JP5132487B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理対象体をプラズマで処理するプラズマ処理装置に関するものである。

この種のプラズマ処理装置として、特開平１０−１９９６９７号公報に表面処理装置が開示されている。この表面処理装置は、先端部にノズル状のガス出口が設けられた円筒状の対電極（トーチ型の筐体）内に放電発生用電極が配設されて構成されている。また、この表面処理装置では、スパークやアーク放電の発生を回避するために、対電極の内面および放電発生用電極の周面がそれぞれ無機絶縁物で被覆されている。この表面処理装置によって処理対象体を表面処理（プラズマ処理）する際には、対電極内（放電発生用電極の周囲）にヘリウムガスや水素等（以下、「プラズマ放電用ガス」ともいう）を供給した状態において、高周波電源から放電発生用電極に高周波電圧を供給する。この際には、放電発生用電極の先端部の近傍にプラズマが発生し、このプラズマが、プラズマ放電用ガスと共にガス出口から噴出して処理対象体の表面に照射される。これにより、プラズマを照射した部位が表面処理される。
特開平１０−１９９６９７号公報（第３−４頁、第１図）

ところが、従来の表面処理装置には、以下の問題点が存在する。すなわち、従来の表面処理装置では、プラズマ放電用ガスと共にプラズマを噴出するガス出口が対電極の一端側に設けられると共に、その対電極の内面が無機絶縁物で被覆されている。この場合、今日では、処理対象体の小型化や処理すべき領域の微細化に伴い、極く狭い領域に対してプラズマを選択的に照射して表面処理（プラズマ処理）する必要が生じている。このため、この種の表面処理装置（プラズマ処理装置）による表面処理時には、処理対象体の表面における非処理部位をマスク材料等で覆う煩雑な前処理が必要となっている。一方、従来の表面処理装置では、対電極の先端部側を先細り形状としてガス出口を小径化することで、ガス出口から噴出するプラズマの径（プラズマを照射する領域の直径）を小さくしている。

この場合、処理対象体に向けて噴出すべきプラズマの径は、処理対象体の種類や、処理対象体に対して施すべき表面処理の内容に応じてその都度相違する。しかしながら、従来の表面処理装置の構成を採用して各種の径のプラズマを噴出させるには、ガス出口の口径が相違する複数種類の対電極を有する複数種類の表面処理装置を用意しておく必要がある。このため、従来の表面処理装置には、処理対象体の表面処理に要するコストの低減が困難となっているという問題点がある。また、従来の表面処理装置では、上記したように、対電極の内面を無機絶縁物で被覆した構成を採用している。したがって、従来の表面処理装置には、その製造時において対電極の内面を無機絶縁物で被覆する処理が煩雑であることに起因して、表面処理装置の製造コストが高騰しているという問題点もある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストの低減を図りつつ、各種の径のプラズマを低コストで照射し得るプラズマ処理装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のプラズマ処理装置は、高周波信号を入力して放射する放射器と、当該放射器が内部空間に配設されたトーチ型の筐体と、当該筐体内にプラズマ放電用ガスを供給するガス供給部と、前記放射器が挿通されると共に前記筐体の内面に取り外し可能に取り付けられた管状の絶縁体とを備え、前記プラズマ放電用ガスを供給した状態において前記放射器から前記高周波信号を放射して当該放射器の近傍に発生させたプラズマを前記絶縁体の一端部から噴出させて処理対象体に照射可能に構成されると共に、その径方向で外向きに突出する突出部が前記絶縁体の外周面に設けられ、前記筐体が、本体部および取付け部を備え、当該本体部および当該取付け部の間に前記突出部を挟み込むようにして当該本体部に当該取付け部を固定することで前記絶縁体を当該筐体に取り付け可能に構成されている。

また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマが発生する部位の内径よりも前記一端部の内径の方が小径となるように前記絶縁体が形成されている。

さらに、請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１または２記載のプラズマ処理装置において、前記放射器が、棒状または管状に形成されると共にその一端部が前記筐体に接地されている。

請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、その一端部からプラズマを噴出する管状の絶縁体を筐体に対して取り外し可能に取り付けたことにより、一端部の内径が相違する複数種類の絶縁体を予め製作しておくことで、処理対象体の種類（大きさ）や処理対象体に対して施すプラズマ処理の種類に応じて一端部の内径が任意の内径の絶縁体を筐体に取り付けて任意の径のプラズマを噴出させて処理対象体に照射することができる。したがって、このプラズマ処理装置によれば、従来の表面処理装置とは異なり、１つの筐体を使用して複数種類の径のプラズマを照射することができるため、各種の処理対象体について、そのプラズマ処理に要するコストを十分に低減することができる。また、このプラズマ処理装置によれば、筐体に対して絶縁体を取り外し可能に取り付ける構成を採用したことにより、従来の表面処理装置とは異なり、製造時において筐体（対電極）の内面を被覆する煩雑な処理を不要とできる結果、プラズマ処理装置の製造コストを十分に低減することができる。

また、径方向で外向きに突出する突出部を絶縁体の外周面に設けると共に、筐体を構成する本体部および取付け部の間に突出部を挟み込むようにして本体部に取付け部を固定することで絶縁体を筐体に取り付ける構成を採用したことにより、比較的簡易な構成であるにも拘わらず、筐体に対して絶縁体を確実に取り付けることができるだけでなく、既に取り付けられている絶縁体を筐体から容易に取り外して他の絶縁体を容易に取り付けることができる。

請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、プラズマが発生する部位の内径よりもプラズマを噴出する一端部の内径の方が小径となるように絶縁体を形成したことにより、放射器の周囲に十分なスペースを確保して十分な量のプラズマ放電用ガスを放射器の周囲に位置させることができるだけでなく、一端部の内径をプラズマが発生する部位の内径よりも十分に小径に規定して形成することで、処理対象体上の極く狭い領域に対してプラズマを点的に照射することができる。

請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、放射器を棒状または管状に形成すると共にその一端部を筐体に接地させたことにより、放射器が発熱した際に、その熱が筐体に伝熱するため、放射器が過剰に高温となる事態が回避される結果、放射器の温度上昇に起因して共振が妨げられる事態を回避することができる。これにより、プラズマを安定的に発生させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るプラズマ処理装置の最良の形態について説明する。

図１に示すプラズマ処理装置１は、プラズマ処理室２、ガス供給部３、高周波電源（高周波信号生成部）４、着火機構５、移動機構６および制御部７を備えている。このプラズマ処理装置１は、高周波電源４において生成された高周波信号Ｓをプラズマ処理室２に同軸ケーブル４ａを介して供給することにより、プラズマ処理室２内（詳しくは、後述する絶縁管３０ａ等の内部）にプラズマＰを発生させて載置台６ａ上の処理対象体Ｚの表面をプラズマ処理する構成が採用されている。具体的には、このプラズマ処理装置１は、シート状や板状の処理対象体Ｚに向けてプラズマＰを照射することにより、プラズマ処理として、処理対象体Ｚの表面の殺菌、洗浄および親水性の向上を行ったり、機能性材料のコーティングを行ったりする。プラズマ処理室２は、一例として、筐体１１、同軸コネクタ１２、カップリングループ１３および放射器（アンテナ）１４を備えている。

筐体１１は、一例として、導電性の筒体２１と、筒体２１の一端側（同図中の上端側）を閉塞する導電性の閉塞板２２とを備え、筒体２１の他端側（同図中の下端側）が開口するトーチ型筐体に構成されている。また、図２に示すように、筒体２１は、閉塞板２２と相俟って本発明における本体部を構成する基端部側部材２３と、本発明における取付け部に相当する先端部側部材２４とを備えている。この場合、本例では、筐体１１内に高周波信号Ｓを導入するための貫通孔２１ｈ、および後述する絶縁管３０ａ〜３０ｃ（図２〜４参照：以下、区別しないときには「絶縁管３０」ともいう）の鍔部３２を嵌入可能な嵌入用凹部２３ａが基端部側部材２３に形成されている。また、先端部側部材２４は、図示しないボルトによって基端部側部材２３に固定されている。

なお、筒体２１を構成する基端部側部材２３および先端部側部材２４は、中心軸と直交する平面に沿った内周面の断面形状が円形であるため、外形は四角筒体であるが、実質的には円筒体として機能する。この場合、このプラズマ処理装置１では、筒体２１の長さが放射器１４の長さよりも長く規定されて形成されている。また、閉塞板２２には、ガス供給部３から供給されたプラズマ放電用ガスＧを筐体１１内（放射器１４との周囲）に導入するための貫通孔２２ｈが形成されている。なお、本発明における本体部は、別個独立して形成された基端部側部材２３および閉塞板２２を一体化したものに限定されず、基端部側部材２３および閉塞板２２に相当する部材を一体的に形成したものがこれに含まれる。

この場合、このプラズマ処理装置１では、従来の表面処理装置における「無機絶縁物の被覆」に代えて、筐体１１の基端部側部材２３および先端部側部材２４の間に鍔部３２を挟み込むようにして基端部側部材２３に先端部側部材２４を固定することで絶縁管３０を筐体１１の内部に取り外し可能に取り付ける構成が採用されている。一方、絶縁管３０は、本発明における「管状の絶縁体」の一例であって、図２〜４に示すように、本体部３１の一端側（各図における下端側：本発明における一端部）がプラズマＰの噴出口３１ａとして機能するように石英等の絶縁性材料で管状に形成されている。また、各絶縁管３０における本体部３１の外周面には、その径方向で外向きに突出する鍔部３２（本発明における「突出部」の一例）がそれぞれ形成されている。

この場合、各絶縁管３０は、その内径（すなわち、噴出口３１ａの口径Ｌａ〜Ｌｃ：本発明における一端部の内径）が後述する放射器１４の外径Ｌ１よりも大径で、その外径Ｌ３が筒体２１（基端部側部材２３および先端部側部材２４）の内径Ｌ２と同程度（やや小径）となるように規定されて形成されている。具体的には、一例として、絶縁管３０ａの口径Ｌａが７ｍｍで、絶縁管３０ｂの口径Ｌｂが４ｍｍで、絶縁管３０ｃの口径Ｌｃが１０ｍｍとなるように規定されてそれぞれ形成されている。なお、このプラズマ処理装置１は、実際には、絶縁管３０ａ〜３０ｃの他に、その口径Ｌが口径Ｌａ〜Ｌｃとは相違する各種口径Ｌの噴出口３１ａが形成された各種の絶縁管３０を取り付け可能に構成されているが、本発明についての理解を容易とするために、これらについての図示および説明を省略する。

また、図１に示すように、このプラズマ処理装置１では、一例として、上記の絶縁管３０の下端部（噴出口３１ａの口縁部）と、筐体１１における先端部側部材２４の下端部とが面一となるように絶縁管３０の長さが規定されて形成されている。この場合、絶縁管３０の長さを過剰に短くした場合には、後述するように絶縁管３０の噴出口３１ａから噴出させたプラズマＰによって筒体２１（先端部側部材２４）の下端部内面がプラズマ処理されるおそれがある。一方、絶縁管３０の長さを過剰に長くした場合には、筒体２１（先端部側部材２４）から絶縁管３０が大きく突出した状態となるため、絶縁管３０の破損を招き易くなる。したがって、絶縁管３０の長さは、筒体２１に取り付けた状態においてその下端部が筒体２１（先端部側部材２４）の下端部と面一となるように規定するのが好ましい。

同軸コネクタ１２は、図１に示すように、高周波電源４に接続された同軸ケーブル４ａの先端に装着された状態で、筒体２１（基端部側部材２３）の外周面に、貫通孔２１ｈを閉塞するようにして取り付けられている。カップリングループ１３は、同図に示すように、導電性を有する棒状体がＬ字状に折曲（本例では直角に折曲）されて構成されている。また、カップリングループ１３は、一端が筐体１１の閉塞板２２に接続されると共に、他端が同軸コネクタ１２の芯線（不図示）に接続されている。この状態において、カップリングループ１３の一端側部位（折曲部位を基準として一端側に位置する部位）１３ａは、閉塞板２２から直角に起立した状態（筒体２１の中心軸と平行な状態）となっており、かつ高周波信号Ｓの波長をλとしたときに、その長さがλ／４の半分以下の長さ（本例では、一例としてλ／１０）に規定されている。一方、カップリングループ１３の他端側部位（折曲部位を基準として他端側に位置する部位）１３ｂは、貫通孔２１ｈの中心軸上に位置した状態で貫通孔２１ｈに挿通されている。

放射器１４は、その長さが（（１／４＋ｎ／２）×λ）に規定された１本の導電性の棒状体（本例では円柱体）で構成されている。ここで、ｎは、０以上の整数であり、本例では一例としてｎ＝０に設定され、放射器１４の長さは（λ／４）に規定されている。なお、本発明における放射器１４の形状は、円柱体に限定されず、円柱以外の各種形状の棒状体（角柱体や樋状体（ハーフパイプ状体）など）、および筒状体に形成することができる。また、放射器１４は、図１に示すように、筒体２１の中心軸上に位置した状態で、一端部（同図中の上端側）が閉塞板２２に固定されて接地されている。この構成により、放射器１４は、カップリングループ１３における一端側部位１３ａに対して所定の距離を隔てて近接した状態で立設された状態となっている。ガス供給部３は、後述するようにして、制御部７の制御に従って筐体１１内にプラズマ放電用ガスＧ（以下、「放電用ガスＧ」ともいう）を供給する。この場合、放電用ガスＧとしては、電離電圧が低くプラズマが発生し易いガス（例えば、アルゴンガスやヘリウムガスなど）を使用する。

高周波電源４は、高周波信号Ｓ（一例として、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）を生成してプラズマ処理室２に出力する。また、高周波電源４は、不図示の操作部を備え、操作部に対する操作によって選択された変調周波数およびデューティー比でパルス変調された高周波信号Ｓを出力可能に構成されている。このように高周波信号Ｓのデューティー比を変更可能に構成されているため、高周波電源４は、高周波信号Ｓの電力（出力電力）を制御可能となっている。また、高周波電源４は、デューティー比を１００％とする選択がなされたときには、高周波信号Ｓを連続波（ＣＷ）として出力する。この場合には、高周波電源４は、操作部に対する操作によって選択された振幅に高周波信号Ｓの振幅を設定することにより、高周波信号Ｓの電力（出力電力）を制御する。なお、本例では、高周波電源４が、準マイクロ波（１ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）を高周波信号Ｓとして出力する構成を採用しているが、マイクロ波（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）を高周波信号Ｓとして出力する構成を採用することもできる。また、高周波電源４からプラズマ処理室２に対する高周波信号Ｓの供給効率を高めるため、高周波電源４とプラズマ処理室２との間に整合器を配設することもできる。

着火機構５は、図１に示すように、導体棒４１、電圧生成装置４２および移動機構４３を備えている。導体棒４１は、その一端側（同図における左端側）が移動機構４３に取り付けられて、着火処理時には、その他端側（同図における右端側）が絶縁管３０の筒先（着火処理位置）に位置させられると共に、着火処理の完了後には、同図に示すように、処理対象体Ｚに対するプラズマＰの照射の妨げとなることのない待避位置に待避させられる。電圧生成装置４２は、制御部７の制御に従い、一例として、１０ｋＶ程度の直流電圧Ｖを生成して導体棒４１に印加する。移動機構４３は、制御部７の制御に従い、上記したように、導体棒４１を着火処理位置および待避位置のいずれかに移動させる。

移動機構６は、制御部７の制御に従って載置台６ａを任意のＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させることにより、載置台６ａ上の処理対象体Ｚにおける所望の処理位置を絶縁管３０の下方（プラズマ照射位置）に位置させる。制御部７は、プラズマ処理装置１を総括的に制御する。具体的には、制御部７は、ガス供給部３を制御して放電用ガスＧの供給を開始または停止させる。また、制御部７は、高周波電源４を制御して、高周波信号Ｓの生成を開始または停止させる。さらに、制御部７は、着火機構５の移動機構４３を制御して導体棒４１を上記の着火処理位置または待避位置のいずれかに移動させる。また、制御部７は、着火機構５の電圧生成装置４２を制御して直流電圧Ｖの生成を開始または停止させる。さらに、制御部７は、移動機構６を制御して載置台６ａ（処理対象体Ｚ）を任意のＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させる。

次に、本発明に係るプラズマ処理装置の使用方法について、プラズマ処理装置１の処理対象体Ｚに対する処理動作（表面処理動作）と共に説明する。なお、筐体１１は予めグランドに接続されてグランド電位が付与されているものとする。

まず、処理対象体Ｚの種類（大きさ）や処理対象体Ｚに施すプラズマ処理の内容に応じて、任意の口径Ｌの噴出口３１ａが形成された絶縁管３０を選択して筐体１１に取り付ける。具体的には、処理対象体Ｚに向けて噴出するプラズマＰの径、すなわち、プラズマＰを照射すべき照射領域の大きさに応じて、図１に示すように、例えば、口径Ｌａの噴出口３１ａが形成された絶縁管３０ａを筐体１１に取り付ける。この際には、図２に示すように、まず、基端部側部材２３から先端部側部材２４を取り外した状態において、絶縁管３０ａの鍔部３２を基端部側部材２３の嵌入用凹部２３ａに嵌入させるようにして基端部側部材２３に絶縁管３０ａをセットする。次いで、図１に示すように、基端部側部材２３および先端部側部材２４の間に鍔部３２を挟み込むようにして基端部側部材２３に先端部側部材２４を固定する。これにより、絶縁管３０ａが筐体１１の内面に取り付けられる。

次いで、載置台６ａの上に処理対象体Ｚを載置して固定した後に、図示しない操作部を操作してプラズマ処理の開始を指示する。このプラズマ処理では、まず、制御部７がガス供給部３を制御して放電用ガスＧの供給を開始させる。この際に、ガス供給部３は、図１において矢印で示すように、接続用配管を介して筐体１１内（放射器１４の周囲）に放電用ガスＧを連続的に供給する。次いで、制御部７は、着火機構５を制御して着火処理を開始させる。具体的には、制御部７は、まず、移動機構４３を制御することにより、待避位置に位置させられている導体棒４１を絶縁管３０ａの筒先（着火処理位置）に移動させる。次いで、制御部７は、電圧生成装置４２を制御して直流電圧Ｖを生成させる。この際には、直流電圧Ｖが前述したように非常に高電圧のため、この直流電圧Ｖによって導体棒４１から絶縁管３０ａ内を通って放射器１４の先端部に向けての放電が行われる（放電が開始される）。

続いて、制御部７は、高周波電源４を制御して高周波信号Ｓの生成を開始させる。この際には、高周波電源４によって生成された高周波信号Ｓが、同軸ケーブル４ａを介して、同軸コネクタ１２、さらにはカップリングループ１３の他端に達し、カップリングループ１３を経由して筐体１１（閉塞板２２）に流れる。この場合、カップリングループ１３が高周波信号Ｓに流れることにより、一端側部位１３ａの周囲に磁界が発生し、高周波信号Ｓの波長λに対して（（１／４＋ｎ／２）×λ）の長さに規定されている放射器１４がこの磁界によって共振する。共振状態の放射器１４は共振モノポールとして作動して放射器１４の他端側（同図中の下端側）で電圧が最大となる。このため、プラズマ処理室２内における放射器１４の他端側近傍（付近）で電界強度が最大なり、プラズマ処理室２内（すなわち筐体１１内）では、この他端側近傍においてプラズマが発生し易い状態となる。

一方、プラズマ処理室２の内部（筐体１１の内部であって、放射器１４の周囲）には、プラズマＰの発生し易い放電用ガスＧが存在し、筐体１１の外部は大気が存在している状態となっている。この結果、放射器１４の他端側近傍での強電界の発生と、着火機構５の導体棒４１からの放電とにより、図１に示すように、放電用ガスＧが供給されている筐体１１の内部（絶縁管３０ａの内部）における放射器１４の他端側近傍でプラズマＰが連続して発生し、このプラズマＰが絶縁管３０ａ内を移動して噴出口３１ａから載置台６ａ上の処理対象体Ｚに向けて噴出される。

次いで、制御部７は、高周波電源４による高周波信号Ｓの生成開始後、プラズマＰが発生した時点において、着火機構５の動作を停止させる。この場合、プラズマＰの光を検知して検知信号を出力する照度センサ（図示せず）や、高周波電源４の出力側でのインピーダンスの変化を検知して検知信号を出力するインピーダンス検知装置（図示せず）を設けるのが好ましい。この構成を採用することで、制御部７は、照度センサまたはインピーダンス検知装置から検知信号が出力されたときに、プラズマＰが発生したとして、着火機構５の動作を停止させる。具体的には、制御部７は、まず、電圧生成装置４２を制御して直流電圧Ｖの生成を停止させる。これにより、導体棒４１から放射器１４に向かっての放電が停止する。次いで、制御部７は、移動機構４３を制御して着火処理位置（絶縁管３０ａの筒先）に位置させられている導体棒４１を図１に示すように待避位置まで移動させる。

続いて、制御部７は、移動機構６を制御して載置台６ａ上の処理対象体Ｚにおける任意の処理位置を絶縁管３０ａの下方（すなわち、プラズマＰの照射位置）に位置させるように移動させる。この結果、絶縁管３０ａの下方に位置させられた部位（処理対象体Ｚの表面）がプラズマＰによって順次表面処理される。この際に、このプラズマ処理装置１では、前述したように、噴出口３１ａの口径Ｌａが十分に小径となるように絶縁管３０ａが形成されている。したがって、この絶縁管３０ａから噴出されるプラズマＰの直径が十分に小さくなっている。この結果、処理対象体Ｚの表面における極く狭い領域に対してプラズマＰが点的に照射される（吹き付けられる）。

また、このプラズマ処理装置１では、前述したように、放射器１４が筐体１１（この例では、閉塞板２２）に固定されて接地されている。したがって、カップリングループ１３に対する高周波信号Ｓの入力によって共振モノポールとして作動している放射器１４が発熱したときに、この熱が筐体１１（筒体２１）に効率よく伝熱する結果、放射器１４が過剰に高温となる事態が回避される。一方、制御部７は、処理対象体Ｚに対するプラズマ処理を完了したとき（処理すべきすべての部位に対してプラズマＰの照射を完了したとき）に、高周波電源４を制御して高周波信号Ｓの生成を停止させる。これにより、絶縁管３０ａ内におけるプラズマＰの発生が停止する。この後、制御部７は、ガス供給部３を制御して放電用ガスＧの供給を停止させ、このプラズマ処理を終了する。

この場合、処理対象体Ｚに対して、一層小径のプラズマＰを照射する場合には、上記の絶縁管３０ａに代えて、絶縁管３０ｂを筐体１１に取り付ける。具体的には、まず、先端部側部材２４を基端部側部材２３から取り外した後に、絶縁管３０ａを基端部側部材２３から取り外す。次いで、絶縁管３０ｂの鍔部３２を基端部側部材２３の嵌入用凹部２３ａに嵌入させるようにして基端部側部材２３に絶縁管３０ｂをセットする。次いで、基端部側部材２３および先端部側部材２４の間に鍔部３２を挟み込むようにして基端部側部材２３に先端部側部材２４を固定する。これにより、絶縁管３０ｂが筐体１１の内面に取り付けられる。この場合、前述したように、絶縁管３０ｂの噴出口３１ａは、その口径Ｌｂが絶縁管３０ａにおける噴出口３１ａの口径Ｌａよりも小径となるように規定されて形成されている。したがって、この絶縁管３０ｂを取り付けた状態において筐体１１内にプラズマＰを発生させることにより、噴出口３１ａの口径Ｌｂとほぼ同径で、絶縁管３０ａを取り付けた状態において噴出されるプラズマＰよりも小径のプラズマＰが噴出口３１ａから噴出されて処理対象体Ｚに照射されることとなる。この結果、処理対象体Ｚの表面における一層狭い領域に対してプラズマＰが点的に照射される（吹き付けられる）。

一方、絶縁管３０ａを取り付けた状態において照射されるプラズマＰよりも大径のプラズマＰを処理対象体Ｚに照射する場合には、上記の絶縁管３０ａに代えて、絶縁管３０ｃを筐体１１に取り付ける。なお、絶縁管３０ｃの取り付け手順については、上記の絶縁管３０ｂのときと同様であるため、説明を省略する。この場合、前述したように、絶縁管３０ｃの噴出口３１ａは、その口径Ｌｃが絶縁管３０ａにおける噴出口３１ａの口径Ｌａよりも大径となるように規定されて形成されている。したがって、この絶縁管３０ｃを取り付けた状態において筐体１１内にプラズマＰを発生させることにより、噴出口３１ａの口径Ｌｃとほぼ同径で、絶縁管３０ａを取り付けた状態において噴出されるプラズマＰよりも大径のプラズマＰが噴出口３１ａから噴出されて処理対象体Ｚに照射されることとなる。この結果、処理対象体Ｚの表面におけるやや広い領域に対してプラズマＰが照射される（吹き付けられる）。

このように、このプラズマ処理装置１によれば、その一端部（噴出口３１ａ）からプラズマＰを噴出する絶縁管３０（管状の絶縁体）を筐体１１に対して取り外し可能に取り付けたことにより、噴出口３１ａの口径Ｌ（一端部の内径）が相違する複数種類の絶縁管３０（この例では、絶縁管３０ａ〜３０ｃ）を予め製作しておくことで、処理対象体Ｚの種類（大きさ）や処理対象体Ｚに対して施すプラズマ処理の種類に応じて任意の口径Ｌの噴出口３１ａが形成された絶縁管３０を筐体１１に取り付けて任意の径のプラズマＰを噴出させて処理対象体Ｚに照射することができる。したがって、このプラズマ処理装置１によれば、従来の表面処理装置とは異なり、１つの筐体１１を使用して複数種類の径のプラズマＰを照射することができるため、各種の処理対象体Ｚについて、そのプラズマ処理に要するコストを十分に低減することができる。また、このプラズマ処理装置１によれば、筐体１１に対して絶縁管３０を取り外し可能に取り付ける構成を採用したことにより、従来の表面処理装置とは異なり、製造時において筐体（対電極）の内面を被覆する煩雑な処理を不要とできる結果、プラズマ処理装置１の製造コストを十分に低減することができる。

また、このプラズマ処理装置１によれば、径方向で外向きに突出する鍔部３２（突出部）を絶縁管３０における本体部３１の外周面に設けると共に、筐体１１を構成する閉塞板２２および基端部側部材２３（本体部）と、先端部側部材２４（取付け部）との間に鍔部３２を挟み込むようにして基端部側部材２３に先端部側部材２４を固定することで絶縁管３０を筐体１１に取り付ける構成を採用したことにより、比較的簡易な構成であるにも拘わらず、筐体１１に対して絶縁管３０を確実に取り付けることができるだけでなく、既に取り付けられている絶縁管３０を筐体１１から容易に取り外して他の絶縁管３０を容易に取り付けることができる。

さらに、このプラズマ処理装置１によれば、放射器１４を棒状または管状（この例では、棒状）に形成すると共にその一端部を筐体１１（この例では、閉塞板２２）に接地させたことにより、放射器１４が発熱した際に、その熱が筐体１１（閉塞板２２）に伝熱するため、放射器１４が過剰に高温となる事態が回避される結果、放射器１４の温度上昇に起因して共振が妨げられる事態を回避することができる。これにより、プラズマＰを安定的に発生させることができる。

なお、その内径がいずれの部位においても等しい絶縁管３０ａ〜３０ｃを筐体１１に取り付けて使用する例について説明したが、本発明における「管状の絶縁体」の構成はこれに限定されない。例えば、図５に示す絶縁管３０ｄ（本発明における「管状の絶縁体」の他の一例）や、図６に示す絶縁管３０ｅ（本発明における「管状の絶縁体」のさらに他の一例）のように、放射器１４からの高周波信号の放出に伴ってプラズマＰが発生する部位（矢印Ａの部位）の内径Ｌｄ２，Ｌｅ２（一例として、１０ｍｍ）よりも、噴出口３１ａの口径Ｌｄ１，Ｌｅ１（本発明における一端部の内径：一例として、１ｍｍ）の方が小径となるように、先細り構造に形成することができる。なお、この絶縁管３０ｄ，３０ｅや、後に説明する絶縁管３０ｆ（図７，８参照）において上記の絶縁管３０ａ〜３０ｃと同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

この絶縁管３０ｄ，３０ｅ、および絶縁管３０ｄ，３０ｅを備えたプラズマ処理装置１によれば、プラズマＰが発生する部位の内径Ｌｄ２，Ｌｅ２よりも噴出口３１ａの口径Ｌｄ１，Ｌｅ１（一端部の内径）の方が小径となるように本発明における絶縁体を構成したことにより、放射器１４の周囲に十分なスペースを確保して十分な量のプラズマ放電用ガスＧを放射器１４の周囲に位置させることができるだけでなく、噴出口３１ａの口径Ｌｄ１，Ｌｅ１を内径Ｌｄ２，Ｌｅ２よりも十分に小径に規定して噴出口３１ａを形成することで、処理対象体Ｚ上の極く狭い領域に対してプラズマＰを点的に照射することができる。この場合、絶縁管３０ｄのように、その内径Ｌｄ２が噴出口３１ａに向けて徐々に小径となるようにして噴出口３１ａを口径Ｌｄ１とする構成を採用することにより、絶縁管３０ｄ内で発生したプラズマＰを噴出口３１ａに向けてスムーズに移動させることができる。また、絶縁管３０ｅのように、放射器１４が挿通させられる部位だけを内径Ｌｅ２とし、噴出口３１ａ側の内径を噴出口３１ａの口径Ｌｅ１と等しくすることにより、比較的容易に絶縁管３０ｅを形成することができるため、その製作コストを十分に低減することができる。

また、上記のプラズマ処理装置１では、鍔部３２を基端部側部材２３と先端部側部材２４との間に挟み込むようにして基端部側部材２３に先端部側部材２４を固定することで筐体１１に各絶縁管３０を取り付ける構成を採用しているが、例えば、図７に示すプラズマ処理装置１Ａのように、絶縁管３０ｆにおける本体部３１の外周面に溝３３（図８参照）を形成すると共に、閉塞板２２と相俟って筐体１１を構成する筒体２１に固定用ねじ２５をねじ込み可能なねじ孔２１ａを形成し、筒体２１内に挿入した絶縁管３０ｆの溝３３内に、ねじ孔２１ａにねじ込んだ固定用ねじ２５の先端部を嵌め込む（先端部を挿入する）ことによって絶縁管３０ｆを筐体１１（筒体２１）に取り付ける構成を採用することができる。なお、このプラズマ処理装置１Ａにおいて前述したプラズマ処理装置１と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

このプラズマ処理装置１Ａによれば、絶縁管３０ｆ（絶縁体）における本体部３１の外周面に溝３３（凹部）を形成すると共に、筐体１１の所定位置に設けた取付け用部材（この例では、筒体２１のねじ孔２１ａにねじ込んだ固定用ねじ２５）を絶縁管３０ｆの溝３３に嵌め込むことによって絶縁管３０ｆを筐体１１に取り付ける構成を採用したことにより、比較的簡易な構成であるにも拘わらず、筐体１１に対して絶縁管３０ｆを確実に取り付けることができるだけでなく、既に取り付けられている絶縁管３０ｆを筐体１１から容易に取り外して他の絶縁管３０ｆを容易に取り付けることができる。この場合、上記のプラズマ処理装置１Ａにおける固定用ねじ２５に代えて、例えば、筒体２１の内面において絶縁管３０ｆの溝３３と対向する位置に溝を形成し、この溝内に、十分な太さのＯリングを配置し、Ｏリングを絶縁管３０ｆの溝３３に嵌め込むことによって絶縁管３０ｆを筐体１１に取り付ける構成を採用することもできる。このような構成を採用した場合においても、固定用ねじ２５によって絶縁管３０ｆを筐体１１に取り付ける構成のプラズマ処理装置１Ａと同様の効果を奏することができる。

また、本発明における放射器を固定する（接地する）位置は、閉塞板２２の内面に限定されない。具体的には、一例として、放射器をＬ字状に形成すると共に、その一端部を筒体２１の内面に固定して接地させ、その他端部を絶縁管の近傍に位置させる構成を採用することもできる。

プラズマ処理装置１の構成図である。 分解状態の筐体１１および絶縁管３０ａの断面図である。 絶縁管３０ｂの断面図である。 絶縁管３０ｃの断面図である。 絶縁管３０ｄの断面図である。 絶縁管３０ｅの断面図である。 プラズマ処理装置１Ａにおける筐体１１および絶縁管３０ｆの断面図である。 絶縁管３０ｆの外観斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ プラズマ処理装置
２ プラズマ処理室
３ ガス供給部
４ 高周波電源
７ 制御部
１１ 筐体
１２ 同軸コネクタ
１３ カップリングループ
１４ 放射器
２１ 筒体
２１ｈ，２２ｈ 貫通孔
２１ａ ねじ孔
２２ 閉塞板
２３ 基端部側部材
２３ａ 嵌入用凹部
２４ 先端部側部材
２５ 固定用ねじ
３０ａ〜３０ｆ 絶縁管
３１ 本体部
３１ａ 噴出口
３２ 鍔部
３３ 溝
Ｌｄ２，Ｌｅ２ 内径
Ｌａ〜Ｌｃ，Ｌｄ１，Ｌｅ１ 口径
Ｇ プラズマ放電用ガス
Ｐ プラズマ
Ｓ 高周波信号
Ｚ 処理対象体

Claims (3)

1. 高周波信号を入力して放射する放射器と、当該放射器が内部空間に配設されたトーチ型の筐体と、当該筐体内にプラズマ放電用ガスを供給するガス供給部と、前記放射器が挿通されると共に前記筐体の内面に取り外し可能に取り付けられた管状の絶縁体とを備え、前記プラズマ放電用ガスを供給した状態において前記放射器から前記高周波信号を放射して当該放射器の近傍に発生させたプラズマを前記絶縁体の一端部から噴出させて処理対象体に照射可能に構成されたプラズマ処理装置であって、
   前記絶縁体の外周面には、その径方向で外向きに突出する突出部が設けられ、
   前記筐体は、本体部および取付け部を備え、当該本体部および当該取付け部の間に前記突出部を挟み込むようにして当該本体部に当該取付け部を固定することで前記絶縁体を当該筐体に取り付け可能に構成されているプラズマ処理装置。
2. 前記絶縁体は、前記プラズマが発生する部位の内径よりも前記一端部の内径の方が小径となるように形成されている請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記放射器は、棒状または管状に形成されると共にその一端部が前記筐体に接地されている請求項１または２記載のプラズマ処理装置。

Images