JP2006302873A

JP2006302873A - 大気圧プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2006302873A
Application number: JP2006065234A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Ota; 俊洋太田; Seiichi Kataoka; 静一片岡
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】容易に効率良くヘリウムガスを回収して、再利用することができる大気圧プラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】開放型の大気圧プラズマ装置１は、搬送路を通じて搬送されるワーク３に対向して大気圧プラズマヘッド２を配置し、ワーク３に向けて処理ガスおよびヘリウムガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、ワーク３をプラズマ処理する。大気圧プラズマヘッド２の上側電極２６の周辺位置にガス回収口２３ａ，２３ｂが設けられたガス回収路２２ａ，２２ｂと、処理ガスおよびヘリウムガスを回収するガス回収装置１８と、回収されたガスのうちヘリウムガスを再生してヘリウムガス供給部に戻すヘリウム再生装置１９とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、大気圧プラズマ処理装置に関する。

大気圧プラズマ処理装置は、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを基板等に対して配置し、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大気圧プラズマを発生させ、基板等をプラズマ処理するように構成されている。近年のディスプレイの大型化に伴い、プラズマ処理面積も大面積化し、大気圧プラズマを発生させるためのヘリウムガスを大量に使用する機会が多くなっている。しかし、ヘリウムガスは高価であるために大量に使用すると大気圧プラズマ処理のコストが高くなる一つの要因となっている。そこで、特許文献１の大気圧プラズマ処理装置では、大気圧チャンバ内に供給されたヘリウムを回収して再利用をする機構を設けている。

特開２００４−１４６２８号公報

しかしながら、上記の大気圧プラズマ処理装置では、チャンバを用いた構造によるもので、ワークの取り出し時に空気がチャンバ内に入り込んでしまい、プラズマ処理するためには、チャンバ内の雰囲気を確保するまでに大量のヘリウムガスを供給しなければならなかった。さらに、ヘリウムガスを回収すべく、チャンバ内の全ての雰囲気を回収するため、ヘリウムの回収率が低くなってしまうという問題があった。また、回収率を上げるためには再利用装置が複雑化して高価な設備となってしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、容易に効率良くヘリウムガスを回収して、再利用することができる大気圧プラズマ処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、搬送路を通じて搬送されるワークに対向して大気圧プラズマヘッドを配置し、ワークに向けて処理ガスおよびヘリウムガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、ワークをプラズマ処理する開放型の大気圧プラズマ処理装置であって、大気圧プラズマヘッドの電極の周辺位置にガス回収口が設けられたガス回収路と、ガス回収路を通じて処理ガスおよびヘリウムガスを回収するガス回収装置と、回収されたガスのうちヘリウムガスを再生してヘリウムガス供給部に戻すヘリウム再生装置とを備えたことを要旨とする。

これによれば、大気圧プラズマ処理に用いられたガスは、大気圧プラズマヘッドとワークの間の局所領域に滞留したガスは、大気圧プラズマヘッドの電極の周辺位置にガス回収口が設けられたガス回収路からガス回収装置によって回収される。回収されたガスのうちヘリウムガスは、ヘリウム再生装置によって再生され、ヘリウムガス供給部に戻される。従って、大気圧プラズマヘッドとワークの間の局所に滞留したガスを回収することにより、効率良く濃度の高いヘリウムガスを回収することができる。さらに、濃度の高いヘリウムガスの回収により、ヘリウム再生装置は、ヘリウムを再生するための負荷が減少するので比較的安価な費用で抑えることができる。

本発明の大気圧プラズマ処理装置のガス回収路は、大気圧プラズマヘッドと一体となるように構成してもよい。

これによれば、大気圧プラズマヘッドの移動に伴って、ガス回収路も移動するので常に局所的にガスを回収することができる。

本発明の大気圧プラズマ処理装置のガス回収口は、大気圧プラズマヘッドに対して搬送方向における前後の二位置のうち少なくとも一方の位置に設けてもよい。

これによれば、大気圧プラズマヘッドに対して搬送方向における前後の二位置のうち少なくとも一方の位置に設けられたガス回収口により、ワークの搬送によって発生する滞留したガスを効率良く回収することができる。

本発明の大気圧プラズマ処理装置は、搬送路にフィンを備えてもよい。

これによれば、フィンによって外部雰囲気の巻き込みを低減させ、回収されるヘリウムの純度の低減を抑えることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。

図１は、大気圧プラズマ処理装置の構成を示す模式図である。本発明の大気圧プラズマ装置１は、プラズマ処理されるワークを搬送する搬送機構を有した開放型の装置である。図１において、ワーク３に対向して大気圧プラズマヘッド２が配置されている。大気圧プラズマヘッド２とワーク３との間隔は狭くなるように設置され、例えば、その間隔はおよそ１ｍｍである。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を介して、マスフローメータ７，８，９が接続されている。マスフローメータ７は、バルブ１０を介して放電ガス源であるヘリウムガス源１３に接続されている。バルブ１０とヘリウムガス源１３は、ヘリウムガスの供給を行うヘリウムガス供給部を構成する。マスフローメータ８，９は、それぞれバルブ１１，１２を介して処理ガス源であるＳＦ₆ガス源１４，ＣＦ₄ガス源１５に接続されている。

大気圧プラズマヘッド２は、ガスを供給するガス供給路２１と、プラズマ放電させるための上側電極２６と、ガスを回収する通路となるガス回収路２２ａ，２２ｂ等を有している。

また、大気圧プラズマヘッド２のガス回収路２２ａ，２２ｂのそれぞれにガスの回収流量を調整するダンパ１６が接続されている。ガス回収路２２ａ，２２ｂは、途中の経路で合流して一本の回収路となりバルブ１７を介してポンプ機能を有するガス回収装置１８に接続されている。ガス回収装置１８は、ヘリウム再生装置１９に接続され、ヘリウム再生装置１９の出力側はヘリウムガス源１３の供給ラインであるマスフローメータ７とバルブ１０の間に接続されている。そして、ガス回収装置１８とヘリウム再生装置１９とによりヘリウム回収・再生機構を構成している。

ヘリウム再生装置１９は、例えば、ガス回収装置１８によって回収されたヘリウムガスから不純物ガスを吸着およ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。なお、上記の方法の他に、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および水素除去装置を備え、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、ヘリウムガスを精製する構成を採用することもできる。

ワーク３は、ベルト３０上に載置された下側電極を有するワークテーブル２７の上にセットされ、ベルト３０に連結されたモータ３１の駆動によって搬送される。

次に、大気圧プラズマヘッド２の構造について説明する。図２は、大気圧プラズマヘッド２の構造を示す断面図である。図２において、大気圧プラズマヘッド２は、ワーク３に対向するように配置されている。ワーク３は、下側電極を有するワークテーブル２７に載置され、ワークテーブル２７の下方のベルト３０がモータ３１の駆動によって一定区間を往復移動することができる。大気圧プラズマヘッド２には、プラズマ処理するための放電ガスとしてのヘリウムガスおよび処理ガスとしてのＳＦ₆ガス、ＣＦ₄ガスを供給するためのガス供給路２１と、プラズマ放電する上側電極２６が設けられている。また、大気圧プラズマヘッド２の両脇には、上記のプラズマ処理に使用されたガスを回収するためのガス回収路２２ａ，２２ｂが設けられている。ガス回収路２２ａ，２２ｂのガス回収口２３ａ，２３ｂは、上側電極２６に対してワーク３の搬送方向における前後の位置に配置され、大気圧プラズマヘッド２とワーク３の局所領域に滞留したガスを吸引するようになっている。

また、大気圧プラズマヘッド２で構成される搬送部は、大気圧プラズマヘッド２の上側電極２６とガス回収路２２ａ，２２ｂを合わせた長さの部分と、この部分から前後にそれぞれ延出したフィン２５ａ，２５ｂにより形成された部分とにより構成されている。フィン２５ａ，２５ｂは、処理されたガスの回収において外気の巻き込みを防止するために設けられたものであり、ワーク３との間隔は狭くなるように、例えば、その間隔がおよそ１ｍｍになるように設置されている。また、フィン２５ａ，２５ｂの長さは、外気の巻き込みに考慮して巻き込まれた外気がガス回収路２２ａ，２２ｂに至らない長さに設定される。例えば、回収口２３ａ，２３ｂからの長さＬが３０ｍｍ程度に設定されている。

以上のように構成された大気圧プラズマ装置１の動作について説明する。

大気圧プラズマ装置１にヘリウム冷凍機を用いたヘリウム再生装置１９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１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ、数１０Ｗ〜５ｋＷの交番電圧を印加し、ヘリウムガス源１３およびＳＦ₆ガス源１４，ＣＦ₄ガス源１５からバルブ１０，１１，１２およびマスフローメータ７，８，９を介してヘリウムガス流量：１〜１０ｌ/ｍｉｎ、ＳＦ₆ガス，ＣＦ₄ガスのそれぞれ流量１０〜１００ｃｃ/ｍｉｎに調整・混合して、導管６を介してガス供給路２１から大気圧プラズマヘッド２に導入し、図示しない複数のガス導入孔から吹出させ、ワーク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、ワーク３が処理される。

大気圧プラズマ処理に用したガスは、ガス回収装置１８によってガス回収口２３ａ，２３ｂからガス回収路２２ａ，２２ｂを通って回収される。ガス回収時において、ダンパ１６によってガスの供給流量に応じて、ガス回収流量が調整される。大気圧プラズマヘッド２とワーク３との間の局所領域に滞留したガスが回収され、さらにフィン２５ａ，２５ｂにより外気の巻き込みを防止することにより、回収されたヘリウムガスの濃度はガス供給時とほぼ同じであり、８０％以上の濃度のヘリウムを回収することができる。なお、ダンパ１６は、大気圧プラズマ装置１を最初に電源投入した運転開始時においては、搬送路は、空気で満たされているので、ガスの供給によりプラズマ処理ができるようになってから所定の開度に開かれる。

その後、ガスはヘリウム再生装置１９に供給され、ヘリウム再生装置１９によってヘリウムガスが再生され、放電ガス源としてのヘリウムガスとなるべくマスフローメータ７に供給される。ヘリウムガスの再生は、回収した濃度８０％以上のヘリウムガスでそのうちの半分を再生することができる。このようにして、再生されたヘリウムガスは再び導管６を介して大気圧プラズマヘッド２に供給され、ヘリウムガスの供給・再生が繰返し行われる。

本発明による大気圧プラズマ処理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。

従って、本実施形態によれば、以下に示す効果がある。

（１）大気圧プラズマヘッド２とワーク３との間のヘリウム濃度の高い局所領域からガス回収口２３ａ，２３ｂを通じて回収するので、純度の高いヘリウムガスを効率良く回収することができる。

（２）搬送部外端には、フィンが設けられ、搬送路の搬入口や搬出口からガス回収口２３ａ，２３ｂまでに所定の距離（実施形態では３０ｍｍ）確保されているので、外気の巻き込みを低減し、ガスの回収効率を高めることができる。

（３）純度の高いヘリウムガスを回収することにより、ヘリウムガス再生装置の再生負荷を低減し、装置コストを比較的安価にすることができる。

（４）ガス回収路２２ａ，２２ｂにはダンパ１６が設けられているので、処理したガスの吸引しすぎによるプラズマ処理不足を防止することができる。

（５）回収するガスのヘリウム濃度が高いので、従来のようにヘリウム濃度の比較的薄いガスを再生する装置に比べ、再生装置を小型化にすることにより、大気圧プラズマ装置を小型化することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が挙げられる。

（変形例１）図２において、ガス回収路２２ａ，２２ｂを２箇所に設けたが、これに限定されない。例えば、１箇所に設けてもよい。このようにしても、局所的にガスを回収することができる。

（変形例２）図２において、ガス回収口２３ａ，２３ｂを大気圧プラズマヘッド２の上側電極２６に対して搬送方向の前後方向の二位置に設けたが、これに限定されず、上側電極２６の周囲近傍にあればよい。このようにしても、局所領域に滞留したガスを回収することができる。

（変形例３）図２において、ガス回収口２３ａ，２３ｂを大気圧プラズマヘッド２の上側電極２６に対して搬送方向の前後方向に設けたがこれに限定されない。例えば、搬送路の幅方向の両側に設けてもよい。このようにしても、局所領域に滞留したガスを回収することができる。

（変形例４）図２において、ガス回収口２３ａ，２３ｂを大気圧プラズマヘッド２の上側電極２６に対して搬送方向の前後方向における二位置に設けたが、これに限定されない。例えば、前後方向のうちいずれか一方に設けてもよい。このようにしても、局所領域に滞留したガスを回収することができる。

大気圧プラズマ処理装置の構成を示す模式図。大気圧プラズマヘッドの構造を示す断面図。

符号の説明

１…大気圧プラズマ装置、２…大気圧プラズマヘッド、３…ワーク、４…マッチング回路、５…高周波交番電源、６…導管、７，８，９…マスフローメータ、１０，１１，１２，１７…バルブ、１３…ヘリウムガス源、１４…ＳＦ₆ガス源、１５…ＣＦ₄ガス源、１６…ダンパ、１８…ガス回収装置、１９…ヘリウム再生装置、２１…ガス供給路、２２ａ，２２ｂ…ガス回収路、２３ａ，２３ｂ…ガス回収口、２５ａ，２５ｂ…フィン、２６…上側電極、２７…下側電極を有するワークテーブル、３０…ベルト、３１モータ。

Claims

搬送路を通じて搬送されるワークに対向して大気圧プラズマヘッドを配置し、ワークに向けて処理ガスおよびヘリウムガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、ワークをプラズマ処理する開放型の大気圧プラズマ処理装置であって、
前記大気圧プラズマヘッドの電極の周辺位置にガス回収口が設けられたガス回収路と、
前記ガス回収路を通じて前記処理ガスおよびヘリウムガスを回収するガス回収装置と、
前記回収されたガスのうち前記ヘリウムガスを再生してヘリウムガス供給部に戻すヘリウム再生装置と、を備えたことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
請求項１に記載の大気圧プラズマ処理装置において、
前記ガス回収路は、前記大気圧プラズマヘッドと一体となるように構成されたことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
請求項１または２に記載の大気圧プラズマ処理装置において、
前記ガス回収口は、前記大気圧プラズマヘッドに対して搬送方向における前後の二位置のうち少なくとも一方の位置に設けられたことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の大気圧プラズマ処理装置において、
前記搬送路にフィンを備えたことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。