KR101254902B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 방전을 개시하는 것이 용이해지는, 또는 플라즈마 처리 중의 보조 플라즈마에 의한 여분의 전력 소비를 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
또한, 제1 전극과, 상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제2 전극과, 상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제3 전극과, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 공간, 및 상기 제1 전극과 제3 전극 사이의 공간에 가스를 도입하는 가스 도입부와, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 전압을 인가하는 전압 인가부와, 상기 제1 전극과 제2 전극 간격을 변경하는 제1 간격 변경부, 또는 상기 제1 전극과 제3 전극 간격을 변경하는 제2 간격 변경부와, 상기 제1 간격 변경부 또는 제2 간격 변경부의 간격 변경 동작과, 상기 전압 인가부의 전압 인가 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA TREATMENT APPARATUS AND PLASMA TREATMENT METHOD}
본 발명은 대기압하 또는 대기압 근방하에 있어서, 피처리물에 플라즈마를 조사하여 표면 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치나 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로, 예를 들면 유리 에폭시 기판의 금속 전극이나, 수지 등을 플라즈마 처리하여, 금속의 접합성이나 수지의 밀착성을 향상시키는 표면 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치나 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
대기압 근방하에 있어서, 평행 평판 전극의 적어도 한쪽에 고체 유전체를 배치하고, 전극 사이에 교류 전압을 인가하여 글로 방전 플라즈마를 발생시키는 방법은 널리 사용되고 있다. 이 방법에 의해 발생한 플라즈마를 이용하여 피처리물을 표면 처리하는 경우, 피처리물을 접지 전극면 상에 배치하여 플라즈마를 직접 조사하는 다이렉트 플라즈마 방식이나, 평행 평판 전극 사이의 개방면에 피처리물을 배치하여 가스 흐름을 이용하여 플라즈마 또는 라디칼을 원격 공급하는 리모트 플라즈마 방식이 이용된다.
리모트 플라즈마 방식에 비교하여, 다이렉트 플라즈마 방식은 플라즈마 영역에서 피처리물까지의 거리가 짧기 때문에, 처리 반응을 담당하는 전자, 이온 및 라디칼을 높은 밀도로 피처리물에 공급할 수 있다. 이에 더하여, 대기압 근방하의 글로 방전에 있어서 전극 간격이 짧기 때문에, 평행 평판 전극의 면적은 개방면의 면적보다 커진다. 이들 2개의 효과를 위해, 다이렉트 플라즈마 방식은 리모트 플라즈마 방식에 비교하여 처리 반응 속도가 높고, 또한 처리 면적이 크다.
다이렉트 플라즈마 방식에 있어서, 피처리물의 재질이 도체 또는 절연체 중 어느 것이라도 신속한 처리가 실현 가능한 면상의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치가 보고되어 있다. 특허문헌 1에 있어서는 2매의 평행 평판 전극에 있어서 전계 인가 전극과 그의 수직면에 대향하는 접지 전극 사이에 플라즈마를 생성하며, 그 플라즈마와 연속하여 전계 인가 전극 하면에 플라즈마를 생성하고, 그 하면에 생성된 플라즈마를 피처리물에 조사하는 기술이 보고되어 있다.
특허문헌 2에 있어서는 전계 인가 전극의 측면에 인접하여 보조 플라즈마 접지극이 되는 전극을 배치하고, 이들 2개의 전극 사이에서 보조적인 플라즈마를 발생시킨 후에, 전계 인가 전극 바로 아래에 설치한 피처리물에, 메인 플라즈마를 조사하는 기술이 보고되어 있다. 특허문헌 2에서는 보조 플라즈마 접지극의 면적이 작고, 보조 플라즈마 접지극과 전력 인가 전극과의 간격이 짧기 때문에, 적은 파워로 방전이 개시 및 유지되는 것을 진술하고 있다. 특허문헌 1 및 2에 기재된 기술에 공통되는 것은 전계 인가 전극에 대향하여 피처리물을 배치하기 위한 접지 전극을 설치하는 것에 더하여, 전계 인가 전극의 측면에 보조 접지 전극을 설치하고, 전계 인가 전극과 보조 접지 전극 사이에 보조 플라즈마를 생성하는 것이다.
일본 특허 공개 제2007-237080호 공보 일본 특허 공표 2007-525801호 공보
배경 기술에서 진술한 보조적인 접지 전극을 이용하는 기술에서는, 전계 인가 전극과 보조 접지 전극과의 간격은 소정의 고정치가 되기 때문에, 피처리물에 플라즈마를 조사하는 사이에도, 보조 플라즈마는 발생하고 있다. 피처리물의 처리는 주로 피처리물 상에 전개되어 있는 플라즈마에서 담당하기 때문에, 이 보조 플라즈마를 유지하기 위한 전력은 전력 절약화 및 에너지 절약 측면에 서면 불필요 또는 과잉의 전력이다.
상기 특허 문헌에 있어서의 보조 플라즈마의 소비 전력에 대해서 검토한다. 특허 문헌 1에 있어서는 대표도로부터 판단하여, 보조 플라즈마의 면적은 피처리물 상의 면적과 동등 내지 반정도이기 때문에, 전 소비 전력의 1/4 내지 1/2 정도를 보조 플라즈마가 차지한다고 생각된다. 특허 문헌 2에 있어서는 전 소비 전력의 약 1/4을 보조 플라즈마가 차지한다.
그래서 본 발명은 특히 피처리물을 면상 일괄로, 즉 피처리물의 전면에 걸쳐 동시에 플라즈마 처리하는 경우에 있어서, 저전력으로 방전 개시하여 보조 플라즈마를 발생시키는, 또는 피처리물의 처리 중에는 보조 플라즈마를 발생 및 유지할 필요가 없고, 불필요한 전력 소비를 억제할 수 있는 플라즈마 표면 처리 장치나 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 플라즈마 처리 장치에 있어서, 제1 전극과, 상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제2 전극과, 상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제3 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격, 또는 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 변경하는 간격 변경부를 구비하며, 방전 개시시와 플라즈마 처리시에 있어서의 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격, 또는 방전 개시시와 플라즈마 처리시에 있어서의 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 다르게 한 것이다.
본 발명에 따르면, 방전 개시시에 필요한 전력을 낮게 할 수 있다. 또는, 플라즈마 처리 중에 보조 플라즈마에 의한 불필요한 전력 소비를 억제하여 피처리물을 플라즈마 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 피 처리물 교환시의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 가스 도입 장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 가스 도입부의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 전극 간격을 변경하는 모습을 설명하는 정면 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 전극 간격을 변경하는 모습을 설명하는 정면 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 접지 전극 내포 회전체의 확대 정면 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 접지 전극을 설명하기 위한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 접지 전극의 변형예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 접지 전극 내포 회전체의 확대 정면 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 접지 전극 내포 회전체의 변형예의 확대 정면 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 이용하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 사시도이고, 전방면측에서 본 도면인데, 도 1 중의 가스 제한벽 (10)을 제외하면, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치와 동일하기 때문에, 도 1을 이용하여, 제1 실시 형태의 플라즈마 처리 장치의 개요를 설명한다.
도 1에 있어서, (1)은 전계 인가 전극이다. (2)는 전계 인가 전극 (1)과 대향하여 설치된 접지 전극이다. (30)은 플라즈마 처리의 대상이 되는 피처리물이고, 접지 전극 (2) 상에 장착된다. (3)은 접지 전극 (2)의 양끝에, 접지 전극 (2)와는 독립적으로 설치된 접지 전극이다.
도 1의 상태에서 우선, 전계 인가 전극 (1)에 접지 전극 (3)을 가까이 하여, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 플라즈마를 발생시키기 위한 방전(플라즈마 방전)을 시작시킨다. 그 후, 피처리물 (30)을 얹어 놓은 접지 전극 (2)를 상승시켜 전계 인가 전극 (1)에 가까이 하고, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이에 플라즈마를 발생시켜, 피처리물 (30)에 플라즈마 처리를 행한다. 피처리물 (30)의 플라즈마 처리 종료 후, 도 2에 나타낸 바와 같이, 미처리된 피처리물 (30a)를 접지 전극 (2) 상에 들여보냄으로써, 처리 종료된 피처리물 (30)을 플라즈마 처리 장치로부터 취출하는 것이다. 또한, 본 실시 형태에서는 피처리물 (30)에 대한 손상을 억제하기 위해서, 글로 방전에 의해 발생시킨 플라즈마를 이용한다. 도 2는 피처리물 교환시의 모습을 나타내는 사시도이고, 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치이지만, 도 2 중의 가스 제한벽 (10)을 제외하면, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치와 동일하다.
다음으로, 도 3을 이용하여, 제1 실시 형태의 플라즈마 처리 장치를 자세히 설명한다.
도 3에 있어서, (1)은 제1 전극이고, 교류 전원 (6)의 일단이 접속된 전계 인가 전극이다. 교류 전원 (6)의 타단은 접지되어 있다. 본 실시 형태에서는 전계 인가 전극 (1)의 높이는 고정되어 있다. (2)는 제2 전극이고, 전계 인가 전극 (1)과 대향하여 설치된 접지 전극이다. (3)은 제3 전극이고, 접지 전극 (2)와는 독립적으로, 전계 인가 전극 (1)과 대향하여 설치된 접지 전극이다. 접지 전극 (3)은, 본 실시 형태에서는 접지 전극 (2)의 양측에 인접하여 설치되어 있지만, 접지 전극 (2)의 한쪽에만 설치하도록 할 수도 있다.
전계 인가 전극 (1), 접지 전극 (2), 및 접지 전극 (3)은, 예를 들면 알루미늄(Al) 또는 스테인레스강과 같은 금속이고, 일반적으로는 도체라고 불리는 도전성이 높은 재질로 이루어지는 판형의 물체이다.
(30)은 플라즈마 처리의 대상이 되는 피처리물이고, 접지 전극 (2) 상에 장착된다. 피처리물 (30)은 금속 등의 도체나, 또는 유리 등의 도전성이 낮은, 일반적으로는 절연체라고 불리는 재질, 또는 이들의 복합 재료로 이루어지는 임의의 판형의 물체이다. 본 실시 형태에서는, 피처리물 (30)은 예를 들면 유리, 수지 등의 도전성이 낮은 것을 상정하고 있다.
(4a)는 전계 인가 전극 (1)의 접지 전극 (2)측의 면과, 절연체 (5)의 접지 전극 (2)측의 면에 설치된 유전체이다. (4b)는 접지 전극 (3)의 상면, 즉 접지 전극 (3)의 전계 인가 전극 (1)측에 대향하는 면에 설치된 유전체이다. 피처리물 (30)이 금속 등의 도체인 경우에는, 유전체 (4b)는 접지 전극 (2)의 상면에도 설치된다.
유전체 (4a) 및 유전체 (4b)는 알루미나, 유리 또는 폴리이미드 등의 절연체로 이루어지는 판형의 물체이다. 유전체 (4a) 및 유전체 (4b)의 두께는 유전체 배리어 방전을 실현하기 위해서, 바람직하게는 0.1 내지 1 mm로 한다.
(5)는 접지 전극 (2)에 대향하는 면을 제외하고, 전계 인가 전극 (1)의 주위에 설치된 절연체이다. 절연체 (5)는 유전체 (4)와 마찬가지로, 알루미나, 유리 또는 폴리이미드 등의 절연체로 이루어지는 물체이지만, 두께에 대해서는 바람직하게는 10 mm 이상으로 한다. 이것은 두께를 충분히 크게함으로써 전기 절연성을 높여, 절연체 (5)의 주위에 높은 전계가 발생하지 않도록 하기 위해서이다. 그 결과, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2), 및 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이의 공간에만, 높은 전계를 발생시킬 수 있다.
(6)은 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이, 및 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에, 1 kV 이상의 고전압을 인가할 수 있는 교류 전원이고, 전압 인가부이다. 교류 전원 (6)의 주파수는 1 kHz 이상이고, 예를 들면 13.56 MHz의 고주파수일 수도 있다. 교류 전원 (6)의 전압 파형은 정현파 또는 직사각형파와 같은 펄스파일 수도 있고, 또한 이들 교류 파형을 그것보다 낮은 반복 주파수를 갖는 펄스파에 의해 진폭 변조한 전압 파형일 수도 있다. 교류 전원 (6)은 전력 도선을 경유하여 전계 인가 전극 (1)과 접속되어, 교류 전원 (6)과 전계 인가 전극 (1) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매칭 회로(도시하지 않음)가 있다. 도 3의 접속과는 반대로, 전극 (1)을 접지하여, 전극 (2)와 전극 (3)을 교류 전원 (6)에 접속할 수도 있지만, 전극 (1)을 교류 전원 (6)에 접속하여, 전극 (2)와 전극 (3)을 접지하는 쪽이, 교류 전원에 접속하는 전극이 적어지기 때문에 바람직하다.
(7a)는 접지 전극 (2)의 높이를 변경하는 제1 간격 변경부이다. 제1 간격 변경부 (7a)에 의해, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2)와의 간격이 변경된다. (7b)는 접지 전극 (3)의 높이를 변경하는 제2 간격 변경부이다. 제2 간격 변경부 (7b)에 의해, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3)과의 간격이 변경된다.
간격 변경부 (7a, 7b)는 그것에 실은 부품을 일축 방향(수직 방향)으로 승강시키기 위한 잭과 같은 승강 장치이다. 이 장치에 의해, 위치가 고정된 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3)과의 간격 (t1), 및 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2)와의 간격 (t2)를 바꿀 수 있다. 엄밀하게는, 본 실시 형태에서는 도 3에 나타낸 바와 같이, (t1)은 유전체 (4a)의 하면과 유전체 (4b)의 상면 사이의 거리이고, (t2)는 유전체 (4a)의 하면과 접지 전극 (2)의 상면 사이의 거리이다. 접지 전극 (2)의 상면을 유전체 (4b)에서 덮은 경우에는 (t2)는 유전체 (4a)의 하면과 유전체 (4b) 사이의 거리가 된다.
(8)은 간격 변경부 (7)과 그 위에 배치되는 부품을 지지하기 위한 대이다. (9)는 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이의 공간, 또는 전계 인가 전극 (1)과 (3) 사이의 공간이고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 영역이다.
(20)은 상기 제1 간격 변경부 및 제2 간격 변경부의 간격 변경 동작이나, 상기 전압 인가부의 전압 인가 동작 등, 플라즈마 처리 장치를 구성하는 각 구성부를 제어하는 제어부이다. 제어부 (20)은 조작자로부터의 지시를 접수하는 조작부(도시되지 않음)와, 처리 상황이나 에러 발생 상황 등을 표시하는 표시부(도시되지 않음)를 구비하고 있다.
다음으로, 플라즈마 영역 (9)에 있어서 플라즈마를 발생시키기 위해서, 공정 가스를 도입하기 위한 가스 도입 장치에 대해서 설명한다. 도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치를 수평으로 180도 회전시킨 상태를 나타내고, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 후면측에서 본 도면이고, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 가스 도입 장치 (15)를 나타내는 사시도이다. 도 4에 있어서, (15a)는 가스 도입부이고, (15b), (15c)는 가스 제한벽이고, (15d)는 가스 공급관이다. 가스 공급관 (15d)는 일단이 가스 도입부 (15a)에 접속되고, 타단이 공정 가스 공급원(도시되지 않음)에 접속되어 있다. 도 5에, 도 4의 좌측으로부터 본 도면을 나타낸다. 도 5는 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 가스 도입 장치 (15)의 단면도이다. 도 5(a)는 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2)가 접근한 경우이고, 도 5(b)는 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2)가 떨어진 경우이다.
도 5에 있어서, 공정 가스는 가스 공급관 (15d)에서 가스 도입부 (15a)를 거쳐, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이의 공간에 도입된다. 공정 가스는 한쪽의 접지 전극 (3), 피처리물 (30), 및 다른쪽의 접지 전극 (3)이 나란히서는 방향에 대하여 교차하는 방향, 즉, 도 1의 후측에서 전측에 향하여 도입된다. 공정 가스의 구성은 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등의 희가스, 또는 질소(N2)를 주로 하고, 피처리물 (30)에 대하여, 산화 및 환원 등의 원하는 처리를 하기 위해서, 산소(O2), 수소(H2) 등의 해리한 원자가 활성종이 될 수 있는 반응성 가스를 혼합한다.
이하에, 제1 실시 형태에서의 플라즈마 처리 장치의 구체적인 처리 동작을, 도 6을 이용하여 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 처리 동작은 제어부 (20)에 의해 제어된다. 도 6은 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 전극 간격을 변경하는 모습을 설명하는 정면 단면도이다. 우선, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 접지 전극 (2)가 아래쪽에 있고 접지 전극 (3)이 상측에 있는 상태에서, 접지 전극 (2) 상에 피처리물 (30)을 얹어 놓는다. 이 때, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3)과의 간격 (t1)은 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 플라즈마 방전이 개시되도록, 충분히 작은 간격으로 한다. 또한, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2)와의 간격 (t2)는 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이에서 플라즈마 방전이 개시되지 않도록, 충분히 큰 간격으로 한다. 따라서, 간격 (t1)에 비교하여, 간격 (t2)가 충분히 커진다. 바람직하게는 간격 (t1)을 0.5 내지 2 mm, (t2)>10 mm로 한다. 그 후, 전계 인가 전극 (1)과, 접지 전극 (2) 및 접지 전극 (3) 사이에 전계를 인가하면, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 플라즈마 방전이 개시되어, 플라즈마의 발생이 개시된다. 이 때, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이의 간격 (t2)는 플라즈마 방전이 개시되지 않도록 충분히 크기 때문에, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이에서는 플라즈마 방전이 개시되지 않는다.
플라즈마를 발생시키기 위한 전력은 전극 사이의 정전 용량이 작고, 전극 사이의 거리가 작을수록, 전력을 인가했을 때의 전계가 커져, 필요한 전력이 작아진다. 즉, 접지 전극의 면적이 작고, 전계 인가 전극과의 거리가 작을수록, 플라즈마를 발생시키기 위한 전력을 작게 할 수 있다. 그러나, 접지 전극 상에 피처리물을 싣는 관계상, 전극 면적 및 전극 사이의 간격을 어느 정도 확보해야 한다. 그래서 본 실시 형태에서는, 플라즈마 발생용에 사용하는 접지 전극 (3)을 피처리물을 싣는 접지 전극 (2)와는 별도로 설치함으로써, 플라즈마 발생시의 전력을 작게 하도록 하고 있다.
본 실시 형태에서, 플라즈마 방전을 개시하는 경우의 전계 인가 전극과 접지 전극 사이의 정전 용량은 근사적으로는 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이의 정전 용량으로 결정되고, 간격 (t2)를 (t1)과 동일한 정도로 작게 한 경우(후술하는 도 6(b)의 경우)에 비교하여 정전 용량이 작기 때문에, 소정의 교류 전력을 전극 사이에 인가한 경우에 발생하는 전압은 높아진다. 그 결과, 접지 전극 (2)의 면적이 크더라도, 적은 전력으로 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 방전 개시할 수 있다.
전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 방전 개시한 후, 예를 들면 공정 가스로서 아르곤 가스나 질소 가스를 이용하는 경우에는 스트리머 방전이 되지 않도록, 전계 인가 전극 (1)에 인가하는 전압을 감소시켜 플라즈마 방전(글로 방전)을 유지할 수 있는 정도의 전압으로 하고, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 전계 인가 전극 (1)에 대하여 접지 전극 (2)를 접근시킨다. 본 실시 형태에서는 접지 전극 (2)를 상승시킨다. 이 때, 간격 (t2)는 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이에서 플라즈마 방전이 개시되도록 충분히 작은 간격으로 한다. 바람직하게는 (t1)=(t2)로 한다. 이와 같이, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2)와의 간격 (t2)를 작게 하면, 전계 인가 전극 (1)과 제2 접지 전극 (2)의 사이에도, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 발생하고 있었던 플라즈마가 전개하여, 플라즈마 방전을 유지할 수 있는 정도의 전압으로, 전계 인가 전극 (1)과 제2 접지 전극 (2) 사이에 플라즈마 방전이 개시된다. 접지 전극 (2) 상에 피처리물 (30)을 얹어 놓은 경우에는, 피처리물 (30)에 대하여 플라즈마에 의한 표면 처리가 발생한다.
또한, 공정 가스로서 헬륨 가스를 이용하는 경우에는 글로 방전이 되는 전계 범위가 넓기 때문에, 글로 방전의 전계 범위 내에서 방전 개시하여 플라즈마 방전을 유지할 수 있기 때문에, 전계 인가 전극 (1)에 인가하는 전압 조정은 불필요하다. 공정 가스로서 아르곤 가스나 질소 가스를 이용하는 경우에는 글로 방전이 되는 전계 범위가 좁기 때문에, 스트리머 방전의 전계 범위에서 방전 개시하여, 글로 방전의 전계 범위에서 방전 유지하기 위해서, 상술한 바와 같이, 방전 개시한 후, 전계 인가 전극 (1)에 인가하는 전압을 감소시킨다.
접지 전극 (2) 상에 방전이 전개한 후에, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 전계 인가 전극 (1)로부터 접지 전극 (3)을 멀리하여, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이의 간격 (t1)을 증가시킨다. 본 실시 형태에서는 접지 전극 (3)을 하강시킨다. 간격 (t1)을 증가시킴으로써, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에 발생하는 전계는 감소한다. 이 전계가 소정의 값을 하회하면, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서의 방전이 정지한다. 그 결과, 전계 인가 전극 (1)과 피처리물 (30)이 배치된 접지 전극 (2)와의 사이만으로 방전이 유지되고, 이 경우의 소비 전력은 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에도 방전이 유지되어 있는 경우에 비교하여 낮다. 즉, 본 실시 형태의 접지 전극 이동 절차에 의한 플라즈마 처리에 따르면, 전계 인가 전극과 보조 전극(본 예에서는 접지 전극 (3)) 사이에 플라즈마를 유지하는 경우에 비교하여, 적은 전력으로 피처리물의 플라즈마 표면 처리를 실현할 수 있다.
피처리물 (30)에 대한 소정 시간의 플라즈마 처리가 완료된 후, 도 6(c)에 나타내는 상태를 계속한 채로, 다음 피처리물 (30)의 처리를 개시한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 처리가 완료된 피처리물 (30)을 압출하도록 하여, 다음 피처리물 (30a)를 접지 전극 (2) 상에 반송한다. 이 경우, 전계 인가 전극 (1)에 대하여 플라즈마 영역 (9)를 사이에 두고 피처리물 (30)이 도중에 끊기는 일없이 존재하기 때문에, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이의 전계는 감소하는 일없이, 방전 유지에 필요한 높은 값을 유지할 수 있다. 그 결과, 본 실시 형태에서는 피처리물 (30)을 교환하는 경우에 있어서도, 방전이 정지하는 일없이 플라즈마 처리를 계속할 수 있다.
플라즈마 처리를 종료할 때에는, 도 6(c)의 상태에서, 공정 가스의 도입을 정지하고, 또한 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이로의 전계 인가를 정지하여, 플라즈마 방전을 정지한다. 그 후, 접지 전극 (3)을 상측으로 이동시키고, 접지 전극 (2)를 하측으로 이동시켜, 도 6(a)에 나타내는 상태로 하여, 다음 플라즈마 처리에 구비한다.
또한, 상기한 설명에서는 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이의 간격 (t1)을 작게 한 상태에서, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 플라즈마 방전을 개시한 후, 다음으로 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 전계 인가 전극 (1)에 대하여 접지 전극 (2)를 접근시켜, 전계 인가 전극 (1)과 제2 접지 전극 (2) 사이에도 플라즈마를 발생시키고, 다음으로 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 전계 인가 전극 (1)로부터 접지 전극 (3)을 멀리함으로써, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3)과의 간격을 크게 하여, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서의 플라즈마 방전을 정지하고, 전계 인가 전극 (1)과 피처리물 (30)이 배치된 접지 전극 (2) 사이만으로 플라즈마 방전을 유지하도록 했지만, 도 6(c)에 나타내는 공정을 생략할 수도 있다.
도 6(c)에 나타내는 공정을 생략하는 경우, 보조 플라즈마에 의한 불필요한 전력 소비를 억제할 수는 없지만, 방전 개시시에 있어서 플라즈마 상태를 안정시킬 수 있고, 또한 방전 개시시에 있어서 아크 방전을 억제하는 것이 용이해지기 때문에, 피처리물에 대한 손상을 억제하는 것이 용이해진다.
또한, 도 6(a) 전에, 접지 전극 (2)와 접지 전극 (3)이 함께 아래쪽에 있는 단계를 설치하여, 그의 단계에서, 접지 전극 (2) 상에 피처리물 (30)을 장착하도록 할 수도 있다. 이 경우에는 접지 전극 (2) 상에 피처리물 (30)을 장착한 후, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 접지 전극 (3)을 상측으로 이동시켜, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이의 간격 (t1)을 작게 하고, 전계를 인가함과 동시에 가스를 도입한다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 피처리물 (30)이 배치된 접지 전극 (2)의 높이를 바꾸지 않고, 플라즈마 처리를 행하는 것도 가능하다. 이 경우, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2)의 높이는 고정되어 있다. 도 7은 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 전극 간격을 변경하는 모습을 설명하는 정면 단면도이다. 우선, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이의 간격 (t1)이 작은 상태에서, 접지 전극 (2) 상에 피처리물 (30)을 얹어 놓는다. 이 때, 간격 (t1)에 비교하여, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이의 간격 (t2)가 크지만, 간격 (t1)은 접지 전극 (3)과 전계 인가 전극 (1) 사이에서 플라즈마 방전이 개시될 수 있는 간격으로 하고, 간격 (t2)는 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 발생한 플라즈마가 접지 전극 (2)와 전계 인가 전극 (1) 사이에 전개했을 때에, 접지 전극 (2)와 전계 인가 전극 (1) 사이에서 플라즈마 방전이 개시될 수 있는 간격으로 한다.
다음으로, 도 7(a)의 상태에서, 전계 인가 전극 (1)과, 접지 전극 (2) 및 접지 전극 (3) 사이에 전계를 인가하면, 최초로 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 플라즈마 방전이 개시된다. 그렇게 하면, 전계 인가 전극 (1)과 제2 접지 전극 (2)의 사이에도, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 발생하고 있었던 플라즈마가 전개하여, 전계 인가 전극 (1)과 제2 접지 전극 (2) 사이에서도 플라즈마 방전이 발생한다. 접지 전극 (2) 상에 피처리물 (30)을 얹어 놓은 경우에는 피처리물 (30)에 대하여 플라즈마에 의한 표면 처리가 발생한다.
접지 전극 (2) 상에 방전이 전개된 후에, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 간격 (t2)(t2=t0)는 바꾸지 않고서, 간격 (t1)을 증가시켜, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서의 방전을 정지시킨다. 그 결과, 전계 인가 전극 (1)과 피처리물 (30)이 배치된 접지 전극 (2) 사이만으로 방전이 유지된다. 따라서, 보조 플라즈마에 의한 불필요한 전력 소비를 억제할 수 있다. 이와 같이 하면, 간격 변경부 (7a)를 생략할 수 있어, 장치를 간소화할 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 도 8을 이용하여, 제2 실시 형태의 플라즈마 처리 장치를 설명한다. 도 8은 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다. 제2 실시 형태에서는 제1 실시 형태에 대하여, 가스 제한벽 (10)이 설치되어 있는 점이 상위점이다. 기타는 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
가스 제한벽 (10)은 도 8이나 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극 (1, 2, 3) 등으로 형성된 플라즈마 영역 (9)를 둘러싸고 있다. 가스 제한벽 (10)은 절연체 (5)와 같이 알루미나, 유리 또는 폴리이미드 등의 절연체로 이루어지는 물체이다. 이에 따라, 전계 인가 전극 (1)과 가스 제한벽 (10) 사이에는 높은 전계가 발생하지 않고, 피처리물 (30) 이외에 전개하는 의도하지 않은 방전의 발생을 억제할 수 있다. 가스 제한벽 (10)이 플라즈마 영역 (9)로부터 처리 공간 밖으로의 가스의 유출을 제한하고, 그 결과, 효율적으로 플라즈마 영역 (9)에 공정 가스를 도입할 수 있다. 가스 제한벽 (10)은 접지 전극 (3)의 외측에, 접지 전극 (3)의 동작을 방해하지 않는 최소한의 공극을 비워 배치된다. 그 때문에, 제1 실시 형태와 동일한 처리 동작을 실시할 수 있다.
(제3 실시 형태)
다음으로, 도 9를 이용하여, 제3 실시 형태의 플라즈마 처리 장치를 설명한다. 도 9는 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다. 제3 실시 형태에서는 제2 실시 형태에 대하여, 가스 제한벽 (11)이 설치되어 있는 점이 상위점이다. 그 외에는 제2 실시 형태와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
가스 제한벽 (11)은 가동 장치 (12)에 의해 전계 인가 전극 (1)의 평면에 따른 방향(수평 방향)으로 이동한다. 상술한 제1 실시 형태에서 진술한 바와 같이, 전계 인가 전극 (1)에 대하여 접지 전극 (2)가 접근하고, 접지 전극 (3)이 멀어진 상태가 발생할 수 있다. 그 상태에서, 제1 및 제2 실시 형태의 플라즈마 처리 장치가 공정 가스를 도입한 경우, 보다 간격이 큰 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3)에 의해 사이에 끼워진 공간에 공정 가스가 흐르기 쉬워지고, 피처리체 (30)의 처리에 유효하게 사용되지 않는 공정 가스가 많아진다. 이 문제를 해결하기 위해서, 전계 인가 전극 (1)에 대하여 접지 전극 (3)이 멀어진 경우에, 제한벽 (11)을, 접지 전극 (3)을 덮는 장소로 이동한다. 이 때, 도 9에 나타낸 바와 같이, 피처리체 (30)의 표면의 높이와, 제한벽 (11)의 표면의 높이가 동일하게 되고, 피처리체 (30)의 표면과 제한벽 (11)의 표면이 동일면이 되는 것이 바람직하다. 그 결과, 제한벽 (11)이 가스류의 가이드벽으로서 기능하고, 공정 가스가 접지 전극 (3) 근방으로 흐르는 것이 제한되어, 공정 가스를 플라즈마 영역 (9)에 효율적으로 도입할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 가스 제한벽 (11)을 가동으로 하였지만, 가스 제한벽을 절연체로 한 경우에는 비가동으로 할 수도 있다. 이 경우에는, 도 9에 있어서, 가스 제한벽 (11)은 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에 삽입된 상태에서 고정된다. 접지 전극 (3) 상에 플라즈마를 발생시킬 때에는 접지 전극 (3)과 전계 인가 전극 (1) 사이에 가스 제한벽 (11)을 사이에 끼우는 것과 같은 위치에, 접지 전극 (3)을 상승시켜 가까이 한다. 플라즈마를 접지 전극 (2) 상에만 발생시킬 때에는, 접지 전극 (3)이 하강하여 전계 인가 전극 (1)로부터 멀어진다. 이 때, 가스 제한벽 (11)은 이동하지 않기 때문에 가스 유로가 넓어지지 않고, 또한 가스 제한벽 (11)이 절연체이기 때문에 플라즈마 발생으로의 영향은 작고, 플라즈마는 접지 전극 (2) 상에 유지된다.
(제4 실시 형태)
상기 제3 실시 형태에서는 물체를 이동시키는 이동 장치가, 간격 변경부 (7) 및 가동 장치 (12)로 복수가 된다. 그 때문에, 플라즈마 처리 장치의 구성이 복잡하게 되어, 장치 비용이 증대할 가능성이 있다. 이 문제를 해결하기 위해서, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이의 전계를 감소시켜 불필요한 방전을 정지하는 기능, 및 공정 가스가 플라즈마 영역 밖으로 흐르는 것을 제한하는 기능의 2개의 기능을, 1개의 이동 장치에서 실현하는 방법 및 그를 위한 장치를, 제4 실시 형태로서 제안한다.
도 10 및 도 11을 이용하여, 제4 실시 형태의 플라즈마 처리 장치를 설명한다. 도 10은 제4 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다. 도 11은 제4 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 접지 전극 내포 회전체의 확대 정면 단면도이다. 제4 실시 형태에서는 제1 실시 형태에서의 접지 전극 (3) 및 간격 변경부 (7b) 대신에, 접지 전극 내포 회전체 (13) 및 회전체 지지체 (14)를 갖는다. 그 외에는 제1 실시 형태와 동일하다. 접지 전극 내포 회전체 (13)은 원주상의 절연체 (13a), 원주상의 일부에 기운 상태에서 내포되는 접지 전극 (3a), 및 회전체의 축 (13b)로 이루어진다. 절연체 (13a) 및 회전체 지지체 (14)는 절연체 (5)와 같이 절연체로서 기능하는 임의의 재질, 그리고 접지 전극 (3a)는 접지 전극 (3)과 같이 도체로서 기능하는 임의의 재질로 이루어진다. 접지 전극 (3a)는 도 10의 예에서는 수직 단면이 직사각형이고, 회전체의 축 (13b) 방향으로 연장되는 판형이다. 또한, 회전축 (13b)는 전계 인가 전극 (1)이나 접지 전극 (2)의 전극면과 대략 평행하게 설치된다.
제1 실시 형태에서 진술한 것과 동일하게, 방전 개시로부터 피처리물 (30)으로의 플라즈마 조사의 단계로 나누어 처리 동작을 설명한다. 방전 개시시에 있어서, 회전체 (13)을 회전시켜, 전계 인가 전극 (1)에 대하여 접지 전극 (2)보다도 접지 전극 (3a)를 접근시킨다. 이 때, 접지 전극 (3a)가 전계 인가 전극 (1)에 접근하도록 회전체 (13)의 방향(회전 위치)을 설정한다. 접지 전극 (3a)가 전계 인가 전극 (1)에 대하여 접근하기 때문에, 전계 인가 전극 (1)과 전극 (3a) 사이에 높은 전계가 발생하여, 방전이 개시된다.
다음으로, 전계 인가 전극 (1)에 대하여, 피처리물 (3)을 얹어 놓은 접지 전극 (2)를 접근시켜, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (2) 사이에도 플라즈마를 발생시켜, 피처리물 (30)에 플라즈마를 조사한다. 피처리물 (30)에 플라즈마가 조사되도록 된 후에는 회전체 (13)을 회전하여, 접지 전극 (3a)가 전계 인가 전극 (1)에 대하여 가장 떨어진 상태로 한다. 이와 같이 하여, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3a)와의 간격이 커짐으로써, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3a) 사이의 전계가 감소한다. 그 결과, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3a) 사이의 방전이 정지한다. 방전의 정지에 의해, 공정 처리에 공헌하지 않은 불필요한 전력 소비를 억제할 수 있다. 이에 더하여, 접지 전극 (3a)의 위치가 변화하더라도, 공정 가스가 흐르는 공간이 변하지 않기 때문에, 공정 가스를 플라즈마 영역 (9)에 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 절연체 (13a)를 원주상으로 했지만, 회전 가능하면 각주 등에 적절하게 변경 가능하다.
(제5 실시 형태)
상기 제1 내지 제4 실시 형태에서, 장치 구성의 변경에 의해 방전 개시시의 전계가 감소하는, 또는 방전 개시에 필요한 전계가 증가하는 것이 발생할 수 있다. 전자는 다음 2개에 의해서 발생한다. 첫번째는 저비용화를 위해 최대 출력 전력이 낮은 전원을 이용하여, 결과로서 방전 개시시의 인가 전력이 감소하는 것이다. 두번째는 보다 넓은 면적을 처리하기 위해서, 예를 들면 도 1의 전후 방향(접지 전극 (3)의 길이 방향)에, 전계 인가 전극 (1)의 면적을 증가하고, 그것에 따라서 접지 전극 (3)의 면적이 증가하는 것이다. 한편, 후자는 공정 가스에 헬륨 또는 아르곤 등의 희가스가 아니고, 질소 등의 분자성 가스를 이용함으로써 발생한다.
상술한 방전 개시시의 전계의 감소, 또는 방전 개시에 필요한 전계의 증가가 발생하면, 도 6(a)에서 나타낸 전극 간격 (t1)(t1=0.5 내지 2 mm)에서 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에서 방전 개시되지 않은 것이 발생한다. 이 문제에 대하여, 전극 간격 (t1)을 0.5 내지 2.0 mm의 범위보다 작게 하는 대책이 유효한 경우가 있다. (t1)을 작게 하면, 전극 사이에 발생하는 전계는 증가한다. 그러나 한편, 전극 사이에 공정 가스가 공급되기 어려워지는, 또는 방전 가능한 전극 간격 하한계를 하회한다는 문제점도 생긴다(전극 간격이 0.05 mm 이하에서는 플라즈마를 유지하는 것이 곤란함). 그 결과, 방전의 개시 및 유지를 할 수 없는 것이 발생할 수 있다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 상기 장치 구성의 변경으로 나타낸 조건(인가 전력, 전계 인가 전극 (1)의 면적, 및 공정 가스종)에 의하지 않고서, 전극 간격을 너무 작게 하지 않고서, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이에 고전계를 발생시키는 전극 구성을, 제5 실시 형태로서 제안한다.
도 12를 이용하여, 제5 실시 형태의 플라즈마 처리 장치를 설명한다. 도 12는 제5 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다. 제5 실시 형태에서는 제1 실시 형태에 대하여, 접지 전극 (3) 대신에 돌기 형상의 접지 전극 (3b)를 갖는다. 접지 전극 (3b)의 전계 인가 전극 (1)측에 대향하는 면에 유전체 (4c)가 설치된다. 그 외에는 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
유전체 (4c)는 유전체 (4b)와 동일하게, 알루미나, 유리 또는 폴리이미드 등의 절연체로 이루어지는 판형의 물체이고, 그의 두께는 유전체 배리어 방전을 실현하기 위해서, 바람직하게는 0.1 내지 1 mm로 한다. 돌기 전극을 덮는 유전체 (4c)에 의해, 글로 방전을 일으키기 쉬워지고, 방전하더라도 공간의 전계가 오르지 않기 때문에, 손상 적게 피처리물 (30)을 처리할 수 있다.
접지 전극 (3b)는 돌기 형상이기 때문에, 제1 내지 4실시 형태의 접지 전극 (3)에 비교하여, 전계 인가 전극 (1)측에 대향하는 면적이 작다. 또한, 접지 전극 (3b)는 막대 형상의 접지 전극 (3b)의 선단이 다른 부분보다도 가는 돌기 형상으로 되어 있고, 전계 인가 전극 (1)측에 대향하는 부분이 다른 부분보다도 가늘다. 그 때문에, 돌기 선단 부근에 전계가 집중하여, 평판 형상의 전계 인가 전극 (1) 사이에서 전계 강조 효과가 발생한다. 그 결과, 평행 평판 전극의 경우에 비교하여 전극 사이에 보다 높은 전계를 발생시킬 수 있다.
돌기 전극을 가늘게 하면 높은 전계를 발생시킬 수 있지만, 돌기 전극을 너무 가늘게 하면, 글로 방전을 유지하기 위한 전계 제어가 어려워진다. 따라서 돌기 선단의 형상은 곡면을 상정한 경우, 곡율을 10 내지 1000(1/m)정도로 하는 것이 바람직하다.
접지 전극 (3b)는 도 13에 나타낸 바와 같이, 선단의 뾰족한 막대 형상, 예를 들면 선단의 뾰족한 원주상의 전극을, 접지 전극 (2)의 양측에 각각 수개 배치하도록 할 수도 있지만, 접지 전극 (2)의 한쪽에 1개만 배치하도록 할 수도 있다. 또는, 접지 전극 (3b)는 도 14에 나타낸 바와 같이, 직방체의 상부를 가늘고 뾰족하게 한 산맥형으로 형성할 수도 있다. 도 13은 도 12에 나타내는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 접지 전극 (3b)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 접지 전극 (3b)의 변형예를 설명하기 위한 사시도이고, 모두, 유전체 (4c)의 기재를 생략하고, 또한 전계 인가 전극 (1) 등의 기재를 생략하고 있다.
(제6 실시 형태)
다음으로, 도 15 내지 도 17을 이용하여, 제6 실시 형태의 플라즈마 처리 장치를 설명한다. 도 15는 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 정면 단면도이다. 도 16은 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 접지 전극 내포 회전체의 확대 정면 단면도이다. 도 17은 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 접지 전극 내포 회전체의 변형예의 확대 정면 단면도이다. 제6 실시 형태에서는 제4 실시 형태에 대하여, 접지 전극 (3a) 대신에, 선단이 다른 부분보다도 가는 돌기 형상의 접지 전극 (3c), 또는 (3d)가 내포되어 설치되어 있는 점이 상위점이다. 다른 것은 제4 실시 형태와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
접지 전극 (3c)는 도 16에 나타낸 바와 같이 수직 단면이 타원형이고, 접지 전극 (3d)는 도 17에 나타낸 바와 같이 수직 단면이 삼각형이고, 모두 전계 인가 전극 (1)에 대향하는 측이 가늘게 되는 돌기 형상이다. 이와 같이 하여, 돌기 형상의 접지 전극 (3c) 또는 (3d)가 전계 인가 전극 (1)에 대향하면, 전계 강조 효과가 발생한다. 그 결과, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3c) 또는 (3d) 사이의 전계가 증가한다. 접지 전극 (3c) 또는 (3d)는 접지 전극 내포 회전체 (13)의 회전축 (13b)에 따라서 연속하여 설치할 수도 있지만, 제5 실시 형태에서의 도 13의 막대 형상 전극 (3b)와 같이, 이산적으로 설치할 수도 있다.
또한, 본 명세서에는 적어도 다음 발명이 포함된다. 즉, 제1 발명은
제1 전극과,
상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제2 전극과,
상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제3 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 공간, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이의 공간에 가스를 도입하는 가스 도입부와,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 전압을 인가하는 전압 인가부를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 추가로
상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격을 변경하는 제1 간격 변경부, 또는 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 변경하는 제2 간격 변경부와,
상기 제1 간격 변경부 또는 상기 제2 간격 변경부의 간격 변경 동작과, 상기 전압 인가부의 전압 인가 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 플라즈마 방전을 개시하는 것이 용이해진다.
제2 발명은 상기 제1 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제1 간격 변경부 및 상기 제2 간격 변경부를 구비하고,
상기 제2 간격 변경부는 상기 제1 간격 변경부와는 독립적으로 간격 변경 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 플라즈마 방전을 용이하게 개시할 수 있고, 또한 플라즈마 처리 중의 전력 소비를 억제할 수 있다.
제3 발명은 상기 제2 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제2 전극 상에 피처리물을 얹어 놓고,
상기 제어부는, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에서 플라즈마 생성을 개시할 때에, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 작게 하고, 상기 플라즈마 생성 개시 후에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 크게하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 플라즈마 방전을 용이하게 개시할 수 있고, 또한 플라즈마 처리 중의 전력 소비를 억제할 수 있다.
제4 발명은 상기 제2 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제2 전극 상에 피처리물을 얹어 놓고,
상기 제어부는, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에서 플라즈마 생성을 개시할 때에, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 작게 하고, 상기 플라즈마 생성 개시 후에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격을 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격과 대략 동일하게 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 플라즈마 방전을 용이하게 개시할 수 있다.
제5 발명은 상기 제2 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제3 전극을 상기 제1 전극에 가까이 하여, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격이 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 작은 상태에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마를 생성한 상태에서, 상기 제2 전극을 상기 제1 전극에 가까이 하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 플라즈마를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 제1 전극과 제3 전극 사이에 플라즈마를 생성한 후, 그의 플라즈마를 이용하여, 제1 전극과 제2 전극 사이에 용이하게 플라즈마를 생성할 수 있다.
제6 발명은 상기 제5의 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 플라즈마를 생성한 후, 상기 제3 전극을 상기 제1 전극으로부터 멀리하여, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 크게하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 제1 전극과 제3 전극 사이에 플라즈마를 생성한 후, 그 플라즈마를 이용하여, 제1 전극과 제2 전극 사이에 용이하게 플라즈마를 생성하고, 또한 제1 전극과 제3 전극 사이에 생성한 플라즈마를 소멸시킬 수 있기 때문에, 플라즈마 처리 중의 전력 소비를 억제하는 것이 가능해진다.
제7 발명은 상기 제1 발명 내지 제6의 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 전압 인가부는 상기 제1 전극에 접속된 교류 전원과, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 접속된 접지를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 교류 전원에 접속하는 전극이 적어지기 때문에, 장치 구성을 간단히 하는 것이 가능해진다.
제8 발명은 상기 제1 발명 내지 제7 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제2 전극은 상기 제1 전극에 대향하는 면이 도체이고, 상기 제3 전극은 상기 제1 전극에 대향하는 면이 유전체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 피처리물이 절연체인 경우에, 효율적으로 플라즈마 처리하는 것이 가능해진다.
제9 발명은 상기 제1 발명 내지 제8 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제3 전극의 상기 제1 전극에 대향하는 면의 표면적이 상기 제2 전극의 상기 제1 전극에 대향하는 면의 표면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 플라즈마 방전을 용이하게 개시할 수 있다.
제10 발명은 상기 제1 발명 내지 제9 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 끼워진 처리 공간을 포위하고, 상기 처리 공간밖으로의 가스의 유출을 제한하는 제1 가스 제한벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 공정 가스를 플라즈마 영역에 효율적으로 공급할 수 있다.
제11 발명은 상기 제1 발명 내지 제10 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에, 상기 제3 전극측으로의 가스의 유출을 제한하는 제2 가스 제한벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 공정 가스를 플라즈마 영역에 효율적으로 공급할 수 있다.
제12 발명은 상기 제11 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제2 가스 제한벽을 이동시키는 이동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 공정 가스를 플라즈마 영역으로 제한하는 것이 용이해진다.
제13 발명은 상기 제1 발명 내지 제12 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제3 전극은 절연체로부터 구성되어, 수평 방향의 회전축을 갖는 회전체에 내포되어 있고,
상기 제어부가 상기 회전체를 회전시키도록 상기 제2 간격 변경부를 제어함으로써, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 변경하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 전계 인가 전극 (1)과 접지 전극 (3) 사이의 전계를 감소시켜 불필요한 방전을 정지하는 기능, 및 공정 가스가 플라즈마 영역밖으로 흐르는 것을 제한하는 기능의 2개의 기능을 1개의 이동 장치에서 실현할 수 있다.
제14 발명은 상기 제1 발명 내지 제13 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제3 전극은 상기 제1 전극에 대향하는 부분이 돌기 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 플라즈마 방전을 개시하는 것이 용이해진다.
제15 발명은 상기 제14 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제3 전극은 상기 제1 전극에 대향하는 면이 유전체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
이와 같이 플라즈마 처리 장치를 구성하면, 플라즈마 방전을 안정적으로 행하는 것이 용이해진다.
제16 발명은
제1 전극과 그것에 대향하는 제2 전극 사이, 및 상기 제1 전극과 그것에 대향하는 제3 전극 사이에 가스를 도입하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극의 사이에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 피처리물을 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격이 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 작은 상태에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극의 사이에 전압을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 발생 공정과,
상기 제1 플라즈마 발생 공정 후에, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 크게하는 전극 간격 변경 공정과,
상기 전극 간격 변경 공정 후에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 플라즈마를 발생시키는 제2 플라즈마 발생 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
이와 같이 플라즈마 처리 방법을 구성하면, 플라즈마 방전을 개시하는 것이 용이해진다.
제17 발명은
제1 전극과 그것에 대향하는 제2 전극 사이, 및 상기 제1 전극과 그것에 대향하는 제3 전극 사이에 가스를 도입하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극의 사이에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 피처리물을 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격이 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 작은 상태에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극의 사이에 전압을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 발생 공정과,
상기 제1 플라즈마 발생 공정 후에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격을 좁게 하여, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 플라즈마를 발생시키는 제2 플라즈마 발생 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
이와 같이 플라즈마 처리 방법을 구성하면, 플라즈마 방전을 개시하는 것이 용이해진다.
제18 발명은 상기 제17 발명의 플라즈마 처리 방법에 있어서,
상기 제2 플라즈마 발생 공정 후에, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 크게하는 전극 간격 변경 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
이와 같이 플라즈마 처리 방법을 구성하면, 플라즈마 처리 중의 전력 소비를 억제하는 것이 가능해진다.
1‥전계 인가 전극, 2‥접지 전극, 3‥접지 전극, 3a‥접지 전극, 3b‥접지 전극, 3c‥접지 전극, 3d‥접지 전극, 4a‥유전체, 4b‥유전체, 4c‥유전체, 5‥절연체, 6‥교류 전원, 7a‥간격 변경부, 7b‥간격 변경부, 8‥대, 9‥플라즈마 영역, 10‥가스 제한벽, 11‥가스 제한벽, 12‥이동 장치, 13‥접지 전극 내포 회전체, 13a‥절연체, 13b‥회전축, 14‥회전체 지지체, 15‥가스 도입 장치, 15a‥가스 도입부, 15b‥가스 제한벽, 15c‥가스 제한벽, 15d‥가스 공급관, 20‥제어부, 30‥피처리물.

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  12. 제1 전극과,
    상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제2 전극과,
    상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제3 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 공간, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이의 공간에 가스를 도입하는 가스 도입부와,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 전압을 인가하는 전압 인가부를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 추가로
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격을 변경하는 제1 간격 변경부, 또는 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 변경하는 제2 간격 변경부와,
    상기 제1 간격 변경부 또는 상기 제2 간격 변경부의 간격 변경 동작과, 상기 전압 인가부의 전압 인가 동작을 제어하는 제어부와,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에, 상기 제3 전극측으로의 가스의 유출을 제한하는 제2 가스 제한벽과,
    상기 제2 가스 제한벽을 이동시키는 이동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제1 전극과,
    상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제2 전극과,
    상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마를 생성하는 제3 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 공간, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이의 공간에 가스를 도입하는 가스 도입부와,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 전압을 인가하는 전압 인가부를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 추가로
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격을 변경하는 제1 간격 변경부, 또는 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 변경하는 제2 간격 변경부와,
    상기 제1 간격 변경부 또는 상기 제2 간격 변경부의 간격 변경 동작과, 상기 전압 인가부의 전압 인가 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제3 전극은, 절연체로 이루어지고 제1의 전극면에 따른 방향인 수평 방향의 회전축을 갖는 회전체에 내포되어 있고,
    상기 제어부가 상기 회전체를 회전시키도록 상기 제2 간격 변경부를 제어함으로써, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 변경하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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  16. 제1 전극과 그것에 대향하는 제2 전극 사이, 및 상기 제1 전극과 그것에 대향하는 제3 전극 사이에 가스를 도입하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이, 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극의 사이에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 피처리물을 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격이 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 작은 상태에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이 및 상기 제1 전극과 상기 제3 전극의 사이에 전압을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 발생 공정과,
    상기 제1 플라즈마 발생 공정 후에, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 간격을 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 간격보다도 크게하는 전극 간격 변경 공정과,
    상기 전극 간격 변경 공정 후에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 플라즈마를 발생시키는 제2 플라즈마 발생 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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