JP4141803B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の所属する技術分野】
本発明は、プラズマを発生させて、発生したプラズマを用いて、被処理物を処理するプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、グロー放電プラズマ、特に大気圧グロー放電プラズマを用いて、被処理物体の一例の基板の表面に薄膜を形成するプラズマ処理装置、または、基板の表面に親水化などの処理を施すプラズマ処理装置が開発されている。このようなプラズマ処理装置の一例として、特開平７−８５９９７号公報に記載されたプラズマ処理装置が既に知られている。以下、特開平７-８５９９７号公報に記載されたプラズマ処理装置を、図３１〜図３３を用いて詳述する。
【０００３】
図３１は、特開平７−８５９９７号公報に記載された大気圧グロー放電プラズマ処理装置を示す概略図である。図３２は、前述のプラズマ処理装置内の電極に電圧の印加するための基本回路の一例を示した図である。図３３は、前述のプラズマ処理装置内の電極に印加される電圧波形を示した図である。
【０００４】
前述のプラズマ処理装置１０８は、図３１に示すように、反応容器１０１と、反応容器１０１内に設けられた上部電極１０２および下部電極１０６と、上部電極１０２および下部電極１０６のうち少なくともいずれか一方に設置された誘電体膜１０５と、反応容器１０１の側面に設けられたガス入口１０３およびガス出口１０４と、反応容器１０１内に熱を加えるための加熱用電源１０７とを備えている。
【０００５】
また、プラズマ処理装置１０８は、図３２に示すように、電力を供給する１次側のトランス１１１と、トランス１１１から電力の供給を受ける２次側のトランス１１２とを備えている。なお、図３３には、高周波交流パルス電圧１０９の波形および直流パルス負電圧１１０の波形が示されている。
【０００６】
前述の図３１に示すプラズマ処理装置１０８の使用方法は、次のようなものである。まず、反応容器１０１内に、大気圧に近い気圧を有する、不活性ガス、または不活性ガスおよび反応性ガスの混合ガスを導入する。その後、上部電極１０２と下部電極１０６との間に電圧を印加する。それにより、反応容器１０１内で大気圧グロー放電プラズマを励起させる。その結果、上部電極１０２と下部電極１０６との間に配置された、被処理物の表面を親水化するか、または、被処理物の表面に薄膜を形成する。このプラズマ処理装置１０８の特徴は、図３２に示す基本回路を用いて、図３３に示すように、上部電極１０２と下部電極１０６とに高周波交流パルス電圧と直流パルス負電圧とを交互に印加することにより、グロー放電を発生させることである。
【０００７】
また、図３２に示す基本回路では、１次側のトランス１１１に印加された高周波交流パルス電圧が昇圧され、２次側のトランス１１２に大きな高周波交流パルス電圧が印加される。この大きな高周波交流パルス電圧がダイオード、コイルおよびコンデンサによって整流されることにより、負のバイアスが作成される。
【０００８】
この負のバイアスがグロー放電中にスイッチング回路を介して瞬時に高電圧側電極（たとえば、上部電極１０２）に印加される。この大きな高周波交流パルス電圧と負のバイアスとは、図３３に示すように、上部電極１０２と下部電極１０６との間に交互に印加される。それにより、反応容器１０１内で放電が停止することがないため、プラズマの処理が継続して行われる。なお、負のバイアスを作成するための電源は、別電源であってもよい。
【０００９】
さらに、負のバイアスを電極に印加する時間は、０．１秒〜５秒の範囲内であることが必要であり、好ましくは、０．５秒〜２秒の範囲である。なお、負のバイアスを電極に印加する時間は、０．１秒より短い場合には効果が小さく、５秒より長い場合には放電が不安定となる。
【００１０】
また、図３３に示すように、上部電極１０２および下部電極１０６には、大きな高周波交流パルス電圧１０９が印加された後に直流パルス負電圧１１０が印加される。この高周波交流パルス電圧１０９の印加と直流パルス負電圧１１０の印加とを繰り返す。その結果、基板表面の面内方向の処理特性の均一性が向上する。
【００１１】
また、前述のプラズマ処理装置では、ＨｅとＡｒとの混合ガスで反応容器１０１内が満たされ、かつ、高周波交流パルス電圧２０５〜４ｋｖ、周波数５〜８ｋＨｚおよび直流パルス負電圧２.５〜５ｋｖの電圧条件で、親水化のための処理、または、薄膜の形成などが行われている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７-８５９９７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の大気圧プラズマ処理装置には以下のような課題が残存する。
【００１４】
まず、前述のプラズマ処理装置では、上部電極１０２と下部電極１０６とに印加される直流パルス電圧として、直流パルス負電圧のみが用いられ、直流パルス正電圧が用いられていない。したがって、直流パルス負電圧のみと高周波交流パルス電圧とが上部電極１０２と下部電極１０６とに繰り返して印加される。そのため、直流パルス負電圧によって、上部電極１０２と下部電極１０６との間の配置された被処理物が帯電する。その結果、被処理物が損傷することがある。
【００１５】
本発明の上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理物が損傷することを抑制することが可能なプラズマ処理装置を提供することである。
【００１６】
また、前述のプラズマ処理装置では、上部電極１０２および下部電極１０６のうちの少なくともいずれか一方に誘電体膜１０５が設置された状態で上部電極１０２と下部電極１０６との間に直流パルス負電圧が印加される。この直流パルス負電圧の印加が開始された時点においては、上部電極１０２および下部電極１０６により構成された電極間コンデンサに電荷が蓄積される。
【００１７】
しかしながら、電極間コンデンサが最大容量まで電荷が蓄積された後においては、電極間コンデンサを介しては、電流が流れない。そのため、直流パルス負電圧が印加されている時間の中で、電極間コンデンサに最大容量まで電荷が蓄積された後においては、プラズマ処理装置は仕事をしていないことになる。前述のプラズマ処理装置においては、直流パルス負電圧の印加時間（０．１秒〜５秒）が比較的長い。そのため、プラズマ処理装置の被処理物の処理の効率が低下する。さらに、直流パルス負電圧を電極間コンデンサに印加している期間中には、安定した高圧プラズマを維持することができない。
【００１８】
本発明の他の目的は、安定した高圧プラズマを維持することが可能なプラズマ処理装置を提供することである。
【００１９】
また、電極間コンデンサには直流パルス負電圧と高周波交流パルス電圧とが交互に繰り返される波形の電圧が印加される。そのため、直流パルス負電圧の１周期では十分な荷電粒子密度の大気圧プラズマを発生させることができない。また、直流パルス負電圧を印加している期間においては、高周波交流パルス電圧は印加されない。そのため、プラズマの分解度が低下する。したがって、プラズマ処理装置の被処理物の処理の効率が低下する。また、高周波の周波数は高くても１０ｋＨｚであるため、高周波交流パルス電圧を印加した時点においては、プラズマの分解度が低い。そのため、被処理物の処理の効率が低下する。
【００２０】
本発明のさらに他の目的は、被処理物の処理効率が向上したプラズマ処理装置を提供することである。
【００２１】
また、前述のプラズマ処理装置は、対向した１対の電極間に被処理物が設置される。そのため、高周波交流パルス電圧が印加される上部電極が、アースに接続された下部電極により覆われた構造となっていない。その結果、電磁波漏れによる電磁障害を引き起こすおそれがある。
【００２２】
本発明の別の目的は、電磁波漏れによる電磁障害が防止されたプラズマ処理装置を提供することである。
【００２３】
また、上記従来のプラズマ処理装置は、一対の電極間に被処理物が設置される構造であったため、被処理物の設置態様が制限されたものとなっていた。
【００２４】
本発明のさらに別の目的は、被処理物の設置態様の自由度が増加したプラズマ処理装置を提供することである。
【００２５】
また、上記従来のプラズマ処理装置は、交流電源と直流電源とを切換える回路が必要であったため、回路構造が複雑となっていた。
【００２６】
本発明のまたさらに別の目的は、回路構造が簡略化されたプラズマ処理装置を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを発生させて、発生したプラズマを用いて、被処理物を処理するプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置は、一対の電極と誘電体または絶縁体とにより電力伝達経路が構成されるとともに、一対の電極と誘電体または絶縁体とが一対をなして露出する部分が電力伝達経路の開放端となっており、開放端近傍にプラズマを発生させるものである。
【００２８】
本発明の第１の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極に高周波交流パルス電圧を印加することが可能な高周波交流パルス電源と、一対の電極に高周波交流パルス電圧よりも周波数が低い低周波交流パルス電圧を印加することが可能な低周波交流パルス電源とを備えている。
【００２９】
また、本発明の第１の局面のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電源と一対の電極とが電気的に接続された状態と、低周波交流パルス電源と一対の電極とが電気的に接続された状態とを切換えることが可能なスイッチング回路とを備えている。
【００３０】
また、本発明の第１の局面のプラズマ処理装置は、スイッチング回路が、高周波交流パルス電圧の印加の休止時間内に、低周波交流パルス電圧が一対の電極に印加されるように切換制御され、プラズマを発生させる。
【００３１】
上記の構成によれば、大容量の高周波交流パルス電源を用いることなく、低周波交流パルス電源を用いて安定した高圧プラズマを生成および維持することができる。
【００３２】
本発明の第２の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極に高周波交流パルス電圧を印加することが可能な高周波交流パルス電源と、一対の電極に直流パルス電圧を印加することが可能な直流パルス電源とを備えている。
【００３３】
また、本発明の第２の局面のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電源と一対の電極とが電気的に接続された状態と、直流パルス電源と一対の電極との接続とが電気的に接続された状態とを切換えることが可能なスイッチング回路とを備えている。
【００３４】
また、本発明の第２の局面のプラズマ処理装置は、スイッチング回路が、高周波交流パルス電圧の印加の休止時間内に、直流パルス電圧が一対の電極に印加されるように切換制御され、プラズマを発生させる。
【００３５】
上記の構成によれば、大容量の高周波交流パルス電源を用いることなく、直流パルス電源を用いて安定した高圧プラズマを生成および維持することができる。
【００３６】
本発明の第３の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極に高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧を印加することが可能な高周波交流電源とを備えている。
【００３７】
また、本発明の第３の局面のプラズマ処理装置は、一対の電極に高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧よりも周波数が低い低周波交流パルス電圧を印加することが可能な低周波交流パルス電源と、高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧と低周波交流パルス電圧とを重畳させる重畳回路と、を備えている。
【００３８】
また、本発明の第３の局面のプラズマ処理装置は、重畳回路を通じて、一対の電極に高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧、及び低周波交流パルス電圧を所望の時刻で印加しプラズマを発生させる。
【００３９】
上記の構成によれば、大容量の電源を用いることなく、高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧、及び低周波交流パルス電源を用いて安定した高圧プラズマを生成および維持することができる。また、上記の構成によれば、低周波交流パルス電圧を印加電極に印加した直後に高周波パルス電圧または連続高周波交流電圧を印加電極に印加することが可能となる。したがって、低周波交流パルス電圧で発生した荷電粒子を用いて、効率よく高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧で反応ガス分子の分解を促進させることができる。その結果、効率的に被処理物を処理することが可能になる。
【００４０】
本発明の第４の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極に高周波交流パルス電圧または高周波交流連続波電圧を印加することが可能な高周波交流電源とを備えている。
【００４１】
また、本発明の第４の局面のプラズマ処理装置は、一対の電極に直流パルス電圧を印加することが可能な直流パルス電源と、高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧と直流パルス電圧とを重畳させる重畳回路と、を備えている。
【００４２】
また、本発明の第４の局面のプラズマ処理装置は、重畳回路を通じて、一対の電極に高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧、及び直流パルス電圧を所望の時刻で印加しプラズマを発生させる。
【００４３】
上記の構成によれば、大容量の電源を用いることなく、高周波交流パルス電源若しくは連続高周波交流電源、及び直流パルス電源を用いて安定した高圧プラズマを生成および維持することができる。また、上記の構成にれば、直流パルス電圧を印加電極に印加した直後に高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧を印加電極に印加することが可能となる。したがって、直流パルス電圧で発生した荷電粒子を用いて、効率よく高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧で反応ガス分子の分解を促進させることができる。その結果、効率的に被処理物を処理することが可能になる。
【００４４】
また、本発明のプラズマ処理装置は、直流パルス電圧および低周波交流パルス電圧を印加電極に印加するタイミングを調整するトリガ装置をさらに備えていてもよい。
【００４５】
上記の構成によれば、直流波パルス電圧および低周波交流パルス電圧それぞれを所望のタイミングで印加電極に印加することができる。
【００４６】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、スイッチング回路若しくは重畳回路と、高周波交流電源若しくは高周波交流パルス電源との間に、マッチングボックス、または、ハイパスフィルタが接続されていてもよい。
【００４７】
上記の構成によれば、低周波交流電圧が高周波交流電源若しくは高周波交流パルス電源に到達してしまう不都合が防止される。
【００４８】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、スイッチング回路若しくは重畳回路と、低周波交流パルス電源若しくは直流パルス電源との間に、ローパスフィルタをさらに備えていてもよい。
【００４９】
上記の構成によれば、連続高周波交流電圧または高周波交流電圧が低周波交流パルス電源または直流パルス電源に到達してしまう不都合が防止される。
【００５０】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧の印加の休止時間内に、少なくとも２パルス以上の低周波交流パルス電圧若しくは直流パルス電圧を印加電極に印加するものであってもよい。
【００５１】
上記の構成によれば、連続高周波交流電源または高周波交流パルス電源のみではプラズマを発生させるために必要な高電圧を印加することが困難であった反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、低周波交流パルス電圧若しくは直流パルス電圧を用いてプラズマの発生に必要な高電圧を印加電極に印加することができる。
【００５２】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置においては、直流パルス電源は、一対の電極のうち高周波交流パルス電圧を印加する電極が、その電極に対向する電極よりも高電位になるように接続されている。
【００５３】
上記の構成によれば、一対の電極のうち高周波交流パルス電圧を印加する電極が、電極に対向する電極をアース電極として使用することができる。
【００５４】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧が印加される電極が、その電極に対向する電極に対して高電位になるように印加される第１直流パルス電圧と、高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧が印加される電極が、その電極に対向する電極に対して低電位になるように印加される第２直流パルス電圧とが、各々少なくとも１パルス以上印加電極に印加される。
【００５５】
上記の構成によれば、高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧が印加されている時間の合間に、正負が逆転した直流パルス正電圧および直流パルス負電圧それぞれを印加することが可能である。その結果、直流パルス電圧を印加電極に印加したときに、被処理物にイオンが衝突する回数および正または負のうちの一方の電荷に被処理物が帯電する量を低減することができる。したがって、被処理物が損傷することを防止することができる。
【００５６】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極に高周波交流パルス電圧と直流パルス電圧とが、同時に、または、各パルスの印加時間の一部もしくは全部が互いに重なるように、印加電極に印加されるものであってもよい。
【００５７】
上記の構成によれば、高周波交流パルス電圧を印加するタイミングと直流パルス電圧を印加するタイミングとを調整するための装置を設置する必要がなくなる。
【００５８】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極に連続高周波交流電圧と直流パルス電圧とが、同時に前記印加電極に印加されるものであってもよい。
【００５９】
上記の構成によれば、連続高周波電圧を印加するタイミングと直流パルス電圧を印加するタイミングとを調整するための装置を設置する必要がなくなる。
【００６０】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極に高周波交流パルス電圧と低周波交流パルス電圧とが、同時に、または、各パルスの印加時間の一部もしくは全部が互いに重なるように、前記印加電極に印加されるものであってもよい。
【００６１】
上記の構成によれば、高周波交流パルス電圧を印加するタイミングと低周波交流パルス電圧を印加するタイミングとを調整するための装置を設置する必要がなくなる。
【００６２】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極に連続高周波交流電圧と低周波交流パルス電圧とが、同時に、印加電極に印加されるものであってもよい。
【００６３】
上記の構成によれば、連続高周波交流電圧を印加するタイミングと低周波交流パルス電圧を印加するタイミングとを調整するための装置を設置する必要がなくなる。
【００６４】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、低周波交流電圧を印加するときにおいては、直流パルス電圧にて発生させた密度の高い荷電粒子および活性反応種を、交流電界の中で振動させることにより、密度が高いプラズマを発生させることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、低周波交流電源の発振周波数を極力高くすることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、低周波交流電圧の発振周波数を、１ＭＨｚ以上にすることが望ましい。また、本発明のプラズマ処理装置では、低周波交流電源の消費電力を低減するという観点からは、低周波交流パルス電圧の発振周波数を、１０ＧＨｚ以下にすることが望ましい。したがって、本発明のプラズマ処理装置では、低周波交流電圧の周波数は、１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚであることが望ましい。
【００６５】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電圧にて発生した荷電粒子を交流パルス電圧または交流連続波電圧で効率良く分解を促進させるためにも、速やかに直流パルス電圧を立ち下げることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電源の性能にもよるが、直流パルス電圧の１パルスの印加時間Ｔｐは１００ｍｓｅｃ以下であることが望ましい。
【００６６】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電圧の繰返し周波数が高すぎると、高周波交流パルス電源と同様に、直流パルス電源の消費電力が大きくなる。また、本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電圧の繰返し周波数が低すぎると、各直流パルス電圧同士の合間の休止時間が長くなることによって、プラズマの発生およびプラズマ状態の維持が困難になる。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電圧の周波数は１０Ｈｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
【００６７】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧または連続波交流電圧を印加するときにおいては、直流パルス電圧にて発生させた密度の高い荷電粒子および活性反応種を、交流電界の中で振動させることにより、密度が高いプラズマを発生させることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電源または連続波交流電源の発振周波数を極力高くすることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧または連続波交流電圧の発振周波数を、１ＭＨｚ以上にすることが望ましい。また、本発明のプラズマ処理装置では、交流電源の消費電力を低減するという観点からは、高周波交流パルス電圧または連続波交流電圧の発振周波数を、１０ＧＨｚ以下にすることが望ましい。したがって、本発明のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧の周波数は、１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚであることが望ましい。
【００６８】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極同士の間に被処理物を載置可能なステージが設けられているか、または、一対の電極のうちのいずれか一方が、被処理物が載置されるステージとして使用されれば、プラズマ処理装置の容器内体積を小さくすることができる。
【００６９】
本発明の第５の局面のプラズマ処置装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極同士の間の空間に挿入された誘電体または絶縁体とを備えている。本発明の第５の局面のプラズマ処置装置は、一対の電極と該誘電体または絶縁体とにより電力伝達経路が構成されるとともに、一対の電極と誘電体または絶縁体とが一対をなして露出する部分が電力伝達経路の開放端となっており、その開放端近傍にプラズマを発生させる。
【００７０】
上記の構成によれば、一対の電極が互いに対向する部分以外の位置に被処理物を設置することが可能になるため、被処理物の設置態様の自由度が増加する。
【００７１】
本発明の第６の局面のプラズマ処理装置は、印加電極の外部から開放端にプラズマを発生させるためのガスを導くガス供給経路を備えており、ガス供給経路は、印加電極内を通過するとともに、ガス供給経路の終端が、開放端の印加電極表面に面するように構成されている。
【００７２】
上記の構成によれば、高電界が発生する開放端にプラズマを発生させるためのガスを効率的に供給することができる。
【００７３】
前述のガス供給経路は、開放端の電極表面に、複数の供給口が面するように構成されていれば、開放端に均一にプラズマを発生させるためのガスを供給することが可能になる。
【００７４】
前述の開放端が、一対の電極の一方、誘電体または絶縁体、および、一対の電極の他方の組み合わせからなり、その組み合わせは複数設けられていれば、プラズマを発生させるために必要となる高電界を効率的に生成することが可能となる。
【００７５】
前述の一対の電極のうち少なくともいずれか一方が複数に分岐していれば、プラズマを発生させるための電力伝達経路の開放端を複数箇所に設けることができるため、プラズマの発生に必要な高電界を複数箇所に発生させることができる。
【００７６】
上述の本発明のプラズマ処理装置は、前述の開放端と対向する位置にステージが設けられていてもよい。
【００７７】
本発明の第７の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、接地電位に固定されたアース電極とを備えており、一対の電極が、プラズマを発生させるための部分以外の部分においては、接地電極に接続された電極に覆われるように構成されている。
【００７８】
上記の構成によれば、一対の電極が外部の電磁波から遮蔽されるため、プラズマ処理装置において生じる電磁障害が防止される。
【００７９】
本発明の第８の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極を備えており、一対の電極が、交流電源に接続された交流電源用電極と、直流電源に接続された直流電源用電極とを含むものであってもよい。
【００８０】
上記の構成によれば、交流電源と直流電源とを切換えるための回路を設ける必要がないため、プラズマ処理装置の回路構成を簡略化することができる。
【００８１】
さらに、上述の本発明のプラズマ処理装置が反応容器を備えていれば、一対の電極の周囲に所望のガス雰囲気を維持することができる。
【００８２】
また、本発明のプラズマ処理方法は、前述のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、容器内のガスの圧力が０．１気圧〜１０気圧の状態で前記被処理物が処理される方法である。
【００８３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置を、図に基づいて説明する。
【００８４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の概略構成図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、プラズマ処理装置の印加電極の下面図である。
【００８５】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図１〜図３に示すように、次のような構造である。高周波交流パルス電源１２および直流パルス電源１３それぞれが、スイッチング回路１１を介して、反応容器１０内に設けられた印加電極１に電気的に接続されている。印加電極１は、その側面が絶縁体２を介してアース電極３で覆われている。
【００８６】
印加電極１とアース電極３との間で電力伝達経路が形成されている。印加電極１およびアース電極３の基板８に対向する部分により、電力伝達経路の開放端が形成されている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、印加電極１電力伝達経路の開放端およびアース電極３の電力伝達経路の開放端の双方が被覆絶縁体１７で被覆されているが、印加電極１の開放端およびアース電極３の開放端のうち少なくともいずれか一方が被覆絶縁体１７で被覆されていればよい。
【００８７】
さらに、印加電極１の内部には、外部からガスが供給されるガス供給ライン６、ガスが滞留するバッファ５、およびガスが基板８に向かって噴出されるガス供給口４が設けられている。ガス供給ライン６、バッファ５、およびガス供給口４内を通過するガスが、電力伝達経路の開放端の近傍に供給される。さらに、電力伝達経路の開放端に対向する位置であって、ステージ９上に被処理物としての基板８が載置されている。
【００８８】
また、高周波交流パルス電源１２にはトリガ装置５０Ａが接続され、直流パルス電源１３にはトリガ装置５０Ｂが接続されている。トリガ装置５０Ａを用いて、高周波交流パルス電源１２が出力するパルスのタイミングを調整することが可能になっている。また、トリガ装置５０Ｂを用いて、直流パルス電源１３が出力するパルスのタイミングを調整することが可能になっている。
【００８９】
本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、前述の電力伝達経路の開放端近傍に、プラズマ７を発生させることにより、電力伝達経路の開放端に対向する位置に設置された基板８に薄膜の形成を行うことが可能である。また、本実施の形態のプラズマ処理装置を用いて、基板８の表面に形成された薄膜の加工、また基板８自体の加工を行ってもよい。さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置を用いて、基板８の表面の処理を行ってもよい。
【００９０】
その際、高周波交流パルス電源１２から発振された高周波交流パルスの各パルス間に、直流パルス電源１３から発振された直流パルスが挿入されるように、高周波交流パルス電源１２および直流パルス電源１３を用いて、印加電極１に電圧を印加する。この場合の印加電極１に印加された電圧波形を図４に示す。
【００９１】
スイッチング回路１１の接続、および、トリガ装置５０Ａ，５０Ｂによるタイミングの調整を行った後、印加電極１に対し高周波交流パルス電圧Ｒを印加する。また、高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、少なくとも２パルス以上連続して、印加電極１に対し直流パルス正電圧Ｐ１を印加する。直流パルス正電圧とは、印加電極１がアース電極３より高電位になるように印加された直流パルス電圧を意味するものとする。さらに、印加電極１がアース電極３に対して低電位になる直流パルス電圧を直流パルス負電圧Ｐ２とし、直流パルス正電圧Ｐ１、直流パルス負電圧Ｐ２をあわせて直流パルス電圧Ｐとする。
【００９２】
プラズマを発生させるために高電圧および強電界を必要とする反応ガス種および高圧反応ガス条件等においては、マイクロ波電源またはＲＦ（Radio Frequency）電源等の高周波交流パルス電源１２のみでは、マッチングボックス等の許容電圧を越える大きな電圧を印加することができない。
【００９３】
そのため、印加電極１に印加される電圧の波形がパルス波であるかまたは連続波であるかに関わらず、印加電極１にプラズマ発生電界に達する程度の大きさの電圧を印加することができない。また、必要とされる電源容量が非常に大きくなるとともに、プラズマ処理装置の電源のコストが大きくなるという問題が生じる。
【００９４】
また、直流パルス電源１３を用いる場合、比較的安価な電源価格にて、前述の高周波交流パルス電源１２ではプラズマ発生が困難な反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、プラズマを発生させることが可能な電圧を発生させることができる。しかしながら、直流パルス電源１３では、発生したプラズマの密度が低い。
【００９５】
そのため、本実施の形態のプラズマ処理装置は、図４に示すように、各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、少なくとも２パルス以上連続して直流パルス正電圧Ｐ１が印加されるように構成されている。それにより、高周波交流パルス電源１２のみでは、電源およびマッチングボックス等の容量限界からプラズマを発生させるために必要な高電圧を印加することが困難であった反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、直流パルス正電圧Ｐ１を用いてプラズマの発生に必要な高電圧を印加電極１に印加することができる。それにより、荷電粒子を印加電極１の近傍に発生させることができる。
【００９６】
また、前述の直流パルス正電圧Ｐ１のみで発生させることができる荷電粒子密度および活性反応種密度は小さい。本実施の形態のプラズマ処理装置においては、更に高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加する結果、高周波電界により荷電粒子の衝突が増大することにより、プラズマ中の荷電粒子密度および活性反応種密度が増大する。
【００９７】
これにより、本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、高周波交流パルス電源１２のみでは、電源およびマッチングボックス等の容量限界からプラズマ７の発生に必要な高電圧の発生が困難であった反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、容易にプラズマ７を発生させることができる。また、本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、直流パルス電源１３のみでは困難であった高い荷電粒子密度および活性反応種密度のプラズマ７を発生させることができる。
【００９８】
また、高周波交流パルス電圧Ｒの整流を行って直流電圧を発生させる従来のプラズマ処理装置では、発生した直流パルス電圧Ｑは高周波交流パルス電圧Ｒの振幅に等しい。そのため、結局プラズマ７を発生させるための直流電圧を発生させる為に、高価な大容量の高周波交流パルス電源１２を必要とする。
【００９９】
しかしながら、安価な直流パルス電源１３でプラズマ７の発生を行うとともに、高周波交流パルス電源１２でプラズマ７の分解の促進を行う本実施の形態のプラズマ処理装置では、プラズマ７を発生させるために大容量の高周波交流パルス電源１２を必要としない。その結果、高周波交流パルス電源１２のコストが低減される。
【０１００】
また、従来のプラズマ処理装置では、主放電電極に高周波交流パルス電圧および予備放電電極に直流パルス電圧を印加する、すなわち、一対の電極のうち一方の電極に高周波交流パルス電圧を印加するとともに、一対の電極のうち他方に直流パルス電圧を印加する。
【０１０１】
しかしながら、本実施の形態のプラズマ処理装置では、同じ印加電極１に直流パルス正電圧Ｐ１および高周波交流パルス電圧Ｒを印加する。そのため、本実施の形態のプラズマ処理装置は、電極構造が簡単になり、かつ、基板８の面内方向の均一性が向上するとともに、プラズマ処理装置の製造コストが低減される。
【０１０２】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、直流パルス電圧が印加電極１に印加される時点では、印加電極１およびアース電極３のうち少なくともいずれか一方は被覆絶縁体１７により被覆されている。そのため、印加電極１とアース電極３とにより構成されるコンデンサに最大容量の電荷が蓄積された後は、印加電極１とアース電極３との間で電流が流れないため、直流パルス電源１３は仕事をしない。
【０１０３】
したがって、プラズマ７中に発生した荷電粒子を基板８などに故意に衝突させる場合を除いて、印加電極１とアース電極３とにより構成されるコンデンサの最大容量の電荷が蓄積された後は、速やかに直流パルス電圧Ｐを立ち下げることが望ましい。
【０１０４】
また、直流パルス電圧Ｐにて発生した荷電粒子を高周波交流パルス電圧Ｒで効率良く分解を促進させるためにも、速やかに直流パルス電圧Ｐを立ち下げることが望ましい。また、直流パルス電源１３の性能にもよるが、直流パルス電圧Ｐの１パルスの印加時間Ｔｐは１００ｍｓｅｃ以下であることが望ましい。
【０１０５】
また、前述の直流パルス電圧Ｐのパルスの周波数が高すぎると、高周波交流パルス電源１２と同様に、直流パルス電源１３のコストが高くなる。また、前述の直流パルス電圧のパルスの周波数が低すぎると、各直流パルス電圧Ｐ同士の合間の休止時間Ｔｏが長くなることによって、プラズマ７の発生およびプラズマ７の状態の維持が困難になる。そのため、直流パルス電圧Ｐのパルスの周波数は１０Ｈｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
【０１０６】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加したときにおいては、直流パルス正電圧Ｐ１を用いて発生させた密度の高い荷電粒子および活性反応種を、高周波の電界の中で振動させることにより、密度が高いプラズマを発生させることが望ましい。そのため、本実施の形態のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧Ｒの発振周波数を極力高くすることが望ましい。そのため、本実施の形態のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧Ｒの発振周波数を、１ＭＨｚ以上にすることが望ましい。
【０１０７】
また、図５に示すように、高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、少なくとも２パルス以上連続して直流パルス負電圧Ｐ２を印加することによっても、少なくとも２パルス以上連続して直流パルス正電圧Ｐ１を印加する場合と同様の効果を得ることができる。ここで、直流パルス負電圧Ｐ２とは、印加電極１がアース電極３に対して低電位になる直流パルス電圧を意味する。
【０１０８】
図４に示す直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加したときには、印加電極１には負イオンまたは電子が衝突するとともに、アース電極３には正イオンが衝突する。逆に、図５に示す直流パルス負電圧Ｐ２を印加電極１に印加したときには、印加電極１には正イオンが衝突するとともに、アース電極３には負イオンまたは電子が衝突する。
【０１０９】
したがって、基板８、印加電極１、アース電極３、および絶縁体２の、スパッタリングの度合いおよび帯電の度合い等に応じて、図４に示す直流パルス正電圧Ｐ１および図５に示す直流パルス負電圧Ｐ２を印加電極１に印加する態様を選択することが望ましい。また、直流パルス負電圧Ｐ２、高周波交流パルス電圧Ｒなどのパルスの周波数、および、パルスを印加する時間は、図４に示された値と同様であることが望ましい。
【０１１０】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図６に示すように、各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、互いに正と負とが逆転した直流パルス正電圧Ｐ１および直流パルス負電圧Ｐ２を合計２パルス以上印加電極１に印加することも可能である。直流パルスの正電圧と負電圧とを繰り返して印加電極１に印加することにより、直流パルス電圧Ｐを印加したときに、印加電極１または基板８にイオンが衝突する回数および印加電極１または基板８が正負のいずれか一方の電荷に帯電する量を低減することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図７に示すように、高周波交流パルス電圧Ｒの印加の少なくとも１つ以上の休止時間に、直流パルス電圧Ｑが印加電極１に全く印加されないようにしてもよい。このように直流パルス電圧を印加しない高周波パルス電圧Ｒの休止時間を設けることにより、不必要な電力を直流パルス電源１３で消費することが防止することができる。そのため、プラズマ処理装置の消費電力を低減することができる。
【０１１２】
また、一旦プラズマ７が直流パルス電圧により発生すれば、新たに直流パルス電圧Ｐを印加しなくても、高周波交流パルス電圧Ｒのみで安定したプラズマ７の状態が持続される場合がある。その場合においては、図８に示すように、高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間の高周波交流パルス電圧Ｒの印加の休止時間に、直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加することを中止するようにしてもよい。それにより、不必要な電力が直流パルス電源１３で消費されることを防止することができる。
【０１１３】
さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図９〜図１１に示すように、１パルスの直流パルス正電圧Ｐ１の印加によりプラズマ７が確実に発生する場合には、各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に１パルスの直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加するだけでよい。このようにすることにより、直流パルス電源１３にて不必要な電力を消費することが防止される。
【０１１４】
さらに、直流パルス電源１３の代りに、低周波交流パルス電源が設置されたプラズマ処理装置では、図１２に示すように、各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、低周波交流パルス電圧Ｑが印加電極１に印加される。この低周波交流パルス電圧Ｑを用いてプラズマ７を発生させることにより、荷電粒子を印加電極１の近傍に発生させる。その後、高周波交流パルス電圧Ｒを用いて荷電粒子同士の衝突回数を増加させる。
【０１１５】
その結果、プラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度を大きくすることもできる。このプラズマ処理装置によっても、比較的安価な低周波交流パルス電源でプラズマ７を発生させることができるため、比較的高価な高周波交流パルス電源１２の容量を低くすることができる。その結果、プラズマ処理装置の製造コストが低減される。
【０１１６】
さらに、前述のように直流パルス電源１３を用いる場合とは異なり、試料および電極に対する荷電粒子の衝突回数および帯電量が小さくなる。そのため、試料および電極のダメージの少ない処理を行うことができる。
【０１１７】
また、低周波交流パルス電圧Ｑの周波数は、周波数が高すぎると高周波交流パルス電源１２と同様に電源コストが高くなる。また、低周波交流パルス電圧Ｑの周波数は、周波数が低すぎるとプラズマ７の発生およびプラズマ７の状態の維持が困難になる。そのため、低周波交流パルス電圧Ｑの交流周波数は、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
【０１１８】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置は、図１３に示すように、高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間の休止時間のうち少なくとも１つ以上の休止時間において、低周波交流パルス電圧Ｑが印加電極１に印加されない低周波交流パルス電圧Ｑの休止時間が設けられたものであってもよい。
【０１１９】
このようにすることにより、不必要な電力を低周波交流パルス電源で消費することがない。そのため、プラズマ処理装置の消費電力を低減させることができる。
【０１２０】
また、図１４に示すように、低周波交流パルス電圧Ｑによりプラズマ７が発生した後、一旦プラズマ７の状態が安定すれば低周波交流パルス電圧Ｑを印加しなくても、高周波交流パルス電圧Ｒを用いて安定したプラズマ７の状態を持続することができる場合がある。その場合においては、高周波交流パルス電圧Ｒの休止時間に低周波交流パルス電圧Ｑを印加することを中止する。それにより、不必要な電力が低周波交流パルス電源において消費されることを防止することができる。
【０１２１】
（実施の形態２）
また、図１５は、本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【０１２２】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図１に示す実施の形態１のスイッチング回路１１の代わりに、図１５に示すように、ローパスフィルタ１４、重畳回路（結合部）１５、および、マッチングボックスまたはハイパスフィルタ１６を備えている。その他の構成は、図１に示す実施の形態１のプラズマ処理装置と同様の構成である。
【０１２３】
なお、実施の形態１のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１２４】
プラズマ処理装置は、図１５に示すように、重畳回路（結合部）１５およびマッチングボックス１６を介して、高周波交流パルス電源１２が印加電極１に接続されている。また、プラズマ処理装置は、図１５に示すように、重畳回路（結合部）１５およびローパスフィルタ１４を介して、直流パルス電源１３が印加電極１に接続されている。
【０１２５】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、印加電極１とアース電極３との間にプラズマを発生させるとき、図４に示すように、高周波交流パルス電源１２から出力された各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１が挿入されるように、印加電極１に電圧が印加される。
【０１２６】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、高周波交流パルス電源１２のみではプラズマ７が発生する程度の電界を生じさせることが困難な反応ガス種および高圧反応ガスを用いる場合においては、直流パルス電源１３から出力された高い値の直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加することにより、プラズマを発生させる。それにより、荷電粒子を印加電極１の近傍に発生させた後に、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒを用いて、荷電粒子の気体分子等への衝突を発生し易くする。その結果、プラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度が増加する。このことに関しては、本実施の形態のプラズマ処理装置と実施の形態１のプラズマ処理装置とは同様である。
【０１２７】
ただし、実施の形態１のプラズマ処理装置では、印加電極１に印加される、高周波交流パルス電圧Ｒと直流パルス正電圧Ｐ１または低周波交流パルス電圧Ｑとを切換える場合に、スイッチング回路１１の切換速度に上限があるため、高周波交流パルス電圧Ｒと直流パルス正電圧Ｐ１との間の空き時間は一定時間以上短くすることができない。
【０１２８】
そこで、本実施の形態のプラズマ処理装置では、図１５に示すように、重畳回路（結合部）１５によって高周波交流パルス電源１２に接続された電力伝達経路と直流パルス電源１３に接続された電力伝達経路とを重畳回路（結合部）１５を用いて結合させている。それにより、高周波交流パルス電源１２および直流パルス電源１３は、常に、印加電極１に接続された状態となる。
【０１２９】
そのため、高周波交流パルス電圧Ｒと直流パルス正電圧Ｐ１との合間の時間を実施の形態１のプラズマ処理装置よりも短くすることができる。その結果、直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加した直後に、高周波パルス電圧Ｐを印加電極１に印加することが可能となる。したがって、直流パルス正電圧Ｐ１が用いられて発生した荷電粒子を、効率良く高周波パルス電圧で反応ガス分子の分解を促進させることができる。
【０１３０】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置は、重畳回路（結合部）１５と高周波交流パルス電源１２との間に、マッチングボックスまたはハイパスフィルタ１６が設置されている。そのため、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１が高周波交流パルス電源１２まで伝達されることが防止されている。
【０１３１】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置は、重畳回路（結合部）１５と直流パルス電源１３との間に、ローパスフィルタ１４が設置されている。そのため、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒが直流パルス電源１３に伝達されることが防止されている。
【０１３２】
また、図１５に示す本実施の形態のプラズマ処理装置においても、図５〜図１４に示す電圧波形を印加電極１に印加することにより、プラズマを発生させることができる。
【０１３３】
さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置は、図１５に示すように、重畳回路（結合部）１５によって高周波交流パルス電源１２および直流パルス電源１３と印加電極１とが１つの電力伝達経路に結合されている。そのため、図１６〜図１８に示すように、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの印加時間中に直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧を同時に印加することができる。その結果、直流パルス電圧Ｑで発生した荷電粒子を用いて、効率よく高周波交流パルス電圧Ｒで反応ガス分子の分解を促進させることができる。
【０１３４】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図１９に示すように、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの印加時間と、直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧の印加時間とを一部分のみ重ね合わせることが可能である。
【０１３５】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加している時間全てにおいて、直流パルス正電圧Ｐ１を印加する必要はない。そのため、必要に応じて直流パルス正電圧Ｐ１が印加されるパルス周波数を調整することにより、不必要な電力が直流パルス電源１３で消費されることを防止することができる。
【０１３６】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、プラズマ７が一旦発生した後に、高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加するだけで、直流パルス電圧Ｑを印加電極１に印加しなくても、安定してプラズマ７の状態が持続される場合がある。その場合には、直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加することを停止することにより、不必要な電力が直流パルス電源１３で消費されることを防止することができる。
【０１３７】
また、さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図１５において高周波交流パルス電源１２の代りに、連続高周波交流電源１８を設置し、図２０および図２１に示すように、各連続高周波交流電圧Ｓが印加されている期間に、連続高周波交流電圧Ｓに重ねて、直流パルス正電圧Ｐ１、または、直流パルス正電圧Ｐ１および直流パルス負電圧Ｐ２を印加電極１に印加することも可能である。この場合、必要に応じて直流パルス電源１３が出力する直流パルス電圧Ｐの出力タイミングおよび連続高周波交流電源１８が出力する連続高周波交流電圧Ｓのタイミングを調整するトリガ装置を設置しなくてもよい。
【０１３８】
このようにすることにより、高周波交流パルス電圧Ｒと異なり、パルス印加の休止時間における荷電粒子の減少を低減することができるため、効率的な反応ガスの分解を行うことができる。しかしながら、連続高周波交流電圧Ｓを印加電極１に印加し続けることにより、過度に反応ガスの分解が進行する。したがって、アーク放電などが生じる場合には、連続高周波交流電圧Ｓではなく、前述の高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加してもよい。
【０１３９】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、プラズマ７が発生した後に、直流パルス正電圧Ｐ１、または、直流パルス正電圧Ｐ１および直流パルス負電圧Ｐ２を印加しなくても安定して連続高周波交流電圧Ｓによってプラズマ７の状態が維持されるならば、プラズマ７が発生した後に、直流パルス電源１３を用いて、直流パルス正電圧Ｐ１、または、直流パルス正電圧Ｐ１および直流パルス負電圧Ｐ２を印加電極１に印加すること、を中止することにより、不必要な電力が直流パルス電源１３で消費されることを防止することができる。
【０１４０】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図１５に示す高周波交流パルス電源１２の代りに連続高周波交流電源１８を設置するとともに、直流パルス電源１３の代りに低周波交流パルス電源を設置することが可能である。このようなプラズマ処理装置において、図２２に示すように、連続高周波交流電圧Ｓの印加時間中に低周波交流パルス電圧Ｑを印加する。それにより、高周波交流パルス電圧Ｒと異なり、パルス印加の休止時間における荷電粒子の減少が防止されるとともに、荷電粒子の基板８への衝突が抑制される。
【０１４１】
（実施の形態３）
また、図２３は、本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の概略構成図である。図２４は、図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図であり、プラズマ処理装置の印加電極の下面図である。
【０１４２】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図２３に示すように、大面積の印加電極１Ａおよび接地ステージ９Ａが設けられている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、大面積の印加電極１Ａおよび接地ステージ９Ａ以外の構成は、実施の形態２に示されたプラズマ処理装置とほぼ同様である。
【０１４３】
なお、実施の形態１のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１４４】
本実施のプラズマ処理装置においては、接地ステージ９Ａが接地されている。また、大面積の印加電極１Ａに対して、図４に示すような高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの各パルス間に、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１が、印加電極１に印加された場合に、印加電極１Ａと接地ステージ９Ａとの間でプラズマ７が発生する。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置は、大面積の印加電極１Ａと接地ステージ９Ａとが対向する部分の面積が、実施の形態１および２のプラズマ処理装置の印加電極１とステージ９とが対向する部分の面積よりも広い。
【０１４５】
また、反応容器１０内に高圧反応ガスが充填された状態で、高周波交流パルス電源１２および連続高周波交流電源１８のみでは基板８の全面にプラズマを発生させることが困難な場合には、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１によりプラズマ７を発生させるために必要な高電圧を大面積の印加電極１Ａに印加する。
【０１４６】
それにより、基板８の主表面の全体にわたってプラズマ７を発生させることができる、すなわち、荷電粒子を大面積の印加電極１Ａの主表面の全体にわたって発生させることができる。その結果、高周波交流パルス電源１２により形成された高周波電界により荷電粒子の気体分子等への衝突数が増加する。それにより、基板８の全面のプラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度が大きくなる。
【０１４７】
なお、印加電極１に印加する電圧は上記した電圧に限定されず、実施の形態１および２のプラズマ処理装置に用いられた電圧波形を目的に応じて選択して、印加電極１に印加することが可能である。
【０１４８】
（実施の形態４）
また、図２５は、本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置の概略構成図である。図２６は、図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線断面図であり、印加電極の下面図である。本実施の形態のプラズマ処理装置は、分岐型の印加電極１Ｂを備えている。
【０１４９】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図２５に示すように、分岐型の印加電極１Ｂ以外の構成は、実施の形態１および２に示されたプラズマ処理装置の構成とほぼ同様である。
【０１５０】
なお、実施の形態１〜３のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１〜３のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１５１】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電源１２が接続された分岐型の印加電極１Ｂが絶縁体２を介してアース電極３により覆われている。印加電極１とアース電極３とにより電力伝達経路が形成されている。印加電極１とアース電極３とが基板８に対向する部分において電力伝達経路の開放端が構成されている。また、分岐型の印加電極１Ｂおよびアース電極３のうち少なくともいずれか一方は被覆絶縁体１７で被覆されている。さらに、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置にはステージ９に設置された基板８が配置されている。
【０１５２】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、分岐型の印加電極１Ｂとアース電極３とが対向する部分の面積が、実施の形態１および２のプラズマ処理装置の印加電極１とアース電極３とが対向する部分の面積よりも広い。また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、反応容器１０内に高圧反応ガスが充填された状態において、高周波交流パルス電源１２および連続高周波交流電源１８のみでは電力伝達経路の開放端の全面にプラズマ７を発生させる事が困難な場合がある。この場合には、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１によりプラズマ発生に必要な高電圧を分岐型の印加電極１Ｂに印加する。それにより、電力伝達経路の開放端の全面にわたってプラズマ７を発生させることができる。
【０１５３】
そのため、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波電界により荷電粒子の気体分子等への衝突数が増加する。その結果、基板８の全面にわたってプラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度を増大させることができる。
【０１５４】
また、プラズマへ印加される電圧は上記の電圧には限定されず、実施の形態１〜３に示された電圧波形を目的に応じて選択して、印加電極１に印加することが可能である。
【０１５５】
（実施の形態５）
図２７は、本発明の実施の形態５のプラズマ処理装置の概略構成図である。本実施の形態のプラズマ処理装置は、図２７に示すように、高周波用電極１９および低周波用電極２０を備えている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波用電極１９および低周波用電極２０以外の構成については、実施の形態１〜４のプラズマ処理装置とほぼ同様である。
【０１５６】
なお、実施の形態１〜４のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１〜４のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１５７】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図２７に示すように、高周波交流パルス電源１２が接続された高周波用電極１９と直流パルス電源１３が接続された低周波用電極２０とが互いに絶縁体２を介して対向している。また、高周波用電極１９および低周波用電極２０は絶縁体２を介してアース電極３で覆われている。また、高周波用電極１９とアース電極３との間で電力伝達経路が構成されている。また、低周波用電極２０とアース電極３との間でも電力伝達経路が構成されている。
【０１５８】
また、高周波用電極１９、低周波用電極２０およびアース電極３の基板８に対向する部分が電力伝達線路の開放端となっている。また、高周波用電極１９、低周波用電極２０およびアース電極３の電力伝達経路の開放端は、被覆絶縁体1７で被覆されている。
【０１５９】
高周波電極１９の内部には、外部からガスが供給されるガス供給ライン６、ガスが滞留するバッファ５、および、基板８へガスを噴出するガス供給口４が設けられている。また、高周波用電極１９とアース電極３とにより構成される電力伝達経路の開放端の近傍にガスが供給される。さらに、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置にステージ９に搭載された基板８が配置されている。
【０１６０】
また、高周波交流パルス電源１２はトリガ装置５０Ａに接続されている。また、直流パルス電源１３は、トリガ装置５０Ｂに接続されている。そのトリガ装置５０Ａにより高周波交流パルス電源１２から発振されたパルス電圧のタイミングが調整されている。また、トリガ装置５０Ｂにより直流パルス電源１３から発振されたパルス電圧のタイミングが調整されている。
【０１６１】
本実施の形態のプラズマ処理装置においては、高周波用電極１９とアース電極３との間で形成される電力伝達経路の開放端にプラズマ７が発生する。それにより、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置に設置された基板８に薄膜の形成が行われるか、薄膜の加工、または基板８自体の加工が行われる、または、基板８の表面の処理等が行われる。
【０１６２】
その際、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの各パルス間に、直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧Ｐが前述の低周波用電極２０に印加される。そのとき、プラズマ７に印加される電圧波形は、図４〜図１１に既に示された電圧波形である。ここで、高周波用電極１９に印加される電圧波形は、図４〜図１１中に示される様な高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒであり、同時に低周波用電極２０に印加される電圧波形は、図４〜図１１中に示される様な直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧Ｐであるが、プラズマ７においてはその電界が重畳され、図４〜図１１に示される様な電圧波形になるのである。
【０１６３】
たとえば、本実施の形態のプラズマ処理装置は、図４に示すように、高周波用電極１９に高周波交流パルス電圧Ｒが印加されるとともに、低周波用電極２０に直流パルス正電圧Ｐ１が印加される。また、前述の高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、少なくとも２パルス以上連続して直流パルス正電圧Ｐ１が印加される。
【０１６４】
それにより、高周波交流パルス電源１２のみでは、マッチングボックス等の容量の観点からの制限により、プラズマ７を発生させるために必要な高電圧を発生させることが困難であった反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、直流パルス正電圧Ｐ１を低周波用電極２０に印加することにより、プラズマ７を発生させることができる。それにより、荷電粒子を印加電極１の近傍に発生させることができる。
【０１６５】
また、前述の直流パルス正電圧Ｐ１のみで発生できる荷電粒子密度および活性反応種密度は小さい。そのため、高周波交流パルス電圧Ｒを高周波用電極１９に印加することにより、高周波電界により荷電粒子の衝突数を増加させることができる。その結果、プラズマ７中の荷電粒子の密度および活性反応種の密度を大きくすることができる。
【０１６６】
さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置は、１つの電極に対し高周波交流パルス電圧Ｒおよび直流パルス正電圧Ｐ１を印加する場合に比べて、電極構造は複雑になるが、スイッチング回路１１および重畳回路１５を必要しないため、電源回路が簡略化される。また直流パルス電源の代りに低周波交流電源を接続し、低周波交流パルス電圧Ｑを低周波用電極２０に印加してもよい。
【０１６７】
本実施の形態のプラズマ処理装置においては、１つの印加電極に高周波交流パルス電圧Ｒおよび直流パルス電圧Ｐまたは低周波交流パルス電圧Ｑが印加されるのではなく、高周波用電極１９に高周波交流パルス電圧Ｒまたは連続高周波交流電圧Ｓが印加されるとともに、低周波用電極２０に低周波交流パルス電圧Ｑまたは直流パルス電圧Ｐが印加される。そのため、高周波交流パルス電圧Ｒまたは連続高周波交流電圧Ｓが印加電極１に印加されるタイミングと、直流パルス電圧Ｐまたは低周波交流パルス電圧Ｑが印加電極に印加されるタイミングとの関係は、実施の形態１〜４のプラズマ処理装置の直流パルス電圧Ｐまたは低周波交流パルス電圧Ｑが印加電極に印加されるタイミングとの関係と同様である。
【０１６８】
（実施の形態６）
また、図２８は、本発明の実施の形態６のプラズマ処理装置の概略構成図である。図２８に示すプラズマ処理装置は、大面積の高周波用電極１９Ａおよび低周波用電極２０を備えている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、大面積の高周波用電極１９Ａおよび低周波用電極２０以外の構成については、実施の形態１〜５のプラズマ処理装置と同様である。
【０１６９】
なお、実施の形態１〜５のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１〜５のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１７０】
図２８に示すように、高周波交流パルス電源１２が接続された大面積の高周波用電極１９Ａおよび直流パルス電源１３が接続された低周波用電極２０がともに絶縁体２を介してアース電極３で覆われている。また、接地ステージ９Ａは、接地されているとともに、大面積の高周波交流用電極１９Ａに対向するように設置されている。
【０１７１】
本実施の形態のプラズマ処理装置においても、実施の形態５のプラズマ処理装置と同様に、大面積の高周波用電極１９Ａに、図４に示す高周波交流パルス電圧Ｒが印加される。それにより、低周波用電極２０に、直流パルス正電圧Ｐ１が、各高周波交流パルス電圧Ｒ間に少なくとも２パルス以上連続して印加される。その結果、高周波用電極１９Ａと接地ステージ９Ａとの間でプラズマ７が発生し、そのプラズマ７が用いられて、薄膜の形成、薄膜の加工、又は基板８自体の加工、または、基板表面の処理等が行われる。
【０１７２】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波用電極１９Ａと接地された接地ステージ９Ａとが対向する部分の面積が、実施の形態１および２のプラズマ処理装置の電極とステージとが対向する部分の面積よりも大きい。また、反応容器１０内に高圧反応ガスが充填された状態において、高周波交流パルス電源１２または連続高周波交流電源１８のみでは基板８の全面にわたってプラズマ７を発生させることが困難である場合がある。このような場合には、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１が低周波交流用電極２０に印加される。
【０１７３】
それにより、基板８の表面近傍の全体にわたってプラズマ７が発生することにより、荷電粒子が大面積の高周波用電極１９Ａの近傍に発生する。
【０１７４】
また、高周波交流パルス電源１２または連続高周波交流電源１８から出力された高周波交流パルス電圧Ｒまたは連続高周波交流電圧Ｓが、高周波交流用電極１９Ａに印加される。それにより、高周波電界により荷電粒子の気体分子等への衝突数を増加するため、基板８の表面の全体にわたてプラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度が大きくなる。
【０１７５】
なお、本実施の形態のプラズマ処理装置において、プラズマ７に印加される電圧波形は、上記の電圧波形に限定されず、実施の形態１〜５のプラズマ処理装置において用いられた電圧波形を目的に応じて選択することが可能である。
【０１７６】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧Ｒおよび直流パルス電圧Ｐを１つの印加電極に印加する場合に比べて、電極構造は複雑になるが、スイッチング回路１１および重畳回路１５を必要としないため、電源回路が簡略化される。
【０１７７】
（実施の形態７）
図２９および図３０は、本発明の実施の形態７のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【０１７８】
図２９に示すプラズマ処理装置は、分岐型の高周波用電極１９Ｂおよび低周波用電極２０を備えている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、分岐型の高周波用電極１９Ｂおよび低周波用電極２０以外の構成については、実施の形態１〜６のプラズマ処理装置とほぼ同様である。
【０１７９】
なお、実施の形態１のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１〜６のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１８０】
図２９および図３０に示すように、高周波交流パルス電源１２が接続された分岐型の高周波用電極１９Ｂと直流パルス電源１３が接続された低周波用電極２０とが絶縁体２を介して互いに対向している。また、分岐型の高周波用電極１９Ｂおよび低周波用電極２０は、絶縁体２を介してアース電極３により覆われている。また、分岐型の高周波用電極１９Ｂとアース電極３との間で電力伝達経路の開放端が構成されている。また、低周波用電極２０とアース電極３との間でも電力伝達経路の開放端が構成されている。
【０１８１】
さらに、分岐型の高周波用電極１９Ｂ、低周波用電極２０およびアース電極３の基板８に対向する部分において電力伝達経路の開放端が構成されている。また、分岐型の高周波用電極１９Ｂ、低周波用電極２０およびアース電極３の電力伝達経路の開放端は、被覆絶縁体１７で被覆されている。また、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置にステージ９に設置された基板８が配置されている。
【０１８２】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、分岐型の高周波用電極１９Ｂとアース電極３とにより構成される電力伝達経路の開放端にプラズマ７が発生する。それにより、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置に設置され基板８に薄膜が形成されるか、薄膜の加工が行われるか、または基板８自体の加工、または、基板８の表面の処理等が行われる。その際、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの各パルス間に、直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧Ｐを前述の低周波用電極２０に印加される。そのとき、プラズマ７に印加された電圧波形は図４〜図１１に示す電圧波形である。
【０１８３】
ここで、分岐型の高周波用電極１９Ｂに印加される電圧波形は、図４〜図１１中に示される様な高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒであり、同時に低周波用電極２０に印加される電圧波形は、図４〜図１１中に示される様な直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧Ｐであるが、プラズマ７においてはその電界が重畳され、図４〜図１１に示される様な電圧波形になるのである。
【０１８４】
図４に示すように、大面積の分岐型の高周波用電極１９Ｂに高周波交流パルス電圧Ｒを印加する。さらに、直流パルス正電圧Ｐ１が、前述の各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に少なくとも２パルス以上連続して挿入されるように、低周波交流用電極２０に印加される。それにより、分岐型の高周波用電極１９Ｂとステージ９との間でプラズマ７が発生する。その結果、基板８に薄膜が形成されるか、基板８に形成された薄膜が加工されるか、基板８自身が加工、または、基板８の表面が処理される。
【０１８５】
本実施の形態のプラズマ処理装置においては、分岐型の高周波用電極１９Ｂとアース電極３とが対向する部分の面積が、実施の形態１および２のプラズマ処理装置の印加電極１とアース電極３とが対向する部分の面積よりも大きい。また、反応容器１０内に高圧反応ガスが充填された状態において、高周波交流パルス電源１２および連続高周波交流電源１８のみでは電力伝達経路の開放端の全面にわたってプラズマ７を発生させることが困難な場合がある。この場合には、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１を低周波交流用電極２０に印加する。
【０１８６】
それにより、電力伝達経路の開放端の全面にわたってプラズマ７を発生させる。その結果、荷電粒子が分岐型の高周波用電極１９Ｂの近傍に発生する。さらに、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒを分岐型の高周波用電極１９Ｂに印加する。それにより、高周波電界により荷電粒子の気体分子等への衝突数が増加する。その結果、電力伝達経路の開放端の全面にわたってプラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度を大きくすることができる。
【０１８７】
本実施の形態のプラズマ処理装置のプラズマ７に印加される電圧波形は、上記の電圧波形に限定させず、実施の形態１〜６のプラズマ処理装置において用いられた電圧波形を目的に応じて選択することが可能である。
【０１８８】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧Ｒおよび直流パルス電圧Ｑを１つの印加電極に印加する場合に比べて、電極構造は複雑になるが、スイッチング回路１１および重畳回路１５を必要としないため、電源回路が簡略化される。
【０１８９】
なお、上記各実施の形態のプラズマ処理方法では、容器内のガスの圧力が０．１気圧〜１０気圧の状態で被処理物が処理される。更にガス圧力が大気圧の場合は反応容器を必要としない。
【０１９０】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１９１】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置によれば、被処理物が損傷することを抑制することが可能となる。また、他の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、安定した高圧プラズマを維持することが可能となる。また、さらに他の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、被処理物の処理効率が向上する。また、別の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、電磁波漏れによる電磁障害が防止される。また、さらに別の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、被処理物の設置態様の自由度が増加したする。また、さらに別の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、回路構造が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図５】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図６】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図７】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図８】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図９】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１０】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧波形図の一例である。
【図１１】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１２】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１３】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１４】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１５】 実施の形態２のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図１６】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１７】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１８】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧波形図の一例である。
【図１９】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧波形図の一例である。
【図２０】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図２１】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図２２】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図２３】 実施の形態３のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２４】 図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図である。
【図２５】 実施の形態４のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２６】 図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線断面図である。
【図２７】 実施の形態５のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２８】 実施の形態６のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２９】 実施の形態７のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図３０】 図２９のＸＸＸ−ＸＸＸ線断面図である。
【図３１】 従来のプラズマ処理装置の印加電極を説明するための図である。
【図３２】 従来のプラズマ処理装置の電子回路を説明するための図である。
【図３３】 従来のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ 印加電極、２ 絶縁体、３ アース電極、４ ガス供給口、５ バッファ、６ ガス供給ライン、７ プラズマ、８ 基板、９ ステージ、１０ 反応容器、１１ スイッチング回路、１２ 高周波交流パルス電源、１３直流パルス電源、１４ ロウパスフィルタ、１５ 重畳回路（結合部）、１６マッチングボックスまたはハイパスフィルタ、１７ 被覆絶縁体、１８ 連続高周波交流電源、１９,１９Ａ,１９Ｂ 高周波用電極、 ２０ 低周波用電極。
【発明の所属する技術分野】
本発明は、プラズマを発生させて、発生したプラズマを用いて、被処理物を処理するプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、グロー放電プラズマ、特に大気圧グロー放電プラズマを用いて、被処理物体の一例の基板の表面に薄膜を形成するプラズマ処理装置、または、基板の表面に親水化などの処理を施すプラズマ処理装置が開発されている。このようなプラズマ処理装置の一例として、特開平７−８５９９７号公報に記載されたプラズマ処理装置が既に知られている。以下、特開平７-８５９９７号公報に記載されたプラズマ処理装置を、図３１〜図３３を用いて詳述する。
【０００３】
図３１は、特開平７−８５９９７号公報に記載された大気圧グロー放電プラズマ処理装置を示す概略図である。図３２は、前述のプラズマ処理装置内の電極に電圧の印加するための基本回路の一例を示した図である。図３３は、前述のプラズマ処理装置内の電極に印加される電圧波形を示した図である。
【０００４】
前述のプラズマ処理装置１０８は、図３１に示すように、反応容器１０１と、反応容器１０１内に設けられた上部電極１０２および下部電極１０６と、上部電極１０２および下部電極１０６のうち少なくともいずれか一方に設置された誘電体膜１０５と、反応容器１０１の側面に設けられたガス入口１０３およびガス出口１０４と、反応容器１０１内に熱を加えるための加熱用電源１０７とを備えている。
【０００５】
また、プラズマ処理装置１０８は、図３２に示すように、電力を供給する１次側のトランス１１１と、トランス１１１から電力の供給を受ける２次側のトランス１１２とを備えている。なお、図３３には、高周波交流パルス電圧１０９の波形および直流パルス負電圧１１０の波形が示されている。
【０００６】
前述の図３１に示すプラズマ処理装置１０８の使用方法は、次のようなものである。まず、反応容器１０１内に、大気圧に近い気圧を有する、不活性ガス、または不活性ガスおよび反応性ガスの混合ガスを導入する。その後、上部電極１０２と下部電極１０６との間に電圧を印加する。それにより、反応容器１０１内で大気圧グロー放電プラズマを励起させる。その結果、上部電極１０２と下部電極１０６との間に配置された、被処理物の表面を親水化するか、または、被処理物の表面に薄膜を形成する。このプラズマ処理装置１０８の特徴は、図３２に示す基本回路を用いて、図３３に示すように、上部電極１０２と下部電極１０６とに高周波交流パルス電圧と直流パルス負電圧とを交互に印加することにより、グロー放電を発生させることである。
【０００７】
また、図３２に示す基本回路では、１次側のトランス１１１に印加された高周波交流パルス電圧が昇圧され、２次側のトランス１１２に大きな高周波交流パルス電圧が印加される。この大きな高周波交流パルス電圧がダイオード、コイルおよびコンデンサによって整流されることにより、負のバイアスが作成される。
【０００８】
この負のバイアスがグロー放電中にスイッチング回路を介して瞬時に高電圧側電極（たとえば、上部電極１０２）に印加される。この大きな高周波交流パルス電圧と負のバイアスとは、図３３に示すように、上部電極１０２と下部電極１０６との間に交互に印加される。それにより、反応容器１０１内で放電が停止することがないため、プラズマの処理が継続して行われる。なお、負のバイアスを作成するための電源は、別電源であってもよい。
【０００９】
さらに、負のバイアスを電極に印加する時間は、０．１秒〜５秒の範囲内であることが必要であり、好ましくは、０．５秒〜２秒の範囲である。なお、負のバイアスを電極に印加する時間は、０．１秒より短い場合には効果が小さく、５秒より長い場合には放電が不安定となる。
【００１０】
また、図３３に示すように、上部電極１０２および下部電極１０６には、大きな高周波交流パルス電圧１０９が印加された後に直流パルス負電圧１１０が印加される。この高周波交流パルス電圧１０９の印加と直流パルス負電圧１１０の印加とを繰り返す。その結果、基板表面の面内方向の処理特性の均一性が向上する。
【００１１】
また、前述のプラズマ処理装置では、ＨｅとＡｒとの混合ガスで反応容器１０１内が満たされ、かつ、高周波交流パルス電圧２０５〜４ｋｖ、周波数５〜８ｋＨｚおよび直流パルス負電圧２.５〜５ｋｖの電圧条件で、親水化のための処理、または、薄膜の形成などが行われている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７-８５９９７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の大気圧プラズマ処理装置には以下のような課題が残存する。
【００１４】
まず、前述のプラズマ処理装置では、上部電極１０２と下部電極１０６とに印加される直流パルス電圧として、直流パルス負電圧のみが用いられ、直流パルス正電圧が用いられていない。したがって、直流パルス負電圧のみと高周波交流パルス電圧とが上部電極１０２と下部電極１０６とに繰り返して印加される。そのため、直流パルス負電圧によって、上部電極１０２と下部電極１０６との間の配置された被処理物が帯電する。その結果、被処理物が損傷することがある。
【００１５】
本発明の上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理物が損傷することを抑制することが可能なプラズマ処理装置を提供することである。
【００１６】
また、前述のプラズマ処理装置では、上部電極１０２および下部電極１０６のうちの少なくともいずれか一方に誘電体膜１０５が設置された状態で上部電極１０２と下部電極１０６との間に直流パルス負電圧が印加される。この直流パルス負電圧の印加が開始された時点においては、上部電極１０２および下部電極１０６により構成された電極間コンデンサに電荷が蓄積される。
【００１７】
しかしながら、電極間コンデンサが最大容量まで電荷が蓄積された後においては、電極間コンデンサを介しては、電流が流れない。そのため、直流パルス負電圧が印加されている時間の中で、電極間コンデンサに最大容量まで電荷が蓄積された後においては、プラズマ処理装置は仕事をしていないことになる。前述のプラズマ処理装置においては、直流パルス負電圧の印加時間（０．１秒〜５秒）が比較的長い。そのため、プラズマ処理装置の被処理物の処理の効率が低下する。さらに、直流パルス負電圧を電極間コンデンサに印加している期間中には、安定した高圧プラズマを維持することができない。
【００１８】
本発明の他の目的は、安定した高圧プラズマを維持することが可能なプラズマ処理装置を提供することである。
【００１９】
また、電極間コンデンサには直流パルス負電圧と高周波交流パルス電圧とが交互に繰り返される波形の電圧が印加される。そのため、直流パルス負電圧の１周期では十分な荷電粒子密度の大気圧プラズマを発生させることができない。また、直流パルス負電圧を印加している期間においては、高周波交流パルス電圧は印加されない。そのため、プラズマの分解度が低下する。したがって、プラズマ処理装置の被処理物の処理の効率が低下する。また、高周波の周波数は高くても１０ｋＨｚであるため、高周波交流パルス電圧を印加した時点においては、プラズマの分解度が低い。そのため、被処理物の処理の効率が低下する。
【００２０】
本発明のさらに他の目的は、被処理物の処理効率が向上したプラズマ処理装置を提供することである。
【００２１】
また、前述のプラズマ処理装置は、対向した１対の電極間に被処理物が設置される。そのため、高周波交流パルス電圧が印加される上部電極が、アースに接続された下部電極により覆われた構造となっていない。その結果、電磁波漏れによる電磁障害を引き起こすおそれがある。
【００２２】
本発明の別の目的は、電磁波漏れによる電磁障害が防止されたプラズマ処理装置を提供することである。
【００２３】
また、上記従来のプラズマ処理装置は、一対の電極間に被処理物が設置される構造であったため、被処理物の設置態様が制限されたものとなっていた。
【００２４】
本発明のさらに別の目的は、被処理物の設置態様の自由度が増加したプラズマ処理装置を提供することである。
【００２５】
また、上記従来のプラズマ処理装置は、交流電源と直流電源とを切換える回路が必要であったため、回路構造が複雑となっていた。
【００２６】
本発明のまたさらに別の目的は、回路構造が簡略化されたプラズマ処理装置を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを発生させて、発生したプラズマを用いて、被処理物を処理するプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置は、一対の電極と誘電体または絶縁体とにより電力伝達経路が構成されるとともに、一対の電極と誘電体または絶縁体とが一対をなして露出する部分が電力伝達経路の開放端となっており、開放端近傍にプラズマを発生させるものである。
【００２８】
本発明の第１の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極に高周波交流パルス電圧を印加することが可能な高周波交流パルス電源と、一対の電極に高周波交流パルス電圧よりも周波数が低い低周波交流パルス電圧を印加することが可能な低周波交流パルス電源とを備えている。
【００２９】
また、本発明の第１の局面のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電源と一対の電極とが電気的に接続された状態と、低周波交流パルス電源と一対の電極とが電気的に接続された状態とを切換えることが可能なスイッチング回路とを備えている。
【００３０】
また、本発明の第１の局面のプラズマ処理装置は、スイッチング回路が、高周波交流パルス電圧の印加の休止時間内に、低周波交流パルス電圧が一対の電極に印加されるように切換制御され、プラズマを発生させる。
【００３１】
上記の構成によれば、大容量の高周波交流パルス電源を用いることなく、低周波交流パルス電源を用いて安定した高圧プラズマを生成および維持することができる。
【００３２】
本発明の第２の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極に高周波交流パルス電圧を印加することが可能な高周波交流パルス電源と、一対の電極に直流パルス電圧を印加することが可能な直流パルス電源とを備えている。
【００３３】
また、本発明の第２の局面のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電源と一対の電極とが電気的に接続された状態と、直流パルス電源と一対の電極との接続とが電気的に接続された状態とを切換えることが可能なスイッチング回路とを備えている。
【００３４】
また、本発明の第２の局面のプラズマ処理装置は、スイッチング回路が、高周波交流パルス電圧の印加の休止時間内に、直流パルス電圧が一対の電極に印加されるように切換制御され、プラズマを発生させる。
【００３５】
上記の構成によれば、大容量の高周波交流パルス電源を用いることなく、直流パルス電源を用いて安定した高圧プラズマを生成および維持することができる。
【００３６】
本発明の第３の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極に高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧を印加することが可能な高周波交流電源とを備えている。
【００３７】
また、本発明の第３の局面のプラズマ処理装置は、一対の電極に高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧よりも周波数が低い低周波交流パルス電圧を印加することが可能な低周波交流パルス電源と、高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧と低周波交流パルス電圧とを重畳させる重畳回路と、を備えている。
【００３８】
また、本発明の第３の局面のプラズマ処理装置は、重畳回路を通じて、一対の電極に高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧、及び低周波交流パルス電圧を所望の時刻で印加しプラズマを発生させる。
【００３９】
上記の構成によれば、大容量の電源を用いることなく、高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧、及び低周波交流パルス電源を用いて安定した高圧プラズマを生成および維持することができる。また、上記の構成によれば、低周波交流パルス電圧を印加電極に印加した直後に高周波パルス電圧または連続高周波交流電圧を印加電極に印加することが可能となる。したがって、低周波交流パルス電圧で発生した荷電粒子を用いて、効率よく高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧で反応ガス分子の分解を促進させることができる。その結果、効率的に被処理物を処理することが可能になる。
【００４０】
本発明の第４の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極に高周波交流パルス電圧または高周波交流連続波電圧を印加することが可能な高周波交流電源とを備えている。
【００４１】
また、本発明の第４の局面のプラズマ処理装置は、一対の電極に直流パルス電圧を印加することが可能な直流パルス電源と、高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧と直流パルス電圧とを重畳させる重畳回路と、を備えている。
【００４２】
また、本発明の第４の局面のプラズマ処理装置は、重畳回路を通じて、一対の電極に高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧、及び直流パルス電圧を所望の時刻で印加しプラズマを発生させる。
【００４３】
上記の構成によれば、大容量の電源を用いることなく、高周波交流パルス電源若しくは連続高周波交流電源、及び直流パルス電源を用いて安定した高圧プラズマを生成および維持することができる。また、上記の構成にれば、直流パルス電圧を印加電極に印加した直後に高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧を印加電極に印加することが可能となる。したがって、直流パルス電圧で発生した荷電粒子を用いて、効率よく高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧で反応ガス分子の分解を促進させることができる。その結果、効率的に被処理物を処理することが可能になる。
【００４４】
また、本発明のプラズマ処理装置は、直流パルス電圧および低周波交流パルス電圧を印加電極に印加するタイミングを調整するトリガ装置をさらに備えていてもよい。
【００４５】
上記の構成によれば、直流波パルス電圧および低周波交流パルス電圧それぞれを所望のタイミングで印加電極に印加することができる。
【００４６】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、スイッチング回路若しくは重畳回路と、高周波交流電源若しくは高周波交流パルス電源との間に、マッチングボックス、または、ハイパスフィルタが接続されていてもよい。
【００４７】
上記の構成によれば、低周波交流電圧が高周波交流電源若しくは高周波交流パルス電源に到達してしまう不都合が防止される。
【００４８】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、スイッチング回路若しくは重畳回路と、低周波交流パルス電源若しくは直流パルス電源との間に、ローパスフィルタをさらに備えていてもよい。
【００４９】
上記の構成によれば、連続高周波交流電圧または高周波交流電圧が低周波交流パルス電源または直流パルス電源に到達してしまう不都合が防止される。
【００５０】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧の印加の休止時間内に、少なくとも２パルス以上の低周波交流パルス電圧若しくは直流パルス電圧を印加電極に印加するものであってもよい。
【００５１】
上記の構成によれば、連続高周波交流電源または高周波交流パルス電源のみではプラズマを発生させるために必要な高電圧を印加することが困難であった反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、低周波交流パルス電圧若しくは直流パルス電圧を用いてプラズマの発生に必要な高電圧を印加電極に印加することができる。
【００５２】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置においては、直流パルス電源は、一対の電極のうち高周波交流パルス電圧を印加する電極が、その電極に対向する電極よりも高電位になるように接続されている。
【００５３】
上記の構成によれば、一対の電極のうち高周波交流パルス電圧を印加する電極が、電極に対向する電極をアース電極として使用することができる。
【００５４】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧が印加される電極が、その電極に対向する電極に対して高電位になるように印加される第１直流パルス電圧と、高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧が印加される電極が、その電極に対向する電極に対して低電位になるように印加される第２直流パルス電圧とが、各々少なくとも１パルス以上印加電極に印加される。
【００５５】
上記の構成によれば、高周波交流パルス電圧若しくは連続高周波交流電圧が印加されている時間の合間に、正負が逆転した直流パルス正電圧および直流パルス負電圧それぞれを印加することが可能である。その結果、直流パルス電圧を印加電極に印加したときに、被処理物にイオンが衝突する回数および正または負のうちの一方の電荷に被処理物が帯電する量を低減することができる。したがって、被処理物が損傷することを防止することができる。
【００５６】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極に高周波交流パルス電圧と直流パルス電圧とが、同時に、または、各パルスの印加時間の一部もしくは全部が互いに重なるように、印加電極に印加されるものであってもよい。
【００５７】
上記の構成によれば、高周波交流パルス電圧を印加するタイミングと直流パルス電圧を印加するタイミングとを調整するための装置を設置する必要がなくなる。
【００５８】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極に連続高周波交流電圧と直流パルス電圧とが、同時に前記印加電極に印加されるものであってもよい。
【００５９】
上記の構成によれば、連続高周波電圧を印加するタイミングと直流パルス電圧を印加するタイミングとを調整するための装置を設置する必要がなくなる。
【００６０】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極に高周波交流パルス電圧と低周波交流パルス電圧とが、同時に、または、各パルスの印加時間の一部もしくは全部が互いに重なるように、前記印加電極に印加されるものであってもよい。
【００６１】
上記の構成によれば、高周波交流パルス電圧を印加するタイミングと低周波交流パルス電圧を印加するタイミングとを調整するための装置を設置する必要がなくなる。
【００６２】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極に連続高周波交流電圧と低周波交流パルス電圧とが、同時に、印加電極に印加されるものであってもよい。
【００６３】
上記の構成によれば、連続高周波交流電圧を印加するタイミングと低周波交流パルス電圧を印加するタイミングとを調整するための装置を設置する必要がなくなる。
【００６４】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、低周波交流電圧を印加するときにおいては、直流パルス電圧にて発生させた密度の高い荷電粒子および活性反応種を、交流電界の中で振動させることにより、密度が高いプラズマを発生させることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、低周波交流電源の発振周波数を極力高くすることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、低周波交流電圧の発振周波数を、１ＭＨｚ以上にすることが望ましい。また、本発明のプラズマ処理装置では、低周波交流電源の消費電力を低減するという観点からは、低周波交流パルス電圧の発振周波数を、１０ＧＨｚ以下にすることが望ましい。したがって、本発明のプラズマ処理装置では、低周波交流電圧の周波数は、１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚであることが望ましい。
【００６５】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電圧にて発生した荷電粒子を交流パルス電圧または交流連続波電圧で効率良く分解を促進させるためにも、速やかに直流パルス電圧を立ち下げることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電源の性能にもよるが、直流パルス電圧の１パルスの印加時間Ｔｐは１００ｍｓｅｃ以下であることが望ましい。
【００６６】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電圧の繰返し周波数が高すぎると、高周波交流パルス電源と同様に、直流パルス電源の消費電力が大きくなる。また、本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電圧の繰返し周波数が低すぎると、各直流パルス電圧同士の合間の休止時間が長くなることによって、プラズマの発生およびプラズマ状態の維持が困難になる。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、直流パルス電圧の周波数は１０Ｈｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
【００６７】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧または連続波交流電圧を印加するときにおいては、直流パルス電圧にて発生させた密度の高い荷電粒子および活性反応種を、交流電界の中で振動させることにより、密度が高いプラズマを発生させることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電源または連続波交流電源の発振周波数を極力高くすることが望ましい。そのため、本発明のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧または連続波交流電圧の発振周波数を、１ＭＨｚ以上にすることが望ましい。また、本発明のプラズマ処理装置では、交流電源の消費電力を低減するという観点からは、高周波交流パルス電圧または連続波交流電圧の発振周波数を、１０ＧＨｚ以下にすることが望ましい。したがって、本発明のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧の周波数は、１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚであることが望ましい。
【００６８】
また、上述の本発明のプラズマ処理装置は、一対の電極同士の間に被処理物を載置可能なステージが設けられているか、または、一対の電極のうちのいずれか一方が、被処理物が載置されるステージとして使用されれば、プラズマ処理装置の容器内体積を小さくすることができる。
【００６９】
本発明の第５の局面のプラズマ処置装置は、互いに対向する一対の電極と、一対の電極同士の間の空間に挿入された誘電体または絶縁体とを備えている。本発明の第５の局面のプラズマ処置装置は、一対の電極と該誘電体または絶縁体とにより電力伝達経路が構成されるとともに、一対の電極と誘電体または絶縁体とが一対をなして露出する部分が電力伝達経路の開放端となっており、その開放端近傍にプラズマを発生させる。
【００７０】
上記の構成によれば、一対の電極が互いに対向する部分以外の位置に被処理物を設置することが可能になるため、被処理物の設置態様の自由度が増加する。
【００７１】
本発明の第６の局面のプラズマ処理装置は、印加電極の外部から開放端にプラズマを発生させるためのガスを導くガス供給経路を備えており、ガス供給経路は、印加電極内を通過するとともに、ガス供給経路の終端が、開放端の印加電極表面に面するように構成されている。
【００７２】
上記の構成によれば、高電界が発生する開放端にプラズマを発生させるためのガスを効率的に供給することができる。
【００７３】
前述のガス供給経路は、開放端の電極表面に、複数の供給口が面するように構成されていれば、開放端に均一にプラズマを発生させるためのガスを供給することが可能になる。
【００７４】
前述の開放端が、一対の電極の一方、誘電体または絶縁体、および、一対の電極の他方の組み合わせからなり、その組み合わせは複数設けられていれば、プラズマを発生させるために必要となる高電界を効率的に生成することが可能となる。
【００７５】
前述の一対の電極のうち少なくともいずれか一方が複数に分岐していれば、プラズマを発生させるための電力伝達経路の開放端を複数箇所に設けることができるため、プラズマの発生に必要な高電界を複数箇所に発生させることができる。
【００７６】
上述の本発明のプラズマ処理装置は、前述の開放端と対向する位置にステージが設けられていてもよい。
【００７７】
本発明の第７の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極と、接地電位に固定されたアース電極とを備えており、一対の電極が、プラズマを発生させるための部分以外の部分においては、接地電極に接続された電極に覆われるように構成されている。
【００７８】
上記の構成によれば、一対の電極が外部の電磁波から遮蔽されるため、プラズマ処理装置において生じる電磁障害が防止される。
【００７９】
本発明の第８の局面のプラズマ処理装置は、互いに対向する一対の電極を備えており、一対の電極が、交流電源に接続された交流電源用電極と、直流電源に接続された直流電源用電極とを含むものであってもよい。
【００８０】
上記の構成によれば、交流電源と直流電源とを切換えるための回路を設ける必要がないため、プラズマ処理装置の回路構成を簡略化することができる。
【００８１】
さらに、上述の本発明のプラズマ処理装置が反応容器を備えていれば、一対の電極の周囲に所望のガス雰囲気を維持することができる。
【００８２】
また、本発明のプラズマ処理方法は、前述のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、容器内のガスの圧力が０．１気圧〜１０気圧の状態で前記被処理物が処理される方法である。
【００８３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置を、図に基づいて説明する。
【００８４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の概略構成図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、プラズマ処理装置の印加電極の下面図である。
【００８５】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図１〜図３に示すように、次のような構造である。高周波交流パルス電源１２および直流パルス電源１３それぞれが、スイッチング回路１１を介して、反応容器１０内に設けられた印加電極１に電気的に接続されている。印加電極１は、その側面が絶縁体２を介してアース電極３で覆われている。
【００８６】
印加電極１とアース電極３との間で電力伝達経路が形成されている。印加電極１およびアース電極３の基板８に対向する部分により、電力伝達経路の開放端が形成されている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、印加電極１電力伝達経路の開放端およびアース電極３の電力伝達経路の開放端の双方が被覆絶縁体１７で被覆されているが、印加電極１の開放端およびアース電極３の開放端のうち少なくともいずれか一方が被覆絶縁体１７で被覆されていればよい。
【００８７】
さらに、印加電極１の内部には、外部からガスが供給されるガス供給ライン６、ガスが滞留するバッファ５、およびガスが基板８に向かって噴出されるガス供給口４が設けられている。ガス供給ライン６、バッファ５、およびガス供給口４内を通過するガスが、電力伝達経路の開放端の近傍に供給される。さらに、電力伝達経路の開放端に対向する位置であって、ステージ９上に被処理物としての基板８が載置されている。
【００８８】
また、高周波交流パルス電源１２にはトリガ装置５０Ａが接続され、直流パルス電源１３にはトリガ装置５０Ｂが接続されている。トリガ装置５０Ａを用いて、高周波交流パルス電源１２が出力するパルスのタイミングを調整することが可能になっている。また、トリガ装置５０Ｂを用いて、直流パルス電源１３が出力するパルスのタイミングを調整することが可能になっている。
【００８９】
本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、前述の電力伝達経路の開放端近傍に、プラズマ７を発生させることにより、電力伝達経路の開放端に対向する位置に設置された基板８に薄膜の形成を行うことが可能である。また、本実施の形態のプラズマ処理装置を用いて、基板８の表面に形成された薄膜の加工、また基板８自体の加工を行ってもよい。さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置を用いて、基板８の表面の処理を行ってもよい。
【００９０】
その際、高周波交流パルス電源１２から発振された高周波交流パルスの各パルス間に、直流パルス電源１３から発振された直流パルスが挿入されるように、高周波交流パルス電源１２および直流パルス電源１３を用いて、印加電極１に電圧を印加する。この場合の印加電極１に印加された電圧波形を図４に示す。
【００９１】
スイッチング回路１１の接続、および、トリガ装置５０Ａ，５０Ｂによるタイミングの調整を行った後、印加電極１に対し高周波交流パルス電圧Ｒを印加する。また、高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、少なくとも２パルス以上連続して、印加電極１に対し直流パルス正電圧Ｐ１を印加する。直流パルス正電圧とは、印加電極１がアース電極３より高電位になるように印加された直流パルス電圧を意味するものとする。さらに、印加電極１がアース電極３に対して低電位になる直流パルス電圧を直流パルス負電圧Ｐ２とし、直流パルス正電圧Ｐ１、直流パルス負電圧Ｐ２をあわせて直流パルス電圧Ｐとする。
【００９２】
プラズマを発生させるために高電圧および強電界を必要とする反応ガス種および高圧反応ガス条件等においては、マイクロ波電源またはＲＦ（Radio Frequency）電源等の高周波交流パルス電源１２のみでは、マッチングボックス等の許容電圧を越える大きな電圧を印加することができない。
【００９３】
そのため、印加電極１に印加される電圧の波形がパルス波であるかまたは連続波であるかに関わらず、印加電極１にプラズマ発生電界に達する程度の大きさの電圧を印加することができない。また、必要とされる電源容量が非常に大きくなるとともに、プラズマ処理装置の電源のコストが大きくなるという問題が生じる。
【００９４】
また、直流パルス電源１３を用いる場合、比較的安価な電源価格にて、前述の高周波交流パルス電源１２ではプラズマ発生が困難な反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、プラズマを発生させることが可能な電圧を発生させることができる。しかしながら、直流パルス電源１３では、発生したプラズマの密度が低い。
【００９５】
そのため、本実施の形態のプラズマ処理装置は、図４に示すように、各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、少なくとも２パルス以上連続して直流パルス正電圧Ｐ１が印加されるように構成されている。それにより、高周波交流パルス電源１２のみでは、電源およびマッチングボックス等の容量限界からプラズマを発生させるために必要な高電圧を印加することが困難であった反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、直流パルス正電圧Ｐ１を用いてプラズマの発生に必要な高電圧を印加電極１に印加することができる。それにより、荷電粒子を印加電極１の近傍に発生させることができる。
【００９６】
また、前述の直流パルス正電圧Ｐ１のみで発生させることができる荷電粒子密度および活性反応種密度は小さい。本実施の形態のプラズマ処理装置においては、更に高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加する結果、高周波電界により荷電粒子の衝突が増大することにより、プラズマ中の荷電粒子密度および活性反応種密度が増大する。
【００９７】
これにより、本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、高周波交流パルス電源１２のみでは、電源およびマッチングボックス等の容量限界からプラズマ７の発生に必要な高電圧の発生が困難であった反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、容易にプラズマ７を発生させることができる。また、本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、直流パルス電源１３のみでは困難であった高い荷電粒子密度および活性反応種密度のプラズマ７を発生させることができる。
【００９８】
また、高周波交流パルス電圧Ｒの整流を行って直流電圧を発生させる従来のプラズマ処理装置では、発生した直流パルス電圧Ｑは高周波交流パルス電圧Ｒの振幅に等しい。そのため、結局プラズマ７を発生させるための直流電圧を発生させる為に、高価な大容量の高周波交流パルス電源１２を必要とする。
【００９９】
しかしながら、安価な直流パルス電源１３でプラズマ７の発生を行うとともに、高周波交流パルス電源１２でプラズマ７の分解の促進を行う本実施の形態のプラズマ処理装置では、プラズマ７を発生させるために大容量の高周波交流パルス電源１２を必要としない。その結果、高周波交流パルス電源１２のコストが低減される。
【０１００】
また、従来のプラズマ処理装置では、主放電電極に高周波交流パルス電圧および予備放電電極に直流パルス電圧を印加する、すなわち、一対の電極のうち一方の電極に高周波交流パルス電圧を印加するとともに、一対の電極のうち他方に直流パルス電圧を印加する。
【０１０１】
しかしながら、本実施の形態のプラズマ処理装置では、同じ印加電極１に直流パルス正電圧Ｐ１および高周波交流パルス電圧Ｒを印加する。そのため、本実施の形態のプラズマ処理装置は、電極構造が簡単になり、かつ、基板８の面内方向の均一性が向上するとともに、プラズマ処理装置の製造コストが低減される。
【０１０２】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、直流パルス電圧が印加電極１に印加される時点では、印加電極１およびアース電極３のうち少なくともいずれか一方は被覆絶縁体１７により被覆されている。そのため、印加電極１とアース電極３とにより構成されるコンデンサに最大容量の電荷が蓄積された後は、印加電極１とアース電極３との間で電流が流れないため、直流パルス電源１３は仕事をしない。
【０１０３】
したがって、プラズマ７中に発生した荷電粒子を基板８などに故意に衝突させる場合を除いて、印加電極１とアース電極３とにより構成されるコンデンサの最大容量の電荷が蓄積された後は、速やかに直流パルス電圧Ｐを立ち下げることが望ましい。
【０１０４】
また、直流パルス電圧Ｐにて発生した荷電粒子を高周波交流パルス電圧Ｒで効率良く分解を促進させるためにも、速やかに直流パルス電圧Ｐを立ち下げることが望ましい。また、直流パルス電源１３の性能にもよるが、直流パルス電圧Ｐの１パルスの印加時間Ｔｐは１００ｍｓｅｃ以下であることが望ましい。
【０１０５】
また、前述の直流パルス電圧Ｐのパルスの周波数が高すぎると、高周波交流パルス電源１２と同様に、直流パルス電源１３のコストが高くなる。また、前述の直流パルス電圧のパルスの周波数が低すぎると、各直流パルス電圧Ｐ同士の合間の休止時間Ｔｏが長くなることによって、プラズマ７の発生およびプラズマ７の状態の維持が困難になる。そのため、直流パルス電圧Ｐのパルスの周波数は１０Ｈｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
【０１０６】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加したときにおいては、直流パルス正電圧Ｐ１を用いて発生させた密度の高い荷電粒子および活性反応種を、高周波の電界の中で振動させることにより、密度が高いプラズマを発生させることが望ましい。そのため、本実施の形態のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧Ｒの発振周波数を極力高くすることが望ましい。そのため、本実施の形態のプラズマ処理装置では、高周波交流パルス電圧Ｒの発振周波数を、１ＭＨｚ以上にすることが望ましい。
【０１０７】
また、図５に示すように、高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、少なくとも２パルス以上連続して直流パルス負電圧Ｐ２を印加することによっても、少なくとも２パルス以上連続して直流パルス正電圧Ｐ１を印加する場合と同様の効果を得ることができる。ここで、直流パルス負電圧Ｐ２とは、印加電極１がアース電極３に対して低電位になる直流パルス電圧を意味する。
【０１０８】
図４に示す直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加したときには、印加電極１には負イオンまたは電子が衝突するとともに、アース電極３には正イオンが衝突する。逆に、図５に示す直流パルス負電圧Ｐ２を印加電極１に印加したときには、印加電極１には正イオンが衝突するとともに、アース電極３には負イオンまたは電子が衝突する。
【０１０９】
したがって、基板８、印加電極１、アース電極３、および絶縁体２の、スパッタリングの度合いおよび帯電の度合い等に応じて、図４に示す直流パルス正電圧Ｐ１および図５に示す直流パルス負電圧Ｐ２を印加電極１に印加する態様を選択することが望ましい。また、直流パルス負電圧Ｐ２、高周波交流パルス電圧Ｒなどのパルスの周波数、および、パルスを印加する時間は、図４に示された値と同様であることが望ましい。
【０１１０】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図６に示すように、各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、互いに正と負とが逆転した直流パルス正電圧Ｐ１および直流パルス負電圧Ｐ２を合計２パルス以上印加電極１に印加することも可能である。直流パルスの正電圧と負電圧とを繰り返して印加電極１に印加することにより、直流パルス電圧Ｐを印加したときに、印加電極１または基板８にイオンが衝突する回数および印加電極１または基板８が正負のいずれか一方の電荷に帯電する量を低減することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図７に示すように、高周波交流パルス電圧Ｒの印加の少なくとも１つ以上の休止時間に、直流パルス電圧Ｑが印加電極１に全く印加されないようにしてもよい。このように直流パルス電圧を印加しない高周波パルス電圧Ｒの休止時間を設けることにより、不必要な電力を直流パルス電源１３で消費することが防止することができる。そのため、プラズマ処理装置の消費電力を低減することができる。
【０１１２】
また、一旦プラズマ７が直流パルス電圧により発生すれば、新たに直流パルス電圧Ｐを印加しなくても、高周波交流パルス電圧Ｒのみで安定したプラズマ７の状態が持続される場合がある。その場合においては、図８に示すように、高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間の高周波交流パルス電圧Ｒの印加の休止時間に、直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加することを中止するようにしてもよい。それにより、不必要な電力が直流パルス電源１３で消費されることを防止することができる。
【０１１３】
さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図９〜図１１に示すように、１パルスの直流パルス正電圧Ｐ１の印加によりプラズマ７が確実に発生する場合には、各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に１パルスの直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加するだけでよい。このようにすることにより、直流パルス電源１３にて不必要な電力を消費することが防止される。
【０１１４】
さらに、直流パルス電源１３の代りに、低周波交流パルス電源が設置されたプラズマ処理装置では、図１２に示すように、各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、低周波交流パルス電圧Ｑが印加電極１に印加される。この低周波交流パルス電圧Ｑを用いてプラズマ７を発生させることにより、荷電粒子を印加電極１の近傍に発生させる。その後、高周波交流パルス電圧Ｒを用いて荷電粒子同士の衝突回数を増加させる。
【０１１５】
その結果、プラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度を大きくすることもできる。このプラズマ処理装置によっても、比較的安価な低周波交流パルス電源でプラズマ７を発生させることができるため、比較的高価な高周波交流パルス電源１２の容量を低くすることができる。その結果、プラズマ処理装置の製造コストが低減される。
【０１１６】
さらに、前述のように直流パルス電源１３を用いる場合とは異なり、試料および電極に対する荷電粒子の衝突回数および帯電量が小さくなる。そのため、試料および電極のダメージの少ない処理を行うことができる。
【０１１７】
また、低周波交流パルス電圧Ｑの周波数は、周波数が高すぎると高周波交流パルス電源１２と同様に電源コストが高くなる。また、低周波交流パルス電圧Ｑの周波数は、周波数が低すぎるとプラズマ７の発生およびプラズマ７の状態の維持が困難になる。そのため、低周波交流パルス電圧Ｑの交流周波数は、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
【０１１８】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置は、図１３に示すように、高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間の休止時間のうち少なくとも１つ以上の休止時間において、低周波交流パルス電圧Ｑが印加電極１に印加されない低周波交流パルス電圧Ｑの休止時間が設けられたものであってもよい。
【０１１９】
このようにすることにより、不必要な電力を低周波交流パルス電源で消費することがない。そのため、プラズマ処理装置の消費電力を低減させることができる。
【０１２０】
また、図１４に示すように、低周波交流パルス電圧Ｑによりプラズマ７が発生した後、一旦プラズマ７の状態が安定すれば低周波交流パルス電圧Ｑを印加しなくても、高周波交流パルス電圧Ｒを用いて安定したプラズマ７の状態を持続することができる場合がある。その場合においては、高周波交流パルス電圧Ｒの休止時間に低周波交流パルス電圧Ｑを印加することを中止する。それにより、不必要な電力が低周波交流パルス電源において消費されることを防止することができる。
【０１２１】
（実施の形態２）
また、図１５は、本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【０１２２】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図１に示す実施の形態１のスイッチング回路１１の代わりに、図１５に示すように、ローパスフィルタ１４、重畳回路（結合部）１５、および、マッチングボックスまたはハイパスフィルタ１６を備えている。その他の構成は、図１に示す実施の形態１のプラズマ処理装置と同様の構成である。
【０１２３】
なお、実施の形態１のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１２４】
プラズマ処理装置は、図１５に示すように、重畳回路（結合部）１５およびマッチングボックス１６を介して、高周波交流パルス電源１２が印加電極１に接続されている。また、プラズマ処理装置は、図１５に示すように、重畳回路（結合部）１５およびローパスフィルタ１４を介して、直流パルス電源１３が印加電極１に接続されている。
【０１２５】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、印加電極１とアース電極３との間にプラズマを発生させるとき、図４に示すように、高周波交流パルス電源１２から出力された各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１が挿入されるように、印加電極１に電圧が印加される。
【０１２６】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、高周波交流パルス電源１２のみではプラズマ７が発生する程度の電界を生じさせることが困難な反応ガス種および高圧反応ガスを用いる場合においては、直流パルス電源１３から出力された高い値の直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加することにより、プラズマを発生させる。それにより、荷電粒子を印加電極１の近傍に発生させた後に、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒを用いて、荷電粒子の気体分子等への衝突を発生し易くする。その結果、プラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度が増加する。このことに関しては、本実施の形態のプラズマ処理装置と実施の形態１のプラズマ処理装置とは同様である。
【０１２７】
ただし、実施の形態１のプラズマ処理装置では、印加電極１に印加される、高周波交流パルス電圧Ｒと直流パルス正電圧Ｐ１または低周波交流パルス電圧Ｑとを切換える場合に、スイッチング回路１１の切換速度に上限があるため、高周波交流パルス電圧Ｒと直流パルス正電圧Ｐ１との間の空き時間は一定時間以上短くすることができない。
【０１２８】
そこで、本実施の形態のプラズマ処理装置では、図１５に示すように、重畳回路（結合部）１５によって高周波交流パルス電源１２に接続された電力伝達経路と直流パルス電源１３に接続された電力伝達経路とを重畳回路（結合部）１５を用いて結合させている。それにより、高周波交流パルス電源１２および直流パルス電源１３は、常に、印加電極１に接続された状態となる。
【０１２９】
そのため、高周波交流パルス電圧Ｒと直流パルス正電圧Ｐ１との合間の時間を実施の形態１のプラズマ処理装置よりも短くすることができる。その結果、直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加した直後に、高周波パルス電圧Ｐを印加電極１に印加することが可能となる。したがって、直流パルス正電圧Ｐ１が用いられて発生した荷電粒子を、効率良く高周波パルス電圧で反応ガス分子の分解を促進させることができる。
【０１３０】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置は、重畳回路（結合部）１５と高周波交流パルス電源１２との間に、マッチングボックスまたはハイパスフィルタ１６が設置されている。そのため、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１が高周波交流パルス電源１２まで伝達されることが防止されている。
【０１３１】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置は、重畳回路（結合部）１５と直流パルス電源１３との間に、ローパスフィルタ１４が設置されている。そのため、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒが直流パルス電源１３に伝達されることが防止されている。
【０１３２】
また、図１５に示す本実施の形態のプラズマ処理装置においても、図５〜図１４に示す電圧波形を印加電極１に印加することにより、プラズマを発生させることができる。
【０１３３】
さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置は、図１５に示すように、重畳回路（結合部）１５によって高周波交流パルス電源１２および直流パルス電源１３と印加電極１とが１つの電力伝達経路に結合されている。そのため、図１６〜図１８に示すように、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの印加時間中に直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧を同時に印加することができる。その結果、直流パルス電圧Ｑで発生した荷電粒子を用いて、効率よく高周波交流パルス電圧Ｒで反応ガス分子の分解を促進させることができる。
【０１３４】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図１９に示すように、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの印加時間と、直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧の印加時間とを一部分のみ重ね合わせることが可能である。
【０１３５】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加している時間全てにおいて、直流パルス正電圧Ｐ１を印加する必要はない。そのため、必要に応じて直流パルス正電圧Ｐ１が印加されるパルス周波数を調整することにより、不必要な電力が直流パルス電源１３で消費されることを防止することができる。
【０１３６】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、プラズマ７が一旦発生した後に、高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加するだけで、直流パルス電圧Ｑを印加電極１に印加しなくても、安定してプラズマ７の状態が持続される場合がある。その場合には、直流パルス正電圧Ｐ１を印加電極１に印加することを停止することにより、不必要な電力が直流パルス電源１３で消費されることを防止することができる。
【０１３７】
また、さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図１５において高周波交流パルス電源１２の代りに、連続高周波交流電源１８を設置し、図２０および図２１に示すように、各連続高周波交流電圧Ｓが印加されている期間に、連続高周波交流電圧Ｓに重ねて、直流パルス正電圧Ｐ１、または、直流パルス正電圧Ｐ１および直流パルス負電圧Ｐ２を印加電極１に印加することも可能である。この場合、必要に応じて直流パルス電源１３が出力する直流パルス電圧Ｐの出力タイミングおよび連続高周波交流電源１８が出力する連続高周波交流電圧Ｓのタイミングを調整するトリガ装置を設置しなくてもよい。
【０１３８】
このようにすることにより、高周波交流パルス電圧Ｒと異なり、パルス印加の休止時間における荷電粒子の減少を低減することができるため、効率的な反応ガスの分解を行うことができる。しかしながら、連続高周波交流電圧Ｓを印加電極１に印加し続けることにより、過度に反応ガスの分解が進行する。したがって、アーク放電などが生じる場合には、連続高周波交流電圧Ｓではなく、前述の高周波交流パルス電圧Ｒを印加電極１に印加してもよい。
【０１３９】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、プラズマ７が発生した後に、直流パルス正電圧Ｐ１、または、直流パルス正電圧Ｐ１および直流パルス負電圧Ｐ２を印加しなくても安定して連続高周波交流電圧Ｓによってプラズマ７の状態が維持されるならば、プラズマ７が発生した後に、直流パルス電源１３を用いて、直流パルス正電圧Ｐ１、または、直流パルス正電圧Ｐ１および直流パルス負電圧Ｐ２を印加電極１に印加すること、を中止することにより、不必要な電力が直流パルス電源１３で消費されることを防止することができる。
【０１４０】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、図１５に示す高周波交流パルス電源１２の代りに連続高周波交流電源１８を設置するとともに、直流パルス電源１３の代りに低周波交流パルス電源を設置することが可能である。このようなプラズマ処理装置において、図２２に示すように、連続高周波交流電圧Ｓの印加時間中に低周波交流パルス電圧Ｑを印加する。それにより、高周波交流パルス電圧Ｒと異なり、パルス印加の休止時間における荷電粒子の減少が防止されるとともに、荷電粒子の基板８への衝突が抑制される。
【０１４１】
（実施の形態３）
また、図２３は、本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の概略構成図である。図２４は、図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図であり、プラズマ処理装置の印加電極の下面図である。
【０１４２】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図２３に示すように、大面積の印加電極１Ａおよび接地ステージ９Ａが設けられている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、大面積の印加電極１Ａおよび接地ステージ９Ａ以外の構成は、実施の形態２に示されたプラズマ処理装置とほぼ同様である。
【０１４３】
なお、実施の形態１のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１４４】
本実施のプラズマ処理装置においては、接地ステージ９Ａが接地されている。また、大面積の印加電極１Ａに対して、図４に示すような高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの各パルス間に、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１が、印加電極１に印加された場合に、印加電極１Ａと接地ステージ９Ａとの間でプラズマ７が発生する。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置は、大面積の印加電極１Ａと接地ステージ９Ａとが対向する部分の面積が、実施の形態１および２のプラズマ処理装置の印加電極１とステージ９とが対向する部分の面積よりも広い。
【０１４５】
また、反応容器１０内に高圧反応ガスが充填された状態で、高周波交流パルス電源１２および連続高周波交流電源１８のみでは基板８の全面にプラズマを発生させることが困難な場合には、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１によりプラズマ７を発生させるために必要な高電圧を大面積の印加電極１Ａに印加する。
【０１４６】
それにより、基板８の主表面の全体にわたってプラズマ７を発生させることができる、すなわち、荷電粒子を大面積の印加電極１Ａの主表面の全体にわたって発生させることができる。その結果、高周波交流パルス電源１２により形成された高周波電界により荷電粒子の気体分子等への衝突数が増加する。それにより、基板８の全面のプラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度が大きくなる。
【０１４７】
なお、印加電極１に印加する電圧は上記した電圧に限定されず、実施の形態１および２のプラズマ処理装置に用いられた電圧波形を目的に応じて選択して、印加電極１に印加することが可能である。
【０１４８】
（実施の形態４）
また、図２５は、本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置の概略構成図である。図２６は、図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線断面図であり、印加電極の下面図である。本実施の形態のプラズマ処理装置は、分岐型の印加電極１Ｂを備えている。
【０１４９】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図２５に示すように、分岐型の印加電極１Ｂ以外の構成は、実施の形態１および２に示されたプラズマ処理装置の構成とほぼ同様である。
【０１５０】
なお、実施の形態１〜３のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１〜３のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１５１】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電源１２が接続された分岐型の印加電極１Ｂが絶縁体２を介してアース電極３により覆われている。印加電極１とアース電極３とにより電力伝達経路が形成されている。印加電極１とアース電極３とが基板８に対向する部分において電力伝達経路の開放端が構成されている。また、分岐型の印加電極１Ｂおよびアース電極３のうち少なくともいずれか一方は被覆絶縁体１７で被覆されている。さらに、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置にはステージ９に設置された基板８が配置されている。
【０１５２】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、分岐型の印加電極１Ｂとアース電極３とが対向する部分の面積が、実施の形態１および２のプラズマ処理装置の印加電極１とアース電極３とが対向する部分の面積よりも広い。また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、反応容器１０内に高圧反応ガスが充填された状態において、高周波交流パルス電源１２および連続高周波交流電源１８のみでは電力伝達経路の開放端の全面にプラズマ７を発生させる事が困難な場合がある。この場合には、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１によりプラズマ発生に必要な高電圧を分岐型の印加電極１Ｂに印加する。それにより、電力伝達経路の開放端の全面にわたってプラズマ７を発生させることができる。
【０１５３】
そのため、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波電界により荷電粒子の気体分子等への衝突数が増加する。その結果、基板８の全面にわたってプラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度を増大させることができる。
【０１５４】
また、プラズマへ印加される電圧は上記の電圧には限定されず、実施の形態１〜３に示された電圧波形を目的に応じて選択して、印加電極１に印加することが可能である。
【０１５５】
（実施の形態５）
図２７は、本発明の実施の形態５のプラズマ処理装置の概略構成図である。本実施の形態のプラズマ処理装置は、図２７に示すように、高周波用電極１９および低周波用電極２０を備えている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波用電極１９および低周波用電極２０以外の構成については、実施の形態１〜４のプラズマ処理装置とほぼ同様である。
【０１５６】
なお、実施の形態１〜４のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１〜４のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１５７】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、図２７に示すように、高周波交流パルス電源１２が接続された高周波用電極１９と直流パルス電源１３が接続された低周波用電極２０とが互いに絶縁体２を介して対向している。また、高周波用電極１９および低周波用電極２０は絶縁体２を介してアース電極３で覆われている。また、高周波用電極１９とアース電極３との間で電力伝達経路が構成されている。また、低周波用電極２０とアース電極３との間でも電力伝達経路が構成されている。
【０１５８】
また、高周波用電極１９、低周波用電極２０およびアース電極３の基板８に対向する部分が電力伝達線路の開放端となっている。また、高周波用電極１９、低周波用電極２０およびアース電極３の電力伝達経路の開放端は、被覆絶縁体1７で被覆されている。
【０１５９】
高周波電極１９の内部には、外部からガスが供給されるガス供給ライン６、ガスが滞留するバッファ５、および、基板８へガスを噴出するガス供給口４が設けられている。また、高周波用電極１９とアース電極３とにより構成される電力伝達経路の開放端の近傍にガスが供給される。さらに、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置にステージ９に搭載された基板８が配置されている。
【０１６０】
また、高周波交流パルス電源１２はトリガ装置５０Ａに接続されている。また、直流パルス電源１３は、トリガ装置５０Ｂに接続されている。そのトリガ装置５０Ａにより高周波交流パルス電源１２から発振されたパルス電圧のタイミングが調整されている。また、トリガ装置５０Ｂにより直流パルス電源１３から発振されたパルス電圧のタイミングが調整されている。
【０１６１】
本実施の形態のプラズマ処理装置においては、高周波用電極１９とアース電極３との間で形成される電力伝達経路の開放端にプラズマ７が発生する。それにより、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置に設置された基板８に薄膜の形成が行われるか、薄膜の加工、または基板８自体の加工が行われる、または、基板８の表面の処理等が行われる。
【０１６２】
その際、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの各パルス間に、直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧Ｐが前述の低周波用電極２０に印加される。そのとき、プラズマ７に印加される電圧波形は、図４〜図１１に既に示された電圧波形である。ここで、高周波用電極１９に印加される電圧波形は、図４〜図１１中に示される様な高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒであり、同時に低周波用電極２０に印加される電圧波形は、図４〜図１１中に示される様な直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧Ｐであるが、プラズマ７においてはその電界が重畳され、図４〜図１１に示される様な電圧波形になるのである。
【０１６３】
たとえば、本実施の形態のプラズマ処理装置は、図４に示すように、高周波用電極１９に高周波交流パルス電圧Ｒが印加されるとともに、低周波用電極２０に直流パルス正電圧Ｐ１が印加される。また、前述の高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に、少なくとも２パルス以上連続して直流パルス正電圧Ｐ１が印加される。
【０１６４】
それにより、高周波交流パルス電源１２のみでは、マッチングボックス等の容量の観点からの制限により、プラズマ７を発生させるために必要な高電圧を発生させることが困難であった反応ガス種および高圧反応ガス条件においても、直流パルス正電圧Ｐ１を低周波用電極２０に印加することにより、プラズマ７を発生させることができる。それにより、荷電粒子を印加電極１の近傍に発生させることができる。
【０１６５】
また、前述の直流パルス正電圧Ｐ１のみで発生できる荷電粒子密度および活性反応種密度は小さい。そのため、高周波交流パルス電圧Ｒを高周波用電極１９に印加することにより、高周波電界により荷電粒子の衝突数を増加させることができる。その結果、プラズマ７中の荷電粒子の密度および活性反応種の密度を大きくすることができる。
【０１６６】
さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置は、１つの電極に対し高周波交流パルス電圧Ｒおよび直流パルス正電圧Ｐ１を印加する場合に比べて、電極構造は複雑になるが、スイッチング回路１１および重畳回路１５を必要しないため、電源回路が簡略化される。また直流パルス電源の代りに低周波交流電源を接続し、低周波交流パルス電圧Ｑを低周波用電極２０に印加してもよい。
【０１６７】
本実施の形態のプラズマ処理装置においては、１つの印加電極に高周波交流パルス電圧Ｒおよび直流パルス電圧Ｐまたは低周波交流パルス電圧Ｑが印加されるのではなく、高周波用電極１９に高周波交流パルス電圧Ｒまたは連続高周波交流電圧Ｓが印加されるとともに、低周波用電極２０に低周波交流パルス電圧Ｑまたは直流パルス電圧Ｐが印加される。そのため、高周波交流パルス電圧Ｒまたは連続高周波交流電圧Ｓが印加電極１に印加されるタイミングと、直流パルス電圧Ｐまたは低周波交流パルス電圧Ｑが印加電極に印加されるタイミングとの関係は、実施の形態１〜４のプラズマ処理装置の直流パルス電圧Ｐまたは低周波交流パルス電圧Ｑが印加電極に印加されるタイミングとの関係と同様である。
【０１６８】
（実施の形態６）
また、図２８は、本発明の実施の形態６のプラズマ処理装置の概略構成図である。図２８に示すプラズマ処理装置は、大面積の高周波用電極１９Ａおよび低周波用電極２０を備えている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、大面積の高周波用電極１９Ａおよび低周波用電極２０以外の構成については、実施の形態１〜５のプラズマ処理装置と同様である。
【０１６９】
なお、実施の形態１〜５のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１〜５のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１７０】
図２８に示すように、高周波交流パルス電源１２が接続された大面積の高周波用電極１９Ａおよび直流パルス電源１３が接続された低周波用電極２０がともに絶縁体２を介してアース電極３で覆われている。また、接地ステージ９Ａは、接地されているとともに、大面積の高周波交流用電極１９Ａに対向するように設置されている。
【０１７１】
本実施の形態のプラズマ処理装置においても、実施の形態５のプラズマ処理装置と同様に、大面積の高周波用電極１９Ａに、図４に示す高周波交流パルス電圧Ｒが印加される。それにより、低周波用電極２０に、直流パルス正電圧Ｐ１が、各高周波交流パルス電圧Ｒ間に少なくとも２パルス以上連続して印加される。その結果、高周波用電極１９Ａと接地ステージ９Ａとの間でプラズマ７が発生し、そのプラズマ７が用いられて、薄膜の形成、薄膜の加工、又は基板８自体の加工、または、基板表面の処理等が行われる。
【０１７２】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波用電極１９Ａと接地された接地ステージ９Ａとが対向する部分の面積が、実施の形態１および２のプラズマ処理装置の電極とステージとが対向する部分の面積よりも大きい。また、反応容器１０内に高圧反応ガスが充填された状態において、高周波交流パルス電源１２または連続高周波交流電源１８のみでは基板８の全面にわたってプラズマ７を発生させることが困難である場合がある。このような場合には、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１が低周波交流用電極２０に印加される。
【０１７３】
それにより、基板８の表面近傍の全体にわたってプラズマ７が発生することにより、荷電粒子が大面積の高周波用電極１９Ａの近傍に発生する。
【０１７４】
また、高周波交流パルス電源１２または連続高周波交流電源１８から出力された高周波交流パルス電圧Ｒまたは連続高周波交流電圧Ｓが、高周波交流用電極１９Ａに印加される。それにより、高周波電界により荷電粒子の気体分子等への衝突数を増加するため、基板８の表面の全体にわたてプラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度が大きくなる。
【０１７５】
なお、本実施の形態のプラズマ処理装置において、プラズマ７に印加される電圧波形は、上記の電圧波形に限定されず、実施の形態１〜５のプラズマ処理装置において用いられた電圧波形を目的に応じて選択することが可能である。
【０１７６】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧Ｒおよび直流パルス電圧Ｐを１つの印加電極に印加する場合に比べて、電極構造は複雑になるが、スイッチング回路１１および重畳回路１５を必要としないため、電源回路が簡略化される。
【０１７７】
（実施の形態７）
図２９および図３０は、本発明の実施の形態７のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【０１７８】
図２９に示すプラズマ処理装置は、分岐型の高周波用電極１９Ｂおよび低周波用電極２０を備えている。本実施の形態のプラズマ処理装置は、分岐型の高周波用電極１９Ｂおよび低周波用電極２０以外の構成については、実施の形態１〜６のプラズマ処理装置とほぼ同様である。
【０１７９】
なお、実施の形態１のプラズマ処理装置の説明において用いた符号と同一の符号を付した部分は、実施の形態１〜６のプラズマ処理装置の該当部分と同様の機能を果たす部分であるため、その説明は繰返さない。
【０１８０】
図２９および図３０に示すように、高周波交流パルス電源１２が接続された分岐型の高周波用電極１９Ｂと直流パルス電源１３が接続された低周波用電極２０とが絶縁体２を介して互いに対向している。また、分岐型の高周波用電極１９Ｂおよび低周波用電極２０は、絶縁体２を介してアース電極３により覆われている。また、分岐型の高周波用電極１９Ｂとアース電極３との間で電力伝達経路の開放端が構成されている。また、低周波用電極２０とアース電極３との間でも電力伝達経路の開放端が構成されている。
【０１８１】
さらに、分岐型の高周波用電極１９Ｂ、低周波用電極２０およびアース電極３の基板８に対向する部分において電力伝達経路の開放端が構成されている。また、分岐型の高周波用電極１９Ｂ、低周波用電極２０およびアース電極３の電力伝達経路の開放端は、被覆絶縁体１７で被覆されている。また、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置にステージ９に設置された基板８が配置されている。
【０１８２】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、分岐型の高周波用電極１９Ｂとアース電極３とにより構成される電力伝達経路の開放端にプラズマ７が発生する。それにより、前述の電力伝達経路の開放端に対向する位置に設置され基板８に薄膜が形成されるか、薄膜の加工が行われるか、または基板８自体の加工、または、基板８の表面の処理等が行われる。その際、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒの各パルス間に、直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧Ｐを前述の低周波用電極２０に印加される。そのとき、プラズマ７に印加された電圧波形は図４〜図１１に示す電圧波形である。
【０１８３】
ここで、分岐型の高周波用電極１９Ｂに印加される電圧波形は、図４〜図１１中に示される様な高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒであり、同時に低周波用電極２０に印加される電圧波形は、図４〜図１１中に示される様な直流パルス電源１３から出力された直流パルス電圧Ｐであるが、プラズマ７においてはその電界が重畳され、図４〜図１１に示される様な電圧波形になるのである。
【０１８４】
図４に示すように、大面積の分岐型の高周波用電極１９Ｂに高周波交流パルス電圧Ｒを印加する。さらに、直流パルス正電圧Ｐ１が、前述の各高周波交流パルス電圧Ｒ同士の合間に少なくとも２パルス以上連続して挿入されるように、低周波交流用電極２０に印加される。それにより、分岐型の高周波用電極１９Ｂとステージ９との間でプラズマ７が発生する。その結果、基板８に薄膜が形成されるか、基板８に形成された薄膜が加工されるか、基板８自身が加工、または、基板８の表面が処理される。
【０１８５】
本実施の形態のプラズマ処理装置においては、分岐型の高周波用電極１９Ｂとアース電極３とが対向する部分の面積が、実施の形態１および２のプラズマ処理装置の印加電極１とアース電極３とが対向する部分の面積よりも大きい。また、反応容器１０内に高圧反応ガスが充填された状態において、高周波交流パルス電源１２および連続高周波交流電源１８のみでは電力伝達経路の開放端の全面にわたってプラズマ７を発生させることが困難な場合がある。この場合には、直流パルス電源１３から出力された直流パルス正電圧Ｐ１を低周波交流用電極２０に印加する。
【０１８６】
それにより、電力伝達経路の開放端の全面にわたってプラズマ７を発生させる。その結果、荷電粒子が分岐型の高周波用電極１９Ｂの近傍に発生する。さらに、高周波交流パルス電源１２から出力された高周波交流パルス電圧Ｒを分岐型の高周波用電極１９Ｂに印加する。それにより、高周波電界により荷電粒子の気体分子等への衝突数が増加する。その結果、電力伝達経路の開放端の全面にわたってプラズマ７中の荷電粒子密度および活性反応種密度を大きくすることができる。
【０１８７】
本実施の形態のプラズマ処理装置のプラズマ７に印加される電圧波形は、上記の電圧波形に限定させず、実施の形態１〜６のプラズマ処理装置において用いられた電圧波形を目的に応じて選択することが可能である。
【０１８８】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波交流パルス電圧Ｒおよび直流パルス電圧Ｑを１つの印加電極に印加する場合に比べて、電極構造は複雑になるが、スイッチング回路１１および重畳回路１５を必要としないため、電源回路が簡略化される。
【０１８９】
なお、上記各実施の形態のプラズマ処理方法では、容器内のガスの圧力が０．１気圧〜１０気圧の状態で被処理物が処理される。更にガス圧力が大気圧の場合は反応容器を必要としない。
【０１９０】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１９１】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置によれば、被処理物が損傷することを抑制することが可能となる。また、他の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、安定した高圧プラズマを維持することが可能となる。また、さらに他の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、被処理物の処理効率が向上する。また、別の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、電磁波漏れによる電磁障害が防止される。また、さらに別の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、被処理物の設置態様の自由度が増加したする。また、さらに別の観点では、本発明のプラズマ処理装置によれば、回路構造が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図５】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図６】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図７】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図８】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図９】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１０】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧波形図の一例である。
【図１１】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１２】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１３】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１４】 実施の形態１のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１５】 実施の形態２のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図１６】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１７】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図１８】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧波形図の一例である。
【図１９】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧波形図の一例である。
【図２０】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図２１】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図２２】 実施の形態２のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧の波形図の一例である。
【図２３】 実施の形態３のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２４】 図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図である。
【図２５】 実施の形態４のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２６】 図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線断面図である。
【図２７】 実施の形態５のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２８】 実施の形態６のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２９】 実施の形態７のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図３０】 図２９のＸＸＸ−ＸＸＸ線断面図である。
【図３１】 従来のプラズマ処理装置の印加電極を説明するための図である。
【図３２】 従来のプラズマ処理装置の電子回路を説明するための図である。
【図３３】 従来のプラズマ処理装置の印加電極に印加される電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ 印加電極、２ 絶縁体、３ アース電極、４ ガス供給口、５ バッファ、６ ガス供給ライン、７ プラズマ、８ 基板、９ ステージ、１０ 反応容器、１１ スイッチング回路、１２ 高周波交流パルス電源、１３直流パルス電源、１４ ロウパスフィルタ、１５ 重畳回路（結合部）、１６マッチングボックスまたはハイパスフィルタ、１７ 被覆絶縁体、１８ 連続高周波交流電源、１９,１９Ａ,１９Ｂ 高周波用電極、 ２０ 低周波用電極。
Claims (17)
- 大気圧下においてプラズマを発生させて、発生したプラズマを用いて、被処理物を処理するプラズマ処理装置であって、
互いに対向する一対の電極と、
該一対の電極同士の間の空間に挿入された誘電体または絶縁体とを備え、
前記プラズマ処理装置は、
前記一対の電極と該誘電体または絶縁体とにより電力伝達経路が構成されるとともに、前記一対の電極と前記誘電体または絶縁体とが一対をなして露出する部分が前記電力伝達経路の開放端となっており、該開放端近傍にプラズマを発生させ、
さらに、前記一対の電極に高周波交流パルス電圧を印加することが可能な高周波交流パルス電源と、
前記一対の電極に前記高周波交流パルス電圧よりも周波数が低い低周波交流パルス電圧を印加することが可能な低周波交流パルス電源と、
前記高周波交流パルス電源と前記一対の電極とが電気的に接続された状態と、前記低周波交流パルス電源と前記一対の電極とが電気的に接続された状態とを切換えることが可能なスイッチング回路とを備え、
該スイッチング回路は、前記高周波交流パルス電圧の印加の休止時間内に、前記低周波交流パルス電圧が前記一対の電極に印加されるように切換制御され、プラズマを発生させる、プラズマ処理装置。 - 大気圧下においてプラズマを発生させて、発生したプラズマを用いて、被処理物を処理するプラズマ処理装置であって、
互いに対向する一対の電極と、
該一対の電極同士の間の空間に挿入された誘電体または絶縁体とを備え、
前記プラズマ処理装置は、
前記一対の電極と該誘電体または絶縁体とにより電力伝達経路が構成されるとともに、前記一対の電極と前記誘電体または絶縁体とが一対をなして露出する部分が前記電力伝達経路の開放端となっており、該開放端近傍にプラズマを発生させ、
さらに、前記一対の電極に高周波交流パルス電圧を印加することが可能な高周波交流パルス電源と、
前記一対の電極に直流パルス電圧を印加することが可能な直流パルス電源と、
前記高周波交流パルス電源と前記一対の電極とが電気的に接続された状態と、前記直流パルス電源と前記一対の電極との接続とが電気的に接続された状態とを切換えることが可能なスイッチング回路とを備え、
前記スイッチング回路は、前記高周波交流パルス電圧の印加の休止時間内に、前記直流パルス電圧が前記一対の電極に印加されるように切換制御され、プラズマを発生させる、プラズマ処理装置。 - 大気圧下においてプラズマを発生させて、発生したプラズマを用いて、被処理物を処理するプラズマ処理装置であって、
互いに対向する一対の電極と、
該一対の電極同士の間の空間に挿入された誘電体または絶縁体とを備え、
前記プラズマ処理装置は、
前記一対の電極と該誘電体または絶縁体とにより電力伝達経路が構成されるとともに、前記一対の電極と前記誘電体または絶縁体とが一対をなして露出する部分が前記電力伝達経路の開放端となっており、該開放端近傍にプラズマを発生させ、
さらに、前記一対の電極に高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧を印加することが可能な高周波交流電源と、
前記一対の電極に前記高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧よりも周波数が低い低周波交流パルス電圧を印加することが可能な低周波交流パルス電源と、
前記高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧と、前記低周波交流パルス電圧と、を重畳させる重畳回路とを備え、
前記重畳回路を通じて、前記一対の電極に前記高周波交流パルス電圧若しくは前記連続高周波交流電圧、及び低周波交流パルス電圧を所望の時刻で印加しプラズマを発生させる、プラズマ処理装置。 - 大気圧下においてプラズマを発生させて、発生したプラズマを用いて、被処理物を処理するプラズマ処理装置であって、
互いに対向する一対の電極と、
該一対の電極同士の間の空間に挿入された誘電体または絶縁体とを備え、
前記プラズマ処理装置は、
前記一対の電極と該誘電体または絶縁体とにより電力伝達経路が構成されるとともに、前記一対の電極と前記誘電体または絶縁体とが一対をなして露出する部分が前記電力伝達経路の開放端となっており、該開放端近傍にプラズマを発生させ、
さらに、前記一対の電極に高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧を印加することが可能な高周波交流電源と、
前記一対の電極に直流パルス電圧を印加することが可能な直流パルス電源と、
前記高周波交流パルス電圧または連続高周波交流電圧と、前記直流パルス電圧と、を重畳させる重畳回路とを備え、
前記重畳回路を通じて、前記一対の電極に前記高周波交流パルス電圧若しくは前記連続高周波交流電圧、及び直流パルス電圧を所望の時刻で印加しプラズマを発生させる、プラズマ処理装置。 - 前記高周波交流パルス電圧の印加の休止時間内に、少なくとも２パルス以上の前記低周波交流パルス電圧若しくは直流パルス電圧を前記印加電極に印加する、請求項１から４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記直流パルス電源は、前記一対の電極のうち前記高周波交流パルス電圧を印加する電極が、該電極に対向する電極よりも高電位になるように接続された、請求項２または４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記高周波交流パルス電圧若しくは前記連続高周波交流電圧が印加される電極が、該電極に対向する電極に対して正電位になるように印加される第１直流パルス電圧と、前記高周波交流パルス電圧若しくは前記連続高周波交流電圧が印加される電極が、該電極に対向する電極に対して負電位になるように印加される第２直流パルス電圧とが、各々少なくとも１パルス以上前記印加電極に印加される、請求項２、４または６の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記一対の電極に高周波交流パルス電圧と直流パルス電圧とが、同時に、または、各パルスの印加時間の一部もしくは全部が互いに重なるように、前記印加電極に印加される、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
- 前記一対の電極に前記連続高周波交流電圧と直流パルス電圧とが、同時に前記印加電極に印加される、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
- 前記一対の電極に前記高周波交流パルス電圧と低周波交流パルス電圧とが、同時に、または、各パルスの印加時間の一部もしくは全部が互いに重なるように、前記印加電極に印加される、請求項３または５に記載のプラズマ処理装置。
- 前記一対の電極に前記連続高周波交流電圧と低周波交流パルス電圧とが、同時に、前記印加電極に印加される、請求項３、５、または１０の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記低周波交流パルス電圧の周波数は、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲である、請求項１、３、５、１０、または１１の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記直流パルス電圧を前記印加電極に印加するパルス印加時間は、１００ｍｓｅｃ以下である、請求項２、４、６、７、または９の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記直流パルス電圧の繰返し周波数は、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲である、請求項２、４、６、７、９、または１３の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記連続高周波交流電圧又は前記高周波交流パルス電圧の周波数は、１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚである、請求項１から１４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記開放端は、前記一対の電極の一方、前記誘電体または絶縁体、および、前記一対の電極の他方の組み合わせからなり、該組み合わせは複数設けられている、請求項１から４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記一対の電極のうち少なくともいずれか一方は、複数に分岐している、請求項１から４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
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