(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から発生した電力が印加される印加電極と、前記印加電極に対し絶縁体を挟んで対向する対向電極とを備えた電極ユニット、および前記対向電極と接地電位間に挿入されたインピーダンス素子を備え、前記電極ユニットが試料にギャップを置いて対向し、更に前記電極ユニットと試料の間に形成される空間に局所的に反応ガスを供給し、前記印加電極に印加された電力によって前記印加電極と対向電極間にプラズマを発生させ、反応ガスに基く試料の処理を行なうプラズマ処理装置であって、前記印加電極と対向電極がその間にインピーダンスＺｃを有し、前記インピーダンス素子のインピーダンスＺはＺ＝Ｚｃ（Ａ・Ｅｘｐ［ｊθ］−１）であり、
但し、θ、Ａは、（Ａ・Ｅｘｐ［ｊθ］−１）が複素平面上で（−１，０）を中心とする半径１の円と、複素平面上で（−1/2、０）を通り虚軸と平行な直線で囲まれた２つの領域中（ただし実部＝-1/2の直線上を含み、半径１の円周上は含まず）、面積の小さい領域中の値を取ることを満たす、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記印加電極と対向電極がその間にインピーダンスＺｃを有し、前記インピーダンス素子のインピーダンスＺは、Ｚ=−Ｚｃ／２である請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記印加電極と対向電極がその間にインピーダンスＺｃを有し、前記インピーダンス素子のインピーダンスＺは、Ｚ=ｊ・ Ｉｍ［Ｚｃ（Ａ・Exp［ｊθ］−１）］であり、
但し、θ、Ａは、（Ａ・Ｅｘｐ［ｊθ］−１）が複素平面上で（−１，０）を中心とする半径１の円と、複素平面上で（−1/2、０）を通り虚軸と平行な直線で囲まれた２つの領域中（ただし実部＝-1/2の直線上を含み、半径１の円周上は含まず）、面積の小さい領域中の値を取ることを満たす、
請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記インピーダンス素子は、インダクタンス素子と可変容量素子との直列回路で形成される請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて表面処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体や液晶表示装置などの各種デバイスの多層構造におけるエッチング、成膜、アッシング、表面親水化などの表面処理を行う装置としてはプラズマを用いた表面処理装置が広く使用されている。その中でも近年、高速処理、装置の低価格化、装置占有面積の低減などを目的として大気圧近傍の圧力でプラズマを発生させ、試料に対する処理を行なう大気圧プラズマ処理装置が開発されている。
【０００３】
上記大気圧プラズマ処理装置の１つとして、電源を有し、該電源からの電力が印加される印加電極と前記印加電極と絶縁体を介して対向した接地電極をまとめて電極ユニットとし、前記電極ユニットを試料に対向させ、更に前記電極ユニットと試料の間に大気圧を含む高圧力の反応ガス領域を形成し、前記印加電極と接地電極間のうち試料に近接した領域のみで該反応ガスに基づく高圧プラズマを発生させ、前記高圧プラズマ中で生じた活性種により試料の処理を行なう装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下に特許文献１に記載された高圧プラズマ装置を図１３を用いて説明する。
図１３は、電極浮上型高圧浮上電極の断面図であり、特許文献１に記載される装置の構成を示す概略図である。
図１３中、Ｈ１は電極浮上型高圧浮上電極、１０１は高圧反応ガス供給口、１０２は反応ガス排気口、１０３は内側電極、１０４は外側電極、１０５は絶縁体、１０６は電力伝達線路開放端、１０７は試料台、１０８は試料、１０９は高圧プラズマ、１１０は反応ガス流、Ｄは前記電極Ｈ１と試料１０８との間隔である。
【０００５】
内側電極１０３と外側電極１０４、及び絶縁体１０５で前記電極浮上型高圧浮上電極Ｈ１を形成しており、電極Ｈ１と試料１０８は所定の気体雰囲気内に対向して配置されている。この時、高圧反応ガス供給口１０１より高圧反応ガスを供給すると、高圧反応ガス供給口１０１から、反応ガス排気口１０２若しくは周囲の気体雰囲気に向う反応ガス流１１０が形成され、供給された高圧反応ガスと周囲気体雰囲気との差圧によって電極Ｈ１は間隔Ｄだけ浮上し、間隔Ｄが狭いことから電極Ｈ１と試料１０８に挟まれる部分に、高圧反応ガス供給口１０１から反応ガス排気口１０２にむかう反応ガス流路、また高圧反応ガス供給口１０１から電極Ｈ１周囲の気体雰囲気にむかう反応ガス流路が低コンダクタンスな気体流路となり、電極Ｈ１と試料１０８に挟まれる部分に高圧反応ガス領域を形成する。ここで前記高圧反応ガス領域の圧力は大気圧であってよい。
【０００６】
この時、電極Ｈ１を試料１０８に対して浮上させず、電極Ｈ１と試料１０８との間隔Ｄを近接させ配置することによっても、同様に高圧反応ガス供給口１０１から反応ガス排気口１０２にむかう反応ガス流路、また高圧反応ガス供給口１０１から前記電極周囲にむかう反応ガス流路は低コンダクタンスな気体流路となり、前記電極と試料１０８に挟まれる部分に高圧反応ガス領域を形成することができる。
【０００７】
更に内側電極１０３は図示されない電源に接続され、同時に外側電極１０４は接地されており、内側電極１０３と外側電極１０４に挟まれる絶縁体１０５部分に電力伝達線路を形成する。電源より発生した電力は内側電極１０３に印加され、内側電極１０３と外側電極１０４の間で形成される電力伝達線路を通じて電力伝達線路開放端１０６に達し、電極Ｈ１と試料１０８の間に形成された高圧反応ガス領域のうち、高圧反応ガス供給口１０１より離れた位置に局所的な高圧プラズマ１０９が発生し、高圧プラズマ１０９で発生した活性種により試料１０８の成膜、加工、表面処理を行なう。また試料１０８と電極Ｈ１を相対移動させることによって試料１０８全体の処理を行なう。
【０００８】
この時、本装置は、電力が印加された内側電極１０３と試料１０８間にプラズマを発生させるわけではなく、電力が印加された内側電極１０３と接地された外側電極１０４との間に高圧プラズマ１０９を発生させ、プラズマ中で発生した活性種を試料１０８の表面に拡散させ成膜、加工、表面処理を行なうため、試料１０８に直接プラズマが接触せず試料１０８を損傷しない。
【特許文献１】特開２０００−３０６８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで内側電極１０３、外側電極１０４は紙面に垂直な方向に長手方向を持つ長尺状の電極であり、内側電極１０３と外側電極１０４が対向する電力伝達線路開放端１０６部分に紙面に垂直な方向に長いライン状の大気圧プラズマを発生させる場合について考える。
内側電極１０３に振幅１．０［ｋＶ］、周波数１３．５６［ＭＨｚ］の高周波電圧を印加し、外側電極１０４を接地させた時の電界強度分布計算結果を図１４に示す。
【００１０】
試料１０８の表面をＹ＝０［ｍｍ］とし、前記内側電極１０３の中央をＸ＝０、Ｚ＝０［ｍｍ］とし、基板と電極ユニットＨ１下面の距離をＤ＝４．０［ｍｍ］としている。また内側電極１０３と外側電極１０４との距離を３．０［ｍｍ］とし、内側電極１０３と外側電極１０４の間に設置された絶縁体１０５はアルミナ（比誘電率εｒ＝９．４）とし、内側電極１０３と外側電極１０４の間の部分に高さ３．０ｍｍ、底辺７．０ｍｍの窪みを有するものとして計算を行なった。また試料１０８は厚さ５．０ｍｍ、比誘電率５．５のガラスとし、更に試料１０８の下側は空気とする。
【００１１】
また、内側電極１０３の直下（Ｘ＝０［ｍｍ］、Ｚ＝０［ｍｍ］、領域Ａ）の電界強度分布、及び内側電極１０３と外側電極１０４の間隔の中央部分（Ｘ＝５．５［ｍｍ］、Ｚ＝０［ｍｍ］、領域Ｂ）、また外側電極１０４の直下（Ｘ＝１１．０［ｍｍ］、Ｚ＝０［ｍｍ］、領域Ｃ）の電界強度分布を図１５に示す。
【００１２】
図１４、図１５に示すように、内側電極１０３と外側電極１０４の間の絶縁体１０５の窪み部分には最も大きな７．７８Ｅ５［Ｖ／ｍ］の電界強度が発生していることがわか
る。この時、同時に、内側電極１０３の直下の試料表面近傍にも１．３５Ｅ５［Ｖ／ｍ］
の電界強度が、外側電極１０４の直下の試料表面近傍には０．３［Ｖ／ｍ］の電界強度が
発生している。
【００１３】
この時、内側電極１０３に対する印加電圧を大きくしてゆくと最も大きな電界強度が発生している内側電極１０３と外側電極１０４の間の絶縁体１０５の窪み部分に反応ガスに応じた大気圧プラズマが発生し、大気圧プラズマ中で発生した活性種により試料１０６の表面に対し成膜、加工、表面処理を行なうのであるが、更に処理速度を増加させるため内側電極１０３に対する投入電力、即ち印加電圧を増加させると、内側電極１０３と外側電極１０４の間に発生した大気圧プラズマの分解が促進されると同時に、内側電極１０３の直下の試料１０８表面近傍の電界強度も増加し、最終的には前記試料１０８の表面にも大気圧プラズマが発生し、試料表面に直接大気圧プラズマが接触することで試料表面に損傷を与えるという課題を有する。逆に、試料１０８の表面に大気圧プラズマが発生しない程度しか内側電極１０３には電力、電圧を印加できないことになり、投入電力の上限が規定され、高い処理速度を達成することができないという課題を有するのである。
【００１４】
この時、図１４、図１５の計算結果から、内側電極１０３の近傍で最も高い電界強度をＥｐ、試料１０８の表面上で最も高い電界強度をＥｓとすると、Ｅｐ／Ｅｓ＝７．７８Ｅ５／１．３５Ｅ５＝５．８倍となる。これは内側電極１０３への印加電圧を増大させ、内側電極１０３と外側電極１０４の間の最も高い電界強度Ｅｐの部分で大気圧プラズマが発生した時の印加電圧の５．８倍の印加電圧を内側電極１０３に印加すると、試料１０８の表面の表面上で最も高い電界強度Ｅｓの部分もプラズマ発生電界強度に達し、試料表面上に大気圧プラズマが発生し試料１０８の表面を損傷することを示している。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、電源から発生した電力が印加される印加電極と、前記印加電極に対し絶縁体を挟んで対向する対向電極とを備えた電極ユニット、および前記対向電極と接地電位間に挿入されたインピーダンス素子を備え、前記電極ユニットが試料にギャップを置いて対向し、更に前記電極ユニットと試料の間に形成される空間に局所的に反応ガスを供給し、前記印加電極に印加された電力によって前記印加電極と対向電極間にプラズマを発生させ、反応ガスに基く試料の処理を行なうプラズマ処理装置を提供するものである。
【００１６】
この発明において、前記印加電極と対向電極間がその間にインピーダンスＺｃを有し、前記インピーダンス素子のインピーダンスＺはＺ＝Ｚｃ（Ａ・Ｅｘｐ［ｊθ］−１）、但し、θは任意の実数、Ａは０≦Ａ＜１、且つ０．５≦Ａ・ｃｏｓθを満たす実数であってもよい。
また、前記印加電極と対向電極がその間にインピーダンスＺｃを有し、前記インピーダンス素子のインピーダンスＺは、Ｚ=−Ｚｃ／２であってもよい。
さらに、前記印加電極と対向電極がその間にインピーダンスＺｃを有し、前記インピーダンス素子のインピーダンスＺは、Ｚ=ｊ・ Ｉｍ［Ｚｃ（Ａ・Exp［ｊθ］−１）］但し、θは任意の実数、Ａは０≦Ａ＜１、且つ０．５≦Ａ・ｃｏｓθを満たす実数であってもよい。
前記インピーダンス素子は、インダクタンス素子と可変容量素子との直列回路で形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、試料表面に損傷を与えること無しに電極近傍により大きな電界強度を発生させ、強いては高い分解率、活性種密度を有する大気圧プラズマを発生させ、より高い処理速度を有するプラズマ処理装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の第１の実施形態について図１から図１１を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す概略図、図２は電極ユニット内部の等価回路図、図３はZとZcの関係１の、図４はZとZcの関係２の、図５はZとZcの関係３の各説明図である。
また、図６、図７はインピーダンスＺを挿入した場合の試料近傍の電界強度分布計算結果、及び試料近傍の電界強度分布計算グラフである。
また、図８、図９はインピーダンスＺを挿入しない場合の試料近傍の電界強度分布計算結果、及び試料近傍の電界強度分布計算グラフである。
また、図１０は電圧比Ｖｃ／Ｖ、Ｖｚ／Ｖの変化を示すグラフ、図１１は電界強度比Ｅ
ｐ1／Ｅｓ１の変化を示すグラフである。
【００１９】
図１中、１は印加電極、２は対向電極、３は絶縁体、４は接地金属筐体、５は電極ユニット、６は電力伝達線路、７はインピーダンス回路素子Ｚ、８は電源、９はマッチングボックス、１０は試料、１１は反応ガス供給口、１２は反応ガス排気口、１３は反応ガス流、１４は大気圧プラズマである。
【００２０】
３つの印加電極１、４つの対向電極２は紙面に垂直な方向に延びる長尺状の電極であり、印加電極１、対向電極２は絶縁体３を介して互いに対向して配置され、印加電極１、対向電極２、絶縁体３、接地金属筐体４で電極ユニット５を形成し、電極ユニット５と試料１０は所定の気体雰囲気内に配置されている。更に電極ユニット５は試料１０に対して、間隔がＧとなるように互いに相対移動が可能なように配置されており、反応ガス供給口１１より所望の反応ガスを供給し、また反応ガス排気口１２より排気を行なうと、試料１０と電極ユニット５との間に形成される反応ガス流路に反応ガス流１３が流れることとなる。
【００２１】
電源８は一対の出力端子を有し、３つの印加電極１は、電力伝達線路６、マッチングボックス９を通じて電源８の一方の出力端子に接続され、電源８の他方の出力端子は接地される。４つの対向電極２は、図１のインピーダンス素子７（インピーダンスＺ）を介して接地されている。また、接地金属筐体４は直接接地されている。また、印加電極１と対向電極２間に形成される容量をＣ、また、その間のインピーダンスをＺｃとする。従って、印加電極１と対向電極２間にプラズマが発生していない場合は、インピーダンスＺｃは容量Ｃを用いて以下の式（１）で表される。
Ｚｃ＝１／（２πｆ・Ｃ・ｊ）  ……（１）
また、印加電極１と対向電極２間にプラズマが発生している場合はＺｃは実部と虚部からなる複素数で表される。
【００２２】
ここで、電源８は周波数ｆ［Ｈｚ］の電力（低周波電力、高周波電力、ＶＨＦ電力、マイクロ電力等）を発振しており、発振する電圧波形は略正弦波形とする。
電源８から発生した電力は、電力伝達線路６を通じて印加電極１に印加され、印加電極１の電位をＶ、対向電極２の電位をＶｚ、印加電極１と対向電極２の電位差をＶｃ、また印加電極１への入力インピーダンスをＺｉｎ、電流をＩとすると電極ユニット５の等価回路は図２のように表されるため、以下の式が成り立つ。
Ｖ＝Ｖｃ＋Ｖｚ＝Ｉ・Ｚｉｎ  ……（２）
Ｚｉｎ＝Ｚｃ＋Ｚ  ……（３）
Ｖｚ＝Ｉ・Ｚ  ……（４）
Ｖｃ＝Ｉ・Ｚｃ  ……（５）
ここで式（２）〜式（５）を用いてＶｃ、ＶｚとＶの関係は以下の式（６）、式（７）のようになる。
【００２３】
【数１】
0004643387.tif 000002
【００２４】
【数２】
0004643387.tif 000003
【００２５】
式（６）、式（７）で印加電極１の電位Vに対して印加電圧１と対向電極２との間の電圧Vcを大きく、同時に印加電極１の電位Vに対して対向電極２の電位Vzが等しいか、又は小さくする場合（以下の式（８）、式（９）で表される不等式）のZcとZの関係を考える。
｜Vc｜＞｜V｜  ……（８）
｜Vz｜≦｜V｜  ……（９）
【００２６】
式（６）及び式（８）から、式（８）で表されるVcとVの関係を満たすZ、Zcの関係は、式（６）中の分母（１＋Z／Zc）が、図３に示されるような複素平面上において半径1の円内(但し、線上を含まない)にあればよいことになる為、前記式（６）の分母（１＋Z／Zc）は以下の式（１０）で表すことができる。
１＋Z／Zc＝A・Exp［ｊ・θ］  ……（１０）
但し、Aは０≦A＜１の実数、θは任意の実数
【００２７】
また式（７）及び式（９）から、式（９）で表されるVzとVの関係を満たすZ、Zcの関係は、式（７）中の分母（１＋Zc／Z）が、図４に示されるような複素平面上において半径1の円外(但し、線上を含む)にあればよいことになる為、前記式（７）の分母（１＋Zc／Z）は以下の式（１１）で表すことができる。
１＋Zc／Z＝B・Exp［ｊ・φ］  ……（１１）
但し、BはB≧１の実数、φは任意の実数
従って、式（１０）、式（１１）からZは以下のように表すことができる。
Z=Zc・（A・Exp［ｊ・θ］−１）  ……（１２）
【００２８】
【数３】
0004643387.tif 000004
【００２９】
式（１２）および式（１３）が満たされなければならないことから、以下の式（１４）が成立しなければならない。
【００３０】
【数４】
0004643387.tif 000005
上記式（１４）をB・Exp［ｊ・φ］について解くと式（１５）のようになる。
【００３１】
【数５】
0004643387.tif 000006
【００３２】
ここで、BはB≧１で無ければならないことから以下の式（１６）が成り立つ。
｜A・Exp［ｊ・θ］｜≧｜A・Exp［ｊ・θ］−１｜  ……（１６）
従って、式（１６）を変形させてゆくと、以下の式（１７−１）〜式（１７−４）
のようになる。
｜A・Exp［ｊ・θ］｜2≧｜A・Exp［ｊ・θ］−１｜2  ……（１７−１）
A2・Exp［ｊ・θ］・Exp［−ｊ・θ］≧（A・Exp［ｊ・θ］−１）・
（A・Exp［−ｊ・θ］−１）  ……（１７−２）
A・Exp［ｊ・θ］＋A・Exp［−ｊ・θ］≧１  ……（１７−３）
A・（ｃｏｓθ＋ｊ・ｓｉｎθ）＋A・（ｃｏｓθ−ｊ・ｓｉｎθ）≧１…(１７−  ４)  従って、以下の式（１８）が成立しなければならないことになる。
A・ｃｏｓθ≧１／２  ……（１８）
但しAは０≦A＜１、θは任意の実数。
【００３３】
逆に、前記印加電極１と対向電極２との間に形成されるインピーダンスＺｃに対して、式（１８）、式（１２）で表される値にZを設定する時、式（８）、式（９）を実現することができる。
従って、印加電極１と接地電位との電位差Vに対して印加電極１と対向電極２との間の電圧Vcを大きくすることができ、また同時に印加電極１と接地電位との電位差Vに対して対向電極２と接地電位との電位差Vzの大きさを小さくすることができることになる。
ここで、この時の印荷電極１、対向電極２近傍の電界強度分布について計算した結果について以下に示す。
【００３４】
印加電極１、対向電極２を共に完全導体とし印加電極１と対向電極間の距離を３［ｍｍ］とし、電極ユニット５の下面と試料１０との距離をG=４．０［ｍｍ］とし、また印加電極１と対向電極２を覆う絶縁体３は比誘電率εｒ＝９．６のアルミナとし、印加電極１に印加された電圧Ｖは、周波数ｆ＝１３．５６［ＭＨｚ］の振幅｜Ｖ｜＝１．０［ｋＶ］の高周波電圧であるとする。また試料１０は厚み５．０ｍｍ、比誘電率５．５のガラスとし、更に試料１０の下側は空気とした。
【００３５】
この時、同時にインピーダンス回路素子Ｚにより、印加電極１と対向電極２の間には
Ｖｃ＝２Ｖ  ……（１９）
なる電圧が発生しているものとする。
この時、式（１９）で示される電圧関係を発生しうるインピーダンス回路素子Ｚの値は、式（６）より以下のように表される。
Ｚ＝−Ｚｃ／２  ……（２０）
【００３６】
また、この時、対向電極２と接地電位間の電位差Ｖｚは式（７）より、
Ｖｚ＝−Ｖ  ……（２１）
となり、対向電極２には、印加電極１に印加された電圧Ｖに対して大きさが等しく、位相
がπ（１８０°）だけ異なる電圧が発生していることになる。この時の試料近傍の電界強度分布計算結果を図６に示す。但し、図１中の３つある印加電極１の中央の電極の中央をＸ＝０、Ｚ＝０［ｍｍ］とし、試料１０の表面をＹ＝０とし、試料１０から電極ユニット５方向をY軸の正方向にとった。
【００３７】
また、印加電極１の直下（Ｘ＝０［ｍｍ］、Ｚ＝０［ｍｍ］、領域Ａ′）の電界強度分布、及び印加電極１と対向電極２の間隔の中央部分（Ｘ＝５．５［ｍｍ］、Ｚ＝０［ｍｍ］、領域Ｂ′）、また、対向電極２の直下（Ｘ＝１１．０［ｍｍ］、Ｚ＝０［ｍｍ］、領域Ｃ′）の電界強度分布計算グラフを図７に示す。
【００３８】
また、比較のため、対向電極２にインピーダンス回路素子Ｚを介さずそのまま接地し、印加電極１に周波数ｆ＝１３．５６［ＭＨz］、｜Ｖ｜＝１．０［ｋＶ］の高周波電圧
を印加した場合の試料近傍の電界強度分布計算結果を図８に、また印加電極１の直下（Ｘ＝０［ｍｍ］、Ｚ＝０［ｍｍ］、領域Ａ″）の電界強度分布、及び印加電極１と対向電極２の間隔の中央部分（Ｘ＝５．５［ｍｍ］、Ｚ＝０［ｍｍ］、領域Ｂ″）、また対向電極２の直下（Ｘ＝１１．０［ｍｍ］、Ｚ＝０［ｍｍ］、領域Ｃ″）の電界強度分布計算グラフを図９に示す。図８、図９は従来技術と同じ接地方式による計算結果となる。この場合の印荷電極１と対向電極２間の電位差ＶｃはＶｃ＝Ｖ、また対向電極２と接地電位間の電
位差ＶｚはＶｚ＝０となることは自明である。
【００３９】
図６、図７に示すように、印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分には最も大きな１．４７Ｅ６［Ｖ／ｍ］の電界強度が発生していることがわかる。この時、同時
に、印加電極１、及び対向電極２の直下の試料表面近傍には各々１．７Ｅ５、１．６８Ｅ５［Ｖ／ｍ］の電界強度が発生し、更に前記窪み部分の直下の試料１０の表面近傍にも０
．５Ｅ５［Ｖ／ｍ］の電界強度が発生している。
【００４０】
また、図８、９に示すように対向電極２をインピーダンス回路素子Ｚを介さずに接地し、印加電極１に＋１．０［ｋＶ］の電圧を印加した場合は、印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分には同じ７．４５Ｅ５［Ｖ／ｍ］の電界強度しか発生していない
ことがわかる。この時同時に、対向電極２の直下の試料近傍表面には０．４［Ｖ／ｍ］の
電界強度しか発生しないが、印加電極１の直下の試料表面近傍には１．２Ｅ５［Ｖ／ｍ］
の電界強度が発生することが分かる。
【００４１】
この時、図１に示される第一の実施形態において、印加電極１の印加電圧Ｖを大きく
してゆくと、最も大きな電界強度が発生している印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分に、反応ガスに応じた大気圧プラズマが発生し前記大気圧プラズマ中で発生した活性種により試料１０の表面に対し成膜、加工、表面処理を行なうのであるが、この時、印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分の最も高い電界強度をＥｐ１、試料１０の表面上で最も高い電界強度をＥｓ１とすると、Ｅｐ１／Ｅｓ１＝１．４７Ｅ６／１．７Ｅ５＝８．６倍であり、また図８、９に示すように対向電極２にはインピーダンス回路素子Ｚを介さずに接地し、印加電極１に＋１．０［ｋＶ］の電圧を印加した場合は、Ｅｐ１／Ｅｓ１＝７．４５Ｅ５／１．２Ｅ５＝６．２倍となる。
【００４２】
これは、対向電極２がインピーダンス回路素子Ｚを介して接地され、且つ前記インピーダンスＺがＺ＝−Ｚｃ／２を満たす値に設定される時、印加電極１に印加された電圧Ｖを
増加させると、まず第一に印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分の最も高い電界強度Ｅｐ１が発生する部分でプラズマが発生し、その時の印加電極１に対する印加電圧をＶｂｄとし、その後更に電圧を増加させると、前記電圧Ｖｂｄの８．６倍の電圧を印加電極１に印加した時に試料１０の表面に大気圧プラズマが発生し、表面に損傷を与えることを示している。
【００４３】
一方、対向電極２がインピーダンス回路素子Ｚを介さず直接接地される場合、印加電極１に印加された電圧Ｖを増加させると、同様に印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の
窪み部分の最も高い電界強度Ｅｐ１が発生する部分でプラズマが発生するが、その時の印加電極１に対する印加電圧をＶｂｄとすると、前記電圧Ｖｂｄの６．２倍の電圧を印加電極１に印加した時に試料１０の表面に大気圧プラズマが発生し、表面に損傷を与えることを示している。
【００４４】
逆に、反応ガス種、流量条件、電極ユニット５−試料１０間ギャップＧなどが一定であればプラズマが発生する電界強度は一定であるため、試料１０の表面でプラズマが発生し試料１０の表面に損傷を与える直前まで印加電極１に電圧を印加する時、対向電極２をインピーダンス回路素子Ｚを介さず直接接地させる方はプラズマが発生する電界強度の６．２倍の電界強度しか印加電極１と対向電極２の間の窪み部分に発生させることができないが、対向電極２をインピーダンス回路素子Ｚを介して接地させる場合、プラズマが発生する電界強度の８．６倍の電界強度（インピーダンス回路素子Ｚを介して接地させない場合の８．６／６．２＝約１．４倍）を印加電極１と対向電極２の間の窪み部分に発生させることができ、高い電界強度による反応ガスの分解により、より大きな処理速度を実現することができるのである。
【００４５】
また、試料１０の表面にプラズマが発生し試料１０の表面を損傷する直前まで印加電極１に電圧を印加させず、所望のプロセス条件等から決定される電界強度を印加電極１と対向電極２の間の窪み部分に発生させた場合においても、対向電極２をインピーダンス回路素子Ｚを介して接地させた場合の方が、試料１０の表面でプラズマが発生し試料１０の表面を損傷する現象に対して安全率が高い（インピーダンス回路素子Ｚを介して接地させない場合の８．６／６．２＝約１．４倍安全率が高い）ことを示す。
【００４６】
また、上述したように、式（２０）で表されるインピーダンス回路素子Ｚを介して対向電極２を接地させた場合、式（１９）よりＶｃ／Ｖ＝２が実現され、この時印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分の最も高い電界強度をＥｐ１と、試料１０の表面上で最も高い電界強度をＥｓ１の比（Ｅｐ１／Ｅｓ１）は、Ｅｐ１／Ｅｓ１＝８．６を達成できるが、前記Ｖｃ／Ｖを１．０から２．０まで変化させた場合に、図６から図９と同様の電磁界分布計算を実施し、電界強度比（Ｅｐ１／Ｅｓ１）の変化を求めた結果を図１０、図１１に示す。
【００４７】
但し、この時挿入されるインピーダンス回路素子Ｚの値を式（６）から各々算出し、同時に式（１２）、式（１８）から式（１２）中に示される値Ａ、及び式（７）からＶｚ／Ｖを算出し、式（１２）中に示される値Ａに対する依存性として示した。（但し式（１２）中のθはθ＝０とした。）
図１０、図１１中、Ａ＝１の場合、Ｖｃ＝Ｖ、Ｖｚ＝０、Ｚ＝０、Ｅｐ１／Ｅｓ１＝６．２であり、挿入するインピーダンス回路素子Ｚの値がＺ＝０であることから従来技術に示される接続方式に等しい。
また、Ａ＝０．５の場合、Ｖｃ＝２Ｖ、Ｖｚ＝−Ｖ、Ｚ＝−Ｚｃ／２、Ｅｐ１／Ｅｓ１＝８．６であり、図１、図６、図７に示される場合に等しい。
【００４８】
更に、図１０、図１１より分かるように値Ａを０．５≦Ａ＜１の範囲で変化させることにより、式（８）、式（９）を満たすＶｃ、Ｖｚを実現し、更に印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分の最も高い電界強度をＥｐ１と、試料１０の表面上で最も高い電界強度をＥｓ１の比（Ｅｐ１／Ｅｓ１）を、従来方式に示される接続方式の時の電界強度比（Ｅｐ１／Ｅｓ１）＝６．２より大きくすることができ、従って試料１０の表面近傍にプラズマを発生させず、試料１０の表面に損傷を与えずにより高い電界強度を印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分に発生させることができ、より高い反応ガスの分解による処理速度の増大を実現できる。
【００４９】
上記計算結果は式（１２）、式（１８）におけるθ＝０の場合について電界強度比（Ｅｐ１／Ｅｓ１）を算出したが、θは任意の実数であっても式（１２）、式（１８）を満たすインピーダンス回路素子Ｚであれば式（８）、式（９）を満たすＶｃ、Ｖｚを実現し、更に電界強度比（Ｅｐ１／Ｅｓ１）を従来方式に示される接続方式の時の電界強度比より大きくすることができ、従って試料１０の表面近傍にプラズマを発生させず、試料１０の表面に損傷を与えずにより高い電界強度を印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分に発生させることができ、より高い反応ガスの分解による処理速度の増大を実現できる。
上記は図６から図９に示される計算を行った条件のみに限定されるものでなく、内部の等価回路が図２で示されるような電極ユニット５を用いる場合の全てについて当てはまる。
【００５０】
次に本発明の第２の実施形態について図１２を用いて説明する。
図１２は本発明の第２の実施形態を示す概略図である。
図１２中、１５はバリアブルコンデンサ素子、１６はインダクタンス素子である。その他の構成は図１に示される第一の実施形態と同様とする。即ち、図1で示されるインピーダンス回路素子Ｚをバリアブルコンデンサ素子１５とインダクタンス素子１６の直列接続にて実現している。
【００５１】
以下に前記バリアブルコンデンサ素子１５とインダクタンス素子１６の直列接続にて式（１２）、及び式（１８）を満たすインピーダンスZの実現が可能であることを示す。
この時、Ｚｃは印加電極１と対向電極２間で形成されるインピーダンスであるため、プラズマが発生していない場合は式（１）で表されるが、プラズマが発生している場合のＺｃは以下の式（２２）で表すことができる。
Ｚｃ＝Ｒ＋Ｘ・ｊ  ……（２２）
但しＲは、Ｒ≧０の実数、またＸは任意の実数。
また図１２に示されるバリアブルコンデンサ素子１５の容量をＣｖ、インダクタンス素子１６のインダクタンスをＬｖとすると、インピーダンスＺは容量ＣｖとインダクタンスＬｖの直列回路によって構成されている為、以下の式（２３）で表すことができる。
【００５２】
【数６】
0004643387.tif 000007
従って式（１２）、式（２２）、式（２３）より
【００５３】
【数７】
0004643387.tif 000008
が成り立つ。
【００５４】
ここでＩｍ[Ｚ]はＬｖ、Ｃｖの調整により任意の実数を取りうることから、様々なプラズマによるＲ、Ｘに対して（Ａ・Ｅｘｐ[ｊ・θ]−１）が図５で示される領域に調整することが可能となり、強いては式（８）、式（９）で表されるＶとＶｃ、Ｖｚの関係を実現することができる。
但しＸ＝０の場合、つまり印加電極１と対向電極２間で形成されるインピーダンスＺｃが純抵抗である場合のみ、式（２４）は以下の式（２５）のようになり、
【００５５】
【数８】
0004643387.tif 000009
が成り立たなければならない。
【００５６】
つまり（Ａ・Ｅｘｐ［ｊ・θ］−１）は純虚数でなければならない。ここで式（１２）、式（１８）より、（Ａ・Ｅｘｐ[ｊ・θ]−１）は純虚数は取らないことから、インピーダンスＺｃが純抵抗である場合のみ式（８）、式（９）で表されるＶとＶｃ、Ｖｚの関係を実現することができない。
【００５７】
しかし、前述したようにＺｃは印加電極１と対向電極２間で形成されるインピーダンスであり、プラズマが発生していない場合は式（１）で表され、またプラズマが発生した場合においても前記プラズマのインピーダンスを含めたインピーダンスＺｃが純抵抗になることは無いことから、実質的に図１２で示されるインダクタンス素子１６とバリアブルコンデンサ素子１５の直列回路によって式（８）、式（９）で表されるＶとＶｃ、Ｖｚの関係を実現することができる。
【００５８】
強いては電界強度比（Ｅｐ１／Ｅｓ１）を従来方式に示される接続方式の時の電界強度比より大きくすることができ、従って試料１０の表面近傍にプラズマを発生させず、試料１０の表面に損傷を与えずにより高い電界強度を印加電極１と対向電極２の間の絶縁体３の窪み部分に発生させることができ、より高い反応ガスの分解による処理速度の増大を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す電極ユニット内部の等価回路である。
【図３】図２のＺとＺｃの関係１を示す説明図である。
【図４】図２のＺとＺｃの関係２を示す説明図である。
【図５】図２のＺとＺｃの関係３を示す説明図である。
【図６】図１においてインピーダンスＺを挿入する場合の試料近傍の電界強度分布の計算結果である。
【図７】図１においてインピーダンスＺを挿入する場合の試料近傍の電界強度分布の計算グラフである。
【図８】図１においてインピーダンスＺを挿入しない場合の試料近傍の電界強度分布の計算結果である。
【図９】図１においてインピーダンスＺを挿入しない場合の試料近傍の電界強度分布の計算グラフである。
【図１０】電圧比Vc／V、Vz／Vの変化を示すグラフである。
【図１１】電界強度比Ep1／Es1の変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の第２の実施形態を示す概略図である。
【図１３】電極浮上型高圧浮上電極の断面図である。
【図１４】図１３の電界強度分布の計算結果である。
【図１５】図１３の電界強度分布の計算グラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１  印加電極
２  対向電極
３  絶縁体
４  接地金属筐体
５  電極ユニット
６  電力伝達線路
７  インピーダンス素子
８  電源
９  マッチングボックス
１０  試料
１１  反応ガス供給口
１２  反応ガス排気口
１３  反応ガス流
１４  大気圧プラズマ
【図１】
0004643387.tif 000010
【図２】
0004643387.tif 000011
【図７】
0004643387.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004643387.tif 000018
【図６】
0004643387.tif 000019
【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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