特開 2022-135623 プラズマ処理装置およびプラズマ源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135623

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置およびプラズマ源

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/24 20060101AFI20220908BHJP

   B01J 19/08 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

H05H1/24

B01J19/08 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021035555

(22)【出願日】2021-03-05

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】堀越 章

(72)【発明者】

【氏名】竹市 弥生

(72)【発明者】

【氏名】上野 美佳

【テーマコード（参考）】

2G084

4G075

【Ｆターム（参考）】

2G084AA03

2G084AA07

2G084AA25

2G084BB07

2G084BB11

2G084BB23

2G084BB32

2G084BB37

2G084CC03

2G084CC19

2G084CC34

2G084DD01

2G084DD18

2G084DD22

2G084DD63

2G084DD68

2G084FF02

2G084FF06

2G084FF07

2G084FF31

2G084GG02

2G084GG07

4G075AA30

4G075DA02

4G075EA06

4G075EB43

4G075EC01

4G075EC07

4G075EC13

4G075EC21

4G075FB02

4G075FB04

4G075FB06

4G075FC06

4G075FC15

(57)【要約】

【課題】被処理物への熱的損傷を抑制しつつ、プラズマ処理の効率を高めることができるプラズマ処理装置およびプラズマ源を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置８００は、被処理物９００を大気圧下で処理する。プラズマ処理装置８００は、プラズマ源１００と、保持部２００Ａとを有している。プラズマ源１００は、第１電極１１１と、第１電極１１１に対向する第２電極１１２と、第１電極１１１と第２電極１１２との間を隔てる少なくとも１つの誘電体部１２０とを含む。保持部２００Ａは被処理物９００を保持する。保持部２００Ａは、被処理物９００を冷却するための、冷却液を用いた冷却装置２５０を有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物を大気圧下で処理するプラズマ処理装置であって、
第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間を隔てる少なくとも１つの誘電体部と、を含むプラズマ源と、
前記被処理物を保持する保持部と、
を備え、
前記保持部は、前記被処理物を冷却するための、冷却液を用いた冷却装置を有している、プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記プラズマ源は、前記第１電極および前記第２電極を冷却するための、冷却液を用いた冷却装置を有していない、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記少なくとも１つの誘電体部は、第１端を有する第１内部空間が設けられた第１管と、開放された第２端を有する第２内部空間が設けられた第２管と、を含み、前記第１管は、前記第１管の前記第１端が前記第２管の前記第２端の方を向くように前記第２管の前記第２内部空間に挿入されており、
前記プラズマ源は、プラズマ化されるプロセスガスを前記第１電極と前記第２電極との間で流すためのガス流路を有しており、
前記ガス流路は、前記第１管と前記第２管との間の隙間によって構成された部分と、前記第２管の前記第２端によって構成された出口と、を有しており、
前記第１電極は前記第１管の前記第１内部空間に挿入されている、
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記第１管の前記第１端は閉塞されている、請求項３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記第１電極は、前記第１管の前記第１端の方を向く端部を有しており、前記端部と前記第１管の前記第１内部空間の前記第１端とは、室温において互いに離れている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記第１電極は、前記第１管の前記第１端の方を向く端部を有しており、前記端部から離れた固定箇所において前記第１管へ固定されており、
前記第１電極のうち前記端部と前記固定箇所との間の部分は、前記第２電極に対向する部分を有しており、前記第１管へ固定されていない、請求項３から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記固定箇所は、前記第１電極の前記端部から２０ｍｍ以上離れている、請求項６に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記第１電極の前記端部と、前記固定箇所との間での、前記第１管に垂直な断面視において、
前記第１電極は第１直径Ｒ１を有しており、
前記第１管の前記第１内部空間は第２直径Ｒ２を有しており、
室温において、Ｒ２＞Ｒ１が満たされている、
請求項６または７に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記第１電極は、室温から６００℃への温度上昇によって伸び率Ｅ１の熱膨張を生じる材料からなり、
前記第１管は、室温から６００℃への温度上昇によって伸び率Ｅ２の熱膨張を生じる材料からなり、
前記Ｒ１および前記Ｒ２は、
Ｒ２×Ｅ２≧Ｒ１×Ｅ１
を満たしている、
請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記保持部は、フローティング電位で前記被処理物を支持する支持板を有している、請求項１から９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記保持部の前記冷却装置は、前記支持板を介して前記被処理物を冷却液によって冷却するものであり、前記支持板は誘電体からなる、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

前記保持部の前記冷却装置は、前記被処理物を冷却ガスによって冷却するものである、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項13】

被処理物を大気圧下で処理するプラズマ処理装置のためのプラズマ源であって、
第１電極と、
前記第１電極に対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間を隔てる少なくとも１つの誘電体部と
プラズマ化されるプロセスガスを前記第１電極と前記第２電極との間で流すためのガス流路と、
を備え、
前記少なくとも１つの誘電体部は、第１端を有する第１内部空間が設けられた第１管と、第２端を有する第２内部空間が設けられた第２管と、を含み、前記第１管は、前記第１管の前記第１端が前記第２管の前記第２端の方を向くように前記第２管の前記第２内部空間に挿入されており、
前記ガス流路は、前記第１管と前記第２管との間の隙間によって構成された部分と、前記第２管の前記第２端によって構成された出口と、を有しており、
前記第１電極は、前記第１管の前記第１内部空間に挿入されており、前記第１管の前記第１端の方を向く端部を有しており、前記端部から離れた固定箇所において前記第１管へ固定されており、
前記第１電極のうち前記端部と前記固定箇所との間の部分は、前記第２電極に対向する部分を有しており、前記第１管へ固定されていない、プラズマ源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ源に関し、特に、被処理物を大気圧下で処理するプラズマ処理装置と、そのためのプラズマ源とに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、様々な分野において、大気圧下で被処理物へプラズマを照射する大気圧プラズマ処理の利用が進められている。例えば、農業、漁業、食品衛生などの分野において、大気圧プラズマが殺菌処理などに用いられている。また工業分野においては、大気圧プラズマが、有機物を除去する洗浄処理、および、濡れ性を向上させる表面処理などに用いられている。

【0003】

特開２０００－２８２２４３号公報（特許文献１）において、高いプラズマ温度（ガス温度）に起因して、被処理物が空気中で酸化したり炭化したりして熱的損傷を受ける、という問題が着目されている。当該公報に例示されたプラズマ処理装置は、外側電極を備えた筒状の反応管と、反応管の内部に配置される内側電極とを有している。反応管に不活性ガスまたは不活性ガスと反応ガスの混合気体を導入するとともに外側電極と内側電極との間に交流電界を印加することにより、大気圧下で反応管の内部にグロー放電が発生させられ、反応管からプラズマジェットが吹き出される。内側電極は、金属の電極本体管内に冷媒供給管を設けることによって形成されている。電極を冷媒によって冷却することにより、プラズマ温度が高くなることを避けることによって、被処理物の熱的損傷を少なくすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－２８２２４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記公報に記載の技術によれば、被処理物の熱的損傷を少なくするために、プラズマ源に設けられた冷媒供給管（冷却装置）によってプラズマ温度が低くされる。その結果、プラズマの活性種による作用が低下するので、プラズマ処理の効率も低下してしまう。

【0006】

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、被処理物への熱的損傷を抑制しつつ、プラズマ処理の効率を高めることができるプラズマ処理装置およびプラズマ源を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１態様は、被処理物を大気圧下で処理するプラズマ処理装置であって、プラズマ源と、保持部と、を備える。前記プラズマ源は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間を隔てる少なくとも１つの誘電体部と、を含む。前記保持部は前記被処理物を保持する。前記保持部は、前記被処理物を冷却するための、冷却液を用いた冷却装置を有している。

【0008】

第２態様は第１態様のプラズマ処理装置である。第２態様においては、前記プラズマ源は、前記第１電極および前記第２電極を冷却するための、冷却液を用いた冷却装置を有していない。

【0009】

第３態様は第１または第２態様のプラズマ処理装置である。第３態様においては、前記少なくとも１つの誘電体部は、第１端を有する第１内部空間が設けられた第１管と、開放された第２端を有する第２内部空間が設けられた第２管と、を含み、前記第１管は、前記第１管の前記第１端が前記第２管の前記第２端の方を向くように前記第２管の前記第２内部空間に挿入されており、前記プラズマ源は、プラズマ化されるプロセスガスを前記第１電極と前記第２電極との間で流すためのガス流路を有しており、前記ガス流路は、前記第１管と前記第２管との間の隙間によって構成された部分と、前記第２管の前記第２端によって構成された出口と、を有しており、前記第１電極は前記第１管の前記第１内部空間に挿入されている。

【0010】

第４態様は第３態様のプラズマ処理装置である。第４態様においては、前記第１管の前記第１端は閉塞されている。

【0011】

第５態様は第４態様のプラズマ処理装置である。第５態様においては、前記第１電極は、前記第１管の前記第１端の方を向く端部を有しており、前記端部と前記第１管の前記第１内部空間の前記第１端とは、室温において互いに離れている。

【0012】

第６態様は第３から第５態様のいずれかのプラズマ処理装置である。第６態様においては、前記第１電極は、前記第１管の前記第１端の方を向く端部を有しており、前記端部から離れた固定箇所において前記第１管へ固定されている。前記第１電極のうち前記端部と前記固定箇所との間の部分は、前記第２電極に対向する部分を有しており、前記第１管へ固定されていない。

【0013】

第７態様は第６態様のプラズマ処理装置である。第７態様においては、前記固定箇所は、前記第１電極の前記端部から２０ｍｍ以上離れている。

【0014】

第８態様は第６または第７態様のプラズマ処理装置である。第８態様においては、前記第１電極の前記端部と、前記固定箇所との間での、前記第１管に垂直な断面視において、前記第１電極は第１直径Ｒ１を有しており、前記第１管の前記第１内部空間は第２直径Ｒ２を有しており、室温において、Ｒ２＞Ｒ１が満たされている。

【0015】

第９態様は第８態様のプラズマ処理装置である。第９態様においては、前記第１電極は、室温から６００℃への温度上昇によって伸び率Ｅ１の熱膨張を生じる材料からなり、前記第１管は、室温から６００℃への温度上昇によって伸び率Ｅ２の熱膨張を生じる材料からなり、前記Ｒ１および前記Ｒ２は、Ｒ２×Ｅ２≧Ｒ１×Ｅ１を満たしている。

【0016】

第１０態様は第１から第９態様のいずれかのプラズマ処理装置である。第９態様においては、前記保持部は、フローティング電位で前記被処理物を支持する支持板を有している。

【0017】

第１１態様は第１から第１０態様のいずれのプラズマ処理装置である。第１１態様においては、前記保持部の前記冷却装置は、前記支持板を介して前記被処理物を冷却液によって冷却するものであり、前記支持板は誘電体からなる。

【0018】

第１２態様は第１から第１０態様のいずれかのプラズマ処理装置である。第１２態様においては、前記保持部の前記冷却装置は、前記被処理物を冷却ガスによって冷却するものである。

【0019】

第１３態様は、被処理物を大気圧下で処理するプラズマ処理装置のためのプラズマ源であって、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間を隔てる少なくとも１つの誘電体部と、プラズマ化されるプロセスガスを前記第１電極と前記第２電極との間で流すためのガス流路と、を備える。前記少なくとも１つの誘電体部は、第１端を有する第１内部空間が設けられた第１管と、第２端を有する第２内部空間が設けられた第２管と、を含み、前記第１管は、前記第１管の前記第１端が前記第２管の前記第２端の方を向くように前記第２管の前記第２内部空間に挿入されている。前記ガス流路は、前記第１管と前記第２管との間の隙間によって構成された部分と、前記第２管の前記第２端によって構成された出口と、を有している。前記第１電極は、前記第１管の前記第１内部空間に挿入されており、前記第１管の前記第１端の方を向く端部を有しており、前記端部から離れた固定箇所において前記第１管へ固定されている。前記第１電極のうち前記端部と前記固定箇所との間の部分は、前記第２電極に対向する部分を有しており、前記第１管へ固定されていない。

【発明の効果】

【0020】

第１態様によれば、保持部は、被処理物を冷却するための、冷却液を用いた冷却装置を有している。これにより、大気圧プラズマが被処理物に及ぼす熱的損傷が抑制される。よって、被処理物への熱的損傷を抑制しつつ、より高いプラズマ温度を用いることができる。高いプラズマ温度を用いることによって活性種による作用が高められるので、プラズマ処理の効率を高めることができる。以上から、被処理物への熱的損傷を抑制しつつ、プラズマ処理の効率を高めることができる。

【0021】

第２態様によれば、プラズマ源の構成を簡素化することができる。

【0022】

第３態様によれば、プラズマから第１電極を第１管によって保護することができる。第４態様によれば、この効果を、より確実に得ることができる。

【0023】

第５態様によれば、室温において、第１電極の端部と、第１管の第１内部空間の第１端との密着が避けられる。これにより、第１電極と第１管との間での熱膨張収縮の差異に起因してのプラズマ源の破壊を防止することができる。

【0024】

第６態様によれば、第１電極のうち特に熱膨張収縮が発生しやすい部分が、第１管へ固定されていない。これにより、第１電極と第１管との間での熱膨張収縮の差異に起因してのプラズマ源の破壊を防止することができる。第７態様によれば、この効果を、より十分に得ることができる。

【0025】

第８態様によれば、室温において、第１電極の側面と第１管との密着が避けられる。これにより、第１電極と第１管との間での熱膨張収縮の差異に起因してのプラズマ源の破壊を防止することができる。第９態様によれば、この効果を、より十分に得ることができる。

【0026】

第１０態様によれば、プラズマ源から被処理物およびそれを保持する保持部への放電の発生を避けることができる。

【0027】

第１１態様によれば、冷却液の電位がプラズマに及ぼす影響を避けることができる。第１２態様によれば、冷却液を用いることなく冷却装置を動作させることができる。

【0028】

第１３態様によれば、第１電極のうち特に熱膨張収縮が発生しやすい部分が、第１管へ固定されていない。これにより、第１電極と第１管との間での熱膨張収縮の差異に起因してのプラズマ源の破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す側面図である。

【図2】図１のプラズマ源の構成を概略的に示す断面図である。

【図3】図１の保持部の構成を概略的に示す断面図である。

【図4】プラズマ処理時の、冷却装置による被処理物の冷却効果の例を示すグラフ図である。

【図5】図３の第１変形例を示す断面図である。

【図6】図３の第２変形例を示す断面図である。

【図7】図３の第３変形例を示す断面図である。

【図8】図３の第４変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。なお、いくつかの図面においては、図面間での方向の関係を理解しやすくするために、ｘｙｚ座標系が示されている。

【0031】

図１は、実施の形態１におけるプラズマ処理装置８００の構成を概略的に示す側面図である。図２は、プラズマ源１００（図１）の構成を概略的に示す断面図である。図３は、被処理物９００を保持している保持部２００Ａ（図１）の構成を概略的に示す断面図である。

【0032】

プラズマ処理装置８００（図１）は、プラズマＰＬ（具体的にはプラズマジェット）を生成するプラズマ源１００と、被処理物９００を保持する保持部２００Ａとを有している。プラズマ処理装置８００は、被処理物９００を大気圧下で処理するプラズマ処理装置８００である。ここで大気圧下は、０．０５ＭＰａ（約０．５気圧）以上０．２ＭＰａ（約２気圧）以下の圧力を意味する。よってプラズマ処理装置８００は、高い気密性を有するチャンバー（真空チャンバー）を必要としない。

【0033】

プラズマ源１００（図２）は、内側電極１１１（第１電極）と、内側電極１１１に対向する外側電極１１２（第２電極）と、内側電極１１１と外側電極１１２との間を隔てる少なくとも１つの誘電体部１２０と、を含む。この構成によりプラズマ源１００は、交流電源１４０を用いて誘電体バリア放電（ＤＢＤ：Dielectric Barrier Discharge）を行うことができる。誘電体部１２０の材料は、例えば、石英またはセラミックスである。当該セラミックスとしては、アルミナの誘電率と同等以上に高い誘電率を有し、高い加工性を有し、高い緻密性（低い吸湿性）を有する材料が好ましく、例えば、アルミナ、イットリア、窒化珪素または炭化珪素を用いることができる。プラズマ源１００は、内側電極１１１および外側電極１１２を冷却するための、冷却液を用いた冷却装置２５０を有していない。

【0034】

誘電体部１２０は内管１２１（第１管）および外管１２２（第２管）を有している。内管１２１には、閉塞された端ＥＣ（第１端）を有する内部空間Ｓ１（第１内部空間）が設けられている。外管１２２には、開放された端ＥＯ（第２端）を有する内部空間Ｓ２（第２内部空間）が設けられている。内管１２１は、内管１２１の端ＥＣが外管１２２の端ＥＯの方を向くように外管１２２の内部空間Ｓ２に挿入されている。内管１２１は外管１２２へ固定部材１３２によって固定されていてよい。固定部材１３２は、例えばシリコン接着材からなる。

【0035】

プラズマ源１００は、プラズマ化されるプロセスガスを内側電極１１１と外側電極１１２との間で流すためのガス流路ＧＬを有している。ガス流路ＧＬは、入口ＧＩと、外管１２２の端ＥＯによって構成された出口と、入口と出口との間を延びるように内管１２１と外管１２２との間の隙間ＳＰによって構成された部分と、を有している。

【0036】

内側電極１１１は内管１２１の内部空間Ｓ１に挿入されている。内側電極１１１は、内管１２１の内部空間Ｓ１の端ＥＣの方を向く端部１１１Ｅを有している。内側電極１１１の端部１１１Ｅと、内部空間Ｓ１の端ＥＣとは、室温において互いに離れていることが好ましく、室温から６００℃の温度範囲において離れていることがより好ましい。

【0037】

内側電極１１１は、その端部１１１Ｅから離れた固定箇所１１１Ｆにおいて内管１２１へ固定されていることが好ましい。当該固定は固定部材１３１によって行われてよい。固定部材１３１は、例えばシリコン接着材からなる。内側電極１１１のうち端部１１１Ｅと固定箇所１１１Ｆとの間の部分は、内管１２１および外管１２２を介して外側電極１１２に対向する部分を有しており、内管１２１へ固定されていない。固定箇所１１１Ｆは、内側電極１１１の端部１１１Ｅから、好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上離れている。なお、内側電極１１１のうち端部１１１Ｅと固定箇所１１１Ｆとの間の部分は、図２に示されているようにその全体が内管１２１から離れていてよく、あるいは、部分的に内管１２１に、固定されることなく接触していてよい。

【0038】

内側電極１１１の端部１１１Ｅと固定箇所１１１Ｆとの間での、内管１２１に垂直な断面視（ｘｙ面での断面視）において、内側電極１１１は直径Ｒ１（第１直径）の略円形形状を有していてよく、内管１２１の内部空間Ｓ１は直径Ｒ２（第２直径）の略円形形状を有していてよい。室温において、Ｒ２＞Ｒ１が満たされている。直径Ｒ１は、例えば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。Ｒ２とＲ１との差異は、例えば、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

【0039】

内側電極１１１は、室温から６００℃への温度上昇によって伸び率Ｅ１の熱膨張を生じる材料からなる。内管１２１は、室温から６００℃への温度上昇によって伸び率Ｅ２の熱膨張を生じる材料からなる。Ｒ１およびＲ２は、Ｒ２×Ｅ２≧Ｒ１×Ｅ１を満たしていることが好ましい。

【0040】

内側電極１１１の材料は、耐スパッタ性の高い材料であることが好ましく、例えばタングステンである。これにより、意図せず内管１２１内にもプラズマが発生してしまった場合において、内側電極１１１へのダメージを抑制することができる。外側電極１１２の材料も同様の材料であってよい。

【0041】

外側電極１１２は、外管１２２の側面の周りに配置されている。外側電極１１２は外管１２２の側面に取り付けられていてよい。

【0042】

プロセスガス源１３０（図１）は、ガス流路ＧＬの入口ＧＩ（図２）へ、プラズマ化されることになるプロセスガスを供給する。プロセスガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素または空気である。

【0043】

交流電源１４０は、内側電極１１１と外側電極１１２との間に交流電圧を供給する。交流電圧の振幅は、例えば、９ｋＶ以上１５ｋＶ以下である。交流電圧の周波数は、例えば、１２ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下である。交流電圧の波形は、例えば、正弦波である。交流電圧が供給される際に、外側電極１１２の電位が接地電位とされていてよい。

【0044】

駆動部１９０は、プラズマ源１００を変位させることによって、プラズマ源１００と、保持部２００Ａとの相対的変位を可能とする。これにより、プラズマ源１００からのプラズマＰＬの大きさが小さくても、広範囲へのプラズマ照射が可能となる。駆動部１９０は、例えば、プラズマ源１００の外管１２２を支持するアームと、当該アームを変位させるアクチュエータとを有していてよい。なお上の記相対的変位は、保持部２００Ａの変位によって行われてもよい。

【0045】

保持部２００Ａは、被処理物９００を支持するための支持板２１１と、被処理物９００を冷却するための冷却液ジャケット２５０（冷却装置）とを有している。

【0046】

支持板２１１は、誘電体（例えば石英）からなり、よって被処理物９００をフローティング電位で支持する。具体的には、支持板２１１に設けられた貫通孔によって構成された真空チャック２１２によって、被処理物９００が支持板２１１に吸着される。真空チャック２１２は真空ポンプ２１４によって真空引きされる。支持板２１１は軸部２１３によって支持されていてよく、真空チャック２１２は軸部２１３を経由していてよい。

【0047】

冷却液ジャケット２５０は、冷却液ＦＬを用いて被処理物９００を冷却する。具体的には、冷却液ジャケット２５０は、支持板２１１を介して被処理物９００を冷却液ＦＬによって冷却する。冷却液ＦＬの電位は接地電位であってよく、よって冷却液ジャケット２５０の電位も接地電位であってよい。冷却液ジャケット２５０は、冷却液入口２５０ａと、冷却液出口２５０ｂとを有している。冷却液供給部２５１は冷却液入口２５０ａへ冷却液を供給する。冷却液回収部２５２は冷却液出口２５０ｂから冷却液を回収する。

【0048】

図４は、プラズマ源１００によるプラズマ処理時の、保持部２００Ａの冷却装置による被処理物９００の冷却効果の例を示すグラフ図である。被処理物９００の温度は、保持部２００Ａの冷却装置を用いることによって、顕著に抑制することができる。

【0049】

本実施の形態によれば、保持部２００Ａは、被処理物９００を冷却するための、冷却液を用いた冷却装置２５０を有している。これにより、大気圧プラズマが被処理物９００に及ぼす熱的損傷が抑制される。よって、被処理物９００への熱的損傷を抑制しつつ、より高いプラズマ温度（内側電極１１１および外側電極１１２間でのプロセスガス温度）を用いることができる。高いプラズマ温度を用いることによって活性種による作用が高められるので、プラズマ処理の効率を高めることができる。以上から、被処理物９００への熱的損傷を抑制しつつ、プラズマ処理の効率を高めることができる。

【0050】

プラズマ源１００は、前述した特開２０００－２８２２４３号公報の技術とは異なり、内側電極１１１および外側電極１１２を冷却するための冷却装置を有していない。これにより、プラズマ源１００の構成を簡素化することができる。

【0051】

プラズマＰＬから内側電極１１１を内管１２１によって保護することができる。この効果は、内管１２１の内部空間Ｓ１の端ＥＣが閉塞されていることによって、より確実に得ることができる。

【0052】

内側電極１１１の端部１１１Ｅと、内管１２１の内部空間Ｓ１の端ＥＣとが、室温において互いに離れている場合、室温におけるこれらの密着が避けられる。これにより、内側電極１１１と内管１２１との間での熱膨張収縮の差異に起因してのプラズマ源１００の破壊を防止することができる。

【0053】

内側電極１１１のうち端部１１１Ｅと固定箇所１１１Ｆとの間の部分は、好ましくは、内管１２１および外管１２２を介して外側電極１１２に対向する部分を有しており、内管１２１へ固定されていない。この場合、内側電極１１１のうち特に熱膨張収縮が発生しやすい部分が、内管１２１へ固定されていない。これにより、内側電極１１１と内管１２１との間での熱膨張収縮の差異に起因してのプラズマ源１００の破壊を防止することができる。固定箇所１１１Ｆが、内側電極１１１の端部１１１Ｅから、２０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上離れていることによって、この効果は、より十分に得ることができる。

【0054】

内側電極１１１の直径Ｒ１に比して、内管１２１の内部空間Ｓ１の直径Ｒ２が、室温において大きいことによって、室温において内側電極１１１の側面と内管１２１との密着が避けられる。これにより、内側電極１１１と内管１２１との間での熱膨張収縮の差異に起因してのプラズマ源１００の破壊を防止することができる。内側電極１１１が室温から６００℃への温度上昇によって伸び率Ｅ１の熱膨張を生じる材料からなり、内管１２１が室温から６００℃への温度上昇によって伸び率Ｅ２の熱膨張を生じる材料からなり、Ｒ２×Ｅ２≧Ｒ１×Ｅ１が満たされている場合、この効果をより十分に得ることができる。

【0055】

支持板２１１がフローティング電位で被処理物９００を支持することによって、プラズマ源１００から被処理物９００およびそれを保持する保持部２００Ａへの放電の発生を避けることができる。

【0056】

支持板２１１が誘電体からなることによって、冷却液ＦＬの電位がプラズマＰＬに及ぼす影響、特に異常放電の発生、を避けることができる。

【0057】

図５は、保持部２００Ａ（図３）の第１変形例としての保持部２００Ｂを示す断面図である。保持部２００Ｂは、真空チャック２１２（図３）が設けられた支持板２１１（図３）に代わって、被処理物９００を支持する支持板２２１を有している。支持板２２１は、支持板２１１と同様、誘電体（例えば石英）からなり、よって被処理物９００をフローティング電位で支持する。支持板２２１にはメカニカルチャック２２２が設けられている。メカニカルチャック２２２は、駆動部２２３によって駆動される。図示された例においては、メカニカルチャック２２２は、被処理物９００を固定する爪部２２２ａと、爪部２２２ａを軸周りに回転可能に支持する軸部２２２ｂとを有している。この回転によって軸部２２２ｂ周りの爪部２２２ａの角度位置を変化させることによって、爪部２２２ａが被処理物９００を固定している状態と、固定していない状態とが切り替えられる。なお、これ以外の構成については、前述した保持部２００Ａ（図３）の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

【0058】

図６は、第２変形例としての保持部２００Ｃを示す断面図である。保持部２００Ｃは、冷却液ジャケット２５０（図５）およびそれに付随する構成に代わって、冷却液ノズル２６０（冷却装置）と、それに冷却液ＦＬを供給する冷却液源２６１とを有している。冷却液ノズル２６０は、支持板２２１の下面へ冷却液ＦＬを吐出することによって支持板２２１を冷却する。これにより、支持板２２１の上面に支持された被処理物９００が、冷却液ＦＬに接することなく冷却される。なお、これ以外の構成については、前述した保持部２００Ｂ（図５）の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

【0059】

図７は、第３変形例としての保持部２００Ｄを示す断面図である。保持部２００Ｄは、支持板２２１（図６）に代わって、被処理物９００を支持する支持板２３１（図７）を有している。また保持部２００Ｄ（図７）は、冷却液ノズル２６０（図６）およびそれに付随する構成に代わって、冷却ガスノズル２７０（冷却装置）と、それに冷却ガスＦＧを供給する冷却ガス源２７１とを有している。冷却ガスノズル２７０は、支持板２２１の下面へ冷却ガスＦＧを吐出することによって支持板２３１を冷却する。これにより、冷却ガスノズル２７０は、支持板２３１の上面に支持された被処理物９００を冷却することができる。冷却ガスＦＧは、例えばエアである。なお、これ以外の構成については、前述した保持部２００Ｃ（図６）の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。本変形例の保持部２００Ｄによれば、保持部２００Ｃ（図６）と異なり、冷却液ＦＬ（図６）を用いることなく冷却ガスＦＧ（図７）を用いて冷却装置を動作させることができる。一般にガスの導電性が低いので、冷却ガスＦＧが支持板２３１の電位に及ぼす影響は小さい。よって支持板２３１（図７）は、それがフローティング状態でプラズマ処理装置へ取り付けられている限り、必ずしも誘電体からなる必要はない。

【0060】

図８は、第４変形例としての保持部２００Ｅを示す断面図である。保持部２００Ｅは、保持部２００Ｄ（図７）と異なり、冷却ガスノズル２７０から吐出された冷却ガスＦＧが被処理物９００に直接接触するように構成されている。具体的には、保持部２００Ｅにおいては、冷却ガスノズル２７０からの冷却ガスＦＧの吐出に対して被処理物９００が露出されている。この露出は、例えば、支持板２３１が、図８に示されているように開口を有することによって実現される。冷却ガスＦＧは、被処理物９００を汚染しないガス、すなわちクリーンガスであることが好ましく、例えばクリーンエアである。なお、これ以外の構成については、前述した保持部２００Ｄ（図７）の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。本変形例の保持部２００Ｅによれば、冷却ガスＦＧが被処理物９００を直接に冷却する。よって冷却効率を高めることができる。

【0061】

なお、保持部２００Ｄ（図７）および保持部２００Ｅ（図８）においては冷媒としてガスが用いられているが、導電性が十分に低い冷媒、好ましくは実質的に導電性を有しない冷媒、であれば、ガスに限定されることなく用いることができる。特に保持部２００Ｅ（図８）においては、冷媒は、被処理物９００を汚染しないクリーンな冷媒であることが好ましい。

【0062】

上述した実施の形態および変形例は、互いに自由に組み合わされてよい。この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、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。上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

【符号の説明】

【0063】

１００：プラズマ源
１１１：内側電極（第１電極）
１１２：外側電極（第２電極）
１２０：誘電体部
１２１：内管（第１管）
１２２：外管（第２管）
２００Ａ～２００Ｄ：保持部
２１１：支持板
２２１：支持板
２３１：支持板
２５０：冷却液ジャケット（冷却装置）
２６０：冷却液ノズル（冷却装置）
２７０：冷却ガスノズル（冷却装置）
８００：プラズマ処理装置
９００：被処理物
ＦＧ：冷却ガス
ＦＬ：冷却液
ＧＬ：ガス流路
ＰＬ：プラズマ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】