液中プラズマ発生装置、液中プラズマ処理装置、液中プラズマ発生方法、および液中プラズマ処理方法
【課題】本発明が解決しようとする課題は、液体の金属汚染を抑制することができる液中プラズマ発生装置、液中プラズマ処理装置、液中プラズマ発生方法、および液中プラズマ処理方法を提供することである。
【解決手段】実施形態によれば、液体を供給する液体供給部と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させるまたは気泡を発生させやすくする減圧部と、前記マイクロ波を共振させ、前記減圧部に前記共振させたマイクロ波を放射する共振部と、を備え、前記減圧部により、前記液体と、前記共振部と、が離隔されたことを特徴とする液中プラズマ発生装置が提供される。
【解決手段】実施形態によれば、液体を供給する液体供給部と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させるまたは気泡を発生させやすくする減圧部と、前記マイクロ波を共振させ、前記減圧部に前記共振させたマイクロ波を放射する共振部と、を備え、前記減圧部により、前記液体と、前記共振部と、が離隔されたことを特徴とする液中プラズマ発生装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液中プラズマ発生装置、液中プラズマ処理装置、液中プラズマ発生方法、および液中プラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液体中に含まれている有機物、有害物質、細菌類などの分解や、液体から反応生成物を生成するためにプラズマ処理が用いられるようになってきている。
このようなプラズマ処理においては、散気装置や超音波振動装置などにより液体中に気泡を生成し、この気泡を放電空間とするようにしている（例えば、特許文献１を参照）。 そのため、液体中に気泡を生成するための散気装置や超音波振動装置などが必要となり、装置の大型化や高コスト化などを招いていた。
また、散気装置や超音波振動装置などにより液体中に気泡を生成する場合には、生成された気泡中の圧力が大気圧以上となる。そのため、気泡中においてプラズマを発生させることが困難となり、この観点からも装置の大型化や高コスト化などを招いていた。
【０００３】
また、気泡中においてプラズマを発生させるために、高電圧が印加される金属電極を液体中に設ける必要があった。そのため、金属電極が液体に触れることで腐食したり、金属電極が腐食することで液体が金属汚染されたりするおそれがある。
この場合、液体が金属汚染されるとプラズマ処理された液体の用途が限定されるおそれがある。例えば、プラズマ処理された液体を半導体装置などの電子デバイスの洗浄などに用いる場合には、金属汚染などの問題が生じるおそれがある。
また、特許文献１のようにマイクロ波を気泡に印加するものはあっても、マイクロ波を共振させていないため、放電着火がし難くなるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、液体の金属汚染を抑制することができる液中プラズマ発生装置、液中プラズマ処理装置、液中プラズマ発生方法、および液中プラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、液体を供給する液体供給部と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させるまたは前記気泡を発生させやすくする減圧部と、前記マイクロ波を共振させ、前記減圧部に前記共振させたマイクロ波を放射する共振部と、を備え、前記減圧部により、前記液体と、前記共振部と、が離隔されたことを特徴とする液中プラズマ発生装置が提供される。
【０００７】
また、他の実施形態によれば、上記の液中プラズマ発生装置と、前記液中プラズマ発生装置でプラズマ処理された液体により処理される被処理物を載置する載置部と、を備えたことを特徴とする液中プラズマ処理装置が提供される。
【０００８】
また、他の実施形態によれば、液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させる工程と、マイクロ波を発生させる工程と、共振器を用いて前記マイクロ波を共振させる工程と、前記気泡が発生した領域に前記共振させたマイクロ波を放射する工程と、を備え、前記マイクロ波を放射する工程において、前記共振器と、前記液体と、を誘電体により離隔したことを特徴とする液中プラズマ発生方法が提供される。
【０００９】
また、他の実施形態によれば、上記の液中プラズマ発生方法により液体をプラズマ処理する工程を備えたことを特徴とする液中プラズマ処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、液体の金属汚染を抑制することができる液中プラズマ発生装置、液中プラズマ処理装置、液中プラズマ発生方法、および液中プラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図３】第３の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図４】第４の実施形態に係る液中プラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図５】蛇行形状を有する減圧部を例示するための模式図である。
【図６】蛇行形状を有する減圧部を共振部に設けた状態を例示するための模式図である。
【図７】強電界発生部の内部空間内を蛇行するような減圧部を共振部に設けた状態を例示するための模式図である。なお、（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ方向矢視断面図である。
【図８】螺旋形状を有する減圧部を例示するための模式図である。
【図９】強電界発生部の内部空間内に螺旋形状を有する減圧部を設けた場合を例示するための模式図である。なお、（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ方向矢視断面図である。
【図１０】蛇行形状を有する減圧部を共振部に設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた状態を例示するための模式図である。
【図１１】強電界発生部の内部空間内を蛇行するような減圧部を共振部に設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた状態を例示するための模式図である。なお、（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ方向矢視断面図である。
【図１２】強電界発生部の内部空間内に螺旋形状を有する減圧部を設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた場合を例示するための模式図である。なお、（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ方向矢視断面図である。
【図１３】第６の実施形態に係る液中プラズマ発生装置を例示するための模式図である。
【図１４】導入制御部が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。なお、（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は強電界発生領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図１５】導入制御部が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。なお、（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は強電界発生領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
なお、図１は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを処理する液中プラズマ処理装置１００を例示するものである。
図１に示すように、液中プラズマ処理装置１００には、液中プラズマ発生装置１と処理部１０とが設けられている。
【００１３】
液中プラズマ発生装置１には、共振部２、導波部３、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部５、液体供給部６、配管７、配管８が設けられている。
共振部２は、マイクロ波Ｍを共振させ、後述する減圧部５に共振させたマイクロ波Ｍを放射する。
共振部２には、環状部２ａ、強電界発生部２ｂが設けられている。
環状部２ａは、中空の環状を呈し、外周面側には導波部３が設けられている。環状部２ａの内部空間と導波部３の内部空間とが連通され、導波部３を介して環状部２ａにマイクロ波Ｍが導入されるようになっている。
【００１４】
強電界発生部２ｂは、環状部２ａの内周面側に設けられた互いに平行な一対の板状体を有している。強電界発生部２ｂの一対の板状体間に形成される内部空間と環状部２ａの内部空間とが連通され、環状部２ａの内部空間から強電界発生部２ｂの内部空間にマイクロ波Ｍが導入されるようになっている。
また、強電界発生部２ｂの一対の板状体間をプラズマ処理部５の減圧部５ｂが貫通している。
ここで、一対の板状体同士の間の寸法は、環状部２ａの軸方向の内部空間の寸法よりも短くなっており、電界強度を強くすることができる。また、環状部２ａの内部空間から強電界発生部２ｂの内部空間に導入されたマイクロ波Ｍを共振させることができるので、さらに電界強度を強くすることができる。この場合、強電界発生部２ｂの内部空間が強電界発生領域となる。なお、強電界発生部２ｂは、マイクロ波Ｍを共振させることで、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を生じさせる。また、強電界発生部２ｂによれば、磁場強度を強くすることもできる。そのため、強い電界強度と強い磁場強度とを有するマイクロ波Ｍを気泡Ｂを含んだ液体Ｌに導入することができる。
【００１５】
導波部３は、管状（例えば、角管状）を呈し、その一端は環状部２ａの外周面側に設けられ、その他端はマイクロ波発生部４に設けられている。導波部３は、マイクロ波発生部４において発生させたマイクロ波Ｍを環状部２ａの内部空間に向けて導波する。
環状部２ａ、強電界発生部２ｂ、導波部３は、例えば、アルミニウム合金や銅合金などから形成されるものとすることができる。
【００１６】
マイクロ波発生部４は、所定の周波数を有するマイクロ波Ｍを発生させ、導波部３の内部空間に向けて放射する。
発生させるマイクロ波Ｍの周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚとすることができる。
【００１７】
プラズマ処理部５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ、流出部５ｃが設けられている。
流入部５ａは、管状を呈し、配管７を介して液体供給部６から供給された液体Ｌを減圧部５ｂに流入させる。
流出部５ｃは、管状を呈し、減圧部５ｂにおいてプラズマ処理された液体Ｌを配管８に向けて流出させる。
【００１８】
減圧部５ｂは、液体Ｌの流速を上昇させることで液体Ｌの圧力を減圧させて溶存している気体の気泡Ｂを発生させる、もしくは、気泡Ｂを発生させやすくする。また、減圧部５ｂにおいては、後述するマイクロ波Ｍによる加熱により液体Ｌを沸騰させて気泡Ｂを発生させる。
減圧部５ｂの内部空間の液体Ｌの流れ方向と垂直な方向における断面積は、流入部５ａの内部空間の液体Ｌの流れ方向と垂直な方向における断面積よりも小さくなっている。そのため、流入部５ａから減圧部５ｂに流入した液体Ｌの流速を上昇させることができるので、減圧部５ｂにおける液体Ｌの圧力を減圧することができる。その結果、減圧部５ｂにおいて液体Ｌ中に気泡Ｂを発生させることができ、気泡Ｂを含んだ液体Ｌに強い電界強度を有するマイクロ波Ｍを導入することができる。そして、減圧部５ｂの内部において、気泡Ｂと導入されたマイクロ波Ｍとによりプラズマが発生する領域Ｐが形成されることになる。
また、減圧部５ｂにおいては、気泡Ｂを発生させるまでに至らなくても、減圧することによって気泡Ｂを発生させやすくするだけでもよい。気泡Ｂを発生させやすくされた液体Ｌは、導入されたマイクロ波Ｍの加熱によって、沸騰現象を起こし、気泡Ｂを容易に発生させることができる。
【００１９】
流入部５ａ、減圧部５ｂ、流出部５ｃは、例えば、円管状を呈し、石英などの誘電体から形成されたものとすることができる。
【００２０】
ここで、高電圧が印加される金属電極間においてプラズマ処理を行う場合には、金属電極を液体Ｌ中に設ける必要がある。そのため、金属電極などが液体Ｌに触れることで腐食したり、金属電極などが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりするおそれがある。
【００２１】
これに対し、本実施の形態によれば、減圧部５ｂの外側から内側にマイクロ波Ｍを導入することができる。すなわち、減圧部５ｂにより液体Ｌと共振部２の強電界発生部２ｂとを離隔させることができるので、強電界発生部２ｂが液体Ｌに触れることで腐食したり、強電界発生部２ｂが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。また、後述する微細体が絶縁体であったとしてもプラズマ処理による微細体の生成が可能となる。
【００２２】
液体供給部６は、配管７を介して流入部５ａに液体Ｌを供給する。液体供給部６は、例えば、図示しないタンクや送液ポンプなどを備えたものとすることができる。なお、液体供給部６による送液は、例えば、高低差を利用したものであってもよいし、送液ポンプなどにより圧送されるものであってもよい。
【００２３】
また、液体供給部６には図示しない流量制御弁などを適宜設けるようにすることができる。液体供給部６に図示しない流量制御弁などを設けて減圧部５ｂにおける液体Ｌの流速（圧力）を制御するようにすれば、気泡Ｂの発生量を制御することができる。また、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などを行うこともできる。この場合、後述する吐出部１４に図示しない流量制御弁などを設けるようにすれば、プラズマ処理により生成されたプラズマ生成物が失活してしまうおそれがある。そのため、プラズマ生成物の失活を抑制するという観点からは、液体供給部６に図示しない流量制御弁などを設けるようにすることが好ましい。
【００２４】
また、液体供給部６には、液体Ｌ中に気体を導入して液体Ｌ中に溶存する気体の量を増加させる図示しない気体導入装置などを設けるようにしてもよい。
また、流入部５ａの上流側に液体Ｌに超音波を照射する図示しない超音波発生装置などを設け、超音波発生装置により発生させた気泡を併せて用いるようにしてもよい。
図示しない気体導入装置や超音波発生装置などを設けるようにすれば、プラズマ処理を行う際の気泡量を増加させることができる。
【００２５】
液体Ｌは、特に限定されるわけではなく気体を溶存させることができるものであってもよい。この場合、液体Ｌは、気体を溶解する能力、比重や比熱などの物理的な性質、被処理物Ｗなどに対する化学的な性質、後述するプラズマ処理により生成される微細体などを考慮して適宜選択することができる。
液体Ｌとしては、例えば、水などの無機溶剤、アルコールなどの有機溶剤、無機溶剤と有機溶剤との混合液などを例示することができる。
また、液体Ｌには、気体以外の物質を含ませるようにすることもできる。
また、液体Ｌには気体が溶存していなくてもよく、液体Ｌのみで構成されていてもよい。その場合、液体Ｌを減圧により沸騰させる、もしくは加熱により沸騰させることによって液体Ｌ自体が気化して気体となり、液体Ｌ中にその気体を内包した気泡Ｂを発生させることができる。
【００２６】
配管７は、液体供給部６と流入部５ａとの間に設けられ、液体供給部６から流入部５ａに向けて液体Ｌを流通させる。
配管８は、流出部５ｃと処理部１０の吐出部１４との間に設けられ、流出部５ｃから吐出部１４に向けてプラズマ処理された液体Ｌを流通させる。
配管７、配管８の材料は特に限定されないが、少なくとも配管８の材料は後述するプラズマ生成物が失活し難い材料とすることが好ましい。配管８の材料は、例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などとすることができる。
なお、配管７、配管８は必ずしも設ける必要はなく、プラズマ処理部５、液体供給部６、処理部１０などの配置に応じて適宜設けるようにすることができる。
【００２７】
処理部１０には、処理容器１２、載置部１３、吐出部１４、遮蔽部１５が設けられている。
処理容器１２は、プラズマ処理された液体Ｌに対する耐性の高い有機材料などから形成されるようにすることができる。処理容器１２は、例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などから形成されるようにすることができる。また、処理容器１２は、液体Ｌなどが外部に漏れないように気密構造とすることができる。
【００２８】
処理容器１２の側壁には、被処理物Ｗ（例えば、ウェーハやガラス基板など）の搬入搬出を行うための開口部１２ａが設けられ、開口部１２ａを気密に開閉可能な開閉扉１２ｂが設けられている。開閉扉１２ｂは、開閉機構１２ｃにより開閉動作するようになっている。また、開口部１２ａを閉鎖する場合には、開閉扉１２ｂに設けられたシール部１２ｄを処理容器１２の側壁面に押し付けることで開口部１２ａを気密に閉鎖できるようになっている。
また、処理容器１２の底部には、処理容器１２内の排気および使用済みの液体Ｌなどを排出させるための排出口１２ｅが設けられている。排出口１２ｅには、排出された排気および使用済みの液体Ｌなどを処理する図示しない処理装置などを接続することができる。
【００２９】
処理容器１２の内部には、載置部１３が設けられている。
被処理物Ｗを載置、保持して回転させる載置部１３には、載置台２２、駆動部２３が設けられている。
載置台２２は円板状を呈し、一方の主面が被処理物Ｗを載置する載置面２２ａとなっている。また、載置台２２にはバキュームチャックなどの図示しない保持部が設けられており、載置された被処理物Ｗを保持することができるようになっている。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部を設けて、被処理物Ｗの周端を支持することで載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持されるようにしてもよい。
【００３０】
載置台２２の他方の主面の中心には回転軸２２ｂが設けられている。回転軸２２ｂは駆動部２３と接続され、載置面２２ａに保持された被処理物Ｗを回転軸２２ｂ周りに回転させることができるようになっている。また、回転軸２２ｂが処理容器１２の底部を挿通する部分にはシール部２６が設けられており、使用済みの液体Ｌなどが処理容器１２外に漏れ出ないようになっている。
駆動部２３は、例えば、サーボモータなどの制御モータなどから構成され、載置台２２を回転軸２２ｂ周りに回転させるとともに、回転数、起動、停止などの制御ができるようになっている。
【００３１】
吐出部１４の一端に設けられた吐出口１４ａは被処理物Ｗの処理面Ｗａに向けて設けられ、吐出部１４の他端には配管８が接続されている。吐出部１４は、載置台２２の載置面２２ａに保持された被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌを供給する。また、載置面２２ａに対する吐出口１４ａの位置（プラズマ処理された液体Ｌの供給位置）を変化させる図示しない移動部を適宜設けるようにすることができる。
【００３２】
吐出部１４の少なくとも液体Ｌと接触する部分は、プラズマ処理された液体Ｌに対する耐性が高く、且つ、プラズマ生成物が失活し難い材料から形成されるようにすることが好ましい。そのような材料としては、例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などを例示することができる。
なお、被処理物Ｗに対する液体Ｌの供給位置は図１に例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００３３】
遮蔽部１５には、カップ体２４、駆動部２５が設けられている。
カップ体２４は、載置台２２の外周方向を覆うように設けられている。
カップ体２４には、基部２４ａ、カバー２４ｂ、昇降軸２４ｃが設けられている。
基部２４ａは、円管状を呈し、上面および下面が開口されている。
カバー２４ｂは、基部２４ａの上端に設けられている。カバー２４ｂは傾斜面となっており、その上端が基部２４ａの中心に近づく方向に傾斜している。この様な形態を有するカバー２４ｂとすることで、被処理物Ｗの処理面Ｗａに供給された液体Ｌがカバー２４ｂの上面から飛散することを抑制することができる。また、カバー２４ｂの上面は開口されており、カバー２４ｂの開口が被処理物Ｗよりも大きくなっている。
【００３４】
基部２４ａの下端には昇降軸２４ｃの一端が接続され、昇降軸２４ｃの他端は駆動部２５に接続されている。また、昇降軸２４ｃが処理容器１２の底部を挿通する部分にはシール部２７が設けられており、使用済みの液体Ｌなどが処理容器１２の外部に漏れ出ないようになっている。
駆動部２５は、例えば、サーボモータなどの制御モータや空圧シリンダーなどから構成され、昇降軸２４ｃを介して基部２４ａ、カバー２４ｂを昇降させることができるようになっている。この場合、被処理物Ｗの処理面Ｗａに供給された液体Ｌがカバー２４ｂの上面から飛散するのを抑制することができる位置を上昇端とし、載置台２２への被処理物Ｗの載置が容易となる位置を下降端とすることができる。なお、上昇端、下降端の位置は、図示しない検出器によりカップ体２４の昇降位置を検出することで制御することができる。
【００３５】
なお、処理容器１２に設けられた要素、回転軸２２ｂ、駆動部２３、遮蔽部１５に設けられた要素などは必ずしも必要ではなく、必要に応じて適宜設けるようにすることができる。
【００３６】
次に、液中プラズマ処理装置１００の作用について例示する。
まず、液中プラズマ発生装置１の作用について例示する。
液体供給部６から配管７を介してプラズマ処理部５の流入部５ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部５ａから減圧部５ｂに液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌ自体が気化した気体や液体Ｌに溶存していた気体を内包する気泡Ｂが発生する。
または、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じやすくなり、後述する加熱による気泡Ｂを発生させやすくすることができる。
【００３７】
一方、マイクロ波発生部４から導波部３を介して共振部２の環状部２ａにマイクロ波Ｍが導入される。環状部２ａに導入されたマイクロ波Ｍは、強電界発生部２ｂにおいて共振されるので強い電界強度を有するマイクロ波Ｍとなる。
共振部２において電界強度が強められたマイクロ波Ｍは、石英などの誘電体から形成された減圧部５ｂの内部に導入される。
ここで、気泡Ｂが減圧部５ｂにおいて未だ発生していなくても、マイクロ波Ｍが減圧部５ｂに導入されることで、減圧部５ｂにおける液体Ｌが加熱されて沸騰現象が生じ、液体Ｌ中に気泡Ｂが発生する。
そして、単に液体中にマイクロ波Ｍを導入してもプラズマを発生させることはできないが、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので気泡Ｂ中においてプラズマを発生させることができる。この場合、減圧部５ｂの圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【００３８】
そして、発生したプラズマによりプラズマ処理が行われる。
例えば、気泡Ｂ中に含まれる蒸気や気体、あるいは気泡Ｂと液体Ｌとの界面にある液体Ｌや液体Ｌに含まれている物質などがプラズマによって励起、活性化されて中性活性種、イオンや電子などの荷電粒子などのプラズマ生成物が生成される。
また、減圧部５ｂの内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。すなわち、減圧部５ｂの内部に設けられた物質をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することができる。なお、所望の材料から形成された減圧部５ｂ自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。例えば、液体Ｌに含まれている有機物の炭素からカーボンナノファイバーなどの炭素系の微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【００３９】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、流出部５ｃ、配管８を介して吐出部１４に供給される。
【００４０】
次に、処理部１０の作用について例示する。
まず、駆動部２５により、基部２４ａ、カバー２４ｂが下降端まで下降する。
次に、開閉機構１２ｃにより開閉扉１２ｂが開けられ、開口部１２ａを介して図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが処理容器１２の内部に搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、バキュームチャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
被処理物Ｗが保持されることで、載置台２２が回転した際に被処理物Ｗの位置がずれることを抑制することができる。
【００４１】
次に、開閉機構１２ｃにより開閉扉１２ｂを閉め、駆動部２５により、基部２４ａ、カバー２４ｂを上昇端まで上昇させる。
次に、駆動部２３により回転軸２２ｂを回転させることで、載置面２２ａに保持された被処理物Ｗを所定の回転数で回転させる。
なお、一例として、回転させた被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌを供給する場合を例示するが、プラズマ処理された液体Ｌが処理面Ｗａに供給された被処理物Ｗを回転させることもできる。
【００４２】
次に、吐出部１４の吐出口１４ａから被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌが供給される。この場合、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などは液体供給部６に設けられた図示しない流量制御弁などにより行うことができる。
処理面Ｗａに供給されたプラズマ処理された液体Ｌは、被処理物Ｗを回転させることで処理面Ｗａの全域に行きわたり所望の処理が行われる。
例えば、プラズマ生成物を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに付着している有機物などを除去するようにすることができる。
また、例えば、微細体を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに微細体を付着させるようにすることができる。
【００４３】
使用済みの液体Ｌは遠心力により被処理物Ｗの径外方向に排出される。被処理物Ｗの径外方向に排出された使用済みの液体Ｌは、カップ体２４の基部２４ａ、カバー２４ｂにより飛散が抑制され、処理容器１２の底部に集められる。処理容器１２の底部に集められた使用済みの液体Ｌは、排出口１２ｅから排出される。
【００４４】
処理面Ｗａに残留した液体Ｌは、いわゆるスピン乾燥を行うことで蒸散させることができる。
なお、図示しない吐出部からリンス液や有機溶媒を処理面Ｗａにさらに供給することもできる。この場合、有機溶媒と処理面Ｗａに残留している液体Ｌとを置換したり、より蒸散させやすい混合液を形成させたりすることで、ウォータマークなどが抑制された乾燥を行うこともできる。
【００４５】
次に、被処理物Ｗの回転を止め、駆動部２５により、基部２４ａ、カバー２４ｂを下降端まで下降させる。そして、開閉機構１２ｃにより開閉扉１２ｂを開け、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００４６】
本実施の形態によれば、高電圧が印加される金属電極を液体Ｌ中に設けたり、する必要がない。すなわち、減圧部５ｂにより液体Ｌと強電界発生部２ｂとを離隔させることができるので、液体Ｌの金属汚染を抑制することができる。例えば、強電界発生部２ｂが液体Ｌに触れることで腐食したり、強電界発生部２ｂが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。そのため、例えば、プラズマ処理された液体Ｌを半導体装置などの電子デバイスの洗浄などに用いる場合であっても金属汚染などの発生を抑制することができる。
また、被処理物Ｗの処理面Ｗａに微細体を付着させる場合には、金属不純物の混入を抑制することができる。
また、強い電界強度と強い磁場強度とを有するマイクロ波Ｍを気泡Ｂを含んだ液体Ｌに導入することができる。そのため、低パワーでもプラズマの放電着火、プラズマの維持がしやすくなり、プラズマ処理の効率を向上させることができる。
【００４７】
[第２の実施形態]
図２は、第２の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
なお、図２は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを処理する液中プラズマ処理装置１００ａを例示するものである。
図２に示すように、液中プラズマ処理装置１００ａには、液中プラズマ発生装置１ａと処理部１０ａとが設けられている。
【００４８】
液中プラズマ発生装置１ａには、共振部３２、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部５、液体供給部６、配管７、配管８が設けられている。
共振部３２には、導波部３２ａ、整合器３２ｂ、定在波形成部３２ｃが設けられている。
導波部３２ａは、管状（例えば、角管状）を呈し、その一端はマイクロ波発生部４に設けられている。導波部３２ａは、マイクロ波発生部４において発生させたマイクロ波Ｍを導波する。
導波部３２ａは、例えば、アルミニウム合金や銅合金などから形成されるものとすることができる。
【００４９】
導波部３２ａには、導波部３２ａの軸方向に直交する方向にプラズマ処理部５の減圧部５ｂが貫通している。なお、減圧部５ｂは必ずしも導波部３２ａを貫通している必要はなく、導波部３２ａにスロットを設けこのスロットに面する位置に減圧部５ｂを設けるようにすることもできる。
整合器３２ｂは、プラズマ処理部５とマイクロ波発生部４との間に設けられ、マイクロ波Ｍのインピーダンスマッチングを行う。整合器３２ｂは、例えば、スタブチューナなどとすることができる。
【００５０】
定在波形成部３２ｃには、導波部３２ａの終端側の内部に設けられた可動板３２ｃ１と、可動板３２ｃ１の位置を導波部３２ａの軸方向に変化させる移動部３２ｃ２とが設けられている。可動板３２ｃ１は、導波部３２ａの内部空間を導波されてきたマイクロ波Ｍを反射させることで共振させるとともに定在波を形成させる。また、可動板３２ｃ１の位置を導波部３２ａの軸方向に変化させることで定在波の最大電界強度位置を変化させる。この場合、移動部３２ｃ２は、可動板３２ｃ１の位置を変化させることで導波部３２ａの内部に形成された定在波の最大電界強度位置が、マイクロ波Ｍを放射する位置となるようにする。すなわち、移動部３２ｃ２は、可動板３２ｃ１の位置を変化させることで減圧部５ｂの位置が定在波の最大電界強度位置となるようにする。なお、最大電界強度位置において発生する電界強度は、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えるものとなっている。
なお、導波部３２ａの内部に形成された定在波の最大電界強度位置が、マイクロ波を放射する位置となるように、定在波形成部３２ｃを予め調整すれば、移動部３２ｃ２は設けなくてもよく、可動板３２ｃ１は調整後には位置を固定するようにしてもよい。導波部３２ａの内部に形成された定在波の最大電界強度位置がマイクロ波を放射する位置となるように、可動板３２ｃ１の位置を予め設計するようにすれば、可動板３２ｃ１は移動するものではなく共振部３２に固定されたものであってもよい。
【００５１】
この様に、導波部３２ａ内部における減圧部５ｂの近傍が強電界発生領域となる。そのため、強電界発生領域における異常放電を抑制するために、強電界発生領域の減圧部５ｂ以外の部分には、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した図示しない絶縁部を設けるようにすることもできる。
また、処理部１０ａには、吐出部１４、載置台２２が設けられている。
【００５２】
次に、液中プラズマ処理装置１００ａの作用について図２を参照して例示する。
まず、液中プラズマ発生装置１ａの作用について例示する。
液体供給部６から配管７を介してプラズマ処理部５の流入部５ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部５ａから減圧部５ｂに液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌに溶存していた気体、もしくは液体Ｌ自体が気化した気体を内包する気泡Ｂが発生する。
【００５３】
一方、マイクロ波発生部４から導波部３２ａの内部空間にマイクロ波Ｍが放射される。導波部３２ａの内部空間に放射されたマイクロ波Ｍは、整合器３２ｂによりインピーダンスマッチングが行われるとともに、定在波形成部３２ｃにより共振されるとともに定在波が形成される。この際、減圧部５ｂの位置が定在波の最大電界強度位置となるように可動板３２ｃ１の位置が移動部３２ｃ２により制御される。
【００５４】
定在波形成部３２ｃにより電界強度が強められたマイクロ波Ｍは、石英などの誘電体から形成された減圧部５ｂの内部に導入される。ここで、単に液体中にマイクロ波Ｍを導入してもプラズマを発生させることはできないが、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので気泡Ｂ中においてプラズマを発生させることができる。この場合、減圧部５ｂの圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【００５５】
そして、前述したものと同様に、発生したプラズマによりプラズマ生成物が生成される。
また、減圧部５ｂの内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、減圧部５ｂを所望の材料で形成し、減圧部５ｂ自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【００５６】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、流出部５ｃ、配管８を介して吐出部１４に供給される。
【００５７】
次に、処理部１０ａの作用について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、バキュームチャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【００５８】
次に、吐出部１４の吐出口１４ａから被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌが供給される。この場合、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などは液体供給部６に設けられた図示しない流量制御弁などにより行うことができる。
処理面Ｗａに供給されたプラズマ処理された液体Ｌは、処理面Ｗａの全域に行きわたり所望の処理が行われる。
例えば、プラズマ生成物を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに付着している有機物などを除去するようにすることができる。
また、例えば、微細体を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに微細体を付着させるようにすることができる。
使用済みの液体Ｌは被処理物Ｗの径外方向に排出される。被処理物Ｗの径外方向に排出された使用済みの液体Ｌは、図示しない回収部により回収される。
【００５９】
なお、図示しない吐出部からリンス液や有機溶媒を処理面Ｗａにさらに供給することもできる。この場合、有機溶媒と処理面Ｗａに残留している液体Ｌとを置換したり、より蒸散させやすい混合液を形成させたりすることで、ウォータマークなどが抑制された乾燥を行うこともできる。
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００６０】
本実施の形態によれば、高電圧が印加される金属電極を液体Ｌ中に設けたり、マイクロ波Ｍの導入部を液体Ｌ中や液面の近傍に設けたりする必要がない。すなわち、減圧部５ｂにより液体Ｌと定在波形成部３２ｃとを離隔させることができるので、液体Ｌの金属汚染を抑制することができる。例えば、導波部３２ａなどが液体Ｌに触れることで腐食したり、導波部３２ａなどが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。
そのため、例えば、プラズマ処理された液体Ｌを半導体装置などの電子デバイスの洗浄などに用いる場合であっても金属汚染などの発生を抑制することができる。
また、被処理物Ｗの処理面Ｗａに微細体を付着させる場合には、不純物の混入を抑制することができる。
また、強い電界強度と強い磁場強度とを有するマイクロ波Ｍを気泡Ｂを含んだ液体Ｌに導入することができる。そのため、プラズマ処理の効率を向上させることができる。
【００６１】
[第３の実施形態]
図３は、第３の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
なお、図３は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを処理する液中プラズマ処理装置１００ｂを例示するものである。
図３に示すように、液中プラズマ処理装置１００ｂには、液中プラズマ発生装置１ｂと処理部としての載置台２２とが設けられている。
【００６２】
液中プラズマ発生装置１ｂには、共振部としての強電界発生部４２ａ、導波部４３、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部３５、液体供給部６、配管７が設けられている。
なお、図３中のＥは、発生する電界を表している。
強電界発生部４２ａは、筒状（例えば、円筒状）を呈し、軸方向の端面が塞がれている。また、強電界発生部４２ａの中央部分にはプラズマ処理部３５が貫通するようにして設けられている。強電界発生部４２ａのプラズマ処理部３５が貫通している部分には、マイクロ波Ｍを遮蔽する遮蔽部４２ａ１が設けられている。減圧部５ｂの流出側先端近傍には遮蔽部４２ａ１が設けられておらず、この部分がマイクロ波Ｍを放射する放射部４２ａ２となる。強電界発生部４２ａにおいて共振されたマイクロ波Ｍは、放射部４２ａ２を介して減圧部５ｂに向けて放射される。
【００６３】
また、強電界発生部４２ａの軸方向の寸法Ｈは、マイクロ波Ｍの波長の約１／２とされている。この寸法Ｈは、マイクロ波Ｍの共振を起こさせることができるように、調整により決定されるものである。そのため、内部導体４３ｃのアンテナとして機能する部分４３ｃ１から強電界発生部４２ａの内部空間に放射されたマイクロ波Ｍを共振させることができる。なお、強電界発生部４２ａにおいて発生する電界強度は、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えるものとなっている。
【００６４】
導波部４３には、外部導体４３ａ、誘電体部４３ｂ、内部導体４３ｃが設けられている。
外部導体４３ａは、一端が強電界発生部４２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。
誘電体部４３ｂは、外部導体４３ａの内部に設けられ、外部導体４３ａと内部導体４３ｃとを絶縁する。
【００６５】
内部導体４３ｃは、一端が強電界発生部４２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。また、強電界発生部４２ａの内部において誘電体部４３ｂから内部導体４３ｃが突出している部分４３ｃ１がアンテナとして機能する。
【００６６】
プラズマ処理部３５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ、吐出口５ｃが設けられている。
減圧部５ｂの流出側先端部分は流路断面積が漸減するようになっており、流出側先端が吐出口５ｃとなっている。
また、減圧部５ｂの流出側先端近傍、すなわち、放射部４２ａ２が設けられている部分の近傍は強電界発生領域となるので、強電界発生領域の減圧部５ｂ以外の部分には、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部３６を設けるようにすることができる。絶縁部３６を設けるようにすれば、強電界発生領域における異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
【００６７】
次に、液中プラズマ処理装置１００ｂの作用について例示する。
まず、液中プラズマ発生装置１ｂの作用について例示する。
液体供給部６から配管７を介してプラズマ処理部３５の流入部５ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部５ａから減圧部５ｂに液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌに溶存していた気体、もしくは液体Ｌ自体が気化した気体を内包する気泡Ｂが発生する。
【００６８】
一方、マイクロ波発生部４から導波部４３の内部導体４３ｃにマイクロ波Ｍが放射される。内部導体４３ｃに放射されたマイクロ波Ｍは、内部導体４３ｃのアンテナとして機能する部分４３ｃ１から強電界発生部４２ａの内部空間に放射される。強電界発生部４２ａの内部空間に放射されたマイクロ波Ｍは、強電界発生部４２ａにおいて共振されるので強い電界強度を有するマイクロ波Ｍとなる。
【００６９】
強電界発生部４２ａにおいて電界強度が強められたマイクロ波Ｍは、放射部４２ａ２を介して石英などの誘電体から形成された減圧部５ｂの内部に導入される。ここで、単に液体中にマイクロ波Ｍを導入してもプラズマを発生させることはできないが、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので気泡Ｂ中においてプラズマを発生させることができる。この場合、減圧部５ｂの圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【００７０】
そして、前述したものと同様に、発生したプラズマによりプラズマ生成物が生成される。
また、減圧部５ｂの内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、減圧部５ｂを所望の材料で形成し、減圧部５ｂ自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
【００７１】
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【００７２】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、吐出口５ｃから被処理物Ｗの処理面Ｗａに向けて吐出される。
【００７３】
次に、載置台２２における処理について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、バキュームチャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【００７４】
次に、プラズマ処理部３５の吐出口５ｃから被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌが供給される。この場合、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などは液体供給部６に設けられた図示しない流量制御弁などにより行うことができる。
処理面Ｗａに供給されたプラズマ処理された液体Ｌは、処理面Ｗａの全域に行きわたり所望の処理が行われる。
例えば、プラズマ生成物を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに付着している有機物などを除去するようにすることができる。
また、例えば、微細体を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに微細体を付着させるようにすることができる。
また、例えば、被処理物Ｗの表面改質を行うこともできる。
使用済みの液体Ｌは被処理物Ｗの径外方向に排出される。被処理物Ｗの径外方向に排出された使用済みの液体Ｌは、図示しない回収部により回収される。
【００７５】
なお、図示しない吐出部からリンス液や有機溶媒を処理面Ｗａにさらに供給することもできる。この場合、有機溶媒と処理面Ｗａに残留している液体Ｌとを置換したり、より蒸散させやすい混合液を形成させたりすることで、ウォータマークなどが抑制された乾燥を行うこともできる。
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００７６】
本実施の形態によれば、高電圧が印加される金属電極を液体Ｌ中に設けたり、マイクロ波Ｍの導入部を液体Ｌ中や液面の近傍に設けたりする必要がない。すなわち、減圧部５ｂにより液体Ｌと強電界発生部４２ａとを離隔させることができるので、液体Ｌの金属汚染を抑制することができる。例えば、強電界発生部４２ａが液体Ｌに触れることで腐食したり、強電界発生部４２ａが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。
そのため、例えば、プラズマ処理された液体Ｌを半導体装置などの電子デバイスの洗浄などに用いる場合であっても金属汚染などの発生を抑制することができる。
また、被処理物Ｗの処理面Ｗａに微細体を付着させる場合には、不純物の混入を抑制することができる。
また、強い電界強度と強い磁場強度とを有するマイクロ波Ｍを気泡Ｂを含んだ液体Ｌに導入することができる。そのため、プラズマ処理の効率を向上させることができる。
また、強電界発生領域の減圧部５ｂ以外の部分には、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部３６が設けられているので、強電界発生領域における異常放電を抑制することができる。
また、プラズマ処理された液体Ｌを、プラズマ処理の直後に吐出口５ｃから吐出させて被処理物Ｗの処理面Ｗａにそのまま供給することができる。そのため、プラズマ処理により生成されたプラズマ生成物が失活する前に処理面Ｗａに供給することができるようになる。
吐出口５ｃと被処理物Ｗの処理面Ｗａとの距離は、機械的な制限を受けなければ、可能な限り接近させた方がよい。
また、被処理物Ｗを吐出口５ｃに対し一方方向に相対移動させながら、液体Ｌを被処理物Ｗの処理面Ｗａに供給し、処理を行うようにしてもよい。
【００７７】
なお、図１〜図３において例示をした処理は、被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌを供給するものであるがこれに限定されるわけではない。
例えば、プラズマ処理された液体Ｌを収納した槽に被処理物Ｗを浸漬させるようにしたものとすることもできる。また、被処理物Ｗを１つずつ処理する枚葉式とすることもできるし、複数の被処理物Ｗを同時に処理するバッチ式とすることもできる。
【００７８】
[第４の実施形態]
図４は、第４の実施形態に係る液中プラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
液中プラズマ発生装置１ｃには、共振部２、導波部３、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部５、液体供給部６、配管７、配管８、絶縁部３６ａが設けられている。
液中プラズマ発生装置１ｃと、前述した液中プラズマ発生装置１とでは、絶縁部３６ａが設けられていることが異なる。
前述したように、強電界発生部２ｂの内部空間は強電界発生領域となる。そのため、絶縁部３６ａは、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間を埋めるようにして設けられている。
【００７９】
絶縁部３６ａは、発生した気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有したものとすることができる。そのため、強電界発生領域における異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。 本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置１ｃによれば、図１において例示をした液中プラズマ発生装置１と同様の効果を奏することができる。
またさらに、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間における異常放電を抑制することができる。
【００８０】
[第５の実施形態]
ここで、プラズマの発生においては、いわゆる着火がランダムな現象となる。そのため、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を発生させたとしても直ぐに着火するとは限らない。
この場合、強電界発生領域を大きくすれば、液体Ｌが強電界発生領域に滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
しかしながら、強電界発生領域を大きくすれば、共振部の大型化、必要となるマイクロ波エネルギーの増大などを招くことにもなる。
そのため、以下に例示をする液中プラズマ発生装置においては、強電界発生領域における液体Ｌの流路長が長くなるような減圧部の形状を有したものとされている。なお、プラズマ処理部以外の要素は、図１〜図４などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので、それらの例示は適宜省略する。
【００８１】
図５は、蛇行形状を有する減圧部を例示するための模式図である。
図５に示すように、プラズマ処理部４５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ１、流出部５ｃが設けられている。
減圧部５ｂ１は、蛇行形状を有し、強電界発生領域２００における液体Ｌの流路長が長くなるようにされている。
蛇行形状を有する減圧部５ｂ１とすれば、液体Ｌが強電界発生領域２００に滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８２】
図６は、蛇行形状を有する減圧部を共振部に設けた状態を例示するための模式図である。
図６は、強電界発生部２ｂの互いに平行な一対の板状体を複数回貫通するような減圧部５ｂ１ａを有したプラズマ処理部４５ａを例示するものである。
すなわち、プラズマ処理部４５ａには、流入部５ａ、減圧部５ｂ１ａ、流出部５ｃが設けられている。そして、蛇行形状を有する減圧部５ｂ１ａは、マイクロ波Ｍを共振させることで生じた強電界発生領域を複数回貫通するように設けられている。
このようなプラズマ処理部４５ａとすれば、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間を液体Ｌが複数回通過するようにすることができる。すなわち、強電界発生領域における液体Ｌの流路長をその分長くすることができる。そのため、液体Ｌが強電界発生領域に滞在する実質的な時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８３】
図７は、強電界発生部の内部空間内を蛇行するような減圧部を共振部に設けた状態を例示するための模式図である。なお、図７（ａ）は平断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ−Ａ方向矢視断面図である。
図７に示すように、プラズマ処理部４５ｂには、流入部５ａ、減圧部５ｂ１ｂ、流出部５ｃが設けられている。そして、蛇行形状を有する減圧部５ｂ１ｂは強電界発生部２ｂの内部空間内を蛇行するように設けられている。
このようなプラズマ処理部４５ｂとすれば、強電界発生領域２００ａである強電界発生部２ｂの内部空間内における液体Ｌの流路長を長くすることができる。そのため、液体Ｌが強電界発生領域２００ａに滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８４】
図８は、螺旋形状を有する減圧部を例示するための模式図である。
図８に示すように、プラズマ処理部５５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ２、流出部５ｃが設けられている。
減圧部５ｂ２は、螺旋形状を有し、強電界発生領域２００ｂにおける液体Ｌの流路長が長くなるようにされている。
螺旋形状を有する減圧部５ｂ２とすれば、液体Ｌが強電界発生領域２００ｂに滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８５】
図９は、強電界発生部の内部空間内に螺旋形状を有する減圧部を設けた場合を例示するための模式図である。なお、図９（ａ）は平断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＣ−Ｃ方向矢視断面図である。
図９に示すように、プラズマ処理部５５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ２、流出部５ｃが設けられている。そして、螺旋形状を有する減圧部５ｂ２は強電界発生部２ｂの内部空間内に設けられている。
このようなプラズマ処理部５５とすれば、強電界発生領域２００ｂである強電界発生部２ｂの内部空間内における液体Ｌの流路長を長くすることができる。そのため、液体Ｌが強電界発生領域２００ｂａに滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８６】
図１０は、蛇行形状を有する減圧部を共振部に設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた状態を例示するための模式図である。なお、図１０は、図６において例示をしたものに、さらに絶縁部３６ｂを設けた場合である。
図１１は、強電界発生部の内部空間内を蛇行するような減圧部を共振部に設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた状態を例示するための模式図である。なお、図１１（ａ）は平断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＤ−Ｄ方向矢視断面図である。また、図１１は、図７において例示をしたものに、さらに絶縁部３６ｃを設けた場合である。
図１２は、強電界発生部の内部空間内に螺旋形状を有する減圧部を設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた場合を例示するための模式図である。なお、図１２（ａ）は平断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）におけるＦ−Ｆ方向矢視断面図である。なお、図１２は、図９において例示をしたものに、さらに絶縁部３６ｄを設けた場合である。
【００８７】
前述したように、強電界発生部２ｂの内部空間は強電界発生領域となる。そのため、絶縁部３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間を埋めるようにして設けられている。
絶縁部３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、それぞれの減圧部以上の絶縁破壊電界強度を有したものとすることができる。そのため、強電界発生領域における異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
なお、図５〜図１２において例示をした液中プラズマ発生装置の基本的な作用は、図１において例示をした液中プラズマ発生装置１と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００８８】
本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置によれば、図１において例示をした液中プラズマ発生装置１と同様の効果を奏することができる。
またさらに、液体Ｌが強電界発生領域に滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
また、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間に減圧部以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部を設けるようにすれば、異常放電を抑制することができる。
【００８９】
[第６の実施形態]
ここで、強電界発生領域においてより強い電界強度を発生させることができれば、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
そのため、本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置においては、さらに強い電界強度を実効的に発生させることができるようになっている。
【００９０】
図１３は、第６の実施形態に係る液中プラズマ発生装置を例示するための模式図である。
図１３に示すように、液中プラズマ発生装置６１には、共振部６２、導波部６３、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部６５、液体供給部６、配管７、配管８、導入制御部６８、制御部６９が設けられている。なお、図１３中の矢印６３ａはマイクロ波Ｍの導波方向を表している。また、２００ｃは強電界発生領域を表している。
【００９１】
共振部６２には、強電界発生部６２ａ、放射部６２ｂが設けられている。
強電界発生部６２ａは、導入されたマイクロ波Ｍを共振させることで強い電界強度を発生させる。強電界発生部６２ａの構成は特に限定されるわけではなく、例えば、図１〜図３に例示をしたような各種の空胴共振器とすることができる。
放射部６２ｂは、例えば、スロットや孔などとすることができ、強電界発生部６２ａにおいて共振されたマイクロ波Ｍを減圧部５ｂ３に向けて放射する。
【００９２】
導波部６３は、マイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波Ｍを導波して強電界発生部６２ａに導入する。導波部６３の構成は特に限定されるわけではなく、例えば、図１、図２に例示をしたような導波管、図３に例示をしたような同軸ケーブルなどとすることができる。
【００９３】
プラズマ処理部６５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ３、流出部５ｃが設けられている。 減圧部５ｂ３は、遮蔽部６８ａを挟んで放射部６２ｂと対峙する位置に設けられている。減圧部５ｂ３は、液体Ｌの圧力を減圧して溶存していた気体、もしくは液体Ｌ自体が気化した気体を内包する気泡を発生させる。もしくは、気泡を発生しやすくする。減圧部５ｂ３の形状は特に限定されるわけではなく、例えば、図１〜図４に例示をしたような直線形状、図５〜図７、図１０、図１１に例示をしたような蛇行形状、図８、図９、図１２に例示をしたような螺旋形状、図示は省略するが任意の曲線からなる形状、任意の曲線と直線とからなる形状などとすることができる。
【００９４】
導入制御部６８は、共振部６２と減圧部５ｂ３との間に設けられ、マイクロ波Ｍの減圧部５ｂ３への導入を制御する。
導入制御部６８には、遮蔽部６８ａ、移動部６８ｂが設けられている。
遮蔽部６８ａは、放射部６２ｂからマイクロ波Ｍが放射されないように遮蔽する。遮蔽部６８ａは、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属から形成された板状体などとすることができる。
移動部６８ｂは、放射部６２ｂに対する遮蔽部６８ａの位置を変化させる。そして、放射部６２ｂを覆う位置に遮蔽部６８ａを移動させることでマイクロ波Ｍの放射を停止させ、放射部６２ｂが露出する位置に遮蔽部６８ａを移動させることでマイクロ波Ｍの放射を行わせる。移動部６８ｂは、瞬間的に遮蔽部６８ａを移動させることができるものとして、例えば、圧電素子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を駆動源に有するものなどとすることができる。
なお、導入制御部６８の一例として、スロットや孔などの放射部６２ｂを機械的に開閉する遮蔽部６８ａ、移動部６８ｂを例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、強電界発生部６２ａと減圧部５ｂ３との間にＰＩＮダイオードなどを備えた電気的な開閉を行う要素を設けるようにすることもできる。
【００９５】
制御部６９は、マイクロ波発生部４と導入制御部６８とを制御する。
制御部６９は、マイクロ波発生部４を制御することでマイクロ波Ｍ（例えば、パルス状のマイクロ波Ｍ）を発生させ、導入制御部６８を制御することで共振部６２からのマイクロ波Ｍの放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強める。なお、このことに関する詳細は後述する。
【００９６】
次に、導入制御部６８に関してさらに例示する。
図１４は、導入制御部６８が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。
なお、図１４（ａ）はマイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波Ｍのパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図１４（ｂ）は放射部６２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図１４（ｃ）は強電界発生部６２ａのＱ値(Quality factor)の時間変化を例示する模式グラフ図、図１４（ｄ）は強電界発生部６２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図１４（ｅ）は強電界発生領域２００ｃにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００９７】
導入制御部６８が設けられていない場合には、図１４（ｂ）に示すように放射部６２ｂの開口率は高い状態で一定となる。
この様な場合には、図１４（ｃ）に示すように強電界発生部６２ａのＱ値は低い状態で一定となる。すなわち、強電界発生部６２ａのエネルギー蓄積能力が低いまま一定となる。
そのため、図１４（ａ）に示すようなパルス状のマイクロ波Ｍがマイクロ波発生部４から放射されても強電界発生部６２ａに蓄積されるマイクロ波エネルギーは少ないものとなる。
【００９８】
その結果、図１４（ｄ）に示すように、強電界発生部６２ａにおける電界強度は、パルス状のマイクロ波Ｍが強電界発生部６２ａに導入されている間、わずかに高くなる程度となる。
そして、強電界発生部６２ａにおける電界強度が足りない場合があるため、図１４（ｅ）に示すように、強電界発生領域２００ｃにおける電界強度も、パルス状のマイクロ波Ｍが強電界発生部６２ａに導入されている間、わずかに高くなる程度となる。
【００９９】
図１５は、導入制御部６８が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。
なお、図１５（ａ）はマイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波Ｍのパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図１５（ｂ）は放射部６２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図１５（ｃ）は強電界発生部６２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図１５（ｄ）は強電界発生部６２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図１５（ｅ）は強電界発生領域２００ｃにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【０１００】
導入制御部６８が設けられている場合には、図１５（ｂ）に示すように放射部６２ｂに対する遮蔽部６８ａの位置により放射部６２ｂの開口率を変化させることができる。すなわち、放射部６２ｂを覆う方向に遮蔽部６８ａを移動させることで放射部６２ｂの開口率を低くすることができる。また、放射部６２ｂが露出する方向に遮蔽部６８ａを移動させることで放射部６２ｂの開口率を高くすることができる。
【０１０１】
この様な場合には、図１５（ｃ）に示すように強電界発生部６２ａのＱ値を放射部６２ｂの開口率に応じて変化させることができる。すなわち、遮蔽部６８ａにより放射部６２ｂが覆われることで放射部６２ｂの開口率が低くなれば強電界発生部６２ａのＱ値が高くなる。このことは、強電界発生部６２ａに多くのマイクロ波エネルギーを蓄積することができることを意味する。一方、遮蔽部６８ａを移動させて放射部６２ｂが露出するようにすれば、放射部６２ｂの開口率が高くなり強電界発生部６２ａのＱ値が低くなる。
【０１０２】
この場合、例えば、図１５（ａ）に示すようなパルス状のマイクロ波Ｍがマイクロ波発生部４から放射され、パルス状のマイクロ波Ｍが強電界発生部６２ａに導入されている際に、遮蔽部６８ａにより放射部６２ｂの開口率を変化させれば、強電界発生領域２００ｃにおける電界強度を瞬間的に極めて強いものとすることができる。
【０１０３】
すなわち、図１５（ｄ）に示すように、遮蔽部６８ａにより放射部６２ｂの開口率が低くされている間は、強電界発生部６２ａにおける電界強度が徐々に強くなり、放射部６２ｂの開口率が高くなると強電界発生部６２ａにおける電界強度が段階的に弱くなる。
そして、強電界発生部６２ａにおける電界強度が強いところから弱いところへと変化する時点において、図１５（ｅ）に示すように、強電界発生領域２００ｃにおける電界強度が瞬間的に極めて強いものとなる。
【０１０４】
そのため、制御部６９によりマイクロ波発生部４と移動部６８ｂとを制御して、マイクロ波Ｍの放射と遮蔽部６８ａの位置の変化との同期をとれば、強電界発生領域２００ｃにおいて極めて強い電界強度を繰り返し発生させることができる。すなわち、強電界発生部６２ａにマイクロ波エネルギーを貯めてこれを放出する際に極めて強い電界強度を瞬間的に発生させ、この極めて強い電界強度を繰り返し発生させるようにすることができる。
本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置６１によれば、さらに強い電界強度を実効的に発生させることができる。
【０１０５】
次に、液中プラズマ発生装置６１の作用について例示する。
液体供給部６から配管７を介してプラズマ処理部６５の流入部５ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部５ａから減圧部５ｂ３に液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌに溶存していた気体の気泡Ｂが発生する。
【０１０６】
一方、制御部６９によりマイクロ波発生部４を制御することで、マイクロ波Ｍ（例えば、パルス状のマイクロ波Ｍ）が導波部６３を介して強電界発生部６２ａに導入される。強電界発生部６２ａにおいては、共振によりマイクロ波Ｍの電界強度が強められる。
この際、制御部６９により移動部６８ｂを制御することで、強電界発生領域２００ｃにおいて極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、マイクロ波Ｍがマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波Ｍが強電界発生部６２ａに導入されている際に、遮蔽部６８ａにより放射部６２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を強電界発生領域２００ｃにおいて発生させる。そして、瞬間的に極めて強い電界強度の発生を繰り返すことで強い電界強度を実効的に発生させる。
【０１０７】
この様にして電界強度が強められたマイクロ波Ｍは、石英などの誘電体から形成された減圧部５ｂ３の内部に導入される。ここで、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので導入されたマイクロ波Ｍによりプラズマが発生する。この場合、減圧部５ｂ３の圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【０１０８】
そして、前述したものと同様に、発生したプラズマによりプラズマ生成物が生成される。
また、減圧部５ｂ３の内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、減圧部５ｂ３を所望の材料で形成し、減圧部５ｂ３自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
【０１０９】
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【０１１０】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、流出部５ｃ、配管８を介して図示しない処理部などに送られる。
【０１１１】
本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置６１によれば、図１において例示をした液中プラズマ発生装置１と同様の効果を奏することができる。
またさらに、強電界発生領域２００ｃにおいて極めて強い電界強度を発生させることができるので、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上をさらに容易とすることができる。
【０１１２】
[第７の実施形態]
次に、本実施の形態に係る液中プラズマ発生方法について例示する。
【０１１３】
本実施の形態に係る液中プラズマ発生方法は、液体Ｌの流速を上昇させることで液体Ｌの圧力を減圧させて気泡Ｂを発生させる工程と、マイクロ波Ｍを発生させる工程と、共振器を用いてマイクロ波Ｍを共振させる工程と、気泡Ｂが発生した領域に共振させたマイクロ波Ｍを放射する工程と、を備えている。そして、マイクロ波Ｍを放射する工程において、共振器と液体Ｌとを誘電体により離隔している。
【０１１４】
また、マイクロ波Ｍを共振させる工程において、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を生じさせるようにすることができる。
また、マイクロ波Ｍを共振させる工程において、共振器の一部である互いに平行な一対の板状体の間にマイクロ波Ｍを導入することでマイクロ波Ｍを共振させるようにすることができる。
また、マイクロ波Ｍを共振させる工程において、共振器において定在波を形成し、定在波の最大電界強度位置がマイクロ波Ｍを放射する位置となるようにすることができる。
【０１１５】
また、マイクロ波Ｍを放射する工程において、放射されたマイクロ波Ｍにより形成された強電界発生領域に設けられた蛇行形状および螺旋形状の少なくともいずれかを有した流路を減圧された液体Ｌが流通するようにすることができる。
また、マイクロ波Ｍを放射する工程において、強電界発生領域を複数回通過するように設けられた流路を減圧された液体Ｌが流通するようにすることができる。
また、マイクロ波Ｍを放射する工程において、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部を介して誘電体側にマイクロ波Ｍが導入されるようにすることができる。
また、共振器を用いてマイクロ波Ｍを共振させる工程において、共振器からのマイクロ波Ｍの放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、マイクロ波Ｍを放射する工程において、蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強めるようにすることができる。
なお、各工程の内容は、前述した液中プラズマ発生装置や液中プラズマ処理装置などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１６】
[第８の実施形態]
次に、本実施の形態に係る液中プラズマ処理方法について例示する。
【０１１７】
本実施の形態に係る液中プラズマ処理方法は、前述した液中プラズマ発生方法により液体Ｌをプラズマ処理する工程を備えている。
また、液体Ｌをプラズマ処理する工程において、液体Ｌに含まれた物質が分解されるようにすることができる。
また、液体Ｌをプラズマ処理する工程において、液体Ｌおよび液体Ｌに含まれた物質の少なくともいずれかから微細体が生成されるようにすることができる。
また、液体Ｌをプラズマ処理する工程において、液体Ｌおよび気泡Ｂに含まれた気体の少なくともいずれかから反応生成物が生成されるようにすることができる。
また、液体Ｌをプラズマ処理する工程において、発生させたプラズマまたは生成された反応生成物により液体Ｌに接触している物質がスパッタリングされて微細体が生成されるようにすることができる。 また、プラズマ処理された液体Ｌにより被処理物を処理する工程をさらに備え、被処理物を処理する工程において、被処理物の処理面に前述した微細体を付着させるようにすることができる。
また、プラズマ処理された液体Ｌにより被処理物を処理する工程をさらに備え、被処理物を処理する工程において、被処理物の処理面にある物質を前述した反応生成物により除去するようにすることができる。
また、被処理物の表面改質を行うこともできる。
なお、各工程の内容は、前述した液中プラズマ発生装置や液中プラズマ処理装置などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１８】
以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、前述した各液中プラズマ処理装置、各液中プラズマ発生装置などに設けられた各要素の形状、寸法、材料、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 液中プラズマ発生装置、１ａ〜１ｃ 液中プラズマ発生装置、２ 共振部、２ａ 環状部、２ｂ 強電界発生部、３ 導波部、４ マイクロ波発生部、５ プラズマ処理部、５ａ 流入部、５ｂ 減圧部、５ｂ１ 減圧部、５ｂ１ａ 減圧部、５ｂ１ｂ 減圧部、５ｂ２ 減圧部、５ｂ３ 減圧部、５ｃ 流出部、６ 液体供給部、１０ 処理部、１０ａ 処理部、１３ 載置部、１４ 吐出部、２２ 載置台、３２ 共振部、３２ａ 導波部、３２ｂ 整合器、３２ｃ 定在波形成部、３５ プラズマ処理部、３６ 絶縁部、３６ａ 絶縁部、３６ｂ 絶縁部、３６ｃ 絶縁部、３６ｄ 絶縁部、４２ａ 強電界発生部、４３ 導波部、４５ プラズマ処理部、４５ａ プラズマ処理部、４５ｂ プラズマ処理部、５５ プラズマ処理部、６１ 液中プラズマ発生装置、６２ 共振部、６２ａ 強電界発生部、６２ｂ 放射部、６３ 導波部、６５ プラズマ処理部、６８ 導入制御部、６８ａ 遮蔽部、６８ｂ 移動部、６９ 制御部、１００ 液中プラズマ処理装置、１００ａ 液中プラズマ処理装置、１００ｂ 液中プラズマ処理装置、２００ 強電界発生領域、２００ａ 強電界発生領域、２００ｂ 強電界発生領域、２００ｃ 強電界発生領域、Ｂ 気泡、Ｌ 液体、Ｍ マイクロ波、Ｗ 被処理物、Ｗａ 処理面
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液中プラズマ発生装置、液中プラズマ処理装置、液中プラズマ発生方法、および液中プラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液体中に含まれている有機物、有害物質、細菌類などの分解や、液体から反応生成物を生成するためにプラズマ処理が用いられるようになってきている。
このようなプラズマ処理においては、散気装置や超音波振動装置などにより液体中に気泡を生成し、この気泡を放電空間とするようにしている（例えば、特許文献１を参照）。 そのため、液体中に気泡を生成するための散気装置や超音波振動装置などが必要となり、装置の大型化や高コスト化などを招いていた。
また、散気装置や超音波振動装置などにより液体中に気泡を生成する場合には、生成された気泡中の圧力が大気圧以上となる。そのため、気泡中においてプラズマを発生させることが困難となり、この観点からも装置の大型化や高コスト化などを招いていた。
【０００３】
また、気泡中においてプラズマを発生させるために、高電圧が印加される金属電極を液体中に設ける必要があった。そのため、金属電極が液体に触れることで腐食したり、金属電極が腐食することで液体が金属汚染されたりするおそれがある。
この場合、液体が金属汚染されるとプラズマ処理された液体の用途が限定されるおそれがある。例えば、プラズマ処理された液体を半導体装置などの電子デバイスの洗浄などに用いる場合には、金属汚染などの問題が生じるおそれがある。
また、特許文献１のようにマイクロ波を気泡に印加するものはあっても、マイクロ波を共振させていないため、放電着火がし難くなるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、液体の金属汚染を抑制することができる液中プラズマ発生装置、液中プラズマ処理装置、液中プラズマ発生方法、および液中プラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、液体を供給する液体供給部と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させるまたは前記気泡を発生させやすくする減圧部と、前記マイクロ波を共振させ、前記減圧部に前記共振させたマイクロ波を放射する共振部と、を備え、前記減圧部により、前記液体と、前記共振部と、が離隔されたことを特徴とする液中プラズマ発生装置が提供される。
【０００７】
また、他の実施形態によれば、上記の液中プラズマ発生装置と、前記液中プラズマ発生装置でプラズマ処理された液体により処理される被処理物を載置する載置部と、を備えたことを特徴とする液中プラズマ処理装置が提供される。
【０００８】
また、他の実施形態によれば、液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させる工程と、マイクロ波を発生させる工程と、共振器を用いて前記マイクロ波を共振させる工程と、前記気泡が発生した領域に前記共振させたマイクロ波を放射する工程と、を備え、前記マイクロ波を放射する工程において、前記共振器と、前記液体と、を誘電体により離隔したことを特徴とする液中プラズマ発生方法が提供される。
【０００９】
また、他の実施形態によれば、上記の液中プラズマ発生方法により液体をプラズマ処理する工程を備えたことを特徴とする液中プラズマ処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、液体の金属汚染を抑制することができる液中プラズマ発生装置、液中プラズマ処理装置、液中プラズマ発生方法、および液中プラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図３】第３の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図４】第４の実施形態に係る液中プラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図５】蛇行形状を有する減圧部を例示するための模式図である。
【図６】蛇行形状を有する減圧部を共振部に設けた状態を例示するための模式図である。
【図７】強電界発生部の内部空間内を蛇行するような減圧部を共振部に設けた状態を例示するための模式図である。なお、（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ方向矢視断面図である。
【図８】螺旋形状を有する減圧部を例示するための模式図である。
【図９】強電界発生部の内部空間内に螺旋形状を有する減圧部を設けた場合を例示するための模式図である。なお、（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ方向矢視断面図である。
【図１０】蛇行形状を有する減圧部を共振部に設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた状態を例示するための模式図である。
【図１１】強電界発生部の内部空間内を蛇行するような減圧部を共振部に設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた状態を例示するための模式図である。なお、（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ方向矢視断面図である。
【図１２】強電界発生部の内部空間内に螺旋形状を有する減圧部を設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた場合を例示するための模式図である。なお、（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ方向矢視断面図である。
【図１３】第６の実施形態に係る液中プラズマ発生装置を例示するための模式図である。
【図１４】導入制御部が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。なお、（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は強電界発生領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図１５】導入制御部が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。なお、（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は強電界発生領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
なお、図１は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを処理する液中プラズマ処理装置１００を例示するものである。
図１に示すように、液中プラズマ処理装置１００には、液中プラズマ発生装置１と処理部１０とが設けられている。
【００１３】
液中プラズマ発生装置１には、共振部２、導波部３、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部５、液体供給部６、配管７、配管８が設けられている。
共振部２は、マイクロ波Ｍを共振させ、後述する減圧部５に共振させたマイクロ波Ｍを放射する。
共振部２には、環状部２ａ、強電界発生部２ｂが設けられている。
環状部２ａは、中空の環状を呈し、外周面側には導波部３が設けられている。環状部２ａの内部空間と導波部３の内部空間とが連通され、導波部３を介して環状部２ａにマイクロ波Ｍが導入されるようになっている。
【００１４】
強電界発生部２ｂは、環状部２ａの内周面側に設けられた互いに平行な一対の板状体を有している。強電界発生部２ｂの一対の板状体間に形成される内部空間と環状部２ａの内部空間とが連通され、環状部２ａの内部空間から強電界発生部２ｂの内部空間にマイクロ波Ｍが導入されるようになっている。
また、強電界発生部２ｂの一対の板状体間をプラズマ処理部５の減圧部５ｂが貫通している。
ここで、一対の板状体同士の間の寸法は、環状部２ａの軸方向の内部空間の寸法よりも短くなっており、電界強度を強くすることができる。また、環状部２ａの内部空間から強電界発生部２ｂの内部空間に導入されたマイクロ波Ｍを共振させることができるので、さらに電界強度を強くすることができる。この場合、強電界発生部２ｂの内部空間が強電界発生領域となる。なお、強電界発生部２ｂは、マイクロ波Ｍを共振させることで、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を生じさせる。また、強電界発生部２ｂによれば、磁場強度を強くすることもできる。そのため、強い電界強度と強い磁場強度とを有するマイクロ波Ｍを気泡Ｂを含んだ液体Ｌに導入することができる。
【００１５】
導波部３は、管状（例えば、角管状）を呈し、その一端は環状部２ａの外周面側に設けられ、その他端はマイクロ波発生部４に設けられている。導波部３は、マイクロ波発生部４において発生させたマイクロ波Ｍを環状部２ａの内部空間に向けて導波する。
環状部２ａ、強電界発生部２ｂ、導波部３は、例えば、アルミニウム合金や銅合金などから形成されるものとすることができる。
【００１６】
マイクロ波発生部４は、所定の周波数を有するマイクロ波Ｍを発生させ、導波部３の内部空間に向けて放射する。
発生させるマイクロ波Ｍの周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚとすることができる。
【００１７】
プラズマ処理部５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ、流出部５ｃが設けられている。
流入部５ａは、管状を呈し、配管７を介して液体供給部６から供給された液体Ｌを減圧部５ｂに流入させる。
流出部５ｃは、管状を呈し、減圧部５ｂにおいてプラズマ処理された液体Ｌを配管８に向けて流出させる。
【００１８】
減圧部５ｂは、液体Ｌの流速を上昇させることで液体Ｌの圧力を減圧させて溶存している気体の気泡Ｂを発生させる、もしくは、気泡Ｂを発生させやすくする。また、減圧部５ｂにおいては、後述するマイクロ波Ｍによる加熱により液体Ｌを沸騰させて気泡Ｂを発生させる。
減圧部５ｂの内部空間の液体Ｌの流れ方向と垂直な方向における断面積は、流入部５ａの内部空間の液体Ｌの流れ方向と垂直な方向における断面積よりも小さくなっている。そのため、流入部５ａから減圧部５ｂに流入した液体Ｌの流速を上昇させることができるので、減圧部５ｂにおける液体Ｌの圧力を減圧することができる。その結果、減圧部５ｂにおいて液体Ｌ中に気泡Ｂを発生させることができ、気泡Ｂを含んだ液体Ｌに強い電界強度を有するマイクロ波Ｍを導入することができる。そして、減圧部５ｂの内部において、気泡Ｂと導入されたマイクロ波Ｍとによりプラズマが発生する領域Ｐが形成されることになる。
また、減圧部５ｂにおいては、気泡Ｂを発生させるまでに至らなくても、減圧することによって気泡Ｂを発生させやすくするだけでもよい。気泡Ｂを発生させやすくされた液体Ｌは、導入されたマイクロ波Ｍの加熱によって、沸騰現象を起こし、気泡Ｂを容易に発生させることができる。
【００１９】
流入部５ａ、減圧部５ｂ、流出部５ｃは、例えば、円管状を呈し、石英などの誘電体から形成されたものとすることができる。
【００２０】
ここで、高電圧が印加される金属電極間においてプラズマ処理を行う場合には、金属電極を液体Ｌ中に設ける必要がある。そのため、金属電極などが液体Ｌに触れることで腐食したり、金属電極などが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりするおそれがある。
【００２１】
これに対し、本実施の形態によれば、減圧部５ｂの外側から内側にマイクロ波Ｍを導入することができる。すなわち、減圧部５ｂにより液体Ｌと共振部２の強電界発生部２ｂとを離隔させることができるので、強電界発生部２ｂが液体Ｌに触れることで腐食したり、強電界発生部２ｂが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。また、後述する微細体が絶縁体であったとしてもプラズマ処理による微細体の生成が可能となる。
【００２２】
液体供給部６は、配管７を介して流入部５ａに液体Ｌを供給する。液体供給部６は、例えば、図示しないタンクや送液ポンプなどを備えたものとすることができる。なお、液体供給部６による送液は、例えば、高低差を利用したものであってもよいし、送液ポンプなどにより圧送されるものであってもよい。
【００２３】
また、液体供給部６には図示しない流量制御弁などを適宜設けるようにすることができる。液体供給部６に図示しない流量制御弁などを設けて減圧部５ｂにおける液体Ｌの流速（圧力）を制御するようにすれば、気泡Ｂの発生量を制御することができる。また、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などを行うこともできる。この場合、後述する吐出部１４に図示しない流量制御弁などを設けるようにすれば、プラズマ処理により生成されたプラズマ生成物が失活してしまうおそれがある。そのため、プラズマ生成物の失活を抑制するという観点からは、液体供給部６に図示しない流量制御弁などを設けるようにすることが好ましい。
【００２４】
また、液体供給部６には、液体Ｌ中に気体を導入して液体Ｌ中に溶存する気体の量を増加させる図示しない気体導入装置などを設けるようにしてもよい。
また、流入部５ａの上流側に液体Ｌに超音波を照射する図示しない超音波発生装置などを設け、超音波発生装置により発生させた気泡を併せて用いるようにしてもよい。
図示しない気体導入装置や超音波発生装置などを設けるようにすれば、プラズマ処理を行う際の気泡量を増加させることができる。
【００２５】
液体Ｌは、特に限定されるわけではなく気体を溶存させることができるものであってもよい。この場合、液体Ｌは、気体を溶解する能力、比重や比熱などの物理的な性質、被処理物Ｗなどに対する化学的な性質、後述するプラズマ処理により生成される微細体などを考慮して適宜選択することができる。
液体Ｌとしては、例えば、水などの無機溶剤、アルコールなどの有機溶剤、無機溶剤と有機溶剤との混合液などを例示することができる。
また、液体Ｌには、気体以外の物質を含ませるようにすることもできる。
また、液体Ｌには気体が溶存していなくてもよく、液体Ｌのみで構成されていてもよい。その場合、液体Ｌを減圧により沸騰させる、もしくは加熱により沸騰させることによって液体Ｌ自体が気化して気体となり、液体Ｌ中にその気体を内包した気泡Ｂを発生させることができる。
【００２６】
配管７は、液体供給部６と流入部５ａとの間に設けられ、液体供給部６から流入部５ａに向けて液体Ｌを流通させる。
配管８は、流出部５ｃと処理部１０の吐出部１４との間に設けられ、流出部５ｃから吐出部１４に向けてプラズマ処理された液体Ｌを流通させる。
配管７、配管８の材料は特に限定されないが、少なくとも配管８の材料は後述するプラズマ生成物が失活し難い材料とすることが好ましい。配管８の材料は、例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などとすることができる。
なお、配管７、配管８は必ずしも設ける必要はなく、プラズマ処理部５、液体供給部６、処理部１０などの配置に応じて適宜設けるようにすることができる。
【００２７】
処理部１０には、処理容器１２、載置部１３、吐出部１４、遮蔽部１５が設けられている。
処理容器１２は、プラズマ処理された液体Ｌに対する耐性の高い有機材料などから形成されるようにすることができる。処理容器１２は、例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などから形成されるようにすることができる。また、処理容器１２は、液体Ｌなどが外部に漏れないように気密構造とすることができる。
【００２８】
処理容器１２の側壁には、被処理物Ｗ（例えば、ウェーハやガラス基板など）の搬入搬出を行うための開口部１２ａが設けられ、開口部１２ａを気密に開閉可能な開閉扉１２ｂが設けられている。開閉扉１２ｂは、開閉機構１２ｃにより開閉動作するようになっている。また、開口部１２ａを閉鎖する場合には、開閉扉１２ｂに設けられたシール部１２ｄを処理容器１２の側壁面に押し付けることで開口部１２ａを気密に閉鎖できるようになっている。
また、処理容器１２の底部には、処理容器１２内の排気および使用済みの液体Ｌなどを排出させるための排出口１２ｅが設けられている。排出口１２ｅには、排出された排気および使用済みの液体Ｌなどを処理する図示しない処理装置などを接続することができる。
【００２９】
処理容器１２の内部には、載置部１３が設けられている。
被処理物Ｗを載置、保持して回転させる載置部１３には、載置台２２、駆動部２３が設けられている。
載置台２２は円板状を呈し、一方の主面が被処理物Ｗを載置する載置面２２ａとなっている。また、載置台２２にはバキュームチャックなどの図示しない保持部が設けられており、載置された被処理物Ｗを保持することができるようになっている。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部を設けて、被処理物Ｗの周端を支持することで載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持されるようにしてもよい。
【００３０】
載置台２２の他方の主面の中心には回転軸２２ｂが設けられている。回転軸２２ｂは駆動部２３と接続され、載置面２２ａに保持された被処理物Ｗを回転軸２２ｂ周りに回転させることができるようになっている。また、回転軸２２ｂが処理容器１２の底部を挿通する部分にはシール部２６が設けられており、使用済みの液体Ｌなどが処理容器１２外に漏れ出ないようになっている。
駆動部２３は、例えば、サーボモータなどの制御モータなどから構成され、載置台２２を回転軸２２ｂ周りに回転させるとともに、回転数、起動、停止などの制御ができるようになっている。
【００３１】
吐出部１４の一端に設けられた吐出口１４ａは被処理物Ｗの処理面Ｗａに向けて設けられ、吐出部１４の他端には配管８が接続されている。吐出部１４は、載置台２２の載置面２２ａに保持された被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌを供給する。また、載置面２２ａに対する吐出口１４ａの位置（プラズマ処理された液体Ｌの供給位置）を変化させる図示しない移動部を適宜設けるようにすることができる。
【００３２】
吐出部１４の少なくとも液体Ｌと接触する部分は、プラズマ処理された液体Ｌに対する耐性が高く、且つ、プラズマ生成物が失活し難い材料から形成されるようにすることが好ましい。そのような材料としては、例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などを例示することができる。
なお、被処理物Ｗに対する液体Ｌの供給位置は図１に例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００３３】
遮蔽部１５には、カップ体２４、駆動部２５が設けられている。
カップ体２４は、載置台２２の外周方向を覆うように設けられている。
カップ体２４には、基部２４ａ、カバー２４ｂ、昇降軸２４ｃが設けられている。
基部２４ａは、円管状を呈し、上面および下面が開口されている。
カバー２４ｂは、基部２４ａの上端に設けられている。カバー２４ｂは傾斜面となっており、その上端が基部２４ａの中心に近づく方向に傾斜している。この様な形態を有するカバー２４ｂとすることで、被処理物Ｗの処理面Ｗａに供給された液体Ｌがカバー２４ｂの上面から飛散することを抑制することができる。また、カバー２４ｂの上面は開口されており、カバー２４ｂの開口が被処理物Ｗよりも大きくなっている。
【００３４】
基部２４ａの下端には昇降軸２４ｃの一端が接続され、昇降軸２４ｃの他端は駆動部２５に接続されている。また、昇降軸２４ｃが処理容器１２の底部を挿通する部分にはシール部２７が設けられており、使用済みの液体Ｌなどが処理容器１２の外部に漏れ出ないようになっている。
駆動部２５は、例えば、サーボモータなどの制御モータや空圧シリンダーなどから構成され、昇降軸２４ｃを介して基部２４ａ、カバー２４ｂを昇降させることができるようになっている。この場合、被処理物Ｗの処理面Ｗａに供給された液体Ｌがカバー２４ｂの上面から飛散するのを抑制することができる位置を上昇端とし、載置台２２への被処理物Ｗの載置が容易となる位置を下降端とすることができる。なお、上昇端、下降端の位置は、図示しない検出器によりカップ体２４の昇降位置を検出することで制御することができる。
【００３５】
なお、処理容器１２に設けられた要素、回転軸２２ｂ、駆動部２３、遮蔽部１５に設けられた要素などは必ずしも必要ではなく、必要に応じて適宜設けるようにすることができる。
【００３６】
次に、液中プラズマ処理装置１００の作用について例示する。
まず、液中プラズマ発生装置１の作用について例示する。
液体供給部６から配管７を介してプラズマ処理部５の流入部５ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部５ａから減圧部５ｂに液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌ自体が気化した気体や液体Ｌに溶存していた気体を内包する気泡Ｂが発生する。
または、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じやすくなり、後述する加熱による気泡Ｂを発生させやすくすることができる。
【００３７】
一方、マイクロ波発生部４から導波部３を介して共振部２の環状部２ａにマイクロ波Ｍが導入される。環状部２ａに導入されたマイクロ波Ｍは、強電界発生部２ｂにおいて共振されるので強い電界強度を有するマイクロ波Ｍとなる。
共振部２において電界強度が強められたマイクロ波Ｍは、石英などの誘電体から形成された減圧部５ｂの内部に導入される。
ここで、気泡Ｂが減圧部５ｂにおいて未だ発生していなくても、マイクロ波Ｍが減圧部５ｂに導入されることで、減圧部５ｂにおける液体Ｌが加熱されて沸騰現象が生じ、液体Ｌ中に気泡Ｂが発生する。
そして、単に液体中にマイクロ波Ｍを導入してもプラズマを発生させることはできないが、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので気泡Ｂ中においてプラズマを発生させることができる。この場合、減圧部５ｂの圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【００３８】
そして、発生したプラズマによりプラズマ処理が行われる。
例えば、気泡Ｂ中に含まれる蒸気や気体、あるいは気泡Ｂと液体Ｌとの界面にある液体Ｌや液体Ｌに含まれている物質などがプラズマによって励起、活性化されて中性活性種、イオンや電子などの荷電粒子などのプラズマ生成物が生成される。
また、減圧部５ｂの内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。すなわち、減圧部５ｂの内部に設けられた物質をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することができる。なお、所望の材料から形成された減圧部５ｂ自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。例えば、液体Ｌに含まれている有機物の炭素からカーボンナノファイバーなどの炭素系の微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【００３９】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、流出部５ｃ、配管８を介して吐出部１４に供給される。
【００４０】
次に、処理部１０の作用について例示する。
まず、駆動部２５により、基部２４ａ、カバー２４ｂが下降端まで下降する。
次に、開閉機構１２ｃにより開閉扉１２ｂが開けられ、開口部１２ａを介して図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが処理容器１２の内部に搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、バキュームチャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
被処理物Ｗが保持されることで、載置台２２が回転した際に被処理物Ｗの位置がずれることを抑制することができる。
【００４１】
次に、開閉機構１２ｃにより開閉扉１２ｂを閉め、駆動部２５により、基部２４ａ、カバー２４ｂを上昇端まで上昇させる。
次に、駆動部２３により回転軸２２ｂを回転させることで、載置面２２ａに保持された被処理物Ｗを所定の回転数で回転させる。
なお、一例として、回転させた被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌを供給する場合を例示するが、プラズマ処理された液体Ｌが処理面Ｗａに供給された被処理物Ｗを回転させることもできる。
【００４２】
次に、吐出部１４の吐出口１４ａから被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌが供給される。この場合、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などは液体供給部６に設けられた図示しない流量制御弁などにより行うことができる。
処理面Ｗａに供給されたプラズマ処理された液体Ｌは、被処理物Ｗを回転させることで処理面Ｗａの全域に行きわたり所望の処理が行われる。
例えば、プラズマ生成物を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに付着している有機物などを除去するようにすることができる。
また、例えば、微細体を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに微細体を付着させるようにすることができる。
【００４３】
使用済みの液体Ｌは遠心力により被処理物Ｗの径外方向に排出される。被処理物Ｗの径外方向に排出された使用済みの液体Ｌは、カップ体２４の基部２４ａ、カバー２４ｂにより飛散が抑制され、処理容器１２の底部に集められる。処理容器１２の底部に集められた使用済みの液体Ｌは、排出口１２ｅから排出される。
【００４４】
処理面Ｗａに残留した液体Ｌは、いわゆるスピン乾燥を行うことで蒸散させることができる。
なお、図示しない吐出部からリンス液や有機溶媒を処理面Ｗａにさらに供給することもできる。この場合、有機溶媒と処理面Ｗａに残留している液体Ｌとを置換したり、より蒸散させやすい混合液を形成させたりすることで、ウォータマークなどが抑制された乾燥を行うこともできる。
【００４５】
次に、被処理物Ｗの回転を止め、駆動部２５により、基部２４ａ、カバー２４ｂを下降端まで下降させる。そして、開閉機構１２ｃにより開閉扉１２ｂを開け、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００４６】
本実施の形態によれば、高電圧が印加される金属電極を液体Ｌ中に設けたり、する必要がない。すなわち、減圧部５ｂにより液体Ｌと強電界発生部２ｂとを離隔させることができるので、液体Ｌの金属汚染を抑制することができる。例えば、強電界発生部２ｂが液体Ｌに触れることで腐食したり、強電界発生部２ｂが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。そのため、例えば、プラズマ処理された液体Ｌを半導体装置などの電子デバイスの洗浄などに用いる場合であっても金属汚染などの発生を抑制することができる。
また、被処理物Ｗの処理面Ｗａに微細体を付着させる場合には、金属不純物の混入を抑制することができる。
また、強い電界強度と強い磁場強度とを有するマイクロ波Ｍを気泡Ｂを含んだ液体Ｌに導入することができる。そのため、低パワーでもプラズマの放電着火、プラズマの維持がしやすくなり、プラズマ処理の効率を向上させることができる。
【００４７】
[第２の実施形態]
図２は、第２の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
なお、図２は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを処理する液中プラズマ処理装置１００ａを例示するものである。
図２に示すように、液中プラズマ処理装置１００ａには、液中プラズマ発生装置１ａと処理部１０ａとが設けられている。
【００４８】
液中プラズマ発生装置１ａには、共振部３２、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部５、液体供給部６、配管７、配管８が設けられている。
共振部３２には、導波部３２ａ、整合器３２ｂ、定在波形成部３２ｃが設けられている。
導波部３２ａは、管状（例えば、角管状）を呈し、その一端はマイクロ波発生部４に設けられている。導波部３２ａは、マイクロ波発生部４において発生させたマイクロ波Ｍを導波する。
導波部３２ａは、例えば、アルミニウム合金や銅合金などから形成されるものとすることができる。
【００４９】
導波部３２ａには、導波部３２ａの軸方向に直交する方向にプラズマ処理部５の減圧部５ｂが貫通している。なお、減圧部５ｂは必ずしも導波部３２ａを貫通している必要はなく、導波部３２ａにスロットを設けこのスロットに面する位置に減圧部５ｂを設けるようにすることもできる。
整合器３２ｂは、プラズマ処理部５とマイクロ波発生部４との間に設けられ、マイクロ波Ｍのインピーダンスマッチングを行う。整合器３２ｂは、例えば、スタブチューナなどとすることができる。
【００５０】
定在波形成部３２ｃには、導波部３２ａの終端側の内部に設けられた可動板３２ｃ１と、可動板３２ｃ１の位置を導波部３２ａの軸方向に変化させる移動部３２ｃ２とが設けられている。可動板３２ｃ１は、導波部３２ａの内部空間を導波されてきたマイクロ波Ｍを反射させることで共振させるとともに定在波を形成させる。また、可動板３２ｃ１の位置を導波部３２ａの軸方向に変化させることで定在波の最大電界強度位置を変化させる。この場合、移動部３２ｃ２は、可動板３２ｃ１の位置を変化させることで導波部３２ａの内部に形成された定在波の最大電界強度位置が、マイクロ波Ｍを放射する位置となるようにする。すなわち、移動部３２ｃ２は、可動板３２ｃ１の位置を変化させることで減圧部５ｂの位置が定在波の最大電界強度位置となるようにする。なお、最大電界強度位置において発生する電界強度は、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えるものとなっている。
なお、導波部３２ａの内部に形成された定在波の最大電界強度位置が、マイクロ波を放射する位置となるように、定在波形成部３２ｃを予め調整すれば、移動部３２ｃ２は設けなくてもよく、可動板３２ｃ１は調整後には位置を固定するようにしてもよい。導波部３２ａの内部に形成された定在波の最大電界強度位置がマイクロ波を放射する位置となるように、可動板３２ｃ１の位置を予め設計するようにすれば、可動板３２ｃ１は移動するものではなく共振部３２に固定されたものであってもよい。
【００５１】
この様に、導波部３２ａ内部における減圧部５ｂの近傍が強電界発生領域となる。そのため、強電界発生領域における異常放電を抑制するために、強電界発生領域の減圧部５ｂ以外の部分には、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した図示しない絶縁部を設けるようにすることもできる。
また、処理部１０ａには、吐出部１４、載置台２２が設けられている。
【００５２】
次に、液中プラズマ処理装置１００ａの作用について図２を参照して例示する。
まず、液中プラズマ発生装置１ａの作用について例示する。
液体供給部６から配管７を介してプラズマ処理部５の流入部５ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部５ａから減圧部５ｂに液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌに溶存していた気体、もしくは液体Ｌ自体が気化した気体を内包する気泡Ｂが発生する。
【００５３】
一方、マイクロ波発生部４から導波部３２ａの内部空間にマイクロ波Ｍが放射される。導波部３２ａの内部空間に放射されたマイクロ波Ｍは、整合器３２ｂによりインピーダンスマッチングが行われるとともに、定在波形成部３２ｃにより共振されるとともに定在波が形成される。この際、減圧部５ｂの位置が定在波の最大電界強度位置となるように可動板３２ｃ１の位置が移動部３２ｃ２により制御される。
【００５４】
定在波形成部３２ｃにより電界強度が強められたマイクロ波Ｍは、石英などの誘電体から形成された減圧部５ｂの内部に導入される。ここで、単に液体中にマイクロ波Ｍを導入してもプラズマを発生させることはできないが、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので気泡Ｂ中においてプラズマを発生させることができる。この場合、減圧部５ｂの圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【００５５】
そして、前述したものと同様に、発生したプラズマによりプラズマ生成物が生成される。
また、減圧部５ｂの内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、減圧部５ｂを所望の材料で形成し、減圧部５ｂ自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【００５６】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、流出部５ｃ、配管８を介して吐出部１４に供給される。
【００５７】
次に、処理部１０ａの作用について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、バキュームチャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【００５８】
次に、吐出部１４の吐出口１４ａから被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌが供給される。この場合、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などは液体供給部６に設けられた図示しない流量制御弁などにより行うことができる。
処理面Ｗａに供給されたプラズマ処理された液体Ｌは、処理面Ｗａの全域に行きわたり所望の処理が行われる。
例えば、プラズマ生成物を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに付着している有機物などを除去するようにすることができる。
また、例えば、微細体を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに微細体を付着させるようにすることができる。
使用済みの液体Ｌは被処理物Ｗの径外方向に排出される。被処理物Ｗの径外方向に排出された使用済みの液体Ｌは、図示しない回収部により回収される。
【００５９】
なお、図示しない吐出部からリンス液や有機溶媒を処理面Ｗａにさらに供給することもできる。この場合、有機溶媒と処理面Ｗａに残留している液体Ｌとを置換したり、より蒸散させやすい混合液を形成させたりすることで、ウォータマークなどが抑制された乾燥を行うこともできる。
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００６０】
本実施の形態によれば、高電圧が印加される金属電極を液体Ｌ中に設けたり、マイクロ波Ｍの導入部を液体Ｌ中や液面の近傍に設けたりする必要がない。すなわち、減圧部５ｂにより液体Ｌと定在波形成部３２ｃとを離隔させることができるので、液体Ｌの金属汚染を抑制することができる。例えば、導波部３２ａなどが液体Ｌに触れることで腐食したり、導波部３２ａなどが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。
そのため、例えば、プラズマ処理された液体Ｌを半導体装置などの電子デバイスの洗浄などに用いる場合であっても金属汚染などの発生を抑制することができる。
また、被処理物Ｗの処理面Ｗａに微細体を付着させる場合には、不純物の混入を抑制することができる。
また、強い電界強度と強い磁場強度とを有するマイクロ波Ｍを気泡Ｂを含んだ液体Ｌに導入することができる。そのため、プラズマ処理の効率を向上させることができる。
【００６１】
[第３の実施形態]
図３は、第３の実施形態に係る液中プラズマ発生装置および液中プラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
なお、図３は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを処理する液中プラズマ処理装置１００ｂを例示するものである。
図３に示すように、液中プラズマ処理装置１００ｂには、液中プラズマ発生装置１ｂと処理部としての載置台２２とが設けられている。
【００６２】
液中プラズマ発生装置１ｂには、共振部としての強電界発生部４２ａ、導波部４３、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部３５、液体供給部６、配管７が設けられている。
なお、図３中のＥは、発生する電界を表している。
強電界発生部４２ａは、筒状（例えば、円筒状）を呈し、軸方向の端面が塞がれている。また、強電界発生部４２ａの中央部分にはプラズマ処理部３５が貫通するようにして設けられている。強電界発生部４２ａのプラズマ処理部３５が貫通している部分には、マイクロ波Ｍを遮蔽する遮蔽部４２ａ１が設けられている。減圧部５ｂの流出側先端近傍には遮蔽部４２ａ１が設けられておらず、この部分がマイクロ波Ｍを放射する放射部４２ａ２となる。強電界発生部４２ａにおいて共振されたマイクロ波Ｍは、放射部４２ａ２を介して減圧部５ｂに向けて放射される。
【００６３】
また、強電界発生部４２ａの軸方向の寸法Ｈは、マイクロ波Ｍの波長の約１／２とされている。この寸法Ｈは、マイクロ波Ｍの共振を起こさせることができるように、調整により決定されるものである。そのため、内部導体４３ｃのアンテナとして機能する部分４３ｃ１から強電界発生部４２ａの内部空間に放射されたマイクロ波Ｍを共振させることができる。なお、強電界発生部４２ａにおいて発生する電界強度は、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えるものとなっている。
【００６４】
導波部４３には、外部導体４３ａ、誘電体部４３ｂ、内部導体４３ｃが設けられている。
外部導体４３ａは、一端が強電界発生部４２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。
誘電体部４３ｂは、外部導体４３ａの内部に設けられ、外部導体４３ａと内部導体４３ｃとを絶縁する。
【００６５】
内部導体４３ｃは、一端が強電界発生部４２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。また、強電界発生部４２ａの内部において誘電体部４３ｂから内部導体４３ｃが突出している部分４３ｃ１がアンテナとして機能する。
【００６６】
プラズマ処理部３５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ、吐出口５ｃが設けられている。
減圧部５ｂの流出側先端部分は流路断面積が漸減するようになっており、流出側先端が吐出口５ｃとなっている。
また、減圧部５ｂの流出側先端近傍、すなわち、放射部４２ａ２が設けられている部分の近傍は強電界発生領域となるので、強電界発生領域の減圧部５ｂ以外の部分には、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部３６を設けるようにすることができる。絶縁部３６を設けるようにすれば、強電界発生領域における異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
【００６７】
次に、液中プラズマ処理装置１００ｂの作用について例示する。
まず、液中プラズマ発生装置１ｂの作用について例示する。
液体供給部６から配管７を介してプラズマ処理部３５の流入部５ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部５ａから減圧部５ｂに液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌに溶存していた気体、もしくは液体Ｌ自体が気化した気体を内包する気泡Ｂが発生する。
【００６８】
一方、マイクロ波発生部４から導波部４３の内部導体４３ｃにマイクロ波Ｍが放射される。内部導体４３ｃに放射されたマイクロ波Ｍは、内部導体４３ｃのアンテナとして機能する部分４３ｃ１から強電界発生部４２ａの内部空間に放射される。強電界発生部４２ａの内部空間に放射されたマイクロ波Ｍは、強電界発生部４２ａにおいて共振されるので強い電界強度を有するマイクロ波Ｍとなる。
【００６９】
強電界発生部４２ａにおいて電界強度が強められたマイクロ波Ｍは、放射部４２ａ２を介して石英などの誘電体から形成された減圧部５ｂの内部に導入される。ここで、単に液体中にマイクロ波Ｍを導入してもプラズマを発生させることはできないが、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので気泡Ｂ中においてプラズマを発生させることができる。この場合、減圧部５ｂの圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【００７０】
そして、前述したものと同様に、発生したプラズマによりプラズマ生成物が生成される。
また、減圧部５ｂの内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、減圧部５ｂを所望の材料で形成し、減圧部５ｂ自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
【００７１】
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【００７２】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、吐出口５ｃから被処理物Ｗの処理面Ｗａに向けて吐出される。
【００７３】
次に、載置台２２における処理について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、バキュームチャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【００７４】
次に、プラズマ処理部３５の吐出口５ｃから被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌが供給される。この場合、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などは液体供給部６に設けられた図示しない流量制御弁などにより行うことができる。
処理面Ｗａに供給されたプラズマ処理された液体Ｌは、処理面Ｗａの全域に行きわたり所望の処理が行われる。
例えば、プラズマ生成物を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに付着している有機物などを除去するようにすることができる。
また、例えば、微細体を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに微細体を付着させるようにすることができる。
また、例えば、被処理物Ｗの表面改質を行うこともできる。
使用済みの液体Ｌは被処理物Ｗの径外方向に排出される。被処理物Ｗの径外方向に排出された使用済みの液体Ｌは、図示しない回収部により回収される。
【００７５】
なお、図示しない吐出部からリンス液や有機溶媒を処理面Ｗａにさらに供給することもできる。この場合、有機溶媒と処理面Ｗａに残留している液体Ｌとを置換したり、より蒸散させやすい混合液を形成させたりすることで、ウォータマークなどが抑制された乾燥を行うこともできる。
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００７６】
本実施の形態によれば、高電圧が印加される金属電極を液体Ｌ中に設けたり、マイクロ波Ｍの導入部を液体Ｌ中や液面の近傍に設けたりする必要がない。すなわち、減圧部５ｂにより液体Ｌと強電界発生部４２ａとを離隔させることができるので、液体Ｌの金属汚染を抑制することができる。例えば、強電界発生部４２ａが液体Ｌに触れることで腐食したり、強電界発生部４２ａが腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。
そのため、例えば、プラズマ処理された液体Ｌを半導体装置などの電子デバイスの洗浄などに用いる場合であっても金属汚染などの発生を抑制することができる。
また、被処理物Ｗの処理面Ｗａに微細体を付着させる場合には、不純物の混入を抑制することができる。
また、強い電界強度と強い磁場強度とを有するマイクロ波Ｍを気泡Ｂを含んだ液体Ｌに導入することができる。そのため、プラズマ処理の効率を向上させることができる。
また、強電界発生領域の減圧部５ｂ以外の部分には、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部３６が設けられているので、強電界発生領域における異常放電を抑制することができる。
また、プラズマ処理された液体Ｌを、プラズマ処理の直後に吐出口５ｃから吐出させて被処理物Ｗの処理面Ｗａにそのまま供給することができる。そのため、プラズマ処理により生成されたプラズマ生成物が失活する前に処理面Ｗａに供給することができるようになる。
吐出口５ｃと被処理物Ｗの処理面Ｗａとの距離は、機械的な制限を受けなければ、可能な限り接近させた方がよい。
また、被処理物Ｗを吐出口５ｃに対し一方方向に相対移動させながら、液体Ｌを被処理物Ｗの処理面Ｗａに供給し、処理を行うようにしてもよい。
【００７７】
なお、図１〜図３において例示をした処理は、被処理物Ｗの処理面Ｗａにプラズマ処理された液体Ｌを供給するものであるがこれに限定されるわけではない。
例えば、プラズマ処理された液体Ｌを収納した槽に被処理物Ｗを浸漬させるようにしたものとすることもできる。また、被処理物Ｗを１つずつ処理する枚葉式とすることもできるし、複数の被処理物Ｗを同時に処理するバッチ式とすることもできる。
【００７８】
[第４の実施形態]
図４は、第４の実施形態に係る液中プラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
液中プラズマ発生装置１ｃには、共振部２、導波部３、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部５、液体供給部６、配管７、配管８、絶縁部３６ａが設けられている。
液中プラズマ発生装置１ｃと、前述した液中プラズマ発生装置１とでは、絶縁部３６ａが設けられていることが異なる。
前述したように、強電界発生部２ｂの内部空間は強電界発生領域となる。そのため、絶縁部３６ａは、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間を埋めるようにして設けられている。
【００７９】
絶縁部３６ａは、発生した気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有したものとすることができる。そのため、強電界発生領域における異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。 本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置１ｃによれば、図１において例示をした液中プラズマ発生装置１と同様の効果を奏することができる。
またさらに、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間における異常放電を抑制することができる。
【００８０】
[第５の実施形態]
ここで、プラズマの発生においては、いわゆる着火がランダムな現象となる。そのため、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を発生させたとしても直ぐに着火するとは限らない。
この場合、強電界発生領域を大きくすれば、液体Ｌが強電界発生領域に滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
しかしながら、強電界発生領域を大きくすれば、共振部の大型化、必要となるマイクロ波エネルギーの増大などを招くことにもなる。
そのため、以下に例示をする液中プラズマ発生装置においては、強電界発生領域における液体Ｌの流路長が長くなるような減圧部の形状を有したものとされている。なお、プラズマ処理部以外の要素は、図１〜図４などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので、それらの例示は適宜省略する。
【００８１】
図５は、蛇行形状を有する減圧部を例示するための模式図である。
図５に示すように、プラズマ処理部４５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ１、流出部５ｃが設けられている。
減圧部５ｂ１は、蛇行形状を有し、強電界発生領域２００における液体Ｌの流路長が長くなるようにされている。
蛇行形状を有する減圧部５ｂ１とすれば、液体Ｌが強電界発生領域２００に滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８２】
図６は、蛇行形状を有する減圧部を共振部に設けた状態を例示するための模式図である。
図６は、強電界発生部２ｂの互いに平行な一対の板状体を複数回貫通するような減圧部５ｂ１ａを有したプラズマ処理部４５ａを例示するものである。
すなわち、プラズマ処理部４５ａには、流入部５ａ、減圧部５ｂ１ａ、流出部５ｃが設けられている。そして、蛇行形状を有する減圧部５ｂ１ａは、マイクロ波Ｍを共振させることで生じた強電界発生領域を複数回貫通するように設けられている。
このようなプラズマ処理部４５ａとすれば、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間を液体Ｌが複数回通過するようにすることができる。すなわち、強電界発生領域における液体Ｌの流路長をその分長くすることができる。そのため、液体Ｌが強電界発生領域に滞在する実質的な時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８３】
図７は、強電界発生部の内部空間内を蛇行するような減圧部を共振部に設けた状態を例示するための模式図である。なお、図７（ａ）は平断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ−Ａ方向矢視断面図である。
図７に示すように、プラズマ処理部４５ｂには、流入部５ａ、減圧部５ｂ１ｂ、流出部５ｃが設けられている。そして、蛇行形状を有する減圧部５ｂ１ｂは強電界発生部２ｂの内部空間内を蛇行するように設けられている。
このようなプラズマ処理部４５ｂとすれば、強電界発生領域２００ａである強電界発生部２ｂの内部空間内における液体Ｌの流路長を長くすることができる。そのため、液体Ｌが強電界発生領域２００ａに滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８４】
図８は、螺旋形状を有する減圧部を例示するための模式図である。
図８に示すように、プラズマ処理部５５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ２、流出部５ｃが設けられている。
減圧部５ｂ２は、螺旋形状を有し、強電界発生領域２００ｂにおける液体Ｌの流路長が長くなるようにされている。
螺旋形状を有する減圧部５ｂ２とすれば、液体Ｌが強電界発生領域２００ｂに滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８５】
図９は、強電界発生部の内部空間内に螺旋形状を有する減圧部を設けた場合を例示するための模式図である。なお、図９（ａ）は平断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＣ−Ｃ方向矢視断面図である。
図９に示すように、プラズマ処理部５５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ２、流出部５ｃが設けられている。そして、螺旋形状を有する減圧部５ｂ２は強電界発生部２ｂの内部空間内に設けられている。
このようなプラズマ処理部５５とすれば、強電界発生領域２００ｂである強電界発生部２ｂの内部空間内における液体Ｌの流路長を長くすることができる。そのため、液体Ｌが強電界発生領域２００ｂａに滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
【００８６】
図１０は、蛇行形状を有する減圧部を共振部に設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた状態を例示するための模式図である。なお、図１０は、図６において例示をしたものに、さらに絶縁部３６ｂを設けた場合である。
図１１は、強電界発生部の内部空間内を蛇行するような減圧部を共振部に設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた状態を例示するための模式図である。なお、図１１（ａ）は平断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＤ−Ｄ方向矢視断面図である。また、図１１は、図７において例示をしたものに、さらに絶縁部３６ｃを設けた場合である。
図１２は、強電界発生部の内部空間内に螺旋形状を有する減圧部を設け、強電界発生領域の減圧部を除いた部分に絶縁体を設けた場合を例示するための模式図である。なお、図１２（ａ）は平断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）におけるＦ−Ｆ方向矢視断面図である。なお、図１２は、図９において例示をしたものに、さらに絶縁部３６ｄを設けた場合である。
【００８７】
前述したように、強電界発生部２ｂの内部空間は強電界発生領域となる。そのため、絶縁部３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間を埋めるようにして設けられている。
絶縁部３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、それぞれの減圧部以上の絶縁破壊電界強度を有したものとすることができる。そのため、強電界発生領域における異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
なお、図５〜図１２において例示をした液中プラズマ発生装置の基本的な作用は、図１において例示をした液中プラズマ発生装置１と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００８８】
本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置によれば、図１において例示をした液中プラズマ発生装置１と同様の効果を奏することができる。
またさらに、液体Ｌが強電界発生領域に滞在する時間を長くすることができるので、着火の確率を高めることができる。
また、強電界発生領域である強電界発生部２ｂの内部空間に減圧部以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部を設けるようにすれば、異常放電を抑制することができる。
【００８９】
[第６の実施形態]
ここで、強電界発生領域においてより強い電界強度を発生させることができれば、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
そのため、本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置においては、さらに強い電界強度を実効的に発生させることができるようになっている。
【００９０】
図１３は、第６の実施形態に係る液中プラズマ発生装置を例示するための模式図である。
図１３に示すように、液中プラズマ発生装置６１には、共振部６２、導波部６３、マイクロ波発生部４、プラズマ処理部６５、液体供給部６、配管７、配管８、導入制御部６８、制御部６９が設けられている。なお、図１３中の矢印６３ａはマイクロ波Ｍの導波方向を表している。また、２００ｃは強電界発生領域を表している。
【００９１】
共振部６２には、強電界発生部６２ａ、放射部６２ｂが設けられている。
強電界発生部６２ａは、導入されたマイクロ波Ｍを共振させることで強い電界強度を発生させる。強電界発生部６２ａの構成は特に限定されるわけではなく、例えば、図１〜図３に例示をしたような各種の空胴共振器とすることができる。
放射部６２ｂは、例えば、スロットや孔などとすることができ、強電界発生部６２ａにおいて共振されたマイクロ波Ｍを減圧部５ｂ３に向けて放射する。
【００９２】
導波部６３は、マイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波Ｍを導波して強電界発生部６２ａに導入する。導波部６３の構成は特に限定されるわけではなく、例えば、図１、図２に例示をしたような導波管、図３に例示をしたような同軸ケーブルなどとすることができる。
【００９３】
プラズマ処理部６５には、流入部５ａ、減圧部５ｂ３、流出部５ｃが設けられている。 減圧部５ｂ３は、遮蔽部６８ａを挟んで放射部６２ｂと対峙する位置に設けられている。減圧部５ｂ３は、液体Ｌの圧力を減圧して溶存していた気体、もしくは液体Ｌ自体が気化した気体を内包する気泡を発生させる。もしくは、気泡を発生しやすくする。減圧部５ｂ３の形状は特に限定されるわけではなく、例えば、図１〜図４に例示をしたような直線形状、図５〜図７、図１０、図１１に例示をしたような蛇行形状、図８、図９、図１２に例示をしたような螺旋形状、図示は省略するが任意の曲線からなる形状、任意の曲線と直線とからなる形状などとすることができる。
【００９４】
導入制御部６８は、共振部６２と減圧部５ｂ３との間に設けられ、マイクロ波Ｍの減圧部５ｂ３への導入を制御する。
導入制御部６８には、遮蔽部６８ａ、移動部６８ｂが設けられている。
遮蔽部６８ａは、放射部６２ｂからマイクロ波Ｍが放射されないように遮蔽する。遮蔽部６８ａは、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属から形成された板状体などとすることができる。
移動部６８ｂは、放射部６２ｂに対する遮蔽部６８ａの位置を変化させる。そして、放射部６２ｂを覆う位置に遮蔽部６８ａを移動させることでマイクロ波Ｍの放射を停止させ、放射部６２ｂが露出する位置に遮蔽部６８ａを移動させることでマイクロ波Ｍの放射を行わせる。移動部６８ｂは、瞬間的に遮蔽部６８ａを移動させることができるものとして、例えば、圧電素子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を駆動源に有するものなどとすることができる。
なお、導入制御部６８の一例として、スロットや孔などの放射部６２ｂを機械的に開閉する遮蔽部６８ａ、移動部６８ｂを例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、強電界発生部６２ａと減圧部５ｂ３との間にＰＩＮダイオードなどを備えた電気的な開閉を行う要素を設けるようにすることもできる。
【００９５】
制御部６９は、マイクロ波発生部４と導入制御部６８とを制御する。
制御部６９は、マイクロ波発生部４を制御することでマイクロ波Ｍ（例えば、パルス状のマイクロ波Ｍ）を発生させ、導入制御部６８を制御することで共振部６２からのマイクロ波Ｍの放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強める。なお、このことに関する詳細は後述する。
【００９６】
次に、導入制御部６８に関してさらに例示する。
図１４は、導入制御部６８が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。
なお、図１４（ａ）はマイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波Ｍのパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図１４（ｂ）は放射部６２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図１４（ｃ）は強電界発生部６２ａのＱ値(Quality factor)の時間変化を例示する模式グラフ図、図１４（ｄ）は強電界発生部６２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図１４（ｅ）は強電界発生領域２００ｃにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００９７】
導入制御部６８が設けられていない場合には、図１４（ｂ）に示すように放射部６２ｂの開口率は高い状態で一定となる。
この様な場合には、図１４（ｃ）に示すように強電界発生部６２ａのＱ値は低い状態で一定となる。すなわち、強電界発生部６２ａのエネルギー蓄積能力が低いまま一定となる。
そのため、図１４（ａ）に示すようなパルス状のマイクロ波Ｍがマイクロ波発生部４から放射されても強電界発生部６２ａに蓄積されるマイクロ波エネルギーは少ないものとなる。
【００９８】
その結果、図１４（ｄ）に示すように、強電界発生部６２ａにおける電界強度は、パルス状のマイクロ波Ｍが強電界発生部６２ａに導入されている間、わずかに高くなる程度となる。
そして、強電界発生部６２ａにおける電界強度が足りない場合があるため、図１４（ｅ）に示すように、強電界発生領域２００ｃにおける電界強度も、パルス状のマイクロ波Ｍが強電界発生部６２ａに導入されている間、わずかに高くなる程度となる。
【００９９】
図１５は、導入制御部６８が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。
なお、図１５（ａ）はマイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波Ｍのパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図１５（ｂ）は放射部６２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図１５（ｃ）は強電界発生部６２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図１５（ｄ）は強電界発生部６２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図１５（ｅ）は強電界発生領域２００ｃにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【０１００】
導入制御部６８が設けられている場合には、図１５（ｂ）に示すように放射部６２ｂに対する遮蔽部６８ａの位置により放射部６２ｂの開口率を変化させることができる。すなわち、放射部６２ｂを覆う方向に遮蔽部６８ａを移動させることで放射部６２ｂの開口率を低くすることができる。また、放射部６２ｂが露出する方向に遮蔽部６８ａを移動させることで放射部６２ｂの開口率を高くすることができる。
【０１０１】
この様な場合には、図１５（ｃ）に示すように強電界発生部６２ａのＱ値を放射部６２ｂの開口率に応じて変化させることができる。すなわち、遮蔽部６８ａにより放射部６２ｂが覆われることで放射部６２ｂの開口率が低くなれば強電界発生部６２ａのＱ値が高くなる。このことは、強電界発生部６２ａに多くのマイクロ波エネルギーを蓄積することができることを意味する。一方、遮蔽部６８ａを移動させて放射部６２ｂが露出するようにすれば、放射部６２ｂの開口率が高くなり強電界発生部６２ａのＱ値が低くなる。
【０１０２】
この場合、例えば、図１５（ａ）に示すようなパルス状のマイクロ波Ｍがマイクロ波発生部４から放射され、パルス状のマイクロ波Ｍが強電界発生部６２ａに導入されている際に、遮蔽部６８ａにより放射部６２ｂの開口率を変化させれば、強電界発生領域２００ｃにおける電界強度を瞬間的に極めて強いものとすることができる。
【０１０３】
すなわち、図１５（ｄ）に示すように、遮蔽部６８ａにより放射部６２ｂの開口率が低くされている間は、強電界発生部６２ａにおける電界強度が徐々に強くなり、放射部６２ｂの開口率が高くなると強電界発生部６２ａにおける電界強度が段階的に弱くなる。
そして、強電界発生部６２ａにおける電界強度が強いところから弱いところへと変化する時点において、図１５（ｅ）に示すように、強電界発生領域２００ｃにおける電界強度が瞬間的に極めて強いものとなる。
【０１０４】
そのため、制御部６９によりマイクロ波発生部４と移動部６８ｂとを制御して、マイクロ波Ｍの放射と遮蔽部６８ａの位置の変化との同期をとれば、強電界発生領域２００ｃにおいて極めて強い電界強度を繰り返し発生させることができる。すなわち、強電界発生部６２ａにマイクロ波エネルギーを貯めてこれを放出する際に極めて強い電界強度を瞬間的に発生させ、この極めて強い電界強度を繰り返し発生させるようにすることができる。
本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置６１によれば、さらに強い電界強度を実効的に発生させることができる。
【０１０５】
次に、液中プラズマ発生装置６１の作用について例示する。
液体供給部６から配管７を介してプラズマ処理部６５の流入部５ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部５ａから減圧部５ｂ３に液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌに溶存していた気体の気泡Ｂが発生する。
【０１０６】
一方、制御部６９によりマイクロ波発生部４を制御することで、マイクロ波Ｍ（例えば、パルス状のマイクロ波Ｍ）が導波部６３を介して強電界発生部６２ａに導入される。強電界発生部６２ａにおいては、共振によりマイクロ波Ｍの電界強度が強められる。
この際、制御部６９により移動部６８ｂを制御することで、強電界発生領域２００ｃにおいて極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、マイクロ波Ｍがマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波Ｍが強電界発生部６２ａに導入されている際に、遮蔽部６８ａにより放射部６２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を強電界発生領域２００ｃにおいて発生させる。そして、瞬間的に極めて強い電界強度の発生を繰り返すことで強い電界強度を実効的に発生させる。
【０１０７】
この様にして電界強度が強められたマイクロ波Ｍは、石英などの誘電体から形成された減圧部５ｂ３の内部に導入される。ここで、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので導入されたマイクロ波Ｍによりプラズマが発生する。この場合、減圧部５ｂ３の圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【０１０８】
そして、前述したものと同様に、発生したプラズマによりプラズマ生成物が生成される。
また、減圧部５ｂ３の内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、減圧部５ｂ３を所望の材料で形成し、減圧部５ｂ３自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
【０１０９】
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【０１１０】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、流出部５ｃ、配管８を介して図示しない処理部などに送られる。
【０１１１】
本実施の形態に係る液中プラズマ発生装置６１によれば、図１において例示をした液中プラズマ発生装置１と同様の効果を奏することができる。
またさらに、強電界発生領域２００ｃにおいて極めて強い電界強度を発生させることができるので、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上をさらに容易とすることができる。
【０１１２】
[第７の実施形態]
次に、本実施の形態に係る液中プラズマ発生方法について例示する。
【０１１３】
本実施の形態に係る液中プラズマ発生方法は、液体Ｌの流速を上昇させることで液体Ｌの圧力を減圧させて気泡Ｂを発生させる工程と、マイクロ波Ｍを発生させる工程と、共振器を用いてマイクロ波Ｍを共振させる工程と、気泡Ｂが発生した領域に共振させたマイクロ波Ｍを放射する工程と、を備えている。そして、マイクロ波Ｍを放射する工程において、共振器と液体Ｌとを誘電体により離隔している。
【０１１４】
また、マイクロ波Ｍを共振させる工程において、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を生じさせるようにすることができる。
また、マイクロ波Ｍを共振させる工程において、共振器の一部である互いに平行な一対の板状体の間にマイクロ波Ｍを導入することでマイクロ波Ｍを共振させるようにすることができる。
また、マイクロ波Ｍを共振させる工程において、共振器において定在波を形成し、定在波の最大電界強度位置がマイクロ波Ｍを放射する位置となるようにすることができる。
【０１１５】
また、マイクロ波Ｍを放射する工程において、放射されたマイクロ波Ｍにより形成された強電界発生領域に設けられた蛇行形状および螺旋形状の少なくともいずれかを有した流路を減圧された液体Ｌが流通するようにすることができる。
また、マイクロ波Ｍを放射する工程において、強電界発生領域を複数回通過するように設けられた流路を減圧された液体Ｌが流通するようにすることができる。
また、マイクロ波Ｍを放射する工程において、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部を介して誘電体側にマイクロ波Ｍが導入されるようにすることができる。
また、共振器を用いてマイクロ波Ｍを共振させる工程において、共振器からのマイクロ波Ｍの放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、マイクロ波Ｍを放射する工程において、蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強めるようにすることができる。
なお、各工程の内容は、前述した液中プラズマ発生装置や液中プラズマ処理装置などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１６】
[第８の実施形態]
次に、本実施の形態に係る液中プラズマ処理方法について例示する。
【０１１７】
本実施の形態に係る液中プラズマ処理方法は、前述した液中プラズマ発生方法により液体Ｌをプラズマ処理する工程を備えている。
また、液体Ｌをプラズマ処理する工程において、液体Ｌに含まれた物質が分解されるようにすることができる。
また、液体Ｌをプラズマ処理する工程において、液体Ｌおよび液体Ｌに含まれた物質の少なくともいずれかから微細体が生成されるようにすることができる。
また、液体Ｌをプラズマ処理する工程において、液体Ｌおよび気泡Ｂに含まれた気体の少なくともいずれかから反応生成物が生成されるようにすることができる。
また、液体Ｌをプラズマ処理する工程において、発生させたプラズマまたは生成された反応生成物により液体Ｌに接触している物質がスパッタリングされて微細体が生成されるようにすることができる。 また、プラズマ処理された液体Ｌにより被処理物を処理する工程をさらに備え、被処理物を処理する工程において、被処理物の処理面に前述した微細体を付着させるようにすることができる。
また、プラズマ処理された液体Ｌにより被処理物を処理する工程をさらに備え、被処理物を処理する工程において、被処理物の処理面にある物質を前述した反応生成物により除去するようにすることができる。
また、被処理物の表面改質を行うこともできる。
なお、各工程の内容は、前述した液中プラズマ発生装置や液中プラズマ処理装置などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１８】
以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、前述した各液中プラズマ処理装置、各液中プラズマ発生装置などに設けられた各要素の形状、寸法、材料、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 液中プラズマ発生装置、１ａ〜１ｃ 液中プラズマ発生装置、２ 共振部、２ａ 環状部、２ｂ 強電界発生部、３ 導波部、４ マイクロ波発生部、５ プラズマ処理部、５ａ 流入部、５ｂ 減圧部、５ｂ１ 減圧部、５ｂ１ａ 減圧部、５ｂ１ｂ 減圧部、５ｂ２ 減圧部、５ｂ３ 減圧部、５ｃ 流出部、６ 液体供給部、１０ 処理部、１０ａ 処理部、１３ 載置部、１４ 吐出部、２２ 載置台、３２ 共振部、３２ａ 導波部、３２ｂ 整合器、３２ｃ 定在波形成部、３５ プラズマ処理部、３６ 絶縁部、３６ａ 絶縁部、３６ｂ 絶縁部、３６ｃ 絶縁部、３６ｄ 絶縁部、４２ａ 強電界発生部、４３ 導波部、４５ プラズマ処理部、４５ａ プラズマ処理部、４５ｂ プラズマ処理部、５５ プラズマ処理部、６１ 液中プラズマ発生装置、６２ 共振部、６２ａ 強電界発生部、６２ｂ 放射部、６３ 導波部、６５ プラズマ処理部、６８ 導入制御部、６８ａ 遮蔽部、６８ｂ 移動部、６９ 制御部、１００ 液中プラズマ処理装置、１００ａ 液中プラズマ処理装置、１００ｂ 液中プラズマ処理装置、２００ 強電界発生領域、２００ａ 強電界発生領域、２００ｂ 強電界発生領域、２００ｃ 強電界発生領域、Ｂ 気泡、Ｌ 液体、Ｍ マイクロ波、Ｗ 被処理物、Ｗａ 処理面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を供給する液体供給部と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させるまたは前記気泡を発生させやすくする減圧部と、
前記マイクロ波を共振させ、前記減圧部に前記共振させたマイクロ波を放射する共振部と、
を備え、
前記減圧部により、前記液体と、前記共振部と、が離隔されたことを特徴とする液中プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記液体には気体が溶存しており、前記減圧部においては、前記液体自体の気化による気体を内包した気泡、および、前記液体に溶存していた気体を内包する気泡の少なくともいずれかを発生させること、を特徴とする請求項１記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項３】
前記共振部は、前記マイクロ波を共振させることで、前記気泡に含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を生じさせることを特徴とする請求項１または２に記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項４】
前記共振部は、環状を呈した前記マイクロ波が導入される環状部と、前記環状部の内周側に設けられた互いに平行な一対の板状体を有した強電界発生部と、を有し、
前記一対の板状体同士の間の寸法は、前記環状部の軸方向の寸法よりも短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項５】
前記共振部は、前記マイクロ波を導波する管状の導波部と、前記導波部の終端側の内部に設けられた可動板と、前記可動板の位置を変化させる移動部と、を有し、
前記移動部は、前記可動板の位置を変化させることで前記導波部の内部に形成された定在波の最大電界強度位置が、前記マイクロ波を放射する位置となるようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項６】
前記減圧部は、蛇行形状および螺旋形状の少なくともいずれかを有したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項７】
前記減圧部は、前記マイクロ波を共振させることで生じた強電界発生領域を複数回貫通するように設けられたことを特徴とする請求項６記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項８】
前記強電界発生領域の前記減圧部以外の部分には、前記気泡に含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部が設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項９】
前記共振部と、前記減圧部と、の間に設けられた前記マイクロ波の前記減圧部への導入を制御する導入制御部と、
前記マイクロ波発生部と、前記導入制御部と、を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記マイクロ波発生部を制御することで前記マイクロ波を発生させ、前記導入制御部を制御することで前記共振部からの前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記減圧部の前記液体の流出側先端には吐出口が設けられたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置と、
前記液中プラズマ発生装置でプラズマ処理された液体により処理される被処理物を載置する載置部と、
を備えたことを特徴とする液中プラズマ処理装置。
【請求項１２】
液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させる工程と、
マイクロ波を発生させる工程と、
共振器を用いて前記マイクロ波を共振させる工程と、
前記気泡が発生した領域に前記共振させたマイクロ波を放射する工程と、
を備え、
前記マイクロ波を放射する工程において、前記共振器と、前記液体と、を誘電体により離隔したことを特徴とする液中プラズマ発生方法。
【請求項１３】
前記マイクロ波を共振させる工程において、前記気泡に含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を生じさせることを特徴とする請求項１２記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１４】
前記マイクロ波を共振させる工程において、前記共振器の一部である互いに平行な一対の板状体の間に前記マイクロ波を導入することで前記マイクロ波を共振させること、を特徴とする請求項１２または１３に記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１５】
前記マイクロ波を共振させる工程において、前記共振器において定在波を形成し、前記定在波の最大電界強度位置が前記マイクロ波を放射する位置となるようにすること、を特徴とする請求項１２または１３に記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１６】
前記マイクロ波を放射する工程において、前記放射されたマイクロ波により形成された強電界発生領域に設けられた蛇行形状および螺旋形状の少なくともいずれかを有した流路を前記減圧された液体が流通すること、を特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１７】
前記マイクロ波を放射する工程において、前記強電界発生領域を複数回通過するように設けられた流路を前記減圧された液体が流通すること、を特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１８】
前記マイクロ波を放射する工程において、前記気泡に含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部を介して前記誘電体側に前記マイクロ波が導入されること、を特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１９】
前記共振器を用いてマイクロ波を共振させる工程において、前記共振器からの前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、
前記マイクロ波を放射する工程において、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めること、を特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項２０】
請求項１２〜１９のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法により液体をプラズマ処理する工程を備えたことを特徴とする液中プラズマ処理方法。
【請求項２１】
前記液体をプラズマ処理する工程において、前記液体に含まれた物質が分解されることを特徴とする請求項２０記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２２】
前記液体をプラズマ処理する工程において、前記液体および前記液体に含まれた物質の少なくともいずれかから微細体が生成されることを特徴とする請求項２０記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２３】
前記液体をプラズマ処理する工程において、前記液体および気泡に含まれた気体の少なくともいずれかから反応生成物が生成されることを特徴とする請求項２０記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２４】
前記液体をプラズマ処理する工程において、発生させたプラズマ、または前記生成された反応生成物により前記液体に接触している物質がスパッタリングされて微細体が生成されることを特徴とする請求項２３記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２５】
前記プラズマ処理された液体により被処理物を処理する工程をさらに備え、
前記被処理物を処理する工程において、前記被処理物の処理面に前記微細体を付着させることを特徴とする請求項２２または２４に記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２６】
前記プラズマ処理された液体により被処理物を処理する工程をさらに備え、
前記被処理物を処理する工程において、前記被処理物の処理面にある物質を前記反応生成物により除去、または改質を行うことを特徴とする請求項２３記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項１】
液体を供給する液体供給部と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させるまたは前記気泡を発生させやすくする減圧部と、
前記マイクロ波を共振させ、前記減圧部に前記共振させたマイクロ波を放射する共振部と、
を備え、
前記減圧部により、前記液体と、前記共振部と、が離隔されたことを特徴とする液中プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記液体には気体が溶存しており、前記減圧部においては、前記液体自体の気化による気体を内包した気泡、および、前記液体に溶存していた気体を内包する気泡の少なくともいずれかを発生させること、を特徴とする請求項１記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項３】
前記共振部は、前記マイクロ波を共振させることで、前記気泡に含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を生じさせることを特徴とする請求項１または２に記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項４】
前記共振部は、環状を呈した前記マイクロ波が導入される環状部と、前記環状部の内周側に設けられた互いに平行な一対の板状体を有した強電界発生部と、を有し、
前記一対の板状体同士の間の寸法は、前記環状部の軸方向の寸法よりも短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項５】
前記共振部は、前記マイクロ波を導波する管状の導波部と、前記導波部の終端側の内部に設けられた可動板と、前記可動板の位置を変化させる移動部と、を有し、
前記移動部は、前記可動板の位置を変化させることで前記導波部の内部に形成された定在波の最大電界強度位置が、前記マイクロ波を放射する位置となるようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項６】
前記減圧部は、蛇行形状および螺旋形状の少なくともいずれかを有したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項７】
前記減圧部は、前記マイクロ波を共振させることで生じた強電界発生領域を複数回貫通するように設けられたことを特徴とする請求項６記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項８】
前記強電界発生領域の前記減圧部以外の部分には、前記気泡に含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部が設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項９】
前記共振部と、前記減圧部と、の間に設けられた前記マイクロ波の前記減圧部への導入を制御する導入制御部と、
前記マイクロ波発生部と、前記導入制御部と、を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記マイクロ波発生部を制御することで前記マイクロ波を発生させ、前記導入制御部を制御することで前記共振部からの前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記減圧部の前記液体の流出側先端には吐出口が設けられたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生装置と、
前記液中プラズマ発生装置でプラズマ処理された液体により処理される被処理物を載置する載置部と、
を備えたことを特徴とする液中プラズマ処理装置。
【請求項１２】
液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて気泡を発生させる工程と、
マイクロ波を発生させる工程と、
共振器を用いて前記マイクロ波を共振させる工程と、
前記気泡が発生した領域に前記共振させたマイクロ波を放射する工程と、
を備え、
前記マイクロ波を放射する工程において、前記共振器と、前記液体と、を誘電体により離隔したことを特徴とする液中プラズマ発生方法。
【請求項１３】
前記マイクロ波を共振させる工程において、前記気泡に含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えた電界強度を生じさせることを特徴とする請求項１２記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１４】
前記マイクロ波を共振させる工程において、前記共振器の一部である互いに平行な一対の板状体の間に前記マイクロ波を導入することで前記マイクロ波を共振させること、を特徴とする請求項１２または１３に記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１５】
前記マイクロ波を共振させる工程において、前記共振器において定在波を形成し、前記定在波の最大電界強度位置が前記マイクロ波を放射する位置となるようにすること、を特徴とする請求項１２または１３に記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１６】
前記マイクロ波を放射する工程において、前記放射されたマイクロ波により形成された強電界発生領域に設けられた蛇行形状および螺旋形状の少なくともいずれかを有した流路を前記減圧された液体が流通すること、を特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１７】
前記マイクロ波を放射する工程において、前記強電界発生領域を複数回通過するように設けられた流路を前記減圧された液体が流通すること、を特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１８】
前記マイクロ波を放射する工程において、前記気泡に含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部を介して前記誘電体側に前記マイクロ波が導入されること、を特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項１９】
前記共振器を用いてマイクロ波を共振させる工程において、前記共振器からの前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、
前記マイクロ波を放射する工程において、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めること、を特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法。
【請求項２０】
請求項１２〜１９のいずれか１つに記載の液中プラズマ発生方法により液体をプラズマ処理する工程を備えたことを特徴とする液中プラズマ処理方法。
【請求項２１】
前記液体をプラズマ処理する工程において、前記液体に含まれた物質が分解されることを特徴とする請求項２０記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２２】
前記液体をプラズマ処理する工程において、前記液体および前記液体に含まれた物質の少なくともいずれかから微細体が生成されることを特徴とする請求項２０記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２３】
前記液体をプラズマ処理する工程において、前記液体および気泡に含まれた気体の少なくともいずれかから反応生成物が生成されることを特徴とする請求項２０記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２４】
前記液体をプラズマ処理する工程において、発生させたプラズマ、または前記生成された反応生成物により前記液体に接触している物質がスパッタリングされて微細体が生成されることを特徴とする請求項２３記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２５】
前記プラズマ処理された液体により被処理物を処理する工程をさらに備え、
前記被処理物を処理する工程において、前記被処理物の処理面に前記微細体を付着させることを特徴とする請求項２２または２４に記載の液中プラズマ処理方法。
【請求項２６】
前記プラズマ処理された液体により被処理物を処理する工程をさらに備え、
前記被処理物を処理する工程において、前記被処理物の処理面にある物質を前記反応生成物により除去、または改質を行うことを特徴とする請求項２３記載の液中プラズマ処理方法。
【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１５】
【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１５】
【公開番号】特開２０１２−１４２１５０（Ｐ２０１２−１４２１５０Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３１３５（Ｐ２０１０−２９３１３５）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【出願人】（５００４３３２２５）学校法人中部大学 (105)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【出願人】（５００４３３２２５）学校法人中部大学 (105)
【Ｆターム（参考）】
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