JP7159694B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

従来、密閉容器の内部を減圧してプラズマを発生し、当該密閉容器内に配置されたワークをプラズマ処理する技術が多く利用された。しかしながら、近年では、大気圧下で安定的にプラズマ放電させる技術が確立されてきており、開放空間でのプラズマ処理が実用化されている。これにより、減圧に耐える強固な密閉容器が不要となり、安価なプラズマ処理装置が実現されている。

このような大気圧プラズマ処理を行うプラズマ処理装置の一例は、特許文献１に開示される。特許文献１のプラズマ処理装置では、筒状のＨＯＴ電極に電源が接続される。ＨＯＴ電極の内面は、誘電体により覆われる。ＨＯＴ電極に線状の連続する被処理物が挿通され、被処理物の外面はＨＯＴ電極の内面に対向する。被処理物は接地される。

電源によりＨＯＴ電極に電圧を印加し、ＨＯＴ電極と被処理物との間の放電空間で放電を発生させることで、被処理物の外面をプラズマ処理する。

特開２００７－１１５６１６号公報

しかしながら、従来、上記特許文献１のように被処理物を接地電位と導通させることが困難或いは好ましくない場合があった。

上記状況に鑑み、本発明は、被処理物を接地電位と導通させることなく、被処理物をプラズマ処理することが可能となるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

本発明の例示的なプラズマ処理装置は、誘電体を有し、電圧が印加される電圧電極と、誘電体を有し、接地電位と導通される接地電極と、被処理物を保持する被処理物ホルダと、を備え、前記電圧電極と前記接地電極とのそれぞれが有する誘電体は、前記被処理物と対向し、前記電圧電極に前記電圧を印加していないとき、前記被処理物は、前記電圧電極および前記接地電極に対して電位が独立した電気的なフローティング状態であり、前記電圧電極に前記電圧を印加することにより、前記電圧電極と前記被処理物との間と、前記接地電極と前記被処理物との間との少なくとも一方においてプラズマが発生する。

本発明の例示的なプラズマ処理装置によれば、被処理物を接地電位と導通させることなく、被処理物をプラズマ処理することが可能となる。

図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す縦断面図である。 図２は、電極の第１配置構成例を示す上面図である。 図３は、電極の第２配置構成例を示す上面図である。 図４は、電極の第３配置構成例を示す上面図である。 図５は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す縦断面図である。 図６は、第３実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す縦断面図である。 図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面図である。 図８は、図７に示す構成の変形例を示す上面断面図である。 図９は、第１変形例に係るプラズマ処理装置に被処理物がセットされた状態における被処理物付近を模式的に示す拡大図である。 図１０は、第２変形例に係るプラズマ処理装置に被処理物がセットされた状態における被処理物付近を模式的に示す拡大図である。 図１１は、第３変形例に係るプラズマ処理装置に被処理物がセットされた状態における被処理物付近を模式的に示す拡大図である。

以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下において、中心軸Ｃの延びる方向を「軸方向」と称し、軸方向のＸ１側を「上方」、軸方向のＸ２側を「下方」とする。また、中心軸周りの方向を「周方向」、中心軸の径方向を「径方向」と称する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０を模式的に示す縦断面図である。

図１に示すプラズマ処理装置１０は、大気圧下でプラズマを発生させ、被処理物である金属製の被処理物１に対してプラズマ処理を行う装置である。プラズマ処理装置１０は、電圧電極２と、接地電極３と、被処理物ホルダ４と、高電圧電源部５と、を備える。

被処理物１は、上円柱部１１と、下円柱部１２と、を有する。上円柱部１１と下円柱部１２は、ともに中心軸Ｃを中心として軸方向に延びる円柱状を有する。上円柱部１１は、下円柱部１２の上方に配置される。上円柱部１１の軸方向に垂直な断面の径は、下円柱部１２の軸方向に垂直な断面の径よりも小さい。上円柱部１１および下円柱部１２は、金属製である。

被処理物ホルダ４は、被処理物１を保持する。被処理物ホルダ４は、中心軸Ｃを中心として軸方向に延びる有底円筒状に形成され、上方に開口した凹部４Ａを有する。凹部４Ａは、中心軸Ｃを中心として軸方向に延びる円柱状の空間である。下円柱部１２の下部が凹部４Ａに収容されることで、被処理物１は被処理物ホルダ４に保持される。被処理物ホルダ４は、絶縁性材により構成される。

電圧電極２は、金属電極部２１と、誘電体２２と、を有する。被処理物１が被処理物ホルダ４により保持された状態で、金属電極部２１の内壁面２１１は、被処理物１の上円柱部１１の外周面と対向する。誘電体２２は、内壁面２１１を覆う。誘電体２２と上円柱部１１との間には、隙間Ｓ２が配置される。

誘電体２２は、アルミナ、ジルコニアなどのセラミック材料、または快削性セラミックなどが好適に使用される。なお、後述する誘電体３２についても同様である。

高電圧電源部５は、高周波である高電圧を金属電極部２１に印加する。すなわち、電圧電極２には、電圧が印加される。高電圧電源部５が印加する電圧の周波数は、例えば、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚである。高電圧電源部５が印加する電圧の波形は、パルス波形が望ましいが、その他にも正弦波、矩形波等でもよく、大気圧プラズマ放電で用いられる公知の波形を用いればよい。また、高電圧電源部５が印加する電圧は、例えば５ｋＶｐｐ～２０ｋＶｐｐであり、電圧電極２と被処理物１との間のギャップ、および接地電極３と被処理物１との間のギャップ等によって適宜設定される。

接地電極３は、金属電極部３１と、誘電体３２と、を有する。被処理物１が被処理物ホルダ４により保持された状態で、金属電極部３１の内壁面３１１は、被処理物１の上円柱部１１の外周面と対向する。誘電体３２は、内壁面３１１を覆う。誘電体３２と上円柱部１１との間には、隙間Ｓ３が配置される。

金属電極部３１は、接地電位と導通される。すなわち、接地電極３は、接地電位と導通される。

金属製である被処理物１は、絶縁性材により構成される被処理物ホルダ４により保持される。そのため、電圧電極２に高電圧電源部５により高電圧を印加していないとき、被処理物１は、フローティング状態の電位を有する。すなわち、電圧電極２に電圧を印加していないとき、被処理物１は、電圧電極２および接地電極３に対して電位が独立した電気的なフローティング状態である。

これにより、電圧電極２に高電圧電源部５により高周波である高電圧を印加することで、電圧電極２、上円柱部１１、および接地電極３を介した電流経路が形成され、隙間Ｓ２，Ｓ３において誘電体バリア放電が発生し、隙間Ｓ２，Ｓ３における処理ガスがプラズマ化されてプラズマＰが生成される。プラズマＰは、ダイレクトに上円柱部１１の外周面に接触するので、上円柱部１１の外周面はプラズマ処理される。

なお、必要であれば、図示しないガス供給手段により隙間Ｓ２，Ｓ３に外部から所望のガスを供給してもよい。例えば被処理物に付着した切削油などの残渣を除去する場合には窒素に対して酸素を微量に添加したガスであることが望ましいが、本発明ではガス種を限定しない。

すなわち、電圧電極２に電圧を印加することにより、電圧電極２と被処理物１との間と、接地電極３と被処理物１との間との両方においてプラズマが発生する。

このように本実施形態によれば、被処理物１を接地電位と導通させることが困難或いは好ましくない場合でも、被処理物１を接地電位と導通させることなく、電圧電極２、被処理物１、および接地電極３を介した電流経路を形成し、電圧電極２と被処理物１との間と、接地電極３と被処理物１との間との両方にプラズマＰを発生させることができる。発生したプラズマＰがダイレクトに被処理物１に接触することで、被処理物１をプラズマ処理することが可能となる。

なお、例えば、被処理物ホルダ４を金属製として、被処理物ホルダ４の外側に不図示の絶縁物を配置しても、被処理物１のフローティング状態を実現することは可能である。

また、誘電体２２と誘電体３２との一方のみを設けることとしても、誘電体バリア放電を行うことは可能である。また、高電圧電源部５により電圧電極２に印加する電圧の波形制御によりアーク放電を抑制できる場合などであれば、誘電体２２，３２を用いない構成も可能である。すなわち、誘電体は必須ではない。

＜第１実施形態における電極の配置構成＞
次に、上述した第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０における電圧電極２および接地電極３の具体的な配置構成の一例について説明する。なお、以下では、各構成例の説明の便宜上、電圧電極２および接地電極３の符号に「Ａ」等の符号を付記する。

図２は、電極の第１配置構成例を示す上面図である。図２の構成では、被処理物ホルダ４に保持された状態の被処理物１に対して電圧電極２Ａおよび接地電極３Ａが配置される。電圧電極２Ａは、金属電極部２１Ａと誘電体２２Ａを有する。接地電極３Ａは、金属電極部３１Ａと誘電体３２Ａを有する。

金属電極部２１Ａの内壁面２１１Ａは、中心軸Ｃを通って径方向に延びる径Ｄ１と上円柱部１１の外周面との一方の交点ＰＩ１における接線方向に平面状に延びる。誘電体２２Ａは、内壁面２１１Ａを覆い、内壁面２１１Ａと平行に延びて平板状に構成される。従って、誘電体２２Ａの内壁面２２１Ａは、内壁面２１１Ａと平行に延びる平面状となる。

上方から視て、隙間Ｓ２において、上円柱部１１の外周面に沿って交点ＰＩ１から両側に離れるに従い、上円柱部１１の外周面と誘電体２２Ａの内壁面２２１Ａとの間隙は広くなる。従って、隙間Ｓ２において、上円柱部１１の外周面に沿って交点ＰＩ１から両側に延びる所定範囲でプラズマＰは発生し、当該所定範囲外においてはプラズマは発生しない。

金属電極部３１Ａの内壁面３１１Ａは、径Ｄ１と上円柱部１１の外周面との他方の交点ＰＩ２における接線方向に平面状に延びる。誘電体３２Ａは、内壁面３１１Ａを覆い、内壁面３１１Ａと平行に延びて平板状に構成される。従って、誘電体３２Ａの内壁面３２１Ａは、内壁面３１１Ａと平行に延びる平面状となる。

上方から視て、隙間Ｓ３において、上円柱部１１の外周面に沿って交点ＰＩ２から両側に離れるに従い、上円柱部１１の外周面と誘電体３２Ａの内壁面３２１Ａとの間隙は広くなる。従って、隙間Ｓ３において、上円柱部１１の外周面に沿って交点ＰＩ２から両側に延びる所定範囲でプラズマＰは発生し、当該所定範囲外においてはプラズマは発生しない。

誘電体２２Ａの内壁面２２１Ａと誘電体３２Ａの内壁面３２１Ａとは、径Ｄ１の延びる径方向に上円柱部１１を介して対向する。すなわち、電圧電極２Ａと接地電極３Ａは、互いに対向する。これにより、電圧電極２Ａと接地電極３Ａとの間の距離を長くすることができるため、両者の間で放電されることを抑制でき、電圧電極２Ａと被処理物１との間、或いは被処理物１と接地電極３Ａとの間でプラズマを発生させやすくなる。

なお、図２の構成における電圧電極２Ａの上記接線方向の長さ、および接地電極３Ａの上記接線方向の長さを短くして、電圧電極２Ａおよび接地電極３Ａの設ける範囲を上記所定範囲内とすれば、隙間Ｓ２，Ｓ３における全周においてプラズマを発生させることができる。

図３は、電極の第２配置構成例を示す上面図である。図３の構成では、被処理物ホルダ４に保持された状態の被処理物１に対して電圧電極２Ｂおよび接地電極３Ｂが配置される。電圧電極２Ｂは、金属電極部２１Ｂと誘電体２２Ｂを有する。接地電極３Ｂは、金属電極部３１Ｂと誘電体３２Ｂを有する。

金属電極部２１Ｂの内壁面２１１Ｂは、上方から視て、交点ＰＩ１の径方向外側位置から上円柱部１１の周方向両側に延びる円弧状面を有する。誘電体２２Ｂの内壁面２２１Ｂは、上方から視て、上記交点ＰＩ１の径方向外側位置よりも径方向内側の位置から上円柱部１１の周方向両側に延びる円弧状面を有する。

これにより、隙間Ｓ２における上円柱部１１の外周面と誘電体２２Ｂの内壁面２２１Ｂとの間隙の周方向での変動を抑制することができ、隙間Ｓ２の全周においてプラズマＰを生成することができる。

金属電極部３１Ｂの内壁面３１１Ｂは、上方から視て、交点ＰＩ２の径方向外側位置から上円柱部１１の周方向両側に延びる円弧状面を有する。誘電体３２Ｂの内壁面３２１Ｂは、上方から視て、上記交点ＰＩ２の径方向外側位置よりも径方向内側の位置から上円柱部１１の周方向両側に延びる円弧状面を有する。

これにより、隙間Ｓ３における上円柱部１１の外周面と誘電体３２Ｂの内壁面３２１Ｂとの間隙の周方向での変動を抑制することができ、隙間Ｓ３の全周においてプラズマＰを生成することができる。

なお、内壁面２２１Ｂ，３２１Ｂのうち一方を円弧状面とし、他方は円弧状面以外（例えば図２）としてもよい。

すなわち、電圧電極２Ｂにおける被処理物１と対向する電極面（内壁面２２１Ｂ）、および接地電極３における被処理物１と対向する電極面（内壁面３２１Ｂ）の少なくとも一方は、被処理物１の外周面に沿う形状を有する。

これにより、被処理物１の外周面におけるプラズマＰが発生する領域を大きくすることができる。また、被処理物１と電極面との間の距離が均一になるため、プラズマＰを均一に発生させやすい。特に、プラズマＰの発生領域を広げるために電圧電極２Ｂおよび接地電極３Ｂを大きくした場合に双方の電極間の距離が短くなりやすいが、電圧電極２Ｂと接地電極３Ｂは互いに対向するので、電極間の距離をなるべく長くすることができる。

また、上記被処理物１の外周面に沿う形状は、曲面である。これにより、曲面の外周面を有する被処理物１における被処理面積を大きくすることができる。

図４は、電極の第３配置構成例を示す上面図である。本構成例は、先述した図２に示す第２配置構成例の変形例である。図４の構成では、図２との構成上の相違として、電圧電極２Ａと上円柱部１１の外周面とが対向する径方向と、接地電極３Ａと上円柱部１１の外周面とが対向する径方向とは、直交する。これにより、上円柱部１１の外周面における互いに直交する各径方向位置においてプラズマＰを発生させ、上記外周面の所望箇所をプラズマ処理することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図５は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０１を模式的に示す縦断面図である。

本実施形態に係るプラズマ処理装置１０１は、先述した第１実施形態（図１）との構成上の相違として、回転機構６を備える。回転機構６は、被処理物ホルダ４を中心軸Ｃを回転軸として周方向に回転駆動する。回転機構６は、不図示のモータ、減速機、制御装置等を有する。

被処理物ホルダ４の回転に伴い、被処理物１は上記回転軸周りに回転する。このとき、電極の配置構成は、例えば先述した図２から図４に示す構成がとられる。これにより、被処理物１の上円柱部１１の外周面は、電圧電極２または接地電極３によりプラズマ処理される処理位置を逐次、周方向に通過するので、上記外周面を周方向全体にプラズマ処理することができる。

すなわち、プラズマ処理装置１０１は、電圧電極２と接地電極３が配置される円に沿う方向を周方向とする回転軸周りに被処理物ホルダ４を、電圧電極２と接地電極３に対して相対的に回転させる回転機構６を備える。これにより、被処理物１の被処理面を周方向全体にプラズマ処理することが可能となる。なお、上記電圧電極２と接地電極３が配置される円とは、電圧電極２の位置または接地電極３の位置から同一点までの距離が等しい各線分を半径とする円であって、回転機構６の回転中心でもある中心軸Ｃを中心とする円である。

また、被処理物ホルダ４は固定とし、電圧電極２および接地電極３を中心軸Ｃ周りに回転させる回転機構を設けてもよい。ただし、図５に示す構成のように、回転機構６は、被処理物ホルダ４を回転させることが望ましい。これにより、電極側を回転させる場合よりも、回転機構の構成を簡易とすることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図６は、第３実施形態に係るプラズマ処理装置１０２を模式的に示す縦断面図である。

図６に示すプラズマ処理装置１０２は、先述した第２実施形態（図５）との構成上の相違として、カバー７を備える。カバー７は、軸方向に延びて下方に開口したカバー部材であり、内部に電圧電極２および接地電極３を収容する。これにより、電圧電極２と上円柱部１１との間に配置されるプラズマ発生領域ＰＲ１と、接地電極３と上円柱部１１との間に配置されるプラズマ発生領域ＰＲ２とは、カバー７によって上方から覆われる。

カバー７は、接続部８を介して流量計９の一端に接続される。流量計９の他端は、イジェクタ１１０に接続される。

イジェクタ１１０は、カバー７に接続される負圧発生器である。イジェクタ１１０は、空気供給部１１１から供給される空気の高速な気流を生成することで、ベンチュリー効果により、当該気流と直交する方向に負圧を生成する。イジェクタ１１０により負圧が生成されることで、隙間Ｓ２，Ｓ３に外気側から処理ガスＧが吸引され、プラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２においてプラズマが生成され、カバー７内部のガスが接続部８より外部へ排気される。すなわち、イジェクタ１１０は、排気機構として機能する。なお、イジェクタ１１０の代わりに例えば真空ポンプまたはダイアフラムポンプ等を採用してもよい。

すなわち、プラズマ処理装置１０２は、少なくとも、電圧電極２と被処理物１との間、および接地電極３と被処理物１との間、の領域であるプラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２を覆うカバー７を備える。カバー７は、排気機構１１０に接続される。これにより、プラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２に発生したプラズマによる所定のガスを排気機構１１０により排気することができる。

上記所定のガスとは、例えばオゾン等である。オゾンを排気する場合は、排気経路の途中にオゾンフィルターを配置することが望ましい。

なお、流量計９により排気経路を流れるガス流の流量を計測することで、正常に排気が行われているかを検出できる。

また、上円柱部１１の外周面の上方部は電圧電極２および接地電極３と対向し、上記外周面の下方部は電圧電極２および接地電極３と対向しない。従って、上記外周面の下方部では、放電は発生しない。そして、吸引された処理ガスＧに基づいてプラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２にて活性種が発生する。接続部８は、電圧電極２および接地電極３の上方に配置される。従って、発生した活性種は、上方へ移動して接続部８から外部へ排気される。すなわち、活性種が上記外周面の下方部へ移動することが抑制され、プラズマ処理を行いたくない当該下方部が処理されることを回避できる。

すなわち、軸方向に延びる柱状の被処理物１における外周面の軸方向一方側一部は、電圧電極２および接地電極３と対向し、上記外周面における軸方向一方側一部を除いた部分は、電圧電極２および接地電極３と対向しない。排気機構１１０とカバー７が接続される接続部８は、電圧電極２と接地電極３よりも軸方向一方側に配置される。これにより、プラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２で発生した活性種が被処理物１の外周面における軸方向他方側一部側へ移動して、プラズマ処理したくない上記軸方向他方側一部が処理されることを抑制できる。

ここで、図７は、図６に示すプラズマ処理装置１０２のＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面図を示す。なお、図７では、先述した図３に示す電極の配置構成を採用している。図７に示すように、カバー７内部には、絶縁材料で構成される隣接部材１３Ａ，１３Ｂが収容される。隣接部材１３Ａ，１３Ｂは、電圧電極２および接地電極３と周方向に隣接して配置される。隣接部材１３Ａ，１３Ｂと上円柱部１１の外周面との間には、それぞれ隙間ＳＡ，ＳＢが配置される。

隣接部材１３Ａ，１３Ｂを仮に配置しない場合、その配置しない箇所を処理ガスが通過し易く、プラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２を処理ガスが通過しにくくなる虞がある。そこで、隣接部材１３Ａ，１３Ｂを設けることで、処理ガスがプラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２を通過し易くなる。

すなわち、プラズマ処理装置１０２は、被処理物１が延びる軸方向周りの周方向に、電圧電極２および接地電極３と隣接して配置される隣接部材１３Ａ，１３Ｂを備える。これにより、プラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２にガスを流し易くなり、プラズマ処理の効率を向上させることができる。

また、隣接部材１３Ａ，１３Ｂは、隙間ＳＡ，ＳＢを介して被処理物１と径方向に対向する。これにより、プラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２で発生した活性種の一部を隙間ＳＡ，ＳＢに移動させて、被処理物１における上記隙間に面する外周面を処理することができる。特に、本実施形態のように、被処理物１が回転機構６により回転可能な場合は、プラズマ発生領域ＰＲ１，ＰＲ２で発生した活性種の一部を隙間ＳＡ，ＳＢに移動させ易くなる。なお、被処理物１を回転させない構成等である場合に、隙間ＳＡ，ＳＢは、設けない構成であってもよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図８は、先述した図７に示す構成の変形例であり、カバー７の軸方向途中位置で切断した上面断面図を示す。

図８に示す構成では、図７との構成上の相違として、上円柱部１１の外周面と対向する誘電体２２の内壁面２２１の面積と、上記外周面と対向する誘電体３２の内壁面３２１の面積と、が異なる。

電圧電極２と上円柱部１１とで構成されるコンデンサをＣ_H、上円柱部１１と接地電極３とで構成されるコンデンサをＣ_Lとする。コンデンサＣ_Hにおける内壁面２２１の面積と、コンデンサＣ_Lにおける内壁面３２１の面積との比を、１：ｎ（ｎ＞１）とする。すると、静電容量は、Ｃ_L＝ｎＣ_Hとなる。

すると、コンデンサＣ_Hのインピーダンスは、Ｚ_H＝１／ｊωＣ_H
コンデンサＣ_Lのインピーダンスは、Ｚ_L＝１／ｎｊωＣ_H＝１／ｎ・Ｚ_H
となる。

従って、コンデンサＣ_Lにおける電圧降下は、コンデンサＣ_Hにおける電圧降下の１／
ｎとなる。

例えば、電圧電極２と接地電極３との間に１０ｋＶの電圧を印加するとして、ｎ＝３に設計すると、
コンデンサＣ_Hに１０×３／４＝７．５ｋＶ、
コンデンサＣ_Lに１０×１／４＝２．５ｋＶがそれぞれ印加される。
従って、放電開始電圧が７ｋＶとすれば、コンデンサＣ_Hにて優先的に放電が行われる。これにより、図８に示すように、電圧電極２側のプラズマ発生領域ＰＲ１においてプラズマが優先的に生成される。

ここで、図７に示すように内壁面２２１の面積と内壁面３２１の面積が等しい場合は、放電開始電圧が７ｋＶとすれば、電圧電極２と接地電極３との間に１４ｋＶの電圧を印加する必要があるが、本実施形態であれば１０ｋＶで放電が可能となる。

なお、内壁面の面積の大小関係を図８と逆にした場合は、コンデンサＣ_L（接地電極３側）で優先的に放電が可能となる。

すなわち、電圧電極２に電圧を印加することにより、電圧電極２と被処理物１との間と、接地電極３と被処理物１との間との一方においてプラズマが発生する。

さらに先述した図１等に示す実施形態も包含して換言すれば、電圧電極２に電圧を印加することにより、電圧電極２と被処理物１との間と、接地電極３と被処理物１との間との少なくとも一方においてプラズマが発生する。これにより、被処理物１を接地電位と導通させることが困難或いは好ましくない場合でも、被処理物１を接地電位と導通させることなく、電圧電極２、被処理物１、および接地電極３を介した電流経路を形成し、電圧電極２と被処理物１との間と、接地電極３と被処理物１との間との少なくとも一方にプラズマＰを発生させることができる。発生したプラズマＰがダイレクトに被処理物１に接触することで、被処理物１をプラズマ処理することが可能となる。

本実施形態では、電圧電極２と被処理物１とが対向することにより生じる静電容量と、接地電極３と被処理物１とが対向することにより生じる静電容量と、は不均等である。これにより、電圧電極２に印加させる電圧を抑えても、電圧電極２と被処理物１との間と、接地電極３と被処理物１との間との一方で放電を行わせることが可能となる。

さらに、電圧電極２における被処理物１と対向する電極面（内壁面２２１）の面積と、接地電極３における被処理物１と対向する電極面（内壁面３２１）の面積と、が異なる。これにより、被処理物１と電圧電極２の電極面２２１との間の距離と、被処理物１と接地電極３の電極面３２１との間の距離とを同じとしても、静電容量を不均等とすることができるので、被処理物１を回転させる場合等に効果的となる。

また、静電容量を変化させる方法は面積とギャップである。放電を回避する目的で、静電容量を大きく設定したいと所望する場合に、ギャップを狭くすると、ギャップ間の電位差が同じ場合にギャップ間の電界強度が上がるために放電しやすい状況となってしまって意図する状況を作れない可能性がある。ギャップを維持したまま面積を大きくして静電容量を大きくすれば、上記の電界強度は変わらずに静電容量が上がるため、インピーダンスを下げて放電回避の効果をより確実にすることができる。

＜その他の変形例＞
次に、その他の変形実施例について説明する。図９は、第１変形例に係るプラズマ処理装置に被処理物Ｗ１がセットされた状態における被処理物Ｗ１付近を模式的に示す拡大図である。図９に示す構成では、板状の被処理物Ｗ１に対して棒状の電圧電極ＥＨおよび棒状の接地電極ＥＬを使用する。

電圧電極ＥＨおよび接地電極ＥＬは、被処理物Ｗ１の一方側の同一面ＷＳに対向して配置する。被処理物Ｗ１は、電圧電極ＥＨに高電圧を印加しないときに、電気的にフローティング状態とされる。これにより、電圧電極ＥＨに高電圧を印加することで、電圧電極ＥＨ、被処理物Ｗ１、および接地電極ＥＬを介した電流経路が形成され、電圧電極ＥＨの先端と被処理物Ｗ１の同一面ＷＳとの間、および接地電極ＥＬの先端と被処理物Ｗ１の同一面ＷＳとの間にプラズマを発生させ、同一面ＷＳをプラズマ処理することが可能となる。

また、図１０は、第２変形例に係るプラズマ処理装置に被処理物Ｗ１がセットされた状態における被処理物Ｗ１付近を模式的に示す拡大図である。図１０に示す構成では、図９と異なり、電圧電極ＥＨは被処理物Ｗ１の一方側の面ＷＳ１と対向して配置され、接地電極ＥＬは被処理物Ｗ１の他方側の面ＷＳ２と対向して配置される。

これにより、電圧電極ＥＨに高電圧を印加することで、電圧電極ＥＨ、被処理物Ｗ１、および接地電極ＥＬを介した電流経路が形成され、電圧電極ＥＨの先端と面ＷＳ１との間、および接地電極ＥＬの先端と面ＷＳ２との間にプラズマを発生させ、面ＷＳ１，ＷＳ２をプラズマ処理することが可能となる。

また、図１１は、第３変形例に係るプラズマ処理装置に被処理物Ｗ２がセットされた状態における被処理物Ｗ２付近を模式的に示す拡大図である。図１１に示す構成では、有蓋円筒形状である被処理物Ｗ２に対して電圧電極ＥＨおよび接地電極ＥＬを配置する。被処理物Ｗ２は、電圧電極ＥＨに高電圧を印加しないときに、電気的にフローティング状態とされる。

電圧電極ＥＨおよび接地電極ＥＬは、被処理物Ｗ２の開口端部の外周側に位置する円環状の端面ＷＳ２１と対向して配置される。これにより、電圧電極ＥＨに高電圧を印加することで、電圧電極ＥＨ、被処理物Ｗ２、および接地電極ＥＬを介した電流経路が形成され、電圧電極ＥＨの先端と端面ＷＳ２１との間、および接地電極ＥＬの先端と端面ＷＳ２１との間にプラズマを発生させ、端面ＷＳ２１をプラズマ処理することが可能となる。このとき、電圧電極ＥＨおよび接地電極ＥＬを端面ＷＳ２１に沿って回転させる回転機構を設ければ、端面ＷＳ２１を全周において処理することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。

本発明は、被処理物のプラズマ処理に利用することができる。

１・・・被処理物、１１・・・上円柱部、１２・・・下円柱部、２、２Ａ、２Ｂ・・・電圧電極、２１、２１Ａ、２１Ｂ・・・金属電極部、２２、２２Ａ、２２Ｂ・・・誘電体、２１１Ａ、２１１Ｂ・・・内壁面、２２１、２２１Ａ、２２１Ｂ・・・内壁面、３、３Ａ、３Ｂ・・・接地電極、３１、３１Ａ、３１Ｂ・・・金属電極部、３２、３２Ａ、３２Ｂ・・・誘電体、３１１Ａ、３１１Ｂ・・・内壁面、３２１、３２１Ａ、３２１Ｂ・・・内壁面、４・・・被処理物ホルダ、５・・・高電圧電源部、６・・・回転機構、７・・・カバー、８・・・接続部、９・・・流量計、１１０・・・イジェクタ、１１１・・・空気供給部、１３Ａ、１３Ｂ・・・隣接部材、１０、１０１、１０２・・・プラズマ処理装置、Ｓ２、Ｓ３・・・隙間、ＰＲ１、ＰＲ２・・・プラズマ発生領域、ＳＡ、ＳＢ・・・隙間、Ｐ・・・プラズマ、Ｇ・・・処理ガス、Ｃ・・・中心軸、ＥＨ・・・電圧電極、ＥＬ・・・接地電極、Ｗ１、Ｗ２・・・被処理物

Claims (13)

1. 誘電体を有し、電圧が印加される電圧電極と、
   誘電体を有し、接地電位と導通される接地電極と、
   金属製の被処理物を保持する被処理物ホルダと、
   を備え、
   前記電圧電極と前記接地電極とのそれぞれが有する誘電体は、前記被処理物と対向し、
   前記電圧電極に前記電圧を印加していないとき、前記被処理物は、前記電圧電極および前記接地電極に対して電位が独立した電気的なフローティング状態であり、
   前記電圧電極に前記電圧を印加することにより、前記電圧電極と前記被処理物との間と、前記接地電極と前記被処理物との間との少なくとも一方においてプラズマが発生する、
   プラズマ処理装置。
2. 前記電圧電極と前記接地電極は、互いに対向する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記電圧電極における前記被処理物と対向する電極面、および前記接地電極における前記被処理物と対向する電極面の少なくとも一方は、前記被処理物の外周面に沿う形状を有する、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記被処理物の外周面に沿う形状は、曲面である、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記電圧電極と前記接地電極が配置される円に沿う方向を周方向とする回転軸周りに前記被処理物ホルダを、前記電圧電極と前記接地電極に対して相対的に回転させる回転機構をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記回転機構は、前記被処理物ホルダを回転させる、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 少なくとも、前記電圧電極と前記被処理物との間、および前記接地電極と前記被処理物との間、の領域であるプラズマ発生領域を覆うカバーをさらに備え、
   前記カバーは、排気機構に接続される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
8. 軸方向に延びる柱状の前記被処理物における外周面の軸方向一方側一部は、前記電圧電極および前記接地電極と対向し、
   前記外周面における前記軸方向一方側一部を除いた部分は、前記電圧電極および前記接地電極と対向せず、
   前記排気機構と前記カバーが接続される接続部は、前記電圧電極と前記接地電極よりも軸方向一方側に配置される、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記被処理物が延びる軸方向周りの周方向に、前記電圧電極および前記接地電極と隣接して配置される隣接部材をさらに備える、請求項７または請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記隣接部材は、隙間を介して前記被処理物と径方向に対向する、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記電圧電極と前記被処理物とが対向することにより生じる静電容量と、前記接地電極と前記被処理物とが対向することにより生じる静電容量と、は不均等である、請求項１か
    ら請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記電圧電極における前記被処理物と対向する電極面の面積と、前記接地電極における前記被処理物と対向する電極面の面積と、が異なる、請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
13. 電圧が印加される電圧電極と、
    接地電位と導通される接地電極と、
    被処理物を保持する被処理物ホルダと、
    少なくとも、前記電圧電極と前記被処理物との間、および前記接地電極と前記被処理物との間、の領域であるプラズマ発生領域を覆うカバーと、
    前記被処理物が延びる軸方向周りの周方向に、前記電圧電極および前記接地電極と隣接して配置される隣接部材と、
    を備え、
    前記カバーは、排気機構に接続され、
    前記電圧電極と前記接地電極とのそれぞれが有する誘電体は、前記被処理物と対向し、
    前記電圧電極に前記電圧を印加していないとき、前記被処理物は、前記電圧電極および前記接地電極に対して電位が独立した電気的なフローティング状態であり、
    前記電圧電極に前記電圧を印加することにより、前記電圧電極と前記被処理物との間と、前記接地電極と前記被処理物との間との少なくとも一方においてプラズマが発生する、
    プラズマ処理装置。

Images