギャップを空けて互いに対向して平行に配置されている。ホット電極２は電源５と接続され、アース電極３は接地されている。また、ホット電極２とアース電極３との間に放電空間１０が形成される。
【００２０】
　また、ホット電極２とアース電極３は、それぞれの対向面に固体誘電体としてアルミナ４（誘電率７、厚さ０．４ｍｍ、ε／ｄ＝１７．５（ｍ-1））が溶射されており、更に、溶射後のアルミナに対して無機封孔処理が行われている。
【００２１】
　放電電極１における放電空間１０の一端側にはガス導入口１１が設けられ、他端側にガス吹き出し口１２が設けられている。ガス導入口１１にはガス供給源６が接続されており、ガス供給源６は、ガス導入口１１から放電空間１０に向けて乾燥空気等の処理ガスの流量を調整して供給することができる。
【００２２】
　また、プラズマ処理装置は、ローラー状のコンベア（図示しない）を備えている。コンベアは、プラズマ処理装置によってプラズマ処理されるガラス基板（被処理体）Ｓをガス吹き出し口１１の真下を通過するように搬送される。
【００２３】
　プラズマ処理装置によるプラズマ処理方法を説明する。
　放電空間１０に処理ガスが供給された状態で、ホット電極２とアース電極３との間に電源５からのパルス電界を印加する。パルス電界の印加によって、放電空間１０にプラズマが発生する。放電空間１０に供給された処理ガスは、励起状態（プラズマ状態）となり、ガス吹き出し口１１から噴出される。
　このとき、コンベアによって搬送されるガラス基板Ｓは、ガス吹き出し口１１の真下を通過する際にガス吹き出し口１１から噴出される処理ガスによってプラズマ処理（例えば親水下処理）される。また、ガラス基板Ｓはコンベアで搬送されながらプラズマ処理が行われるので、プラズマ処理装置は連続的にプラズマ処理を行うことができる。
【００２４】
　そして、本実施形態においては、ホット電極２、アース電極３の対向面に例えばアルミナを溶射して固体誘電体４を設けており、その固体誘電体４の誘電率εと誘電体厚みｄｍｍとを、ε／ｄ≧５×１０3（ｍ-1）の関係を満たすように規定している点に特徴がある。
【００２５】
　このように、固体誘電体４の誘電率εを誘電体厚みｄで除した値［ε／ｄ］の範囲を規定することにより、固体誘電体の誘電率が低く（１０以下）ても、プラズマ処理の処理能力を高めることができる。また、誘電率の低い固体誘電体を用いることが可能になることにより、固体誘電体のコストを軽減することができる。
【００２６】
　以上の実施形態では、電極の表面に単層の固体誘電体を設けた例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば図２に示すように、電極の表面に複数層（２層）の固体誘電体１０２，１０３を積層した構造の放電電極１０１であってもよい。この場合、複数層の固体誘電体１０２，１０３のうち、最表層の固体誘電体１０３について、誘電率εと誘電体厚みｄｍｍとが、ε／ｄ≧５×１０3（ｍ-1）の関係を満たしていることが好ましい。
【００２７】
　以上の実施形態では、平行平板型の電極からなる放電電極を適用した例を示したが、これに限られることなく、プラズマ処理に用いられている各種構造の放電電極に適用できる。例えば、図３に示すように、円筒形状の外側電極２０１と円柱形状の内側電極２０２からなる円筒同軸型電極２００にも適用できる。この場合、内側電極２０２の全表面に固体誘電体２０４を設け、外側電極２０１の内面（上面及び下面も含む）に固体誘電体２０４を設ける。
【００２８】
　なお、以上の実施形態では、リモート方式のプラズマ処理に本発明の放電電極を適用した例を示したが、これに限られることなく、電極間に基板を配置して処理を行うダイレクト方式のプラズマ処理にも本発明の放電電極を適用することができる。
【００２９】
　以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
【実施例１】
【００３０】
　図１に示す上記の実施形態において、ホット電極２及びアース電極３のそれぞれの対向面に、固体誘電体であるアルミナ（誘電率７、厚み０．４ｍｍ：ε／ｄ＝１７．５×１０3［ｍ-1］）を溶射し、溶射したアルミナの表面から無機封孔処理を行った。
【００３１】
　このホット電極２とアース電極３との間の放電空間１０に、乾燥空気を流量５Ｌ／ｍｉｎで一様に流した状態で、電極２，３間に、印加電圧波高値１６ｋＶｐｐ、パルス電界周波数１０ｋＨｚのパルス電界を印加したところ、放電空間１０の全体にわたって均一なグロー放電が発生した。
【００３２】
　次に、パルス電界の印加によって吹き出し口１１から吹き出す励起した処理ガスをガラス基板Ｓの表面に照射し、ガラス基板の表面に親水化処理を行った。また、励起した処理ガスを照射した際のオゾン発生量は３４．８ｇ／ｍ3であった。なお、このガラス基板Ｓは、表面に何もコーティングされていないものを用いた。
【実施例２】
【００３３】
　実施例１において、アルミナの溶射に代えて、固体誘電体であるポリイミド（誘電率３、厚み０．０８ｍｍ：ε／ｄ＝３７．５×１０3［ｍ-1］）をコーティングしたこと以外は、実施例１と同様にしてパルス電界を印加した。パルス電界の印加によって放電空間１０の全体にわたって均一なグロー放電が発生した。
【実施例３】
【００３４】
　実施例１において、アルミナの溶射に代えて、固体誘電体であるテトラフルオロエチレン（誘電率２、厚み０．０５ｍｍ：ε／ｄ＝４０×１０3［ｍ-1］）をコーティングし、更に、表面に何もコーティングされていないガラス基板Ｓに代えて、表面にＣｒがコーティングされたガラス基板Ｓを用いたこと以外は、実施例１と同様にしてパルス電界を印加した。パルス電界の印加によって放電空間１０の全体にわたって均一なグロー放電が発生した。
【実施例４】
【００３５】
　実施例１において、溶射したアルミナを、誘電率１０、厚み０．５ｍｍ（ε／ｄ＝２０×１０3［ｍ-1］）とし、更に、表面に何もコーティングされていないガラス基板Ｓに代えて、表面にＣｒがコーティングされたガラス基板Ｓを用いたこと以外は、実施例１と同様にしてパルス電界を印加した。パルス電界の印加によって放電空間１０の全体にわたって均一なグロー放電が発生した。
【実施例５】
【００３６】
　実施例１において、アルミナの溶射に代えて、固体誘電体であるＢａＴｉＯ3（誘電率４０、０．６４ｍｍ：ε／ｄ＝６２．５×１０3［ｍ-1］）を第１層として溶射し、更にその上にアルミナ（誘電率７、厚さ０．１６ｍｍ：ε／ｄ＝４３．８×１０3［ｍ-1］）を第２層（最表層）として溶射したこと以外は、実施例１と同様にしてパルス電界を印加した。パルス電界の印加によって放電空間１０の全体にわたって均一なグロー放電が発生した。なお、ＢａＴｉＯ3とアルミナからなる多層誘電体の誘電率は２７であった（ε／ｄ＝３３．８×１０3［ｍ-1］）。
　（比較例１）
【００３７】
　実施例１において、溶射したアルミナを、誘電率７、厚み１．５ｍｍ（ε／ｄ＝４．６×１０3［ｍ-1］）としたこと以外は、実施例１と同様にしてパルス電界を印加した。
　（比較例２）
【００３８】
　実施例１において、アルミナの溶射に代えて、固体誘電体であるテトラフルオロエチレン（誘電率２、厚み０．５ｍｍ：ε／ｄ＝４×１０3［ｍ-1］）をコーティングし、更に、表面に何もコーティングされていないガラス基板Ｓに代えて、表面にＣｒがコーティングされたガラス基板Ｓを用いたこと以外は、実施例１と同様にしてパルス電界を印加した。
【００３９】
　以上の実施例及び比較例で用いたプラズマ処理装置において、以下の測定を行った。
【００４０】
　放電電流密度の測定
　パルス電界を印加した際に、放電空間１０に発生するプラズマの放電電流密度を測定した。
【００４１】
　接触角の測定
　接触角測定装置を用いて、プラズマ処理前後におけるガラス基板の静的接触角を測定した。
【００４２】
　放電電流密度の測定結果及び接触角の測定結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2004103572.tif 000003
【００４４】
　表１より、実施例１〜５では、ガラス基板に対して良好な親水化処理が行われていることが確認された。また、比較例１，２では、高い放電電流密度のプラズマを発生することができなかったために、十分な親水化処理を行うことができなかった。
　ここで、実施例３と比較例２とを比較すると、同じ誘電率を有する固体誘電体を用いても、厚さを薄くしてε／ｄ値を向上させることによって、プラズマ処理の処理能力を高めることができることがわかる。
【００４５】
　以上の実施例及び比較例から、プラズマ処理において処理能力を左右するのは、放電電極に設ける固体誘電体の誘電率のみならず、固体誘電体の厚みとの関係を含めたε／ｄの値であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の放電電極を用いたプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の放電電極の他の例を示す要部断面図である。
【図３】本発明を円筒同軸型電極に適用した例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
　１　放電電極
　２　ホット電極
　３　アース電極
　１０　放電空間
　１１　ガス導入口
　１２　ガス吹き出し口
　４　固体誘電体
　５　電源
　６　ガス供給源
　Ｓ　基板
【図１】
2004103572.tif 000004
【図２】
2004103572.tif 000005
【図３】
2004103572.tif 000006