(57)【要約】【課題】  大気圧近傍の圧力下で安定したグロー放電またはタウンゼント放電によるプラズマを高密度かつ広範囲に形成し、処理対象が大面積の金属部材であっても、その表面全体を同時に処理可能な生産性の高いプラズマ処理を可能とすること。【解決手段】  プラズマ処理装置１は、複数の貫通孔２を有する金属基板３を貫通孔２が一致するように重ね合わせた第一電極部５と、同構造の基板を平行に配した第二電極部６と、第二電極部６側に吹き抜ける方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段７と、表面処理用ガスまたは反応性ガスを第二電極部６の下側に供給する第二ガス供給手段８と、金属基板３間に電圧を印加して貫通孔２内に種プラズマを発生させる第一電源９と、第一電極部５と第二電極部６との間に電圧を印加して間隙ＡＰに広領域プラズマを発生させるための第二電源１０と、を備える【選択図】  図１
2005243905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け、当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、
第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、
を用いるプラズマ処理方法であって、
対向電極の外側近接領域に電極部に対して平行となるように処理対象部材を配するステップと、
対向電極の一方から処理対象部材のある他方の電極部へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給するステップと、
表面処理用ガスを前記外側近接領域に供給するステップと、
第一電極部の金属基板間に電圧を印加して貫通孔内ないしその近傍に種プラズマを発生させるステップと、
第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加してその間隙内ないしその近傍に、前記種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるステップと、
広領域プラズマを利用し、前記外側近接領域に供給される表面処理用ガスにより、処理対象部材に表面処理を施すステップと、
を含んだことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け、当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、
第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、
を用いるプラズマ処理方法であって、
対向電極の外側近接領域に電極部に対して平行となるように処理対象部材を配するステップと、
対向電極の一方から処理対象部材のある他方の電極部へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給するステップと、
反応性ガスを前記外側近接領域に供給するステップと、
第一電極部の金属基板間に電圧を印加して貫通孔内ないしその近傍に種プラズマを発生させるステップと、
第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加してその間隙内ないしその近傍に、前記種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるステップと、
広領域プラズマを利用し、前記外側近接領域に供給される反応性ガスにより、処理対象部材に成膜処理を施すステップと、
を含んだことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、からなる単位電極を、同一平面上に複数並列に配した広面積電極を用いるプラズマ処理方法であって、
広面積電極の外側近接領域に電極部に対して平行となるように処理対象部材を配するステップと、
広面積電極の一方の電極群から処理対象部材のある他方の電極群へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給するステップと、
表面処理用ガスを前記外側近接領域に供給するステップと、
単位電極の第一電極部の金属基板間に電圧をそれぞれ印加して貫通孔内ないしその近傍に種プラズマを発生させるステップと、
単位電極の第一電極部と第二電極部との間に電圧をそれぞれ印加してその間隙内ないしその近傍に、前記種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるステップと、
広領域プラズマを利用し、前記外側近接領域に供給される表面処理用ガスにより、処理対象部材に表面処理を施すステップと、
を含んだことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
単位電極と単位電極との間から表面処理用ガスを導入することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、からなる単位電極を、同一平面上に複数並列に配した広面積電極を用いるプラズマ処理方法であって、
広面積電極の外側近接領域に電極部に対して平行となるように処理対象部材を配するステップと、
広面積電極の一方の電極群から処理対象部材のある他方の電極群へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給するステップと、
反応性ガスを前記外側近接領域に供給するステップと、
単位電極の第一電極部の金属基板間に電圧をそれぞれ印加して貫通孔内ないしその近傍に種プラズマを発生させるステップと、
単位電極の第一電極部と第二電極部との間に電圧をそれぞれ印加してその間隙内ないしその近傍に、前記種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるステップと、
広領域プラズマを利用し、前記外側近接領域に供給される反応性ガスにより、処理対象部材に成膜処理を施すステップと、
を含んだことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
単位電極と単位電極との間から反応性ガスを導入することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
単位電極と単位電極との間からガスないし活性種を排出することを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
処理対象部材側または電極側を相対的に平行揺動させながら処理対象部材を処理することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
第二電極部の表面に誘電体層を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
誘電体層は、（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＺｎＯ）の群から選ばれた酸化物の一種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
金属基板は、Ｎｉを質量％で３６％〜５５％含むＦｅ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け、当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、
第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、
対向電極の一方の電極部側から他方の電極部側へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段と、
表面処理用ガスまたは反応性ガスを前記他方の電極部の外側近接領域へ供給する第二ガス供給手段と、
第一電極部の金属基板間に電圧を印加して貫通孔内ないしその近傍にプラズマを発生させる第一プラズマ発生手段と、
第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加してその間隙内ないしその近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け、当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、
第一電極部を挟んで第一電極部と平行に二つ配し、複数の貫通孔を有して第一電極部との間でそれぞれ対向電極を形成する二つの第二電極部と、
前記二つの第二電極部の一方から他方へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段と、
表面処理用ガスまたは反応性ガスを前記他方の第二電極部の外側近接領域へ供給する第二ガス供給手段と、
第一電極部の金属基板間に電圧を印加して貫通孔内ないしその近傍にプラズマを発生させる第一プラズマ発生手段と、
第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加してその間隙内ないしその近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
処理対象部材が第二プラズマ発生手段により発生したプラズマに基づいて処理されるように、当該処理対象部材と電極部とを所定の近接した位置関係とする配置手段を備えたことを特徴とする請求項１２または１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、からなる単位電極を、同一平面上に複数並列に配した広面積電極と、
広面積電極の一方の電極群から他方の電極群へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段と、
表面処理用ガスまたは反応性ガスを前記他方の電極群の外側近接領域へ供給する第二ガス供給手段と、
単位電極の第一電極部の金属基板間に電圧をそれぞれ印加して貫通孔内ないしその近傍にプラズマを発生させる第一プラズマ発生手段と、
単位電極の第一電極部と第二電極部との間に電圧をそれぞれ印加してその間隙内ないしその近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部を挟んで第一電極部と平行に二つ配し複数の貫通孔を有して第一電極部との間でそれぞれ対向電極を形成する二つの第二電極部と、からなる単位電極を、同一平面上に複数並列に配した広面積電極と、
広面積電極の一方の電極群から他方の電極群へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段と、
表面処理用ガスまたは反応性ガスを前記他方の電極群の外側近接領域へ供給する第二ガス供給手段と、
単位電極の第一電極部の金属基板間に電圧をそれぞれ印加して貫通孔内ないしその近傍にプラズマを発生させる第一プラズマ発生手段と、
単位電極の第一電極部と二つの第二電極部との間に電圧をそれぞれ印加してその間隙内ないしその近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
処理対象部材が第二プラズマ発生手段により発生したプラズマに基づいて処理されるように、当該処理対象部材と広面積電極とを所定の近接した位置関係とする配置手段を備えたことを特徴とする請求項１５または１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
単位電極と単位電極との間に、表面処理用ガスまたは不活性ガスを前記外側近接領域に直接導入する導入手段を設けたことを特徴とする請求項１５、１６または１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
導入手段が、単位電極と単位電極との間を仕切る仕切板により形成されたことを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
単位電極と単位電極との間に、ガスないし活性種を前記外側近接領域から直接排出する排出手段を設けたことを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
排出手段が、単位電極と単位電極との間を仕切る仕切板により形成されたことを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
配置手段により、処理対象部材側または電極側を揺動させて処理対象部材を処理することを特徴とする請求項１２〜２１のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２３】
金属基板を少なくとも３つ重ね合わせ、第一プラズマ発生手段は、両端の金属基板間に電圧を印加する両端基板電圧印加手段と、金属基板間の貫通孔における放電を制御する電圧を中間の金属基板に印加する中間基板電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１２〜２２のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２４】
第二電極部の表面に誘電体層を設けたことを特徴とする請求項１２〜２３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２５】
誘電体層は、（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＺｎＯ）の群から選ばれた酸化物の一種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１２〜２４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２６】
金属基板は、Ｎｉを質量％で３６％〜５５％含むＦｅ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする請求項１２〜２５のいずれか一つに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、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関し、特に、大気圧近傍で発生する放電プラズマも利用可能なプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ処理方法としては、１３Pa〜１．３ｋPaの比較的高い真空度で、反応室内部に配した平行電極間に直流電圧を印加する直流グロー放電や、反応室の外側に配したコイルに高周波電力を印加する高周波グロー放電が主に利用されていた。しかし、高真空下における処理は、生産性が低いことと設備費が高いために、近年、常圧近傍下でのプラズマ処理方法について多くの報告がされている。
例えば、特開昭６３−５０４７８号公報「薄膜形成法」（特許文献１参照）では、大気圧下でもグロー放電が安定しやすいＨｅガスを使用して、高周波電源により、対向電極間でプラズマ処理をしてＣ膜を形成する方法が開示されている。また、特開平２−７３９７８号公報「薄膜形成法」（特許文献２参照）においては、上記特開昭６３−５０４７８号の電極間に高抵抗体を介在させることによって、グロー放電の起こる範囲を広げ、大面積に対応できるように改善した方法が開示されている。
【０００３】
また、特開平３−１９３８８０号公報「高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる高速成膜方法及びその装置」（特許文献３参照）においては、反応室内にマイクロ波を導入して、大気圧下でマイクロ波プラズマを発生させ、薄膜を形成する方法が開示されている。また、特開平８−２０９３５３号公報「プラズマプロセス装置及びその方法」（特許文献４参照）においては、複数の突起状電極に電界を集中させて単極放電により大気圧下でプラズマ放電を発生させ、薄膜を形成する方法が開示されている。
また、特開平９−１０４９８５号公報「回転電極を用いた高速成膜方法およびその装置」（特許文献５参照）においては、回転電極を用いて対向電極間に電圧を印加することにより、大気圧下でプラズマ放電を発生させ、薄膜を形成する方法が開示されている。また、特開平１０−１５４５９８号公報「グロー放電プラズマ処理方法及びその装置」（特許文献６参照）においては、対向電極面に誘電体を配置し、パルス電界を印加することによってアーク放電に移行する前に放電をやめ、安定したグロー放電を維持する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−５０４７８号公報
【特許文献２】特開平２−７３９７８号公報
【特許文献３】特開平３−１９３８８０号公報
【特許文献４】特開平８−２０９３５３号公報
【特許文献５】特開平９−１０４９８５号公報
【特許文献６】特開平１０−１５４５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来では以下のような問題点があった。本発明者等が検討した結果、上述の特許文献１〜６に開示された技術では、処理対象部材が金属などの導体である場合においては、大気圧近傍の圧力下で安定したグロー放電プラズマを形成してその表面全体に対し同時に広範囲な表面処理や成膜処理を施すことが実際には困難であることが判明した。
具体的には、特許文献１、２、５、６に記載の技術では、電極が対向した構成となっており、電極間に金属の処理対象部材を挿入すると、処理対象部材と電極間にアーク放電が生じるという問題点があった。
特許文献３に記載の技術では、反応室のサイズに制約があり、大面積の処理対象部材への適用が困難であるという問題点があった。また、特許文献４に記載の技術では、大面積の処理対象部材に適用するには、大電力が必要となり生産性が悪いという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、大気圧近傍の圧力下で安定したグロー放電またはタウンゼント放電によるプラズマを高密度かつ広範囲に形成し、処理対象が大面積の金属部材であっても、その表面全体を同時に処理可能な生産性の高いプラズマ処理方法およびプラズマ処理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】
本発明は上記に鑑みてなされたものである。
請求項１に記載のプラズマ処理方法は、複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け、当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、を用いるプラズマ処理方法であって、対向電極の外側近接領域に電極部に対して平行となるように処理対象部材を配するステップと、対向電極の一方から処理対象部材のある他方の電極部へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給するステップと、表面処理用ガスを前記外側近接領域に供給するステップと、第一電極部の金属基板間に電圧を印加して貫通孔内ないしその近傍に種プラズマを発生させるステップと、第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加してその間隙内ないしその近傍に、前記種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるステップと、広領域プラズマを利用し、前記外側近接領域に供給される表面処理用ガスにより、処理対象部材に表面処理を施すステップと、を含んだことを特徴とする。
【０００８】
すなわち、請求項１にかかる発明は、第一電極部の各貫通孔の端面で誘電体バリヤ放電により不活性ガスのプラズマを発生させ、これを種として第一電極部と第二電極部間の間隙で広領域プラズマを誘起し、第二電極部を有孔とすることでこのプラズマ空間を第二電極部の反対側まで到達させて効率的に利用可能とする。これにより、不活性ガスの通過距離や滞在時間を大きくし、不活性ガスのプラズマの空間的密度が高い状態で、表面処理用ガスと衝突させることが可能となるため、表面処理用ガスの活性種の空間的密度が増加して、処理対象部材への反応を増大させることが可能となり、処理速度を向上できる。
【０００９】
なお、「近傍」とは、プラズマは、電圧、真空度、ガスの流速、電極部の終端形状などにより必ずしも固定的でなく、周囲に広がりをもつ場合もあることを意味したものである。また、処理対象部材と近接させるのは、第一電極部側であっても良く第二電極部側であってもよい。本発明では、種放電（種プラズマ）の近傍で主放電（広領域プラズマ）が誘引され、主放電の近傍で処理対象部材が処理される。また、広領域とは、第一電極と第二電極の間隔のことで、１〜１００ｍｍである。
【００１０】
また、請求項２に記載のプラズマ処理方法は、複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け、当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、を用いるプラズマ処理方法であって、対向電極の外側近接領域に電極部に対して平行となるように処理対象部材を配するステップと、対向電極の一方から処理対象部材のある他方の電極部へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給するステップと、反応性ガスを前記外側近接領域に供給するステップと、第一電極部の金属基板間に電圧を印加して貫通孔内ないしその近傍に種プラズマを発生させるステップと、第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加してその間隙内ないしその近傍に、前記種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるステップと、広領域プラズマを利用し、前記外側近接領域に供給される反応性ガスにより、処理対象部材に成膜処理を施すステップと、を含んだことを特徴とする。
【００１１】
すなわち、請求項２にかかる発明は、第一電極部の各貫通孔の端面で誘電体バリヤ放電により不活性ガスのプラズマを発生させ、これを種として第一電極部と第二電極部間の間隙で広領域プラズマを誘起し、第二電極部を有孔とすることでこのプラズマ空間を第二電極部の反対側まで到達させて効率的に利用可能とする。これにより、不活性ガスの通過距離や滞在時間を大きくし、不活性ガスのプラズマの空間的密度が高い状態で、反応性ガスと衝突させることが可能となるため、反応性ガスの活性種の空間的密度が増加して、処理対象部材への反応を増大させることが可能となり、処理速度や堆積速度を向上できる。
【００１２】
また、請求項３に記載のプラズマ処理方法は、複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、からなる単位電極を、同一平面上に複数並列に配した広面積電極を用いるプラズマ処理方法であって、広面積電極の外側近接領域に電極部に対して平行となるように処理対象部材を配するステップと、広面積電極の一方の電極群から処理対象部材のある他方の電極群へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給するステップと、表面処理用ガスを前記外側近接領域に供給するステップと、単位電極の第一電極部の金属基板間に電圧をそれぞれ印加して貫通孔内ないしその近傍に種プラズマを発生させるステップと、単位電極の第一電極部と第二電極部との間に電圧をそれぞれ印加してその間隙内ないしその近傍に、前記種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるステップと、広領域プラズマを利用し、前記外側近接領域に供給される表面処理用ガスにより、処理対象部材に表面処理を施すステップと、を含んだことを特徴とする。
【００１３】
すなわち、請求項３にかかる発明は、単位電極を組み合わせてより広範囲な表面処理を可能とする。なお、並列に配するとは、第一電極部の電極群または第二電極部の電極群が同一平面上にあることをいう。並列に配する方法は種々考えられるが、例えば、正方形の第二電極部をｎ個一方向に配列し、１×ｎの広面積電極を形成する方法や、この広面積電極を２列として２×ｎの広面積電極とする方法が挙げられる。
【００１４】
また、請求項４に記載のプラズマ処理方法は、請求項３に記載のプラズマ処理方法において、単位電極と単位電極との間から表面処理用ガスを導入することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、請求項４にかかる発明は、プラズマの影響を受けない単位電極間の隙間を有効利用して高品質な表面処理を可能とする。換言すれば、不活性ガスと表面処理用ガスを分離して導入可能となる。
【００１６】
また、請求項５に記載のプラズマ処理方法は、複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、からなる単位電極を、同一平面上に複数並列に配した広面積電極を用いるプラズマ処理方法であって、広面積電極の外側近接領域に電極部に対して平行となるように処理対象部材を配するステップと、広面積電極の一方の電極群から処理対象部材のある他方の電極群へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給するステップと、反応性ガスを前記外側近接領域に供給するステップと、単位電極の第一電極部の金属基板間に電圧をそれぞれ印加して貫通孔内ないしその近傍に種プラズマを発生させるステップと、単位電極の第一電極部と第二電極部との間に電圧をそれぞれ印加してその間隙内ないしその近傍に、前記種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるステップと、広領域プラズマを利用し、前記外側近接領域に供給される反応性ガスにより、処理対象部材に成膜処理を施すステップと、を含んだことを特徴とする。
【００１７】
すなわち、請求項５にかかる発明は、単位電極を組み合わせてより広範囲な成膜処理を可能とする。並列に配する方法は種々考えられるが、例えば、正方形の第二電極部をｎ個一方向に配列し、１×ｎの広面積電極を形成する方法や、この広面積電極を２列として２×ｎの広面積電極とする方法が挙げられる。
【００１８】
また、請求項６に記載のプラズマ処理方法は、請求項５に記載のプラズマ処理方法において、単位電極と単位電極との間から反応性ガスを導入することを特徴とする。
【００１９】
すなわち、請求項６にかかる発明は、単位電極間の隙間を有効利用して高品質な成膜処理を可能とする。換言すれば、不活性ガスと反応性ガスを分離して導入可能となる。
【００２０】
また、請求項７に記載のプラズマ処理方法は、請求項３〜６のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、単位電極と単位電極との間からガスないし活性種を排出することを特徴とする。
【００２１】
すなわち、請求項７にかかる発明は、処理対象部材近傍のガスの流れを安定化させ、広範囲にわたって均質な表面処理を可能とする。
【００２２】
また、請求項８に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜７のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、処理対象部材側または電極側を相対的に平行揺動させながら処理対象部材を処理することを特徴とする。
【００２３】
すなわち、請求項８にかかる発明は、表面処理用ガスまたは反応性ガスと、プラズマとの衝突機会を増やし、広範囲かつ効率的な処理（表面処理または成膜処理）を可能とする。
【００２４】
また、請求項９に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜８のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、第二電極部の表面に誘電体層を設けたことを特徴とする。
【００２５】
すなわち、請求項９にかかる発明は、第一電極部と第二電極部間の放電において、アーク放電を防止しグロー放電またはタウンゼント放電をより安定化させることができる。特に、成膜処理をする場合には、第二電極部への意図しない成膜がなされた場合であっても、安定な電圧駆動が可能となる。
【００２６】
また、請求項１０に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜９のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、誘電体層が、（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＺｎＯ）の群から選ばれた酸化物の一種以上を主成分とすることを特徴とする。
【００２７】
すなわち、請求項１０にかかる発明は、誘電体層の観点から好適なプラズマ処理方法を提供する。
【００２８】
また、請求項１１に記載のプラズマ処理方法は、請求項１〜１０のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法において、金属基板が、Ｎｉを質量％で３６％〜５５％含むＦｅ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする。
【００２９】
すなわち、請求項１１にかかる発明は、金属基板の観点から好適なプラズマ処理方法を提供する。
【００３０】
また、請求項１２に記載のプラズマ処理装置は、複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け、当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、対向電極の一方の電極部側から他方の電極部側へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段と、表面処理用ガスまたは反応性ガスを前記他方の電極部の外側近接領域へ供給する第二ガス供給手段と、第一電極部の金属基板間に電圧を印加して貫通孔内ないしその近傍にプラズマを発生させる第一プラズマ発生手段と、第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加してその間隙内ないしその近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３１】
すなわち、請求項１２にかかる発明は、第一電極部の各貫通孔の端面で誘電体バリヤ放電によりプラズマを発生させ、これを種として第一電極部と第二電極部間の間隙で広領域プラズマを誘起し、第二電極部を有孔とすることでこのプラズマ空間を第二電極部の反対側まで到達させて効率的に利用可能とする。これにより、不活性ガスの通過距離や滞在時間を大きくし、不活性ガスのプラズマの空間的密度を上げて、表面処理用ガスまたは反応性ガスと衝突させることが可能となるため、表面処理用ガスの活性種または反応性ガスの活性種の空間的密度が増加して、処理対象部材への反応を増大させることが可能となり、処理速度や堆積速度を向上できる。
【００３２】
また、請求項１３に記載のプラズマ処理装置は、複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け、当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部を挟んで第一電極部と平行に二つ配し、複数の貫通孔を有して第一電極部との間でそれぞれ対向電極を形成する二つの第二電極部と、前記二つの第二電極部の一方から他方へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段と、表面処理用ガスまたは反応性ガスを前記他方の第二電極部の外側近接領域へ供給する第二ガス供給手段と、第一電極部の金属基板間に電圧を印加して貫通孔内ないしその近傍にプラズマを発生させる第一プラズマ発生手段と、第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加してその間隙内ないしその近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３３】
すなわち、請求項１３にかかる発明は、プラズマ領域が２倍となり、不活性ガスの通過距離を長くしてプラズマ密度を向上させることができる。
【００３４】
また、請求項１４に記載のプラズマ処理装置は、請求項１２または１３に記載のプラズマ処理装置において、処理対象部材が第二プラズマ発生手段により発生したプラズマに基づいて処理されるように、当該処理対象部材と電極部とを所定の近接した位置関係とする配置手段を備えたことを特徴とする。
【００３５】
すなわち、請求項１４にかかる発明は、位置関係により表面処理または成膜処理の制御が可能となる。なお、配置手段は、処理対象部材と電極部とを所定の近接した位置関係とするが、これは処理対象部材側を動かして決定しても良く、処理対象部材を固定して電極部側を溶接アームのごとく動かして決定してもよい。なお、処理対象部材側を動かして位置関係を決定する場合には、位置関係を決定後、処理対象部材と電極部の間隔を保持したまま処理対象部材をコンベア等で平行移動させることを妨げない。
【００３６】
また、請求項１５に記載のプラズマ処理装置は、複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部に対して平行に配し複数の貫通孔を有して対向電極を形成する第二電極部と、からなる単位電極を、同一平面上に複数並列に配した広面積電極と、広面積電極の一方の電極群から他方の電極群へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段と、表面処理用ガスまたは反応性ガスを前記他方の電極群の外側近接領域へ供給する第二ガス供給手段と、単位電極の第一電極部の金属基板間に電圧をそれぞれ印加して貫通孔内ないしその近傍にプラズマを発生させる第一プラズマ発生手段と、単位電極の第一電極部と第二電極部との間に電圧をそれぞれ印加してその間隙内ないしその近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３７】
すなわち、請求項１５にかかる発明は、単位電極を組み合わせてより広範囲な処理を可能とする。並列に配する方法は種々考えられるが、例えば、正方形の第二電極部をｎ個一方向に配列し、１×ｎの広面積電極を形成する方法や、この広面積電極を２列として２×ｎの広面積電極とする方法が挙げられる。
【００３８】
また、請求項１６に記載のプラズマ処理装置は、複数の貫通孔を有する金属基板の表面に誘電体層を設け当該金属基板を貫通孔が一致するように複数重ね合わせた第一電極部と、第一電極部を挟んで第一電極部と平行に二つ配し複数の貫通孔を有して第一電極部との間でそれぞれ対向電極を形成する二つの第二電極部と、からなる単位電極を、同一平面上に複数並列に配した広面積電極と、広面積電極の一方の電極群から他方の電極群へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段と、表面処理用ガスまたは反応性ガスを前記他方の電極群の外側近接領域へ供給する第二ガス供給手段と、単位電極の第一電極部の金属基板間に電圧をそれぞれ印加して貫通孔内ないしその近傍にプラズマを発生させる第一プラズマ発生手段と、単位電極の第一電極部と二つの第二電極部との間に電圧をそれぞれ印加してその間隙内ないしその近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３９】
すなわち、請求項１６にかかる発明は、各単位電極においてプラズマ領域が２倍となり、不活性ガスの通過距離を長くしてプラズマ密度をより向上させるとともに、単位電極を組み合わせてより広範囲な処理を可能とする。
【００４０】
また、請求項１７に記載のプラズマ処理装置は、請求項１５または１６に記載のプラズマ処理装置において、処理対象部材が第二プラズマ発生手段により発生したプラズマに基づいて処理されるように、当該処理対象部材と広面積電極とを所定の近接した位置関係とする配置手段を備えたことを特徴とする。
【００４１】
すなわち、請求項１７にかかる発明は、位置関係により表面処理または成膜処理の制御が可能となる。なお、配置手段は、処理対象部材と電極部とを所定の近接した位置関係とするが、前述と同様に、処理対象部材側を動かして決定しても良く、処理対象部材を固定して電極部側を溶接アームのごとく動かして決定してもよい。
【００４２】
また、請求項１８に記載のプラズマ処理装置は、請求項１５、１６または１７に記載のプラズマ処理装置において、単位電極と単位電極との間に、表面処理用ガスまたは不活性ガスを前記外側近接領域に直接導入する導入手段を設けたことを特徴とする。また、請求項１９に記載のプラズマ処理装置は、請求項１８に記載のプラズマ処理装置において、導入手段が、単位電極と単位電極との間を仕切る仕切板により形成されたことを特徴とする。
【００４３】
すなわち、請求項１８および請求項１９にかかる発明は、プラズマの影響を受けない単位電極間の隙間を有効利用して高品質な成膜処理を可能とする。換言すれば、不活性ガスと反応性ガスを分離して導入可能となる。このとき、表面処理用ガスまたは不活性ガスを処理対象部材に対して平行になるようにガスの流れを形成しても良い。
【００４４】
また、請求項２０に記載のプラズマ処理装置は、請求項１５〜１９のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、単位電極と単位電極との間に、ガスないし活性種を前記外側近接領域から直接排出する排出手段を設けたことを特徴とする。また、請求項２１に記載のプラズマ処理装置は、請求項２０に記載のプラズマ処理装置において、排出手段が、単位電極と単位電極との間を仕切る仕切板により形成されたことを特徴とする。
【００４５】
すなわち、請求項２０および請求項２１にかかる発明は、処理対象部材近傍のガスの流れを安定化させ、広範囲にわたって均質な表面処理を可能とする。
【００４６】
また、請求項２２に記載のプラズマ処理装置は、請求項１２〜２１のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、配置手段により、処理対象部材側または電極側を揺動させて処理対象部材を処理することを特徴とする。
【００４７】
すなわち、請求項２２にかかる発明は、表面処理用ガスまたは反応性ガスと、プラズマとの衝突機会を増やし、広範囲かつ効率的な処理（表面処理または成膜処理）を可能とする。
【００４８】
また、請求項２３に記載のプラズマ処理装置は、請求項１２〜２２のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、金属基板を少なくとも３つ重ね合わせ、第一プラズマ発生手段は、両端の金属基板間に電圧を印加する両端基板電圧印加手段と、金属基板間の貫通孔における放電を制御する電圧を中間の金属基板に印加する中間基板電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００４９】
すなわち、請求項２３にかかる発明は、中間の金属基板に印加する電圧を制御することにより放電電圧の低減や放電のＯＮ−ＯＦＦの制御が可能となる。これにより、第一電極部内における放電長そのものを長くすることができるため、プラズマの生成効率を上げることも可能となる。
【００５０】
また、請求項２４に記載のプラズマ処理装置は、請求項１２〜２３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、第二電極部の表面に誘電体層を設けたことを特徴とする。
【００５１】
すなわち、請求項２４にかかる発明は、第一電極部と第二電極部間の放電において、アーク放電を防止しグロー放電またはタウンゼント放電をより安定化させることができる。特に、成膜処理をする場合には、第二電極部への意図しない成膜がなされた場合であっても、安定な電圧駆動が可能となる。
【００５２】
また、請求項２５に記載のプラズマ処理装置は、請求項１２〜２４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、誘電体層が、（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＺｎＯ）の群から選ばれた酸化物の一種以上を主成分とすることを特徴とする。
【００５３】
すなわち、請求項２５にかかる発明は、誘電体層の観点から好適なプラズマ処理装置を提供する。
【００５４】
また、請求項２６に記載のプラズマ処理装置は、請求項１２〜２５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、金属基板が、Ｎｉを質量％で３６％〜５５％含むＦｅ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする。
【００５５】
すなわち、請求項２６にかかる発明は、金属基板の観点から好適なプラズマ処理装置を提供する。
【００５６】
なお、以上の各発明においては、貫通孔の形状は、三角形、四角形、六角形、円、楕円、瓢箪形状またはこれらの組合せなど種々の形状を採用することができる。金属基板は、貫通孔を整然と多数配することによりメッシュ状に形成することが好ましい。なお、金属基板は、メッシュ状の一類型である蜂巣状としてもよいし、細長い四角形を用いてスリット状としても良い。金属部分の巾と、孔部分の巾もしくは径との比は使用の態様によって適宜最適なものを用いればよい。なお金属基板は例示した誘電体を用いて固体誘電体層を形成したものを用いることが好ましい。
【００５７】
第一電極部と第二電極部が配される反応室は、通常のプラズマプロセスと同程度の真空度としても良いが、大気圧近傍の圧力とすることができる。すなわち、この場合は本発明は常圧プラズマ処理方法または常圧プラズマ処理装置ということができる。反応室を大気圧近傍の圧力とするということは、本発明のプラズマ処理装置の反応室の圧力制御が、不活性ガスと表面処理用ガスないし反応性ガスの供給装置と簡単な真空ポンプのみで可能となることを意味する。なお、ガスの「供給」とは、ガスを反応室で流れるようにすることであるので、例えば、脱気装置によりガスを「供給する」ことも含むものとする。
【００５８】
なお、処理対象部材とは表面処理や成膜処理を施される部材をいう。処理対象部材が基板である場合は、これを処理用基板ということもできる。なお、処理対象部材は必ずしも静止している必要はなく、一定速度で移動させてもよい。これにより長尺物の処理対象部材を処理可能となる。例えば、幅が１ｍ、厚みが０．３ｍｍ、長さが１０００ｍのコイル状の金属材料を、連続的にコイルから巻き出して、処理することも可能である。
【発明の効果】
【００５９】
本発明によれば、大気圧近傍の圧力下で安定したグロー放電またはタウンゼント放電によるプラズマを高密度かつ広範囲に形成し、処理対象が大面積の金属部材であっても、その表面全体を同時に処理可能な生産性の高いプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
〔実施の形態１〕
以下に本実施の形態を図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本実施の形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。図２は、本実施の形態のプラズマ処理装置のうち電極部分と処理対象部材を示した外観斜視図である。図３は、本実施の形態のプラズマ処理装置のうち電極部分を示した断面図である。なお、図は説明の便宜上、適宜構成部分を省略ないし模式的に表している。
【００６１】
プラズマ処理装置１は、複数の貫通孔２を有する金属基板３の表面に誘電体層４を設け、当該金属基板３を貫通孔２が一致するように複数重ね合わせた第一電極部５と、同構造の基板（複数の貫通孔２を有する金属基板３の表面に誘電体層４を設けた基板）を第一電極部５に対して平行に配して対向電極を形成する第二電極部６と、第一電極部５の貫通孔２に対して手前から第二電極部６側に吹き抜ける方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段７と、表面処理用ガスまたは反応性ガスを第二電極部６の下側に供給する第二ガス供給手段８と、第一電極部５の金属基板３間に電圧を印加して貫通孔２内ないしその近傍に種プラズマを発生させるための第一電源９と、第一電極部５と第二電極部６との間に電圧を印加して間隙ＡＰ内ないしその近傍に種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるための第二電源１０と、を備える。
【００６２】
ここで、第一ガス供給手段７は、第一ガス供給室７ａ、第一ガス導入管７ｂ、およびガスボンベ７ｃを有する。また、第二ガス供給手段８は、第二ガス供給口８ａ、第二ガス導入管８ｂ、およびガス供給装置８ｃを有する。第二ガス供給口８ａは幅広の吹出口であって、第二電極部６に平行にガスを供給できる構成としている。プラズマ処理装置１は、また、第二ガス供給口８ａに対向したガス排気口１１ａを備えた排気手段１１を有する。第二ガス供給口８ａとガス排気口１１ａとを対向させることにより、気流が安定し広範囲にわたって均質な処理が可能となる。なお、以降においては、第二電極部６を対向電極と適宜称することとする。
【００６３】
プラズマ処理装置１は、種プラズマが誘因となり広領域プラズマを発生させ不活性ガスの通過距離を長くしてプラズマの密度を向上し、有孔の電極を素通り可能として処理効率を高めるものである。
【００６４】
次に各部をより詳細に説明する。
第一電極部５は、前述したように複数の貫通孔２を有し、誘電体層４で被覆された金属基板３の２枚が、接合層１２で接合された構造となっている。
【００６５】
貫通孔２は種々の形状を採用することができる。図４〜図７は、本実施の形態のプラズマ処理装置に採用する電極の例を示した平面図である。貫通孔２は、図４、図５および図６に示したように、横方向と縦方向に二次元的に一定間隔をおいて配列したメッシュ状でもよく、図７に示したように一方向のみに一次元的に一定間隔をおいて配列したスリット状でも良い。なお、貫通孔２のサイズは、第一電極と第二電極で同じにする必要はなく、第一電極より第二電極の方（処理対象部材側に配される方）を大きくすると、反応性ガスによる孔づまりの点から有利である。
【００６６】
誘電体層４を形成する固体誘電体の特性としては、絶縁性が高いこと、比誘電率が高いこと、２次電子放出係数が高いこと、耐スパッタ性が高いこと、耐熱性が高いことが、要求される。
絶縁性が高い材料を使用する理由は、絶縁性が低いと電極に印加された電圧により、誘電体が絶縁破壊しアーク放電が発生するためである。絶縁破壊電圧としては、１００Ｖ以上の材料を使用することが好ましい。
比誘電率の高い材料を使用する理由は、放電時に外部電極と逆の極性の壁電圧が生じ、放電電流の時間的増加を抑制することが可能となって、安定な放電を維持できるためである。比誘電率としては、３以上の材料を使用することが好ましい。
２次電子放出係数が高い材料を使用する理由は、放電開始電圧を下げることが可能となるためである。２次電子放出係数としては、Ａｒより電離エネルギーの大きいガスのイオンに対して０．１以上の材料が好ましい。
【００６７】
耐スパッタ性が高い材料を使用する理由は、プラズマ、ラジカル、イオン等のアタックによる誘電体層の損耗を低減するためである。
耐熱性が高い材料を使用する理由は、表面処理もしくは成膜処理に際し、ガス成分を電極に付着させないために電極を加熱する場合があるからである。耐熱性としては、２００℃以上の材料を使用することが好ましい。
膜厚については、絶縁性と誘電性と耐スパッタ性を総合的に勘案する必要がある。膜厚が薄いと絶縁性と耐スパッタ性は低下するが、誘電性は向上する。反対に、膜厚が厚いと絶縁性と耐スパッタ性は向上するが、誘電性は低下する。基本的には、薄くても絶縁性と耐スパッタ性が高い材料を金属基板３に成膜し、誘電性を向上させることが肝要であり、その膜厚は１μｍ〜１０００μｍが好ましい。
【００６８】
以上の複数の要求特性を総合的に満足する材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＺｎＯを主成分とする酸化物がある。もちろん、これらを混合して複合酸化物としても良いし、完全に固溶させて単独相の酸化物にしても良い。また、アルカリやアルカリ土類の元素を添加してガラス状にして利用しても良い。
また、絶縁性と比誘電率の高い材料を下層に、２次電子放出係数が高い材料を上層に成膜して複数層で金属基板３を覆っても良い。一例としては、下層にＳｉＯ２系、上層にＭｇＯ系の材料を用いることができる。
【００６９】
金属基板３を構成する素材としては、上記酸化物と熱膨脹係数が近い材料が好ましい。具体的には、熱膨脹係数が１×１０−６／℃〜１２×１０−６／℃（３０℃〜３００℃）である材料が好適である。
この特性を有した材料としては、ＦｅにＮｉを質量％で３６％〜５５％含有したＦｅ−Ｎｉ系合金が利用できる。例えば、３６％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４７％Ｎｉ−Ｆｅ合金、５０％Ｎｉ−Ｆｅ合金等は代表的な金属素材として挙げることができる。また、４２％Ｎｉ−６％Ｃｒ−Ｆｅ合金等のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金、あるいはＮｉの一部を１０％以下のＣｏで置換したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金であってもよい。なお以上例示した合金に強度を向上させる元素を適宜添加しても良いことはいうまでもない。
【００７０】
なお、第二電極部６については、第一電極部５を構成する金属基板３と同じ素材を用いることができる。また、第二電極部６の表層には、第一電極部５と同様の誘電体層を設けることができる。ここで、第二電極部６の表層に、誘電体層がない場合は、アーク放電が起こり易いため、誘電体層を設けることが好ましい。
【００７１】
接合層１２は、通常低融点ガラスを使用するが、誘電体層４にガラスを使用した場合には、誘電体層４のみで加熱接合が可能なため必ずしもこれは必要ではない。また、金属基板３の２枚をボルトで接合しても良く、この場合は、接合層１２は不要である。
【００７２】
プラズマ処理装置１の一実施形態として、第一電極部５に中間電極を挿入することもできる。図８は、本実施の形態のプラズマ処理装置の第一電極に中間電極を配した場合の電極部の断面図である。
図示したように、中間電極１３は、金属基板３間に挿入されている。中間電極１３に印加する電圧によって、金属基板３間の放電電圧の低減や放電のＯＮ−ＯＦＦ制御が可能となる。更に、放電長そのものを長くできるため、プラズマの生成効率を上げることが可能となる。
【００７３】
次に、金属基板３への電圧の印加方法について説明する。金属基板３は固体誘電体で被覆されているので金属基板３間に直流的な電流は流れない。そのため、本実施の形態におけるプラズマ処理装置１では、電圧を印加する２枚の金属基板３の間には相対的に交流となる電圧を供給する。その波形は正弦波でも矩形のパルス波、あるいは鋸歯状波などでもよい。電圧の波高値は、ガスの種類や圧力に依存するが、概ね１００Ｖ〜１０ｋＶ程度の範囲である。平均電流は電極の面積に依存するが、概ね１ｍＡ〜１００Ａ程度の範囲である。また、電源の周波数は１ｋＨｚ〜１０００ＭＨｚといった低周波から超高周波に至る領域のいずれの帯域でもよい。
なお、図３に示したような本実施の形態における電極配置を採用することにより、誘電体バリヤ放電と同様に、自己の電流によって誘電体表面が帯電し、その帯電電圧が印加電圧に負帰還するため、電流が集中してしまうことが自動的に抑制される。
【００７４】
プラズマ処理装置１は、不活性ガスの種類や圧力に対応して、貫通孔２の寸法を１０μｍから１００ｍｍの間で選択することによって、一様なグロー放電のモードで安定した動作が可能となる。なお、貫通孔２の寸法は、一辺、対角線、直径、長径・短径など孔の形状によって適宜採用すればよい。第一電極部５と第二電極部６の間隔は、均一な主放電が確保できる範囲の１ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。
【００７５】
第一電極部５と第二電極部６との間に印加する電圧は、第一電極部５への電圧と同期させたパルス電圧が基本となるが、定常的な直流電圧でもよい。印加する電圧は正極性で、そのピーク値は電極間隔やガス圧力に応じて、概ね１００Ｖ〜３０ｋＶ程度の範囲で調整する。
第一電極部５と第二電極部６との間における放電は、第一電極部５内における放電と同様のグロー放電が好ましいが、タウンゼント放電であっても良い。グロー放電とは、持続的に放電が起こっている状態をさすが、タウンゼント放電とは、持続放電に至るまでの印加電圧の領域で、何らかの方法（例えば種放電）で供給された電子が電界によって加速され、その電離増殖作用によってプラズマを生成維持している状態をさす。
【００７６】
次に、使用するガスについて説明する。放電によるプラズマを生成させるため、グロー放電が生じ易い不活性ガスを利用する。本発明で、不活性ガスとは、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅをいう。これらの不活性ガスを利用して、金属基板３の貫通孔２内ないしその近傍に種プラズマを、間隙ＡＰないしその近傍に広領域プラズマを発生させた状態にして、表面処理用ガスや反応性ガスを第二電極部６の下側（図１に示した第二電極部６と処理対象部材Ｍとの間に形成される間隙ＣP）に供給する。これにより広領域プラズマを利用した処理（表面処理または成膜処理）が可能となる。
本特許においては、プラズマと活性種を下記のように定義する。プラズマとは電荷をもつ電子および正又は負のイオン、中性のラジカルをさし、活性種とはそのプラズマと混合したガスから生成された反応活性なイオン、ラジカル、励起原子・分子などの粒子をさす。従って、下記のI〜IIIの状態に対応して、プラズマと活性種の用語を使用する。
I.不活性ガスをグロー放電またはタウンゼント放電させた状態のもの→プラズマ
II.表面処理用ガスを不活性ガスのプラズマで分解したもの→活性種
III.反応性ガスを不活性ガスのプラズマで分解したもの→活性種
【００７７】
次に、表面処理用として使用する表面処理用ガスについて説明する。
本発明でいう表面処理とは、処理対象部材Ｍの表面性状を表面処理用ガスの活性種により変化させることをいい、例えば、親水性や撥水性をもたせる処理、表面の汚れや異物を分解除去する処理、更にはエッチングする処理をも含めたものをいう。
親水性にするためには、酸素や酸素含有化合物または窒素や窒素化合物等を含んだガスを利用することにより可能となる。撥水性にするためには、フッ素含有化合物等を含んだガスを利用することにより可能となる。また、処理対象部材Ｍの汚れや異物を分解除去するためには、汚れや異物の種類によってガスの選択が必要になるが、有機物の場合には酸素や酸素含有化合物を含んだガスを使用する。処理対象部材Ｍをエッチングする場合には、ハロゲン系ガスなどを用いることができる。なお、表面処理用ガスの場合は、使用の態様によっては、不活性ガスと表面処理用ガスとを混合して第一電極部５の貫通孔２から流入させても良い。
【００７８】
次に、成膜処理用として使用する反応性ガスについて説明する。
本発明でいう成膜処理とは、処理対象部材Ｍの表面に反応性ガスの活性種を堆積させることをいう。
本実施の形態におけるプラズマ成膜方法を化学的気相堆積法（以下ＣＶＤと略す）に適用する場合の反応性ガスとしては、有機金属化合物、金属水素化合物、金属ハロゲン化合物、金属アルコキシド等を気化させたガスやＣを含むガスを用いることができる。
中でも、金属アルコキシドは安価であるため、低コストプロセスが実現可能となる点で有利である。例えば、ＳｉＯ２膜を形成する場合は、テトラエトキシシラン、Ａｌ２Ｏ３膜の場合は、ブトキシアルミニウム、ＺｒＯ２膜の場合は、プロポキシジルコニウム、ＭｇＯ膜の場合は、アセチルアセトマグネシウム、ＴｉＯ２膜の場合は、プロポキシチタン、Ｓｉ膜の場合は、ＳｉＨ４等、Ｃ膜の場合はＣＨ４等を使用することができる。
【００７９】
これらの表面処理用ガスや反応性ガスを使用する場合、単独で使用するよりも、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガスで希釈して使用した方が、経済的に有利であるため、混合して使用することが好ましい。
本発明でいう大気圧近傍の圧力とは、１０ｋＰａから２００ｋＰａまでをいい、これを本発明では常圧と呼んでいる。より好ましくは、１００ｋPa程度である。この圧力は、表面処理用ガスや反応性ガスと不活性ガスを混合した状態におけるガス圧であり、表面処理用ガスや反応性ガス単独の分圧はもっと低くても良い。
【００８０】
本実施の形態では上述した不活性ガスを貫通孔２に供給する。不活性ガスを供給する機構は、ガスボンベ７ｃから第一ガス導入管７ｂおよび第一ガス供給室７ａを通じて、貫通孔２へ導く構造としたものであれば特に限定されない。表面処理用ガスや反応性ガスを供給する機構は、ガス供給装置８ｃから第二ガス導入管８ｂおよび第二ガス供給口８ａを通じて間隙ＣＰへ導く構造としたものであれば特に限定されない。
【００８１】
第二電極部６の下端と処理対象部材Ｍとの間の間隙ＣＰ（図１参照）の適正な間隔は、プラズマ処理に関与する不活性ガスのプラズマの気相中での実効的な寿命の理由から、１ｍｍ〜１００ｍｍである。より好ましくは、５ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。また、処理対象部材Ｍと第一電極部５と第二電極部６の加熱温度は、室温〜５００℃が好ましく、より好ましくは、１００〜３５０℃の範囲内である。
【００８２】
また、第一電極部５および第二電極部６は、本実施の形態では平板基調としているが、プラズマの安定性や処理対象部材Ｍに対する処理性に影響を及ぼさないのであれば、その形状は特に限定されない。例えば、所定の曲率をつけて管の表面処理をおこなうようにしても良い。
【００８３】
〔実施の形態２〕
実施の形態２では、実施の形態１で説明した第一電極部と第二電極部を単位電極として、これを同一平面上に二個並列に配して広面積電極を形成したプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法について説明する。なお、実施の形態１と同じ構成部分については、特に断らない限り同じ符号を付することとする。
【００８４】
図９は、実施の形態２のプラズマ処理装置の概略構成図である。図１０は、本実施の形態のプラズマ処理装置のうち広面積電極部と処理対象部材を示した外観斜視図である。プラズマ処理装置１５は、複数の貫通孔２を有する金属基板３の表面に誘電体層４を設け当該金属基板３を貫通孔２が一致するように複数重ね合わせた第一電極部５およびこれと同構造の基板を第一電極部５に対して平行に配して対向電極を形成する第二電極部６からなる単位電極１６を、同一平面上に二つ並べた広面積電極１７と、第一電極部５の群の貫通孔２に対して手前から第二電極部６側に吹き抜ける方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段７と、表面処理用ガスまたは反応性ガスを第二電極部６の群の下側に供給する第二ガス供給手段８と、単位電極１６の第一電極部５の金属基板３間に電圧を印加して貫通孔２内ないしその近傍に種プラズマを発生させるための第一電源９と、第一電極部５と第二電極部６との間に電圧を印加して間隙ＡＰ内ないしその近傍に種プラズマが誘因となる広領域プラズマを発生させるための第二電源１０と、を備える。
【００８５】
ここで、第一ガス供給手段７は、第一ガス導入管７ｂが枝分かれして、それぞれの単位電極１６に不活性ガスを供給可能としている。また、第二ガス供給手段８は、単位電極１６の側壁（仕切板）が第二ガス導入管８ｂの一部を形成し、下流に分配板８ｄを設け、表面処理用ガスまたは反応性ガスを左右両側の間隙ＣＰに分配する構成としている。また、第二ガス供給口８ａに対向したガス排気口１１ａを備えた排気手段１１を有する。図示したように、単位電極１６の側壁（仕切板）が排気手段１１の一部を形成している。第二ガス供給口８ａとガス排気口１１ａとを対向させることにより、広面積電極１７の広さにかかわらず、気流を安定させることができ質の高い処理が可能となる。
【００８６】
なお、処理対象部材Ｍとプラズマ処理装置１５とは、所定の近接させた位置とするが、このとき、処理対象部材Ｍ側または電極部側を平行に揺動させて処理してもよい。揺動することにより、プラズマと表面処理用ガスまたは反応性ガスとの衝突機会を増大し効率的な処理が可能となる。
【００８７】
各部の設定条件としては、例えば、第一電極部５と第二電極部６との間隔は５ｍｍ〜３０ｍｍ、仕切板の間隔は２ｍｍ〜２０ｍｍ、第二電極部下端と処理対象部材Ｍとの距離は５ｍｍ〜２０ｍｍとすることができる。また、電極部側を平行に揺動する場合の揺動巾は５ｍｍ〜５０ｍｍとすることができる。これ以外の条件や素材については、実施の形態１と同様とすることができる。
【００８８】
なお、単位電極１６は二つ並列する態様に限定されるものでなく、複数並列させても良い。図１１は、単位電極部の配列の他の例を示した平面配置図である。図示したように、広面積電極１７は単位電極１６を２×５として形成されている。また、これに限定されず、例えば４×１０の行列に配してもよい。
【００８９】
以上説明したように、実施の形態２のプラズマ処理装置によれば、実施の形態１のプラズマ処理装置より更に広範囲な処理対象部材を効率的に処理可能となる。
【００９０】
〔実施の形態３〕
実施の形態３では、実施の形態１で説明した第二電極部を第一電極用基板の両側に配した電極部を用いたプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法について説明する。なお、実施の形態１または実施の形態２と同じ構成部分については、特に断らない限り同じ符号を付することとする。
【００９１】
図１２は、実施の形態３のプラズマ処理装置の電極部を中心に表した断面図である。プラズマ処理装置１９は、複数の貫通孔２を有する金属基板３の表面に誘電体層４を設け、当該金属基板３を貫通孔２が一致するように複数重ね合わせた第一電極部５と、第一電極部５を挟んで第一電極部５と平行に二つ配し、第一電極部５を構成する基板と同構造の基板（複数の貫通孔２を有する金属基板３の表面に誘電体層４を設けた基板）との間でそれぞれ対向電極を形成する二つの第二電極部６と、二つの第二電極部６の一方から他方（処理対象部材Ｍがある側）へ向かう方向に大気圧近傍の圧力の不活性ガスを供給する第一ガス供給手段７と、表面処理用ガスまたは反応性ガスを第二電極部６の処理対象部材Ｍ側の外側の近接領域へ供給する第二ガス供給手段８と、第一電極部５の金属基板３間に電圧を印加して貫通孔２内ないしその近傍にプラズマを発生させる第一電源９と、第一電極部５と二つの第二電極部６との間に電圧を印加してその間隙ＡＰ内ないしその近傍にプラズマを発生させる第二電源１０と、を備える。
【００９２】
図示したように、第一電極部５の上下に第二電極部６が対向しているので、実施の形態３のプラズマ処理装置１９は、図３に示した実施の形態１のプラズマ処理装置１の対向電極の２倍の間隔があることになる。従って、プラズマ領域が２倍となり、不活性ガスの通過距離が長くなるのでプラズマ密度が高まり、ひいては表面処理用ガスまたは反応性ガスの活性種の密度が高くなる。これにより、プラズマを高密度かつ広範囲に形成可能となる。なお、第一電極部５と二つの第二電極部６との間隔は上下等間隔であってもよいし、異なっていても良く、適宜、効率的に処理対象部材Ｍを処理できる間隔とすればよい。
【００９３】
なお、これを単位電極として実施の形態２に示したように広面積電極を形成するようにしても良い。これ以外の条件や素材については、実施の形態１または実施の形態２と同様とすることができる。
【実施例１】
【００９４】
以下、本発明のうち実施の形態２に対応した実施例を用いて更に詳細に説明する。
金属基板には熱膨張係数が６．５×１０−６／℃のＦｅ−４５質量％Ｎｉ合金を用い、厚み：０．５ｍｍ、幅：１００ｍｍ、長さ：８００ｍｍの形状の板材を作製した。これに、塩化第二鉄水溶液をノズルから噴射するスプレー式の湿式エッチング法で、多数の貫通孔を形成し電極用の金属基板を作成した。貫通孔のサイズは、幅：０．２ｍｍ、長さ：２０ｍｍとし、メッシュ状の金属基板とした。
この金属基板表面に、下層を溶射によってＡｌ２Ｏ３（膜厚２００μｍ）、上層を蒸着によってＭｇＯ（膜厚１μｍ）の二層の酸化膜を形成して、電極基板を作製した。次いで、電極基板二枚の間に、軟化点が４３０℃の低融点ガラスを挿入して、加熱接合して第一電極部とした。なお、二枚の電極基板の貫通孔の位置は上下同じ位置となるように接合した。第二電極部は、上記電極基板を１枚使用した。電極部の断面構造は図３に示したとおりである。これらの電極を図１と図２に記載された配置となるようにセットした。
【００９５】
処理対象部材は、多数の窪み（貫通孔ではなく止まり孔）を有するプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用の金属隔壁を用いて実験を試みた。なお、金属隔壁の組成は、Ｆｅ−４８質量％Ｎｉ合金であり、大きさは、厚み：０．３ｍｍ、幅：７００ｍｍ、長さ：１２００ｍｍである。この金属隔壁を図１と図２に記載された基板の位置となるようにセットした。
【００９６】
実験では、不活性ガスである１００ｋPaのＮ２とＯ２の混合ガス（Ｎ２：Ｏ２＝４：１）を第一電極部の上部から貫通孔に供給した（図１参照）。電圧駆動条件として、電極基板間に矩形波パルス（パルス幅１μｓ〜１０μｓ、ピーク電圧２ｋＶ〜５ｋＶ）を交番に印加して駆動したところ、プラズマは、グロー放電状態であることが確認できた。
更に、間隙ＡＰを６ｍｍとし電圧駆動条件として、その間に矩形波パルス（パルス幅１μｓ〜１０μｓ、ピーク電圧４ｋＶ〜７ｋＶ）を交番に印加して駆動したところ、プラズマは、グロー放電状態であることが確認できた。
このプラズマを利用して、上述のＰＤＰ用金属隔壁を処理したところ、エッチング時に付着していた樹脂レジスト残渣が分解除去されて、表面がクリーンになっていることを目視で確認できた。なお、処理されたＰＤＰ用金属隔壁を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により表面観察したところレジスト残渣のないことが確認できた。
また、ＰＤＰ用金属隔壁の処理面積としては、金属隔壁を静止した状態においては、電極に対応する長さ：１００ｍｍ、幅７００ｍｍの面積２箇所に対して、同時に一括処理ができたことを確認した。
【００９７】
その後、不活性ガスである１００ｋPaのＮ２とＯ２の混合ガス（Ｎ２：Ｏ２＝４：１）を第一電極部の上部から貫通孔に供給して、電圧を印加することにより、貫通孔内ないしその近傍と間隙ＡＰ（６ｍｍ）ないしその近傍をプラズマ状態とした後、反応性ガスとしてテトラエトキシシランをＮ２ガスで希釈したものを間隙ＢＰ（図９参照）に供給して、レジスト除去されたＰＤＰ用金属隔壁に成膜を試みた。このとき、金属基板間の電圧駆動は、印加パルス電圧のピーク値を２ｋＶ〜４ｋＶの間で調整した。第一電極部と第二電極部との間の電圧駆動は、印加パルス電圧のピーク値を４ｋＶ〜７ｋＶの間で調整した。また、処理対象部材の温度を２００℃、第一電極部と第二電極部の温度を２００℃に設定した。処理後、ＰＤＰ用金属隔壁にＳｉＯ２のアモルファス状の膜が形成されていることを確認した。
また、ＰＤＰ用金属隔壁の処理面積としては、金属隔壁を静止した状態においては、電極に対応する長さ：１００ｍｍ、幅７００ｍｍの面積２箇所に対して、同時に一括処理ができたことを確認した。
【００９８】
この他、金属基板表面の誘電体層を、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、としたものを使用して、上記表面処理と成膜処理を実施したところ、同様の結果が得られた。その結果を表１に示す。
【００９９】
【表１】
2005243905.tif 000003
【実施例２】
【０１００】
実施例１と同様の金属基板を３枚作製した後、加熱接合して第一電極部とした。
誘電体層は、実施例１と同様にＡｌ２Ｏ３＋ＭｇＯの二層の酸化膜とした。断面構造は図８に示したとおりである。
処理対象部材は、実施例１と同様のＰＤＰ用金属隔壁を用いて実験を試みた。
【０１０１】
上下の電極基板（主電極）に実施例１と同様の矩形波パルスを交番に印加しながら、中間層の金属基板（中間電極）に５０Ｖ〜２００Ｖ程度のパルス電圧を印加しつつ、後者のタイミングを変化させていくと、一定の範囲で第一電極部の両端間の放電維持電圧を低減できることが確認された。特に、両端間へ印加するパルス電圧と中間電極へのパルス電圧の立ち上がりが互いに一致したときに放電維持電圧の低下が最大となった。また、パルスの立下がりや中間のタイミングで一定以上の波高のパルス電圧を中間電極に印加すると、放電の維持が困難となった。この現象を利用して放電のＯＮ−ＯＦＦのスイッチングが可能であり、プロセス制御に利用できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、半導体やディスプレイの製造工程、またはそれらの部品の製造工程で必要な表面処理や成膜処理プロセスに適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】実施の形態１のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１のプラズマ処理装置のうち電極部分と処理対象部材を示した外観斜視図である。
【図３】実施の形態１のプラズマ処理装置のうち電極部分を示した断面図である。
【図４】プラズマ処理装置に採用する電極の例を示した平面図である。
【図５】プラズマ処理装置に採用する電極の例を示した平面図である。
【図６】プラズマ処理装置に採用する電極の例を示した平面図である。
【図７】プラズマ処理装置に採用する電極の例を示した平面図である。
【図８】実施の形態１のプラズマ処理装置の第一電極に中間電極を配した場合の電極部の断面図である。
【図９】実施の形態２のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図１０】実施の形態２のプラズマ処理装置のうち広面積電極部と処理対象部材を示した外観斜視図である。
【図１１】単位電極部の配列の他の例を示した概念図である。
【図１２】実施の形態３のプラズマ処理装置の電極部を中心に表した断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１，１５，１９           プラズマ処理装置
２        貫通孔
３        金属基板
４        誘電体層
５        第一電極部
６        第二電極部
７        第一ガス供給手段
７ａ     第一ガス供給室
７ｂ     第一ガス導入管
７ｃ     ガスボンベ
８        第二ガス供給手段
８ａ     第二ガス供給口
８ｂ     第二ガス導入管
８ｃ     ガス供給装置
８ｄ     分配板
９        第一電源
１０     第二電源
１１     排気手段
１１ａ  ガス排気口
１２     接合層
１３     中間電極
１６     単位電極
１７     広面積電極
ＡＰ     間隙（第一電極部−第二電極部間）
ＢＰ     間隙（電極部−電極部間）
ＣＰ     間隙（第二電極部−処理対象部材間）
Ｍ        処理対象部材
【図１】
2005243905.tif 000004
【図２】
2005243905.tif 000005
【図３】
2005243905.tif 000006
【図４】
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【図５】
2005243905.tif 000008
【図６】
2005243905.tif 000009
【図７】
2005243905.tif 000010
【図８】
2005243905.tif 000011
【図９】
2005243905.tif 000012
【図１０】
2005243905.tif 000013
【図１１】
2005243905.tif 000014
【図１２】
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