KR101092091B1 - 플라스마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
플라스마 생성용 가스(G)를 방전(放電)에 의해 활성화시켜, 이 활성화된 플라스마 생성용 가스를 피처리물에 뿜어서 칠하여 처리하기 위한 플라스마 처리 장치(A)에 관한 것이다. 세라믹 소결체(燒結體)로 이루어지는 절연 기판(1)에 도전층(2)을 매설(埋設)하여 피복 전극(3)을 형성하고, 복수의 피복 전극(3, 3)을 대향(對向) 배치하여 피복 전극의 사이를 방전 공간(4)으로서 형성하고, 도전층(2)에 전압을 인가(印加)하여 방전 공간(4)에 방전을 발생시키기 위해서 전원(5)을 구비한다. 세라믹 재료의 용사(溶射)도 행하지 않기 때문에, 피복 전극(3)의 재료의 저비용화나 제조 공정의 간소화할 수 있다. 세라믹 소결체는 세라믹용 용사(溶射)의 피막보다도 공극율이 작고 치밀하기 때문에, 방전시에 절연 파괴가 일어나기 어려워진다.
플라스마 생성용 가스, 플라스마 처리 장치, 세라믹 소결체
Description
본 발명은, 피처리물의 표면에 존재하는 유기물 등의 이물의 클리닝, 레지스트의 박리나 에칭(etching), 유기 필름의 밀착성의 개선, 금속 산화물의 환원, 성막, 도금 전 처리, 코팅 전 처리, 도장 전 처리, 각종 재료·부품의 표면 개질(改質) 등의 표면 처리에 이용되는 플라스마 처리 장치에 관한 것이며, 특히 정밀한 접합(接合)이 요구되는 전자 부품의 표면의 클리닝에 매우 적합하게 응용되는 것이다.
종래, 한 쌍의 전극을 대향(對向)시켜 배치하는 것에 의해서 전극 간의 공간을 방전 공간으로서 형성하고, 방전 공간에 플라스마 생성용 가스를 공급함과 동시에 전극 간에 전압을 인가하는 것에 의해서, 방전 공간에서 방전을 발생시켜 플라스마를 생성하며, 방전 공간으로부터 플라스마 혹은 플라스마의 활성종을 뿜어 내어 피처리물에 뿜어 칠하는 것에 의해서, 피처리물에 표면 개질 등 플라스마 처리를 가하는 것이 행해지고 있다(특허 문헌 1 참조).
이러한 플라스마 처리 장치에 있어서, 방전에 의한 전극의 손상을 방지하기 위해서, 전극의 표면은 세라믹 재료를 용사(溶射, thermal spraying)하는 것에 의해 형성되는 피막으로 코팅되어 있다.
그러나, 이 경우, 전극 재료로서는 용사 시공성(溶射施工性)의 좋은 점 때문에 티탄을 사용하고 있고, 또한 용사 공정도 번잡하기 때문에, 제조 코스트가 비싸진다고 하는 문제가 있었다. 또한 용사에 의한 피막은 공극율이 높기 때문에, 피막에 결함이 생기기 쉽고, 이 결함에 의해 전극 간에 단락(短絡)이 생겨 방전이 불안정하게 되거나 전극이 손상하거나 한다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 염가로 제조할 수 있고, 또한, 방전의 불안정이나 전극의 손상을 방지할 수 있는 플라스마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
특허 문헌 1 : 일본특개 2004-311116호 공보
[발명의 개시]
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명과 관련되는 플라스마 처리 장치(A)는, 플라스마 생성용 가스(G)를 방전에 의해 활성화시키고, 이 활성화된 플라스마 생성용 가스(G)를 피처리물(H)에 취부(吹付: spraying)하여 처리하기 위한 플라스마 처리 장치(A)에 있어서, 세라믹 소결체로 이루어지는 절연 기판(1)에 도전층(2)을 매설(埋設)하여 피복 전극(3)을 형성하고, 복수의 피복 전극(3, 3)을 대향 배치하여 피복 전극(3, 3)의 사이를 방전 공간(4)으로서 형성하고, 도전층(2)에 전압을 인가하여 방전 공간(4)에 방전을 발생시키기 위해서 전원(5)을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
[도 1] 도 1은, 본 발명의 실시 형태의 플라스마 처리 장치의 일례를 나타내고, (a)는 사시도, (b)는 단면도, (c)는 저면도이다.
[도 2] 도 2는 도 1의 플라스마 처리 장치의 피복 전극의 제조를 나타내는 단면도이다.
[도 3] 도 3은 도 1의 플라스마 처리 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
[도 4] 도 4는 도 3의 일부를 나타내는 단면도이다.
[도 5] 도 5는 본 발명의 다른 실시의 형태의 플라스마 처리 장치의일례를 나타내고, (a)는 사시도, (b)는 단면도이다.
[도 6] 도 6은 본 발명의 또 다른 실시의 형태의 플라스마 처리 장치의일례를 나타내는 단면도이다.
[도 7] 도 7은 본 발명의 또 다른 실시의 형태의 플라스마 처리 장치의일례를 나타내는 단면도이다.
[도 8] 도 8은 도 7의 플라스마 처리 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
[도 9] 도 9는 낙뢰 서지(lightning surge) 시험을 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 설명한다.
도 1 (a), (b)에 본 발명의 플라스마 처리 장치(A)의 일례를 나타낸다. 이 플라스마 처리 장치(A)는, 복수의 피복 전극(3), 전원(5), 방열기(6), 온도조정수단(7), 가스 균일화 수단(8) 등을 구비하여 형성한다.
피복 전극(3)은, 평판(平版) 형상의 절연 기판(다층 기판)(1)의 내부에 도전 층(2)을 채워 넣어 형성한다. 절연 기판(1)은 고융점의 절연 재료(유전체 재료)의 세라믹 소결체로 형성하는 것이며, 예를 들면, 산화 알루미늄, 산화 지르코늄, 멀라이트(Mullite), 질화 알루미늄 등과 같은 고내열성, 고강도의 세라믹스 소결체로 형성할 수 있지만, 이러한 재료로 한정되는 것은 아니다. 특히, 이 중에서도 고강도이며 염가인 산화 알루미늄 등으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 이산화티타늄, 티탄산바륨 등의 고유전재료(高誘電材料)를 이용할 수도 있다. 절연 기판(1)의 양측 단부(端部)에는 접합부(33)가 절연 기판(1)의 편면(片面) 측에 돌출하여 설치되어 있다.
도전층(2)은 절연 기판(1)의 내부에 층(層) 형상으로 형성하는 것이며, 동(銅), 텅스텐, 알루미늄, 놋쇠, 스텐레스 강철 등의 도전성의 금속재료를 이용하여 형성할 수 있지만, 특히, 동, 텅스텐 등으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기의 절연 기판(1)과 도전층(2)의 재질은, 피복 전극(3)의 제작시나 플라스마 처리시에 이러한 열부하에 의한 변형량의 차이에 의한 파손을 방지하기 위해서, 선열팽창율의 차이가 작은 것 끼리 적당히 선택하여 이용하는 것이 바람직하다.
피복 전극(3)은, 예를 들면, 도 2와 같이, 절연 시트재(9)와 도전체(10)를 이용하여 형성할 수 있다. 절연 시트재(9)는, 산화 알루미늄 등의 상기 절연 재료의 분체(粉體)에 바인더 등을 혼합하고, 필요에 따라서 각종의 첨가제를 더하여 혼합하며, 이 혼합 재료를 시트(sheet) 형상으로 성형하는 것으로 얻을 수 있다. 도전체(10)는, 동(銅) 등의 상기 도전성의 금속박이나 금속판 등을 이용할 수 있다. 또한, 도전체(10)는 상기의 절연 시트재(9)의 표면에 금속재료를 인쇄나 도금, 증착 등으로 막 형상으로 성형할 수 있다.
그리고, 복수매의 절연 시트재(9, 9)를 중첩함과 동시에 절연 시트재(9)의 사이에 도전체(10)를 배치하여 중첩하고, 이것을 소결에 의해 일체 성형하는 것에 의해서, 절연 시트재(9)에 포함되는 세라믹의 분체의 소결체로 이루어지는 절연 기판(1)을 형성함과 동시에 이 절연 기판(1)의 내부에 도전체(10)로 이루어지는 도전층(2)을 층 형상으로 형성하고, 피복 전극(3)을 얻을 수 있다. 또한, 상기의 소결의 조건은 세라믹 분체의 종류나 절연 기판(1)의 두께 등에 따라서 적당히 설정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 절연 기판(1)의 두께는 0.1~10 mm, 도전층(2)의 두께는 0.1μm~3 mm로 할 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기와 같이 하여 형성한 복수(한 쌍)의 피복 전극(3, 3)은 수평 방향으로 대향시켜 배치하고, 피복 전극(3, 3)의 대향하는 면의 사이의 공간을 방전 공간(4)으로서 형성한다. 여기서, 도 1(c)에 나타난 바와 같이 대향하는 피복 전극(3, 3)의 도전층(2, 2)의 간격(L)은 0.1~5 mm로 하는 것이 바람직하다. 이 간격(L)이 상기의 범위로부터 벗어나면, 방전이 불안정하게 되거나 방전이 발생하지 않게 되거나 방전시키기 위해서 큰 전압이 필요하게 되거나 해서 바람직하지 않다. 또한, 피복 전극(3, 3)은 각 절연 기판(1, 1)의 대향하는 접합부(33, 33)의 첨단끼리를 접합하는 것이며, 이것에 의해, 방전 공간(4)의 측방 개구부분이 폐색(閉塞)되는 것이다.
본 발명에 있어서, 전원(5)은 플라스마 생성용 가스(G)를 활성화시키기 위한 전압을 발생시키는 것이며, 그 전압은, 교번 파형(교류 파형), 펄스 파형, 혹은 이러한 파형을 중첩시킨 파형 등, 적당한 파형의 것으로 할 수 있다. 또한, 도전층 (2, 2) 간에 인가하는 전압의 크기나 주파수는, 도전층(2, 2) 간의 거리나 도전층 (2)을 덮는 부분의 절연 기판(1)의 두께나 절연 기판(1)의 재질, 방전의 안정성 등을 고려해서 적당히 설정하면 좋다.
또한, 본 발명에 있어서, 도전층(2, 2)은 중점(中點) 접지(接地)하는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 양 도전층(2, 2) 모두 접지에 대해서 뜬 상태에서 전압을 인가할 수 있다. 따라서, 피처리물(H)과 활성화된 플라스마 생성용 가스(플라스마 제트)(G)와의 전위차가 작아져서 아크(arc)의 발생을 방지할 수 있어 아크에 의한 피처리물(H)의 손상을 막을 수 있는 것이다. 즉, 예를 들면, 도 3(a)에 나타난 바와 같이, 일방(一方)의 도전층(2)을 전원(5)에 접속해서 13 kV에, 타방(他方)의 도전층(2)을 접지해서 0 kV로서 도전층(2, 2) 간의 전위차 Vp를 13 kV로 했을 경우, 활성화된 플라스마 생성용 가스(G)와 피처리물(H)과의 사이에 적어도 수kV의 전위차가 생기고, 이것에 따른 아크(Ar)가 발생할 우려가 있다. 한편, 도 3(b)에 나타난 바와 같이, 중점 접지를 이용했을 경우는, 일방의 도전층(2)의 전위를 +6.5 kV에, 타방의 도전층(2)의 전위를―6.5 kV로 하여 도전층(2, 2) 간의 전위차 Vp를 13 kV로 할 수 있고, 활성화된 플라스마 생성용 가스(G)와 피처리물(H)과의 사이의 전위차가 거의 0 V가 되는 것이다. 즉, 중점 접지를 이용하지 않는 경우에 비해, 중점 접지를 이용했을 경우는 도전층(2, 2) 간에 같은 전위차가 생기는 것에도 불 구하고, 활성화된 플라스마 생성용 가스(G)와 피처리물(H)과의 사이의 전위차를 작게 할 수 있어 활성화된 플라스마 생성용 가스(G)로부터의 피처리물(H)에 대한 아크의 발생을 방지할 수 있는 것이다.
본 발명에 있어서, 방열기(6)로서 복수 개의 방열 핀을 이용할 수 있다. 이 방열기(6)는, 피복 전극(3, 3)의 절연 기판(1)의 외면(방전 공간(4)과 반대측의 면)에 돌설(突設)할 수 있다. 이 방열기(6)는 방전 공간(4)에서의 플라스마 생성용 가스(G) 및 피복 전극(3)을 공랭(空冷)식으로 냉각하는 것이다. 즉, 방전 공간(4)은 방전을 발생시키고 있을 때에 고온이 되지만, 이 열이 플라스마 생성용 가스(G)로부터 피복 전극(3)에 전달된 후, 방열기(6)에 흡수되어 방산(放散)된다. 이것에 의해, 플라스마 생성용 가스(G)의 온도 상승을 억제하고, 그에 따라 절연 기판(1)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 그리고, 방열기(6)에 의해 절연 기판(1)의 온도 상승을 억제하면, 절연 기판(1)이 열변형을 일으켜 균열 등의 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절연 기판(1)의 일부가 과잉으로 가열되면, 가열된 부분에 있어서 플라스마 발생 밀도가 높아지는 등, 플라스마 발생이 불균일이 될 우려가 있지만, 절연 기판(1)의 온도 상승을 억제하는 것으로 플라스마 발생의 불균일화를 방지하고, 균일한 플라스마 처리를 유지할 수 있는 것이다.
상기의 방열기(6)는, 열전도성이 높은 재질로 형성되는 것이 바람직하고, 예를 들면 동, 스텐레스, 알루미늄, 질화 알루미늄(AlN) 등으로 형성될 수 있다. 방열기(6)를 질화 알루미늄 등의 절연물로 형성하는 것에 의해서, 도전층(2, 2) 간에 인가하는 고주파의 전압의 영향을 받기 어려워지고, 이것에 의해, 도전층(2, 2) 간 에 투입되는 전력의 손실이 거의 없어지게 되어 효율적인 방전을 실시할 수 있고, 또한, 고열 전도이기 때문에 냉각 효율을 높일 수 있는 것이다.
절연 기판(1)과 방열기(6)과의 접합은, 열전도성이 양호한 방식을 채용하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 열전도성 그리스(grease), 열전도성 양면 테이프, 접착수지 함침(含浸) 접합재에 의해 접착하거나 절연 기판(1)과 방열기(6)와의 접합면을 경면연마(鏡面硏磨)하고, 이것들을 압착에 의해 접합할 수도 있다. 또한, 절연 기판(1)과 방열기(6)를 일체로서 형성하는 것도 바람직하다. 이와 같이 성형하는 것에 의해, 방전 공간(4)으로부터의 발열을 방열기(6)에 의해 효율적으로 흡수시킬 수 있기 때문에, 절연 기판(1)의 온도 분포를 균일하게 하고, 방전을 안정화 할 수 있다. 또한, 방열기(6)로서 펠티어 소자(peltier device)를 설치할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 온도조정수단(7)으로서 전기 히터 등의 가열 수단을 이용할 수 있다. 온도조정수단(7)은 2차 전자가 방출되기 쉬운 온도로 절연 기판(1)을 온도 조정하기 위한 것이다. 즉, 활성화된 플라스마 생성용 가스(G)에 포함되는 전자나 이온이 절연 기판(1)에 작용하는 것에 의해서, 절연 기판(1)에서 2차 전자가 방출되지만, 이 2차 전자가 방출되기 쉬운 온도로 절연기판(1)을 온도조정수단(7)에 의해 온도 조정한다. 절연 기판(1)은 그 온도가 높을수록 2차 전자가 방출되기 쉽지만, 열팽창에 의한 절연 기판(1)의 손상을 고려하면, 절연 기판(1)의 온도는 100℃정도로 억제하여 온도 조정하는 것이 적당하다. 따라서, 상기의 온도조정수단(7)에 의해 절연 기판(1)을 40~100℃로 온도 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같 이 절연 기판(1)의 온도를 실온보다 높은 온도로 함으로써, 플라스마 처리 장치(A)의 사용 개시시에 있어서 절연 기판(1)의 표면 온도를 실온보다 상승시킬 수 있고, 이 때문에 실온의 경우보다 절연 기판(1)에서 2차 전자가 방출되기 쉬워지고, 절연 기판(1)으로부터 방출된 2차 전자에 의해 플라스마 생성 밀도를 증가시킬 수 있고, 방전을 용이하게 개시시킬 수 있고, 시동성이 향상함과 동시에, 피처리물(H)의 세정 능력이나 개선 능력 등의 플라스마 처리 능력을 향상할 수 있는 것이다.
온도조정수단(7)은 절연 기판(1)이나 방열기(6)나 후술의 가스 균일화 수단(8)에 내장시키거나 이러한 외면에 설치하거나 할 수 있고, 열전대(熱電對) 등의 온도측정수단에 의한 절연 기판(1)의 온도측정 결과 등에 기초를 두고, 필요에 따라서, 그 동작·정지를 제어할 수 있다.
본 발명에 있어서, 피복 전극(3, 3)의 위쪽에는 가스 저장실(가스 리졸버)(11)을 설치하고 있다. 가스 저장실(11)은 방열기(6)와 같은 재료로 상자 형상으로 형성되는 것이며, 또한 그 상면(上面)에는 가스 유통구(20)를, 하면(下面)에는 설치공(21)을 각각 형성하고 있다. 그리고, 설치공(21)으로부터 피복 전극(3, 3)의 상부를 가스 저장실(11)의 내부에 꽂아 장착하는 것에 의해서, 방전 공간(4)과 가스 저장실(11)의 내부 공간을 연통하는 것이다. 가스 저장실(11)의 내부에는, 플라스마 생성용 가스(G)를 방전 공간(4)의 폭 방향(피복 전극(3)의 폭 방향과 동방향이며, 도 1(b)의 지면과 직교하는 방향)에 있어서 거의 균일한 유속으로 공급하기 위한 가스 균일화 수단(8)을 설치하고 있다. 이 가스 균일화 수단(8)은 다수의 관통공(8a, 8b)을 상하 방향으로 관통하여 설치한 펀칭 플레이트 등으로 형성되는 것이며, 가스 저장실(11)을 상하로 구분하도록 설치하고 있다.
그리고, 상기와 같은 본 발명의 플라스마 처리 장치(A)는, 대기압 또는 그 근방의 압력(100~300kPa) 하에서 플라스마 처리를 실시하는 것이며, 구체적으로는 이하와 같이 하여 처리를 실시한다.
우선, 가스 유통구(20)로부터 가스 저장실(11) 내에 플라스마 생성용 가스(G)를 유입시켜 공급한다. 플라스마 생성용 가스(G)로서는, 희가스(稀gas), 질소, 산소, 공기를 각각 단독으로 이용하거나 혹은 복수종(複藪種)을 혼합하거나 해서 이용할 수 있다. 공기로서는, 바람직하게는 수분을 거의 포함하지 않는 건조공기를 이용할 수 있다. 희가스로서는, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤 등을 사용할 수 있지만, 방전의 안정성이나 경제성을 고려하면 아르곤을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 희가스나 질소에 산소, 공기 등의 반응 가스를 혼합하여 사용할 수도 있다. 반응 가스의 종류는 처리의 내용에 의해서 임의로 선택할 수 있다. 예를 들면, 피처리물(H)의 표면에 존재하는 유기물의 클리닝, 레지스트의 박리, 유기 필름의 에칭, LCD의 표면 클리닝, 유리판의 표면 클리닝 등을 실시하는 경우에는, 산소, 공기, CO2, N2O 등의 산화성 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 반응 가스로서 CF4, SF6, NF3등의 불소계 가스도 적절하게 이용할 수 있고, 실리콘이나 레지스트 등의 에칭, 워싱을 실시하는 경우에는 이 불소계 가스를 이용하는 것이 효과적이다. 또한, 금속 산화물의 환원을 실시하는 경우는, 수소, 암모니아 등의 환원성 가스를 이용할 수 있다.
가스 저장실(11)에 공급한 플라스마 생성용 가스(G)는, 이 후, 가스 저장실 (11) 내를 유하(流下)해서 방전 공간(4)의 상측(上側) 개구(開口)에 도달하지만, 가스 저장실(11) 내를 유하하는 도중에 가스 균일화 수단(8)의 다수의 관통공(8a, 8a)으로 분산하면서 관통공(8a)을 통과하게 된다. 이 때문에, 가스 유통구(20)와 방전 공간(4)의 상측 개구와의 사이에 설치된 가스 균일화 수단(8)이 플라스마 생성용 가스(G)의 압력을 분산시키는 부분이 되며, 방전 공간(4)의 폭 방향에 대해 플라스마 생성용 가스(G)를 거의 균일한 유속으로 방전 공간(4)에 공급해서 유하시킬 수 있다. 이 결과, 방전 공간(4)의 하면(下面) 개구로부터 뿜어 나오는 활성화된 플라스마 생성용 가스(G)의 유속 분포를 폭 방향에 있어서 작게 할 수 있고, 균일한 플라스마 처리를 행할 수 있다.
상기와 같이 플라스마 생성용 가스(G)를 가스 저장실(11)에 공급할 때에는, 가스 봄베(gasbombe), 가스 배관, 혼합기, 압력변(壓力弁) 등으로 구성되는 적절한 가스공급수단(도시하지 않음)을 설치할 수 있다. 예를 들면, 플라스마 생성용 가스 (G)에 함유되는 각 가스 성분이 봉입(封入)된 각 가스 봄베를 가스 배관에서 가스 저장실(11)의 가스 유통구(20)에 접속하고, 이 때, 각 가스 봄베로부터 공급되는 가스 성분을 혼합기에서 소정의 비율로 혼합하며, 압력변에 의해 소망(所望)의 압력으로 방전 공간(4)에 도출(導出)되도록 한다. 또한, 플라스마 생성용 가스(G)는, 압력 손실의 영향을 받지 않고 ,단위시간 당 소정의 유량을 공급할 수 있는 압력으로 방전 공간(4)에 공급하는 것이 바람직하고, 가스 저장실(11) 내의 압력이 대기압 혹은 그 근방의 압력(바람직하게는 100~300kPa)이 되도록 공급하는 것이 바람직 하다.
방전 공간(4)의 상측 개구에 도달한 플라스마 생성용 가스(G)는, 이 후, 상측 개구로부터 방전 공간(4) 내로 유하(流下)하지만, 여기서, 대향 배치한 피복 전극(3, 3)의 도전층(2, 2) 간에는 전원(5)에 의해 전압을 인가(印加)하고 있으므로, 이것에 의해, 방전 공간(4)에서 방전이 발생함과 동시에 이 방전에 의해 플라스마 생성용 가스(G)가 활성화한다. 즉, 전원(5)에 의해 도전층(2, 2) 간에 전압을 인가(印加)하고 있기 때문에, 방전 공간(4)에는 전계(電界)가 발생하고, 이 전계의 발생에 의해 대기압 하 혹은 그 근방의 압력 하에서 방전 공간(4)에 기체 방전이 발생함과 동시에 이 기체 방전에 의해 플라스마 생성용 가스(G)가 활성화(플라스마화)되어 방전 공간(4)에 활성종(이온이나 래디칼 등)이 생성되는 것이다. 이 때, 방전 공간(4)에 생기는 전기력선 D는, 도 4에 나타난 바와 같이, 고전압 측의 도전층(2)으로부터 저전압 측의 도전층(2)을 향해서 거의 수평으로 생기지만, 방전 공간(4)에 있어서의 플라스마 생성용 가스(G)의 유통 방향(R)은 거의 연직 하향(鉛直下向)이다. 이와 같이, 방전 공간(4)에서의 전기력선 D가 플라스마 생성용 가스(G)의 유통 방향(거의 연직 하향방향)(R)과 교차하는 방향으로 발생하도록, 피복 전극(3, 3)을 플라스마 생성용 가스(G)의 유통 방향(R)과 직교하는 방향(거의 수평방향)으로 대향 배치하여 전압을 인가하고 있고, 이것에 의해 방전을 발생시키고, 플라스마 생성용 가스(G)의 활성화를 실시할 수 있다.
방전 공간(4)에서 플라스마 생성용 가스(G)를 활성화한 후, 이 활성화한 플라스마 생성용 가스(G)를 플라스마(P)로서 방전 공간(4)의 하면 개구로부터 제트 모양으로 연속적으로 뿜어내어 피처리물(H)의 표면의 일부 또는 전부에 뿜어 칠한다. 이 때, 방전 공간(4)의 하면 개구는 피복 전극(3)의 폭 방향(도 1(b)의 지면에 직교하는 방향)으로 가늘고 길게 형성되어 있으므로, 활성화한 플라스마 생성용 가스(G)가 폭 넓게 뿜어져 나올 수 있다. 그리고, 활성화한 플라스마 생성용 가스(G)에 포함되는 활성종이 피처리물(H)의 표면에 작용함으로써, 피처리물(H)의 클리닝 등의 표면 처리를 실시할 수 있다. 여기서, 방전 공간(4)의 하면 개구보다 하부에 피처리물(H)을 배치할 때, 롤러, 벨트 컨베이어 등의 반송 장치로 피처리물(H)을 반송하도록 해도 좋다. 이 때, 반송 장치로 복수의 피처리물(H)을 방전 공간(4)의 하부로 차례차례 반송하는 것에 의해서, 복수의 피처리물(H)을 연속적으로 플라스마 처리할 수도 있다. 또한, 플라스마 처리 장치를 다관절 로봇 등으로 유지하는 것에 의해, 복잡한 입체 형상의 피처리물(H)의 표면 처리를 하는 것도 가능하다. 또, 방전 공간(4)의 하면 개구와 피처리물(H)의 표면과의 사이의 거리는, 플라스마 생성용 가스(G)의 가스류의 유속, 플라스마 생성용 가스(G)의 종류, 피처리물(H)이나 표면 처리(플라스마 처리)의 내용 등에 의해서 적절하게 설정 가능하지만, 예를 들면, 1~30 mm로 설정할 수 있다.
본 발명은, 여러 가지의 피처리물(H)에 대한 플라스마 처리에 적용할 수 있지만, 특히 액정용 유리재, 플라스마 디스플레이용 유리재, 유기EL(Organic Electro-Luminescence) 표시장치용 유리재 등의, 여러 가지의 플랫 패널 디스플레이용 유리재나, 프린트 배선 기판, 폴리이미드 필름 등의 각종 수지 필름 등의 표면 처리에 적용할 수 있다. 이와 같은 유리재에 대한 표면 처리를 실시하는 경우에 는, 이 유리재에, ITO(인지움·틴·옥사이드)로 이루어지는 투명 전극이나, TFT(박막 트랜지스터) 액정을 설치한 것, 혹은 CF(칼라 필터)를 설치한 것 등도, 표면 처리에 제공할 수 있다. 또한, 수지 필름에 대해서 표면 처리를 실시하는 경우에는, 이른바 롤투롤(Roll-to-Roll) 방식으로 반송되고 있는 수지 필름에 대해서, 연속적으로 표면 처리를 실시할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는, 도전층(2)을 티탄으로 형성할 필요가 없고, 또한 세라믹 재료의 용사(溶射)도 행하지 않기 때문에, 피복 전극(3)의 재료의 저비용화나 제조 공정의 간소화에 의해, 염가로 제조할 수 있다. 또, 세라믹 소결체는 세라믹 용사(溶射)의 피막보다 공극율이 작고 치밀하기 때문에, 방전시에 절연 기판(1)의 절연 파괴가 일어나기 어려워지고, 방전의 불안정이나 피복 전극(3)의 도전층(2)의 손상을 방지할 수 있다. 또한 도전층(2)을 층 형상으로 형성하기 때문에, 피복 전극(3)을 박형화할 수 있어 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
여기서, 본 발명에서 이용하는 피복 전극(3)과 종래에 있어서 플라스마 처리 장치로 이용되고 있는 전극(이하, 「종래 전극」이라고 한다)과의 내전압 데이터를 나타낸다. 피복 전극(3)은, 도 9(a)에 나타난 바와 같이, 절연 기판(1)으로서 두께 2 mm의 산화 알루미늄제의 세라믹 소결체를 형성하고, 그 두께 방향의 중앙부에 두께 30μm의 텅스텐제의 도전층(2)을 형성한 것을 이용했다. 따라서, 도전층(2)을 피복하는 절연 기판(1)의 층의 두께 t는 1 mm이다. 한편, 종래 전극은, 도 9(b)에 나타난 바와 같이, 두께 25 mm의 티탄판의 전극모재(電極母材)(35)의 표면에, 두께 t=1 mm의 산화 알루미늄의 피막(36)을 용사법(溶射法)에 의해 형성한 것을 이용했다. 그리고, 피복 전극(3)과 종래 전극을 시험에 이용하는 임펄스(inpulse) 시험기에 의해 내전압 시험을 했다. 즉, 절연 기판(1)과 피막(36)의 각 표면에 내전압 시험용 전극(37)을 접촉시킴과 동시에 도전층(2)과 전극모재(35)를 접지하고, 내전압 시험용 전극(37)에 임펄스(inpulse) 전원(38)에 의한 전압을 인가(印加)했다. 그 결과, 본 발명에서 이용하는 피복 전극(3)의 내전압이 20 kV인 것에 대하여, 종래 전극의 내전압은 10 kV이며, 피복 전극(3) 쪽이 내전압의 성능이 높게 되었다(표 1 참조).
[표 1]
| 재질 |
절연체 두께 |
재질 |
절연체 형성방법 |
내전압 |
| 종래 전극 |
1 mm |
산화 알루미늄 |
용사(溶射) |
10kv |
| 본 발명의 피복전극(3) |
소결 (다층기판전극) |
20kv |
도 5(a), (b)에 다른 실시의 형태를 나타낸다. 이 플라스마 처리 장치(A)에서는, 방열 핀 대신에 냉각 쟈켓으로 방열기(6)를 형성하고 있고, 그 외의 구성은 상기의 실시의 형태와 같다. 상기의 방열기(6)는 상기와 같은 재질로 판 형상으로 형성하고, 그 내부에 물 등의 냉매를 유통시켜 순환시키기 위한 복수의 순환로(25)를 설치하고 있다. 그리고, 방열기(6)는 피복 전극(3)의 외면에 밀착하여 설치되어 있고, 방전시에 순환로(25)에 냉매를 유통시키는 것에 의해, 수냉식으로 피복 전극 (3)의 절연 기판(1)을 냉각하고, 절연 기판(1)의 온도 상승을 억제하는 것이다. 냉매의 온도는 상기의 효과가 발생하기 쉽고, 또한 취급성이나 에너지 절약 등을 고 려하여, 50~80℃의 온도로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기와 같이 전기 히터 등의 온도조정수단(7)을 구비하여도 좋지만, 방열기(6) 자신을 온도조정수단(7)으로서 이용해도 좋다. 즉, 온도 조정한 냉매를 순환로(25)에 유통시키는 것에 의해서, 2차 전자가 방출되기 쉬운 온도로 절연 기판(1)을 방열기(6)(온도조정수단(7))에 의해 온도 조정할 수 있다. 이 경우도 상기와 같이, 절연 기판(1)의 온도는 100℃정도로 억제하여 온도 조정하는 것이 적당하고, 절연 기판(1)을 40~100℃로 온도 조정하는 것이 바람직하다.
도 6에 다른 실시의 형태를 나타낸다. 이 플라스마 처리 장치(A)는, 3개의 피복 전극(3)을 이용하여 형성되는 것이고, 그 외의 구성은 상기와 같다. 이 경우는 2개의 피막 전극(3)을 이용하는 경우에 비해, 활성화된 플라스마 생성용 가스(G)의 발생량을 증가시킬 수 있고, 플라스마 처리의 능력을 향상시킬 수 있는 것이다.
도 7에 다른 실시의 형태를 나타낸다. 이 플라스마 처리 장치(A)는, 2개의 피복 전극(3)을 상하로 대향(對向) 배치한 것이다. 위쪽의 피복 전극(3)에는 가스 도입공(25)을 상하로 관통하여 설치하고, 아래쪽의 피복 전극(3)에는 가스 도입공(25)과 대향(對向)하도록 가스 도출공(31)을 상하로 관통하여 설치하고 있다. 또한, 위쪽의 피복 전극(3)의 상면(上面)에는 상기와 같은 가스 저장실(11)을 설치한다. 이 경우, 가스 저장실(11)의 하면(下面)의 설치공(21)과 가스 도입공(25)의 상단 개구(開口)를 위치 조정하고, 상하의 피복 전극(3, 3)의 사이의 방전 공간(4)과 가스 저장실(11)의 내부 공간을 연통(連通)하고 있다. 또, 위쪽의 피복 전극(3)의 상면에는 상기와 같은 방열 핀의 방열기(6)가 돌설(突設)되고 있다. 그 외의 구성은 상기 실시의 형태와 같다.
이 플라스마 처리 장치(A)에서는, 상기와 동일하게, 가스 유통구(20)로부터 가스 저장실(11)에 플라스마 생성용 가스(G)를 공급하고, 가스 균일화 수단(8)의 관통공(8a)을 통과시키면서 플라스마 생성용 가스(G)를 유하(流下)시키고, 이 후, 가스 도입공(25)으로부터 방전 공간(4)으로 공급한다. 그리고, 피복 전극(3, 3)의 도전층(2, 2)간에 인가(印加)한 전압에 의해 방전 공간(4)에 생긴 방전으로 플라스마 생성 가스(G)를 활성화하고, 이 활성화한 플라스마 생성용 가스(G)를 가스 도출공(31)으로부터 뿜어 내어 가스 도출공(31)의 하부에 위치시킨 피처리물(H)에 뿜어 칠하는 것에 의해서, 플라스마 처리를 실시할 수 있다.
이 플라스마 처리 장치(A)에 대해서는, 방전 공간(4)에 생기는 전기력선 D는, 도 8에 나타난 바와 같이, 고전압측의 도전층(2)으로부터 저전압측의 도전층(2)을 향하여 거의 연직(鉛直)으로 생기지만, 방전 공간(4)에 있어서의 플라스마 생성용 가스(G)의 유통 방향(R)도 거의 연직하향이다. 이와 같이, 방전 공간(4)에서의 전기력선 D가 플라스마 생성용 가스(G)의 유통 방향(R)과 평행한 방향으로 발생하도록, 피복 전극(3, 3)을 플라스마 생성용 가스(G)의 유통 방향(R)과 평행한 방향(거의 연직방향)으로 대향 배치하여 전압을 인가(印加)하고 있고, 이것에 의해 방전을 발생시켜서, 플라스마 생성용 가스(G)의 활성화를 실시할 수 있다. 그리고, 이 경우, 플라스마 생성용 가스(G)의 유통 방향(R)과 거의 평행한 방향의 고밀도의 스트리머(streamer) 방전을 발생시킬 수 있고, 또한 방전 공간(4)은 가스 도출 구(31)보다도 크게 플라스마 생성용 가스(G)를 효율적으로 활성화 할 수 있기 때문에, 플라스마 생성용 가스(G)의 활성을 더욱 향상시켜서 고효율의 플라스마 처리를 실시하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 피복 전극(3)을 형성할 때, 도전층(2)을 티탄으로 형성할 필요가 없고, 또한, 세라믹 재료의 용사(溶射)도 행하지 않기 때문에, 피복 전극(3)의 재료의 저비용화나 제조 공정의 간소화에 의해, 염가로 제조할 수 있는 것이다. 또, 세라믹 소결체는 세라믹용 용사(溶射)의 피막보다도 공극율이 작고 치밀하기 때문에, 방전시에 절연 파괴가 일어나기 어려워져, 방전의 불안정이나 피복 전극(3)의 도전층(2)의 손상을 방지할 수 있는 것이다. 또한, 도전층(2)을 층 형상으로 형성하기 때문에, 피복 전극(3)을 박형화할 수 있어 장치의 소형화를 도모할 수 있는 것이다.
Claims (9)
- 플라스마 생성용 가스를 방전에 의해 활성화시키고, 이 활성화된 플라스마 생성용 가스를 피처리물에 뿜어서 칠하여 처리하기 위한 플라스마 처리 장치에 있어서,세라믹 소결체로 이루어지는 절연 기판에 도전층을 매설(埋設)하여 형성된 피복 전극과,대향(對向) 배치된 복수의 상기 피복 전극의 사이에 형성된 방전 공간과,상기 도전층에 전압을 인가(印加)하여 상기 방전 공간에 방전을 발생시키기 위한 전원을 구비하고,상기 피복 전극의 상기 절연 기판은 양측의 단부에 돌출되어 설치된 접합부를 가지고, 상기 절연 기판의 상기 접합부는 상기 방전 공간의 측방 개구부분이 폐색(閉塞)되도록 상호 접합되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,도전층에 전압을 인가(印加)하는 것에 의해 방전 공간에 발생하는 전기력선이, 방전 공간에서의 플라스마 생성용 가스의 유통 방향과 교차하는 방향으로 발생하도록, 복수의 피복 전극을 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,도전층에 전압을 인가(印加)하는 것에 의해 방전 공간에 발생하는 전기력선이, 방전 공간에서의 플라스마 생성용 가스의 유통 방향과 평행한 방향으로 발생하도록, 복수의 피복 전극을 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,서로 이웃하는 피복 전극의 도전층의 간격이 0.1~5 mm인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,세라믹 소결체가 산화 알루미늄 소결체인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,절연 기판의 외면에 방열기를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,절연 기판의 온도를 2차 전자가 방출되기 쉬운 온도로 조정하기 위한 온도조정수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,방전 공간에서의 플라스마 생성용 가스의 유속을 균일하게 하기 위한 가스 균일화 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,복수매의 절연 시트재의 사이에 도전체를 설치하여 일체 성형하는 것에 의해, 절연 시트재로 이루어지는 절연 기판과 도전체로 이루어지는 도전층을 구비한 피복 전극을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
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