JP2003289067A - 大気圧プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 Ｈｅの使用量の少ない大気圧プラズマ処理装
置を提供する。 【解決手段】 反応管１０に第１、２、３電極２０、３
０、４０が反応管を周囲して配設されている。第１、３
電極は接地電極、第２電極は高圧電極であり第１電極と
第２電極で第１段高周波電界発生装置Ａ１を、第２電極
と第３電極で第２段高周波電界発生装置Ａ２を形成して
いる。最初にヘリウムガスを反応管内に導入してから高
周波電源５０をＯＮにしプラズマの生成を開始せしめ、
安定したならば、アルゴンガスを反応管内に導入し、ア
ルゴンガスによるプラズマを生成させる。アルゴンガス
によるプラズマが安定したならば、ヘリウムガスの導入
を停止し、それから、酸素ガスを導入する。プラズマは
反応管の出口１４から処理台２００上に載置された被処
理物体Ｔに向かって噴出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気圧下でプラズ
マを発生させて、電子部品等の表面処理等をおこなう大
気圧プラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大気圧下でプラズマを発生させて電子部
品等の表面処理をおこなうプラズマ処理装置が公知であ
る。例えば、特開２００１−２３９６８公報に開示され
た装置がある。上記公報の装置では、反応管内に希ガス
を流し、反応管に付設した高圧電極と接地電極の間に高
周波電圧を印加して、反応管内でプラズマを発生させ、
反応管の出口から噴出するプラズマを被処理物体に当て
るようにしたものである。

【０００３】そして希ガスとしては、ヘリウムガスとア
ルゴンガスを使用するようにされ、ヘリウムガスの割合
をヘリウムガスとアルゴンガスの総量の２０％〜５０％
にすることが示されている。ところが、ヘリウムガスは
高価であるので、さらにヘリウムガスの使用量を少ない
プラズマ処理装置の開発が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に鑑
み、ヘリウムガスの使用量の少ない大気圧プラズマ処理
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス
導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に
向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガ
ス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置
と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電
圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応
管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置と
を具備する大気圧プラズマ処理装置であって、高周波電
界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置さ
れており、ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第１
ガス供給装置とヘリウムガス以外の第２希ガスを供給す
る第２ガス供給装置と酸素ガスを供給する第３ガス供給
装置を含み、第１ガス供給装置からヘリウムガスを供給
している状態で高周波電界発生装置を作始動してプラズ
マの生成を開始せしめ、その後第２希ガスの供給を開始
し第２希ガスのプラズマが発生したら第１ガス供給装置
を停止し、その後第３ガス供給装置による酸素ガスの供
給を開始することを特徴とする大気圧プラズマ処理装置
が提供される。このように構成された大気圧プラズマ処
理装置では、高周波電界発生装置がガス流れにそって直
列に複数多段に配置されており、第２希ガスのプラズマ
が発生したらヘリウムガスの供給は停止される。

【０００６】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、隣接する段の高周波電界発生装置の高圧電極
と接地電極の一方が共用されていることを特徴とする大
気圧プラズマ処理装置が提供される。このように構成さ
れた大気圧プラズマ処理装置では、高周波電界発生装置
の多段化に要する電極の数を少なくすることができる。

【０００７】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
において、第３ガス供給装置から供給される酸素ガス
は、少なくとも、最上流の第１段高周波電界発生装置の
下流側に設けられた第３ガス導入口から反応管内部に供
給されることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置が提
供される。このように構成された大気圧プラズマ処理装
置では、酸素ガスは、少なくとも、最上流の第１段高周
波電界発生装置で発生せしめられたプラズマ中に導入さ
れる。

【０００８】請求項４の発明によれば、請求項１の発明
において、各高周波電界発生装置の各電極を冷却する電
極冷却装置を有することを特徴とする大気圧プラズマ処
理装置が提供される。

【０００９】請求項５の発明によれば、請求項１の発明
において、互いに平行に配列される複数の反応管を有
し、高周波電界発生装置の各電極が複数の反応管を周囲
していることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。が
提供される。このように構成された大気圧プラズマ処理
装置では、複数の反応管からプラズマが噴出するので処
理面積が大きい。

【００１０】請求項６の発明によれば、請求項１の発明
において、反応管が石英で形成されていることを特徴と
する大気圧プラズマ処理装置が提供される。

【００１１】請求項７の発明によれば、請求項１の発明
において、第２ガス供給装置がアルゴンガスを供給する
ことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置が提供され
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本
発明の実施の形態を説明する。図１が第１の実施の形態
の構成を示す図であって、反応管１０は誘電体である石
英で形成されていて、この実施の形態の場合は外径６ｍ
ｍ、内径４ｍｍ、厚さ１ｍｍのものを使用した。なお、
反応管１０の材料は石英に限られるものではなく、誘電
体であればどのような材料でもよく、例えば、セラミッ
クスを使用することもできる。但し、石英が汚れにくく
メンテナンスが楽であるので最も好ましい。

【００１３】反応管１０の上部には第１ガス導入口１
１、第２ガス導入口１２、第３ガス導入口１３が設けら
れ、下端にはプラズマ出口１４が形成されている。この
出口１４に対向して処理台２００が配設され、処理台２
００の上に被処理物体Ｔが載置される。

【００１４】そして、中間部には、アルミ製の環状の第
１電極２０、第２電極３０、第３電極４０が反応管１０
の外周を周囲するように配設されている。第１電極２０
と第３電極４０は接地電極であり接地されているが、第
２電極３０は高圧電極であって、高周波電源５０が整合
器５１を介して接続され、第１電極２０と第２電極３０
で第１段高周波電界発生装置Ａ１を形成し、第２電極３
０と第３電極４０で第２段高周波電界発生装置Ａ２を形
成している。すなわち、反応管１０は直列に配列された
２段の高周波電界発生装置を有することになる。

【００１５】なお、第１電極２０と第２電極３０、第２
電極３０と第３電極４０の間隔は、反応管１０が上記の
ような寸法の場合、略１〜２ｍｍとされている。なお、
各電極を反応管１０に対して移動可能に取付ておいて間
隔を調整可能にすることもできる。

【００１６】そして、冷却水通路６１が第１電極２０、
第２電極３０、第３電極４０の内部を通るように配設さ
れていて、冷却水通路６１には冷却水ポンプ６０から冷
却水が供給され、各電極はこの冷却水で冷却されるよう
になっている。この結果、プラズマ発生中の各電極の過
熱を防止することができる。

【００１７】そして、第１ガス導入口１１へ第１ガスボ
ンベ７０から第１ガス調整弁７１を介してヘリウムガス
が導入され、第２ガス導入口１２へ第２ガスボンベ８０
から第２ガス調整弁８１を介してアルゴンガスが導入さ
れ、第３ガス導入口１３へ第３ガスボンベ９０から第３
ガス調整弁９１を介して酸素ガスが導入されるようにな
っている。なお、第２ガスボンベ８０から導入するガス
をアルゴンガスではない他のキセノン、クリプトン等の
希ガスとすることもできる。

【００１８】第１ガス調整弁７１、第２ガス調整弁８
１、第３ガス調整弁９１は制御装置１００により開度が
調整される。制御装置１００は、簡単なマイクロコンピ
ュータから成り、高周波電源５０、整合器５１、冷却水
ポンプ６０の制御もおこなう。

【００１９】次に、上記のように構成された大気圧プラ
ズマ処理装置を利用して被処理物体の表面処理作業をお
こなう手順と作用について説明する。先ず、被処理物体
Ｔを処理台２００の上に載置する。そして、冷却水ポン
プ６０を作動せしめて冷却水通路６１に冷却水を流す。
次に、第１ガス調整弁７１を開弁して第１ガスボンベ７
０のヘリウムガスを第１ガス導入口１１から反応管１０
内に導入する。

【００２０】第１ガス調整弁７１を開弁後所定の時間が
経過して反応管１０内にヘリウムガスが充分行き渡った
ならば、高周波電源５０をＯＮにし、第１高周波電界発
生装置Ａ１の第１電極２０と第２電極３０の間、およ
び、第２高周波電界発生装置Ａ２の第２電極３０と第３
電極４０の間に高周波電界を発生させる。この高周波電
界によりヘリウムガスからプラズマが生成される。所定
の時間を経過させプラズマが安定したならば、第２ガス
調整弁８１を開弁して第２ガスボンベ８０のアルゴンガ
スを第２ガス導入口１２から反応管１０内に導入する。
すると、アルゴンガスによるプラズマの生成が開始され
る。

【００２１】アルゴンガスの導入開始後、所定時間を経
過させアルゴンガスによるプラズマが安定したならば、
第１ガス調整弁７１を閉弁してヘリウムガスの導入を停
止する。その後、所定時間経過させてから、第３ガス調
整弁９１を開弁して第３ガスボンベ９０の酸素ガスを第
３ガス導入口１３から反応管１０内に導入する。図２は
上記の手順を示すチャートであって横軸は時間を表わし
ている。反応管１０内で生成されたプラズマはプラズマ
出口１４から処理台２００上に載置された被処理物体Ｔ
に向かって噴出し、非処理物体Ｔは洗浄される。

【００２２】このように、本発明の第１の実施の形態
は、ガス流れ方向に沿って直列に第１段高周波電界発生
装置Ａ１と第２段高周波電界発生装置Ａ２を有して、多
段に高周波電界を発生させることによって、ヘリウムガ
スの導入を途中で停止することができ、その結果、高価
なヘリウムガスの使用量が減少し、運転コストが低下す
る。

【００２３】図２は第２の実施の形態を説明する図であ
って、第３ガス導入口１３を第２電極３０を貫通して設
け、酸素ガスを第１段高周波電界発生装置Ａ１と第２段
高周波電界発生装置Ａ２の間から導入するようにした点
が第１の実施の形態と異なる。その結果、第１の実施の
形態のように、酸素ガスを上方からアルゴンガスと一緒
に導入する場合よりも、より多量の酸素ガスを導入する
ことができる。酸素ガスは活性があるので洗浄能力を有
しており、酸素ガスを多量に導入できるということは、
洗浄能力がを高めることができるということである。

【００２４】ここで、第１の実施の形態よりもより多量
の酸素ガスを導入することができるのは、以下の理由に
よるものと考えられる。すなわち、酸素ガスのプラズマ
はアルゴンガスのプラズマよりも弱いものであって、換
言すれば、酸素ガスの導入はプラズマを弱性化する作用
をおこなう。したがって、これを第１段高周波電界発生
装置Ａ１の上流から大量に導入するとプラズマ全体が弱
くなってしまう。しかし、この第２の実施の形態のよう
に、第１段高周波電界発生装置Ａ１の後流の第２電極３
０のところから酸素ガスを導入すれば、その上流側でア
ルゴンガスにより安定したプラズマが生成されている中
に導入されるので大量に酸素ガスを導入してもプラズマ
の弱まり方が小さくなる。

【００２５】次に、第３の実施の形態について説明す
る。この第３の実施の形態は、反応管１０を複数本、こ
の場合は３本を、平面視では図５に示すように三角形に
なるように、平行に配置し、各反応管１０を各電極で周
囲し、各反応管１０にそれぞれ第１の実施の形態と同様
にヘリウムガス、アルゴンガス、酸素ガスを導入し、各
反応管１０の出口１４からプラズマを噴出せしめ、プラ
ズマの放出面積を拡大したものである。したがって、一
度に大きな面積の処理ができる。その他の構成は、運転
方法は第１の実施の形態と同じである。なお、この第３
の実施の形態では、３本の反応管１０を平行に配置した
例を示したが、所望に応じて何本でも平行に配置するこ
とができる。

【００２６】以上、第１の実施の形態、第２の実施の形
態、第３の実施の形態と、３つの電極で、２段の高周波
電界発生装置を形成、配置した場合を説明したが、さら
に電極を増やして、より多段の高周波電界発生装置を形
成、配置することができる。この場合も、隣接する段の
高周波電界発生装置について電極を共用することにより
電極の数を少なくすることができる。例えば、電極の総
数をＮとし、それらを、交互に接地電極と高圧電極とす
れば、Ｎ−１段の高周波電界発生装置を形成、配置する
ことができる。

【００２７】図６の（Ａ）は、上流から接地電極、高圧
電極、接地電極、高圧電極と４つの電極を配置して、Ａ
１，Ａ２，Ａ３の３段の高周波電界発生装置を形成、配
置した場合を示し、図６の（Ｂ）は、上流から接地電
極、高圧電極、接地電極、高圧電極、接地電極と４つの
電極を配置して、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の３段の高周
波電界発生装置を形成、配置した場合を示している。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、誘電体で形成されプラズマ原
料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプ
ラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する
反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供
給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周
波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接
地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高
周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置
であるが、高周波電界発生装置がガス流れにそって直列
に複数多段に配置されており、ガス供給装置がヘリウム
ガスを供給する第１ガス供給装置とヘリウムガス以外の
第２希ガスを供給する第２ガス供給装置と酸素ガスを供
給する第３ガス供給装置を含み、第１ガス供給装置から
ヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置
を作始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第２
希ガスの供給を開始し第２希ガスのプラズマが発生した
ら第１ガス供給装置を停止し、その後第３ガス供給装置
による酸素ガスの供給が開始される。したがって、第２
希ガスのプラズマが発生したらヘリウムガスの供給を停
止することができヘリウムガスの使用量が少なく運転コ
ストが安い。

【００２９】特に、請求項２の発明のように、隣接する
段の高周波電界発生装置の高圧電極と接地電極の一方が
共用されるようにすれば、高周波電界発生装置の多段化
に要する電極の数を少なくすることができ設備コストが
安い。

【００３０】特に、請求項３の発明のように、第３ガス
供給装置から供給される酸素ガスが、少なくとも、最上
流の第１段高周波電界発生装置の下流側に設けられた第
３ガス導入口から反応管内部に供給されるようにすれ
ば、酸素ガスは、少なくとも、最上流の第１段高周波電
界発生装置で発生せしめられたプラズマ中に導入される
ので酸素ガスによるプラズマの弱性化の影響が小さくそ
の分酸素ガスを増量でき、その結果洗浄力が向上する。

【００３１】特に、請求項５の発明のように、互いに平
行に配列される複数の反応管を有し、高周波電界発生装
置の各電極が複数の反応管を周囲するようにすれば、複
数の反応管からプラズマが噴出するので処理面積が大き
い。

【００３２】特に、請求項６の発明のように、反応管を
石英で形成すれば、反応管が汚れにくメンテナンスが楽
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の構造を示す側面図である。

【図２】第１の実施の形態の運転方法を示すチャートで
ある。

【図３】第２の実施の形態の構造を示す側面図である。

【図４】第３の実施の形態の構造を示す側面図である。

【図５】第３の実施の形態における反応管１０の配置を
示す上面図である。

【図６】より多段の高周波電解装置を形成、配置するた
めの電極の配置を示す図であって、（Ａ）は４つの電極
で３段の高周波電解装置を形成、配置した場合を示し、
（Ｂ）は５つの電極で４段の高周波電解装置を形成、配
置した場合を示している。

【符号の説明】

１０…反応管 １１…第１ガス導入口 １２…第２ガス導入口 １３…第３ガス導入口 １４…プラズマ出口 ２０…第１電極 ３０…第２電極 ４０…第３電極 ５０…高周波電源 ５１…整合器 ６０…冷却水ポンプ ６１…冷却水通路 ７０…第１ガスボンベ ７１…第１ガス調整弁 ８０…第２ガスボンベ ８１…第２ガス調整弁 ９０…第３ガスボンベ ９１…第３ガス調整弁 １００…コントローラ ２００…処理台 Ｔ…被処理物体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3B116 AA03 BB88 BB89 BC01 5F004 BA20 BC03 BD07 CA01 DA22 DA23 DA26

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導
   入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被
   処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、
   反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス
   供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から
   高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から
   成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発
   生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であって、 高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段
   に配置されており、 ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第１ガス供給装
   置とヘリウムガス以外の第２希ガスを供給する第２ガス
   供給装置と酸素ガスを供給する第３ガス供給装置を含
   み、 第１ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態
   で高周波電界発生装置を作始動してプラズマの生成を開
   始せしめ、その後第２希ガスの供給を開始し第２希ガス
   のプラズマが発生したら第１ガス供給装置を停止し、そ
   の後第３ガス供給装置による酸素ガスの供給を開始する
   ことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 隣接する段の高周波電界発生装置の高圧
   電極と接地電極の一方が共用されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の大気圧プラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 第３ガス供給装置から供給される酸素ガ
   スは、少なくとも、最上流の第１段高周波電界発生装置
   の下流側に設けられた第３ガス導入口から反応管内部に
   供給されることを特徴とする請求項１に記載の大気圧プ
   ラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 各高周波電界発生装置の各電極を冷却す
   る電極冷却装置を有することを特徴とする請求項１に記
   載の大気圧プラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 互いに平行に配列される複数の反応管を
   有し、高周波電界発生装置の各電極が複数の反応管を周
   囲していることを特徴とする請求項１に記載の大気圧プ
   ラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 反応管が石英で形成されていることを特
   徴とする請求項１に記載の大気圧プラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 第２ガス供給装置がアルゴンガスを供給
   することを特徴とする請求項１に記載の大気圧プラズマ
   処理装置。