JP2009172595A - 量産用の常圧プラズマ発生装置 - Google Patents

量産用の常圧プラズマ発生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】量産用の常圧プラズマ発生装置を提供する。
【解決手段】直流パルスまたは交流電源に連結される電源電極と、前記電源電極から離れて設けられ、プラズマガスが通過可能な噴射通孔を有する接地電極と、前記電源電極と接地電極を収容固定するフレームと、前記フレームの外部から電源電極と接地電極との間にガスを供給するガス供給部と、前記ガス供給部から配管により連結されてフレームの内部に流入するガスの温度を調節するガス恒温調節装置と、を備えてなる量産用の常圧プラズマ発生装置。本発明によれば、プラズマ発生装置の初期から前記プラズマ発生装置を量産に必要とされる所定の温度以上に昇温することができることから、初期段階から量産可能なプラズマ発生装置を提供することが可能になる。
【選択図】図３

Description

本発明は、発生装置にガス恒温調節装置を設け、プラズマ発生装置の内部に流入するガスを所定の温度に維持して、プラズマが発生してから所定の時間が経過した後における熱的状態の変化要因を強制的に初期に供給することにより、初期状態の処理特性と飽和状態後の処理特性を均質化させることのできる量産用の常圧プラズマ発生装置に関する。
一般に、薄膜トランジスター液晶表示装置（ＴＦＴＬＣＤ：Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）など平板表示装置（ＦＰＤ：Flat Panel Display）及び半導体基板などを生産する過程において、基板洗浄工程は必須工程である。
従来より基板洗浄工程としてウェット工程が利用されてきているが、最近には、ドライ清浄技術であるプラズマ技術が多用されている。かようなプラズマ技術の一例として、低温低圧状態のプラズマを用いる方法が挙げられる。
低圧プラズマを用いた基板洗浄方法は、低圧の真空槽内にプラズマを発生させて得られるイオンや活性化したガスを基板の表面と接触させて基板表面の不純物や汚染物質を除去することである。
この低圧状態のプラズマを用いる基板洗浄方法は、優れた洗浄効果を有しているにも拘わらず、汎用されていないのが現状であるが、これは、低圧プラズマを発生させるためには真空装置が必要となり、その結果、大気圧状態において行われる連続工程には適用することが困難であるためである。
この理由から、大気圧状態においてプラズマを発生させて基板表面の洗浄に用いる常圧プラズマ技術に関する研究が盛んになされているが、常圧プラズマ洗浄装置は、ランプ交替などにより持続的な維持費用がかかっていた既存の「紫外線（ＵＶ；UltraViolet）クリーナー」とは異なり、装備供給後における追加費用が不要になることから、今後ＵＶクリーナーを代替可能な装備として脚光を浴びている。
図１は、通常の常圧プラズマソース１３０を用いたプラズマ発生装置１００の断面図である。
図１に示すように、常圧プラズマソース１３０を用いたプラズマ発生装置１００は、洗浄対象となるＬＣＤガラス１５０の表面にプラズマ反応により生成された酸素ラジカルを噴射する常圧プラズマソース１３０と、前記常圧プラズマソース１３０に交流電圧を印加する電源供給装置１４０と、前記常圧プラズマソース１３０に連結されたガス配管を介して窒素、酸素、空気などのガスを供給するガス供給装置１２０と、常圧プラズマソース１３０がプラズマ常圧放電を行う間にＬＣＤガラス１５０を一定の速度にて一方向に移送する移送装置１６０と、を備えている。
この種のプラズマ発生装置１００における洗浄過程を説明すると、ＬＣＤガラス１５０の下部に設けられた移送装置１６０が洗浄対象となるＬＣＤガラス１５０を一定の速度にて一方向に移送し、このとき、上部に設けられた常圧プラズマソース１３０がＬＣＤガラス１５０の表面に向かってプラズマ常圧放電を行うことにより洗浄が行われる。
また、大気圧状態においてプラズマを発生させる常圧プラズマ洗浄方法は、有機物、基板切断時の水分、回路製作時に発生するポリマー残渣などの汚染物質をプラズマ内の酸素ラジカルを用いて除去することにより、環境的に安全であり、しかも、洗浄効率が高いというメリットがある。
図２Ａ及び図２Ｂは、従来の常圧プラズマソース２００を示す断面図である。
図２Ａに示すように、従来の常圧プラズマソース２００は、ガス供給装置など外部からのガスを供給するために両側面に設けられたガス供給ポート２００ａ〜２００ｈを介して流入したガスが常圧プラズマソース２００の本体に充填されるが、これにより、常圧プラズマソース２００の内部のガス流体の分布が均一化してプラズマの発生がある程度均一になる。
図２Ｂは、図２Ａに示す常圧プラズマソース２００の側断面図である。
図２Ｂに示すように、常圧プラズマソース２００は、誘電体障壁放電（ＤＢＤ：Dielectric Barrier Discharge）プラズマ装置である。
同図に示すように、１対の電極を互いに離間して相対するように設け、前記電極が相対する面に２５μｍ〜１０ｍｍの厚さの誘電体を相対するように設け、相対する電極の間に０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの放電隙間を設ける。同図に示すように、上部にガス供給ポートを介して供給されたガスがプラズマソースの内部に満遍なく分布されるようにガスディストリビューター２１０が配設される。前記ガスディストリビューター２１０は、誘電体空間２６０まで流入するガスの均一度を図ることにより、プラズマ発生の均一度を図るためのものである。
すなわち、従来の技術における均一性とは、洗浄前後に表面改質を行うに当たって、ガスの供給及び誘電体の厚さ、電極間間隔などを均一化させてプラズマを均一に発生させることにより、ＰＲアッシングやエッチング工程に際して被処理物の位置とは無関係に同じ処理能を有するプラズマ均一性を達成することをいう。
しかしながら、常圧プラズマの種々の応用分野においては、時間による処理効果の均一性もまた極めて重要視され、上記のＰＲアッシング工程やエッチング工程における処理効果の経時変化は極めて重要な問題となる。
すなわち、従来のプラズマ発生装置においては、ガスの均一な供給などによるプラズマの均一な発生、及び被処理物の均一な処理が関心対象となっていたが、プラズマ発生後に時間による処理能に差分ができてしまうという問題点は解消することができなかった。
また、プラズマ発生から飽和状態に至るまで長時間かかる結果、量産に長時間がかかるという問題点があった。
本発明は従来の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、プラズマ発生装置の内部に流入するガスの温度を一定に維持可能なガス恒温調節装置を備え、フレーム内部の雰囲気温度を制御可能な雰囲気温度制御装置を備えることにより、時間が経過してもプラズマを均一に発生させることのできるプラズマ発生装置を提供するところにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、直流パルスまたは交流電源に連結される電源電極と、前記電源電極から離れて設けられ、プラズマガスが通過可能な噴射通孔を有する接地電極と、前記電源電極と接地電極を収容固定するフレームと、前記フレームの外部から電源電極と接地電極との間にガスを供給するガス供給部と、前記ガス供給部から配管により連結されてフレームの内部に流入するガスの温度を調節するガス恒温調節装置と、を備えてなる量産用の常圧プラズマ発生装置を提供する。
前記フレームには、前記フレームに熱を供給する熱供給手段がさらに配備されてもよく、前記熱供給手段は熱線であってもよい。
また、前記フレームの側面には、前記ガス供給部及び熱供給手段を含んで一体に設けられるアルミニウム製の第２のフレームが取付け可能である。
前記ガス恒温調節装置は、ガスの温度を上げるためのヒーターと、フレームの内部に流入するガスの温度を測定するためのガス温度センサー及び前記ガス供給部との連結を行うための配管を備えてなることが好ましい。
また、前記量産用の常圧プラズマ発生装置は、前記熱供給手段に熱源を提供可能なヒーターを有する雰囲気温度制御装置をさらに備えていてもよい。さらに、前記量産用の常圧プラズマ発生装置の下端には、被処理物を移送可能な移送手段を有する移送装置がさらに配備されていてもよい。
本発明によれば、プラズマ発生装置の初期から前記プラズマ発生装置を量産に必要とされる所定の温度以上に昇温することができることから、初期段階から量産可能なプラズマ発生装置を提供することが可能になる。
また、前記プラズマ発生装置の内部の温度を制御することにより、恒温を維持するプラズマ発生装置を提供することが可能になる。
通常の常圧プラズマを用いたプラズマ発生装置の断面図。 従来の常圧プラズマを示す断面図。 従来の常圧プラズマを示す断面図。 本発明の一実施形態による量産用の常圧プラズマ発生装置の斜視図。 本発明の一実施形態による量産用の常圧プラズマ発生装置の断面図。 本発明の他の実施形態による量産用の常圧プラズマ発生装置の断面図。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態を詳述する。
図３は、本発明の一実施形態による量産用の常圧プラズマ発生装置の斜視図であり、図４は、本発明の一実施形態による量産用の常圧プラズマ発生装置の断面図であり、そして図５は、本発明の他の実施形態による量産用の常圧プラズマ発生装置の断面図である。
同図に示すように、量産用の常圧プラズマ発生装置１０は、直流パルスまたは交流電源に連結される電源電極２０と、前記電源電極２０から離れて設けられ、前記電源電極２０と反応して生成されたプラズマガスが通過可能な噴射通孔を有する接地電極３０と、前記電源電極２０と接地電極３０を収容固定する内部空間部４１と、を備え、前記接地電極３０の噴射通孔と連結されて開放部が設けられたフレーム４０と、前記フレーム４０に設けられて前記電源電極２０と接地電極３０との間にガスを供給するガス供給部５０、及び前記ガス供給部５０から配管６３により連結されてフレーム４０の内部に流入するガスを恒温に調節するガス恒温調節装置６０を備えてなる。
前記電源電極２０は、所定の面積を有して直流パルスまたは交流電源に連結され、接地電極３０は、前記電源電極２０と所定の間隔をあけて設けられて、前記電源電極２０との間に前記ガス供給部５０を介して供給されたガスが前記電源電極２０と接地電極３０との間において所定の圧力及び生成率にてプラズマ状態に変化される。
前記フレーム４０は、前記電源電極２０と接地電極３０を収容固定するように内部空間部４１を備えて被コーティング物などの洗浄対象物を移送可能な移送装置８０の上側に設けられ、前記接地電極３０には、前記電源電極２０との間において生成されたプラズマガスが通過可能な開放部が設けられている。前記噴射通孔及び開放部を介して前記移送手段８１を有する移送装置８０に向かってプラズマガスが噴射される。
ガス供給部５０は、フレームの両側面に孔を穿孔して前記孔にガスを注入可能な装置である。前記ガス供給部５０は、フレームの外部において配管により連結されてもよく、ガス供給部５０を一体に有する第２のフレーム４２の内部に設けられて配管により連結されてもよい。
洗浄物などの被コーティング物は、前記プラズマ発生装置１０から噴射されるプラズマガスに露出されながら移送手段８１により一方の側に移送されて被コーティング物の全面が所定の洗浄度を有するように互いに指定された間隔を維持可能に一定の速度にて移送が行われる。
通常、プラズマ発生装置１０は、外部から印加される電源により電源電極２０に電気的に接続されることによりプラズマが発生されるが、このとき、電源としては直流パルスまたは交流電圧が使用可能であり、前記プラズマは、所定の温度以上になってはじめて発生される。
すなわち、プラズマ発生の初期から所定の時間が経過すると、処理効果が上昇する段階を経て飽和される現象が現れるが、上記の期間が長ければ長いほど、ライン型生産体系においては製品の生産歩留まりが低下してしまう。
このため、このような熱的状態の変化要因を強制的に初期に供給することにより、初期状態の処理特性と飽和状態後の処理特性を均質化させることができるが、これは、供給されるガスの温度を恒温にして提供することにより可能になる。
前記供給されるガスの温度は、必要に応じて、適正の温度に暖められた状態において提供可能であるが、これは、ガス恒温調節装置６０により行われる。
前記ガス恒温調節装置６０は、フレーム４０の側面部に設けられたガス供給部５０に配管６３により連結されており、前記ガス恒温調節装置６０には、前記ガスを暖めるヒーター６２と、暖められたガスの温度をチェック可能なガス温度センサー６１と、が設けられる。前記ガス温度センサー６１は、ガス恒温調節装置６０と配管６３との連結部に設けられることが好ましい。
そして、前記ガス恒温調節装置６０には、ガス温度センサー６１から転送される温度が所定の温度以上である場合に熱源の供給を中止し、所定の温度以下である場合には熱源を供給する制御部（図示せず）がさらに設けられていてもよい。
また、一定に暖められたガスをフレーム４０の内部に供給し続けるとしても、移送装置８０により移送されたガスが噴射通孔を介して外部に流出し続けることにより、初期に一定に暖められたガスの温度以下にフレーム４０の内部の温度が下がってしまう。
すなわち、供給されるガス以下の温度にフレーム４０の内部の温度が下がることを防ぐために、雰囲気温度制御装置７０が設けられる。
前記雰囲気温度制御装置７０は、フレーム４０の周りに熱供給手段を配設してフレーム４０の温度上昇によるフレーム４０の内部の雰囲気温度を高めるためのものであって、前記熱供給手段は熱線７１であるが、前記熱線７１はフレーム４０の外部にフレーム４０と接触して設けられることが好ましい。
さらに、ガス供給部５０と熱線７１は第２のフレーム４２の内部に一体に設けられるが、前記第２のフレーム４２はフレーム４０の一側面または両側面に設けられることが可能である。前記フレーム４０は、熱線７１の熱をフレーム４０に向かって正常に移動可能なアルミニウム製のものであることが好ましい。
前記雰囲気温度制御装置７０には、前記フレーム４０の内部の温度を測定するためのフレーム内部温度センサー（図示せず）が設けられて、前記フレーム内部温度センサーからの信号により熱線７１への熱源の供給加減を定めることができる。
前記熱線７１の作動によりフレーム４０の内部に流入するガスの温度がやや下がるとしても、フレーム４０の内部の雰囲気温度を一定に維持可能になるという効果がある。
前記雰囲気温度制御装置７０には、フレーム内部温度センサー（図示せず）から転送される温度が所定の温度以上である場合に熱源の供給を中止し、所定の温度以下である場合には熱源を供給する制御部（図示せず）がさらに設けられていてもよい。
以下、前記量産用の常圧プラズマ発生装置１０の作動手順について簡略に説明する。
先ず、量産用の常圧プラズマ発生装置に電気的な接続が行われ、電源電極２０と接地電極３０との間にガスの供給が行われると、プラズマが徐々に発生し、前記発生されたプラズマが飽和状態になると、移送手段８１により移送装置８０の移送が行われて前記移送装置８０の上端に設けられたＬＣＤパネルなどの洗浄が行われる。これは、接地電極３０には噴射通孔が穿孔されていて、プラズマガスが前記噴射通孔を介して移送装置８０に向かって移送可能になるためである。
このとき、プラズマ発生装置１０に供給されるガスを所定の温度に暖めて供給すると、プラズマ発生がなお一層高速にて行われて飽和状態になる。そのためには、フレーム４０のガス供給部５０を介して供給されるガスの温度をガス恒温調節装置６０において所定の温度に暖めなければならない。
前記暖められたガスがプラズマ発生装置１０に供給されるとき、早く飽和状態になり、それにより、ライン型工程から量産体制への切り替えが高速にて行われるというメリットがある。前記供給されるガスを暖めるためにはヒーター６２が必要となるが、前記ヒーター６２としては電気的な装置が使用可能であり、その他にガスを暖めるための種々の装置も使用可能である。
前記暖められたガスの温度を測定するためにガス温度センサー６１が設けられるが、これは、通常、ガス恒温調節装置６０から連結される配管６３の開始部に設けられてフレーム４０の内部に供給される温度をチェックする。
前記量産が行われている最中にもフレーム４０の内部の温度が下がる場合が発生するが、これは、ガスが供給される最中にも外部の種々の要因により雰囲気温度が下がる恐れがあるためであり、上記の如き雰囲気温度を所定の温度に合わせるためには、雰囲気温度制御装置７０が必要となる。前記雰囲気温度制御装置７０は、フレーム４０に接して、または第２のフレーム４２の内部を貫通して熱線７１が設けられ、フレーム４０の内部空間部にフレーム内部温度センサー（図示せず）が設けられて、フレーム内部温度センサーから受信される温度が所定の温度以下であれば熱線７１が作動することにより雰囲気温度を制御し、また、フレーム内部温度センサーから受信される温度が所定の温度以上であれば熱線７１が作動しないことにより雰囲気温度を制御する。
以上、本発明を好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではなく、前記実施形態を既存の公知技術と単純に組み合わせて適用した実施形態と一緒に本発明の特許請求の範囲と詳細な説明において本発明が属する技術分野における当業者が変形して利用可能な技術は本発明の技術範囲に当然含まれると理解すべきである。
１０：プラズマ発生装置
２０：電源電極
３０：接地電極
３１：噴射通孔
４０：フレーム
４１：内部空間部
４２：第２のフレーム
５０：ガス供給部
６０：ガス恒温調節装置
６１：ガス温度センサー
６２：ヒーター
６３：配管
７０：雰囲気温度制御装置
７１：熱線
８０：移送装置
８１：移送手段

Claims (8)

  1. 直流パルスまたは交流電源に連結される電源電極と、
    前記電源電極から離れて設けられ、プラズマガスが通過可能な噴射通孔を有する接地電極と、
    前記電源電極と接地電極を収容固定するフレームと、
    前記フレームの外部から電源電極と接地電極との間にガスを供給するガス供給部と、
    前記ガス供給部から配管により連結されてフレームの内部に流入するガスの温度を調節するガス恒温調節装置と、
    を備えてなる量産用の常圧プラズマ発生装置。
  2. 前記フレームに熱を供給する熱供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の量産用の常圧プラズマ発生装置。
  3. 前記フレームの側面には、前記ガス供給部及び熱供給手段を含んで一体に設けられる第２のフレームが取り付けられることを特徴とする請求項１または２に記載の量産用の常圧プラズマ発生装置。
  4. 前記熱供給手段は熱線であることを特徴とする請求項２に記載の量産用の常圧プラズマ発生装置。
  5. 前記第２のフレームは、アルミニウム製のものであることを特徴とする請求項３に記載の量産用の常圧プラズマ発生装置。
  6. 前記ガス恒温調節装置は、ガスの温度を上げるためのヒーターと、フレームの内部に流入するガスの温度を測定するためのガス温度センサー及び前記ガス供給部との連結を行うための配管を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の量産用の常圧プラズマ発生装置。
  7. 前記量産用の常圧プラズマ発生装置には、前記熱供給手段に熱源を提供可能なヒーター及びフレームの内部の温度を測定するためのフレーム内部温度センサーを有する雰囲気温度制御装置がさらに配備されることを特徴とする請求項２に記載の量産用の常圧プラズマ発生装置。
  8. 前記量産用の常圧プラズマ発生装置の下端には、被処理物を移送可能な移送手段を有する移送装置がさらに配備されることを特徴とする請求項１に記載の量産用の常圧プラズマ発生装置。
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