JP2000144368A - 材料表面改質装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾンとプラズマとを同時に発生させること
ができる材料表面改質装置が強く望まれている。 【解決手段】 所定の隙間を有するように対面した接地
電極１２および高圧電極１３と、高圧電極１４の接地電
極１２との対面側を覆うように設けられたガラス等の誘
電体１３と、接地電極１２と高圧電極１４との前記隙間
に酸素などの原料気体５を送給する原料気体送給手段
と、接地電極１２と高圧電極１４との間に電圧を印加す
る電圧印加手段とを備え、高圧電極１４を延設し、当該
高圧電極１４の延設部分近傍に対象物１０を位置させる
支持台１５を設け、接地電極１２と高圧電極１４との対
面間（放電ギャップ）で無声放電を発生させて原料気体
５をオゾン化させると共に、上記延設部分で沿面フラッ
シオーバを発生させて原料気体５をプラズマ化させるこ
とにより、対象物１０をオゾン２およびプラズマで同時
に表面処理できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾンとプラズマ
とを同時に発生させて対象物となる材料の表面を改質さ
せる材料表面改質装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾンは、極めて強い酸化力を有し、水
処理や半導体のフォトレジスト除去や材料の表面の改質
などに用いられている。オゾンの生成方法には、紫外線
照射法、放射線照射法、プラズマ放電法、無声放電法、
水電解法などがあり、工業的には無声放電法が主体とな
っている。この無声放電法を適用した従来のオゾン発生
装置の一例を図２に示す。

【０００３】図２に示すように、円筒状をなすケーシン
グ１１１の内部には、円筒状をなす接地電極１１２が配
設されており、当該接地電極１１２は、一対の環状をな
す支持体１１１ｅにより、ケーシング１１１との間に隙
間を有するように当該ケーシング１１１に支持されてい
る。接地電極１１２の内部には、一方端を閉塞されて他
方端を開口したガラス管１１３が挿入されており、当該
ガラス管１１３は、接地電極１１２との間に隙間を有す
るように図示しないスペーサにより当該接地電極１１２
に支持されている。ガラス管１１３の内周面には、高圧
電極１１４が設けられている。

【０００４】前記ガラス管１１３の内部には、高圧電極
１１４に摺動可能に当接するブラシ１１５が配設されて
いる。このブラシ１１５は、ガラス管１１３の開口端側
に嵌合する支持板１１３ａを貫通して支持され、ケーシ
ング１１１の外部に配設された図示しない電圧印加装置
に電気的に接続している。

【０００５】一方、前記ケーシング１１１には、ケーシ
ング１１１の内面と接地電極１１２の外面との間に冷却
液である冷却水３を送給する冷却水送給口１１１ａと当
該冷却水３を排出する冷却水排出口１１１ｂとが設けら
れている。また、ケーシング１１１のガラス管１１３の
開口端側には、当該ケーシング１１１内へ空気や酸素な
どの原料気体１を送給する原料気体供給口１１１ｃが設
けられている。ケーシング１１１のガラス管１１３の閉
塞端側には、発生したオゾン２を送出するオゾン送出口
１１１ｄが設けられている。

【０００６】このようなオゾン発生装置では、ケーシン
グ１１１と接地電極１１２との間に冷却水３を送給し、
ケーシング１１１の内部に原料気体１を送給しながら前
記電圧印加装置を作動させると、接地電極１１２と高圧
電極１１４との隙間（放電ギャップ）で無声放電が発生
し、当該隙間（放電ギャップ）を流通する原料気体１中
の酸素がオゾン化されて、オゾン２を得ることができ
る。

【０００７】一方、窒素イオンや酸素イオンなどのプラ
ズマは、オゾンと同様に、半導体のフォトレジスト除去
や材料の表面の改質などに用いられている。プラズマを
発生させるプラズマ発生装置は、オゾン発生装置とほと
んど同じ原理となっている。このような従来のプラズマ
発生装置（平行平板型）の一例を図３に示す。

【０００８】図３に示すように、チャンバ１２１の内部
上方には、接地電極１２２が設けられている。チャンバ
１２１の内部下方には、高圧電極１２４が設けられてい
る。チャンバ１２１と高圧電極１２４との間は、絶縁体
１２３で絶縁されている。高圧電極１２４には、電圧印
加装置１２５が接続されている。高圧電極１２４には、
冷却液である冷却水３を流通させる水冷管１２６が取り
付けられている。チャンバ１２１には、当該チャンバ１
２１内を減圧する真空ポンプ１２７が連結されている。
チャンバ１２１には、酸素や窒素などの原料気体４を供
給される原料気体供給口１２１ａが設けられている。

【０００９】このようなプラズマ発生装置では、高圧電
極１２４上に対象物１０を載置し、真空ポンプ１２７を
作動してチャンバ１２１内を減圧（０．０１気圧以下）
すると共に水冷管１２６内に冷却水３を流通させ、チャ
ンバ１２１内に原料気体４を所定量ずつ送給しながら電
圧印加装置１２５を作動すると、接地電極１２２と高圧
電極１２４との間でグロー放電が発生し、原料気体４が
プラズマ化されて、対象物１０の表面を改質することが
できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述したような材料表
面改質技術において、オゾンおよびプラズマの両者で同
時に処理できると、より多様な表面改質を行うことがで
きる。このため、オゾンとプラズマとを同時に発生させ
ることができる材料表面改質装置が強く望まれている。

【００１１】しかしながら、従来のオゾン発生装置とプ
ラズマ発生装置とを単に組み合わせただけでは、オゾン
とプラズマとの同時処理を可能にすることはできない。
なぜなら、オゾンは、１気圧程度以上の環境でないと発
生させることが困難であり、プラズマは、０．０１気圧
程度以下の環境でないと発生させることが困難であるか
らである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、所定
の隙間を有するように対面した接地電極および高圧電極
と、前記高圧電極の前記接地電極との対面側を覆うよう
に設けられた誘電体と、前記接地電極と前記高圧電極と
の前記隙間に原料気体を送給する原料気体送給手段と、
前記接地電極と前記高圧電極との間に電圧を印加する電
圧印加手段とを備え、前記接地電極または前記高圧電極
のいずれか一方が延設され、当該接地電極または当該高
圧電極の延設部分近傍に対象物を位置させる対象物設置
手段を設けることにより、材料表面改質装置を構成し
た。

【００１３】上述した料表面改質装置において、前記接
地電極の前記高圧電極との対面側を覆うように誘電体を
設けたことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明による材料表面改質装置の
実施の形態を図１に示す。なお、図１は、その概略構成
図である。

【００１５】図３に示すように、ケーシング１１の内部
下方には、箱型をなす接地電極１２が設けられている。
接地電極１２の内部には、冷却液である冷却水３が流通
するようになっている。ケーシング１１の内部上方に
は、接地電極１２と所定の隙間を有して対面するガラス
等の誘電体１３が設けられており、当該誘電体１３は、
接地電極１２との対面側の長さが当該接地電極１２より
も長くなるように延設されている。誘電体１３の上面に
は、放熱板１４ａを複数有する高圧電極１４が設けられ
てる。すなわち、接地電極１２と高圧電極１４とは、所
定の隙間（放電ギャップ）を有するように対面し、高圧
電極１４は、接地電極１２との対面部分（放電ギャッ
プ）からずれ出るように延設され、誘電体１３は、高圧
電極１４の接地電極１２との対面側を覆うように設けら
れているのである。

【００１６】前記誘電体１３および前記高圧電極１４の
延設部分の下方には、当該縁説部分近傍に対象物１０を
位置させる対象物設置手段である支持台１５が設けられ
ており、当該支持台１５は、接地電極１２および高圧電
極１４に対して電気的に絶縁されている。接地電極１２
を挟んで支持台１５と対向するケーシング１１の壁面部
分には、酸素などの原料気体５を送給する原料気体送給
手段と連結する原料気体供給口１１ａが設けられてい
る。ケーシング１１の上部には、発生したオゾン２を送
出するオゾン送出口１１ｂが設けられている。高圧電極
１４には、図示しない電圧印加手段に電気的に接続され
ている。

【００１７】このようにして構成された材料表面改質装
置の作用を次に説明する。支持台１５上に対象物１０を
載置し、接地電極１２内に冷却水３を流通させ、ケーシ
ング１１内に原料気体５を供給すると共に、前記電圧印
加手段を作動すると、接地電極１２と誘電体１３および
高圧電極１４との対面間（放電ギャップ）で無声放電が
発生し、当該放電ギャップを流通する原料気体５がオゾ
ン化されると共に、当該放電ギャップからずれ出た誘電
体１３および高圧電極１４の前記延設部分で沿面放電
（沿面フラッシオーバ）が起こり、原料気体５がプラズ
マ化され、対象物１０がオゾン２およびプラズマで同時
に表面処理される。

【００１８】ここで、上記沿面放電（沿面フラッシオー
バ）について説明する。放電ギャップを有するように対
面させた接地電極１２と誘電体１３および高圧電極１４
とのうち、どちらか一方をはみ出るように延設すると、
当該延設部分で沿面放電を起こすようになる。沿面放電
には、沿面グローコロナ、沿面火花コロナ、沿面フラッ
シオーバなどがあるが、本実施の形態の場合では沿面フ
ラッシオーバを生じるようになる。この沿面フラッシオ
ーバと呼ばれる放電現象は、常圧程度でも気体を完全に
絶縁破壊することによって生じ、電子やイオンなどを豊
富に含んでいる。このため、高濃度のオゾン２を発生さ
せる気圧環境下（１気圧程度）においても、原料気体５
のプラズマ化を行うことができる。

【００１９】したがって、このような材料表面改質装置
によれば、オゾン２とプラズマとで対象物１０を同時に
処理することができるので、より多様な表面改質を行う
ことができる。

【００２０】また、大気圧環境下で使用することができ
るので、連続処理を容易に行うことができる。

【００２１】また、接地電極１２の高圧電極１４との対
面側にも誘電体を覆うように設け、接地電極１２を構成
する金属材料に放電を当てないようにすれば、ケーシン
グ１１内の雰囲気中の不純物を非常に少なくすることが
でき、非常にクリーンな環境下で処理することができ
る。

【００２２】また、装置構成が非常に簡単なので、低コ
ストで実施することができる。

【００２３】なお、本実施の形態では、高圧電極１４を
延設するようにしたが、接地電極１２を延設するように
しても、本実施の形態と同様な効果を得ることができ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明による材料表面改質装置によれ
ば、接地電極または高圧電極のいずれか一方を延設した
ので、接地電極と高圧電極との対面する隙間でオゾンを
発生させる一方、上記延設部分でプラズマを発生させる
ことができる。このため、当該延設部分近傍に対象物を
位置させれば、対象物にオゾンおよびプラズマによる表
面処理を同時に行うことができるので、より多様な表面
改質が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による材料表面改質装置の実施の形態の
概略構成図である。

【図２】従来のオゾン発生装置の一例の概略構成図であ
る。

【図３】従来のプラズマ発生装置の一例の概略構成図で
ある。

【符号の説明】

２ オゾン ３ 冷却水 ５ 原料気体 １０ 対象物 １１ ケーシング １１ａ 原料気体供給口 １１ｂ オゾン送出口 １２ 接地電極 １３ 誘電体 １４ 高津電極 １４ａ 放熱板 １５ 支持台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 利晴 東京都品川区大崎二丁目１番17号 株式会 社明電舎内 Ｆターム(参考） 4G042 CA01 CC05 CC16 CE04 4K028 BA06 BA21

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の隙間を有するように対面した接地
   電極および高圧電極と、 前記高圧電極の前記接地電極との対面側を覆うように設
   けられた誘電体と、 前記接地電極と前記高圧電極との前記隙間に原料気体を
   送給する原料気体送給手段と、 前記接地電極と前記高圧電極との間に電圧を印加する電
   圧印加手段とを備え、 前記接地電極または前記高圧電極のいずれか一方が延設
   され、 当該接地電極または当該高圧電極の延設部分近傍に対象
   物を位置させる対象物設置手段を設けたことを特徴とす
   る材料表面改質装置。
2. 【請求項２】 前記接地電極の前記高圧電極との対面側
   を覆うように誘電体を設けたことを特徴とする請求項１
   に記載の材料表面改質装置。