JP2010097935A - Surface treatment device, and surface treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理物の表面処理を行う表面処理装置および表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method for performing a surface treatment of an object to be treated.
従来より、被処理物の表面にプラズマを作用させることにより被処理物の表面処理を行う表面処理装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, surface treatment apparatuses that perform surface treatment of an object to be processed by applying plasma to the surface of the object to be processed are known.
例えば、特許文献1の表面処理装置は、窒素ガス中に生成したプラズマを被処理物の表面に作用させることにより被処理物の表面処理を行う。特許文献1の段落0056〜0060は、プラズマを生成するときのストリーマの進展に言及している。
For example, the surface treatment apparatus of
また、特許文献2の表面処理装置も、窒素ガス中に生成したプラズマを被処理物の表面に作用させることにより被処理物の表面処理を行う。特許文献2の表面処理装置は、表面処理の均質性を向上するため、ストリーマ放電を発生させ、ストリーマ放電により生成したプラズマを被処理物の表面に作用させる。
The surface treatment apparatus of
しかし、特許文献1又は特許文献2の表面処理装置は、複数の被処理物又は長尺の被処理物の表面処理を連続して効率よく行うことができない。
However, the surface treatment apparatus of
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、複数の被処理物又は長尺の被処理物の表面処理を連続して効率よく行うことができる表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve this problem, and provides a surface treatment apparatus and a surface treatment method capable of continuously and efficiently performing surface treatment of a plurality of objects to be processed or long objects to be processed. The purpose is to do.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、表面処理装置であって、第1の電極を備える第1の電極構造体と、第2の電極を備え前記第1の電極構造体と対向する第2の電極構造体と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に電気パルスを繰り返し印加するパルス電源と、前記第1の電極と前記第2の電極との間への電気パルスの印加によりストリーマ放電が発生している前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙を被処理物に通過させる搬送機構と、被処理物の搬送経路の上流側から窒素ガスを主成分とする処理ガスを前記間隙に供給する処理ガス供給体と、を備える。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の表面処理装置において、前記パルス電源は、誘導エネルギー蓄積型の電源である。 According to a second aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to the first aspect, the pulse power source is an inductive energy storage type power source.
請求項3の発明は、請求項2に記載の表面処理装置において、前記第1の電極と前記第2の電極との対の各々に供給されプラズマを生成する反応に使われる電気パルスの1パルスあたりのエネルギーを当該対の各々を構成する前記第1の電極と前記第2の電極との対向面積で除した1パルスあたりのエネルギー密度が0.1−10mJ/cm2である。 A third aspect of the present invention is the surface treatment apparatus according to the second aspect, wherein one pulse of an electric pulse used for a reaction that is supplied to each of the pair of the first electrode and the second electrode and generates plasma. The energy density per pulse obtained by dividing the per-energy by the facing area between the first electrode and the second electrode constituting each of the pair is 0.1-10 mJ / cm 2 .
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の表面処理装置において、前記第1の電極構造体は、第1の誘電体バリア、をさらに備える。 According to a fourth aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to any one of the first to third aspects, the first electrode structure further includes a first dielectric barrier.
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の表面処理装置において、前記第2の電極構造体は、第2の誘電体バリア、をさらに備える。 According to a fifth aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the second electrode structure further includes a second dielectric barrier.
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の表面処理装置において、前記処理ガス供給体は、窒素ガス及び酸素ガスからなり全体に占める酸素ガスの含有量が1−4%である処理ガスを供給する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the processing gas supply body includes nitrogen gas and oxygen gas, and the content of oxygen gas in the whole is 1-. A process gas of 4% is supplied.
請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の表面処理装置において、前記処理ガス供給体は、前記間隙へ至る処理ガスの導入路の延在方向であって前記間隙へ向かう第1の方向と前記導入路の延在方向と垂直をなす方向であって前記処理ガス供給体から前記導入路へ向かう第2の方向との中間の方向へ処理ガスを噴出する。 According to a seventh aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the processing gas supply body extends in a direction in which a processing gas introduction path to the gap extends, and the gap The processing gas is ejected in a direction perpendicular to the first direction toward the direction and the extending direction of the introduction path and intermediate between the second direction toward the introduction path from the processing gas supply body.
請求項8の発明は、請求項7に記載の表面処理装置において、前記処理ガス供給体は、前記第1の方向と30−50°をなす方向へ処理ガスを噴出する。 According to an eighth aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to the seventh aspect, the processing gas supply body ejects a processing gas in a direction that forms 30-50 ° with the first direction.
請求項9の発明は、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の表面処理装置において、前記処理ガス供給体の処理ガスの吹き出し口と前記第1の電極とが前記間隙へ至る処理ガスの導入路の延在方向に20−40mm離れている。 A ninth aspect of the present invention is the surface treatment apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein the processing gas blowout port of the processing gas supply body and the first electrode reach the gap. 20-40 mm apart in the direction of extension of the introduction path.
請求項10の発明は、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の表面処理装置において、前記第2の電極が板形状を有し前記搬送経路と垂直に設置され、前記第2の誘電体バリアが鞘形状を有し前記第2の電極の少なくとも搬送経路寄りを収容する。 According to a tenth aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to any one of the first to ninth aspects, the second electrode has a plate shape and is installed perpendicular to the transport path, and the second dielectric The body barrier has a sheath shape and accommodates at least the transport path of the second electrode.
請求項11の発明は、請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の表面処理装置において、前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙が1−5mmの間隔を有する。
The invention according to claim 11 is the surface treatment apparatus according to any one of
請求項12の発明は、表面処理方法であって、第1の電極を備える第1の電極構造体と、第2の電極を備える第2の電極構造体と、を準備する準備工程と、前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間に、誘導エネルギー蓄積型のパルス電源により電気パルスを繰り返し印加する電気パルス印加工程と、窒素ガスを主成分とする処理ガスを前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙に供給する処理ガス供給工程と、前記電気パルス印加工程によりストリーマ放電が発生している前記間隙を被処理物に通過させる搬送工程と、を備える。 The invention of claim 12 is a surface treatment method, comprising: a preparation step of preparing a first electrode structure including a first electrode and a second electrode structure including a second electrode; An electric pulse applying step of repeatedly applying an electric pulse by an inductive energy storage type pulse power source between the first electrode structure and the second electrode structure, and a processing gas containing nitrogen gas as a main component A process gas supply step for supplying a gap between the first electrode structure and the second electrode structure, and a conveying step for passing the gap in which streamer discharge is generated by the electric pulse applying step to the object to be processed. And comprising.
請求項13の発明は、請求項12に記載の表面処理方法において、前記電気パルス印加工程により前記第1の電極と前記第2の電極との対の各々に供給されプラズマを生成する反応に使われる電気パルスの1パルスあたりのエネルギーを当該対の各々を構成する前記第1の電極と前記第2の電極との対向面積で除した1パルスあたりのエネルギー密度が0.1−10mJ/cm2である。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the surface treatment method according to the twelfth aspect, the surface treatment method is used for a reaction in which plasma is generated by being supplied to each of the pair of the first electrode and the second electrode by the electric pulse applying step. The energy density per pulse obtained by dividing the energy per pulse of the electric pulse divided by the facing area between the first electrode and the second electrode constituting each of the pair is 0.1-10 mJ / cm 2. It is.
請求項14の発明は、請求項12または請求項13に記載の表面処理方法において、前記処理ガス供給工程は、窒素ガス及び酸素ガスからなり全体に占める酸素ガスの含有量が1−4%である処理ガスを供給する。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the surface treatment method according to the twelfth or thirteenth aspect, the treatment gas supply step includes a nitrogen gas and an oxygen gas, and the content of oxygen gas in the whole is 1-4%. A process gas is supplied.
請求項15の発明は、請求項12ないし請求項14のいずれかに記載の表面処理方法において、前記準備工程は、前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙が1−5mmの間隔を有するように前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体とを準備する。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the surface treatment method according to any one of the twelfth to fourteenth aspects, the preparation step has a gap of 1 between the first electrode structure and the second electrode structure. The first electrode structure and the second electrode structure are prepared so as to have an interval of −5 mm.
請求項1ないし請求項15の発明によれば、搬送される被処理物の表面処理を効率よく行うことができるので、複数の被処理物又は長尺の被処理物の表面処理を連続して効率よく行うことができる。
According to invention of
請求項2ないし請求項3の発明によれば、表面処理の均一性を向上することができるとともに、表面処理の効率を向上することができる。 According to the second to third aspects of the invention, the uniformity of the surface treatment can be improved and the efficiency of the surface treatment can be improved.
請求項4ないし請求項5の発明によれば、アーク放電の発生を抑制することができるので、ストリーマ放電を安定して発生させることができる。 According to the fourth to fifth aspects of the invention, since the occurrence of arc discharge can be suppressed, streamer discharge can be stably generated.
請求項6の発明によれば、表面処理の効率を向上することができる。
According to the invention of
請求項7ないし請求項8の発明によれば、処理ガスへの空気の巻き込みを減らすことができるので、表面処理の効率を向上することができる。 According to the seventh to eighth aspects of the invention, air entrainment in the processing gas can be reduced, so that the efficiency of the surface treatment can be improved.
請求項9の発明によれば、処理ガスを均一化することができるので、表面処理の効率を向上することができる。 According to the invention of claim 9, since the processing gas can be made uniform, the efficiency of the surface treatment can be improved.
請求項10の発明によれば、第2の電極構造体を容易に製造することができる。
According to the invention of
請求項11の発明によれば、表面処理の均一性を向上することができる。 According to the invention of claim 11, the uniformity of the surface treatment can be improved.
請求項12ないし請求項13の発明によれば、表面処理の均一性を向上することができるとともに、表面処理の効率を向上することができる。 According to the inventions of the twelfth to thirteenth aspects, the uniformity of the surface treatment can be improved and the efficiency of the surface treatment can be improved.
請求項14の発明によれば、表面処理の効率を向上することができる。 According to the fourteenth aspect of the invention, the efficiency of the surface treatment can be improved.
請求項15の発明によれば、表面処理の均一性を向上することができる。
According to the invention of
<1 表面処理装置100の概略>
図1は、本発明の望ましい実施の形態に係る表面処理装置100の模式図である。図1は、表面処理装置100の斜視図となっている。
<1 Outline of
FIG. 1 is a schematic diagram of a
図1に示すように、表面処理装置100は、被処理物たるワーク190の表面処理を行うリアクタ102と、表面処理を行う前のワーク190を保持する第1のワーク載置台126と、表面処理を行った後のワーク190を保持する第2のワーク載置台128と、ワーク190を搬送する搬送機構130と、リアクタ102の高さを調整する高さ調整台140と、これらを保持する絶縁ステージ142と、電気パルスを発生するパルス電源144とを備える。
As shown in FIG. 1, the
図2は、リアクタ102の模式図である。図2は、リアクタ102の断面図となっている。
FIG. 2 is a schematic diagram of the
図2に示すように、リアクタ102は、第1の電極106を備える第1の電極構造体104と、第2の電極114を備える第2の電極構造体112と、第1の電極構造体104と第2の電極構造体112との間隙1022に窒素ガスを主成分とする処理ガスを供給する処理ガス供給体118と、第2の電極構造体112と処理ガス供給体118との距離を調整する距離調整体122と、これらを収容するハウジング124とを備える。
As shown in FIG. 2, the
表面処理装置100は、第1の電極106と第2の電極114との間への立ち上がりの速い電気パルスの繰り返しの印加により間隙1022にストリーマ放電を発生させながら、ワーク190に間隙1022を通過させ、ワーク190の表面処理を行う。ここでいう「表面処理」には、表面に付着した汚染を除去するクリーニング、表面を侵食するエッチング、表面に形成されたフッ素化合物膜その他の膜を灰化するアッシング、表面のぬれ性を向上する改質等の表面の状態を変更する処理がある。
The
<2 表面処理の原理>
ストリーマ放電が発生している間隙1022をワーク190に通過させることによりワーク190の表面処理が行われるのは、主に、パルス電界、窒素ラジカル及び短波長紫外線がワーク190の表面に複合的に作用することによる。なお、ストリーマ放電の状態等によっては、パルス電界、窒素ラジカル及び短波長紫外線の3個の要素のうちの1個又は2個の要素のみが表面処理に支配的に寄与する場合もありうる。
<2 Principle of surface treatment>
The surface treatment of the
<2.1 窒素ラジカルの作用>
ストリーマ放電を間隙1022に発生させると、活性が極めて高い窒素ラジカルを含むプラズマが間隙1022に生成する。したがって、ストリーマ放電が発生している間隙1022をワーク190に通過させることによって、窒素ラジカルを被処理領域192に化学的に作用させることができ、表面1902を処理することができる。
<2.1 Action of nitrogen radicals>
When streamer discharge is generated in the
処理に利用する化学種として窒素ラジカルを選択した理由、すなわち、窒素ガスを主成分とする処理ガス中でプラズマを生成させた理由は、窒素ラジカルの活性が極めて高いことによる。このことは、窒素分子の解離エネルギーが9.76eVと極めて高いことからも明らかである。また、3重項窒素(3Σu)のラジカルの寿命が10ミリ秒に達することも、効率的な改質に寄与している。 The reason why nitrogen radicals are selected as the chemical species used for processing, that is, the reason why plasma is generated in a processing gas containing nitrogen gas as a main component is that the activity of nitrogen radicals is extremely high. This is clear from the fact that the dissociation energy of the nitrogen molecule is very high at 9.76 eV. The lifetime of triplet nitrogen ( 3 Σu) radicals reaching 10 milliseconds also contributes to efficient reforming.
加えて、窒素ガスは、低価格で容易に入手することができ取り扱いも容易であることも、処理に利用する活性種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつとなっている。 In addition, the fact that nitrogen gas can be easily obtained at a low price and is easy to handle is one of the reasons for selecting nitrogen radicals as the active species used in the treatment.
<2.2 短波長紫外線の作用>
ストリーマ放電を間隙1022に発生させると、ストリーマ放電に起因して処理ガスが短波長紫外線を発する。したがって、ストリーマ放電が発生している間隙1022をワーク190に通過させることによって、短波長紫外線を被処理領域192に光化学的に作用させることができ、表面1902を処理することができる。
<2.2 Action of short wavelength ultraviolet rays>
When the streamer discharge is generated in the
「短波長紫外線」とは、100〜280nmの波長成分を主に含む紫外線であって、「遠赤外線」又は「UV−C」とも呼ばれる。短波長紫外線を作用させるのは、短波長紫外線はワーク190の奥深くまで浸透しないので、極めて薄い被処理領域192のみに集中して光化学的な作用を与えることができるからである。
“Short wavelength ultraviolet rays” are ultraviolet rays mainly containing a wavelength component of 100 to 280 nm, and are also called “far infrared rays” or “UV-C”. The reason why short-wavelength ultraviolet rays are applied is that short-wavelength ultraviolet rays do not penetrate deep into the
<3 ストリーマ放電>
図3は、第1の電極106を陰極、第2の電極114を陽極として第1の電極106と第2の電極114との間に電気パルスを印加したときに間隙1022に発生するストリーマ放電の状態を示す模式図である。ストリーマ放電を発生させる電気パルスは、ピーク電圧が概ね10〜100kV、半値幅FWHM(Full Width at Half Maximum)が概ね100〜50000ns、立ち上がり時の電圧の時間上昇率dV/dtが概ね1〜500kV/μs、周波数が概ね1〜50kHzの電気パルスである。電気パルスは、極性が変化しない単極性の電気パルスであってもよいし、極性が交互に変化する両極性の電気パルスであってもよい。
<3 Streamer discharge>
FIG. 3 shows a streamer discharge generated in the
ストリーマ放電が間隙1022に発生しているときには、図3に示すように、第2の電極構造体112から第1の電極構造体104へ向かうが第1の電極構造体104には達しないストリーマ194が成長しており、図2に示すように、第2の電極構造体112の下面1122から第1の電極構造体104の上面1042に向かって末広がりになる筋状のプラズマ198が薄紫色に発光している。ストリーマ194が「第1の電極構造体104には達しない」とは、アーク放電の発生に至る前に電気パルスの印加を停止することを意味している。一方、グロー放電が間隙1022に発生しているときには、図2に示すような薄紫色に発光する筋状のプラズマ198は見られない。
When the streamer discharge is generated in the
また、図3に示すような枝分かれした長いストリーマ194が成長する前に電気パルスの印加を停止することも望ましい。すなわち、第1の電極106と第2の電極114との間に半値幅FWHMが概ね100〜50000nsの電気パルスを印加し、図4に示すように短いストリーマ196が散点するストリーマ放電を間隙1022に発生させることも望ましい。ストリーマの成長の初期状態で電気パルスの印加を停止した微細なストリーマ放電は、放電の均一性に優れているので、微細なストリーマ放電を発生させると、ワーク190の表面処理を均一に行うことができ、不均一な放電による局所的なワーク190の損傷を抑制することができる。
It is also desirable to stop the application of electrical pulses before the long
なお、上述の説明において半値幅等の範囲を「概ね」としているのは、第1の電極構造体104及び第2の電極構造体112の構造及び材質・間隙1022の間隔・処理ガスの圧力等の表面処理装置100の具体的な構成によっては、ストリーマ放電が発生する半値幅等の範囲が上述の範囲よりも広くなる場合があるからである。したがって、放電がストリーマ放電になっているか否かは、実際の放電を観察して判断することが望ましい。
In the above description, the range of the half-value width or the like is “substantially” because the structure and material of the
<4 表面処理装置100の詳細>
<4.1 リアクタ102>
(a)各部の配置;
図1及び図2に戻って表面処理装置100の詳細を説明する。
<Details of 4
<4.1
(A) Arrangement of each part;
The details of the
図2に示すように、リアクタ102の内部においては、第1の電極構造体104がワーク190の搬送経路199の下方に設けられ、処理ガス供給体118、距離調整体122及び第2の電極構造体112が搬送経路199の上方に設けられる。第1の電極構造体104と第2の電極構造体112とは搬送経路199を挟んで対向する。第2の電極構造体112は、第1の電極構造体104の第1の電極106がある範囲に設置される。間隙1022の間隔は、1〜20mmであるのが好適であり、より好ましくは1〜5mmである。間隙1022の間隔が1mmより狭くなると、ワーク190に間隙1022を通過させること、間隙1022へ処理ガスを供給すること、および間隙1022の間隔を均一に保つことが困難になる傾向があり、20mmを上回るとプラズマを発生させることが困難になる傾向があるからである。また、間隙1022の間隔が1〜5mmであることで、間隙1022にストリーマ放電を均一に発生させることができ、この間隙1022をワーク90に通過させることによって、ワークキャリア132上に配置される位置に左右されずにワーク190の表面処理を均一に行うことができる。
As shown in FIG. 2, in the
処理ガス供給体118、距離調整体122及び第2の電極構造体112は、搬送経路199の上流側(以下では「搬送経路上流側」という)から下流側(以下では「搬送経路下流側」という)に向かって配列される。処理ガス供給体118及び距離調整体122は、搬送経路199を挟んで第1の電極構造体104と対向する。第1の電極構造体104と処理ガス供給体118及び距離調整体122との間隙は、間隙1022へ至る処理ガスの導入路1024となる。導入路1024は、間隙1022へ向かうワーク190及びワークキャリア132の通り道にもなる。導入路1024の延在方向は、ワーク190の搬送方向すなわちワークキャリア132の走行方向と平行である。処理ガス供給体118の下面1182、距離調整体122の下面1222及び第2の電極構造体112の下面1122は、平坦な同一平面を構成する。これにより、間隙1022へ向かう処理ガスの流れの乱れを抑制することができ、ワーク190の表面処理を均一に行うことができる。なお、図2に示すリアクタ102は、2個の第2の電極構造体112を備えているが、第2の電極構造体112の数を1個又は3個以上に増減してもよい。
The processing
(b)第1の電極構造体104;
図5は、第1の電極構造体104の模式図である。図5は、第1の電極構造体104の斜視図となっている。
(B) a
FIG. 5 is a schematic diagram of the
図2及び図5に示すように、第1の電極構造体104は、板形状の外形形状を有する。第1の電極構造体104は、第1の電極106と、第1の電極106を保持するホルダ108と、第1の電極106を覆う第1の誘電体バリア110とを備える。なお、ホルダ108と第1の誘電体バリア110とを同一の絶縁材料で構成して一体化してもよい。ホルダ108と第1の誘電体バリア110とを一体化した場合、その一体物の中に第1の電極106が埋設される。
As shown in FIGS. 2 and 5, the
第1の電極106は、アルミニウム・銅等の導電材料で構成される。第1の電極106は、板形状を有する。第1の電極106は、処理ガス供給体118の下面1182、距離調整体122の下面1222及び第2の電極構造体112の下面1122と平行に設置される。第1の電極106は、矩形又は正方形の平面形状を有することが望ましい。第1の電極106が矩形又は正方形の平面形状を有する場合、1組の対辺が搬送経路199と平行となるように第1の電極106が設置されることが望ましい。
The
第1の電極106を陰極、第2の電極114を陽極とする場合、第1の電極106の幅(搬送経路199に垂直な方向の寸法)は、第2の電極114の幅よりも狭くならないようにすることが望ましい。第2の電極構造体112の下面1122からの第1の電極構造体104の上面1042に向かってプラズマ198が末広がりになるのを妨げないためである。また、第1の電極106の幅は、ワーク190の幅よりも広いことが望ましい。ワーク190の周縁まで均一に表面処理を行うためである。
When the
第1の電極106の板厚は、概ね5〜20mmであることが望ましい。
The plate thickness of the
ホルダ108は、ガラス・アルミナ等の絶縁材料で構成される。ホルダ108は、板形状を有する。ホルダ108の上面1082には、第1の電極106と略同一の立体形状を有する収容穴1084が形成される。収容穴1084には、第1の電極106が収容される。第1の電極106が収容穴1084に収容された状態においては、第1の電極106の上面1062とホルダ108の上面1082の収容穴1084の外側とは平坦な同一平面を構成する。
The
第1の誘電体バリア110は、ガラス・アルミナ等の絶縁材料で構成される。第1の誘電体バリア110は、板形状を有する。第1の誘電体バリア110は、ホルダ108と略同一の平面形状を有する。第1の誘電体バリア110は、第1の電極106の上面1062及びホルダ108の上面1082に載置される。第1の誘電体バリア110により、第1の電極106を保護することができるとともに、アーク放電が発生することを抑制し、ストリーマ放電を安定して発生させることができる。
The first
第1の誘電体バリア110の上面1102は、平坦になっている。これにより、間隙1022へ向かう処理ガスの流れの乱れを抑制することができ、ワーク190の表面処理を均一に行うことができる。第1の誘電体バリア110の板厚は、概ね0.5〜5mmであることが望ましい。第1の誘電体バリア110の板厚がこの範囲を下回ると、アーク放電が発生しやすくなる傾向があるからであり、この範囲を上回ると、第1の電極106と第2の電極114との間の静電容量が増加して第1の電極106と第2の電極114との間に立ち上がりの速い電気パルスを印加することが難しくなる傾向があるからである。
The
(c)第2の電極構造体112;
図6は、第2の電極構造体112の模式図である。図6は、第2の電極構造体112の斜視図となっている。
(C) the
FIG. 6 is a schematic diagram of the
図2及び図6に示すように、第2の電極構造体112は、板形状の外形形状を有する。第2の電極構造体112は、第2の電極114と、第2の誘電体バリア116とを備える。
As shown in FIGS. 2 and 6, the
第2の電極114は、アルミニウム・銅等の導電材料で構成されている。第2の電極114は、板形状を有する。第2の電極114は、第1の電極106及び搬送経路199と垂直に設置される。第2の電極114は、その下面が第1の電極106と平行になるように設置されることが望ましい。これにより、ストリーマ放電を均一に発生させ、ワーク190の表面処理を均一に行うことができる。第2の電極114の幅は、ワーク190の幅よりも広いことが望ましい。ワーク190の周縁まで均一に表面処理を行うためである。
The
第2の電極114の板厚は、概ね1〜20mmであることが望ましい。
The plate thickness of the
第2の誘電体バリア116は、ガラス・アルミナ等の絶縁材料で構成される。第2の誘電体バリア116は、細長矩形形状の開口を上面に有する鞘形状を有する。第2の誘電体バリア116には、第2の電極114と略同一の立体形状を有する収容穴1162が形成される。収容穴1162には、第2の誘電体バリア116の主面に平行に第2の電極114が収容される。なお、図2に示す第2の誘電体バリア116は、第2の電極114の全体を収容しているが、ストリーマ放電の発生に主に寄与するのは第2の電極114のうちの第1の電極106に近い搬送経路199寄りであるので、第2の誘電体バリア116に収容されているのが第2の電極114の下方の搬送経路119寄りのみであっても問題はない。第2の誘電体バリア116により、第2の電極114を保護することができるとともに、アーク放電が発生することを抑制し、ストリーマ放電を安定して発生させることができる。
The second
第2の誘電体バリア116の第2の電極114の下端面を覆う部分の厚さt1は、概ね0.5〜5mmであることが望ましい。第2の誘電体バリア116の厚さt1がこの範囲を下回ると、アーク放電が発生しやすくなる傾向があるからであり、この範囲を上回ると、第1の電極106と第2の電極114との間の静電容量が増加して第1の電極106と第2の電極114との間に立ち上がりの速い電気パルスを印加することが難しくなる傾向があるからである。また、第2の誘電体バリア116の第2の電極114の主面を覆う部分の厚さt2は、概ね2〜20mmであることが望ましい。第2の誘電体バリア116の厚さt2がこの範囲を下回ると、プラズマ198の裾野の重なりが大きくなりすぎる傾向があり、この範囲を上回るとプラズマ198の隙間が大きくなりすぎる傾向があるからである。
The thickness t1 of the portion covering the lower end surface of the
図7は、第2の電極構造体112に代えて採用することができる第2の電極構造体212の模式図である。図7は、第2の電極構造体212の斜視図となっている。
FIG. 7 is a schematic diagram of a
図7に示すように、板形状を有する第2の電極114が鞘形状を有する第2の誘電体バリア116で覆われた第2の電極構造体112に代えて、丸棒形状又は丸パイプ形状を有する第2の電極214が丸パイプ形状を有する第2の誘電体バリア216で覆われた第2の電極構造体212を採用しても、ストリーマ放電を間隙1022に発生させることができる。ただし、第1の電極構造体112には、容易に製造することができるという第2の電極構造体212と比較した有利な点がある。
As shown in FIG. 7, instead of the
(d)第1の誘電体バリア110又は第2の誘電体バリア116の省略;
図2に示すリアクタ102においては、第1の電極構造体104及び第2の電極構造体112の両方が誘電体バリアを備えているが、第1の誘電体バリア110又は第2の誘電体バリア116を省略し、第1の電極構造体104及び第2の電極構造体112の片方のみが誘電体バリアを備えるようにしてもよい。
(D) omission of the first
In the
(e)処理ガス供給体118;
図8は、処理ガス供給体118の模式図である。図8は、処理ガス供給体118の斜視図となっている。
(E)
FIG. 8 is a schematic diagram of the processing
図2及び図8に示すように、処理ガス供給体118は、略直方体の外形形状を有し、その内部には、処理ガスを滞留させるガス溜り1186と、上面1184からガス溜り1186へ処理ガスを導く流路1187と、ガス溜り1186から下面1182へ処理ガスを導く流路1188とが形成される。また、処理ガス供給体118の内部には、ガス溜り1186に接してシャワー板120が設置される。シャワー板120には、直径が0.1〜1mmの貫通孔が1〜20mm間隔で規則的に形成される。なお、シャワー板120に代えて、貫通孔が多数形成された圧損部材、例えば、メッシュの積層体やセラミックスの多孔質体を採用してもよい。
As shown in FIGS. 2 and 8, the processing
処理ガス供給体118は、処理ガスの供給源から供給された処理ガスに流路1187、ガス溜り1186、シャワー板120及び流路1188を順次通過させて処理ガスの流れを均一化した上でスリット形状を有する吹き出し口1189から導入路1024へ処理ガスを噴出する。
The processing
図9は、図2の吹き出し口1189の近傍を拡大した拡大図である。
FIG. 9 is an enlarged view in which the vicinity of the
図9に示すように、流路1188は、吹き出し口1189からの処理ガスの吹き出し方向(矢印D102で示す方向)が導入路1024の延在方向と水平をなす方向であって間隙1022へ向かう第1の方向(矢印D104で示す方向)と導入路の延在方向と垂直をなす方向であって処理ガス供給体118から導入路1024へ向かう第2の方向(矢印D106で示す方向)との中間の方向となるように形成される。したがって、導入路1024へ噴出された処理ガスの大部分は、間隙1022へ向かう方向(矢印D104で示す方向)に流れて間隙1022に流入し、残る小部分は、間隙1022へ向かう方向(矢印D104で示す方向)とは反対の方向に流れて導入路1024への空気の流入を阻害する。これにより、処理ガスへの空気の巻き込みを減らすことができるので、表面処理の効率を向上することができる。
As shown in FIG. 9, the
処理ガスの吹き出し方向は、上述の第1の方向と30−50°をなす方向であることが望ましい。処理ガスの吹き出し方向と第1の方向とがなす角(以下では、「吹き出し角度」という)δがこの範囲外となると、表面処理の効率が低下する傾向があるからである。 The blowing direction of the processing gas is desirably a direction that forms 30-50 ° with the first direction described above. This is because if the angle (hereinafter referred to as “blowing angle”) δ formed between the blowing direction of the processing gas and the first direction is outside this range, the efficiency of the surface treatment tends to decrease.
処理ガスの供給量は、間隙1022の間隔・ワーク190の搬送速度等によっても変化するが、概ね10リットル/分以上であることが望ましい。
The supply amount of the processing gas varies depending on the interval of the
(f)距離調整体122;
距離調整体122は、ガラス・アルミナ等の剛性の高い絶縁材料で構成される。距離調整体122は、直方体形状を有する。距離調整体122は、搬送経路199に垂直に設けられる。距離調整体122の搬送経路上流側の面は処理ガス供給体118と接し、搬送経路下流側の面は第2の電極構造体112と接する。距離調整体122により、吹き出し口1189と間隙1022との距離を離すことができるので、処理ガスが間隙1022に到達するまでに処理ガスの流れを均一化することができ、ワーク190の表面処理を均一に行うことができる。
(F) the
The
距離調整体122の大きさは、吹き出し口1189と第1の電極114とが導入路1024の延在方向に20−40mm離れるように決定することが望ましい。吹き出し口1189と第1の電極114との距離Lがこの範囲外となると表面処理の効率が低下する傾向があるからである。
The size of the
(g)処理ガスの組成;
処理ガスは、窒素ガスを主成分とするガスであることが望ましく、窒素ガスのみからなるガス又は窒素ガス及び酸素ガスからなる混合ガスであることが望ましい。窒素ガス及び酸素ガスからなる混合ガスを処理ガスとする場合、全体に占める酸素ガスの含有量が体積百分率で1−4%であることが望ましい。酸素ガスの含有量がこの範囲内であれば、表面処理の効率を向上することができるからである。
(G) Process gas composition;
The processing gas is desirably a gas mainly composed of nitrogen gas, and is desirably a gas composed of only nitrogen gas or a mixed gas composed of nitrogen gas and oxygen gas. When a mixed gas composed of nitrogen gas and oxygen gas is used as the processing gas, it is desirable that the content of oxygen gas in the whole is 1-4% by volume. This is because the surface treatment efficiency can be improved if the oxygen gas content is within this range.
<4.2 第1のワーク載置台126及び第2のワーク載置台128>
図1に示すように、第1のワーク載置台126及び第2のワーク載置台128は、略直方体形状を有する。第1のワーク載置台126及び第2のワーク載置台128は、それぞれ、リアクタ102の搬送経路上流側及び搬送経路下流側に設置される。第1のワーク載置台126の上面1262及び第2のワーク載置台128の上面1282は平坦になっている。
<4.2 First Work Placement Table 126 and Second Work Placement Table 128>
As shown in FIG. 1, the first workpiece mounting table 126 and the second workpiece mounting table 128 have a substantially rectangular parallelepiped shape. The first workpiece mounting table 126 and the second workpiece mounting table 128 are installed on the upstream side of the transport path and the downstream side of the transport path of the
<4.3 搬送機構130>
図1に示すように、搬送機構130は、ワーク190を上面1322に保持し第1の電極構造体104の上面1042を滑動するワークキャリア132とワークキャリア132を搬送方向に走行させる走行機構たる1軸ステージロボット134とを備える。
<4.3
As shown in FIG. 1, the
ワークキャリア132は、フッ素樹脂等の絶縁体で構成される。なお、厚さが極端に暑くならない場合には、ワークキャリア132を導電体で構成することも許容される。ワークキャリア132は、長尺のシート形状を有している。ワークキャリア132は、第1のワーク載置台126の上面1262からリアクタの102の搬入口1026、導入路1024、間隙1022及びリアクタ102の搬出口1028を経て第2のワーク載置台128の上面1282に渡って延在する。ワークキャリア132は、第1のワーク載置台126の上面1262、第1の誘電体バリア110の上面1102及び第2のワーク載置台128の上面1282に接し、第1のワーク載置台126の上面1262、第1の電極構造体104の上面1042及び第2のワーク載置台128の上面1282を滑動する。
The
1軸ステージロボット134は、第2のワーク載置台128のさらに搬送経路下流側に設置される。1軸ステージロボット134は、移動ステージ138をワーク190の搬送方向に案内する固定レール136と固定レール136に沿って移動する移動ステージ138とを備える。固定レール136は、絶縁ステージ142に固定されている。また、移動ステージ138には、ワークキャリア132の搬送方向下流側の端部が接続されている。これにより、移動ステージ138をワーク190の搬送方向に動かすと、ワークキャリア132がワーク190の搬送方向に走行し、ワークキャリア132が保持しているワーク190が搬送方向に搬送される。
The single-
ワークキャリア132の走行速度すなわちワーク190の搬送速度は、30m/min以下であることが望ましい。ワーク190の搬送速度がこの範囲を上回ると、ワーク190の表面処理の効率が低下する傾向があるからである。
The traveling speed of the
なお、ワークキャリア132と1軸ステージロボット134とを備える搬送機構130に代えて他の種類の搬送機構を採用してもよい。例えば、ワークキャリア132を巻き取るローラ等の他の走行機構を採用してワークキャリア132をワーク190の搬送方向に走行させてもよい。また、複数のローラをワーク190の搬送方向に配列し、当該複数のローラによってワーク190が搬送方向に搬送されるようにしてもよい。
Instead of the
<4.4 搬送機構230>
図10は、搬送機構130に代えて採用することができる搬送機構230の構成の概略を示した断面図である。搬送機構230は、ワーク190を上面1322に保持し第1の電極構造体104の上面1042を滑動するフィルム状のワークキャリア232(以下、搬送用フィルム232とも記載する)と、第1のワーク設置台126のさらに搬送方向上流側に配置され、搬送用フィルム232を払い出す払い出し用ロール233と、第2のワーク設置台128のさらに搬送方向下流側に配置され、搬送フィルム232を巻き取る巻き取り用ロール234と、を備える。
<4.4 Conveying
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an outline of the configuration of a
搬送用フィルム232は、強度の他に、加熱温度に耐えることができる耐熱性と加熱されてもガスや粉塵を発生しないクリーン性とが求められ、例えば厚さが40〜100μm程度のステンレス箔を使用することができる。なお、搬送用フィルム232の材質は必ずしもこれに限定されるものではなく、加熱温度によっては耐熱樹脂フィルムを用いることもできる。
In addition to strength, the
搬送用フィルム232は、払い出し用ロール233に巻かれた状態でセットされており、払い出し用ロール233から引き出された搬送用フィルム232は第1の電極構造体104の上面1042を滑動して巻き取り用ロール234に巻き取られる。これにより、巻き取り用ロール234により搬送用フィルム232を巻き取ると、搬送用フィルム232がワークの搬送方向に走行し、搬送用フィルム232が保持しているワーク190が搬送方向に搬送される。
The
<4.5 高さ調整台140>
図1に示すように、高さ調整台140は、絶縁ステージ142の上面1422に固定され、その上面にはリアクタ102が載置されている。高さ調整台140により、図2に示すように、第1の誘電体バリア110の上面1102の高さは、第1のワーク載置台126の上面1262の高さ及び第2のワーク載置台128の上面1282の高さに合わされる。これにより、ワークキャリア132が平坦な姿勢を維持することができるので、ワークキャリア132を水平に走行させることができ、ワーク190を安定して水平に搬送することができる。
<4.5 Height adjustment stand 140>
As shown in FIG. 1, the height adjusting table 140 is fixed to the
<4.6 パルス電源144>
(a)電源の形式;
パルス電源144は、アーク放電を発生させることなくストリーマ放電を発生させることができる電気パルスを第1の電極106と第2の電極114との間に印加するものであればどのようなものを用いてもよいが、誘導性素子に磁界の形で蓄積したエネルギーを短時間で放出する誘導エネルギー蓄積型(IES;Inductive Energy Storage)の電源(以下では、「IES電源」という)であることが望ましい。これは、IES電源は、容量性素子に電界の形で蓄積したエネルギーを短時間で放出する静電エネルギー蓄積型(CES;Capacitive Energy Storage)の電源(以下では、「CES電源」という)と比較して、著しく大きいエネルギーをリアクタ102に投入することができるからである。典型的には、電極構造が同じならば、IES電源を採用した場合、プラズマを生成する反応に使われる1パルスあたりのエネルギー(以下では、「1パルスエネルギー」という)は、CES電源を採用した場合よりも概ね1桁大きくなる。IES電源とCES電源とのこの相違は、IES電源が発生する電気パルスは電圧の上昇が急激であるのに対して、CES電源が発生する電気パルスは電圧の上昇が緩慢であることにより生じる。すなわち、IES電源を採用した場合、電圧が十分に上昇してから放電が始まり、1パルスエネルギーを十分に大きくすることができるのに対して、CES電源を採用した場合、電圧が十分に上昇しないうちに放電が始まり、1パルスエネルギーを十分に大きくすることができないことにより生じる。
<4.6
(A) Power supply type;
As the
図11〜図13は、IES電源が発生する電気パルス(以下では、「IESパルス」という)及びCES電源が発生する電気パルス(以下では、「CESパルス」という)の概略の波形を示す図である。図11(a)及び図11(b)は、それぞれ、IESパルス及びCESパルスの電圧波形、図12(a)及び図12(b)は、それぞれ、IESパルス及びCESパルスの電流波形、図13(a)及び図13(b)は、それぞれ、IESパルス及びCESパルスの電圧と電流との積の波形を示す図である。 FIGS. 11 to 13 are diagrams showing schematic waveforms of an electric pulse generated by the IES power supply (hereinafter referred to as “IES pulse”) and an electric pulse generated by the CES power supply (hereinafter referred to as “CES pulse”). is there. 11A and 11B are voltage waveforms of the IES pulse and the CES pulse, respectively. FIGS. 12A and 12B are current waveforms of the IES pulse and the CES pulse, respectively. (A) and FIG.13 (b) are figures which show the waveform of the product of the voltage and electric current of an IES pulse and a CES pulse, respectively.
1パルスエネルギーは、図13(a)及び図13(b)に示す電圧と電流との積を時間で積分することにより算出される。図11及び図12に示すように、電流は、電圧の上昇とほぼ同期して正方向に流れ、電圧の下降とほぼ同期して負方向に流れるので、1パルスエネルギーは、図13(a)及び図13(b)における波形が正になる領域Aの面積から波形が負になる領域Bの面積を減じた面積に比例する。 One pulse energy is calculated by integrating the product of the voltage and current shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b) over time. As shown in FIG. 11 and FIG. 12, the current flows in the positive direction almost synchronously with the voltage increase, and flows in the negative direction almost synchronously with the voltage decrease. And it is proportional to the area which reduced the area of the area | region B where a waveform becomes negative from the area of the area | region A where the waveform becomes positive in FIG.13 (b).
(b)スイッチング素子;
IES電源としては、静電誘導型サイリスタ(以下では、「SIサイリスタ」という)を誘導性素子への電流の供給を制御するスイッチング素子として用いた電源を採用することが望ましい。SIサイリスタをスイッチング素子として用いることにより、立ち上がりの速い電気パルスを発生することができるので、上述のストリーマ放電を容易に発生させることができるからである。SIサイリスタをスイッチング素子として用いることにより立ち上がりの速い電気パルスを発生することができるのは、SIサイリスタは、ゲートが絶縁されておらずゲートから高速にキャリアを引き抜くことができるので、高速にターンオフすることができるからである。IES電源の動作原理等の詳細は、例えば、飯田克二、佐久間健:「SIサイリスタによる極短パルス発生回路(IES回路)」、SIデバイスシンポジウム講演論文集、Vol.15,Page.40−45(2002年6月14日発行)に記載されている。
(B) a switching element;
As the IES power supply, it is desirable to employ a power supply using an electrostatic induction thyristor (hereinafter referred to as “SI thyristor”) as a switching element for controlling the supply of current to the inductive element. This is because by using the SI thyristor as a switching element, an electrical pulse having a fast rise can be generated, and thus the above-described streamer discharge can be easily generated. The use of the SI thyristor as a switching element can generate an electrical pulse that rises quickly, because the SI thyristor is not insulated from the gate and can quickly extract carriers from the gate, so it turns off at high speed. Because it can. For details on the operating principle of the IES power supply, see, for example, Katsuji Iida, Ken Sakuma: “Ultra-short pulse generation circuit using an SI thyristor (IES circuit)”, SI Device Symposium Proceedings, Vol. 15, Page. 40-45 (issued on June 14, 2002).
(c)SIサイリスタ158をスイッチング素子として用いたIES電源150の回路図;
図14は、パルス電源144に好適に用いることができるSIサイリスタ158をスイッチング素子として用いたIES電源150の回路図である。もちろん、図14に示す回路図は一例にすぎず、様々に変形することができる。
(C) a circuit diagram of an
FIG. 14 is a circuit diagram of an
図14に示すように、IES電源150は、電気エネルギーを供給する直流電源152と直流電源152の放電能力を強化するキャパシタ154とを備える。
As shown in FIG. 14, the
直流電源152の電圧は、IES電源150が発生させる電気パルスのピーク電圧より著しく低い電圧であることが許容される。例えば、後述する昇圧トランス156の1次側に発生させる1次側電圧V1のピーク電圧が4kVに達しても、直流電源152の電圧は数10〜数100Vで足りる。この電圧の下限は後述するSIサイリスタ158のラッチング電圧によって決まる。IES回路150は、このような低電圧の直流電源152を電気エネルギー源として利用可能であるので、小型・低コストに構築可能である。
The voltage of the
キャパシタ154は、直流電源152と並列に接続される。キャパシタ154は、直流電源152のインピーダンスを見かけ上低下させることにより直流電源152の放電能力を強化する。
IES電源150は、さらに、昇圧トランス156、SIサイリスタ158、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)160、ゲート駆動回路162及びダイオード164を備える。
The
IES電源150では、直流電源152と、昇圧トランス156の1次側と、SIサイリスタ158のアノード(A)・カソード(K)間と、MOSFET160のドレイン(D)・ソース(S)間とが直列接続される。すなわち、昇圧トランス156の1次側の一端が直流電源152の正極に、昇圧トランス156の1次側の他端がSIサイリスタ158のアノードに、SIサイリスタ158のカソード(K)がMOSFET160のドレイン(D)に、MOSFET160のソース(S)が直流電源152の負極に接続される。これにより、直流電源152からこれらの回路素子に電流を供給可能になる。また、IES電源150では、SIサイリスタ158のゲート(G)がダイオード164を介して昇圧トランス156の1次側の一端と並列接続される。すなわち、SIサイリスタ158のゲート(G)がダイオード164のアノード(A)に、ダイオード164のカソード(K)が昇圧トランス156の1次側の一端(直流電源152の正極)に接続される。FETのゲート(G)・ソース(S)間には、ゲート駆動回路162が接続される。
In the
昇圧トランス156は、1次側に与えられた電気パルスをさらに昇圧して2次側に出力する。昇圧トランス156の2次側には負荷(ここでは、第1の電極106と第2の電極114との間)166が接続される。昇圧トランス156の1次側は自己インダクタンスを有する誘導性素子になっている。
The step-up
SIサイリスタ158は、ゲート(G)に与えられる信号に応答してターンオン及びターンオフが可能である。
The
MOSFET160は、ゲート駆動回路162から与えられる信号に応答してドレイン(D)・ソース(S)間の導通状態が変化するスイッチング素子である。MOSFET160のオン電圧ないしはオン抵抗は低いことが望ましい。また、MOSFET160の耐圧は直流電源152の電圧より高いことを要する。
The
ダイオード164は、SIサイリスタ158のゲート(G)に正バイアスを与えた場合に流れる電流を阻止するため、すなわち、SIサイリスタ158のゲート(G)に正バイアスを与えた場合にSIサイリスタ158が電流駆動とならないようにするために設けられる。
The
(d)SIサイリスタ158をスイッチング素子として用いたIES電源150の動作の概略;
IES電源150に電気パルスを発生させる場合、まず、ゲート駆動回路162からMOSFET164のゲートにオン信号を与え、MOSFET160のドレイン(D)・ソース(S)間を導通状態にする。すると、SIサイリスタ158はノーマリオン型のスイッチング素子であってSIサイリスタ158のアノード(A)・カソード(K)間は導通状態となっているので、昇圧トランス156の1次側に電流が流れる。この状態においては、SIサイリスタ158のゲート(G)に正バイアスが与えられるので、SIサイリスタ158のアノード(A)・カソード(K)間の導通状態は維持される。
(D) Outline of operation of
When an electric pulse is generated in the
続いて、ゲート駆動回路162からMOSFET164へオン信号を与えることを中止し、MOSFET160のドレイン(D)・ソース(S)間を非導通状態にする。すると、SIサイリスタ158のゲート(G)からキャリアが電流駆動により高速に排出されSIサイリスタ158のアノード(A)・カソード(K)間が非導通状態となるので、昇圧トランス156の1次側への電流が流入が高速に停止される。これにより、昇圧トランス156の1次側には誘導起電力が発生し、昇圧トランス156の2次側にも高圧が発生する。
Subsequently, the application of an ON signal from the
(e)IGBT258をスイッチング素子として用いたIES電源250の回路図;
図15は、SIサイリスタ158に代えて採用することができるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)258をスイッチング素子として用いたIES電源250の回路図である。なお、IES電源150と同様の構成要素は、同じ参照番号を付して説明を省略する。もちろん、図15に示す回路図は一例にすぎず、様々に変形することができる。
(E) a circuit diagram of an
FIG. 15 is a circuit diagram of an
IES電源250では、直流電源152と、昇圧トランス156の1次側と、IGBT258のコレクタ(C)・エミッタ(E)間とが直列接続される。すなわち、昇圧トランス156の一次側の一端が直流電源152の正極に、昇圧トランス156の一次側の他端がIGBT258のコレクタ(C)に、IGBT258のエミッタ(E)が直流電源152の負極に接続される。これにより、直流電源152からこれらの回路素子に電流を供給可能になる。また、IES電源250では、IGBT258のゲート(G)・エミッタ(E)間には、ゲート駆動回路162が接続される。
In the
IGBT258は、ゲート駆動回路162から与えられる信号に応答してコレクタ(C)・エミッタ(E)間の導通状態が変化するスイッチング素子である。
The
(f)IGBT258をスイッチング素子として用いたIES電源250の動作の概略;
IES電源250に電気パルスを発生させる場合、まず、ゲート駆動回路162からIGBT258のゲート(G)にオン信号を与え、IGBT258のコレクタ(C)・エミッタ(E)間が導通状態になり、昇圧トランス156の1次側に電流が流れる。
(F) Outline of operation of
When an electric pulse is generated in the
続いて、ゲート駆動回路162からIGBT258へオン信号を与えることを中止し、IGBT258のコレクタ(C)・エミッタ(E)間を非導通状態にすると、昇圧トランス156の1次側への電流の流入が高速に停止される。これにより、昇圧トランス156の1次側には誘導起電力が発生し、昇圧トランス156の2次側にも高圧が発生する。
Subsequently, when the ON signal is stopped from the
(g)1パルスエネルギー密度;
第1の電極106と第2の電極114との対の各々に供給される電気パルスの1パルスエネルギーを当該対の各々を構成する第1の電極106と第2の電極114との対向面積、すなわち、当該対の各々を構成する第2の電極114を当該対の各々を構成する第1の電極106に投影したときの投影面積の合計で除した1パルスあたりのエネルギー密度(以下では、「1パルスエネルギー密度」という)は、0.1−10mJ/cm2であることが望ましい。この範囲内であれば、ワーク190の表面処理の効率を特に向上することができるからである。1パルスエネルギー密度がこの範囲より小さくなると均一なプラズマを発生させることが困難になる傾向があり、この範囲より大きくなると印加する電気パルスの周波数が上げられないため良好な表面処理を行うことが困難になる傾向がある。
(G) 1 pulse energy density;
1 pulse energy of an electric pulse supplied to each of the pair of the
SIサイリスタ158をスイッチング素子として用いたIES電源150を表面処理装置100においてパルス電源144に用いた場合、1個の第1の電極106と第2の電極114との対に供給される1パルスエネルギーは、約5mJとなる。このため、表面処理装置100では、上述の望ましい範囲内に含まれる約0.1mJ/cm2の1パルスエネルギー密度を得るために、対向面積が50cm2となるようにそれぞれの第2の電極114の幅を40cm、厚さ(搬送方向の長さ)を0.625cmとしている(表面処理装置100では2本の第2の電極114を備えており、対向面積は、40cm×0.625cm×2本=50cm2となる)。もちろん、上述の好ましい範囲内の1パルスエネルギー密度を得ることができる限度内で第1の電極106及び第2の電極114の両方又は片方の形状や寸法を変更してもよい。
When the
なお、表面処理装置100においてIES電源150に変えてCES電源を採用した場合、1個の第1の電極106と第2の電極114との対に供給される1パルスエネルギーは約2mJとなる。このため、対向面積が50cm2であれば、1パルスエネルギー密度は約0.04mJ/cm2と著しく小さくなる。このことは、第2の電極114と垂直な第1の電極106に代えて第2の電極114と平行な第1の電極を採用しても同じである。すなわち、第2の電極114と平行な第1の電極を採用しても、IES電源150を採用した場合は1パルスエネルギー密度は約0.1mJ/cm2であるのに対して、CES電源を採用した場合は1パルスエネルギー密度は0.04mJ/cm2以下と著しく小さくなる。
In addition, when the
また、「背景技術」の欄で言及した特許文献2の表面改質装置では、陽極が0.5mmの丸棒という極めて細いものであるため、1パルスエネルギー密度は、著しく大きくなる。例えば、陽極の幅が20cmであるとすれば、1パルスエネルギー密度約5mJ/cm2となる。
Further, in the surface reforming apparatus disclosed in
<5 被処理物>
表面処理装置100が処理するワーク190は、主に、半導体基板・ガラス基板等の板形状物である。ただし、表面処理装置100は、ポリエチレンシート・ポリプロピレンシート等の長尺のシート形状物の表面処理を行うこともできる。この場合、ワークキャリア132に代えて被処理物たるシート形状物を走行させ、シート形状物に間隙1022を通過させればよい。
<5 Workpiece>
The
<6 表面処理装置100を用いて行う表面処理の方法>
次に、図1及び図2を参照して、上述のように構成した表面処理装置100を用いて行う表面処理の方法について説明する。
<6 Surface Treatment Method Performed Using
Next, a surface treatment method performed using the
はじめに、第1のワーク設置台126上のワークキャリア132の上にワーク190を載置する。続いて、ワークキャリア132の搬送方向下流側の端部が接続された移動ステージ138を搬送方向に動かして、ワーク190を搬送方向に搬送させる。
First, the
次に、パルス電源144(IES電源150)により第1の電極106と第2の電極114との間に電気パルスを繰り返し印加する。このとき、処理ガス供給体118により吹き出し口1189から導入路1024へ窒素ガスを主成分とする処理ガスを供給する。すると、活性が極めて高い窒素ラジカルを含むプラズマが間隙1022に一様に発生する。そして、ストリーマ放電が発生している間隙1022をワーク190に通過させることによって、窒素ラジカルを被処理領域192に化学的に作用させる。そして、第2のワーク設置台128の上まで搬送された後にワーク190を取り出す。
Next, an electric pulse is repeatedly applied between the
このような表面処理の方法を用いることにより、複数の被処理物又は長尺の被処理物の表面処理を連続して効率よく行うことができる。 By using such a surface treatment method, surface treatment of a plurality of objects to be processed or a long object to be processed can be performed continuously and efficiently.
<7 実験>
以下では、上述の表面処理装置を用いてガラス基板の表面処理を行った実験について説明する。なお、特に条件を記載しない場合は、パルストランス・インダクタンスが20μHでありSIサイリスタをスイッチング素子として用いたIES電源を用いて、半値幅FWHMが800nsの電気パルスを印加し、ガラス基板の搬送速度が10m/分、表面処理を行う前の水接触角θが55°、間隙1022の間隔が5mmの条件で実験を行った。もちろん、以下で説明する実験においては、検討対象とする因子以外の影響を十分に小さくするための配慮を行っている。
<7 Experiment>
Below, the experiment which performed the surface treatment of the glass substrate using the above-mentioned surface treatment apparatus is demonstrated. Unless otherwise specified, using an IES power supply with a pulse transformer / inductance of 20 μH and an SI thyristor as a switching element, an electric pulse with a half-value width FWHM of 800 ns was applied, and the glass substrate transport speed was The experiment was conducted under the conditions of 10 m / min, the water contact angle θ before the surface treatment was 55 °, and the
<7.1 表面処理による水接触角θの変化>
本実験では、SIサイリスタをスイッチング素子として用いたIES電源を用いる場合、およびIGBTをスイッチング素子として用いたIES電源を用いる場合のそれぞれにおいて、ガラス基板の表面の水に対する接触角(以下では、「水接触角」という)θの表面処理による変化を調査した。SIサイリスタをスイッチング素子として用いる場合、IES電源のパルストランス・インダクタンスは20μH、印加した電気パルスのピーク電圧は25kV、半値幅FWHMは800ns、周波数は20kHz、電力は400Wである。一方、IGBTをスイッチング素子として用いる場合、IES電源のパルストランス・インダクタンスは1mH、印加した電気パルスのピーク電圧は25kV、半値幅FWHMは10μs、周波数は5kHz、電力は200Wである。
<7.1 Change in water contact angle θ due to surface treatment>
In this experiment, when using an IES power source using an SI thyristor as a switching element and when using an IES power source using an IGBT as a switching element, the contact angle (hereinafter referred to as “water” Changes in the surface treatment of θ) (referred to as “contact angle”) were investigated. When the SI thyristor is used as a switching element, the pulse transformer / inductance of the IES power supply is 20 μH, the peak voltage of the applied electric pulse is 25 kV, the full width at half maximum FWHM is 800 ns, the frequency is 20 kHz, and the power is 400 W. On the other hand, when the IGBT is used as a switching element, the pulse transformer / inductance of the IES power supply is 1 mH, the peak voltage of the applied electric pulse is 25 kV, the full width at half maximum FWHM is 10 μs, the frequency is 5 kHz, and the power is 200 W.
その結果、SIサイリスタをスイッチング素子として用いる場合、表面処理を行う前においては、水接触角θは55°であり、ガラス基板の表面は撥水性であったが、表面処理を行った後においては、水接触角θは測定可能な5°を下回り、ガラス基板の表面は親水性となっていた。一方、IGBTをスイッチング素子として用いる場合、表面処理を行う前においては、水接触角θは55°であり、ガラス基板の表面は撥水性であったが、表面処理を行った後においては、水接触角θは6°となり、ガラス基板の表面は親水性となっていた。このように、IES電源を用いることで良好な表面処理を行うことができることが確認された。 As a result, when the SI thyristor is used as a switching element, the water contact angle θ is 55 ° before the surface treatment and the surface of the glass substrate is water-repellent, but after the surface treatment is performed. The water contact angle θ was less than measurable 5 °, and the surface of the glass substrate was hydrophilic. On the other hand, when the IGBT is used as a switching element, the water contact angle θ is 55 ° before the surface treatment and the surface of the glass substrate is water-repellent. The contact angle θ was 6 °, and the surface of the glass substrate was hydrophilic. Thus, it was confirmed that a favorable surface treatment can be performed by using an IES power source.
<7.2 最大搬送速度及びワーク温度上昇に対する電源の形式及び処理ガスの組成の影響>
本実験では、最大搬送速度及びワーク温度上昇に対する電源の形式及び処理ガスの組成の影響を調査した。その結果を図16の一覧表に示す。
<7.2 Effects of power supply type and processing gas composition on maximum transfer speed and workpiece temperature rise>
In this experiment, the influence of the type of power supply and the composition of the processing gas on the maximum transfer speed and workpiece temperature rise was investigated. The results are shown in the list of FIG.
本実験では、電源の形式として誘導エネルギー蓄積型及び静電エネルギー蓄積型の2水準、処理ガスの組成として窒素ガス100%及び窒素ガス98%+酸素ガス2%(体積百分率)の2水準を設定した。「最大搬送速度」とは、ガラス基板の表面に定められた7箇所の全ての水接触角θを50°から5°まで低下させることができるガラス基板の搬送速度の最大値である。「ワーク温度上昇」とは、最大搬送速度でガラス基板を搬送したときのガラス基板の温度の上昇量である。処理ガスの供給量は30リットル/分、印加した電気パルスの電力は500W、間隙1022の間隔は5mmである。ワークたるガラス基板は辺長が350mmで板厚が1.1mmの正方形板である。
In this experiment, two levels of inductive energy storage type and electrostatic energy storage type are set as the type of power supply, and two levels of
図16に示すように、電源の形式が静電エネルギー蓄積型である場合よりも誘導エネルギー蓄積型である場合の方が、最大搬送速度は速くなり、温度上昇は小さくなった。これは、静電エネルギー蓄積型の電源を採用した場合、表面処理の均一性が小さくなるので、ガラス基板を高速に搬送すると表面処理が不十分な箇所が発生するのに対して、誘導エネルギー蓄積型の電源を採用した場合、表面処理の均一性が高くなるので、ガラス基板を高速に搬送しても表面処理が不十分な箇所が発生しないことによる。 As shown in FIG. 16, the maximum conveyance speed was faster and the temperature increase was smaller when the power source type was the inductive energy storage type than when it was the electrostatic energy storage type. This is because when the electrostatic energy storage type power supply is used, the uniformity of the surface treatment becomes small, and when the glass substrate is transported at a high speed, there are places where the surface treatment is insufficient. When the power source of the mold is adopted, the uniformity of the surface treatment becomes high, so that a portion where the surface treatment is insufficient does not occur even when the glass substrate is conveyed at a high speed.
このような温度上昇の抑制は、有機EL装置の製造におけるアッシング工程やマスク洗浄工程において有機EL基板やマスクへのダメージを回避するために有効である。すなわち、有機EL装置の製造においてはワークの温度を100℃未満にする必要があるが、ワークに付着した有機膜の除去には数分以上の時間が必要であるため、静電エネルギー蓄積型の電源を採用した場合はワークを冷却する必要があるのに対して、誘導エネルギー蓄積型の電源を採用した場合はその必要がない。 Such suppression of temperature rise is effective for avoiding damage to the organic EL substrate and the mask in the ashing process and the mask cleaning process in the manufacture of the organic EL device. That is, in the manufacture of the organic EL device, the temperature of the workpiece needs to be lower than 100 ° C., but it takes several minutes or more to remove the organic film attached to the workpiece. When the power supply is adopted, the work needs to be cooled, whereas when the induction energy storage type power supply is adopted, it is not necessary.
また、図16に示すように、処理ガスの組成が窒素ガス100%である場合よりも窒素ガス98%+酸素ガス2%である場合の方が最大搬送速度は速くなり、温度上昇は小さくなった。これは、窒素ガス100%よりも窒素ガス98%+酸素ガス2%の処理ガスを採用した場合の方が表面処理の効率を向上することができることによる。
Further, as shown in FIG. 16, the maximum conveyance speed is faster and the temperature rise is smaller when the composition of the processing gas is 98% nitrogen gas + 2% oxygen gas than when the composition is 100% nitrogen gas. It was. This is because the efficiency of the surface treatment can be improved when the treatment gas of
<7.3 水接触角θに対する酸素含有量の影響>
本実験では、水接触角θに対する酸素含有量の影響を調査した。その結果を図17のグラフに示す。図17のグラフには、水接触角θの平均値の変化が実線で、水接触角θのバラツキの変化が点線で示されている。処理ガスの供給量は30リットル/分、印加した電気パルスの電力は400W、ガラス基板の搬送速度は10m/分、吹き出し角度δは45°、吹き出し口と第1の電極との距離Lは30mmである。ガラス基板は辺長が300mmで板厚が1.1mmの正方形板である。
<7.3 Effect of Oxygen Content on Water Contact Angle θ>
In this experiment, the influence of the oxygen content on the water contact angle θ was investigated. The result is shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 17, the change in the average value of the water contact angle θ is indicated by a solid line, and the change in the variation of the water contact angle θ is indicated by a dotted line. The processing gas supply rate is 30 liters / minute, the applied electric pulse power is 400 W, the glass substrate transport speed is 10 m / minute, the blowing angle δ is 45 °, and the distance L between the blowing port and the first electrode is 30 mm. It is. The glass substrate is a square plate having a side length of 300 mm and a plate thickness of 1.1 mm.
図17に示すように、酸素ガスの含有量が1−4%の範囲内である場合に水接触角θの平均値が小さくなった。 As shown in FIG. 17, the average value of the water contact angle θ was small when the oxygen gas content was in the range of 1-4%.
<7.4 水接触角θに対する吹き出し角度δの影響>
本実験では、水接触角θに対する吹き出し角度δの影響を調査した。その結果を図18に示す。図18のグラフには、ガラス基板の搬送速度が10m/分である場合の水接触角θが実線で、25m/分である場合の水接触角θが点線で示されている。処理ガスの供給量は30リットル/分、処理ガスの組成は窒素98%+酸素2%、印加した電気パルスの電力は400W、吹き出し口と第1の電極との距離Lは30mmである。ガラス基板は辺長が300mmで板厚が1.1mmの正方形板である。
<7.4 Influence of the blowing angle δ on the water contact angle θ>
In this experiment, the influence of the blowing angle δ on the water contact angle θ was investigated. The result is shown in FIG. In the graph of FIG. 18, the water contact angle θ when the glass substrate conveyance speed is 10 m / min is indicated by a solid line, and the water contact angle θ when it is 25 m / min is indicated by a dotted line. The supply amount of the processing gas is 30 liters / minute, the composition of the processing gas is 98% nitrogen + 2% oxygen, the power of the applied electric pulse is 400 W, and the distance L between the outlet and the first electrode is 30 mm. The glass substrate is a square plate having a side length of 300 mm and a plate thickness of 1.1 mm.
図18に示すように、吹き出し角度δが概ね30−50°の範囲内である場合に水接触角θが小さくなった。 As shown in FIG. 18, the water contact angle θ was small when the blowing angle δ was approximately in the range of 30-50 °.
<7.5 水接触角θに対する搬送速度の影響>
本実験では、水接触角θに対する搬送速度の影響を調査した。その結果を図19に示す。図19のグラフには、水接触角θの平均値が実線で、水接触角θのバラツキが点線で示されている。処理ガスの供給量は30リットル/分、処理ガスの組成は窒素98%+酸素2%、印加した電気パルスの電力は400W、吹き出し角度δは45°、吹き出し口と第1の電極との距離Lは30mmである。ガラス基板は辺長が300mmで板厚が1.1mmの正方形板である。
<7.5 Effect of transport speed on water contact angle θ>
In this experiment, the influence of the conveyance speed on the water contact angle θ was investigated. The result is shown in FIG. In the graph of FIG. 19, the average value of the water contact angle θ is indicated by a solid line, and the variation of the water contact angle θ is indicated by a dotted line. The supply amount of the processing gas is 30 liters / minute, the composition of the processing gas is 98% nitrogen + 2% oxygen, the power of the applied electric pulse is 400 W, the blowing angle δ is 45 °, and the distance between the blowing port and the first electrode L is 30 mm. The glass substrate is a square plate having a side length of 300 mm and a plate thickness of 1.1 mm.
図19に示すように、ガラス基板の搬送速度が25m/min以下の場合、ガラス基板の搬送速度が速くなるほど水接触角θの平均値は大きくなる。しかし。ガラス基板の搬送速度が25m/min以下の場合、水接触角θのバラツキは2°以下である。許容される水接触角θのバラツキは、ガラス基板の使用目的その他の事情によって異なるが、水接触角θのバラツキが2°以下であれば、ほとんどの場合において十分であると考えられる。このような小さなバラツキは、パルス電源にIES電源を使用したことによるものであって、CES電源を使用した場合には実現することができない。 As shown in FIG. 19, when the conveyance speed of a glass substrate is 25 m / min or less, the average value of water contact angle (theta) becomes large, so that the conveyance speed of a glass substrate becomes high. However. When the conveyance speed of the glass substrate is 25 m / min or less, the variation in the water contact angle θ is 2 ° or less. The allowable variation in the water contact angle θ varies depending on the purpose of use of the glass substrate and other circumstances, but if the variation in the water contact angle θ is 2 ° or less, it is considered sufficient in most cases. Such a small variation is due to the use of an IES power supply as a pulse power supply, and cannot be realized when a CES power supply is used.
<7.6 水接触角θに対する吹き出し口と第1の電極との距離Lの影響>
本実験では、水接触角θに対する吹き出し口と第1の電極との距離Lの影響を調査した。その結果を図20に示す。図20のグラフには、ガラス基板の搬送速度が10m/分である場合の水接触角θが実線で、25m/分である場合の水接触角θが点線で示されている。処理ガスの供給量は30リットル/分、処理ガスの組成は窒素98%+酸素2%、印加した電気パルスの電力は400W、吹き出し角度δは45°である。ガラス基板は辺長が300mmで板厚が1.1mmの正方形板である。
<7.6 Effect of Distance L between Blowout Port and First Electrode on Water Contact Angle θ>
In this experiment, the influence of the distance L between the outlet and the first electrode on the water contact angle θ was investigated. The result is shown in FIG. In the graph of FIG. 20, the water contact angle θ when the conveyance speed of the glass substrate is 10 m / min is indicated by a solid line, and the water contact angle θ when it is 25 m / min is indicated by a dotted line. The supply amount of the processing gas is 30 liters / minute, the composition of the processing gas is 98% nitrogen + 2% oxygen, the power of the applied electric pulse is 400 W, and the blowing angle δ is 45 °. The glass substrate is a square plate having a side length of 300 mm and a plate thickness of 1.1 mm.
図20に示すように、概ね、吹き出し口と第1の電極との距離が概ね20−40mmの範囲である場合に水接触角θが小さくなった。 As shown in FIG. 20, the water contact angle θ was generally small when the distance between the outlet and the first electrode was approximately in the range of 20-40 mm.
<7.7 水接触角θに対する1パルスエネルギー密度の影響>
本実験では、水接触角θに対する1パルスエネルギー密度の影響を調査した。その結果を表1、表2および図21に示す。図21のグラフには、表1の条件の下、パルストランス・インダクタンスが20μHのIES電源を用いて半値幅FWHMが800nsの電気パルスを印加したものが実線で、表2の条件の下、パルストランス・インダクタンスが1mHのIES電源を用いて半値幅FWHMが10μsの電気パルスを印加したものが点線で示されている。それぞれの実施例において、処理ガスの供給量は30リットル/分、処理ガスの組成は窒素98%+酸素2%、吹き出し口と第1の電極との距離Lは30mmである。ワークたるガラス基板は辺長が300mmで板厚が1.1mmの正方形板である。
<7.7 Effect of 1-pulse energy density on water contact angle θ>
In this experiment, the influence of one-pulse energy density on the water contact angle θ was investigated. The results are shown in Table 1, Table 2 and FIG. In the graph of FIG. 21, a solid line is obtained by applying an electrical pulse having a half-width FWHM of 800 ns using an IES power source having a pulse transformer / inductance of 20 μH under the conditions shown in Table 1. A dotted line indicates that an electrical pulse having a half-value width FWHM of 10 μs is applied using an IES power source having a transformer inductance of 1 mH. In each example, the supply amount of the processing gas is 30 liters / minute, the composition of the processing gas is 98% nitrogen + 2% oxygen, and the distance L between the outlet and the first electrode is 30 mm. The glass substrate which is a workpiece is a square plate having a side length of 300 mm and a plate thickness of 1.1 mm.
図22(a)は、半値幅FWHMが800nsの電気パルスを印加する場合における、第1の電極構造体と第2の電極構造体の構成の概略を示した図である。第2の電極はステンレスで構成され、第2の誘電体バリアは石英で構成されている。一方、図22(b)は、半値幅FWHMが10μsの電気パルスを印加する場合における、第1の電極構造体と第2の電極構造体の構成の概略を示した図である。第2の電極は丸棒形状のタングステンで構成され、第2の誘電体バリアは丸パイプ形状の石英で構成されている。 FIG. 22A is a diagram showing an outline of the configuration of the first electrode structure and the second electrode structure when an electric pulse with a half width FWHM of 800 ns is applied. The second electrode is made of stainless steel, and the second dielectric barrier is made of quartz. On the other hand, FIG. 22B is a diagram showing an outline of the configuration of the first electrode structure and the second electrode structure when an electric pulse with a half-value width FWHM of 10 μs is applied. The second electrode is made of tungsten having a round bar shape, and the second dielectric barrier is made of quartz having a round pipe shape.
図21に示すように、半値幅FWHMが800nsの電気パルスを印加した場合および半値幅FWHMが10μsの電気パルスを印加した場合のどちらの場合も、1パルスエネルギー密度が概ね0.1−10mJ/cm2の範囲内である場合に水接触角θが小さくなった。このように、1パルスエネルギー密度が概ね0.1−10mJ/cm2の範囲内であれば、ワークの表面処理の効率を向上することができることが確認された。 As shown in FIG. 21, in both cases of applying an electric pulse with a half-value width FWHM of 800 ns and applying an electric pulse with a half-value width FWHM of 10 μs, the one-pulse energy density is approximately 0.1-10 mJ / The water contact angle θ was small when it was within the range of cm 2 . As described above, it was confirmed that the efficiency of the surface treatment of the workpiece can be improved if the one-pulse energy density is approximately in the range of 0.1-10 mJ / cm 2 .
<7.8 水接触角θに対する電極間隔の影響>
本実験では、水接触角θに対する間隙1022の間隔の影響を調査した。その結果を表3および図23に示す。図23のグラフには、表3の条件の下、パルストランス・インダクタンスが1mHのIES電源を用いて半値幅FWHMが10μsの電気パルスを印加したときの、水接触角θの平均値の変化が実線で、水接触角θのバラツキの変化が点線で示されている。それぞれの実施例において、処理ガスの供給量は30リットル/分、処理ガスの組成は窒素98%+酸素2%、吹き出し口と第1の電極との距離Lは30mmである。ワークたるガラス基板は辺長が18mmで板厚が0.2mmの正方形板であり、5個のガラス基板をワークキャリア上に乗せて搬送した。
<7.8 Effect of electrode spacing on water contact angle θ>
In this experiment, the influence of the
図24は、本実験における第1の電極構造体と第2の電極構造体の構成の概略を示した図である。第2の電極は丸棒形状のタングステンで構成され、第2の誘電体バリアは丸パイプ形状の石英で構成されている。図24中に示す矢印は、ガラス基板の搬送方向を示している。図25は、ワークキャリアの上にガラス基板が配置された様子を示した図である。図25に示すように、5個のガラス基板は搬送方向に垂直な線上に配置されている。 FIG. 24 is a diagram showing an outline of the configuration of the first electrode structure and the second electrode structure in this experiment. The second electrode is made of tungsten having a round bar shape, and the second dielectric barrier is made of quartz having a round pipe shape. The arrow shown in FIG. 24 has shown the conveyance direction of the glass substrate. FIG. 25 is a diagram illustrating a state in which the glass substrate is disposed on the work carrier. As shown in FIG. 25, the five glass substrates are arranged on a line perpendicular to the transport direction.
図23に示すように、間隙1022の間隔が1.0−5.0mmの範囲内である場合に水接触角θのバラツキが小さくなった。このように、間隙1022の間隔が1〜5mmであることで、間隙1022にストリーマ放電を均一に発生させることができることが確認された。
As shown in FIG. 23, the variation in the water contact angle θ was small when the
<8 その他>
上記の説明は、全ての局面において例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
<8 Others>
The above description is illustrative in all aspects, and the present invention is not limited thereto. It is understood that countless variations that are not illustrated can be envisaged without departing from the scope of the present invention.
100 表面処理装置
102 リアクタ
104 第1の電極構造体
106 第1の電極
108 ホルダ
110 第1の誘電体バリア
112 第2の電極構造体
114 第2の電極
116 第2の誘電体バリア
118 処理ガス供給体
120 シャワー板
122 距離調整体
124 ハウジング
126 第1のワーク載置台
128 第2のワーク載置台
130 搬送機構
132 ワークキャリア
134 1軸ステージロボット
136 固定レール
138 移動ステージ
140 高さ調整台
142 絶縁ステージ
144 パルス電源
150 IES回路
158 静電誘導型サイリスタ(SIサイリスタ)
190 ワーク
DESCRIPTION OF
190 Workpiece
Claims (15)
第1の電極を備える第1の電極構造体と、
第2の電極を備え前記第1の電極構造体と対向する第2の電極構造体と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電気パルスを繰り返し印加するパルス電源と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間への電気パルスの印加によりストリーマ放電が発生している前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙を被処理物に通過させる搬送機構と、
被処理物の搬送経路の上流側から窒素ガスを主成分とする処理ガスを前記間隙に供給する処理ガス供給体と、
を備える表面処理装置。 A surface treatment apparatus,
A first electrode structure comprising a first electrode;
A second electrode structure comprising a second electrode and facing the first electrode structure;
A pulse power source that repeatedly applies an electric pulse between the first electrode and the second electrode;
A gap between the first electrode structure and the second electrode structure in which streamer discharge is generated by applying an electric pulse between the first electrode and the second electrode is processed. A transport mechanism to pass through,
A processing gas supply body for supplying a processing gas mainly composed of nitrogen gas into the gap from the upstream side of the conveyance path of the workpiece;
A surface treatment apparatus comprising:
前記パルス電源は、
誘導エネルギー蓄積型の電源である、
表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 1,
The pulse power supply is
An inductive energy storage type power supply,
Surface treatment equipment.
前記第1の電極と前記第2の電極との対の各々に供給されプラズマを生成する反応に使われる電気パルスの1パルスあたりのエネルギーを当該対の各々を構成する前記第1の電極と前記第2の電極との対向面積で除した1パルスあたりのエネルギー密度が0.1−10mJ/cm2である、
表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 2,
The first electrode constituting each of the pair, and the energy per pulse of the electric pulse supplied to each of the pair of the first electrode and the second electrode and used for the reaction for generating plasma. The energy density per pulse divided by the area facing the second electrode is 0.1-10 mJ / cm 2 ;
Surface treatment equipment.
前記第1の電極構造体は、
第1の誘電体バリア、
をさらに備える表面処理装置。 In the surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The first electrode structure includes:
A first dielectric barrier;
A surface treatment apparatus further comprising:
前記第2の電極構造体は、
第2の誘電体バリア、
をさらに備える表面処理装置。 In the surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The second electrode structure is
A second dielectric barrier;
A surface treatment apparatus further comprising:
前記処理ガス供給体は、
窒素ガス及び酸素ガスからなり全体に占める酸素ガスの含有量が1−4%である処理ガスを供給する、
表面処理装置。 In the surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The processing gas supply is
Supplying a processing gas consisting of nitrogen gas and oxygen gas and having an oxygen gas content of 1-4% in the whole;
Surface treatment equipment.
前記処理ガス供給体は、
前記間隙へ至る処理ガスの導入路の延在方向であって前記間隙へ向かう第1の方向と前記導入路の延在方向と垂直をなす方向であって前記処理ガス供給体から前記導入路へ向かう第2の方向との中間の方向へ処理ガスを噴出する、
表面処理装置。 In the surface treatment apparatus in any one of Claims 1 thru | or 6,
The processing gas supply is
The extending direction of the processing gas introduction path to the gap, which is a direction perpendicular to the first direction toward the gap and the extending direction of the introduction path, from the processing gas supply body to the introducing path. Jetting process gas in a direction intermediate to the second direction toward
Surface treatment equipment.
前記処理ガス供給体は、
前記第1の方向と30−50°をなす方向へ処理ガスを噴出する、
表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 7,
The processing gas supply is
Jetting process gas in a direction that forms 30-50 ° with the first direction;
Surface treatment equipment.
前記処理ガス供給体の処理ガスの吹き出し口と前記第1の電極とが前記間隙へ至る処理ガスの導入路の延在方向に20−40mm離れている、
表面処理装置。 In the surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The processing gas supply port of the processing gas supply body and the first electrode are separated by 20-40 mm in the extending direction of the processing gas introduction path to the gap,
Surface treatment equipment.
前記第2の電極が板形状を有し前記搬送経路と垂直に設置され、
前記第2の誘電体バリアが鞘形状を有し前記第2の電極の少なくとも搬送経路寄りを収容する、
表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 9,
The second electrode has a plate shape and is installed perpendicular to the transport path;
The second dielectric barrier has a sheath shape and accommodates at least the transport path of the second electrode;
Surface treatment equipment.
前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙が1−5mmの間隔を有する、
表面処理装置。 In the surface treatment apparatus in any one of Claims 1 thru | or 10,
A gap between the first electrode structure and the second electrode structure has an interval of 1-5 mm;
Surface treatment equipment.
第1の電極を備える第1の電極構造体と、第2の電極を備える第2の電極構造体と、を準備する準備工程と、
前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間に、誘導エネルギー蓄積型のパルス電源により電気パルスを繰り返し印加する電気パルス印加工程と、
窒素ガスを主成分とする処理ガスを前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙に供給する処理ガス供給工程と、
前記電気パルス印加工程によりストリーマ放電が発生している前記間隙を被処理物に通過させる搬送工程と、を備える表面処理方法。 A surface treatment method comprising:
A preparation step for preparing a first electrode structure including a first electrode and a second electrode structure including a second electrode;
An electric pulse applying step of repeatedly applying an electric pulse between the first electrode structure and the second electrode structure by an inductive energy storage type pulse power source;
A process gas supply step of supplying a process gas containing nitrogen gas as a main component to a gap between the first electrode structure and the second electrode structure;
A surface treatment method comprising: a conveying step of passing the gap in which streamer discharge is generated by the electric pulse applying step through an object to be treated.
前記電気パルス印加工程により前記第1の電極と前記第2の電極との対の各々に供給されプラズマを生成する反応に使われる電気パルスの1パルスあたりのエネルギーを当該対の各々を構成する前記第1の電極と前記第2の電極との対向面積で除した1パルスあたりのエネルギー密度が0.1−10mJ/cm2である、
表面処理方法。 The surface treatment method according to claim 12,
The energy of one electric pulse used for the reaction of generating plasma supplied to each pair of the first electrode and the second electrode by the electric pulse applying step constitutes each of the pair. The energy density per pulse divided by the facing area between the first electrode and the second electrode is 0.1-10 mJ / cm 2 ;
Surface treatment method.
前記処理ガス供給工程は、
窒素ガス及び酸素ガスからなり全体に占める酸素ガスの含有量が1−4%である処理ガスを供給する、
表面処理方法。 The surface treatment method according to claim 12 or 13,
The process gas supply step includes:
Supplying a processing gas consisting of nitrogen gas and oxygen gas and having an oxygen gas content of 1-4% in the whole;
Surface treatment method.
前記準備工程は、
前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙が1−5mmの間隔を有するように前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体とを準備する、
表面処理方法。 The surface treatment method according to any one of claims 12 to 14,
The preparation step includes
Preparing the first electrode structure and the second electrode structure such that a gap between the first electrode structure and the second electrode structure has a spacing of 1-5 mm;
Surface treatment method.
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