JP5093670B2

JP5093670B2 - 大気圧プラズマによる粒子清浄方法

Info

Publication number: JP5093670B2
Application number: JP2008078873A
Authority: JP
Inventors: 勝彦鈴木
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2009233482A

Description

本発明は、汚染粒子を大気圧プラズマにより清浄する方法に関する。

従来より、サンドブラスト技術によって、砂などの粒子を高速噴流状態にして物質表面を切削加工することが知られている。この技術では、適切な粒径、基板を選択することにより、切削加工だけでなく付着加工も行うことができる。

このような加工においては、付着されずに反跳する粒子が基板と衝突し、表面が汚染される。また、このようにして粒子が汚染されるだけでなく、種々の前処理で物質、分子で汚染される。

一方で、大気圧状態で、微小隙間を有する平行電極間に高電界を印加させることにより、グロー放電状態のプラズマ（電離状態）を電極間に発生させ、ダメージなしで電極付近にある物質の表面の吸着有機物や無機付着物等を清浄させることができる技術が知られている。
特開２００５−１０１５３９号公報特開２００７−８４９０８号公報

サンドブラスト技術を応用して粒子噴流体を物質表面に当てて切削加工する装置が製品化されている。また、当該装置を用いて、粒子径、基板物質条件、噴流状態等を適切に選ぶことにより付着加工をする技術も開発されている。

切削加工の場合、アルミナ、酸化ケイ素のような非常に安価な粒子を使用するため、使用される粒子は使い捨てしている。しかしながら、付着加工の場合、高価な機能性粒子を使用するため、従来のように使い捨てにする方式では、素子等を作製するとき、同技術は優位性が極端に低下する問題を抱えていた。

また、微粒子の場合、表面が活性化しているため、不要な分子が微粒子表面に吸着している場合が多く、その微粒子の持つ特性が低下するという問題を抱えていた。付着加工に用いられた粒子は、一度基板と接触しているため汚染されており、そのままでは再利用できない。また、使用前に既に粒子に汚染物質が吸着している場合も、付着加工には使用できないという問題を抱えていた。

また、粒子は二次粒子を作り易いため、そのままの状態で粒子を清浄しても二次粒子の内部までは清浄できず、清浄の効率が悪いという問題を抱えていた。また、そのまま清浄回収して再利用するにも回収率が低いという問題を抱えていた。

本発明は、大気圧状態で、隙間を有する平行電極間に高電界を印加させることによりプラズマを電極間に発生させ、ノズルから気体を流しながら粒子をプラズマ空間に導入し、前記電極、又は前記電極とノズルとの間に設置した絶縁体に前記粒子を衝突させて凝集された２次粒子状態の前記粒子を１次粒子状態にすると共に、粒子表面の汚染物質を除去する方法であって、前記ノズルと前記電極又は前記絶縁体との間に角度をつけて粒子とガスとを斜方に噴射し、それによる噴流の下流側に前記ノズルとは別個に角度をつけたガス噴射ノズルを１つあるいは２つ以上設置してガスを噴射させ、プラズマにより前記粒子の表面に付着した汚染物質を除去し、清浄する方法である。

また、本発明においては、前記ノズルから噴射するガスとして、空気、酸素、窒素、又は化合物生成を避けるため希ガスであるアルゴン、ヘリウム、キセノンの単体あるいは混合気体を使用することが好ましい。

本発明によれば、気体流を利用して粒子流を発生させて大気圧プラズマ状態の空間に粒子流を導入して洗浄し、粒子の汚染を除去して再利用可能とする。その際、気体又は粒子流の持つ運動エネルギーにより二次粒子が解れ一次粒子となり、効率のよい清浄を可能にする。

また、ノズルを通して噴射する気体及び粒子流を電極に斜方に衝突させ、後方の斜めに設置されているノズルと電極に発生している大気圧プラズマを再度通過させて再度清浄させるので、清浄効果を高めることが可能である。さらに、斜方に気体及び粒子流、さらに気体流が噴射されるため、一方向に噴流がドリフトするので効率よい清浄粒子の回収が可能となる。

高価な粒子を用いて加工しても、加工後の粒子を効率よく清浄し、回収することができるので、当該粒子を再利用することが可能となる。よって、本発明により、噴流粒子を用いた素子作製法の生産性を向上させることが可能になる。

本発明の粒子清浄方法では、サンドブラスト、パウダージェット付着（ＰＪＤ）法のとき発生する汚染粒子の清浄を行う。

本発明の方法を実施するための装置全体を図１に示す。

電極１ａ、１ｂに１．２ｋＨｚ、１ｋＶの電圧を印加し、２ａ、２ｂのノズルと５ａ、５ｂの絶縁体との間の距離を３ｍｍとし、１５０ｋＰａの圧力でヘリウムを使いＦｅ_３Ｏ_４粒子を２ａ、２ｂのノズルから流して粒子を清浄させた。

オレイン酸に汚染されたＦｅ_３Ｏ_４粒子（粒径２００ｎｍ〜５００ｎｍ）のＦＴ−ＩＲスペクトルと、図１の装置を使って清浄させたＦｅ_３Ｏ_４粒子のＦＴ−ＩＲのスペクトルを測定したところ、清浄後、図２示すようにＣＨ_２モードとＣＯＯＨモードのスペクトルが消失しており、清浄効果があることが示された。

マイクロスケールの粒子噴流による切削加工装置はすでに製品化されている。一方、マイクロ・ナノスケールの粒子噴流による付着加工装置は開発段階にある。付着加工では高価な粒子を使用する頻度が多く、回収された粒子を清浄方法がないため、付着加工装置を製品化する上で大きな課題となっている。

本発明の方法により、既に製品化されている切削加工用の装置による加工の採算性が向上するばかりでなく、高価な粒子でも付着加工用の装置を使っても採算性がとれるようになり電子部品などの製造装置として製品化されるようになる可能性が非常に高くなる。

また、汚染物質が粒子表面に付着した粒子表面を効率よく清浄できるので、汚染物質に敏感な電子部品において、その製造用粒子の清浄に利用される可能性がある。

装置の全体図である。清浄効果を示す図である。

１ａ，１ｂ電極
２ａ，２ｂノズル
３ガス流による発生したグロー放電
４ガスと粒子流と発生したグロー放電
５ａ，５ｂ絶縁体
６粒子
７清浄粒子ストックボックス

Claims

大気圧状態で、隙間を有する平行電極間に高電界を印加させることによりプラズマを電極間に発生させ、ノズルから気体を流しながら粒子をプラズマ空間に導入し、
前記電極、又は前記電極とノズルとの間に設置した絶縁体に前記粒子を衝突させて凝集された２次粒子状態の前記粒子を１次粒子状態にすると共に、粒子表面の汚染物質を除去する方法であって、
前記ノズルと前記電極又は前記絶縁体との間に角度をつけて粒子とガスとを斜方に噴射し、それによる噴流の下流側に前記ノズルとは別個に角度をつけたガス噴射ノズルを１つあるいは２つ以上設置してガスを噴射させ、プラズマにより前記粒子の表面に付着した汚染物質を除去し、清浄する方法。
請求項１に記載の方法において、前記ノズルから噴射するガスとして、空気、酸素、窒素、又は化合物生成を避けるため希ガスであるアルゴン、ヘリウム、キセノンの単体あるいは混合気体を使用する方法。