プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
【課題】プラズマによる放射器および絶縁管の変質やエッチングを防止する。
【解決手段】上端部が閉塞板１１ｂで閉塞され、下端部が開放端に形成された筒状の筐体３１と、閉塞板１１ｂの内面に立設された筒状の放射器１４と、不活性ガスＧ１を筐体３１内を経由して開放端まで搬送して筐体３１の外部に放出させる絶縁管１１ｃとを備え、筐体３１は内部に供給された反応性ガスＧ２を開放端から外部に放出して開放端の前方に反応性ガス雰囲気を形成する反応性ガス供給路として構成され、放射器１４が供給された高周波信号Ｓ１を放射して、絶縁管１１ｃ内にプラズマ化した不活性ガスＧ１による一次プラズマＰ１を発生させる。一次プラズマＰ１は、絶縁管１１ｃの先端部から反応性ガス雰囲気中に放出されて反応性ガスＧ２をプラズマ化させ、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２を発生させる。
【解決手段】上端部が閉塞板１１ｂで閉塞され、下端部が開放端に形成された筒状の筐体３１と、閉塞板１１ｂの内面に立設された筒状の放射器１４と、不活性ガスＧ１を筐体３１内を経由して開放端まで搬送して筐体３１の外部に放出させる絶縁管１１ｃとを備え、筐体３１は内部に供給された反応性ガスＧ２を開放端から外部に放出して開放端の前方に反応性ガス雰囲気を形成する反応性ガス供給路として構成され、放射器１４が供給された高周波信号Ｓ１を放射して、絶縁管１１ｃ内にプラズマ化した不活性ガスＧ１による一次プラズマＰ１を発生させる。一次プラズマＰ１は、絶縁管１１ｃの先端部から反応性ガス雰囲気中に放出されて反応性ガスＧ２をプラズマ化させ、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の端部が閉塞板で閉塞された筒状の筐体、および閉塞板の内面に筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された放射導体を備えて、放射導体の先端近傍にプラズマを発生させるプラズマ処理装置、およびこのプラズマ処理装置において実施されるプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のプラズマ処理装置として、下記特許文献１に開示されたプラズマ処理装置（マイクロ波プラズマ発生器）が知られている。このプラズマ処理装置は、円筒状の外管の上端に蓋体を固定して構成された共振器と、外管の上端寄りに配設された同軸線路と、蓋体の中央に固着された内部導体（放射導体）とを備えている。また、同軸線路の導体（中心導体）は、外管内で蓋体方向に屈折して先端が蓋体に接続されている。また、内部導体は、その長さが（λ／２）×ｎ＋（λ／４）に設定されている。また、外管には、ガス導入口が形成されている。このプラズマ処理装置では、共振器に同軸モードに変換したマイクロ波を同軸線路を経由して内部導体に伝送して、内部導体の先端部分に高電界を生じさせることにより、ガス導入口から外管内に導入されたガスをプラズマ化して、内部導体の先端部分にプラズマを発生させている。また、このようにして発生させられたプラズマは外管の内面を変質させたり、エッチングしたりするため、このプラズマ処理装置では、この変質またはエッチング（以下、「変質等」ともいう）を防止すべく、内部導体の先端部分を取り囲む外管の内周面に石英管（絶縁管）を配置して、この石英管内においてプラズマを発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１８８０９４号公報（第２−３頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、本願発明者等が上記した従来のプラズマ処理装置について鋭意研究した結果、このプラズマ処理装置には以下の問題点が存在していることを見出した。すなわち、この種のプラズマ処理装置では、上記のガスとして、一般的に、プラズマを安定に発生させるためのガス（不活性ガス）と処理対象体を処理するための処理ガス（反応性ガス）との混合ガスを使用している。この場合、反応性ガスは、プラズマ化した状態での物質に対する変質させる能力やエッチング力がプラズマ化した不活性ガスと比較して極めて高く、上記のプラズマ処理装置のように外管の内周面に石英管（絶縁管）を配置する構成を採用したとしても、石英管自体がプラズマ化した反応性ガスによって変質等される。また、プラズマが発生する内部導体の先端部分についても、プラズマ化した不活性ガスおよびプラズマ化した反応性ガスによって変質等される。したがって、上記のプラズマ処理装置には、内部導体の先端部分および石英管が変質等されることに起因して、装置の耐久性が低下するという問題点が存在しているのを見出した。
【０００５】
本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、プラズマによる放射導体および絶縁管の変質等を防止して耐久性を向上させ得るプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載のプラズマ処理装置は、グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板で閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体と、前記閉塞板の内面に前記筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射導体と、不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスを前記筐体内を経由して当該筐体の前記開放端まで搬送すると共に、当該開放端近傍に位置する先端部から前記筐体の外部に放出させる絶縁管とを備え、前記筐体は、内部に供給された反応性ガスを前記開放端から外部に放出して当該開放端の前方に反応性ガス雰囲気を形成する反応性ガス供給路を備えて構成され、前記放射導体が供給された高周波信号を放射することにより、前記絶縁管内にプラズマ化した前記１つ以上からなるガスによる一次プラズマを発生させると共に、当該発生させた一次プラズマを前記絶縁管の前記先端部から前記反応性ガス雰囲気中に放出することにより、前記反応性ガスをプラズマ化させた二次プラズマ、および前記反応性ガスをラジカル化させたラジカルのうちの少なくとも一方を処理対象体のプラズマ処理のために発生させる。
【０００７】
また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記放射導体は筒状に形成され、前記絶縁管は、前記先端部が前記放射導体の先端から突出した状態で当該放射導体内に配設されている。
【０００８】
また、請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記放射導体は、筒状に形成されると共に、先端が前記筐体の前記開放端または当該開放端の近傍に達するように立設され、前記絶縁管は、前記先端部が前記放射導体の前記先端または当該先端の近傍に達する状態で当該放射導体内に配設され、前記反応性ガス供給路は、前記放射導体の内周面と前記絶縁管の外周面との間に形成された隙間によって形成されている。
【０００９】
請求項４記載のプラズマ処理方法は、不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスを絶縁管内に供給している状態において、前記絶縁管内にプラズマ化した前記１つ以上からなるガスによる一次プラズマを発生させ、前記絶縁管の先端部から前記一次プラズマを放出させると共に、当該放出させた一次プラズマに反応性ガスを供給することにより、前記反応性ガスをプラズマ化させた二次プラズマ、および前記反応性ガスをラジカル化させたラジカルのうちの少なくとも一方を発生させ、当該発生させた二次プラズマおよびラジカルのうちの少なくとも一方で処理対象体をプラズマ処理する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載のプラズマ処理装置および請求項４記載のプラズマ処理方法によれば、絶縁管内で一次プラズマを発生させて、絶縁管の先端部から一次プラズマを筐体の外部に放出させるため、放射導体および筐体が一次プラズマによって変質等（変質やエッチング）される事態を確実に防止することができる。また、絶縁管内で発生する一次プラズマは、不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスがプラズマ化したものであって、反応性ガスがプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管の変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体をプラズマ処理するための二次プラズマやラジカルは、筐体の外部において、筐体から一次プラズマを反応性ガス雰囲気中に放出して、反応性ガスをプラズマ化させたり、ラジカル化させたりして発生させられるため、絶縁管、放射導体および筐体が二次プラズマやラジカルによって変質等される事態についても防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置の耐久性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、筒状に形成された放射導体内に、先端部が放射導体の先端から突出した状態で絶縁管を配設したことにより、電界強度が最大となる放射導体の先端近傍に常に絶縁管を配設できる結果、一次プラズマ、ひいては二次プラズマを効率良く発生させることができ、処理対象体に対するプラズマ処理の効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、放射導体を筒状に形成すると共に、先端が筐体の開放端またはこの開放端の近傍に達するように立設し、絶縁管を先端部が放射導体の先端またはこの先端の近傍に達する状態で放射導体内に配設して、放射導体の内周面と絶縁管の外周面との間に形成された隙間によって反応性ガス供給路を構成したことにより、反応性ガス供給路として筐体全体を使用する構成とは異なり、より小径な放射導体を反応性ガス供給路として使用して、処理対象体におけるプラズマ処理する部位を含む狭い範囲に反応性ガスの雰囲気をピンポイントで形成できるため、少量の反応性ガスでプラズマ処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プラズマ処理装置１の構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図２】図１におけるＷ１−Ｗ１線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。
【図３】プラズマ処理装置１Ａの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図４】図３におけるＷ２−Ｗ２線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。
【図５】プラズマ処理装置１Ｂの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図６】プラズマ処理装置１Ｃの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図７】プラズマ処理装置１Ｄの構成図（絶縁管１１ｃについては中心軸に沿った断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置の実施の形態について説明する。
【００１５】
まず、図１に示すプラズマ処理装置１を用いた処理対象体６に対するプラズマ処理方法について説明する。
【００１６】
最初に、このプラズマ処理装置１について説明する。このプラズマ処理装置１は、高周波電源２、プラズマ発生部３、およびテーブル４を備えている。また、このプラズマ処理装置１は、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓ１をプラズマ発生部３に同軸ケーブル５を介して供給することによってプラズマ発生部３内に一次プラズマＰ１を発生させると共に、発生させた一次プラズマＰ１をプラズマ発生部３の外部へ放出可能に構成されている。
【００１７】
高周波電源２は、準マイクロ波帯（１ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）またはマイクロ波帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）の高周波信号（一例として、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）Ｓ１を所定の電力で生成して、プラズマ発生部３に出力する高周波信号生成部として機能する。なお、本例では、高周波電源２が、準マイクロ波を高周波信号Ｓ１として出力する構成を採用しているが、マイクロ波を高周波信号Ｓ１として出力する構成を採用することもできる。また、高周波電源２からプラズマ発生部３に対する高周波信号Ｓ１の供給効率を高めるため、高周波電源２とプラズマ発生部３との間に整合器を配設することもできる。
【００１８】
プラズマ発生部３は、一例として図１に示すように、筐体１１、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射導体としての放射器（アンテナ）１４を備えている。筐体１１は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂ、および絶縁管１１ｃを備え、一方の端部（図１中の上端部）が閉塞され、かつ他方の端部（図１中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されると共に、絶縁管１１ｃを除く他のすべての構成要素に対してグランド電位が付与されている。
【００１９】
具体的には、図１に示すように、筐体１１は、その筒体１１ａにおける一方の端部（図１中の上端部）が、この一方の端部に密着して配設された閉塞板１１ｂによって閉塞されて、他方の端部が開口端となるトーチ型筐体として構成されている。また、筒体１１ａは、図２に示すように、中心軸Ｘと直交する平面に沿った外周面の断面形状が四角形（つまり、外形が四角筒体）であるが、この平面に沿った内周面の断面形状が円形であるため、実質的には円筒体として機能する。また、筒体１１ａは、図１に示すように、その長さ（筒長）が放射器１４の長さＬ１よりも長く規定されて、放射器１４の先端が筒体１１ａの開放端から突出しない構成となっている。
【００２０】
また、本例では、図１に示すように、筒体１１ａには、筐体１１内に高周波信号Ｓ１を導入するための貫通孔２１が形成されている。また、一例として、閉塞板１１ｂには、プラズマ放電用ガスＧ１（以下、「放電用ガスＧ１」ともいう）を供給するための絶縁管１１ｃを挿通させる貫通孔２２が形成されている。この場合、貫通孔２２の位置は、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように（つまり、閉塞板１１ｂの中心に）規定されている。また、本例では放電用ガスＧ１として、電離電圧が低くプラズマが発生し易い不活性ガス（例えば、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウムから選択された単独ガスまたは複数のガスの混合ガス）、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガス（以下、「不活性ガス等」ともいう）が使用される。絶縁管１１ｃは、その外径が貫通孔２２の内径よりも若干小径に形成されて、図１，２に示すように、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように貫通孔２２に挿通され、かつ閉塞板１１ｂの内面からの突出長が筒体１１ａの全長とほぼ同じ長さに規定されている。これにより、絶縁管１１ｃにおける放射器１４から突出した端部（筒体１１ａの開口端側に位置する端部）は、この開口端と面一の状態となっている。絶縁管１１ｃの材料としては、例えば、イットリア、窒化アルミ、および窒化ホウ素などを使用することができる。この場合、耐フッ素プラズマ性では、イットリアが最も好ましく、それに次いで、窒化アルミおよび窒化ホウ素の順で耐エッチング性が高い。一方、熱衝撃性については、逆に、窒化ホウ素が最も好ましく、窒化アルミ、イットリアの順で熱衝撃性が高い。なお、石英を使用して絶縁管１１ｃを製造してもよいのは勿論である。
【００２１】
同軸コネクタ１２は、図１に示すように、高周波電源２に接続された同軸ケーブル５の先端に装着された状態で、筒体１１ａの外周面に、貫通孔２１を閉塞するようにして取り付けられている。給電導体１３は、高導電性の線材を用いて、一例として、図１，２に示すように、棒状（ほぼ真っ直ぐな棒状）に形成されて、一端側が同軸コネクタ１２の芯線１２ａに接続されると共に、他端側が放射器１４の給電位置Ａに接続されている。この場合、給電位置Ａは、放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した位置に規定されている。ここで、所定距離Ｌ２は、高周波信号Ｓ１の波長をλとしたときに、λ／１０≧Ｌ２＞０の範囲に規定するのが好ましい。これにより、放射器１４と、これに接続される閉塞板１１ｂおよび給電導体１３とで逆Ｆ形のアンテナが構成されて、後述するように、プラズマ発生（着火）前後でのＶＳＷＲの変化を低減し得る構成となる。なお、所定距離Ｌ２がλ／１０を超える構成では、後述するようにプラズマ発生前のＶＳＷＲが悪化し始める（つまり、プラズマの着火性が低下し始める）。このため、Ｌ２はλ／１０以下とするのが好ましい。
【００２２】
放射器１４は、導電性材料を用いて棒状（本例では筒状）に形成されている。具体的には、放射器１４は、図１，２に示すように、その内径が貫通孔２２の内径以上に規定された筒状（本例では円筒状）に形成されて、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように閉塞板１１ｂの内面に立設（電気的に接続された状態で立設）されている。この構成により、放射器１４の内部が貫通孔２２と連通した状態となり、貫通孔２２に挿通された絶縁管１１ｃは、放射器１４にも挿通された状態となる。また、放射器１４は、その長さＬ１が（（１／４＋ｎ／２）×λ）に規定されている。ここで、ｎは、０以上の整数であり、本例では一例としてｎ＝０に設定されて、放射器１４の長さＬ１は（λ／４。高周波信号Ｓ１の周波数が一例として２．４５ＧＨｚであるため、１２２．４５ｍｍ／４＝３０．６ｍｍ）に規定されている。
【００２３】
テーブル４は、図１に示すように、筐体１１における他方の端部（開口端）に対向して配設されて、その筐体１１側の表面（載置面）に処理対象体６を載置可能に構成されている。本例では、一例としてテーブル４の載置面は、筒体１１ａの中心軸Ｘと直交する平面に形成されている。
【００２４】
次に、プラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１の動作と併せて説明する。なお、図１に示すように、テーブル４上には、処理対象体６がプラズマ処理用ガス（以下、「処理用ガス」）Ｇ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）下で載置されているものとする。この場合、処理用ガスＧ２としては、反応性ガスが使用され、プラズマ処理の種類に応じて、二酸化炭素、一酸化二窒素などの酸化性ガス、水素、アンモニアなどの還元性ガス、および四フッ化メタンなどのフッ素系ガスのうちから選択される。
【００２５】
まず、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始する。これにより、筒状の筐体１１における開放端の外部に、プラズマ発生部３内（筒体１１ａ内）に導入された絶縁管１１ｃを介して放電用ガスＧ１が放出される。この放電用ガスＧ１の供給状態において、高周波電源２からプラズマ発生部３への高周波信号Ｓ１の出力（供給）を開始する。高周波電源２から出力された高周波信号Ｓ１は、同軸ケーブル５、同軸コネクタ１２および給電導体１３を介して、放射器１４にその給電位置Ａから供給される。これにより、λ／４の長さＬ１に規定されている放射器１４が、高周波信号Ｓ１によって共振する。共振状態の放射器１４は、共振モノポールとして作動して、筐体１１の開口端側に位置する先端（図１中の下端）側で電圧が最大となる。このため、プラズマ発生部３内における放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となる（放射器１４が高周波信号Ｓ１を放射している状態となる）。これにより、プラズマの発生し易い放電用ガスＧ１が供給されている絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍では、絶縁管１１ｃの外部から印加される高い強度の電界により、放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生する。
【００２６】
この場合、高周波電源２が高周波信号Ｓ１として準マイクロ波またはマイクロ波をプラズマ発生部３に供給するため、一次プラズマＰ１は高密度な状態で発生する。また、絶縁管１１ｃ内に供給された放電用ガスＧ１は絶縁管１１ｃの先端部（筐体１１の開口端側の端部）から外部に放出されるため、絶縁管１１ｃ内に発生した一次プラズマＰ１も、図１に示すように、絶縁管１１ｃの長さ方向に沿って（筒体１１ａの中心軸Ｘに沿って）延びた状態で、絶縁管１１ｃの先端部から放出される。また、放射器１４およびプラズマ発生部３（具体的には筒体１１ａ）は、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されている（一次プラズマＰ１に直接触れない状態となっている）ため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００２７】
続いて、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１を、処理用ガスＧ２の雰囲気下でテーブル４上に載置されている処理対象体６に照射する。この処理用ガスＧ２への一次プラズマＰ１の照射により、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されたり、ラジカル化されて、図１に概念的に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマおよびラジカルのうちの少なくとも一方（以下、「二次プラズマ等」ともいう）Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。この表面処理には、処理対象体６の表面のエッチング処理、殺菌処理、洗浄処理、および親水性の向上処理などが含まれるものとする。また、この二次プラズマ等Ｐ２は、プラズマ発生部３の外部（絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの外部）において発生させられるため、絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの二次プラズマ等Ｐ２による変質等が防止されている。
【００２８】
この際に、一次プラズマＰ１自体が導電性を持つことに起因して、放射器１４の見かけ上の長さ（電気長）が、プラズマ発生前（放射器１４のみの長さ）とプラズマ発生後（放射器１４の長さと一次プラズマＰ１の長さの合計長）とで変化する。したがって、従来のプラズマ処理装置では、一次プラズマＰ１の発生前後でのプラズマ発生部３の共振周波数が大きく変化する。このため、発明者らによる実験（高周波信号Ｓ１の周波数を２．４５ＧＨｚ、放射器１４の長さＬ１をλ／４（＝３０．６ｍｍ）としたときの実験）によれば、プラズマ発生前（着火前）の共振周波数を基準として放射器１４の長さＬ１を規定した場合には、プラズマ発生後（着火後）において不整合状態となり、プラズマ発生前のＶＳＷＲ（１２．４）と比較してプラズマ発生後のＶＳＷＲ（６１．５）が大きく悪化することが確認された。
【００２９】
これに対してプラズマ処理装置１では、上記したように放射器１４における閉塞板１１ｂから所定距離Ｌ２だけ離間した位置に高周波信号Ｓ１の給電位置Ａが規定されている。このため、一例として所定距離Ｌ２を２ｍｍ（＝λ／６１．２），３ｍｍ（＝λ／４０．８），４ｍｍ（＝λ／３０．６）と変えてプラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化を測定した場合、測定された各所定距離Ｌ２でのプラズマ発生前のＶＳＷＲおよびプラズマ発生後のＶＳＷＲは、それぞれ（１１．１，１８．６）、（１３．１，１７．４）、（１８．５，１７）となり、少なくともλ／３０．６≧Ｌ２≧λ／６１．２の範囲においては、従来のプラズマ処理装置における整合状態でのＶＳＷＲ（プラズマ発生前のＶＳＷＲ）とほぼ同じ値（すべてのＶＳＷＲが２０未満）であった。この結果、従来のプラズマ処理装置と比較して、プラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化がほぼ変化しないと言えるレベルまで、プラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化が大幅に低減されることが確認された。つまり、プラズマ処理装置１では、プラズマ発生前後で良好な整合状態が維持されることが確認された。この理由としては、給電位置Ａから給電された高周波信号Ｓ１により、放射器１４の基端部から放射器１４の先端部への経路と、給電位置Ａから放射器１４の先端部へ伝わる経路の２つの経路で共振が発生しているため、放射器１４のＱがブロード（広帯域）となるのが原因の１つと考えられる。
【００３０】
なお、所定距離Ｌ２を２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍと長くするに従い、プラズマ発生後のＶＳＷＲは１８．６から、１７．４、１７とほぼ一定に維持される（若干減少する）が、プラズマ発生前のＶＳＷＲは１１．１から、１３．１、１８．５と次第に大きくなる（プラズマの着火性が低下する）傾向となる。このため、給電位置Ａまでの所定距離Ｌ２を長くし過ぎると、プラズマ発生前のＶＳＷＲが一層大きくなって、プラズマの着火性が低下すると考えられる。このため、所定距離Ｌ２は、最長でもλ／１０以下とするのが好ましいと考えられる。
【００３１】
このように、このプラズマ処理装置１、およびこのプラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法では、内部に放射器１４が立設された筒状の筐体１１における開放端の外部に、先端部が筐体１１の開放端に達するように筐体１１内に導入された絶縁管１１ｃを介して不活性ガスである放電用ガスＧ１を放出させ、この状態において放射器１４に高周波信号Ｓ１を供給することにより、絶縁管１１ｃ内にプラズマ化した不活性ガスからなる一次プラズマＰ１を発生させると共に、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を放出させ、この一次プラズマＰ１を反応性ガスである処理用ガスＧ２と衝突させ、これによって処理用ガスＧ２をプラズマ化させて二次プラズマ等Ｐ２を発生させ、この二次プラズマ等Ｐ２で処理対象体６を表面処理する。
【００３２】
したがって、このプラズマ処理装置１、およびこのプラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法によれば、絶縁管１１ｃの外部に配設された放射器１４において発生する電界を絶縁管１１ｃ内に供給することにより、絶縁管１１ｃ内で一次プラズマＰ１を発生させて、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を筐体１１の外部に放出させるため、放射器１４および筐体１１が一次プラズマＰ１によって変質等される事態を確実に防止することができる。また、絶縁管１１ｃ内で発生する一次プラズマＰ１は、不活性ガスである放電用ガスＧ１がプラズマ化したものであって、反応性ガスである処理用ガスＧ２がプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管１１ｃの変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２は、筐体１１の外部において、筐体１１から放出された一次プラズマＰ１と処理用ガスＧ２との衝突によって発生させられるため、絶縁管１１ｃ、放射器１４および筐体１１が二次プラズマ等Ｐ２によって変質等させられる事態についても防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置１の耐久性を向上させることができる。
【００３３】
また、処理用ガスＧ２の雰囲気中にある処理対象体６に一次プラズマＰ１を放出することにより、処理用ガスＧ２をプラズマ化またはラジカル化して二次プラズマ等Ｐ２を発生させる例について上記したが、一次プラズマＰ１を処理対象体６に放出した状態において、処理対象体６に処理用ガスＧ２を供給して二次プラズマ等Ｐ２を発生させる構成を採用することもできる。
【００３４】
なお、上記したプラズマ処理装置１は、処理対象体６を処理用ガスＧ２の雰囲気下に移行させる機能を備えていないが、図３に示すプラズマ処理装置１Ａのように、プラズマ発生部３から処理用ガスＧ２を放出させて、筐体１１における開放端の外部に処理用ガスＧ２の雰囲気を形成することで、処理対象体６を処理用ガスＧ２の雰囲気下に移行させる構成を採用することもできる。以下、このプラズマ処理装置１Ａについて説明する。
【００３５】
まず、プラズマ処理装置１Ａの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００３６】
図３に示すプラズマ処理装置１Ａは、高周波電源２、プラズマ発生部３Ａおよびテーブル４を備え、プラズマ発生部３Ａがプラズマ処理装置１のプラズマ発生部３と相違している以外は、プラズマ処理装置１と同一に構成されている。以下では、相違するプラズマ発生部３Ａの構成について説明し、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３７】
プラズマ発生部３Ａは、一例として図３，４に示すように、筐体３１、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射器１４を備えている。筐体３１は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂ、および絶縁管１１ｃを備え、筒体１１ａの一方の端部（図３中の上端部）が閉塞板１１ｂによって閉塞されることにより、筒体１１ａの他方の端部（図３中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されている。また、筐体３１では、閉塞板１１ｂに、放電用ガスＧ１供給用の絶縁管１１ｃを挿通させるための貫通孔２２と共に、処理用ガスＧ２を供給するための他の貫通孔２３が形成されている。本例では一例として、この貫通孔２３には、処理用ガスＧ２を筐体３１に供給するための絶縁管２４が連結されている。この構成により、筐体３１、具体的には筒体１１ａは、後述するように反応性ガス供給路として機能する。
【００３８】
次に、プラズマ処理装置１Ａを用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ａの動作と併せて説明する。なお、上記したプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置１の動作と同じ部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００３９】
まず、筐体３１における開放端と対向して配設されたテーブル４上に、処理対象体６を載置する。なお、この状態では、処理対象体６は未だ処理用ガスＧ２の雰囲気下とはなっていない。
【００４０】
次いで、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始すると共に、不図示の第２ガス供給部から絶縁管２４内への処理用ガスＧ２の供給を開始する。これにより、絶縁管２４および貫通孔２３を介してプラズマ発生部３Ａ内（筒体１１ａ内）に供給されている処理用ガスＧ２が、筒状の筐体３１における開放端（筒体１１ａの下端部）から外部（下部）に放出される。これにより、図３に示すように、筐体３１における開放端の外部（前方）に処理用ガスＧ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）が形成される。このため、テーブル４上に載置されている処理対象体６における表面処理される部位を含む表面領域は、処理用ガスＧ２の雰囲気で覆われた状態となる（処理用ガスＧ２の雰囲気下となる）。また、絶縁管１１ｃ内に供給されている放電用ガスＧ１が、絶縁管１１ｃの先端（筐体３１の開口端側に位置する先端。図３中の下端）から、処理用ガスＧ２の雰囲気内に放出される。
【００４１】
続いて、この両ガスＧ１，Ｇ２の供給状態において、高周波電源２からプラズマ発生部３Ａへの高周波信号Ｓ１の出力（供給）を開始する。これにより、プラズマ処理装置１と同様にして、プラズマ発生部３Ａ内における放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となるため、放電用ガスＧ１が供給されている絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍において、放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生する。この場合、絶縁管１１ｃ内に供給された放電用ガスＧ１は絶縁管１１ｃの先端部から外部に放出され、かつ処理用ガスＧ２も筐体３１の開放端から筒体１１ａの中心軸Ｘにほぼ沿って放出されるため、絶縁管１１ｃ内に発生した一次プラズマＰ１は、図３に示すように、絶縁管１１ｃの長さ方向に沿って延びた状態で、絶縁管１１ｃの先端部から放出される。また、放射器１４およびプラズマ発生部３Ａ（具体的には筒体１１ａ）は、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されているため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００４２】
また、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１が、処理用ガスＧ２の雰囲気中に放出されることにより、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されて、図３に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマ等Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。この場合、二次プラズマ等Ｐ２はプラズマ発生部３Ａの外部（絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの外部）において発生させられるため、絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの二次プラズマ等Ｐ２による変質等が防止されている。
【００４３】
このように、このプラズマ処理装置１Ａ、およびこのプラズマ処理装置１Ａを用いたプラズマ処理方法によっても、絶縁管１１ｃの外部に配設された放射器１４において発生する電界を絶縁管１１ｃ内に供給することにより、絶縁管１１ｃ内で一次プラズマＰ１を発生させて、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を筐体３１の外部に放出させるため、放射器１４および筐体３１が一次プラズマＰ１によって変質等される事態を確実に防止することができる。また、絶縁管１１ｃ内で発生する一次プラズマＰ１は、不活性ガスである放電用ガスＧ１がプラズマ化したものであって、反応性ガスである処理用ガスＧ２がプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管１１ｃの変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２は、筐体３１の外部において、筐体３１から放出された一次プラズマＰ１と処理用ガスＧ２との衝突によって発生させられるため、絶縁管１１ｃ、放射器１４および筐体３１が二次プラズマ等Ｐ２によって変質等させられる事態についても確実に防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置１Ａの耐久性を向上させることができる。また、放射器１４を筒状に形成して、放射器１４内に絶縁管１１ｃを配設したことにより、電界強度が最大となる放射器１４の先端近傍に常に絶縁管１１ｃを配設できる結果、一次プラズマＰ１、ひいては二次プラズマ等Ｐ２を効率良く発生させることができ、処理対象体６に対するプラズマ処理の効率も向上させることができる。
【００４４】
また、上記のプラズマ処理装置１Ａでは、筐体３１を構成する筒体１１ａを介して（筒体１１ａ内を流路として）処理用ガスＧ２を筐体３１における開放端の外部（前方）に放出する構成を採用しているが、図５に示すプラズマ処理装置１Ｂのように、筒状に形成された放射器１４の内部を介して処理用ガスＧ２を筐体３１における開放端の外部（前方）に放出させて、筐体３２における開放端の外部に処理用ガスＧ２の雰囲気を形成する構成を採用することもできる。以下、このプラズマ処理装置１Ｂについて説明する。
【００４５】
まず、プラズマ処理装置１Ｂの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００４６】
図５に示すプラズマ処理装置１Ｂは、高周波電源２、プラズマ発生部３Ｂおよびテーブル４を備え、プラズマ発生部３Ｂがプラズマ処理装置１Ａのプラズマ発生部３Ａと相違している以外は、プラズマ処理装置１Ａと同一に構成されている。以下では、相違するプラズマ発生部３Ｂの構成について説明し、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４７】
プラズマ発生部３Ｂは、一例として図５に示すように、筐体３２、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射器１４を備えている。筐体３２は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂ、および絶縁管１１ｃを備え、筒体１１ａの一方の端部（図５中の上端部）が閉塞板１１ｂによって閉塞されることにより、筒体１１ａの他方の端部（図５中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されている。また、筐体３２では、閉塞板１１ｂに、放電用ガスＧ１供給用の絶縁管１１ｃを挿通させるための貫通孔２２と共に、処理用ガスＧ２を供給するための他の貫通孔２３が形成されている。本例では一例として、この貫通孔２３には、処理用ガスＧ２を供給するための絶縁管２４が連結されている。また、筐体３２では、一例として図５に示すように、貫通孔２２は、閉塞板１１ｂにおける外面側の領域Ｂの内径が絶縁管１１ｃの外径よりも若干大径に形成されると共に、閉塞板１１ｂにおける内面側の領域Ｃの内径が放射器１４の外径よりも若干大径（領域Ｂの内径よりも大径）に形成されている。また、貫通孔２３は、貫通孔２２を構成する閉塞板１１ｂの内面における領域Ｃに開口している。
【００４８】
放射器１４は、図５に示すように、閉塞板１１ｂの内面に、貫通孔２２の領域Ｃ内に端部（図５中の上端部）が挿入されて、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となり、かつその先端（同図中の下端）が筐体３２の開放端または開放端の近傍に達する状態で立設されている。また、放射器１４におけるこの上端部には貫通孔（または切欠き）１４ａが形成されて、この貫通孔１４ａを介して、放射器１４の内部領域が貫通孔２３と連通する状態となっている。また、同図に示すように、貫通孔２２の領域Ｂに挿通された絶縁管１１ｃは、放射器１４にも挿通され、先端部が放射器１４の先端または先端の近傍に達する状態となっている。これにより、二重管構造となっている放射器１４の内周面と絶縁管１１ｃの外周面との間には、反応性ガス供給路２５（放射器１４の内周面と絶縁管１１ｃの外周面との間の隙間によって形成されて、放射器１４の上端から下端に達する流路）が形成され、この反応性ガス供給路２５は、放射器１４に形成された貫通孔１４ａを介して貫通孔２３と連通した状態となる。
【００４９】
次に、プラズマ処理装置１Ｂを用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ｂの動作と併せて説明する。なお、上記したプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置１，１Ａの動作と同じ部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００５０】
まず、筐体３２における開放端と対向して配設されたテーブル４上に、処理対象体６を載置する。なお、この状態では、処理対象体６は未だ処理用ガスＧ２の雰囲気下とはなっていない。
【００５１】
次いで、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始すると共に、不図示の第２ガス供給部から絶縁管２４内への処理用ガスＧ２の供給を開始する。これにより、処理用ガスＧ２は、絶縁管２４、貫通孔２３、放射器１４の貫通孔１４ａ、および反応性ガス供給路２５を経由して、放射器１４の下端側から筐体３２における開放端の外部に放出されて、図５に示すように、筐体３２における開放端の外部（前方）に処理用ガスＧ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）が形成される。このため、テーブル４上に載置されている処理対象体６における表面処理される部位を含む表面領域は、処理用ガスＧ２の雰囲気で覆われた状態となる（処理用ガスＧ２の雰囲気下となる）。この場合、反応性ガス供給路として筒体１１ａを使用するプラズマ処理装置１Ａとは異なり、より小径な放射器１４を反応性ガス供給路として使用するため、処理用ガスＧ２の雰囲気がプラズマ処理の必要な狭い部位にピンポイントで形成される。また、絶縁管１１ｃ内に供給されている放電用ガスＧ１が、絶縁管１１ｃの先端（筐体３２の開口端側に位置する先端。図５中の下端）から、処理用ガスＧ２の雰囲気内に放出される。
【００５２】
続いて、この両ガスＧ１，Ｇ２の供給状態において、高周波電源２からプラズマ発生部３Ｂへの高周波信号Ｓ１の出力（供給）を開始する。これにより、プラズマ処理装置１，１Ａのときと同様にして、プラズマ発生部３Ｂ内における放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となるため、放電用ガスＧ１が供給されている絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍において、放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生する。この場合、絶縁管１１ｃ内に供給された放電用ガスＧ１は絶縁管１１ｃの先端部から外部に放出され、かつ処理用ガスＧ２も放射器１４の開放端から筒体１１ａの中心軸Ｘに沿って放出されるため、絶縁管１１ｃ内に発生した一次プラズマＰ１は、図５に示すように、絶縁管１１ｃの長さ方向に沿って延びた状態で、絶縁管１１ｃの先端部から放出される。また、放射器１４およびプラズマ発生部３Ｂ（具体的には筒体１１ａ）は、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されているため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００５３】
また、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１が、処理用ガスＧ２の雰囲気中に放出されることにより、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されて、図５に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマ等Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。この場合、二次プラズマ等Ｐ２はプラズマ発生部３Ｂの外部（絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの外部）において発生させられるため、絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの二次プラズマ等Ｐ２による変質等が防止されている。
【００５４】
このように、このプラズマ処理装置１Ｂ、およびこのプラズマ処理装置１Ｂを用いたプラズマ処理方法によっても、絶縁管１１ｃの外部に配設された放射器１４において発生する電界を絶縁管１１ｃ内に供給することにより、絶縁管１１ｃ内で一次プラズマＰ１を発生させて、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を筐体３２の外部に放出させるため、放射器１４および筐体３２が一次プラズマＰ１によって変質等される事態を確実に防止することができる。また、絶縁管１１ｃ内で発生する一次プラズマＰ１は、不活性ガスである放電用ガスＧ１がプラズマ化したものであって、反応性ガスである処理用ガスＧ２がプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管１１ｃの変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２は、筐体３２の外部において、筐体３２から放出された一次プラズマＰ１と処理用ガスＧ２との衝突によって発生させられるため、絶縁管１１ｃ、放射器１４および筐体３２が二次プラズマ等Ｐ２によって変質等させられる事態についても確実に防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置１Ｂの耐久性を向上させることができる。また、反応性ガス供給路として筐体３１（筒体１１ａ）を使用するプラズマ処理装置１Ａとは異なり、より小径な放射器１４を反応性ガス供給路として使用して、処理対象体６におけるプラズマ処理する部位を含む狭い範囲に処理用ガスＧ２の雰囲気をピンポイントで形成できるため、少量の処理用ガスＧ２でプラズマ処理することができる。
【００５５】
また、上記のプラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂでは、放射器１４を筒状体（筒状の棒状体）に構成して、その内部に絶縁管１１ｃを挿通させる構成、および放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した給電位置Ａに給電導体１３を介して高周波信号Ｓ１を供給する構成（逆Ｆ形のアンテナとする構成）の双方を採用しているが、放射器１４を棒状体の他の例としての柱状体に構成して、放射器１４の外部に絶縁管１１ｃを配置する構成、および背景技術で説明した上記特許文献１に開示されたプラズマ処理装置（マイクロ波プラズマ発生器）のように、給電導体１３を筒体１１ａ内で閉塞板１１ｂの方向に直角に折り曲げて、その先端を閉塞板１１ｂに接続する構成のうちの少なくとも１つを採用することもできる。以下では、図６を参照しつつ、これらの２つの構成を、放射器１４を筒体にする構成、および放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した給電位置Ａに給電導体１３を介して高周波信号Ｓ１を供給する構成に代えて採用したプラズマ処理装置１Ｃについて説明する。
【００５６】
まず、プラズマ処理装置１Ｃの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１Ｃは、上記したプラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂのうちのプラズマ処理装置１Ａの構成に近似する構成を備えているため、プラズマ処理装置１Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００５７】
プラズマ発生部３Ｃは、一例として図６に示すように、筐体３３、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射器１４を備えている。筐体３３は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂ、および絶縁管１１ｃを備え、筒体１１ａの一方の端部（図５中の上端部）が閉塞板１１ｂによって閉塞されることにより、筒体１１ａの他方の端部（図５中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されている。また、閉塞板１１ｂには、放電用ガスＧ１供給用の絶縁管１１ｃを挿通させるための貫通孔２２と共に、処理用ガスＧ２を供給するための他の貫通孔２３が形成されている。また、貫通孔２３には、処理用ガスＧ２供給用の絶縁管２４が連結されている。この構成により、筐体３１、具体的には筒体１１ａは、反応性ガス供給路として機能する。また、図６に示すように、貫通孔２２は、筒体１１ａの中心軸Ｘから外れた位置に形成されている。絶縁管１１ｃは、同図に示すように、筒体１１ａの中心軸Ｘと平行となるように貫通孔２２に挿通され、かつ閉塞板１１ｂの内面からの突出長が筒体１１ａの全長とほぼ同じ長さに規定されている。これにより、絶縁管１１ｃにおける筒体１１ａの開口端側の端部は、この開口端とほぼ面一の状態となっている。
【００５８】
給電導体１３は、図６に示すように、導電性を有する棒状体がＬ字状に折曲（本例では直角に折曲）されて、カップリングループとして構成されている。具体的には、給電導体１３は、放射器１４側の端部が閉塞板１１ｂに接続されると共に、他方の端部が同軸コネクタ１２の芯線（不図示）に接続されている。この状態において、給電導体１３における放射器１４側の部位（直角に折曲された部位）１３ａは、閉塞板１１ｂから直角に起立した状態（筒体１１ａの中心軸Ｘと平行な状態）となっており、かつ高周波信号Ｓ１の波長をλとしたときに、その長さＬ３がλ／４の半分以下の長さ（本例では、一例としてλ／１０）に規定されている。放射器１４は、図６に示すように、長さＬ１の１本の導電性の柱状体（本例では円柱体）で構成されて、筒体１１ａの中心軸Ｘ上に位置した状態で、閉塞板１１ｂの内面に立設されている。
【００５９】
次に、プラズマ処理装置１Ｃを用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ｃの動作と併せて説明する。なお、上記したプラズマ処理装置１Ａを用いたプラズマ処理方法の処理内容、およびプラズマ処理装置１Ａの動作と同じ部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００６０】
まず、筐体３３における開放端と対向して配設されたテーブル４上に、処理対象体６を載置する。なお、この状態では、処理対象体６は未だ処理用ガスＧ２の雰囲気下とはなっていない。
【００６１】
次いで、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始すると共に、不図示の第２ガス供給部から絶縁管２４内への処理用ガスＧ２の供給を開始する。これにより、プラズマ発生部３Ｃ内（筒体１１ａ内）に供給されている処理用ガスＧ２が筒状の筐体３３における開放端から外部に放出されることにより、図６に示すように、筐体３３における開放端の外部（前方）に処理用ガスＧ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）が形成される。このため、テーブル４上に載置されている処理対象体６における表面処理される部位を含む表面領域は、処理用ガスＧ２の雰囲気で覆われた状態となる（処理用ガスＧ２の雰囲気下となる）。また、絶縁管１１ｃ内に供給されている放電用ガスＧ１が、絶縁管１１ｃの先端（筐体３３の開口端側に位置する先端。図６中の下端）から、処理用ガスＧ２の雰囲気内に放出される。
【００６２】
続いて、この両ガスＧ１，Ｇ２の供給状態において、高周波電源２からプラズマ発生部３Ｃへの高周波信号Ｓ１の出力（供給）を開始する。この場合、給電導体１３に高周波信号Ｓ１が流れることにより、給電導体１３における放射器１４側の部位１３ａの周囲に磁界が発生し、上記した長さＬ１に規定された放射器１４がこの磁界によって共振する。共振状態の放射器１４は共振モノポールとして作動して、放射器１４の先端（図６中の下端）で電圧が最大となる。このため、放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となるため、放電用ガスＧ１が供給されている絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍において、放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生する。この場合、絶縁管１１ｃ内に供給された放電用ガスＧ１は絶縁管１１ｃの先端部から外部に放出され、かつ処理用ガスＧ２も筐体３３における開放端から筒体１１ａの中心軸Ｘに沿って放出されるため、絶縁管１１ｃ内に発生した一次プラズマＰ１も、図６に示すように、絶縁管１１ｃの長さ方向に沿って延びた状態で、絶縁管１１ｃの先端部から放出される。また、放射器１４およびプラズマ発生部３Ｃ（具体的には筒体１１ａ）は、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されているため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００６３】
また、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１が、処理用ガスＧ２の雰囲気中に放出されることにより、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されて、図６に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマ等Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。この場合、二次プラズマ等Ｐ２はプラズマ発生部３Ｃの外部（絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの外部）において発生させられるため、絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの二次プラズマ等Ｐ２による変質等が防止されている。
【００６４】
このように、このプラズマ処理装置１Ｃ、およびこのプラズマ処理装置１Ｃを用いたプラズマ処理方法によっても、絶縁管１１ｃの外部に配設された放射器１４において発生する電界を絶縁管１１ｃ内に供給することにより、絶縁管１１ｃ内で一次プラズマＰ１を発生させて、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を筐体３３の外部に放出させるため、放射器１４および筐体３３が一次プラズマＰ１によって変質等させられる事態を防止することができる。また、絶縁管１１ｃ内で発生する一次プラズマＰ１は、不活性ガスである放電用ガスＧ１がプラズマ化したものであって、反応性ガスである処理用ガスＧ２がプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管１１ｃの変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２は、筐体３３の外部において、筐体３３から放出された一次プラズマＰ１と処理用ガスＧ２との衝突によって発生させられるため、絶縁管１１ｃ、放射器１４および筐体３３が二次プラズマ等Ｐ２によって変質等させられる事態についても防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置１Ｃの耐久性を向上させることができる。
【００６５】
また、上記したプラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃによれば、一次プラズマＰ１を絶縁管１１ｃ内で発生させて、プラズマ発生部３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの外部に放射させるため、一次プラズマＰ１の直径を絶縁管１１ｃの内径で規定することができるため、絶縁管１１ｃの内径を小さくすることにより、一次プラズマＰ１の直径、ひいては一次プラズマＰ１との衝突によって発生される二次プラズマ等Ｐ２の直径を小さくすることができるため、処理対象体６の表面における狭い範囲のみを表面処理することができる。
【００６６】
また、上記したプラズマ処理装置１Ａ，１Ｃでは、処理用ガスＧ２を閉塞板１１ｂに形成された貫通孔２３から筒体１１ａの内部に供給する構成を採用しているが、この貫通孔２３を筒体１１ａに配設する構成を採用することもできる。また、処理用ガスＧ２供給用の貫通孔２３の数は１つに限定されず、貫通孔２３を２つ以上配設する構成を採用することもできる。
【００６７】
また、プラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法について上記したが、プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置１以外のプラズマ処理装置（例えば、図７に示すプラズマ処理装置１Ｄ）を用いても実施することができる。以下、このプラズマ処理装置１Ｄを用いたプラズマ処理方法について説明する。
【００６８】
まず、このプラズマ処理装置１Ｄの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。このプラズマ処理装置１Ｄは、高周波電源２、プラズマ発生部３Ｄ、およびテーブル４を備えている。
【００６９】
このプラズマ処理装置１Ｄは、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓ１をプラズマ発生部３Ｄに供給することによってプラズマ発生部３Ｄの絶縁管１１ｃ内に一次プラズマＰ１を発生させると共に、発生させた一次プラズマＰ１をプラズマ発生部３Ｄの外部へ放出可能に構成されている。プラズマ発生部３Ｄは、一例として、図７に示すように、絶縁管１１ｃおよび一対の電極１５ａ，１５ｂを備えている。また、一対の電極１５ａ，１５ｂは、同図に示すように、絶縁管１１ｃを挟んで互いに対向する位置に配設されて、高周波電源２に接続されている。
【００７０】
次に、プラズマ処理装置１Ｄを用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ｄの動作と併せて説明する。なお、図７に示すように、テーブル４上には、処理対象体６が処理用ガスＧ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）下で載置されているものとする。
【００７１】
まず、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始する。これにより、絶縁管１１ｃの先端部（同図中の下端部。処理対象体６側の端部）から放電用ガスＧ１が放出される。この放電用ガスＧ１の供給状態において、高周波電源２から一対の電極１５ａ，１５ｂ間への高周波信号Ｓ１の供給を開始する。これにより、絶縁管１１ｃの内部領域における一対の電極１５ａ，１５ｂで挟まれた部位での電界強度が高まるため、この部位において放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生し、絶縁管１１ｃの先端部から外部に放出される。この場合、一対の電極１５ａ，１５ｂは、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されているため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００７２】
次いで、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１を、処理用ガスＧ２の雰囲気下でテーブル４上に載置されている処理対象体６に照射する。この処理用ガスＧ２への一次プラズマＰ１の照射により、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されたり、ラジカル化されて、図７に概念的に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマ等Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。このように、プラズマ処理装置１Ｄを用いたプラズマ処理方法においても、二次プラズマ等Ｐ２が絶縁管１１ｃの外部において発生させられるため、絶縁管１１ｃの二次プラズマ等Ｐ２による変質等を防止することができる。なお、このプラズマ処理装置１Ｄでは、高周波信号Ｓ１を一対の電極１５ａ，１５ｂ間に供給することによって一次プラズマＰ１を発生させる構成を採用しているが、高周波電源２に代えて直流電源を使用して、一対の電極１５ａ，１５ｂ間に直流電圧を印加することによって一次プラズマＰ１を発生させる構成を採用することもできる。また、一対の電極１５ａ，１５ｂに代えて１つの電極１５ａを使用し、高周波電源２の一方の出力端子から１つの電極１５ａに高周波信号Ｓ１を出力し、高周波電源２の他方の出力端子を基準電位（例えばグランド電位）に接続する構成を採用することができる。また、上記の各プラズマ処理装置１〜１Ｄでは、テーブル４を備える構成を採用したが、処理用ガスＧ２の雰囲気中に処理対象体６を配置できるものであれば、テーブル４以外の種々の台や容器を使用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ プラズマ処理装置
２ 高周波電源
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ プラズマ発生部
６ 処理対象体
１１，３１，３２，３３ 筐体
１１ｂ 閉塞板
１３ 給電導体
１４ 放射器
１５ａ，１５ｂ 一対の電極
Ｇ１ 放電用ガス
Ｇ２ 処理用ガス
Ｐ１ 一次プラズマ
Ｐ２ 二次プラズマ
Ｓ１ 高周波信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の端部が閉塞板で閉塞された筒状の筐体、および閉塞板の内面に筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された放射導体を備えて、放射導体の先端近傍にプラズマを発生させるプラズマ処理装置、およびこのプラズマ処理装置において実施されるプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のプラズマ処理装置として、下記特許文献１に開示されたプラズマ処理装置（マイクロ波プラズマ発生器）が知られている。このプラズマ処理装置は、円筒状の外管の上端に蓋体を固定して構成された共振器と、外管の上端寄りに配設された同軸線路と、蓋体の中央に固着された内部導体（放射導体）とを備えている。また、同軸線路の導体（中心導体）は、外管内で蓋体方向に屈折して先端が蓋体に接続されている。また、内部導体は、その長さが（λ／２）×ｎ＋（λ／４）に設定されている。また、外管には、ガス導入口が形成されている。このプラズマ処理装置では、共振器に同軸モードに変換したマイクロ波を同軸線路を経由して内部導体に伝送して、内部導体の先端部分に高電界を生じさせることにより、ガス導入口から外管内に導入されたガスをプラズマ化して、内部導体の先端部分にプラズマを発生させている。また、このようにして発生させられたプラズマは外管の内面を変質させたり、エッチングしたりするため、このプラズマ処理装置では、この変質またはエッチング（以下、「変質等」ともいう）を防止すべく、内部導体の先端部分を取り囲む外管の内周面に石英管（絶縁管）を配置して、この石英管内においてプラズマを発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１８８０９４号公報（第２−３頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、本願発明者等が上記した従来のプラズマ処理装置について鋭意研究した結果、このプラズマ処理装置には以下の問題点が存在していることを見出した。すなわち、この種のプラズマ処理装置では、上記のガスとして、一般的に、プラズマを安定に発生させるためのガス（不活性ガス）と処理対象体を処理するための処理ガス（反応性ガス）との混合ガスを使用している。この場合、反応性ガスは、プラズマ化した状態での物質に対する変質させる能力やエッチング力がプラズマ化した不活性ガスと比較して極めて高く、上記のプラズマ処理装置のように外管の内周面に石英管（絶縁管）を配置する構成を採用したとしても、石英管自体がプラズマ化した反応性ガスによって変質等される。また、プラズマが発生する内部導体の先端部分についても、プラズマ化した不活性ガスおよびプラズマ化した反応性ガスによって変質等される。したがって、上記のプラズマ処理装置には、内部導体の先端部分および石英管が変質等されることに起因して、装置の耐久性が低下するという問題点が存在しているのを見出した。
【０００５】
本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、プラズマによる放射導体および絶縁管の変質等を防止して耐久性を向上させ得るプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載のプラズマ処理装置は、グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板で閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体と、前記閉塞板の内面に前記筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射導体と、不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスを前記筐体内を経由して当該筐体の前記開放端まで搬送すると共に、当該開放端近傍に位置する先端部から前記筐体の外部に放出させる絶縁管とを備え、前記筐体は、内部に供給された反応性ガスを前記開放端から外部に放出して当該開放端の前方に反応性ガス雰囲気を形成する反応性ガス供給路を備えて構成され、前記放射導体が供給された高周波信号を放射することにより、前記絶縁管内にプラズマ化した前記１つ以上からなるガスによる一次プラズマを発生させると共に、当該発生させた一次プラズマを前記絶縁管の前記先端部から前記反応性ガス雰囲気中に放出することにより、前記反応性ガスをプラズマ化させた二次プラズマ、および前記反応性ガスをラジカル化させたラジカルのうちの少なくとも一方を処理対象体のプラズマ処理のために発生させる。
【０００７】
また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記放射導体は筒状に形成され、前記絶縁管は、前記先端部が前記放射導体の先端から突出した状態で当該放射導体内に配設されている。
【０００８】
また、請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記放射導体は、筒状に形成されると共に、先端が前記筐体の前記開放端または当該開放端の近傍に達するように立設され、前記絶縁管は、前記先端部が前記放射導体の前記先端または当該先端の近傍に達する状態で当該放射導体内に配設され、前記反応性ガス供給路は、前記放射導体の内周面と前記絶縁管の外周面との間に形成された隙間によって形成されている。
【０００９】
請求項４記載のプラズマ処理方法は、不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスを絶縁管内に供給している状態において、前記絶縁管内にプラズマ化した前記１つ以上からなるガスによる一次プラズマを発生させ、前記絶縁管の先端部から前記一次プラズマを放出させると共に、当該放出させた一次プラズマに反応性ガスを供給することにより、前記反応性ガスをプラズマ化させた二次プラズマ、および前記反応性ガスをラジカル化させたラジカルのうちの少なくとも一方を発生させ、当該発生させた二次プラズマおよびラジカルのうちの少なくとも一方で処理対象体をプラズマ処理する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載のプラズマ処理装置および請求項４記載のプラズマ処理方法によれば、絶縁管内で一次プラズマを発生させて、絶縁管の先端部から一次プラズマを筐体の外部に放出させるため、放射導体および筐体が一次プラズマによって変質等（変質やエッチング）される事態を確実に防止することができる。また、絶縁管内で発生する一次プラズマは、不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスがプラズマ化したものであって、反応性ガスがプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管の変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体をプラズマ処理するための二次プラズマやラジカルは、筐体の外部において、筐体から一次プラズマを反応性ガス雰囲気中に放出して、反応性ガスをプラズマ化させたり、ラジカル化させたりして発生させられるため、絶縁管、放射導体および筐体が二次プラズマやラジカルによって変質等される事態についても防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置の耐久性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、筒状に形成された放射導体内に、先端部が放射導体の先端から突出した状態で絶縁管を配設したことにより、電界強度が最大となる放射導体の先端近傍に常に絶縁管を配設できる結果、一次プラズマ、ひいては二次プラズマを効率良く発生させることができ、処理対象体に対するプラズマ処理の効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、放射導体を筒状に形成すると共に、先端が筐体の開放端またはこの開放端の近傍に達するように立設し、絶縁管を先端部が放射導体の先端またはこの先端の近傍に達する状態で放射導体内に配設して、放射導体の内周面と絶縁管の外周面との間に形成された隙間によって反応性ガス供給路を構成したことにより、反応性ガス供給路として筐体全体を使用する構成とは異なり、より小径な放射導体を反応性ガス供給路として使用して、処理対象体におけるプラズマ処理する部位を含む狭い範囲に反応性ガスの雰囲気をピンポイントで形成できるため、少量の反応性ガスでプラズマ処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プラズマ処理装置１の構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図２】図１におけるＷ１−Ｗ１線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。
【図３】プラズマ処理装置１Ａの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図４】図３におけるＷ２−Ｗ２線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。
【図５】プラズマ処理装置１Ｂの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図６】プラズマ処理装置１Ｃの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図７】プラズマ処理装置１Ｄの構成図（絶縁管１１ｃについては中心軸に沿った断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置の実施の形態について説明する。
【００１５】
まず、図１に示すプラズマ処理装置１を用いた処理対象体６に対するプラズマ処理方法について説明する。
【００１６】
最初に、このプラズマ処理装置１について説明する。このプラズマ処理装置１は、高周波電源２、プラズマ発生部３、およびテーブル４を備えている。また、このプラズマ処理装置１は、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓ１をプラズマ発生部３に同軸ケーブル５を介して供給することによってプラズマ発生部３内に一次プラズマＰ１を発生させると共に、発生させた一次プラズマＰ１をプラズマ発生部３の外部へ放出可能に構成されている。
【００１７】
高周波電源２は、準マイクロ波帯（１ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）またはマイクロ波帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）の高周波信号（一例として、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）Ｓ１を所定の電力で生成して、プラズマ発生部３に出力する高周波信号生成部として機能する。なお、本例では、高周波電源２が、準マイクロ波を高周波信号Ｓ１として出力する構成を採用しているが、マイクロ波を高周波信号Ｓ１として出力する構成を採用することもできる。また、高周波電源２からプラズマ発生部３に対する高周波信号Ｓ１の供給効率を高めるため、高周波電源２とプラズマ発生部３との間に整合器を配設することもできる。
【００１８】
プラズマ発生部３は、一例として図１に示すように、筐体１１、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射導体としての放射器（アンテナ）１４を備えている。筐体１１は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂ、および絶縁管１１ｃを備え、一方の端部（図１中の上端部）が閉塞され、かつ他方の端部（図１中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されると共に、絶縁管１１ｃを除く他のすべての構成要素に対してグランド電位が付与されている。
【００１９】
具体的には、図１に示すように、筐体１１は、その筒体１１ａにおける一方の端部（図１中の上端部）が、この一方の端部に密着して配設された閉塞板１１ｂによって閉塞されて、他方の端部が開口端となるトーチ型筐体として構成されている。また、筒体１１ａは、図２に示すように、中心軸Ｘと直交する平面に沿った外周面の断面形状が四角形（つまり、外形が四角筒体）であるが、この平面に沿った内周面の断面形状が円形であるため、実質的には円筒体として機能する。また、筒体１１ａは、図１に示すように、その長さ（筒長）が放射器１４の長さＬ１よりも長く規定されて、放射器１４の先端が筒体１１ａの開放端から突出しない構成となっている。
【００２０】
また、本例では、図１に示すように、筒体１１ａには、筐体１１内に高周波信号Ｓ１を導入するための貫通孔２１が形成されている。また、一例として、閉塞板１１ｂには、プラズマ放電用ガスＧ１（以下、「放電用ガスＧ１」ともいう）を供給するための絶縁管１１ｃを挿通させる貫通孔２２が形成されている。この場合、貫通孔２２の位置は、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように（つまり、閉塞板１１ｂの中心に）規定されている。また、本例では放電用ガスＧ１として、電離電圧が低くプラズマが発生し易い不活性ガス（例えば、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウムから選択された単独ガスまたは複数のガスの混合ガス）、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガス（以下、「不活性ガス等」ともいう）が使用される。絶縁管１１ｃは、その外径が貫通孔２２の内径よりも若干小径に形成されて、図１，２に示すように、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように貫通孔２２に挿通され、かつ閉塞板１１ｂの内面からの突出長が筒体１１ａの全長とほぼ同じ長さに規定されている。これにより、絶縁管１１ｃにおける放射器１４から突出した端部（筒体１１ａの開口端側に位置する端部）は、この開口端と面一の状態となっている。絶縁管１１ｃの材料としては、例えば、イットリア、窒化アルミ、および窒化ホウ素などを使用することができる。この場合、耐フッ素プラズマ性では、イットリアが最も好ましく、それに次いで、窒化アルミおよび窒化ホウ素の順で耐エッチング性が高い。一方、熱衝撃性については、逆に、窒化ホウ素が最も好ましく、窒化アルミ、イットリアの順で熱衝撃性が高い。なお、石英を使用して絶縁管１１ｃを製造してもよいのは勿論である。
【００２１】
同軸コネクタ１２は、図１に示すように、高周波電源２に接続された同軸ケーブル５の先端に装着された状態で、筒体１１ａの外周面に、貫通孔２１を閉塞するようにして取り付けられている。給電導体１３は、高導電性の線材を用いて、一例として、図１，２に示すように、棒状（ほぼ真っ直ぐな棒状）に形成されて、一端側が同軸コネクタ１２の芯線１２ａに接続されると共に、他端側が放射器１４の給電位置Ａに接続されている。この場合、給電位置Ａは、放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した位置に規定されている。ここで、所定距離Ｌ２は、高周波信号Ｓ１の波長をλとしたときに、λ／１０≧Ｌ２＞０の範囲に規定するのが好ましい。これにより、放射器１４と、これに接続される閉塞板１１ｂおよび給電導体１３とで逆Ｆ形のアンテナが構成されて、後述するように、プラズマ発生（着火）前後でのＶＳＷＲの変化を低減し得る構成となる。なお、所定距離Ｌ２がλ／１０を超える構成では、後述するようにプラズマ発生前のＶＳＷＲが悪化し始める（つまり、プラズマの着火性が低下し始める）。このため、Ｌ２はλ／１０以下とするのが好ましい。
【００２２】
放射器１４は、導電性材料を用いて棒状（本例では筒状）に形成されている。具体的には、放射器１４は、図１，２に示すように、その内径が貫通孔２２の内径以上に規定された筒状（本例では円筒状）に形成されて、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように閉塞板１１ｂの内面に立設（電気的に接続された状態で立設）されている。この構成により、放射器１４の内部が貫通孔２２と連通した状態となり、貫通孔２２に挿通された絶縁管１１ｃは、放射器１４にも挿通された状態となる。また、放射器１４は、その長さＬ１が（（１／４＋ｎ／２）×λ）に規定されている。ここで、ｎは、０以上の整数であり、本例では一例としてｎ＝０に設定されて、放射器１４の長さＬ１は（λ／４。高周波信号Ｓ１の周波数が一例として２．４５ＧＨｚであるため、１２２．４５ｍｍ／４＝３０．６ｍｍ）に規定されている。
【００２３】
テーブル４は、図１に示すように、筐体１１における他方の端部（開口端）に対向して配設されて、その筐体１１側の表面（載置面）に処理対象体６を載置可能に構成されている。本例では、一例としてテーブル４の載置面は、筒体１１ａの中心軸Ｘと直交する平面に形成されている。
【００２４】
次に、プラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１の動作と併せて説明する。なお、図１に示すように、テーブル４上には、処理対象体６がプラズマ処理用ガス（以下、「処理用ガス」）Ｇ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）下で載置されているものとする。この場合、処理用ガスＧ２としては、反応性ガスが使用され、プラズマ処理の種類に応じて、二酸化炭素、一酸化二窒素などの酸化性ガス、水素、アンモニアなどの還元性ガス、および四フッ化メタンなどのフッ素系ガスのうちから選択される。
【００２５】
まず、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始する。これにより、筒状の筐体１１における開放端の外部に、プラズマ発生部３内（筒体１１ａ内）に導入された絶縁管１１ｃを介して放電用ガスＧ１が放出される。この放電用ガスＧ１の供給状態において、高周波電源２からプラズマ発生部３への高周波信号Ｓ１の出力（供給）を開始する。高周波電源２から出力された高周波信号Ｓ１は、同軸ケーブル５、同軸コネクタ１２および給電導体１３を介して、放射器１４にその給電位置Ａから供給される。これにより、λ／４の長さＬ１に規定されている放射器１４が、高周波信号Ｓ１によって共振する。共振状態の放射器１４は、共振モノポールとして作動して、筐体１１の開口端側に位置する先端（図１中の下端）側で電圧が最大となる。このため、プラズマ発生部３内における放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となる（放射器１４が高周波信号Ｓ１を放射している状態となる）。これにより、プラズマの発生し易い放電用ガスＧ１が供給されている絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍では、絶縁管１１ｃの外部から印加される高い強度の電界により、放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生する。
【００２６】
この場合、高周波電源２が高周波信号Ｓ１として準マイクロ波またはマイクロ波をプラズマ発生部３に供給するため、一次プラズマＰ１は高密度な状態で発生する。また、絶縁管１１ｃ内に供給された放電用ガスＧ１は絶縁管１１ｃの先端部（筐体１１の開口端側の端部）から外部に放出されるため、絶縁管１１ｃ内に発生した一次プラズマＰ１も、図１に示すように、絶縁管１１ｃの長さ方向に沿って（筒体１１ａの中心軸Ｘに沿って）延びた状態で、絶縁管１１ｃの先端部から放出される。また、放射器１４およびプラズマ発生部３（具体的には筒体１１ａ）は、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されている（一次プラズマＰ１に直接触れない状態となっている）ため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００２７】
続いて、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１を、処理用ガスＧ２の雰囲気下でテーブル４上に載置されている処理対象体６に照射する。この処理用ガスＧ２への一次プラズマＰ１の照射により、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されたり、ラジカル化されて、図１に概念的に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマおよびラジカルのうちの少なくとも一方（以下、「二次プラズマ等」ともいう）Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。この表面処理には、処理対象体６の表面のエッチング処理、殺菌処理、洗浄処理、および親水性の向上処理などが含まれるものとする。また、この二次プラズマ等Ｐ２は、プラズマ発生部３の外部（絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの外部）において発生させられるため、絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの二次プラズマ等Ｐ２による変質等が防止されている。
【００２８】
この際に、一次プラズマＰ１自体が導電性を持つことに起因して、放射器１４の見かけ上の長さ（電気長）が、プラズマ発生前（放射器１４のみの長さ）とプラズマ発生後（放射器１４の長さと一次プラズマＰ１の長さの合計長）とで変化する。したがって、従来のプラズマ処理装置では、一次プラズマＰ１の発生前後でのプラズマ発生部３の共振周波数が大きく変化する。このため、発明者らによる実験（高周波信号Ｓ１の周波数を２．４５ＧＨｚ、放射器１４の長さＬ１をλ／４（＝３０．６ｍｍ）としたときの実験）によれば、プラズマ発生前（着火前）の共振周波数を基準として放射器１４の長さＬ１を規定した場合には、プラズマ発生後（着火後）において不整合状態となり、プラズマ発生前のＶＳＷＲ（１２．４）と比較してプラズマ発生後のＶＳＷＲ（６１．５）が大きく悪化することが確認された。
【００２９】
これに対してプラズマ処理装置１では、上記したように放射器１４における閉塞板１１ｂから所定距離Ｌ２だけ離間した位置に高周波信号Ｓ１の給電位置Ａが規定されている。このため、一例として所定距離Ｌ２を２ｍｍ（＝λ／６１．２），３ｍｍ（＝λ／４０．８），４ｍｍ（＝λ／３０．６）と変えてプラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化を測定した場合、測定された各所定距離Ｌ２でのプラズマ発生前のＶＳＷＲおよびプラズマ発生後のＶＳＷＲは、それぞれ（１１．１，１８．６）、（１３．１，１７．４）、（１８．５，１７）となり、少なくともλ／３０．６≧Ｌ２≧λ／６１．２の範囲においては、従来のプラズマ処理装置における整合状態でのＶＳＷＲ（プラズマ発生前のＶＳＷＲ）とほぼ同じ値（すべてのＶＳＷＲが２０未満）であった。この結果、従来のプラズマ処理装置と比較して、プラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化がほぼ変化しないと言えるレベルまで、プラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化が大幅に低減されることが確認された。つまり、プラズマ処理装置１では、プラズマ発生前後で良好な整合状態が維持されることが確認された。この理由としては、給電位置Ａから給電された高周波信号Ｓ１により、放射器１４の基端部から放射器１４の先端部への経路と、給電位置Ａから放射器１４の先端部へ伝わる経路の２つの経路で共振が発生しているため、放射器１４のＱがブロード（広帯域）となるのが原因の１つと考えられる。
【００３０】
なお、所定距離Ｌ２を２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍと長くするに従い、プラズマ発生後のＶＳＷＲは１８．６から、１７．４、１７とほぼ一定に維持される（若干減少する）が、プラズマ発生前のＶＳＷＲは１１．１から、１３．１、１８．５と次第に大きくなる（プラズマの着火性が低下する）傾向となる。このため、給電位置Ａまでの所定距離Ｌ２を長くし過ぎると、プラズマ発生前のＶＳＷＲが一層大きくなって、プラズマの着火性が低下すると考えられる。このため、所定距離Ｌ２は、最長でもλ／１０以下とするのが好ましいと考えられる。
【００３１】
このように、このプラズマ処理装置１、およびこのプラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法では、内部に放射器１４が立設された筒状の筐体１１における開放端の外部に、先端部が筐体１１の開放端に達するように筐体１１内に導入された絶縁管１１ｃを介して不活性ガスである放電用ガスＧ１を放出させ、この状態において放射器１４に高周波信号Ｓ１を供給することにより、絶縁管１１ｃ内にプラズマ化した不活性ガスからなる一次プラズマＰ１を発生させると共に、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を放出させ、この一次プラズマＰ１を反応性ガスである処理用ガスＧ２と衝突させ、これによって処理用ガスＧ２をプラズマ化させて二次プラズマ等Ｐ２を発生させ、この二次プラズマ等Ｐ２で処理対象体６を表面処理する。
【００３２】
したがって、このプラズマ処理装置１、およびこのプラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法によれば、絶縁管１１ｃの外部に配設された放射器１４において発生する電界を絶縁管１１ｃ内に供給することにより、絶縁管１１ｃ内で一次プラズマＰ１を発生させて、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を筐体１１の外部に放出させるため、放射器１４および筐体１１が一次プラズマＰ１によって変質等される事態を確実に防止することができる。また、絶縁管１１ｃ内で発生する一次プラズマＰ１は、不活性ガスである放電用ガスＧ１がプラズマ化したものであって、反応性ガスである処理用ガスＧ２がプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管１１ｃの変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２は、筐体１１の外部において、筐体１１から放出された一次プラズマＰ１と処理用ガスＧ２との衝突によって発生させられるため、絶縁管１１ｃ、放射器１４および筐体１１が二次プラズマ等Ｐ２によって変質等させられる事態についても防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置１の耐久性を向上させることができる。
【００３３】
また、処理用ガスＧ２の雰囲気中にある処理対象体６に一次プラズマＰ１を放出することにより、処理用ガスＧ２をプラズマ化またはラジカル化して二次プラズマ等Ｐ２を発生させる例について上記したが、一次プラズマＰ１を処理対象体６に放出した状態において、処理対象体６に処理用ガスＧ２を供給して二次プラズマ等Ｐ２を発生させる構成を採用することもできる。
【００３４】
なお、上記したプラズマ処理装置１は、処理対象体６を処理用ガスＧ２の雰囲気下に移行させる機能を備えていないが、図３に示すプラズマ処理装置１Ａのように、プラズマ発生部３から処理用ガスＧ２を放出させて、筐体１１における開放端の外部に処理用ガスＧ２の雰囲気を形成することで、処理対象体６を処理用ガスＧ２の雰囲気下に移行させる構成を採用することもできる。以下、このプラズマ処理装置１Ａについて説明する。
【００３５】
まず、プラズマ処理装置１Ａの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００３６】
図３に示すプラズマ処理装置１Ａは、高周波電源２、プラズマ発生部３Ａおよびテーブル４を備え、プラズマ発生部３Ａがプラズマ処理装置１のプラズマ発生部３と相違している以外は、プラズマ処理装置１と同一に構成されている。以下では、相違するプラズマ発生部３Ａの構成について説明し、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３７】
プラズマ発生部３Ａは、一例として図３，４に示すように、筐体３１、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射器１４を備えている。筐体３１は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂ、および絶縁管１１ｃを備え、筒体１１ａの一方の端部（図３中の上端部）が閉塞板１１ｂによって閉塞されることにより、筒体１１ａの他方の端部（図３中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されている。また、筐体３１では、閉塞板１１ｂに、放電用ガスＧ１供給用の絶縁管１１ｃを挿通させるための貫通孔２２と共に、処理用ガスＧ２を供給するための他の貫通孔２３が形成されている。本例では一例として、この貫通孔２３には、処理用ガスＧ２を筐体３１に供給するための絶縁管２４が連結されている。この構成により、筐体３１、具体的には筒体１１ａは、後述するように反応性ガス供給路として機能する。
【００３８】
次に、プラズマ処理装置１Ａを用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ａの動作と併せて説明する。なお、上記したプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置１の動作と同じ部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００３９】
まず、筐体３１における開放端と対向して配設されたテーブル４上に、処理対象体６を載置する。なお、この状態では、処理対象体６は未だ処理用ガスＧ２の雰囲気下とはなっていない。
【００４０】
次いで、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始すると共に、不図示の第２ガス供給部から絶縁管２４内への処理用ガスＧ２の供給を開始する。これにより、絶縁管２４および貫通孔２３を介してプラズマ発生部３Ａ内（筒体１１ａ内）に供給されている処理用ガスＧ２が、筒状の筐体３１における開放端（筒体１１ａの下端部）から外部（下部）に放出される。これにより、図３に示すように、筐体３１における開放端の外部（前方）に処理用ガスＧ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）が形成される。このため、テーブル４上に載置されている処理対象体６における表面処理される部位を含む表面領域は、処理用ガスＧ２の雰囲気で覆われた状態となる（処理用ガスＧ２の雰囲気下となる）。また、絶縁管１１ｃ内に供給されている放電用ガスＧ１が、絶縁管１１ｃの先端（筐体３１の開口端側に位置する先端。図３中の下端）から、処理用ガスＧ２の雰囲気内に放出される。
【００４１】
続いて、この両ガスＧ１，Ｇ２の供給状態において、高周波電源２からプラズマ発生部３Ａへの高周波信号Ｓ１の出力（供給）を開始する。これにより、プラズマ処理装置１と同様にして、プラズマ発生部３Ａ内における放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となるため、放電用ガスＧ１が供給されている絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍において、放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生する。この場合、絶縁管１１ｃ内に供給された放電用ガスＧ１は絶縁管１１ｃの先端部から外部に放出され、かつ処理用ガスＧ２も筐体３１の開放端から筒体１１ａの中心軸Ｘにほぼ沿って放出されるため、絶縁管１１ｃ内に発生した一次プラズマＰ１は、図３に示すように、絶縁管１１ｃの長さ方向に沿って延びた状態で、絶縁管１１ｃの先端部から放出される。また、放射器１４およびプラズマ発生部３Ａ（具体的には筒体１１ａ）は、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されているため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００４２】
また、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１が、処理用ガスＧ２の雰囲気中に放出されることにより、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されて、図３に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマ等Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。この場合、二次プラズマ等Ｐ２はプラズマ発生部３Ａの外部（絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの外部）において発生させられるため、絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの二次プラズマ等Ｐ２による変質等が防止されている。
【００４３】
このように、このプラズマ処理装置１Ａ、およびこのプラズマ処理装置１Ａを用いたプラズマ処理方法によっても、絶縁管１１ｃの外部に配設された放射器１４において発生する電界を絶縁管１１ｃ内に供給することにより、絶縁管１１ｃ内で一次プラズマＰ１を発生させて、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を筐体３１の外部に放出させるため、放射器１４および筐体３１が一次プラズマＰ１によって変質等される事態を確実に防止することができる。また、絶縁管１１ｃ内で発生する一次プラズマＰ１は、不活性ガスである放電用ガスＧ１がプラズマ化したものであって、反応性ガスである処理用ガスＧ２がプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管１１ｃの変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２は、筐体３１の外部において、筐体３１から放出された一次プラズマＰ１と処理用ガスＧ２との衝突によって発生させられるため、絶縁管１１ｃ、放射器１４および筐体３１が二次プラズマ等Ｐ２によって変質等させられる事態についても確実に防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置１Ａの耐久性を向上させることができる。また、放射器１４を筒状に形成して、放射器１４内に絶縁管１１ｃを配設したことにより、電界強度が最大となる放射器１４の先端近傍に常に絶縁管１１ｃを配設できる結果、一次プラズマＰ１、ひいては二次プラズマ等Ｐ２を効率良く発生させることができ、処理対象体６に対するプラズマ処理の効率も向上させることができる。
【００４４】
また、上記のプラズマ処理装置１Ａでは、筐体３１を構成する筒体１１ａを介して（筒体１１ａ内を流路として）処理用ガスＧ２を筐体３１における開放端の外部（前方）に放出する構成を採用しているが、図５に示すプラズマ処理装置１Ｂのように、筒状に形成された放射器１４の内部を介して処理用ガスＧ２を筐体３１における開放端の外部（前方）に放出させて、筐体３２における開放端の外部に処理用ガスＧ２の雰囲気を形成する構成を採用することもできる。以下、このプラズマ処理装置１Ｂについて説明する。
【００４５】
まず、プラズマ処理装置１Ｂの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００４６】
図５に示すプラズマ処理装置１Ｂは、高周波電源２、プラズマ発生部３Ｂおよびテーブル４を備え、プラズマ発生部３Ｂがプラズマ処理装置１Ａのプラズマ発生部３Ａと相違している以外は、プラズマ処理装置１Ａと同一に構成されている。以下では、相違するプラズマ発生部３Ｂの構成について説明し、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４７】
プラズマ発生部３Ｂは、一例として図５に示すように、筐体３２、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射器１４を備えている。筐体３２は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂ、および絶縁管１１ｃを備え、筒体１１ａの一方の端部（図５中の上端部）が閉塞板１１ｂによって閉塞されることにより、筒体１１ａの他方の端部（図５中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されている。また、筐体３２では、閉塞板１１ｂに、放電用ガスＧ１供給用の絶縁管１１ｃを挿通させるための貫通孔２２と共に、処理用ガスＧ２を供給するための他の貫通孔２３が形成されている。本例では一例として、この貫通孔２３には、処理用ガスＧ２を供給するための絶縁管２４が連結されている。また、筐体３２では、一例として図５に示すように、貫通孔２２は、閉塞板１１ｂにおける外面側の領域Ｂの内径が絶縁管１１ｃの外径よりも若干大径に形成されると共に、閉塞板１１ｂにおける内面側の領域Ｃの内径が放射器１４の外径よりも若干大径（領域Ｂの内径よりも大径）に形成されている。また、貫通孔２３は、貫通孔２２を構成する閉塞板１１ｂの内面における領域Ｃに開口している。
【００４８】
放射器１４は、図５に示すように、閉塞板１１ｂの内面に、貫通孔２２の領域Ｃ内に端部（図５中の上端部）が挿入されて、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となり、かつその先端（同図中の下端）が筐体３２の開放端または開放端の近傍に達する状態で立設されている。また、放射器１４におけるこの上端部には貫通孔（または切欠き）１４ａが形成されて、この貫通孔１４ａを介して、放射器１４の内部領域が貫通孔２３と連通する状態となっている。また、同図に示すように、貫通孔２２の領域Ｂに挿通された絶縁管１１ｃは、放射器１４にも挿通され、先端部が放射器１４の先端または先端の近傍に達する状態となっている。これにより、二重管構造となっている放射器１４の内周面と絶縁管１１ｃの外周面との間には、反応性ガス供給路２５（放射器１４の内周面と絶縁管１１ｃの外周面との間の隙間によって形成されて、放射器１４の上端から下端に達する流路）が形成され、この反応性ガス供給路２５は、放射器１４に形成された貫通孔１４ａを介して貫通孔２３と連通した状態となる。
【００４９】
次に、プラズマ処理装置１Ｂを用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ｂの動作と併せて説明する。なお、上記したプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置１，１Ａの動作と同じ部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００５０】
まず、筐体３２における開放端と対向して配設されたテーブル４上に、処理対象体６を載置する。なお、この状態では、処理対象体６は未だ処理用ガスＧ２の雰囲気下とはなっていない。
【００５１】
次いで、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始すると共に、不図示の第２ガス供給部から絶縁管２４内への処理用ガスＧ２の供給を開始する。これにより、処理用ガスＧ２は、絶縁管２４、貫通孔２３、放射器１４の貫通孔１４ａ、および反応性ガス供給路２５を経由して、放射器１４の下端側から筐体３２における開放端の外部に放出されて、図５に示すように、筐体３２における開放端の外部（前方）に処理用ガスＧ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）が形成される。このため、テーブル４上に載置されている処理対象体６における表面処理される部位を含む表面領域は、処理用ガスＧ２の雰囲気で覆われた状態となる（処理用ガスＧ２の雰囲気下となる）。この場合、反応性ガス供給路として筒体１１ａを使用するプラズマ処理装置１Ａとは異なり、より小径な放射器１４を反応性ガス供給路として使用するため、処理用ガスＧ２の雰囲気がプラズマ処理の必要な狭い部位にピンポイントで形成される。また、絶縁管１１ｃ内に供給されている放電用ガスＧ１が、絶縁管１１ｃの先端（筐体３２の開口端側に位置する先端。図５中の下端）から、処理用ガスＧ２の雰囲気内に放出される。
【００５２】
続いて、この両ガスＧ１，Ｇ２の供給状態において、高周波電源２からプラズマ発生部３Ｂへの高周波信号Ｓ１の出力（供給）を開始する。これにより、プラズマ処理装置１，１Ａのときと同様にして、プラズマ発生部３Ｂ内における放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となるため、放電用ガスＧ１が供給されている絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍において、放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生する。この場合、絶縁管１１ｃ内に供給された放電用ガスＧ１は絶縁管１１ｃの先端部から外部に放出され、かつ処理用ガスＧ２も放射器１４の開放端から筒体１１ａの中心軸Ｘに沿って放出されるため、絶縁管１１ｃ内に発生した一次プラズマＰ１は、図５に示すように、絶縁管１１ｃの長さ方向に沿って延びた状態で、絶縁管１１ｃの先端部から放出される。また、放射器１４およびプラズマ発生部３Ｂ（具体的には筒体１１ａ）は、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されているため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００５３】
また、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１が、処理用ガスＧ２の雰囲気中に放出されることにより、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されて、図５に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマ等Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。この場合、二次プラズマ等Ｐ２はプラズマ発生部３Ｂの外部（絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの外部）において発生させられるため、絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの二次プラズマ等Ｐ２による変質等が防止されている。
【００５４】
このように、このプラズマ処理装置１Ｂ、およびこのプラズマ処理装置１Ｂを用いたプラズマ処理方法によっても、絶縁管１１ｃの外部に配設された放射器１４において発生する電界を絶縁管１１ｃ内に供給することにより、絶縁管１１ｃ内で一次プラズマＰ１を発生させて、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を筐体３２の外部に放出させるため、放射器１４および筐体３２が一次プラズマＰ１によって変質等される事態を確実に防止することができる。また、絶縁管１１ｃ内で発生する一次プラズマＰ１は、不活性ガスである放電用ガスＧ１がプラズマ化したものであって、反応性ガスである処理用ガスＧ２がプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管１１ｃの変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２は、筐体３２の外部において、筐体３２から放出された一次プラズマＰ１と処理用ガスＧ２との衝突によって発生させられるため、絶縁管１１ｃ、放射器１４および筐体３２が二次プラズマ等Ｐ２によって変質等させられる事態についても確実に防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置１Ｂの耐久性を向上させることができる。また、反応性ガス供給路として筐体３１（筒体１１ａ）を使用するプラズマ処理装置１Ａとは異なり、より小径な放射器１４を反応性ガス供給路として使用して、処理対象体６におけるプラズマ処理する部位を含む狭い範囲に処理用ガスＧ２の雰囲気をピンポイントで形成できるため、少量の処理用ガスＧ２でプラズマ処理することができる。
【００５５】
また、上記のプラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂでは、放射器１４を筒状体（筒状の棒状体）に構成して、その内部に絶縁管１１ｃを挿通させる構成、および放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した給電位置Ａに給電導体１３を介して高周波信号Ｓ１を供給する構成（逆Ｆ形のアンテナとする構成）の双方を採用しているが、放射器１４を棒状体の他の例としての柱状体に構成して、放射器１４の外部に絶縁管１１ｃを配置する構成、および背景技術で説明した上記特許文献１に開示されたプラズマ処理装置（マイクロ波プラズマ発生器）のように、給電導体１３を筒体１１ａ内で閉塞板１１ｂの方向に直角に折り曲げて、その先端を閉塞板１１ｂに接続する構成のうちの少なくとも１つを採用することもできる。以下では、図６を参照しつつ、これらの２つの構成を、放射器１４を筒体にする構成、および放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した給電位置Ａに給電導体１３を介して高周波信号Ｓ１を供給する構成に代えて採用したプラズマ処理装置１Ｃについて説明する。
【００５６】
まず、プラズマ処理装置１Ｃの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１Ｃは、上記したプラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂのうちのプラズマ処理装置１Ａの構成に近似する構成を備えているため、プラズマ処理装置１Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００５７】
プラズマ発生部３Ｃは、一例として図６に示すように、筐体３３、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射器１４を備えている。筐体３３は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂ、および絶縁管１１ｃを備え、筒体１１ａの一方の端部（図５中の上端部）が閉塞板１１ｂによって閉塞されることにより、筒体１１ａの他方の端部（図５中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されている。また、閉塞板１１ｂには、放電用ガスＧ１供給用の絶縁管１１ｃを挿通させるための貫通孔２２と共に、処理用ガスＧ２を供給するための他の貫通孔２３が形成されている。また、貫通孔２３には、処理用ガスＧ２供給用の絶縁管２４が連結されている。この構成により、筐体３１、具体的には筒体１１ａは、反応性ガス供給路として機能する。また、図６に示すように、貫通孔２２は、筒体１１ａの中心軸Ｘから外れた位置に形成されている。絶縁管１１ｃは、同図に示すように、筒体１１ａの中心軸Ｘと平行となるように貫通孔２２に挿通され、かつ閉塞板１１ｂの内面からの突出長が筒体１１ａの全長とほぼ同じ長さに規定されている。これにより、絶縁管１１ｃにおける筒体１１ａの開口端側の端部は、この開口端とほぼ面一の状態となっている。
【００５８】
給電導体１３は、図６に示すように、導電性を有する棒状体がＬ字状に折曲（本例では直角に折曲）されて、カップリングループとして構成されている。具体的には、給電導体１３は、放射器１４側の端部が閉塞板１１ｂに接続されると共に、他方の端部が同軸コネクタ１２の芯線（不図示）に接続されている。この状態において、給電導体１３における放射器１４側の部位（直角に折曲された部位）１３ａは、閉塞板１１ｂから直角に起立した状態（筒体１１ａの中心軸Ｘと平行な状態）となっており、かつ高周波信号Ｓ１の波長をλとしたときに、その長さＬ３がλ／４の半分以下の長さ（本例では、一例としてλ／１０）に規定されている。放射器１４は、図６に示すように、長さＬ１の１本の導電性の柱状体（本例では円柱体）で構成されて、筒体１１ａの中心軸Ｘ上に位置した状態で、閉塞板１１ｂの内面に立設されている。
【００５９】
次に、プラズマ処理装置１Ｃを用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ｃの動作と併せて説明する。なお、上記したプラズマ処理装置１Ａを用いたプラズマ処理方法の処理内容、およびプラズマ処理装置１Ａの動作と同じ部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００６０】
まず、筐体３３における開放端と対向して配設されたテーブル４上に、処理対象体６を載置する。なお、この状態では、処理対象体６は未だ処理用ガスＧ２の雰囲気下とはなっていない。
【００６１】
次いで、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始すると共に、不図示の第２ガス供給部から絶縁管２４内への処理用ガスＧ２の供給を開始する。これにより、プラズマ発生部３Ｃ内（筒体１１ａ内）に供給されている処理用ガスＧ２が筒状の筐体３３における開放端から外部に放出されることにより、図６に示すように、筐体３３における開放端の外部（前方）に処理用ガスＧ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）が形成される。このため、テーブル４上に載置されている処理対象体６における表面処理される部位を含む表面領域は、処理用ガスＧ２の雰囲気で覆われた状態となる（処理用ガスＧ２の雰囲気下となる）。また、絶縁管１１ｃ内に供給されている放電用ガスＧ１が、絶縁管１１ｃの先端（筐体３３の開口端側に位置する先端。図６中の下端）から、処理用ガスＧ２の雰囲気内に放出される。
【００６２】
続いて、この両ガスＧ１，Ｇ２の供給状態において、高周波電源２からプラズマ発生部３Ｃへの高周波信号Ｓ１の出力（供給）を開始する。この場合、給電導体１３に高周波信号Ｓ１が流れることにより、給電導体１３における放射器１４側の部位１３ａの周囲に磁界が発生し、上記した長さＬ１に規定された放射器１４がこの磁界によって共振する。共振状態の放射器１４は共振モノポールとして作動して、放射器１４の先端（図６中の下端）で電圧が最大となる。このため、放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となるため、放電用ガスＧ１が供給されている絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍において、放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生する。この場合、絶縁管１１ｃ内に供給された放電用ガスＧ１は絶縁管１１ｃの先端部から外部に放出され、かつ処理用ガスＧ２も筐体３３における開放端から筒体１１ａの中心軸Ｘに沿って放出されるため、絶縁管１１ｃ内に発生した一次プラズマＰ１も、図６に示すように、絶縁管１１ｃの長さ方向に沿って延びた状態で、絶縁管１１ｃの先端部から放出される。また、放射器１４およびプラズマ発生部３Ｃ（具体的には筒体１１ａ）は、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されているため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００６３】
また、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１が、処理用ガスＧ２の雰囲気中に放出されることにより、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されて、図６に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマ等Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。この場合、二次プラズマ等Ｐ２はプラズマ発生部３Ｃの外部（絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの外部）において発生させられるため、絶縁管１１ｃおよび筒体１１ａの二次プラズマ等Ｐ２による変質等が防止されている。
【００６４】
このように、このプラズマ処理装置１Ｃ、およびこのプラズマ処理装置１Ｃを用いたプラズマ処理方法によっても、絶縁管１１ｃの外部に配設された放射器１４において発生する電界を絶縁管１１ｃ内に供給することにより、絶縁管１１ｃ内で一次プラズマＰ１を発生させて、絶縁管１１ｃの先端部から一次プラズマＰ１を筐体３３の外部に放出させるため、放射器１４および筐体３３が一次プラズマＰ１によって変質等させられる事態を防止することができる。また、絶縁管１１ｃ内で発生する一次プラズマＰ１は、不活性ガスである放電用ガスＧ１がプラズマ化したものであって、反応性ガスである処理用ガスＧ２がプラズマ化したものではないため、プラズマによる絶縁管１１ｃの変質等も大幅に低減することができる。また、処理対象体６をプラズマ処理するための二次プラズマ等Ｐ２は、筐体３３の外部において、筐体３３から放出された一次プラズマＰ１と処理用ガスＧ２との衝突によって発生させられるため、絶縁管１１ｃ、放射器１４および筐体３３が二次プラズマ等Ｐ２によって変質等させられる事態についても防止することができる。これにより、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置１Ｃの耐久性を向上させることができる。
【００６５】
また、上記したプラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃによれば、一次プラズマＰ１を絶縁管１１ｃ内で発生させて、プラズマ発生部３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの外部に放射させるため、一次プラズマＰ１の直径を絶縁管１１ｃの内径で規定することができるため、絶縁管１１ｃの内径を小さくすることにより、一次プラズマＰ１の直径、ひいては一次プラズマＰ１との衝突によって発生される二次プラズマ等Ｐ２の直径を小さくすることができるため、処理対象体６の表面における狭い範囲のみを表面処理することができる。
【００６６】
また、上記したプラズマ処理装置１Ａ，１Ｃでは、処理用ガスＧ２を閉塞板１１ｂに形成された貫通孔２３から筒体１１ａの内部に供給する構成を採用しているが、この貫通孔２３を筒体１１ａに配設する構成を採用することもできる。また、処理用ガスＧ２供給用の貫通孔２３の数は１つに限定されず、貫通孔２３を２つ以上配設する構成を採用することもできる。
【００６７】
また、プラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法について上記したが、プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置１以外のプラズマ処理装置（例えば、図７に示すプラズマ処理装置１Ｄ）を用いても実施することができる。以下、このプラズマ処理装置１Ｄを用いたプラズマ処理方法について説明する。
【００６８】
まず、このプラズマ処理装置１Ｄの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。このプラズマ処理装置１Ｄは、高周波電源２、プラズマ発生部３Ｄ、およびテーブル４を備えている。
【００６９】
このプラズマ処理装置１Ｄは、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓ１をプラズマ発生部３Ｄに供給することによってプラズマ発生部３Ｄの絶縁管１１ｃ内に一次プラズマＰ１を発生させると共に、発生させた一次プラズマＰ１をプラズマ発生部３Ｄの外部へ放出可能に構成されている。プラズマ発生部３Ｄは、一例として、図７に示すように、絶縁管１１ｃおよび一対の電極１５ａ，１５ｂを備えている。また、一対の電極１５ａ，１５ｂは、同図に示すように、絶縁管１１ｃを挟んで互いに対向する位置に配設されて、高周波電源２に接続されている。
【００７０】
次に、プラズマ処理装置１Ｄを用いたプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ｄの動作と併せて説明する。なお、図７に示すように、テーブル４上には、処理対象体６が処理用ガスＧ２の雰囲気（一点鎖線で囲まれた範囲）下で載置されているものとする。
【００７１】
まず、不図示の第１ガス供給部から絶縁管１１ｃ内への放電用ガスＧ１の供給を開始する。これにより、絶縁管１１ｃの先端部（同図中の下端部。処理対象体６側の端部）から放電用ガスＧ１が放出される。この放電用ガスＧ１の供給状態において、高周波電源２から一対の電極１５ａ，１５ｂ間への高周波信号Ｓ１の供給を開始する。これにより、絶縁管１１ｃの内部領域における一対の電極１５ａ，１５ｂで挟まれた部位での電界強度が高まるため、この部位において放電用ガスＧ１がプラズマ化して、一次プラズマＰ１が発生し、絶縁管１１ｃの先端部から外部に放出される。この場合、一対の電極１５ａ，１５ｂは、絶縁管１１ｃによって一次プラズマＰ１と分離されているため、一次プラズマＰ１による変質等が防止されている。
【００７２】
次いで、絶縁管１１ｃの先端部から放出されている一次プラズマＰ１を、処理用ガスＧ２の雰囲気下でテーブル４上に載置されている処理対象体６に照射する。この処理用ガスＧ２への一次プラズマＰ１の照射により、一次プラズマＰ１と衝突させられた処理用ガスＧ２がプラズマ化されたり、ラジカル化されて、図７に概念的に示すように、一次プラズマＰ１の周囲に二次プラズマ等Ｐ２が発生する。これにより、処理対象体６が、二次プラズマ等Ｐ２によって表面処理される。このように、プラズマ処理装置１Ｄを用いたプラズマ処理方法においても、二次プラズマ等Ｐ２が絶縁管１１ｃの外部において発生させられるため、絶縁管１１ｃの二次プラズマ等Ｐ２による変質等を防止することができる。なお、このプラズマ処理装置１Ｄでは、高周波信号Ｓ１を一対の電極１５ａ，１５ｂ間に供給することによって一次プラズマＰ１を発生させる構成を採用しているが、高周波電源２に代えて直流電源を使用して、一対の電極１５ａ，１５ｂ間に直流電圧を印加することによって一次プラズマＰ１を発生させる構成を採用することもできる。また、一対の電極１５ａ，１５ｂに代えて１つの電極１５ａを使用し、高周波電源２の一方の出力端子から１つの電極１５ａに高周波信号Ｓ１を出力し、高周波電源２の他方の出力端子を基準電位（例えばグランド電位）に接続する構成を採用することができる。また、上記の各プラズマ処理装置１〜１Ｄでは、テーブル４を備える構成を採用したが、処理用ガスＧ２の雰囲気中に処理対象体６を配置できるものであれば、テーブル４以外の種々の台や容器を使用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ プラズマ処理装置
２ 高周波電源
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ プラズマ発生部
６ 処理対象体
１１，３１，３２，３３ 筐体
１１ｂ 閉塞板
１３ 給電導体
１４ 放射器
１５ａ，１５ｂ 一対の電極
Ｇ１ 放電用ガス
Ｇ２ 処理用ガス
Ｐ１ 一次プラズマ
Ｐ２ 二次プラズマ
Ｓ１ 高周波信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板で閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体と、
前記閉塞板の内面に前記筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射導体と、
不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスを前記筐体内を経由して当該筐体の前記開放端まで搬送すると共に、当該開放端近傍に位置する先端部から前記筐体の外部に放出させる絶縁管とを備え、
前記筐体は、内部に供給された反応性ガスを前記開放端から外部に放出して当該開放端の前方に反応性ガス雰囲気を形成する反応性ガス供給路を備えて構成され、
前記放射導体が供給された高周波信号を放射することにより、前記絶縁管内にプラズマ化した前記１つ以上からなるガスによる一次プラズマを発生させると共に、当該発生させた一次プラズマを前記絶縁管の前記先端部から前記反応性ガス雰囲気中に放出することにより、前記反応性ガスをプラズマ化させた二次プラズマ、および前記反応性ガスをラジカル化させたラジカルのうちの少なくとも一方を処理対象体のプラズマ処理のために発生させるプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記放射導体は筒状に形成され、
前記絶縁管は、前記先端部が前記放射導体の先端から突出した状態で当該放射導体内に配設されている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記放射導体は、筒状に形成されると共に、先端が前記筐体の前記開放端または当該開放端の近傍に達するように立設され、
前記絶縁管は、前記先端部が前記放射導体の前記先端または当該先端の近傍に達する状態で当該放射導体内に配設され、
前記反応性ガス供給路は、前記放射導体の内周面と前記絶縁管の外周面との間に形成された隙間によって形成されている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスを絶縁管内に供給している状態において、前記絶縁管内にプラズマ化した前記１つ以上からなるガスによる一次プラズマを発生させ、
前記絶縁管の先端部から前記一次プラズマを放出させると共に、当該放出させた一次プラズマに反応性ガスを供給することにより、前記反応性ガスをプラズマ化させた二次プラズマ、および前記反応性ガスをラジカル化させたラジカルのうちの少なくとも一方を発生させ、
当該発生させた二次プラズマおよびラジカルのうちの少なくとも一方で処理対象体をプラズマ処理するプラズマ処理方法。
【請求項１】
グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板で閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体と、
前記閉塞板の内面に前記筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射導体と、
不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスを前記筐体内を経由して当該筐体の前記開放端まで搬送すると共に、当該開放端近傍に位置する先端部から前記筐体の外部に放出させる絶縁管とを備え、
前記筐体は、内部に供給された反応性ガスを前記開放端から外部に放出して当該開放端の前方に反応性ガス雰囲気を形成する反応性ガス供給路を備えて構成され、
前記放射導体が供給された高周波信号を放射することにより、前記絶縁管内にプラズマ化した前記１つ以上からなるガスによる一次プラズマを発生させると共に、当該発生させた一次プラズマを前記絶縁管の前記先端部から前記反応性ガス雰囲気中に放出することにより、前記反応性ガスをプラズマ化させた二次プラズマ、および前記反応性ガスをラジカル化させたラジカルのうちの少なくとも一方を処理対象体のプラズマ処理のために発生させるプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記放射導体は筒状に形成され、
前記絶縁管は、前記先端部が前記放射導体の先端から突出した状態で当該放射導体内に配設されている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記放射導体は、筒状に形成されると共に、先端が前記筐体の前記開放端または当該開放端の近傍に達するように立設され、
前記絶縁管は、前記先端部が前記放射導体の前記先端または当該先端の近傍に達する状態で当該放射導体内に配設され、
前記反応性ガス供給路は、前記放射導体の内周面と前記絶縁管の外周面との間に形成された隙間によって形成されている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
不活性ガス、窒素ガスおよびエアーガスのうちのいずれか１つ以上からなるガスを絶縁管内に供給している状態において、前記絶縁管内にプラズマ化した前記１つ以上からなるガスによる一次プラズマを発生させ、
前記絶縁管の先端部から前記一次プラズマを放出させると共に、当該放出させた一次プラズマに反応性ガスを供給することにより、前記反応性ガスをプラズマ化させた二次プラズマ、および前記反応性ガスをラジカル化させたラジカルのうちの少なくとも一方を発生させ、
当該発生させた二次プラズマおよびラジカルのうちの少なくとも一方で処理対象体をプラズマ処理するプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２１２１８２（Ｐ２０１０−２１２１８２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５９３０９（Ｐ２００９−５９３０９）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００２１４８３６）長野日本無線株式会社 (140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００２１４８３６）長野日本無線株式会社 (140)
【Ｆターム（参考）】
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