プラズマ装置
【課題】様々な種類のプラズマガスを用いて所望の形状のプラズマを安定に生成することができ、さらに、様々な表面処理に用いることができるプラズマ装置を提供する。
【解決手段】噴出口を介して外部と連通されたプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室内にプラズマを発生可能な少なくとも１つのプラズマ源６とを備え、前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、プラズマ源６は、放電部１３を形成する間隙部を以て対向配置された一対の電極９、１０を備え、放電部１３には、放電方向Ｂと角度を持った気流方向Ｃのプラズマガスが供給されるように形成される。
【解決手段】噴出口を介して外部と連通されたプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室内にプラズマを発生可能な少なくとも１つのプラズマ源６とを備え、前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、プラズマ源６は、放電部１３を形成する間隙部を以て対向配置された一対の電極９、１０を備え、放電部１３には、放電方向Ｂと角度を持った気流方向Ｃのプラズマガスが供給されるように形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばリニア状等、所望の形状のプラズマを生成し、被処理面の表面処理に利用することが可能なプラズマ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気圧プラズマ装置を用いて、半導体基板やフラットパネル等の表面改質、成膜処理、エッチング処理等の表面処理が行われている。また、近年の半導体基板やフラットパネル等の大型化に伴い、数１０センチから数メートルのリニア状のプラズマを生成できる装置、いわゆるリニア型プラズマ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のプラズマ装置においては、プラズマガスとして用いることができるガスが、一般的に安定にプラズマ化されやすいとされるヘリウムやアルゴン等のごく一部のガスに限られていた。このため、プラズマ装置を用いて行うことができる表面処理の種類も限られたものとなっており、様々な産業分野への応用が困難なものとなっている。
【０００５】
そこで、このような点に鑑み、本発明は、様々な種類のプラズマガスを用いて所望の形状のプラズマを安定に生成することができ、さらに、様々な表面処理に用いることができるプラズマ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のプラズマ装置は、噴出口を介して外部と連通されたプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室内にプラズマを発生可能な少なくとも１つのプラズマ源とを備え、前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、前記プラズマ源は、放電部を形成する間隙部を以て対向配置された一対の電極を備え、前記放電部には、放電方向と角度を持った気流方向のプラズマガスが供給されるように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源は、放電部に放電方向と角度を持った方向のプラズマガスの気流を流し、放電部で発生するプラズマが常に流動するようにすることで、様々な種類のプラズマガスに対して安定にプラズマを生成することができる。そのため、本発明のプラズマ装置によれば、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対して所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。
【０００８】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ装置は、請求項１に記載のプラズマ装置であって、前記噴出口が形成された筐体を備え、前記プラズマ源は、前記筐体の前記噴出口側の内壁面とプラズマ発生室を形成する間隙部を以て離間配置され、前記一対の電極は内側電極と、前記内側電極を囲繞し、一端部に噴射口が形成され、内部にプラズマガスを供給可能とされる外側電極とによって形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、プラズマ源の内側電極と外側電極との間にプラズマを安定的に生成させ、そのプラズマを噴射口を通してプラズマ発生室に噴射させて均一化し、その後筐体の噴出口から所望の形状のプラズマとして噴出させることができる。
【００１１】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載のプラズマ装置は、請求項１または請求項２に記載のプラズマ装置であって、前記噴射口近傍において、前記内側電極の外周面および前記外側電極の内周面は、前記放電部を形成する間隙部を以て対向配置された球面状に形成され、前記内側電極の外周面と前記外側電極の内周面との距離の最大値および最小値をそれぞれＣmax、Ｃminとしたとき、０．０１≦Ｃmin／Ｃmax≦１であることを特徴とする。
【００１３】
本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源は、放電部において放電方向と角度を持った方向のプラズマガスの気流を流し、放電部で発生するプラズマを常に流動させるとともに、内側電極と外側電極の放電部の部分を対向配置された球面状に形成し、放電を均一化させることで、様々な種類のプラズマガスに対して、所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。
【００１４】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項４に記載のプラズマ装置は、請求項２または請求項３に記載のプラズマ装置であって、前記プラズマ源のうち少なくとも１つの前記噴射口が前記噴出口の直上部に位置しないことを特徴とする。
【００１６】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマ源の噴射口を噴出口の直上部からずれた位置に配置することで、プラズマの発生によって電極を構成する金属材料が削れて生成した金属の粉末が筐体の内壁面によってトラップされるため、金属の粉末が噴出口から外部へ排出されることを防止することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項５に記載のプラズマ装置は、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、前記プラズマ源のうち少なくとも１つの前記噴射口と前記噴出口との中間位置にフィルタ部材が配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマの発生によって電極を構成する金属材料が削れて生成した金属の粉末がフィルタ部材によってトラップされるため、金属の粉末が噴出口から排出されることを防止することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項６に記載のプラズマ装置は、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、前記プラズマ源のうち少なくとも１つと前記筐体との間に電圧を印加可能とされた電源を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマ源と筐体との間にも電圧を印加し、プラズマ発生室内に噴出されたプラズマガスをプラズマ化させることで、最終的に生成される所望の形状のプラズマの生成率を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の請求項７に記載のプラズマ装置は、噴出口が形成された筐体と、前記筐体の前記噴出口側の内壁面とプラズマ発生室を形成する間隙部を以て離間配置され、少なくとも１つの噴射口が貫通形成された外側電極と、内部にプラズマガスを供給可能な少なくとも１つの間隙部が形成されており、前記間隙部が前記外側電極の前記噴射口を介して前記プラズマ発生室と連通されるようにして配設された絶縁性部材と、前記絶縁性部材の各間隙部にそれぞれ収容された少なくとも１つの内側電極とを備え、各間隙部から前記噴射口を介して前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、各間隙部の前記噴射口近傍において、前記内側電極の外周面および前記外側電極の内周面が放電部を形成する間隙部を以て対向配置され、前記放電部には、放電方向と角度を持った気流方向のプラズマガスが供給されるように形成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源は、放電部に放電方向と角度を持った方向のプラズマガスの気流を流し、放電部で発生するプラズマが常に流動するようにすることで、様々な種類のプラズマガスに対して安定にプラズマを生成することができる。そのため、本発明のプラズマ装置によれば、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対して所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。
【００２３】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【００２４】
また、本発明の請求項８に記載のプラズマ装置は、請求項７に記載のプラズマ装置であって、前記外側電極のうち少なくとも１つの前記噴射口が前記噴出口の直上部に位置しないことを特徴とする。
【００２５】
本発明のプラズマ装置によれば、外側電極の噴射口を噴出口の直上部からずれた位置に配置することで、プラズマの発生によって電極を構成する金属材料が削れて生成した金属の粉末が、筐体や蓋部材の内壁面によってトラップされるため、噴出口から金属の粉末が排出されることを防止することができる。
【００２６】
また、本発明の請求項９に記載のプラズマ装置は、請求項７または請求項８に記載のプラズマ装置であって、前記外側電極のうち少なくとも１つの前記噴射口と前記噴出口との中間位置にフィルタ部材が配置されていることを特徴とする。
【００２７】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマの発生によって電極を構成する金属材料が削れて生成した金属の粉末が、フィルタ部材によってトラップされるため、噴出口から金属の粉末が排出されることを防止することができる。
【００２８】
また、本発明の請求項１０に記載のプラズマ装置は、請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、前記内側電極または前記外側電極と、前記筐体との間に電圧を印加可能とされた電源を備えることを特徴とする。
【００２９】
本発明のプラズマ装置によれば、内側電極または外側電極と、筐体との間にも電圧を印加し、プラズマ発生室内に噴出されたプラズマガスをプラズマ化させることで、最終的に生成される所望の形状のプラズマの生成率を向上させることができる。
【００３０】
また、本発明の請求項１１に記載のプラズマ装置は、請求項２乃至請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、前記内側電極の外周面には螺旋状の溝部が形成されていることを特徴とする。
【００３１】
本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源は、外側電極の内部に供給されるプラズマガスの気流を竜巻状に形成することにより、プラズマガスの気流の安定化と、電極の冷却を同時に行うことで、プラズマ生成をより安定的に行うことができる。そのため、本発明のプラズマ装置によれば、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対して所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。
【００３２】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【００３３】
また、本発明の請求項１２に記載のプラズマ装置は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、被処理面に前記噴出口を対向させて行う表面処理の原料ガスを前記プラズマ発生室内に導入可能とされていることを特徴とする。
【００３４】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマ発生室内に原料ガスを導入し、プラズマと混合させて表面処理に用いることで、様々な種類の表面処理を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のプラズマ装置によれば、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対して所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。したがって、本発明のプラズマ装置を用いることで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いることができるなどの顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態のプラズマ装置の全体構成を示す概略断面図
【図２】本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）
【図３】プラズマ源の放電部における放電方向およびプラズマガスの気流方向を示す概略図（ａ）、外側電極と内側電極との位置関係を示す概略図（ｂ）および変形例を示す概略図（ｃ）
【図４】他の例のプラズマ源の電極構造を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）
【図５】他の例のプラズマ源の電極構造を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）
【図６】（ａ）から（ｃ）は、プラズマ源の配列および噴出口の形状の変形例であって、プラズマ源の噴射口と筐体の噴出口を示す概略平面図である。
【図７】他の例のプラズマ源を示す概略図
【図８】本発明の第２実施形態のプラズマ装置を示す概略分解斜視図
【図９】本発明の第２実施形態のプラズマ装置の概略縦断面図
【図１０】プラズマ源の放電部における放電方向およびプラズマガスの気流方向を示す概略図
【図１１】他の例のプラズマ源を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明のプラズマ装置について、第１実施形態および第２実施形態により図面を用いて説明する。
【００３８】
まず、本発明の第１実施形態のプラズマ装置１について、図１から図７を用いて説明する。図１は、本実施形態のプラズマ装置の全体構成を示す概略断面図である。図２は、本実施形態のプラズマ装置が備えるプラズマ源を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）、図３はプラズマ源の放電部における放電方向およびプラズマガスの気流方向を示す概略図（ａ）、外側電極と内側電極との位置関係を示す概略図（ｂ）および変形例を示す概略図（ｃ）である。また、図４および図５はそれぞれ他の例のプラズマ源の電極構造を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）であり、図６の（ａ）から（ｃ）は、プラズマ源６の配列および噴出口２ａの形状の変形例であって、プラズマ源６の噴射口９ａと筐体２の噴出口２ａを示す概略平面図である。図７は他の例のプラズマ源を示す概略図である。
【００３９】
図１に示すように、第１実施形態のプラズマ装置１は、中空直方体であって、被処理物Ｗの被処理面Ｓとの対向面に所望の形状の噴出口２ａ、本実施形態においてはスリット状の噴出口２ａ（図６（ａ）参照）が形成された筐体２内に、後述するプラズマ源６を少なくとも１つ、本実施形態においては複数個のプラズマ源６を配設することにより形成されている。具体的には、筐体２の噴出口２ａを被処理面Ｓに対向させたときに、各プラズマ源６はプラズマが噴射される噴射口９ａが筐体２の噴出口２ａの直上部に位置し、かつ長手方向が筐体２の対向面に対して垂直方向となるようにして、噴出口２ａの長手方向に沿って等間隔で一列に配列されている。プラズマ源６の噴射口９ａと、筐体２の噴出口２ａとの間隙部（以下、プラズマ発生室５という。）の距離は、プラズマガスの種類等に応じて適宜変更可能である。また、スリット状の噴出口２ａを開閉自在に形成したり、噴出口２ａの幅を制御可能な機構を備えていてもよい。
【００４０】
各プラズマ源６には、筐体２の外部に配設されたプラズマガス源３と接続された分岐ガス配管４によって、プラズマガスが供給されるようになっている。本実施形態においては、後述するようなプラズマ源６を備えることで、プラズマガスとして、従来より安定にプラズマ化可能とされるヘリウムやアルゴンのみならず、酸素、窒素、二酸化炭素、空気など様々なガスを用いることができる。プラズマガスの流量は５００ｍｌ／分〜２０Ｌ／分とされている。
【００４１】
なお、分岐ガス管４の分岐した部分にそれぞれバルブを設けて、各プラズマ源６へ供給されるプラズマガスの流量を調節したり、あるいは分岐ガス管４の太さを、前記プラズマガス源からの距離に応じて変えることで、各プラズマ源６に供給されるプラズマガスの流量が均一になるようにしてもよい。また、各プラズマ源６に対して個別のプラズマガス源をそれぞれ設け、異なる種類のプラズマガスを供給し、異なるプラズマを生成させてもよい。
【００４２】
また、プラズマ発生室５内においては、プラズマ源６の側部から噴射口９ａより下方部に向かう方向（図１における矢印Ａの方向）に、筐体２の外部に配設された原料ガス源からガス配管（共に不図示）によって、被処理面Ｓの表面処理に用いられる原料ガスを供給することが可能となっている。例えば、成膜処理を行う場合、成膜したい薄膜材料の構成元素を含む化合物の原料ガスを供給し、プラズマと混合させて活性化し、所定の化学反応の後、被処理面Ｓ上に所望の薄膜材料を成膜させることができる。
【００４３】
次に、本実施形態のプラズマ装置１が備えるプラズマ源６の構造について、図２を用いて説明する。
【００４４】
図２に示すプラズマ源６は、内部にプラズマガスを通過させる中空状のハウジング７と、前記ハウジング７の小径筒状部７ｃの内周面に嵌合されたアルミナからなる絶縁パイプ８と、前記ハウジング７の先端部に連結された外側電極９と、前記ハウジング７および外側電極９内に収容された内側電極１０とを備えている。
【００４５】
更に説明すると、前記ハウジング７は中空状の大径筒状基部７ｂとその基部から延出された小径筒状部７ｃからなり、大径筒状基部７ｂの側面には、プラズマガスを内部に導入するためのガス導入口７ａが形成されている。
【００４６】
ハウジング７の大径筒状基部７ｂには小径筒状部７ｃと同軸方向に電流導入端子１２が固着されている。この電流導入端子１２のハウジング７の内方端から銅製の接続金具１１および内側電極１０が順に延出されている。内側電極１０は銅製であって、基部から先端部に向けて棒状部１０ａ、プラズマガス流路１０ｂが形成された円柱状部１０ｃ、括れ部１０ｄ、および球状部１０ｅが同軸上に連結された形状となっている。前記円柱状部１０ｃの外周面には、長手方向に長尺な溝部１０ｆが８本等間隔に形成されている。この内側電極１０は、球状部１０ｅをハウジング７の小径筒状部７ｃから延出させ、円柱状部１０ｃを絶縁パイプ８の内周面に嵌合させることによって、ハウジング７内に固定保持されている。また、円柱状部１０ｃの溝部１０ｆは絶縁パイプ８の内周面によって塞がれることにより、プラズマガスを通過させることが可能なプラズマガス流路１０ｂを形成している。電流導入端子１２は同軸ケーブルを介して電源（共に不図示）と接続されている。
【００４７】
前記外側電極９は、円柱形状の銅ブロックの内部にドーム状の空隙部が設けられた形状となっており、ドーム状の頂部にはプラズマを噴射させるための噴射口９ａが形成されている。この外側電極９は、空隙部の周縁部分をハウジング７の小径筒状部７ｃの先端部に固着させることによって、ハウジング７と連結されている。これにより、ハウジング７の先端部から延出した内側電極１０の球状部１０ｅの外周面は、外側電極９の空隙部の内周面によって間隙部を以て囲繞されており、当該間隙部は放電部１３を形成している。なお、これらの外側電極９および内側電極１０のうち少なくとも一方はその銅表面が誘電体の薄膜で被覆されていてもよい。
【００４８】
ここで、外側電極９の内周面と内側電極１０の外周面との位置関係については、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、外側電極９の内周面と内側電極１０の外周面との距離の最大値および最小値をそれぞれＣmax、Ｃminと定義した場合、０．０１≦Ｃmin／Ｃmax≦１が好ましく（図３（ｃ）参照）、Ｃmin／Ｃmax＝１がより好ましい（図３（ａ）（ｂ）参照）。
【００４９】
本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、Ｃmin／Ｃmax＝１となっており、外側電極９と内側電極１０との距離が内側電極１０の放電部１３における外周面全体に亘って均一となっている。すなわち、外側電極９の内周面と、内側電極１０の外周面は互いに同心に配置された球面状の平滑面となっているため、放電部１３において、後述するような均一な放電を発生させることができる。
【００５０】
さらに、図３（ｃ）に示すように、このような同心配置から内側電極１０を噴出口９ａに接近させる方向に偏心させたり、反対に、内側電極１０を噴出口９ａから離間させる方向に偏心させてもよい。また、外側電極９の内周面の直径や内側電極１０の外周面の直径を変更してもよい。
【００５１】
前記ガス導入口７ａからハウジング７の大径筒状基部７ｂ内に導入されたプラズマガスは、続いて小径筒状部７ｃ内において内側電極１０の棒状部１０ａとの間の隙間部を通過した後、プラズマガス流路１０ｂ内をそれぞれ通過して放電部１３に導入されるようになっている。
【００５２】
また、外側電極９と内側電極１０との間には、漏洩トランスを介して電源（不図示）が接続されており、１５ｋＶ２０ｍＡの交流電圧を印加可能となっている。電源からの電力としては、交流電圧の代わりに、直流、パルス波、高周波等を用いてもよい。また、１つの電源から全てのプラズマ源６に電力供給する代わりに、各プラズマ源６に対してそれぞれ個別に異なる種類の電源から電力供給してもよい。このとき、複数のプラズマ源６の一部のみ電力供給したり、あるいは、制御部に一部のプラズマ源６を選択して組み合わせた複数のパターンを記憶させておき、各パターンに順次切り替えるような制御を行ってもよい。
【００５３】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５４】
各プラズマ源６においては、導入口７ａからハウジング７内に導入されたプラズマガスが放電部１３に供給されるとともに、内側電極１０と外側電極９との間に前記電源から交流電圧が印加される。これにより、図３に示すように、放電部１３において、内側電極１０の球状部１０ｅの中心部から放射状に延びる方向（図３における矢印Ｂの方向）（以下、放電方向という。）に放電が発生し、均一な放電が発生する。さらに、この放電部１３には、前記放電方向と角度を持った方向（図３における矢印Ｃの方向）（以下、気流方向という。）のプラズマガスが供給され、放電部１３において発生するプラズマが常に流動するようになっている。これにより、本実施形態のプラズマ源６は、前述したような様々な種類のプラズマガスに対して安定にプラズマを生成することができる。
【００５５】
このようにして、各プラズマ源６において、内側電極１０と外側電極９との間に接続された後述する電源から交流電圧が印加されると各噴射口９ａからジェット状のプラズマが噴射される。各プラズマ源６から噴射されたプラズマは筐体２内の各プラズマ源６の噴射口９ａと筐体２の噴出口２ａとの間隙部であるプラズマ発生室５内において拡散され、均一化された後、噴出口２ａからライン状のプラズマとして噴出される。
【００５６】
以上のような本実施形態のプラズマ装置１によれば、本実施形態のプラズマ源６を備えることで、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対してリニア状のプラズマを安定に生成することができる。したがって、本発明のプラズマ装置１を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなく、同一の装置を用いてリニア状のプラズマを生成することができる。
【００５７】
ここで、本実施形態においては、プラズマ源６の側部から原料ガスをプラズマ発生室５へ導入することにより、原料ガスをプラズマと混合させて活性化して、噴出口２ａからライン状に噴出させて各種の処理を施すことができる。これにより、プラズマを消失させるような種類のガスや、反応性が高く、電極材料の金属に損傷を与えるような種類のガスであっても導入することができる。また、プラズマ発生直後であって、高密度のプラズマが存在するプラズマ源６の噴射口９ａ付近よりも噴出口２ａの近くの下方部に原料ガスを導入することにより、電極材料の金属に損傷を与えることを防止できる。したがって、本実施形態のプラズマ装置１を用いることで、様々な種類の薄膜材料の成膜処理が可能となる。なお、筐体２にヒータを配置し、成膜処理等の制御を行ってもよい。また、気体の原料ガスの代わりに液体、霧状の物質、プラズマ等を導入してもよい。液体を導入する場合には、筐体２にヒータを配置することが好ましい。
【００５８】
次に、上記実施形態の変形例について、図４から図７を用いて説明する。
【００５９】
まず、上記実施形態のプラズマ源６の電極構造を図４のように変更してもよい。この場合、電極構造以外の構成については、図２のプラズマ源６と同様であるものとする。図４の電極構造においては、外側電極９は、内側電極１０の球状部１０ｅから棒状部１０ａまでに亘る長尺な略ドーム状の空隙部が設けられた形状となっており、ドーム状の頂部にはプラズマを噴射させるための噴射口９ａが形成されている。前記空隙部の内側面には、厚さ方向の段差部９ｂが２段形成されている。内側電極１０は、棒状部１０ａ、溝部１０ｆが形成された円柱状部１０ｃ、括れ部１０ｄ、および球状部１０ｅが同軸上に連結された形状となっており、前記円柱状部１０ｃの外周面には長手方向に長尺な溝部１０ｆが４本等間隔に形成されている。また、内側電極１０の円柱状部１０ｃの外周面には面取り加工が施されている。
【００６０】
また、上記実施形態のプラズマ源６の電極構造を図５のように変更してもよい。この場合、電極構造以外の構成については、図２のプラズマ源６と同様であるものとする。図５の電極構造は、図４の内側電極１０の円柱状部１０ｃの外周面の溝部１０ｆを内側電極１０の軸芯方向を中心とした螺旋状に形成したものである。これにより、外側電極９と内側電極１０との間隙部に内側電極１０の軸芯方向を中心とした竜巻状の気流（図５（ａ）における矢印Ｅ）を形成し、プラズマガスの気流の安定化と、電極の冷却を同時に行うことで、プラズマ生成をより安定的に行うことができる。
【００６１】
また、上記実施形態において、筐体２内におけるプラズマ源６の噴射口９ａと筐体２の噴出口２ａとの位置関係、および噴出口２ａの形状を図６（ａ）から（ｃ）のように変更してもよい。
【００６２】
上記実施形態では、筐体２内において各プラズマ源６は噴射口９ａが筐体２の噴出口２ａの直上部に位置するように一列に配列されているが、図６（ａ）に示すように、複数のプラズマ源６の少なくとも一部の噴射口９ａが筐体２の噴出口２ａの直上部からずれるようにして複数列に配列させてもよい。この場合、各プラズマ源６に対して個別に設けられた前記プラズマガス源からそれぞれ異なる種類のプラズマガスを供給し、各列毎に異なるリニア状のプラズマを生成してもよい。このように、プラズマ源６の噴射口９ａを噴出口２ａの直上部に配置しないことで、プラズマの発生で外側電極９および内側電極１０を構成する銅が削れて生成した銅粉末が、筐体２の内壁面によってトラップされ、噴出口２ａから銅粉末が排出されることを防止できる。また、スリット状の噴出口２ａを複数本形成したり（図６（ｂ）参照）、スリット状の噴出口２ａの代わりに、一長手方向に分布する複数の吹き出し孔２ｂであって、この一連の吹き出し孔２ｂを以てリニア状にみなされる形状に形成されているもの（図６（ｃ）参照）等を形成してもよい。さらに、噴出口２ａの形状を例えば、文字形状や図形等の所望の形状に変更し、被処理面Ｓの所望の形状部分のみに表面処理を施すようにしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、筐体２内において各プラズマ源６はその長手方向が、筐体２の被処理面Ｓとの対向面の垂直方向となるように配設されているが、前記対向面の垂直方向に対して傾斜するように配設してもよい。また、筐体２内において、複数のプラズマ源６の噴射口９ａと筐体２の噴出口２ａとの中間位置に、メンブランフィルタ等のフィルタ部材を配置してもよい。これにより、上記と同様に、プラズマの発生で外側電極９および内側電極１０を構成する銅が削れて生成した銅粉末が、筐体２の内壁面若しくはフィルタ部材によってトラップされ、噴出口２ａから銅の粉末が排出されることを防止できる。
【００６４】
また、本実施形態においては、各プラズマ源６ごとに外側電極９と内側電極１０との間に交流電圧を印加しているが、筐体２を銅等の導電性材料によって形成し、プラズマ源６と筐体２との間にも電圧を印加する電源を別途設けてもよい。これにより、各プラズマ源６の噴射口９ａからプラズマ化せずにプラズマ発生室５内に噴出されたプラズマガスをプラズマ化させることで、筐体２の外部から各プラズマ源６に供給されるプラズマガスのうち、最終的に生成されるリニア状のプラズマの生成率を向上させることができる。この場合、少なくともプラズマ源６側と、筐体２側のいずれかに絶縁性部材を配置することが好ましい。また、筐体２内において複数のプラズマ源６が高速回転可能となるように形成し、筐体２内の原料ガスやプラズマガス、およびプラズマを均一化させてもよい。
【００６５】
さらに、図２から図５のようないわゆるトーチ構造のプラズマ源６の代わりに、図７のようないわゆるマイクロホロカソード形状の電極構造を備えるプラズマ源を用いてもよい。図７に示すプラズマ源６は、厚さ３００μｍの一対の板電極１８を厚さ９００μｍの絶縁性部材１９を介して対向配置し、これら一対の板電極１８および絶縁性材料１９の厚さ方向に直径３００μｍの孔２０を貫通形成した構造を有している。また、前記一対の板電極１８の間には直流電源２１が接続されている。このようなプラズマ源６において、一対の板電極１８の間に例えば、１ｋＶの直流電圧が印加されると、前記孔２０の内部でプラズマが生成され、外部へ噴射されるようになっている。
【００６６】
次に、第２実施形態のプラズマ装置について、図８から図１１を用いて説明する。図８は本実施形態のプラズマ装置を示す概略分解斜視図、図９は概略縦断面図であり、図１０はプラズマ源の放電部における放電方向およびプラズマガスの気流方向を示す概略図である。また、図１１は他の例のプラズマ源を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）である。
【００６７】
本実施形態は、第１実施形態のプラズマ装置１の隣接するプラズマ源６の各構成部材を一体形成し、組立容易に形成したものである。図８に示すように、一面が開放された中空直方体形であって、内部の底面に一対の平板からなる一対の支持部材１４が平行に立設された底部２２と、リニア状のプラズマを噴出させるための噴出口２ａが形成された平板状の蓋部材１６とからなる筐体２と、複数の内側電極１０と、前記複数の内側電極１０を収容可能な絶縁性部材１５と、ジェット状のプラズマを噴射させるための噴射口９ａ、および原料ガスを通過させるための原料ガス口９ｃが複数形成された平板状の外側電極９とを備えている。
【００６８】
前記筐体２内において、一対の支持部材１４は後述する絶縁性部材１５と同一の幅寸法だけ離間して立設されており、一対の支持部材１４の間には絶縁性部材１５が嵌合されている。
【００６９】
前記内側電極１０は銅製であって、先端側から小径の円柱状部１０ｃａと、大径の円柱状部１０ｃｂと、棒状部１０ａとが同軸上に連結された形状となっている（図１０参照）。この内側電極１０は、後述する絶縁性部材１５の間隙部１５ａにそれぞれ収容される。第１実施形態と同様に、前記棒状部１０ａの基端部には銅製の接続金具１１が取り付けられており、筐体２の底面に嵌挿された電流導入端子１２の一端部と接続されている。また、前記電流導入端子１２は同軸ケーブルを介して電源と接続されている（ともに不図示）。
【００７０】
前記絶縁性部材１５は樹脂材料からなり、断面視コ字状に形成されている。コ字状の一辺には、内側電極１０を収容可能な円形シリンダ状の間隙部１５ａが、内側電極１０と同一数、本実施形態においては５本が等間隔に一列に形成されている。この絶縁性部材１５は、間隙部１５ａにそれぞれ内側電極１０が収容されるとともに、一対の支持部材１４の間に嵌合されている。
【００７１】
前記外側電極９は銅製の平板状であって、中央部に内側電極１０と同一数、本実施形態においては５個の前記噴射口９ａが一列に形成されており、その両側には前記原料ガス口９ｃがそれぞれ２列に形成されている。この外側電極９は筐体２内において絶縁性部材１５の上面に位置するように組み込まれている。なお、噴出口２ａの形成位置は、外側電極９が筐体２内に組み込まれたときに、絶縁性部材１５の間隙部１５ａに収容されている内側電極１０の小径の円柱状部１０ｃａの上端面と対向するようになっている。また、前記原料ガス口９ｃの形成位置は、外側電極９が筐体２内に組み込まれたときに、各支持部材１４より筐体２の端部側となっている。さらに、筐体２の噴出口２ａを被処理面Ｓに対向させたときに、外側電極９の複数の噴射口９ａはそれぞれ噴出口２ａの直上部に配置されている（図９参照）。
【００７２】
前記蓋部材１６は平板状であって、中央部にライン状の前記噴出口２ａが形成されており、筐体２の開放面を塞ぐようにしてねじ止めされている。
【００７３】
図９に示すように、一対の支持部材１４の間に嵌合された絶縁性部材１５の下面に形成されている空隙部１５ｂには、筐体２の底面側からプラズマガスを導入可能とされている。この空隙部１５ｂに導入されたプラズマガスは絶縁性部材１５の各間隙部１５ａに供給されるようになっている。各間隙部１５ａにおいては、外側電極９と内側電極１０との間に前記電源から電圧が印加されるとプラズマが発生し、その後噴射口９ａからプラズマが噴射される。その後、プラズマは外側電極９の上面と蓋部材１６の下面との間隙部（以下、プラズマ発生室５という。）に拡散され、均一化された後、噴出口２ａからライン状のプラズマとして噴出されるようになっている。
【００７４】
また、各支持部材１４の側面と筐体２の内側面との間隙部１７には、筐体２の底面側から被処理面Ｓの表面処理に用いられる原料ガスを導入可能とされている。導入された原料ガスは、原料ガス口９ｃを通してプラズマ発生室５内に導入されると、プラズマと混合され、表面処理に供されるようになっている。
【００７５】
図１０に示すように、絶縁性部材１５の各間隙部１５ａにおいてプラズマガスが供給されると、内側電極１０の棒状部１０ａおよび大径の円柱状部１０ｃｂとの隙間部を通過した後、小径の円柱状部１０ｃａの上面と外側電極９の下面との間隙部に供給される。本実施形態においては、内側電極１０の小径の円柱状部１０ｃａの上面と、外側電極９の下面との間隙部は放電部１３を形成している。この放電部１３を形成する外側電極９と内側電極１０の対向面はそれぞれ鏡面仕上げ等の適当な加工方法によって平滑面とされている。
【００７６】
本実施形態においては、前記電源から外側電極９と内側電極１０との間に電圧が印加されると、放電部１３において、内側電極１０の小径の円柱状部１０ｃａの上面に対して垂直方向（図１０における矢印Ｆの方向）（以下、放電方向という。）の放電が発生する。したがって、放電部１３において、外側電極９と内側電極１０の対向面が平滑面とされているので、均一な放電が発生するようになっている。さらに、この放電部１３には、前記放電方向と角度を持った気流方向（図１０における矢印Ｇの方向）にプラズマガスが供給され、放電部１３に発生したプラズマはプラズマガスの気流によって、常に流動されるようになっている。これにより、各放電部１３において、様々な種類のプラズマガスに対して安定したプラズマを生成可能となっている。
【００７７】
その結果、本実施形態のプラズマ装置１においては、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々なプラズマガスに対してリニア状のプラズマガスを安定に生成することができる。したがって、第１実施形態と同様に、本実施形態のプラズマ装置１を用いることで、可能な処理に制限されることなく、様々な種類の表面処理を行うことが可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなく同一の装置を用いてリニア状のプラズマを生成することができる。
【００７８】
なお、図１１に示すように、上記実施形態の内側電極１０の大径の円柱状部１０ｃｂの外周面に内側電極１０の軸芯方向を中心とした螺旋状の溝部１０ｆを形成してもよい。これにより、放電部１３において、内側電極１０の軸芯方向を中心としたプラズマガスの竜巻状の気流（図１１（ａ）における矢印Ｈ）が形成され、プラズマガスの気流の安定化と、電極の冷却を同時に行うことで、プラズマ生成をより安定的に行うことができる。また、３次元的な竜巻状の気流（図１１（ａ）における矢印Ｈ）の代わりに、溝部１０ｆの形状を変更等することで２次元的な渦巻き状の気流を形成するようにしてもよい。また、内側電極１０にフィン状の部材を取り付けることで同様の効果を得ることができる。その他、プラズマガスを供給する方向は問わないが、プラズマガスの気流速度を高速にする等、気流条件を設定することによって、放電部１３に乱流を発生させてもよい。
【００７９】
また、第１実施形態と同様に、筐体２内において、外側電極９と筐体２の噴出口２ａとの中間位置にメンブランフィルタ等のフィルタ部材を配置してもよい。これにより、プラズマの発生で外側電極９および内側電極１０を構成する銅が削れて生成した銅粉末が、筐体２や蓋部材１６の内壁面若しくはフィルタ部材によってトラップされ、噴出口２ａから銅の粉末が排出されることを防止できる。
【００８０】
また、上記実施形態においては、筐体２の噴出口２ａを被処理面Ｓに対向させたときに、外側電極９の複数の噴射口９ａはそれぞれ噴出口２ａの直上部に配置されているように構成したが、少なくとも１つの噴射口９ａが噴出口２ａの直上部に位置しないように配置してもよい。これにより、同様に、前記銅の粉末を筐体２や蓋部材１６の内壁面にトラップさせて、噴出口２ａからの排出を防止することができる。
【００８１】
さらに、筐体２を銅等の導電性材料によって形成し、外側電極９または内側電極１０と、筐体２との間にも電圧を印加する電源を別途設け、各間隙部１５ａの噴射口９ａからプラズマ化せずにプラズマ発生室５内に噴出されたプラズマガスをプラズマ化させることで、筐体２の外部から各間隙部１５ａに供給されるプラズマガスのうち、最終的に生成されるリニア状のプラズマの生成率を向上させることができる。
【００８２】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ プラズマ装置
２ａ 噴出口
５ プラズマ発生室
６ プラズマ源
９ 外側電極
９ａ 噴射口
１０ 内側電極
１３ 放電部
Ｗ 被処理物
Ｓ 被処理面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばリニア状等、所望の形状のプラズマを生成し、被処理面の表面処理に利用することが可能なプラズマ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気圧プラズマ装置を用いて、半導体基板やフラットパネル等の表面改質、成膜処理、エッチング処理等の表面処理が行われている。また、近年の半導体基板やフラットパネル等の大型化に伴い、数１０センチから数メートルのリニア状のプラズマを生成できる装置、いわゆるリニア型プラズマ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のプラズマ装置においては、プラズマガスとして用いることができるガスが、一般的に安定にプラズマ化されやすいとされるヘリウムやアルゴン等のごく一部のガスに限られていた。このため、プラズマ装置を用いて行うことができる表面処理の種類も限られたものとなっており、様々な産業分野への応用が困難なものとなっている。
【０００５】
そこで、このような点に鑑み、本発明は、様々な種類のプラズマガスを用いて所望の形状のプラズマを安定に生成することができ、さらに、様々な表面処理に用いることができるプラズマ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のプラズマ装置は、噴出口を介して外部と連通されたプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室内にプラズマを発生可能な少なくとも１つのプラズマ源とを備え、前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、前記プラズマ源は、放電部を形成する間隙部を以て対向配置された一対の電極を備え、前記放電部には、放電方向と角度を持った気流方向のプラズマガスが供給されるように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源は、放電部に放電方向と角度を持った方向のプラズマガスの気流を流し、放電部で発生するプラズマが常に流動するようにすることで、様々な種類のプラズマガスに対して安定にプラズマを生成することができる。そのため、本発明のプラズマ装置によれば、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対して所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。
【０００８】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ装置は、請求項１に記載のプラズマ装置であって、前記噴出口が形成された筐体を備え、前記プラズマ源は、前記筐体の前記噴出口側の内壁面とプラズマ発生室を形成する間隙部を以て離間配置され、前記一対の電極は内側電極と、前記内側電極を囲繞し、一端部に噴射口が形成され、内部にプラズマガスを供給可能とされる外側電極とによって形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、プラズマ源の内側電極と外側電極との間にプラズマを安定的に生成させ、そのプラズマを噴射口を通してプラズマ発生室に噴射させて均一化し、その後筐体の噴出口から所望の形状のプラズマとして噴出させることができる。
【００１１】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載のプラズマ装置は、請求項１または請求項２に記載のプラズマ装置であって、前記噴射口近傍において、前記内側電極の外周面および前記外側電極の内周面は、前記放電部を形成する間隙部を以て対向配置された球面状に形成され、前記内側電極の外周面と前記外側電極の内周面との距離の最大値および最小値をそれぞれＣmax、Ｃminとしたとき、０．０１≦Ｃmin／Ｃmax≦１であることを特徴とする。
【００１３】
本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源は、放電部において放電方向と角度を持った方向のプラズマガスの気流を流し、放電部で発生するプラズマを常に流動させるとともに、内側電極と外側電極の放電部の部分を対向配置された球面状に形成し、放電を均一化させることで、様々な種類のプラズマガスに対して、所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。
【００１４】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項４に記載のプラズマ装置は、請求項２または請求項３に記載のプラズマ装置であって、前記プラズマ源のうち少なくとも１つの前記噴射口が前記噴出口の直上部に位置しないことを特徴とする。
【００１６】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマ源の噴射口を噴出口の直上部からずれた位置に配置することで、プラズマの発生によって電極を構成する金属材料が削れて生成した金属の粉末が筐体の内壁面によってトラップされるため、金属の粉末が噴出口から外部へ排出されることを防止することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項５に記載のプラズマ装置は、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、前記プラズマ源のうち少なくとも１つの前記噴射口と前記噴出口との中間位置にフィルタ部材が配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマの発生によって電極を構成する金属材料が削れて生成した金属の粉末がフィルタ部材によってトラップされるため、金属の粉末が噴出口から排出されることを防止することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項６に記載のプラズマ装置は、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、前記プラズマ源のうち少なくとも１つと前記筐体との間に電圧を印加可能とされた電源を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマ源と筐体との間にも電圧を印加し、プラズマ発生室内に噴出されたプラズマガスをプラズマ化させることで、最終的に生成される所望の形状のプラズマの生成率を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の請求項７に記載のプラズマ装置は、噴出口が形成された筐体と、前記筐体の前記噴出口側の内壁面とプラズマ発生室を形成する間隙部を以て離間配置され、少なくとも１つの噴射口が貫通形成された外側電極と、内部にプラズマガスを供給可能な少なくとも１つの間隙部が形成されており、前記間隙部が前記外側電極の前記噴射口を介して前記プラズマ発生室と連通されるようにして配設された絶縁性部材と、前記絶縁性部材の各間隙部にそれぞれ収容された少なくとも１つの内側電極とを備え、各間隙部から前記噴射口を介して前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、各間隙部の前記噴射口近傍において、前記内側電極の外周面および前記外側電極の内周面が放電部を形成する間隙部を以て対向配置され、前記放電部には、放電方向と角度を持った気流方向のプラズマガスが供給されるように形成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源は、放電部に放電方向と角度を持った方向のプラズマガスの気流を流し、放電部で発生するプラズマが常に流動するようにすることで、様々な種類のプラズマガスに対して安定にプラズマを生成することができる。そのため、本発明のプラズマ装置によれば、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対して所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。
【００２３】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【００２４】
また、本発明の請求項８に記載のプラズマ装置は、請求項７に記載のプラズマ装置であって、前記外側電極のうち少なくとも１つの前記噴射口が前記噴出口の直上部に位置しないことを特徴とする。
【００２５】
本発明のプラズマ装置によれば、外側電極の噴射口を噴出口の直上部からずれた位置に配置することで、プラズマの発生によって電極を構成する金属材料が削れて生成した金属の粉末が、筐体や蓋部材の内壁面によってトラップされるため、噴出口から金属の粉末が排出されることを防止することができる。
【００２６】
また、本発明の請求項９に記載のプラズマ装置は、請求項７または請求項８に記載のプラズマ装置であって、前記外側電極のうち少なくとも１つの前記噴射口と前記噴出口との中間位置にフィルタ部材が配置されていることを特徴とする。
【００２７】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマの発生によって電極を構成する金属材料が削れて生成した金属の粉末が、フィルタ部材によってトラップされるため、噴出口から金属の粉末が排出されることを防止することができる。
【００２８】
また、本発明の請求項１０に記載のプラズマ装置は、請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、前記内側電極または前記外側電極と、前記筐体との間に電圧を印加可能とされた電源を備えることを特徴とする。
【００２９】
本発明のプラズマ装置によれば、内側電極または外側電極と、筐体との間にも電圧を印加し、プラズマ発生室内に噴出されたプラズマガスをプラズマ化させることで、最終的に生成される所望の形状のプラズマの生成率を向上させることができる。
【００３０】
また、本発明の請求項１１に記載のプラズマ装置は、請求項２乃至請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、前記内側電極の外周面には螺旋状の溝部が形成されていることを特徴とする。
【００３１】
本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源は、外側電極の内部に供給されるプラズマガスの気流を竜巻状に形成することにより、プラズマガスの気流の安定化と、電極の冷却を同時に行うことで、プラズマ生成をより安定的に行うことができる。そのため、本発明のプラズマ装置によれば、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対して所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。
【００３２】
したがって、本発明のプラズマ装置を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いて処理することができる。
【００３３】
また、本発明の請求項１２に記載のプラズマ装置は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、被処理面に前記噴出口を対向させて行う表面処理の原料ガスを前記プラズマ発生室内に導入可能とされていることを特徴とする。
【００３４】
本発明のプラズマ装置によれば、プラズマ発生室内に原料ガスを導入し、プラズマと混合させて表面処理に用いることで、様々な種類の表面処理を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のプラズマ装置によれば、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対して所望の形状のプラズマを安定に生成することができる。したがって、本発明のプラズマ装置を用いることで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなくそのまま同一の装置を用いることができるなどの顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態のプラズマ装置の全体構成を示す概略断面図
【図２】本発明のプラズマ装置が備えるプラズマ源を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）
【図３】プラズマ源の放電部における放電方向およびプラズマガスの気流方向を示す概略図（ａ）、外側電極と内側電極との位置関係を示す概略図（ｂ）および変形例を示す概略図（ｃ）
【図４】他の例のプラズマ源の電極構造を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）
【図５】他の例のプラズマ源の電極構造を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）
【図６】（ａ）から（ｃ）は、プラズマ源の配列および噴出口の形状の変形例であって、プラズマ源の噴射口と筐体の噴出口を示す概略平面図である。
【図７】他の例のプラズマ源を示す概略図
【図８】本発明の第２実施形態のプラズマ装置を示す概略分解斜視図
【図９】本発明の第２実施形態のプラズマ装置の概略縦断面図
【図１０】プラズマ源の放電部における放電方向およびプラズマガスの気流方向を示す概略図
【図１１】他の例のプラズマ源を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明のプラズマ装置について、第１実施形態および第２実施形態により図面を用いて説明する。
【００３８】
まず、本発明の第１実施形態のプラズマ装置１について、図１から図７を用いて説明する。図１は、本実施形態のプラズマ装置の全体構成を示す概略断面図である。図２は、本実施形態のプラズマ装置が備えるプラズマ源を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）、図３はプラズマ源の放電部における放電方向およびプラズマガスの気流方向を示す概略図（ａ）、外側電極と内側電極との位置関係を示す概略図（ｂ）および変形例を示す概略図（ｃ）である。また、図４および図５はそれぞれ他の例のプラズマ源の電極構造を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）であり、図６の（ａ）から（ｃ）は、プラズマ源６の配列および噴出口２ａの形状の変形例であって、プラズマ源６の噴射口９ａと筐体２の噴出口２ａを示す概略平面図である。図７は他の例のプラズマ源を示す概略図である。
【００３９】
図１に示すように、第１実施形態のプラズマ装置１は、中空直方体であって、被処理物Ｗの被処理面Ｓとの対向面に所望の形状の噴出口２ａ、本実施形態においてはスリット状の噴出口２ａ（図６（ａ）参照）が形成された筐体２内に、後述するプラズマ源６を少なくとも１つ、本実施形態においては複数個のプラズマ源６を配設することにより形成されている。具体的には、筐体２の噴出口２ａを被処理面Ｓに対向させたときに、各プラズマ源６はプラズマが噴射される噴射口９ａが筐体２の噴出口２ａの直上部に位置し、かつ長手方向が筐体２の対向面に対して垂直方向となるようにして、噴出口２ａの長手方向に沿って等間隔で一列に配列されている。プラズマ源６の噴射口９ａと、筐体２の噴出口２ａとの間隙部（以下、プラズマ発生室５という。）の距離は、プラズマガスの種類等に応じて適宜変更可能である。また、スリット状の噴出口２ａを開閉自在に形成したり、噴出口２ａの幅を制御可能な機構を備えていてもよい。
【００４０】
各プラズマ源６には、筐体２の外部に配設されたプラズマガス源３と接続された分岐ガス配管４によって、プラズマガスが供給されるようになっている。本実施形態においては、後述するようなプラズマ源６を備えることで、プラズマガスとして、従来より安定にプラズマ化可能とされるヘリウムやアルゴンのみならず、酸素、窒素、二酸化炭素、空気など様々なガスを用いることができる。プラズマガスの流量は５００ｍｌ／分〜２０Ｌ／分とされている。
【００４１】
なお、分岐ガス管４の分岐した部分にそれぞれバルブを設けて、各プラズマ源６へ供給されるプラズマガスの流量を調節したり、あるいは分岐ガス管４の太さを、前記プラズマガス源からの距離に応じて変えることで、各プラズマ源６に供給されるプラズマガスの流量が均一になるようにしてもよい。また、各プラズマ源６に対して個別のプラズマガス源をそれぞれ設け、異なる種類のプラズマガスを供給し、異なるプラズマを生成させてもよい。
【００４２】
また、プラズマ発生室５内においては、プラズマ源６の側部から噴射口９ａより下方部に向かう方向（図１における矢印Ａの方向）に、筐体２の外部に配設された原料ガス源からガス配管（共に不図示）によって、被処理面Ｓの表面処理に用いられる原料ガスを供給することが可能となっている。例えば、成膜処理を行う場合、成膜したい薄膜材料の構成元素を含む化合物の原料ガスを供給し、プラズマと混合させて活性化し、所定の化学反応の後、被処理面Ｓ上に所望の薄膜材料を成膜させることができる。
【００４３】
次に、本実施形態のプラズマ装置１が備えるプラズマ源６の構造について、図２を用いて説明する。
【００４４】
図２に示すプラズマ源６は、内部にプラズマガスを通過させる中空状のハウジング７と、前記ハウジング７の小径筒状部７ｃの内周面に嵌合されたアルミナからなる絶縁パイプ８と、前記ハウジング７の先端部に連結された外側電極９と、前記ハウジング７および外側電極９内に収容された内側電極１０とを備えている。
【００４５】
更に説明すると、前記ハウジング７は中空状の大径筒状基部７ｂとその基部から延出された小径筒状部７ｃからなり、大径筒状基部７ｂの側面には、プラズマガスを内部に導入するためのガス導入口７ａが形成されている。
【００４６】
ハウジング７の大径筒状基部７ｂには小径筒状部７ｃと同軸方向に電流導入端子１２が固着されている。この電流導入端子１２のハウジング７の内方端から銅製の接続金具１１および内側電極１０が順に延出されている。内側電極１０は銅製であって、基部から先端部に向けて棒状部１０ａ、プラズマガス流路１０ｂが形成された円柱状部１０ｃ、括れ部１０ｄ、および球状部１０ｅが同軸上に連結された形状となっている。前記円柱状部１０ｃの外周面には、長手方向に長尺な溝部１０ｆが８本等間隔に形成されている。この内側電極１０は、球状部１０ｅをハウジング７の小径筒状部７ｃから延出させ、円柱状部１０ｃを絶縁パイプ８の内周面に嵌合させることによって、ハウジング７内に固定保持されている。また、円柱状部１０ｃの溝部１０ｆは絶縁パイプ８の内周面によって塞がれることにより、プラズマガスを通過させることが可能なプラズマガス流路１０ｂを形成している。電流導入端子１２は同軸ケーブルを介して電源（共に不図示）と接続されている。
【００４７】
前記外側電極９は、円柱形状の銅ブロックの内部にドーム状の空隙部が設けられた形状となっており、ドーム状の頂部にはプラズマを噴射させるための噴射口９ａが形成されている。この外側電極９は、空隙部の周縁部分をハウジング７の小径筒状部７ｃの先端部に固着させることによって、ハウジング７と連結されている。これにより、ハウジング７の先端部から延出した内側電極１０の球状部１０ｅの外周面は、外側電極９の空隙部の内周面によって間隙部を以て囲繞されており、当該間隙部は放電部１３を形成している。なお、これらの外側電極９および内側電極１０のうち少なくとも一方はその銅表面が誘電体の薄膜で被覆されていてもよい。
【００４８】
ここで、外側電極９の内周面と内側電極１０の外周面との位置関係については、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、外側電極９の内周面と内側電極１０の外周面との距離の最大値および最小値をそれぞれＣmax、Ｃminと定義した場合、０．０１≦Ｃmin／Ｃmax≦１が好ましく（図３（ｃ）参照）、Ｃmin／Ｃmax＝１がより好ましい（図３（ａ）（ｂ）参照）。
【００４９】
本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、Ｃmin／Ｃmax＝１となっており、外側電極９と内側電極１０との距離が内側電極１０の放電部１３における外周面全体に亘って均一となっている。すなわち、外側電極９の内周面と、内側電極１０の外周面は互いに同心に配置された球面状の平滑面となっているため、放電部１３において、後述するような均一な放電を発生させることができる。
【００５０】
さらに、図３（ｃ）に示すように、このような同心配置から内側電極１０を噴出口９ａに接近させる方向に偏心させたり、反対に、内側電極１０を噴出口９ａから離間させる方向に偏心させてもよい。また、外側電極９の内周面の直径や内側電極１０の外周面の直径を変更してもよい。
【００５１】
前記ガス導入口７ａからハウジング７の大径筒状基部７ｂ内に導入されたプラズマガスは、続いて小径筒状部７ｃ内において内側電極１０の棒状部１０ａとの間の隙間部を通過した後、プラズマガス流路１０ｂ内をそれぞれ通過して放電部１３に導入されるようになっている。
【００５２】
また、外側電極９と内側電極１０との間には、漏洩トランスを介して電源（不図示）が接続されており、１５ｋＶ２０ｍＡの交流電圧を印加可能となっている。電源からの電力としては、交流電圧の代わりに、直流、パルス波、高周波等を用いてもよい。また、１つの電源から全てのプラズマ源６に電力供給する代わりに、各プラズマ源６に対してそれぞれ個別に異なる種類の電源から電力供給してもよい。このとき、複数のプラズマ源６の一部のみ電力供給したり、あるいは、制御部に一部のプラズマ源６を選択して組み合わせた複数のパターンを記憶させておき、各パターンに順次切り替えるような制御を行ってもよい。
【００５３】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５４】
各プラズマ源６においては、導入口７ａからハウジング７内に導入されたプラズマガスが放電部１３に供給されるとともに、内側電極１０と外側電極９との間に前記電源から交流電圧が印加される。これにより、図３に示すように、放電部１３において、内側電極１０の球状部１０ｅの中心部から放射状に延びる方向（図３における矢印Ｂの方向）（以下、放電方向という。）に放電が発生し、均一な放電が発生する。さらに、この放電部１３には、前記放電方向と角度を持った方向（図３における矢印Ｃの方向）（以下、気流方向という。）のプラズマガスが供給され、放電部１３において発生するプラズマが常に流動するようになっている。これにより、本実施形態のプラズマ源６は、前述したような様々な種類のプラズマガスに対して安定にプラズマを生成することができる。
【００５５】
このようにして、各プラズマ源６において、内側電極１０と外側電極９との間に接続された後述する電源から交流電圧が印加されると各噴射口９ａからジェット状のプラズマが噴射される。各プラズマ源６から噴射されたプラズマは筐体２内の各プラズマ源６の噴射口９ａと筐体２の噴出口２ａとの間隙部であるプラズマ発生室５内において拡散され、均一化された後、噴出口２ａからライン状のプラズマとして噴出される。
【００５６】
以上のような本実施形態のプラズマ装置１によれば、本実施形態のプラズマ源６を備えることで、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々な種類のプラズマガスに対してリニア状のプラズマを安定に生成することができる。したがって、本発明のプラズマ装置１を用いて表面処理を行うことで、従来のように可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなく、同一の装置を用いてリニア状のプラズマを生成することができる。
【００５７】
ここで、本実施形態においては、プラズマ源６の側部から原料ガスをプラズマ発生室５へ導入することにより、原料ガスをプラズマと混合させて活性化して、噴出口２ａからライン状に噴出させて各種の処理を施すことができる。これにより、プラズマを消失させるような種類のガスや、反応性が高く、電極材料の金属に損傷を与えるような種類のガスであっても導入することができる。また、プラズマ発生直後であって、高密度のプラズマが存在するプラズマ源６の噴射口９ａ付近よりも噴出口２ａの近くの下方部に原料ガスを導入することにより、電極材料の金属に損傷を与えることを防止できる。したがって、本実施形態のプラズマ装置１を用いることで、様々な種類の薄膜材料の成膜処理が可能となる。なお、筐体２にヒータを配置し、成膜処理等の制御を行ってもよい。また、気体の原料ガスの代わりに液体、霧状の物質、プラズマ等を導入してもよい。液体を導入する場合には、筐体２にヒータを配置することが好ましい。
【００５８】
次に、上記実施形態の変形例について、図４から図７を用いて説明する。
【００５９】
まず、上記実施形態のプラズマ源６の電極構造を図４のように変更してもよい。この場合、電極構造以外の構成については、図２のプラズマ源６と同様であるものとする。図４の電極構造においては、外側電極９は、内側電極１０の球状部１０ｅから棒状部１０ａまでに亘る長尺な略ドーム状の空隙部が設けられた形状となっており、ドーム状の頂部にはプラズマを噴射させるための噴射口９ａが形成されている。前記空隙部の内側面には、厚さ方向の段差部９ｂが２段形成されている。内側電極１０は、棒状部１０ａ、溝部１０ｆが形成された円柱状部１０ｃ、括れ部１０ｄ、および球状部１０ｅが同軸上に連結された形状となっており、前記円柱状部１０ｃの外周面には長手方向に長尺な溝部１０ｆが４本等間隔に形成されている。また、内側電極１０の円柱状部１０ｃの外周面には面取り加工が施されている。
【００６０】
また、上記実施形態のプラズマ源６の電極構造を図５のように変更してもよい。この場合、電極構造以外の構成については、図２のプラズマ源６と同様であるものとする。図５の電極構造は、図４の内側電極１０の円柱状部１０ｃの外周面の溝部１０ｆを内側電極１０の軸芯方向を中心とした螺旋状に形成したものである。これにより、外側電極９と内側電極１０との間隙部に内側電極１０の軸芯方向を中心とした竜巻状の気流（図５（ａ）における矢印Ｅ）を形成し、プラズマガスの気流の安定化と、電極の冷却を同時に行うことで、プラズマ生成をより安定的に行うことができる。
【００６１】
また、上記実施形態において、筐体２内におけるプラズマ源６の噴射口９ａと筐体２の噴出口２ａとの位置関係、および噴出口２ａの形状を図６（ａ）から（ｃ）のように変更してもよい。
【００６２】
上記実施形態では、筐体２内において各プラズマ源６は噴射口９ａが筐体２の噴出口２ａの直上部に位置するように一列に配列されているが、図６（ａ）に示すように、複数のプラズマ源６の少なくとも一部の噴射口９ａが筐体２の噴出口２ａの直上部からずれるようにして複数列に配列させてもよい。この場合、各プラズマ源６に対して個別に設けられた前記プラズマガス源からそれぞれ異なる種類のプラズマガスを供給し、各列毎に異なるリニア状のプラズマを生成してもよい。このように、プラズマ源６の噴射口９ａを噴出口２ａの直上部に配置しないことで、プラズマの発生で外側電極９および内側電極１０を構成する銅が削れて生成した銅粉末が、筐体２の内壁面によってトラップされ、噴出口２ａから銅粉末が排出されることを防止できる。また、スリット状の噴出口２ａを複数本形成したり（図６（ｂ）参照）、スリット状の噴出口２ａの代わりに、一長手方向に分布する複数の吹き出し孔２ｂであって、この一連の吹き出し孔２ｂを以てリニア状にみなされる形状に形成されているもの（図６（ｃ）参照）等を形成してもよい。さらに、噴出口２ａの形状を例えば、文字形状や図形等の所望の形状に変更し、被処理面Ｓの所望の形状部分のみに表面処理を施すようにしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、筐体２内において各プラズマ源６はその長手方向が、筐体２の被処理面Ｓとの対向面の垂直方向となるように配設されているが、前記対向面の垂直方向に対して傾斜するように配設してもよい。また、筐体２内において、複数のプラズマ源６の噴射口９ａと筐体２の噴出口２ａとの中間位置に、メンブランフィルタ等のフィルタ部材を配置してもよい。これにより、上記と同様に、プラズマの発生で外側電極９および内側電極１０を構成する銅が削れて生成した銅粉末が、筐体２の内壁面若しくはフィルタ部材によってトラップされ、噴出口２ａから銅の粉末が排出されることを防止できる。
【００６４】
また、本実施形態においては、各プラズマ源６ごとに外側電極９と内側電極１０との間に交流電圧を印加しているが、筐体２を銅等の導電性材料によって形成し、プラズマ源６と筐体２との間にも電圧を印加する電源を別途設けてもよい。これにより、各プラズマ源６の噴射口９ａからプラズマ化せずにプラズマ発生室５内に噴出されたプラズマガスをプラズマ化させることで、筐体２の外部から各プラズマ源６に供給されるプラズマガスのうち、最終的に生成されるリニア状のプラズマの生成率を向上させることができる。この場合、少なくともプラズマ源６側と、筐体２側のいずれかに絶縁性部材を配置することが好ましい。また、筐体２内において複数のプラズマ源６が高速回転可能となるように形成し、筐体２内の原料ガスやプラズマガス、およびプラズマを均一化させてもよい。
【００６５】
さらに、図２から図５のようないわゆるトーチ構造のプラズマ源６の代わりに、図７のようないわゆるマイクロホロカソード形状の電極構造を備えるプラズマ源を用いてもよい。図７に示すプラズマ源６は、厚さ３００μｍの一対の板電極１８を厚さ９００μｍの絶縁性部材１９を介して対向配置し、これら一対の板電極１８および絶縁性材料１９の厚さ方向に直径３００μｍの孔２０を貫通形成した構造を有している。また、前記一対の板電極１８の間には直流電源２１が接続されている。このようなプラズマ源６において、一対の板電極１８の間に例えば、１ｋＶの直流電圧が印加されると、前記孔２０の内部でプラズマが生成され、外部へ噴射されるようになっている。
【００６６】
次に、第２実施形態のプラズマ装置について、図８から図１１を用いて説明する。図８は本実施形態のプラズマ装置を示す概略分解斜視図、図９は概略縦断面図であり、図１０はプラズマ源の放電部における放電方向およびプラズマガスの気流方向を示す概略図である。また、図１１は他の例のプラズマ源を示す縦断面図（ａ）および横断面図（ｂ）である。
【００６７】
本実施形態は、第１実施形態のプラズマ装置１の隣接するプラズマ源６の各構成部材を一体形成し、組立容易に形成したものである。図８に示すように、一面が開放された中空直方体形であって、内部の底面に一対の平板からなる一対の支持部材１４が平行に立設された底部２２と、リニア状のプラズマを噴出させるための噴出口２ａが形成された平板状の蓋部材１６とからなる筐体２と、複数の内側電極１０と、前記複数の内側電極１０を収容可能な絶縁性部材１５と、ジェット状のプラズマを噴射させるための噴射口９ａ、および原料ガスを通過させるための原料ガス口９ｃが複数形成された平板状の外側電極９とを備えている。
【００６８】
前記筐体２内において、一対の支持部材１４は後述する絶縁性部材１５と同一の幅寸法だけ離間して立設されており、一対の支持部材１４の間には絶縁性部材１５が嵌合されている。
【００６９】
前記内側電極１０は銅製であって、先端側から小径の円柱状部１０ｃａと、大径の円柱状部１０ｃｂと、棒状部１０ａとが同軸上に連結された形状となっている（図１０参照）。この内側電極１０は、後述する絶縁性部材１５の間隙部１５ａにそれぞれ収容される。第１実施形態と同様に、前記棒状部１０ａの基端部には銅製の接続金具１１が取り付けられており、筐体２の底面に嵌挿された電流導入端子１２の一端部と接続されている。また、前記電流導入端子１２は同軸ケーブルを介して電源と接続されている（ともに不図示）。
【００７０】
前記絶縁性部材１５は樹脂材料からなり、断面視コ字状に形成されている。コ字状の一辺には、内側電極１０を収容可能な円形シリンダ状の間隙部１５ａが、内側電極１０と同一数、本実施形態においては５本が等間隔に一列に形成されている。この絶縁性部材１５は、間隙部１５ａにそれぞれ内側電極１０が収容されるとともに、一対の支持部材１４の間に嵌合されている。
【００７１】
前記外側電極９は銅製の平板状であって、中央部に内側電極１０と同一数、本実施形態においては５個の前記噴射口９ａが一列に形成されており、その両側には前記原料ガス口９ｃがそれぞれ２列に形成されている。この外側電極９は筐体２内において絶縁性部材１５の上面に位置するように組み込まれている。なお、噴出口２ａの形成位置は、外側電極９が筐体２内に組み込まれたときに、絶縁性部材１５の間隙部１５ａに収容されている内側電極１０の小径の円柱状部１０ｃａの上端面と対向するようになっている。また、前記原料ガス口９ｃの形成位置は、外側電極９が筐体２内に組み込まれたときに、各支持部材１４より筐体２の端部側となっている。さらに、筐体２の噴出口２ａを被処理面Ｓに対向させたときに、外側電極９の複数の噴射口９ａはそれぞれ噴出口２ａの直上部に配置されている（図９参照）。
【００７２】
前記蓋部材１６は平板状であって、中央部にライン状の前記噴出口２ａが形成されており、筐体２の開放面を塞ぐようにしてねじ止めされている。
【００７３】
図９に示すように、一対の支持部材１４の間に嵌合された絶縁性部材１５の下面に形成されている空隙部１５ｂには、筐体２の底面側からプラズマガスを導入可能とされている。この空隙部１５ｂに導入されたプラズマガスは絶縁性部材１５の各間隙部１５ａに供給されるようになっている。各間隙部１５ａにおいては、外側電極９と内側電極１０との間に前記電源から電圧が印加されるとプラズマが発生し、その後噴射口９ａからプラズマが噴射される。その後、プラズマは外側電極９の上面と蓋部材１６の下面との間隙部（以下、プラズマ発生室５という。）に拡散され、均一化された後、噴出口２ａからライン状のプラズマとして噴出されるようになっている。
【００７４】
また、各支持部材１４の側面と筐体２の内側面との間隙部１７には、筐体２の底面側から被処理面Ｓの表面処理に用いられる原料ガスを導入可能とされている。導入された原料ガスは、原料ガス口９ｃを通してプラズマ発生室５内に導入されると、プラズマと混合され、表面処理に供されるようになっている。
【００７５】
図１０に示すように、絶縁性部材１５の各間隙部１５ａにおいてプラズマガスが供給されると、内側電極１０の棒状部１０ａおよび大径の円柱状部１０ｃｂとの隙間部を通過した後、小径の円柱状部１０ｃａの上面と外側電極９の下面との間隙部に供給される。本実施形態においては、内側電極１０の小径の円柱状部１０ｃａの上面と、外側電極９の下面との間隙部は放電部１３を形成している。この放電部１３を形成する外側電極９と内側電極１０の対向面はそれぞれ鏡面仕上げ等の適当な加工方法によって平滑面とされている。
【００７６】
本実施形態においては、前記電源から外側電極９と内側電極１０との間に電圧が印加されると、放電部１３において、内側電極１０の小径の円柱状部１０ｃａの上面に対して垂直方向（図１０における矢印Ｆの方向）（以下、放電方向という。）の放電が発生する。したがって、放電部１３において、外側電極９と内側電極１０の対向面が平滑面とされているので、均一な放電が発生するようになっている。さらに、この放電部１３には、前記放電方向と角度を持った気流方向（図１０における矢印Ｇの方向）にプラズマガスが供給され、放電部１３に発生したプラズマはプラズマガスの気流によって、常に流動されるようになっている。これにより、各放電部１３において、様々な種類のプラズマガスに対して安定したプラズマを生成可能となっている。
【００７７】
その結果、本実施形態のプラズマ装置１においては、従来のようにプラズマガスの種類に制限されることなく、様々なプラズマガスに対してリニア状のプラズマガスを安定に生成することができる。したがって、第１実施形態と同様に、本実施形態のプラズマ装置１を用いることで、可能な処理に制限されることなく、様々な種類の表面処理を行うことが可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、装置を取り換えることなく同一の装置を用いてリニア状のプラズマを生成することができる。
【００７８】
なお、図１１に示すように、上記実施形態の内側電極１０の大径の円柱状部１０ｃｂの外周面に内側電極１０の軸芯方向を中心とした螺旋状の溝部１０ｆを形成してもよい。これにより、放電部１３において、内側電極１０の軸芯方向を中心としたプラズマガスの竜巻状の気流（図１１（ａ）における矢印Ｈ）が形成され、プラズマガスの気流の安定化と、電極の冷却を同時に行うことで、プラズマ生成をより安定的に行うことができる。また、３次元的な竜巻状の気流（図１１（ａ）における矢印Ｈ）の代わりに、溝部１０ｆの形状を変更等することで２次元的な渦巻き状の気流を形成するようにしてもよい。また、内側電極１０にフィン状の部材を取り付けることで同様の効果を得ることができる。その他、プラズマガスを供給する方向は問わないが、プラズマガスの気流速度を高速にする等、気流条件を設定することによって、放電部１３に乱流を発生させてもよい。
【００７９】
また、第１実施形態と同様に、筐体２内において、外側電極９と筐体２の噴出口２ａとの中間位置にメンブランフィルタ等のフィルタ部材を配置してもよい。これにより、プラズマの発生で外側電極９および内側電極１０を構成する銅が削れて生成した銅粉末が、筐体２や蓋部材１６の内壁面若しくはフィルタ部材によってトラップされ、噴出口２ａから銅の粉末が排出されることを防止できる。
【００８０】
また、上記実施形態においては、筐体２の噴出口２ａを被処理面Ｓに対向させたときに、外側電極９の複数の噴射口９ａはそれぞれ噴出口２ａの直上部に配置されているように構成したが、少なくとも１つの噴射口９ａが噴出口２ａの直上部に位置しないように配置してもよい。これにより、同様に、前記銅の粉末を筐体２や蓋部材１６の内壁面にトラップさせて、噴出口２ａからの排出を防止することができる。
【００８１】
さらに、筐体２を銅等の導電性材料によって形成し、外側電極９または内側電極１０と、筐体２との間にも電圧を印加する電源を別途設け、各間隙部１５ａの噴射口９ａからプラズマ化せずにプラズマ発生室５内に噴出されたプラズマガスをプラズマ化させることで、筐体２の外部から各間隙部１５ａに供給されるプラズマガスのうち、最終的に生成されるリニア状のプラズマの生成率を向上させることができる。
【００８２】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ プラズマ装置
２ａ 噴出口
５ プラズマ発生室
６ プラズマ源
９ 外側電極
９ａ 噴射口
１０ 内側電極
１３ 放電部
Ｗ 被処理物
Ｓ 被処理面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴出口を介して外部と連通されたプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室内にプラズマを発生可能な少なくとも１つのプラズマ源とを備え、前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、
前記プラズマ源は、放電部を形成する間隙部を以て対向配置された一対の電極を備え、前記放電部には、放電方向と角度を持った気流方向のプラズマガスが供給されるように形成されていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
前記噴出口が形成された筐体を備え、
前記プラズマ源は、前記筐体の前記噴出口側の内壁面とプラズマ発生室を形成する間隙部を以て離間配置され、前記一対の電極は内側電極と、前記内側電極を囲繞し、一端部に噴射口が形成され、内部にプラズマガスを供給可能とされる外側電極とによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項３】
前記噴射口近傍において、前記内側電極の外周面および前記外側電極の内周面は、前記放電部を形成する間隙部を以て対向配置された球面状に形成され、前記内側電極の外周面と前記外側電極の内周面との距離の最大値および最小値をそれぞれＣmax、Ｃminとしたとき、
０．０１≦Ｃmin／Ｃmax≦１
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ装置。
【請求項４】
前記プラズマ源のうち少なくとも１つの前記噴射口が前記噴出口の直上部に位置しないことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマ装置。
【請求項５】
前記プラズマ源のうち少なくとも１つの前記噴射口と前記噴出口との中間位置にフィルタ部材が配置されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項６】
前記プラズマ源のうち少なくとも１つと前記筐体との間に電圧を印加可能とされた電源を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項７】
噴出口が形成された筐体と、
前記筐体の前記噴出口側の内壁面とプラズマ発生室を形成する間隙部を以て離間配置され、少なくとも１つの噴射口が貫通形成された外側電極と、
内部にプラズマガスを供給可能な少なくとも１つの間隙部が形成されており、前記間隙部が前記外側電極の前記噴射口を介して前記プラズマ発生室と連通されるようにして配設された絶縁性部材と、
前記絶縁性部材の各間隙部にそれぞれ収容された少なくとも１つの内側電極と、
を備え、各間隙部から前記噴射口を介して前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、
各間隙部の前記噴射口近傍において、前記内側電極の外周面および前記外側電極の内周面が放電部を形成する間隙部を以て対向配置され、前記放電部には、放電方向と角度を持った気流方向のプラズマガスが供給されるように形成されていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項８】
前記外側電極のうち少なくとも１つの前記噴射口が前記噴出口の直上部に位置しないことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ装置。
【請求項９】
前記外側電極のうち少なくとも１つの前記噴射口と前記噴出口との中間位置にフィルタ部材が配置されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のプラズマ装置。
【請求項１０】
前記内側電極または前記外側電極と、前記筐体との間に電圧を印加可能とされた電源を備えることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項１１】
前記内側電極の外周面には螺旋状の溝部が形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項１２】
被処理面に前記噴出口を対向させて行う表面処理の原料ガスを前記プラズマ発生室内に導入可能とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項１】
噴出口を介して外部と連通されたプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室内にプラズマを発生可能な少なくとも１つのプラズマ源とを備え、前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、
前記プラズマ源は、放電部を形成する間隙部を以て対向配置された一対の電極を備え、前記放電部には、放電方向と角度を持った気流方向のプラズマガスが供給されるように形成されていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
前記噴出口が形成された筐体を備え、
前記プラズマ源は、前記筐体の前記噴出口側の内壁面とプラズマ発生室を形成する間隙部を以て離間配置され、前記一対の電極は内側電極と、前記内側電極を囲繞し、一端部に噴射口が形成され、内部にプラズマガスを供給可能とされる外側電極とによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項３】
前記噴射口近傍において、前記内側電極の外周面および前記外側電極の内周面は、前記放電部を形成する間隙部を以て対向配置された球面状に形成され、前記内側電極の外周面と前記外側電極の内周面との距離の最大値および最小値をそれぞれＣmax、Ｃminとしたとき、
０．０１≦Ｃmin／Ｃmax≦１
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ装置。
【請求項４】
前記プラズマ源のうち少なくとも１つの前記噴射口が前記噴出口の直上部に位置しないことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマ装置。
【請求項５】
前記プラズマ源のうち少なくとも１つの前記噴射口と前記噴出口との中間位置にフィルタ部材が配置されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項６】
前記プラズマ源のうち少なくとも１つと前記筐体との間に電圧を印加可能とされた電源を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項７】
噴出口が形成された筐体と、
前記筐体の前記噴出口側の内壁面とプラズマ発生室を形成する間隙部を以て離間配置され、少なくとも１つの噴射口が貫通形成された外側電極と、
内部にプラズマガスを供給可能な少なくとも１つの間隙部が形成されており、前記間隙部が前記外側電極の前記噴射口を介して前記プラズマ発生室と連通されるようにして配設された絶縁性部材と、
前記絶縁性部材の各間隙部にそれぞれ収容された少なくとも１つの内側電極と、
を備え、各間隙部から前記噴射口を介して前記プラズマ発生室内に発生させたプラズマを前記噴出口から噴出させるプラズマ装置であって、
各間隙部の前記噴射口近傍において、前記内側電極の外周面および前記外側電極の内周面が放電部を形成する間隙部を以て対向配置され、前記放電部には、放電方向と角度を持った気流方向のプラズマガスが供給されるように形成されていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項８】
前記外側電極のうち少なくとも１つの前記噴射口が前記噴出口の直上部に位置しないことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ装置。
【請求項９】
前記外側電極のうち少なくとも１つの前記噴射口と前記噴出口との中間位置にフィルタ部材が配置されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のプラズマ装置。
【請求項１０】
前記内側電極または前記外側電極と、前記筐体との間に電圧を印加可能とされた電源を備えることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項１１】
前記内側電極の外周面には螺旋状の溝部が形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項１２】
被処理面に前記噴出口を対向させて行う表面処理の原料ガスを前記プラズマ発生室内に導入可能とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２５３７５４（Ｐ２０１１−２５３７５４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２７７１１（Ｐ２０１０−１２７７１１）
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、独立行政法人科学技術振興機構、研究成果最適展開支援事業（本格研究開発 起業挑戦タイプ）、大気圧マルチガスダメージフリープラズマの実用化開発とビジネス化、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、独立行政法人科学技術振興機構、研究成果最適展開支援事業（本格研究開発 起業挑戦タイプ）、大気圧マルチガスダメージフリープラズマの実用化開発とビジネス化、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
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