JP3664688B2 - 大気圧プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧下でプラズマを発生させて、電子部品等の表面処理等をおこなう大気圧プラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
大気圧下でプラズマを発生させて電子部品等の表面処理をおこなうプラズマ処理装置が公知である。例えば、特開2001−23968公報に開示された装置がある。上記公報の装置では、反応管内に希ガスを流し、反応管に付設した高圧電極と接地電極の間に高周波電圧を印加して、反応管内でプラズマを発生させ、反応管の出口から噴出するプラズマを被処理物体に当てるようにしたものである。
【0003】
そして希ガスとしては、ヘリウムガスとアルゴンガスを使用するようにされ、ヘリウムガスの割合をヘリウムガスとアルゴンガスの総量の20%〜50%にすることが示されている。ところが、ヘリウムガスは高価であるので、さらにヘリウムガスの使用量を少ないプラズマ処理装置の開発が望まれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、ヘリウムガスの使用量の少ない大気圧プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明によれば、誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であって、
高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、
ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第1ガス供給装置とヘリウムガス以外の第2希ガスを供給する第2ガス供給装置と酸素ガスを供給する第3ガス供給装置を含み、
高周波電界発生装置と第1、第2、第3ガス供給装置を制御する制御装置であって、第1ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第2希ガスの供給を開始し第2希ガスのプラズマが発生したら第1ガス供給装置を停止し、その後第3ガス供給装置による酸素ガスの供給を開始する制御装置を具備し、
第3ガス供給装置から供給される酸素ガスは、少なくとも、最上流の第1段高周波電界発生装置の下流側に設けられた第3ガス導入口から反応管内部に供給されることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置が提供される。
このように構成された大気圧プラズマ処理装置では、酸素ガスは、少なくとも、最上流の第1段高周波電界発生装置で発生せしめられたプラズマ中に導入される。
【0009】
請求項2の発明によれば、誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であって、
高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、
ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第1ガス供給装置とヘリウムガス以外の第2希ガスを供給する第2ガス供給装置と酸素ガスを供給する第3ガス供給装置を含み、
高周波電界発生装置と第1、第2、第3ガス供給装置を制御する制御装置であって、第1ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第2希ガスの供給を開始し第2希ガスのプラズマが発生したら第1ガス供給装置を停止し、その後第3ガス供給装置による酸素ガスの供給を開始する制御装置を具備し、
互いに平行に配列される複数の反応管を有し、高周波電界発生装置の各電極が複数の反応管を周囲していることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置が提供される。
このように構成された大気圧プラズマ処理装置では、複数の反応管からプラズマが噴出するので処理面積が大きい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1が第1の実施の形態の構成を示す図であって、反応管10は誘電体である石英で形成されていて、この実施の形態の場合は外径6mm、内径4mm、厚さ1mmのものを使用した。なお、反応管10の材料は石英に限られるものではなく、誘電体であればどのような材料でもよく、例えば、セラミックスを使用することもできる。但し、石英が汚れにくくメンテナンスが楽であるので最も好ましい。
【0013】
反応管10の上部には第1ガス導入口11、第2ガス導入口12、第3ガス導入口13が設けられ、下端にはプラズマ出口14が形成されている。この出口14に対向して処理台200が配設され、処理台200の上に被処理物体Tが載置される。
【0014】
そして、中間部には、アルミ製の環状の第1電極20、第2電極30、第3電極40が反応管10の外周を周囲するように配設されている。第1電極20と第3電極40は接地電極であり接地されているが、第2電極30は高圧電極であって、高周波電源50が整合器51を介して接続され、第1電極20と第2電極30で第1段高周波電界発生装置A1を形成し、第2電極30と第3電極40で第2段高周波電界発生装置A2を形成している。すなわち、反応管10は直列に配列された2段の高周波電界発生装置を有することになる。
【0015】
なお、第1電極20と第2電極30、第2電極30と第3電極40の間隔は、反応管10が上記のような寸法の場合、略1〜2mmとされている。なお、各電極を反応管10に対して移動可能に取付ておいて間隔を調整可能にすることもできる。
【0016】
そして、冷却水通路61が第1電極20、第2電極30、第3電極40の内部を通るように配設されていて、冷却水通路61には冷却水ポンプ60から冷却水が供給され、各電極はこの冷却水で冷却されるようになっている。この結果、プラズマ発生中の各電極の過熱を防止することができる。
【0017】
そして、第1ガス導入口11へ第1ガスボンベ70から第1ガス調整弁71を介してヘリウムガスが導入され、第2ガス導入口12へ第2ガスボンベ80から第2ガス調整弁81を介してアルゴンガスが導入され、第3ガス導入口13へ第3ガスボンベ90から第3ガス調整弁91を介して酸素ガスが導入されるようになっている。
なお、第2ガスボンベ80から導入するガスをアルゴンガスではない他のキセノン、クリプトン等の希ガスとすることもできる。
【0018】
第1ガス調整弁71、第2ガス調整弁81、第3ガス調整弁91は制御装置100により開度が調整される。
制御装置100は、簡単なマイクロコンピュータから成り、高周波電源50、整合器51、冷却水ポンプ60の制御もおこなう。
【0019】
次に、上記のように構成された大気圧プラズマ処理装置を利用して被処理物体の表面処理作業をおこなう手順と作用について説明する。
先ず、被処理物体Tを処理台200の上に載置する。そして、冷却水ポンプ60を作動せしめて冷却水通路61に冷却水を流す。
次に、第1ガス調整弁71を開弁して第1ガスボンベ70のヘリウムガスを第1ガス導入口11から反応管10内に導入する。
【0020】
第1ガス調整弁71を開弁後所定の時間が経過して反応管10内にヘリウムガスが充分行き渡ったならば、高周波電源50をONにし、第1高周波電界発生装置A1の第1電極20と第2電極30の間、および、第2高周波電界発生装置A2の第2電極30と第3電極40の間に高周波電界を発生させる。この高周波電界によりヘリウムガスからプラズマが生成される。
所定の時間を経過させプラズマが安定したならば、第2ガス調整弁81を開弁して第2ガスボンベ80のアルゴンガスを第2ガス導入口12から反応管10内に導入する。すると、アルゴンガスによるプラズマの生成が開始される。
【0021】
アルゴンガスの導入開始後、所定時間を経過させアルゴンガスによるプラズマが安定したならば、第1ガス調整弁71を閉弁してヘリウムガスの導入を停止する。その後、所定時間経過させてから、第3ガス調整弁91を開弁して第3ガスボンベ90の酸素ガスを第3ガス導入口13から反応管10内に導入する。図2は上記の手順を示すチャートであって横軸は時間を表わしている。
反応管10内で生成されたプラズマはプラズマ出口14から処理台200上に載置された被処理物体Tに向かって噴出し、非処理物体Tは洗浄される。
【0022】
このように、本発明の第1の実施の形態は、ガス流れ方向に沿って直列に第1段高周波電界発生装置A1と第2段高周波電界発生装置A2を有して、多段に高周波電界を発生させることによって、ヘリウムガスの導入を途中で停止することができ、その結果、高価なヘリウムガスの使用量が減少し、運転コストが低下する。
【0023】
図2は第2の実施の形態を説明する図であって、第3ガス導入口13を第2電極30を貫通して設け、酸素ガスを第1段高周波電界発生装置A1と第2段高周波電界発生装置A2の間から導入するようにした点が第1の実施の形態と異なる。
その結果、第1の実施の形態のように、酸素ガスを上方からアルゴンガスと一緒に導入する場合よりも、より多量の酸素ガスを導入することができる。酸素ガスは活性があるので洗浄能力を有しており、酸素ガスを多量に導入できるということは、洗浄能力がを高めることができるということである。
【0024】
ここで、第1の実施の形態よりもより多量の酸素ガスを導入することができるのは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、酸素ガスのプラズマはアルゴンガスのプラズマよりも弱いものであって、換言すれば、酸素ガスの導入はプラズマを弱性化する作用をおこなう。したがって、これを第1段高周波電界発生装置A1の上流から大量に導入するとプラズマ全体が弱くなってしまう。しかし、この第2の実施の形態のように、第1段高周波電界発生装置A1の後流の第2電極30のところから酸素ガスを導入すれば、その上流側でアルゴンガスにより安定したプラズマが生成されている中に導入されるので大量に酸素ガスを導入してもプラズマの弱まり方が小さくなる。
【0025】
次に、第3の実施の形態について説明する。この第3の実施の形態は、反応管10を複数本、この場合は3本を、平面視では図5に示すように三角形になるように、平行に配置し、各反応管10を各電極で周囲し、各反応管10にそれぞれ第1の実施の形態と同様にヘリウムガス、アルゴンガス、酸素ガスを導入し、各反応管10の出口14からプラズマを噴出せしめ、プラズマの放出面積を拡大したものである。したがって、一度に大きな面積の処理ができる。その他の構成は、運転方法は第1の実施の形態と同じである。
なお、この第3の実施の形態では、3本の反応管10を平行に配置した例を示したが、所望に応じて何本でも平行に配置することができる。
【0026】
以上、第1の実施の形態、第2の実施の形態、第3の実施の形態と、3つの電極で、2段の高周波電界発生装置を形成、配置した場合を説明したが、さらに電極を増やして、より多段の高周波電界発生装置を形成、配置することができる。この場合も、隣接する段の高周波電界発生装置について電極を共用することにより電極の数を少なくすることができる。
例えば、電極の総数をNとし、それらを、交互に接地電極と高圧電極とすれば、N−1段の高周波電界発生装置を形成、配置することができる。
【0027】
図6の(A)は、上流から接地電極、高圧電極、接地電極、高圧電極と4つの電極を配置して、A1,A2,A3の3段の高周波電界発生装置を形成、配置した場合を示し、図6の(B)は、上流から接地電極、高圧電極、接地電極、高圧電極、接地電極と4つの電極を配置して、A1,A2,A3,A4の3段の高周波電界発生装置を形成、配置した場合を示している。
【0028】
【発明の効果】
本発明は、誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であるが、高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第1ガス供給装置とヘリウムガス以外の第2希ガスを供給する第2ガス供給装置と酸素ガスを供給する第3ガス供給装置を含み、制御装置によって第1ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を作始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第2希ガスの供給を開始し第2希ガスのプラズマが発生したら第1ガス供給装置を停止し、その後第3ガス供給装置による酸素ガスの供給が開始される。
したがって、第2希ガスのプラズマが発生したらヘリウムガスの供給を停止することができヘリウムガスの使用量が少なく運転コストが安い。
【0030】
特に、請求項1の発明のように、第3ガス供給装置から供給される酸素ガスが、少なくとも、最上流の第1段高周波電界発生装置の下流側に設けられた第3ガス導入口から反応管内部に供給されるようにすれば、酸素ガスは、少なくとも、最上流の第1段高周波電界発生装置で発生せしめられたプラズマ中に導入されるので酸素ガスによるプラズマの弱性化の影響が小さくその分酸素ガスを増量でき、その結果洗浄力が向上する。
【0031】
特に、請求項2の発明のように、互いに平行に配列される複数の反応管を有し、高周波電界発生装置の各電極が複数の反応管を周囲するようにすれば、複数の反応管からプラズマが噴出するので処理面積が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の構造を示す側面図である。
【図2】第1の実施の形態の運転方法を示すチャートである。
【図3】第2の実施の形態の構造を示す側面図である。
【図4】第3の実施の形態の構造を示す側面図である。
【図5】第3の実施の形態における反応管10の配置を示す上面図である。
【図6】より多段の高周波電解装置を形成、配置するための電極の配置を示す図であって、
(A)は4つの電極で3段の高周波電解装置を形成、配置した場合を示し、
(B)は5つの電極で4段の高周波電解装置を形成、配置した場合を示している。
【符号の説明】
10…反応管
11…第1ガス導入口
12…第2ガス導入口
13…第3ガス導入口
14…プラズマ出口
20…第1電極
30…第2電極
40…第3電極
50…高周波電源
51…整合器
60…冷却水ポンプ
61…冷却水通路
70…第1ガスボンベ
71…第1ガス調整弁
80…第2ガスボンベ
81…第2ガス調整弁
90…第3ガスボンベ
91…第3ガス調整弁
100…コントローラ
200…処理台
T…被処理物体
Claims (2)
- 誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であって、
高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、
ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第1ガス供給装置とヘリウムガス以外の第2希ガスを供給する第2ガス供給装置と酸素ガスを供給する第3ガス供給装置を含み、
高周波電界発生装置と第1、第2、第3ガス供給装置を制御する制御装置であって、第1ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第2希ガスの供給を開始し第2希ガスのプラズマが発生したら第1ガス供給装置を停止し、その後第3ガス供給装置による酸素ガスの供給を開始する制御装置を具備し、
第3ガス供給装置から供給される酸素ガスは、少なくとも、最上流の第1段高周波電界発生装置の下流側に設けられた第3ガス導入口から反応管内部に供給されることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。 - 誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であって、
高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、
ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第1ガス供給装置とヘリウムガス以外の第2希ガスを供給する第2ガス供給装置と酸素ガスを供給する第3ガス供給装置を含み、
高周波電界発生装置と第1、第2、第3ガス供給装置を制御する制御装置であって、第1ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第2希ガスの供給を開始し第2希ガスのプラズマが発生したら第1ガス供給装置を停止し、その後第3ガス供給装置による酸素ガスの供給を開始する制御装置を具備し、
互いに平行に配列される複数の反応管を有し、高周波電界発生装置の各電極が複数の反応管を周囲していることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
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