JP5593138B2 - Plasma surface treatment apparatus and electrode structure thereof - Google Patents
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Description
この発明はプラズマ表面処理装置およびその電極構造に関し、より詳細には、大気圧近傍の圧力下で発生させた放電プラズマを用いて被処理体の表面処理を行うプラズマ表面処理装置とその電極の構造に関する。 The present invention relates to a plasma surface treatment apparatus and an electrode structure thereof, and more specifically, a plasma surface treatment apparatus and a structure of an electrode for performing a surface treatment of an object to be treated using discharge plasma generated under a pressure near atmospheric pressure. About.
この種のプラズマ表面処理装置の一例を図7に示す。このプラズマ表面処理装置は、電圧印加電極aと接地電極bからなる対向電極間に所定の処理ガスcを導入しつつ両電極a,bに高周波電界を印加することによってこれら電極間の放電空間dに放電プラズマを発生させ、この放電プラズマを放電空間dの外に配置された被処理体Wに導いて被処理体の表面処理を行うように構成されている(たとえば、特許文献1参照)。 An example of this type of plasma surface treatment apparatus is shown in FIG. This plasma surface treatment apparatus applies a high-frequency electric field to both electrodes a and b while introducing a predetermined processing gas c between opposing electrodes consisting of a voltage application electrode a and a ground electrode b, thereby forming a discharge space d between these electrodes. The discharge plasma is generated, and the discharge plasma is guided to the object to be processed W arranged outside the discharge space d to perform the surface treatment of the object to be processed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、このような構造のプラズマ表面処理装置において安定した放電プラズマを発生させる(誘電体バリア放電を行う)ためには、電圧印加電極a及び接地電極bの各金属電極eの電極対向面の少なくとも一方(図示例では双方)を誘電体で被覆しておく必要がある。また、金属電極eと被処理体Wとの間での異常放電(アーク放電)を防止するために、金属電極eの被処理体側の面も誘電体(絶縁体)で覆っておく必要がある。さらに、金属電極背面のエッジ部分から被処理体Wへの沿面放電を防止する必要もある。 By the way, in order to generate stable discharge plasma (perform dielectric barrier discharge) in the plasma surface treatment apparatus having such a structure, at least the electrode facing surfaces of the metal electrodes e of the voltage application electrode a and the ground electrode b are used. One (both in the illustrated example) must be covered with a dielectric. Further, in order to prevent abnormal discharge (arc discharge) between the metal electrode e and the workpiece W, it is necessary to cover the surface of the metal electrode e on the workpiece side with a dielectric (insulator). . Furthermore, it is necessary to prevent creeping discharge from the edge portion on the back surface of the metal electrode to the workpiece W.
そのため、従来のプラズマ表面処理装置では、各金属電極eをそれぞれセラミックスなどの固体誘電体で形成された容器状のケースに収容し、金属電極eの全体を固体誘電体で覆うように構成したものが提案されている(特許文献2の図8参照)。具体的には、この誘電体のケースは、金属電極eを収容するためのケース本体fと、ケース本体fの背面に装着する蓋gとで構成されている。そして、上記ケース本体fは、断面四角形の柱状のセラミックス焼結品に金属電極eを収容するための凹状の溝を切削加工によって形成するとともに、その溝の両端をセラミックス製のブロックなどで塞ぐことによって、電極本体eを収容する空間を形成している。 For this reason, in the conventional plasma surface treatment apparatus, each metal electrode e is housed in a container-like case formed of a solid dielectric such as ceramics, and the entire metal electrode e is covered with the solid dielectric. Has been proposed (see FIG. 8 of Patent Document 2). Specifically, the dielectric case includes a case main body f for housing the metal electrode e and a lid g attached to the back surface of the case main body f. The case body f is formed by cutting a concave groove for accommodating the metal electrode e in a columnar ceramic sintered product having a quadrangular cross section and closing both ends of the groove with a ceramic block or the like. Thus, a space for accommodating the electrode body e is formed.
しかしながら、このような従来の構成のプラズマ表面処理装置においては以下のような問題があり、その改善が望まれていた。 However, the plasma surface treatment apparatus having such a conventional configuration has the following problems, and improvements have been desired.
(1)従来の電極構造では、金属電極eを収容する誘電体のケースの製作費用が高く、装置全体の製造コストが高くなる。 (1) In the conventional electrode structure, the manufacturing cost of the dielectric case that accommodates the metal electrode e is high, and the manufacturing cost of the entire device is high.
すなわち、この種の誘電体のケースは受注生産により製造されるところ、誘電体のケースの材料となるセラミックスの焼結品は脆いため高効率で切削加工を行うとひび割れを起こしてしまう。そのため、ひび割れを起こさず、しかも、金属電極eを収容できる程度の深さの溝を形成するには、その加工に長時間を要することととなり、ケース本体fの製作コストが高額となっていた。 That is, when this type of dielectric case is manufactured by order production, the sintered ceramic material used as the material of the dielectric case is fragile, and cracking occurs when cutting is performed with high efficiency. Therefore, it takes a long time to form a groove having a depth sufficient to accommodate the metal electrode e without cracking, and the manufacturing cost of the case body f is high. .
なお、この点に関して、ケース本体fを板状のセラミックスを貼り合わせて製作することによりケース本体fの製作コストを安価に抑制することも考えられるが、ケース本体fに収容される金属電極e(特に電圧印加電極a側)は高周波電界の印加によって高温となるため、この熱の影響によって接合部が剥離するおそれがあり、剥離個所から被処理体Wへの異常放電(アーク放電など)が起こるおそれがあった。 In this regard, it is conceivable to reduce the manufacturing cost of the case body f by manufacturing the case body f by bonding plate-shaped ceramics together. However, the metal electrode e ( In particular, the voltage application electrode a side) is heated to a high temperature by application of a high-frequency electric field, so that there is a possibility that the joint is peeled off due to the influence of this heat, and abnormal discharge (arc discharge or the like) from the peeled portion to the workpiece W occurs. There was a fear.
(2)また、金属電極eから被処理体Wへの沿面放電を防止するために金属電極eの周囲(特に、図7において上下左右の四方の周囲)を誘電体で覆っていても、ケース本体fとその蓋gとには接合部が生じるため、仮にこの接合部を接着等によって封止していても経年劣化等によって接合部に隙間が生じ、その隙間から被処理体Wに放電が起こるおそれがある。 (2) In addition, in order to prevent creeping discharge from the metal electrode e to the object W to be processed, even if the periphery of the metal electrode e (particularly, the periphery of the top, bottom, left and right in FIG. 7) is covered with a dielectric, Since a joint portion is formed between the main body f and the lid g, even if the joint portion is sealed by adhesion or the like, a gap is generated in the joint portion due to aging or the like, and discharge is generated from the gap to the workpiece W. May happen.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、被処理体への異常放電のおそれのない電極構造を低コストで実現することにより、高性能なプラズマ表面処理装置を安価に提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its object is to realize a high performance by realizing an electrode structure that does not cause abnormal discharge to the object to be processed at low cost. Is to provide an inexpensive plasma surface treatment apparatus at a low cost.
上記目的を達成するため、本発明に係る電極構造は、以下の特徴を有している。
(1)放電空間が形成されるように対向配置された一対の電極の各電極対向面が誘電体で覆われている電極構造において、上記各電極の電極対向面にそれぞれ略板状の固体誘電体板を対面配置するとともに、上記各電極の電極対向面と反対側に各電極を支持するための電極支持ステーを配置し、この状態で上記各電極の周囲に液状またはゲル状の誘電体を充填して固化させることによって上記各電極をそれぞれの側に配設された固体誘電体板と電極支持ステーとに接着させるととともに各電極の周囲を上記固体誘電体板と固化した誘電体とによって被覆している。
In order to achieve the above object, the electrode structure according to the present invention has the following characteristics.
(1) In an electrode structure in which each electrode facing surface of a pair of electrodes arranged so as to form a discharge space is covered with a dielectric, a substantially plate-shaped solid dielectric is formed on each electrode facing surface of each electrode. A body plate is placed facing each other, and an electrode support stay for supporting each electrode is arranged on the side opposite to the electrode facing surface of each electrode. In this state, a liquid or gel-like dielectric is placed around each electrode. By filling and solidifying the electrodes, the electrodes are adhered to the solid dielectric plate disposed on the respective sides and the electrode support stay, and the periphery of each electrode is formed by the solid dielectric plate and the solidified dielectric. It is covered.
(2)上記電極支持ステーのうち少なくとも電圧が印加される電極側に配置される電極支持ステーは絶縁性材料で構成されている。 (2) Of the electrode support stays, at least the electrode support stays arranged on the electrode side to which a voltage is applied are made of an insulating material.
(3)上記各固体誘電体板の周縁部の少なくとも一辺が該固体誘電体板に隣接して配置される部材と係合されることによって各固体誘電体板同士の間に形成される上記放電空間の幅寸法が規定されている。 (3) The discharge formed between the solid dielectric plates by engaging at least one side of the peripheral portion of the solid dielectric plates with a member disposed adjacent to the solid dielectric plate. The width dimension of the space is specified.
また、本発明に係るプラズマ表面処理装置は、上記(1)から(3)の電極構造の特徴に加えて以下の特徴を有している。
(4)対向配置された一対の電極間に形成された放電空間に処理ガスを導入しつつ高周波電界を印加することにより得られる放電プラズマを、上記放電空間外に配置された被処理体に導いて被処理体の表面処理を行うプラズマ表面処理装置であって、上記電極支持ステーが上記被処理体と対面するように配置されるベース部材に固定されるとともに、このベース部材に形成される放電プラズマ吹出用の開口部に上記各固体誘電体板の先端部分が嵌合されている。
The plasma surface treatment apparatus according to the present invention has the following characteristics in addition to the characteristics of the electrode structures (1) to (3).
(4) A discharge plasma obtained by applying a high-frequency electric field while introducing a processing gas into a discharge space formed between a pair of electrodes arranged opposite to each other is guided to an object to be processed disposed outside the discharge space. A plasma surface treatment apparatus for performing a surface treatment of an object to be processed, wherein the electrode support stay is fixed to a base member disposed so as to face the object to be processed, and a discharge formed on the base member The tip of each solid dielectric plate is fitted into the opening for plasma blowing.
(5)上記各固体誘電体板の被処理体側と反対側の端部に、対向面を突き合わせることによって当該接合部に上記処理ガスを上記放電空間に導入するためのガス導入路を形成する一対のガス導入ブロックが配設されており、このガス導入ブロックのそれぞれに上記固体誘電体板と係合する係合部が形成され、この係合部に上記各固体誘電体板の被処理体側と反対側の端部を係合させることによって上記固体誘電体板同士の間に形成される上記放電空間の幅寸法が規定されている。 (5) A gas introduction path for introducing the processing gas into the discharge space is formed at the joint by abutting the opposing surface at the end of each solid dielectric plate opposite to the object to be processed. A pair of gas introduction blocks are provided, and each of the gas introduction blocks is formed with an engagement portion that engages with the solid dielectric plate, and the engagement portion is provided on the object side of each solid dielectric plate. The width dimension of the discharge space formed between the solid dielectric plates is defined by engaging the opposite end.
(6)上記各固体誘電体板は、被処理体側の先端部分の端面が上記ベース部材の被処理体側の面と略面一となるように設定されている。 (6) Each of the solid dielectric plates is set so that the end surface of the tip portion on the object side is substantially flush with the surface of the base member on the object side.
(7)上記一対の各電極は、他方の電極と平行な対向面を有し、かつ、被処理体側の端部の断面形状が肉薄に形成されている。 (7) Each of the pair of electrodes has an opposing surface parallel to the other electrode, and the cross-sectional shape of the end portion on the object side is thin.
本発明の電極構造によれば、対向配置された一対の電極の各電極対向面にそれぞれ略板状の固体誘電体板を対面配置するとともに、上記各電極の電極対向面と反対側に各電極を支持するための電極支持ステーを配置し、この状態で上記各電極の周囲に液状またはゲル状の誘電体を充填して固化させることによって電極が構成されるので、予め形状を整える加工(たとえば、切削加工)が必要な誘電体は加工容易な略板状の固体誘電体板だけで済む。そのため、本発明の電極構造では、電極部分の製作コストを安価に抑制することができる。 According to the electrode structure of the present invention, a substantially plate-shaped solid dielectric plate is disposed facing each electrode facing surface of a pair of electrodes disposed facing each other, and each electrode is disposed on the opposite side of the electrode facing surface of each electrode. An electrode support stay for supporting the electrode is arranged, and in this state, the electrode is configured by filling and solidifying a liquid or gel-like dielectric around each electrode. The only dielectric that requires cutting) is a substantially plate-shaped solid dielectric plate that is easy to process. Therefore, in the electrode structure of the present invention, the manufacturing cost of the electrode part can be suppressed at a low cost.
また、各電極の周囲に液状またはゲル状の誘電体を充填し固化させることによって各電極がそれぞれの側に配設された固体誘電体板と電極支持ステーとに接着されるので、固体誘電体板と電極と電極支持ステーとを強固に位置決めできるとともに、固体誘電体板と電極との間にコロナ放電の原因となる空気層が形成されないので、コロナ放電による固体誘電体板の劣化が防止される。しかも、各電極の周囲は固体誘電体板と固化した誘電体とによって完全に被覆されるので、各電極からの異常放電(アーク放電や沿面放電など)も防止される。 In addition, since each electrode is bonded to a solid dielectric plate disposed on each side and an electrode support stay by filling and solidifying a liquid or gel dielectric around each electrode, the solid dielectric The plate, electrode, and electrode support stay can be firmly positioned, and an air layer causing corona discharge is not formed between the solid dielectric plate and the electrode, so that deterioration of the solid dielectric plate due to corona discharge is prevented. The In addition, since the periphery of each electrode is completely covered with the solid dielectric plate and the solidified dielectric, abnormal discharge (arc discharge, creeping discharge, etc.) from each electrode is also prevented.
また、各電極のうち電圧が印加される電極(電圧印加電極)側に配置される電極支持ステーを絶縁性材料で構成することにより、電圧印加電極と電極支持ステーとの間でアーク放電が起きるのを防止できる。 In addition, by forming an electrode support stay arranged on the electrode (voltage application electrode) side to which a voltage is applied among the electrodes from an insulating material, arc discharge occurs between the voltage application electrode and the electrode support stay. Can be prevented.
そして、本発明のプラズマ表面処理装置によれば、電極支持ステーが被処理体と対面するように配置されるベース部材に固定されるとともに、このベース部材に形成される放電プラズマ吹出用の開口部に上記各固体誘電体板の先端部分が嵌合されているので、ベース部材の形状(電極支持ステーの取付位置や開口部の形成位置など)に合わせて電極を組み立てておくことにより、プラズマ表面処理装置の組み立てを容易に行うことができる。 According to the plasma surface treatment apparatus of the present invention, the electrode support stay is fixed to the base member disposed so as to face the object to be processed, and the discharge plasma blowing opening formed in the base member Since the tip of each of the solid dielectric plates is fitted to the plasma surface, by assembling the electrodes according to the shape of the base member (electrode support stay mounting position, opening forming position, etc.), the plasma surface The processing apparatus can be easily assembled.
また、各固体誘電体板の被処理体側と反対側の端部に、対向面を突き合わせることによって当該接合部に上記処理ガスを上記放電空間に導入するためのガス導入路を形成する一対のガス導入ブロックが配設されており、このガス導入ブロックのそれぞれに上記固体誘電体板と係合する係合部が形成され、この係合部に上記各固体誘電体板の被処理体側と反対側の端部を係合させることによって上記固体誘電体板同士の間に形成される上記放電空間の幅寸法が規定されるので、固体誘電体板同士の間にこれらの間隔、つまり放電空間の幅寸法を規定する部材(いわゆるスペーサ)を用いることなく、放電空間の幅寸法を設定することができる。そのため、たとえば、上記各電極が処理ガスの導入方向と直交する方向に長く形成されている場合であっても、電極の長手方向に固体誘電体板同士の間隔を規定する中間スペーサを設けなくともよい。 Further, a pair of gas introduction paths for introducing the processing gas into the discharge space is formed at the joint portion by abutting the opposing surface at the end of each solid dielectric plate opposite to the object to be processed. A gas introduction block is provided, and each of the gas introduction blocks is formed with an engagement portion that engages with the solid dielectric plate, and the engagement portion is opposite to the object side of the solid dielectric plate. Since the width dimension of the discharge space formed between the solid dielectric plates is defined by engaging the end portion on the side, the interval between the solid dielectric plates, that is, the discharge space The width dimension of the discharge space can be set without using a member that defines the width dimension (so-called spacer). Therefore, for example, even if each electrode is formed long in the direction orthogonal to the process gas introduction direction, there is no need to provide an intermediate spacer that defines the interval between the solid dielectric plates in the longitudinal direction of the electrode. Good.
また、上記各電極は、他方の電極と平行な対向面を有し、かつ、被処理体側の端部の断面形状が肉薄に形成されているので、たとえば、上記ベース部材が金属などの導体で構成されている場合に、各電極においてベース部材に最も近接する部分(電極端部)におけるベース部材と対面する面の面積が小さくなり、電極とベース部材との容量結合を弱めることができ、電極に高周波電圧を印加したときにベース部材が発熱するのを抑制できる。また、電極の側方に生じる高周波電磁界が弱められるので、高周波電界による被処理基板への影響も防止できる。 In addition, each of the electrodes has a facing surface parallel to the other electrode, and the cross-sectional shape of the end portion on the object to be processed side is thin. For example, the base member is a conductor such as metal. When configured, the area of the surface facing the base member in the portion closest to the base member (electrode end) in each electrode is reduced, and the capacitive coupling between the electrode and the base member can be weakened. When a high frequency voltage is applied to the base member, it is possible to suppress the base member from generating heat. In addition, since the high frequency electromagnetic field generated on the side of the electrode is weakened, the influence of the high frequency electric field on the substrate to be processed can be prevented.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態1
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1
図1に本発明に係るプラズマ表面処理装置の一例を示す。
図示のプラズマ表面処理装置1は、大気圧近傍の圧力下において、電圧印加電極と接地電極との間に処理ガスを導入しつつ高周波電界を印加することにより得られる放電プラズマ(プラズマ活性化した処理ガス)を、放電空間外に配置された被処理体Wに導いて被処理体Wの表面処理を行う装置であって、図1に示すように、被処理体(図示例では被処理基板)Wを載置して搬送するコンベア2の搬送経路上に配置される。
FIG. 1 shows an example of a plasma surface treatment apparatus according to the present invention.
The illustrated plasma surface treatment apparatus 1 is a discharge plasma (plasma activated treatment) obtained by applying a high-frequency electric field while introducing a treatment gas between a voltage application electrode and a ground electrode under a pressure near atmospheric pressure. Gas) is a device for conducting a surface treatment of the object to be processed W by introducing it into the object to be processed W arranged outside the discharge space, and as shown in FIG. 1, the object to be processed (substrate to be processed in the illustrated example) It is arrange | positioned on the conveyance path | route of the
具体的には、このプラズマ表面処理装置1は、下方を開放した細長い箱型の装置カバー3の内部に、高周波電力が供給されるリアクタ4(図2参照)を収容してなる構造とされており、コンベア2の搬送経路を横断して(搬送方向Xに直交して)搬送経路上に設けられる装置基台(図示せず)に載置されている。なお、この装置カバー3は、電気的に接地された導体板(たとえばステンレス鋼などの金属板)によって構成されており、リアクタ4で発生する高周波電界が外部に漏れないようにシールドするシールドケースの役割を果たしている。 Specifically, the plasma surface treatment apparatus 1 has a structure in which a reactor 4 (see FIG. 2) to which high-frequency power is supplied is accommodated in an elongated box-shaped apparatus cover 3 having an open bottom. And placed on an apparatus base (not shown) provided on the transport path across the transport path of the conveyor 2 (perpendicular to the transport direction X). The device cover 3 is composed of an electrically grounded conductor plate (for example, a metal plate such as stainless steel), and a shield case that shields the high frequency electric field generated in the reactor 4 from leaking outside. Playing a role.
図2は装置カバー3内に収容されるリアクタ4の概略構成を示す説明図であり、コンベア2の搬送方向Xに沿ってリアクタ4を切断した断面を示している。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the reactor 4 accommodated in the apparatus cover 3, and shows a cross section of the reactor 4 cut along the conveying direction X of the
このリアクタ4は、誘電体バリア放電によって処理ガスをプラズマ活性化させるための装置であって、図2に示すように、被処理体Wの搬送方向Xに沿って対向配置された一対の電極5,5と、この電極5,5の間に形成される放電空間Aに処理ガスを供給するためのガス導入ブロック6とを主要部として備えており、これら主要部が土台となるベース部材7と前後左右の壁面および天井面を形成する複数の枠板部材8,8,…とによって構成される筐体内に収容されている。より詳細には、上記電極5,5およびガス導入ブロック6は、電極支持ステー9を介してベース部材7や枠板部材8に取り付けられている。
This reactor 4 is a device for activating a processing gas by dielectric barrier discharge, and as shown in FIG. 2, a pair of
ここで、ベース部材7は、略矩形状を呈するアルミニウムなど金属製の板状部材で構成されており、このベース部材7には、上記枠板部材8,8,…や後述する電極支持ステー9,9を装着するためのねじ穴7a,7a,…が形成されるとともに、コンベア2によって搬送される被処理体Wに放電プラズマを吹き出す吹出口となる開口部7bが形成されている。開口部7bは、ベース部材7を装置基台に載置したときに、コンベア2の搬送経路を横断する方向に延びる細長いスリット状に形成されている。
Here, the
また、電極支持ステー9は、電極5およびガス導入ブロック6を支持するために用いられる平板状の部材であって、電極5およびガス導入ブロック6は、この電極支持ステー9に組み付けられた状態で筐体に取り付けられる(詳細は後述する)。
The
上記一対の電極5,5は、一方が図示しない高周波電源と接続されて高周波電力が印加される電圧印加電極5aとされ、他方が電気的に接地された接地電極5bとされている。これら電圧印加電極5aおよび接地電極5bは、図2に示すように、放電空間Aを挟んで対称な構造を有しており、いずれも電極本体51と、電極本体51の電極対向面を覆う固体誘電体板52と、電極本体51の周囲に配設される誘電体充填層53とで構成されている。
One of the pair of
電極本体51は、アルミニウムなどの金属で製作された電極であって、図2に示すように、他方の電極と平行な対向面(電極対向面)51aを有するとともに、少なくとも、被処理体側の端部の断面形状が肉薄となるように形成されている。具体的には、この電極本体51は、図2および図3に示すように、電極対向面51aが細長い矩形状を呈するとともに、断面(被処理体Wの搬送方向Xに沿った断面)の形状が略台形を呈する長尺状の電極で構成されている。すなわち、本実施形態では、被処理体側の端部だけでなく、電極本体51の周縁部の全てが中央部分よりも肉薄となるように、電極対向面51aと反対の側にテーパ面51b,51b,…が形成されている。
The
ここで、電極本体51の周縁部を中央部分よりも肉薄としているのは、電極本体51に近接して配設される導体部品(たとえば、ベース部材7や電極本体51の長手方向の両端に配設される枠板部材8)に対して、電極本体51においてこれら導体部品に最も近接する部分(電極端部)の面の面積を小さくし、これら導体部品と電極本体51との容量結合を弱め、導体部品の発熱を抑制するためである。また、電極本体51の周縁部を肉薄とすることで、電極の側方に生じる高周波電磁界を弱めることもできるからである。
Here, the peripheral part of the
そして、電極本体51の長手方向(図2において紙面の前後方向)の長さは、被処理体Wを搬送するコンベア2の幅寸法(搬送方向Xと直交する方向の長さ)Lに応じて設定されている。より詳細には、電極本体51の長手方向の長さは、少なくとも被処理体Wの幅寸法よりも長くなるように設定されている。つまり、コンベア2で搬送される被処理体Wに対して、プラズマ活性化された処理ガスが作用しない部分が生じないように電極本体51の長さは設定される。
The length of the
また、この電極本体51の内部には、その長手方向の略全長にわたり冷却液を循環させるための空洞54が形成されており、空洞54の両端には冷却液を導入・排出するための冷却液パイプ55が設けられている。そして、この冷却液パイプ55を通じて冷却液である純水等の絶縁液体が循環圧送させることによって電極5,5の発熱が抑えられている。なお、この冷却は、被処理体Wに熱損傷が起こらないように、たとえば、電極本体51を100℃以下に保つようにされる。
Further, a
上記固体誘電体板52は、上記電極5,5間で誘電体バリア放電を行うための誘電体層として機能するとともに、他方の電極5の固体誘電体板52とともに放電空間Aでプラズマ活性化された処理ガスを被処理体Wに向けて案内する案内通路の役割を果たしている。
The
具体的には、本実施形態では、この固体誘電体板52はアルミナを焼結することにより一体成形された板状のアルミナ焼結板(セラミックス板)を所望形状に切削加工したものを用いている。より詳細には、図4に示すように、厚さ数ミリメートル程度(たとえば、厚さ5mm)の矩形状を呈するアルミナ焼結板に対して、電極本体51と対面する面については、被処理体側と反対側の端部である上端部52aは切削せずに厚さを残しつつその余の部分52bを薄く(たとえば、2.5mm程度に)切削するとともに、他方の面(他の固体誘電体板52と対向する面)については、その上端部分に切欠部56が形成されるように切削加工を行って、固体誘電体板52の上端部52aに凸条部が形成されるようにしている。このように、この実施形態に示す固体誘電体板52はきわめてシンプルな形状であり、アルミナ焼結板から切削すべき部位が少なく、しかも、その切削量もきわめて少量で済むので、本実施形態の固体誘電体板52は安価かつ低コストで製作することができる。
Specifically, in the present embodiment, the
なお、この固体誘電体板52の長手方向の長さは、少なくとも上記電極本体51の電極対向面51aをその全長にわたって被覆できるように、電極本体51よりも長く設定されており、また、その上下方向(処理ガスの導入方向、図2において上下方向)の長さは、後述するように、上端部52aをガス導入ブロック6に係合させた状態で、固体誘電体52の被処理体側の先端部分がベース部材7の開口部7aに達するように設定されている。より具体的には、本実施形態では、図2に示すように、固体誘電体板52の被処理体側の先端部分がベース部材7の被処理体側の面と略面一となるように設定されている。
The length of the
誘電体充填層53は、電極本体51の周囲を被覆する誘電体としての役割を果たすとともに、電極本体51を固体誘電体板52や電極支持ステー9に接着する役割を果たすものであって、図2に示すように、電極本体51の周囲を覆うようにして、ガス導入ブロック6と固体誘電体板52と電極支持ステー9とによって形成される空間に、液状またはゲル状の誘電体(たとえば、シリコンゴムやポリイミドなど)を充填し、固化させることによって形成されている。なお、この誘電体充填層53の具体的な形成方法についてはガス導入ブロック6を説明した後に詳述する。
The
ガス導入ブロック6は、図示しないガスボンベから供給される反応ガス(処理ガス)を、放電空間Aに均一に導入するために設けられた部材であって、上部ブロック61と一対の下部ブロック62a,62bとで構成され、上記固体誘電体板52の上方(被処理体側と反対側の端部)に配置されている。
The
これら各ブロック61,62は,いずれも絶縁性の樹脂成型品で構成されており、その長手方向の長さは上記固体誘電体板52に合わせて設定されている。
Each of these
上部ブロック61には、長手方向に貫通する断面略円形のガス通路64と、このガス通路64の下方にガス通路64と同様に長手方向に貫通して設けられる断面略矩形のガス拡散空間65とが備えられており、これらが一定間隔で設けられる連通穴66によって連通されている。
The
上記ガス拡散空間65には、連通穴66に対面するように図示しないガス拡散板が配設されており、上記ガス通路64の両端から供給される処理ガスは、上記連通穴66を介してガス拡散空間65に導入されると、このガス拡散板に当たってガス拡散空間65内に拡散するようにされている。なお、ガス拡散空間64の外周には、上部ブロック61と下部ブロック62との接合部から処理ガスが漏れ出さないようにシール部材(たとえば、Oリング)67が配設されている。
A gas diffusion plate (not shown) is disposed in the
一方、下部ブロック62a,62bは、図2に示すように、互いの対向面同士を突き合わせることによって当該対向面同士の接合部に処理ガスを放電空間Aに導入するためのガス導入路Bが形成されるように構成されている。具体的には、これら下部ブロック62a,62bの一方または双方において上記対向面を形成する面には、処理ガスの導入方向に沿ってガス導入路Bを形成する凹状溝が形成されており、この対向面同士を突き合わせることによってこの凹状溝同士または凹状溝と他方の下部ブロックの対向面との間に処理ガスの導入方向に沿って貫通した断面矩形の空間(ガス導入路B)が形成される。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
なお、このガス導入路Bは、凹状溝を下部ブロック62の長手方向の略全長に近い幅を持たせて形成し1つの空間で形成することもできるが、たとえば、電極本体51の長手方向の寸法が長寸になる場合などには、下部ブロック62a,62bの対向面に複数条の凹状溝を形成し、下部ブロック62にガス導入路Bとなる空間を複数条形成するように構成してもよい。
The gas introduction path B can be formed in one space by forming a concave groove with a width close to the substantially entire length of the lower block 62 in the longitudinal direction. When the dimensions are long, a plurality of concave grooves are formed on the opposing surfaces of the
また、下部ブロック62a,62bの対向面の下部には、それぞれ上記固体誘電体板52の上端部52aと係合する係合部63が形成されている。この係合部63は、下部ブロック62a,62bのそれぞれに、その長手方向の全長にわたって上記固体誘電体52の上端部52a(具体的には、上端部52aに形成される凸条部)を嵌合可能な凹状の係合溝を下向きに形成したものであって、この係合部63に上記固体誘電体板52の上端部52aの凸条部を嵌め合わせることにより、固体誘電体板52の上端部52aを位置決め固定するように構成している。
Further, an engaging
そのため、本実施形態に示すリアクタ4では、固体誘電体板52の上端部52aを下部ブロック62の係合部63に係合させた状態で、下部ブロック62a,62bの対向面同士を突き合わせて固定することにより、固体誘電体板52同士の間隔、換言すれば、放電空間Aの幅寸法が設定される。つまり、放電空間Aの幅寸法は、下部ブロック62a,62bの対向面の形状と固体誘電体板52の上端部52aの形状とによって規定されている。なお、放電空間Aの幅寸法は数ミリメートル(たとえば、0.5〜2mm程度)に設定される。
Therefore, in the reactor 4 shown in the present embodiment, the opposed surfaces of the
次に、誘電体充填層53を形成する手順と、誘電体充填層53を含む電極5の筐体への取り付け手順について説明する。
Next, a procedure for forming the
本実施形態に示すリアクタ4においては、誘電体充填層53を形成するにあたり、まず、誘電体充填層53以外の部分を先に組み立てる。
In the reactor 4 shown in this embodiment, when forming the
すなわち、ガス導入ブロック6については、下部フロック62a,62bの対向面同士を突き合わせるとともに、これら下部ブロック62a,62bを図示しないボルトで電極支持ステー9,9に固定する。また、上部ブロック61は、上記Oリング67を介装させつつ、下部ブロック62a,62bのそれぞれに図示しないボルトで固定する。
That is, for the
一方、電極5,5については、各電極5に設けられる固体誘電体板52の各上端部52aを,それぞれ下部ブロック62a,62bの各係合部53に係合させる。その際、下部ブロック62a,62bの各係合部53と固体誘電体板52の各上端部52aとの間にはこれらの間をシールするシール部材(たとえば、Oリング)68を介装させる。そして、固体誘電体板52,52同士の間に形成される空間(放電空間Aとなる空間)については、その長手方向両端にこの空間を封止する封止部材(図示せず)を介装し、処理ガスが長手方向の両端側から漏れ出さないようにする。
On the other hand, for the
また、電極本体51は、電極対向面51aを固体誘電体板52に対面配置して当接させるとともに、電極対向面51aと反対側に配置される電極支持ステー9の貫通穴91に冷却パイプ55挿通させる。この貫通穴91の周囲にはシール部材(たとえば、Oリング)92を配設し、貫通穴91と冷却パイプ55との間の気密を保持する。93はシール部材92の押え部材である。
Further, the
ここで、この電極支持ステー9,9に関して、本実施形態では、電圧印加電極5a側に使用する電極支持ステー9aについては、電圧印加電極5aからアーク放電が起きないように絶縁性材料(たとえば、ガラス繊維をエポキシ樹脂で固めたガラスエポキシなど)で構成されたステーを使用し、アーク放電のおそれのない接地電極5b側の電極支持ステー9bについては金属製のステーを使用している。なお、接地電極5b側の電極支持ステー9bにも絶縁性のステーを使用してもよい。
Here, with respect to the electrode support stays 9 and 9, in this embodiment, the
このようにして誘電体充填層53以外の部分の組み立てが完了すると、ガス導入ブロック6が下(図2とは天地逆)になるようセットして、この状態で電極本体51の周囲、すなわち、電極本体51の後背に液状またはゲル状の誘電体を充填し、固化させる。この充填は、少なくとも電極本体51の上端部分(図2での下端部分)が誘電体によって被覆されるまで行う。本実施形態では、電極本体51の上端部分が1ミリメートル程の厚さの誘電体で覆われるように充填している。つまり、本実施形態では、電極本体51の上端部分を覆う誘電体があまり厚くならないようしている。
When the assembly of the parts other than the
ここで、電極本体51からベース部材7へのアーク放電のおそれを考慮すると、電極本体51の上端部分(図2での下端部分)を覆う誘電体を厚くするのが好ましいが、その場合、液状またはゲル状の誘電体の使用量が増加する。特に、電極本体51の長手方向の長さが長くなれば、それに応じて必要となる誘電体の量も増加するので、電極本体51の上端部分を誘電体で厚く覆うことは、電極部分の製作コストの上昇を招くことになる。
Here, in consideration of the possibility of arc discharge from the
そのため、本実施形態では、この部分を覆う誘電体を薄くして、液状またはゲル状の誘電体の使用量をできるだけ抑制し、製造コストの低減を図っている。そして、電極本体51の上端部分を覆う誘電体を薄くすることの代替措置として、電極本体51の上端部分(図2での下端部分)からベース部材7まで距離をとってこの間には空間(つまり、空気層)を形成し、この空気層によって電極本体51からベース部材7へのアーク放電が起きないようにしている。なお、電極本体51の上端部分(図2での下端部分)からベース部材7まで距離は、電極5(電圧印加電極5a)に印加する電力の大きさに応じてアーク放電が起きないように適宜設定する。
Therefore, in this embodiment, the dielectric covering this portion is thinned to suppress the amount of liquid or gel-like dielectric used as much as possible, thereby reducing the manufacturing cost. As an alternative to thinning the dielectric covering the upper end portion of the
しかして、このようにして誘電体充填層53を形成させた電極5,5は、誘電体充填層53が固化した後にベース部材7および枠板部材8に取り付けられる。具体的には、固体誘電体板52の被処理体側の先端部分をベース部材7の開口部7aに挿通し、この状態で電極支持ステー9,9をベース部材7や枠板部材8などの筐体にネジ止め固定する。このとき、上述したように、固体誘電体52の被処理体側の先端部分はベース部材7の被処理体側の面と略面一となり、このベース部材7の開口部7aに配置された固体誘電体板52,52同士の間のスペースが放電空間Aでプラズマ活性化された処理ガスの吹出口となる。
Thus, the
このように、本実施形態のリアクタ4は、固体誘電体板52や電極支持ステー9に電極本体51を組み付けた状態で、液状またはゲル状の誘電体を充填・固化させているので、電極本体51は、誘電体充填層53によって固体誘電体板52や電極支持ステー9に接着・固定され、筐体への取り付け後に電極本体51の位置がずれることがない。
As described above, the reactor 4 according to the present embodiment is filled and solidified with a liquid or gel-like dielectric in a state where the electrode
また、固体誘電体板52と電極本体51の電極対向面52の間には液状またはゲル状の誘電体が浸透するので、これらの間にコロナ放電の原因となる空気層が形成されず、コロナ放電による固体誘電体板52の劣化が起きない電極構造を提供できる。
In addition, since a liquid or gel-like dielectric permeates between the
しかも、電極本体51の周囲は、固体誘電体板52と誘電体充填層53とによって完全に被覆されるので、電極本体51からの異常放電(アーク放電や沿面放電など)が起きない電極構造となる。
In addition, since the periphery of the
実施形態2
次に本発明の他の実施形態について図5に基づいて説明する。
図5は上述した実施形態1のリアクタ4の改変例を示している。この図5に示すリアクタ4′は電極本体51の構造を改変したものであって、その他の部分は上述した実施形態1と同様である。したがって、構成が共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows a modification of the reactor 4 of the first embodiment described above. The reactor 4 ′ shown in FIG. 5 is obtained by modifying the structure of the
この図5に示すリアクタ4′では、電極本体51′は、断面(被処理体Wの搬送方向Xに沿った断面)の形状が略矩形を呈するように構成されており、電極対向面側にフランジ状の肉薄部51cが形成されている。つまり、この電極本体51′は、上述した実施形態1におけるテーパ面51bに代えてフランジ状の肉薄部51cを形成することによって電極本体51′の周縁部を肉薄となるようにしている。
In the reactor 4 ′ shown in FIG. 5, the
このように、テーパ面51bに代えてフランジ状の肉薄部51cを形成することにより、電極本体51′の製作に要するコストを抑制することができる。つまり、電極本体51としてアルミニウム製の電極が好適に使用され得るが、テーパ面を形成させるには切削加工のコストが嵩むのに対し、本実施形態ではより単純な形状を採用していることから、電極本体51′の切削加工に要するコストを安価に抑えることができ、ひいてはプラズマ表面処理装置1をより安価に提供することができるようになる。
Thus, by forming the flange-shaped
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。 Note that the above-described embodiments merely show preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these, and various design changes can be made within the scope thereof.
たとえば、上述した実施形態では、固体誘電体板52の被処理体側の先端部分はベース部材7の開口部7aに挿通するだけの構成、つまり、固体誘電体板52の先端部分を固定しない構成を採用したが、図6に示すように、固体誘電体板52の先端部分において他方の固体誘電体板52と対面する部位に切り欠きを形成しておき、この切り欠き部分をベー部材7に取り付けられる押え部材71で押え込んで、固体誘電体板52の先端が他方の固体誘電体板52側にゆがむのを防止するように構成してもよい。なお、この押え部材71はベース部材7に設けたネジ穴7cを介してベース部材7にネジ止め固定する。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、固体誘電体板52の位置決めを行う係合部63をガス導入ブロック6に設けた場合を示したが、固体誘電体板52の位置決めは、固体誘電体板52に隣接して配置される部材との間で行われればよく、ガス導入ブロック6以外の部材との間で位置決めを行い、これによって固体誘電体板同士の間に形成される放電空間の幅寸法を規定するように構成してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the engaging
また、上述した実施形態では、ガス導入ブロック6と固体誘電体板52の係合が、ガス導入ブロック6側に形成された凹状の係合溝(係合部63)に固体誘電体52の上端部52aを嵌合させることによって行われる場合を示したが、ガス導入ブロック6と固体誘電体板52の係合は嵌合以外の方法により行うように構成してもよい。
In the above-described embodiment, the engagement between the
また、上述した実施形態では、固体誘電体板52としてセラミックス製の板を加工して用いた場合を示したが、固体誘電体板52の素材としてはセラミックスに限らず、ガラスなど他の固体誘電体を用いることも可能である。
In the above-described embodiment, a case where a ceramic plate is processed and used as the
また、上述した実施形態では、プラズマ表面処理の対象である被処理体が被処理基板の場合を示したが、本発明のプラズマ表面処理装置における表面処理の対象は、基板状のものに限られず、たとえばフィルム、布地など様々なものを被処理体として表面処理を行うことができる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the object to be processed that is the target of the plasma surface treatment is the substrate to be processed, but the target of the surface treatment in the plasma surface treatment apparatus of the present invention is not limited to the substrate. For example, various materials such as films and fabrics can be used for surface treatment.
1 プラズマ表面処理装置
2 コンベア
3 装置カバー
4 リアクタ
5 電極
51 電極本体
52 固体誘電体板
53 誘電体充填層
6 ガス導入ブロック
61 上部ブロック
62 下部ブロック
63 係合部
64 ガス通路
65 ガス拡散空間
7 ベース部材
9 電極支持ステー
A 放電空間
B ガス導入路
W 被処理体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma
Claims (7)
前記各電極の電極対向面にそれぞれ略板状の固体誘電体板を対面配置するとともに、前記各電極の電極対向面と反対側に各電極を支持するための電極支持ステーを配置し、この状態で前記各電極の周囲に液状またはゲル状の誘電体を充填して固化させることによって前記各電極をそれぞれの側に配設された固体誘電体板と電極支持ステーとに接着させるととともに各電極の周囲を前記固体誘電体板と固化した誘電体とによって被覆していることを特徴とする電極構造。 In the electrode structure in which each electrode facing surface of a pair of electrodes arranged so as to form a discharge space is covered with a dielectric,
In this state, a substantially plate-shaped solid dielectric plate is disposed facing the electrode facing surface of each electrode, and an electrode support stay for supporting each electrode is disposed on the opposite side of the electrode facing surface of each electrode. Then, each electrode is adhered to a solid dielectric plate disposed on each side and an electrode support stay by filling the electrode with a liquid or gel dielectric around the electrode and solidifying the electrode. An electrode structure characterized in that the periphery of the substrate is covered with the solid dielectric plate and the solidified dielectric.
前記電極支持ステーが前記被処理体と対面するように配置されるベース部材に固定されるとともに、このベース部材に形成される放電プラズマ吹出用の開口部に前記各固体誘電体板の先端部分が嵌合されていることを特徴とするプラズマ表面処理装置。 A discharge plasma obtained by applying a high-frequency electric field while introducing a processing gas into a discharge space formed between a pair of electrodes arranged opposite to each other is guided to an object to be processed disposed outside the discharge space. A plasma surface treatment apparatus for performing body surface treatment, wherein the pair of electrodes includes the electrode structure according to any one of claims 1 to 3,
The electrode support stay is fixed to a base member disposed so as to face the object to be processed, and a tip portion of each solid dielectric plate is formed in an opening for discharging discharge plasma formed in the base member. A plasma surface treatment apparatus characterized by being fitted.
このガス導入ブロックのそれぞれに前記固体誘電体板と係合する係合部が形成され、この係合部に前記各固体誘電体板の被処理体側と反対側の端部を係合させることによって前記固体誘電体板同士の間に形成される前記放電空間の幅寸法が規定されていることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ表面処理装置。 A pair of gases forming a gas introduction path for introducing the processing gas into the discharge space at the junction by abutting the opposing surface at the end of each solid dielectric plate opposite to the object to be processed An introduction block is arranged,
An engagement portion that engages with the solid dielectric plate is formed in each of the gas introduction blocks, and an end of the solid dielectric plate opposite to the object to be processed is engaged with the engagement portion. The plasma surface treatment apparatus according to claim 4, wherein a width dimension of the discharge space formed between the solid dielectric plates is defined.
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