JP2010182553A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電体ワークをプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for plasma processing a conductor work.
従来より、導電体ワークにプラズマを作用させることにより導電体ワークをプラズマ処理するプラズマ処理装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a plasma processing apparatus that performs plasma processing on a conductive workpiece by applying plasma to the conductive workpiece.
例えば、特許文献1のプラズマ処理装置は、接地された電極を備える電極構造体(下部電極4)の平坦面に接触した状態でプラズマ領域を導電体ワークに通過させ、導電体ワークにプラズマを作用させる。特許文献1は、電極を誘電体バリアで被覆することに言及している。 For example, the plasma processing apparatus of Patent Document 1 allows a plasma region to pass through a conductor work in contact with a flat surface of an electrode structure (lower electrode 4) including a grounded electrode, and plasma is applied to the conductor work. Let Patent document 1 mentions covering an electrode with a dielectric barrier.
また、特許文献2のプラズマ処理装置は、接地された電極を備える電極構造体(電極ユニット20)の円筒面に接触した状態でプラズマ領域を導電体ワークに通過させ、導電体ワークにプラズマを作用させる。特許文献2も、電極を誘電体バリアで被覆することに言及している。 Moreover, the plasma processing apparatus of patent document 2 passes a plasma area | region through a conductor workpiece in the state which contacted the cylindrical surface of the electrode structure (electrode unit 20) provided with the earthed electrode, and plasma acts on a conductor workpiece. Let Patent document 2 also mentions covering an electrode with a dielectric barrier.
しかし、特許文献1,2のプラズマ処理装置は、導電体ワークが電極構造体と広範囲に接触しているので、導電体ワークが損傷しやすい。また、導電体ワークの片面にのみプラズマが作用するので、導電体ワークの両面を同時にプラズマ処理することができない。 However, in the plasma processing apparatuses of Patent Documents 1 and 2, since the conductor work is in wide contact with the electrode structure, the conductor work is easily damaged. Moreover, since plasma acts only on one side of the conductor workpiece, both sides of the conductor workpiece cannot be plasma-treated at the same time.
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、導電体ワークが損傷しにくく、導電体ワークの両面が同時にプラズマ処理されるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus in which a conductor workpiece is hardly damaged and both surfaces of the conductor workpiece are subjected to plasma processing simultaneously.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、導電体ワークをプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、グランドから絶縁された第1の電極と、グランドから絶縁された第2の電極と、第1の出力端及び第2の出力端がグランドから絶縁され前記第1の出力端と前記第2の出力端との間に電気パルスを出力するフローティング電源と、グランドから絶縁され前記第1の出力端と前記第1の電極とを接続する第1の配線と、グランドから絶縁され前記第2の出力端と前記第2の電極とを接続する第2の配線と、前記フローティング電源から前記第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プラズマが発生するプラズマ領域の外側に設けられ、前記第1の電極及び前記第2の電極から離隔した状態で前記プラズマ領域を導電体ワークに通過させるとともに導電体ワークを接地する搬送接地機構と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a plasma processing apparatus for plasma processing a conductor work, wherein the first electrode insulated from the ground, the second electrode insulated from the ground, A floating power source having a first output terminal and a second output terminal insulated from ground and outputting an electric pulse between the first output terminal and the second output terminal; A first wiring connecting the output terminal and the first electrode; a second wiring insulated from ground; and connecting the second output terminal and the second electrode; and The plasma region is provided outside a plasma region where plasma is generated by applying an electric pulse between one electrode and the second electrode, and is separated from the first electrode and the second electrode. Lead And a conveying ground mechanism for grounding the conductive workpiece with passing the body work.
請求項2の発明は、請求項1のプラズマ処理装置において、前記搬送接地機構は、接地された導電体が円筒面に露出し回転軸の周りに回転するローラ、を備える。 According to a second aspect of the present invention, in the plasma processing apparatus of the first aspect, the transfer grounding mechanism includes a roller in which the grounded conductor is exposed to the cylindrical surface and rotates around the rotation axis.
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2のプラズマ処理装置において、前記第1の電極及び前記第2の電極が、導電体ワークの搬送方向と垂直な導電体の板である。 According to a third aspect of the present invention, in the plasma processing apparatus according to the first or second aspect, the first electrode and the second electrode are conductive plates perpendicular to a conveying direction of the conductive work.
請求項4の発明は、請求項1又は請求項2のプラズマ処理装置において、前記第1の電極及び前記第2の電極が、導電体ワークの搬送方向と垂直な導電体棒又は導電体パイプである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the plasma processing apparatus according to the first or second aspect, wherein the first electrode and the second electrode are a conductor rod or a conductor pipe perpendicular to a direction in which a conductor workpiece is conveyed. is there.
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかのプラズマ処理装置において、前記第1の電極を被覆する第1の誘電体バリアと、前記第2の電極を被覆する第2の誘電体バリアと、をさらに備え、前記搬送接地機構は、前記第1の誘電体バリア及び前記第2の誘電体バリアから離隔した状態で前記プラズマ領域を導電体ワークに通過させる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the plasma processing apparatus of any one of the first to fourth aspects, a first dielectric barrier that covers the first electrode and a second dielectric that covers the second electrode A dielectric barrier, and the transfer grounding mechanism allows the plasma region to pass through the conductor work in a state of being separated from the first dielectric barrier and the second dielectric barrier.
請求項1ないし請求項5の発明によれば、導電体ワークが第1の電極及び第2の電極と接触しないので、導電体ワークの損傷が抑制される。また、導電体ワークの両面に同時にプラズマが作用するので、導電体ワークの両面が同時にプラズマ処理される。 According to invention of Claim 1 thru | or 5, since a conductor workpiece does not contact a 1st electrode and a 2nd electrode, damage to a conductor workpiece is suppressed. Moreover, since plasma acts simultaneously on both surfaces of the conductor workpiece, both surfaces of the conductor workpiece are subjected to plasma treatment at the same time.
請求項2の発明によれば、簡単な構成で導電体ワークが搬送及び接地される。 According to the invention of claim 2, the conductor work is transported and grounded with a simple configuration.
請求項3ないし請求項4の発明によれば、第1の電極と第2の電極との間の静電容量が減少するので、電気パルスの波形の乱れが抑制される。 According to the third to fourth aspects of the invention, since the capacitance between the first electrode and the second electrode is reduced, the disturbance of the waveform of the electric pulse is suppressed.
請求項5の発明によれば、アーク放電が抑制されるので、プラズマ処理の均一性が向上する。 According to the invention of claim 5, since arc discharge is suppressed, the uniformity of plasma processing is improved.
{プラズマ処理装置102の概略}
図1は、プラズマ処理装置102の模式図である。図1は、プラズマ処理装置102のリアクタの主要部の断面及びリアクタへ電気パルスをフローティング給電する電気系統を示している。
{Outline of plasma processing apparatus 102}
FIG. 1 is a schematic diagram of the
プラズマ処理装置102は、プラズマが発生するプラズマ領域1902を接地されたワークWに通過させることにより、ワークWの両面に同時にプラズマを作用させ、ワークWの両面を同時にプラズマ処理する。プラズマ処理には、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
{ワークW}
プラズマ処理装置102によるプラズマ処理の対象となるワークWは、アルミニウム等の単体金属又はステンレス等の合金等の導電体の板又はシートである。
{Work W}
The workpiece W to be subjected to plasma processing by the
全体が導電体であるワークWだけでなく、表面が導電体であるワークWもプラズマ処理の対象になる。例えば、ガラスエポキシ、セラミックス等の絶縁体の板又はポリイミド等の絶縁体のシートの主面に銅等の導電体の膜を形成したワークWもプラズマ処理の対象となる。 Not only the work W whose entirety is a conductor but also the work W whose surface is a conductor is an object of plasma treatment. For example, a workpiece W in which a conductive film such as copper is formed on the main surface of an insulating plate such as glass epoxy or ceramics or an insulating sheet such as polyimide is also an object of plasma processing.
平坦なワークWだけでなく、主面に凹凸があるワークW又は貫通孔が形成されたワークWもプラズマ処理の対象となる。例えば、開口が形成されたマスク、吐出口が形成されたノズルプレート等もプラズマ処理の対象となる。 Not only the flat workpiece W but also the workpiece W having irregularities on the main surface or the workpiece W in which the through holes are formed are the targets of the plasma processing. For example, a mask in which an opening is formed, a nozzle plate in which an ejection port is formed, and the like are also objects of plasma processing.
{プラズマ処理装置102の構成物}
図1に示すように、プラズマ処理装置102は、上部電極104と、上部電極104を被覆する上部誘電体バリア106と、上部電極104及び誘電体バリア106を備える上部電極構造体108とワークWとの間隙110に処理ガスを供給する上部処理ガス供給体112と、下部電極114と、下部電極114を被覆する下部誘電体バリア116と、下部電極114及び誘電体バリア116を備える下部電極構造体118とワークWとの間隙120に処理ガスを供給する下部処理ガス供給体122と、第1の出力端126と第2の出力端128との間に電気パルスを出力するパルス電源124と、第1の出力端126と上部電極104とを接続する第1の配線130と、第2の出力端128と下部電極114とを接続する第2の配線132と、プラズマ領域1902をワークWに通過させワークWを接地する搬送接地機構134とを備える。
{Structure of plasma processing apparatus 102}
As shown in FIG. 1, the
{フローティング給電}
パルス電源124は、第1の出力端126及び第2の出力端128がグランドから絶縁されたフローティング電源であり、第1の電極104、第2の電極114、第1の配線130及び第2の配線132もグランドから絶縁されている。これにより、上部電極104と下部電極114との電位差は、パルス電源124の出力電圧Vplsによって決まるが、接地されたワークWと上部電極104との電位差Vp-eは、ワークWと上部電極104との距離に依存して変化し、ワークWと下部電極114との電位差Ve-nは、ワークWと下部電極114との距離に依存して変化する。このことは、ワークWの位置を調整することによって、上部電極104と対向するワークWの上面及び下部電極114と対向するワークWの下面に対するプラズマ処理の度合いを自在に調整できることを意味する。
{Floating power supply}
The
{電気パルス}
パルス電源124から上部電極104と下部電極114との間に繰り返し印加される電気パルスは、間隙110,120にストリーマ放電を発生させる立ち上がりの速い電気パルスであることが望ましい。
{Electric pulse}
It is desirable that the electric pulse repeatedly applied between the
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10〜500kV/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。 The electric pulse for generating the streamer discharge has a peak voltage of approximately 10 to 100 kV, a full width at half maximum (FWHM) of approximately 100 to 50000 ns, and a time rise rate dV / dt of rising voltage of approximately 10 to 500 kV / It is an electric pulse with μs and a frequency of approximately 1 to 50 kHz. The electric pulse may be a unipolar electric pulse whose polarity does not change, or may be a bipolar electric pulse whose polarity changes alternately.
ストリーマ放電が間隙110,120に発生しているときには、図1に示すように、上部電極構造体108及び下部電極構造体118からワークWへ向かって末広がりとなる筋状に発光するプラズマ136,138が観察される。一方、グロー放電が間隙110,120に発生しているときには、筋状に発光するプラズマ136,138は観察されない。
When the streamer discharge is generated in the
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、上部電極構造体108及び下部電極構造体118の構造及び材質、間隙110,120の間隔及び処理ガスの圧力等のプラズマ処理装置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
{配置}
図1に示すように、上部電極構造体108及び上部処理ガス供給体112は、ワークWの搬送経路140の上方に設けられ、下部電極構造体118及び下部処理ガス供給体122は、搬送経路140の下方に設けられる。上部電極構造体108と下部電極構造体118とは搬送経路140を挟んで対向し、上部処理ガス供給体112と下部処理ガス供給体122とは搬送経路140を挟んで対向する。
{Arrangement}
As shown in FIG. 1, the
上部処理ガス供給体112は、搬送経路140の上流側(以下では「搬送経路上流側」という)に設けられ、上部電極構造体108は、搬送経路140の下流側(以下では「搬送経路下流側」という)に設けられる。下部処理ガス供給体122は、搬送経路上流側に設けられ、下部電極構造体118は、搬送経路下流側に設けられる。図1に示すプラズマ処理装置102は、2個の上部電極構造体108及び2個の下部電極構造体118を備えているが、上部電極構造体108の数を増減してもよいし、下部電極構造体118の数を増減してもよい。
The upper processing
{電極構造体152}
図2は、上部電極構造体108及び下部電極構造体118として用いられる電極構造体152の模式図である。図2は、電極構造体152の斜視図となっている。
{Electrode structure 152}
FIG. 2 is a schematic diagram of an
図1及び図2に示すように、電極構造体152は、上部電極104及び下部電極114となる電極154と、上部誘電体バリア106及び下部誘電体バリア116となる誘電体バリア156とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
電極154は、ステンレス、アルミニウム、銅等の導電体の板である。電極154は、ワークWの搬送方向と垂直、すなわち、主面の法線方向がワークWの搬送方向となるように設置される。これにより、上部電極104と下部電極114との間の静電容量が減少するので、電気パルスの波形の乱れが抑制される。上部電極104の下端は、下部電極114の上端と平行になる。これにより、ストリーマ放電が均一に発生し、ワークWの表面が均一に処理される。ワークWの幅方向の全部を処理する場合、上部電極104及び下部電極114の幅は、ワークWの幅よりも広いことが望ましい。ワークWの周縁まで均一に表面処理を行うためである。ワークWの幅方向の一部を処理する場合、処理する幅に応じて上部電極104及び下部電極114の幅は決まる。上部電極104及び下部電極114の板厚は、概ね1〜20mmであることが望ましい。
The
誘電体バリア156は、石英、アルミナ等の絶縁体(固体誘電体)の鞘体である。誘電体バリア156には、電極154と略同一の立体形状を有する収容穴が形成される。収容穴には、誘電体バリア156の主面に平行に電極154が収容される。ストリーマ放電の発生に主に寄与するのは電極154のうちの間隙110,120寄りの端面の付近であるので、誘電体バリア156は、電極154のうちの間隙110,120寄りの端面の付近を被覆すれば足りる。ただし、誘電体バリア156が、電極154の全体又は略全体を被覆していてもよい。誘電体バリア156により、電極154がプラズマ136,138から保護される。また、誘電体バリア156により、アーク放電が抑制されるので、プラズマ処理の均一性が向上する。
The
誘電体バリア156の電極154の間隙110,120寄りの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。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、上部電極104と下部電極114との間の静電容量が増加して上部電極104と下部電極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、誘電体バリア156の電極154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。厚さt2がこの範囲を下回ると、プラズマ136,138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136,138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 end face of the
図3は、電極構造体152に代えて採用することができる電極構造体252の模式図である。図3は、電極構造体252の斜視図となっている。
FIG. 3 is a schematic diagram of an
図3に示すように、導電体の丸棒又は丸パイプ形状である電極254を絶縁体の丸パイプである誘電体バリア256で覆う電極構造体252を採用し、電極254がワークWの搬送方向と垂直、すなわち、電極204の延在方向がワークWの搬送方向と垂直となるように電極構造体252を設置してもよい。ただし、電極構造体152には、製造が容易であるという電極構造体252と比較した有利な点がある。
As shown in FIG. 3, an
{処理ガス供給体162}
図4は、上部処理ガス供給体112及び下部処理ガス供給体122として用いられる処理ガス供給体162の模式図である。図4は、処理ガス供給体162の斜視図となっている。
{Processing gas supplier 162}
FIG. 4 is a schematic diagram of the
図4に示すように、処理ガス供給体162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1620と、第1の面1622からガス溜り1620へ処理ガスを導く流路1624と、ガス溜り1620から第2の面1626へ処理ガスを導く流路1628とが形成される。また、処理ガス供給体162の内部には、ガス溜り1620に接してシャワー板164が設置される。シャワー板164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164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 FIG. 4, the processing
処理ガス供給体162は、処理ガスの供給源から供給された処理ガスに流路1624、ガス溜り1620、シャワー板164及び流路1628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1630から処理ガスを噴出する。
The
{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。
{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.
{搬送接地機構134}
搬送接地機構134は、上部電極構造体108及び下部電極構造体118から離隔した状態でワークWを保持し、上部電極構造体108及び下部電極構造体118との間隙1904のプラズマ領域192をワークWに通過させるローラ172,174,176を備える。ローラ172は、間隙1904よりも搬送経路上流側に設置され、ローラ174,176は、間隙1904よりも搬送経路下流側に接地される。ワークWがリジッドな板である場合、ワークWはローラ172,174,176に架設され、ワークWがフレキシブルなシートである場合、ワークWはローラ172,174,176に巻架される。これにより、ワークWが上部電極構造体108及び下部電極構造体118と接触しないので、ワークWの損傷が抑制される。また、ワークWの両面に同時にプラズマが作用するので、ワークWの両面が同時にプラズマ処理されるとともに、貫通孔が形成されたワークWの場合は、貫通孔の内壁面にもプラズマが作用するので、貫通孔の内壁面もプラズマ処理される。
{Transport grounding mechanism 134}
The
ローラ172,174,176は、導電体で構成され、接地線178により接地されている。これにより、ローラ172,174,176の円筒面に接するワークWも接地される。ローラ172,174,176の全体を導電体で構成することは必須ではなく、ワークWが接する円筒面に接地された導電体が露出していれば足りる。なお、ローラ172,174,176は、プラズマ領域1902の外側に設置されているので、接地された導電体が円筒面に露出していてもアーク放電の原因とはならない。また、ローラ172,174,176の全部を接地することも必須ではなく、一部を接地すれば足りる。
The
ローラ172,174,176は回転軸の周りに回転する。ローラ172,174,176の全部又は一部の回転軸には、ローラ172,174,176を回動させる駆動機構が接続されている。これにより、円筒面に接するワークWが接地された状態のまま搬送される。
The
ローラ172,174,176を用いない搬送接地機構を採用してもよいが、ローラ172,174,176を用いた搬送接地機構134を構成すれば、簡単な構成でワークWが搬送及び接地される。
A conveyance grounding mechanism that does not use the
{パルス電源124}
(a)電源の形式;
パルス電源124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の出力端126と第2の出力端128との間に出力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高繰返し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。
{Pulse power supply 124}
(A) Power supply type;
The
図5〜図7は、IES電源が発生するパルス幅がナノ秒のオーダーの電気パルス(以下では、「ナノパルス」という)とCES電源が発生するパルス幅がマイクロ秒のオーダーの電気パルス(以下では「マイクロパルス」という)の概略の波形を示す図である。図5(a)及び図5(b)は、それぞれ、IES電源が発生するナノパルス及びCES電源が発生するマイクロパルスの電圧波形、図6(a)及び図6(b)は、それぞれ、IES電源が発生するナノパルス及びCES電源が発生するマイクロパルスの電流波形、図7(a)及び図7(b)は、それぞれ、IES電源が発生するナノパルス及びCES電源が発生するマイクロパルスの電圧と電流との積の波形を示す図である。 5 to 7 show an electric pulse (hereinafter referred to as “nanopulse”) having a pulse width generated by the IES power supply in the order of nanoseconds and an electric pulse having a pulse width generated by the CES power supply in the order of microseconds (hereinafter referred to as “nanopulse”). FIG. 3 is a diagram showing a schematic waveform of “micropulse”. 5A and 5B are voltage waveforms of nanopulses generated by the IES power supply and micropulses generated by the CES power supply, respectively, and FIGS. 6A and 6B are IES power supply, respectively. 7A and FIG. 7B show the voltage and current of the nanopulse generated by the IES power supply and the micropulse generated by the CES power supply, respectively. It is a figure which shows the waveform of the product of.
1パルスエネルギーは、図7(a)及び図7(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5及び図6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7(a)及び図7(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. 7A and 7B with time. As shown in FIG. 5 and FIG. 6, 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. 7B is proportional to the area obtained by subtracting the area of the region B in which the waveform is negative from the area of the region A in which the waveform is positive in FIG.
(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358をスイッチング素子として用いたIES電源180の回路図;
図8は、パルス電源124に好適に用いることができるSIサイリスタ188をスイッチング素子として用いたIES電源180の回路図である。もちろん、図8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. 8 is a circuit diagram of an
図8に示すように、IES電源180は、電気エネルギーを供給する直流電源182と直流電源182の放電能力を強化するキャパシタ184とを備える。
As shown in FIG. 8, the
直流電源182の電圧は、IES電源180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186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182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188のラッチング電圧によって決まる。IES電源180は、このような低電圧の直流電源182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184は、直流電源182と並列に接続される。キャパシタ184は、直流電源182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182の放電能力を強化する。
IES電源180は、さらに、昇圧トランス186、SIサイリスタ188、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)190、ゲート駆動回路192及びダイオード194を備える。
The
IES電源180では、直流電源182と、昇圧トランス186の1次側と、SIサイリスタ188のアノード(A)・カソード(K)間と、MOSFET190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186の1次側の一端が直流電源182の正極に、昇圧トランス186の1次側の他端がSIサイリスタ188のアノードに、SIサイリスタ188のカソード(K)がMOSFET190のドレイン(D)に、MOSFET190のソース(S)が直流電源182の負極に接続される。これにより、直流電源182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180では、SIサイリスタ188のゲート(G)がダイオード194を介して昇圧トランス186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188のゲート(G)がダイオード194のアノード(A)に、ダイオード194のカソード(K)が昇圧トランス186の1次側の一端(直流電源182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192が接続される。
In the
昇圧トランス186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186の2次側の一端は第1の出力端126、他端は第2の出力端128になる。
The step-up
SIサイリスタ188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
MOSFET190は、ゲート駆動回路192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。MOSFET190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、MOSFET190の耐圧は直流電源182の電圧より高いことを要する。
The
ダイオード194は、SIサイリスタ188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188のゲート(G)に正バイアスを与えた場合にSIサイリスタ188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188をスイッチング素子として用いたIES電源180の動作の概略;
IES電源180に電気パルスを発生させる場合、まず、ゲート駆動回路192からMOSFET190のゲートにオン信号を与え、MOSFET190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188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188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186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188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188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 electrical pulse is generated in the
続いて、ゲート駆動回路192からMOSFET190へオン信号を与えることを中止し、MOSFET190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188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188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186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186の1次側には誘導起電力が発生し、昇圧トランス186の2次側にも高圧が発生する。
Subsequently, the application of the ON signal from the
{実験}
表1は、3個の異なる条件1〜3でワークをプラズマ処理した結果を示す一覧表である。表1の「ワークの材質」は、ワークの材質がPET(ポリエチレンテレフタレート)及びSUS(ステンレス)のいずれであるのかをあらわす。「フローティング給電の採否」は、先述のフローティング給電を採用しているか否かをあらわす。なお、フローティング給電を採用していない条件1,2では、下部電極の側を接地している。「処理前接触角」は、プラズマ処理の前のワークの表面の水接触角、「処理後接触角」は、プラズマ処理の後のワークの表面の水接触角をあらわす。「処理後接触角」の平均値及びバラツキは、図9に示す幅300mmのワークの5個の測定点A,B,C,D,Eから得た。バラツキは、水接触角の最大値と最小値との差である。
{Experiment}
Table 1 is a list showing the results of plasma processing of a workpiece under three different conditions 1 to 3. “Work material” in Table 1 indicates whether the material of the work is PET (polyethylene terephthalate) or SUS (stainless steel). “Floating power supply acceptance / rejection” indicates whether or not the above-described floating power supply is adopted. Note that, under conditions 1 and 2 in which the floating power feeding is not employed, the lower electrode side is grounded. “Pre-treatment contact angle” represents the water contact angle of the surface of the workpiece before the plasma treatment, and “Post-treatment contact angle” represents the water contact angle of the surface of the workpiece after the plasma treatment. The average value and variation of the “post-treatment contact angle” were obtained from five measurement points A, B, C, D, and E of a workpiece having a width of 300 mm shown in FIG. The variation is the difference between the maximum value and the minimum value of the water contact angle.
なお、条件1〜3においては、表2に示す実験条件は共通である。 In addition, in conditions 1-3, the experimental conditions shown in Table 2 are common.
表1から明らかなように、ワークがPETである場合には、フローティング給電でなくてもワークの両面の接触角が十分に低下するが、ワークがSUSである場合には、フローティング給電でない場合には、ワークの上面にのみ局部的に放電が起こり、接触角が十分に低下しない。その一方で、フローティング給電である場合には、PETの場合と同様に十分に接触角が低下する。 As is clear from Table 1, when the workpiece is PET, the contact angle on both sides of the workpiece is sufficiently reduced even if the workpiece is not floating power feeding. However, when the workpiece is SUS, the workpiece is not floating feeding power. In this case, discharge occurs locally only on the upper surface of the workpiece, and the contact angle does not decrease sufficiently. On the other hand, in the case of floating power feeding, the contact angle is sufficiently lowered as in the case of PET.
{その他}
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は全ての局面において例示であって、この発明は上記の説明に限定されない。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。
{Others}
Although the present invention has been described in detail, the above description is illustrative in all aspects, and the present invention is not limited to the above description. Innumerable variations not illustrated may be envisaged without departing from the scope of the present invention.
102 プラズマ処理装置
104 上部電極
106 上部誘電体バリア
114 下部電極
116 下部誘電体バリア
124 パルス電源
130 第1の配線
132 第2の配線
192 プラズマ領域
DESCRIPTION OF
Claims (5)
グランドから絶縁された第1の電極と、
グランドから絶縁された第2の電極と、
第1の出力端及び第2の出力端がグランドから絶縁され前記第1の出力端と前記第2の出力端との間に電気パルスを出力するフローティング電源と、
グランドから絶縁され前記第1の出力端と前記第1の電極とを接続する第1の配線と、
グランドから絶縁され前記第2の出力端と前記第2の電極とを接続する第2の配線と、
前記フローティング電源から前記第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プラズマが発生するプラズマ領域の外側に設けられ、前記第1の電極及び前記第2の電極から離隔した状態で前記プラズマ領域を導電体ワークに通過させるとともに導電体ワークを接地する搬送接地機構と、
を備えるプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for plasma processing a conductor work,
A first electrode isolated from ground;
A second electrode isolated from ground;
A floating power source in which a first output terminal and a second output terminal are insulated from a ground, and an electric pulse is output between the first output terminal and the second output terminal;
A first wiring that is insulated from the ground and connects the first output terminal and the first electrode;
A second wiring that is insulated from the ground and connects the second output terminal and the second electrode;
Provided outside a plasma region in which plasma is generated by application of an electric pulse from the floating power source to the first electrode and the second electrode, and separated from the first electrode and the second electrode. A grounding mechanism for passing the plasma region through the conductor work piece and grounding the conductor work piece,
A plasma processing apparatus comprising:
接地された導電体が円筒面に露出し回転軸の周りに回転するローラ、
を備える請求項1のプラズマ処理装置。 The transport ground mechanism is
A roller in which a grounded conductor is exposed on a cylindrical surface and rotates around a rotation axis;
A plasma processing apparatus according to claim 1.
前記第2の電極を被覆する第2の誘電体バリアと、
をさらに備え、
前記搬送接地機構は、
前記第1の誘電体バリア及び前記第2の誘電体バリアから離隔した状態で前記プラズマ領域を導電体ワークに通過させる請求項1ないし請求項4のいずれかのプラズマ処理装置。 A first dielectric barrier covering the first electrode;
A second dielectric barrier covering the second electrode;
Further comprising
The transport ground mechanism is
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the plasma region is passed through a conductor work in a state of being separated from the first dielectric barrier and the second dielectric barrier.
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