JP2019033054A - 大気圧プラズマ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
対向電極間に供給されたガスはグロー放電によりプラズマ化されて、下側に配置された接地電極に形成されたスリットを通して、ターゲットに照射される。
また、冷却水に導電性があれば、冷却水を通して漏電による電力ロスが発生する。この電力ロスを抑制するためにイオン交換樹脂を使用して冷却水の導電性をなくすことも出来るが、冷却手段の構造が複雑になることや冷却手段の費用が高額となることが懸念される。
ガスが供給される第一の領域と、
前記第一の領域とは空間的に分離された第二の領域と、
前記第一の領域に設けられ、供給されたガスをプラズマ化して、一方の電極側から装置外部にプラズマを放出する対向電極と、
前記第二の領域に形成されて装置内外を連通する開口と、
前記第二の領域内の空気を吸気する吸気部と、を備え、
前記電極の一部が前記第二の領域に配置されている。
前記電極には、前記第二の領域に放熱フィンが設けられている。
前記第二の領域に、前記開口から前記電極に向けて延在した中空筒状のガイド部材を備え、
前記吸気部での吸気に伴って、前記ガイド部材を介して前記開口から前記吸気部への空気の流れが形成されていることが望ましい。
前記ガイド部材が、前記電極に通電するための給電線の通路を兼ねていることが望ましい。
前記第一の領域と前記第二の領域は1つのチャンバ内に形成されていて、
前記チャンバ内に、両領域を分離する仕切り部材を有し、
前記仕切り部材と前記チャンバの内壁面で、前記第一の領域に供給されるガスの流路が形成される。
前記対向電極間で生成されるプラズマを装置外部から視認するために設けられた複数の窓を有し、
前記対向電極は一方向に長く、電極の長さ方向で電極中央位置を挟んで前記窓が配置されていることが望ましい。
この冷却方式では冷却水を使用せずに電極の冷却が可能となることから、冷却水の使用に伴う感電、漏電等の種々の課題を一挙に解決することができる。
Z方向の側面に形成された孔は、装置内部の空気を吸引する為の吸気部3(例えば、サーキュレーター) が接続される接続口21である。下面に形成された孔は、下側電極E2からターゲットに向けてプラズマを放出するための図示されないスリットや丸孔等のプラズマ放出口である。X方向の側面に形成された孔は、ガスを供給するための供給口13であり、供給口13が形成されている側面とは逆側の図示されていない面にも別の供給口が形成されている。
図2では、下側電極E2にスペーサーIを介して支持されている固体誘電体15は、第二の領域R2に露出していないようにみえるがそうではない。後述する図4乃至図6を参酌すれば、固体誘電体15が、第二の領域R2に部分的に露出していることが理解できる。
このように、ガイド部材5が給電線の通路を兼ねているので、側壁12の一部を加工して給電線の通路を特別に設ける必要がない。
例えば、複数のスリットや複数の丸孔、単一の丸孔といった、下側電極E2からターゲットに向けてプラズマが放出できる形状であればどのような形状であってもよい。
このような溝Gを用いることで、対向電極間の全域に効率的にガスを拡散させることが可能となる。
一方、ガスの効率的な拡散を考慮しないのであれば、溝Gの形状としては、ガス供給口13から下方に向けて真っ直ぐに延びた形状であってもよい。
また、冷却水に導電性があれば、冷却水を通して漏電による電力ロスが発生するが、冷却水を使用していないのでこのような電力ロスもない。
第一の領域R1にのみ、ガスを供給する構成であるため、特許文献1のように装置全体にガスが供給される構成に比べて、ガスの使用量を低減できる。
また、吸気によって電極を冷却する方式であることから、電極周りの高温化された熱が吸引されて、装置周囲の温度上昇が抑制できる。そのうえ、装置内部の埃を吸引することができるので、クリーンルーム環境下でも支障なく使用することができる。
また、第一の領域R1と第二の領域R2が空間的に分離されていることから、ターゲットに照射されるプラズマの流れが、電極を冷却するための気流で阻害されることがない。
窓Wの数については、図示されるように複数でもいいし、特定箇所に1つ設けるようにしてもよい。
窓Wの取付け位置については、同じ側面12に取り付ける必要はなく、対向する側面12の一方に図示される左側の窓Wを取付け、他方の側面12に図示される右側の窓Wを取り付けるようにしてもよい。
しかしながら、上述したように対向電極の長さ方向で中央Cを挟んで左右に窓Wが設けられていれば、電極対の平行度を確認した上で、必要であれば電極を改めて取り付けることが可能となるので、固体誘電体15の破損を未然に防ぐことが出来る。
この場合、大気圧プラズマ装置1を回転させることで、上側電極E1と仕切り板7が位置ズレすることが懸念される。この対策として、図9に示すように、ガイド部材5の端部を上側電極E1に当接させて上側電極E1のY方向での位置を固定する。
また、仕切り板7のY方向での位置固定については、固定ピン18で抑えリング17を上から押さえるようにしてもいいし、固定ピン18で仕切り板7を直接押さえるようにしてもよい。
固定ピン18は、ピンの一部に螺子が形成された部材で、蓋11に形成された挿通孔に螺合されている。
固体誘電体15とこれに支持される上側電極E1とが、ぴったりと面接触するように、固定ピン18で固定誘電体15の姿勢を水平な状態にしておいてから、ガイド部材5で上側電極E1を固定誘電体15に押し付けることで、両部材をぴったりと面接触させる。
例えば、概略長方形状の固体誘電体であれば、長辺と短辺の中央位置に対応するように4つの固定ピンを設けておいて、長辺、短辺方向における固定誘電体の傾きを調整して所望の姿勢となるように調整することが考えられる。
一方、固体誘電体15を支持する下側電極E2の取付け姿勢を調整可能にしておき、固定誘電体15の姿勢を調整するようにしてもよい。
また、上側電極E1の位置決めについては、図5で説明した仕切り部材7に上側電極E1を嵌め込む方式が便利である。上側電極E1を仕切り部材7に嵌め込んだ際、仕切り部材7の電極嵌め込み穴内周が、上側電極E1の外周の対向する2辺、望ましくは全辺と、ごくわずかな隙間を空けた状態になるよう形成されていれば、電極嵌め込み穴に上側電極E1を嵌め込んで大まかな電極位置を決めた上で、電極位置の微調整を行うことが可能となる。
また、上側電極E1の温度と相関が取れ得るパラメーター(例えば、プラズマ温度)があれば、事前に実験する等して相関性をもとめておき、吸気部3での吸気速度の調整により、上側電極E1の温度制御を行うことで上側電極E1と相関関係にあるパラメーターの調整を行うようにしてもよい。
さらには、プラズマが正常に点灯しているときの装置パラメーター(吸気部で吸気された空気の温度や上側電極温度等)の値を予め計測しておいて、装置を稼働させている間に計測された装置パラメーターと比較することで、プラズマの正常点灯を判別するようにしてもよい。
2 開口
3 吸気部
4 放熱フィン
5 ガイド部材
6 端子固定部
7 仕切り部材
R1 第一の領域
R2 第二の領域
E1 上側電極
E2 下側電極
G 溝
W 窓
Claims (6)
- ガスが供給される第一の領域と、
前記第一の領域とは空間的に分離された第二の領域と、
前記第一の領域に設けられ、供給されたガスをプラズマ化して、一方の電極側から装置外部にプラズマを放出する対向電極と、
前記第二の領域に形成されて装置内外を連通する開口と、
前記第二の領域内の空気を吸気する吸気部と、を備え、
前記電極の一部が前記第二の領域に配置されている大気圧プラズマ装置。 - 前記電極には、前記第二の領域に放熱フィンが設けられている請求項1記載の大気圧プラズマ装置。
- 前記第二の領域に、前記開口から前記電極に向けて延在した中空筒状のガイド部材を備え、
前記吸気部での吸気に伴って、前記ガイド部材を介して前記開口から前記吸気部への空気の流れが形成される請求項1または2記載の大気圧プラズマ装置。 - 前記ガイド部材が、前記電極に通電するための給電線の通路を兼ねる請求項3記載の大気圧プラズマ装置。
- 前記第一の領域と前記第二の領域は1つのチャンバ内に形成されていて、
前記チャンバ内に、両領域を分離する仕切り部材を有し、
前記仕切り部材と前記チャンバの内壁面で、前記第一の領域に供給されるガスの流路が形成される請求項1乃至4のいずれか一項に記載の大気圧プラズマ装置 - 前記対向電極間で生成されるプラズマを装置外部から視認するために設けられた複数の窓を有し、
前記対向電極は一方向に長く、電極の長さ方向で電極中央位置を挟んで前記窓が配置されている請求項1乃至5のいずれか一項に記載の大気圧プラズマ装置。
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Cited By (1)
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