特開 2023-111611 プラズマ処理方法

(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】P2023111611

(43)【公開日】2023-08-10

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/08 20060101AFI20230803BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230803BHJP

【ＦＩ】

B01J19/08 K

H05H1/46 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022013536

(22)【出願日】2022-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】593030923

【氏名又は名称】株式会社ニッシン

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】弁理士法人あーく事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤立 隆史

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 浩

【テーマコード（参考）】

2G084

4G075

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA03

2G084AA07

2G084CC14

2G084CC16

2G084CC33

2G084DD04

2G084DD12

2G084DD18

2G084DD22

4G075AA27

4G075AA30

4G075BA06

4G075BA10

4G075CA47

4G075CA51

4G075DA02

4G075EB41

4G075FB02

4G075FB06

(57)【要約】

【課題】利便性の高いプラズマ処理方法の提供。
【解決手段】本願記載のプラズマ処理方法は、処理対象を収容可能な処理容器と、処理容器内に気体を導入可能な気体導入部と、気体導入部から導入された気体から、処理容器内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部とを備えるプラズマ処理装置を用いる。プラズマ処理方法では、処理容器内に収容した処理対象に対して、プラズマ発生部にて発生させたプラズマを照射することで処理を行う。気体導入部から導入する気体は、水蒸気、水蒸気及び酸素の混合ガス、並びに水蒸気及び空気の混合ガスのいずれかを主成分とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理対象を収容可能な処理容器と、前記処理容器内に気体を導入可能な気体導入部と、前記気体導入部から導入された気体から、前記処理容器内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部とを備えるプラズマ処理装置を用い、前記処理容器内に収容した処理対象に対して、前記プラズマ発生部にて発生させたプラズマを照射することで処理するプラズマ処理方法であって、
前記気体導入部から導入する気体は、水蒸気、水蒸気及び酸素の混合ガス、並びに水蒸気及び空気の混合ガスのいずれかを主成分とする
ことを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、
前記処理対象は、微小体である
ことを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理方法であって、
前記処理対象に対する処理は、還元処理である
ことを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法であって、
前記処理対象に対する処理は、処理対象に水酸基を付加する処理である
ことを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項5】

請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法であって、
前記処理対象に対する処理は、灰化処理である
ことを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法であって、
前記気体導入部から導入する気体は、水素を含まない
ことを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置を用いて処理対象を処理するプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

粉体、粒体等の微小体を処理対象としてプラズマ処理を行うプラズマ処理方法が提案されている。例えば、本願発明者は、連続処理が可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を発明し、特許文献１に開示している。特許文献１に記載のプラズマ処理装置等は、酸素、水素、アルゴン、窒素、弗化炭素、空気、更にはこれらの混合ガスを主成分として含む気体を処理容器内に導入し、プラズマを発生させて処理対象を連続処理している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許６７４９０２８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

プラズマ処理方法は、処理対象の処理として、利便性を高める新たな処理方法が求められている。

【0005】

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、導入する気体に水蒸気を用いることにより、利便性を高めた新たな処理方法を実現することが可能なプラズマ処理方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本願開示のプラズマ処理方法は、処理対象を収容可能な処理容器と、前記処理容器内に気体を導入可能な気体導入部と、前記気体導入部から導入された気体から、前記処理容器内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部とを備えるプラズマ処理装置を用い、前記処理容器内に収容した処理対象に対して、前記プラズマ発生部にて発生させたプラズマを照射することで処理するプラズマ処理方法であって、前記気体導入部から導入する気体は、水蒸気、水蒸気及び酸素、並びに水蒸気及び空気の混合ガスのいずれかを主成分とすることを特徴とする。

【0007】

また、本願開示のプラズマ処理方法において、前記処理対象は、微小体であることを特徴とする。

【0008】

また、本願開示のプラズマ処理方法において、前記処理対象に対する処理は、還元処理であることを特徴とする。

【0009】

また、本願開示のプラズマ処理方法において、前記処理対象に対する処理は、処理対象に水酸基を付加する処理であることを特徴とする。

【0010】

また、本願開示のプラズマ処理方法において、前記処理対象に対する処理は、灰化処理であることを特徴とする。

【0011】

また、本願開示のプラズマ処理方法において、前記気体導入部から導入する気体は、水素を含まないことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係るプラズマ処理方法は、処理容器に導入する気体として水蒸気、水蒸気及び酸素の混合ガス、並びに水蒸気及び空気の混合ガスのいずれかを主成分とすることにより、利便性の高い新たなプラズマ処理方法を提供することが可能である等、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本願開示のプラズマ処理装置の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。

【図2】本願開示のプラズマ処理装置が備える本体装置の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。

【図3】本願開示のプラズマ処理装置が備える本体装置の内部の一例を模式的に示す概略断面図である。

【図4】本願開示のプラズマ処理装置が備えるプラズマ発生部の内部構造の一例を模式的に示す断面図である。

【図5】本願開示のプラズマ処理方法においてチャンバー内の真空圧力と、プラズマ発生の際に発生する反射電力との関係の一例を示すグラフである。

【図6】本願開示のプラズマ処理方法におけるプラズマの分光分析の結果の一例を示すチャートである。

【図7】本願開示のプラズマ処理方法におけるプラズマの分光分析の結果の一例を示すチャートである。

【図8】本願開示のプラズマ処理方法における分光分析の結果の一例を示すチャートである。

【図9】本願開示のプラズマ処理方法における処理対象の一例を説明するための画像である。

【図10】本願開示のプラズマ処理方法における処理対象の一例を説明するための画像である。

【図11】本願開示のプラズマ処理方法における灰化処理の結果を示す図表である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。本願開示のプラズマ処理装置Ｅは、粉体、粒体等の処理対象に対してプラズマ処理による表面改質等の用途に用いられる。本願開示のプラズマ処理装置Ｅは、例えば、工場内の連続処理ラインとして使用可能であり、プラズマ処理を連続又は断続して行うことができる。

【0015】

図１は、本願開示のプラズマ処理装置Ｅの外観の一例を模式的に示す概略正面図である。プラズマ処理装置Ｅは、例えば、粉体、粒体等の微小体を処理対象として、プラズマを照射することにより、表面改質等の処理を行う装置である。本願開示のプラズマ処理装置Ｅは、粉体、粒体等の処理対象を連続して投入し、投入され続ける処理対象に対してプラズマ処理を行い、処理後の処理対象を連続して取り出す連続処理が可能である。処理対象は、粒径が１μｍ～１０ｍｍ程度の粉体、粒体等の微小体である。ここでいう粒径とは、処理対象が球体の場合は直径であり、球体以外の形状の場合は最も長い方向の長さをいう。処理対象としては、窒化ボロン、グラファイト、グラフェン、炭素粉、金属粉体、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluor Ethylene）粉末等の化学物質を例示することができる。また、処理対象としては、化学物質以外にも、電子素子を配置したチップ部品、半田ボール等の工業製品も処理対象となる。プラズマ処理装置Ｅは、処理対象に対して、還元処理、水酸基の付加、灰化処理（アッシング）等の処理、更には、エッチング、撥水機の付加等の様々な表面処理を行うことができる。

【0016】

プラズマ処理装置Ｅは、本体装置１と、本体装置１を固定するアルミニウム、鉄等の金属製の枠材を用いたフレーム２とを備えている。本体装置１は、処理対象を収容してプラズマ処理を行う密閉可能なチャンバー１０（処理容器）を備えている。更に、本体装置１は、チャンバー１０へ処理対象を投入可能な投入部１１、チャンバー１０内で処理された処理対象を取り出すことが可能な取出部１２、チャンバー１０内の圧力を調整可能な圧力調整部１３、チャンバー１０内に気体を導入可能な気体導入部１４、チャンバー１０内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部１５（図２等参照）、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５を覆うカバー部材１６（図３等参照）等の各種ユニットを備えている。フレーム２は、本体装置１を固定する上部フレーム２ａと、上部フレーム２ａの下方に位置して基台となる下部フレーム２ｂとを有している。上部フレーム２ａは、下部フレーム２ｂに揺動自在に軸支されており、上部フレーム２ａ及び下部フレーム２ｂに取り付けられたジャッキ部２０（傾斜腕部）を伸長させることにより、上部フレーム２ａを揺動させ、本体装置１を傾斜させることができる。本体装置１を傾斜させるため、上部フレーム２ａに取り付けられた取出部１２、圧力調整部１３等の配管の一部には、可撓性のフレキシブル管が用いられている。

【0017】

フレーム２に固定された本体装置１の投入部１１には、処理前の処理対象を投入部１１まで搬送し、搬送した処理対象を投入部１１から投入するための投入用ユニット３が接続可能である。また、フレーム２に固定された本体装置１の取出部１２には、処理後の処理対象を取出部１２から取り出して搬送するための取出用ユニット４が接続可能である。なお、ここでは、説明の便宜上、投入用ユニット３として説明するが、投入に用いられるユニットであれば、フレコンバッグ、プラスチックケース、金属容器等の各種コンテナ、固定された配管、更には、作業者による手作業等、様々な装置及び方法を投入用ユニット３として用いることが可能である。取出用ユニット４についても同様であり、様々な装置及び方法を用いることが可能である。投入用ユニット３及び取出用ユニット４については、処理対象の種類、量、本体装置１の処理能力等の各種要因に応じて適宜設計される。

【0018】

下部フレーム２ｂには、圧力調整部１３を構成する真空ポンプ１３０が固定されている。上部フレーム２ａには、プラズマ発生部１５にマイクロ波を供給するマイクロ波供給ユニット５が固定されている。マイクロ波供給ユニット５は、マイクロ波発生システム５０、導波管５１、同軸変換器５２等の構成を備え、プラズマ発生部１５に接続されている。マイクロ波発生システム５０は、マイクロ波電源、発振器、チューナ等の装置を備えており、マイクロ波を発生させて導波管５１へ出力する。導波管５１は、マイクロ波発生システム５０から入力されたマイクロ波を同軸変換器５２まで伝送する。同軸変換器５２は、導波管５１から伝わったマイクロ波を同軸用の電磁波に変換し、プラズマ発生部１５へ供給する。

【0019】

気体導入部１４は、水槽１４０、第１マスフローコントローラ１４１、酸素ボンベ１４２、第２マスフローコントローラ１４３、Ｔ字管１４４、導入管１４５、ノズル１４６（図３等参照）等の各種部材を備えている。水槽１４０は、水を貯留する減圧容器であり、下部フレーム２ｂに固定されている。水槽１４０は、内部を減圧状態にすることで、貯溜している水を気化させ、気化した水蒸気を配管に取り付けられた第１マスフローコントローラ１４１側へ供給する。酸素ボンベ１４２は、高圧状態の酸素を収容しており、収容している酸素を配管に取り付けられた第２マスフローコントローラ１４３側へ供給する。第１マスフローコントローラ１４１により体積流量を制御された水蒸気及び第２マスフローコントローラ１４３により体積流量を制御された酸素は、Ｔ字管１４４で合流し、混合ガスとして導入管１４５を通ってノズル１４６からチャンバー１０へ導入される。

【0020】

図２は、本願開示のプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。図３は、本願開示のプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１の内部の一例を模式的に示す概略断面図である。前述のようにプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１は、チャンバー１０、投入部１１、取出部１２、圧力調整部１３、気体導入部１４、プラズマ発生部１５、カバー部材１６等の各種ユニットを備えている。

【0021】

チャンバー１０は、略有底円筒状をなしており、図に向かって左側となる一方の底面側には、投入口１００が開設されており、図に向かって右側となる他方の底面側には、取出口１０１が開設されている。より詳細には、全体として略有底円筒状をなすチャンバー１０は、投入口１００側に内径の大きい円筒が位置し、当該円筒の途中から取出口１０１側にかけてテーパー状に内径が小さくなり、更に小さい内径の細長い円筒が取出口１０１まで形成された形状となっている。略有底円筒状をなすチャンバー１０は、略水平となる中心軸を回転軸として回転可能に形成されている

【0022】

チャンバー１０の一方の底面側に開設された投入口１００は略円形に開設されており、外周面が略円形状をなす軸管１０００が挿嵌されている。チャンバー１０の投入口１００側の底面にはフランジを介して真空シールベアリングが取り付けられており、チャンバー１０は、真空シールベアリングを介して軸管１０００に対し回転可能に軸支されている。軸管１０００自体は、フレーム２に固定されている。投入部１１、気体導入部１４のノズル１４６及びプラズマ発生部１５は、軸管１０００の内側を通ってチャンバー１０内に入り込んでおり、軸管１０００の内部は投入部１１、ノズル１４６及びプラズマ発生部１５以外は密閉されている。ノズル１４６及びプラズマ発生部１５のチャンバー１０内の部位は、カバー部材１６にて覆われている。投入部１１は、チャンバー１０内へ処理対象を投入し、ノズル１４６は、チャンバー１０内へ気体を導入し、プラズマ発生部１５は、チャンバー１０内でプラズマを発生させる。

【0023】

チャンバー１０の内側壁には、投入口１００から投入される処理対象を取出口１０１まで搬送可能な搬送部１０２として、チャンバー１０と中心軸を一にする螺旋体が形成されている。チャンバー１０が回転することにより、チャンバー１０内に投入された処理対象は、螺旋体に沿って取出口１０１まで搬送される。なお、ここでは、搬送部１０２として、内側壁から突出する螺旋体を用いた例を示したが、内側壁に螺旋状の溝を刻設し、搬送部１０２として用いる等、様々な構成を適用することが可能である。

【0024】

チャンバー１０の取出口１０１側は、前述のように細長い円筒状をなしており、Ｔ型継手１０３の側部に形成された円筒状をなす分岐管内に若干の遊びをもって内挿されている。Ｔ型継手１０３の分岐管にはフランジを介して真空シールベアリングが取り付けられており、真空シールベアリングにより、チャンバー１０は回転可能に軸支されている。Ｔ型継手１０３は、上部管が圧力調整部１３に接続され、下部管が取出部１２に接続されている。

【0025】

チャンバー１０は、内部の圧力を維持し気密性を保つように密閉することが可能である。また、チャンバー１０は、投入口１００側に取り付けられた軸管１０００の周囲の真空シールベアリング及び取出口１０１側に取り付けられた真空シールベアリングにより回転可能に軸支されており、密閉状態を維持しながら、図中の弧状の矢印にて示すように、中心軸を回転軸として回転することが可能である。

【0026】

プラズマ処理装置Ｅが備える投入部１１は、ホッパー１１０、投入管１１１、第１バルブ１１２、スクリューコンベア１１３等の各種構成を備えている。ホッパー１１０は、粉体等の処理対象を投入する略箱状をなしている。ホッパー１１０の上面には開閉扉が取り付けられ、また、投入用ユニット３が接続されており、開閉扉又は投入用ユニット３からホッパー１１０内へ処理対象を投入することが可能である。ホッパー１１０の底面には、開口が開設されており、開口には、処理対象を下方へ送るパイプである投入管１１１の上端が取り付けられている。投入管１１１の途中には、外気と遮断可能な第１バルブ１１２が取り付けられている。投入管１１１の下端は、スクリューコンベア１１３に接続されている。スクリューコンベア１１３は、ホッパー１１０から投入管１１１を介して送られる処理対象を、チャンバー１０まで搬送し、チャンバー１０内へ投入する。

【0027】

投入用ユニット３及び投入部１１が備えるホッパー１１０には、給気管及び排気管が接続されており、ホッパー１１０内の気圧を調整することが可能である。例えば、ホッパー１１０内の処理対象が所定量以下となった場合、第１バルブ１１２を閉じ、給気管から窒素等の不活性ガスを注入して外気圧との気圧差を調整することにより、ホッパー１１０内への処理対象の投入を安全に行うことができる。ホッパー１１０内への処理対象の投入後、排気管から内部の気体を排気し、スクリューコンベア１１３との気圧差を調整後、第１バルブ１１２が開かれ、処理対象がホッパー１１０から投入管１１１を介してスクリューコンベア１１３へ送られる。

【0028】

プラズマ処理装置Ｅが備える取出部１２は、チャンバー１０に対し、Ｔ型継手１０３を介して下方に接続されている。取出部１２は、パイプを用いた取出管１２０、処理対象を貯留する貯留容器１２１等の構成を備えている。取出管１２０の途中には、外気と遮断可能な第２バルブ１２２が取り付けられている。チャンバー１０内で搬送部１０２にて搬送されながらプラズマ処理された処理対象は、チャンバー１０の取出口１０１から放出され、Ｔ型継手１０３内で下方の取出部１２へ向けて落下する。落下した処理対象は、取出管１２０を通って貯留容器１２１内に貯留される。貯留容器１２１内の処理対象は、適宜、取出用ユニット４へ送出される。取出用ユニット４を適宜交換することにより、連続して処理される処理対象を取り出すことが可能である。

【0029】

取出部１２が備える貯留容器１２１及び取出用ユニット４には、給気管及び排気管が接続されている。例えば、取出用ユニット４にコンテナを用いる場合、貯留容器１２１及び取出用ユニット４に用いられるコンテナ内の気圧を調整することが可能である。例えば、コンテナ内の処理対象が所定量以上となった場合、第２バルブ１２２を閉じ、給気管から窒素等の不活性ガスを注入して外気圧との気圧差を調整することにより、コンテナの交換を安全に行うことができる。コンテナの交換後、排気管から内部の気体を排気し、Ｔ型継手１０３との気圧差を調整後、第２バルブ１２２が開かれ、貯留容器１２１及び取出用ユニット４への処理対象の取出工程が継続される。なお、コンテナを交換中、貯留容器１２１内の気圧をＴ型継手１０３と同様にして、貯留容器１２１内に処理対象を貯留する等、適宜作業工程を調整することができる。

【0030】

プラズマ処理装置Ｅが備える圧力調整部１３は、チャンバー１０に対し、Ｔ型継手１０３を介して上方に接続されている。圧力調整部１３は、パイプを用いた減圧管１３１、減圧管１３１に接続される真空ポンプ１３０、減圧管１３１に取り付けられた第３バルブ１３２等の構成を備えている。圧力調整部１３は、真空ポンプ１３０によりチャンバー１０内の気体を吸引して減圧し、減圧状態を保つことができる。なお、チャンバー１０内が、真空ポンプ１３０により過剰に減圧されることを防止するため、減圧管１３１には、ゲートバルブ、リーク弁等の調整補助装置が設けられている。

【0031】

プラズマ処理装置Ｅが備える気体導入部１４のノズル１４６は、プラズマ用ガスとして用いられる水蒸気、酸素等の気体をチャンバー１０内へ導入する。チャンバー１０内において、ノズル１４６は、チャンバー１０の回転軸と略平行な方向へ延伸する硬質の管状をなしている。管状をなすノズル１４６の先端は、プラズマ発生部１５に向けて気体を吐出するように、斜め下方へ屈曲している。ノズル１４６は、先端側が斜め下方へ屈曲し、プラズマ発生部１５に向けて気体を吐出することができるので、プラズマ発生部１５に付着した粉体等を吹き飛ばすクリーニング用のガスポートとして使用することも可能である。

【0032】

プラズマ処理装置Ｅが備えるプラズマ発生部１５は、チャンバー１０内で回転軸と略平行な方向へ延伸する棒状をなしており、ノズル１４６の下方に配置されている。プラズマ発生部１５は、マイクロ波発生システム５０にて発生するマイクロ波をプラズマ源とし、チャンバー１０内に導入された気体を励起してプラズマを発生させる。ここでは、マイクロ波をプラズマ源とする形態を例示しているが、プラズマ源としては、装置の形態、用途及び目的に応じて高電圧パルス、高周波等の様々な電磁波を用いることが可能である。

【0033】

プラズマ処理装置Ｅが備えるカバー部材１６は、チャンバー１０内のノズル１４６及びプラズマ発生部１５を覆うように取り付けられている。カバー部材１６は、長尺の角筒状をなし、一方の底面が、チャンバー１０の図に向かって左側となる一方の底面側に固定された片持ち状に取り付けられている。

【0034】

図４は、本願開示のプラズマ処理装置Ｅが備えるプラズマ発生部１５の内部構造の一例を模式的に示す断面図である。図４は、発生させる電場から開放型リアクターに分類されるプラズマ発生部１５の先端部分を拡大して示している。プラズマ発生部１５は、マイクロ波供給ユニット５に接続されており、直線状に延びる硬質管状の同軸管１５０、同軸管１５０の先端を離隔して覆う誘電体１５１等の構成を備えている。同軸管１５０は、マイクロ波供給ユニット５の同軸変換器５２にて同軸用の電磁波に変換されたマイクロ波を伝送し、誘電体１５１の表面にプラズマを発生させる。同軸管１５０は、外部金属管１５００に内部導体１５０１を挿通して形成されており、外部金属管１５００の電位は接地電位となっている。同軸管１５０の先端は、外部金属管１５００が軸に対して斜め方向に切断されており、外部金属管１５００より先端側に内部導体１５０１が突出している。同軸管１５０の先端を覆う誘電体１５１は、例えば、石英ガラスを用いて形成されている。高電圧パルス、高周波等の電磁波を使用する場合であっても、例示した同軸管１５０を用いて伝送することが可能であり、同軸管１５０に代替して、同軸ケーブル等の他の伝送体を使用することも可能である。

【0035】

内部導体１５０１に、例えば、１ｋＷ程度のマイクロ波電力を印加すると、接地電位にある外部金属管１５００との間に電位差が生じ、更に、誘電体１５１を透過する電場により、誘電体１５１の外側の表面で放電が開始される。誘電体１５１の表面で生じた放電は、誘電体１５１の外側の表面に接する気体を励起して表面波等の形態のプラズマを発生させる。マイクロ波により誘電体１５１の表面で発生したプラズマ、即ち、マイクロ波表面波プラズマは、処理対象に照射される。外部金属管１５００が斜めに切断されていることにより、プラズマの発生部位が内部導体１５０１の延伸方向に沿って延び、極端に偏在化することを防止する。内部導体１５０１の延伸方向は、処理対象の搬送方向であるため、螺旋体に攪拌されながら搬送される処理対象に対してプラズマを長時間照射することが可能となる。従って、処理対象の表面処理を均質化することが可能となる。チャンバー１０内の気圧は、導入された気体に応じて２００Ｐａ以下又は１００Ｐａ以下に調整することが好ましく、例えば、１０～２００Ｐａ又は１０～１００Ｐａ程度に調整することにより、誘電体１５１の表面に表面波プラズマを発生させることができる。

【0036】

以上のように構成されたプラズマ処理装置Ｅを用いて処理対象である粉体の表面をプラズマ処理する例について説明する。プラズマ処理装置Ｅでは、圧力調整部１３の真空ポンプ１３０を起動させてチャンバー１０内の気体を吸引し、チャンバー１０内を減圧する。減圧目標は、導入される気体、プラズマの種類、処理対象等の要因に応じて適宜設定可能であるが、例えば、５０Ｐａ程度の略真空となるまで減圧する。

【0037】

減圧目標に到達後、気体導入部１４からカバー部材１６内へ、水蒸気、水蒸気及び酸素の混合ガス、水蒸気及び空気の混合ガス等のプラズマ用ガスを主成分として含む気体を導入する。

【0038】

導入した気体によりカバー部材１６内、更には、チャンバー１０内を充填した後、プラズマ発生部１５は、マイクロ波等の電磁波により、導入された気体を励起してプラズマを発生させる。

【0039】

また、投入部１１は、ホッパー１１０に投入されている処理対象を、ホッパー１１０から投入管１１１を介してスクリューコンベア１１３により連続してチャンバー１０内へ投入する。投入される処理対象は、例えば、粒径が１～３００μｍ程度の粉体、粒体等の微小体である。処理対象は、窒化ボロン、グラファイト、グラフェン、炭素粉、金属粉体、ＰＴＦＥ粉末等の化学物質を例示することができる。また、処理対象としては、化学物質以外にも、電子素子を配置したチップ部品、半田ボール等の工業製品も処理対象となる。なお、スクリューコンベア１１３によりチャンバー１０内へ投入される処理対象は、連続して投入されることになるが、ホッパー１１０への処理対象の投入は、必ずしも連続投入で無くてもよい。例えば、前述の様にホッパー１１０内の貯留量が所定量以下となった場合、ホッパー１１０内の圧力を調整の上、ホッパー１１０へ処理対象が投入される。その間、スクリューコンベア１１３は、停止又は空送り状態となり、チャンバー１０内への投入ができなくなるため、結果として断続的に処理対象が投入されることになる。連続投入速度は、スクリューコンベア１１３の回転速度により調整可能である。なお、例えば、投入される処理対象の粒径等の要因により、処理対象を密に投入することが好ましくない場合、断続的にチャンバー１０内に投入するように調整することも可能である。即ち、本願開示のプラズマ処理装置Ｅは、回転するチャンバー１０内で続けて処理することが可能であれば、投入は連続的であっても、断続的であってもよい。

【0040】

投入部１１によりチャンバー１０の投入口１００から、連続的に又は断続的に続けて投入された処理対象は、回転するチャンバー１０内の内側壁に形成された搬送部１０２の螺旋体に沿って、投入口１００側から取出口１０１側へ、チャンバー１０の軸方向と略平行に搬送される。

【0041】

カバー部材１６内でプラズマ発生部１５の周囲に発生した水蒸気又は水蒸気の混合ガスに基づくプラズマは、下方の処理対象へ向けて照射される。

【0042】

投入口１００側から取出口１０１側へ搬送される処理対象に対し、プラズマ発生部１５により発生したプラズマが照射され、処理対象の表面が処理される。粉体の表面に対する処理としては、還元処理、灰化処理（アッシング）、親水基の付加による親水性の向上等の処理を例示列挙することができる。

【0043】

表面処理が行われた粉体は、チャンバー１０の取出口１０１から放出され、Ｔ型継手１０３内を落下し、取出部１２の貯留容器１２１に貯留される。

【0044】

以上のようにして、本願開示のプラズマ処理装置Ｅを用いた水蒸気又は水蒸気の混合ガスに基づくプラズマ処理が実施される。

【0045】

更に、本願開示のプラズマ処理方法について実験結果を例示しながら説明する。本願開示のプラズマ処理方法では、チャンバー１０内に、水蒸気、水蒸気及び酸素の混合ガス、水蒸気及び空気の混合ガス等の主成分に水蒸気を含む気体を導入し、導入した気体をプラズマ化する。導入する気体に水蒸気が含まれる場合、水蒸気は、プラズマ化することによりＯＨラジカルとＨラジカルとに分離する。ＯＨプラズマは酸化力があり、Ｈプラズマは還元力がある。チャンバー１０内を減圧し、気圧が低い状態とすることにより、チャンバー１０内は、Ｈプラズマが優勢となり、チャンバー１０内の処理対象に対する還元処理が可能となる。気体導入部１４からチャンバー１０内に導入する気体として例示した水蒸気、水蒸気及び酸素の混合ガス、並びに水蒸気及び空気の混合ガスは、いずれも水素を含まない気体である。従って、本願開示のプラズマ処理方法は、水素を含む場合と比べ気体の取り扱いが容易である。しかしながら、本願開示のプラズマ処理方法は、気体に含まれる水蒸気からＨラジカルが発生するため、充分な還元力を得ることができる。

【0046】

本願開示のプラズマ処理装置Ｅでは、マイクロ波表面波プラズマによりプラズマ化する場合、水蒸気の放電開始電圧は、酸素の放電開始電圧より低く、水蒸気の方がプラズマ化し易い。このため本願開示のプラズマ処理装置Ｅにおいて、水蒸気のプラズマは表面波として広がり易く、反射電力を小さくすることができる。他方、酸素のプラズマは、表面波として広がり難く、結果として反射電力が大きくなる。

【0047】

図５は、本願開示のプラズマ処理方法においてチャンバー１０内の真空圧力と、プラズマ発生の際に発生する反射電力との関係の一例を示すグラフである。図５に例示するグラフでは、チャンバー１０内に導入するガスを、酸素、水蒸気、並びに酸素及び水蒸気の混合ガス（Ｈ2 Ｏ：Ｏ2 ＝５０：５０［体積流量比］）とした場合におけるチャンバー１０内の圧力と、反射電力との関係を示している。図５のグラフにおいて、実線が酸素を示し、一点鎖線が水蒸気を示し、二点鎖線が水蒸気及び酸素の混合ガスを示している。図５に例示するように、チャンバー１０内でプラズマ化する気体を酸素とした場合と比べ、水蒸気、並びに水蒸気及び酸素の混合ガスをプラズマ化した場合は、圧力にかかわらず反射電力を抑制することができる。

【0048】

図６及び図７は、本願開示のプラズマ処理方法におけるプラズマの分光分析の結果の一例を示すチャートである。図６及び図７は、横軸に波長をとり、縦軸にカウント値をとって、分光分析の結果を示している。図６及び図７は、チャンバー１０内に水蒸気を主成分とする気体を１０ｓｃｃｍの流量で導入し、１ｋｗのマイクロ波電力を印加してプラズマ化した結果を示している。図６は、チャンバー１０内の圧力を５０Ｐａとした結果を示しており、図７は、チャンバー１０内の圧力を２００Ｐａとした結果を示している。図６及び図７において、３０８ｎｍがＯＨラジカルのピークであり、６５６ｎｍがＨラジカルのピークである。図６及び図７を比較すると、ＯＨラジカルは気圧の影響が小さいが、Ｈラジカルのピーク強度は気圧が低い５０Ｐａの方が２００Ｐａより数倍大きくなっている。

【0049】

処理対象となる微小体は、体積比の表面積が大きいため、還元処理の際には、Ｈラジカルが必要となる。水蒸気を主成分とする気体から得られたプラズマは、圧力を低くすることにより、Ｈラジカルを活性化し、マイクロ波プラズマによる強力なＨラジカルを発生させて還元能力を高めることができる。なお、プラズマによる還元処理に際し、水素を用いてＨラジカルを発生させることも可能であるが、水素は防爆構造が必要となり、取扱が難しい。本願開示のプラズマ処理方法は、水素を使用せず、取扱が容易な水を気化させた水蒸気を用いることにより、安全性及び利便性を高めることが可能となる。

【0050】

図８は、本願開示のプラズマ処理方法における分光分析の結果の一例を示すチャートである。図８は、横軸に波長をとり、縦軸に強度をとって、分光分析の結果を示している。図８は、チャンバー１０内に水蒸気及び酸素の混合ガス（体積流量比 １：１）を主成分とする気体を導入し、１００Ｐａの圧力下で、１ｋｗのマイクロ波電力を印加してプラズマ化した結果を示している。図８に例示するように、水蒸気及び酸素の混合ガスを用いたブラスマ処理方法では、３０８ｎｍのＯＨラジカルのピーク及び６５６ｎｍのＨラジカルのピークに加え、７７７ｎｍ及び８４４ｎｍにＯラジカルのピークが現れている。

【0051】

図９及び図１０は、本願開示のプラズマ処理方法における処理対象の一例を説明するための画像である。図９及び図１０は、処理対象となる粒径２[mm]の銅の粒体である。図９は、表面が酸化された状態の銅の粒体であり、図１０は、本願開示のプラズマ処理方法により、還元した銅の粒体である。図１０に例示する処理対象は、図９に例示する処理対象に対し、水蒸気を主成分としたプラズマにより、５０Ｐａ雰囲気下で還元処理を行っている。図９及び図１０の比較により、外見からも還元処理が行われたことを確認することができる。なお、図９及び図１０の画像（現物：カラーコピー）を参考資料として物件提出書で提出する。

【0052】

図１１は、本願開示のプラズマ処理方法における灰化処理の結果を示す図表である。図１１は、７０Ｐａの減圧下において、処理対象に対する灰化処理の能力を、シリコンウェハ上に塗布したレジスト表面の削れ量[nm/min]にて評価した結果を示している。灰化処理の能力の実験は、上記のシリコンウェハと酸化していない銅板とを処理対象とし、これらの処理対象を同時に処理する方法を用いた。この実験方法は、銅粉体表面上の灰化処理を模した方法である。灰化処理の能力の評価は、レジストの削れ量を測定することにより行った。図１１は、体積流量比で、水蒸気：酸素が、１０：２０、２０：１０、３０：０の水蒸気及び酸素の混合ガスを用いた灰化処理の結果を示している（３０：０は、水蒸気のみ）。図１１に示すように、７０Ｐａの環境下では、酸素比率が高いほど、灰化処理の能力が高いことが読み取れるが、水蒸気を加えることで銅に酸化が発生しない状態で灰化ができる。水蒸気：酸素が、１０：２０であっても銅を酸化させずにレジストを灰化できる。同様に銅を酸化させずにレジストを灰化する方法としては水素ガスのプラズマを使う方法があるが、本願開示のプラズマ処理方法は、水素を使用せず、取扱が容易な水を気化させた水蒸気を用いることにより、安全性及び利便性を高めることが可能となる。

【0053】

以上詳述した本願開示のプラズマ処理方法は、水蒸気又は水蒸気を含む混合ガスに起因するプラズマ処理により、還元処理等の様々な処理に用いることが可能である。しかも、水蒸気は取扱が容易な水を気化させたものであるため、安全性及び利便性を高めることが可能である等、優れた効果を奏する。

【0054】

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術範囲は、請求の範囲によって説明するものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。

【0055】

また、例えば、前記実施形態では、処理対象の連続処理に適用する形態を示したが、本発明はこれに限らず、処理対象のバッチ処理に適用する形態に適用する等、適宜設計することが可能である。

【符号の説明】

【0056】

Ｅ プラズマ処理装置
１ 本体装置
１０ チャンバー（処理容器）
１１ 投入部
１２ 取出部
１３ 圧力調整部
１４ 気体導入部
１４０ 水槽
１４１ 第１マスフローコントローラ
１４２ 酸素ボンベ
１４３ 第２マスフローコントローラ
１４４ Ｔ字管
１４５ 導入管
１４６ ノズル
１５ プラズマ発生部
１６ カバー部材
２ フレーム
３ 投入用ユニット
４ 取出用ユニット
５ マイクロ波供給ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】