プラズマ処理装置
【課題】低い電力であってもプラズマ処理を行い得るプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号Ｓ１を生成して出力する高周波電源２と、入力した高周波信号Ｓ１に基づいてプラズマ放電用ガスＧをプラズマ化させると共にプラズマＰを導電性を有する処理対象体８に照射する放射器１４と、放射器１４の電位に対する処理対象体８の電位を所定電位に規定する電源部４（直流電源部や交流電源部）とを備えている。
【解決手段】準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号Ｓ１を生成して出力する高周波電源２と、入力した高周波信号Ｓ１に基づいてプラズマ放電用ガスＧをプラズマ化させると共にプラズマＰを導電性を有する処理対象体８に照射する放射器１４と、放射器１４の電位に対する処理対象体８の電位を所定電位に規定する電源部４（直流電源部や交流電源部）とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象体の表面をプラズマで処理するプラズマ処理装置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が知られている。このプラズマ処理装置は、大気圧またはその近傍の圧力下にある放電ガスを介して高周波（高周波電源から供給される高周波出力）によるストリーマ状の放電を発生させてプラズマを生成し、このプラズマを処理対象体（被処理物）に照射してエッチングするように構成されている。このプラズマ処理装置では、放電ガスから生成されたプラズマ粒子（イオンまたは電子）が非常に微細な線束状の流れ（マイクロストリーマ）となって高速で処理対象体に衝突する。したがって、このプラズマ処理装置によれば、プラズマ粒子が衝突した部分の処理対象体が高温となって溶融すると共に、衝突するプラズマ粒子によって弾き飛ばされてエッチングされるため、従来エッチングすることができなかった金属やセラミックをも容易にエッチングすることが可能となる。また、このプラズマ処理装置では、処理対象体が導電性である場合には、処理対象体を接地することもでき、これによってプラズマを構成している質量の大きなイオンを非接地のときよりも加速して処理対象体に衝突させて、エッチング速度を向上させることが可能となっている。
【特許文献１】特許第３５５４７０号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、この種のプラズマ処理装置には、以下の問題点がある。すなわち、このプラズマ処理装置では、上記したように高周波出力の電力を大きくしたとき（例えば３００Ｗ以上にすることが記載されている）に発生するストリーマ状の放電を利用して処理対象体を処理しているため、消費電力が大きくなるという解決すべき課題が存在している。ところで、この種のプラズマ処理装置では、上記特許文献１にも開示されているように、プラズマによる表面処理中において、高周波電力が供給される電極（プラズマを生成させる電極）と処理対象体（例えば銅板）との間にＤＣ成分（プラズマ粒子の極性に応じた極性の電圧。この装置では電子または負のイオンなどの負のプラズマ粒子のため、電極に対して処理対象体の電位が負となる直流電圧）が自然に発生し、このＤＣ成分は高周波電力に応じて変化することが知られているが、本願発明者は、このように自然に発生するＤＣ成分を超える電圧を電極と処理対象体との間に強制的に印加することで、ストリーマ状の放電で必要とされる電力よりも低い電力で発生させ得るグロー放電であってもプラズマ処理が可能になるのではと考えた。
【０００４】
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、低い電力であってもプラズマ処理を行い得るプラズマ処理装置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】
【０００５】
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、準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成して出力する高周波信号生成部と、入力した前記高周波信号に基づいてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを導電性を有する処理対象体に照射する放射器と、前記放射器の電位に対する前記処理対象体の電位を所定電位に規定する電源部とを備えている。
【０００６】
また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成して出力する高周波信号生成部と、処理対象体が載置される導電性のステージと、入力した前記高周波信号に基づいてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを前記処理対象体に照射する放射器と、前記放射器の電位に対する前記ステージの電位を所定電位に規定する電源部とを備えている。
【０００７】
また、請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１または２記載のプラズマ処理装置において、導電性材料を用いて一方の端部が開放端に形成され、内部にプラズマ放電用ガスが供給される筒状の筐体を備え、前記放射器は、柱状に形成されると共に前記筐体内に当該筐体の筒長方向に沿って配設され、当該筐体における前記開放端側の先端近傍において前記プラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを当該開放端から大気中に放射させ、前記電源部は、前記筐体を介して前記所定電位を前記放射器に付与する。
【０００８】
また、請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項３記載のプラズマ処理装置において、前記筐体は他方の端部が閉塞板によって閉塞され、前記筐体の内部に面する前記閉塞板の表面に一端が接続されると共に他端に前記高周波信号が供給されるカップリングループを備え、前記放射器は、前記カップリングループから離間した状態で前記閉塞板の前記表面に立設されている。
【０００９】
また、請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記電源部は、直流電源で構成されて、前記所定電位として正または負の一定電位に前記処理対象体の電位を規定する。ここで、正または負の一定電位を所定電位として連続的にまたは間欠的に（パルス状に）出力するように直流電源を構成することができる。
【００１０】
また、請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記電源部は、交流電源で構成されて、前記所定電位として正および負の所定電位に前記処理対象体の電位を周期的に規定する。ここで、正の電位から負の電位まで正弦波状に連続的に出力するように交流電源を構成することができるし、正の電位および負の電位をパルス状に交互に出力するように交流電源を構成することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載のプラズマ処理装置では、電源部が放射器の電位に対する処理対象体の電位を予め決められた所定電位に規定する。したがって、このプラズマ処理装置によれば、放射器で生成されるプラズマがグロー放電によるプラズマであっても、所定電位が負電位のときにはプラズマ中の正イオンを負電位で加速させ、また所定電位が正電位のときにはプラズマ中の負イオンを正電位で加速させて、処理対象体に当接させることができるため、処理対象体に対する処理を低い電力であっても確実に実施することができる。
【００１２】
請求項２記載のプラズマ処理装置では、電源部が放射器の電位に対するステージの電位を予め決められた所定電位に規定する。したがって、このプラズマ処理装置によれば、放射器で生成されるプラズマがグロー放電によるプラズマであっても、所定電位が負電位のときにはプラズマ中の正イオンを負電位で加速させ、また所定電位が正電位のときにはプラズマ中の負イオンを正電位で加速させて、ステージに当接させることができるため、このステージ上に載置された処理対象体にも加速された正イオンまたは負イオンが当接することになる結果、処理対象体に対する処理を確実に実施することができる。
【００１３】
請求項３記載のプラズマ処理装置では、導電性材料を用いて一方の端部が開放端に形成され、内部にプラズマ放電用ガスが供給される筒状の筐体を備え、放射器は、柱状に形成されると共に筐体内に筐体の筒長方向に沿って配設され、筐体における開放端側の先端近傍においてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共にプラズマを開放端から大気中に放射させ、電源部は、筐体を介して電位を放射器に付与する。したがって、このプラズマ処理装置によれば、放射器に供給される高周波信号の漏洩を放射器を取り囲んでいる筐体で大幅に低減することができる。また、筐体を介して放射器に電位を付与するようにしたことにより、放射器に直接電位を付与する構成と比較して、放射器を確実に共振モノポールとして作動させて、プラズマを生成させることができる。
【００１４】
請求項４記載のプラズマ処理装置では、カップリングループに高周波信号を供給することにより、カップリングループと離間して配設された放射器を共振させてその先端近傍にのみ高電界を発生させ、この先端近傍においてプラズマを生成させる。したがって、このプラズマ処理装置によれば、プラズマの生成に要する高周波信号の電力を低減することができるため、プラズマ処理の効率を十分に向上させることができる。
【００１５】
請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、直流電源で構成された電源部が所定電位として正または負の一定電位に処理対象体の電位を規定することにより、正イオンおよび負イオンの一方を継続して加速させて処理対象体に対して当接させることができ、この結果、処理対象体に対する正イオンまたは負イオンによる処理を効率よく実施することができる。
【００１６】
請求項６記載のプラズマ処理装置によれば、交流電源で構成された電源部が所定電位として正および負の所定電位に処理対象体の電位を周期的に規定することにより、正または負の電荷のみが処理対象体に蓄積されるチャージアップ現象を回避しつつ、処理対象体に対する処理を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るプラズマ処理装置の最良の形態について説明する。
【００１８】
図１に示すプラズマ処理装置１は、高周波電源２、プラズマ発生部３、電源部４、電流制限部５およびステージ６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７を介して供給することによって例えば大気圧下でプラズマ発生部３内にプラズマを発生させると共に、発生させたプラズマをステージ６上に載置（配設）された処理対象体８に放射してその表面をプラズマ処理可能に構成されている。具体的には、このプラズマ処理装置１は、一例として金属材料で形成された導電性部材（切削加工などによって作製された金属部材）を処理対象体８として、その表面に発生しているバリ取り処理などを実行する。
【００１９】
高周波電源２は、本発明における高周波信号生成部であって、準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号（一例として、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）Ｓ１を生成して、プラズマ発生部３に出力する。また、高周波電源２は、一例として、パルス変調に対応したＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＶＣＯから出力された高周波信号を増幅して出力する利得可変型アンプ（トランジスタで構成されたアンプ）、利得可変型アンプから出力された高周波信号Ｓ１の一部を抽出する方向性結合器（ピックアップ）、および方向性結合器によって抽出された高周波信号を検波してその電力を示す信号を生成する検波器など（いずれも図示せず）で構成されて、設定された変調周波数およびデューティー比でパルス変調された高周波信号Ｓ１を出力する。また、高周波電源２は、このように高周波信号Ｓ１のデューティー比を変更可能に構成されているため、高周波信号Ｓ１の電力（出力電力）を制御可能となっている。なお、本例では、高周波電源２が、準マイクロ波（１ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）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（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）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（図示せず）を配設することもできる。
【００２０】
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、カップリングループ１３および放射器（アンテナ）１４を備えている。筐体１１は、一例として、一方の端部（同図中の下端部）が開放端に形成された導電性の筒体１１ａと、筒体１１ａの他方の端部（同図中の上端部）を閉塞する導電性の閉塞板１１ｂと、筒体１１ａの内周面に配設された絶縁管１１ｃとを備え、一方の端部（ステージ６側の端部）が開放端に形成された（一方の端部が開口する）トーチ型筐体に構成されている。この場合、絶縁管１１ｃは、高周波信号Ｓ１の出力電力を高めたときに、プラズマを生成させるための放電（本例ではグロー放電）が不用意に発生しないようにするためのものである。また、図２に示すように、筐体１１を構成する筒体１１ａは、中心軸Ｘと直交する平面に沿った内周面の断面形状が円形であるため、外形は四角筒体であるが、実質的には円筒体として機能する。
【００２１】
また、本例では、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、閉塞板１１ｂには、大気圧下のプラズマ放電用ガスＧ（以下、「放電用ガスＧ」ともいう）を筒体１１ａに供給するための供給管９を接続するための貫通孔２２が、筒体１１ａの中心軸Ｘから外れた位置（具体的には、後述するように中心軸Ｘに配設された放射器１４と干渉しない位置）に形成されている。また、筒体１１ａは、図１に示すように、その長さが放射器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。本例では、放電用ガスＧとしては、電離電圧が低くプラズマ化し易いガス（例えば、アルゴンガスやヘリウムガスなどの希ガス）を使用する。
【００２２】
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７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。カップリングループ１３は、同図に示すように、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）されて構成されている。また、カップリングループ１３は、一端が閉塞板１１ｂにおける筒体１１ａの内部に面する表面（内面）に接続されると共に、他端が高周波信号Ｓ１の供給が可能に同軸コネクタ１２の芯線（不図示）に接続されている。この状態において、カップリングループ１３の一端側部位（折曲部位を基準として一端側に位置する部位）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Ｌ２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。一方、カップリングループ１３の他端側部位（折曲部位を基準として他端側に位置する部位）１３ｂは、貫通孔２１の中心軸上に位置した状態で貫通孔２１に挿通されている。
【００２３】
放射器１４は、長さＬ１が（（１／４＋ｎ／２）×λ）に規定された１本の導電性の柱状体（本例では円柱体）で構成されている。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）に規定されている。なお、放射器１４は、柱状体に限定されず、直方体や樋状体（ハーフパイプ状体）などの板状体で構成することもできる。また、放射器１４は、図１に示すように、筐体１１の内部に筐体１１の筒長（長手）方向に沿って配設されている。本例では、一例として、放射器１４は、筒体１１ａの内部に筒体１１ａの中心軸Ｘ上に位置した状態で、かつ一端側（同図中の上端側）が閉塞板１１ｂの内面に接続されて配設されている。この構成により、放射器１４は、カップリングループ１３における一端側部位１３ａ、および閉塞板１１ｂに開口する貫通孔２２のそれぞれと離間してはいるが、近接した状態で立設された状態となっている。一例として、本例では、図２に示すように、一端側部位１３ａ、放射器１４および貫通孔２２が、放射器１４を中心として平面視で一直線上に並ぶ構成となっているが、貫通孔２２は、放射器１４の近傍であれば、任意の位置に設定することができる。
【００２４】
電源部４は、一例として直流電源で構成されて、筐体１１（一例として筒体１１ａ）と処理対象体８との間に直流定電圧Ｖ１を印加する機能を備えている。具体的には、電源部４は、図１に示すように、筐体１１の電位を基準電位として処理対象体８に対して、直流定電圧Ｖ１（本発明における所定電位。一例として負電圧）を印加する。この場合、この直流定電圧Ｖ１は、プラズマ処理中に、高周波電力が供給される電極としての放射器１４と処理対象体８との間に自然に発生する直流負電圧（最大でマイナス数ボルト）よりも低い電圧（マイナス数十ボルト。本例では一例としてマイナス５０ボルト）に規定されている。電流制限部５は、例えば抵抗などで構成されて、電源部４の直流定電圧Ｖ１の印加経路に介装され、この印加経路に流れる電流（処理対象体８に流れる電流）を制限することにより、過大な電流が流れることに起因して、プラズマ発生部３に発生しているグロー放電がアーク放電に移行する事態を回避する。
【００２５】
次に、本発明に係るプラズマ処理装置１の動作について説明する。なお、筐体１１は予めグランドに接続されて（接地されて）、グランド電位が付与されているものとする。また、電源部４は、一方の出力端子（図示せず）が筐体１１の筒体１１ａに接続され、他方の出力端子（図示せず）が処理対象体８に接続されているものとする。また、ステージ６上には処理対象体８が載置されているものとする。
【００２６】
まず、プラズマ処理装置１では、電源部４が、予め規定された直流定電圧Ｖ１を筐体１１の筒体１１ａと処理対象体８との間に印加する。これにより、処理対象体８の電位は、グランド電位が付与された筐体１１（およびそれに電気的に接続された放射器１４）に対して、負の電位（マイナス５０ボルト）に規定される。
【００２７】
次いで、不図示のガス供給部が供給管９を介して筐体１１内に放電用ガスＧの供給を開始し、続いて、高周波電源２が、筐体１１内にグロー放電が発生する電力での高周波信号Ｓ１のプラズマ発生部３への出力を開始する。この場合の高周波信号Ｓ１の電力は、アーク放電を発生させるための電力よりも低い電力とすることができる。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７を介して、同軸コネクタ１２、さらにはカップリングループ１３の他端に達し、カップリングループ１３を経由して筐体１１（閉塞板１１ｂ）に流れる。この場合、高周波信号Ｓ１がカップリングループ１３に流れることにより、一端側部位１３ａの周囲に磁界が発生し、高周波信号Ｓ１の波長λに対して（（１／４＋ｎ／２）×λ）の長さＬ１に規定されている放射器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、その他端（同図中の下端であって、本発明における先端）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の他端側近傍（付近）で電界強度が最大となり、放電用ガスＧが存在するプラズマ発生部３内（すなわち筐体１１内）では、この他端側近傍において放電用ガスＧをプラズマ化させる（プラズマＰを生成させる）ためのグロー放電が発生する。
【００２８】
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、発生したグロー放電によって放電用ガスＧがプラズマ化して、高密度な状態でプラズマＰが生成される（プラズマＰが発生する）。また、放射器１４の他端側近傍で生成されたプラズマＰは、図１に示すように、筒体１１ａの開放端から処理対象体８に放射されて、処理対象体８の表面がプラズマＰによって表面処理される。特に、プラズマ処理装置１では、電源部４から印加される直流定電圧Ｖ１により、処理対象体８の電位が筐体１１の電位（グランド電位）に対して負電位（筐体１１の電位から大きく外れた負の電位）に規定されているため、プラズマＰ中の正イオンがこの負電位で加速されて処理対象体８に当接し、この正イオンによって処理対象体８の構成粒子が弾き飛ばされて表面処理（エッチング）される。
【００２９】
また、この正イオンの移動に伴い、電源部４から、筒体１１ａ、放射器１４および処理対象体８を経由して電源部４に戻る経路に直流電流Ｉが流れるが、この経路に介装された電流制限部５によって直流電流Ｉの電流値が制限される。このため、プラズマ処理装置１では、過大な電流が処理対象体８に流れることに起因して生じるおそれのあるグロー放電からアーク放電への移行が確実に回避されている。
【００３０】
このように、このプラズマ処理装置１では、電源部４が直流定電圧Ｖ１を筐体１１と処理対象体８との間に印加して、筐体１１に対する処理対象体８の電位、つまり放射器１４に対する処理対象体８の電位を筐体１１の電位よりも低い負の電位に規定する。したがって、このプラズマ処理装置１によれば、筐体１１内で生成されるプラズマＰがグロー放電によるプラズマであっても、プラズマＰ中の正イオンを直流定電圧Ｖ１で加速させて処理対象体８に当接させることができるため、処理対象体８に対する表面処理（バリ取り処理）を高周波信号Ｓ１の電力が低いときであっても確実に実施することができる。
【００３１】
一例として、筐体１１の開放端から１０ｍｍ下方に配置されたステージ６上にアルミニウムの板材を処理対象体８として載置し、直流定電圧Ｖ１をマイナス５０ボルトに規定すると共に、高周波電源２から高周波信号Ｓ１として２．４５ＧＨｚの準マイクロ波を１５０Ｗで供給し、かつプラズマ放電用ガスＧとしてアルゴンガスを使用してその流量を２ＳＬＭとしたときには、グロー放電によるプラズマＰを処理対象体８に１５秒間照射してバリ取り処理を行うことで、処理対象体８に生じていた約３０μｍのバリを除去し得ることが実験で確認されている。
【００３２】
また、このプラズマ処理装置１によれば、導電性材料を用いて一方の端部が開放端に形成されると共に内部にプラズマ放電用ガスＧが供給される筒状の筐体１１を備え、筐体１１内に筐体１１の筒長方向に沿って柱状の放射器１４を配設し、筐体１１における開放端側に位置する放射器１４の先端近傍においてプラズマ放電用ガスＧをプラズマ化させてプラズマＰを生成させると共に、この開放端から大気中に放射させるようにしたことにより、放射器１４に供給される高周波信号Ｓ１の漏洩を放射器１４を取り囲んでいる筐体１１で大幅に低減することができる。また、筐体１１を介して放射器１４に電位を付与する（本例では接地する）ようにしたことにより、放射器１４をグランドに直接接続する構成と比較して、放射器１４を確実に共振モノポールとして作動させて、プラズマＰを生成させることができる。
【００３３】
さらに、このプラズマ処理装置１では、カップリングループ１３に高周波信号Ｓ１を供給することにより、カップリングループ１３と離間して配設された放射器１４を共振させてその先端近傍にのみ高電界を発生させ、この先端近傍においてプラズマＰを生成させる。したがって、このプラズマ処理装置１によれば、プラズマＰの生成に要する高周波信号Ｓ１の電力を低減することができるため、プラズマ処理の効率を一層向上させることができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記した実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、直流定電圧Ｖ１（負電圧）の印加によって処理対象体８の電位を筐体１１の電位（グランド電位）に対して所定電位としての負電位（筐体１１の電位から大きく外れた負の電位）に規定し、これによってプラズマＰ中の正イオンをこの負電位で加速して処理対象体８に当接させる構成を採用しているが、直流定電圧Ｖ１（正電圧）の印加によって処理対象体８の電位を筐体１１の電位（グランド電位）に対して正電位（本発明における所定電位の他の例。筐体１１の電位から大きく外れた正の電位）に規定し、これによってプラズマＰ中の負イオンをこの正電位で加速して処理対象体８に当接させて、処理対象体８を表面処理する構成を採用することもできる。また、導電性材料で形成された処理対象体８と筐体１１との間に電源部４から直流定電圧Ｖ１を印加する構成としているが、処理対象体８が非導電性材料で形成されているときには、図３に示すプラズマ処理装置１Ａのように、ステージ６を導電性材料で形成して、ステージ６と筐体１１との間に電源部４から直流定電圧Ｖ１を印加する構成とすることができる。なお、この構成以外のプラズマ処理装置１Ａの構成については、プラズマ処理装置１と同一であるため、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１Ａにおいても、プラズマ処理装置１と同様にして、電源部４が直流定電圧Ｖ１を筐体１１と処理対象体８の背面側に位置するステージ６との間に印加して、筐体１１に対するステージ６の電位、つまり放射器１４に対するステージ６の電位を筐体１１の電位よりも低い負の電位（筐体１１の電位から大きく外れた負の電位）に規定する。したがって、このプラズマ処理装置１Ａによれば、筐体１１内に生成させるプラズマＰがグロー放電によるプラズマであっても、プラズマＰ中の正イオンを直流定電圧Ｖ１で加速させてステージ６に当接させることができるため、このステージ６上に載置された処理対象体８にも加速された正イオンが当接することになる結果、処理対象体８に対する表面処理（バリ取り処理）を確実に実施することができる。また、プラズマ処理装置１で奏する他の効果についても、プラズマ処理装置１Ａでも同様に奏することができる。
【００３５】
また、上記した各プラズマ処理装置１，１Ａでは、プラズマ発生部３を筐体１１および放射器１４を備えて構成しているが、他の構成を採用することもできる。一例として、上記の背景技術で説明した特許第３５５４７０号公報に開示されているような構成、すなわち、高周波電源に接続された高周波電極と、この高周波電極と対向配置されると共に接地された接地電極と、この一対の電極間に配置されてガス供給配管に接続されたノズルとを備えた構成を採用することもできる。この構成のプラズマ発生部においても、接地電極に対して、ステージや、その上に配設されたワークの電位を、接地電位よりも低い負の電位とすることにより、上記した各プラズマ処理装置１，１Ａと同様の作用効果を奏すると考えられる。
【００３６】
また、筐体１１に対する処理対象体８の電位、または筐体１１に対するステージ６の電位を、筐体１１の電位よりも低い負の電位に規定する構成によって生じる効果が最も顕著に表れる例として、グロー放電によるプラズマ処理を例に挙げて説明したが、グロー放電だけでなく、コロナ放電などのアーク放電によるプラズマ処理に適用することもでき、これにより、高周波信号Ｓ１の電力が同じであったとしても、処理対象体８に対する表面処理の効果を高めることができる結果、処理時間の短縮や、全体としての消費電力の低減を図ることができる。
【００３７】
また、電源部４と電流制限部５とを別体に構成した例について上記したが、電源部４が電流制限機能を備えている構成では、電源部４自体を電流制限部５として機能させて、電流制限部５の配設を省くこともできる。また、本発明における電源部４を直流電源で構成した例について説明したが、これに限定されず、交流電圧（一定の振幅の交流電圧）を出力する交流電源で電源部４を構成することができる。この構成によれば、処理対象体８の電位を所定電位としての正および負の所定電位に周期的に規定することができ、これによって正イオンおよび負イオンを処理対象体８に交互に当接させることができるため、正または負の電荷のみが処理対象体８に蓄積されるチャージアップ現象を回避することができる。また、グロー放電からアーク放電への移行が他の手法（高周波信号Ｓ１の電力、放電用ガスＧの流量、プラズマＰの照射距離および直流定電圧Ｖ１の各設定）によって確実に防止できるときには、電流制限部５を設けない構成を採用することができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】プラズマ処理装置１の構成図である。
【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の構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１Ａ プラズマ処理装置
２ 高周波電源
３ プラズマ発生部
４ 直流電源部
５ 電流制限部
８ 処理対象体
１１ 筐体
１１ｂ 閉塞板
１３ カップリングループ
１４ 放射器
Ｐ プラズマ
Ｓ１ 高周波信号
Ｖ１ 直流定電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象体の表面をプラズマで処理するプラズマ処理装置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が知られている。このプラズマ処理装置は、大気圧またはその近傍の圧力下にある放電ガスを介して高周波（高周波電源から供給される高周波出力）によるストリーマ状の放電を発生させてプラズマを生成し、このプラズマを処理対象体（被処理物）に照射してエッチングするように構成されている。このプラズマ処理装置では、放電ガスから生成されたプラズマ粒子（イオンまたは電子）が非常に微細な線束状の流れ（マイクロストリーマ）となって高速で処理対象体に衝突する。したがって、このプラズマ処理装置によれば、プラズマ粒子が衝突した部分の処理対象体が高温となって溶融すると共に、衝突するプラズマ粒子によって弾き飛ばされてエッチングされるため、従来エッチングすることができなかった金属やセラミックをも容易にエッチングすることが可能となる。また、このプラズマ処理装置では、処理対象体が導電性である場合には、処理対象体を接地することもでき、これによってプラズマを構成している質量の大きなイオンを非接地のときよりも加速して処理対象体に衝突させて、エッチング速度を向上させることが可能となっている。
【特許文献１】特許第３５５４７０号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、この種のプラズマ処理装置には、以下の問題点がある。すなわち、このプラズマ処理装置では、上記したように高周波出力の電力を大きくしたとき（例えば３００Ｗ以上にすることが記載されている）に発生するストリーマ状の放電を利用して処理対象体を処理しているため、消費電力が大きくなるという解決すべき課題が存在している。ところで、この種のプラズマ処理装置では、上記特許文献１にも開示されているように、プラズマによる表面処理中において、高周波電力が供給される電極（プラズマを生成させる電極）と処理対象体（例えば銅板）との間にＤＣ成分（プラズマ粒子の極性に応じた極性の電圧。この装置では電子または負のイオンなどの負のプラズマ粒子のため、電極に対して処理対象体の電位が負となる直流電圧）が自然に発生し、このＤＣ成分は高周波電力に応じて変化することが知られているが、本願発明者は、このように自然に発生するＤＣ成分を超える電圧を電極と処理対象体との間に強制的に印加することで、ストリーマ状の放電で必要とされる電力よりも低い電力で発生させ得るグロー放電であってもプラズマ処理が可能になるのではと考えた。
【０００４】
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、低い電力であってもプラズマ処理を行い得るプラズマ処理装置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】
【０００５】
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、準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成して出力する高周波信号生成部と、入力した前記高周波信号に基づいてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを導電性を有する処理対象体に照射する放射器と、前記放射器の電位に対する前記処理対象体の電位を所定電位に規定する電源部とを備えている。
【０００６】
また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成して出力する高周波信号生成部と、処理対象体が載置される導電性のステージと、入力した前記高周波信号に基づいてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを前記処理対象体に照射する放射器と、前記放射器の電位に対する前記ステージの電位を所定電位に規定する電源部とを備えている。
【０００７】
また、請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１または２記載のプラズマ処理装置において、導電性材料を用いて一方の端部が開放端に形成され、内部にプラズマ放電用ガスが供給される筒状の筐体を備え、前記放射器は、柱状に形成されると共に前記筐体内に当該筐体の筒長方向に沿って配設され、当該筐体における前記開放端側の先端近傍において前記プラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを当該開放端から大気中に放射させ、前記電源部は、前記筐体を介して前記所定電位を前記放射器に付与する。
【０００８】
また、請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項３記載のプラズマ処理装置において、前記筐体は他方の端部が閉塞板によって閉塞され、前記筐体の内部に面する前記閉塞板の表面に一端が接続されると共に他端に前記高周波信号が供給されるカップリングループを備え、前記放射器は、前記カップリングループから離間した状態で前記閉塞板の前記表面に立設されている。
【０００９】
また、請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記電源部は、直流電源で構成されて、前記所定電位として正または負の一定電位に前記処理対象体の電位を規定する。ここで、正または負の一定電位を所定電位として連続的にまたは間欠的に（パルス状に）出力するように直流電源を構成することができる。
【００１０】
また、請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記電源部は、交流電源で構成されて、前記所定電位として正および負の所定電位に前記処理対象体の電位を周期的に規定する。ここで、正の電位から負の電位まで正弦波状に連続的に出力するように交流電源を構成することができるし、正の電位および負の電位をパルス状に交互に出力するように交流電源を構成することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載のプラズマ処理装置では、電源部が放射器の電位に対する処理対象体の電位を予め決められた所定電位に規定する。したがって、このプラズマ処理装置によれば、放射器で生成されるプラズマがグロー放電によるプラズマであっても、所定電位が負電位のときにはプラズマ中の正イオンを負電位で加速させ、また所定電位が正電位のときにはプラズマ中の負イオンを正電位で加速させて、処理対象体に当接させることができるため、処理対象体に対する処理を低い電力であっても確実に実施することができる。
【００１２】
請求項２記載のプラズマ処理装置では、電源部が放射器の電位に対するステージの電位を予め決められた所定電位に規定する。したがって、このプラズマ処理装置によれば、放射器で生成されるプラズマがグロー放電によるプラズマであっても、所定電位が負電位のときにはプラズマ中の正イオンを負電位で加速させ、また所定電位が正電位のときにはプラズマ中の負イオンを正電位で加速させて、ステージに当接させることができるため、このステージ上に載置された処理対象体にも加速された正イオンまたは負イオンが当接することになる結果、処理対象体に対する処理を確実に実施することができる。
【００１３】
請求項３記載のプラズマ処理装置では、導電性材料を用いて一方の端部が開放端に形成され、内部にプラズマ放電用ガスが供給される筒状の筐体を備え、放射器は、柱状に形成されると共に筐体内に筐体の筒長方向に沿って配設され、筐体における開放端側の先端近傍においてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共にプラズマを開放端から大気中に放射させ、電源部は、筐体を介して電位を放射器に付与する。したがって、このプラズマ処理装置によれば、放射器に供給される高周波信号の漏洩を放射器を取り囲んでいる筐体で大幅に低減することができる。また、筐体を介して放射器に電位を付与するようにしたことにより、放射器に直接電位を付与する構成と比較して、放射器を確実に共振モノポールとして作動させて、プラズマを生成させることができる。
【００１４】
請求項４記載のプラズマ処理装置では、カップリングループに高周波信号を供給することにより、カップリングループと離間して配設された放射器を共振させてその先端近傍にのみ高電界を発生させ、この先端近傍においてプラズマを生成させる。したがって、このプラズマ処理装置によれば、プラズマの生成に要する高周波信号の電力を低減することができるため、プラズマ処理の効率を十分に向上させることができる。
【００１５】
請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、直流電源で構成された電源部が所定電位として正または負の一定電位に処理対象体の電位を規定することにより、正イオンおよび負イオンの一方を継続して加速させて処理対象体に対して当接させることができ、この結果、処理対象体に対する正イオンまたは負イオンによる処理を効率よく実施することができる。
【００１６】
請求項６記載のプラズマ処理装置によれば、交流電源で構成された電源部が所定電位として正および負の所定電位に処理対象体の電位を周期的に規定することにより、正または負の電荷のみが処理対象体に蓄積されるチャージアップ現象を回避しつつ、処理対象体に対する処理を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るプラズマ処理装置の最良の形態について説明する。
【００１８】
図１に示すプラズマ処理装置１は、高周波電源２、プラズマ発生部３、電源部４、電流制限部５およびステージ６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７を介して供給することによって例えば大気圧下でプラズマ発生部３内にプラズマを発生させると共に、発生させたプラズマをステージ６上に載置（配設）された処理対象体８に放射してその表面をプラズマ処理可能に構成されている。具体的には、このプラズマ処理装置１は、一例として金属材料で形成された導電性部材（切削加工などによって作製された金属部材）を処理対象体８として、その表面に発生しているバリ取り処理などを実行する。
【００１９】
高周波電源２は、本発明における高周波信号生成部であって、準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号（一例として、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）Ｓ１を生成して、プラズマ発生部３に出力する。また、高周波電源２は、一例として、パルス変調に対応したＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＶＣＯから出力された高周波信号を増幅して出力する利得可変型アンプ（トランジスタで構成されたアンプ）、利得可変型アンプから出力された高周波信号Ｓ１の一部を抽出する方向性結合器（ピックアップ）、および方向性結合器によって抽出された高周波信号を検波してその電力を示す信号を生成する検波器など（いずれも図示せず）で構成されて、設定された変調周波数およびデューティー比でパルス変調された高周波信号Ｓ１を出力する。また、高周波電源２は、このように高周波信号Ｓ１のデューティー比を変更可能に構成されているため、高周波信号Ｓ１の電力（出力電力）を制御可能となっている。なお、本例では、高周波電源２が、準マイクロ波（１ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）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（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）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（図示せず）を配設することもできる。
【００２０】
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、カップリングループ１３および放射器（アンテナ）１４を備えている。筐体１１は、一例として、一方の端部（同図中の下端部）が開放端に形成された導電性の筒体１１ａと、筒体１１ａの他方の端部（同図中の上端部）を閉塞する導電性の閉塞板１１ｂと、筒体１１ａの内周面に配設された絶縁管１１ｃとを備え、一方の端部（ステージ６側の端部）が開放端に形成された（一方の端部が開口する）トーチ型筐体に構成されている。この場合、絶縁管１１ｃは、高周波信号Ｓ１の出力電力を高めたときに、プラズマを生成させるための放電（本例ではグロー放電）が不用意に発生しないようにするためのものである。また、図２に示すように、筐体１１を構成する筒体１１ａは、中心軸Ｘと直交する平面に沿った内周面の断面形状が円形であるため、外形は四角筒体であるが、実質的には円筒体として機能する。
【００２１】
また、本例では、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、閉塞板１１ｂには、大気圧下のプラズマ放電用ガスＧ（以下、「放電用ガスＧ」ともいう）を筒体１１ａに供給するための供給管９を接続するための貫通孔２２が、筒体１１ａの中心軸Ｘから外れた位置（具体的には、後述するように中心軸Ｘに配設された放射器１４と干渉しない位置）に形成されている。また、筒体１１ａは、図１に示すように、その長さが放射器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。本例では、放電用ガスＧとしては、電離電圧が低くプラズマ化し易いガス（例えば、アルゴンガスやヘリウムガスなどの希ガス）を使用する。
【００２２】
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７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。カップリングループ１３は、同図に示すように、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）されて構成されている。また、カップリングループ１３は、一端が閉塞板１１ｂにおける筒体１１ａの内部に面する表面（内面）に接続されると共に、他端が高周波信号Ｓ１の供給が可能に同軸コネクタ１２の芯線（不図示）に接続されている。この状態において、カップリングループ１３の一端側部位（折曲部位を基準として一端側に位置する部位）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Ｌ２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。一方、カップリングループ１３の他端側部位（折曲部位を基準として他端側に位置する部位）１３ｂは、貫通孔２１の中心軸上に位置した状態で貫通孔２１に挿通されている。
【００２３】
放射器１４は、長さＬ１が（（１／４＋ｎ／２）×λ）に規定された１本の導電性の柱状体（本例では円柱体）で構成されている。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）に規定されている。なお、放射器１４は、柱状体に限定されず、直方体や樋状体（ハーフパイプ状体）などの板状体で構成することもできる。また、放射器１４は、図１に示すように、筐体１１の内部に筐体１１の筒長（長手）方向に沿って配設されている。本例では、一例として、放射器１４は、筒体１１ａの内部に筒体１１ａの中心軸Ｘ上に位置した状態で、かつ一端側（同図中の上端側）が閉塞板１１ｂの内面に接続されて配設されている。この構成により、放射器１４は、カップリングループ１３における一端側部位１３ａ、および閉塞板１１ｂに開口する貫通孔２２のそれぞれと離間してはいるが、近接した状態で立設された状態となっている。一例として、本例では、図２に示すように、一端側部位１３ａ、放射器１４および貫通孔２２が、放射器１４を中心として平面視で一直線上に並ぶ構成となっているが、貫通孔２２は、放射器１４の近傍であれば、任意の位置に設定することができる。
【００２４】
電源部４は、一例として直流電源で構成されて、筐体１１（一例として筒体１１ａ）と処理対象体８との間に直流定電圧Ｖ１を印加する機能を備えている。具体的には、電源部４は、図１に示すように、筐体１１の電位を基準電位として処理対象体８に対して、直流定電圧Ｖ１（本発明における所定電位。一例として負電圧）を印加する。この場合、この直流定電圧Ｖ１は、プラズマ処理中に、高周波電力が供給される電極としての放射器１４と処理対象体８との間に自然に発生する直流負電圧（最大でマイナス数ボルト）よりも低い電圧（マイナス数十ボルト。本例では一例としてマイナス５０ボルト）に規定されている。電流制限部５は、例えば抵抗などで構成されて、電源部４の直流定電圧Ｖ１の印加経路に介装され、この印加経路に流れる電流（処理対象体８に流れる電流）を制限することにより、過大な電流が流れることに起因して、プラズマ発生部３に発生しているグロー放電がアーク放電に移行する事態を回避する。
【００２５】
次に、本発明に係るプラズマ処理装置１の動作について説明する。なお、筐体１１は予めグランドに接続されて（接地されて）、グランド電位が付与されているものとする。また、電源部４は、一方の出力端子（図示せず）が筐体１１の筒体１１ａに接続され、他方の出力端子（図示せず）が処理対象体８に接続されているものとする。また、ステージ６上には処理対象体８が載置されているものとする。
【００２６】
まず、プラズマ処理装置１では、電源部４が、予め規定された直流定電圧Ｖ１を筐体１１の筒体１１ａと処理対象体８との間に印加する。これにより、処理対象体８の電位は、グランド電位が付与された筐体１１（およびそれに電気的に接続された放射器１４）に対して、負の電位（マイナス５０ボルト）に規定される。
【００２７】
次いで、不図示のガス供給部が供給管９を介して筐体１１内に放電用ガスＧの供給を開始し、続いて、高周波電源２が、筐体１１内にグロー放電が発生する電力での高周波信号Ｓ１のプラズマ発生部３への出力を開始する。この場合の高周波信号Ｓ１の電力は、アーク放電を発生させるための電力よりも低い電力とすることができる。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７を介して、同軸コネクタ１２、さらにはカップリングループ１３の他端に達し、カップリングループ１３を経由して筐体１１（閉塞板１１ｂ）に流れる。この場合、高周波信号Ｓ１がカップリングループ１３に流れることにより、一端側部位１３ａの周囲に磁界が発生し、高周波信号Ｓ１の波長λに対して（（１／４＋ｎ／２）×λ）の長さＬ１に規定されている放射器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、その他端（同図中の下端であって、本発明における先端）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の他端側近傍（付近）で電界強度が最大となり、放電用ガスＧが存在するプラズマ発生部３内（すなわち筐体１１内）では、この他端側近傍において放電用ガスＧをプラズマ化させる（プラズマＰを生成させる）ためのグロー放電が発生する。
【００２８】
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、発生したグロー放電によって放電用ガスＧがプラズマ化して、高密度な状態でプラズマＰが生成される（プラズマＰが発生する）。また、放射器１４の他端側近傍で生成されたプラズマＰは、図１に示すように、筒体１１ａの開放端から処理対象体８に放射されて、処理対象体８の表面がプラズマＰによって表面処理される。特に、プラズマ処理装置１では、電源部４から印加される直流定電圧Ｖ１により、処理対象体８の電位が筐体１１の電位（グランド電位）に対して負電位（筐体１１の電位から大きく外れた負の電位）に規定されているため、プラズマＰ中の正イオンがこの負電位で加速されて処理対象体８に当接し、この正イオンによって処理対象体８の構成粒子が弾き飛ばされて表面処理（エッチング）される。
【００２９】
また、この正イオンの移動に伴い、電源部４から、筒体１１ａ、放射器１４および処理対象体８を経由して電源部４に戻る経路に直流電流Ｉが流れるが、この経路に介装された電流制限部５によって直流電流Ｉの電流値が制限される。このため、プラズマ処理装置１では、過大な電流が処理対象体８に流れることに起因して生じるおそれのあるグロー放電からアーク放電への移行が確実に回避されている。
【００３０】
このように、このプラズマ処理装置１では、電源部４が直流定電圧Ｖ１を筐体１１と処理対象体８との間に印加して、筐体１１に対する処理対象体８の電位、つまり放射器１４に対する処理対象体８の電位を筐体１１の電位よりも低い負の電位に規定する。したがって、このプラズマ処理装置１によれば、筐体１１内で生成されるプラズマＰがグロー放電によるプラズマであっても、プラズマＰ中の正イオンを直流定電圧Ｖ１で加速させて処理対象体８に当接させることができるため、処理対象体８に対する表面処理（バリ取り処理）を高周波信号Ｓ１の電力が低いときであっても確実に実施することができる。
【００３１】
一例として、筐体１１の開放端から１０ｍｍ下方に配置されたステージ６上にアルミニウムの板材を処理対象体８として載置し、直流定電圧Ｖ１をマイナス５０ボルトに規定すると共に、高周波電源２から高周波信号Ｓ１として２．４５ＧＨｚの準マイクロ波を１５０Ｗで供給し、かつプラズマ放電用ガスＧとしてアルゴンガスを使用してその流量を２ＳＬＭとしたときには、グロー放電によるプラズマＰを処理対象体８に１５秒間照射してバリ取り処理を行うことで、処理対象体８に生じていた約３０μｍのバリを除去し得ることが実験で確認されている。
【００３２】
また、このプラズマ処理装置１によれば、導電性材料を用いて一方の端部が開放端に形成されると共に内部にプラズマ放電用ガスＧが供給される筒状の筐体１１を備え、筐体１１内に筐体１１の筒長方向に沿って柱状の放射器１４を配設し、筐体１１における開放端側に位置する放射器１４の先端近傍においてプラズマ放電用ガスＧをプラズマ化させてプラズマＰを生成させると共に、この開放端から大気中に放射させるようにしたことにより、放射器１４に供給される高周波信号Ｓ１の漏洩を放射器１４を取り囲んでいる筐体１１で大幅に低減することができる。また、筐体１１を介して放射器１４に電位を付与する（本例では接地する）ようにしたことにより、放射器１４をグランドに直接接続する構成と比較して、放射器１４を確実に共振モノポールとして作動させて、プラズマＰを生成させることができる。
【００３３】
さらに、このプラズマ処理装置１では、カップリングループ１３に高周波信号Ｓ１を供給することにより、カップリングループ１３と離間して配設された放射器１４を共振させてその先端近傍にのみ高電界を発生させ、この先端近傍においてプラズマＰを生成させる。したがって、このプラズマ処理装置１によれば、プラズマＰの生成に要する高周波信号Ｓ１の電力を低減することができるため、プラズマ処理の効率を一層向上させることができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記した実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、直流定電圧Ｖ１（負電圧）の印加によって処理対象体８の電位を筐体１１の電位（グランド電位）に対して所定電位としての負電位（筐体１１の電位から大きく外れた負の電位）に規定し、これによってプラズマＰ中の正イオンをこの負電位で加速して処理対象体８に当接させる構成を採用しているが、直流定電圧Ｖ１（正電圧）の印加によって処理対象体８の電位を筐体１１の電位（グランド電位）に対して正電位（本発明における所定電位の他の例。筐体１１の電位から大きく外れた正の電位）に規定し、これによってプラズマＰ中の負イオンをこの正電位で加速して処理対象体８に当接させて、処理対象体８を表面処理する構成を採用することもできる。また、導電性材料で形成された処理対象体８と筐体１１との間に電源部４から直流定電圧Ｖ１を印加する構成としているが、処理対象体８が非導電性材料で形成されているときには、図３に示すプラズマ処理装置１Ａのように、ステージ６を導電性材料で形成して、ステージ６と筐体１１との間に電源部４から直流定電圧Ｖ１を印加する構成とすることができる。なお、この構成以外のプラズマ処理装置１Ａの構成については、プラズマ処理装置１と同一であるため、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１Ａにおいても、プラズマ処理装置１と同様にして、電源部４が直流定電圧Ｖ１を筐体１１と処理対象体８の背面側に位置するステージ６との間に印加して、筐体１１に対するステージ６の電位、つまり放射器１４に対するステージ６の電位を筐体１１の電位よりも低い負の電位（筐体１１の電位から大きく外れた負の電位）に規定する。したがって、このプラズマ処理装置１Ａによれば、筐体１１内に生成させるプラズマＰがグロー放電によるプラズマであっても、プラズマＰ中の正イオンを直流定電圧Ｖ１で加速させてステージ６に当接させることができるため、このステージ６上に載置された処理対象体８にも加速された正イオンが当接することになる結果、処理対象体８に対する表面処理（バリ取り処理）を確実に実施することができる。また、プラズマ処理装置１で奏する他の効果についても、プラズマ処理装置１Ａでも同様に奏することができる。
【００３５】
また、上記した各プラズマ処理装置１，１Ａでは、プラズマ発生部３を筐体１１および放射器１４を備えて構成しているが、他の構成を採用することもできる。一例として、上記の背景技術で説明した特許第３５５４７０号公報に開示されているような構成、すなわち、高周波電源に接続された高周波電極と、この高周波電極と対向配置されると共に接地された接地電極と、この一対の電極間に配置されてガス供給配管に接続されたノズルとを備えた構成を採用することもできる。この構成のプラズマ発生部においても、接地電極に対して、ステージや、その上に配設されたワークの電位を、接地電位よりも低い負の電位とすることにより、上記した各プラズマ処理装置１，１Ａと同様の作用効果を奏すると考えられる。
【００３６】
また、筐体１１に対する処理対象体８の電位、または筐体１１に対するステージ６の電位を、筐体１１の電位よりも低い負の電位に規定する構成によって生じる効果が最も顕著に表れる例として、グロー放電によるプラズマ処理を例に挙げて説明したが、グロー放電だけでなく、コロナ放電などのアーク放電によるプラズマ処理に適用することもでき、これにより、高周波信号Ｓ１の電力が同じであったとしても、処理対象体８に対する表面処理の効果を高めることができる結果、処理時間の短縮や、全体としての消費電力の低減を図ることができる。
【００３７】
また、電源部４と電流制限部５とを別体に構成した例について上記したが、電源部４が電流制限機能を備えている構成では、電源部４自体を電流制限部５として機能させて、電流制限部５の配設を省くこともできる。また、本発明における電源部４を直流電源で構成した例について説明したが、これに限定されず、交流電圧（一定の振幅の交流電圧）を出力する交流電源で電源部４を構成することができる。この構成によれば、処理対象体８の電位を所定電位としての正および負の所定電位に周期的に規定することができ、これによって正イオンおよび負イオンを処理対象体８に交互に当接させることができるため、正または負の電荷のみが処理対象体８に蓄積されるチャージアップ現象を回避することができる。また、グロー放電からアーク放電への移行が他の手法（高周波信号Ｓ１の電力、放電用ガスＧの流量、プラズマＰの照射距離および直流定電圧Ｖ１の各設定）によって確実に防止できるときには、電流制限部５を設けない構成を採用することができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】プラズマ処理装置１の構成図である。
【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の構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１Ａ プラズマ処理装置
２ 高周波電源
３ プラズマ発生部
４ 直流電源部
５ 電流制限部
８ 処理対象体
１１ 筐体
１１ｂ 閉塞板
１３ カップリングループ
１４ 放射器
Ｐ プラズマ
Ｓ１ 高周波信号
Ｖ１ 直流定電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成して出力する高周波信号生成部と、
入力した前記高周波信号に基づいてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを導電性を有する処理対象体に照射する放射器と、
前記放射器の電位に対する前記処理対象体の電位を所定電位に規定する電源部とを備えているプラズマ処理装置。
【請求項２】
準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成して出力する高周波信号生成部と、
処理対象体が載置される導電性のステージと、
入力した前記高周波信号に基づいてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを前記処理対象体に照射する放射器と、
前記放射器の電位に対する前記ステージの電位を所定電位に規定する電源部とを備えているプラズマ処理装置。
【請求項３】
導電性材料を用いて一方の端部が開放端に形成され、内部にプラズマ放電用ガスが供給される筒状の筐体を備え、
前記放射器は、柱状に形成されると共に前記筐体内に当該筐体の筒長方向に沿って配設され、当該筐体における前記開放端側の先端近傍において前記プラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを当該開放端から大気中に放射させ、
前記電源部は、前記筐体を介して前記所定電位を前記放射器に付与する請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記筐体は他方の端部が閉塞板によって閉塞され、
前記筐体の内部に面する前記閉塞板の表面に一端が接続されると共に他端に前記高周波信号が供給されるカップリングループを備え、
前記放射器は、前記カップリングループから離間した状態で前記閉塞板の前記表面に立設されている請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電源部は、直流電源で構成されて、前記所定電位として正または負の一定電位に前記処理対象体の電位を規定する請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電源部は、交流電源で構成されて、前記所定電位として正および負の所定電位に前記処理対象体の電位を周期的に規定する請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成して出力する高周波信号生成部と、
入力した前記高周波信号に基づいてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを導電性を有する処理対象体に照射する放射器と、
前記放射器の電位に対する前記処理対象体の電位を所定電位に規定する電源部とを備えているプラズマ処理装置。
【請求項２】
準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成して出力する高周波信号生成部と、
処理対象体が載置される導電性のステージと、
入力した前記高周波信号に基づいてプラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを前記処理対象体に照射する放射器と、
前記放射器の電位に対する前記ステージの電位を所定電位に規定する電源部とを備えているプラズマ処理装置。
【請求項３】
導電性材料を用いて一方の端部が開放端に形成され、内部にプラズマ放電用ガスが供給される筒状の筐体を備え、
前記放射器は、柱状に形成されると共に前記筐体内に当該筐体の筒長方向に沿って配設され、当該筐体における前記開放端側の先端近傍において前記プラズマ放電用ガスをプラズマ化させると共に当該プラズマを当該開放端から大気中に放射させ、
前記電源部は、前記筐体を介して前記所定電位を前記放射器に付与する請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記筐体は他方の端部が閉塞板によって閉塞され、
前記筐体の内部に面する前記閉塞板の表面に一端が接続されると共に他端に前記高周波信号が供給されるカップリングループを備え、
前記放射器は、前記カップリングループから離間した状態で前記閉塞板の前記表面に立設されている請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電源部は、直流電源で構成されて、前記所定電位として正または負の一定電位に前記処理対象体の電位を規定する請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電源部は、交流電源で構成されて、前記所定電位として正および負の所定電位に前記処理対象体の電位を周期的に規定する請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２８３１５７（Ｐ２００９−２８３１５７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３１４５８（Ｐ２００８−１３１４５８）
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【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２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【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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