JPWO2013035377A1 - プラズマ発生装置、ｃｖｄ装置およびプラズマ処理粒子生成装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、原料ガスを電極セルが配置された筺体内に供給したとしても、筺体内に配設されている電気給電部や電極面が腐食や、電極セルの放電部以外の筺体内部での金属の堆積といった問題が発生することない、プラズマ発生装置を提供する。そして、本発明に係るプラズマ発生装置（１００）は、電極セルと、当該電極セルを囲繞する筐体（１６）とを備えている。電極セルは、第一の電極（３）と、放電空間（６）を介して第一の電極（３）と対面している第二の電極（１）と、各電極（１，３）の主面に配置される誘電体（２ａ，２ｂ）とを有している。さらに、プラズマ発生装置（１００）は、電極セルが配設されていない筺体（１６）内部の空間と接続すること無く、筺体（１６）外から放電空間（６）へと直接、原料ガスを供給する管路（７５）を、備えている。

Description

この発明は、原料ガスから高エネルギーを有するプラズマ励起ガス（活性ガス、ラジカルガス）を、高濃度で多量に生成することができるプラズマ発生装置、および生成したプラズマ励起ガスの減衰量を抑制し、有効にＣＶＤ装置に供給できるようにした当該プラズマ発生装置を用いたＣＶＤ装置、および当該プラズマ発生装置を用いたプラズマ処理粒子生成装置に関するものである。

半導体装置の製造において、高機能膜（半導体チップ内で回路配線相当になる低インピーダンスの高導電膜、半導体チップ内で回路の配線コイル機能や磁石機能を有する高磁性膜、半導体チップ内で回路のコンデンサ機能を有する高誘電体膜、および半導体チップ内で電気的な漏洩電流の少ない高絶縁機能を有する酸化や窒化による高絶縁膜など）の成膜方法には、熱ＣＶＤ（化学気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、光ＣＶＤ装置またはプラズマＣＶＤ装置が用いられている。特に、プラズマＣＶＤ装置が多々使用されている。例えば、熱・光ＣＶＤ装置よりも、プラズマＣＶＤ装置の方が、成膜温度を低くでき、かつ、成膜速度が大きく短時間の成膜処理ができるなどの利点がある。

たとえば、窒化膜（ＳｉＯＮ、ＨｆＳｉＯＮなど）や酸化膜（ＳｉＯ_２，ＨｆＯ_２）などのゲート絶縁膜を半導体基板に成膜する場合には、プラズマＣＶＤ装置を用いた以下の技術が一般的に採用されている。

つまり、ＮＨ_３（アンモニア）やＮ_２、Ｏ_２、Ｏ_３（オゾン）などのガスとシリコンやハフニウム物質の前駆体ガスとが、ＣＶＤ処理装置などの成膜処理チャンバーに直接供給される。これにより、熱や触媒等による化学反応が促進し、前駆体ガスが解離し、解離させた前駆体からの金属粒子を、添加したＮＨ_３（アンモニア）やＮ_２、Ｏ_２、Ｏ_３（オゾン）などのガスによって、酸化や窒化物にして、被処理体である半導体ウェハー上に堆積させ、当該堆積後熱処理を行うことで結晶成長させる。以上の工程により、高機能膜が成膜される。そのため、ＣＶＤ処理装置では、処理チャンバー内で直接的に、高周波プラズマやマイクロ波プラズマが発生させられ、ウェハー基板はラジカルガスや高エネルギーを有したプラズマイオンや電子に晒された状態で、当該ウェハー基板上には、窒化膜や酸化膜等の高機能膜が成膜されている。

なお、プラズマＣＶＤ装置の構成が開示されている先行文献として、たとえば特許文献１が存在する。

しかしながら、プラズマＣＶＤ装置内の成膜処理では、上記のように、ウェハー基板がプラズマに直接晒される。したがって、当該ウェハー基板は、プラズマ（イオンや電子）による半導体機能の性能を低下させる等のダメージを大きく受けるという問題が常に生じていた。

他方、熱・光ＣＶＤ装置を用いた成膜処理では、ウェハー基板はプラズマ（イオンや電子）によるダメージを受けず、高品質の窒化膜や酸化膜等の高機能膜が成膜される。しかしながら、当該成膜処理では、高濃度で、かつ多量の窒素ラジカルガス源や酸素ラジカル源を得ることが困難であり、結果として、成膜時間が非常に長く要するという問題がある。

最近の熱・光ＣＶＤ装置では、原料ガスとして、熱や光の照射によって解離しやすい、ＮＨ_３ガスやＯ_３ガスの高濃度のものを用い、ＣＶＤチャンバー内に加熱触媒体を設けている。これにより、当該熱・光ＣＶＤ装置では、触媒作用でチャンバー内のガスの解離が促進し、窒化膜や酸化膜等の高機能膜の成膜時間の短縮化も図れている。しかしながら、当該方法では、大幅な成膜時間の改善が困難である。

そこで、プラズマによるウェハー基板に対するダメージを軽減でき、成膜時間の短縮化が可能な装置として、リモートプラズマ型成膜処理装置が存在する（たとえば、特許文献２参照）。

当該特許文献２に係る技術では、プラズマ生成領域と被処理材処理領域とが、隔壁（プラズマ閉込電極）により分離されている。具体的に、特許文献２に係る技術では、高周波印加電極とウェハー基板が設置された対向電極との間に、当該プラズマ閉込電極を設けることで、中性活性種だけをウェハー基板上に供給させている。

また最近、半導体の機能成膜の用途以外に、放電によるプラズマ励起ガス（活性ガス、ラジカルガス）を利用する用途が出て来ている。その１先行例として、放電空隙に誘電体バリア放電(無声放電または沿面放電)を発生させ、誘電体バリア放電中に金属微粒子を入れることにより、金属微粒子自身を酸化金属に表面改質させ、その表面改質させた酸化金属物質が光触媒物質となる、放電による光触媒物質生成装置に関する従来技術（たとえば特許文献３）が存在する。

当該特許文献３に係る技術では、誘電体および放電空間を介して、高圧電極と低圧電極とを対向させて配置されている（このように、１対の電極と誘電体と放電空間とを有する構成を電極セルと称する）。

当該電極セルに交流電圧を印加し、放電空間に誘電体バリア放電(高電界の間欠放電プラズマ)を発生させている。そして、当該間欠放電プラズマが発生している放電空間に対して、酸素ガスやオゾンガスを含んだ酸素中に金属粉を混ぜた原料ガスが供給される。そうすると、当該放電空間において、活性化酸素ラジカル（Ｏ原子ラジカル）が生成され、当該活性化酸素ラジカル（Ｏ原子ラジカル）と金属粉との相互間において放電化学反応が起こる。当該放電化学反応作用により、金属粉は酸化金属粉体に改質される。しかも、誘電体バリア放電の非平衡放電プラズマ中での放電化学反応作用により、良質な光触媒機能を有した光触媒物質の微粒子が生成される。

特開２００７−２６６４８９号公報 特開２００１−１３５６２８号公報 国際公開第２００７／０１０５９４号

しかしながら、半導体用のウェハーの成膜に関する特許文献２に係る技術では、被処理材（ウェハー基板）に対するプラズマダメージの抑制は完全ではなく、また装置構成が複雑になる。

また、一般的にリモートプラズマ型成膜処理装置では、プラズマ発生場所と反応室とが離れており、プラズマ励起ガスの寿命が短いため、発生したプラズマ励起ガスが元の原料ガスに戻る。このため、リモートプラズマ型成膜処理装置では、高濃度で、かつ多量のプラズマ励起ガスを、反応室に供給することが困難である。つまり、効率的にプラズマ励起ガスを反応室に供給することが、困難である。

そこで、本発明は、発生したプラズマ励起ガスを効率的に取り出すことができる、簡易な構成のプラズマ発生装置を、提供することを目的とする。特に、当該プラズマ発生装置に、窒素ガスや酸素ガス等の常温領域において化学的に安定なガスのみを原料ガスとして用いるのではなく、当該プラズマ発生装置に、供給する原料ガス自身にアンモニアガスやオゾンガス等の活性なガスを含むガスを供給し、シリコンやハフニウム物質の前駆体ガス（プリカーサガス）等を含むガスを供給する。このことで、プラズマ発生装置で発生させるプラズマ励起ガスをより高濃度でより多量に出力し、より特殊なプラズマ励起ガスを安定的に出力し、被処理材に対する成膜時のプラズマ（イオンや電子）によるダメージを完全になくし、より高機能な成膜が可能で、かつ、成膜時間の短縮化が図れるＣＶＤ装置に性能の良いプラズマ励起ガスを提供することができる、プラズマ発生装置を提供することを第１目的とする。

半導体の機能成膜の用途以外の用途としては、特許文献３に係る技術が存在する。当該特許文献３に開示されている技術の場合において、原料ガスとして、不活性ガスと共に、金属微粒子を含むキャリアガスまたは金属微粒子を含む活性ガスまたは被処理金属原子を持った前駆体（プリカーサ）ガスが、上記電極セルが配置されている筺体内部に供給されていた。

そうすると、当該原料ガスは、放電空間のみならず、電極セルが配置されている筺体内部全体に充満することとなる。上記のように、原料ガスに、金属微粒子や活性ガスが含まれている場合には、当該筺体内における原料ガスが充満することにより、当該筺体内に配設されている電気給電部や電極面が腐食してしまう、という問題が発生する。さらに、原料ガスに、被処理金属原子を持った前駆体（プリカーサ）ガスや金属微粒子を含むガスが含まれている場合には、当該筺体内における原料ガスが充満することにより、電極セルの放電部以外の筺体内部で金属が堆積して詰まる等の装置故障原因となる問題があった。

そこで、本発明は、たとえ原料ガスに、金属微粒子、活性ガスまたは被処理金属原子を持った前駆体（プリカーサ）ガス等が含まれており、当該原料ガスを電極セルが配置された筺体内に供給したとしても、筺体内に配設されている電気給電部や電極面の腐食や、電極セルの放電部以外の筺体内部での金属の堆積といった問題が発生することない、安定したプラズマ発生装置を提供することを第２目的とする。

さらには、本発明は、当該プラズマ発生装置を利用したＣＶＤ装置および当該プラズマ発生装置を利用したプラズマ処理粒子生成装置を、提供することも目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマ発生装置は、電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体とを備えており、前記電極セルは、第一の電極と、放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に噴出孔を有する、絶縁筒部と、前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路とを、さらに備えている。

また、本発明に係るＣＶＤ装置は、プラズマ発生装置と、前記プラズマ装置に接続されるＣＶＤチャンバーとを備えており、前記プラズマ発生装置は、電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体とを備えており、前記電極セルは、第一の電極と、放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に噴出孔を有する、絶縁筒部と、前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路とを、さらに備えており、前記ＣＶＤチャンバーは、前記貫通口に接続されている。

また、本発明に係るプラズマ処理粒子生成装置は、プラズマ発生装置と、前記プラズマ装置に接続される処理物回収フランジとを備えており、前記プラズマ発生装置は、電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体とを、備えており、前記電極セルは、第一の電極と、放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを、有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に噴出孔を有する、絶縁筒部と、前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路とを、さらに備えており、前記処理物回収フランジは、前記貫通口に接続されている。

本発明に係るプラズマ発生装置は、電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体とを備えており、前記電極セルは、第一の電極と、放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に噴出孔を有する、絶縁筒部と、前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路とを、さらに備えている。

したがって、管路を介して、放電空間以外の筺体内の空間と接すること無く、各放電空間内に、活性ガス、金属前駆体ガスおよび微粒子金属を含むガスなどを供給することができる。よって、活性ガスが電極セルの電極部と接することを防止でき、当該活性ガスによる電極部の腐食を防止できる。また、金属前駆体ガスまたは微粒子金属を含むガスは、放電空間に直接供給されるので、当該放電空間以外の筺体内の空間に、金属堆積物が発生することも防止できる。

前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路がある。当該管路内面に対して、活性ガスに対し、化学反応で腐食等が生じない不動態膜や化学反応性に強い白金膜や金膜を施す。これにより、当該管路内面の腐食が防止できる。

活性なガスや前駆体ガスや金属微粒子を含む原料ガスを供給してプラズマ励起ガス発生させる。これにより、本発明は、より高濃度、より多量のプラズマ励起ガスを出力することができ、放電により前駆体ガスを金属原子に解離させ、解離した金属原子や金属微粒子自身を、誘電体バリア放電の非平衡放電化学反応により、より高機能な窒化物質や酸化物質に改質させて出力させることができる。

また、本発明は、プラズマ励起ガス発生させている放電空間から励起ガスを出力する空洞部までの供給距離が最短になる構造となる。かつ、本発明では、減圧装置により、放電空間と絶縁筒部の空洞部との間に圧力差を、生じさせることができる。よって、本発明では、当該圧力差を利用して、絶縁筒の噴出孔から断熱膨張により、プラズマ励起ガスを噴出させ、放電空間から減圧された空洞部に効率良く誘導できる。よって、放電空間から空洞部に至るまでの間に、当該プラズマ励起ガス同士の衝突を抑制し、かつ、壁等に当該プラズマ励起ガスが衝突することも、本発明では抑制できる。よって、プラズマ励起ガスの各種衝突による減衰量を抑制することができ、より効率良く当該空洞部内にプラズマ励起ガスを導けることができる。

また、本発明では、高エネルギー密度の放電エネルギーを注入できる誘電体バリア放電を利用して、プラズマ励起ガスを生成している。放電空間部の圧力が絶対圧３０ｋＰａ以下となる真空状態での誘電体バリア放電では、ガス密度が低いため、高エネルギー密度の放電プラズマを安定に得ることが難しいことが分かっている。そこで、本発明では、絶対圧３０ｋＰａ以下の真空状態の空洞部と放電空間とを、上記絶縁筒の噴出孔で圧力差を持たせる構造にした。これにより、高エネルギー密度の放電エネルギーを注入できる絶対圧３０ｋＰａ以上での誘電体バリア放電が可能となり、プラズマ発生装置をコンパクトにして、高濃度、かつ多量のプラズマ励起ガスが発生できる。

さらに、本発明では、誘電体バリア放電を発生させる電極セルを多段に積層した構成にしている。そして、各電極セル内の放電空間で発生したプラズマ励起ガスをそれぞれの絶縁筒の噴出孔で、真空状態である空洞部に噴出させた後、真空状態である空洞部で、噴出したプラズマ励起ガスを合流させ、ＣＶＤチャンバーに合流したプラズマ励起ガスを導く構成にしている。これにより、真空状態である空洞部において、プラズマ励起ガスを合流させプラズマ励起ガス量を高めることができ、プラズマ励起ガスの各種衝突による減衰量を抑制して、より高濃度で、かつ多量のプラズマ励起ガスをＣＶＤチャンバーに導くことができる。

また、本発明に係るＣＶＤ装置では、原料ガスからプラズマ励起ガスを生成するプラズマ発生装置と、当該生成したプラズマ励起ガスを用いて被処理材に対して成膜処理を行うＣＶＤチャンバーとは、別個独立の装置である。

このように、プラズマ発生源と処理領域とは完全に分離しているので、プラズマ源において電離して生成したイオンが、当該処理領域に配置された被処理材に衝突することを防止できる。これにより、被処理材に対するプラズマによるダメージを完全になくすことができる。さらに、ＣＶＤチャンバーでは、より高濃度で、かつ多量のプラズマ励起ガスによって、プラズマＣＶＤ処理が実施されるので、被処理材に対する成膜時間のより短縮化を図ることもできる。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態１に係るＣＶＤ装置３００の全体構成を示す断面図である。 電極セルの構成を示す拡大断面図である。 ガス出力フランジ１４ｃの構成を示す拡大斜視図である。 実施の形態２に係るプラズマ処理粒子生成装置の全体構成を示す断面図である。 実施の形態２に係るプラズマ発生装置１００の動作を説明するための拡大断面図である。 実施の形態２に係るプラズマ発生装置１００の動作を説明するための拡大断面図である。 実施の形態２に係るプラズマ発生装置１００の動作を説明するための図である。 実施の形態２に係るプラズマ発生装置１００の動作を説明するための図である。 実施の形態２に係るプラズマ発生装置１００の動作を説明するための図である。 実施の形態３に係るプラズマ発生装置の構成を示す拡大断面図である。 実施の形態４に係るプラズマ発生装置の構成を示す拡大断面図である。 実施の形態５に係るプラズマ発生装置の構成を示す拡大断面図である。 実施の形態６に係るプラズマ発生装置の構成を示す拡大断面図である。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
本実施の形態では、本発明に係るプラズマ装置を、ＣＶＤ（化学気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に適用した構成について説明する。

図１は、本実施の形態に係るＣＶＤ装置３００の構成を示す断面図である。また、図１の一点破線で囲まれた領域の拡大断面図を、図２に示す（図２には、電極セルの詳細な断面構成が開示されている）。

図１に示すように、ＣＶＤ装置３００は、プラズマ発生装置１００、ＣＶＤチャンバー２００および排気ガス分解処理装置２８を備えている。

まず、本発明に係るプラズマ発生装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、プラズマ発生装置１００において、複数の電極セルは、図面の上下方向に積層されている。図２の拡大断面図には、２つの電極セルが示されている。図２を用いて、積層構造の電極セルの構成を説明する。

図１，２の上下方向から眺めた各電極セルの平面形状はドーナツ形状である。つまり、当該電極セルの平面視外形は略円盤状であり、当該電極セルの中心部には、当該上下方向（電極セルの積層方向）に貫通した貫通口ＰＨが穿設されている。

各電極セルは、低圧電極１、誘電体２ａ，２ｂ、高圧電極３、絶縁板４、および高圧冷却板５から構成されている。そして、図１，２の上下方向（高圧電極３と低圧電極１とが対面する方向）に、複数の電極セルが積層している。

ここで、各電極セルの平面視形状は、上記の通り、貫通口ＰＨを有する円形である。したがって、各部材１，２ａ，２ｂ，３，４，５は、平面視外形が円形である板状であり、各部材１，２ａ，２ｂ，３，４，５の中央部には、上記貫通口ＰＨが各々設けられている。

図２に示すように、低圧電極１および高圧電極３には、交流電源１７による交流電圧が印加される。ここで、低圧電極１は、後述する、連結ブロック９、高圧冷却板５および筺体１６と共に、固定電位（接地電位）となる。

低圧電極１の主面上には、誘電体２ａが配置されている。つまり、低圧電極１の主面上には、誘電体２ａの一方の主面が接している。なお、誘電体２ａの当該一方の主面には、導電体が塗布・印刷・蒸着等されている。また、誘電体２ａと放電空間６だけ隔てて、当該誘電体２ａと対面して、誘電体２ｂが配置されている。つまり、誘電体２ａの他方の主面は、放電空間６だけ隔てて、誘電体２ｂの一方の主面と対面している。ここで、誘電体２ａと誘電体２ｂとの間には、図示していない複数のスペーサが存在しており、当該スペーサにより、放電空間６の空隙が保持・固定されている。なお、放電空間６の図２の上下方向の寸法は、たとえば０．０５ｍｍ〜数ｍｍ程度である。

また、誘電体２ｂの他方の主面上には、高圧電極３が配置されている。つまり、誘電体２ｂの他方の主面上には、高圧電極３の一方の主面が接している。なお、誘電体２ｂの当該他方の主面には、導電体が塗布・印刷・蒸着等されている。また、高圧電極３の他方の主面上には、絶縁板４の一方の主面が接している。さらに、当該絶縁板４の他方の主面には、高圧冷却板５が接している（ここでは、絶縁板４や高圧冷却板５を設けた積層構成の１実施例を示したが、絶縁板４や高圧冷却板５を省いた構成で積層する構成も採用できる）。

ここで、導電体が塗布等された誘電体２ａ、図示していないスペーサおよび導電体が塗布等された誘電体２ｂは、一体構成のものを採用できる。

なお、図２に示すように、各電極セルにおいて、低圧電極１と高圧電極３とは、各誘電体２ａ，２ｂと放電空間６を介して、対面している。つまり、放電空間６に面する低圧電極１の主面および放電空間６に面する高圧電極３の主面の各々に、各誘電体２ａ，２ｂが配置されている。これは、放電空間６の両面を放電によって、耐スパッタ性かつ非導電性の高い物質として、誘電体物質は有効であるため、本実施の形態では採用している。

ここで、図２の構成と異なり、誘電体２ａおよび誘電体２ｂの何れか一方のみは、省略することが可能である。

各構成１，２ａ，２ｂ，３，４，５を有する電極セルは、上記の通り、当該各構成の積層方向に、貫通口ＰＨが穿設されている。ここで、各電極セルが有する貫通口ＰＨが、電極セルの積層方向に連結され、一続きの貫通孔が形成されている。本願明細書では、当該一続きの貫通孔を、「貫通連孔」と称することとする。上記から分かるように、貫通連孔は、前記積層方向に延設している。

また、図２に示すように、本実施の形態では、上下に隣接する電極セルにおいて、１つの低圧電極１は共通の構成要素となっている（当該、一つの低圧電極１を共通の構成要素とする二つの電極セルを、電極セル対と称する）。これは、共通の構成にすることで、部品数を削減することのみで、共通にしない構成を採用しても良い。

図２の構成では、１つの電極セル対の構造が開示されており、当該電極セル対が、図２の上下方向に、複数積層されている。なお、各低圧電極１と各高圧冷却板５との間には、各連結ブロック９が介在している。つまり、各電極セルの側方には、各連結ブロック９が存在している。当該連結ブロック９の存在により、各電極セルにおいて、低圧電極１から高圧冷却板５までの寸法を一定に保持することができる。ここで、連結ブロック９は、電極セルの全側方に配設されているのではなく、図２に示すように、電極セルの一部の側方（図２の断面図の左側）にのみ配設されている。

また、プラズマ発生装置１００では、図２に示すように、上記貫通連孔の内部において、絶縁筒部２１が配設されている。当該絶縁筒部２１は、上記図２の上下方向に貫通した空洞部２１Ａを有する円筒形状である。つまり、絶縁筒部２１の円筒軸方向は、電極セルの積層方向と平行となるように、絶縁筒部２１は、貫通連孔内に配置されている（より具体的には、貫通連孔の軸方向と絶縁筒部２１の円筒軸方向とは、一致している）。

また、絶縁筒部２１の側面部には、複数の微細な噴出孔（ノズル孔）２１ｘが設けられている。ここで、図２の構成例では、各噴出孔２１ｘは、放電空間６に面するように、絶縁筒部２１に設けられている。また、各噴出孔２１ｘの開口径は、たとえば放電空間６の積層方向の寸法より小さい。ここで、絶縁筒部２１は、石英またはアルミナ等製である。本実施の形態では、絶縁筒部２１として、複数の微細な噴出孔２１ｘを設けた１本の絶縁筒にしたが、複数の微細な噴出孔２１ｘを設けたリング状の絶縁筒を貫通口ＰＨ部に積層し、これにより絶縁筒部２１を構成しても良い。

また、図２に示すように、前記貫通連孔の孔内部周側面部と絶縁筒部２１の外側の周側面部とは、所定の間隔だけ離れている。つまり、電極セルの貫通口ＰＨ（または貫通連孔）の側面部と絶縁筒部２１の側面部との間には、図２に示すように、管路２２が設けられている。当該管路２２を図２の上下方向から眺めると、環状の形状を有している。つまり、平面視における電極セルの貫通口ＰＨ（または貫通連孔）の側面部が外周となり、平面視における絶縁筒部２１の側面部が内周となり、当該外周と当該内周との間が、平面視における環状の管路２２となる。

ここで、当該管路２２は、前記外周側において各放電空間６と接続されている。そして、当該管路２２の端部側は、筺体１６の上面の内部を通って、当該筺体１６の外部に存在する後述の自動圧力制御装置（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ：ＡＰＣ）２６に接続される（図１参照）。

また、高圧冷却板５、高圧電極３および低圧電極１は、導電体である。そして、高圧冷却板５の絶縁筒部２１に対面する部分には、絶縁体５ａが形成されている。また、高圧電極３の絶縁筒部２１に対面する部分には、絶縁体３ａが形成されている。また、低圧電極１の絶縁筒部２１に対面する部分には、絶縁体１ａが形成されている。

つまり、各電極セルにおいて、絶縁筒部２１に対面する部分は、部材４，２ａ，２ｂを含め、全て絶縁性材料となっている。このように、各電極セルの貫通連孔内に形成された管路２２の内面は、全て絶縁性を有する。これにより、当該管路２２内における放電空間以外での放電（異常放電）等が防止される。

また、図１，２の上下方向に積層している各連結ブロック９内には、冷媒が通る流路（図示せず）が形成されており、また、各高圧冷却板５内部および低圧電極１内部においても、流路（図示せず）が形成されている。外部から供給される冷媒は、連結ブロック９内の流路を流れ、各高圧冷却板５内部の流路および各低圧電極１内部の流路を循環し、当該連結ブロック９内の他の流路を介して、外部へと出力される。

高圧冷却板５内の流路に一定温度に調整された冷媒が流れることにより、絶縁板４を介して、高圧電極３は一定温度に冷却される。また、低圧電極１内の流路に一定温度に調整された冷媒が流れることにより、低圧電極１自身が一定温度に冷却・保持され、間接的に放電空間６内のガス温度も一定温度に保持することができる。なお、冷媒は、たとえば、数℃〜２５℃程度の範囲で一定温度に温度調整される。

また、以下に説明するように、原料ガスとして金属前駆体ガスを放電空間６に供給する場合には、当該金属前駆体ガスの種類に応じて、冷媒でなく、比較的温度の高い液体を、低圧電極１内部の流路等に流す方が良い場合がある。これは、放電空間６内における金属粒子の結露を防止する等のためである。

ここで、当該比較的温度の高い液体は、１００℃〜２００℃程度の温度範囲で、一定温度調整された液体である。外部から供給される当該液体は、連結ブロック９内の流路を流れ、各高圧冷却板５内部の流路および各低圧電極１内部の流路を循環し、当該連結ブロック９内の他の流路を介して、外部へと出力される。

各連結ブロック９内および低圧電極１内等の流路に一定温度に調整された液体が流れることにより、各連結ブロック９および低圧電極１等が一定温度に保持され、さらに低圧電極１を介して間接的に放電空間６内のガス温度も一定温度に保持される。

このように、原料ガスとして金属前駆体ガスを採用する場合には、金属前駆体ガスの種類に応じで、冷媒または比較的温度の高い液体を、低圧電極１内等の流路に流す。

また、本発明に係るプラズマ発生装置１００では、放電空間６へ原料ガスを供給する管路７５が配設されている。ここで、当該管路７５は、電極セルが配設されていない筺体１６内部の空間と接続すること無く、筺体１６外から放電空間６へと直接接続される。つまり、管路７５内を流れる原料ガスは、筺体１６内部の電極セルの外周領域へ供給されず、各電極セルの各放電空間６に直接供給される。

図１，２に示すように、管路７５は、筺体１６の上部から、各連結ブロック９内に延設している。そして、各低圧電極１において管路７５は分岐し、各低圧電極１内部に管路７５は配設されている。

ここで、管路７５は、バッファ部７５ａを有している。当該バッファ部７５ａは、各低圧電極１内を周回するように配設されている。また、当該バッファ部７５ａの上記積層方向の寸法は、低圧電極１内に配設される管路７５の他の部分の上記積層方向の寸法よりも、大きい。

また、管路７５は、噴出口７５ｂを有している。当該噴出口７５ｂは、低圧電極１および当該低圧電極１に接する各誘電体２ａを貫通する。そして、各噴出口７５ｂは、各電極セルの各放電空間６に接続されている。なお、図２に示すように、バッファ部７５ａと噴出口７５ｂとは、管路７５により接続されている。

ここで、各低圧電極１および各誘電体２ａの平面視形状は、円形である。当該噴出口７５ｂは、当該円形の円周方向に沿って、各低電圧電極１および各誘電体２ａにおいて複数配設されている。なお、円周方向に沿って配設されている各噴出口７５ｂの間隔は、一定であることが望ましい。また、各噴出口７５ｂは、放電空間６に面しているが、当該放電空間６の極力外側（つまり、絶縁筒部２１の非存在側である電極セルの外周側）に配設されることが望ましい。これにより、噴出口７５ｂから各放電空間６内に均等に活性ガスや金属前駆体ガスなどが放出され、当該放出された各ガスは、放電面の外周から内側（絶縁筒部２１側）へ向かって逆放射状に伝搬される。

なお、当然ではあるが、円周方向に沿って配設された各噴出口７５ｂは各々、各低圧電極１内において、周回状に配設されたバッファ部７５ａと管路７５を介して接続されている。

上記構成の管路７５は、筺体１６外部に配設された原料ガス用ＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）７６と接続されている。

管路７５の上記構成から分かるように、原料ガス用ＭＦＣ７６から出力された原料ガスは、筺体１６の上部から入力し、各連結ブロック９内を伝搬し、各低圧電極１で分岐し、各低圧電極１内を伝搬する。そして、原料ガスは、バッファ部７５ａ内で充満した後、筺体１６内の電極セルの外周領域と接すること無く、噴出口７５ｂから各放電空間６へと供給される。

ここで、上記冷媒（温度調整された液体）の通る流路と当該管路７６とは、別個独立の経路である。

前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接触すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路となる部分７５、７５a、７５ｂの内面（壁面）には、活性ガスに対して、化学反応で腐食等が生じない不動態膜や化学反応性に強い白金膜や金膜が、設けられている。

なお、各流路および管路７５の気密性を担保するために、連結ブロック９と高圧冷却板５との接続部および連結ブロック９と低圧電極１との接続部には、Ｏリング等の精密手段が配設されている。

図１に示すように、プラズマ発生装置１００は、筺体１６を備えている。当該筺体１６は、たとえばアルミニウム製またはＳＵＳ製である。そして、内部の気密性が担保された筺体１６の内部に、複数の電極セルが積層された状態で配置される。つまり、積層状態の各電極セルは、筺体１６の上下面および側面により覆われている。なお、筺体１６の側面部と各電極セルの側面部との間には、空間が存在する。また、筺体１６の底面部と各電極セルの最下部との間にも、空間が存在する。そして、図１に示すように、積層された電極セルは、締め付け部材８を用いて、筺体１６の上面に固着されている。

また、プラズマ発生装置１００は、図２で示した交流電源１７を備えており、図１に示すように、当該交流電源１７は、インバータ１７ａと高圧トランス１７ｂとから構成されている。

インバータ１７ａでは、入力される６０Ｈｚの交流電圧に対して、周波数変換処理実施し、１５ｋＨｚの交流電圧として、高圧トランス１７ｂに対して出力する。そして、当該高圧トランス１７ｂでは、入力される２００〜３００Ｖの交流電圧に対して、昇電圧処理を実施し、数ｋＶ〜数十ｋＶの交流電圧を出力する。

高圧トランス１７ｂの一方端は、電気供給端子１５を介して、各高圧電極３に接続される。他方、高圧トランス１７ｂの他方端は、筺体１６に接続される。なお、筺体１６と高圧冷却板５と連結ブロック９と低圧電極１とは、電気的に接続されており、固定電位（接地電位）に設定されている。なお、図２の構成からも分かるように、高圧冷却板５と高圧電極３とは、絶縁板４により電気的に絶縁されている。

また、図１に示すように、プラズマ発生装置１００は、ガス供給部２０、ガス用ＭＦＣ２４およびサブガス用ＭＦＣ２５を、備えている。さらに、上述したように、プラズマ発生装置１００は、原料ガス用ＭＦＣ７６も備えている。

本実施の形態では、原料ガス用ＭＦＣ７６からは、原料ガスとして、活性ガスが出力される。ＣＶＤチャンバー２００内に載置された被処理材１８に、成膜材料に応じて、オゾンガス、アンモニアガスまたは窒素酸化物ガスなどの活性ガスが、原料ガス用ＭＦＣ７６から、管路７５に向けて供給される。なお、当該活性ガスを不活性ガスと共に供給しても良い。

また、本実施の形態では、原料ガス用ＭＦＣ７６からは、原料ガスとして、窒化や酸化等の機能物質粒子を得るための金属前駆体（プリカーサ）ガスが供給される。ＣＶＤチャンバー２００内に載置された被処理材１８の成膜材料に応じて、ハフニウムなどの金属を蒸気化してなる金属前駆体ガスが、原料ガス用ＭＦＣ７６から、管路７５に向けて出力される。また、金属前駆体ガスを不活性ガスと共に供給しても良い。

ガス供給部２０は、筺体１６の側面に設けられている。当該ガス供給部２０は、筺体１６外部から当該筐体１６内に、所定のガスを供給する。具体的に、所定のガスは、ガス供給部２０を通って、電極セルの外周部（つまり、筺体１６内における積層状態の電極セルが配置されていない領域）へと供給される。

ガス用ＭＦＣ２４からは、窒素ガスおよび酸素ガス等の不活性ガスが供給され、サブガス用ＭＦＣ２５からは、希ガス（ヘリウムガスやアルゴンガスなど）が供給される。図１に示すように、途中の管路において不活性ガスと希ガスとが混合する。そして、不活性ガスおよび希ガスは、ガス供給部２０に供給される。

ここで、ガス用ＭＦＣ２４は、放電空間６における反応のために、所定のガスを筺体１６内に供給しても良く、または、キャリアガスとして、当該所定のガスを筺体１６内に供給しても良い。

なお、本実施の形態では、ガス供給部２０は、所定のガスを希ガスと共に、筺体１６内に供給するが、所定のガスのみを筺体１６に供給する場合であっても良い。

また、図１に示すように、プラズマ発生装置１００は、自動圧力制御装置２６を備えている。上述したように、自動圧力制御装置２６は、図２で示した管路２２と接続されている。さらに、上述したように、環状の管路２２の外周側の側面部は、放電空間６と接続されている。当該構成により、管路２２を介して、自動圧力制御装置２６により、各放電空間６は、一定の圧力に保持されている。たとえば、当該自動圧力制御装置２６により、各放電空間６は、０．０３ＭＰａ（メガパスカル）〜０．３ＭＰａの圧力範囲内において、圧力が一定に保持されている。

さらに、本実施の形態では、プラズマ発生装置１００は、減圧装置２７を備えている。図１の構成では、減圧装置２７は、ＣＶＤチャンバー２００を介して、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａと接続されている。当該減圧装置２７は、たとえば真空ポンプを採用できる。当該構成により、減圧装置２７は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内の圧力を大気圧より低い圧力に減圧（たとえば、１〜５０００Ｐａ（パスカル））することができる。なお、図１の構成例では、上記の通り、減圧装置２７はＣＶＤチャンバー２００にも接続されているので、当該減圧装置２７により、当該ＣＶＤチャンバー２００内部の圧力も、たとえば１〜５０００Ｐａ程度に減圧される。

上記構成のプラズマ発生装置１００において、二つのガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃを介して、絶縁筒部２１の端部は、ＣＶＤチャンバー２００の上面（被処理材１８の処理面と対面する面）と接続される（図１参照）。つまり、ガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃは、絶縁筒部２１の空洞部２１ＡとＣＶＤチャンバー２００内との繋手となる。当該構成から分かるように、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内のガス等は、ガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃを介して、ＣＶＤチャンバー２００内に供給可能である（当該ガスの流れは、減圧装置２７の吸引力により、発生可能である）。

ＣＶＤチャンバー２００内部の反応室には、半導体ウェハーなどの被処理材１８が載置される。ＣＶＤチャンバー２００内で被処理材１８は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内から伝搬されたガスにより、晒される。これにより、被処理材１８の表面に、プラズマ処理ガスとＣＶＤチャンバー２００に供給した処理ガスとの化学結合した粒子を、均等な厚みで堆積させることできる。当該堆積により、被処理材１８の表面に対する成膜が実施される。また、当該成膜された膜に熱処理等を行うことで、膜自身を成長させることができる。以上により、所望の高機能膜への改質が可能となる。

また、ＣＶＤチャンバー２００の側面部には、排気ガス出力口３０が設けられており、当該排気ガス出力口３０は、さらに、減圧装置２７に接続されている。減圧装置２７は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内およびＣＶＤチャンバー２００内を減圧する。また、当該減圧の動作により、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ→ガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃ内→ＣＶＤチャンバー２００内→排気ガス出力口３０→減圧装置２７という、ガスや粒子等の流れを発生させることもできる。

また、図１に示すように、減圧装置２７および自動圧力制御装置２６は、排気ガス分解処理装置２８に接続されている。したがって、減圧装置２７および自動圧力制御装置２６から出力されたガス等は、排気ガス分解処理装置２８によって分解処理される。なお、当該分解処理されたガスは、処理ガス３０１として、排気ガス分解処理装置２８から排気される。

次に、プラズマ発生装置１００の動作を含む本実施の形態に係るＣＶＤ装置３００の動作について説明する。

図１において、原料ガス用ＭＦＣ７６から、活性ガスや金属前駆体ガスなどの原料ガスが筺体１６内へ供給される。当該供給された原料ガスは、管路７５に入力され、管路７５内を通って、各放電空間６へと直接供給される（つまり、筺体１６内の放電空間６以外の空間と接すること無く、放電空間６へと原料ガスは供給される）。

また、ガス用ＭＦＣ２４からは、放電空間６における反応に寄与するガスまたはキャリアガスとして機能するガスなどの所定のガスが供給され、サブガス用ＭＦＣ２５からは、希ガスが供給される。当該供給された所定のガスおよび希ガスは、ガス供給部２０に入力する前に、合流し混合される。そして、当該混合された所定のガスおよび希ガスは、ガス供給部２０から、プラズマ発生装置１００の筺体１６内部へと供給される。

そして、当該供給された所定のガスおよび希ガスは、当該筺体１６内に充満する。当該筺体１６内に充満した所定のガス等は、平面視外形が円形である電極セルの外周方向から、各電極セルに形成された各放電空間６内に侵入する。

一方、図２に示すように、各電極セルにおいて、高圧電極３と低圧電極１との間には、交流電源１７による高周波の交流電圧が印加されている。電極１，３に対する当該交流電圧の印加により、各電極セルにおける各放電空間６内に、高周波プラズマから成る誘電体バリア放電（無声放電）が均一に発生する。

誘電体バリア放電が発生している各放電空間６において、上記のように、原料ガスなどが供給される。すると、当該誘電体バリア放電により、各放電空間６内において供給されたガスの放電解離反応が起こる。

たとえば、原料ガスとして、金属前駆体ガスが管路７５を介して供給され、所定のガスとして酸素や窒素などの不活性ガスが、ガス供給部２０を介して供給されたとする。この場合には、金属前駆体ガスは、放電空間６内における誘電体バリア放電により、金属ガスとその他のガスに分解される。さらに、当該放電空間６内における誘電体バリア放電により、供給された酸素や窒素などの不活性ガスやオゾンやアンモニアガスなどの活性ガスから、放電によって解離された多量で高濃度のプラズマ励起ガスが生成される。そして、放電空間６内等において、分解された金属ガスにプラズマ励起ガスが反応して、機能物質ガス（酸化物質粒子ガスや窒化物質粒子ガス等）が生成される。

また、所定のガスとして酸素や窒素などの不活性ガスがガス供給部２０から供給したときには、上記の通り、放電空間６内における誘電体バリア放電により、供給された不活性ガスからプラズマ励起ガスが生成される。ここで、被処理材１８に晒すプラズマ励起ガスを高濃度化や多量化（大流量化）や高機能粒子ガス化とするために、原料ガスとして活性ガスを、管路７５を介して供給する。

さて、自動圧力制御装置２６により、各放電空間６は一定の圧力Ｐａに保持されており、他方で、真空ポンプ等の減圧装置２７により、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内の圧力Ｐｂは、放電空間６内の圧力Ｐａよりも小さく設定されている（Ｐａ＞Ｐｂ）。

このように、減圧装置２７により空洞部２１Ａ内の圧力Ｐｂが減圧されているので、各放電空間６と絶縁筒部２１の微細な噴出孔２１ｘを介して空洞部２１Ａとの間に圧力差ΔＰ（＝Ｐａ−Ｐｂ）が発生し、噴出孔２１ｘで、当該圧力差ΔＰにより、放電空間６から空洞部２１Ａへのガスの噴出する流れを発生させることができる。絶縁筒部２１の厚みの薄い壁に微細な噴出孔２１ｘを設け、圧力差ΔＰを設ける構成にすると、微細な噴出孔２１ｘ周りのガスが通過する壁面との接触時間は非常に短く、噴出孔２１ｘ周りのガスとの接触面積が極小に出来る。また、噴出孔２１ｘをノズル構成で、断熱膨張効果を利用して、ガスを空洞部２１Ａに噴出させるようにした。したがって、噴出する噴出孔２１ｘにおけるプラズマ励起ガスとの衝突による減衰量や発熱による減衰量を極力抑制して、プラズマ励起ガスを空洞部２１Ａに導ける。

つまり、平面視外形が円形である電極セルの放電空間６内に供給された各ガスは、当該電極セルの中心部へ向かって逆放射状に進み、当該進む間に誘電体バリア放電に晒され、プラズマ励起ガスや上記金属機能物質ガスが生成され、当該生成されたプラズマ励起ガスや金属機能物質ガス等は、減衰量を極力抑制した状態で、電極セルの中心部である絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内に噴出され、空洞部２１Ａ内で合流する。

また、空洞部２１Ａでは、成膜するのに有効な真空度に減圧されている。このため、真空に減圧された空洞部２１Ａにて、複数の噴出孔２１ｘから噴出したプラズマ励起ガスが合流する。よって、当該合流による減衰量は、大気中での合流よりも、ガス粒子間衝突を非常に少なく押えられることができる（つまり、減衰量が数段抑制される）。

当該空洞部２１Ａ内で合流したプラズマ励起ガスや機能物質ガス等は、減圧装置２７による吸引力により、空洞部２１Ａおよびガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃ内を通って、ＣＶＤチャンバー２００内へと放出される。上記のように、ＣＶＤチャンバー２００内には、被処理材１８が載置されている。

上記構成では、ドーナツ形状の放電空間６が採用され、また放電セルが積層されているので、多量のプラズマ励起ガスが発生できる。さらに、原料ガスとして活性化ガスや前駆体ガスや微粒子金属を含むガスを供給できる構造が採用されている。これらの構成により、高濃度や特殊なプラズマ励起ガスを出力できる。

また、複数の微細な噴出孔２１ｘからプラズマ励起ガスを空洞部２１Ａ内へ噴出させ、噴出させたプラズマ励起ガスを真空に減圧された空洞部２１Ａ内で合流させ、当該プラズマ励起ガスの減衰量を極力抑制するプラズマ発生装置１００が採用されている。このため、被処理材１８に対して、高濃度かつ多量のプラズマ励起ガス（または機能物質ガス等）が晒され、短時間に、当該被処理材１８に対して、プラズマ励起ガスや機能物質ガスの種類に応じて、酸化または窒化などの所定の表面処理（成膜処理）が実施される。

たとえば、原料ガスとして、窒素ガスや窒素原子を含む活性化ガスが採用された場合には、各放電空間６では窒素ラジカルが生成し、前駆体ガスが介在した窒化反応がなされ、被処理材１８には窒化膜の高機能膜となる膜が成膜される。また、原料ガスとして、酸素ガスやオゾンガス等の酸素原子を含む活性化ガスが採用された場合には、各放電空間６では酸素ラジカル（Ｏ原子等）が生成し、前駆体ガスが介在した酸化反応がなされ、被処理材１８には酸化膜の高機能膜となる膜が成膜される。

上記までの記載から分かるように、プラズマ発生装置１００とＣＶＤチャンバー２００とにより、リモートプラズマ型成膜処理装置（リモートプラズマ型ＣＶＤ装置）が構成されている。

次に、本実施の形態に係る発明の効果を説明する。

上記でも説明したように、従来技術では、常温状態で不活性な窒素ガスや酸素ガスや希ガス等に、活性ガスや金属前駆体ガス等を混合させて、当該混合ガスを、原料ガスとして、電極セルが配置されている筺体内に供給していた。すると、電極セルの放電空間以外の部分にも当該混合ガスが充満することになる。その結果、活性ガスにより電気給電部や電極面が腐食したり、金属前駆体ガスにより放電空間以外で堆積物が発生したりするなどの問題点があった。

そこで、本発明に係るプラズマ発生装置１００では、電極セルが配設されていない筺体１６内部の空間と接続すること無く、当該筺体１６外から各放電空間６へと直接、原料ガスを供給する管路７５を、備えている。

したがって、当該管路７５を介して、放電空間６以外の筺体１６内の空間と接すること無く、各放電空間６内に、ガス供給部２０からの不活性ガス等とは別に、活性ガスや金属前駆体ガスなどを供給することができる。よって、活性ガスが電極セルの電極部と接することを防止でき、当該活性ガスによる電極部の腐食を防止できる。また、金属前駆体ガスは、放電空間６に直接供給されるので、当該放電空間６以外の筺体１６内の空間に、当該金属前駆体ガスに起因した堆積物が発生することも防止できる。以上により、本発明に係るプラズマ装置１００では、上記腐食や堆積物等の不具合が生じないので、装置の長寿化および安定的な動作が可能となる。

なお、活性化ガスが腐食しないように、管路７５（符号７５ａ，７５ｂ含む）の内壁全てに対して不動態膜を形成するなどして、耐腐食性を持たせることが望ましい。また、管路７５内において金属前駆体ガスが結露しないように、当該管路７５内の温度を調整保持する温度調整部を備えることが、望ましい。たとえば、連結ブロック９内および低圧電極１内に、温度調整された液体が流れる流路を設ける。

また、本実施の形態では、減圧装置２７により、放電空間６と空洞部２１Ａとの間で圧力差ΔＰ（＝Ｐａ−Ｐｂ）を発生させ、当該圧力差ΔＰにより、電極セルの中心領域に存在する絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内に、プラズマ励起ガスや機能物質ガスなどを誘導している。

したがって、放電空間６から空洞部２１Ａに至るまでの間に、当該プラズマ励起ガス同士の衝突を抑制し、かつ、壁等に当該プラズマ励起ガスが衝突することも抑制できる。よって、プラズマ励起ガスの各種衝突による減衰量を抑制することができ、より効率良く当該空洞部２１Ａ内にプラズマ励起ガスを取り出すことができる。

また、本実施の形態に係る発明では、減圧装置２７により、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内の圧力を、数千Ｐａ以下に設定できる。したがって、当該空洞部２１Ａ内に噴出されたプラズマ励起ガスを、当該プラズマ励起ガス同士の衝突を抑制しつつ、ＣＶＤチャンバー２００内に供給できる。よって、プラズマ励起ガス同士の衝突による減衰量を少なくでき、結果として、ＣＶＤチャンバー２００内の被処理材１８に晒さすプラズマ励起ガスを、高濃度および大流量に維持することができる。

また、本発明では、高エネルギー密度の放電エネルギーを注入できる誘電体バリア放電を利用して、プラズマ励起ガスを生成している。ここで、放電空間の圧力が絶対圧３０ｋＰａ以下である真空状態での誘電体バリア放電では、ガス密度が低いため、高エネルギー密度の放電プラズマを安定に得ることが難しいことが分かっている。これに対して、本発明では、絶対圧３０ｋＰａ以下である真空状態の空洞部２１Ａと、放電空間６との間において、圧力差ΔＰを持たせた構造を採用している。したがって、本発明では、高エネルギー密度の放電エネルギーを注入できる絶対圧３０ｋＰａ以上での誘電体バリア放電が可能となり、プラズマ発生装置１００をコンパクトにしても、高濃度かつ多量のプラズマ励起ガスを発生させることができる。

さらに、本発明では、誘電体バリア放電を発生させる電極セルを多段に積層した構成にし、かつ各電極セル内の放電空間６で発生したプラズマ励起ガスを、絶縁筒２１の噴出孔２１ｘを介して真空状態である空洞部２１Ａに噴出させている。さらに、当該真空状態である空洞部２１Ａで噴出したプラズマ励起ガスを合流させ、当該合流したプラズマ励起ガスをＣＶＤチャンバー２００に導く構成を、本発明では採用している。したがって、プラズマ励起ガスの各種衝突による減衰量を抑制して、より高濃度で、かつ多量のプラズマ励起ガスをＣＶＤチャンバー２００に導くことができる。

また、本実施の形態では、絶縁筒部２１には、小さな噴出孔２１ｘが穿設されている。したがって、放電空間６で発生した荷電粒子（イオン、電子）を、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内に侵入することを抑制できる。

また、本願発明では、リモートプラズマ型成膜処理装置を提供している。つまり、原料ガスからプラズマ励起ガスを生成するプラズマ発生装置１００と、当該生成したプラズマ励起ガスを用いて被処理材１８に対して成膜処理を行うＣＶＤチャンバー２００とは、別個独立の装置である。

このように、プラズマ発生源と処理領域とは完全に分離しているので、プラズマ源において電離して生成したイオンが、当該処理領域に配置された被処理材１８に衝突することを防止できる。これにより、被処理材１８に対するプラズマによるダメージを完全になくすことができる。さらに、ＣＶＤチャンバー２００では、高濃度で多量に発生させたプラズマ励起ガスを、減衰量の少ない状態で、ＣＶＤチャンバー２００に供給でき、プラズマＣＶＤ処理が実施される。したがって、被処理材１８に対する成膜時間の短縮化を、図ることもできる。

また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００は、各放電空間６は、絶縁筒部２１と各放電空間６の出口側端部との間に存在する管路２２を介して、自動圧力制御装置２６に接続されている。

したがって、プラズマ発生装置１００は、各放電空間６の圧力を、容易に一定値に管理。保持することができる。このように、プラズマ発生装置１００は、放電空間６の圧力を所望圧力に管理出来る構成であるため、生成されるプラズマ励起ガス等の発生性能が最適になるように、容易に管理・設定・維持することができる。また、プラズマ発生装置１００では、各放電空間６内の圧力を一定にした状態で、より安定な誘電体バリア放電を発生させることができる。よって、各放電空間６において、励起準位が揃ったプラズマ励起ガスが生成される。これにより、ＣＶＤチャンバー２００内の被処理材１８において、より良質な機能膜が成膜される。

また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、低圧電極１内には、温度調整された一定温度の冷媒が流れる流路が形成されている。

したがって、誘電体バリア放電により電極セルで発生した熱を、当該冷媒を介して放熱することができ、低圧電極１自身を一定温度に容易に管理・保持できる。さらに、当該低圧電極１が一定温度に保持されることに起因して、各放電空間６内におけるガス温度も、ほぼ一定温度に容易に管理・保持することが可能となる。たとえば、各放電空間６内のガス温度は、プラズマ励起ガスの発生性能が最適になるように、管理・設定される。また、プラズマ発生装置１００では、各放電空間６内のガス温度を一定にした状態で、誘電体バリア放電を発生させることができる（特に、低温にすると、高濃度のプラズマ励起ガスを発生させることが実験から確かめられている）。また、ガス温度やガス圧力等のプラズマ条件を一定にした各放電空間６においては、励起準位（エネルギー準位）が比較的揃ったプラズマ励起ガスが生成される。これにより、ＣＶＤチャンバー２００内の被処理材１８において、より良質な機能膜が成膜される。

また、低圧電極１内等の流路に、冷媒でなく、温度調整された例えば１００℃以上の液体を流すことにより、放電空間６内に金属前駆体ガスに起因した結露が発生することを防止することもできる。

また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、ガス用ＭＦＣ２４のみならず、希ガスを出力するサブガス用ＭＦＣ２５をも備えている。そして、ガス供給部２０から筺体１６内に、所定のガスと希ガスとを混合して供給している。

したがって、プラズマ励起ガスの移動経路において、プラズマ励起ガス同士の衝突による活性種の減衰が、希ガスによって抑制される。よって、ＣＶＤチャンバー２００内に供給されるプラズマ励起ガスの濃度・ガス流量が高められる。つまり、プラズマ励起ガスを効率的に取り出すことができる。

また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、電極セルは複数であり、各電極セルは、対面方向に積層している。そして、当該電極セルの積層により、当該電極セルの中心領域に、積層方向に延設した上記貫通連孔が構成されている。また、当該貫通連孔内には、当該積層方向に延請した上記絶縁筒部２１が配置されている。

したがって、複数の電極セルからプラズマ励起ガスや機能物質ガス等を生成させることができ、当該生成したプラズマ励起ガスなどを、絶縁筒部２１内の空洞部２１Ａで合流させることができる。よって、当該空洞部２１Ａにおいて、大流量のプラズマ励起ガス等を取り出すことができるので、当該大流量のプラズマ励起ガスなどを被処理材１８に晒すことが可能となる。なお、電極セルは図１，２の上下方向に積層されているので、プラズマ発生装置１００の占有面積を増大させることなく、プラズマ励起ガスの生成量を大幅に増大させることができる。

なお、絶縁筒部２１の端部側において、シャワープレートを配設しても良い。より具体的には、ＣＶＤチャンバー２００側に接続される、図１に示すガス出力フランジ１４ｃとして、図３の拡大斜視図に示す構成のものを採用しても良い。

図３に示すように、ガス出力フランジ１４ｃは、シャワープレート１４Ｓが設けられている。ここで、当該シャワープレート１４Ｓには、複数の噴出孔１４ｔが穿設されている。

プラズマ発生装置１００で発生したプラズマ励起ガスや機能物質ガスなどは、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに噴出され、当該空洞部２１Ａおよびプラズマ発生装置１００側のガス出力フランジ１４ｂを通って、ＣＶＤチャンバー２００側のガス出力フランジ１４ｃに到達する。

一方、当該ガス出力フランジ１４ｃ内には、シャワープレート１４Ｓに隣接して、大容量のバッファ室が設けられている。つまり、図３において、バッファ室の上面がシャワープレート１４Ｓとなる。

当該ガス出力フランジ１４ｃに到達したプラズマ励起ガスや機能物質ガスなどは、当該ガス出力フランジ１４ｃ内において一旦、大容量の当該バッファ室に充満する。そして、当該バッファ室から、シャワープレート１４Ｓに設けられた複数の噴出孔１４ｔを介して、プラズマ励起ガスなどは、ＣＶＤチャンバー２００内に供給される。

図３に示す構成のガス出力フランジ１４ｃを採用することにより、シャワープレート１４Ｓの各噴出孔１４ｔからＣＶＤチャンバー２００内へ、均一に、プラズマ励起ガスや機能物質ガスなどを供給できる。したがって、ＣＶＤチャンバー２００内に大面積の被処理材１８を載置したとしても、当該大面積の被処理材１８の表面に対して、均一に、プラズマ励起ガスなどを晒す（噴出する）ことができる。当該均一なプラズマ励起ガスなどの噴出により、大面積の被処理材１８の表面には、均一で良質な膜が成膜される。

＜実施の形態２＞
本実施の形態では、本発明に係るプラズマ装置を、プラズマ処理粒子生成装置に適用した構成について説明する。当該プラズマ処理粒子生成装置は、半導体製造等の成膜工程以外の用途として使用され、当該プラズマ処理粒子生成装置における放電プラズマ中にたとえば金属物質を晒すことで、当該金属物質を新規な機能物質（たとえば、非晶質な物質）に改質することが可能である。

図４は、本実施の形態に係るプラズマ処理粒子生成装置４００の構成を示す断面図である。なお、本実施の形態に係る電極セルの構成は、図２で示した構成と同じである。ここで、図４の構成では、図１の構成と異なり、自動圧力制御装置２６および管路２２が省略されている。

なお、図４において示している絶縁筒部２１の部材を省略することもできる。この場合には、絶縁板４、誘電体２ａ，２ｂおよび絶縁体１ａ，３ａ，５ａの各部材における、実施の形態１で説明した貫通連孔に面する部分により、絶縁筒部２１と把握できる部材が構成されていると考えることができる。さらに放電空間６の当該貫通連孔に面する端部が、噴出孔２１ｘと考えることができる。

図４に示すように、プラズマ処理粒子生成装置４００は、プラズマ発生装置１００、処理物回収フランジ２５０および排気ガス分解処理装置２８を備えている。

まず、本発明に係るプラズマ発生装置１００の構成について説明する。

ここで、電極セルの構成（図２の構成）を含め、実施の形態１に係るプラズマ発生装置１００と実施の形態２に係るプラズマ発生装置１００との構成は、大部分で同じである。そこで、本実施の形態では、実施の形態１と異なるプラズマ発生装置１００の構成について説明する。

まず、上記のように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００は、実施の形態１に係るプラズマ発生装置１００と異なり、自動圧力制御装置２６および管路２２が省略されている。

実施の形態１で説明したように、図２，４の上下方向に積層している各連結ブロック９内には、液体（水等の冷媒）が通る流路（図示せず）が形成されており、また、各高圧冷却板５内部および低圧電極１内部においても、流路（図示せず）が形成されている。なお、実施の形態１および本実施の形態において、高圧冷却板５および低圧電極１は、片面のみに溝を形成した２枚の板を接合することで、内部に冷媒が通る流路（図示せず）を有する１枚の高圧冷却板５または１枚の低圧電極を作成している。

実施の形態１でも説明したように、高圧冷却板５内および低圧電極１内の流路に一定温度に調整された冷媒が流れることにより、高圧冷却板５および低圧電極１自身が一定温度に冷却・保持され、間接的に放電空間６内の温度も一定温度に保持することができる。なお、冷媒は、たとえば、数℃〜２５℃程度の範囲で一定温度に温度調整される。

また、原料ガスが含む微粒子金属や対象とする金属原子を含む前駆体ガスの種類に応じて、冷媒でなく、比較的温度の高い液体を、高圧冷却板５および低圧電極１内部の流路等に流す方が良い場合がある。これは、放電空間６内における金属粒子の結露を防止する等のためである。

ここで、当該比較的温度の高い液体は、１００℃〜２００℃程度の温度範囲で、一定温度調整された液体である。外部から供給される当該液体は、連結ブロック９内の流路を流れ、各高圧冷却板５内部の流路および各低圧電極１内部の流路を循環し、当該連結ブロック９内の他の流路を介して、外部へと出力される。

各連結ブロック９内、高圧冷却板５および低圧電極１内等の流路に一定温度に調整された液体が流れることにより、各連結ブロック９および低圧電極１等が一定温度に保持され、さらに低圧電極１を介して間接的に放電空間６内の温度も一定温度に保持される。

このように、原料ガスに含まれる微粒子金属や対象とする金属原子を含む前駆体ガスの種類に応じて、冷媒または比較的温度の高い液体を、高圧冷却板５および低圧電極１内等の流路に流す。

なお、本実施の形態においても、各連結ブロック９内および低圧電極１内には、放電空間６へ原料ガスを供給する管路７５が配設されている（図２，４参照）。実施の形態１と同様に（図２と同様の構成）、当該管路７５は、電極セルが配設されていない筺体１６内部の空間と接続すること無く、筺体１６外から放電空間６へと直接される。つまり、管路７５内を流れる原料ガスは、筺体１６内部の電極セルの外周領域へ供給されず、各電極セルの各放電空間６に直接供給される。

また、実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、管路７５は、筺体１６外部に配設された原料ガス用ＭＦＣ７６と接続されている（図４参照）。ここで、本実施の形態では、プラズマ発生装置１００は、プラズマ処理粒子生成装置４００に適用されている。そこで、本実施の形態に係る原料ガス用ＭＦＣ７６では、原料ガスとして、数ミクロン程度の微粒子金属を含むガスが、管路７５に対して供給される。なお、ここでは、原料ガス用ＭＦＣ７６を設けた実施例を示したが省いても良い。

微粒子（微粒粉末）金属としては、鉄、ニッケル、コバルト等の鉄族元素や、サマリウム、ネオジウム等の希土類元素や、チタン、タングステン、ニオブ等の遷移金属元素や、それらの金属元素が合金化された金属粉末であり、当該微粒子金属を運ぶガスとしては、たとえば、酸素ガスまたは窒素ガスなどの不活性ガスである。または、当該微粒子金属を運ぶガスとして、オゾンガス、アンモニアガスや窒素酸化物ガスなどの活性ガスを採用しても良い。または、当該微粒子金属を運ぶガスとして、希ガスを採用しても良い。

さて、本実施の形態においても、複数の電極セルは積層された状態で筺体１６内部に配設されている（図４参照）。そして、本実施の形態においても、積層された電極セルは、締め付け部材８を用い、筺体１６の上面に固着されている。

しかしながら、本実施の形態では、絶縁筒部２１は、締め付け部材８を貫通し、さらに筺体１６の下面も貫通するように、配設されている。ここで、締め付け部材８と隣接している部分の絶縁筒部２１には、噴出孔２１ｘは穿設されていない。なお、筺体１６の側面部と各電極セルの側面部との間には、空間が存在する。また、筺体１６の底面部と各電極セルの最下部との間にも、空間が存在する。

また、本実施の形態では、プラズマ発生装置１００は、減圧装置２７でなく、自動圧力制御装置６１を備えている。当該自動圧力制御装置６１は、図４に示すように、ガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃを介して、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａと接続されている。当該構成により、自動圧力制御装置６１により、空洞部２１Ａおよび放電空間６は、一定の圧力に保持されている（つまり、本実施の形態では、自動圧力制御装置６１は、実施の形態１で説明した、放電空間６の圧力を調整する自動圧力制御装置２６の機能をも有している）。たとえば、当該自動圧力制御装置６１により、空洞部２１Ａおよび放電空間６は、０．０３ＭＰａ（メガパスカル）〜０．３ＭＰａの圧力範囲内において、圧力が一定に保持されている。

なお、自動圧力制御装置６１の一方側は、空洞部２１Ａ側と接続されているが、自動圧力制御装置６１の他方側は、実施の形態１で説明した排気ガス分解処理装置２８に接続されている。

本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００の構成は、上記通りである。一方、本実施の形態に係るプラズマ処理粒子生成装置４００では、実施の形態１で説明したＣＶＤチャンバー２００でなく、処理物回収フランジ２５０を備えている。

上記したように、本実施の形態では、筺体１６の下面を絶縁筒部２１が貫通している（図４）。したがって、筺体１６の下面からは、絶縁筒部２１の端部側が露出している（つまり、筺体１６の外側の下面において、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａが臨んでいる）。処理物回収フランジ２５０は、当該空洞部２１Ａと接続するように、筺体１６の外側において当該筺体１６の下面に固着されている。当該処理物回収フランジ２５０には、放電空間６におけるプラズマ処理により改質された微粒子金属が、空洞部２１Ａを通って、析出される。

次に、プラズマ発生装置１００の動作を含む本実施の形態に係るプラズマ処理粒子生成装置４００の動作について説明する。

放電を用いて金属粒子を改質させる従来技術として、プラズマジェット装置や直流グロー放電装置がある。これらの装置は、連続プラズマを利用した技術であり、プラズマで加熱した加熱微粒子の急冷による微粒子改質（たとえば、非晶質化物質の生成）は困難であった。

これに対して、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００は、誘電体バリア放電を利用しており、放電形態が間欠放電である。したがって、放電空間６では非平衡プラズマが発生し、当該放電空間６でプラズマ処理・加熱された微粒子金属を急冷することも可能である。つまり、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００は、当該微粒子金属の改質（たとえば、非晶質化物質の生成）に適している。

さて、図４において、原料ガス用ＭＦＣ７６から、微粒子金属を含む原料ガスが供給される。当該微粒子金属は、オゾンやアンモニアや窒素酸化物などの活性ガスと共に供給しても良く、また、酸素や窒素などの不活性ガスと共に供給しても良い。または、微粒子金属は、希ガス等と共に供給しても良い。当該供給された原料ガスは、管路７５に入力され、管路７５内を通って、低圧電極１内を介して、各放電空間６へと直接供給される（つまり、筺体１６内の放電空間６以外の空間と接すること無く、放電空間６へと原料ガスは供給される）。

また、ガス用ＭＦＣ２４からは、たとえば酸素や窒素などの不活性ガスが供給され、サブガス用ＭＦＣ２５からは、希ガスが供給される。当該供給された不活性ガスおよび希ガスは、ガス供給部２０に入力する前に、合流し混合される。そして、当該混合された不活性ガスおよび希ガスは、ガス供給部２０から、プラズマ発生装置１００の筺体１６内部へと供給される。

そして、当該供給された不活性ガスおよび希ガスは、当該筺体１６内に充満する。当該筺体１６内に拡散した不活性ガス等は、平面視外形が円形である電極セルの外周方向から、各電極セルに形成された各放電空間６内に侵入する。このようなガス流れが可能な構成を採用することで、各放電空間６に放出された当該微粒子金属を含むガスが、筺体１６内の放電空間６以外の空間側へ逆流しないようにしている。

一方、図４に示すように、各電極セルにおいて、高圧電極３と低圧電極１との間には、交流電源１７による高周波の交流電圧が印加されている。電極１，３に対する当該交流電圧の印加により、各電極セルにおける各放電空間６内に、高周波プラズマから成る誘電体バリア放電（無声放電）が均一に発生する。

誘電体バリア放電が発生している各放電空間６において、上記のように、原料ガスおよび不活性ガスなどが供給される。すると、各放電空間６内において、当該誘電体バリア放電により、窒素ラジカルや酸素ラジカル等のプラズマ励起ガスが生成される。生成されたプラズマ励起ガスと微粒子金属との誘電体バリア放電の特徴である非平衡プラズマでの化学反応が、放電空間６中で有効に促進される。当該化学反応により、微粒子金属自身が改質され、当該改質された粒子は、空洞部２１Ａへ出力される。

以下、放電空間６における反応等を詳述する。なお、上記のように、微粒子金属の種類によっては、低圧電極１等内の流路に流す液体は、温度調整されたたとえば１００℃以上の液体である方が良い場合がある。しかしながら、以下の説明では、当該流路には冷媒（たとえば水冷）を流す場合について説明する。

図５は、誘電体バリア放電の放電形態を示した模式図である。図６は、図５の放電形態における１つの微小放電に注目した模式図である。図７は、放電ギャップ長と誘電体バリア放電のプラズマ電界強度との関係を示した特性図である。図８は、誘電体バリア放電のギャップ長とガス圧力との積に依存している放電維持電圧と放電プラズマの電界の状態関係図である。

本発明に係るプラズマ発生装置１００は、上記のように、アーク放電やグロー放電等の連続プラズマでなく、高電界の間欠プラズマの誘電体バリア放電を、放電空間６に発生させている。当該間欠プラズマ放電中に、ガス供給部２０から供給された酸素や窒素等の不活性ガスが通ると、当該プラズマ発生装置１００では、化学反応性の非常に高いプラズマ励起ガスが生成される。さらに、放電空間６において、高濃度のプラズマ励起ガスと管路７５を通って供給された微粒子金属とが化学反応を起こし、微粒子金属が窒化金属粒子や酸化金属粒子等に改変しかつ、当該改変した金属粒子が当該放電空間６内において、さらに良質なプラズマ処理粒子に改質できる。

ここでまず、良質なプラズマ処理粒子生成メカニズムについて、説明する。

最初に、磁性効果を有する磁性体物質や比誘電率の非常に高い強誘電体物質や光触媒効果を有する光触媒物質等は、金属原子と酸素原子Ｏ、窒素原子Ｎ、ボロン原子Ｂまたは炭素原子Ｃ（Ｏ，Ｎ，Ｂ，Ｃの原子を一般的に侵入元素と称する）とが結合した、金属の酸化、窒化や炭化化合物等の結晶構造で、有効な機能物質になる。有効な機能物質の結晶構造を得るには、金属原子の選択だけでなく、金属原子と結び付く侵入元素との結び付き方が重要な役目を成す。

特に、金属原子の最外郭の電子軌道に、上記侵入元素の最外郭の電子が、どのように規則的な結合がなされるかが重要になる。一般的に有効な機能物質を得るには、金属原子の最外郭の電子軌道に、上記侵入元素の電子が完全な結合した結晶化（不動態物質、絶縁体物質）よりも、規則的な欠損のある結晶物質が、半導体や磁性等の機能を有する物質として、有効であると言われている。

有効な機能物質である光触媒物質は、半導体分野の属する物質である。図９は、金属原子Ｍと酸素原子Ｏが結合した酸化金属物質と半導体のバンドギャップとの関係を示す図である。

図９の表に示す酸化金属物質の全てが、光触媒効果を発揮するのではない。図９に示す酸化金属物質の内で、金属原子の最外郭の電子軌道の空洞電子数に対し、酸素原子の電子が完全に満たれず、酸素欠損状態の規則的な構造で均等な結合を有する酸化金属物質のみが、金属材料Ｍによって異なったバンドギャップを有し、光触媒効果を有する酸化金属物質なる。

これらの酸素欠損を持つ光触媒物質は、金属原子材質の違いによって、特定範囲の光波長のみ光吸収でき、光吸収した光によって光触媒物質が励起状態になって、非常に活性な触媒作用を有した物質なる性質を持っている（図９の光触媒効果の吸収波長参照）。つまり、光吸収して励起した光触媒物質によって、有害物質を分解する能力等の光触媒効果が発揮される。また、光触媒物質の有害物質を分解するための性能は、光の波長や光強度だけでなく、光触媒物質自身の構造や不規則性の少ない良質な光触媒を得られるかによって大きく左右される。また、光触媒物質の有害物質を分解するための性能は、光触媒物質の表面積等によっても大きく変わる。

上記では、酸素欠損した金属酸化物を誘電体バリア放電の非平衡プラズマで、改質させるものについて示した。金属物質として鉄等の磁性体を有した金属を採用し、当該金属を誘電体バリア放電の非平衡プラズマに晒し、金属欠損の酸化もしくは窒化金属物質に改質すれば、磁性体機能を有する物質を生成することができる。このように、誘電体バリア放電による微粒子金属を非平衡プラズマ中で化学反応させ、特殊な機能物質を多量に生成させる手段として、本装置は有効である。

一方で、連続放電プラズマである直流グロー放電や交流グロー放電において、放電ギャップ長が１ｍｍ以上、ガス圧力が１気圧（０．１ＭＰａ）以下で、光触媒物質を生成したとする。当該放電形態によって、高エネルギーを有した酸素ラジカル原子を高濃度に生成することは困難であり、酸素ラジカル原子と金属原子との有効な化学反応確率が低い。また、その他の要因により、当該放電形態では、良い構造を持つ光触媒物質が得られない。

以上のように、機能物質である光触媒物質として、酸素欠損の構造を有する酸化金属物質を、１例として示した。金属化合物質で、金属原子欠損のある規則正しい構造を有するものは、磁性体物質にも有効である。欠損部分に、磁性体元素以外の遷移金属元素や銅やアルミニウムなどの導電体元素を置換させることで、非常耐食性が高く磁性特性の良い磁性体物質が形成される。また、金属化合物質の構造に規則正しく銅原子が入り込む金属化合物質は、超伝導体物質に有効だと言われている。このような金属化合物質を生成する手段として、高電界プラズマと非平衡プラズマである低ガス温度プラズマ発生技術が有効である。

本発明に係るプラズマ発生装置１００は、高電界プラズマと非平衡プラズマである低ガス温度プラズマ発生技術に関するものであり、誘電体バリア放電の放電形態を利用して、効率良く、多量にプラズマ処理粒子を生成することが可能である。

さて次に、図５〜８を用いて、放電空間６での現象について説明する。

まず、図５を用いて、誘電体バリア放電の放電形態の動作と作用について説明する。

低圧電極１内等に冷媒を流通させることで、電極面および放電空間６が一定温度に冷却されている。上記のように、交流電源１７によって、電極１，３間に交流電圧を印加する。そうすると、誘電体２ａ，２ｂでは、印加した交流電圧に対して９０度位相がずれた状態で、図５に示すように電荷が誘電体２ａ，２ｂの表面に分極される。つまり、電極１，３間に交流電圧Ｖを印加すると、放電空間６では、（ｄＶ/ｄｔ）の値が最大となる時点で、最大の分極電荷Ｑｍａｘが蓄積され、放電空間６には、最大の電界強度Ｅｍａｘが印加される。

放電空間６における絶縁破壊するための電界強度ＥｃをＥｍａｘよりも小さくすれば、電界強度Ｅｃとなる分極電荷Ｑｃ時点で、放電空間６において部分絶縁破壊（部分放電）し、誘電体２ａ，２ｂに蓄積された分極電荷Ｑｃが、低圧電極１に放電される。当該放電により誘電体２ａ，２ｂ表面に蓄積された分極電荷Ｑｃが無くなると、即座に放電が停止され、放電空間６における部分絶縁破壊が回復（放電停止）される。

そうすると、誘電体２ａ，２ｂは、再び、分極電荷Ｑｃが蓄積される時点まで充電される。そして、分極電荷がＱｃになると再度、放電空間６において部分絶縁破壊（部分放電）し、放電電圧Ｖｊの放電が再度発生する。

このような、放電空間６での部分絶縁破壊（部分放電）と絶縁回復（放電停止）とを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ放電が、間欠プラズマ放電であり、誘電体バリア放電と呼ばれる。誘電体２ａ，２ｂの表面には、全面に均等に電荷が蓄積されている。したがって、上記誘電体バリア放電は、無秩序な、ＯＮ−ＯＦＦ放電であるが、放電空間６内の全体で均等に生じる。また、誘電体バリア放電は、誘電体２ａ，２ｂの微小表面に蓄積された電荷に起因した放電であるので、当該誘電体バリア放電は、微小な放電でかつ短時間持続放電である。

誘電体バリア放電の１つの放電径は、放電空間６内のガス圧力、ガス温度、ガス種等に依存するが、約数十μｍ程度で、放電断面としては、数ｎｍ^２程度である。１つの誘電体バリア放電の持続時間は、放電ギャップ長（図２に示す放電空間６の上下方向の寸法）やガス圧力が小さい程、小さくなる。この放電の持続時間は、放電ギャップ長が０．１ｍｍ、ガス圧力０．１ＭＰａ程度で、通常ナノ秒程度である。

次に、当該誘電体バリア放電が発生している放電空間６内に、酸素や窒素や窒素酸化物ガスなどの活性ガスや微粒子金属を含む原料ガスを装置に供給し、誘電体バリア放電（高電界プラズマである間欠プラズマ放電）によりプラズマ励起ガスを生成し、当該プラズマ励起ガスにより微粒子金属を改質（非晶質物質を生成）させるためのメカニズムについて、図６を用いて説明する。

図５を用いた上記説明のように、誘電体バリア放電は、微小放電で、かつ、非常に短時間の持続放電が、時間的・空間的に無数個断続して放電を繰り返す間欠プラズマ放電である。したがって、当該誘電体バリア放電は、プラズマガス温度が非常に低い状態でのプラズマが実現出来、持続放電（連続放電プラズマ）では実現出来ない放電化学反応が実現できる。

まず、当該誘電体バリア放電が発生している放電空間６内に、上記のように酸素ガスや窒素ガス等が供給される。すると、当該誘電体バリア放電により、当該酸素ガスや窒素ガス等から、オゾンやＮＯｘ等の酸素原子や窒素原子等の活性な励起原子や電離イオン原子が、生成される。ここでは、これらの誘電体バリア放電プラズマで生成した活性な励起原子や電離イオン原子を含んだガスを、総称してプラズマ励起ガスγと称する。また、当該放電空間６では、プラズマ励起ガスγと原料ガスに含まれる微粒子金属とが化学反応し、当該微粒子金属自身が、極めてユニークな物質状態へ改質させられる。

図６に示すように、電極１，３間に所定の交流電圧を印加すると、放電空間６のギャップ間に分圧された電圧が架かり、１つの微小放電に対して放電熱エネルギーが発生する。当該放電熱エネルギーを有したプラズマ励起ガスγが、放電空間６内を通過する微粒子金属と接触すると、当該微粒子金属において高エネルギー化学反応が促進される。

さて、高電界放電で短時間に数百度程度まで急加熱された微粒子金属は、上記で発生した微小放電が消滅すると、短時間に、低圧電極１内を流れる冷媒により、即座に常温程度まで冷却される。このように、微小放電に晒された微粒子金属が急冷されることにより、当該微粒子金属は、加熱状態と同じ液体状態（性質）を保った非晶質（アモルファス）状態の金属化合物質に改質する。

また同時に、放電空間６に酸素ガス、窒素ガスまたは希ガスを供給すれ、誘電体バリア放電の高電界放電から生じるさまざまな超高輝度な放電光が発せられる。当該放電光の光波長と微粒子金属との光化学反応作用によって、当該微粒子金属は、特徴のある金属化合物質に変位する。

上記のように、微粒子金属が改質して生成される粒子を、プラズマ処理粒子αｓまたはプラズマ改質粒子αｓと称する。

また、管路７５から、微粒子金属を含む原料ガスに加えて、アンモニアガスやオゾン等の高濃度の活性ガスを、放電空間６に供給したとする。このような場合には、放電空間６内におけるプラズマ励起ガスγの濃度を、当該活性ガスを供給しない場合と比較して、増加させることができる。当該プラズマ励起ガスγ濃度の増加により、プラズマ改質粒子αｓは多量に生産される。

なお、図７において、放電空間６のギャップ長ｄｇ（ｍｍ）と放電プラズマの電界強度Ｅ／ｎ（Ｔｄ）との関係を、誘電体バリア放電、大気グロー放電および大気アーク放電の各放電形態毎に示す。図８において、誘電体バリア放電のガス圧力Ｐと放電空間６のギャップ長ｄｇとの積である（Ｐ＋０．１）・ｄｇ値（ＭＰａ・ｍｍ）と、放電プラズマの放電維持電圧Ｖｊ（Ｖ）との関係、および前記（Ｐ＋０．１）・ｄｇ値（ＭＰａ・ｍｍ）と電界強度Ｅ／ｎ（Ｔｄ）との関係を示す。

ここで、図７，８において、Ｅ（Ｖ/ｃｍ）は、ギャップ長１ｃｍ当たりの電圧であり、ｎ（ｃｍ^３）は放電空間６中のガス密度である。なお、電界強度が「１（Ｔｄ）」は、１×１０^１７（Ｖ・ｃｍ^２）である。

通常、大気圧（０ＭＰａ）以上の連続プラズマにおいては、放電による電界強度Ｅ／ｎ値は５０（Ｔｄ）以下である。例えば、大気圧グロー放電では、放電維持電圧が２００〜５００Ｖ程度で、電界強度換算すると、おおよそ３０〜５０Ｔｄ程度となる。また、大気圧アーク放電では、放電維持電圧が数十Ｖ程度であるため、電界強度換算で１０Ｔｄ程度である。つまり、大気圧グロー放電および大気圧アーク放電ともに、放電プラズマの電界強度は非常に小さい（図７参照）。

これに対して、誘電体バリア放電は間欠プラズマであるため、連続プラズマであるグロー放電やアーク放電よりも、放電維持電圧は数倍程度高く、放電プラズマの電界強度は非常に大きくできる（図７参照）。さらに、誘電体バリア放電で得られる電界強度の特性は、放電ガス中のガス圧力（当該圧力は、図７において「ＭＰａ」単位で表示している）および放電空間６のギャップ長ｄｇに大きく依存する（図７参照）。

発明者らの試験で得られた知見では、非常に良質な酸化や窒化等の金属化合物質を形成し、効率の良い膜形成（短時間の膜形成）が行える条件は、放電プラズマの電界強度Ｅ／ｎが少なくとも１２０Ｔｄ以上の値が必要である。つまり、図７から分かるように、誘電体バリア放電領域であっても、放電空間６のギャップ長ｄｇが長く、放電ガス中のガス圧力が高い条件では、１２０Ｔｄ以上の高電界強度が得らない。

図７では、ガス圧力が０．２ＭＰａで、ギャップ長ｄｇを０．６ｍｍ以下にすると、電界強度Ｅ／ｎが１２０Ｔｄから急激に高くなる。例えば、ガス圧力が０．２５ＭＰａで、ギャップ長ｄｇが０．１ｍｍである条件では、電界強度Ｅ／ｎは約２００Ｔｄとなる。電界強度Ｅ／ｎが１２０Ｔｄ以上になる放電領域は、図７に示すように、ギャップ長ｄｇが１ｍｍ以下の領域Ｘとガス圧力が低い領域Ｙとが存在する。

図７に示す領域Ｘは、ガス圧力は大気圧（０ＭＰａ）以上で、ギャップ長ｄｇは１ｍｍ未満の範囲である。特に良好な条件範囲は、ギャップ長ｄｇが０．６ｍｍ以下であった。ギャップ長ｄｇを、０．６ｍｍ以下にすると、電界強度が３０Ｔｄから急激に高くなる（例えば、ギャップ長ｄｇが０．１ｍｍでは、電界強度は２００Ｔｄとなる）。

また、図７に示す領域Ｙでは、ギャップ長ｄｇが１ｍｍ〜数ｍｍ程度と長くても、ガス圧力を０．１ＭＰａ以下にすれば、１２０Ｔｄ以上の高電界強度が得られる。なお、特に良好なガス圧力範囲は、大気圧（０ＭＰａ）以下の減圧（真空）範囲であった。

このように、非常に高い電界強度の放電が実現されると、放電中の電子は非常に高速に加速され、放電空間６のプラズマは非平衡プラズマ化し、高輝度で短波長化側にシフトした放電光が実現される。この高輝度で短波長化した放電光（例えば紫外光）とプラズマ励起ガスγとガス中に含まれる微粒子金属とが、化学反応や光化学反応を起こすことで、プラズマ改質粒子αｓの生産が促進する。

また、図８に示すように、（Ｐ＋０．１）・ｄｇ値が大きくなる程、電解強度Ｅ／ｎは小さくなり、放電維持電圧Ｖｊは高くなる。図８から、電界強度Ｅ／ｎが１２０Ｔｄ以上となる領域は、（Ｐ＋０．１）・ｄｇ値が０．１４（ＭＰａ・ｍｍ）以下であることが分かる。

なお、本発明に係るプラズマ発生装置１００を設計する際、放電維持電圧Ｖｊを３５００Ｖ以上に設定すると、装置１００に十分な電力を注入するためには、交流電圧は７０００Ｖ以上必要となり、装置１００が非常に大きくなる。よって、当該装置の拡大を抑制するため、電界強度Ｅ／ｎが１２０Ｔｄ以上で、かつ放電維持電圧Ｖｊが３５００Ｖ以下の条件範囲に限定すると、（Ｐ＋０．１）・ｄｇ値は、０．１（ＭＰａ・ｍｍ）以下が望ましい。

以上のように、良質な微粒子の金属化合物質（プラズマ改質粒子αｓ）を得るためには、高電界放電で、プラズマ励起ガスγや高エネルギー放電光によって微小面へ高エネルギーを断続注入できる誘電体バリア放電が有益である。そして、本発明に係るプラズマ発生装置１００は、当該誘電体バリア放電を採用している。

また、本発明に係るプラズマ発生装置１００では、管路７５を介して、微粒子金属を含む原料ガスの他に、高濃度オゾンやアンモニアガスなどの活性ガスを、放電空間６内に供給することが可能である。当該活性ガスの供給により、プラズマ励起ガスγを高濃度化でき、良質なプラズマ改質粒子αｓの生産力が向上する。

さらに、本発明に係るプラズマ発生装置１００では、低圧電極１内に温度調整された液体が循環する流路が形成されているので、プラズマ改質粒子αｓの急冷も可能である。

さて、放電空間６内で、生成されたプラズマ改質粒子αｓは、放電空間６内を伝搬し、噴出孔２１ｘを通って空洞部２１Ａ内に導かれる。ここで、プラズマ改質粒子αｓの他に、未反応のガスや反応により発生したガスなども、各放電空間６から空洞部２１Ａへと導かれる。

空洞部２１Ａ内に導かれたプラズマ改質粒子αｓ（固体）は、重力により、絶縁筒部２１の端部側に接続されている処理物回収フランジ２５０内に、収集（堆積）される。また、当該空洞部２１Ａ内で合流した各ガス（気体）は、空洞部２１Ａおよびガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃ内を通って、自動圧力制御装置６１へと伝搬し、当該自動圧力制御装置６１を経て、排気ガス分解処理装置２８に排出される。

ここで、処理物回収フランジ２５０内に収集されたプラズマ改質粒子αｓは、さらに熱処理などが施されることにより、非晶質状態から均質なナノ結晶成長した光触媒微材料、半導体材料、磁気材料および強誘電体材料等にする。これにより、当該プラズマ改質粒子αｓは、良質な機能物質材となり、使用される。

なお、本実施の形態では、微粒子金属を含む原料ガスが管路７５を介して、放電空間６に供給させていた。しかし、当該微粒子金属の代わりに、金属前駆体ガスを含む原料ガスを管路７５を介して、放電空間６に供給させても良い。当該金属前駆体ガスを含む原料ガスを採用した場合も、上記同様に、放電空間６においてプラズマ改質粒子αｓを生成でき絶縁筒部２１の端部側に接続されている処理物回収フランジ２５０に、当該プラズマ改質粒子αｓを収集できる。

また、処理物回収フランジ２５０に非常に細かなメシュを設け、当該メッシュの下流側にも微量のガスを排出できる構造にしてもよい。処理物回収フランジ２５０に当該メッシュを設けた場合には、当該メッシュ上面に、プラズマ改質粒子αｓを捕獲される。

上記のように、本実施の形態に係る発明では、プラズマ改質粒子αｓを効率良く生産・回収でき、当該プラズマ改質粒子αｓの生産性を大幅に向上させることができる。また、本実施の形態では、筺体１６の外部から放電空間６に原料ガスを直接供給できる管路７５を備えている。したがって、微粒子金属を含む原料ガス、金属前駆体ガスを含む原料ガスや活性ガスを、当該管路７５を介して放電空間６内に供給できる。よって、筺体１６内に配設されている電極部の腐食や、放電空間６以外の筺体１６内部に金属粒子が堆積することを防止できる。

また、上記構成により、放電空間６内に生成したプラズマ改質粒子αｓを、空洞部２１Ａ内に誘導させることができる。

また、本実施の形態に係る発明では、電極セルにおいて、誘電体バリア放電を利用して、プラズマ励起ガスを生成している。したがって、大気圧放電が可能となり、プラズマ発生装置１００の筺体１６内を真空状態にする必要もない。これにより、本実施の形態に係る発明は、簡易な構成であるプラズマ発生装置１００を提供することができる。

プラズマ発生装置１００は、各放電空間６の圧力を、容易に一定値に管理・保持することができる。このように、プラズマ発生装置１００は、放電空間６の圧力を所望圧力に管理出来る構成であるため、生成されるプラズマ励起ガス等の発生性能が最適になるように、容易に管理・設定・維持することができる。また、プラズマ発生装置１００では、各放電空間６内の圧力を一定にした状態で、誘電体バリア放電を発生させることができる。よって、各放電空間６において、励起準位が揃ったプラズマ励起ガスが生成される。

また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、低圧電極１内には、温度調整された一定温度の液体が流れる流路が形成されている。

したがって、当該流路に冷媒を流すことにより、低圧電極１自身および放電空間６内の温度を冷やすことができ、当該放電空間で生成されるプラズマ改質粒子αｓの急冷が可能となる。当該プラズマ改質粒子αｓの急冷は、良質なプラズマ改質粒子αｓの生成に寄与する。

また、低圧電極１内等の流路に、水冷よりも高い温度で温度調整された液体を流すことにより、放電空間６内に、微粒子金属や金属前駆体ガスに起因した結露が発生することを防止することもできる。

また、本実施の形態においても、プラズマ発生装置１００は、筺体１６外部から筐体１６内における電極セルの外周部へと、所定のガスを供給するガス供給部２０を備えている。

したがって、当該ガス供給部２０からは、筺体１６外から放電空間６内に直接供給する必要のない不活性ガス（酸素ガスや窒素ガスなど）を、供給させることができる。

また、本実施の形態においても、ガス供給部２０から筺体１６内に、所定のガスと希ガスとを混合して供給できる。したがって、プラズマ励起ガスγ同士の衝突による活性種の減衰を抑制できる。つまり、プラズマ励起ガスγの濃度の低下を抑制できる。

また、本実施の形態においてもプラズマ発生装置１００では、筺体１６内において、複数の電極セルが積層している。そして、当該電極セルの積層により、当該電極セルの中心領域に、積層方向に延設した上記貫通連孔が構成されている。また、当該貫通連孔内には、当該積層方向に延請した上記絶縁筒部２１が配置されている。

したがって、各電極セルにおいてプラズマ改質粒子αｓが生成され、空洞部２１Ａにおいて当該生成されたプラズマ改質粒子αｓが合流できる。よって、当該空洞部２１Ａにおいて、大量のプラズマ改質粒子αｓを取り出すことができ、結果として、処理物回収フランジ２５０において、多量のプラズマ改質粒子αｓを収集することができる。なお、電極セルは図４，２の上下方向に積層されているので、プラズマ発生装置１００の占有面積を増大させる必要もない。

なお、実施の形態１および本実施の形態２において、オゾンガス、アンモニアガスおよび窒素酸化物ガス等の腐食性の高い活性化ガスにより管路７５が腐食等しないように、管路７５（符号７５ａ，７５ｂ）の内壁を、耐腐食性の不動態膜処理をすることが望ましい。たとえば、前記腐食や堆積を防止するための手段として、管路７５（符号７５ａ，７５ｂ）内面（内壁）をステンレス製とし、当該内面に対して、電解研磨もしくは金メッキもしくは不動態膜形成といった化学表面処理が施される。また、当該化学表面処理により、管路７５（符号７５ａ，７５ｂ）の内面において、金属前駆体ガス等が固体化することも防止できる。

また、管路７５（符号７５ａ，７５ｂ含む）内において金属前駆体ガスまたは微粒子金属が結露しないように、当該管路７５（符号７５ａ，７５ｂ含む）内の温度を調整保持する温度調整部を備えることが、望ましい。たとえば、連結ブロック９内および低圧電極１内に、温度調整された液体が流れる流路を設ける。

＜実施の形態３＞
実施の形態１，２に係るプラズマ放電装置１００では、管路７５を介して、活性ガス、金属前駆体ガスまたは微粒子金属を含むガスを、原料ガスとして、放電空間６内に直接供給していた。一方、ガス供給部２０を介して、筺体１６内の電極セル外周領域に、不活性ガスや希ガスを供給し、活性ガス、金属前駆体ガスまたは微粒子金属を含むガスが、筺体１６内の放電空間６以外の空間側へ逆流しないようにしていた。

上記したように、筺体１６内部における電極の腐食や当該筺体１６内の放電空間６以外での金属粒子の堆積等の各問題を、防止する必要がある。当該各問題の防止の観点から、放電空間６内に直接供給された各種ガスが、放電空間６内から貫通口ＰＨを中心とした放射方向に移動し、電極セルの外周部と筺体１６との間の空間に広がることを防止することが望ましい。

ところで、ガス供給部２０を介して、筺体１６内の電極セル外周領域に、不活性ガスや希ガスを供給すると、活性ガス、金属前駆体ガスまたは微粒子金属を含むガスの原料ガスの濃度が、放電空間６で薄める。結果として、誘電体バリア放電により生成されるプラズマ励起ガスの濃度が、低下する問題が生じる。

当該問題に鑑み、筺体１６内の電極セル外周領域からのガスの供給量を無くし、かつ、活性ガス等のガスが筺体１６内の放電空間６以外の空間側へ逆流しないようにすることが、望まれる。

そこで、本実施の形態に係るプラズマ発生装置は、図１０に示す構成を有する。

図１０に示すように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置おいても、実施の形態１，２同様、管路２２と接続される自動圧力制御装置２６（または、自動圧力制御装置６１）を備えている。各実施の形態１，２で説明したように、自動圧力制御装置２６（または、自動圧力制御装置６１）は、各放電空間６内の圧力を一定に保っている（ただし、各放電空間６内の圧力は、空洞部２１Ａ内の圧力よりも高く設定されている）。なお、自動圧力制御装置２６（または、自動圧力制御装置６１）は、圧力制御機能により当然、管路２２を介した各放電空間６内の圧力を測定（モニター）している。なお、当該放電空間６内の圧力を圧力Ｐｄと記すこととする。

さらに、本実施の形態に係るプラズマ発生装置では、圧力測定器６２、圧力比較器６３およびバルブ６４を備えている。

圧力測定器６２は、筺体１６内における電極セルの外周部領域の圧力を測定する。ここで、当該外周部領域とは、筺体１６内における、積層状態の電極セルが配置されている領域以外の領域（つまり、筺体１６内における積層状態の電極セルが配置されていない領域）であり、放電空間６は含まない。

たとえば、図４に示す構成例では、筺体１６内において、複数の電極セルは積層して配置されている。そして、最上段の電極セルは、筺体１６の上面に接している。この構成の場合、当該積層の方向における前記外周部領域とは、最下段の電極セルの底部と筺体１６の底面との空間である。また、貫通孔ＰＨを有している各電極セルの平面視外形は、略円形である。したがって、図４の構成例における水平方向の前記外周部領域とは、高圧冷却板５の外周端と筺体１６の側面部との間の空間、絶縁板４の外周端と筺体１６の側面部との間の空間、高圧電極３の外周端と筺体１６の側面部との間の空間、誘電体２ａ，２ｂの外周端と筺体１６の側面部との間の空間、および低圧電極１の外周端と筺体１６の側面部との間の空間である。

ここで、筺体１６内における電極セルの外周部領域の圧力を、圧力Ｐｏと記すこととする。

圧力比較器６３は、自動圧力制御装置２６および圧力測定器６２と接続されている。さらに、圧力比較器６３は、バルブ６４にも接続されている。圧力比較器６３は、自動圧力制御装置２６の測定結果である第一の圧力測定結果Ｐｄと、圧力測定器６２の測定結果である第二の圧力測定結果Ｐｏを取得する。そして、圧力比較器６３では、当該第一の圧力測定結果Ｐｄと当該第二の圧力測定結果Ｐｏとを比較する。

さらに、当該圧力比較器６３は、第一の圧力測定結果Ｐｄが第二の圧力測定結果Ｐｏよりも低くなるように、自動圧力制御装置２６に対する制御および／またはバルブ６４に対する制御を実施する。

圧力比較器６３による自動圧力制御装置２６に対する制御とは、自動圧力制御装置２６が実施している放電空間６内の圧力を一定に保つ制御圧力値を、第一の圧力測定結果Ｐｄが第二の圧力測定結果Ｐｏよりも低くなるように、変更する制御である。

また、バルブ６４は、ガス供給部２０と各ＭＦＣ２４，２５との間の管路に配設されている。当該管路内において、各ＭＦＣ２４，２５から出力された不活性ガス（酸素ガスや窒素ガス等）や希ガスが、ガス供給部２０に向けて流れる。バルブ６４は、当該管路に流れ、ガス供給部２０に入力する各ガスの流量を調整することができる。これにより、筺体１６内の外周部領域の圧力Ｐｏを常に、放電空間圧力Ｐｄよりも、微小圧力ΔＰだけ高く設定できる。

したがって、圧力比較器６３によるバルブ６４に対する制御とは、第一の圧力測定結果Ｐｄが第二の圧力測定結果Ｐｏよりも低くなるように、バルブ６４の締り具合を調整し、ガス供給部２０から筺体１６内に供給される各ガスの流量を変更する制御である。

以上のように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置は、第一の圧力測定結果Ｐｄが第二の圧力測定結果Ｐｏよりも低くなるように、圧力比較器６３が、自動圧力制御装置２６および／またはバルブ６４を制御している。

したがって、本実施の形態に係るプラズマ発生装置では、放電空間６内に直接供給された各種ガス（活性ガス、金属前駆体ガスまたは微粒子金属を含むガス）が、筺体１６内における電極セルの外周部領域へと拡散（逆流）することを防止できる。また、活性ガス、金属前駆体ガスまたは微粒子金属を含む原料ガスが、薄められることなく高濃度で放電空間６に供給される。

ここで、実施の形態３の１例として、活性ガスの原料ガスとして、オゾンガスを適用した事例について説明する。

ＣＶＤ装置３００における半導体ウェハー面に対する酸化膜成膜処理では、酸素ガスやオゾンガスを原料ガスに用いる。そして、ＣＶＤチャンバー２００内で、活性化した酸素原子が当該半導体ウェハー面に晒され、成膜が実施される。このような酸化膜成膜では、成膜処理時間の更なる短時間化、絶縁性の向上および処理能力の向上が、望まれている。また、供給される原料ガスは、活性化原子が得やすいオゾンガスが望まれており、しかも、オゾンガスの高濃度、大流量化が望まれている。

しかしながら、オゾン発生装置から得られるオゾン濃度は、発生原理から限界があり、低コストで、多量のオゾンガスが得られるオゾン濃度は最大３５０ｇ/ｍ^３（１６．３％）程度で、これ以上の高濃度のオゾンガスを得ることは難しい。

上記のように、現状のオゾンガスを原料ガスとして用いたＣＶＤ成膜法（オゾンＣＶＤ成膜法）は、性能アップ向上に問題点がある。

そのため、現状のオゾンＣＶＤ成膜法の問題点を解消する方策として、実施の形態３が有効である。高濃度オゾンガスを供給できるプラズマ発生装置１００では、オゾンガスから放電によって、より高濃度で、多量のプラズマ励起ガスを発生させできる。そして、当該実施の形態３に係る発明では、発生したプラズマ励起ガスと金属前駆体ガスとの接触によって、成膜処理で使用される酸化金属ガス（プラズマ処理粒子）が生成され、ＣＶＤチャンバー２００に供給できる。したがって、実施の形態３に係る発明を用いることにより、より高品質の酸化膜を、多く成膜することができる。

なお、上記では、オゾンガスを用いた酸化膜成膜について説明したが、窒化膜成膜についても、同様である。つまり、実施の形態３に係る発明において、原料ガスとして、アンモニアガスや窒素酸化物ガスを、オゾン発生装置１００に入れ、窒素励起ガスを生成し、当該窒素励起ガスと金属前駆体ガスとの接触によって、成膜に使用する窒化金属ガス（プラズマ処理粒子）を生成する。

＜実施の形態４＞
本実施の形態に係るプラズマ発生装置は、図１０に示したプラズマ発生装置の構成に、遮蔽部７０が付加されている。本実施の形態に係るプラズマ発生装置の構成を、図１１に示す。

図１１に示すように、各放電空間６において遮蔽部７０が配設されている。ここで、遮蔽部７０は、放電空間６内と電極セルの外周部領域とを離隔する（仕切る）部材である。図１１に示すように、各遮蔽部７０は、誘電体２ａおよび誘電体２ｂと接している。誘電体２ａ，２ｂの平面視外形は円形であり、当該円形の誘電体２ａ，２ｂの外周端部側に、遮蔽部７０は設けられる。また、当該遮蔽部７０は環状である。

以上のように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置は、上記構成の遮蔽部７０を有している。したがって、放電空間６内に直接供給された各種ガス（活性ガス、金属前駆体ガスまたは微粒子金属を含むガス）が、筺体１６内における電極セルの外周部領域へと拡散することを完全に防止できる。さらに、ガス供給部２０から筺体１６内部に供給されたガスが、放電空間６内に侵入することも防止できる。このため、直接供給される活性ガス等の濃度が、薄められることなく、放電空間６に導ける。よって、ガス供給部２０から筺体１６内部に供給されたガスが圧力Ｐｏの調整のみ寄与し、高濃度の活性ガスをプラズマ放電に晒すことができる。よって、本実施の形態に係る発明では、より高濃度のプラズマ励起ガスが得られ、より高機能金属粒子ガスが得られ、当該高機能金属粒子ガスをＣＶＤチャンバー２００等に供給できる。

＜実施の形態５＞
本実施の形態に係るプラズマ発生装置の構成を、図１２に示す。図１２は、当該プラズマ発生装置が備える絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内の構成を示す拡大断面図である。ここで、図１２に示す構成では、図面簡略化のために、絶縁筒部２１の周囲の構成（各電極１，３、誘電体２ａ，２ｂ、放電空間６、絶縁体１ａ，３ａ，５ａ、高圧冷却板５、絶縁板４等の構成は、図示を省略している）。

図１２に示すように、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内には、冷却部５８が配設されている。当該冷却部５８は、絶縁筒部２１の延設方向に沿って、概略外形はＵ字状である。また、冷却部５８は、絶縁筒部２１に穿設された全て噴出孔２１ｘに対面するように、電極セルの積層方向に渡って延設されている。

当該冷却部５８内を冷媒が流れる。より具体的には、外部から供給された冷媒は、当該冷却部５８に入り、当該冷却部５８を循環した後、外部に出力される。ここで、図１２に示す構成例では、冷媒の往路に相当する冷却部５８の部分５８ａは、Ｓ字状に蛇行しており、冷媒の復路に相当する冷却部５８の部分５８ｂは、直線状である。

ここで、冷媒として、たとえば、５〜２５℃程度の範囲で一定温度に調整された水冷などが採用できる。

以上のように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置では、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内に冷却部５８が配設されている。

原料ガスとして、管路７５から微粒子金属が供給されると、放電空間６では、プラズマ処理粒子ガスが生成される。当該プラズマ処理粒子ガスは、放電空間６から、絶縁筒部２１の噴射孔２１ｘを経て、空洞部２１Ａに誘導され、当該空洞部２１Ａ内の冷却部５８により冷却される。これにより、プラズマ処理粒子ガスに含まれるプラズマ改質粒子αｓとガス成分との分離が、当該空洞部２１Ａ内において促進される。

また、上述したように、空洞部２１Ａには、各放電空間６で生成されたプラズマ改質粒子αｓが集合する。当該空洞部２１Ａ内に冷却部５８を配設することにより、プラズマ改質粒子αｓが冷却され、結晶化も促進される。これにより、大粒子であるプラズマ改質粒子αｓが作成される。

＜実施の形態６＞
本実施の形態では、プラズマ発生装置１００の筺体１６外から（管路７５を介して、）放電空間６へと直接、金属前駆体ガスを分解して得られる金属粒子ガスを、原料ガスとして、供給する構成である。本実施の形態に係るプラズマ発生装置では、上記各実施の形態で説明したプラズマ発生装置の構成に加えて、前駆体分解器５４を備えている。前駆体分解器５４を設けることにより、プラズマ発生装置には、金属前駆体ガスから分解された金属粒子ガスが供給される。

図１３に示すように、前駆体分解器５４内には、金属触媒フィラメント５５が配設されており、当該金属触媒フィラメント５５には、加熱ヒータ５６が接続されている。また、図１３に示すように、前駆体分解器５４には、前駆体ガス入力部５４Ａおよび分解ガス出力部５４Ｂが配設されている。

ここで、金属触媒フィラメント５５は、高融点金属フィラメントであり、たとえばタングステンフィラメントを採用できる。

加熱ヒータ５６により、金属触媒フィラメント５５を、たとえば１２００℃程度まで加熱する。当該加熱状態の金属触媒フィラメント５５が配設されている前駆体分化器５４内に、前駆体ガス入力部５４Ａから、金属前駆体ガスを供給する。

すると、金属触媒フィラメント５５を利用した触媒作用により、金属前駆体ガスは、金属粒子ガスと、当該金属ガス成分以外のその他のガスとに、管路７５に供給される前に、分解される。当該分解された、金属粒子ガスおよびその他のガスは、分解ガス出力部５４Ｂを介して、プラズマ発生装置に配設された管路７５に向けて出力される。ここで、前駆体分解器５４として、金属粒子ガスのみを管路７５に対して供給できるものを採用しても良い。

以上のように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置では、前駆体分解器５４において金属前駆体ガスを分解した後、少なくとも分解後の金属粒子ガスを、管路７５に供給している。

したがって、各放電空間６には、分解後の金属粒子ガスが直接供給される。よって、各放電空間６では、当該金属粒子ガスに対して直接、プラズマ処理することができ、窒化や酸化等の改質した金属粒子化ガス生成される。これにより、金属前駆体ガスに対してプラズマ処理する場合と比較して、品質の高いプラズマ改質粒子αｓを生産することができる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ 低圧電極
１ａ，３ａ，５ａ 絶縁体
２ａ，２ｂ 誘電体
３ 高圧電極
４ 絶縁板
５ 高圧冷却板
６ 放電空間
８ 締め付け板
９ 連結ブロック
ＰＨ 貫通口
１４ｂ，１４ｃ ガス出力フランジ
１４Ｓ シャワープレート
１４ｔ 噴出孔
１５ 電気供給端子
１６ 筺体
１７ 交流電源
１７ａ インバータ
１７ｂ 高圧トランス
１８ 被処理材
２０ ガス供給部
２１ 絶縁筒部
２１Ａ 空洞部
２１ｘ 噴出孔
２２ 管路
２４ ガス用ＭＦＣ
２５ サブガス用ＭＦＣ
２６，６１ 自動圧力制御装置
２７ 減圧装置
２８ 排気ガス分解処理装置
３０ 排気ガス出力口
５４ 前駆体分解器
５４Ａ 前駆体ガス入力部
５４Ｂ 分解ガス出力部
５５ 金属触媒フィラメント
５６ 加熱ヒータ
５８ 冷却部
６２ 圧力測定器
６３ 圧力比較器
６４ バルブ
７０ 遮蔽部
７５ 管路
７５ａ バッファ部
７５ｂ 噴出口
７６ 原料ガス用ＭＦＣ
１００ プラズマ発生装置
２００ ＣＶＤチャンバー
２５０ 処理物回収フランジ
３００ ＣＶＤ装置
４００ プラズマ処理粒子生成装置
αｓ プラズマ処理粒子またはプラズマ改質粒子
γ プラズマ励起ガス

上記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマ発生装置は、電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体とを備えており、前記電極セルは、第一の電極と、誘電体バリア放電が発生する放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に、前記放電空間に面する噴出孔を有する、絶縁筒部と、前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路とを、さらに備えている。

また、本発明に係るＣＶＤ装置は、プラズマ発生装置と、前記プラズマ装置に接続されるＣＶＤチャンバーとを備えており、前記プラズマ発生装置は、電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体とを備えており、前記電極セルは、第一の電極と、誘電体バリア放電が発生する放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に、前記放電空間に面する噴出孔を有する、絶縁筒部と、前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路とを、さらに備えており、前記ＣＶＤチャンバーは、前記貫通口に接続されている。

また、本発明に係るプラズマ処理粒子生成装置は、プラズマ発生装置と、前記プラズマ装置に接続される処理物回収フランジとを備えており、前記プラズマ発生装置は、電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体とを、備えており、前記電極セルは、第一の電極と、誘電体バリア放電が発生する放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを、有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に、前記放電空間に面する噴出孔を有する、絶縁筒部と、前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路とを、さらに備えており、前記処理物回収フランジは、前記貫通口に接続されている。

本発明に係るプラズマ発生装置は、電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体とを備えており、前記電極セルは、第一の電極と、誘電体バリア放電が発生する放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に、前記放電空間に面する噴出孔を有する、絶縁筒部と、前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路とを、さらに備えている。

Claims (22)

1. 電極セル（１，２ａ，２ｂ，３）と、
   前記電極セルに交流電圧を印加する電源部（１７）と、
   前記電極セルを囲繞する筐体（１６）とを、
   備えており、
   前記電極セルは、
   第一の電極（３）と、
   放電空間（６）を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極（１）と、
   前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体（２ａ，２ｂ）と、
   平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口（ＰＨ）とを、
   有しており、
   円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に噴出孔（２１ｘ）を有する、絶縁筒部（２１）と、
   前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路（７５）とを、
   さらに備えている、
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 前記絶縁筒部の空洞部（２１Ａ）内の圧力を減圧する減圧装置（２７）を、
   さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
3. 前記絶縁筒部の空洞部（２１Ａ）内の圧力を一定に保持する圧力制御装置（６１）を、さらに備えており、
   前記圧力制御装置は、
   前記空洞部内の圧力を、前記放電空間内の圧力よりも低くする、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
4. 前記放電空間の圧力を一定に保つ圧力制御装置（２６）を、
   さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
5. 前記第二の電極内には、
   温度調整された液体が流れる流路が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
6. 前記筐体に形成され、前記筺体外部から前記筐体内における前記電極セルの外周部へと、所定のガスを供給するガス供給部（２０）を、
   さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
7. 前記放電空間の圧力（Ｐｄ）の圧力を一定に保持し、当該圧力を測定する圧力制御装置（２６）と、
   前記筺体内における、前記電極セルの外周部領域の圧力（Ｐｏ）を測定する圧力測定器（６２）と、
   前記圧力制御装置の測定結果である第一の圧力測定結果および前記圧力測定器の測定結果である第二の圧力測定結果を取得する、圧力比較器（６３）とを、
   さらに備えており、
   前記圧力比較器は、
   前記第一の圧力測定結果が前記第二の圧力測定結果よりも低くなるように、前記圧力制御装置の制御圧力を変更する制御および／または前記ガス供給部から前記筺体内への前記ガスの供給量を変更する制御を、実施する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生装置。
8. 前記電極セルは、
   前記放電空間内に配置され、前記筺体内における前記電極セルの外周部領域と前記放電空間とを仕切る、遮蔽部（７０）を、
   さらに有する、
   ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ発生装置。
9. 前記ガス供給部は、
   前記所定の原料ガスを希ガスと共に、供給する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生装置。
10. 前記電極セルは、
    複数であり、
    各電極セルは、
    前記対面方向に積層している、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
11. 前記絶縁筒部の端部側に配設されるシャワープレート（１４Ｓ）を、
    さらに備えている、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ発生装置。
12. 前記原料ガスは、
    活性ガスを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
13. 前記活性ガスは、
    オゾンガス、アンモニアガスおよび窒素酸化物ガスの何れかである、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
14. 前記原料ガスは、
    微粒子金属を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
15. 前記原料ガスは、
    金属前駆体ガスを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
16. 前記絶縁筒部の空洞部（２１Ａ）内に配設された冷却部（５８）を、
    さらに備えている、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ発生装置。
17. 金属前駆体ガスを、金属ガスと当該金属ガス以外のガスとに分解する前駆体分解器（５４）を、
    さらに備えており、
    前記管路には、
    少なくとも、前記前駆体分化器から出力された前記金属ガスを、供給する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
18. 前記管路内面は、
    ステンレス製であり、
    当該内面には、
    電解研磨もしくは金メッキもしくは不動態膜形成が施されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
19. プラズマ発生装置（１００）と、
    前記プラズマ装置に接続されるＣＶＤチャンバー（２００）とを、
    備えており、
    前記プラズマ発生装置は、
    電極セル（１，２ａ，２ｂ，３）と、
    前記電極セルに交流電圧を印加する電源部（１７）と、
    前記電極セルを囲繞する筐体（１６）とを、
    備えており、
    前記電極セルは、
    第一の電極（３）と、
    放電空間（６）を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極（１）と、
    前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体（２ａ，２ｂ）と、
    平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口（ＰＨ）とを、
    有しており、
    円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に噴出孔（２１ｘ）を有する、絶縁筒部（２１）と、
    前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路（７５）とを、
    さらに備えており、
    前記ＣＶＤチャンバーは、
    前記貫通口に接続されている、
    ことを特徴とするＣＶＤ装置。
20. 前記管路内面は、
    ステンレス製であり、
    当該内面には、
    電解研磨もしくは金メッキもしくは不動態膜形成が施されている、
    ことを特徴とする請求項１９に記載のＣＶＤ装置。
21. プラズマ発生装置（１００）と、
    前記プラズマ装置に接続される処理物回収フランジ（２５）とを、
    備えており、
    前記プラズマ発生装置は、
    電極セル（１，２ａ，２ｂ，３）と、
    前記電極セルに交流電圧を印加する電源部（１７）と、
    前記電極セルを囲繞する筐体（１６）とを、
    備えており、
    前記電極セルは、
    第一の電極（３）と、
    放電空間（６）を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極（１）と、
    前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体（２ａ，２ｂ）と、
    平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口（ＰＨ）とを、
    有しており、
    円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に噴出孔（２１ｘ）を有する、絶縁筒部（２１）と、
    前記電極セルが配設されていない前記筺体内部の空間と接続すること無く、前記筺体外から前記放電空間へと直接、原料ガスを供給する管路（７５）とを、
    さらに備えており、
    前記処理物回収フランジは、
    前記貫通口に接続されている、
    ことを特徴とするプラズマ処理粒子生成装置。
22. 前記管路内面は、
    ステンレス製であり、
    当該内面には、
    電解研磨もしくは金メッキもしくは不動態膜形成が施されている、
    ことを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ処理粒子生成装置。

Images