(57)【要約】【課題】投入電力の限界値が高いプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】電源に接続されたｎ個（ｎ≧２の整数）の印加電極と、接地された（ｎ−１）個の接地電極と、印加電極と接地電極とを絶縁体を介して交互に配列し印加電極と接地電極の端部を試料に対向させた状態で印加電極と接地電極を覆う接地された金属筐体とを備え、金属筐体に隣接する印加電極は金属筐体から絶縁体を介して隔離され、前記印加電極と接地電極の端部と試料との間に反応ガスを供給し、更に印加電極と接地電極間で且つ前記試料に対向する部分にのみプラズマを発生させるプラズマ処理装置。【選択図】図１
2007035425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続されたｎ個（ｎ≧２の整数）の印加電極と、接地された（ｎ−１）個の接地電極と、印加電極と接地電極とを絶縁体を介して交互に配列し印加電極と接地電極の端部を試料に対向させた状態で印加電極と接地電極を覆う接地された金属筐体とを備え、金属筐体に隣接する印加電極は金属筐体から絶縁体を介して隔離され、前記印加電極と接地電極の端部と試料との間に反応ガスを供給し、更に印加電極と接地電極間で且つ前記試料に対向する部分にのみプラズマを発生させるプラズマ処理装置。
【請求項２】
金属筐体に隣接する印加電極と金属筐体は、印加電極と金属筐体との間に前記反応ガスに基づくプラズマが発生しない隔離距離ｈを有する請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記反応ガスの最小プラズマ発生電界をＥｍｉｎ，印加電極と接地間に印加される最大電圧をＶｍａｘとするとき、
Ｅｍｉｎ＞Ｖｍａｘ／ｈ
を満足する請求項２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、プラズマを用いた表面処理装置に関する。
【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、表面親疎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プラズマ処理装置が開発されている。
【０００３】
上記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プラズマを発生させ、前記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】
図７は、上記処理装置における電極浮上型高圧浮上電極の断面図である。
図７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、１０４−１、１０４−２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。尚、前記外側電極１０４−１、１０４−２を互いに区別しない場合、外側電極１０４−１、１０４−２をまとめて外側電極１０４と呼ぶ。
【０００５】
内側電極１０３と外側電極１０４、及び絶縁体１０５で電極浮上型高圧浮上電極Ｈ１を形成しており、前記電極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、前記間隔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、前記電極Ｈ１と試料１０８との間隔Ｄを近接させ配置する事によっても、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、また前記高圧反応ガス供給口１０１から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、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とができる。
【０００７】
更に内側電極１０３は図示されない電源、及び整合器に接続され、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、前記電極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が発生する。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と前記電極Ｈ１を相対移動させる事によって試料１０８全体の処理を行なう。
【０００８】
この時、この装置は、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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の従来技術が有する問題点について図７、図８、図９を用いて説明する。
図７中の内側電極１０３、外側電極１０４は紙面に垂直な方向に延びる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述べる。
内側電極１０３に１．０［ｋＶ］を印加し、外側電極１０４を接地させた時の図７中の領域Ａ部分の電界計算結果を図８に示す。また高圧プラズマ１０９近傍の拡大図を図９に示す。
【００１０】
但し、図８においては、試料１０８を厚さ５．０［ｍｍ］のガラス基板とし、試料１０８を電極ユニットＨ１の下面に対して平行に、距離Ｄ＝５．４［ｍｍ］だけ離して配置した。また、内側電極１０３と外側電極１０４との距離を４．０［ｍｍ］とし、内側電極１０３と外側電極１０４の間に接地された絶縁体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４．５ｍｍ、底辺６．０ｍｍの扇形状の窪みＫを有するものとして計算を行なった。
【００１１】
また、電極ユニットＨ１の下表面をＹ＝０［ｍｍ］平面とし、内側電極１０３の中央をＸ＝０、Ｚ＝０［ｍｍ］とし、紙面に垂直な方向をＺ軸とした。
図８に示すように、内側電極１０３と外側電極１０４−２の間の絶縁体１０５の窪みＫの部分には最も大きな電界が発生し、窪みＫの部分から離れるに従って電界強度が小さくなっていることが分かる。
【００１２】
従って、内側電極１０３に対する印加電圧を大きくしてゆくと、まず第一に最も大きな電界が発生している窪みＫの部分のみに高圧プラズマ１０９が発生し、高圧プラズマ１０９中で発生した活性種により試料１０８の表面に対し成膜、加工、表面処理を行なう。尚、高圧プラズマ１０９の長手方向に垂直な方向の幅をＷと表現することにする。
処理速度を増加させるため内側電極１０３に対する投入電力を増加させると、図９に示されるように窪みＫの部分以外にも高圧プラズマ１０９は拡大し、図９中のプラズマ幅ＷがＷ１からＷ２、Ｗ３のように増加し、原理的にプラズマ幅Ｗは際限なく増加する。
【００１３】
ここで、高圧プラズマ１０９の生成圧力が大気圧近傍であることから、プラズマ幅Ｗの増大に伴って、放電状態が所謂グロー放電状態からフィラメント放電状態に移行する。高圧プラズマ１０９がフィラメント放電状態に移行すると、フィラメント放電状態では非常に高い気体温度を有することから反応ガスの分解効率も増加し処理速度も増加するが、同時に絶縁体１０５の下表面も加熱されることとなる。
【００１４】
この時、投入電力の増加に伴いプラズマ幅Ｗが際限なく増加すると、高圧プラズマ１０９が過度のフィラメント放電状態に移行し、処理速度も増加するが、同時に高圧プラズマ１０９の気体温度も増加し、絶縁体１０５の下表面の温度が上昇し、強いては絶縁体１０５の高圧プラズマ１０９から離れた部分との温度差が拡大し熱応力により絶縁体１０５が破損するという問題を有する。
【００１５】
又、投入電力の増加に伴いプラズマ幅Ｗが際限なく増加する事から、同時に高圧プラズマ１０９と接する絶縁体１０５の下面の表面積も増加し、高圧プラズマ１０９に加熱される面積が増大することから絶縁体１０５の下表面の温度が上昇し、強いては絶縁体１０５の高圧プラズマ１０９から離れた部分との温度差が拡大し熱応力により絶縁体１０５が破損するという問題も有する。
これは共に、投入電力、印加電圧が増加してもプラズマ幅Ｗの増加が制限される電極構造ではなく、投入電力、印加電圧の増加に伴いプラズマ幅Ｗが際限なく増加する事に起因する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は、電源に接続されたｎ個（ｎ≧２の整数）の印加電極と、接地された（ｎ−１）個の接地電極と、印加電極と接地電極とを絶縁体を介して交互に配列し印加電極と接地電極の端部を試料に対向させた状態で印加電極と接地電極を覆う接地された金属筐体とを備え、金属筐体に隣接する印加電極は金属筐体から絶縁体を介して隔離され、前記印加電極と接地電極の端部と試料との間に反応ガスを供給し、更に印加電極と接地電極間で且つ前記試料に対向する部分にのみプラズマを発生させるプラズマ処理装置を提供するものである。
【００１７】
印加電極と金属筐体とは印加電極と金属筐体との間に基づく前記反応ガスによりプラズマが発生しない隔離距離ｈを有することが好ましい。
前記反応ガスの最小プラズマ発生電界をＥｍｉｎ，印加電極と接地間に印加される最大電圧をＶｍａｘとするとき、Ｅｍｉｎ＞Ｖｍａｘ／ｈを満足することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、投入電力の限界値が高い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】
【００１９】
以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳述する。
図１は本発明の第一の実施形態を示す構成説明図、図２は図１の試料近傍の電界の計算結果を示す説明図、図３は図１のプラズマ近傍の拡大図である。
図１において、１−１、１−２は電圧印加電極、２は接地電極、３は絶縁体、４は接地金属筐体、５は電極ユニット、６は電源、７は電力伝達線路、８は反応ガス供給口、９は反応ガス排気口、１０は反応ガス流、１１は試料、１２−１、１２−２は大気圧プラズマである。但し印加電極１−１、１−２を互いに区別しない場合、それらをまとめて印加電極１と呼ぶ。また同様に、大気圧プラズマ１２−１、１２−２を互いに区別しない場合、それらをまとめて大気圧プラズマ１２と呼ぶ。
【００２０】
印加電極１、接地電極２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、印加電極１、接地電極２は絶縁体３を介して互いに対向して平行に配置され、印加電極１、接地電極２、絶縁体３を接地金属筐体４で覆うことで電極ユニット５を形成している。この時、印加電極１と接地電極２は互いに交互に配置され、更に印加電極１−１及び１−２が接地電極２と接地金属筐体４の間に配置される。
【００２１】
また、印加電極１と接地金属筐体４の距離をｈとし、ｈは印加電極１と接地金属筐体４との間に反応ガスに基づくプラズマが発生しない距離に設定される。
この時、印加電極１の短手方向の幅をｅ１、接地電極２の短手方向の幅をｅ２、印加電極１と接地電極２の距離をｔとする。
【００２２】
この時、電極ユニット５は試料１１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８より所望の反応ガスを供給し、また反応ガス排気口９より排気を行なうと、試料１１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１０が流れることになる。
また、印加電極１は、電力伝達線路７を通じて電源６に接続されており、接地電極２、及び接地金属筐体４は接地されている。
ここで、電源６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、インピーダンスマッチングを行なうインピーダンス整合器を内蔵する。
【００２３】
電源６から発生した電力は、電力伝達線路７を通じて印加電極１に印加され、印加電極１と接地電極２の間に局所的に高い電界を発生させ、電極ユニット５と試料１１の間に供給された反応ガスに基づく大気圧プラズマ１２を発生させる。この時、印加電極１と接地電極２はともに紙面に垂直な方向に長手方向を有する長尺電極であるため、大気圧プラズマ１２も紙面に垂直な方向に長手方向を有するライン状のプラズマが発生する。この時、大気圧プラズマ１２の短手方向の幅をMとする。
【００２４】
大気圧プラズマ１２中で発生した活性種により試料１１の表面を加工、成膜、表面処理を行い、また電極ユニット５と試料１１を相対移動させることにより試料１１全面の加工、成膜、表面処理を行うことができる。
印加電極１、接地電極２は共に導体であり、前記印加電極１、接地電極２の幅ｅ1、及びｅ２を共にｅ1＝ｅ２＝１０［ｍｍ］、又、印加電極１と接地電極２の距離をｔ＝４［ｍｍ］とする。
【００２５】
また、電極ユニット５の下面と試料１１の表面との距離をＧ＝５．４［ｍｍ］とし、絶縁体３は比誘電率εｒ＝９．６のアルミナとし、印加電極１と接地電極２の間の部分に高さ４．５ｍｍ、底辺６．０ｍｍの扇形状の窪みＫを設ける。
上記の構成において、印加電極１に周波数ｆ＝１３．５６［ＭＨｚ］の高周波電圧を１［ｋＶ］印加した場合の試料近傍の領域B部分の電界計算結果を図２に示す。また、プラズマ近傍の拡大図を図３に示す。
【００２６】
但し、図１中の２つある印加電極１の左の印加電極１−１の中央をＸ＝０、Ｚ＝０［ｍｍ］とし、絶縁体３の下表面をＹ＝０平面とし、試料１１から電極ユニット５へ向かう方向をY軸の正方向にとった。
図２に示すように、印加電極１と接地電極２の間の絶縁体３の窪みＫの部分には最も大きな電界強度が発生し、窪みＫの部分から離れるに従って電界強度が小さくなっていることが分かる。
【００２７】
ここで、印加電極１に電圧を印加しプラズマ１２を発生させ、更に前記印加電圧を増加させた時の前記プラズマ１２の挙動について図３を用いて説明する。
印加電極１に対する印加電圧を大きくしていくと、まず第一に、最も大きな電界強度が発生している窪みＫの部分に反応ガスに応じた大気圧プラズマ１２が発生し、図３に示されるように、２つの印加電極１−１、１−２と接地電極２の間に、紙面に垂直なライン状のプラズマ１２が２本発生する。大気圧プラズマ１２中で発生した活性種により試料１１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印加電極１に対する投入電力、即ち印加電圧を増加させると、窪みＫの部分以外にも大気圧プラズマ１２は拡大し、図３中に示されるようにプラズマ幅ＭはＭ１、Ｍ２へと増加する。
【００２８】
この時、従来技術においては投入電力の増加に伴いプラズマ幅Ｍは際限なく増加するが、本発明の場合、投入電力を増加させても図３中の領域Ｃ、及び領域Ｆに示されるような印加電極１の中心直下や接地電極２の中心直下にはプラズマ１２は拡大せず、また、大気圧プラズマ１２−１、１２−２においても印加電極１−１、及び１−２の中心直下の領域には拡大しない。従って前記大気圧プラズマ１２の幅Ｍは全て印加電極１と接地電極２の中心間距離（ｅ１＋ｅ２）／２＋ｔを超えないように制限されることとなり、従って、ｅ１、ｅ２、ｔを所望の値に設定することにより大気圧プラズマ１２が過度のストリーマ放電状態に移行することを防止することができ、強いては大気圧プラズマの気体温度の上昇が制限され、絶縁体３の下面が加熱され熱応力により絶縁体３が破損することを防止することができる。
【００２９】
また同様に、大気圧プラズマ１２の幅Ｍが制限されることから、プラズマ１２と接する絶縁体３の下面の表面積も制限され、絶縁体３の下表面の温度上昇も制限され、絶縁体３の破損を防止することができるのである。
上記は、共に投入電力の増加と共にプラズマ幅Ｍが際限なく増加する構造でなく、印加電極１と接地電極２の中心間距離（ｅ１＋ｅ２）／２＋ｔを超えないように制限される構造を有することに起因する。
【００３０】
ここで以下に、印加電極１と接地電極２は交互に配置され、更に印加電極１−１及び１−２が接地電極２と接地金属筐体４の間に配置され、また印加電極１と接地金属筐体４の距離ｈを、印加電極１と接地金属筐体４との間に反応ガスに基づくプラズマが発生しない距離に設定することにより、印加電極1及び接地電極２の中心直下に大気圧プラズマ１２が拡大せず、プラズマ幅Ｍが印加電極１と接地電極２の中心間距離（ｅ１＋ｅ２）／２＋ｔを超えないように制限される理由について示す。
【００３１】
例えば、印加電極１−２から発生した電気力線は、紙面に向かって右側の領域においては印加電極１−２から接地金属筐体４に向かい、逆に紙面に向かって左側の領域においては電気力線は印加電極１−２から接地電極２に向かうことになる。従って、印加電極１−２の中心直下、即ち領域Ｆにおいては電気力線の向かう方向が接地金属筐体４から接地電極２に変化する領域となり、前記領域では印加電極１−２から発生した電気力線が無限遠点にむかう領域となり、電気力線が印加電極から発生し接地電極で終端するような閉塞線でなくなるためプラズマが発生せず、印加電極１−２の中心直下までプラズマ幅が拡大しないのである。
【００３２】
これは、接地電極２の中心直下においても、接地電極と印加電極が入れ替わるのみで同様のことが当てはまる。
また、印加電極１−１の中心直下においても、印加電極１−１から発生した電気力線の向かう方向が、接地電極２から、接地金属筐体４に向かう方向へと変化する領域となり、同様に前記領域では印加電極１−１から発生した電気力線が無限遠点にむかう領域となり、電気力線が印加電極から発生し接地電極で終端するような閉塞線でなくなるため、プラズマが発生せず、印加電極１−１の中心直下までプラズマ幅が拡大しないのである。
【００３３】
また、印加電極１−１と接地金属筐体４の距離ｈは、印加電極１−１と接地金属筐体４との間に所望の反応ガスに基づくプラズマが発生しない距離に設定していることから、印加電極１−１と接地金属電極４との間にプラズマは発生せず、強いてはプラズマ１２−１のプラズマ幅は印加電極１と接地電極２の中心間距離（ｅ１＋ｅ２）／２＋ｔを超えないのである。
【００３４】
従って、投入電力を増加させ処理速度を増加させても、大気圧プラズマ１２の幅Ｍが制限されることとなり、大気圧プラズマ１２が過度のストリーマ放電状態に移行して絶縁体３の下面を加熱し、熱応力により絶縁体３を破損することを防止することができ、また同様に、プラズマ１２と接する絶縁体３の下面の表面積も制限され、絶縁体３の下表面の温度上昇も制限され、絶縁体３の破損を防止することができ、投入電力の限界値が高く、強いては最大処理速度が高くなる。
【００３５】
またここで、印加電極１と接地金属筐体４との距離ｈの具体的な値については、印加電極１への最大印加電圧をVｍａｘ、所望の反応ガスのプラズマ発生電界強度をEminとすると、ｈは以下の式（１）を満たすものとする。
Ｅｍｉｎ＞Ｖｍａｘ／ｈ  ・・・（１）
このようにすることで、印加電圧１への印加電圧を最大Ｖｍａｘに設定した場合においても、印加電極１と接地金属筐体４との間の電界強度は最大でもＶｍａｘ／ｈを超えず、所望の反応ガスのプラズマ発生電界強度Ｅｍｉｎを超えないことから印加電極１と接地金属筐体４との間にプラズマが発生しない状態を実現することができる。
【００３６】
図４は本発明の第二の実施形態を示す構成説明図、図５は試料近傍の電界の計算結果を示す説明図、図６は図４のプラズマ近傍の拡大図である。
図４において、１−１、１−２、１−３は電圧印加電極、２−１、２−２は接地電極、１２−１、１２−２、１２−３、１２−４は大気圧プラズマである。
【００３７】
その他、第一の実施形態の図１と重複する要素には同じ符号をつけて説明を省略する。但し、印加電極１−１、１−２、１−３を互いに区別しない場合、それらをまとめて印加電極１と呼ぶ。また同様に、接地電極２−１、２−２を互いに区別しない場合、それらをまとめて接地電極２と呼ぶ。また同様に、大気圧プラズマ１２−１、１２−２、１２−３、１２−４を互いに区別しない場合、それらをまとめて大気圧プラズマ１２と呼ぶ。
【００３８】
印加電極１、接地電極２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、印加電極１、接地電極２は絶縁体３を介して互いに対向して平行に配置され、印加電極１、接地電極２、絶縁体３を接地金属筐体４で覆うことで電極ユニット５を形成している。この時、印加電極１と接地電極２は互いに交互に配置され、更に印加電極１−１及び１−３の様に、接地電極に挟まれない印加電極においては、接地電極２と接地金属筐体４の間に配置される。
【００３９】
また、印加電極１と接地金属筐体４の距離をｈとし、ｈは印加電極１と接地金属筐体４との間には反応ガスに基づくプラズマが発生しない距離に設定する。
この時第一の実施形態と同様に印加電極１の短手方向の幅をｅ１、接地電極２の短手方向の幅をｅ２、印加電極１と接地電極２の距離をｔとする。
【００４０】
この時、電極ユニット５は試料１１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８より所望の反応ガスを供給し、また反応ガス排気口９より排気を行なうと、試料１１と前記電極ユニット５との間に形成される反応ガス流路に反応ガス流１０が流れることとなる。
また、印加電極１は、電力伝達線路７を通じて電源６に接続されており、接地電極２、及び接地金属筐体４は接地されている。
【００４１】
ここで、電源６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、インピーダンスマッチングを行なうインピーダンス整合器を内蔵する。
電源６から発生した電力は、電力伝達線路７を通じて印加電極１に印加され、印加電極１と接地電極２の間に局所的に高い電界を発生させ、電極ユニット５と試料１１の間に供給された反応ガスに基づく大気圧プラズマ１２を発生させる。この時、印加電極１と接地電極２はともに紙面に垂直な方向に長手方向を有する長尺電極であるため、大気圧プラズマ１２も紙面に垂直な方向に長手方向を有するライン状のプラズマが発生する。この時、大気圧プラズマ１２の短手方向の幅をＭとする。
【００４２】
大気圧プラズマ１２中で発生した活性種により試料１１の表面を加工、成膜、表面処理を行い、また電極ユニット５と試料１１を相対移動させることにより試料１１全面の加工、成膜、表面処理を行うことができる。
印加電極１、接地電極２は共に導体であり、前記印加電極１、接地電極２の幅ｅ1、及びｅ２を共にｅ1＝ｅ２＝１０［ｍｍ］、又印加電極１と接地電極２の距離をｔ＝４［ｍｍ］とする。
【００４３】
また、電極ユニット５の下面と試料１１の表面との距離をＧ＝５．４［ｍｍ］とし、絶縁体３は比誘電率εｒ＝９．６のアルミナとし、印加電極１と接地電極２の間の部分に高さ４．５ｍｍ、底辺６．０ｍｍの扇形状の窪みＫを設ける。
上記の構成において、印加電極１に周波数ｆ＝１３．５６［ＭＨｚ］の高周波電圧を１［ｋＶ］印加した場合の試料近傍の領域B部分の電界計算結果を図５に示す。また、プラズマ近傍の拡大図を図６に示す。
【００４４】
但し、図１中の３つある印加電極１の中央の印加電極１−２の中央をＸ＝０、Ｚ＝０［ｍｍ］とし、絶縁体３の下表面をＹ＝０平面とし、試料１１から電極ユニット５へ向かう方向をY軸の正方向にとった。
図５に示すように、印加電極１と接地電極２の間の絶縁体３の窪みＫの部分には最も大きな電界強度が発生し、窪みＫの部分から離れるに従って電界強度が小さくなっていることが分かる。
【００４５】
ここで、印加電極１に電圧を印加しプラズマ１２を発生させ、更に前記印加電圧を増加させた時のプラズマ１２の挙動について図６を用いて説明する。
印加電極１に対する印加電圧を大きくしていくと、まず第一に、最も大きな電界強度が発生している窪みＫの部分に反応ガスに応じた大気圧プラズマ１２が発生し、図６に示されるように、印加電極１−１、１−２、１−３と接地電極２−１、２−２の間に、紙面に垂直なライン状のプラズマ１２が４本発生する。大気圧プラズマ１２中で発生した活性種により試料１１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印加電極１に対する投入電力、即ち印加電圧を増加させると、窪みＫの部分以外にも大気圧プラズマ１２は拡大し、図６中に示されるようにプラズマ幅ＭはＭ１、Ｍ２へと増加する。
【００４６】
この時、従来技術においては投入電力の増加に伴いプラズマ幅Ｍは際限なく増加するが、本発明の場合、投入電力を増加させても図６中の領域Ｃ、及び領域Ｆに示されるような印加電極１の中心直下や接地電極２の中心直下にはプラズマ１２は拡大せず、また大気圧プラズマ１２−１、１２−４においても印加電極１−１、及び１−３の中心直下の領域には拡大しない。従って、大気圧プラズマ１２の幅Ｍは全て印加電極１と接地電極２の中心間距離（ｅ１＋ｅ２）／２＋ｔを超えないように制限されることとなり、従って、ｅ１、ｅ２、ｔを所望の値に設定することにより大気圧プラズマ１２が過度のストリーマ放電状態に移行することを防止することができ、強いては大気圧プラズマの気体温度の上昇が制限され、絶縁体３の下面が加熱され熱応力により前記絶縁体３が破損することを防止することができる。
【００４７】
また同様に、大気圧プラズマ１２の幅Ｍが制限されることから、プラズマ１２と接する絶縁体３の下面の表面積も制限され、絶縁体３の下表面の温度上昇も制限され、絶縁体３の破損を防止することができるのである。
上記は、共に投入電力の増加と共にプラズマ幅Ｍが際限なく増加する構造でなく、印加電極１と接地電極２の中心間距離（ｅ１＋ｅ２）／２＋ｔを超えないように制限される構造を有することに起因する。
【００４８】
ここで以下に、印加電極１と接地電極２は交互に配置され、更に印加電極１−１及び１−３のように接地電極２に挟まれない印加電極においては、接地電極１と接地金属筐体４の間に配置され、また前記印加電極１と前記接地金属筐体４の距離ｈを、印加電極１と前記接地金属筐体４との間に前記反応ガスに基づくプラズマが発生しない距離に設定することにより、印加電極1及び接地電極２の中心直下に大気圧プラズマ１２が拡大せず、プラズマ幅Ｍが印加電極１と接地電極２の中心間距離（ｅ１＋ｅ２）／２＋ｔを超えないように制限される理由について示す。
【００４９】
例えば、印加電極１−２から発生した電気力線は、紙面に向かって右側の領域においては印加電極１−２から接地電極２−２に向かい、逆に紙面に向かって左側の領域においては電気力線は印加電極１−２から接地電極２−１に向かうことになる。従って、印加電極１−２の中心直下の領域Ｆにおいては電気力線の向かう方向が接地電極２−１から接地電極２−２に変化する領域となり、前記領域では印加電極１−２から発生した電気力線が無限遠点にむかう領域となり、電気力線が印加電極から発生し接地電極で終端するような閉塞線でなくなるためプラズマが発生せず、印加電極１−２の中心直下までプラズマ幅が拡大しないのである。
【００５０】
これは、接地電極２−１、及び２−２の中心直下においても、接地電極と印加電極が入れ替わるのみで同様のことが当てはまる。
また、印加電極１−１の中心直下においても、印加電極１−１から発生した電気力線の向かう方向が、接地電極２−１から、接地金属筐体４に向かう方向へと変化する領域となり、同様に前記領域では印加電極１−１から発生した電気力線が無限遠点にむかう領域となり、電気力線が印加電極から発生し接地電極で終端するような閉塞線でなくなるため、プラズマが発生せず、印加電極１−１の中心直下までプラズマ幅が拡大しないのである。
【００５１】
また、印加電極１−１と接地金属筐体４の距離ｈは、印加電極１−１と接地金属筐体４との間に所望の反応ガスに基づくプラズマが発生しない距離に設定していることから、印加電極１−１と接地金属電極４との間にプラズマは発生せず、強いてはプラズマ１２−１のプラズマ幅は印加電極１と接地電極２の中心間距離（ｅ１＋ｅ２）／２＋ｔを超えないのである。
【００５２】
従って、投入電力を増加させ処理速度を増加させても、大気圧プラズマ１２の幅Ｍが制限されることとなり、大気圧プラズマ１２が過度のストリーマ放電状態に移行して絶縁体３の下面を加熱し、熱応力により絶縁体３を破損することを防止することができ、また同様に、プラズマ１２と接する絶縁体３の下面の表面積も制限され、絶縁体３の下表面の温度上昇も制限され、絶縁体３の破損を防止することができ、投入電力の限界値が高く、強いては最大処理速度が高くなる。
【００５３】
また、ここで印加電極１と接地金属筐体４との距離ｈの具体的な値については、印加電極１への最大印加電圧をVｍａｘ、所望の反応ガスのプラズマ発生電界強度をEminとすると、ｈは前述の式（１）を満たすものとする。
このようにすることで、印加電圧１への印加電圧を最大Ｖｍａｘに設定した場合においても、印加電極１と接地金属筐体４との間の電界強度は最大でもＶｍａｘ／ｈを超えず、所望の反応ガスのプラズマ発生電界強度Ｅｍｉｎを超えないことから前記印加電極１と接地金属筐体４との間にプラズマが発生しない状態を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第一の実施形態を示す構成図である。
【図２】試料近傍の電界計算結果を示す説明図である。
【図３】図１のプラズマ近傍の拡大図である。
【図４】第二の実施形態を示す構成説明図である。
【図５】試料近傍の電界計算結果を示す説明図である。
【図６】図４のプラズマ近傍の拡大図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置の電極浮上型高圧浮上電極の断面図を示す説明図である。
【図８】図７の装置の電界計算結果を示す説明図である。
【図９】図７のプラズマ近傍の拡大図である。
【符号の説明】
【００５５】
１−１  電圧印加電極
１−２  電圧印加電極
１−３  電圧印加電極
２−１  接地電極
２−２  接地電極
３  絶縁体
４  接地金属筐体
５  電極ユニット
６  電源
７  電力伝達線路
８  反応ガス供給口
９  反応ガス排気口
１０  反応ガス流
１１  試料
１２−１  大気圧プラズマ
１２−２  大気圧プラズマ
１２−３  大気圧プラズマ
１２−４  大気圧プラズマ
１０１  高圧反応ガス供給口
１０２  反応ガス排気口
１０３  内側電極
１０４−１  外側電極
１０４−２  外側電極
１０５  絶縁体
１０６  電力伝達線路開放端
１０７  試料台
１０８  試料
１０９  高圧プラズマ
１１０  反応ガス流
Ａ  領域
Ｂ  領域
Ｃ  領域
Ｄ  電極ユニットＨ１と試料１０８との間隔
Ｅｍｉｎ  反応ガスのプラズマ発生電界強度
ｅ１  印加電極１の短手方向の幅
ｅ２  接地電極２の短手方向の幅
Ｆ  領域
ｆ  周波数
Ｇ  電極ユニット５と試料１１との間隔
Ｈ１  電極浮上型高圧浮上電極
ｈ  印加電極１と接地金属筐体４の距離
Ｋ  窪み
Ｍ  プラズマ幅
Ｍ１  プラズマ幅
Ｍ２  プラズマ幅
ｔ  印加電極１と接地電極２の距離
Ｖｍａｘ  印加電極１への最大印加電圧
Ｗ  プラズマ幅
Ｗ１  プラズマ幅
Ｗ２  プラズマ幅
Ｗ３  プラズマ幅
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図８】
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【図９】
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