(57)【要約】【課題】誘電体バリア放電方式の放電部の耐久性を向上させる。【解決手段】プラズマ処理装置は、誘電体バリア放電方式のプラズマ源の近傍に、コロナ放電方式のプラズマ源を設置し、コロナ放電によって生成されるプラズマを補助プラズマとして用いて、誘電体バリア放電によって生成される主プラズマの放電維持電圧を低下させる。【選択図】図１Ａ
2012119123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の高周波電源と放電用の第１の電極とを有し、補助プラズマを生成する補助プラズマ源と、
第２の高周波電源と放電用の第２の電極とを有し、主プラズマを生成する主プラズマ源とを備え、
前記補助プラズマ源の第１の電極は、前記主プラズマ源のプラズマ生成領域の近傍に配置されており、
前記第１の高周波電源の周波数は前記第２の高周波電源の周波数よりも高い
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記主プラズマ源は、
前記第２の電極と、該第２の電極を覆う誘電体膜とを有する放電プレートを備え、誘電体バリア放電を行うプラズマ源である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記補助プラズマ源は、
前記第１の電極を構成する一対の対向電極間にコロナ放電を生ずるコロナ放電方式のプラズマ源である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記主プラズマ源は、誘電体バリア放電を行うプラズマ源であり、
前記補助プラズマ源は、コロナ放電方式のプラズマ源であり、
前記誘電体バリア放電が発生するタイミングで、常に前記コロナ放電が存在しそれによる荷電粒子や励起状態の粒子を連続して前記主プラズマ源に供給する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記第２の電極は、一対の櫛形状を有しており、該第２の電極を誘電体膜で覆うことにより平板型の放電プレートが構成されており、
前記第２の電極を覆う前記誘電体膜上のプラズマ生成領域の近傍に、前記補助プラズマ源の第１の電極を構成する一対の対向電極が配置されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記誘電体バリア放電のための放電部が、円筒状の金属からなる基板電極を有し、
該基板電極の表面は誘電体層でコーティングされ、
該誘電体層の上に螺旋状電極を巻き付けた構成である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１において、
２対の電極を誘電体膜で覆った平板型の放電プレートを備えており、
一方の一対の前記電極に前記第１の高周波電源が接続されて前記補助プラズマ源を構成し、
他方の一対の前記電極に前記第２の高周波電源が接続されて前記主プラズマ源を構成している
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記補助プラズマ源は、前記第１の電極として、第１の誘電体の内部に設置された電極と前記第１の誘電体の表面に設置された電極からなる、前記第１の電極を備えており、
前記主プラズマ源は、第２の電極として、第２の誘電体に埋め込まれた平面状の複数の分割電極と、前記第２の誘電体の表面に設置された櫛形状の電極を備えており、前記第２の誘電体に設置された電極の形状に沿って、前記主プラズマが生成される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記第２の高周波電源と前記各分割電極との間に設けられた電力分配機を備えており、
前記主プラズマ源の放電部は、前記電力分配機により、プラズマ生成領域が分割制御される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記主プラズマ源の放電部は、
前記第２の電極が、誘電体膜で覆われた一対の対向する平板型の放電プレートで構成されており、
前記一対の対向する平板型の放電プレートのプラズマ生成領域の近傍に、前記補助プラズマ源の第１の電極を構成する一対の対向電極が配置されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記補助プラズマ及び前記主プラズマの各プラズマ生成領域は、大気圧雰囲気である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項４において、
プラズマ生成のためのガスを供給する手段を備え、
前記ガスの流れの上流側に前記コロナ放電方式の前記補助プラズマ源が設置され、
前記ガスの流れの下流側に前記誘電体バリア放電方式の主プラズマ源が設置され、
さらにその下流側に、被処理体が設置される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
第１の高周波電源と放電用の第１の電極とを有し、補助プラズマを生成する補助プラズマ源と、
第２の高周波電源と放電用の第２の電極とを有し、主プラズマを生成する主プラズマ源とを備え、
前記補助プラズマ源の第１の電極は、前記主プラズマ源のプラズマ生成領域の近傍に配置されており、
前記補助プラズマの体積は前記主プラズマの体積の１／１０以下である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第１の高周波電源の周波数は前記第２の高周波電源の周波数よりも高く、
前記第１の高周波電源の電力は、前記第２の高周波電源の電力の１／１０以下である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記主プラズマ源は、
前記第２の電極と、該第２の電極を覆う誘電体膜とを有する放電プレートを備え、誘電体バリア放電を行うプラズマ源であり、
前記補助プラズマ源は、
前記第１の電極を構成する一対の対向電極間にコロナ放電を生ずるコロナ放電方式のプラズマ源である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記補助プラズマ及び前記主プラズマの各プラズマ生成領域は、大気圧雰囲気であり、
前記誘電体バリア放電が発生するタイミングで、常に前記コロナ放電が存在しそれによるイオン、電子などの荷電粒子や励起状態の粒子を連続して前記主プラズマ源に供給する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
第１の高周波電源と放電用の第１の電極とを有し、補助プラズマを生成する補助プラズマ源と、
第２の高周波電源と放電用の第２の電極とを有し、主プラズマを生成する主プラズマ源とを備え、
前記補助プラズマ源の第１の電極は、前記主プラズマ源のプラズマ生成領域の近傍に配置されており、
前記補助プラズマと前記主プラズマの２つのプラズマ間は、前記補助プラズマにより発生した荷電粒子や励起状態の粒子が十分な量だけ前記主プラズマの生成領域へ拡散し得る距離にある
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記補助プラズマと前記主プラズマの距離Ｓは、１０ｍｍ以下である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１９】
請求項１７において、
前記第１の高周波電源の周波数は前記第２の高周波電源の周波数よりも高く、
前記補助プラズマの体積は前記主プラズマの体積の１／１０以下である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２０】
請求項１７において、
前記主プラズマ源は、
前記第２の電極と、該第２の電極を覆う誘電体膜とを有する放電プレートを備え、誘電体バリア放電を行うプラズマ源であり、
前記補助プラズマ源は、
前記第１の電極を構成する一対の対向電極間にコロナ放電を生ずるコロナ放電方式のプラズマ源であり、
前記誘電体バリア放電が発生するタイミングで、常に前記コロナ放電が存在しそれによる荷電粒子や励起状態の粒子を連続して前記主プラズマ源に供給する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置に係り、特に、プラズマを用いて成膜、改質、洗浄、滅菌等を行うのに適したプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気圧でプラズマを生成する技術の検討が進み、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）等の機能性膜の生成や、材料表面の有機物除去、プラズマ滅菌、材料表面やガス・気体・気液混合体の改質等が広く検討されるようになった。大気圧である一定以上の面積でプラズマを生成する場合は、誘電体バリア放電が広く用いられている。誘電体バリア放電は大きく２つの方式がある。１つは例えば特許文献１に記載のプラズマ処理装置に採用されている方式であり、２枚の平行に配置させた金属製電極板の間に固体誘電体を挿入し、電極板への給電により放電空間にグロー放電を生起させる平行平板方式である。  
もう１つは、例えば特許文献２に記載のプラズマ処理装置に採用されている方式であり、２つの櫛形状の電極を１つの誘電体の面内に配置している。この放電電極パターンは面放電方式として、古くからプラズマディスプレーパネルで採用されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３５８９２号公報
【特許文献２】特開２００６−３３１６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
誘電体バリア放電では数ｋV以上の電圧の高周波電力を印加して放電を行う。
【０００５】
発明者等の研究によれば、特許文献１に記載されたような平行平板方式では、放電空間にグロー放電を連続、かつ、安定して発生させるために、大きな高周波電力を供給する必要がある。特許文献２に記載の面放電方式でも、同様に誘電体の表面にグロー放電を連続、かつ、安定して発生させるために、大きな高周波電力を供給する必要がある。
【０００６】
一方、電極を覆う誘電体膜の厚さは一般に１ｍｍ程度以下であり、当然、放電中に少しずつ消耗することが予測される。大きな高周波電力を印加すれば、それに応じて、誘電体膜の消耗は早くなる。誘電体膜の厚さが薄いため、放電部の寿命を長くするには何らかの工夫が必要である。また、放電電圧が誘電体の絶縁破壊電圧に近い場合もあり、この場合は、誘電体膜が一気に破損する可能性もあり、何らかの対策が必要である。
【０００７】
本発明の解決課題は、プラズマ処理装置における誘電体バリア放電方式の放電部の耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の代表的なものの一例を示すと次の通りである。本発明のプラズマ処理装置は、第１の高周波電源と放電用の第１の電極とを有し、補助プラズマを生成する補助プラズマ源と、第２の高周波電源と放電用の第２の電極とを有し、主プラズマを生成する主プラズマ源とを備え、前記補助プラズマ源の第１の電極は、前記主プラズマ源のプラズマ生成領域の近傍に配置されており、前記第１の高周波電源の周波数は前記第２の高周波電源の周波数よりも高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、誘電体バリア放電の放電電圧を下げることが可能となるため、プラズマ処理装置の放電部の寿命を長くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の第１の実施例になる、プラズマ処理装置の放電モジュールの構成を示す側面図である。
【図１Ｂ】第１の実施例になる、放電モジュールの構成を示す平面図である。
【図２Ａ】本発明における、補助プラズマＰＬ１と主プラズマＰＬ２の距離Ｓについて説明する図である。
【図２Ｂ】本発明における、第１の高周波電源（ＲＦＰ１）と第２の高周波電源（ＲＦＰ２）の関係の一例を示す図である。
【図３Ａ】第１の実施例における放電モジュールの動作を説明する図である。
【図３Ｂ】第１の実施例における放電モジュールの動作を説明する図である。
【図３Ｃ】第１の実施例における放電モジュールの動作を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施例になる、プラズマ処理装置の放電モジュールの概略を示す図である。
【図５Ａ】本発明の第３の実施例になる、プラズマ処理装置の放電モジュールの構成を示す平面図である。
【図５Ｂ】第３の実施例になる放電モジュールを側面から見た、動作説明図である。
【図６】本発明の第４の実施例になる、プラズマ処理装置の放電モジュールの構成を示す側面図である。
【図７Ａ】第４の実施例になる放電モジュールの、主プラズマ源の構成を示す平面図である。
【図７Ｂ】第４の実施例になる放電モジュールの、補助プラズマ源の構成を示す側面図である。
【図７Ｃ】第４の実施例になる放電モジュールの、補助プラズマ源の構成を示す平面図である。
【図８Ａ】第４の実施例における放電モジュールの動作を説明する図である。
【図８Ｂ】第４の実施例における放電モジュールの動作を説明する図である。
【図９】本発明の第５の実施例になる、プラズマ処理装置の概略を示す平面図である。
【図１０】本発明の第６の実施例になる、プラズマ処理装置の概略を示す側面図である。
【図１１】本発明の第７の実施例になる、プラズマ処理装置の概略を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、誘電体バリア放電に基づく主プラズマを生成するための主プラズマ源の放電部に対して、その近傍に、前記誘電体バリア放電に用いる周波数よりも高い周波数で駆動され、誘電体バリア放電部、またはコロナ放電等の放電方式で補助プラズマを生成する補助プラズマ源を備えた、放電モジュールを設置する。これによって、主プラズマの放電に必要な電圧を低下させ、主プラズマ源の放電部の寿命を長くできるようにした。
【００１２】
本発明の代表的な実施例によれば、プラズマ処理装置は、２種類の電極（アンテナとアース）が１枚の誘電体内に形成されている誘電体バリア放電方式によってプラズマを生成する放電プレートの近くに、例えば針状の１対の金属電極に高周波電力を印加して放電を行うコロナ放電方式の放電モジュールを補助プラズマ生成ユニットとして設置することにより、誘電体バリア放電におけるプラズマ生成維持電圧を低下させ、誘電体膜の消耗を抑制する。
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明を具体的に適用したプラズマ放電モジュール及び、プラズマ処理装置の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、本発明の第１の実施例になるプラズマ処理装置について、図１Ａ乃至図３Ｃを参照しながら、説明する。図１Ａは、プラズマ処理装置の放電モジュールを側面から見た図、図１Ｂは上方から見た図を示している。平板型の放電モジュール１００は、主プラズマ源１と、補助プラズマ源１０とを有している。
【００１５】
この実施例では、２種類の電極（アンテナとアース）が１枚の誘電体内に形成されている誘電体バリア放電方式によって主プラズマを生成する放電プレート２の近くに、針状の１対の金属電極に高周波電力を印加して放電を行いコロナ放電方式により補助プラズマを生成している。
【００１６】
すなわち、主プラズマ源１は、放電プレート２と、第２の高周波電源（ＲＦＰ２）３−２とを備えている。放電プレート２は、例えば石英ガラス、またはアルミナやイットリアなどのセラミック材料からなる誘電体内５の内部に、お互いに絶縁された一対の櫛形状の電極（第２の電極）４―１と４−２とが交互に平行に複数本配列された構造となっている。第２の電極は、第２の高周波電源３−２に接続されており、電極４―１と４−２に、互いに極性が異なるか、または片方が接地された状態で高周波が印加されることにより、誘電体内５の表面近傍に誘電体バリア放電（主プラズマＰＬ２）を生成する。
【００１７】
補助プラズマ源１０は、先端の尖ったコロナ放電用の一対の金属製電極（第１の電極）１１−１と１１−２、及び第１の高周波電源（ＲＦＰ１）３−１とを備えている。一対の金属製電極の先端の間隙Ｇは、１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。補助プラズマ源１０では、第１の電極１１の尖った先端の領域付近でコロナ放電による補助プラズマＰＬ１が形成される。第１の電極、第２の電極は、各々、それらの機能が同じものであれば他の形状でも良く、図に示した形状に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００１８】
なお、主プラズマ源１の電極４―１、４−２は、誘電体層５の片側（図１Ａでは上側）表面の近傍に配置されている。電極４−１と４−２の距離、すなわち電極間距離Lは１ｍｍ以下である。主プラズマ源１による誘電体バリア放電は、電極４―１、４−２から見て誘電体層５の薄い方、すなわち図１Ａで誘電体層５の上側表面の誘電体バリア放電面に生成される。第２の電極を覆う誘電体の厚さ、すなわち電極４−１、４−２と誘電体層５の上側表面の誘電体バリア放電面との距離をＴとすると、Tは１００μm〜１ｍｍ程度が望ましい。櫛形状の電極表面が誘電体で覆われているために、誘電体に電荷がチャージされることにより電極間の電位差が小さくなり、高い電圧を印加しても誘電体バリア放電からアーク放電に移行することはない。
【００１９】
また、補助プラズマＰＬ１と主プラズマＰＬ２の２つのプラズマ間の距離、換言すると、コロナ放電用の一対の電極１１−１、１１−２の中心と、誘電体層５の上側の誘電体バリア放電面との距離Ｓは、補助プラズマ、ここではコロナ放電により発生したイオン、電子などの荷電粒子や励起状態の粒子が十分な量だけ主プラズマの生成領域へ拡散し得る、換言すると荷電粒子などの輸送が確実に行われる、所定の値以下にする必要がある。
【００２０】
プラズマ処理装置は、放電モジュール１００の放電プレート２の上側のプラズマ生成領域に、空気などの被処理流体を連続的に供給するために、ポンプやダクト（図示略）を備えている。
【００２１】
図２Ａに、大気雰囲気における、プラズマ密度（電子密度：ｍ−３）ηeと放電部からの距離Ｘの関係を示す。プラズマの拡散距離をLとしたとき、主プラズマ生成のアシストが期待できる密度のプラズマが到達する距離Ｓは、１０L程度となる。プラズマの拡散距離Lが１ｍｍのとき、距離Ｓは１０ｍｍとなる。このように、補助プラズマＰＬ１と主プラズマＰＬ２の距離Ｓは、１０ｍｍ以下が望ましく、この範囲であれば、コロナ放電によりその近傍の誘電体バリア放電が容易に着火する。
【００２２】
なお、コロナ放電用の一対の電極１１−１、１１−２の位置は、図１Ａでは、誘電体層５の上側の誘電体バリア放電面の中央付近にあるが、この位置に限定されるものではなく、電極１１−１、１１−２の位置は主プラズマ源のプラズマ生成領域の近傍であれば、周辺部であっても良い。
【００２３】
また、本発明では、放電モジュール１００が大気圧雰囲気（大気圧±１０％程度）において使用されるのが好ましいが、１／１０気圧〜２気圧程度の圧力雰囲気であっても、使用可能である。
【００２４】
次に、第１の高周波電源３−１と第２の高周波電源３−２の関係について述べる。補助プラズマは、主プラズマＰＬ２を発生させるための放電のトリガーとなるのに足りる荷電粒子や励起状態の粒子を供給できるものであればよく、その体積は少量、すなわち、主プラズマＰＬ２の体積の１／１０以下で足りる。換言すると、第１の高周波電源の電力は、電力第２の高周波電源の電力の１／１０以下で良い。例えば、第２の高周波電源の電力が１００Ｗのとき、第１の高周波電源の電力は１０Ｗ、あるいはそれ以下とする。
【００２５】
一方、ミクロの時間スケールで見たとき、コロナ放電が消失している時に、誘電体バリア放電を行おうとすると、そのタイミングでは誘電体バリア放電が着火不良を起こす可能性が高くなる。そこで、補助プラズマはほぼ連続的に発生していることが望ましい。そのため、コロナ放電用の第１の高周波電源の周波数ｆ１は、誘電体バリア放電用の第２の高周波電源の周波数ｆ２よりも、少なくとも２倍以上、高いことが望ましい。一例として、第１の高周波電源の周波数ｆ１が１０ＫＨｚのとき、第２の高周波電源の周波数ｆ２は１００ＫＨｚとする。図２Ｂに示したように、第１の高周波電源（ＲＦＰ１）の周波数ｆ１が、誘電体バリア放電用の第２の高周波電源（ＲＦＰ２）の周波数ｆ２よりも高い場合、電極４―１、４−２に印加される電圧が高くなって誘電体バリア放電が発生するタイミング（破線の丸印）で、常に第１の高周波電源の電圧の高い状態が出現しそれによるコロナ放電が存在しているため、それによるイオン、電子などの荷電粒子や励起状態の粒子を、実質上連続して供給できる。これにより、第２の高周波電源の電力を有る程度低くしても、誘電体バリア放電が着火不良を起こす可能性は極めて低くなる。
【００２６】
図３Ａ〜３Ｃに、本発明の実施例における補助プラズマＰＬ１と、それにより生起される主プラズマＰＬ２の関係を示す。まず、図３Ａに示したように、第１の高周波電源から高周波電力が印加されプラズマ源１０でコロナ放電により補助プラズマＰＬ１が生成される、一方、電極４―１、４−２間に、第２の高周波電源から高周波電圧が印加されると、電極４―１、４−２やその近傍の誘電体に図に示したような極性の電力が印加される。この状態で、図３Ｂに示したように、コロナ放電により生成された補助プラズマＰＬ１の中の荷電粒子や励起粒子が、補助プラズマＰＬ１の近傍、ここでは櫛形状電極の中央部の領域の電極４―１、４−２間の電荷に作用し、その位置において誘電体バリア放電が発生し、主プラズマＰＬ２−１が生成される。主プラズマＰＬ２−１の発生に伴い、櫛形状電極の中央部の領域の電極４―１、４−２間の電荷は放出されるが、図３Ｃに示したように、中央部よりも外側の中間の領域に誘電体バリア放電が移行し、主プラズマＰＬ２−２が継続する。そして、この櫛形状電極の中間の領域の電荷が放出された後、さらに、櫛形状電極の周辺領域の電極４―１、４−２間で誘電体バリア放電が起こり、主プラズマが継続する。このように、補助プラズマＰＬ１中の荷電粒子や励起粒子を契機として、主プラズマＰＬ２が中央の補助プラズマＰＬ１の近傍で発生し、それが周辺へと面状に拡大し、そして消滅することが、繰り返される。もし、補助プラズマＰＬ１を櫛形状電極の周辺部に配置すれば、その近傍から誘電体バリア放電が繰り返し起こることはいうまでも無い。
【００２７】
一般に、誘電体バリア放電によるプラズマ源１のみを単独で用いてプラズマを生成する場合、第２の高周波電源３−２には周波数が数十ｋＨzの高周波電源を用い、印加する電圧（Ｖｐｐ）には数ｋＶが必要になる。この場合、高い電圧によって加速された荷電粒子（イオン）によって少しずつ誘電体層５の表面が消耗する。消耗により電極４−１及び４−２が露出すると、誘電体バリア放電が成立しなくなり、２つの金属電極４−１、４−２間での局所的なアーク放電に移行する。アーク放電では局所的に高密度なプラズマが生成され、且つ、大きな電流が流れるため、短時間で電極及び放電面が大きく損傷する。そのため、プラズマ生成のための放電電圧Ｖは低い方が望ましい。また、印加電圧Ｖと誘電体層の厚さT又は電極間距離Lによっては、誘電体５内で絶縁破壊を引き起こす可能性がある。この観点からも、放電のために印加する電圧Ｖは低い方が望ましい。
【００２８】
そこで、誘電体バリア放電面の直近、例えば１０ｍｍ以下の距離Ｓに、コロナ放電を補助プラズマ源、即ち火種として生成し、誘電体バリア放電部へ荷電粒子や励起状態の粒子を供給すると、誘電体バリア放電による主プラズマ生成に必要な高周波電力の電圧Ｖを下げることが可能となる。
【００２９】
コロナ放電は、２つの金属製電極１１−１、１１−２の間での放電であるため、誘電体バリア放電のように表面に誘電体層が無く、電極の消耗の影響をあまり考えなくて良い。また、火種として補助プラズマの生成を行うことが目的であるため、あまり高い密度のプラズマを生成する必要もない。また、補助プラズマを火種として利用するため、主プラズマ源１に電極４―１、４−２の消耗を加速するような大きな電力の投入の必要は無い。
【００３０】
発明者の実験によれば、主プラズマ源１のみで安定したプラズマを生成するには５ｋＶの高周波電力が必要であったのに対し、補助プラズマと併用することにより、２．５ｋＶの高周波電力でも十分に安定したプラズマを生成させることができる。すなわち、本発明によれば、補助プラズマと併用しない場合に比べて、第２の高周波電源（ＲＦＰ２）のパワー、換言すると主プラズマ源１の印加電圧Ｖを１／２以下に低減できる。
【００３１】
このように、耐久性の高いコロナ放電によるプラズマ源を、主となる誘電体バリア放電によるプラズマの放電アシストとして利用することにより、誘電体バリア放電部の放電維持電圧を下げ、放電プレート２の寿命を延ばすことができる。結果としてプラズマモジュール１００全体の耐久性を高くすることができる。
【００３２】
本実施例のプラズマ処理装置の用途として、例えば、図３Ａに示したように、被処理体としての空気やヘリウム等の気体、あるいは、混合ガスを、誘電体層５の上側の誘電体バリア放電面に沿って供給し、この気体あるいは混合ガスをプラズマ化し、オゾンやラジカル等を生成する。そして、気体の改質、洗浄、滅菌等の処理を行うことが挙げられる。
【００３３】
このように、本実施例によれば、誘電体バリア放電の放電電圧を下げることが可能となるため、主プラズマ源の放電用部の寿命を長くし、かつ、安価なものとすることが可能となる。
【実施例２】
【００３４】
次に、本発明の第２の実施例になるプラズマ処理装置を、図４を用いて説明する。図４は、誘電体バリア放電により、円筒状（円筒外周）にメインのプラズマ生成する方式のプラズマモジュール１０１を示している。
【００３５】
円筒状のプラズマモジュール１０１は、誘電体バリア放電による主プラズマ源１と、コロナ放電による補助プラズマ源１０とを有している。
【００３６】
補助プラズマ源１０は、先端の尖った一対の金属製電極（第１の電極）１１（１１−１，１１−２）、及び放電用の第１の高周波電源３−１とを備えている。
【００３７】
主プラズマ源１は、円筒型の金属製の基板電極３０の表面に、厚さＴの誘電体層５が形成されている。そして、この誘電体層５の上に、金属製の螺旋状電極４が巻かれている。基板電極３０と螺旋状電極４は第２の高周波電源３−２に接続されている。この例では、基板電極３０と螺旋状電極４により、第２の電極が構成されている。基板電極３０と電極４に高周波電力を印加することにより、電極４に沿ってプラズマが生成され、全体としては円筒状にプラズマが生成されることになる。
【００３８】
主プラズマ源１における誘電体バリア放電によるプラズマ生成のための放電維持電圧を低下させるために、主プラズマ源１の近傍に、補助プラズマ源１０を設置している。補助プラズマＰＬ１と主プラズマＰＬ２の距離Ｓは、実施例１と同様、１０ｍｍ以下が望ましい。すなわち、補助プラズマ源１０のコロナ放電電極１１は誘電体バリア放電面から例えば１０ｍｍ以下の距離Ｓに設置する。その他の条件も実施例１と同様である。これにより、コロナ放電で生成された荷電粒子や励起粒子を、主プラズマを生成する誘電体バリア放電のための火種として利用することができる。
【００３９】
本実施例のプラズマ処理装置は、例えば、被処理体の円筒部にプラズマモジュール１０１の円筒状の誘電体層５を挿入し、誘電体バリア放電により、円筒外周に主プラズマ生成し、被処理体である円筒部の内面、例えば軸受け面の成膜、改質、洗浄等の処理を行うことができる。
【００４０】
本実施例によれば、誘電体バリア放電の放電電圧を下げることが可能となるため、主プラズマ源の放電用部の寿命を長くし、かつ、安価なものとすることが可能となる。
【実施例３】
【００４１】
次に、本発明の実施例３について、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは第３の実施例の放電モジュールの構成を示す平面図であり、図５Ｂは、第３の実施例の放電モジュールを側面から見た、動作説明図である。実施例１と同等の構成部分は説明を省略する。
【００４２】
この実施例では、共通の誘電体５の内部に、誘電体バリア放電用の電極が２対設置されている。電極４−１と４−２は実施例１の第２の電極に相当するものであり、放電用の第２の高周波電源３−２に接続され、主プラズマＰＬ２を生成する。電極４−３と４−４は電極４−１、４−２の脇に設置されており、実施例１の第１の電極に相当し、第１の高周波電源３−１に接続されている。即ち、本実施例は、誘電体バリア放電によるプラズマ源を２つ（第１のプラズマ源１−１と第２のプラズマ源１−２）有した構造となっている。補助プラズマＰＬ１と主プラズマＰＬ２の距離Ｓは、実施例１と同様、１０ｍｍ以下が望ましい。すなわち、電極４−３と４−４の中央の位置と、４−１の端面の位置との間は、前記距離Ｓに設定する。また、補助プラズマＰＬ１の体積は主プラズマＰＬ２の体積の１／１０以下とする。その他の条件も実施例１と同様である。
【００４３】
第１のプラズマ源（補助プラズマ源）１−１には第１の高周波電源が印加され、第２のプラズマ源１−２よりも高い周波数で放電を行う。一例として、第１の高周波電源周波数ｆ１を１００ＫＨｚ、第２の高周波電源の周波数ｆ２を１０ＫＨｚとする。第１の高周波電源３−１の周波数を高くすると、電極４−３と４−４とがコンデンサーとして働くようになり、印加した電力の多くが放電に使われることなく、電極間を通過するので、電力損失が大きくなる。一方で、プラズマ放電維持に必要な放電電圧は低くなるため、誘電体の消耗は少なくなる。そのため、第１のプラズマ源１−１は、補助プラズマ源、すなわち主プラズマ源１−２に対するプラズマ放電維持用の火種として用い、プラズマ処理を行うための主プラズマ源としては使用しない。これにより、プラズマ処理用の主プラズマ生成のためのプラズマ源１−２の放電維持に必要な電圧Ｖを低下させることができ、主プラズマ源の寿命を延ばすことができる。また、主プラズマ源の放電用部を安価なものとすることができる。
【００４４】
本実施例のプラズマ処理装置は、例えば、図５Ｂに示したように、半導体基板等の被処理体７が、第２の（主）プラズマ源１−２によって生成される主プラズマＰＬ２によってプラズマ処理される。本実施例の装置は、被処理体である気体や基板等の固体に対して、成膜、親水性等の改質、有機物の除去等の洗浄、あるいは滅菌等の処理を行うことができる。
【実施例４】
【００４５】
次に、本発明の実施例４について図６ないし図８Ｂを用いて説明する。図６は第４の実施例の放電モジュールの構成を示す側面図である。図７Ａは、放電モジュールの主プラズマ源の構成を示す平面図である。
【００４６】
本実施例では、図６に示すように、第１のプラズマ源１−１と第２のプラズマ源１−２とを有している。第１のプラズマ源１−１は誘電体バリア放電による補助プラズマを生成し、第２のプラズマ源１−２によって生成される主プラズマの放電維持に必要な電圧Ｖを低下させるためのものである。
【００４７】
主プラズマ源１−２では、第２の電極として、誘電体５２内に電極４−１が埋め込まれており、さらに、プラズマ生成側の誘電体５２の表面に櫛形状の電極４−２が設置されている。電極４−１は４−１ａ、４−１ｂ、４−１ｃ、４−１ｄに分割されており、電力配分機８を介して電源３−２に接続されている。また、電極４−２も電源３−２に接続されている。電力分配機８は、電源３−１から供給される高周波電力を、電極４−１ａ〜ｄのどの電極に供給するかを制御することができる。
【００４８】
図７Ｂは放電モジュールの、補助プラズマ源の構成を示す側面図、図７Ｃは補助プラズマ源の構成を示す平面図である。補助プラズマ源１−１は、第１の電極として、誘電体５１の内部に電極４−３が設置され、また、誘電体５１の表面に電極４−４が設置され、それぞれが高周波電源３−１に接続されている。
【００４９】
図８Ａに示したように、被処理体７、例えば基板は、第２の（主）プラズマ源１−２によって生成される主プラズマＰＬ２によってプラズマ処理される。また、図８Ｂに示したように、被処理体７に対して、プラズマＰＬ２−１を生成したり、ＰＬ２−２を生成することができる。すなわち、供給される高周波電力を電力分配機８によって制御することにより、例えばａ〜ｄ全面に主プラズマを生成したり、４−１ａの部分だけに主プラズマを生成することができ、プラズマ処理する部分を選択することが可能となっている。
【００５０】
当然、電極４−１は矩形で分割する必要はなく、丸形や複雑な模様でもよい。即ち、誘電体内に設置された電極４−１の幾何形状に応じてプラズマを発生させる部分と、発生させない部分を作り出すことができる。
【００５１】
前記各実施例と同様に、第１の高周波電源３−１の周波数は第２の高周波電源３−２の周波数よりも高くなっており、補助プラズマ源は主プラズマ源１−２の放電維持に必要な電圧を下げるための補助プラズマを生成することを目的としている。本実施例の効果は、実施例３と同様なものである。
【実施例５】
【００５２】
次に、本発明の第５の実施例について、図９を参照して説明する。図９は、第５の実施例になる、プラズマ処理装置の概略を示す平面図である。  
本実施例のプラズマ処理装置は、気体、または気液混合の被処理ガスにプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置のダクト状の筐体１６の内側周辺には、実施例１で示した平板型のプラズマ放電モジュール１００が４つ（１００−１，１００−２，１００−３，１００−４）設置されている。また、ガス流路の中心付近には実施例２で示した円筒型プラズマモジュール１０１が１つ設置されている。処理ガスはダクト状の筐体１６内を紙面に垂直方向に流れている。これにより、筐体１６内の５箇所に、主プラズマＰＬ２−１〜ＰＬ２−５が生成される。勿論、放電モジュール１００及び１０１の数や配置は図示した構成と異なってもよい。主プラズマＰＬ２−１〜ＰＬ２−５を用いて、１つあるいは複数の被処理体に連続して、あるいは、並行して、成膜、改質、洗浄、滅菌等の処理を行うことができる。
【実施例６】
【００５３】
次に、本発明の実施例６のプラズマ処理装置について図１０を参照して述べる。本実施例は、被処理体７が主プラズマから離れた位置で処理される、リモートプラズマ方式のプラズマ処理装置に関するものである。主プラズマ源１は、実施例１に記載の誘電体バリア放電モジュール１００における主プラズマ源１と同等の構成であり、放電プレート２と、第２の高周波電源（ＲＦＰ２）３−２とを備えている。実施例１と異なり、放電プレート２が縦方向に配置されている。そして、主プラズマ源１の近傍、ここでは、主プラズマ源１の上側に、前記各実施例と同様に、放電維持に必要な電圧を下げるための補助プラズマを生成することを目的として、補助プラズマ源１０が設置されている。補助プラズマ源１０は、一対の金属製電極１１、放電用の第１の高周波電源３−１、及びガス供給系９−１を備えている。主プラズマ源１の放電プレート２に対向して、平板１５が配置されている。この平板１５はガス供給系９−２、９−３が設けられ、平板１５と放電プレート２の誘電体バリア放電面との間の空間に、処理ガスが供給される。被処理体７はローラー１７で輸送されるようになっている。
【００５４】
まず、ガス供給系９−１からメタン等のガスＣＨｘが供給され、一対の金属製電極１１−１と１１−２に第１の高周波電源３−１から高周波電力が印加されることにより、コロナ放電方式の補助プラズマ源１０によって補助プラズマＰＬ１を生成する。ここで生成された補助プラズマは、主プラズマを生成するための主プラズマ源１へ輸送され、ここでメタンＣＨｘ等のガスがプラズマ化され主プラズマＰＬ２を生成する。そして、生成された主プラズマはその下方にある被処理体７に対して照射され、主プラズマ中のラジカルやイオン、電子などにより、被処理体７の表面に所定のプラズマ処理が施されるようになっている。
【００５５】
また、複数の処理ガスを用いる場合は、主にプラズマ生成のためのガスは、ガス供給系９−１から供給し、その他の混合ガスは主プラズマ源１に対向して設置された平板１５からガス供給系９−２、９−３から供給してもよい。
【００５６】
本実施例でも、誘電体バリア放電の放電電圧を下げることが可能となるため、主プラズマ源１の放電用部の寿命を長くすることが可能となる。
【実施例７】
【００５７】
次に、本発明の実施例７について図１１を参照して述べる。本実施例は、主プラズマ源１に、誘電体バリア放電を行うための平行平板型の放電電極を採用している。すなわち、主プラズマを生成する主プラズマ源１は、表面に誘電体５の層を有する一対の平行な平板からなる放電プレート２が相対向するようにして配置された、平行平板電極４−１，４−２を有している。電極４−１，４−２には第２の高周波電源（ＲＦＰ２）が接続されている。主プラズマ源１の平行平板電極４−１，４−２の近傍に、補助プラズマ源１０を設置している。実施例１と同様、補助プラズマＰＬ１と主プラズマＰＬ２の距離は、最短部で１０ｍｍ以下になるようにする。その他の構成は、実施例６のリモートプラズマ方式のプラズマ処理装置と同じである。主プラズマ源１で生成された主プラズマはその下方にある被処理体７に対して照射され、主プラズマ中のラジカルやイオン、電子などにより、被処理体７の表面に所定のプラズマ処理が施される。
【００５８】
本実施例においても、補助プラズマ源１０の採用により、平行平板型の誘電体バリア放電に基づく主プラズマ生成における放電維持に必要な電圧を低下させる効果がある。なお、実施例３と同様に、平行平板型の誘電体バリア放電モジュールを２つ備え、一方を補助（アシスト）プラズマ源、他方を主プラズマ源として用いる方式でもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１：主プラズマ源、２：放電プレート、３−１：第１の高周波電源（ＲＦＰ１）、３−２：第２の高周波電源（ＲＦＰ２）、４：電極、５：誘電体、７：被処理体、８：電力分配機、９：ガス供給系、１０：補助プラズマ源、１１：金属製電極、１２：コロナ放電プラズマ、１５：平板、１６：筐体、１７：ローラー、３０：円筒型基板電極、１００：放電モジュール、１０１：円筒型プラズマモジュール、ＰＬ１：補助プラズマ、ＰＬ２：主プラズマ。
【図１Ａ】
2012119123.tif 000003
【図１Ｂ】
2012119123.tif 000004
【図２Ａ】
2012119123.tif 000005
【図２Ｂ】
2012119123.tif 000006
【図３Ａ】
2012119123.tif 000007
【図３Ｂ】
2012119123.tif 000008
【図３Ｃ】
2012119123.tif 000009
【図４】
2012119123.tif 000010
【図５Ａ】
2012119123.tif 000011
【図５Ｂ】
2012119123.tif 000012
【図６】
2012119123.tif 000013
【図７Ａ】
2012119123.tif 000014
【図７Ｂ】
2012119123.tif 000015
【図７Ｃ】
2012119123.tif 000016
【図８Ａ】
2012119123.tif 000017
【図８Ｂ】
2012119123.tif 000018
【図９】
2012119123.tif 000019
【図１０】
2012119123.tif 000020
【図１１】
2012119123.tif 000021