JP2004014628A - ヘリウム回収・再利用機構を備えた大気圧プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】使用したヘリウムガスを回収して再利用することによりヘリウムの使用量を低減して、プラズマ処理のコストを低減できる、ヘリウム回収・再利用機構を備えた大気圧プラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に処理ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成した大気圧プラズマ処理装置において、大気圧チャンバに接続され、大気圧チャンバ内に供給されたヘリウムを回収し精製してヘリウムガス供給源へ戻すヘリウム回収・再利用機構が設けられる。
【選択図】 図１
【解決手段】大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に処理ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成した大気圧プラズマ処理装置において、大気圧チャンバに接続され、大気圧チャンバ内に供給されたヘリウムを回収し精製してヘリウムガス供給源へ戻すヘリウム回収・再利用機構が設けられる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリウム回収・再利用機構を備えた大気圧プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧プラズマ処理装置は、一般的には、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に処理ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成されている。
【０００３】
安定な大気圧プラズマを発生させるためにはキャリアガスとして大流量のヘリウムが有効であるが、ヘリウムガスは高価であり、そのため基板のプラズマ処理似コストが掛り、最終製品のコストが高くなる一つの要因となっている。例えば毎分３０〜５０リットルのヘリウムガスを供給する必要のあるライン式大気圧プラズマ処理装置の場合、一日当りのヘリウムガスの使用量は３６０００リットルとなり、一ヶ月のヘリウムガスのコストは５００万円、一年では６０００万円程度になる。
【０００４】
また、大気圧プラズマ処理装置で使用したヘリウムガスを含む排出ガスをそのまま排出すると地球環境にも悪影響を与える可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、使用したヘリウムガスを回収して再利用することによりヘリウムの使用量を低減して、プラズマ処理のコストを低減できる、ヘリウム回収・再利用機構を備えた大気圧プラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に処理ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成した大気圧プラズマ処理装置において、大気圧チャンバに接続され、大気圧チャンバ内に供給されたヘリウムを回収し精製してヘリウムガス供給源へ戻すヘリウム回収・再利用機構を設けたことを特徴としている。
【０００７】
ヘリウム回収・再利用機構は、大気圧チャンバに接続されたガス排出ポンプと、ガス排出ポンプとヘリウムガス供給源との間に接続され、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製するヘリウム精製装置とから成り得る。
【０００８】
ヘリウム回収・再利用機構において、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製する複数の並列又は直列に接続されたヘリウム精製装置が設けられ得る。
【０００９】
ヘリウム精製装置は、気体分離膜や冷凍機等で構成され得、ヘリウムとその他のガスをそれらの沸点の温度差（‐１００℃）に基き分離し、精製する。精製されたヘリウムは再びキャリアガスとして利用され得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態による大気圧プラズマ処理装置を示している。図示装置において、１は大気圧チャンバで、この大気圧チャンバ１内には、大気圧プラズマヘッド２がプラズマ処理すべき基板３に対向して配置されている。大気圧プラズマヘッド２はマッチング回路装置４を介して高周波交番電源５に接続されている。また大気圧プラズマヘッド２には、導管６、マスフローメーター７、８、９及びバルブ１０、１１、１２を介して放電ガス源であるヘリウムガス源１３並びに処理ガス源であるＳＦ６ガス源１４及びＣＦ４ガス源１５がそれぞれ接続されている。
【００１１】
また、大気圧チャンバ１には、放電ガス源１３及び処理ガス源１４、１５から大気圧チャンバ１内に供給された処理ガス及びキャリアガスを排出するガス排出ポンプ１６が接続されている。このガス排出ポンプ１６はヘリウム精製装置１７に接続され、ヘリウム精製装置１７の出力側はヘリウムガス源１３の供給ラインすなわちマスフローメーター７とバルブ１０との間に接続されている。図示実施の形態ではガス排出ポンプ１６とヘリウム精製装置１７とによりヘリウム回収・再利用機構を構成している。なお図１において１８は圧力計である。
【００１２】
ヘリウム精製装置１７は、例えば大気圧チャンバ１からガス排出ポンプ１６によって回収された低純度ヘリウムガスから不純物ガスを吸着及び凝縮させるヘリウム冷凍機を備え、吸着には活性炭を用いて高純度にヘリウムガスを精製して供給するように構成されている。
【００１３】
代りに、ヘリウム精製装置１７は、回収したヘリウムガス中に混入している酸素、窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水分などの不純物を除去するため、加熱ヒータで加熱される反応筒及び水素除去を備え、反応筒には水分等の不純物を除去するゲッターが組み込まれ、これにより水分等の不純物は反応除去され、高純度精製ガスを得るように構成することもできる。
【００１４】
このように構成した図示装置の動作について説明する。
大気圧プラズマ装置にヘリウム冷凍機を用いたヘリウム精製装置１７を搭載し、電極間すなわち大気圧プラズマヘッド２に高周波交番電源５から１３．５６ＭＨｚ、１ｋＷの交番電力を印加し、放電ガス源１３及び処理ガス源１４、１５からバルブ１０、１１、１２及びマスフローメーター７、８、９を介してＨｅガス、ＳＦ６、ＣＦ４をそれぞれ流量３０ｓｌｍ、３００ｓｃｃｍ、７００ｓｃｃｍに調整して混合し、導管６を通って大気圧チャンバ１に導入し、図示していない複数のガス導入孔から吹出させ、基板３に作用するガスをプラズマで解離する大気圧プラズマヘッド２を用いて、シリコン基板３を厚さ４００μｍ処理した。処理に要した時間は４０分であった。処理中、ヘリウム精製装置１７を介してヘリウムガスを大気圧プラズマヘッド２に還流した。その結果、ヘリウムガスの消費量は９０リットルであり、ヘリウム回収装置を用いない場合に比べ、９２．５％消費量が低減された。
【００１５】
図２には、本発明の別の実施の形態による大気圧プラズマ装置を示し、この場合には装置は回収ヘリウムガスを大量に精製できるように構成されている。図２において図１の装置と対応する部分は図１と同じ符号で示している。ヘリウム精製装置は符号１７ａ、１７ｂ……１７ｎで示すように複数個並列に配置されている。配置されるヘリウム精製装置の段数は大気圧プラズマ装置の規模に応じて任意に選択できる。
【００１６】
図３には、本発明のさらに別の実施の形態による大気圧プラズマ装置を示し、この場合には装置は回収ヘリウムガスを高純度に精製できるように構成されている。図２において図１の装置と対応する部分は図１と同じ符号で示している。ヘリウム精製装置は符号１７ａ、１７ｂ……１７ｎで示すように複数個直列に配置されている。配置されるヘリウム精製装置の段数は回収ヘリウムガスをどの程度純度に精製するかに応じて任意に選択できる。
【００１７】
ところで、本発明による大気圧プラズマ装置の応用分野としては、エッチング、ＣＶＤ、ドーピング、酸化・窒化、クリーニング、アッシング、表面改質、接合等を挙げることができる。また、ヘリウムガス精製装置も例示した冷凍機方式やゲッター方式に限定されるものではなく、膜分離方式、或いはこれら方式を組合わせたものを用いることもできる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に処理ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成した大気圧プラズマ処理装置において、大気圧チャンバに接続され、大気圧チャンバ内に供給されたヘリウムを回収し精製してヘリウムガス供給源へ戻すヘリウム回収・再利用機構を設けたことにより、高価なヘリウムガスの消費量を大幅に削減することができ、それによりプラズマ処理コストを大幅に低減できるようになる。
【００１９】
ヘリウム回収・再利用機構として、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製する複数の並列に接続されたヘリウム精製装置を設けた場合には、回収ヘリウムガスを大量に処理することができ、より大量のヘリウムガスを必要とする大型の大気圧プラズマ処理装置にも容易に適用できるるようになる。
【００２０】
ヘリウム回収・再利用機構として、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製する複数の直列に接続されたヘリウム精製装置を設けた場合には、回収ヘリウムガスをより高純度に処理することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による大気圧プラズマ処理装置の構成を示す概略線図。
【図２】本発明の別の実施の形態による大気圧プラズマ処理装置の構成を示す概略線図。
【図３】本発明のさらに別の実施の形態による大気圧プラズマ処理装置の構成を示す概略線図。
【符号の説明】
１：大気圧チャンバ
２：大気圧プラズマヘッド
３：プラズマ処理すべき基板
４：マッチング回路装置
５：高周波交番電源
６：導管
７：マスフローメーター
８：マスフローメーター
９：マスフローメーター
１０：バルブ
１１：バルブ
１２：バルブ
１３：ヘリウムガス源
１４：ＳＦ６ガス源
１５：ＣＦ４ガス源
１６：ガス排出ポンプ
１７：ヘリウム精製装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリウム回収・再利用機構を備えた大気圧プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧プラズマ処理装置は、一般的には、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に処理ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成されている。
【０００３】
安定な大気圧プラズマを発生させるためにはキャリアガスとして大流量のヘリウムが有効であるが、ヘリウムガスは高価であり、そのため基板のプラズマ処理似コストが掛り、最終製品のコストが高くなる一つの要因となっている。例えば毎分３０〜５０リットルのヘリウムガスを供給する必要のあるライン式大気圧プラズマ処理装置の場合、一日当りのヘリウムガスの使用量は３６０００リットルとなり、一ヶ月のヘリウムガスのコストは５００万円、一年では６０００万円程度になる。
【０００４】
また、大気圧プラズマ処理装置で使用したヘリウムガスを含む排出ガスをそのまま排出すると地球環境にも悪影響を与える可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、使用したヘリウムガスを回収して再利用することによりヘリウムの使用量を低減して、プラズマ処理のコストを低減できる、ヘリウム回収・再利用機構を備えた大気圧プラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に処理ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成した大気圧プラズマ処理装置において、大気圧チャンバに接続され、大気圧チャンバ内に供給されたヘリウムを回収し精製してヘリウムガス供給源へ戻すヘリウム回収・再利用機構を設けたことを特徴としている。
【０００７】
ヘリウム回収・再利用機構は、大気圧チャンバに接続されたガス排出ポンプと、ガス排出ポンプとヘリウムガス供給源との間に接続され、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製するヘリウム精製装置とから成り得る。
【０００８】
ヘリウム回収・再利用機構において、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製する複数の並列又は直列に接続されたヘリウム精製装置が設けられ得る。
【０００９】
ヘリウム精製装置は、気体分離膜や冷凍機等で構成され得、ヘリウムとその他のガスをそれらの沸点の温度差（‐１００℃）に基き分離し、精製する。精製されたヘリウムは再びキャリアガスとして利用され得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態による大気圧プラズマ処理装置を示している。図示装置において、１は大気圧チャンバで、この大気圧チャンバ１内には、大気圧プラズマヘッド２がプラズマ処理すべき基板３に対向して配置されている。大気圧プラズマヘッド２はマッチング回路装置４を介して高周波交番電源５に接続されている。また大気圧プラズマヘッド２には、導管６、マスフローメーター７、８、９及びバルブ１０、１１、１２を介して放電ガス源であるヘリウムガス源１３並びに処理ガス源であるＳＦ６ガス源１４及びＣＦ４ガス源１５がそれぞれ接続されている。
【００１１】
また、大気圧チャンバ１には、放電ガス源１３及び処理ガス源１４、１５から大気圧チャンバ１内に供給された処理ガス及びキャリアガスを排出するガス排出ポンプ１６が接続されている。このガス排出ポンプ１６はヘリウム精製装置１７に接続され、ヘリウム精製装置１７の出力側はヘリウムガス源１３の供給ラインすなわちマスフローメーター７とバルブ１０との間に接続されている。図示実施の形態ではガス排出ポンプ１６とヘリウム精製装置１７とによりヘリウム回収・再利用機構を構成している。なお図１において１８は圧力計である。
【００１２】
ヘリウム精製装置１７は、例えば大気圧チャンバ１からガス排出ポンプ１６によって回収された低純度ヘリウムガスから不純物ガスを吸着及び凝縮させるヘリウム冷凍機を備え、吸着には活性炭を用いて高純度にヘリウムガスを精製して供給するように構成されている。
【００１３】
代りに、ヘリウム精製装置１７は、回収したヘリウムガス中に混入している酸素、窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水分などの不純物を除去するため、加熱ヒータで加熱される反応筒及び水素除去を備え、反応筒には水分等の不純物を除去するゲッターが組み込まれ、これにより水分等の不純物は反応除去され、高純度精製ガスを得るように構成することもできる。
【００１４】
このように構成した図示装置の動作について説明する。
大気圧プラズマ装置にヘリウム冷凍機を用いたヘリウム精製装置１７を搭載し、電極間すなわち大気圧プラズマヘッド２に高周波交番電源５から１３．５６ＭＨｚ、１ｋＷの交番電力を印加し、放電ガス源１３及び処理ガス源１４、１５からバルブ１０、１１、１２及びマスフローメーター７、８、９を介してＨｅガス、ＳＦ６、ＣＦ４をそれぞれ流量３０ｓｌｍ、３００ｓｃｃｍ、７００ｓｃｃｍに調整して混合し、導管６を通って大気圧チャンバ１に導入し、図示していない複数のガス導入孔から吹出させ、基板３に作用するガスをプラズマで解離する大気圧プラズマヘッド２を用いて、シリコン基板３を厚さ４００μｍ処理した。処理に要した時間は４０分であった。処理中、ヘリウム精製装置１７を介してヘリウムガスを大気圧プラズマヘッド２に還流した。その結果、ヘリウムガスの消費量は９０リットルであり、ヘリウム回収装置を用いない場合に比べ、９２．５％消費量が低減された。
【００１５】
図２には、本発明の別の実施の形態による大気圧プラズマ装置を示し、この場合には装置は回収ヘリウムガスを大量に精製できるように構成されている。図２において図１の装置と対応する部分は図１と同じ符号で示している。ヘリウム精製装置は符号１７ａ、１７ｂ……１７ｎで示すように複数個並列に配置されている。配置されるヘリウム精製装置の段数は大気圧プラズマ装置の規模に応じて任意に選択できる。
【００１６】
図３には、本発明のさらに別の実施の形態による大気圧プラズマ装置を示し、この場合には装置は回収ヘリウムガスを高純度に精製できるように構成されている。図２において図１の装置と対応する部分は図１と同じ符号で示している。ヘリウム精製装置は符号１７ａ、１７ｂ……１７ｎで示すように複数個直列に配置されている。配置されるヘリウム精製装置の段数は回収ヘリウムガスをどの程度純度に精製するかに応じて任意に選択できる。
【００１７】
ところで、本発明による大気圧プラズマ装置の応用分野としては、エッチング、ＣＶＤ、ドーピング、酸化・窒化、クリーニング、アッシング、表面改質、接合等を挙げることができる。また、ヘリウムガス精製装置も例示した冷凍機方式やゲッター方式に限定されるものではなく、膜分離方式、或いはこれら方式を組合わせたものを用いることもできる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に処理ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成した大気圧プラズマ処理装置において、大気圧チャンバに接続され、大気圧チャンバ内に供給されたヘリウムを回収し精製してヘリウムガス供給源へ戻すヘリウム回収・再利用機構を設けたことにより、高価なヘリウムガスの消費量を大幅に削減することができ、それによりプラズマ処理コストを大幅に低減できるようになる。
【００１９】
ヘリウム回収・再利用機構として、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製する複数の並列に接続されたヘリウム精製装置を設けた場合には、回収ヘリウムガスを大量に処理することができ、より大量のヘリウムガスを必要とする大型の大気圧プラズマ処理装置にも容易に適用できるるようになる。
【００２０】
ヘリウム回収・再利用機構として、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製する複数の直列に接続されたヘリウム精製装置を設けた場合には、回収ヘリウムガスをより高純度に処理することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による大気圧プラズマ処理装置の構成を示す概略線図。
【図２】本発明の別の実施の形態による大気圧プラズマ処理装置の構成を示す概略線図。
【図３】本発明のさらに別の実施の形態による大気圧プラズマ処理装置の構成を示す概略線図。
【符号の説明】
１：大気圧チャンバ
２：大気圧プラズマヘッド
３：プラズマ処理すべき基板
４：マッチング回路装置
５：高周波交番電源
６：導管
７：マスフローメーター
８：マスフローメーター
９：マスフローメーター
１０：バルブ
１１：バルブ
１２：バルブ
１３：ヘリウムガス源
１４：ＳＦ６ガス源
１５：ＣＦ４ガス源
１６：ガス排出ポンプ
１７：ヘリウム精製装置
Claims (4)
- 大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に処理ガスと共に大量のヘリウムガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成した大気圧プラズマ処理装置において、大気圧チャンバに接続され、大気圧チャンバ内に供給されたヘリウムを回収し精製してヘリウムガス供給源へ戻すヘリウム回収・再利用機構を設けたことを特徴とする大気圧プラズマ処理処理装置。
- ヘリウム回収・再利用機構が、大気圧チャンバに接続されたガス排出ポンプと、ガス排出ポンプとヘリウムガス供給源との間に接続され、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製するヘリウム精製装置とを備え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。
- ヘリウム回収・再利用機構が、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製する複数の並列に接続されたヘリウム精製装置を備え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。
- ヘリウム回収・再利用機構が、ガス排出ポンプで排出されたガスの中からヘリウムガスを回収し精製する複数の直列に接続されたヘリウム精製装置を備え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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002163206A JP2004014628A (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | ヘリウム回収・再利用機構を備えた大気圧プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002163206A JP2004014628A (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | ヘリウム回収・再利用機構を備えた大気圧プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004014628A true JP2004014628A (ja) | 2004-01-15 |
Family
ID=30431746
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002163206A Pending JP2004014628A (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | ヘリウム回収・再利用機構を備えた大気圧プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004014628A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2911881A1 (fr) * | 2007-01-29 | 2008-08-01 | Air Liquide | Procede de recyclage d'helium et dispositif pour sa mise en oeuvre |
-
2002
- 2002-06-04 JP JP2002163206A patent/JP2004014628A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2911881A1 (fr) * | 2007-01-29 | 2008-08-01 | Air Liquide | Procede de recyclage d'helium et dispositif pour sa mise en oeuvre |
| WO2008107575A1 (fr) * | 2007-01-29 | 2008-09-12 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Procede de recyclage d'helium et dispositif pour sa mise en oeuvre |
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