JP2001006897A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極の寿命を長くすることができ、しかも、
長期間の使用によっても被処理物の汚染が発生せず、さ
らに、放射高周波ノイズを低減することができるプラズ
マ処理装置を提供する。 【解決手段】 片側が吹き出し口１として開放された筒
状の反応管２と一対の電極３、４とを具備して構成され
る。該反応管２にプラズマ生成用ガスを導入する。一対
の電極３、４の間に交流電界を印加することにより、大
気圧下で反応管２内にグロー状の放電を発生させる。反
応管２の吹き出し口１からジェット状のプラズマ５を吹
き出して、流出するプラズマ５にて被処理物６をプラズ
マ処理するプラズマ処理装置に関する。反応管２の外側
に一対の電極３、４を互いに対向させて設ける。電極
３、４の両方がプラズマ５に直接曝されることが無くな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理物の表面に
存在する有機物等の異物のクリーニング、レジストの剥
離、有機フィルムの密着性の改善、金属酸化物の還元、
製膜、表面改質などのプラズマ処理に利用されるプラズ
マを発生させるためのプラズマ処理装置、及びこれを用
いたプラズマ処理方法に関するものであり、特に、精密
な接合が要求される電子部品の表面のクリーニングに好
適に応用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、大気圧下でプラズマ処理を行
うことが試みられている。例えば、特開平２−１５１７
１号公報や特開平３−２４１７３９号公報や特開平１−
３０６５６９号公報には、反応容器内の放電空間に一対
の電極を配置すると共に電極の間に誘電体を設け、放電
空間をＨｅ（ヘリウム）やＡｒ（アルゴン）などの希ガ
スを主成分とするプラズマ生成用ガスで充満し、反応容
器に被処理物を入れると共に電極の間に交流電界を印加
するようにしたプラズマ処理方法が開示されており、誘
電体が配置された電極の間に交流電界を印加することに
より安定的にグロー放電を発生させ、このグロー放電に
よりプラズマ生成用ガスを励起して反応容器内にプラズ
マを生成し、このプラズマにより被処理物の処理を行う
ようにしたものである。

【０００３】また、特開平４−３３４５４３号公報や特
開平５−２０２４８１号公報にも大気圧下でプラズマ処
理を行うことが記載されており、これら公報には、円筒
状の反応管の外周に複数の電極を設け、電極間に交流電
圧を印加して反応管内にプラズマを発生させ、プラズマ
が発生した反応管内に被処理物を導入して被処理物の処
理を行うようにしたものである。

【０００４】しかし、上記のいずれの方法でも被処理物
の特定の部分にのみプラズマ処理を行いにくく、また、
処理時間も長くかかるという問題があった。そこで、大
気圧下でグロー放電により生成したプラズマ（特にプラ
ズマの活性種）を被処理物にジェット状に吹き出してプ
ラズマ処理を行うことが提案されている（例えば、特開
平４−３５８０７６号公報、特開平３−２１９０８２号
公報、特開平４−２１２２５３号公報、特開平６−１０
８２５７号公報、特願平１０−３４４７３５号）。

【０００５】図１０にジェット状のプラズマを吹き出し
てプラズマ処理を行うプラズマ処理装置Ａの一例を示
す。このプラズマ処理装置Ａは、外側電極４０を備えた
筒状の反応管２、及び反応管２の内部に配置される内側
電極４１を具備して構成されており、反応管２に不活性
ガスまたは不活性ガスと反応ガスの混合気体を導入する
（矢印で示す）と共に外側電極４０と内側電極４１の
間に電源１５から交流電界を印加することにより大気圧
下で反応管２の内部にグロー放電を発生させ、反応管２
の吹き出し口１から被処理物６に向かってジェット状の
プラズマ５を吹き出すものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のプラズマ
処理装置Ａでは、反応管２の内部に内側電極４１が配設
されているために、内側電極４１がプラズマ５や反応ガ
スに直接曝されており、このために、プラズマ５により
スパッタリングを受けたり反応ガスにより腐食されたり
してダメージを受けることになり、内側電極４１の寿命
が短いという問題があった。しかも、スパッタリングや
腐食により生じた不純物がプラズマやガス流とともに吹
き出し口１から吹き出されることになり、長期間の使用
によって被処理物を汚染する恐れがあった。さらに、内
側電極４１は反応管２の長さ方向に沿った形で配置する
必要があるため、反応管２の長さと同程度の長さが必要
になる。このため、内側電極４１がアンテナのように作
用して高周波ノイズを放射し、周辺の機器を誤動作させ
る恐れがあった。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、電極の寿命を長くすることができ、しかも、長期
間の使用によっても被処理物の汚染が発生せず、さらに
は放射高周波ノイズを低減することができるプラズマ処
理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
プラズマ処理装置Ａは、片側が吹き出し口１として開放
された筒状の反応管２と一対の電極３、４とを具備して
構成され、該反応管２にプラズマ生成用ガスを導入し、
一対の電極３、４の間に交流電界を印加することによ
り、大気圧下で反応管２内にグロー状の放電を発生さ
せ、反応管２の吹き出し口１からジェット状のプラズマ
５を吹き出して、流出するプラズマ５にて被処理物６を
プラズマ処理するプラズマ処理装置において、反応管２
の外側に一対の電極３、４を互いに対向させて設けて成
ることを特徴とするものである。

【０００９】また本発明の請求項２に係るプラズマ処理
装置Ａは、請求項１の構成に加えて、電極３、４を環状
に形成し、プラズマ生成用ガスの導入方向と略平行方向
に電極３、４を対向させて配置して成ることを特徴とす
るものである。

【００１０】また本発明の請求項３に係るプラズマ処理
装置Ａは、請求項１又は２の構成に加えて、吹き出し口
１側に近い位置に配置される一方の電極４を接地して成
ることを特徴とするものである。

【００１１】また本発明の請求項４に係るプラズマ処理
装置Ａは、請求項１乃至３のいずれかの構成に加えて、
反応管２の吹き出し口１側の端部に一方の電極４を設け
て成ることを特徴とするものである。

【００１２】また本発明の請求項５に係るプラズマ処理
装置Ａは、請求項１乃至４のいずれかの構成に加えて、
電極３、４の少なくとも一方を冷媒で冷却することを特
徴とするものである。

【００１３】また本発明の請求項６に係るプラズマ処理
装置Ａは、請求項１乃至５のいずれかの構成に加えて、
反応管２の内径を０．１〜１０ｍｍに形成して成ること
を特徴とするものである。

【００１４】また本発明の請求項７に係るプラズマ処理
装置Ａは、請求項１乃至５のいずれかの構成に加えて、
一対の電極３、４の間に形成される反応管２内の放電空
間７の体積を減少させるための体積減少具８を反応管２
内に設けて成ることを特徴とするものである。

【００１５】また本発明の請求項８に係るプラズマ処理
装置Ａは、請求項７の構成に加えて、体積減少具８を反
応管２とほぼ同軸に配設して成ることを特徴とするもの
である。

【００１６】また本発明の請求項９に係るプラズマ処理
装置Ａは、請求項７又は８の構成に加えて、体積減少具
８を絶縁材料で形成して成ることを特徴とするものであ
る。

【００１７】また本発明の請求項１０に係るプラズマ処
理装置Ａは、請求項７乃至９のいずれかの構成に加え
て、体積減少具８を冷媒で冷却することを特徴とするも
のである。

【００１８】また本発明の請求項１１に係るプラズマ処
理装置Ａは、請求項５乃至１０のいずれかの構成に加え
て、冷媒がイオン交換水であることを特徴とするもので
ある。

【００１９】また本発明の請求項１２に係るプラズマ処
理装置Ａは、請求項５乃至１１のいずれかの構成に加え
て、冷媒が不凍性及び絶縁性を有することを特徴とする
ものである。

【００２０】また本発明の請求項１３に係るプラズマ処
理装置Ａは、請求項１乃至１２のいずれかの構成に加え
て、一対の電極３、４の間に印加する交流電界の周波数
が１ｋＨｚ〜２００ＭＨｚであることを特徴とするもの
である。

【００２１】また本発明の請求項１４に係るプラズマ処
理装置Ａは、請求項１乃至１３のいずれかの構成に加え
て、電極３、４は反応管２と接触する側の表面粗度が１
０〜１０００μｍであることを特徴とするものである。

【００２２】また本発明の請求項１５に係るプラズマ処
理装置Ａは、請求項１乃至１４のいずれかの構成に加え
て、反応管２を吹き出し口１側に向かって絞り込んで成
ることを特徴とするものである。

【００２３】また本発明の請求項１６に係るプラズマ処
理装置Ａは、請求項１乃至１５のいずれかの構成に加え
て、プラズマ５を点灯させるための高電圧パルス発生器
５０を具備して成ることを特徴とするものである。

【００２４】本発明の請求項１７に係るプラズマ処理方
法は、請求項１乃至１６のいずれかに記載のプラズマ処
理装置Ａでプラズマ処理を行うことを特徴とするもので
ある。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００２６】図１に本発明のプラズマ処理装置Ａの一例
を示す。このプラズマ処理装置Ａは、一対の電極３、４
を反応管２の外周にそれぞれ接触させて設けると共に電
極３と電極４を上下に対向させて配置することによって
形成されており、反応管２の内部において電極３と電極
４の間に放電空間７が形成されている。一対の電極３、
４のうち、一方の電極３は高周波を発生する電源１５と
接続されて高電圧が印加される高圧電極として形成され
ており、他方の電極４は接地されて低電圧となる接地電
極として形成されている。

【００２７】反応管２は高融点の絶縁材料（誘電体材
料）で円筒状に形成されるものであって、その上端はガ
ス導入口９０として開放されている。また、反応管２の
下部には直径が下側ほど小さくなるような先細り形状に
絞り込まれたテーパー構造の集束部２０が形成されてい
ると共に反応管２の下端面である集束部２０の下面には
吹き出し口１が設けられている。集束部２０以外の部分
における反応管２の直径（内径）は１０〜５０ｍｍに形
成されるが、集束部２０を設けないで吹き出し口１の口
径を反応管２の上記の直径とほぼ同じに形成した場合、
吹き出し口１から吹き出されるジェット状のプラズマ５
の流速を加速するのが難しいが、上記のように反応管２
の下部を小径となるように絞り込んだ集束部２０として
形成することによって、放電空間７の体積を小さくする
ことなくジェット状のプラズマ５の流速を加速すること
ができ、短寿命のラジカルなどの反応性ガス活性粒子が
消滅する前に、被処理物６にプラズマ５を到達させるこ
とができて被処理物６のプラズマ処理を効率よく行うこ
とができるものである。被処理物６の表面のクリーニン
グに適したプラズマ５の流速を得るためには、集束部２
０の外周面と集束部２０以外の反応管２の外周面との間
に形成されるテーパー角αが１０〜３０°であることが
好ましい。

【００２８】また、吹き出し口１の開口面積は直径が
０．１〜５ｍｍの真円の面積に相当する大きさに形成さ
れている。吹き出し口１の開口面積が上記の範囲よりも
小さすぎると、吹き出されるプラズマ５の処理範囲が小
さくなりすぎて、被処理物６のプラズマ処理に長時間を
要することになり、逆に、吹き出し口１の開口面積が上
記の範囲よりも大きすぎると、吹き出されるプラズマ５
の処理範囲が大きくなりすぎて、被処理物に局所的なプ
ラズマ処理を施すことができなくなる恐れがある。

【００２９】反応管２を形成する絶縁材料の誘電率は放
電空間７における低温化の重要な要素であって、具体的
には絶縁材料として、石英、アルミナ、イットリア部分
安定化ジルコニウムなどのガラス質材料やセラミック材
料などを例示することができる。

【００３０】電極３と電極４は、その冷却効率を高くす
るために熱伝導性の高い金属材料、例えば、銅、アルミ
ニウム、真鍮、耐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０
４など）などで形成されており、図２に示すように電極
３と電極４は同形であって、環状（リング状）に形成さ
れている。電極３と電極４の略中央部には上下に貫通す
る挿着孔１０が形成されており、挿着孔１０の孔径は反
応管２の外径とほぼ同一に形成されている。また、電極
３と電極４の内部は冷媒が流通可能な流通部１１として
形成されており、電極３と電極４の外周面には流通部１
１と連通する供給管１２と排出管１３が突設されてい
る。

【００３１】電極３と電極４の内周面（挿着孔１０を構
成する面）は反応管２と接触する接触面１４として形成
されており、接触面１４の算術平均粗さで表した表面粗
度は１０〜１０００μｍに設定されている。このように
接触面１４の表面粗度を１０〜１０００μｍに設定する
ことによって、放電空間７における放電の均一化を図る
ことができ、グロー状の放電を発生することができる。
グロー状の放電とはミクロ的に見た場合に、非常に微細
なマイクロディスチャージの集合体と考えられ、電極
３、４の表面に上記のような微細な凹凸を形成すること
によって、アークへの移行が阻害されるのである。電極
３と電極４の接触面１４の表面粗度が１０μｍ未満であ
れば、放電しにくくなる恐れがあり、電極３と電極４の
接触面１４の表面粗度が１０００μｍを超えると、放電
の不均一化が生じる恐れがある。このように電極３と電
極４の接触面１４を粗面化する加工としては、サンドブ
ラストなどの物理的手段を採用することができる。尚、
表面粗さをｙ＝ｆ（ｘ）の形に表した場合の算術平均粗
さＲａ（μｍ）はＪＩＳ Ｂ ０６０１で以下の式
（１）で定義されている。

【００３２】

【数１】

【００３３】そして、反応管２を挿着孔１０に差し込む
ことによって、電極３と電極４を反応管２の外周に取り
付けると共に電極３と電極４の内周面の接触面１４を反
応管２の外周面に接触させるように配置する。また、電
極３は交流電界を発生させる電源１５と接続されると共
に電極４は接地される。電極４は電極３の下側で集束部
２０の上側に位置するように、すなわち、吹き出し口１
と電極３の間に位置するように配置される。このこと
で、電極４が電極３よりも被処理物６に近くに位置する
ことになり、すなわち、高電圧となる電極３が電極４よ
りも被処理物６から遠くに位置することになり、電極３
から被処理物６にアーク放電が飛びにくくなって、アー
ク放電による被処理物６の破損を防止することができる
ものである。

【００３４】電極３と電極４の間隔Ｌ（電極３の下端と
電極４の上端の間隔Ｌ）は３〜２０ｍｍに設定するのが
好ましい。電極３と電極４の間隔Ｌが３ｍｍ未満であれ
ば、反応管２の外部で電極３と電極４の間で短絡が起こ
って放電空間７で放電が起こらなくなる恐れがあり、し
かも、放電空間７が狭くなって、効率よくプラズマ５を
生成することが難しくなる恐れがある。また、電極３と
電極４の間隔Ｌが２０ｍｍを超えると、放電空間７で放
電が起こりにくくなって、効率よくプラズマ５を生成す
ることが難しくなる恐れがある。

【００３５】上記の電極３と電極４は冷媒により冷却さ
れるが、冷媒としてはイオン交換水や純水も使用するこ
とができる。イオン交換水や純水を用いることによっ
て、冷媒中に不純物が含まれることがなく、電極３と電
極４が冷媒で腐食されにくくなるものである。また、冷
媒としては０℃で不凍性を有し、且つ電気絶縁性及び不
燃性や化学安定性を有する液体であることが好ましく、
例えば、電気絶縁性能は０．１ｍｍ間隔での耐電圧が１
０ｋＶ以上であることが好ましい。この範囲の絶縁性を
有する冷媒を用いる理由は、高電圧が印加される電極か
らの漏電を防止するためである。このような性質を有す
る冷媒としては、パーフルオロカーボン、ハイドロフル
オロエーテル等を例示することができ、また純水にエチ
レングリコールを５〜６０重量％添加した混合液であっ
てもよい。さらに冷媒は空気であってもよい。

【００３６】上記のように形成されるプラズマ処理装置
Ａでは、プラズマ生成用ガスとして不活性ガス（希ガ
ス）あるいは不活性ガスと反応ガスの混合気体を用い
る。不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオ
ン、クリプトンなどを使用することができるが、放電の
安定性や経済性を考慮すると、アルゴンやヘリウムを用
いるのが好ましい。また反応ガスの種類は処理の内容に
よって任意に選択することができる。例えば、被処理物
の表面に存在する有機物のクリーニング、レジストの剥
離、有機フィルムのエッチングなどを行う場合は、酸
素、空気、ＣＯ₂、Ｎ₂Ｏなどの酸化性ガスを用いるのが
好ましい。また反応ガスとしてＣＦ₄などのフッ素系ガ
スも適宜用いることができ、シリコンなどのエッチング
を行う場合にはこのフッ素系ガスを用いるのが効果的で
ある。また金属酸化物の還元を行う場合は、水素、アン
モニアなどの還元性ガスを用いることができる。反応ガ
スの添加量は不活性ガスの全量に対して１０重量％以
下、好ましくは０．１〜５重量％の範囲である。反応ガ
スの添加量が０．１重量％未満であれば、処理効果が低
くなる恐れがあり、反応ガスの添加量が１０重量％を超
えると、放電が不安定になる恐れがある。

【００３７】上記のように形成されるプラズマ処理装置
Ａを用いてプラズマ処理を行うにあたっては、まず、矢
印で示すようにガス導入口９０から反応管２の内部に
プラズマ生成用ガスを上から下に向かって流して導入す
ると共に電極３に電源１５から高周波電圧を印加して、
電極３と電極４の間の放電空間７に高周波の交流電界を
印加する。この交流電界の印加により大気圧下で放電空
間７にグロー放電を発生させ、グロー放電でプラズマ生
成用ガスをプラズマ化してプラズマ活性種を含むプラズ
マ５を生成した後、プラズマ５を吹き出し口１から下方
にジェット状（連続的）に流出させ、吹き出し口１の下
側に配置された被処理物６の表面にプラズマ５を吹き付
けるようにする。このようにして被処理物６のプラズマ
処理を行うことができる。

【００３８】本発明において、印加される交流電界の周
波数は１ｋＨｚ〜２００ＭＨｚに設定するのが好まし
い。交流の周波数が１ｋＨｚ未満であれば、放電空間７
での放電を安定化させることができなくなり、プラズマ
処理を効率よく行うことができなくなる恐れがある。交
流の周波数が２００ＭＨｚを超えると、放電空間７での
プラズマ５の温度上昇が著しくなり、反応管２や電極
３、４の寿命が短くなる恐れがあり、しかも、プラズマ
処理装置が複雑化及び大型化する恐れがある。

【００３９】また本発明において、放電空間７に印加さ
れる印加電力は２０〜３５００Ｗ／ｃｍ³に設定するの
が好ましい。放電空間７に印加される印加電力が２０Ｗ
／ｃｍ³未満であれば、プラズマを充分に発生させるこ
とができなくなり、逆に、放電空間７に印加される印加
電力が３５００Ｗ／ｃｍ³を超えると、安定した放電を
得ることができなくなる恐れがある。尚、印加電力の密
度（Ｗ／ｃｍ³）は、（印加電力／放電空間体積）で定
義される。

【００４０】また上記のようにプラズマ５を発生させて
いる間、電極３と電極４は冷媒により冷却されている。
つまり、矢印で示すように供給管１２を通じて電極３
と電極４の内部の流通部１１に冷媒を供給することによ
って、電極３と電極４が冷却される。流通部１１に供給
された冷媒は、矢印で示すように排出管１３を通じて
排出される。そして、電極３と電極４を冷媒により冷却
するので、大気圧下で周波数の高い交流でプラズマを生
成しても、電極３と電極４の両方の温度上昇をより抑え
ることができ、よってプラズマ５の温度（ガス温度）が
より高くならないようにすることができて被処理物６の
熱的損傷をより少なくすることができるものである。ま
た電極３と電極４の両方を冷却することによって、放電
空間７の局所的な加熱をより防ぐことができ、より均質
なグロー放電を生成してストリーマー放電の生成を抑え
ることができて被処理物６のストリーマー放電による損
傷をより少なくすることができるものである。これは、
電極３と電極４の両方を冷却することによって、電極３
と電極４の両方からの部分的な電子の放出が抑えられる
ためであると考えられる。

【００４１】そして本発明では、放電空間７に交流電界
を印加するための電極３と電極４の両方を反応管２の外
側に設けるので、電極３と電極４の両方がプラズマ５に
直接曝されることが無くなって、プラズマ５によりスパ
ッタリングを受けないようにすることができると共に反
応ガスにより腐食されないようにすることができ、電極
３と電極４がダメージを受けなくなって寿命を長くする
ことができるものである。しかも、スパッタリングや腐
食により不純物が生じないので、長期間の使用であって
も被処理物６が不純物より汚染されないようにすること
ができるものである。

【００４２】また、電極３と電極４をプラズマ生成用ガ
スの導入方向と略平行に並ぶように、すなわち、電極３
と電極４を上下に並べて対向させて配置するので、放電
空間７に生成される交流電界の方向とプラズマ生成用ガ
ス及びプラズマ５の流れ方向とをほぼ一致させることが
でき、プラズマ５の活性種を効率よく生成することがで
きるものであり、しかも、電極３と電極４の間隔Ｌを変
えることによって、放電空間７の大きさを簡単に変える
ことができ、プラズマ５の生成量を容易に調整すること
ができるものである。

【００４３】さらに、電極３と電極４の大きさも不必要
に長くしたりすることが無く放電空間７の大きさに対応
した形状に設計することができるので、高周波ノイズの
放射源である電極３、４をコンパクトにすることがで
き、その結果、放射高周波ノイズを低減することができ
るものであり、周辺の機器の誤動作を防止することがで
きるものである。

【００４４】また、集束部２０の絞りの度合いを変える
ことによって、吹き出し口１からのプラズマ５の吹き出
し速度（流速）を容易に変更することができるものであ
り、さらに、吹き出し口１の口径を変えることによっ
て、容易に処理面積を広げたり狭めたりすることができ
るものである。

【００４５】図３に他の実施の形態を示す。このプラズ
マ処理装置Ａは図１に示す実施の形態のものにおいて、
接地される電極４の形状及び電極４の配置位置を変えた
ものであり、その他の構成や使用方法は図１に示す実施
の形態のものと同様である。尚、図３において電極３、
４のそれぞれの供給管１２と排出管１３は図示省略され
ている。電極４は挿着孔１０の直径を下側ほど小さくな
るように絞り込んで形成した以外は図２に示すものと同
様に形成されている。すなわち、電極４の挿着孔１０の
形状は集束部２０の外周形状と合致させて形成されてい
る。そして、反応管２の集束部２０を電極４の挿着孔１
０に差し込むことによって、電極４を反応管２の集束部
２０の外周に取り付けると共に電極４の内周面の接触面
１４を反応管２の集束部２０の外周面に接触させるよう
に配置する。このようにして電極４は反応管２の吹き出
し口１側の端部である下端部に設けられている。すなわ
ち、電極４の下面が反応管２の吹き出し口１の外側開口
縁部と略位置するように電極４は反応管２に取り付けら
れている。

【００４６】このプラズマ処理装置Ａにおいて、電極３
と電極４の間隔Ｌは図１のものと同様に形成されてい
る。従って、電極３と電極４の間に形成される放電空間
７は図１のものの放電空間よりも下側に位置して吹き出
し口１に近づくことになり、放電空間７は吹き出し口１
の近くで直上に形成されることになる。そして、このよ
うに電極４を反応管２の吹き出し口１側の端部に設けて
放電空間７を吹き出し口１の近くで直上に形成すること
によって、放電空間７で生成されたプラズマ５のプラズ
マ活性種が反応管２内で死滅しにくなって、多くの活き
たプラズマ活性種を吹き出し口１から吹き出して被処理
物６に供給することができ、図１のものに比べてプラズ
マ処理の処理効率を向上させることができるものであ
る。

【００４７】図４に他の実施の形態を示す。このプラズ
マ処理装置Ａは図１に示す実施の形態において、反応管
２の内部に体積減少具８を設けて形成されている。体積
減少具８の下部は放電空間７内に位置しており、体積減
少具８で放電空間７の体積が図１のものよりも減少して
いる。その他の構成は図１に示す実施の形態と同様に形
成されている。このように放電空間７の体積を減少させ
るための体積減少具８を設けることによって、放電空間
７における単位体積あたりの投入電力（交流電界）を増
加させることができ、プラズマ５の生成の効率を向上さ
せることができるものである。

【００４８】体積減少具８は中身が詰まった棒体で形成
してもよいが、図５に示すように、冷媒で冷却可能な二
重管構造に形成するのが好ましい。二重管構造の体積減
少具８は円筒状の冷却管３１と導入管３２から構成され
ており、冷却管３１の内周面と導入管３２の外周面の間
が冷媒の通る冷媒流路３３として形成されている。そし
て矢印で示すように、導入管３２の上端開口から導入
管３２内に冷媒を供給すると共に、導入管３２内の冷媒
を導入管３２の下端開口から吐出して冷媒流路３３に冷
媒を供給し、矢印で示すように、冷媒流路３３内の冷
媒を冷却管３１の上部に突設した導出管３４から排出す
るようにして冷媒を流通させることによって、体積減少
具８を冷却することができる。

【００４９】そしてこのように体積減少具８を冷却する
ことによって、体積減少具８の熱による劣化を低減する
ことができ、体積減少具８の長寿命化を図ることができ
るものであり、しかも、体積減少具８の周囲の放電空間
７で生成されるプラズマ５の温度を低下させることがで
き、被処理物６の熱によるダメージを少なくすることが
できるものである。

【００５０】体積減少具８（特に、冷却管３１）は反応
管２と同様の絶縁材料で形成するのが好ましく、このこ
とで体積減少具８からスパッタリングや腐食により不純
物が生じないようにすることができ、長期間の使用であ
っても被処理物６が不純物より汚染されないようにする
ことができるものである。また、体積減少具８はステン
レス鋼等の金属材料で形成することもできるが、この場
合、体積減少具８（特に、冷却管３１）の表面は、絶縁
材料で保護膜でコーティングするのが好ましい。

【００５１】この保護膜に使用する絶縁材料としては、
石英、アルミナ、イットリア部分安定化ジルコニウムな
どのガラス質材料やセラミック材料などを例示すること
ができる。さらに、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化チタン
（チタニアでＴｉＯ₂）、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ、
ＳｉＣ、ＤＬＣ（ダイヤモンド様炭素被膜）、チタン酸
バリウム、ＰＺＴ（チタン酸鉛ジルコネート）などの誘
電体材質のものを例示することができる。またマグネシ
ア（ＭｇＯ）単体あるいはマグネシアを含む絶縁材料を
用いることもできる。

【００５２】また、保護膜を形成するにあたっては、絶
縁材料で円筒体（セラミック管やガラス管）を形成し、
これの内側に体積減少具８を挿着して密着させる方法、
及びアルミナ、チタン酸バリウム、酸化チタン、ＰＺＴ
などの粉末をプラズマ中で分散させ、体積減少具８の表
面に吹き付けるようにするプラズマ溶射法、及びシリ
カ、酸化スズ、チタニア、ジルコニア、アルミナなどの
無機質粉末を溶剤などにより分散し、体積減少具８の表
面にスプレーなどで吹き付けて被覆した後、６００℃以
上の温度で溶融させるいわゆる琺瑯被覆方法、及びゾル
ゲル法によるガラス質膜の形成方法などを採用すること
ができる。さらに気相蒸着法（ＣＶＤ）もしくは物理蒸
着法（ＰＶＤ）により体積減少具８の表面を保護膜でコ
ーティングすることもでき、これらの方法を採用するこ
とによって、極めて緻密で平滑な吸着性の乏しい保護膜
で体積減少具８の表面をコーティングすることができ、
放電の安定化をより促進することができる。現実的な処
理時間及びコストを考慮すると、上記の溶射法を用いる
のが好ましい。

【００５３】また、保護膜の厚みは１０〜５００μｍに
設定するのが好ましい。保護膜の厚みが１０μｍ未満で
あれば、体積減少具８の劣化防止の効果が小さく、体積
減少具８の長寿命化を図りにくくなる恐れがあり、保護
膜の厚みが５００μｍを超えても体積減少具８の劣化防
止の効果は大きく向上せず、保護膜に使用する絶縁材料
の消費量が無駄に多くなって経済的に不利になる恐れが
ある。

【００５４】また、体積減少具８の表面と保護膜の間に
は、ニッケル、クロム、アルミニウム、イットリウムを
含む合金膜で形成されるアンダーコートを介在させるの
が好ましい。アンダーコートは合金の溶射により形成す
ることができ、具体的な合金としては、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎ
ｉ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙなどを例示することが
できる。体積減少具８は室温と高温のプラズマ下の繰り
返しによる熱応力負荷環境に置かれることになり、この
熱応力で保護膜が剥離してしまう恐れがある。そこで、
保護膜にかかる熱応力負荷の衝撃を緩和させるためにア
ンダーコートを設けるようにする。金属である体積減少
具８と合金であるアンダーコートと絶縁材料である保護
膜の熱膨張率の関係は、金属の膨張率＞合金の膨張率＞
絶縁材料の膨張率となり、体積減少具８の熱による伸縮
がアンダーコートの介在によって保護膜に伝わりにくく
なり、このことで、保護膜が剥離しにくくなって体積減
少具８の長寿命化を図ることができるものである。

【００５５】また、保護膜には封孔処理を施すのが好ま
しい。封孔処理は保護膜の欠陥部分を埋める処理であっ
て、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などの誘電体を含む溶
液に浸漬して行う。この封孔処理を行うことによって、
電極３と金属製の体積減少具８の間でアーク放電を起こ
りにくくすることができ、プラズマ５の加熱による体積
減少具８の劣化を防止して体積減少具８の長寿命化を図
ることができるものである。

【００５６】体積減少具８は反応管２の中心を上下に貫
くように配置されている。つまり、反応管２の長手方向
（上下方向）に長い中心線と体積減少具８の長手方向
（上下方向）に長い中心線とがほぼ合致するように、反
応管２と体積減少具８はほぼ同軸（同心円状）に配置さ
れている。このように反応管２と体積減少具８をほぼ同
軸に配置することによって、反応管２の内周面と体積減
少具８の外周面の間に形成される放電空間７の体積を均
一化することができ、放電空間７における交流電界の密
度が均一化されて、プラズマ５を効率よく生成すること
ができるものであり、しかも、生成されるプラズマ５が
均質化されて高品質のプラズマ処理を行うことができる
ものである。

【００５７】図６に他の実施の形態を示す。このプラズ
マ処理装置Ａは体積減少具８以外は図４のものとほぼ同
様に形成されている。体積減少具８の下部は放電空間７
内に位置する暴露部５１として形成されていると共に体
積減少具８の上部は放電空間７よりも上側に位置する非
暴露部５２として形成されている。非暴露部５２は上記
の絶縁材料で形成されている。また、暴露部５１はステ
ンレス鋼などの耐腐食（酸化）性に優れる金属材料で形
成するか、もしくは上記の絶縁材料でコーティングされ
た金属材料（すなわち、暴露部５１は上記の保護膜で覆
われている）で形成されている。尚、暴露部５１の金属
材料としては電極３、４と同様の金属材料を用いること
ができる。

【００５８】このプラズマ処理装置Ａでは、放電空間７
内に位置する体積減少具８の暴露部５１を金属材料もし
くは絶縁材料でコーティングされた金属材料で形成する
ので、絶縁材料よりも耐熱衝撃性、耐熱繰り返し疲労性
が向上し、体積減少具８の信頼性、耐久性が向上するも
のである。特に、体積減少具８を冷却する場合に有効で
ある。

【００５９】図７に他の実施の形態を示す。このプラズ
マ処理装置Ａは図１に示す実施の形態のものにおいて、
反応管２を真っ直ぐな円筒状に形成すると共に反応管２
の内径を０．１〜１０ｍｍに形成したものである。その
他の構成や使用方法は図１に示す実施の形態のものと同
様である。尚、図７において電極３と電極４のそれぞれ
の供給管１２と排出管１３は図示省略されている。ま
た、電極３の幅寸法（反応管２の長手方向と平行方向の
長さ）は電極４の幅寸法よりも長く形成されている。

【００６０】このプラズマ処理装置Ａでは、反応管２の
内径を０．１〜１０ｍｍに形成したので、放電空間７の
体積が比較的小さくなって、低電力化及び少ガス流量化
を図ることができるものであり、また、放電空間７の体
積を小さくするための体積減少具８を用いる必要が無く
なって、構造を簡素化することができるものであり、さ
らに、反応管２に集束部２０のような絞り構造を形成す
るための加工が不要となって、反応管２の形成を容易に
してコストの削減を図ることができるものである。反応
管２の内径が０．１ｍｍ未満であると、吹き出し口１が
小さくなり過ぎてプラズマ５の吹き出し範囲が狭くな
り、プラズマ処理をすることができる範囲が小さくなる
恐れがあり、また、反応管２の強度が低下する恐れがあ
る。一方、反応管２の内径が１０ｍｍより大きくなる
と、吹き出し口１が大きくなり過ぎて吹き出し口１から
吹き出されるジェット状のプラズマ５の流速が小さくな
り、プラズマ処理の速度が遅くなる恐れがあり、また、
放電空間７の体積が大きくなり過ぎて放電空間７におけ
る単位体積あたりの投入電力（交流電界）が小さくなっ
てプラズマ５の生成の効率が低下し、プラズマ処理の速
度が遅くなる恐れがある。そして、これらの問題点を解
決するためには、ガス流量や電力を増やすしかないが、
この結果、ガス及び電力を多量に消費し、コストパフォ
ーマンスが低下する恐れがある。従って、反応管２の内
径を０．１〜１０ｍｍに形成するのである。

【００６１】図８に他の実施の形態を示す。このプラズ
マ処理装置Ａは図７に示す実施の形態のものにおいて、
接地電極である電極４の配置位置を変えたものであり、
その他の構成や使用方法は図７に示す実施の形態のもの
と同様である。すなわち、電極４は反応管２の吹き出し
口１側の端部である下端部に設けられており、電極４の
下面が反応管２の吹き出し口１の外側開口縁部と略位置
するように電極４は反応管２に取り付けられている。

【００６２】このプラズマ処理装置Ａにおいて、電極３
と電極４の間隔は図７のものと同様に形成されている。
従って、電極３と電極４の間に形成される放電空間７は
図７のものの放電空間よりも下側に位置して吹き出し口
１に近づくことになり、放電空間７は吹き出し口１の近
くで直上に形成されることになる。そして、このように
電極４を反応管２の吹き出し口１側の端部に設けて放電
空間７を吹き出し口１の近くで直上に形成することによ
って、放電空間７で生成されたプラズマ５のプラズマ活
性種が反応管２内で死滅しにくなって、多くの活きたプ
ラズマ活性種を吹き出し口１から吹き出して被処理物６
に供給することができ、図７のものに比べてプラズマ処
理の処理効率を向上させることができるものである。

【００６３】図９に他の実施の形態を示す。このプラズ
マ処理装置Ａは図７のものに高電圧パルス発生器５０を
設けたものである。高電圧パルス発生器５０は高電圧パ
ルス発生回路を内蔵し、且つ高電圧パルス発生回路で発
生させた高電圧パルスを放つ放射電極５５を備えて形成
されている。放射電極５５としては電極３や電極４と同
様の金属材料で形成される導体棒を用いることができ、
放射電極５５の先端は高電圧パルスが放ち易いように鋭
利に形成されている。また、放射電極５５の先端が吹き
出し口１の真下（下流）に位置する状態と吹き出し口１
の真下に位置しない状態との間で移動するように、放射
電極５５は移動自在に形成されている。放射電極５５の
移動手段としてはエアーシリンダなどを用いることがで
きる。

【００６４】この高電圧パルス発生器５０はプラズマ処
理装置Ａの始動時において放電空間７にプラズマ５を点
灯させるために用いるものである。高電圧パルス発生器
５０を用いた点灯方法は、放射電極５５を移動させるこ
とによって放射電極５５の先端を吹き出し口１の真下に
位置させると共に上記と同様に電極３と電極４の間への
高周波電界の印加及び反応管２へのプラズマ生成用ガス
の導入を行った後、放射電極５５の先端から高電圧パル
スを放つようにする。このように放射電極５５の先端か
ら高電圧パルスを放つことにより、放電空間７に予備電
離プラズマが発生し、この予備電離プラズマが電極３と
電極４の間に印加された電圧（本来であれば、反応管２
内を絶縁破壊させることができない低い電圧）によって
増幅されてプラズマ５が点灯するのである。そしてプラ
ズマ５を点灯させた後、放射電極５５の先端を吹き出し
口１の真下に位置させないように、すなわち、プラズマ
処理の妨げとならない位置に放射電極５５を移動させ、
この後、上記と同様にしてプラズマ処理を行うのであ
る。尚、高電圧パルス発生器５０で発生させる高電圧パ
ルスの電圧や発生時間はプラズマ生成用ガスの種類など
によって異なるが、高電圧パルスの電圧はプラズマ５の
生成時に電源１５で電極３と電極４に印加する電圧の３
倍以上にするのが好ましく、また、高電圧パルスの発生
時間は任意に設定することができる。

【００６５】大気圧近傍の圧力条件下で放電させる本発
明のプラズマ処理装置Ａでは、放電開始時に放電空間７
に大きな電圧（約１ｋＶ以上）をかけてプラズマ５を点
灯させる必要がある。また、放電空間７に印加する電力
（電源）の周波数も１３．５６ＭＨｚに代表されるよう
な高周波であるために、電源１５とプラズマ５が発生す
る部分との間にインピーダンス整合が必要である。従っ
て、プラズマ５を点灯させてプラズマ処理装置Ａを始動
させるために、高電圧を電極３に印加すると、上記のイ
ンピーダンス整合のために設けたインピーダンス整合器
内の可変コンデンサ内でアークが発生してしまい、プラ
ズマ処理装置Ａを始動させることができないことがあっ
た。そこで、電源１５とは別にプラズマ５の点灯用の高
電圧パルス発生器５０を設けることによって、電源１５
で高電圧を電極３に印加することなくプラズマ５を確実
に点灯させることができ、プラズマ処理装置Ａを始動不
良無く素早く始動させることができるものである。尚、
このような高電圧パルス発生器５０は図１、図３、図
４、図６、図８に示すプラズマ処理装置Ａに設けること
ができる。

【００６６】

【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
る。

【００６７】（実施例１）図４に示す構造のプラズマ処
理装置Ａを形成した。反応管２としては石英ガラス管を
用い、外径を１６ｍｍ、内径を１３ｍｍに形成した。ま
た、集束部２０のテーパー角αは２０°とした。電極３
と電極４は銅製であって、接触面１４の算術平均粗さは
１００μｍに形成した。また、電極３と電極４を冷却す
る冷媒としては純水を用いた。さらに、反応管２の内部
には体積減少具８として外径が８ｍｍの石英管を挿入し
て設けた。

【００６８】被処理物６としては、ＯＭＰＡＣ(Over Mo
lded Pad Array Carrier)型ＢＧＡ(Ball Grid Array)基
板を使用した。これは、０．５ｍｍ厚のＢＴ（ビスマレ
イミドトリアジン）基板（サイズは５０×２００ｍｍ）
に、太陽インキ社製のレジスト（ＰＳＲ−４０００ＡＵ
Ｓ５）を４０μｍ厚に塗布して形成したものである。ま
た、この被処理物６の一部には、ボンディングパッドを
含む金メッキ回路が形成されていると共にＩＣチップが
搭載されている。このＩＣチップは、プラズマ処理によ
るチャージアップダメージ（給電時における損傷）を評
価するために、シリコン基板の上に厚み１０ｎｍのＳｉ
Ｏ₂層と厚み３００ｎｍのポリシリコンを形成したもの
である。

【００６９】プラズマ生成用ガスはヘリウムを１リット
ル／分、アルゴンを３リットル／分、酸素を０．０６リ
ットル／分の割合で混合して流して反応管２に供給し
た。そして放電空間７に３００Ｗで１３．５６ＭＨｚの
高周波電界を印加してプラズマ５を発生させ、これを吹
き出し口１からジェット状に吹き出して被処理物６の表
面に５秒間供給してプラズマ処理（被処理物６の表面の
改質処理及びクリーニング処理）を行った。

【００７０】この結果、処理の前後でレジスト部分の水
の接触角が８０度から８度に低下し、表面の親水性が改
善された。また、金メッキ回路のボンディングパッドと
ＩＣチップとをワイヤボンディングした結果、ワイヤボ
ンディングの強度が処理前では５．１ｇであったのに対
して、処理後では１２．１ｇに向上し、著しい性能（ワ
イヤボンディングの強度）の向上が見られた。また、ボ
ンディングパッド部をＸＰＳ分析した結果、表面におけ
る炭素原子と金原子の組成比率（Ｃ／Ａｕ）は、処理の
前後で約３から約０．５にまで減少しており、ボンディ
ングパッド部の炭素除去が行われていた。このように炭
素除去が行われたために、ワイヤボンディングの強度が
向上したと考えられる。また、炭素原子と金原子以外の
他の不純物は検出されなかった。

【００７１】さらに、プラスコン社製の封止樹脂（ＳＭ
Ｔ−Ｂ−１）を用いて被処理物６の表面に底面積１ｃｍ
²のプリン状の封止樹脂を形成し、封止樹脂と被処理物
６の剪断剥離強度を測定した結果、処理前では２ＭＰａ
であったのに対して、処理後では１０ＭＰａと大きく強
度が向上していた。また、被処理物６に搭載したＩＣチ
ップのチャージアップダメージも無かった。

【００７２】（実施例２）図１に示す構造のプラズマ処
理装置Ａを形成した。反応管２としては石英ガラス管を
用い、外径を１６ｍｍ、内径を１３ｍｍに形成した。ま
た、テーパー角は２０°とした。電極３と電極４は銅製
であって、接触面１４の算術平均粗さは１００μｍに形
成した。また、電極３と電極４を冷却する冷媒としては
純水を用いた。

【００７３】被処理物６としては、ネガ型レジストを１
μｍで塗布したシリコン基板を用いた。プラズマ生成用
ガスはヘリウムを０．５リットル／分、アルゴンを１．
５リットル／分、酸素を０．０２リットル／分の割合で
混合して流して反応管２に供給した。そして放電空間７
に２５０Ｗで１３．５６ＭＨｚの高周波電界を印加して
プラズマ５を発生させ、これを吹き出し口１からジェッ
ト状に吹き出して被処理物６の表面に供給してプラズマ
処理（レジストのエッチング処理）を行った。

【００７４】その結果、約７μｍ／分のエッチング速度
が得られ、極めて均一な形状にレジストをエッチングす
ることができた。また、ＸＰＳ分析の結果、レジスト成
分以外の不純物は検出されなかった。

【００７５】（実施例３）図４に示す構造のプラズマ処
理装置Ａを形成した。反応管２としては石英ガラス管を
用い、外径を１６ｍｍ、内径を１３ｍｍに形成した。ま
た、テーパー角は２０°とした。電極３と電極４は銅製
であって、接触面１４の算術平均粗さは１００μｍに形
成した。また、電極３と電極４を冷却する冷媒としては
純水を用いた。さらに、反応管２の内部には体積減少具
８として外径が８ｍｍの石英管を挿入して設けた。この
体積減少具８は図７に示すような二重管構造を有するも
のであり、プラズマ処理中に純水を冷媒として用いて冷
却した。

【００７６】被処理物６としては、アルミナ基板に銀パ
ラジウムペーストをスクリーン印刷し、これを焼き付け
してボンディングパッド部を含む回路を形成したものを
使用した。プラズマ生成用ガスはヘリウムを１リットル
／分、アルゴンを３リットル／分、水素を０．０３リッ
トル／分の割合で混合して流して反応管２に供給した。
そして放電空間７に２５０Ｗで１３．５６ＭＨｚの高周
波電界を印加してプラズマ５を発生させ、これを吹き出
し口１からジェット状に吹き出して被処理物６の表面に
５秒間供給してプラズマ処理（被処理物６の表面の改質
処理及びクリーニング処理）を行った。

【００７７】ボンディングパッド部をＸＰＳ分析した結
果、処理前では酸化銀のピークが確認されたが、処理後
にはこのピークは金属銀に変化しており、ボンディング
パッド部に酸化銀は認められなかった。また、プラズマ
処理中に吹き出し口１より５ｍｍ離れた位置でのプラズ
マ５の温度を測定した結果、体積減少具８を冷媒で冷却
した場合は冷媒で冷却しない場合に比べて、約２００℃
低下していた。

【００７８】（実施例４）放電空間７に５ｋＨｚの高周
波電界を印加した以外は実施例３と同様にしてプラズマ
処理を行った。ボンディングパッド部のＸＰＳ分析及び
プラズマ５の温度は実施例３と同様の結果となった。

【００７９】（実施例５）放電空間７に１５０ＭＨｚの
高周波電界を印加した以外は実施例３と同様にしてプラ
ズマ処理を行った。ボンディングパッド部のＸＰＳ分析
及びプラズマ５の温度は実施例３と同様の結果となっ
た。

【００８０】（実施例６）図７に示すプラズマ処理装置
Ａを作製した。反応管２としては外径５ｍｍ、内径３ｍ
ｍの石英ガラス管を用いた。電極３と電極４は鋼製であ
って、金メッキが施されており、反応管２との接触面１
４の算術平均粗さは１００μｍに形成した。各電極の幅
（反応管２に対して平行方向の長さ）は、高圧電極とな
る電極３が３０ｍｍ、接地電極となる電極４が１５ｍｍ
とし、電極３と電極４の間隔Ｌを５ｍｍに設定した。ま
た、各電極を冷却する冷媒としては純水を用いた。

【００８１】そして上記の反応管２に、ヘリウムを０．
２５リットル／分、アルゴンを１．２５リットル／分、
酸素を０．０２２リットル／分の割合で混合したプラズ
マ生成用ガスを供給し、１００Ｗで１３．５６ＭＨｚの
高周波を印加し、プラズマ５を発生させ、これを吹き出
し口１からジェット状に吹き出して被処理物６の表面に
供給してプラズマ処理を行った。被処理物６としては、
ネガ型レジストを１μｍ塗布したシリコン基板を用い
た。その結果、約８μｍ／分のエッチング速度が得られ
た。処理面積は実施例１のプラズマ処理装置を用いてエ
ッチングした場合の約半分となり、処理範囲を有効に絞
ることができることを確認した。また、ＸＰＳ分析の結
果、レジスト成分以外の不純物は検出されなかった。

【００８２】（実施例７）図６に示すプラズマ処理装置
を作製した。反応管２としては外径１５ｍｍ、内径１３
ｍｍの石英ガラス管を用いた。また、集束部２０のテー
パー角αは１７°とした。電極３と電極４は鋼製であっ
て、金メッキが施されており、反応管２との接触面１４
の算術平均粗さは１００μｍに形成した。各電極の幅
（反応管２の長手方向に対して平行方向の長さ）は、高
圧電極となる電極３が３０ｍｍ、接地電極となる電極４
が１５ｍｍとし、電極３と電極４の間隔Ｌを５ｍｍに設
定した。また、各電極を冷却する冷媒としては純水を用
いた。さらに、反応管２の内部に体積減少具８として、
外径が８ｍｍの石英の管と、外径が８ｍｍのインコネル
６００（ニッケル合金）の管とから構成されたものを挿
入して設けた。上記体積減少具８は、放電に曝される部
分である暴露部５１のみ（体積減少具８の下端部から約
５０ｍｍ）が上記のニッケル合金で形成されており、そ
の表面に溶射法で８０Ｎｉ−２０Ｃｒが５０μｍの厚み
でコーティングされ、さらにその上層に酸化チタンが５
０μｍの厚みでコーティングされている。それ以外の部
分は石英で構成されている。

【００８３】そして上記の反応管２に、ヘリウムを０．
７リットル／分、アルゴン３．３リットル／分、酸素を
０．０６リットル／分の割合で混合したプラズマ生成用
ガスを供給し、３５０Ｗで１３．５６ＭＨｚの高周波を
印加し、プラズマ５を発生させ、これを吹き出し口１か
らジェット状に吹き出して被処理物６の表面に供給して
プラズマ処理を行った。被処理物６としては、ネガ型レ
ジストを１μｍ塗布したシリコン基板を用いた。その結
果、約６μｍ／分のエッチング速度が得られた。また、
高周波を印加した瞬間にプラズマ５が発生し、点灯し
た。また、ＸＰＳ分析の結果、レジスト成分以外の不純
物は検出されなかった。

【００８４】（実施例８）図３に示すプラズマ処理装置
Ａを作製した。反応管２としては外径１６ｍｍ、内径１
３ｍｍの石英ガラス管を用いた。また、集束部２０のテ
ーパー角αは２０°とした。電極３と電極４は銅製であ
って、金メッキが施されており、反応管２との接触面１
４の算術平均粗さは１００μｍに形成した。各電極の幅
（反応管２の長手方向に対して平行方向の長さ）は、高
圧電極となる電極３が１５ｍｍ、接地電極となる電極４
が１５ｍｍとし、電極３と電極４の間隔を５ｍｍに設定
した。さらに、電極４の挿着孔１０の形状を反応管２の
集束部２０の外周形状と対応するように加工して、電極
４を反応管２の吹き出し口１側の端部である集束部２０
の外周に配置した。また、各電極を冷却する冷媒として
は純水を用いた。

【００８５】そして上記の反応管２に、ヘリウムを０．
５リットル／分、アルゴンを１．５リットル／分、酸素
を０．０２リットル／分の割合で混合したガスを供給
し、２５０Ｗで１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、プ
ラズマ５を発生させ、これを吹き出し口１からジェット
状に吹き出して被処理物６の表面に供給してプラズマ処
理を行った。被処理物６としては、ネガ型レジストを１
μｍ塗布したシリコン基板を用いた。その結果、約１１
μｍ／分のエッチング速度が得られた。また、ＸＰＳ分
析の結果、レジスト成分以外の不純物は検出されなかっ
た。

【００８６】（実施例９）図９に示すプラズマ処理装置
Ａを作製した。これは実施例６のプラズマ処理装置Ａに
高電圧パルス発生器５０を付加したものである。高電圧
パルス発生器５０の高電圧を放つ部分である放射電極５
５は、鋭利な先端を有する金属製の棒で形成されてい
る。また、この放射電極５５は高周波を印加してプラズ
マ５を発生させる時のみ、反応管２の吹き出し口１の下
流に移動できるように駆動系に連結されている。そし
て、この放射電極５５の先端から約１８ｋＶの高電圧パ
ルスが反応管２の内部を経由して接地電極である電極４
に向けて短時間（０．７秒間）、放電されるようになっ
ている。このプラズマ処理装置Ａを用いて、放電を試み
たところ、プラズマ５が瞬時に発生した。

【００８７】（比較例）図１０に示す従来のプラズマ処
理装置Ａを用いてプラズマ処理を行った。反応管２及び
被処理物６及びプラズマ生成用ガスは実施例１と同様の
ものを用いた。また、外側電極４０及び内部電極４１と
してはステンレス鋼製のものを用いた。そして実施例１
と同様にして被処理物６をプラズマ処理した後、ボンデ
ィングパッド部のＸＰＳ分析を行ったところ、内側電極
４１の材質である鉄成分が微量検出された。また、放射
電界強度を測定したところ、特に、１５０ＭＨｚ〜３０
０ＭＨｚ帯域での電界強度が実施例１で用いたプラズマ
処理装置に比べて、約２０ｄＢμＶ／ｍ大きかった。

【００８８】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１の発明
は、片側が吹き出し口として開放された筒状の反応管と
一対の電極とを具備して構成され、該反応管にプラズマ
生成用ガスを導入し、電極の間に交流電界を印加するこ
とにより、大気圧下で反応管内にグロー状の放電を発生
させ、反応管の吹き出し口からジェット状のプラズマを
吹き出して、流出するプラズマにて被処理物をプラズマ
処理するプラズマ処理装置において、反応管の外側に一
対の電極を互いに対向させて設けたので、両方の電極が
プラズマに直接曝されることが無くなって、プラズマに
よりスパッタリングを受けないようにすることができる
と共に反応ガスにより腐食されないようにすることがで
き、両方の電極がダメージを受けなくなって寿命を長く
することができるものである。しかも、スパッタリング
や腐食により不純物が生じないので、長期間の使用であ
っても被処理物が不純物より汚染されないようにするこ
とができるものである。さらに、高周波ノイズの放射源
である一対の電極を反応管の外側に設けることにより、
電極を不必要に長くすることが無くコンパクトに形成す
ることができ、放射高周波ノイズを低減することができ
るものである。

【００８９】また本発明の請求項２の発明は、電極を環
状に形成し、プラズマ生成用ガスの導入方向と略平行方
向に電極を対向させて配置したので、交流電界の方向と
プラズマ生成用ガスの流れ方向とをほぼ一致させること
ができ、プラズマの活性種を効率よく生成することがで
きるものである。

【００９０】また本発明の請求項３の発明は、吹き出し
口側に近い位置に配置される一方の電極を接地したの
で、電極から被処理物にアーク放電が飛びにくくなっ
て、アーク放電による被処理物の破損を防止することが
できるものである。

【００９１】また本発明の請求項４の発明は、反応管の
吹き出し口側の端部に一方の電極を設けたので、一対の
電極の間に形成される放電空間で生成されたプラズマの
プラズマ活性種が反応管内で死滅しにくなって、多くの
活きたプラズマ活性種を吹き出し口から吹き出して被処
理物に供給することができ、プラズマ処理の処理効率を
向上させることができるものである。

【００９２】また本発明の請求項５の発明は、電極の少
なくとも一方を冷媒で冷却するので、プラズマの温度が
高くならないようにすることができ、被処理物の熱的損
傷を少なくすることができるものである。

【００９３】また本発明の請求項６の発明は、反応管２
の内径を０．１〜１０ｍｍに形成するので、一対の電極
の間に形成される放電空間の体積が小さくなって放電空
間の単位体積あたりの電力が向上してプラズマ処理の生
成効率を向上させることができ、低電力化及び少ガス流
量化を図ることができるものである。

【００９４】また本発明の請求項７の発明は、一対の電
極の間に形成される反応管内の放電空間の体積を減少さ
せるための体積減少具を反応管内に設けたので、体積減
少具により放電空間の体積を減少させることによって、
一対の電極の間の放電空間における単位体積あたりの投
入電力（交流電界）を増加させることができ、プラズマ
の生成の効率を向上させることができるものである。

【００９５】また本発明の請求項８の発明は、体積減少
具を反応管とほぼ同軸に配設したので、反応管の内周面
と体積減少具の外周面の間に形成される放電空間の体積
を均一化することができ、放電空間における交流電界の
密度が均一化されて、プラズマを効率よく生成すること
ができるものであり、しかも、生成されるプラズマが均
質化されて高品質のプラズマ処理を行うことができるも
のである。

【００９６】また本発明の請求項９の発明は、体積減少
具を絶縁材料で形成したので、体積減少具からスパッタ
リングや腐食により不純物が生じないようにすることが
でき、長期間の使用であっても被処理物が不純物より汚
染されないようにすることができるものである。

【００９７】また本発明の請求項１０の発明は、体積減
少具を冷媒で冷却するので、体積減少具の熱による劣化
を低減することができ、体積減少具の長寿命化を図るこ
とができるものであり、しかも、体積減少具の周囲の放
電空間で生成されるプラズマの温度を低下させることが
でき、被処理物の熱によるダメージを少なくすることが
できるものである。

【００９８】また本発明の請求項１１の発明は、冷媒が
イオン交換水であるので、冷媒による体積減少具の劣化
を少なくすることができ、体積減少具の長寿命化を図る
ことができるものである。

【００９９】また本発明の請求項１２の発明は、冷媒が
不凍性及び絶縁性を有するので、高電圧が印加される電
極からの漏電を防止することができるものである。

【０１００】また本発明の請求項１３の発明は、一対の
電極の間に印加する交流電界の周波数が１ｋＨｚ〜２０
０ＭＨｚであるので、放電空間での放電を安定化させる
ことができ、プラズマ処理を効率よく行うことができる
ものであり、しかも、放電空間でのプラズマの温度上昇
を抑えることができ、反応管や高圧電極や接地電極の長
寿命化を図ることができるものであり、さらに、プラズ
マ処理装置の複雑化及び大型化を防止することができる
ものである。

【０１０１】また本発明の請求項１４の発明は、電極は
反応管と接触する側の表面粗度が１０〜１０００μｍで
あるので、放電空間における放電の均一化を図ることが
できるものである。

【０１０２】また本発明の請求項１５の発明は、反応管
を吹き出し口側に向かって絞り込んだので、放電空間の
体積を小さくすることなくジェット状のプラズマの流速
を加速することができ、短寿命のラジカルなどの反応性
ガス活性粒子が消滅する前に、被処理物にプラズマを到
達させることができて被処理物のプラズマ処理を効率よ
く行うことができるものである。

【０１０３】また本発明の請求項１６の発明は、プラズ
マを点灯させるための高電圧パルス発生器を具備するの
で、高電圧パルス発生器で高電圧パルスを発生してプラ
ズマを点灯させることによって、電極に高電圧を印加せ
ずにプラズマを点灯させることができ、始動不良無く素
早く始動させることができるものである。

【０１０４】本発明の請求項１７の発明は、請求項１乃
至１４のいずれかに記載のプラズマ処理装置でプラズマ
処理を行うので、高圧電極と接地電極の両方がプラズマ
に直接曝されることが無くなって、プラズマによりスパ
ッタリングを受けないようにすることができると共に反
応ガスにより腐食されないようにすることができ、高圧
電極と接地電極がダメージを受けなくなって寿命を長く
することができるものである。しかも、スパッタリング
や腐食により不純物が生じないので、長期間の使用であ
っても被処理物が不純物より汚染されないようにするこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す正面図であ
る。

【図２】同上の高圧電極と接地電極の一例を示す斜視図
である。

【図３】同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面
図である。

【図４】同上の他の実施の形態の一例を示す正面図であ
る。

【図５】同上の体積減少具を示す概略の断面図である。

【図６】同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面
図である。

【図７】同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面
図である。

【図８】同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面
図である。

【図９】同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面
図である。

【図１０】従来例を示す正面図である。

【符号の説明】

１ 吹き出し口 ２ 反応管 ３ 電極 ４ 電極 ５ プラズマ ６ 被処理物 ７ 放電空間 ８ 体積減少具 ５０ 高電圧パルス発生器 Ａ プラズマ処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 典幸 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 中園 佳幸 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 猪岡 結希子 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 安田 正治 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 喜多山 和也 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 中村 康輔 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 清 三喜男 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 北村 啓明 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 4E001 LH09 LH10 ME05 ME06 5F004 AA14 AA15 AA16 BA06 BA20 BB11 BB13 BC08

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 片側が吹き出し口として開放された筒状
   の反応管と一対の電極とを具備して構成され、該反応管
   にプラズマ生成用ガスを導入し、電極の間に交流電界を
   印加することにより、大気圧下で反応管内にグロー状の
   放電を発生させ、反応管の吹き出し口からジェット状の
   プラズマを吹き出して、流出するプラズマにて被処理物
   をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、反応管
   の外側に一対の電極を互いに対向させて設けて成ること
   を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 電極を環状に形成し、プラズマ生成用ガ
   スの導入方向と略平行方向に電極を対向させて配置して
   成ることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装
   置。
3. 【請求項３】 吹き出し口側に近い位置に配置される一
   方の電極を接地して成ることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 反応管の吹き出し口側の端部に一方の電
   極を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 電極の少なくとも一方を冷媒で冷却する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプ
   ラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 反応管の内径を０．１〜１０ｍｍに形成
   して成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
   記載のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 一対の電極の間に形成される反応管内の
   放電空間の体積を減少させるための体積減少具を反応管
   内に設けて成ることを特徴とする請求項１乃至５のいず
   れかに記載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 体積減少具を反応管とほぼ同軸に配設し
   て成ることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理
   装置。
9. 【請求項９】 体積減少具を絶縁材料で形成して成るこ
   とを特徴とする請求項７又は８に記載のプラズマ処理装
   置。
10. 【請求項１０】 体積減少具を冷媒で冷却することを特
    徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のプラズマ処
    理装置。
11. 【請求項１１】 冷媒がイオン交換水であることを特徴
    とする請求項５乃至１０のいずれかに記載のプラズマ処
    理装置。
12. 【請求項１２】 冷媒が不凍性及び絶縁性を有すること
    を特徴とする請求項５乃至１１のいずれかに記載のプラ
    ズマ処理装置。
13. 【請求項１３】 一対の電極の間に印加する交流電界の
    周波数が１ｋＨｚ〜２００ＭＨｚであることを特徴とす
    る請求項１乃至１２のいずれかに記載のプラズマ処理装
    置。
14. 【請求項１４】 電極は反応管と接触する側の表面粗度
    が１０〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１
    乃至１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
15. 【請求項１５】 反応管を吹き出し口側に向かって絞り
    込んで成ることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれ
    かに記載のプラズマ処理装置。
16. 【請求項１６】 プラズマを点灯させるための高電圧パ
    ルス発生器を具備して成ることを特徴とする請求項１乃
    至１５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
17. 【請求項１７】 請求項１乃至１６のいずれかに記載の
    プラズマ処理装置でプラズマ処理を行うことを特徴とす
    るプラズマ処理方法。