JP2017103393A - Carbon film processing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は炭素膜処理装置に関し、特に、基材上に生成される炭素膜を大気圧雰囲気下において処理する炭素膜処理装置に関する。 The present invention relates to a carbon film processing apparatus, and more particularly, to a carbon film processing apparatus that processes a carbon film formed on a substrate in an atmospheric pressure atmosphere.
近来、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の薄膜が、様々な機能性を有することから多岐に応用されている。ＤＬＣ膜は、高硬度、高耐摩耗性、低摩擦係数、高絶縁性、高化学安定性、高ガスバリヤ性、高耐焼付き性、高生体親和性、高赤外線透過性等の特徴を有し、表面が平坦で２００度程度の低温で合成できることから、電気・電子機器や切削工具、金型、自動車部品、光学部品、ＰＥＴボトルの酸素バリヤ膜、衛生機器、レンズ・窓、装飾品等、幅広く応用され始めている。 In recent years, DLC (diamond-like carbon) thin films have been applied in various ways because they have various functions. The DLC film has features such as high hardness, high wear resistance, low friction coefficient, high insulation, high chemical stability, high gas barrier properties, high seizure resistance, high biocompatibility, high infrared transmittance, etc. Since the surface is flat and can be synthesized at a low temperature of about 200 degrees, it can be used in a wide variety of applications such as electrical / electronic equipment, cutting tools, molds, automotive parts, optical parts, PET bottle oxygen barrier films, sanitary equipment, lenses / windows, and ornaments. It is starting to be applied.
一方、基材上に生成されたＤＬＣ膜を剥離する必要が生ずる場合がある。例えば、基材の全面ではなく一部のみを保護膜としてＤＬＣ膜で覆う場合等には、全面に生成されたＤＬＣ膜から不要部分を除去する必要があった。また、基材を再利用する場合や、成膜装置に意図せず付着したＤＬＣ膜の除去をしなければならない場合もあった。なお、ＤＬＣ膜生成時にマスキング等により所望の部分のみにＤＬＣ膜を生成しても良いが、この場合、耐熱性のマスキングが必要であるだけでなく、マスキングを剥離する際のＤＬＣ膜への影響も問題となり得る。 On the other hand, it may be necessary to peel off the DLC film generated on the substrate. For example, when only a part of the substrate is covered with the DLC film as a protective film instead of the entire surface, it is necessary to remove unnecessary portions from the DLC film generated on the entire surface. Further, there are cases where the base material is reused or the DLC film adhering to the film forming apparatus unintentionally has to be removed. Note that the DLC film may be formed only on a desired portion by masking or the like at the time of generating the DLC film, but in this case, not only the heat-resistant masking is necessary but also the influence on the DLC film when the masking is peeled off. Can also be a problem.
そこで、例えば従来では、真空装置内に酸素プラズマを生成し、真空装置内に置かれたＤＬＣ膜に対して酸素プラズマを照射することで、酸素が炭素と結合して二酸化炭素等となり、部材表面のＤＬＣ膜を化学的に除去するものがあった。また、例えばガラス等の粒体をＤＬＣ膜に衝突させ、ＤＬＣ膜を物理的に除去させる表面処理加工技術であるショットブラストと呼ばれるものもあった。 Therefore, for example, conventionally, oxygen plasma is generated in a vacuum device, and the DLC film placed in the vacuum device is irradiated with oxygen plasma, so that oxygen is combined with carbon to form carbon dioxide, etc. Some DLC films were chemically removed. In addition, there is a so-called shot blasting which is a surface treatment processing technique in which particles such as glass collide with a DLC film and physically remove the DLC film.
一方、例えば特許文献１には、動作ガスとしてアルゴンガスを用いた大気圧プラズマ装置を用いて光学素子や複合セラミック、炭化ケイ素を除去できる技術が開示されている。 On the other hand, for example, Patent Document 1 discloses a technique capable of removing an optical element, a composite ceramic, and silicon carbide using an atmospheric pressure plasma apparatus using argon gas as an operating gas.
また、非特許文献１には、動作ガスとしてヘリウムガスを用いた大気圧プラズマ装置を用いてＤＬＣ膜をエッチングする技術が開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses a technique for etching a DLC film using an atmospheric pressure plasma apparatus using helium gas as an operating gas.
従来の真空装置内でＤＬＣ膜を化学的に除去する技術は、真空装置を用いるため時間がかかり、装置も大がかりでコストも高いという問題があった。また、ショットブラストについては基材の表面が荒れてしまったり、基材にガラス粒体が埋まり残留して再利用が難しくなる等の問題があった。 The technique of chemically removing the DLC film in the conventional vacuum apparatus has a problem that it takes time because the vacuum apparatus is used, and the apparatus is large and expensive. In addition, shot blasting has problems such as the surface of the base material being roughened, or glass particles being buried in the base material and remaining difficult to reuse.
また、特許文献１の手法では、光学素子や複合セラミック、炭化ケイ素は除去できるものの、ＤＬＣ膜等の炭素膜を除去できるものではなかった。 Further, according to the method of Patent Document 1, although an optical element, a composite ceramic, and silicon carbide can be removed, a carbon film such as a DLC film cannot be removed.
さらに、非特許文献１の手法では、１０分の照射を行っても電子顕微鏡で確認できるレベルの表面上の加工程度しかできない技術であり、ＤＬＣ膜を基材表面まで除去できるものではなかった。 Furthermore, the technique of Non-Patent Document 1 is a technique that can only be processed on the surface at a level that can be confirmed with an electron microscope even after irradiation for 10 minutes, and the DLC film cannot be removed to the substrate surface.
そこで、基材にはダメージを与えることなく、真空装置も不要な大気圧雰囲気下において基材表面まで短時間でＤＬＣ膜等の炭素膜を綺麗に除去できる装置が望まれていた。 Therefore, there has been a demand for an apparatus that can cleanly remove a carbon film such as a DLC film in a short time to the surface of the base material in an atmospheric pressure atmosphere that does not require a vacuum apparatus without damaging the base material.
本発明は、斯かる実情に鑑み、炭素膜を短時間で簡単に基材表面から除去可能な炭素膜処理装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention intends to provide a carbon film processing apparatus capable of easily removing a carbon film from a substrate surface in a short time.
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による炭素膜処理装置は、大気圧雰囲気に置かれる炭素膜に対して大気圧プラズマを照射可能な大気圧プラズマ装置を具備し、大気圧プラズマ装置は、動作ガスとしてアルゴンガスを用いて生成する大気圧プラズマにより炭素膜を酸化させ気化させるものである。 In order to achieve the above-described object of the present invention, a carbon film processing apparatus according to the present invention includes an atmospheric pressure plasma apparatus capable of irradiating atmospheric pressure plasma to a carbon film placed in an atmospheric pressure atmosphere. The apparatus oxidizes and vaporizes a carbon film by atmospheric pressure plasma generated using argon gas as an operating gas.
ここで、大気圧プラズマ装置は、炭素膜として水素若しくはフッ素を含む炭素膜又はアモルファス構造を有する炭素膜に対して大気圧プラズマを照射することで炭素膜を酸化させ気化させれば良い。 Here, the atmospheric pressure plasma apparatus may oxidize and vaporize the carbon film by irradiating the carbon film containing hydrogen or fluorine as the carbon film or the carbon film having an amorphous structure with the atmospheric pressure plasma.
さらに、大気圧プラズマ装置に用いられる動作ガスの流量を制御する流量制御部を具備し、流量制御部は、大気圧プラズマにより炭素膜から気化するガスが滞留しないように動作ガスの流量を制御しても良い。 Furthermore, a flow rate control unit for controlling the flow rate of the working gas used in the atmospheric pressure plasma apparatus is provided, and the flow rate control unit controls the flow rate of the working gas so that the gas vaporized from the carbon film is not retained by the atmospheric pressure plasma. May be.
また、大気圧プラズマ装置は、動作ガスとしてのアルゴンガスに酸素をドープすることにより炭素膜の酸化反応を促進させても良い。 Further, the atmospheric pressure plasma apparatus may promote the oxidation reaction of the carbon film by doping oxygen into argon gas as the working gas.
また、大気圧プラズマ装置は、炭素膜を大気圧プラズマにより酸化させ気化させ、基材が露出するまで化学的に除去するものであれば良い。 The atmospheric pressure plasma apparatus may be any apparatus that oxidizes and vaporizes the carbon film with atmospheric pressure plasma and chemically removes it until the substrate is exposed.
また、大気圧プラズマ装置は、炭素膜を大気圧プラズマにより酸化させ気化させ、化学的に変質させるものであっても良い。 Further, the atmospheric pressure plasma apparatus may be one that oxidizes and vaporizes the carbon film with atmospheric pressure plasma and chemically alters it.
また、大気圧プラズマ装置は、動作ガスとしてのアルゴンガスに、少なくとも水素、水、アルコール、アンモニア、窒素の何れかをドープすることにより炭素膜の表面を化学的に変質させるものであっても良い。 In addition, the atmospheric pressure plasma apparatus may chemically alter the surface of the carbon film by doping at least one of hydrogen, water, alcohol, ammonia, and nitrogen into an argon gas as an operating gas. .
さらに、大気圧プラズマ装置に用いられる大気圧プラズマを照射するヘッド部であって、照射口側先端が扁平形状を有するヘッド部と、ヘッド部の扁平形状の扁平面を挟むように配置される接地電極と、を具備するものであっても良い。 Further, the head unit for irradiating atmospheric pressure plasma used in the atmospheric pressure plasma apparatus, the tip of the irradiation port side having a flat shape, and the grounding arranged so as to sandwich the flat shape flat surface of the head unit And an electrode.
また、ヘッド部は、照射口側先端に向かって裾広がり形状を有するものであれば良い。 Moreover, the head part should just have a flared shape toward the irradiation port side front end.
また、ヘッド部は、裾広がり形状の側面に、空気吸入孔を有するものであっても良い。 Further, the head portion may have an air suction hole on the side surface of the flared shape.
本発明の炭素膜処理装置には、炭素膜を短時間で簡単に基材表面から除去可能であるという利点がある。 The carbon film processing apparatus of the present invention has an advantage that the carbon film can be easily removed from the substrate surface in a short time.
以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。本発明の炭素膜処理装置は、基材上に生成される炭素膜を大気圧雰囲気下において処理するものである。炭素膜としては、水素若しくはフッ素を含む炭素膜又はアモルファス構造を有する炭素膜であれば良い。例えばＤＬＣ膜等、硬度の高いものであっても良く、ＤＬＣ膜とまでは呼べないような、ある程度硬度の低い炭素膜であっても良い。本発明の炭素膜処理装置は、硬度が高く従来の手法では除去が難しかった炭素膜を処理するものとして特に有用である。さらに、従来のショットブラスト等の物理的な表面加工技術では除去が最も難しいと考えられているフッ素化ＤＬＣ膜や、チタニウム等の中間層を有するＤＬＣ膜に対しても本発明の炭素膜処理装置は有用である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described together with illustrated examples. The carbon film processing apparatus of this invention processes the carbon film produced | generated on a base material in atmospheric pressure atmosphere. The carbon film may be a carbon film containing hydrogen or fluorine or a carbon film having an amorphous structure. For example, a DLC film or the like having a high hardness may be used, and a carbon film having a certain degree of hardness that cannot be called a DLC film may be used. The carbon film processing apparatus of the present invention is particularly useful for processing a carbon film that has high hardness and has been difficult to remove by conventional techniques. Furthermore, the carbon film processing apparatus of the present invention is applied to a fluorinated DLC film that is considered to be most difficult to remove by a physical surface processing technique such as conventional shot blasting or a DLC film having an intermediate layer such as titanium. Is useful.
本発明の炭素膜処理装置は、動作ガスとしてアルゴンガスを用いる。そして、動作ガスとしてアルゴンガスを用いて生成する大気圧プラズマにより、炭素膜を酸化させ気化させる。即ち、大気中の酸素によるプラズマ内の酸素ラジカルが炭素膜２の炭素と反応し二酸化炭素として気化する。これにより、炭素膜を基材が露出するまで化学的に除去することが可能となる。 The carbon film processing apparatus of the present invention uses argon gas as an operating gas. Then, the carbon film is oxidized and vaporized by atmospheric pressure plasma generated using argon gas as the working gas. That is, oxygen radicals in the plasma due to oxygen in the atmosphere react with the carbon of the carbon film 2 and vaporize as carbon dioxide. Thereby, the carbon film can be chemically removed until the base material is exposed.
本発明の炭素膜処理装置は、大気圧プラズマ装置を具備するものである。大気圧プラズマ装置は、低周波プラズマジェット装置や誘電体バリア放電プラズマ装置等を利用可能である。大気圧プラズマ装置は、構造的には従来の又は今後開発されるべきあらゆる装置が適用可能である。以下、大気圧プラズマ装置の具体的構造について、図面を参照して説明する。 The carbon film processing apparatus of the present invention comprises an atmospheric pressure plasma apparatus. As the atmospheric pressure plasma apparatus, a low-frequency plasma jet apparatus, a dielectric barrier discharge plasma apparatus, or the like can be used. As the atmospheric pressure plasma apparatus, any apparatus that is structurally conventional or to be developed in the future can be applied. Hereinafter, a specific structure of the atmospheric pressure plasma apparatus will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の炭素膜処理装置を説明するための概略側断面図である。図示例では、低周波プラズマジェット装置を例に説明する。図示の通り、大気圧プラズマ装置１０は、誘電体管１１と、印加電極１２と、接地電極１３と、低周波高圧電源１４と、動作ガス供給部１５とから主に構成される。 FIG. 1 is a schematic side sectional view for explaining a carbon film processing apparatus of the present invention. In the illustrated example, a low-frequency plasma jet apparatus will be described as an example. As shown in the figure, the atmospheric pressure plasma apparatus 10 mainly includes a dielectric tube 11, an application electrode 12, a ground electrode 13, a low-frequency high-voltage power supply 14, and an operating gas supply unit 15.
誘電体管１１は、所謂ガラス管である。誘電体管１１は、例えば石英ガラスにより形成されれば良い。誘電体管１１は、円筒状であり、内部に動作ガスであるアルゴンガスが通るように構成されれば良い。 The dielectric tube 11 is a so-called glass tube. The dielectric tube 11 may be made of, for example, quartz glass. The dielectric tube 11 has a cylindrical shape and may be configured so that argon gas, which is an operating gas, passes through the inside.
印加電極１２は、誘電体管１１の外周を囲むように配置されている導体である。また、接地電極１３も、誘電体管１１の外周を囲むように配置されている導体である。印加電極１２と接地電極１３は、所定の間隔を開けて配置されており、誘電体管１１が両電極の短絡を防ぐ誘電体バリアとして作用する。そして、プラズマが放出される側に接地電極１３を、動作ガス供給部１５側に印加電極１２を配置する。 The application electrode 12 is a conductor disposed so as to surround the outer periphery of the dielectric tube 11. The ground electrode 13 is also a conductor disposed so as to surround the outer periphery of the dielectric tube 11. The application electrode 12 and the ground electrode 13 are arranged at a predetermined interval, and the dielectric tube 11 functions as a dielectric barrier that prevents a short circuit between both electrodes. The ground electrode 13 is disposed on the side from which the plasma is emitted, and the application electrode 12 is disposed on the working gas supply unit 15 side.
低周波高圧電源１４は、低周波数、例えば数ｋＨｚ程度の高電圧、例えば数ｋＶ程度の交流高電圧を印加電極１２に印加可能なものである。低周波高圧電源１４は、例えば矩形波等のパルス出力であっても良い。 The low-frequency high-voltage power supply 14 can apply a low frequency, for example, a high voltage of about several kHz, for example, an alternating high voltage of about several kV, to the application electrode 12. The low-frequency high-voltage power supply 14 may be a pulse output such as a rectangular wave.
動作ガス供給部１５は、動作ガスとしてアルゴンガスを誘電体管１１に供給するものである。なお、動作ガス供給部１５は、必ずしもアルゴンガスのみを供給するものではなく、主動作ガスとしてアルゴンガスを供給可能なものであれば良いものである。 The working gas supply unit 15 supplies argon gas as the working gas to the dielectric tube 11. Note that the operating gas supply unit 15 does not necessarily supply only argon gas, but may be anything that can supply argon gas as the main operating gas.
図２は、本発明の炭素膜処理装置により大気圧プラズマの照射時間に対するオゾンの発生量の変化を示すグラフである。アルゴンガスとヘリウムガスを比較するため、動作ガスとしてそれぞれ用いて測定した。測定条件は、動作ガス供給部によるガス流量を１．００Ｌ／ｍｉｎ，２．００Ｌ／ｍｉｎのそれぞれで測定した。また、オゾン測定センサから大気圧プラズマ装置の照射口までの距離は６０ｍｍとした。図示の通り、アルゴンガスを用いると、ヘリウムガスを用いた場合と比べて２ケタ以上、オゾンの発生効率が高い。このため、非常に高効率にオゾンを炭素膜と反応させることが可能となる。 FIG. 2 is a graph showing changes in the amount of ozone generated with respect to the irradiation time of atmospheric pressure plasma by the carbon film processing apparatus of the present invention. In order to compare argon gas and helium gas, it measured using each as operation gas. Measurement conditions were such that the gas flow rate by the working gas supply unit was measured at 1.00 L / min and 2.00 L / min, respectively. The distance from the ozone measurement sensor to the irradiation port of the atmospheric pressure plasma apparatus was 60 mm. As shown in the figure, when argon gas is used, ozone generation efficiency is higher by two digits or more than when helium gas is used. For this reason, it becomes possible to react ozone with a carbon film very efficiently.
このように構成された大気圧プラズマ装置１０により放射される大気圧プラズマ（プラズマジェット）を炭素膜２に照射すると、大気中の酸素によるプラズマ内の酸素ラジカルが炭素膜２と反応し、炭素膜２が酸化し気化する。即ち、炭素膜２が二酸化炭素となり気体となる。これにより、炭素膜２が化学的に短時間に除去可能となる。 When the atmospheric pressure plasma (plasma jet) radiated by the atmospheric pressure plasma apparatus 10 configured in this way is irradiated onto the carbon film 2, oxygen radicals in the plasma due to oxygen in the atmosphere react with the carbon film 2, and the carbon film 2 oxidizes and vaporizes. That is, the carbon film 2 becomes carbon dioxide and becomes a gas. Thereby, the carbon film 2 can be chemically removed in a short time.
なお、大気圧プラズマ装置により照射される大気圧プラズマとは、直接照射されるものに限定されず、プラズマ生成位置を離したり分離して照射されるものも含むものである。また、酸素イオン等のプラズマであっても、オゾン等の中性の活性種であっても良いものである。 Note that the atmospheric pressure plasma irradiated by the atmospheric pressure plasma apparatus is not limited to those directly irradiated, but includes those irradiated with a plasma generation position separated or separated. Further, it may be a plasma such as oxygen ions or a neutral active species such as ozone.
また、動作ガス供給部１５の動作ガスの流量を制御するために、流量制御部１６を用いても良い。例えば、流量制御部１６は、大気圧プラズマにより炭素膜２から気化するガスが滞留しないように、動作ガスの流量を制御するのに用いられれば良い。即ち、炭素膜２の表面にエアフローを発生させ、炭素膜２から気化するガスを吹き飛ばすように構成可能である。これにより、炭素膜から気化した二酸化炭素の影響を最小限とし、動作ガス濃度を一定とすることが可能となる。 In addition, the flow rate control unit 16 may be used to control the flow rate of the working gas in the working gas supply unit 15. For example, the flow rate control unit 16 may be used to control the flow rate of the working gas so that the gas vaporized from the carbon film 2 is not retained by the atmospheric pressure plasma. That is, it can be configured to generate an air flow on the surface of the carbon film 2 and to blow off the gas vaporized from the carbon film 2. This makes it possible to minimize the influence of carbon dioxide vaporized from the carbon film and to keep the operating gas concentration constant.
本発明の炭素膜処理装置によれば、例えば数十ナノメートルから数十マイクロメートルの膜厚のＤＬＣ膜を数秒から数十秒で完全に基材上から除去することが可能となる。本発明は、大気圧プラズマ装置の動作ガスにアルゴンガスを用いて放射された大気圧プラズマを基材上の炭素膜に照射すると、極めて短時間に炭素膜が簡単に基材表面から除去可能であることを初めて見出したものである。 According to the carbon film processing apparatus of the present invention, for example, a DLC film having a film thickness of several tens of nanometers to several tens of micrometers can be completely removed from the substrate in several seconds to several tens of seconds. In the present invention, when a carbon film on a substrate is irradiated with atmospheric pressure plasma radiated using argon gas as an operating gas of the atmospheric pressure plasma apparatus, the carbon film can be easily removed from the substrate surface in an extremely short time. It was the first time that I found something.
以下、本発明の炭素膜処理装置による炭素膜除去の効果について具体例を挙げて説明する。図３は、本発明の炭素膜処理装置により大気圧プラズマを炭素膜に照射した際の照射時間に対する炭素質量濃度の変化を示すグラフである。測定条件は、動作ガスとしてアルゴンガスを用い、動作ガス供給部によるガス流量を１．００Ｌ／ｍｉｎとした。また、炭素膜から大気圧プラズマ装置の照射口までの距離は２０ｍｍとした。また、低周波高圧電源の電圧は、９ｋＶ，１０ｋＶ，１１ｋＶのそれぞれで測定した。なお、炭素質量濃度は、基材上の炭素の残留量であるが、炭素膜除去処理が施されていない領域も測定範囲に入っているため、最終的にゼロにはなっていないが、中心付近の炭素膜は完全に除去されている。また、図４は、本発明の炭素膜処理装置により炭素膜を除去した際の実際の光学像である。具体的には、上述の条件のうち低周波高圧電源の電圧が１０ｋＶの場合と１１ｋＶの場合に３０秒，６０秒，９０秒の時間、大気圧プラズマを炭素膜に照射した場合のものである。 Hereinafter, the effect of carbon film removal by the carbon film processing apparatus of the present invention will be described with specific examples. FIG. 3 is a graph showing changes in carbon mass concentration with respect to irradiation time when a carbon film is irradiated with atmospheric pressure plasma by the carbon film processing apparatus of the present invention. As measurement conditions, argon gas was used as the working gas, and the gas flow rate by the working gas supply unit was set to 1.00 L / min. The distance from the carbon film to the irradiation port of the atmospheric pressure plasma apparatus was 20 mm. Moreover, the voltage of the low frequency high voltage power supply was measured at 9 kV, 10 kV, and 11 kV, respectively. The carbon mass concentration is the amount of carbon remaining on the base material, but the area that has not been subjected to the carbon film removal treatment is also within the measurement range, so it is not finally zero. The nearby carbon film has been completely removed. FIG. 4 is an actual optical image when the carbon film is removed by the carbon film processing apparatus of the present invention. Specifically, among the above-mentioned conditions, when the voltage of the low-frequency and high-voltage power supply is 10 kV and 11 kV, the carbon film is irradiated with atmospheric pressure plasma for 30 seconds, 60 seconds, and 90 seconds. .
図示の通り、大気圧プラズマの当たっている中心付近は３０秒で基材表面が見えており、また、炭素質量濃度も一気に下がっており、炭素膜が完全に除去されていることが確認できる。また、低周波高圧電源の電圧による効果の違いについては、高い方が若干早く炭素膜を除去できることも分かる。 As shown in the figure, the surface of the base material is visible in 30 seconds near the center where the atmospheric pressure plasma is hit, and the carbon mass concentration is lowered at a stretch, confirming that the carbon film is completely removed. It can also be seen that the difference in effect due to the voltage of the low-frequency high-voltage power supply can remove the carbon film slightly faster.
なお、概ね同一条件で動作ガスとしてアルゴンガスではなくヘリウムガスを用いて比較してみたところ、大気圧プラズマを９０秒間照射しても、炭素膜は僅かに剥がれる程度であり、測定できる変化は無かった。 In comparison, using helium gas instead of argon gas as the operating gas under almost the same conditions, the carbon film was peeled off slightly even after 90 seconds of atmospheric pressure plasma irradiation, and there was no change that could be measured. It was.
ここで、動作ガス供給部１５では、動作ガスとしてのアルゴンガスに、例えば酸素をドープすることにより炭素膜の酸化反応を促進させるように構成することも可能である。即ち、プラズマ内の酸素ラジカルの量を増やすことで、より酸化反応を促進させることが可能である。 Here, the working gas supply unit 15 may be configured to promote the oxidation reaction of the carbon film by doping, for example, oxygen into the argon gas as the working gas. That is, it is possible to further promote the oxidation reaction by increasing the amount of oxygen radicals in the plasma.
さらに、本発明の炭素膜処理装置は、基材上の炭素膜を単に除去するだけではなく、炭素膜を化学的に変質させても良い。即ち、例えば動作ガスとしてのアルゴンガスに水素をドープすることにより、放射される大気圧プラズマの水素濃度が高くなる。これにより、大気圧プラズマが照射された炭素膜は、その表面の水素濃度が高まる。例えば炭素膜がＤＬＣ膜の場合、ＤＬＣ膜の硬度は水素濃度に依存するため、表面の水素濃度が高まるとＤＬＣ膜の表面の硬度を低くすること等が可能となる。即ち、ＤＬＣ膜の表面修飾が、ＤＬＣ膜を生成した後にも可能となる。したがって、用途によって表面の硬度を変えたＤＬＣ膜等を、ＤＬＣ膜生成後にも容易に実現可能となる。 Furthermore, the carbon film processing apparatus of the present invention may not only remove the carbon film on the substrate but also chemically alter the carbon film. That is, for example, by doping hydrogen into an argon gas as an operating gas, the hydrogen concentration of the emitted atmospheric pressure plasma is increased. Thereby, the hydrogen concentration on the surface of the carbon film irradiated with the atmospheric pressure plasma is increased. For example, when the carbon film is a DLC film, the hardness of the DLC film depends on the hydrogen concentration. Therefore, when the hydrogen concentration on the surface increases, the hardness of the surface of the DLC film can be reduced. That is, the surface modification of the DLC film can be performed after the DLC film is generated. Accordingly, it is possible to easily realize a DLC film or the like whose surface hardness is changed depending on the use even after the DLC film is generated.
また、炭素膜の表面修飾を目的として、例えば水やアルコール、アンモニア、窒素等を動作ガスにドープしても良い。これにより、例えば炭素膜の親水性を高めたり、生物模倣材料としての機能を付加したりすることも可能となる。 For the purpose of modifying the surface of the carbon film, for example, water, alcohol, ammonia, nitrogen or the like may be doped into the working gas. Thereby, for example, it is possible to increase the hydrophilicity of the carbon film or to add a function as a biomimetic material.
ここで、図１に示した例では、印加電極１２が誘電体管１１の外周を囲むように配置されているものであったが、本発明はこれに限定されない。図５は、本発明の炭素膜処理装置の大気圧プラズマ装置の他の例を説明するための概略側断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。 Here, in the example shown in FIG. 1, the application electrode 12 is disposed so as to surround the outer periphery of the dielectric tube 11, but the present invention is not limited to this. FIG. 5 is a schematic sectional side view for explaining another example of the atmospheric pressure plasma apparatus of the carbon film processing apparatus of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
図５に示されるように、この大気圧プラズマ装置の例では、印加電極１２が誘電体管１１の内部に設けられている。具体的には、誘電体管１１に電極導入孔が設けられており、そこから印加電極１２が誘電体管１１内部に導入されている。これにより、低周波高圧電源１４からのエネルギを動作ガスに直接供給することが可能となる。このように構成することで、低周波高圧電源１４の出力電圧を抑えることが可能となる。 As shown in FIG. 5, in the example of the atmospheric pressure plasma apparatus, the application electrode 12 is provided inside the dielectric tube 11. Specifically, an electrode introduction hole is provided in the dielectric tube 11, and the application electrode 12 is introduced into the dielectric tube 11 from there. Thereby, the energy from the low-frequency high-voltage power supply 14 can be directly supplied to the working gas. With this configuration, it is possible to suppress the output voltage of the low-frequency high-voltage power supply 14.
図６は、本発明の炭素膜処理装置の大気圧プラズマ装置のさらに他の例を説明するための概略側断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図６に示される例は、印加電極１２のみを誘電体管１１の外周を囲むように配置し、低周波高圧電源１４により印加電極１２に交流高電圧を印加する構成の大気圧プラズマ装置である。このような単電極構成であっても、アルゴンガスを動作ガスとして用いて大気圧プラズマを炭素膜に照射可能である。 FIG. 6 is a schematic sectional side view for explaining still another example of the atmospheric pressure plasma apparatus of the carbon film processing apparatus of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts. The example shown in FIG. 6 is an atmospheric pressure plasma apparatus in which only the application electrode 12 is disposed so as to surround the outer periphery of the dielectric tube 11 and an AC high voltage is applied to the application electrode 12 by a low-frequency high-voltage power supply 14. . Even with such a single electrode configuration, it is possible to irradiate the carbon film with atmospheric pressure plasma using argon gas as the working gas.
これまで上述した図示例においては、誘電体管１１から放射されるプラズマは鋭く細いものとなるため、例えば所定のパターンに炭素膜をエッチング除去するといった、細かい除去作業を行うのに有利なものである。しかしながら、用途によっては広範囲に炭素膜を除去する場合もある。以下では、炭素膜の広範囲な除去に有利な炭素膜処理装置について説明する。 In the illustrated examples described above, the plasma emitted from the dielectric tube 11 is sharp and thin, which is advantageous for performing a fine removal operation such as etching and removing the carbon film in a predetermined pattern. is there. However, depending on the application, the carbon film may be removed over a wide range. In the following, a carbon film processing apparatus advantageous for removing a carbon film over a wide range will be described.
図７は、本発明の炭素膜処理装置の大気圧プラズマ装置にヘッド部を用いた例を説明するための概略図であり、図７（ａ）が側面図であり、図７（ｂ）が正面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。なお、図示例では誘電体管１１とヘッド部２０のみを示し、他の構成要素の図示は省略した。 FIG. 7 is a schematic view for explaining an example in which the head portion is used in the atmospheric pressure plasma apparatus of the carbon film processing apparatus of the present invention, FIG. 7 (a) is a side view, and FIG. It is a front view. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts. In the illustrated example, only the dielectric tube 11 and the head unit 20 are shown, and other components are not shown.
ヘッド部２０は、誘電体管１１の大気圧プラズマ放射端に接続されるものである。ヘッド部２０は、その照射口２１側先端が扁平形状を有している。ヘッド部２０も、誘電体、例えば石英ガラスにより形成されれば良い。照射口２１は、細長い形状を有している。そして、接地電極１３は、ヘッド部２０の扁平形状の扁平面２２を挟むように配置される。接地電極１３は、図示のようにヘッド部２０の扁平面２２を挟んで対向電極となっている。 The head unit 20 is connected to the atmospheric pressure plasma radiation end of the dielectric tube 11. The head portion 20 has a flat shape at the tip of the irradiation port 21 side. The head unit 20 may also be formed of a dielectric material such as quartz glass. The irradiation port 21 has an elongated shape. And the ground electrode 13 is arrange | positioned so that the flat shape flat surface 22 of the head part 20 may be pinched | interposed. The ground electrode 13 is a counter electrode across the flat surface 22 of the head portion 20 as shown in the figure.
ここで、図示の通り、ヘッド部２０は、誘電体管１１側から照射口２１側先端に向かって裾広がり形状を有している。即ち、所謂撫で肩形状である。また、ヘッド部２０の裾広がり形状の側面には、空気吸入孔２５が設けられている。これにより、大気中の空気を積極的に取り込み、酸素ラジカルの量を増やすことで、より酸化反応を促進させることが可能である。 Here, as shown in the figure, the head portion 20 has a shape that spreads from the dielectric tube 11 side toward the tip of the irradiation port 21 side. That is, the shoulder shape is a so-called heel. In addition, an air suction hole 25 is provided on the side surface of the head portion 20 that has a widened skirt. Thereby, it is possible to further promote the oxidation reaction by actively taking in air in the atmosphere and increasing the amount of oxygen radicals.
放射される大気圧プラズマは、照射口２１の細長い形状に応じて幅広く形成される。その結果、炭素膜に対して広範囲に大気圧プラズマを照射可能となる。即ち、幅広い形状の大気圧プラズマを炭素膜上で走査することで、広範囲なエリアの炭素膜を短時間に除去可能である。 The atmospheric pressure plasma to be emitted is formed widely depending on the elongated shape of the irradiation port 21. As a result, the atmospheric pressure plasma can be irradiated to the carbon film over a wide range. That is, by scanning a wide range of atmospheric pressure plasma on the carbon film, the carbon film in a wide area can be removed in a short time.
さらに、本発明の炭素膜処理装置では、誘電体バリア放電プラズマ装置を用いることでより広範囲なエリアの炭素膜除去が可能となる。図８は、本発明の炭素膜処理装置の大気圧プラズマ装置のさらに他の例を説明するための概略側断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示例は、誘電体バリア放電プラズマ装置を用いたものである。 Furthermore, in the carbon film processing apparatus of the present invention, it is possible to remove a carbon film in a wider area by using a dielectric barrier discharge plasma apparatus. FIG. 8 is a schematic sectional side view for explaining still another example of the atmospheric pressure plasma apparatus of the carbon film processing apparatus of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts. The illustrated example uses a dielectric barrier discharge plasma apparatus.
図示の通り、炭素膜２が設けられた基材１が接地電極１３上に配置されている。そして、プラズマ発生エリア１７となる所定の間隔を介して誘電体板１８が設けられている。さらに、誘電体板１８上に印加電極１２が設けられている。そして、側面から動作ガス供給部１５により動作ガスとしてアルゴンガスを供給する。この例では、基材に直接放電すると共に、別途動作ガス供給部１５から動作ガスとしてアルゴンガスを供給している。このような構成の誘電体バリア放電プラズマ装置を用いることで、広範囲に大気圧プラズマを発生させ、広範囲なエリアの炭素膜を短時間に一気に除去することが可能となる。 As illustrated, the base material 1 provided with the carbon film 2 is disposed on the ground electrode 13. A dielectric plate 18 is provided at a predetermined interval that becomes the plasma generation area 17. Further, the application electrode 12 is provided on the dielectric plate 18. Then, argon gas is supplied as the operating gas from the side by the operating gas supply unit 15. In this example, the gas is directly discharged to the base material, and argon gas is separately supplied as the operating gas from the operating gas supply unit 15. By using the dielectric barrier discharge plasma apparatus having such a configuration, it is possible to generate atmospheric pressure plasma in a wide range and remove the carbon film in a wide area at a stretch in a short time.
なお、本発明の炭素膜処理装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, the carbon film processing apparatus of this invention is not limited only to the above-mentioned illustration example, Of course, various changes can be added within the range which does not deviate from the summary of this invention.
１ 基材
２ 炭素膜
１０ 大気圧プラズマ装置
１１ 誘電体管
１２ 印加電極
１３ 接地電極
１４ 低周波高圧電源
１５ 動作ガス供給部
１６ 流量制御部
１７ プラズマ発生エリア
１８ 誘電体板
２０ ヘッド部
２１ 照射口
２２ 扁平面
２５ 空気吸入孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2 Carbon film 10 Atmospheric pressure plasma apparatus 11 Dielectric tube 12 Applied electrode 13 Ground electrode 14 Low frequency high voltage power supply 15 Operating gas supply part 16 Flow rate control part 17 Plasma generation area 18 Dielectric board 20 Head part 21 Irradiation port 22 Flat plane 25 Air suction hole
Claims (10)
大気圧雰囲気に置かれる炭素膜に対して大気圧プラズマを照射可能な大気圧プラズマ装置を具備し、
前記大気圧プラズマ装置は、動作ガスとしてアルゴンガスを用いて生成する大気圧プラズマにより炭素膜を酸化させ気化させることを特徴とする炭素膜処理装置。 A carbon film processing apparatus for processing a carbon film generated on a substrate under an atmospheric pressure atmosphere, the carbon film processing apparatus,
An atmospheric pressure plasma apparatus capable of irradiating atmospheric pressure plasma to a carbon film placed in an atmospheric pressure atmosphere,
The said atmospheric pressure plasma apparatus oxidizes and vaporizes a carbon film by the atmospheric pressure plasma produced | generated using argon gas as operation gas, The carbon film processing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記流量制御部は、大気圧プラズマにより炭素膜から気化するガスが滞留しないように動作ガスの流量を制御することを特徴とする炭素膜処理装置。 The carbon film processing apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a flow rate control unit that controls a flow rate of an operating gas used in the atmospheric pressure plasma apparatus,
The said flow control part controls the flow volume of an operation gas so that the gas vaporized from a carbon film may not stay by atmospheric pressure plasma, The carbon film processing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記ヘッド部の扁平形状の扁平面を挟むように配置される接地電極と、
を具備することを特徴とする炭素膜処理装置。 The carbon film processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a head unit that irradiates atmospheric pressure plasma used in the atmospheric pressure plasma apparatus, wherein an irradiation port side tip is flat. A head portion having
A ground electrode arranged so as to sandwich a flat flat surface of the head portion;
A carbon film processing apparatus comprising:
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019053977A (en) * | 2017-09-15 | 2019-04-04 | 学校法人日本大学 | Atmospheric pressure plasma generation device |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09232293A (en) * | 1995-12-19 | 1997-09-05 | Seiko Epson Corp | Surface treatment method and device, manufacture of piezoelectric element, manufacture of print head for ink jet, manufacture of liquid crystal panel and micro-sampling method |
| JP2001006897A (en) * | 1999-04-23 | 2001-01-12 | Matsushita Electric Works Ltd | Plasma treatment device and plasma treatment method |
| JP2001077097A (en) * | 1999-06-30 | 2001-03-23 | Matsushita Electric Works Ltd | Plasma processing device and method |
| JP2003187998A (en) * | 2001-12-19 | 2003-07-04 | Matsushita Electric Works Ltd | Surface treatment device and surface treatment method |
| JP2004123519A (en) * | 2002-09-11 | 2004-04-22 | Hoya Corp | Method for regenerating forming die, and method for manufacturing optical element |
| JP2004179014A (en) * | 2002-11-28 | 2004-06-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Plasma processing method and device |
| JP2006243739A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Samsung Electronics Co Ltd | Method of fabricating alignment film of liquid crystal display device and etching apparatus used therein |
| JP2006252819A (en) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Plasma treatment device |
-
2015
- 2015-12-03 JP JP2015236834A patent/JP2017103393A/en active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09232293A (en) * | 1995-12-19 | 1997-09-05 | Seiko Epson Corp | Surface treatment method and device, manufacture of piezoelectric element, manufacture of print head for ink jet, manufacture of liquid crystal panel and micro-sampling method |
| JP2001006897A (en) * | 1999-04-23 | 2001-01-12 | Matsushita Electric Works Ltd | Plasma treatment device and plasma treatment method |
| JP2001077097A (en) * | 1999-06-30 | 2001-03-23 | Matsushita Electric Works Ltd | Plasma processing device and method |
| JP2003187998A (en) * | 2001-12-19 | 2003-07-04 | Matsushita Electric Works Ltd | Surface treatment device and surface treatment method |
| JP2004123519A (en) * | 2002-09-11 | 2004-04-22 | Hoya Corp | Method for regenerating forming die, and method for manufacturing optical element |
| JP2004179014A (en) * | 2002-11-28 | 2004-06-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Plasma processing method and device |
| JP2006243739A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Samsung Electronics Co Ltd | Method of fabricating alignment film of liquid crystal display device and etching apparatus used therein |
| JP2006252819A (en) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Plasma treatment device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019053977A (en) * | 2017-09-15 | 2019-04-04 | 学校法人日本大学 | Atmospheric pressure plasma generation device |
| JP7144780B2 (en) | 2017-09-15 | 2022-09-30 | 学校法人日本大学 | Atmospheric pressure plasma generator |
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