JPH1116696A

JPH1116696A - 大気圧プラズマ生成方法および装置並びに表面処理方法

Info

Publication number: JPH1116696A
Application number: JP9169011A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Mori; 義明森; Takashi Koike; 孝小池; Hiroaki Akiyama; 博明秋山; Chobe Yamabe; 長兵衛山部
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ヘリウムガスなどの希ガスを用いずに、また
は希ガスの使用量と少なくして大気圧下において容易に
プラズマを生成することができるようにする。【解決手段】誘電体からなるセル１２には、ガス流路
１４が形成してある。セル１２の一端側には、第１ガス
供給ヘッド１６が設けてあって、予備放電用ガスを大気
圧したにあるガス流路１４に供給できるようにしてあ
る。予備放電用ガスは、低周波電極２６に印加された低
周波電圧によって電離または活性化され、低周波電極２
６と高周波電極２８との間に設けた第２ガス供給ヘッド
３０から流入した主放電用ガスとともにプラズマ生成領
域３８に供給される。高周波電極２８は、プラズマ生成
領域３８のガスに高周波電界を作用し、グロー放電を発
生させてプラズマを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを発生さ
せるプラズマ生成方法に係り、特に被処理体の表面を処
理するプラズマを大気圧下において発生させる大気圧プ
ラズマ生成方法及び装置並びに表面処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、酸素ガスや四フッ化炭素ガスなど
を用いて真空中でプラズマを形成し、生成された活性種
を半導体ウエハ等の被処理体の表面に照射して有機物を
除去するアッシングやエッチングなどの表面処理を行っ
ていた。しかし、真空中でプラズマを形成する方法は、
真空容器や排気ポンプ等を要するため、装置が大型化・
複雑化し、しかも高価で処理コストが上昇するととも
に、生産性においても、真空排気を行う必要が有り処理
可能な数量が制限されるという課題を有する。

【０００３】このため、比較的安価で生産性を向上させ
る手段として、大気圧またはその近傍の圧力でプラズマ
を発生させて処理する方法が提案されている。そして、
特開平０７−２４５１９２号公報には、大気圧下におい
て酸素プラズマを発生させて活性種を生成し、これをモ
ールド樹脂封入前の集積回路（ＩＣ）に照射し、表面処
理を行い、ＩＣの表面に付着している有機物を除去して
濡れ性を向上させ、モールド樹脂との密着性を向上させ
る表面処理が開示されている。

【０００４】従来、大気圧下でプラズマを生成する場
合、プラズマ生成用ガス（放電用ガス）としては、放電
しやすいガス、例えば放電開始電圧の低いヘリウムガス
に酸素ガスや四フッ化炭素ガス等の処理用のガスを混入
したものを使用していた。例えば、プラズマによりレジ
ストなどの有機物を除去するアッシング処理を行う場
合、ヘリウムガスに数％の酸素ガスを添加したガスを放
電用ガスとして使用していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ヘリウムガ
スなどの希ガスは、空気中に含まれる量が極めて少なく
高価であって、表面処理のコスト低減の妨げとなってい
る。また、従来の放電用ガスは、酸素ガスや四フッ化炭
素ガス等の反応ガス（処理ガス）の含有率が数％と少な
く、処理速度を向上させることが困難であった。そし
て、コストの低減や処理速度の向上を図るために処理ガ
スの混入率を高めると、高周波電圧を印加してもプラズ
マが生成されるグロー放電が発生せず、高周波電圧を高
くするとアーク放電となる。また、周波数が数十ｋＨｚ
以下の低周波電圧による放電は可能であるが、コロナ放
電（ストリーマ放電）となり、均一な表面処理に適した
グロー放電を発生させることができない。

【０００６】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、ヘリウムガスなどの希ガスを用
いずに、または希ガスの使用量を少なくして大気圧下に
おいて容易にプラズマを生成することができるようにす
ることを目的としている。

【０００７】また、本発明は、表面処理の速度を向上で
きるようにすることを目的としている。

【０００８】さらに、本発明は、表面処理のコストを低
減できるようにすることなどを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る大気圧プラズマ生成方法は、低周波
電圧が印加されている予備放電電極間に放電用ガスを供
給し、少なくともその一部を電離または活性化して大気
圧またはその近傍の圧力下にある主放電電極間に供給
し、前記主放電電極間に高周波電圧を印加してプラズマ
を発生させる構成となっている。すなわち、予備放電電
極に低周波電圧を印加して予備放電電極間に導入した放
電用ガスを電離または活性化してプラズマを発生しやす
い状態にし、それを主放電電極間に導入して高周波電圧
を印加し、グロー放電を発生させてプラズマを生成す
る。これにより、放電用ガスに放電しやすい希ガスが含
まれていなくても容易にプラズマを生成することができ
る。

【００１０】放電用ガスとしては、酸素ガス、四フッ化
炭素ガスまたはこれらの１つと希ガスとの混入したもの
を使用できる。この場合、酸素ガスまたは四フッ化炭素
ガスと希ガスとの混合ガスを用いる場合、酸素ガスや四
フッ化炭素ガスの混入割合を従来より大幅に増やすこと
ができ、コストの低減と表面処理の高速化が図れる。ま
た、希ガスを用いずに酸素ガスのみ、四フッ化炭素ガス
のみによるグロー放電（プラズマの生成）も可能とな
り、より一層のコスト低減と処理速度の向上が図れる。

【００１１】また、本発明に係る大気圧プラズマ生成方
法は、低周波電圧が印加されている予備放電電極間に予
備放電用ガスを供給し、少なくともその一部を電離また
は活性化して主放電用ガスとともに大気圧またはその近
傍の圧力下にある主放電電極間に供給し、前記主放電電
極間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる構成
にしてある。このように予備放電用ガスと主放電用ガス
とを別々に供給できるようにすると、放電のしにくいガ
スを用いる場合であっても、容易にグロー放電を発生さ
せてプラズマを生成することができる。

【００１２】なお、予備放電用ガスの組成は、主放電用
ガスの組成と同じであってもよく、異なっていてもよ
い。予備放電用ガスの組成を主放電用ガスの組成と異な
らせる場合、予備放電用ガスに希ガスを用いてより容易
にプラズマを発生させるようにすることができる。そし
て、プラズマが発生したのちは、予備放電電極に低周波
電圧を印加したままであってもよいし、低周波電圧の印
加を停止してもよい。低周波電圧を印加したままであれ
ば、予備放電電極間で生成した活性種がプラズマの発生
により生成した活性種とともに被処理体に照射すること
ができ、さらに処理速度を向上できる。さらに、プラズ
マの発生後は、必要に応じて予備放電用ガスの供給を停
止でき、適正な表面処理条件を得ることができる。

【００１３】低周波電圧は、コロナ放電を生じさせるこ
とができる電圧、周波数であればよく、５０ｋＨｚ以下
の周波数であることが望ましい。そして、予備放電の低
周波電圧は、数ｋＶ〜十数ｋＶであってよい。また、高
周波電圧の周波数は、電子が電極に衝突してコロナ放電
とならないように、次式のカットオフ周波数ｆ_c 以上に
設定する。

【００１４】

【数１】

【００１５】ただし、上式においてμは電子の易動度、
Ｅは電界の強さ、ｄは電極間距離、πは円周率である。

【００１６】具体的は高周波電圧の周波数は、主放電電
極間の距離によっても異なるが４００ｋＨｚ〜１００Ｍ
Ｈｚ程度であり、４０ＭＨｚ以下であることが望まし
い。

【００１７】上記の大気圧プラズマ生成方法を実施する
ための大気圧プラズマ生成装置は、放電用ガスが通流す
る大気圧またはその近傍の圧力下にあるガス流路を挟ん
で配置した予備放電電極と、この予備放電電極に低周波
電圧を印加し、前記放電用ガスの少なくとも一部を電離
または活性化する低周波電源と、前記ガス流路の前記予
備放電電極より下流側においてガス流路を挟んで設けた
主放電電極と、この主放電電極に高周波電圧を印加し、
前記予備放電電極間を通過した放電用ガスによるプラズ
マを発生させる高周波電源とを有する構成となってい
る。

【００１８】また、大気圧プラズマ生成装置は、放電用
ガスが通流する大気圧またはその近傍の圧力下にあるガ
ス流路を挟んで配置した予備放電電極と、この予備放電
電極に低周波電圧を印加し、前記放電用ガスの少なくと
も一部を電離または活性化する低周波電源と、前記ガス
流路の前記予備放電電極より下流側においてガス流路を
挟んで設けた主放電電極と、この主放電電極に高周波電
圧を印加し、前記予備放電電極間を通過した放電用ガス
によるプラズマを発生させる高周波電源と、前記プラズ
マが発生したことを検知するプラズマ検出器と、このプ
ラズマ検出器の検出信号に基づいて、前記低周波電源を
切るコントローラとを有する構成にしてある。

【００１９】そして、前記予備放電電極と前記主放電電
極との間の前記ガス流路には、主放電用ガスを供給する
第２ガス流路が接続することができる。また、少なくと
も前記主放電電極の前面には、誘電体を配置することが
望ましい。主放電電極の前面に誘電体を配置することに
より、アーク放電の発生を抑制することができる。

【００２０】そして、本発明に係る表面処理方法は、低
周波電圧が印加されている予備放電電極間に酸素ガスま
たは酸素ガスと希ガスとの混合ガスからなる放電用ガス
を供給し、少なくともその一部を電離または活性化して
大気圧またはその近傍の圧力下にある主放電電極間に供
給し、主放電電極間に高周波電圧を印加してプラズマを
発生させ、プラズマによって生成された活性種を被処理
体に照射してその表面に存在する有機物を除去する構成
となっている。このような構成により、高価な希ガスを
使用せずに、または希ガスに対する酸素ガスの割合を高
めることができ、有機物を酸化除去するアッシング処理
コストを大幅に低減することができるとともに、処理速
度を向上することができる。

【００２１】また、本発明に係る表面処理方法は、低周
波電圧が印加されている予備放電電極間に希ガスまたは
希ガスと酸素ガスとの混合ガスからなる予備放電用ガス
を供給して少なくともその一部を電離または活性化し、
この電離または活性化した予備放電用ガスを電離または
活性化されていない酸素ガスまたは酸素ガスと希ガスと
の混合ガスからなる主放電用ガスとともに大気圧または
その近傍の圧力下にある主放電電極間に供給し、主放電
電極間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、プ
ラズマによって生成した活性種を被処理体に照射してそ
の表面に存在する有機物を除去する構成となっている。
この場合にも上記と同様な効果を得ることができる。

【００２２】さらに、本発明に係る表面処理方法は、低
周波電圧が印加されている予備放電電極間に四フッ化ガ
スまたは四フッ化ガスと希ガスとの混合ガスからなる放
電用ガスを供給し、少なくともその一部を電離または活
性化して大気圧またはその近傍の圧力下にある主放電電
極間に供給し、主放電電極間に高周波電圧を印加してプ
ラズマを発生させ、プラズマによって生成された活性種
を被処理体に照射してその表面をエッチングする構成と
なっている。これにより、放電しにくい四フッ化ガスを
希ガスを用いることなく、または希ガスに対する四フッ
化ガスの混入割合を増加させてグロー放電化させ、プラ
ズマを生成できるため、エッチング処理のコストの低減
と処理速度の向上が図れる。

【００２３】また、本発明に係る表面処理方法は、低周
波電圧が印加されている予備放電電極間に希ガスまたは
希ガスと四フッ化ガスとの混合ガスからなる予備放電用
ガスを供給して少なくともその一部を電離または活性化
し、この電離または活性化した予備放電用ガスを電離ま
たは活性化されていない四フッ化ガスまたは四フッ化ガ
スと希ガスとの混合ガスからなる主放電用ガスとともに
大気圧またはその近傍の圧力下にある主放電電極間に供
給し、主放電電極間に高周波電圧を印加してプラズマを
発生させ、プラズマによって生成した活性種を被処理体
に照射してその表面をエッチングする構成にしてある。
この場合も前記と同様の効果を得ることができる。

【００２４】なお、上記いずれの表面処理においても、
プラズマの発生後に、予備放電電極への低周波電圧の印
加を停止させてもよい。さらに、予備放電用ガスと主放
電用ガスを用いる場合、プラズマの発生後に、処理条件
などによって予備放電用ガスの供給と、予備放電電極へ
の低周波電圧の印加とを停止することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明に係る大気圧プラズマ生成
方法および装置並びに表面処理方法の好ましい実施の形
態を、添付図面に従って詳細に説明する。

【００２６】図１は、大気圧プラズマ生成装置の第１実
施の形態を示したもので、（１）が斜視図、（２）が平
面図、（３）が（２）のＡ−Ａ線に沿った断面図であ
る。

【００２７】図１において、プラズマ生成装置１０は、
セル１２が石英ガラスなどの誘電体から形成してあっ
て、中心部に矩形状のガス流路１４が設けてある。ガス
流路１４は、この実施の形態の場合、放電ギャップ（高
さ）ｄが２．２ｍｍ、幅Ｂが３８ｍｍに形成してある。
そして、セル１２の一端側上部には、第１ガス供給ヘッ
ド１６が固定してある。

【００２８】第１ガス供給ヘッド１６の内部とガス流路
１４とは、セル１２に設けたガス流入口１８を介して連
通していて、管路２０を介して第１ガス供給ヘッド１６
に導かれた予備放電用ガスをガス流路１４の一端側に供
給できるようにしてある。そして、ガス流路１４に供給
された予備放電用ガスは、同図（３）の矢印２２に示し
たように、反対側の吹出し口２４に向けて流れるように
なっている。

【００２９】セル１２の上面中央部には、予備放電電極
である低周波用電極２６がガス流路１４と直交させて設
けてある。そして、低周波電極２６は、図２に示したよ
うに、ローパスフィルタ４０を介して低周波電源４２に
接続してある。さらに、セル１２の上面には、主放電電
極である高周波電極２８が配設してある。この高周波電
極２８は、プラズマを発生させるためのもので、低周波
電極２６よりガス流の下流側に低周波電極２６と平行に
配置してあって、インピーダンス整合器４４を介して高
周波電源４６に接続してある。

【００３０】高周波電極２８と低周波電極２６との間に
は、第２ガス流路となる第２ガス供給ヘッド３０が設け
てある。この第２ガス供給ヘッド３０は、管路３２を介
して流入するヘリウムガスと酸素ガスとの混合ガスから
なる主放電用ガスをガス流路１４に供給するためのもの
で、ガス流入口３４を介してガス流路１４と連通してい
る。また、セル１２の下面には、少なくとも高周波電極
２８から低周波電極２６にわたるように接地電極３６が
設けてある。そして、ガス流路１４の高周波電極２８と
対応した部分がプラズマ生成領域３８となっている。

【００３１】このように構成した第１実施の形態に係る
プラズマ生成装置１０による大気圧プラズマの生成は、
次のごとくして行う。

【００３２】セル１２は、大気圧下に配置してある。ま
ず、管路３２、第２ガス供給ヘッド３０を介して、ヘリ
ウムガスと酸素ガスとの混合ガスからなる主放電用ガス
をガス流路１４に供給するとともに、管路２０、第１ガ
ス供給ヘッド１６を介して、放電用ガスと同じ組成の予
備放電用ガス（トリガガス）をガス流路１４に供給す
る。そして、低周波電極２６と接地電極３６との間に低
周波電圧（実施例の場合、９．７６ｋＨｚ、１０ｋＶ
（ピークピーク値））を印加するとともに、高周波電極
２０と接地電極３６との間に高周波電圧（実施例の場
合、周波数４０．６８ＭＨｚ）を印加する。

【００３３】これにより、低周波電極２６に対応した部
分のガス流路１４内にコロナ放電が発生し、予備放電用
ガスの一部が電離して電子が生成されるとともに、予備
放電用ガスが活性化される。これらの電子と活性種は、
予備放電用ガスと主放電用ガスとの流れに乗って、プラ
ズマを立上げるトリガとしてプラズマ生成領域３８に供
給される。そして、電子は、プラズマ生成領域３８にお
いて高周波電界によりエネルギーを受けて活性種又は放
電用ガス分子に衝突し、これらを電離して電子を増大さ
せてグロー放電を発生させ、プラズマを生成する。この
ため、プラズマを生成するための高周波電圧を下げるこ
とが可能で、容易にプラズマを生成することができる。

【００３４】プラズマの発生によって生成された活性種
は、吹出し口２４から本図に図示しない被処理体に照射
し、被処理体の表面に存在するレジストなどの有機物を
酸化、除去するアッシング処理に供される。そして、プ
ラズマの立上げ後にも低周波電圧の印加を継続すると、
グロー放電の維持電圧を下げることができるとともに、
低周波電圧によって生じた活性種をプラズマにより生じ
た活性種に重畳して被処理体に照射できるため、より被
処理体の表面処理速度を高めることができる。図３は、
プラズマ生成装置１０において、酸素ガス（Ｏ₂ ）の流
量を１００ｃｃ／ｍｉｎに固定し、ヘリウムガス（Ｈ
ｅ）の流量を変えたときのグロー放電を開始時とグロー
放電ＯＦＦ（消滅）時との高周波入力電力を示したもの
である。ガス流路１４の放電ギャップｄ＝２．２ｍｍ、
幅Ｂ＝３８ｍｍである。また、低周波電極２６に印加し
た低周波電圧は周波数が９．７６ｋＨｚ、電圧がピーク
ピーク値で１０ｋＶ、高周波電極２８に印加した高周波
電圧は周波数が４０．６８ＭＨｚであって、出力１ｋＷ
の高周波電源を使用している。そして、図４において
は、○が高周波（ＲＦ）電圧のみを印加した場合の放電
開始時の入力電力値であり、●が高周波電圧のみを印加
した場合の放電がＯＦＦしたときの入力電力値である。
また、図中の×はグロー放電が発生しなかったこと示し
ている。さらに、△は低周波電極２６に低周波（ＬＦ）
電圧を印加し、高周波電極２８に高周波（ＲＦ）電圧を
印加したときの、グロー放電開始時の高周波電極２８に
供給した電力であり、▲は同じくグロー放電がＯＦＦす
るときの高周波電極２８に供給された電力である。

【００３５】図３に示されているように、酸素ガスを１
００ｃｃ／ｍｉｎ流し、高周波電圧のみを印加した場
合、流量比で酸素ガスが２５％、ヘリウムガスが７５％
（３００ｃｃ／ｍｉｎ）ではグロー放電が発生せず、プ
ラズマの生成が行われなかった。しかし、酸素ガス１０
０ｃｃ／ｍｉｎに対してヘリウムガスを４００ｃｃ／ｍ
ｉｎを流した場合、印加電圧が約２．３ｋＶでグロー放
電が開始した。そして、酸素ガスに対するヘリウムガス
の流量が多くなるのにしたがって、グロー放電の発生す
る電圧が低下するとともに、入力電力が低下する。ま
た、グロー放電がＯＦＦする電力もヘリウムガスの流量
が増加するのにともなって低下する。

【００３６】一方、低周波電圧と高周波電圧とを併用し
た場合、図３に示されているように、ヘリウムガスの流
量が３００ｃｃ／ｍｉｎ、すなわち流量比で酸素ガスが
２５％、ヘリウムガスが７５％であってもグロー放電が
発生し、プラズマを生成することができる。したがっ
て、ヘリウムガスの使用量を削減できてアッシングの処
理コストを低減できる。しかも、酸素ガスの混入量を増
大することができるため、アッシング処理の速度を高め
ることができる。さらに、低周波電極２６に低周波電圧
を印加した状態で表面処理を行えば、低周波電圧によっ
て生成された活性種がプラズマによる活性種と重畳され
るため、処理速度をさらに向上することができる。

【００３７】なお、前記実施例においては、酸素ガスと
ヘリウムガスとの混合ガスを主放電用ガスおよび予備放
電用ガスとして使用した場合について説明したが、酸素
ガス単独であってもよい。このように酸素ガス単独によ
るプラズマを生成することにより、アッシング処理のコ
ストをより低減できるとともに、処理速度をさらに高め
ることができる。すなわち、従来、ヘリウムガスに２％
程度の酸素ガスを混合してプラスマを発生させてアッシ
ング処理した場合、処理速度が数μｍ／ｍｉｎ程度であ
ったものが、酸素ガス１００％のプラズマによる場合、
アッシング速度を１００μｍ／ｍｉｎ程度にすることが
できる。

【００３８】また、第２ガス供給ヘッド３０に主放電用
ガスとして酸素ガスまたは酸素ガスとヘリウムガスとの
混合ガスを供給し、第１ガス供給ヘッド１６に予備放電
用ガスとしてヘリウムガスを供給してもよい。さらに、
プラズマが立上がったのちは、適正な処理条件に適合す
るように、低周波電極２６への低周波電圧の印加を停止
してもよいし、低周波電圧の印加の停止とともに予備放
電ガスの供給を停止してもよい。

【００３９】すなわち、図２の破線に示したように、プ
ラズマ検出器として光センサ４８を吹出し口２４の部分
などに配置し、光センサ４８によってグロー放電による
光を検出してコントローラ５０に入力し、グロー放電が
生じたときに、コントローラ５０によって低周波電源４
２をオフするようにする。なお、プラズマの発生の検知
は、インピーダンス整合器４４のマッチング状態や、高
周波電源４６の電流などを検出してもよい。

【００４０】そして、前記実施例においては、表面処理
用のガス（反応ガス）として酸素ガスを使用した場合に
ついて説明したが、例えば半導体ウエハのエッチングを
行う場合などは、反応ガスとして四フッ化炭素ガスを用
いてもよい。この場合、フッ素による腐食を防止するた
め、セル１２を形成する誘電体は、セラミックを用いる
ことが望ましい。また、四フッ化炭素ガスをバブリング
装置内の水中を通し、水分を含ませた状態にしてもよ
い。また、前記実施の形態においては、希ガスがヘリウ
ムガスである場合について説明したが、ネオンガスやア
ルゴンガスなどでもよい。

【００４１】図４は、反応ガスとして四フッ化炭素ガス
を用いた上記のプラズマ生成装置１０による大気圧プラ
ズマの生成実験の結果を示したものである。

【００４２】この場合においても、ガス流路１４の放電
ギャップｄ＝２．２ｍｍ、幅Ｂ＝３８ｍｍであり、また
低周波電極２６に印加した低周波電圧は周波数が９．７
６ｋＨｚ、電圧がピークピーク値で１０ｋＶ、高周波電
極２８に印加した高周波電圧は周波数が４０．６８ＭＨ
ｚであって、出力１ｋＷの高周波電源を使用した。そし
て、四フッ化炭素ガスの流量を５０ｃｃ／ｍｉｎに固定
し、ヘリウムガスの流量を変えたときのグロー放電開始
時とグロー放電ＯＦＦ時の高周波入力電力が示してあ
る。

【００４３】また、図中、○が高周波（ＲＦ）電圧のみ
を印加した場合の放電開始時の入力電力値であり、●が
高周波電圧のみを印加した場合の放電がＯＦＦしたとき
の入力電力値である。また、図中の×はグロー放電が発
生しなかったこと示している。また、△は低周波電極２
６に低周波（ＬＦ）電圧を印加し、高周波電極２８に高
周波（ＲＦ）電圧を印加したときの、グロー放電開始時
の高周波電極２８に供給した電力であり、▲は同じくグ
ロー放電がＯＦＦするときの高周波電極２８に供給され
た電力である。

【００４４】図４に示されているように、四フッ化炭素
ガスを５０ｃｃ／ｍｉｎ流した場合、ヘリウムガスの流
量を４００ｃｃ／ｍｉｎにすると放電しない。そして、
ヘリウムガスの流量が５００ｃｃ／ｍｉｎでは、高周波
電圧の印加のみでもグロー放電を発生させることがで
き、ヘリウムガスの流量の増加に伴って入力電力が低下
する。そして、低周波電圧と高周波電圧とを併用した場
合、ヘリウムガスの流量が５００ｃｃ／ｍｉｎであって
も、高周波電圧単独の時よりもより低い入力電力でもグ
ロー放電をさせることができる。すなわち、放電しにく
い四フッ化炭素ガスのプラズマを容易に発生させること
ができる。

【００４５】図５は、第２実施の形態に係る大気圧プラ
ズマ生成装置の断面図であって、図１に示したプラズマ
生成装置１０の変形例を示したものである。すなわち、
このプラズマ生成装置５２は、図１に示した第２ガス供
給ヘッド３０を省略したもので、他の構成は図１に示し
たものと同様となっている。

【００４６】この実施例に係るプラズマ生成装置５２
は、ガス供給ヘッド１６を介してヘリウムガスと酸素ガ
ス、又はヘリウムガスと四フッ化炭素ガスとの混合ガス
からなる放電用ガスをガス流路１４に導入する。そし
て、放電用ガスを低周波電極２６に印加した低周波電圧
によって電離又は活性化して電子や活性種を生成し、こ
れらを高周波電極２８に対応したプラズマ生成領域３８
にトリガとして供給し、プラズマを発生させるものであ
る。このように構成することにより、プラズマ生成装置
の簡素化を図ることができる。ヘリウムガスにエアを混
入したガスを用いた場合も、同様にプラズマを発生させ
ることができる。

【００４７】なお、ガス供給ヘッド１６から酸素ガスま
たは四フッ化炭素ガスを供給し、低周波電極２６に低周
波電圧を印加するとともに、高周波電極２８に高周波電
圧を印加して酸素ガスまたは四フッ化炭素ガス単独によ
るプラズマを発生させてもよい。

【００４８】図６は、第３実施の形態に係る大気圧プラ
ズマ生成装置の断面図である。この実施例のプラズマ生
成装置５４は、セル１２がＴ字状に形成してあって、セ
ル１２の水平部５６に第１ガス供給ヘッド１６と連通し
ているガス流路１４が設けてある。そして、セル１２の
鉛直部５８には、ガス流路１４に接続させた第２流路６
０が形成してある。また、鉛直部５８の上端部には、第
２ガス供給ヘッド３０が取り付けてあって、第２ガス供
給ヘッド３０に流入したトリガガスをガス流路１４に導
けるようにしてある。さらに、鉛直部５８には、第２ガ
ス供給ヘッド３０の下方の一側に低周波電極２６が配設
してあるとともに、反対側の低周波電極２６と対応した
位置に接地電極６２が取り付けてある。

【００４９】このように構成したプラズマ生成装置５４
によるプラズマの生成方法は、前記した第１実施例に係
るプラズマ生成装置１０とほぼ同様である。すなわち、
第２ガス供給ヘッド３０から予備放電用ガスを導入する
とともに、低周波電極２６に低周波電圧を印加して電子
と活性種とを生成してプラズマ生成領域３８に供給す
る。また、主放電用ガスは第１ガス供給ヘッド１６を介
して第１ガス流路１４に供給する。そして、高周波電極
２８に高周波電圧を印加してグロー放電を発生させてプ
ラズマを生成する。なお、破線に示したように、低周波
電極５８とともに、水平部７４にも低周波電極６４を設
けて第１ガス供給ヘッド１６から供給された主放電用ガ
スを電離または活性化させてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、予備放電電極において予備放電用ガスを電離または
活性化して主放電電極間に供給するようにしているた
め、プラズマを発生させるための主放電電極に印加する
高周波電圧を下げることが可能となり、放電しにくいガ
スであっても大気圧下で容易にグロー放電を発生させて
プラズマを生成することができる。このため、大気圧プ
ラズマを生成する際の希ガスの使用量を削減、または希
ガスを用いず大気圧プラズマの生成が可能となり、表面
処理コストの低減が図れるとともに、表面処理速度を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態に係る大気圧プラズマ
生成装置の説明図であって、（１）は斜視図、（２）は
平面図、（３）は（２）のＡ−Ａ線に沿った断面図であ
る。

【図２】実施の形態に係る回路の説明図である。

【図３】第１実施の形態に係るプラズマ生成装置による
一定の酸素ガス流量に対するヘリウムガス流量と、グロ
ー放電を開始時およびグロー放電ＯＦＦ時における高周
波入力電力との関係を示し図である。

【図４】第１実施の形態に係るプラズマ生成装置による
一定の四フッ化炭素ガス流量に対するヘリウムガス流量
と、グロー放電を開始時およびグロー放電ＯＦＦ時にお
ける高周波入力電力との関係を示し図である。

【図５】第２実施の形態に係る大気圧プラズマ生成装置
の断面図である。

【図６】第３実施の形態に係る大気圧プラズマ生成装置
の断面図である。

【符号の説明】

１０プラズマ生成装置１２誘電体（セル）１４ガス流路１６第１ガス供給ヘッド２６、６４予備放電電極（低周波電極）２８主放電電極（高周波電極）３０第２ガス供給ヘッド３６接地電極３８プラズマ生成領域４２低周波電源４６高周波電源４８プラズマ検出器（光センサ）５０コントローラ５２、５４プラズマ生成装置６０第２ガス流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山部長兵衛佐賀県小城郡三日月町大字長神田136−29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低周波電圧が印加されている予備放電電
極間に放電用ガスを供給し、少なくともその一部を電離
または活性化して大気圧またはその近傍の圧力下にある
主放電電極間に供給し、前記主放電電極間に高周波電圧
を印加してプラズマを発生させることを特徴とする大気
圧プラズマ生成方法。
【請求項２】前記放電用ガスは、酸素ガス、四フッ化
炭素ガスまたはこれらの１つと希ガスとの混合ガスであ
ることを特徴とする請求項１に記載の大気圧プラズマ生
成方法。
【請求項３】低周波電圧が印加されている予備放電電
極間に予備放電用ガスを供給し、少なくともその一部を
電離または活性化して主放電用ガスとともに大気圧また
はその近傍の圧力下にある主放電電極間に供給し、前記
主放電電極間に高周波電圧を印加してプラズマを発生さ
せることを特徴とする大気圧プラズマ生成方法。
【請求項４】前記予備放電用ガスは、前記主放電用ガ
スと組成が同じであることを特徴とする請求項３に記載
の大気圧プラズマ発生方法。
【請求項５】前記予備放電用ガスと前記主放電用ガス
とは、酸素ガス、四フッ化炭素ガスまたはこれらの１つ
と希ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項４
に記載の大気圧プラズマ生成方法。
【請求項６】前記予備放電用ガスは、前記主放電用ガ
スと組成が異なっていることを特徴とする請求項３に記
載の大気圧プラズマ生成方法。
【請求項７】前記主放電用ガスは酸素ガス、四フッ化
炭素ガスまたはこれらの１つと希ガスとの混合ガスであ
り、前記予備放電用ガスは希ガスであることを特徴とす
る請求項６に記載の大気圧プラズマ生成方法。
【請求項８】前記プラズマの発生後、前記予備放電電
極への低周波電圧の印加を停止することを特徴とする請
求項１ないし７のいずれかに記載の大気圧プラズマ生成
方法。
【請求項９】前記プラズマの発生後に、前記予備放電
用ガスの供給を停止することを特徴とする請求項３ない
し８のいずれかに記載の大気圧プラズマ生成方法。
【請求項１０】前記低周波電圧は周波数が５０ｋＨｚ
以下であり、前記高周波電圧の周波数は４００ｋＨｚ〜
１００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１ないし１
２のいずれかに記載の大気圧プラズマ生成方法。
【請求項１１】放電用ガスが通流する大気圧またはそ
の近傍の圧力下にあるガス流路を挟んで配置した予備放
電電極と、この予備放電電極に低周波電圧を印加し、前
記放電用ガスの少なくとも一部を電離または活性化する
低周波電源と、前記ガス流路の前記予備放電電極より下
流側においてガス流路を挟んで設けた主放電電極と、こ
の主放電電極に高周波電圧を印加し、前記予備放電電極
間を通過した放電用ガスによるプラズマを発生させる高
周波電源とを有することを特徴とする大気圧プラズマ生
成装置。
【請求項１２】放電用ガスが通流する大気圧またはそ
の近傍の圧力下にあるガス流路を挟んで配置した予備放
電電極と、この予備放電電極に低周波電圧を印加し、前
記放電用ガスの少なくとも一部を電離または活性化する
低周波電源と、前記ガス流路の前記予備放電電極より下
流側においてガス流路を挟んで設けた主放電電極と、こ
の主放電電極に高周波電圧を印加し、前記予備放電電極
間を通過した放電用ガスによるプラズマを発生させる高
周波電源と、前記プラズマが発生したことを検知するプ
ラズマ検出器と、このプラズマ検出器の検出信号に基づ
いて、前記低周波電源を切るコントローラとを有するこ
とを特徴とする大気圧プラズマ生成装置。
【請求項１３】前記予備放電電極と前記主放電電極と
の間の前記ガス流路には、主放電用ガスを供給する第２
ガス流路が接続してあることを特徴とする請求項１１ま
たは１２に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項１４】少なくとも前記主放電電極の前面に
は、誘電体が配置してあることを特徴とする請求項１１
ないし１３のいずれかに記載の大気圧プラズマ生成装
置。
【請求項１５】低周波電圧が印加されている予備放電
電極間に酸素ガスまたは酸素ガスと希ガスとの混合ガス
からなる放電用ガスを供給し、少なくともその一部を電
離または活性化して大気圧またはその近傍の圧力下にあ
る主放電電極間に供給し、主放電電極間に高周波電圧を
印加してプラズマを発生させ、プラズマによって生成さ
れた活性種を被処理体に照射してその表面に存在する有
機物を除去することを特徴とする表面処理方法。
【請求項１６】低周波電圧が印加されている予備放電
電極間に希ガスまたは希ガスと酸素ガスとの混合ガスか
らなる予備放電用ガスを供給して少なくともその一部を
電離または活性化し、この電離または活性化した予備放
電用ガスを電離または活性化されていない酸素ガスまた
は酸素ガスと希ガスとの混合ガスからなる主放電用ガス
とともに大気圧またはその近傍の圧力下にある主放電電
極間に供給し、主放電電極間に高周波電圧を印加してプ
ラズマを発生させ、プラズマによって生成した活性主を
被処理体に照射してその表面に存在する有機物を除去す
ることを特徴とする表面処理方法。
【請求項１７】低周波電圧が印加されている予備放電
電極間に四フッ化炭素ガスまたは四フッ化炭素ガスと希
ガスとの混合ガスからなる放電用ガスを供給し、少なく
ともその一部を電離または活性化して大気圧またはその
近傍の圧力下にある主放電電極間に供給し、主放電電極
間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、プラズ
マによって生成された活性種を被処理体に照射してその
表面をエッチングすることを特徴とする表面処理方法。
【請求項１８】低周波電圧が印加されている予備放電
電極間に希ガスまたは希ガスと四フッ化炭素ガスとの混
合ガスからなる予備放電用ガスを供給して少なくともそ
の一部を電離または活性化し、この電離または活性化し
た予備放電用ガスを電離または活性化されていない四フ
ッ化炭素ガスまたは四フッ化炭素ガスと希ガスとの混合
ガスからなる主放電用ガスとともに大気圧またはその近
傍の圧力下にある主放電電極間に供給し、主放電電極間
に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、プラズマ
によって生成した活性種を被処理体に照射してその表面
をエッチングすることを特徴とする表面処理方法。
【請求項１９】前記プラズマの発生後に、前記予備放
電電極への前記低周波電圧の印加を停止することを特徴
とする請求項１５ないし１８のいずれかに記載の表面処
理方法。
【請求項２０】前記プラズマの発生後に、前記予備放
電用ガスの供給を停止することを特徴とする請求項１
６、１８または１９に記載の表面処理方法。