(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小な所望の範囲に設定できかつ高い処理効率にてプラズマ処理を行うことができる大気圧プラズマ発生方法と装置を提供する。【解決手段】両端が開口した反応容器２の一端２ａから不活性ガス５を供給し、反応容器２内の反応空間に高周波電界を印加して不活性ガス５をプラズマ化し、反応容器２の他端２ｂから不活性ガスプラズマ流６を吹き出し、この不活性ガスプラズマ流６の一側に隣接して一部重なるように反応性ガス流９を形成し、不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９が重なった境界部１０でガス混合を行って反応性ガス８をプラズマ化し、プラズマ化した反応性ガスを照射するようにした。【選択図】図１
2007305309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が開口した反応空間の一端開口から不活性ガスを供給し、反応空間に高周波電界を印加して不活性ガスをプラズマ化し、反応空間の他端開口からプラズマ化した不活性ガスを吹き出させる不活性ガスプラズマ化工程と、反応空間の他端開口の近傍に反応性ガスを供給してプラズマ化した不活性ガスと混合させる反応性ガス混合工程とを備えた大気圧プラズマ発生方法において、プラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域の一側に一部重なるように反応性ガスの供給領域を形成して両領域が重なった境界部でガス混合を行って反応性ガスをプラズマ化することを特徴とする大気圧プラズマ発生方法。
【請求項２】
プラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域と反応性ガスの供給領域の境界部における両ガスの混合領域の大きさを変化させることを特徴とする請求項１記載の大気圧プラズマ発生方法。
【請求項３】
プラズマ化した不活性ガスの吹き出し方向と反応性ガスの供給方向の交差角を変化させてプラズマ化した不活性ガスと反応性ガスの混合領域の大きさを変化させることを特徴とする請求項２記載の大気圧プラズマ発生方法。
【請求項４】
プラズマ化した不活性ガスの吹き出し流量と反応性ガスの供給流量の何れか一方又は両方を変化させてプラズマ化した不活性ガスと反応性ガスの混合領域の大きさを変化させることを特徴とする請求項２記載の大気圧プラズマ発生方法。
【請求項５】
不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、キセノン、ネオン、窒素、又はこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の大気圧プラズマ発生方法。
【請求項６】
反応性ガスは、エッチング処理用のガスであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の大気圧プラズマ発生方法。
【請求項７】
反応性ガスは、成膜処理用のガスであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の大気圧プラズマ発生方法。
【請求項８】
両端が開口した反応空間を形成する絶縁体から成る反応容器と、反応空間の一端開口に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、反応空間に高周波電界を印加する高周波電源と、反応空間の他端開口の近傍に反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段とを備えた大気圧プラズマ発生装置において、反応性ガス供給手段は反応空間の側部に配設した供給通路の先端から反応性ガスを吹き出して供給するように構成するとともに、その供給通路を、反応空間の他端開口から吹き出したプラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域に対して反応性ガスの供給領域がそれらの境界部で互いに重なるように配設したことを特徴とする大気圧プラズマ発生装置。
【請求項９】
反応性ガス供給手段の供給通路を、反応容器の側部に配設した供給筒体にて構成するとともに、反応空間の軸線に対する供給筒体の傾斜角を変更する角度変更手段を設けたことを特徴とする請求項８記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項１０】
記憶部に記憶されたプログラムに従って反応空間の軸線に対する供給筒体の傾斜角を変更させるように角度変更手段を制御する制御部を設けたことを特徴とする請求項９記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項１１】
不活性ガス供給手段による不活性ガスの供給量を制御する不活性ガス供給制御手段と、反応性ガス供給手段による反応性ガスの供給量を制御する反応性ガス供給制御手段とを設けたことを特徴とする請求項８記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項１２】
記憶部に記憶されたプログラムに従って不活性ガス供給制御手段と反応性ガス供給制御手段の何れか一方又は両方を制御する制御部を設けたことを特徴とする請求項１１記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項１３】
請求項８〜１２の何れかに記載の大気圧プラズマ発生装置を、ロボット装置のＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能な可動ヘッドに搭載したことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧プラズマ発生方法及び装置に関し、特に大気圧プラズマによる処理領域を微小領域に設定することができる大気圧プラズマの発生方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気圧近傍（圧力では、５００〜１５００ｍｍＨｇの範囲）で不活性ガスをプラズマ化し、発生した不活性ガスのラジカルによって反応性ガスをプラズマ化して、表面改質、エッチング、成膜等のプラズマ処理を行う大気圧プラズマ発生装置においては、最初から不活性ガスと反応性ガスを所定の割合で混合して筒状の反応容器の一端に供給し、その反応容器に高周波電界を印加し、反応容器の他端から吹き出したプラズマ化したガスを被処理物に照射して処理を行うようにしたものが通例であった。
【０００３】
また、図１０（ａ）に示すように、筒状の反応容器４１の周囲にコイル状のアンテナ４２を配設し、アンテナ４２に高周波電源４３から高周波電圧を印加するとともに、反応容器４１の一端からガスＧを供給することで反応容器４１の他端からプラズマＰを吹き出すようにした大気圧プラズマ発生装置において、図１０（ｂ）に示すように、反応容器４１の一端から不活性ガス４４を供給し、反応容器４１の他端からプラズマ化した不活性ガスを吹き出させるようにするとともに、反応容器４１の他端開口の周囲空間を取り囲む混合ユニット４５を配設し、混合ユニット４５内に反応性ガス４６を供給することで、プラズマ化した不活性ガスの周囲から反応性ガス４６を混合し、反応性ガス４６をプラズマ化して照射するようにしたものが知られている。
【０００４】
また、図１１（ａ）に示すように、基板５１上に波状形態のアンテナ５２を配設し、アンテナ５２の近傍に放電管５３を配設し、放電管５３の一端からガスＧを供給するとともに、高周波電源（図示せず）からアンテナ５２に対してＶＨＦ帯（３０〜５００ＭＨｚ）の高周波電力を供給することによって、大気圧にて小電力でプラズマＰを発生して吹き出すようにした大気圧プラズマ発生装置においても、図１１（ｂ）に示すように、放電管５３の一端から不活性ガスを供給し、放電管５３の他端からプラズマ化した不活性ガスを吹き出させるようにするとともに、放電管５３の他端開口の周囲空間を取り囲む混合ユニット５５を配設し、混合ユニット５５内に反応性ガス５６を供給することで、プラズマ化した不活性ガスの周囲から反応性ガス５６を混合し、反応性ガス５６をプラズマ化して照射するようにしたものが知られている。
【０００５】
また、図１２に示すように、外側電極６１と中心電極６２を同心円状に配設するとともに、外側電極６１の内周に接して円筒状絶縁体６３を配設し、円筒状絶縁体６３と中心電極６２との間の空間に不活性ガス６４を供給するとともに外側電極６１と中心電極６２間に高周波電源６５から高周波電圧を印加することで不活性ガス６４をプラズマ化し、かつ中心電極６２を中空状にして反応性ガス６６を供給し、中心電極６２内から吹き出した反応性ガス６６と周囲のプラズマ化した不活性ガス６７とを混合させることで、中心電極６２内から吹き出した反応性ガス６６の吹き出し領域でプラズマ処理を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照) 。図１２において、６８は被処理物、６９はホルダーである。
【特許文献１】特開平６−２５１８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、最初から不活性ガスと反応性ガスを所定の割合で混合して反応容器に供給するようにした大気圧プラズマ発生装置では、処理領域の大きさが反応容器の断面積の大きさに依存してしまうため、微細な領域のみにプラズマを照射して処理することができないという問題があった。また、不活性ガスと反応性ガスの混合ガスをプラズマ化するので、不活性ガスのみをプラズマ化するよりも大きなパワーの高周波電源が必要になるという問題があり、さらにプラズマを発生させるためには反応性ガスの濃度を高くできないので、プラズマ化した反応性ガスの密度を高くすることができず、処理速度が低いという問題があった。
【０００７】
また、図１０（ｂ）や図１１（ｂ）に示したように、不活性ガス４４、５４をプラズマ化して吹き出し、プラズマ化した不活性ガスの周囲から反応性ガス４６、５６を混合するようにした大気圧プラズマ発生装置でも、図１０（ｃ）や図１１（ｃ）に示すように、反応性ガス４６、５６がプラズマ化する領域４８、５８は、反応容器４１や放電管５３からの不活性ガスプラズマの吹き出し領域に対応し、プラズマ化した反応性ガスによる処理領域の大きさは反応容器４１や放電管５３の断面積の大きさに依存してしまうため、微細な領域のみにプラズマを照射して処理することができないという問題があった。また、プラズマ化した不活性ガスに反応性ガスを十分に混合させるためには混合ユニット４５、５５内のプラズマ吹き出し方向のスペースを十分に大きくする必要があり、そうすると広いスペースで不活性ガスと反応性ガスがランダムに混合することになって、混合したガスの領域が広がって領域を制御することができないという問題があり、さらにプラズマ化したガスの寿命は短く、混合ユニット４５、５５のスペースが大きくなると、反応容器４１や放電管５３から被処理物４７、５７までの距離が大きくなり、被処理面でのプラズマ密度が急速に小さくなり、処理効率が大きく低下してしまうという問題もある。
【０００８】
さらに、図１２に示したように、プラズマ化した不活性ガス６７の中心部に反応性ガス６６を供給するようにした大気圧プラズマ発生装置では、具体例として反応性ガス６６を供給する中心電極６２の内径が０．３ｍｍ、外側電極６１の内径が１ｍｍの例が示されているが、このような微細な構造の電極６１、６２を精度良く製作して同心円状に配設するのは困難であるという問題があり、また中心電極６２から供給された反応性ガス６６が周囲のプラズマ化した不活性ガス６７と混合するには中心電極６２の端から被処理物６８までの距離Ｈを十分にとる必要があり、そうすると反応性ガス６６がプラズマ化する間に広がり、微小領域より広がった範囲がプラズマ化した反応性ガスで処理され、処理領域を制御することができないという問題があり、さらに距離Ｈを大きくすると、上記のように被処理面でのプラズマ密度が急速に小さくなり、処理効率が大きく低下してしまうという問題もある。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小範囲を含む所望の範囲に設定できかつ高い処理効率にてプラズマ処理を行うことが可能な大気圧プラズマ発生方法及び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】
【００１０】
本発明の大気圧プラズマ発生方法は、両端が開口した反応空間の一端開口から不活性ガスを供給し、反応空間に高周波電界を印加して不活性ガスをプラズマ化し、反応空間の他端開口からプラズマ化した不活性ガスを吹き出させる不活性ガスプラズマ化工程と、反応空間の他端開口の近傍に反応性ガスを供給してプラズマ化した不活性ガスと混合させる反応性ガス混合工程とを備えた大気圧プラズマ発生方法において、プラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域の一側に一部重なるように反応性ガスの供給領域を形成して両領域が重なった境界部でガス混合を行って反応性ガスをプラズマ化するものである。なお、プラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域や反応性ガスの供給領域の形状は、プラズマ処理領域の大きさや処理条件等によって円形や三角形以上の多角形など任意に設定すればよい。
【００１１】
この構成によれば、プラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域の一側に一部重なるように反応性ガスを供給して両領域が重なった境界部でガス混合を行うことで、境界部の限定された領域で反応性ガスをプラズマ化するので、不活性ガスの吹き出し領域と反応性ガスの供給領域の境界部の大きさに応じてプラズマ化した反応性ガスの照射領域を所望の範囲に設定することができ、またプラズマ化した反応性ガスをそのまま直ちに被処理物に照射することができるので高い処理効率にてプラズマ処理することができ、したがってプラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定できかつ高い処理効率にてプラズマ処理を行うことができる。
【００１２】
また、プラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域と反応性ガスの供給領域の境界部における両ガスの混合領域の大きさを変化させると、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を変化させ、プラズマ処理の範囲を変化させることができる。
【００１３】
また、プラズマ化した不活性ガスの吹き出し方向と反応性ガスの供給方向の交差角を変化させてプラズマ化した不活性ガスと反応性ガスの混合領域の大きさを変化させると、簡単かつ確実に混合領域の大きさを変化させ、プラズマの照射領域を変化させてプラズマ処理の範囲を任意に変化させることができる。
【００１４】
また、プラズマ化した不活性ガスの吹き出し流量と反応性ガスの供給流量の何れか一方又は両方を変化させてプラズマ化した不活性ガスと反応性ガスの混合領域の大きさを変化させることもできる。
【００１５】
また、不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、キセノン、ネオン、窒素、又はこれらの混合ガスを用いるのが好適である。また、反応性ガスとしては、エッチング処理用のガスや、成膜処理用のガスを適用することができる。エッチング処理用ガスとしては、一般的に酸素ガスが用いられるが、Ｓｉ、ＳｉＯ2 、有機材料等のエッチングにはＣＦ4 、ＣＣｌ4 、ＮＦ3 などのハロゲンを含む気体が用いられる。また、成膜処理用ガスとしては、炭素薄膜を成膜する場合は、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ2 などの炭化水素が用いられ、珪素薄膜を成膜する場合は、トリメトキシシラン・ＴＥＯＳ等の有機珪素や、適切に排ガス処理できる場合はＳｉＨ4 などが用いられ、その他各種金属を含有する金属有機化合物、金属−ハロゲン化合物、金属−水素化合物、金属アルコキシドなどの気体材料が用いられる。
【００１６】
また、本発明の大気圧プラズマ発生装置は、両端が開口した反応空間を形成する絶縁体から成る反応容器と、反応空間の一端開口に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、反応空間に高周波電界を印加する高周波電源と、反応空間の他端開口の近傍に反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段とを備えた大気圧プラズマ発生装置において、反応性ガス供給手段は反応空間の側部に配設した供給通路の先端から反応性ガスを吹き出して供給するように構成するとともに、その供給通路を、反応空間の他端開口から吹き出したプラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域に対して反応性ガスの供給領域がそれらの境界部で互いに重なるように配設したものである。
【００１７】
この構成によると、反応空間に対して供給通路を適切に配設して、上記大気圧プラズマ発生方法を実施することで、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定できかつ高い処理効率にてプラズマ処理を行うことができる。
【００１８】
また、反応性ガス供給手段の供給通路を、反応容器の側部に配設した供給筒体にて構成するとともに、反応空間の軸線に対する供給筒体の傾斜角を変更する角度変更手段を設けると、供給筒体の傾斜角を変更することで、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を変化させ、プラズマ処理の範囲を変化させることができる。
【００１９】
また、記憶部に記憶されたプログラムに従って反応空間の軸線に対する供給筒体の傾斜角を変更させるように角度変更手段を制御する制御部を設けると、制御部に予めプログラムを記憶させておくことで、任意に設定した所望の範囲に対するプラズマ処理を自動的に行うことができる。
【００２０】
また、不活性ガス供給手段による不活性ガスの供給量を制御する不活性ガス供給制御手段と、反応性ガス供給手段による反応性ガスの供給量を制御する反応性ガス供給制御手段とを設けても、ガスの供給量を変更することで、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を変化させ、プラズマ処理の範囲を変化させることができる。
【００２１】
また、記憶部に記憶されたプログラムに従って不活性ガス供給制御手段と反応性ガス供給制御手段の何れか一方又は両方を制御する制御部を設けると、制御部に予めプログラムを記憶させておくことで、任意に設定した所望の範囲に対するプラズマ処理を自動的に行うことができる。
【００２２】
また、以上の大気圧プラズマ発生装置を、ロボット装置のＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能な可動ヘッドに搭載すると、コンパクトで極めて汎用性の高いプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の大気圧プラズマ発生方法及び装置によれば、プラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域の一側に隣接させて反応性ガスを供給し、それらの境界部でガス混合を行って反応性ガスをプラズマ化するので、境界部の大きさに応じて、プラズマ化した反応性ガスの照射領域が設定され、またプラズマ化した反応性ガスが直ちに被処理物に照射されるので高いプラズマ処理効率が得られ、したがってプラズマ処理領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定できかつ高い処理効率を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の大気圧プラズマ発生装置の各実施形態について、図１〜図９を参照しながら説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
まず、本発明の大気圧プラズマ発生装置の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態の大気圧プラズマ発生装置１は、図１（ａ）に示すように、絶縁体から成るとともに、断面円形の反応空間を形成する円筒状の反応容器２の周囲にコイル状のアンテナ３を配設し、アンテナ３に高周波電源４から高周波電圧を印加して反応空間に高周波電界を印加し、反応容器２の一端２ａからガスＧを供給することで、反応容器２の他端２ｂからプラズマＰを吹き出す構成を、プラズマ発生部の基本構成とするものである。
【００２７】
本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、反応容器２の一端２ａに不活性ガス供給手段（図示せず）にて不活性ガス５を供給し、反応容器２の他端２ｂから不活性ガスがプラズマ化した不活性ガスプラズマ流６を吹き出すように構成されている。その反応容器２の一側に、反応性ガス供給手段（図示せず）に接続された供給筒体７が配設され、供給筒体７内の供給通路を通して反応容器２の他端２ｂから吹き出している不活性ガスプラズマ流６の一側に向けて反応性ガス８を供給するように構成されている。供給筒体７は、反応容器２の軸線に対して角度θだけ傾斜させて配設され、この供給筒体７から吹き出した反応性ガス流９がその流れ方向先端側で不活性ガスプラズマ流６と接触して一部が重なり、不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９が重なった境界部１０が形成されるように構成されている。
【００２８】
このように不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９の一部が重なる境界部１０が形成された位置で、これらの不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９を被処理物１１に照射することで、図１（ｃ）に示すように、被処理物１１の表面では、プラズマ化した不活性ガスが供給されるプラズマ供給領域６Ａと反応性ガスが供給される反応性ガス供給領域９Ａとが境界領域１０Ａで重なり合い、その境界領域１０Ａでプラズマ化した不活性ガスと反応性ガスが混合して反応性ガスがプラズマ化し、このプラズマ化した反応性ガスによって被処理物１１の表面がプラズマ処理される。
【００２９】
本実施形態によれば、不活性ガスプラズマ流６の一側に一部重なるように反応性ガス流９を形成し、これら不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９が重なった境界部１０でガスが混合されるようにしているので、その境界部１０で反応性ガスがプラズマ化し、このプラズマ化した反応性ガスが被処理物１１の境界領域１０Ａに照射されることでプラズマ処理がなされる。そのため、反応容器２に対して供給筒体７を適切に配設し、プラズマ化した不活性ガスが供給されるプラズマ供給領域６Ａと反応性ガスが供給される反応性ガス供給領域９Ａの境界領域１０Ａの大きさを任意に設定することで、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定することができる。また、プラズマ化した反応性ガスがそのまま直ちに被処理物１１に照射されるので、高い処理効率にてプラズマ処理を行うことができる。したがって、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定できかつ高い処理効率にてプラズマ処理を行うことができる。
【００３０】
なお、以上の説明では反応容器２の断面形状として円形の例を示したが、四角形やそれ以上の多角形であっても良く、また供給筒体７の断面形状も円形の例を示したが、三角形や四角形以上の多角形であっても良い。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の大気圧プラズマ発生装置の第２の実施形態について、図２を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と共通の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。
【００３２】
本実施形態の大気圧プラズマ発生装置１は、図２（ａ）に示すように、所定の反応空間１２を挟んでその両側に誘電体１３を介して一対の電極１４ａ、１４ｂを配設し、電極１４ａ、１４ｂ間に高周波電源４から高周波電圧を印加し、反応空間１２の一端からガスＧを供給することで、反応空間１２の他端からプラズマＰを吹き出す構成を、プラズマ発生部の基本構成とするものである。
【００３３】
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、断面形状が長方形の反応空間１２を内部に有するとともに、その対向する長側壁に一対の電極（図示せず）を内蔵した反応容器１５を構成し、この反応容器１５の一端１５ａから不活性ガス５を供給し、一対の電極（図示せず）間に高周波電圧を印加することで反応容器１５の他端１５ｂから不活性ガスプラズマ流６を吹き出すように構成されている。反応容器１５の他端１５ｂの一側方に、反応性ガス供給手段（図示せず）に接続された供給ダクト１６が配設されている。供給ダクト１６は、反応容器１５とほぼ同じ幅で、反応容器１５の他端１５ｂの近傍に位置する先端部に不活性ガスプラズマ流６に沿うように屈曲された吹き出し口１６ａを有しており、図２（ｃ）に示すように、この供給ダクト１６内の供給通路を通して、反応容器１５の他端１５ｂから吹き出している不活性ガスプラズマ流６の一側に向けて反応性ガス８を供給するように構成されている。供給ダクト１６の吹き出し口１６ａは、反応容器２の軸線に対して適当角度傾斜させて形成され、この吹き出し口１６ａから吹き出した反応性ガス流９がその流れ方向先端側で不活性ガスプラズマ流６と接触して一部が重なり、不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９が重なった境界部１０が形成されるように構成されている。
【００３４】
本実施形態においても、不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９の一部が重なる境界部１０が形成された位置で、これらの不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９を被処理物１１に照射することで、図２（ｄ）に示すように、被処理物１１の表面では、プラズマ化した不活性ガスが供給されるプラズマ供給領域６Ａと反応性ガスが供給される反応性ガス供給領域９Ａとが境界領域１０Ａで重なり合い、その境界領域１０Ａでプラズマ化した不活性ガスと反応性ガスが混合して反応性ガスがプラズマ化し、このプラズマ化した反応性ガスによって被処理物１１の表面がプラズマ処理される。
【００３５】
かくして、第１の実施形態と同様に、吹き出し口１６ａの位置と傾斜角を適切に設定し、プラズマ化した不活性ガスが供給されるプラズマ供給領域６Ａと反応性ガスが供給される反応性ガス供給領域９Ａの境界領域１０Ａの大きさを任意に設定することで、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定することができ、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定できかつ高い処理効率にてプラズマ処理を行うことができる。
【００３６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図３〜図５を参照して説明する。
【００３７】
本実施形態の大気圧プラズマ発生装置１は、図３（ａ）に示すように、基板１７と、基板１７上に配設された波状形態のアンテナ１８と、アンテナ１８の近傍に配設された反応空間１９とを備え、反応空間１９の一端からガスＧを供給するとともに、アンテナ１８にＶＨＦ帯の高周波電圧を印加することによって、大気圧にて小電力で反応空間１９内にプラズマＰを生成させ、反応空間１９の他端からプラズマＰを吹き出す構成を、プラズマ発生部の基本構成とするものである。
【００３８】
本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、基板１７に設けられた反応空間１９の一端１９ａに不活性ガス供給手段（図示せず）にて不活性ガス５を供給し、反応空間１９の他端１９ｂから不活性ガスがプラズマ化した不活性ガスプラズマ流６を吹き出すように構成されている。基板１７のアンテナ１８が配設された外面近傍に反応空間１９に沿うように、反応性ガス供給手段（図示せず）に接続された供給筒体７が配設され、供給筒体７内の供給通路を通して反応空間１９から吹き出している不活性ガスプラズマ流６の一側に向けて反応性ガス８を供給するように構成されている。供給筒体７は、反応空間１９の軸線に対して角度θだけ傾斜させて配設され、この供給筒体７から吹き出した反応性ガス流９がその流れ方向先端側で不活性ガスプラズマ流６と接触して一部が重なり、不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９が重なった境界部１０が形成されるように構成されている。
【００３９】
本実施形態においても、上記実施形態と同様に不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９が重なった境界部１０で、プラズマ化した不活性ガスと反応性ガスが混合して反応性ガスがプラズマ化し、このプラズマ化した反応性ガスが直ちに被処理物１１の表面に照射されてプラズマ処理され、かつ供給筒体７の傾斜角θを適切に設定することで、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定することができる。したがって、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定できかつ高い処理効率にてプラズマ処理を行うことができる。
【００４０】
図３に示した例では、アンテナ１８を表面に設けた基板１７に、反応空間１９を設けた例を示したが、図４に示すように、基板１７側に反応性ガス８を供給する供給通路２０を設け、基板１７のアンテナ１８が配設された外面近傍に反応容器２を配設し、この反応容器２の一端２ａに不活性ガス５を供給し、反応容器２の他端２ｂから不活性ガスプラズマ流６を吹き出し、供給通路２０から吹き出した反応性ガス流９と境界部１０で重なるように構成しても良い。また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、基板１７に反応空間１９と供給通路２０の両方を配設した構成とすることもできる。
【００４１】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図６〜図８を参照して説明する。
【００４２】
本実施形態においては、図６に示すように、不活性ガス５をプラズマ化して不活性ガスプラズマ流６を吹きだす反応容器２を、熱伝導性の高い絶縁材料から成る放熱部材２１の一側面２１ａに近接して内蔵させて配置している。２２は、反応容器２の外周に配設されたアンテナ（図示せず）に高周波電力を供給するケーブルである。放熱部材２１の一側面２１ａの近傍に反応容器２に沿うように反応性ガス８を吹き出す供給筒体７が配設されている。供給筒体７は、反応容器２の他端２ｂの近傍に位置する吹き出し端部が、枢支部２３にて不活性ガスプラズマ流６に対する傾斜角θを変更できるように放熱部材２１の一側面２１ａに揺動可能に取付けられている。また、供給筒体７は減速手段２４を介して回転手段２５に連結されており、回転手段２５の回転位置を位置検出手段２６で検出して供給筒体７の傾斜角θを任意に変更できるように構成されている。
【００４３】
次に、以上の構成の大気圧プラズマ発生装置１の制御構成を、図７を参照して説明する。供給筒体７の傾斜角θを制御する傾斜角制御手段２７は、回転手段２５の回転位置を位置検出手段２６で検出し、検出した回転位置に基づいて駆動手段２８にて回転手段２５を駆動するように構成されている。反応容器２に不活性ガス５を供給する不活性ガス供給制御手段２９は、不活性ガス供給部３０から供給される不活性ガス５の流量を流量制御手段３１で制御するように構成されている。供給筒体７に反応性ガス８を供給する反応性ガス供給制御手段３２は、反応性ガス供給部３３から供給される反応性ガス８の流量を流量制御手段３４で制御するように構成されている。駆動手段２８、高周波電源４、流量制御手段３１、３４は、制御部３５によって記憶部３６に予め記憶された動作プログラムに基づいて統括制御される。
【００４４】
本実施形態によれば、供給筒体７の傾斜角θを傾斜角制御手段２７によって任意に変更することができるので、例えば図８（ａ）に示すように、供給筒体７が小さい傾斜角θ１で傾斜されて不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９が重なる境界部１０が小さく形成され、図８（ｂ）に示すように、被処理物１１の表面におけるプラズマ供給領域６Ａと反応性ガス供給領域９Ａの境界領域１０Ａの大きさが小さい状態から、図８（ｃ）に示すように、供給筒体７が大きい傾斜角θ２で傾斜されて不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９が重なる境界部１０が大きく形成され、図８（ｄ）に示すように、被処理物１１の表面におけるプラズマ供給領域６Ａと反応性ガス供給領域９Ａの境界領域１０Ａの大きさが大きい状態に変化させる等、プラズマ化した反応性ガスの照射領域である境界領域１０Ａを微小な範囲を含めて所望の範囲に任意に変化させ、プラズマ処理の範囲を変化させることができる。
【００４５】
さらに、制御部３５にて記憶部３６に記憶されたプログラムに従って傾斜角制御手段２７を動作制御して供給筒体７の傾斜角θを変更させることで、任意に設定した所望の範囲に対するプラズマ処理を自動的に行うことができる。
【００４６】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について、図９を参照して説明する。
【００４７】
本実施形態においては、上記第４の実施形態の供給筒体７の傾斜角θの変更に加えて、若しくは単独で、図９（ａ）に示すように、供給する反応性ガス８の流量Ｖを変更することで、不活性ガスプラズマ流６と反応性ガス流９が重なる境界部１０の大きさを変化させるようにしている。
【００４８】
本実施形態によれば、例えば図９（ｂ）に示すように、反応性ガス８の流量ＶがＶ１と小さく、被処理物１１の表面におけるプラズマ供給領域６Ａと反応性ガス供給領域９Ａの境界領域１０Ａの大きさが小さい状態から、図９（ｃ）に示すように、反応性ガス８の流量ＶをＶ２と大きくすることで、被処理物１１の表面におけるプラズマ供給領域６Ａと反応性ガス供給領域９Ａの境界領域１０Ａの大きさが大きい状態に変化させることができる等、不活性ガス５や反応性ガス８の供給量を変更することで、プラズマ化した反応性ガスの照射領域である境界領域１０Ａの大きさを変化させ、プラズマ処理の範囲を変化させることができる。
【００４９】
また、制御部３５にて記憶部３６に記憶されたプログラムに従って不活性ガス供給制御手段２９と反応性ガス供給制御手段３２の何れか一方又は両方を制御することで、任意に設定した所望の範囲に対するプラズマ処理を自動的に行うことができる。
【００５０】
以上の各実施形態の大気圧プラズマ発生装置１は、コンパクトな構成であるので、ロボット装置のＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能な可動ヘッドに容易に搭載することができ、そうすることで各種被処理物の任意の部位や領域、特に微細な領域のプラズマ処理を精度良くかつ効率的に行うことができるので、コンパクトで極めて汎用性の高いプラズマ処理装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の大気圧プラズマ発生方法及び装置によれば、プラズマ化した不活性ガスの吹き出し領域とその一側の反応性ガス供給領域の境界部でガス混合を行って反応性ガスをプラズマ化するので、プラズマ化した反応性ガスの照射領域を特定でき、またプラズマ化した反応性ガスが直ちに被処理物に照射されるので高いプラズマ処理効率が得られ、したがってプラズマ処理領域を微小な範囲を含めて所望の範囲に設定できかつ高い処理効率を確保することができるので、所要箇所を精度良くプラズマ処理する大気圧プラズマ発生装置、特に三次元ロボット装置に搭載する小型の大気圧プラズマ発生装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の大気圧プラズマ発生装置の第１の実施形態を示し、（ａ）はプラズマ発生部の基本構成を示す斜視図、（ｂ）は全体概略構成を示す正面図、（ｃ）は作用状態の説明図。
【図２】本発明の大気圧プラズマ発生装置の第２の実施形態を示し、（ａ）はプラズマ発生部の基本構成を示す斜視図、（ｂ）は全体概略構成を示す斜視図、（ｃ）は同正面図、（ｄ）は作用状態の説明図。
【図３】本発明の大気圧プラズマ発生装置の第３の実施形態を示し、（ａ）はプラズマ発生部の基本構成を示す斜視図、（ｂ）は全体概略構成を示す正面図。
【図４】同実施形態の変形例の全体概略構成を示す正面図。
【図５】同実施形態の他の変形例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図６】本発明の大気圧プラズマ発生装置の第４の実施形態を示し、（ａ）は全体概略構成を示す斜視図、（ｂ）は要部の正面図。
【図７】同実施形態の制御装置の構成を示すブロック図。
【図８】同実施形態の作用説明図で、（ａ）は一状態の正面図、（ｂ）は同作用状態の説明図、（ｃ）は他の状態の正面図、（ｄ）は同作用状態の説明図。
【図９】本発明の大気圧プラズマ発生装置の第５の実施形態を示し、（ａ）は全体概略構成を示す正面図、（ｂ）は一作用状態の説明図、（ｃ）は他の作用状態の説明図。
【図１０】第１の従来例の大気圧プラズマ発生装置を示し、（ａ）はプラズマ発生部の基本構成を示す斜視図、（ｂ）は全体概略構成を示す正面図、（ｃ）は作用状態の説明図。
【図１１】第２の従来例の大気圧プラズマ発生装置を示し、（ａ）はプラズマ発生部の基本構成を示す斜視図、（ｂ）は全体概略構成を示す正面図、（ｃ）は作用状態の説明図。
【図１２】第３の従来例の大気圧プラズマ発生装置の縦断正面図。
【符号の説明】
【００５３】
１  大気圧プラズマ発生装置
２  反応容器
２ａ  一端
２ｂ  他端
４  高周波電源
５  不活性ガス
６  不活性ガスプラズマ流
６Ａ  プラズマ供給領域
７  供給筒体
８  反応性ガス
９  反応性ガス流
９Ａ  反応性ガス供給領域
１０  境界部
１０Ａ  境界領域
１５  反応容器
１６  供給ダクト
１９  反応空間
２０  供給通路
２９  不活性ガス供給制御手段
３２  反応性ガス供給制御手段
３５  制御部
３６  記憶部
【図１】
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【図２】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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