JP2007525801A

JP2007525801A - 大気圧大面積グロープラズマ発生装置

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Publication number: JP2007525801A
Application number: JP2006550945A
Authority: JP
Inventors: キュンスウキム; ジャンヒーチョ; ジョンピルキム; バンウォンカン; ジョンウーキム; キャンボクジン; ウーヤンリー
Original assignee: CHANGJO ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: CHANGJO ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: JP4630874B2; WO2005074333A1

Abstract

本発明のプラズマ発生装置は、柱形状の電源極、電源極の周りを覆う誘電体膜、電源極に隣接して配置される補助プラズマ接地極、反応ガスを提供するためのガス流入部、及び電源極に印加されるＲＦ電源を制御する電源コントローラを含み、プラズマ発生装置が作動する間には、電源コントローラは、電源極と補助プラズマ接地極との間に補助プラズマを維持することを特徴とする。本発明のプラズマ発生装置は、大気圧下で低温プラズマを生成することができ、補助プラズマを利用することによって、安定したプラズマを提供することができる。特に、電源の供給が不安定である高周波電源を使用する場合にも、補助プラズマが安定的なプラズマソースとして機能するので、均一で且つ大面積に適用可能なグロープラズマを生成することができる。
【選択図】図１８

Description

本発明は、プラズマ発生装置に関し、より詳細には、大気圧下で安定した低温グロー放電プラズマを提供することができる大気圧大面積プラズマ発生装置に関する。

プラズマ（plasma）は、イオン化した気体であって、プラズマを構成する粒子は、気体、液体、固体などのエネルギー障壁を容易に乗り越えて原子及び分子の鎖を切り、新しい分子及び原子を再結合することができる。従って、プラズマは、他の方法で到達しがたい化学反応特性と物理反応特性を容易に提供することができる。また、プラズマの特性に因って、プラズマを用いた加工は、いろいろな産業分野において広く使用されている。

実際、現代産業において、プラズマの応用技術は、高機能、高強度、高加工性を要求する物質から、各種素材の表面処理、イオン注入、有機−無機膜蒸着及び除去、洗浄作業、毒性物質の除去、殺菌など尖端材料や電子、環境産業に至るまで多くの分野において試みられている。また、プラズマ加工技術は、従来の機械加工技術の限界を容易に克服することができるので、微細パターンが必要な半導体、ＬＣＤ、ＭＥＭＳなどの分野において製品及び部品を製造する核心装備として使用されている。

しかしながら、従来のプラズマは、高温及び真空の雰囲気下で生成されなければならないので、プラズマ加工技術を実際に応用するのに多くの困難がある。

一旦、プラズマを生成するために、周辺温度を高温で調節すれば、低い温度下で処理されなければならないポリマーなどの物質に悪い影響を及ぼすことができ、温度の影響を最小化するために、短時間に処理されなければならない工程では、その処理条件を制御することが難しいという短所がある。

また、プラズマを真空で生成するためには、クローズドシステムを形成しなければならないが、クローズドシステムでは、物質が移動しながら行われるべき連続工程や自動化工程で具現化することが難しいという短所がある。また、真空チャンバーを形成するための高価の装備を購入し且つ維持しなければならないという負担もある。

従って、低温プラズマを真空でなく大気圧下で連続工程で使用することができれば、既存の真空低温プラズマのクローズドシステムで具現することが難しかった連続工程及び自動化工程を実現することができ、プラズマ加工を具現するシステム自体が単純化され、産業的に無限に応用されることができる。また、大気圧低温プラズマ加工が産業ラインに含まれることによって、実時間でプラズマ加工を行うことができ、これにより、生産性を顕著に高めることができると期待される。

一例として、情報技術、ＭＥＭＳ、半導体、ナノ、バイオ技術などを具現するにあたって、更に高機能性、高強度、高メモリ、高集積度を有する部品が要求されている。このような部品を製造するにあたって、基礎工程としての洗浄は、これ以上周辺技術でなく核心技術として位置付けられるようになった。しかしながら、洗浄のために化学薬品、超音波、水噴射(water jet)などを利用する既存のウェット洗浄方法は、環境汚染を引き起こすことができ、貴重な水を相当量消費するしかないという大きな問題点を有している。

このようなウェット洗浄の問題点を解決するために、いろいろな紫外線（ＵＶ）、オゾン、二酸化炭素、大気圧低温プラズマなどのドライ処理方案が最近提示されている。ＵＶやオゾンプラズマ処理を行う場合、環境汚染物質の過多排出、処理速度の限界、処理機能の制限、維持補修の困難性などのような問題点がある。また、極低温二酸化炭素処理の場合、高価の装備、処理速度の限界、処理機能の限界という難しさがある。これより、大気圧低温プラズマは、このようなウェット処理の問題点を解決できると共に、既存のドライ処理の難しさをも解決できる強力な加工方法として登場している。

大気圧低温プラズマの大気圧放電において、システムの気圧増加は、電子自由運動距離(mean free path)の顕著な減少を伴い、これにより、電気放電条件の極端化を要求する。従って、既存の技術による大気圧電気放電は、非常に強い電場を要求するので、真空放電に比べて極めて大きい電圧を必要とする問題を引き起こす。従って、大気圧で容易に安価で且つ大量でプラズマを生産するための技術が必要となっている。

このような要求に対応して、現在開発中の大気圧低温プラズマ発生装置の大部分がＤＢＤ（Dielectric Barrier Discharge）放電法を使用している。ＤＢＤ放電法は、１つ以上の誘電体(Dielectric Barrier)を電極に密着させてプラズマを放電させる方法であって、真空状態で可能なグロー（glow）放電を生成することができるという長所がある。参考として、本明細書において、大気圧とは、科学定義による大気圧以外にも、それと類似な大気圧付近の圧力をも含むと言える。

図１は、従来のＤＢＤ放電法を説明するための概略図である。

図１を参照すれば、プラズマ発生装置１０は、電源極２０及び接地極３０を含み、接地極３０に対向する電源極２０の表面には、誘電体膜４０が形成されている。電源極２０に、所定の周波数を有するＲＦ電源を印加することによって、大気圧下でも電源極２０と接地極３０との間に低温プラズマが生成されることができ、電源極２０と接地極３０との間に、非活性ガスを含む反応ガスを提供することによって、オゾン及びラジカルなどのように活性が高い粒子を容易に大量で生成することができる。この際、生成されるプラズマは、被処理物の熱変形を起こさない程度に温度が低いため、金属ばかりでなく、プラスチック及びガラスなどの材質なども処理することができ、電源極２０と接地極３０との間を通過する被処理物の表面上に洗浄や酸化膜形成などを行うことができる。

また、ＤＢＤ放電法によるプラズマ発生装置１０は、大気圧で放電できるため、真空放電によるプラズマ発生装置に比べて一層安価であり、空間に対する制約をほとんど受けず、実時間（in-line）連続工程又は自動化工程にも適用することができるなどその適用可能分野がさらに広くなる。

ＤＢＤ放電法によるプラズマを生成するために、一般的に、電源極２０には、約４００ＫＨｚ以下の低周波電源が印加される。低周波電源を使用する場合、同じパワー条件で低周波電源の電圧が高周波電源の電圧より高いため、低周波電源でプラズマがさらに容易に発生する。しかしながら、低周波電源を使用する場合には、電流が小さく、生成されるプラズマの密度が低いため、処理速度が遅いという問題点がある。また、被処理物が金属である場合には、アーク（Ａｒｃ）及び試料の電荷蓄積による試料損傷（charge damage）が発生するという問題があり、大気圧下でも、オープン空間では、グロープラズマを具現することが難しいという短所がある。

低周波電源に比べて約１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源では、同一のパワー条件で相対的に低い電圧を維持するようになり、電流が低周波電源に比べて１０〜１００倍以上流れるようになる。従って、高周波電源を使用する場合には、低周波電源を使用する場合より相対的に高い密度のプラズマを生成することができ、プラズマを利用した加工技術の処理速度をも顕著に増加させることができる。

しかしながら、高周波電源を使用する場合、小さい面積でもプラズマ発生に必要な電力消耗が大きく、プラズマが発生しても、発生したプラズマが不安定なので、被処理物が移送される途中に、プラズマがオフとなるという問題が発生する。また、金属材質の被処理物を加工する場合には、高パワーに起因して、アークが発生する恐れがかなり高いという問題がある。

図２は、グロープラズマの特性を説明するための電流−電圧特性曲線を示すグラフである。

図２を参照すれば、正常的なグロープラズマを生成する場合の電流−電圧特性曲線は、２つの地点Ｂ、Ｅでピーク（ｐｅａｋ）を有し、両ピーク間の電流差が大きいほど安定したグロープラズマを生成することができると言える。初期状態Ａからパワーを徐々に増加させると、電圧及び電流が増加するようになり、一番目のピークＢを通過しつつグロープラズマが発生し始まる。これにより、電極間の電圧は、急激に低下するようになり、一定の区間の間は、パワーを増加させても、電流Ｃ−Ｄのみ増加し、電圧が一定に維持される。このように電圧が一定の区間で正常的なグロープラズマが生成され、この区間が広いほど導体物質が電極間を通過するなどの変化環境があっても、アークが発生することなく、安定したプラズマを生成することができる。そして、一定以上のパワーが供給されると、非正常のグロープラズマが生成され（Ｄ−Ｅ）、２番目のＥを通過しつつ電圧が減少するようになり、アークが発生するようになる。

図２に示された電流−電圧特性曲線は、理想的な曲線であって、真空状態でグロープラズマを生成する場合に該当し、周辺の変化要因が多い大気圧下では、グロープラズマを生成することが難しい。

［表１］

表１は、真空でのグロープラズマを形成する時と、大気圧下でグロープラズマを形成する時とを比較できるように、各々の電流−電圧特性曲線をまとめたものである。表１にまとめたように、従来の大気圧プラズマを形成する電流−電圧の特性曲線は、真空での条件とは異なって、大部分１つのピークを有し、正常的なグロープラズマを形成する区間を見出すことが難しい。たとえ、正常的なグロープラズマを形成する区間があると言っても、その領域が非常に狭いため、安定したグロープラズマを形成することが難しく、金属材の被処理物が通過すれば、直ちにアークが発生し、プラズマ加工処理が難しくなる。

前述したように、従来の大気圧プラズマ加工技術は、グロープラズマの具現、プラズマの不安定性、金属被処理物に対するアーク発生、大面積プラズマ具現の難しさ、処理速度の制限、高密度プラズマの生成などの問題点を有している。特に、被処理物が金属である場合には、プラズマの安定性は、金属材料の表面粗さ、形状、パターンの大きさなどによって大きく左右される。

本発明の目的は、グロープラズマを安定に生成するためのプラズマ発生装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、プラズマの生成及び消滅を自由に制御することができるプラズマ発生装置を提供することにある。

また、本発明のさらに他の目的は、大面積のプラズマ生成が容易なプラズマ発生装置を提供することにある。

また、本発明のさらに他の目的は、非金属はもちろん、金属表面の処理時にも、グロープラズマが被処理物に直接当接することができるようにするプラズマ発生装置を提供することにある。

また、本発明のさらに他の目的は、大気圧のオープン空間で設置条件の制約をあまり受けないプラズマ発生装置を提供することにあり、本発明によれば、実時間の連続工程を通じてプラズマ洗浄、アッシング、エッチング、蒸着及びその他の加工処理を迅速に行うことができる。

前記目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、プラズマ発生装置は、電源極、第１誘電体膜、補助プラズマ接地極、第２誘電体膜、ガス流入部及び電源コントローラを含む。

電源極及び被処理物は、所定の間隔をもって離隔して配置されており、電源極に十分なパワーのＲＦ電源が印加される時、電源極と被処理物との間にメインプラズマ（main plasma）が発生することができる。一般的に、被処理物が導電体である場合には、別のメインプラズマ接地極が無くても、メインプラズマを生成することができるが、被処理物が導電体ではない場合には、別のメインプラズマ接地極を設けることによって、メインプラズマを生成することができる。また、導体でない被処理物を処理する時にも、メインプラズマ接地極は、被処理物に接触されることができるが、所定の間隔をもって離隔した状態を維持することもできる。

電源極と被処理物との間には、シリコン、ポリイミドなどの耐熱性ポリマー又はアルミナ（Ａ１₂Ｏ₃）、石英（ＳｉＯ₂）などの酸化物で構成される第１誘電体膜が提供される。第１誘電体膜は、電源極と被処理物との間に介在されることによって、被処理物を通じてアークが発生することを最小化し、グロープラズマが安定に生成されるように補助する機能をする。しかしながら、第１誘電体膜が介在されるといって、アークの発生を完全に遮断することができるわけではなく、金属の被処理物が通過する場合には、依然としてアークが発生するという問題点がある。

従って、本発明に係るプラズマ発生装置は、補助プラズマを用いて金属の被処理物でもアーク無しに安定したプラズマを発生させることができる。このために、補助プラズマ接地極が電源極に隣接して配置され、電源極と補助プラズマ接地極との間に第２誘電体膜が提供される。電源極と補助プラズマ接地極間の間隔が狭いか、面積が小さいため、補助プラズマは、メインプラズマより一層少ないパワーによっても生成されることができる。

プラズマ発生装置が作動する間には、電源極に低パワーのＲＦ電源を提供しても、補助プラズマがオンとなる状態を常に維持することができる。従って、電源コントローラがメインプラズマを形成するために、高パワーのＲＦ電源を提供する場合、電源極と被処理物との間にメインプラズマが発生し、この際、補助プラズマからプラズマ状態が容易に転移され、メインプラズマが迅速に生成されることができる。

実験によれば、本発明に係るプラズマ発生装置は、補助プラズマを使用することによって、図２に示されたような電流−電圧特性曲線を生成することができる。従って、真空でグロープラズマを生成することと同様に、大気圧でも２つのピークを有し且つ広いグロープラズマ領域を生成するようになる。すなわち、本発明に係るプラズマ発生装置は、安定したグロープラズマを形成することができ、金属の被処理物を使用する場合にも、アーク無しにプラズマが被処理物に直接当接することができるように、電源極と被処理物間の距離を近く維持することができる。

特に、約１３．５６ＭＨｚの高周波電源を使用する場合には、高密度のプラズマを生成することができるので、処理速度を高めることができるが、メインプラズマの状態が非常に不安定なので、途中にオフとなる場合がしきりに発生することができる。しかし、本発明のように、低パワーの補助プラズマを維持する場合には、補助プラズマからプラズマ状態を容易に転移することができるので、メインプラズマがオフとならないように維持しつつ、均一なプラズマを提供することができる。

また、補助プラズマを用いて安定したメインプラズマを維持することができるので、従来のプラズマ発生装置に比べてメインプラズマを維持するためのパワーもやはり最小値に維持することができる。従って、本発明に係るプラズマ発生装置は、メインプラズマを維持するためのパワーも従来より低いレベルに使用することができ、エネルギー消費を最小化することができる。

補助プラズマを維持する間、ガス流入部を通じて電源極と補助プラズマ接地極との間にプラズマ生成のための混合ガスが供給される。プラズマのための混合ガスは、ヘリウム、アルゴンなどの非活性ガスだけで構成されることかでき、非活性ガス以外にも、酸素、窒素などのような微量の混合反応ガスを含むことができる。このように混合ガスを供給することによって、活性ラジカルの量が極大化されることができる。

前述したように、電源コントローラは、電源極に印加されるＲＦ電源を制御する。すなわち、メインプラズマを発生しなくても、補助プラズマを発生できる程度の低パワーの電源を常に提供し、電源のパワーを増加させて、被処理物を処理できるメインプラズマを発生する。電源コントローラは、ＲＦ電源を供給すること以外に、他の機能を含むことができる。例えば、約１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源を使用する場合には、マッチングボックス又はそれと類似な機能を含めて安定した電源を提供することができる。

従来の大気圧低温プラズマでは、金属の被処理物を処理する時、アークが発生する問題点があり、これを解決するために、金属の被処理物から電源極を遠く離間してプラズマを発生させている（remote plasma）。しかし、この際、発生するプラズマは、直接被処理物に当接せず、プラズマにより生成されるラジカルなどの粒子のみが被処理物に到達するため、その処理速度が顕著に遅いという短所がある。しかし、本発明に係るプラズマ発生装置は、金属の被処理物が通過しても、アークの発生を抑制することができ、被処理物が電源極を近く通過するようにして、金属の被処理物にプラズマが直接当接することができるようにする。プラズマが直接被処理物を加工するので、高加工性の被処理物をも処理することができ、処理速度をも顕著に増加させることができる。

前述のような目的を達成するために、本発明の好ましい他の実施例によれば、プラズマ発生装置は、複数の電源極、複数の補助プラズマ接地極、誘電体膜、ガス流入部及び電源コントローラを含む。複数の電源極及び補助プラズマ接地極が交互に配置され、各々の補助プラズマ接地極を通じて補助プラズマを生成するものの、電源極と補助プラズマ接地極の電圧差により補助プラズマが生成され、この際、補助プラズマは、メインプラズマより低いパワーで生成されることを特徴とする。

電源極及び接地極が交互に配置され、被処理物又は被処理物が通過する通路上には、各々複数のプラズマソースが生成されることができ、各プラズマソースを用いて各電源極と被処理物との間には、大面積のプラズマを発生させることができる。

一般的に、電源極及び接地極は、各々平板型で製作され、交互に配置され、電源極又は接地極の周辺に誘電体膜が形成され、大気圧でグロープラズマを生成することができるようにする。このような電源極及び接地極からなるプラズマ発生ユニットを相互並列で配置することによって、十分な量のプラズマを供給することができ、大気圧プラズマを大面積にわたって提供することができる。このような並列配置型プラズマ発生装置は、１つのメインプラズマ接地極を共通に使用することができ、被処理物そのものを接地として使用することができる。

前述の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、プラズマ発生装置は、柱状の電源極、誘電体膜、補助プラズマ接地極、ガス流入部及び電源コントローラを含む。誘電体膜は、柱状の電源極の周辺を取り囲む構造を有することができる。柱状の電源極は、製造することが容易であり、誘電体膜により構造的に支持されるので、別の支持部材が無くても、容易に固定させることができる。また、電源極を簡単で且つ完全に絶縁することができ、電源極を通じて強い電場を印加しても、絶縁破壊が生じることなく、相対的に多量の反応ガスを供給し、十分な量のプラズマを発生させることができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。しかしながら、本発明の権利範囲が下記の実施例に限定されるものではない。

図３は、本発明の第１実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図であり、図４は、第１実施例に係るプラズマ発生装置のプラズマ発生メカニズムを説明するための構成図である。

図３を参照すれば、第１実施例に係るプラズマ発生装置１００は、電源極１１０、誘電体膜１２０、メインプラズマ接地極１４０、補助プラズマ接地極１３０、ガス流入部１５０及び電源コントローラ１６０を含む。誘電体膜１２０は、電源極１１０とメインプラズマ接地極１４０との間に介在される第１誘電体膜１２２と、電源極１１０と補助プラズマ接地極１３０との間に介在される第２誘電体膜１２４とに分けられる。

電源極１１０は、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属であり、電源コントローラ１６０に電気的に連結される。電源コントローラ１６０により電源極１１０にＲＦ電源が印加されることができ、使用条件によって、電源コントローラ１６０に印加されるＲＦ電源は、低周波電源又は高周波電源となることができる。図示のように、電源コントローラ１６０では、基本的に補助プラズマ（Auxiliary Plasma；ＡＰ）を生成できる程度の低いパワーの電源が供給されており、電源極１１０と補助プラズマ接地極１３０間の間隔が非常に狭く、且つ面積が小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマＡＰを維持することができる。

第１誘電体膜１２２および第２誘電体膜１２４は、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックよりなり、１つに連結されて誘電体膜１２０を構成する。誘電体膜１２０は、電源極１１０の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極１１０と周辺接地極との直接的な接触を遮断し、電源極と周辺接地極との間にアークが発生することを抑制することができる。ここで、誘電体膜１２０は、約０．１〜１０ｍｍの厚さで形成される。

補助プラズマ接地極１３０は、誘電体膜１２０により覆われた電源極１１０の側面下段に隣接して位置し、第２誘電体膜１２４は、補助プラズマ接地極１３０と電源極１１０との間に配置される。補助プラズマ接地極１３０は、低パワーの電源が電源極１１０に印加されても、補助プラズマＡＰを生成できなければならないし、このために、電源極１１０から約０．１〜２０ｍｍ程度の間隔で隣接して配置される。また、補助プラズマ接地極１３０は、電源極１１０と並んで配置され、狭い面積を通じて互いに対向するので、低パワーで容易に補助プラズマＡＰを生成することができ、この際、生成される補助プラズマＡＰは、電源極１１０に沿って長く形成される。従って、補助プラズマＡＰがメインプラズマＭＰに転移される時にも、全区間にわたって迅速に転移されることができる。

多量のラジカル及びイオンを形成するために、混合ガスが電源極１１０と補助プラズマ接地極１３０との間に供給される。混合ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの非活性ガスを含み、これら非活性ガスに微量で混合された酸素、窒素などのような反応ガスを含む。また、反応ガスには、炭素、水素、塩素、アンモニア、メタンなどが含まれることによって、プラズマ処理の際、表面の化学的性質を改造するための用途として使用されることができる。混合ガスは、ガス流入部１５０を通じて外部から電極間に供給され、電源極１１０と補助プラズマ接地極１３０との間に沿って全体的に均一に供給される。電源極１１０と補助プラズマ接地極１３０との間に供給された混合ガスは、強い電場により解離され、このような過程を通じてプラズマが生成される。

メインプラズマ接地極１４０は、電源極１１０の下部に位置し、電源極１１０から所定の距離をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極１４０は、電源極１１０のＲＦ電源に対応してメインプラズマＭＰを生成するためのものであって、電源極１１０に印加される電源が一定のパワー以上に増加する場合、メインプラズマＭＰが生成されることができる。被処理物が金属である場合には、メインプラズマ接地極１４０が無くてもメインプラズマを形成することができるが、被処理物が非金属である場合には、電場を形成できるように、メインプラズマ接地極１４０が配設されなければならない。また、メインプラズマ接地極１４０は、非金属である被処理物と接触を維持することが好ましいが、場合によっては、メインプラズマ接地極１４０と被処理物とが小さい間隔をもって離隔して互いに当接しない場合もあり得る。

メインプラズマ接地極は、電場を形成するためのものであって、電源極に対応する接地を形成することができるものなら、接地形態や接地位置に対する厳格な制限がないと言える。例えば、本発明の他の実施例によれば、被処理物が加工処理される間に持続的に動く場合には、コンベヤーベルト自体がメインプラズマ接地極として使用されることができ、コンベヤーベルトは、接地状態を維持することによって、有効な接地極としての機能をすることができる。

図４を参照すれば、被処理物Ｍが電源極１１０とメインプラズマ接地極１４０との間に位置している。この際、電源コントローラ１６０は、増加されたパワーのＲＦ電源を電源極１１０に印加し、ＲＦ電源のパワーが増加するにつれて、電源極１１０と被処理物Ｍとの間には、グロープラズマが生成される。

電源極１１０と補助プラズマ接地極１３０との間には、常に補助プラズマＡＰが形成されている。従って、メインプラズマＭＰが生成される時、補助プラズマＡＰのプラズマ状態がメインプラズマＭＰに容易に転移されることができ、本実施例に係るプラズマ発生装置１００は、従来のプラズマ発生装置に比べて、一層安定し且つ電力の損失が少ないプラズマを生成することができる。

メインプラズマＭＰを維持できる電力に比べて補助プラズマＡＰを維持する電力は僅かなので、被処理物Ｍを加工している間にも、補助プラズマＡＰは、オフとならずに、安定にプラズマ状態を維持することができる。従って、供給される電源が不安定で、メインプラズマＭＰの状態が不安定になっても、安定した補助プラズマＡＰからプラズマ状態がメインプラズマＭＰに随時転移されることができ、メインプラズマＭＰもオフとならずに安定した状態を維持することができる。

図５は、第１実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図である。

図５を参照すれば、第１実施例のプラズマ発生装置１００に比べて、本実施例に係るプラズマ発生装置１０１は、キャパシタンス接地極１３２及びキャパシタンス接地極１３２に形成される第３誘電体膜１２６をさらに含む。キャパシタンス接地極１３２は、電源コントローラ１５０から供給されるＲＦ電源に対応してキャパシタンスを形成し、ＲＦ電源により安定したプラズマを形成するように補助する機能をする。

キャパシタンス接地極１３２は、補助プラズマ接地極１３０及びキャパシタンス接地極１３２が相互一体に形成され、１つの接地胴体を構成することができ、電源極１１０及び接地胴体は、共に平板型で形成され、平板型のプラズマ発生装置を構成することができる。

図６は、本発明の第２実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図であり、図７は、第２実施例に係るプラズマ発生装置を示す斜視図であり、図８は、第２実施例に係るプラズマ発生装置の接地胴体を示す部分切開図である。

図６乃至図８を参照すれば、第２実施例に係るプラズマ発生装置２００は、電源極２１０、誘電体膜２２０、メインプラズマ接地極２４０、補助プラズマ接地極２３０、キャパシタンス接地極２３２、ガス流入経路２５０及び電源コントローラ２６０を含む。補助プラズマ接地極２３０及びキャパシタンス接地極２３２は、ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、一体化され、１つの接地胴体２３５を形成する。

接地胴体２３５の下段には、補助プラズマ接地極２３０が位置し、補助プラズマ接地極２３０の端部は、誘電体膜２２０が形成された電源極２１０から小さい間隔をもって離隔している。補助プラズマ接地極２３０と電源極２１０間の離隔された空間は、狭い面積を有し、被処理物Ｍの移送経路に垂直となるように形成されている。従って、補助プラズマＡＰは、被処理物Mの幅全体を覆うことができる程度に、広く形成されている。

被処理物Ｍは、移送ローラにより電源極２１０とメインプラズマ接地極２４０間を連続的に通過し、プラズマ発生装置２００は、被処理物Ｍのうちプラズマで処理されるべき部分が通過する時、メインプラズマを生成して、プラズマ加工処理を連続的に又は非連続的に行うことができる。

電源極２１０は、平板型で形成され、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属で構成される。電源極２１０は、同軸ケーブル端子２１２を通じて電源コントローラ２６０に電気的に連結され、電源コントローラ２６０により電源極２１０にＲＦ電源が印加される。

電源コントローラ２６０は、インピダンスマッチングボックス２６２を含み、高周波電源は、前記マッチングボックス２６２を通じて電源極２１０に伝達される。電源コントローラ２６０では、基本的に、補助プラズマＡＰを生成できる程度の電源が供給されており、電源極２１０と補助プラズマ接地極２３０間の間隔が非常に狭く、且つ面積も小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマＡＰを維持することができる。

次に、表２は、プラズマが生成される面積及び長さによって補助プラズマＡＰを維持するための放電維持電力と、メインプラズマＭＰを維持するための放電維持電力をまとめたものである。下記の条件は、いずれもグロープラズマを生成するための条件であって、その結果によれば、補助プラズマは、メインプラズマを維持するための電力の５０％以下の電力で十分に維持することができる。

［表２］

誘電体膜２２０は、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックよりなり、誘電体膜２２０は、電源極２１０の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極２１０と周辺接地極との直接的な接触を遮断する。ここで、誘電体膜２２０は、約０．１〜１０ｍｍの厚さで形成される。誘電体膜２２０は、前記実施例での第１乃至第３誘電体膜１２２〜１２６が一体に形成されたものに該当し、電源極２１０を誘電体膜２２０に挿入したり、誘電体膜２２０を電源極２１０の表面に塗布又は蒸着することによって得られる。

接地胴体２３５は、電源極２１０に対応して平板型で形成され、補助プラズマＡＰを生成するための補助プラズマ接地極２３０及びキャパシタンスを形成するためのキャパシタンス接地極２３２を含む。また、接地胴体２３５の内部には、ガス流入経路２５０が形成され、プラズマ発生のために外部から流入された混合ガスは、ガス流入経路２５０を通過して補助プラズマ接地極２２０と電源極２１０の間に均一に分散される。接地胴体２３５は、電源極２１０に装着されることによって、１つのプラズマ発生ユニットを形成する。

ガス流入経路２５０は、外部から混合ガスが流入される第１流入路２５２、第１流入路２５２に連結され、電源極２１０と並んで形成される第２流入路２５４、電源極２１０と補助プラズマ接地極２２０との間に形成される流入チャンバー２５６、及び第２流入路２５４と流入チャンバー２５６とを連結する複数のオリフィス（orifice）２５８を含む。図示のように、第１流入路２５２及び第２流入路２５４は、接地胴体２３５にホールを形成することによって、接地胴体２３５内に形成されることができ、第２流入路２５４に沿って接地胴体２３５を切削することによって、流入チャンバー２５６を形成することができる。また、第２流入路２５４と流入チャンバー２５６とを連結するオリフィス２５８を形成することによって、混合ガスがオリフィス２５８を通じて流入チャンバー２５６に均一に分散されるようにすることができる。

従って、混合ガスは、第１流入路２５２を通じて接地胴体２３５の内部に進入し、第２流入路２５４を経てオリフィス２５８に均一に分布される。オリフィス２５８を通過した混合ガスは、流入チャンバー２５６を通じて電源極２１０と補助プラズマ接地極２３０との間に沿って全体的に分散され、分散された混合ガスは、各々の位置で補助プラズマＡＰ又はメインプラズマＭＰの生成を補助する。

前述したように、補助プラズマ接地極２３０は、低パワーの電源で補助プラズマＡＰを生成できなければならないので、電源極２１０に約０．１〜２０ｍｍ程度の間隔で近く配置され、上下の幅も狭くて小さい面積で当接することがよろしい。また、補助プラズマ接地極２３０と電源極２１０が互いに並んで配置されているので、補助プラズマＡＰがメインプラズマＭＰに転移される時にも、全区間にわたる大面積で迅速に転移されることができる。

メインプラズマ接地極２４０は、電源極２１０の下部に位置し、電源極２１０から所定の間隔をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極２４０は、電源極２１０のＲＦ電源に対応してメインプラズマＭＰを生成するためのものであって、電源極２１０に印加される電源が常に一定のパワー以上に増加する場合、電源極２１０とメインプラズマ接地極２４０との間に強い電場が形成され、強い電場によりメインプラズマＭＰが生成されることができる。

図９は、第２実施例によりプラズマ発生装置が作動する過程を説明するための断面図である。

図９を参照すれば、電源極２１０とメインプラズマ接地極２４０との間にメインプラズマＭＰが形成されている。もちろん、メインプラズマＭＰと共に、電源極２１０と補助プラズマ接地極２３０との間には、補助プラズマＡＰが形成されている。

メインプラズマＭＰは、グロープラズマであって、被処理物は、電源極２１０及びメインプラズマ接地極２４０を通過しながら広い面積に対して洗浄又は酸化膜生成などのプラズマ加工処理が施される。また、補助プラズマＡＰは、常に形成されているので、メインプラズマＭＰに容易にプラズマ状態を転移することができ、メインプラズマＭＰを始めて生成するか、持続的に維持するにあたって、安定的で且つ決定的な助けになる。

従って、プラズマ加工を行う作業者は、所望の時点にメインプラズマを生成及び消滅することができ、これは、このような調節を自由に行うことで、精密なプラズマ加工が大気圧及び常温で可能であることを意味する。メインプラズマＭＰが生成される時、補助プラズマＡＰのプラズマ状態が容易に転移されることができるので、一層安定し且つ電力の損失が少ないプラズマを生成することができる。

図１０は、本発明の第３実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。

図１０を参照すれば、第３実施例に係るプラズマ発生装置３００は、電源極３１０、誘電体膜３２０、メインプラズマ接地極３４０、補助プラズマ接地極３３０、キャパシタンス接地極３３２、ガス流入経路３５０及び電源コントローラ３６０を含む。電源極３１０及び誘電体膜３２０は、平板型プラズマ発生装置３００の前後両側に形成され、電源極３１０の間には、補助プラズマ接地極３３０及びキャパシタンス接地極３３２を含む接地胴体３３５が介在され、電源極３１０と結合される。接地胴体３３５は。ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、その内部には、ガス流入経路３５０が形成される。

接地胴体３３５の下段両側には、補助プラズマ接地極３３０が各々形成され、補助プラズマ接地極３３０の端部は、誘電体膜３２０が形成された電源極３１０から小さい間隔をもって離隔されている。従って、補助プラズマＡＰは、１つの接地胴体３３５の下段の両側で広く形成され、被処理物Ｍの幅全体を二重で覆える程度に、広く形成されることができる。

電源極３１０は、平板型で形成され、接地胴体３３５の両側に提供される。電源極３１０は、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属で構成され、同軸ケーブル端子３１２を通じて電源コントローラ３６０に電気的に連結され、電源コントローラ３６０により電源極３１０にＲＦ電源が印加される。

電源コントローラ３６０では、基本的に補助プラズマＡＰを生成できる程度の電源が供給されており、電源極３１０と補助プラズマ接地極３３０間の間隔が非常に狭くて且つ面積が小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマＡＰを維持することができる。もちろん、補助プラズマＡＰを形成していても、ＲＦ電源のパワーが十分に増加しなければ、メインプラズマＭＰが形成されない。これについては、表２にまとめたように、補助プラズマは、メインプラズマを維持するための電力の５０％以下の電力で十分に維持することができた。

誘電体膜３２０は、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックよりなり、誘電体膜３２０は、電源極３１０の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極３１０と周辺接地極との直接的な接触を遮断する。

接地胴体３３５の内部には、ガス流入経路３５０が形成され、外部から流入された混合ガスは、ガス流入経路３５０を通過して両側の補助プラズマ接地極３２０と電源極３１０の間に均一に分散される。ガス流入経路３５０は、外部から混合ガスが流入される第１流入路３５２、第１流入路３５２に連結され、電源極３１０と並んで接地胴体３３５の両側に形成される第２流入路３５４、電源極３１０と補助プラズマ接地極３２０との間に各々形成される流入チャンバー３５６、及び第２流入路３５４と流入チャンバー３５６とを連結する複数のオリフィス３５８を含む。図示のように、第１流入路３５２は、接地胴体３３５の内部で両側の第２流入路３５４に向かって分岐され、第２流入路３５４に沿って接地胴体３３５の両側に流入チャンバー３５６を形成することができる。そして、第２流入路３５４と流入チャンバー３５６とを連結するオリフィス３５８を形成することによって、混合ガスがオリフィス３５８を通じて流入チャンバー３５６に均一に分散されるようにすることができる。

従って、混合ガスは、第１流入路３５２を通じて接地胴体３３５の内部に進入し、第２流入路３５４を経てオリフィス３５８に均一に分布される。オリフィス３５８を通過した混合ガスは、流入チャンバー３５６を通じて電源極３１０と補助プラズマ接地極３３０との間に沿って全体的に分散され、分散された混合ガスは、各々の位置で補助プラズマＡＰ又はメインプラズマＭＰの生成を補助する。

メインプラズマ接地極３４０は、電源極３１０の下部に位置し、電源極３１０から所定の間隔をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極３４０は、電源極３１０のＲＦ電源に対応してメインプラズマＭＰを生成するためのものであって、電源極３１０に印加される電源が常に一定のパワー以上に増加する場合、電源極３１０とメインプラズマ接地極３４０との間に強い電場が形成され、補助プラズマＡＰのプラズマ状態が迅速に転移され、メインプラズマＭＰが直ちに生成されることができ、安定したプラズマ状態を維持することができる。

図１１は、本発明の第４実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図であり、図１２は、第４実施例に係るプラズマ発生装置においてメインプラズマが作動する過程を説明するための断面図である。図１１に示されたプラズマ発生装置２０１は、第２実施例で説明されたプラズマ発生装置２００において電源極２１０と接地胴体２３５を並列で配置したものであって、電源極２１０と接地胴体２３５についての説明は、前記実施例の説明と図面を参照することができる。従って、本実施例において、前記実施例の説明と重複される部分を省略する。

図１１を参照すれば、第４実施例に係るプラズマ発生装置２０１は、２つの電源極２１０、各電源極２１０の表面に形成された誘電体膜２２０、電源極２１０に隣接して各々配置される接地胴体２３５、接地胴体２３５に形成されたガス流入経路２５０、及び電源コントローラ２６０を含む。また、接地胴体２３５は、補助プラズマ接地極２３０及びキャパシタンス接地極２３２を含み、両接地極２３０、２３２は、一体に形成され、相互電気的に連結される。

電源極２１０は、平板型で形成され、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属で構成される。電源極２１０は、同軸ケーブル端子を通じて電源コントローラ２６０に電気的に連結され、電源コントローラ２６０により電源極２１０にＲＦ電源が印加される。電源コントローラ２６０では、基本的に、補助プラズマＡＰを生成できる程度の電源が供給されており、電源極２１０と補助プラズマ接地極２３０間の間隔が非常に狭く、且つ面積も小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマＡＰを維持することができる。また、補助プラズマ接地極２３０と電源極２３０が互いに並んで配置されているので、補助プラズマＡＰがメインプラズマＭＰに転移される時にも、全区間にわたる大面積で迅速に転移されることができる。

接地胴体２３５も、電源極２１０に対応して平板型で形成され、接地胴体２３５の内部には、ガス流入経路２５０が形成される。外部から流入された混合ガスは、ガス流入経路２５０を通過して補助プラズマ接地極２２０と電源極２１０の間に均一に分散される。

電源極２１０及び接地胴体２３５が交互に（alternately）並列で配置され、補助プラズマＡＰを形成する補助プラズマ接地極２３０と電源極２１０間の間隔も複数の列を形成しながら並列で配置される。電源コントローラ２６０により電源極２１０に供給される電源のパワーが増加する場合には、電源極２１０と被処理物との間にメインプラズマが形成され、この際、メインプラズマは、補助プラズマＡＰからプラズマ状態を転移され、迅速に広がる。

図１２を参照すれば、電源極２１０が複数の列を形成しながら交互に配置され、各電源極２１０でメインプラズマＭＰを形成するため、プラズマ加工に必要なプラズマの供給量を増加させることができると同時に、多重の被処理物にプラズマ反応を起こすことができる。

図１１及び図１２では、電源極２１０と接地胴体２３５が一対をなし、２列で配置されているが、本発明の他の実施例によれば、被処理物の種類やサイズによって電源極２１０と接地胴体２３５の列数がさらに増加することができる。

図１３は、第４実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。

図１３を参照すれば、補助プラズマ接地極２３０で混合ガスの反応ガスがプラズマ状態に転移するためには、プラズマ加工の初期に反応ガスを点火させる工程が必要である。このためには、補助プラズマ接地極２３０と誘電体膜２２０との間に設けられる放電プローブ２７０と、放電プローブ２７０に電気的に連結されるイグナイタ２７５とを含む。また、放電プローブ２７０とイグナイタ２７５とを連結する導線は、所定の間隔をもって離隔されたギャップ２７２を含む。

イグナイタ２７５を利用することによって、放電プローブ２７０に瞬間的な高電圧を印加させることができ、放電プローブ２７０及びイグナイタ２７５を用いて加工初期にプラズマを生成するための電圧差を形成することができる。瞬間的な高電圧により反応ガスが点火され、反応ガスの点火により補助プラズマＡＰが生成される。従って、プラズマ発生装置において電源コントローラは、高い開始電圧を負担する必要が無く、低い消費電力を維持することができる。

放電プローブ２７０とイグナイタ２７５は、ギャップ２７２により所定の間隔をもって離隔するように連結されるが、放電プローブ２７０は、白金やタングステンなどのように、導電性が良好で且つ耐アーク性に優れた金属材質で製作される。電源極２１０と補助プラズマ接地極２３０との間には、誘導起電力が発生するようになるが、ギャップ２７２は、放電プローブ２７０とイグナイタ２７５との間に形成され、放電プローブ２７０からイグナイタ２７５まで誘導起電流が逆バイアスされることを防止するためのものである。

図１４は、本発明の第５実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図であり、図１５は、第５実施例に係るプラズマ発生装置のプラズマ発生メカニズムを説明するための構成図である。

図１４を参照すれば、第５実施例に係るプラズマ発生装置４００は、電源極４１０、誘電体膜４２０、メインプラズマ接地極４４０、補助プラズマ接地極４３０、ガス流入部４５０、及び電源コントローラ４６０を含む。

電源極４１０は、円筒型で形成されたステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属であり、電源コントローラ４６０に電気的に連結されている。電源コントローラ４６０により電源極４１０にＲＦ電源が印加される。ユーザの意図によって低周波電源または高周波電源が印加されることができる。図示のように、電源コントローラ４６０では、基本的に、補助プラズマＡＰを生成できる程度の電源が供給されており、電源極４１０と補助プラズマ接地極４３０間の間隔が非常に狭く、且つ面積も小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマＡＰを維持することができる。

本実施例によれば、電源極４１０は、円筒型であって、その軸中心が直線型でまっすぐに形成される。しかし、電源極は、被処理物の形状によって凹形状または凸形状に湾曲されることができ、被処理物の形状によって、部分的に平面でなく曲面を含む表面を有することができる。曲面処理された表面を有するために、電源極を覆う誘電体膜は、シリコン又はポリイミドのように伸縮性があり且つ軟らかい材質で構成されることができる。

電源極４１０の周りには、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックで構成された誘電体膜４２０が形成される。誘電体膜４２０は、電源極４１０の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極４１０と周辺接地極との直接的な接触を遮断する。また、誘電体膜４２０は、メインプラズマＭＰを生成する間にも、アーク発生を抑制し、電源極４１０と被処理物Ｍとの間にグロー放電がなされるように補助する機能をもすることができる。ここで、誘電体膜４２０は、約０．１〜１０ｍｍの厚さで形成される。

補助プラズマ接地極４３０は、誘電体膜４２０により覆われた電源極４１０の側面下段に隣接して位置する。補助プラズマ接地極４３０は、低パワーの電源が電源極４１０に印加されても、補助プラズマＡＰを生成できなければならないし、このために、電源極４１０から約０．１〜２０ｍｍ程度の間隔で隣接して配置される。また、補助プラズマ接地極４３０は、電源極４１０と並んで配置されているため、補助プラズマＡＰも電源極４１０に沿って長く形成される。従って、補助プラズマＡＰがメインプラズマＭＰに転移される時にも、全区間にわたって迅速に転移されることができる。

多量のオゾン及びラジカルイオンを形成するために、反応ガスが電源極４１０と補助プラズマ接地極４３０との間に供給される。これらの反応ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの非活性ガスであるか、これら非活性ガスに微量の酸素又は窒素が混合された反応ガスである。これらの反応ガスは、ガス流入部４５０を通じて外部から電極間に供給され、電源極４１０と補助プラズマ接地極４３０との間に沿って全体的に均一に供給される。電源極４１０と補助プラズマ接地極４３０との間に供給された反応ガスは、強い電場により解離され、このような過程を通じて反応ガスからプラズマを生成する。

メインプラズマ接地極４４０は、電源極４１０の下部に位置し、電源極４１０から所定の距離をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極４４０は、電源極４１０のＲＦ電源に対応してメインプラズマＭＰを生成するためのものであって、電源極４１０に印加される電源が一定のパワー以上に増加する場合、メインプラズマＭＰが生成されることができる。被処理物が金属である場合には、メインプラズマ接地極４４０が無くてもメインプラズマを形成することができるが、被処理物が非金属である場合には、電場を形成できるように、メインプラズマ接地極４４０が配設されなければならない。メインプラズマ接地極は、電場を形成するためのものであって、電源極に対応する接地を形成できるものなら、接地形態や接地位置に対する厳格な制限がないと言える。例えば、本発明の他の実施例によれば、被処理物が加工処理される間に持続的に動く場合には、コンベヤーベルト自体がメインプラズマ接地極として使用されることができ、コンベヤーベルトは、接地状態を維持することによって、有効な接地極としての機能をすることができる。

図１５を参照すれば、被処理物Ｍが電源極４１０とメインプラズマ接地極４４０との間に位置している。この際、電源コントローラ４６０は、増加されたパワーのＲＦ電源を電源極４１０に印加し、ＲＦ電源のパワーが増加するにつれて、電源極４１０と被処理物Ｍとの間には、グロープラズマが生成される。

電源極４１０と補助プラズマ接地極４３０との間には、常に補助プラズマＡＰが形成されている。従って、メインプラズマＭＰが生成される時、補助プラズマＡＰのプラズマ状態がメインプラズマＭＰに容易に転移されることができ、本実施例に係るプラズマ発生装置４００は、従来のプラズマ発生装置に比べて、一層安定し且つ電力の損失が少ないプラズマを生成することができる。

メインプラズマＭＰを維持できる電力に比べて補助プラズマＡＰを維持する電力は僅かなので、被処理物Ｍを加工している間にも、補助プラズマＡＰは、オフとならずに、安定にプラズマ状態を維持することができる。従って、供給される電源が不安定で、メインプラズマＭＰの状態が不安定になっても、安定した補助プラズマＡＰからプラズマ状態がメインプラズマに随時転移されることができ、メインプラズマＭＰもオフとならずに安定した状態を維持することができる。

図１６は、第１実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図である。

図１６を参照すれば、第１実施例のプラズマ発生装置４００に比べて本実施例に係るプラズマ発生装置４０１は、キャパシタンス接地極４３２をさらに含む。キャパシタンス接地極４３２は、電源コントローラ４５０から供給されるＲＦ電源に対応してキャパシタンスを形成し、ＲＦ電源により安定したプラズマを形成するように補助する機能をする。

キャパシタンス接地極４３２は、電源極４１０及び誘電体膜４２０を収容することによって、電源極４１０及び誘電体膜４２０を装着する胴体となることができ、補助プラズマ接地極４３０及びキャパシタンス接地極４３２は、相互一体に形成され、１つの接地胴体を構成することができる。

図１７は、本発明の第６実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図であり、図１８は、第６実施例に係るプラズマ発生装置が作動する過程を説明するための断面図である。

図１７及び図１８を参照すれば、第６実施例に係るプラズマ発生装置５００は、電源極５１０、誘電体膜５２０、メインプラズマ接地極５４０、補助プラズマ接地極５３０、キャパシタンス接地極５３２、ガス流入経路５５０、及び電源コントローラ５６０を含む。補助プラズマ接地極５３０及びキャパシタンス接地極５３２は、ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、一体をなし、１つの接地胴体５３５を形成する。接地胴体５３５の下段には、被処理物Ｍの移送経路に垂直となるように円筒型のホールが形成され、前記ホールの下段部は、部分的に開放され、電源極５１０及び誘電体膜５２０が共にホール内に挿入される時、誘電体膜５２０の一部が接地胴体５３５の下段から露出される。従って、電源極５１０によりメインプラズマＭＰが形成される時にも、広い面積にわたって均一に形成されることができる。

被処理物Ｍは、移送ローラＲにより接地胴体５３５とメインプラズマ接地極５４０との間を連続的に通過し、プラズマ発生装置５００は、所要の地点でメインプラズマを形成し、プラズマ加工処理を連続的に行うことができる。

電源極５１０は、円筒型で形成され、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属で構成される。電源極５１０は、電源コントローラ５６０に電気的に連結されており、電源コントローラ５６０により電源極５１０にＲＦ電源が印加されることができる。

電源コントローラ５６０は、インピダンスマッチングボックス５６２を含み、高周波電源は、前記マッチングボックス５６２を通じて電源極５１０に伝達される。電源コントローラ５６０では、基本的に、補助プラズマＡＰを生成できる程度の電源が供給されており、電源極５１０と補助プラズマ接地極５３０間の間隔が非常に狭く、且つ面積も小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマＡＰを維持することができる。

前記表２にまとめた通り、補助プラズマは、メインプラズマを維持するための電力の５０％以下の電力で十分に維持することができる。

誘電体膜５２０は、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックよりなり、誘電体膜５２０は、電源極５１０の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極５１０と周辺接地極との直接的な接触を遮断する。ここで、誘電体膜５２０は、約０．１〜１０ｍｍの厚さで形成される。

誘電体膜５２０は、中空の円筒型で成形製作され、円筒型の電源極５１０を誘電体膜５２０に挿入したり、誘電体膜２２０を電源極５１０の表面に塗布又は蒸着することによって得られる。これにより、従来の板型電源極とは異なって、円筒型の誘電体膜５２０は、別途の支持部材無しに、誘電体膜５２０が電源極５１０を取り囲む簡単な構造により、電源極５１０を完全に絶縁することができるという長所がある。従って、電源極５１０を通じて強い電場を印加しても、絶縁破壊が生じることなく、相対的に多量の反応ガスを供給し、充分な量のプラズマを発生することができる。

接地胴体５３５は、１つの接地極として、補助プラズマＡＰを生成するために電源極５１０に隣接して配置された補助プラズマ接地極５３０と、電源極５１０を部分的に収容しながらキャパシタンスを形成するキャパシタンス接地極５３２とを含む。また、接地胴体５３５の内部には、ガス流入経路５５０が形成され、外部から流入された反応ガスは、ガス流入経路５５０を通過して、補助プラズマ接地極５２０と電源極５１０との間に均一に分散される。

ガス流入経路５５０は、外部から混合ガスが流入される第１流入路５５２、第１流入路５５２に連結され、電源極５１０と並んで形成される第２流入路５５４、電源極５１０と補助プラズマ接地極５２０との間に形成される流入チャンバー５５６、及び第２流入路５５４と流入チャンバー５５６とを連結する複数のオリフィス５５８を含む。反応ガスは、第１流入路５５２を通じて接地胴体５３０の内部に進入し、第２流入路５５４を経てオリフィス５５８に均一に分布される。オリフィス５５８を通過した反応ガスは、流入チャンバー５５６を通じて電源極５１０と補助プラズマ接地極５３０との間に沿って全体的に分散され、分散された反応ガスは、各々の位置で補助プラズマＡＰ又はメインプラズマＭＰの生成を補助する。

前述したように、補助プラズマ接地極５３０は、低パワーの電源で補助プラズマＡＰを生成できなければならないので、電源極５１０に約０．１〜２０ｍｍ程度の間隔で近く配置される。また、補助プラズマ接地極５３０と電源極５１０が互いに並んで配置されているので、補助プラズマＡＰがメインプラズマＭＰに転移される時にも、全区間にわたる大面積で迅速に転移されることができる。

メインプラズマ接地極５４０は、電源極５１０の下部に位置し、電源極５１０から所定の間隔をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極５４０は、電源極５１０のＲＦ電源に対応してメインプラズマＭＰを生成するためのものであって、電源極５１０に印加される電源が常に一定のパワー以上に増加する場合、電源極５１０及びメインプラズマ接地極５４０との間に強い電場が形成され、強い電場によりメインプラズマＭＰが生成されることができる。

図１８を参照すれば、電源極５１０とメインプラズマ接地極５４０との間にメインプラズマＭＰが形成されている。もちろん、メインプラズマＭＰと共に、電源極５１０と補助プラズマ接地極５３０との間には、補助プラズマＡＰが形成されている。

メインプラズマＭＰは、グロープラズマであって、被処理物は、電源極５１０及びメインプラズマ接地極５４０を通過しながら広い面積に対して洗浄又は酸化膜生成などのプラズマ加工処理が施される。また、補助プラズマＡＰは、常に形成されているので、メインプラズマＭＰに容易にプラズマ状態を転移することができ、メインプラズマＭＰを始めて生成したり、持続的に維持するにあたって、安定的で且つ決定的な助けになる。

従って、プラズマ加工を行う作業者は、所望の時点にメインプラズマを生成及び消滅することができ、これは、このような調節を自由に行うことで、精密なプラズマ加工が大気圧及び常温で可能であることを意味する。メインプラズマＭＰが生成される時、補助プラズマＡＰのプラズマ状態を容易に転移されることができるので、一層安定し且つ電力の損失が少ないプラズマを生成することができる。

図１９は、第６実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。

図１９を参照すれば、１つの接地胴体５３５が被処理物の移送方向に長く延長され、接地胴体５３５内に複数の円筒ホールが並列で形成された後、各ホールに電源極５１０及び誘電体膜５２０が挿入される。そして、各電源極５１０を中心として補助プラズマ接地極５３０、キャパシタンス接地極５３２及びガス流入経路５５０が形成される。これは、大容量プラズマを処理するためのもので、広い面積に対して安定したプラズマ加工処理が可能となる。また、各々の電源極に流入される反応ガスを異ならしめることによって、各々の電源極で行われるプラズマ加工処理の性格を異ならしめることができる。

図２０及び図２１は、第６実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。

図２０を参照すれば、２つの接地胴体５３５が上下に互いに対向して配置され、第６実施例と同様に、各々の接地胴体５３５には、電源極５１０及び誘電体膜５２０が挿入され、電源極５１０を中心として補助プラズマ接地極５３０、キャパシタンス接地極５３２及びガス流入経路５５０が形成される。

このように２つのプラズマ発生装置が上下に配置されるため、それら間を通過する被処理物の両面に対してプラズマ加工処理を行うことができる。もちろん、前述したように、両面に対するプラズマ処理過程を異ならしめることによって、両面に互いに異なる加工処理を行うことができる。

図２１を参照すれば、図１９に示されたプラズマ発生装置が上下に互いに対向して配置されており、それら間を通過する被処理物の両面に対してプラズマ加工処理を同時に行うことができる。

図２２は、本発明の第７実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。

図２２を参照すれば、第７実施例に係るプラズマ発生装置６００は、電源極６１０、誘電体膜５２０、メインプラズマ接地極５４０、補助プラズマ接地極５３０、キャパシタンス接地極５３２、ガス流入経路５５０、及び電源コントローラ５６０を含む。補助プラズマ接地極５３０及びキャパシタンス接地極５３２は、ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、一体をなし、１つの接地胴体５３５を形成する。本実施例において、電源極６１０を除いた他の構成要素は、前記実施例の構成要素と実質的に同一であり、前記実施例の説明及び図面を参照することができる。

電源極６１０の外径は、誘電体膜５２０の内径より小さく形成されており、電源極６１０と誘電体膜５２０との間に間隔が提供される。このような構造によれば、作動中に、電源極６１０が熱膨張しても、誘電体膜５２０間の間隔により誘電体膜５２０がこれを収容して、電源極６１０の膨張による誘電体膜５２０の破損を防止することができる。

図２３は、第７実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。

図２３を参照すれば、円筒型電源極６１０の表面に長手方向に形成された溝６１２が形成され、溝６１２により提供される凹凸は、被処理物に向かうように配向されている。このような凹凸は、同一の条件での凹凸の端部に電荷が集中されるようにすることで、電場の形成を促進・強化させることになる。

図２４は、第７実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。

図２４を参照すれば、補助プラズマ接地極５３０と誘電体膜５２０との間に設けられた放電プローブ６７０と、放電プローブ６７０に電気的に連結されるイグナイタ６７５とを含む。また、放電プローブ６７０とイグナイタ６７５とを連結する導線は、所定の間隔をもって離隔されたギャップ６７２を含む。

イグナイタ６７５により放電プローブ６７０に瞬間的な高電圧を印加させることによって、工程点火をすべき初期に、イグナイタ６７５を用いて反応ガスを点火させることができる。イグナイタ６７５を通じて点火を行うので、電源コントローラにより供給される高周波電源で高い開始電圧を負担する必要が無く、消費電力をも抑えることができる。

また、放電プローブ６７０とイグナイタ６７５は、ギャップ６７２により所定の間隔をもって離隔するように連結されるが、これは、電源極６１０と補助プラズマ接地極６３０との間に発生された誘導起電力により、放電プローブ６７０からイグナイタ６７５まで誘導起電流が逆バイアスされることを防止するためのものである。

図２５は、本発明の第８実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図である。

図２５を参照すれば、第８実施例に係るプラズマ発生装置は、電源極５１０、誘電体膜５２０、メインプラズマ接地極５４０、補助プラズマ接地極５３０、キャパシタンス接地極５３２、ガス流入経路５５０、及び電源コントローラ５６０を含み、電源極５１０の両側に各々補助プラズマ接地極５３０及びガス流入経路５５０が配置されていることを特徴とする。また、補助プラズマ接地極５３０及びキャパシタンス接地極５３２は、ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、一体をなし、１つの接地胴体５３５を形成する。

両側の補助プラズマ接地極５３０が１つの電源極５１０を共有しており、パワーが片寄ることなく、プラズマ発生装置を使用することができる。また、前後に流入されるガスの流れが互いに反対なので、特定の方向に処理すべき被処理物に対して容易に対応することができる。

電源コントローラ５６０では、基本的に、補助プラズマＡＰを生成できる程度の電源が供給されており、低パワーの電源で容易に補助プラズマＡＰを維持することができる。

誘電体膜５２０は、中空の円筒型で成形製作され、円筒型の電源極５１０を誘電体膜５２０に挿入したり、誘電体膜５２０を電源極５１０の表面に塗布又は蒸着することによって得られる。これにより、従来の板型電源極とは異なって、円筒型の誘電体膜５２０は、別途の支持部材無しに、誘電体膜５２０が電源極５１０を取り囲む簡単な構造により、電源極５１０を完全に絶縁することができるという長所がある。従って、電源極５１０を通じて強い電場を印加しても、絶縁破壊が生じることなく、相対的に多量の反応ガスを供給し、充分な量のプラズマを発生することができる。

以上説明したように、本発明によれば、プラズマ発生装置は、大気圧下で低温プラズマを生成することができ、補助プラズマを利用することによって、安定したプラズマを提供することができる。特に、試料の移送又は外部ガスの流入などによりプラズマ放電維持が均一でなく、不安定の高周波電源を使用する場合にも、補助プラズマが安定したプラズマソースとして機能するので、試料の移送及び人為的でない外部ガスの流入でも、均一で且つ大面積に適用できる安定したグロープラズマを生成することができる。

また、補助プラズマを使用することによって、メインプラズマの生成や消滅を作業者の意図によって迅速に転換することができ、これにより、精密なプラズマ加工処理を行うことができる。

また、本発明に係るプラズマ発生装置は、大気圧のオープン空間で設置条件の制約をあまり受けないので、実時間の連続工程を通じてプラズマ洗浄及びその他の加工処理を迅速に行うことができる。

一方、複数の電源極及び補助プラズマ接地極を形成することができるので、プラズマ発生装置の容量を容易に増大させることができ、左右の幅に対して幅の調節が非常に自由である。

また、誘電体膜の内径を電源極の外径より大きくして、電源極の熱膨張を安全に収容することができ、電源極の周り部に凹凸を形成することによって、同一の条件下で電場の形成を促進・強化することができる。また、補助プラズマ接地極での初期点火のために、電源極と接地極との間に放電プローブを配置し、これにイグナイタを連結することによって、初期点火時に消費される電力を顕著に低減することができる。

このように、大気圧低温プラズマは、金属や非金属に関係なく、例えば、半導体ウェーハ、ＬＣＤガラス、リードフレーム、ＰＣＢ、金属シート、導光板、繊維、シリコン、ゴム、ポリマーなどの洗浄、アッシング、エッチング、蒸着及びその他の加工に大きく貢献することができる。また、プラズマの活性を利用する場合、試料の有機物成分を実時間（in-line）で処理することができ、プラズマの低温特性を用いて、被処理物の熱変形を起こさずに、製品の品質を高める新環境的な工程を導入することができる。

ひいては、大気圧低温プラズマの技術は、今後半導体及びＰＣＢ産業発展のみならず、プラスチック及びガラス製品の表面処理技術、医療機器及び食料品などの雑菌、消毒技術などに適用することができると予想される。

以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。

従来のＤＢＤ放電法を説明するための構成図である。グロープラズマの特性を説明するための電流−電圧特性曲線を示すグラフである。本発明の第１実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図である。第１実施例に係るプラズマ発生装置のプラズマ発生メカニズムを説明するための構成図である。第１実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図である。本発明の第２実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図である。第２実施例に係るプラズマ発生装置を示す斜視図である。第２実施例に係るプラズマ発生装置の接地胴体を示す部分切開図である。第２実施例によりプラズマ発生装置が作動する過程を説明するための断面図である。本発明の第３実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。本発明の第４実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図である。第４実施例に係るプラズマ発生装置においてメインプラズマが作動する過程を説明するための断面図である。第４実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。本発明の第５実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図である。第５実施例に係るプラズマ発生装置のプラズマ発生メカニズムを説明するための構成図である。第５実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図である。本発明の第６実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。第６実施例に係るプラズマ発生装置が作動する過程を説明するための断面図である。第６実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。第６実施例と類似な本発明のさらに他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。第６実施例と類似な本発明のさらに他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。本発明の第７実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。第７実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。第７実施例と類似な本発明のさらに他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。本発明の第８実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図である。

Claims

被処理物をプラズマで加工するためのプラズマ発生装置において、
前記被処理物から所定の間隔をもって離隔して配置された電源極と、
前記電源極と前記被処理物との間に介在される第１誘電体膜と、
前記電源極に隣接して配置され、前記電源極と前記被処理物との間に生成されるメインプラズマより低いパワーで補助プラズマを生成する補助プラズマ接地極と、
前記電源極と前記補助プラズマ接地極との間に介在される第２誘電体膜と、
前記電源極と前記補助プラズマ接地極との間にプラズマ反応のための混合ガスを提供するためのガス流入部と、
前記電源極に印加されるＲＦ電源を制御する電源コントローラと、を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
前記電源極に対応して前記被処理物に隣接して配置され、前記メインプラズマを生成するためのメインプラズマ接地極をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
前記メインプラズマ接地極は、接地された状態を維持しながら前記被処理物を移送できるコンベヤー装置を含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装置。
前記電源極に隣接して配置されるキャパシタンス接地極と、前記キャパシタンス接地極と前記電源極との間に介在される第３誘電体膜とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
被処理物をプラズマで加工するためのプラズマ発生装置において、
前記被処理物から所定の間隔をもって離隔して配置された電源極と、
前記電源極と前記被処理物との間に介在される第１誘電体膜と、
前記電源極に隣接して配置され、前記電源極と前記被処理物との間に生成されるメインプラズマより低いパワーで補助プラズマを形成する補助プラズマ接地極と、前記補助プラズマ接地極と一体に形成され、前記電源極に隣接して配置されるキャパシタンス接地極とを含む接地胴体と、
前記電源極と前記接地胴体との間に介在される第２誘電体膜と、
前記電源極と前記補助プラズマ接地極との間にプラズマ反応のための混合ガスを提供するためのガス流入部と、
前記電源極に印加されるＲＦ電源を制御する電源コントローラと、を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
前記電源極は、平板型で形成され、前記被処理物の上部で前記被処理物と一定の間隔を維持し、
前記接地胴体は、平板型で形成され、前記補助プラズマ接地極及び前記キャパシタンス接地極は、前記第２誘電体膜を挟んで前記電源極と面接触することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。
前記ガス流入部は、外部から前記混合ガスを流入する第１流入路、前記第１流入路に連通し、前記電源極に並んで形成される第２流入路、及び前記電源極に前記混合ガスを供給するために、前記第２流入路の内部壁面に形成された複数のオリフィスを含むことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。
前記ガス流入部は、前記補助プラズマ接地極と前記誘電体膜との間に提供される流入チャンバーをさらに含み、前記オリフィスは、前記第２流入路と前記流入チャンバーとを連結することを特徴とする請求項７に記載のプラズマ発生装置。
前記補助プラズマ接地極と前記第２誘電体膜との間に位置する放電プローブと、前記放電プローブに電気的に連結されたイグナイタとをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。
前記放電プローブと前記イグナイタとを連結する導線は、所定の間隔をもって離隔されたギャップを含むことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ発生装置。
前記被処理物の移送経路に垂直となるように複数の前記電源極が並列で配置され、前記電源極の表面に前記第１及び第２誘電体膜が形成され、前記電源極間の各々には、前記接地胴体が介在されることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。
被処理物をプラズマで加工するためのプラズマ発生装置において、
前記被処理物から所定の間隔をもって離隔して配置された柱状の電源極と、
前記電源極の周りを覆う誘電体膜と、
前記電源極に隣接して配置され、前記電源極と前記被処理物との間に生成されるメインプラズマより低いパワーで補助プラズマを形成する補助プラズマ接地極と、
前記電源極と前記補助プラズマ接地極との間に反応ガスを提供するためのガス流入部と、
前記電源極に印加されるＲＦ電源を制御する電源コントローラと、を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
前記電源極に対応して前記被処理物に当接するメインプラズマ接地極をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
前記メインプラズマ接地極は、接地された状態を維持しながら前記被処理物を移送できるコンベヤー装置を含むことを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ発生装置。
前記電源極及び前記誘電体膜を部分的に収容するキャパシタンス接地極をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
前記キャパシタンス接地極及び前記補助プラズマ接地極は、一体に形成され、１つの接地胴体を提供し、前記ガス流入部は、前記接地胴体の内部に形成されたガス流入経路を含むことを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ発生装置。
前記誘電体膜の一部は、前記接地胴体の下部に露出され、前記露出された前記誘電体膜に隣接して前記補助プラズマ接地極が提供されることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ発生装置。
前記ガス流入経路は、外部から前記反応ガスを流入する第１流入路、前記第１流入路に連通し、前記電源極に並んで形成される第２流入路、及び前記誘電体膜で覆われた電源極に前記混合ガスを供給するために、前記第２流入路の内部壁面に形成された複数のオリフィスを含むことを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ発生装置。
前記ガス流入部は、前記補助プラズマ接地極と前記誘電体膜との間に提供される流入チャンバーをさらに含み、前記オリフィスは、前記第２流入路と前記流入チャンバーとを連結することを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ発生装置。
前記誘電体膜は、中空型で形成され、前記誘電体膜の内径は、前記電源極の外径より大きいことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
前記電源極の表面には溝が形成され、前記溝は、前記被処理物に向かうことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
前記補助プラズマ接地極と前記誘電体膜との間、又は前記メインプラズマ接地極と前記誘電体膜との間に位置する放電プローブと、前記放電プローブに電気的に連結されるイグナイタとをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
前記放電プローブと前記イグナイタとを連結する導線は、所定の間隔をもって離隔されたギャップを含むことを特徴とする請求項２２に記載のプラズマ発生装置。
前記被処理物の移送経路に垂直となるように複数の前記電源極及び前記誘電体膜が並列で配置され、各々の前記誘電体膜に隣接して前記補助プラズマ接地極が提供されることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
前記被処理物の移送経路の上下に複数の前記電源極及び前記誘電体膜が並列で配置され、各々の前記誘電体膜に隣接して前記補助プラズマ接地極が提供されることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
前記電源極は、円柱形状又は多角柱形状で形成されることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
前記電源極及び前記誘電体膜は、部分的に曲面である表面を有することを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
前記補助プラズマ接地極及び前記ガス流入部は、前記電源極及び前記誘電体膜の両側に各々提供されることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。