プラズマ処理装置
【課題】プラズマ処理が効率よく行われ、電極の絶縁が容易になり、内壁に沿う沿面放電が抑制されるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１０００は、流路１０１８を持つチャンバ１０１０が絶縁体からなる。流路１０１８の軸方向に非平行な方向に延在する溝１０３６が流路１０１８を囲む内壁１０３４に刻まれる。第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、それぞれ、第１の電極１０１２より流路１０１８の上流側及び下流側にある。第１の電極１０１２と第２の電極１０１４とは流路１０１８の軸方向に間隔を置いて対向する。第１の電極１０１２と第３の電極１０１６とは流路１０１８の軸方向に間隔を置いて対向する。第１の電極１０１２はパルス電源１００４の第１の極に電気的に接続され、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６はパルス電源１００４の第２の極に電気的に接続される。
【解決手段】プラズマ処理装置１０００は、流路１０１８を持つチャンバ１０１０が絶縁体からなる。流路１０１８の軸方向に非平行な方向に延在する溝１０３６が流路１０１８を囲む内壁１０３４に刻まれる。第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、それぞれ、第１の電極１０１２より流路１０１８の上流側及び下流側にある。第１の電極１０１２と第２の電極１０１４とは流路１０１８の軸方向に間隔を置いて対向する。第１の電極１０１２と第３の電極１０１６とは流路１０１８の軸方向に間隔を置いて対向する。第１の電極１０１２はパルス電源１００４の第１の極に電気的に接続され、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６はパルス電源１００４の第２の極に電気的に接続される。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
流路の途中に複数の電極を設け、アノードとカソードとの間に電圧を印加し、アノードとカソードとの間の空間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置が知られている。特許文献１及び２は、その例である。
【０００３】
特許文献１のプラズマ処理装置（排気ガス浄化装置）においては、複数の電極（第１の平板電極、第２の平板電極及び第３の平板電極）が流路の途中に設けられ、アノード（第１の平板電極及び第３の平板電極）とカソード（第２の平板電極）との間に電圧が印加される。
【０００４】
特許文献２のプラズマ処理装置（プラズマ生成装置）においては、複数の電極（針状電極及びリング状電極）が流路の途中に設けられ、アノード（針状電極）とカソード（リング状電極）との間に電圧が印加される。
【０００５】
しかし、従来のプラズマ処理装置においては、流路を持つ構造物の材質が導電体である場合は、電極と流路を持つ構造物とを絶縁するためにプラズマ処理装置の構造が複雑になる。
【０００６】
例えば、特許文献１においては、流路を持つ構造物の材質が導電体であるため（段落０００９）、絶縁部材（第１の絶縁部材及び第２の絶縁部材）が設けられる。特許文献２も、複数の電極の絶縁に言及する（段落００３３）。
【０００７】
この問題を解決するためには、特許文献２も言及するが（段落００３３）、流路を持つ構造物の材質を絶縁体とすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１０６５２号公報
【特許文献２】特開２００６−２６９０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、流路を持つ構造物の材質が絶縁体である場合は、流路を囲む内壁に沿う沿面放電が発生する場合がある。この問題は、特許文献１及び２とは異なる電極構造が採用される場合にも問題となる。特に、プラズマ処理を効率よく行うために沿面放電が起こりやすい電極構造が採用された場合に問題となる。
【００１０】
本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明の目的は、プラズマ処理が効率よく行われ、電極の絶縁が容易になり、内壁に沿う沿面放電が抑制されるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の局面によれば、プラズマ処理装置は、流路を有する構造物、第１の電極、第２の電極、第３の電極、パルス電源及び配線を備える。構造物は絶縁体からなり、流路は内壁に囲まれる。流路の軸方向に非平行な方向に延在する溝が内壁に刻まれる。第１の電極、第２の電極及び第３の電極は流路の途中にある。第２の電極は、第１の電極より流路の上流側にある。第３の電極は、第１の電極より流路の下流側にある。第１の電極と第２の電極とは流路の軸方向に間隔を置いて対向する。第１の電極と第３の電極とは流路の軸方向に間隔を置いて対向する。配線により、第１の電極はパルス電源の第１の極に電気的に接続され、第２の電極及び第３の電極はパルス電源の第２の極に電気的に接続される。パルス電源は、第１の極と第２の極との間にパルス電圧を発生する。第１の電極、第２の電極及び第３の電極は、それぞれ、第１のガス通過面、第２のガス通過面及び第３のガス通過面を横切り、第１のガス通過面、第２のガス通過面及び第３のガス通過面の一部のみを占める。
【００１２】
本発明の第２の局面によれば、本発明の第１の局面において、溝が流路の周方向に一周する環状溝である。
【００１３】
本発明の第３の局面によれば、本発明の第１の局面において、溝が流路の軸方向に進行しながら流路の周方向に周回し流路の周方向に一周以上するらせん溝である。
【００１４】
本発明の第４の局面によれば、本発明の第１の局面において、溝が流路の軸方向に進行しながら流路の周方向に進行し流路の周方向に一周しない斜め溝であり、２個以上の斜め溝が流路の周方向に分布する。
【００１５】
本発明の第５の局面によれば、本発明の第１から第４までのいずれかの局面において、溝が延在する方向から見て溝が端から中心へ向かって深くなる波形の断面形状を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の局面によれば、ガスが効率よく活性化され、プラズマ処理が効率よく行われる。また、電極と流路を持つ構造物との絶縁が不要になり、電極の絶縁が容易になる。さらに、流路の軸方向に延在する放電経路と溝とが交差し、内壁に沿う沿面放電が抑制される。
【００１７】
本発明の第２の局面によれば、内壁の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。
【００１８】
本発明の第３の局面によれば、内壁の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。また、溝の中を流体が流れ、溝の中に堆積した異物が流体により流され、異物に起因する沿面放電が抑制される。
【００１９】
本発明の第４の局面によれば、内壁の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。また、溝の中を流体が流れ、溝の中に堆積した異物が流体により流されやすくなり、異物に起因する沿面放電が抑制される。
【００２０】
本発明の第５の局面によれば、溝の中を流体が流れ、溝の中に堆積した異物が流体により流され、異物に起因する沿面放電が抑制される。
【００２１】
これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態のプラズマ処理装置の模式図である。
【図２】第１実施形態のリアクタの斜視図である。
【図３】第１実施形態のリアクタの断面図である。
【図４】第１実施形態のリアクタの断面図である。
【図５】第１実施形態のリアクタの断面図である。
【図６】第１実施形態のパルス発生回路の回路図である。
【図７】ダイレクト方式によるガスの処理を説明する図である。
【図８】ダイレクト方式による固体構造物の処理を説明する図である。
【図９】リモート方式による固体構造物の処理を説明する図である。
【図１０】第２実施形態のリアクタの斜視図である。
【図１１】第２実施形態のリアクタの断面図である。
【図１２】第３実施形態のリアクタの斜視図である。
【図１３】第３実施形態のリアクタの断面図である。
【図１４】第４実施形態のリアクタの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
｛第１実施形態｝
（概略）
第１実施形態は、プラズマ処理装置に関する。
【００２４】
図１は、第１実施形態のプラズマ処理装置の模式図である。図１は、プラズマ処理装置のリアクタの断面及びリアクタの付属物を示す。図２から図５までは、リアクタの模式図である。図２は、斜視図である。図３から図５までは、それぞれ、図１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃにおける断面図である。
【００２５】
図１に示すように、プラズマ処理装置１０００は、リアクタ１００２、パルス電源１００４、配線１００６及びガス供給系１００８を備える。また、図１から図５までに示すように、リアクタ１００２は、チャンバ１０１０、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６を備える。
【００２６】
図１に示すように、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は流路１０１８の途中にある。第２の電極１０１４は、第１の電極１０１２より流路１０１８の上流側にある。第３の電極１０１６は、第１の電極１０１２より流路１０１８の下流側にある。配線１００６により、アノード１０６０となる第１の電極１０１２はパルス電源１００４の正極１０２０に電気的に接続され、カソード１０６２となる第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６はパルス電源１００４の負極１０２２に電気的に接続される。図３から図５までに示すように、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、それぞれ、第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８の一部のみを占める。
【００２７】
ガス供給系１００８から供給されるガスは、流路１０１８の入口１０３０から入り、流路１０１８を流れ、流路１０１８の出口１０３２から出る。流路１０１８を流れるガスは、第２のガス通過面１０２６、第１のガス通過面１０２４及び第３のガス通過面１０２８を順に通過する。パルス電源１００４が正極１０２０と負極１０２２との間に発生したパルス電圧は、アノード１０６０とカソード１０６２との間に印加される。
【００２８】
プラズマ処理装置１０００においては、ガスが流路１０１８を流れているときにアノード１０６０とカソード１０６２との間にパルス電圧が印加され、アノード１０６０とカソード１０６２との間の空間に発生したプラズマによりガスが活性化される。これにより、ガスが効率よく活性化され、プラズマ処理が効率よく行われる。
【００２９】
「活性化」とは、化学種をより高いエネルギー順位へ励起すること、イオンを生成すること、ラジカルを生成すること等のガスの反応性を向上することをいう。
【００３０】
（チャンバの材質及び構造）
チャンバ１０１０は絶縁体、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）又はアルミナからなる。これにより、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６とチャンバ１０１０との絶縁が不要になり、リアクタ１００２の構造が簡略化される。
【００３１】
チャンバ１０１０は流路１０１８となる円筒孔が形成された構造物である。チャンバ１０１０は、流路１０１８を持つ構造物であればよく、円筒孔が形成された構造物以外であってもよい。流路１０１８の断面形状も円形でなくてもよい。
【００３２】
（沿面放電の抑制）
図１から図５までに示すように、流路１０１８は内壁１０３４に囲まれる。チャンバ１０１０が絶縁体からなる場合は内壁１０３４が絶縁体面になり、流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が流路１０１８には印加される。流路１０１８の軸方向Ａ１とは、流路１０１８が延在する方向、すなわち、ガスが流れる方向をいう。このため、リアクタ１００２においては、沿面放電の抑制策がとられないと、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間、第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間、第１の電極１０１２と流路１０１８の入口１０３０の外側にある導電体との間、第１の電極１０１２と流路１０１８の出口１０３２の外側にある導電体との間等に沿面放電が起こりやすい。
【００３３】
そこで、図１及び図２に示すように、沿面放電の抑制策として環状溝１０３６が内壁１０３４に刻まれる。
【００３４】
（溝の延在方向）
環状溝１０３６は流路１０１８の周方向Ｃ１に延在する。これにより、流路１０１８の軸方向Ａ１に延在する放電経路と環状溝１０３６とが垂直に交差し、沿面放電が抑制される。当該放電経路と環状溝１０３６とが交差するためには、流路１０１８の軸方向Ａ１に非平行な方向に溝が延在すればよく、環状溝１０３６の全体が流路１０１８の周方向Ｃ１に延在していなくてもよい。
【００３５】
（環状であることの利点）
環状溝１０３６は、流路１０１８の周方向Ｃ１に一周する。流路１０１８の周方向Ｃ１とは、流路１０１８の軸方向Ａ１の位置を保ったまま流路１０１８の中心軸のまわりを周回する方向をいう。これにより、内壁１０３４の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。ただし、途切れがない環状溝１０３６に代えて途切れがある不完全環状溝が内壁１０３４に刻まれる場合も沿面放電の抑制効果は維持される。２個以上の不完全環状溝が流路１０１８の軸方向Ａ１に間隔をおいて繰り返し刻まれる場合は、望ましくは、溝が途切れる位置が不完全環状溝ごとに周方向Ｃ１にずらされる。これにより、溝が不完全環状溝であっても内壁１０３４の全周にわたって溝の群が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。
【００３６】
（環状溝が刻まれる区間）
望ましくは、図１に示すように、第１のガス通過面１０２４と第２のガス通過面１０２６との間の区間１０３８、第１のガス通過面１０２４と第３のガス通過面１０２８との間の区間１０４０、第２のガス通過面１０２６と流路１０１８の入口１０３０との間の区間１０４２及び第３のガス通過面１０２８と流路１０１８の出口１０３２との間の区間１０４４の全部に環状溝１０３６が刻まれる。さらに望ましくは、区間１０３８，１０４０，１０４２及び１０４４の各々に２個以上の環状溝１０３６が刻まれる。これにより、沿面放電がさらに抑制される。しかし、区間１０３８，１０４０，１０４２及び１０４４の一部に環状溝１０３６が刻まれていない場合、例えば、区間１０３８，１０４０，１０４２及び１０４４のうちの相対的に沿面放電が起こりにくいところに環状溝１０３６が刻まれていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。
【００３７】
（溝の断面形状並びに深さ及び幅）
環状溝１０３６は、延在方向から見て深さが一定の角形の断面形状を有する。
【００３８】
角形の断面形状を有する溝の深さは、望ましくは、１〜４ｍｍである。深さがこの範囲より浅くなると、沿面放電の抑制効果が不十分になりやすいからである。深さがこの範囲より深くなると、溝に異物が堆積しやすくなり、異物に起因する沿面放電が起こりやすいからである。
【００３９】
角形の断面形状を有する溝の幅は、望ましくは、２〜３ｍｍである。幅がこの範囲外となると、沿面放電の抑制効果が不十分になりやすいからである。
【００４０】
（第２の電極及び第３の電極の接地）
第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、望ましくは、接地される。これにより、接地された第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６で高電圧の第１の電極１０１２が挟まれ、第２の電極１０１４よりも流路１０１８の上流側に放電が進展することが抑制され、第３の電極１０１６よりも流路１０１８の下流側に放電が進展することが抑制される。しかし、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６に代えて第１の電極１０１２が接地されてもよい。
【００４１】
（放電）
プラズマ処理装置１０００においては、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４とが流路１０１８の軸方向Ａ１に間隔を置いて対向し、第１の電極１０１２と第３の電極１０１６とが流路１０１８の軸方向Ａ１に間隔を置いて対向する。これにより、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間には第１の電極１０１２から第２の電極１０１４へ向かい流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が印加され、第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間には第１の電極１０１２から第３の電極１０１６へ向かい流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が印加される。また、第２の電極１０１４の下流側及び第３の電極１０１６の上流側にイオンシース層が発生し、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間及び第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間に放電が起こり、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間の空間及び第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間の空間にプラズマが発生する。
【００４２】
上記の説明とは逆に、第１の電極１０１２がパルス電源１００４の負極１０２２に接続され、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６がパルス電源１００４の正極１０２０に接続されてもよい。この場合は、第１の電極１０１２がカソードとなり、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６がアノードとなる。これにより、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間には第２の電極１０１４から第１の電極１０１２へ向かい流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が印加され、第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間には第３の電極１０１６から第１の電極１０１２へ向かい流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が印加される。また、第１の電極１０１２の上流側及び下流側にイオンシース層が発生し、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間及び第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間に放電が起こり、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間の空間及び第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間の空間にプラズマが発生する。
【００４３】
（電極によるガス通過面の横断）
図１、図２及び図３に示すように、第１の電極１０１２は、棒形状を有し、第１のガス通過面１０２４を横切る。これにより、損傷しやすい第１の電極１０１２の末端が第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６と対向して放電の始点又は終点となることが抑制され、第１の電極１０１２の耐久性が向上する。
【００４４】
図１、図２、図４及び図５に示すように、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、平板形状を有し、それぞれ、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８を横切る。これにより、損傷しやすい第２の電極１０１４の末端及び第３の電極１０１６の末端が第１の電極１０１２と対向して放電の始点又は終点となることが抑制され、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の耐久性が向上する。
【００４５】
「横切る」とは、内壁１０３４の一の場所から出て、流路１０１８を経由して、内壁１０３４の他の場所に入ることをいう。第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が、それぞれ、第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８を横切る場合は、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が流路１０１８の内壁１０３４の近くに存在するため沿面放電が起こりやすい状況にある。しかし、プラズマ処理装置１０００においては、沿面放電の抑制策がとられているので、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が流路１０１８の内壁１０３４の近くに存在していても沿面放電が起こりにくい。
【００４６】
第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の耐久性が向上することは、リアクタ１００２に大きなエネルギーを投入することを可能にし、プラズマ処理を効率よく行うことを可能にする。
【００４７】
（ガスの透過）
図３に示すように、第１の電極１０１２は、流路１０１８の軸方向Ａ１に垂直な第１の方向Ｄ１に延在し、流路１０１８の軸方向Ａ１に垂直であって第１の方向Ｄ１に垂直な第２の方向Ｄ２に疎らに配列される。第１の電極１０１２の配列間隔は一定であってもよいし一定でなくてもよい。第１の電極１０１２の全部又は一部が非平行に配列されてもよい。一の第１の電極１０１２と他の第２の電極１０１２とが交差してもよい。第１の電極１０１２が枝分かれを有してもよい。
【００４８】
図４及び図５に示すように、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、第２の方向Ｄ２に延在し、第１の方向Ｄ１に疎らに配列される。第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の配列間隔は一定であってもよいし一定でなくてもよい。第２の電極１０１４の全部又は一部が非平行に配列されてもよく、第３の電極１０１６の全部又は一部が非平行に配列されてもよい。一の第２の電極１０１４と他の第２の電極１０１４とが交差してもよく、一の第３の電極１０１６と他の第３の電極１０１６とが交差してもよい。第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が枝分かれを有してもよい。第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が流路１０１８の軸方向Ａ１に延長又は短縮されてもよい。
【００４９】
「疎らに」とは、隣接する第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が密着することなく、隣接する第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の間にガスが通過する開口があることをいう。
【００５０】
配列された第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、それぞれ、第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８を不完全に閉塞する不完全閉塞体であってガス透過性を有する。これにより、配列された第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の開口をガスが透過するときに第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の近傍に発生したプラズマによりガスが効率よく活性化され、プラズマ処理が効率よく行われる。
【００５１】
第１の電極１０１２の延在方向と第２の電極１０１４の延在方向とが垂直でなくてもよい。また、第１の電極１０１２の延在方向と第３の電極１０１６の延在方向とが垂直でなくてもよい。さらに、第２の電極１０１４の延在方向と第３の電極１０１６の延在方向とが異なってもよい。
【００５２】
（ガス通過面の開口率）
流路１０１８の軸方向Ａ１から見た第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８の面積に対する開口の面積の比率は、望ましくは、３０％以上である。比率がこの範囲より小さくなると、圧力損失が増加し、プラズマ処理が効率よく行われにくいからである。
【００５３】
（絶縁体による被覆及びストリーマ放電）
図３に示すように、第１の電極１０１２においては、導電体棒１０４８が絶縁体被覆１０５０で被覆される。また、図４に示すように、第２の電極１０１４においては、細長導電体板１０５２の末端以外が絶縁体被覆１０５４で被覆される。さらに、図５に示すように、第３の電極１０１６においては、細長導電体板１０５６の末端以外が絶縁体被覆１０５８で被覆される。配線１００６により、導電体棒１０４８はパルス電源１００４の正極１０２０に電気的に接続され、細長導電体板１０５２及び１０５６はパルス電源１００４の負極１０２２に電気的に接続される。
【００５４】
第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が、それぞれ、絶縁体被覆１０５０、１０５４及び１０５８を備えることは、放電を誘電体バリア放電とし、アーク放電を抑制し、ガスを効率的に活性化するストリーマ放電を安定して発生させることに寄与する。しかし、導電体が直接的に対向しなければ、絶縁体被覆１０５０、１０５４及び１０５８の一部が省略されてもよい。
【００５５】
（プラズマグランディング）
図４及び図５に示すように、細長導電体板１０５２及び１０５６の末端は、それぞれ、絶縁体被覆１０５４及び１０５８で被覆されずに、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８の縁部において流路１０１８に露出する。細長導電体板１０５２及び１０５６の末端は、イオンシース層の端部に接触し、イオンシース層に接地電位を付与し、イオンシース層に電子を供給する。これにより、イオンシース層に電子が供給されやすくなり、プラズマ処理が効率よく行われる。細長導電体板１０５２及び１０５６の末端が流路１０１８に露出する場合は、細長導電体板１０５２及び１０５６の末端を起点とする沿面放電が起こりやすい状況にある。しかし、プラズマ処理装置１０００においては、沿面放電の抑制策がとられているので、細長導電体板１０５２及び１０５６の末端が流路１０１８に露出していても沿面放電が起こりにくい。
【００５６】
第１の電極１０１２がアノードとなり、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６がカソードとなる場合は、細長導電体板１０５２及び１０５６に代えて導電体棒１０４８の末端が、第１のガス通過面１０２４の端部において流路１０１８に露出する。
【００５７】
「縁部」とは、イオンシース層に接触する範囲を意味し、第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８の外周の近傍にある幅を有する範囲である。
【００５８】
（電極の材質）
導電体棒１０４８並びに細長導電体板１０５２及び１０５６の材質は、望ましくは、耐久性及び耐熱性が高い金属又は合金から選択される。耐久性及び耐熱性が高い金属の例はＰｔ（白金）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等であり、耐久性及び耐熱性が高い合金の例はニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金等のニッケル基合金、ＷＣ（タングステンカーバイド）等のタングステン基合金等である。
【００５９】
絶縁体被覆１０５０、１０５４及び１０５８の材質は、望ましくは、耐久性及び耐熱性が高い樹脂又はセラミックスから選択される。耐久性及び耐熱性が高い樹脂の例はフッ素樹脂、ポリイミド系樹脂等であり、耐久性及び耐熱性が高いセラミックスの例はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、炭化珪素（ＳｉＣ）、マグネシア（ＭｇＯ）等である。
【００６０】
導電体棒１０４８に代えて半導体棒が使用され、絶縁体被覆１０５０が省略されてもよい。また、細長導電体板１０５２及び１０５６に代えて細長半導体板が使用され、絶縁体被覆１０５４及び１０５８が省略されてもよい。
【００６１】
半導体棒及び半導体板の材質は、望ましくは、耐久性及び耐熱性が高いセラミックスから選択される。耐久性及び耐熱性が高いセラミックスの例は、Ｓｉ含浸炭化ケイ素等である。
【００６２】
（パルス電圧の波形とイオン及びラジカルの密度との関係）
パルス電圧のパルス幅Δｔが短く立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが大きい場合は、イオンシース層が薄くなり、イオン及びラジカルの密度も高くなる。一方、パルス電圧のパルス幅Δｔが長く立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが小さい場合は、イオンシース層が厚くなり、イオン及びラジカルの密度も低くなる。このため、アノードとカソードとの間には、望ましくは、パルス幅Δｔが短く立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが大きいパルス電圧が印加される。
【００６３】
（パルス発生回路）
パルス電源１００４には、望ましくは、パルス幅Δｔが短く立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが大きいパルス電圧を容易に発生する誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路（ＩＥＳ回路）が内蔵される。誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路においては、望ましくは、スイッチング素子としてＳＩ（静電誘導）サイリスタが選択される。しかし、誘導エネルギー蓄積型以外のパルス発生回路がパルス電源１００４に内蔵されてもよく、ＳＩサイリスタ以外がスイッチング素子として選択されてもよい。
【００６４】
図６は、誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路の回路図である。
【００６５】
図６に示すように、パルス発生回路１１００は、直流電源１１０２と、トランス１１０４と、ＳＩサイリスタ１１０５と、ＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）１１０６と、ダイオード１１０８と、駆動回路１１１０と、キャパシタ１１１２と、を備える。直流電源１１０２は、内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。
【００６６】
直流電源１１０２の正極から負極へ至る直流供給経路１１１４には、トランス１１０４の１次側巻線１１１６と、ＳＩサイリスタ１１０５のアノード・カソード間と、ＭＯＳＦＥＴ１１０６のドレイン・ソース間と、が挿入される。トランス１１０４の１次側巻線１１１６の一端は直流電源１１０２の正極に接続され、トランス１１０４の１次側巻線１１１６の他端はＳＩサイリスタ１１０５のアノードに接続され、ＳＩサイリスタ１１０５のカソードはＭＯＳＦＥＴ１１０６のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１０６のソースは直流電源１１０２の負極に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１０６のゲートには駆動回路１１１０から駆動信号が与えられる。直流供給経路１１１４は、ＳＩサイリスタ１１０５、ＭＯＳＦＥＴ１１０６及びゲート駆動回路１１１０からなるスイッチにより開閉される。
【００６７】
ＳＩサイリスタ１１０５のゲートは、ダイオード１１０８を経由してトランス１１０４の１次側巻線１１１６の一端に接続される。ダイオード１１０８のアノードはＳＩサイリスタ１１０５のゲートに接続され、ダイオード１１０８のカソードはトランス１１０４の１次側巻線１１１６の一端に接続される。
【００６８】
トランス１１０４の２次側巻線１１１８の一端はパルス電源１００４の正極１０２０に接続され、トランス１１０４の２次側巻線１１１８の他端はパルス電源１００４の負極１０２２に接続される。トランス１１０４がインダクタに置き換えられ、インダクタの両端からパルス電圧が直接的に取り出されてもよい。
【００６９】
キャパシタ１１１２は、直流電源１１０２に並列接続される。
【００７０】
（パルス発生回路の動作）
駆動回路１１１０からＭＯＳＦＥＴ１１０６のゲートへのオン信号の入力が始まりＭＯＳＦＥＴ１１０６がターンオンすると、ＳＩサイリスタ１１０５のゲートが正バイアスされ、ＳＩサイリスタ１１０５もターンオンする。これにより、直流供給経路１１１４が閉じられる。直流供給経路１１１４が閉じられると、トランス１１０４の１次側巻線１１１６への直流の供給が始まり、トランス１１０４への誘導エネルギーの蓄積が始まる。
【００７１】
駆動回路１１１０からＭＯＳＦＥＴ１１０６へのオン信号の入力が終わり、ＭＯＳＦＥＴ１１０６がターンオフすると、トランス１１０４の１次側巻線１１１６に流れていた電流がＳＩサイリスタ１１０５に転流してＳＩサイリスタ１１０５のゲートが負バイアスされ、ＳＩサイリスタ１１０５が高速にターンオフする。これにより、直流供給経路１１１４が高速に開かれる。直流供給経路１１１４が高速に開かれると、相互誘導により２次側巻線１１１８に誘導起電力が発生し、パルス電源１００４の正極１０２０と負極１０２２２との間に立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが大きいパルス電圧が出力される。
【００７２】
（パルス電圧の波形の概略）
望ましくは、パルス電圧のパルス幅は半値全幅（ＦＷＨＭ）で概ね１０〜１０００ｎｓであり、立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔは概ね３０〜３０００ｋＶ／μｓであり、単位時間あたりの繰り返し数は概ね１００ｐｐｓ〜数十ｋｐｐｓであり、ピーク電圧は概ね１０〜３０ｋＶである。望ましい範囲について「概ね」と述べているのは、リアクタ１００２の構造、リアクタ１００２の材質、ガスの圧力、ガスの流量等によっては、望ましい範囲が上述の範囲よりも広くなる場合もありうるからである。
【００７３】
（ダイレクト方式によるガスの処理）
図７は、ダイレクト方式によるガスの処理を説明する図である。
【００７４】
図７に示すように、プラズマ処理装置１０００がダイレクト方式でガスを処理する場合は、ガス供給系１００８から流路１０１８の入口１０３０に処理されるガスが供給され、処理されるガスが流路１０１８に流される。また、アノード１０６０とカソード１０６２との間にパルス電圧が印加される。これにより、ガスが活性化される。
【００７５】
活性化されたガスは、燃焼炉、焼成炉等の供給先へ供給される。活性化されたガスが燃焼炉へ供給される場合は、活性化されたガスは燃焼効率の向上等に寄与する。活性化されたガスが焼成炉へ供給される場合は、活性化されたガスは熱処理の促進に寄与する。
【００７６】
（ダイレクト方式による固体構造物の処理）
図８は、ダイレクト方式による固体構造物の処理を説明する図である。
【００７７】
図８に示すように、プラズマ処理装置１０００がダイレクト方式で固体構造物Ｗを処理する場合は、プラズマが発生する空間に処理される固体構造物Ｗが配置される。また、ガス供給系１００８から流路１０１８の入口１０３０にガスが供給され、ガスが流路１０１８に流される。さらに、アノード１０６０とカソード１０６２との間にパルス電圧が印加される。これにより、ガスが活性化され、活性化されたガスが固体構造物Ｗに作用し、固体構造物Ｗが処理される。固体構造物Ｗの処理には、表面のぬれ性を向上する処理（改質）、表面に付着した微生物を死滅させる処理（滅菌又は殺菌）等がある。
【００７８】
（リモート方式による固体構造物Ｗの処理）
図９は、リモート方式による固体構造物の処理を説明する図である。
【００７９】
図９に示すように、プラズマ処理装置１０００がリモート方式で固体構造物Ｗを処理する場合は、流路１０１８の外側のガスの吹きつけ先に固体構造物Ｗが配置される。また、ガス供給系１００８から流路１０１８の入口１０３０にガスが供給され、ガスが流路１０１８に流される。さらに、アノード１０６０とカソード１０６２との間にパルス電圧が印加される。これにより、ガスが活性化され、活性化されたガスが固体構造物Ｗに作用し、固体構造物Ｗが処理される。
【００８０】
（ガスの種類及び液体の使用）
ガスとしては、例えば、空気、窒素（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）等が選択される。ガス供給系１００８に代えて液体供給系が設けられ、ガスに代えて液体が使用されてもよい。液体としては、例えば、水、アルコール、酸性水溶液、アルカリ性水溶液等が選択される。より一般的には、ガス、液体等の流体が流路１０１８に流される。
【００８１】
｛第２実施形態｝
（概略）
第２実施形態は、第１実施形態のリアクタに代えて使用されるリアクタに関する。
【００８２】
図１０及び図１１は、第２実施形態のリアクタの模式図である。図１０は、斜視図である。図１１は、断面図である。
【００８３】
図１０及び図１１に示すように、リアクタ２００２は、チャンバ２００４、第１の電極２００６、第２の電極２００８及び第３の電極２０１０を備える。
【００８４】
第１実施形態のリアクタ１００２と第２実施形態のリアクタ２００２との違いは、流路２０１８を囲む内壁２０１２に刻まれる溝にある。第２実施形態の第１の電極２００６、第２の電極２００８及び第３の電極２０１０は、第１実施形態の第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６と同じものである。
【００８５】
（らせん溝による沿面放電の抑制）
内壁２０１２には角形の断面形状を有するらせん溝２０１４が刻まれる。らせん溝２０１４は、流路２０１８の軸方向Ａ２に進行しながら流路２０１８の周方向Ｃ２に周回する。らせん溝２０１４は、流路２０１８の軸方向Ａ２に非平行に延在し、流路２０１８の軸方向Ａ２に延在する放電経路と交差する。これにより、沿面放電が抑制される。
【００８６】
（らせん溝に堆積した異物の除去）
らせん溝２０１４は流路２０１８の軸方向Ａ２に非垂直な方向に延在する。これにより、ガスが流路２０１８を流れると、らせん溝２０１４の中をガスが流れ、らせん溝２０１４の中に堆積した異物がガスにより流され、異物に起因する放電が抑制される。
【００８７】
（らせん溝が刻まれる区間）
望ましくは、図１１に示すように、第１のガス通過面２０２０と第２のガス通過面２０２２との間の区間２０３０、第１のガス通過面２０２０と第３のガス通過面２０２４との間の区間２０３２、第２のガス通過面２０２２と流路２０１８の入口２０２６との間の区間２０３４及び第３のガス通過面２０２４と流路２０１８の出口２０２８との間の区間２０３６の全部にらせん溝２０１４が刻まれる。しかし、区間２０３０，２０３２，３０３４及び２０３６の一部にらせん溝２０１４が刻まれていない場合、例えば、区間２０３０，２０３２，３０３４及び２０３６のうちの相対的に沿面放電が起こりにくいところにらせん溝２０１４が刻まれていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。区間２０３０，２０３２，３０３４及び２０３６の全部又は一部に二重らせん溝等の多重らせん溝が刻まれてもよい。
【００８８】
（隣接する区間に刻まれたらせん溝の接続）
望ましくは、隣接する区間に刻まれたらせん溝２０１４は接続され、隣接する区間の境界におけるらせん溝２０１４の途切れは排除される。これにより、らせん溝２０１４の中に堆積した異物が隣接する区間の境界に滞留しにくくなり、異物に起因する沿面放電が抑制される。しかし、隣接する区間に刻まれたらせん溝２０１４が接続されていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。
【００８９】
（らせん溝の周回数）
らせん溝２０１４は流路２０１８の周方向Ｃ２に１周以上する。これにより、内壁２０１２の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。区間２０３０，２０３２，３０３４及び２０３６の全部又は一部において、らせん溝２０１４は、望ましくは、流路２０１８の周方向Ｃ２に２周以上する。これにより、沿面放電がさらに抑制される。
【００９０】
｛第３実施形態｝
（概略）
第３実施形態は、第１実施形態のリアクタに代えて使用されるリアクタに関する。
【００９１】
図１２及び図１３は、第３実施形態のリアクタの模式図である。図１２は、斜視図である。図１３は、断面図である。
【００９２】
図１２及び図１３に示すように、リアクタ３００２は、チャンバ３００４、第１の電極３００６、第２の電極３００８及び第３の電極３０１０を備える。
【００９３】
第１実施形態のリアクタ１００２と第３実施形態のリアクタ３００２との違いは、流路３０１６を囲む内壁３０１２に刻まれる溝にある。第３実施形態の第１の電極３００６、第２の電極３００８及び第３の電極３０１０は、第１実施形態の第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６と同じものである。
【００９４】
（斜め溝による沿面放電の抑制）
内壁３０１２には角形の断面形状を有する斜め溝３０１４が刻まれる。斜め溝３０１４は、流路３０１６の軸方向Ａ３に進行しながら流路３０１６の周方向Ｃ３に進行する。斜め溝３０１４は、流路３０１６の軸方向Ａ３に非平行に延在し、流路３０１６の軸方向Ａ３に延在する放電経路と交差する。これにより、沿面放電が抑制される。斜め溝３０１４は、第２実施形態のらせん溝２０１４と異なり、流路３０１６の周方向Ｃ３に１周しない。その代わりに、２個以上の斜め溝３０１４が周方向Ｃ３に分布して刻まれる。これにより、１個の斜め溝３０１４が内壁３０１２の全周にわたって刻まれることはないが、２個以上の斜め溝３０１４の群が内壁３０１２の全周にわたって刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。２個以上の斜め溝３０１４は、望ましくは、流路３０１６の周方向Ｃ３に均一に分布する。
【００９５】
（斜め溝に堆積した異物の除去）
斜め溝３０１４は、流路３０１６の軸方向Ａ３に非垂直な方向に延在する。これにより、ガスが流路３０１６を流れると、斜め溝３０１４の中をガスが流れ、斜め溝３０１４の中に堆積した異物がガスにより流され、異物に起因する放電が抑制される。
【００９６】
（斜め溝が刻まれる区間）
望ましくは、第１のガス通過面３０１８と第２のガス通過面３０２０との間の区間３０２８、第１のガス通過面３０１８と第３のガス通過面３０２２との間の区間３０３０、第２のガス通過面３０２０と流路３０１６の入口３０２４との間の区間３０３２及び第３のガス通過面３０２２と流路３０１６の出口３０２６との間の区間３０３４の全部に斜め溝３０１４が刻まれる。しかし、区間３０２８，３０３０，３０３２及び３０３４の一部に斜め溝３０１４が刻まれていない場合、例えば、区間３０２８，３０３０，３０３２及び３０３４のうちの相対的に沿面放電が起こりにくいところに斜め溝３０１４が刻まれていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。
【００９７】
（隣接する区間に刻まれた斜め溝の接続）
望ましくは、隣接する区間に刻まれたら斜め溝３０１４は接続され、隣接する区間の境界における斜め溝３０１４の途切れが排除される。これにより、斜め溝３０１４の中に堆積した異物が隣接する区間の境界に滞留しにくくなり、異物に起因する沿面放電が抑制される。しかし、隣接する区間に刻まれた斜め溝３０１４が接続されていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。
【００９８】
｛第４実施形態｝
（概略）
第４実施形態は、第１実施形態のリアクタに代えて使用されるリアクタに関する。
【００９９】
図１４は、第４実施形態のリアクタの模式図である。図１４は、断面図である。
【０１００】
図１４に示すように、リアクタ４００２は、チャンバ４００４、第１の電極４００６、第２の電極４００８及び第３の電極４０１０を備える。
【０１０１】
第１実施形態のリアクタ１００２と第４実施形態のリアクタ４００２との違いは、流路４０１６を囲む内壁４０１２に刻まれる溝にある。第４実施形態の第１の電極４００６、第２の電極４００８及び第３の電極４０１０は、第１実施形態の第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６と同じものである。
【０１０２】
（断面形状）
内壁４０１２に刻まれる環状溝４０１４は、環状溝４０１４が延在する方向から見て、周辺から中心へ向かって深くなる波形の断面形状を有する。これにより、環状溝４０１４の中をガスが流れやすくなり、環状溝４０１４の中に堆積した異物が流体により流されやすくなり、異物に起因する沿面放電が抑制される。
【０１０３】
｛その他｝
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。しがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。特に、一の実施形態の技術的事項と他の実施形態の技術的事項とを組み合わせることは当然に予定されている。例えば、第１実施形態の環状溝、第２実施形態のらせん溝及び第３実施形態の斜め溝のうちの２種類以上の溝が混在して刻まれること等が予定されている。また、第２実施形態のらせん溝及び第３実施形態の斜め溝が波形の断面形状を有してもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１０００ プラズマ処理装置
１００２，２００２，３００２，４００２ リアクタ
１００４ パルス電源
１００６ 配線
１０１０，２００４，３００４，４００４ チャンバ
１０１２，２００６，３００６，４００６ 第１の電極
１０１４，２００８，３００８，４００８ 第２の電極
１０１６，２０１０，３０１０，４０１０ 第３の電極
１０１８，２０１８，３０１６ 流路
１０３４，２０１２，３０１２，４０１２ 内壁
１０３６，４０１４ 環状溝
２０１４ らせん溝
３０１４ 斜め溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路の途中に複数の電極を設け、アノードとカソードとの間に電圧を印加し、アノードとカソードとの間の空間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置が知られている。特許文献１及び２は、その例である。
【０００３】
特許文献１のプラズマ処理装置（排気ガス浄化装置）においては、複数の電極（第１の平板電極、第２の平板電極及び第３の平板電極）が流路の途中に設けられ、アノード（第１の平板電極及び第３の平板電極）とカソード（第２の平板電極）との間に電圧が印加される。
【０００４】
特許文献２のプラズマ処理装置（プラズマ生成装置）においては、複数の電極（針状電極及びリング状電極）が流路の途中に設けられ、アノード（針状電極）とカソード（リング状電極）との間に電圧が印加される。
【０００５】
しかし、従来のプラズマ処理装置においては、流路を持つ構造物の材質が導電体である場合は、電極と流路を持つ構造物とを絶縁するためにプラズマ処理装置の構造が複雑になる。
【０００６】
例えば、特許文献１においては、流路を持つ構造物の材質が導電体であるため（段落０００９）、絶縁部材（第１の絶縁部材及び第２の絶縁部材）が設けられる。特許文献２も、複数の電極の絶縁に言及する（段落００３３）。
【０００７】
この問題を解決するためには、特許文献２も言及するが（段落００３３）、流路を持つ構造物の材質を絶縁体とすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１０６５２号公報
【特許文献２】特開２００６−２６９０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、流路を持つ構造物の材質が絶縁体である場合は、流路を囲む内壁に沿う沿面放電が発生する場合がある。この問題は、特許文献１及び２とは異なる電極構造が採用される場合にも問題となる。特に、プラズマ処理を効率よく行うために沿面放電が起こりやすい電極構造が採用された場合に問題となる。
【００１０】
本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明の目的は、プラズマ処理が効率よく行われ、電極の絶縁が容易になり、内壁に沿う沿面放電が抑制されるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の局面によれば、プラズマ処理装置は、流路を有する構造物、第１の電極、第２の電極、第３の電極、パルス電源及び配線を備える。構造物は絶縁体からなり、流路は内壁に囲まれる。流路の軸方向に非平行な方向に延在する溝が内壁に刻まれる。第１の電極、第２の電極及び第３の電極は流路の途中にある。第２の電極は、第１の電極より流路の上流側にある。第３の電極は、第１の電極より流路の下流側にある。第１の電極と第２の電極とは流路の軸方向に間隔を置いて対向する。第１の電極と第３の電極とは流路の軸方向に間隔を置いて対向する。配線により、第１の電極はパルス電源の第１の極に電気的に接続され、第２の電極及び第３の電極はパルス電源の第２の極に電気的に接続される。パルス電源は、第１の極と第２の極との間にパルス電圧を発生する。第１の電極、第２の電極及び第３の電極は、それぞれ、第１のガス通過面、第２のガス通過面及び第３のガス通過面を横切り、第１のガス通過面、第２のガス通過面及び第３のガス通過面の一部のみを占める。
【００１２】
本発明の第２の局面によれば、本発明の第１の局面において、溝が流路の周方向に一周する環状溝である。
【００１３】
本発明の第３の局面によれば、本発明の第１の局面において、溝が流路の軸方向に進行しながら流路の周方向に周回し流路の周方向に一周以上するらせん溝である。
【００１４】
本発明の第４の局面によれば、本発明の第１の局面において、溝が流路の軸方向に進行しながら流路の周方向に進行し流路の周方向に一周しない斜め溝であり、２個以上の斜め溝が流路の周方向に分布する。
【００１５】
本発明の第５の局面によれば、本発明の第１から第４までのいずれかの局面において、溝が延在する方向から見て溝が端から中心へ向かって深くなる波形の断面形状を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の局面によれば、ガスが効率よく活性化され、プラズマ処理が効率よく行われる。また、電極と流路を持つ構造物との絶縁が不要になり、電極の絶縁が容易になる。さらに、流路の軸方向に延在する放電経路と溝とが交差し、内壁に沿う沿面放電が抑制される。
【００１７】
本発明の第２の局面によれば、内壁の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。
【００１８】
本発明の第３の局面によれば、内壁の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。また、溝の中を流体が流れ、溝の中に堆積した異物が流体により流され、異物に起因する沿面放電が抑制される。
【００１９】
本発明の第４の局面によれば、内壁の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。また、溝の中を流体が流れ、溝の中に堆積した異物が流体により流されやすくなり、異物に起因する沿面放電が抑制される。
【００２０】
本発明の第５の局面によれば、溝の中を流体が流れ、溝の中に堆積した異物が流体により流され、異物に起因する沿面放電が抑制される。
【００２１】
これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態のプラズマ処理装置の模式図である。
【図２】第１実施形態のリアクタの斜視図である。
【図３】第１実施形態のリアクタの断面図である。
【図４】第１実施形態のリアクタの断面図である。
【図５】第１実施形態のリアクタの断面図である。
【図６】第１実施形態のパルス発生回路の回路図である。
【図７】ダイレクト方式によるガスの処理を説明する図である。
【図８】ダイレクト方式による固体構造物の処理を説明する図である。
【図９】リモート方式による固体構造物の処理を説明する図である。
【図１０】第２実施形態のリアクタの斜視図である。
【図１１】第２実施形態のリアクタの断面図である。
【図１２】第３実施形態のリアクタの斜視図である。
【図１３】第３実施形態のリアクタの断面図である。
【図１４】第４実施形態のリアクタの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
｛第１実施形態｝
（概略）
第１実施形態は、プラズマ処理装置に関する。
【００２４】
図１は、第１実施形態のプラズマ処理装置の模式図である。図１は、プラズマ処理装置のリアクタの断面及びリアクタの付属物を示す。図２から図５までは、リアクタの模式図である。図２は、斜視図である。図３から図５までは、それぞれ、図１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃにおける断面図である。
【００２５】
図１に示すように、プラズマ処理装置１０００は、リアクタ１００２、パルス電源１００４、配線１００６及びガス供給系１００８を備える。また、図１から図５までに示すように、リアクタ１００２は、チャンバ１０１０、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６を備える。
【００２６】
図１に示すように、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は流路１０１８の途中にある。第２の電極１０１４は、第１の電極１０１２より流路１０１８の上流側にある。第３の電極１０１６は、第１の電極１０１２より流路１０１８の下流側にある。配線１００６により、アノード１０６０となる第１の電極１０１２はパルス電源１００４の正極１０２０に電気的に接続され、カソード１０６２となる第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６はパルス電源１００４の負極１０２２に電気的に接続される。図３から図５までに示すように、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、それぞれ、第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８の一部のみを占める。
【００２７】
ガス供給系１００８から供給されるガスは、流路１０１８の入口１０３０から入り、流路１０１８を流れ、流路１０１８の出口１０３２から出る。流路１０１８を流れるガスは、第２のガス通過面１０２６、第１のガス通過面１０２４及び第３のガス通過面１０２８を順に通過する。パルス電源１００４が正極１０２０と負極１０２２との間に発生したパルス電圧は、アノード１０６０とカソード１０６２との間に印加される。
【００２８】
プラズマ処理装置１０００においては、ガスが流路１０１８を流れているときにアノード１０６０とカソード１０６２との間にパルス電圧が印加され、アノード１０６０とカソード１０６２との間の空間に発生したプラズマによりガスが活性化される。これにより、ガスが効率よく活性化され、プラズマ処理が効率よく行われる。
【００２９】
「活性化」とは、化学種をより高いエネルギー順位へ励起すること、イオンを生成すること、ラジカルを生成すること等のガスの反応性を向上することをいう。
【００３０】
（チャンバの材質及び構造）
チャンバ１０１０は絶縁体、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）又はアルミナからなる。これにより、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６とチャンバ１０１０との絶縁が不要になり、リアクタ１００２の構造が簡略化される。
【００３１】
チャンバ１０１０は流路１０１８となる円筒孔が形成された構造物である。チャンバ１０１０は、流路１０１８を持つ構造物であればよく、円筒孔が形成された構造物以外であってもよい。流路１０１８の断面形状も円形でなくてもよい。
【００３２】
（沿面放電の抑制）
図１から図５までに示すように、流路１０１８は内壁１０３４に囲まれる。チャンバ１０１０が絶縁体からなる場合は内壁１０３４が絶縁体面になり、流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が流路１０１８には印加される。流路１０１８の軸方向Ａ１とは、流路１０１８が延在する方向、すなわち、ガスが流れる方向をいう。このため、リアクタ１００２においては、沿面放電の抑制策がとられないと、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間、第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間、第１の電極１０１２と流路１０１８の入口１０３０の外側にある導電体との間、第１の電極１０１２と流路１０１８の出口１０３２の外側にある導電体との間等に沿面放電が起こりやすい。
【００３３】
そこで、図１及び図２に示すように、沿面放電の抑制策として環状溝１０３６が内壁１０３４に刻まれる。
【００３４】
（溝の延在方向）
環状溝１０３６は流路１０１８の周方向Ｃ１に延在する。これにより、流路１０１８の軸方向Ａ１に延在する放電経路と環状溝１０３６とが垂直に交差し、沿面放電が抑制される。当該放電経路と環状溝１０３６とが交差するためには、流路１０１８の軸方向Ａ１に非平行な方向に溝が延在すればよく、環状溝１０３６の全体が流路１０１８の周方向Ｃ１に延在していなくてもよい。
【００３５】
（環状であることの利点）
環状溝１０３６は、流路１０１８の周方向Ｃ１に一周する。流路１０１８の周方向Ｃ１とは、流路１０１８の軸方向Ａ１の位置を保ったまま流路１０１８の中心軸のまわりを周回する方向をいう。これにより、内壁１０３４の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。ただし、途切れがない環状溝１０３６に代えて途切れがある不完全環状溝が内壁１０３４に刻まれる場合も沿面放電の抑制効果は維持される。２個以上の不完全環状溝が流路１０１８の軸方向Ａ１に間隔をおいて繰り返し刻まれる場合は、望ましくは、溝が途切れる位置が不完全環状溝ごとに周方向Ｃ１にずらされる。これにより、溝が不完全環状溝であっても内壁１０３４の全周にわたって溝の群が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。
【００３６】
（環状溝が刻まれる区間）
望ましくは、図１に示すように、第１のガス通過面１０２４と第２のガス通過面１０２６との間の区間１０３８、第１のガス通過面１０２４と第３のガス通過面１０２８との間の区間１０４０、第２のガス通過面１０２６と流路１０１８の入口１０３０との間の区間１０４２及び第３のガス通過面１０２８と流路１０１８の出口１０３２との間の区間１０４４の全部に環状溝１０３６が刻まれる。さらに望ましくは、区間１０３８，１０４０，１０４２及び１０４４の各々に２個以上の環状溝１０３６が刻まれる。これにより、沿面放電がさらに抑制される。しかし、区間１０３８，１０４０，１０４２及び１０４４の一部に環状溝１０３６が刻まれていない場合、例えば、区間１０３８，１０４０，１０４２及び１０４４のうちの相対的に沿面放電が起こりにくいところに環状溝１０３６が刻まれていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。
【００３７】
（溝の断面形状並びに深さ及び幅）
環状溝１０３６は、延在方向から見て深さが一定の角形の断面形状を有する。
【００３８】
角形の断面形状を有する溝の深さは、望ましくは、１〜４ｍｍである。深さがこの範囲より浅くなると、沿面放電の抑制効果が不十分になりやすいからである。深さがこの範囲より深くなると、溝に異物が堆積しやすくなり、異物に起因する沿面放電が起こりやすいからである。
【００３９】
角形の断面形状を有する溝の幅は、望ましくは、２〜３ｍｍである。幅がこの範囲外となると、沿面放電の抑制効果が不十分になりやすいからである。
【００４０】
（第２の電極及び第３の電極の接地）
第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、望ましくは、接地される。これにより、接地された第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６で高電圧の第１の電極１０１２が挟まれ、第２の電極１０１４よりも流路１０１８の上流側に放電が進展することが抑制され、第３の電極１０１６よりも流路１０１８の下流側に放電が進展することが抑制される。しかし、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６に代えて第１の電極１０１２が接地されてもよい。
【００４１】
（放電）
プラズマ処理装置１０００においては、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４とが流路１０１８の軸方向Ａ１に間隔を置いて対向し、第１の電極１０１２と第３の電極１０１６とが流路１０１８の軸方向Ａ１に間隔を置いて対向する。これにより、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間には第１の電極１０１２から第２の電極１０１４へ向かい流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が印加され、第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間には第１の電極１０１２から第３の電極１０１６へ向かい流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が印加される。また、第２の電極１０１４の下流側及び第３の電極１０１６の上流側にイオンシース層が発生し、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間及び第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間に放電が起こり、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間の空間及び第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間の空間にプラズマが発生する。
【００４２】
上記の説明とは逆に、第１の電極１０１２がパルス電源１００４の負極１０２２に接続され、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６がパルス電源１００４の正極１０２０に接続されてもよい。この場合は、第１の電極１０１２がカソードとなり、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６がアノードとなる。これにより、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間には第２の電極１０１４から第１の電極１０１２へ向かい流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が印加され、第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間には第３の電極１０１６から第１の電極１０１２へ向かい流路１０１８の軸方向Ａ１に平行な電界が印加される。また、第１の電極１０１２の上流側及び下流側にイオンシース層が発生し、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間及び第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間に放電が起こり、第１の電極１０１２と第２の電極１０１４との間の空間及び第１の電極１０１２と第３の電極１０１６との間の空間にプラズマが発生する。
【００４３】
（電極によるガス通過面の横断）
図１、図２及び図３に示すように、第１の電極１０１２は、棒形状を有し、第１のガス通過面１０２４を横切る。これにより、損傷しやすい第１の電極１０１２の末端が第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６と対向して放電の始点又は終点となることが抑制され、第１の電極１０１２の耐久性が向上する。
【００４４】
図１、図２、図４及び図５に示すように、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、平板形状を有し、それぞれ、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８を横切る。これにより、損傷しやすい第２の電極１０１４の末端及び第３の電極１０１６の末端が第１の電極１０１２と対向して放電の始点又は終点となることが抑制され、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の耐久性が向上する。
【００４５】
「横切る」とは、内壁１０３４の一の場所から出て、流路１０１８を経由して、内壁１０３４の他の場所に入ることをいう。第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が、それぞれ、第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８を横切る場合は、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が流路１０１８の内壁１０３４の近くに存在するため沿面放電が起こりやすい状況にある。しかし、プラズマ処理装置１０００においては、沿面放電の抑制策がとられているので、第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が流路１０１８の内壁１０３４の近くに存在していても沿面放電が起こりにくい。
【００４６】
第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の耐久性が向上することは、リアクタ１００２に大きなエネルギーを投入することを可能にし、プラズマ処理を効率よく行うことを可能にする。
【００４７】
（ガスの透過）
図３に示すように、第１の電極１０１２は、流路１０１８の軸方向Ａ１に垂直な第１の方向Ｄ１に延在し、流路１０１８の軸方向Ａ１に垂直であって第１の方向Ｄ１に垂直な第２の方向Ｄ２に疎らに配列される。第１の電極１０１２の配列間隔は一定であってもよいし一定でなくてもよい。第１の電極１０１２の全部又は一部が非平行に配列されてもよい。一の第１の電極１０１２と他の第２の電極１０１２とが交差してもよい。第１の電極１０１２が枝分かれを有してもよい。
【００４８】
図４及び図５に示すように、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、第２の方向Ｄ２に延在し、第１の方向Ｄ１に疎らに配列される。第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の配列間隔は一定であってもよいし一定でなくてもよい。第２の電極１０１４の全部又は一部が非平行に配列されてもよく、第３の電極１０１６の全部又は一部が非平行に配列されてもよい。一の第２の電極１０１４と他の第２の電極１０１４とが交差してもよく、一の第３の電極１０１６と他の第３の電極１０１６とが交差してもよい。第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が枝分かれを有してもよい。第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が流路１０１８の軸方向Ａ１に延長又は短縮されてもよい。
【００４９】
「疎らに」とは、隣接する第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が密着することなく、隣接する第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の間にガスが通過する開口があることをいう。
【００５０】
配列された第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６は、それぞれ、第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８を不完全に閉塞する不完全閉塞体であってガス透過性を有する。これにより、配列された第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の開口をガスが透過するときに第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６の近傍に発生したプラズマによりガスが効率よく活性化され、プラズマ処理が効率よく行われる。
【００５１】
第１の電極１０１２の延在方向と第２の電極１０１４の延在方向とが垂直でなくてもよい。また、第１の電極１０１２の延在方向と第３の電極１０１６の延在方向とが垂直でなくてもよい。さらに、第２の電極１０１４の延在方向と第３の電極１０１６の延在方向とが異なってもよい。
【００５２】
（ガス通過面の開口率）
流路１０１８の軸方向Ａ１から見た第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８の面積に対する開口の面積の比率は、望ましくは、３０％以上である。比率がこの範囲より小さくなると、圧力損失が増加し、プラズマ処理が効率よく行われにくいからである。
【００５３】
（絶縁体による被覆及びストリーマ放電）
図３に示すように、第１の電極１０１２においては、導電体棒１０４８が絶縁体被覆１０５０で被覆される。また、図４に示すように、第２の電極１０１４においては、細長導電体板１０５２の末端以外が絶縁体被覆１０５４で被覆される。さらに、図５に示すように、第３の電極１０１６においては、細長導電体板１０５６の末端以外が絶縁体被覆１０５８で被覆される。配線１００６により、導電体棒１０４８はパルス電源１００４の正極１０２０に電気的に接続され、細長導電体板１０５２及び１０５６はパルス電源１００４の負極１０２２に電気的に接続される。
【００５４】
第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６が、それぞれ、絶縁体被覆１０５０、１０５４及び１０５８を備えることは、放電を誘電体バリア放電とし、アーク放電を抑制し、ガスを効率的に活性化するストリーマ放電を安定して発生させることに寄与する。しかし、導電体が直接的に対向しなければ、絶縁体被覆１０５０、１０５４及び１０５８の一部が省略されてもよい。
【００５５】
（プラズマグランディング）
図４及び図５に示すように、細長導電体板１０５２及び１０５６の末端は、それぞれ、絶縁体被覆１０５４及び１０５８で被覆されずに、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８の縁部において流路１０１８に露出する。細長導電体板１０５２及び１０５６の末端は、イオンシース層の端部に接触し、イオンシース層に接地電位を付与し、イオンシース層に電子を供給する。これにより、イオンシース層に電子が供給されやすくなり、プラズマ処理が効率よく行われる。細長導電体板１０５２及び１０５６の末端が流路１０１８に露出する場合は、細長導電体板１０５２及び１０５６の末端を起点とする沿面放電が起こりやすい状況にある。しかし、プラズマ処理装置１０００においては、沿面放電の抑制策がとられているので、細長導電体板１０５２及び１０５６の末端が流路１０１８に露出していても沿面放電が起こりにくい。
【００５６】
第１の電極１０１２がアノードとなり、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６がカソードとなる場合は、細長導電体板１０５２及び１０５６に代えて導電体棒１０４８の末端が、第１のガス通過面１０２４の端部において流路１０１８に露出する。
【００５７】
「縁部」とは、イオンシース層に接触する範囲を意味し、第１のガス通過面１０２４、第２のガス通過面１０２６及び第３のガス通過面１０２８の外周の近傍にある幅を有する範囲である。
【００５８】
（電極の材質）
導電体棒１０４８並びに細長導電体板１０５２及び１０５６の材質は、望ましくは、耐久性及び耐熱性が高い金属又は合金から選択される。耐久性及び耐熱性が高い金属の例はＰｔ（白金）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等であり、耐久性及び耐熱性が高い合金の例はニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金等のニッケル基合金、ＷＣ（タングステンカーバイド）等のタングステン基合金等である。
【００５９】
絶縁体被覆１０５０、１０５４及び１０５８の材質は、望ましくは、耐久性及び耐熱性が高い樹脂又はセラミックスから選択される。耐久性及び耐熱性が高い樹脂の例はフッ素樹脂、ポリイミド系樹脂等であり、耐久性及び耐熱性が高いセラミックスの例はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、炭化珪素（ＳｉＣ）、マグネシア（ＭｇＯ）等である。
【００６０】
導電体棒１０４８に代えて半導体棒が使用され、絶縁体被覆１０５０が省略されてもよい。また、細長導電体板１０５２及び１０５６に代えて細長半導体板が使用され、絶縁体被覆１０５４及び１０５８が省略されてもよい。
【００６１】
半導体棒及び半導体板の材質は、望ましくは、耐久性及び耐熱性が高いセラミックスから選択される。耐久性及び耐熱性が高いセラミックスの例は、Ｓｉ含浸炭化ケイ素等である。
【００６２】
（パルス電圧の波形とイオン及びラジカルの密度との関係）
パルス電圧のパルス幅Δｔが短く立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが大きい場合は、イオンシース層が薄くなり、イオン及びラジカルの密度も高くなる。一方、パルス電圧のパルス幅Δｔが長く立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが小さい場合は、イオンシース層が厚くなり、イオン及びラジカルの密度も低くなる。このため、アノードとカソードとの間には、望ましくは、パルス幅Δｔが短く立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが大きいパルス電圧が印加される。
【００６３】
（パルス発生回路）
パルス電源１００４には、望ましくは、パルス幅Δｔが短く立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが大きいパルス電圧を容易に発生する誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路（ＩＥＳ回路）が内蔵される。誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路においては、望ましくは、スイッチング素子としてＳＩ（静電誘導）サイリスタが選択される。しかし、誘導エネルギー蓄積型以外のパルス発生回路がパルス電源１００４に内蔵されてもよく、ＳＩサイリスタ以外がスイッチング素子として選択されてもよい。
【００６４】
図６は、誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路の回路図である。
【００６５】
図６に示すように、パルス発生回路１１００は、直流電源１１０２と、トランス１１０４と、ＳＩサイリスタ１１０５と、ＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）１１０６と、ダイオード１１０８と、駆動回路１１１０と、キャパシタ１１１２と、を備える。直流電源１１０２は、内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。
【００６６】
直流電源１１０２の正極から負極へ至る直流供給経路１１１４には、トランス１１０４の１次側巻線１１１６と、ＳＩサイリスタ１１０５のアノード・カソード間と、ＭＯＳＦＥＴ１１０６のドレイン・ソース間と、が挿入される。トランス１１０４の１次側巻線１１１６の一端は直流電源１１０２の正極に接続され、トランス１１０４の１次側巻線１１１６の他端はＳＩサイリスタ１１０５のアノードに接続され、ＳＩサイリスタ１１０５のカソードはＭＯＳＦＥＴ１１０６のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１０６のソースは直流電源１１０２の負極に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１０６のゲートには駆動回路１１１０から駆動信号が与えられる。直流供給経路１１１４は、ＳＩサイリスタ１１０５、ＭＯＳＦＥＴ１１０６及びゲート駆動回路１１１０からなるスイッチにより開閉される。
【００６７】
ＳＩサイリスタ１１０５のゲートは、ダイオード１１０８を経由してトランス１１０４の１次側巻線１１１６の一端に接続される。ダイオード１１０８のアノードはＳＩサイリスタ１１０５のゲートに接続され、ダイオード１１０８のカソードはトランス１１０４の１次側巻線１１１６の一端に接続される。
【００６８】
トランス１１０４の２次側巻線１１１８の一端はパルス電源１００４の正極１０２０に接続され、トランス１１０４の２次側巻線１１１８の他端はパルス電源１００４の負極１０２２に接続される。トランス１１０４がインダクタに置き換えられ、インダクタの両端からパルス電圧が直接的に取り出されてもよい。
【００６９】
キャパシタ１１１２は、直流電源１１０２に並列接続される。
【００７０】
（パルス発生回路の動作）
駆動回路１１１０からＭＯＳＦＥＴ１１０６のゲートへのオン信号の入力が始まりＭＯＳＦＥＴ１１０６がターンオンすると、ＳＩサイリスタ１１０５のゲートが正バイアスされ、ＳＩサイリスタ１１０５もターンオンする。これにより、直流供給経路１１１４が閉じられる。直流供給経路１１１４が閉じられると、トランス１１０４の１次側巻線１１１６への直流の供給が始まり、トランス１１０４への誘導エネルギーの蓄積が始まる。
【００７１】
駆動回路１１１０からＭＯＳＦＥＴ１１０６へのオン信号の入力が終わり、ＭＯＳＦＥＴ１１０６がターンオフすると、トランス１１０４の１次側巻線１１１６に流れていた電流がＳＩサイリスタ１１０５に転流してＳＩサイリスタ１１０５のゲートが負バイアスされ、ＳＩサイリスタ１１０５が高速にターンオフする。これにより、直流供給経路１１１４が高速に開かれる。直流供給経路１１１４が高速に開かれると、相互誘導により２次側巻線１１１８に誘導起電力が発生し、パルス電源１００４の正極１０２０と負極１０２２２との間に立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが大きいパルス電圧が出力される。
【００７２】
（パルス電圧の波形の概略）
望ましくは、パルス電圧のパルス幅は半値全幅（ＦＷＨＭ）で概ね１０〜１０００ｎｓであり、立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔは概ね３０〜３０００ｋＶ／μｓであり、単位時間あたりの繰り返し数は概ね１００ｐｐｓ〜数十ｋｐｐｓであり、ピーク電圧は概ね１０〜３０ｋＶである。望ましい範囲について「概ね」と述べているのは、リアクタ１００２の構造、リアクタ１００２の材質、ガスの圧力、ガスの流量等によっては、望ましい範囲が上述の範囲よりも広くなる場合もありうるからである。
【００７３】
（ダイレクト方式によるガスの処理）
図７は、ダイレクト方式によるガスの処理を説明する図である。
【００７４】
図７に示すように、プラズマ処理装置１０００がダイレクト方式でガスを処理する場合は、ガス供給系１００８から流路１０１８の入口１０３０に処理されるガスが供給され、処理されるガスが流路１０１８に流される。また、アノード１０６０とカソード１０６２との間にパルス電圧が印加される。これにより、ガスが活性化される。
【００７５】
活性化されたガスは、燃焼炉、焼成炉等の供給先へ供給される。活性化されたガスが燃焼炉へ供給される場合は、活性化されたガスは燃焼効率の向上等に寄与する。活性化されたガスが焼成炉へ供給される場合は、活性化されたガスは熱処理の促進に寄与する。
【００７６】
（ダイレクト方式による固体構造物の処理）
図８は、ダイレクト方式による固体構造物の処理を説明する図である。
【００７７】
図８に示すように、プラズマ処理装置１０００がダイレクト方式で固体構造物Ｗを処理する場合は、プラズマが発生する空間に処理される固体構造物Ｗが配置される。また、ガス供給系１００８から流路１０１８の入口１０３０にガスが供給され、ガスが流路１０１８に流される。さらに、アノード１０６０とカソード１０６２との間にパルス電圧が印加される。これにより、ガスが活性化され、活性化されたガスが固体構造物Ｗに作用し、固体構造物Ｗが処理される。固体構造物Ｗの処理には、表面のぬれ性を向上する処理（改質）、表面に付着した微生物を死滅させる処理（滅菌又は殺菌）等がある。
【００７８】
（リモート方式による固体構造物Ｗの処理）
図９は、リモート方式による固体構造物の処理を説明する図である。
【００７９】
図９に示すように、プラズマ処理装置１０００がリモート方式で固体構造物Ｗを処理する場合は、流路１０１８の外側のガスの吹きつけ先に固体構造物Ｗが配置される。また、ガス供給系１００８から流路１０１８の入口１０３０にガスが供給され、ガスが流路１０１８に流される。さらに、アノード１０６０とカソード１０６２との間にパルス電圧が印加される。これにより、ガスが活性化され、活性化されたガスが固体構造物Ｗに作用し、固体構造物Ｗが処理される。
【００８０】
（ガスの種類及び液体の使用）
ガスとしては、例えば、空気、窒素（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）等が選択される。ガス供給系１００８に代えて液体供給系が設けられ、ガスに代えて液体が使用されてもよい。液体としては、例えば、水、アルコール、酸性水溶液、アルカリ性水溶液等が選択される。より一般的には、ガス、液体等の流体が流路１０１８に流される。
【００８１】
｛第２実施形態｝
（概略）
第２実施形態は、第１実施形態のリアクタに代えて使用されるリアクタに関する。
【００８２】
図１０及び図１１は、第２実施形態のリアクタの模式図である。図１０は、斜視図である。図１１は、断面図である。
【００８３】
図１０及び図１１に示すように、リアクタ２００２は、チャンバ２００４、第１の電極２００６、第２の電極２００８及び第３の電極２０１０を備える。
【００８４】
第１実施形態のリアクタ１００２と第２実施形態のリアクタ２００２との違いは、流路２０１８を囲む内壁２０１２に刻まれる溝にある。第２実施形態の第１の電極２００６、第２の電極２００８及び第３の電極２０１０は、第１実施形態の第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６と同じものである。
【００８５】
（らせん溝による沿面放電の抑制）
内壁２０１２には角形の断面形状を有するらせん溝２０１４が刻まれる。らせん溝２０１４は、流路２０１８の軸方向Ａ２に進行しながら流路２０１８の周方向Ｃ２に周回する。らせん溝２０１４は、流路２０１８の軸方向Ａ２に非平行に延在し、流路２０１８の軸方向Ａ２に延在する放電経路と交差する。これにより、沿面放電が抑制される。
【００８６】
（らせん溝に堆積した異物の除去）
らせん溝２０１４は流路２０１８の軸方向Ａ２に非垂直な方向に延在する。これにより、ガスが流路２０１８を流れると、らせん溝２０１４の中をガスが流れ、らせん溝２０１４の中に堆積した異物がガスにより流され、異物に起因する放電が抑制される。
【００８７】
（らせん溝が刻まれる区間）
望ましくは、図１１に示すように、第１のガス通過面２０２０と第２のガス通過面２０２２との間の区間２０３０、第１のガス通過面２０２０と第３のガス通過面２０２４との間の区間２０３２、第２のガス通過面２０２２と流路２０１８の入口２０２６との間の区間２０３４及び第３のガス通過面２０２４と流路２０１８の出口２０２８との間の区間２０３６の全部にらせん溝２０１４が刻まれる。しかし、区間２０３０，２０３２，３０３４及び２０３６の一部にらせん溝２０１４が刻まれていない場合、例えば、区間２０３０，２０３２，３０３４及び２０３６のうちの相対的に沿面放電が起こりにくいところにらせん溝２０１４が刻まれていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。区間２０３０，２０３２，３０３４及び２０３６の全部又は一部に二重らせん溝等の多重らせん溝が刻まれてもよい。
【００８８】
（隣接する区間に刻まれたらせん溝の接続）
望ましくは、隣接する区間に刻まれたらせん溝２０１４は接続され、隣接する区間の境界におけるらせん溝２０１４の途切れは排除される。これにより、らせん溝２０１４の中に堆積した異物が隣接する区間の境界に滞留しにくくなり、異物に起因する沿面放電が抑制される。しかし、隣接する区間に刻まれたらせん溝２０１４が接続されていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。
【００８９】
（らせん溝の周回数）
らせん溝２０１４は流路２０１８の周方向Ｃ２に１周以上する。これにより、内壁２０１２の全周にわたって溝が刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。区間２０３０，２０３２，３０３４及び２０３６の全部又は一部において、らせん溝２０１４は、望ましくは、流路２０１８の周方向Ｃ２に２周以上する。これにより、沿面放電がさらに抑制される。
【００９０】
｛第３実施形態｝
（概略）
第３実施形態は、第１実施形態のリアクタに代えて使用されるリアクタに関する。
【００９１】
図１２及び図１３は、第３実施形態のリアクタの模式図である。図１２は、斜視図である。図１３は、断面図である。
【００９２】
図１２及び図１３に示すように、リアクタ３００２は、チャンバ３００４、第１の電極３００６、第２の電極３００８及び第３の電極３０１０を備える。
【００９３】
第１実施形態のリアクタ１００２と第３実施形態のリアクタ３００２との違いは、流路３０１６を囲む内壁３０１２に刻まれる溝にある。第３実施形態の第１の電極３００６、第２の電極３００８及び第３の電極３０１０は、第１実施形態の第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６と同じものである。
【００９４】
（斜め溝による沿面放電の抑制）
内壁３０１２には角形の断面形状を有する斜め溝３０１４が刻まれる。斜め溝３０１４は、流路３０１６の軸方向Ａ３に進行しながら流路３０１６の周方向Ｃ３に進行する。斜め溝３０１４は、流路３０１６の軸方向Ａ３に非平行に延在し、流路３０１６の軸方向Ａ３に延在する放電経路と交差する。これにより、沿面放電が抑制される。斜め溝３０１４は、第２実施形態のらせん溝２０１４と異なり、流路３０１６の周方向Ｃ３に１周しない。その代わりに、２個以上の斜め溝３０１４が周方向Ｃ３に分布して刻まれる。これにより、１個の斜め溝３０１４が内壁３０１２の全周にわたって刻まれることはないが、２個以上の斜め溝３０１４の群が内壁３０１２の全周にわたって刻まれ、沿面放電がさらに抑制される。２個以上の斜め溝３０１４は、望ましくは、流路３０１６の周方向Ｃ３に均一に分布する。
【００９５】
（斜め溝に堆積した異物の除去）
斜め溝３０１４は、流路３０１６の軸方向Ａ３に非垂直な方向に延在する。これにより、ガスが流路３０１６を流れると、斜め溝３０１４の中をガスが流れ、斜め溝３０１４の中に堆積した異物がガスにより流され、異物に起因する放電が抑制される。
【００９６】
（斜め溝が刻まれる区間）
望ましくは、第１のガス通過面３０１８と第２のガス通過面３０２０との間の区間３０２８、第１のガス通過面３０１８と第３のガス通過面３０２２との間の区間３０３０、第２のガス通過面３０２０と流路３０１６の入口３０２４との間の区間３０３２及び第３のガス通過面３０２２と流路３０１６の出口３０２６との間の区間３０３４の全部に斜め溝３０１４が刻まれる。しかし、区間３０２８，３０３０，３０３２及び３０３４の一部に斜め溝３０１４が刻まれていない場合、例えば、区間３０２８，３０３０，３０３２及び３０３４のうちの相対的に沿面放電が起こりにくいところに斜め溝３０１４が刻まれていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。
【００９７】
（隣接する区間に刻まれた斜め溝の接続）
望ましくは、隣接する区間に刻まれたら斜め溝３０１４は接続され、隣接する区間の境界における斜め溝３０１４の途切れが排除される。これにより、斜め溝３０１４の中に堆積した異物が隣接する区間の境界に滞留しにくくなり、異物に起因する沿面放電が抑制される。しかし、隣接する区間に刻まれた斜め溝３０１４が接続されていない場合も沿面放電の抑制効果は維持される。
【００９８】
｛第４実施形態｝
（概略）
第４実施形態は、第１実施形態のリアクタに代えて使用されるリアクタに関する。
【００９９】
図１４は、第４実施形態のリアクタの模式図である。図１４は、断面図である。
【０１００】
図１４に示すように、リアクタ４００２は、チャンバ４００４、第１の電極４００６、第２の電極４００８及び第３の電極４０１０を備える。
【０１０１】
第１実施形態のリアクタ１００２と第４実施形態のリアクタ４００２との違いは、流路４０１６を囲む内壁４０１２に刻まれる溝にある。第４実施形態の第１の電極４００６、第２の電極４００８及び第３の電極４０１０は、第１実施形態の第１の電極１０１２、第２の電極１０１４及び第３の電極１０１６と同じものである。
【０１０２】
（断面形状）
内壁４０１２に刻まれる環状溝４０１４は、環状溝４０１４が延在する方向から見て、周辺から中心へ向かって深くなる波形の断面形状を有する。これにより、環状溝４０１４の中をガスが流れやすくなり、環状溝４０１４の中に堆積した異物が流体により流されやすくなり、異物に起因する沿面放電が抑制される。
【０１０３】
｛その他｝
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。しがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。特に、一の実施形態の技術的事項と他の実施形態の技術的事項とを組み合わせることは当然に予定されている。例えば、第１実施形態の環状溝、第２実施形態のらせん溝及び第３実施形態の斜め溝のうちの２種類以上の溝が混在して刻まれること等が予定されている。また、第２実施形態のらせん溝及び第３実施形態の斜め溝が波形の断面形状を有してもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１０００ プラズマ処理装置
１００２，２００２，３００２，４００２ リアクタ
１００４ パルス電源
１００６ 配線
１０１０，２００４，３００４，４００４ チャンバ
１０１２，２００６，３００６，４００６ 第１の電極
１０１４，２００８，３００８，４００８ 第２の電極
１０１６，２０１０，３０１０，４０１０ 第３の電極
１０１８，２０１８，３０１６ 流路
１０３４，２０１２，３０１２，４０１２ 内壁
１０３６，４０１４ 環状溝
２０１４ らせん溝
３０１４ 斜め溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
絶縁体からなり、内壁に囲まれる流路を持ち、前記流路の軸方向に非平行な方向に延在する溝が前記内壁に刻まれた構造物と、
前記流路の途中にあり、第１の流体通過面を横切り、前記第１の流体通過面の一部を占める第１の電極と、
前記流路の途中にあり、前記第１の電極より前記流路の上流側にあり、第２の流体通過面を横切り、前記第２の流体通過面の一部を占め、前記流路の軸方向に間隔を置いて前記第１の電極と対向する第２の電極と、
前記流路の途中にあり、前記第１の電極より前記流路の下流側にあり、第３の流体通過面を横切り、前記第３の流体通過面の一部を占め、前記流路の軸方向に間隔を置いて前記第１の電極と対向する第３の電極と、
第１の極と第２の極との間にパルス電圧を出力するパルス電源と、
前記第１の電極を前記第１の極に電気的に接続し、前記第２の電極及び前記第３の電極を前記第２の極に電気的に接続する配線と、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記溝が前記流路の周方向に一周する環状溝である
プラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記溝が前記流路の軸方向に進行しながら前記流路の周方向に周回し前記流路の周方向に一周以上するらせん溝である
プラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記溝が前記流路の軸方向に進行しながら前記流路の周方向に進行し前記流路の周方向に一周しない斜め溝であり、
２個以上の前記斜め溝が前記流路の周方向に分布する
プラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかのプラズマ処理装置において、
前記溝が延在する方向から見て前記溝が端から中心へ向かって深くなる波形の断面形状を有する
プラズマ処理装置。
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
絶縁体からなり、内壁に囲まれる流路を持ち、前記流路の軸方向に非平行な方向に延在する溝が前記内壁に刻まれた構造物と、
前記流路の途中にあり、第１の流体通過面を横切り、前記第１の流体通過面の一部を占める第１の電極と、
前記流路の途中にあり、前記第１の電極より前記流路の上流側にあり、第２の流体通過面を横切り、前記第２の流体通過面の一部を占め、前記流路の軸方向に間隔を置いて前記第１の電極と対向する第２の電極と、
前記流路の途中にあり、前記第１の電極より前記流路の下流側にあり、第３の流体通過面を横切り、前記第３の流体通過面の一部を占め、前記流路の軸方向に間隔を置いて前記第１の電極と対向する第３の電極と、
第１の極と第２の極との間にパルス電圧を出力するパルス電源と、
前記第１の電極を前記第１の極に電気的に接続し、前記第２の電極及び前記第３の電極を前記第２の極に電気的に接続する配線と、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記溝が前記流路の周方向に一周する環状溝である
プラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記溝が前記流路の軸方向に進行しながら前記流路の周方向に周回し前記流路の周方向に一周以上するらせん溝である
プラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記溝が前記流路の軸方向に進行しながら前記流路の周方向に進行し前記流路の周方向に一周しない斜め溝であり、
２個以上の前記斜め溝が前記流路の周方向に分布する
プラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかのプラズマ処理装置において、
前記溝が延在する方向から見て前記溝が端から中心へ向かって深くなる波形の断面形状を有する
プラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−６９４４８（Ｐ２０１２−６９４４８Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４７７８（Ｐ２０１０−２１４７７８）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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