KR20060010798A - 플라스마 처리 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

플라스마 처리 장치는 전극(31, 32)의 워크(W)를 향해야 하는 측에 절연 부재(41)를 거쳐서 도전 부재(51)가 설치되어 있다. 전극(31, 32)과 도전 부재(51) 사이에는 절연 부재(41)가 협지되어 있다. 절연 부재(41)의 유전율과 두께는 상기 절연 부재(41)와 도전 부재(51) 사이의 간극(40b)에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록 설정되어 있다. 이에 의해, 간극(40b)에서 방전이 일어나는 것을 방지할 수 있고, 나아가서는 처리 품질을 높일 수 있다.

워크, 전극, 절연 부재, 도전 부재, 상압 플라스마 처리 장치, 절연체, 분출구

Description

플라스마 처리 장치 및 그 제조 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 처리 가스를 플라스마화하여 피처리물 즉 워크에 대고, 세정, 성막, 에칭, 표면 개질 등의 표면 처리를 하는 장치에 관한 것으로, 특히 플라스마화 공간 밖에 워크를 배치하는 소위 리모트식의 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.

플라스마 처리 장치는 워크를 전극 간의 플라스마화 공간 내에 배치하는 소위 다이렉트식과, 외부에 배치하는 소위 리모트식으로 크게 구별된다.

리모트식 플라스마 처리 장치로서, 예컨대 특허 문헌 1에 기재된 것은 수직인 평판 형상을 이루어 좌우에 대향하는 한 쌍의 전극을 구비하고 있다. 한쪽의 전극은 고주파 전원에 접속되어 전압 인가 전극이 되고, 다른 쪽의 전극은 접지되어 접지 전극으로 되어 있다. 이들 전극의 아래쪽에는 세라믹으로 된 하부 홀더가 설치되어 있다. 이 홀더의 하면이 워크와 대면하게 된다.

상기 전원에 의한 전계 인가에 의해 전극 간의 공간이 플라스마화 공간이 된다. 이 공간에 처리 가스가 도입되어 플라스마화된다. 이 플라스마화된 처리 가스가 아래쪽으로 뿜어져 나와 워크에 닿게 된다. 이에 의해, 워크의 플라스마 표면 처리를 할 수 있다.

상기 장치에서는, 전극 나아가서는 플라스마화 공간을, 적어도 세라믹제 하부 홀더의 두께만큼, 워크로부터 떼어 놓아야만 한다. 그로 인해, 처리 가스가 워크에 도달할 때까지 활성을 잃는 비율이 높아서 표면 처리의 효율이 충분하지 않다. 특히, 대략 상압하(대기압 근방에서의 압력하)에서 처리를 하는 경우에는 활성을 잃는 비율이 한층 높아, 효율이 더욱 나빠진다. 한편, 하부 홀더를 지나치게 얇게 하면, 전극을 워크에 급접시켰을 때, 워크에 아크(arc)가 떨어져 버려, 처리 불량이나 워크의 손상을 쉽게 초래하게 된다. 특히 대략 상압하에서는 아크가 떨어지기 쉽다. 전극으로부터의 전계에 의해 워크가 영향을 받을 우려도 있다.

즉, 이러한 종류의 리모트식 플라스마 처리 장치에서는 워크와의 거리가 짧으면 전압 인가 전극으로부터 워크에 아크가 떨어지기 쉬워지고, 반대로 거리를 크게 하면 워크에 플라스마 가스가 도달하기 어려워 처리 효율이 나빠진다. 특히, 대략 상압하에서의 플라스마 처리에 있어서, 그 경향이 현저하다.

그래서 특허 문헌 2의 장치에서는 적어도 전원측의 전압 인가 전극의 하면에, 절연 부재를 거쳐서 금속판이 설치되어 있다. 금속판은 전기적으로 접지되어 있다. 이 금속판이 워크와 대면하도록 되어 있다. 절연 부재에는 플라스마화 공간의 하류에 이어지는 도출로가 형성되고, 금속판에는 도출로의 하류에 이어지는 분출구가 형성되어 있다. 전극의 플라스마화 공간 형성면과, 절연 부재의 도출로 형성면과, 금속판의 분출구 모서리면은 서로 동일면으로 되어 있고, 플라스마화 공간과 도출로와 분출구가 일직선으로 연속해 있어, 유로 단면적이 전체적으로 똑같이 되어 있다. 플라스마화 공간에서 플라스마화된 처리 가스는 도출로를 지나서 분출구로부터 분출된다. 이에 의해, 워크에의 아크 방전을 방지할 수 있는 동시에, 플라스마화 공간을 워크에 근접시킬 수 있어, 처리 효율을 높일 수 있다. 또한, 금속판에 의해 전극과 워크 사이의 전계 차폐를 할 수 있어, 전계가 워크로 누설되는 것을 방지할 수 있고, 워크가 전계에 의해 영향을 받지 않도록 할 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평9-92493호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2003-100646호 공보

상기 특허 문헌 2의 장치에 있어서, 절연 부재와 금속판 사이에 미소 간극 등의 공기층이 있으면, 그곳에서 방전이 생길 우려가 있다. 또한, 절연 부재의 도출로 형성면 등이 플라스마에 의해 손상을 받을 우려가 있다. 그렇게 하면, 파티클 발생 등을 초래하여 처리 품질이 손상될 우려가 있다.

전극의 플라스마화 공간 형성면과, 절연 부재의 도출로 형성면과, 금속판의 분출구 모서리면은 반드시 동일면으로 할 필요성은 없으며, 서로 돌출 또는 끌어들이게 함으로써, 전극이나 절연 부재로부터 도전 부재 등에의 방전을 방지하거나 절연 부재를 보호하거나 할 수 있다고 생각된다. 혹은, 유로 단면적을 바꿔 처리 가스의 세기를 원하는 데로 할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 전극의 워크를 향해야 하는 측에 절연체를 거쳐서 도전 부재가 마련된 리모트식 플라스마 처리 장치에 있어서, 절연체의 손상이나 방전 등을 방지하여 처리 품질을 높이는 것을 주목적으로 한다.

본 발명의 제1 특징은 플라스마화 공간(플라스마 발생 공간)에 통과시킨 처리 가스를 플라스마화 공간의 외부에 배치한 워크로 분출하여 워크의 표면 처리를 하는 장치이며, 상기 플라스마화 공간을 형성하기 위한 전극과, 전기적으로 접지된 상태에서 상기 전극의 워크를 향해야 하는 측을 차단하도록 마련된 도전 부재(전계 차폐나 방전 방지를 위한 도전성을 갖는 부재)와, 상기 전극과 도전 부재 사이에 개재된 절연체로 이루어지는 절연 부재를 구비하고, 상기 절연 부재가 상기 절연 부재와 도전 부재의 사이가 스파크 전압에 달하지 않을(즉 절연 파괴되지 않을) 정도의 유전율과 두께를 가지고 있는 데 있다(도1 내지 도3 참조). 또한, 상기 절연 부재와 도전 부재 사이에 간격이 형성되어, 이 간극에 걸리는 전압이 스파크 전압 즉 절연 파괴 전압보다 작아지도록(후술하는 식 2가 충족되도록), 상기 절연 부재의 유전율과 두께가 설정되어 있는 데 있다. 이에 의해, 절연 부재와 도전 부재 사이에 아크(스파크) 등의 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 나아가서는 처리 품질을 높일 수 있다.

상기 전극의 플라스마화 공간 형성면과 워크를 향해야 하는 측의 면에 고체 유전체가 마련되고, 워크측의 고체 유전체에 상기 절연 부재가 포개어져 있어도 좋다(도1 참조). 그 경우, 상기 절연 부재의 유전율과 두께는 고체 유전체의 유전율과 워크측 부분의 두께를 고려하여 정해진다. 워크측의 고체 유전체와 절연 부재가 일체로 구성되어 있어도 좋다. 워크측의 고체 유전체를「절연 부재」의 일부라 간주해도 좋다.

상기 절연 부재가 상기 전극을 향하는 면과, 상기 플라스마화 공간에 이어지는 처리 가스 도출로를 형성하는 면과, 상기 도전 부재를 향하는 면을 갖고, 상기 전극을 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각과, 도출로 형성면과 도전 부재를 향하는 면이 이루는 각 중, 적어도 전자가 모따기(R 모따기, 모서리 모따기를 포함함)되어 있는 것이 바람직하다(도9 등 참조). 전자의 모따기에 의해 절연 부재의 전극을 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각이 플라스마에 의해 이지러지는 것을 방지할 수 있어, 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 후자의 모따기에 의해 절연 부재와 도전 부재 사이에서 방전이 일어나는 것을 더욱 확실하게 방지할 수 있다. 2개의 모서리의 양쪽을 모따기하는 경우에는 전극을 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각이 도출로 형성면과 도전 부재를 향하는 면이 이루는 각보다 크게 모따기되어 있는 것이 바람직하다. 상기 도전 부재의 분출구 모서리면이 상기 절연 부재의 도전 부재를 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각의 모따기와 도전 부재를 향하는 면과의 경계와 대략 동일 위치 또는 그보다 끌어들이고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 절연 부재와 도전 부재 사이에서 방전이 발생하는 것을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

상기 절연 부재와 도전 부재 사이의 떨어진 거리 즉 이들 부재 사이의 간극의 두께에 상관없이 이들 부재 사이에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록 상기 절연 부재의 유전율과 두께의 설정을 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 절연 부재와 도전 부재 사이의 떨어진 거리 즉 간극의 두께가 변동해도, 이들 부재 사이에서 아크 등의 방전이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 상기 설정은 떨어진 거리 즉 간극의 변동이 상정되는 일정한 범위 내에서 유효하면 좋다. 절연 부재와 도전 부재가 정확히 포개어져, 양자 간에 간극이 형성되어 있지 않아도 가상적으로 두께(d)의 간극을 마련했다고 하여, d의 크기에 상관없이 이들 부재 사이에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록 절연 부재의 유전율과 두께를 설정하는 것이 바람직하다. 절연 부재와 도전 부재 사이에 두께(d)의 간극이 형성되어 있는 경우, 그 두께(d)가 다소 증감했다고 해도, 즉 d의 크기에 상관없이 절연 부재와 도전 부재 사이에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록, 절연 부재의 유전율과 두께를 설정하는 것이 바람직하다(도3 참조).

상기 스파크 전압의 측정 실험을 행하여, 평균보다 낮은 레벨에서 스파크가 일어난 측정 데이터를 기초로 하여, 상기 절연 부재와 도전 부재 사이의 떨어진 거리 즉 이들 부재 사이의 간극의 두께에 대한 스파크 전압의 관계를 구하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 절연 부재와 도전 부재 사이에서 아크 등의 방전이 발생하는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

상기 전극과 도전 부재 사이에 개재된 절연체가 절연 부재 대신에 기체층으로 구성되고(「기체층 개재 구성」이라 함. 도7, 도8 참조.), 이 기체층의 두께가 상기 전극과 도전 부재 사이에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록 설정되어 있어도 좋다. 이에 의해, 전극과 도전 부재 사이에 아크(스파크) 등의 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 기체층 개재 구성에 있어서, 상기 전극의 플라스마화 공간 형성면과 워크를 향해야 하는 측의 면에 고체 유전체가 마련되고(도7 참조), 워크측의 고체 유전체와 상기 도전 부재에 의해 상기 기체층이 구획되어, 이 기체층의 두께가 상기 워크측의 고체 유전체와 도전 부재 사이에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.

상기 기체층 개재 구성의 설계 및 제조 시에, 상기 전극과 도전 부재 사이의 떨어진 거리에 상관없이 상기 워크측의 고체 유전체와 도전 부재 사이에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록, 상기 기체층의 두께를 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전극과 도전 부재 사이의 떨어진 거리가 변동해도, 이들 부재 사이에서 아크 등의 방전이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 상기 설정은 떨어진 거리의 변동이 상정되는 일정한 범위 내에서 유효하면 좋다.

상기 기체층 개재 구성의 설계 및 제조 시에, 상기 스파크 전압의 측정 실험을 하여, 평균보다 낮은 레벨에서 스파크가 일어난 측정 데이터를 기초로 하여, 상기 기체층의 두께에 대한 스파크 전압의 관계를 구하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전극과 도전 부재 사이에서 아크 등의 방전이 발생하는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

상기 도전 부재가 상기 절연체를 향하는 면과, 상기 플라스마화 공간에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면과, 워크를 향해야 하는 면을 갖고, 상기 절연체를 향하는 면과 분출구 모서리면이 이루는 각과, 분출구 모서리면과 워크를 향해야 하는 면이 이루는 각 중, 적어도 전자가 모따기(R 모따기, 모서리 모따기를 포함함)되어 있는 것이 바람직하다. 상기 분출구 모서리면이, 절연체를 향하는 면과 워크를 향해야 하는 면을 각각 향해 라운딩 되어 있는 것이 더욱 바람직하다(도9 등 참조). 이에 의해, 전극과 도전 부재 사이 또는 절연 부재와 도전 부재 사이에서 방전이 발생하는 것을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

본 발명은 처리 가스를 플라스마화하여 워크를 향해 분출함으로써 플라스마 처리를 하는 플라스마 처리 장치이며, 상기 플라스마화를 위한 공간을 형성하는 한 쌍의 전극으로 이루어지는 전극 구조와, 전기적으로 접지된 상태에서 상기 전극 구조의 워크를 향해야 하는 측을 차단하도록 배치된 도전 부재(방전 차폐판, 방전 차폐 부재)와, 상기 전극 구조와 도전 부재 사이에 개재되어, 양자를 절연하는 절연체를 구비하고, 상기 절연체가 상기 플라스마화 공간의 하류에 이어지는 처리 가스의 도출로(분출로)를 형성하는 제1 절연부(제1 절연체)와, 이 제1 절연부의 도출로 측과는 반대측에 별도로 배치된 제2 절연부(제2 절연체)로 나누어져 있는 것을 제2 특징으로 한다(도11 등 참조).

이에 의해, 절연체의 제1 절연부가 플라스마에 의해 손상되었을 때는 그만큼을 교환하면 되어, 절연체 전체를 교환할 필요가 없다. 또한, 제1 절연부만을 내(耐) 플라스마 재료로 할 수 있어, 절연체 전체를 내 플라스마 재료로 할 필요가 없다. 이 결과, 재료 비용의 삭감을 도모할 수 있다. 도전 부재와 절연체(적어도 제1 절연부)를 서로 접촉하도록 하면, 절연체에 전하가 축적되는 것을 방지할 수 있다.

상기 제1 절연부는 내 플라스마성의 절연 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 혹은, 상기 제2 절연부보다 내 플라스마성이 높은 절연 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 플라스마화된 처리 가스에 의해 절연체의 도출로 형성면이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 파티클의 발생을 방지할 수 있어, 처리 품질의 향상을 도모할 수 있다. 플라스마에 노출되는 일이 없는 부분 즉 제2 절연부에 대해서는 내 플라스마성을 확보할 필요가 없어 비교적 저렴한 재료로 구성하는 것이 가능하다. 나아가서는 절연체 전체를 내 플라스마성이 높은 재료로 구성하는 것보다도 절연체의 재료 비용을 줄일 수 있다.

내 플라스마성이 높은 절연 재료로서는 예를 들어 석영 유리, 알루미나, 질화 알루미늄 등을 들 수 있다.

상기 제2 절연부가 공기 등의 기체층으로 구성되어 있어도 좋다(도17, 도21 참조). 공기 등의 기체는 양호한 절연내력을 갖기 때문에, 전극 구조와 도전 부재 사이를 확실하게 절연할 수 있다. 또한, 절연체의 재료 비용을 한층 삭감할 수 있다.

상기 전극 구조가 전계 인가 수단(전원)에 접속된 전계 인가 전극과, 전기적으로 접지된 접지 전극으로 이루어져, 상기 절연체 및 도전 부재가 이들 전극 중 적어도 전계 인가 전극에 대응하여 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 워크에의 아크 방전이나 전계의 누설을 확실하게 방지할 수 있다.

상기 제1 절연부의 도출로 형성면이 상기 전극 구조의 플라스마화 공간 형성면보다 끌어들이고 있는 것이 바람직하다(도11 등 참조). 이에 의해, 제1 절연 부재의 손상을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

상기 도전 부재가 상기 도출로의 하류에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면을 갖고, 이 분출구 모서리면이 상기 전극 구조의 플라스마화 공간 형성면 또는 상기 제1 절연부의 도출로 형성면보다 끌어들이고 있어도 좋다(도11 등 참조). 이에 의해, 전극과 도전 부재의 분출구의 모서리부 사이에서 방전이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

상기 도전 부재의 분출구 모서리면은 상기 전극 구조의 플라스마화 공간 형성면보다 돌출되어 있어도 좋고(도13 등 참조), 혹은 상기 제1 절연부의 도출로 형성면보다 돌출되어 있어도 좋다(도13 등 참조). 이에 의해, 분출구를 교축하여 처리 가스를 힘이 있게 할 수 있어, 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 도전 부재의 분출구와는 반대측의 외측면(배면)은 상기 전극에 있어서의 플라스마화 공간과는 반대측의 외측면(배면)과 동일면이어도 좋고(도13 등 참조), 상기 전극 외측면보다 안쪽(분출구측)으로 끌어들여 위치하고 있어도 좋고(도15 참조), 상기 전극 외측면보다 외측으로 돌출하여 위치하고 있어도 좋다(도11 등 참조).

상기 제1 절연부의 전극 구조를 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각이 모따기되어[R 모따기(도19), 모서리 모따기(도18)를 포함함], 제1 모따기부가 형성되어 있는 것이 바람직하다(도18 내지 도20 등 참조). 이에 의해, 제1 절연부의 전극 구조를 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각이 플라스마에 의해 이지러지는 것을 방지할 수 있어, 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 제1 절연부의 도출로 형성면과 도전 부재를 향하는 면이 이루는 각이 모따기되어[R 모따기(도19), 모서리 모따기(도18)를 포함함], 제2 모따기부가 형성되어 있어도 좋다(도18 내지 도20 등 참조). 이에 의해, 제1 절연부와 도전 부재 사이에서 방전이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

상기 제1 절연부의 전극 구조를 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각의 결손 방지를, 제1 절연부와 도전 부재 사이에서의 방전 방지보다 우선하는 관점에서는 상기 제1 모따기부가 상기 제2 모따기부보다 큰 것이 바람직하다(도18 내지 도20 등 참조).

상기 도전 부재의 분출구 모서리면이 상기 제1 절연부의 도전 부재를 향하는 면과 제2 모따기부와의 경계와 대략 동일 위치 또는 그보다 끌어들이고 있는 것이 바람직하다(도18, 도19 등 참조). 이에 의해, 제1 절연부와 도전 부재 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 도전 부재의 분출구 모서리면과 절연체를 향하는 면이 이루는 각이 모따기(R 모따기, 모서리 모따기를 포함함)되어 있는 것이 바람직하고, 또한 분출구 모서리면과 워크를 향해야 하는 면(절연체를 향하는 면의 반대측의 면)이 이루는 각이 모따기(R 모따기, 모서리 모따기를 포함함)되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 또는 상기 분출구 모서리면이 절연체를 향하는 면과 워크를 향해야 하는 면을 각각 향해 라운딩 되어 있는 것이 더욱 바람직하다(도20 참조). 이에 의해, 전극과 도전 부재 사이 또는 제1 절연부와 도전 부재 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

제2 특징에 있어서, 상기 도전 부재에는 구멍부가 개구되어, 이 구멍부의 안쪽에 상기 제1 절연부의 처리 가스 도출로가 배치되고 있고, 상기 도전 부재와 제1 절연부에 의해 상기 구멍부를 흡입구로 하는 흡입로가 구획되고, 이 흡입로가 상기 제2 절연부로서의 기체층으로서 제공되고 있어도 좋다(도21 참조). 이에 의해, 전극과 도전 부재를 절연하는 것 뿐만 아니라, 처리가 끝난 가스의 흡인 배기도 할 수 있다. 상기 전극 구조의 한쪽 전극을 다른 쪽 전극이 동일축 링 형상을 이루어 둘러싸고, 이에 의해 상기 플라스마화 공간이 링 형상을 하고 있어도 좋다. 상기 제1 부재의 도출로가 상기 링 형상의 플라스마화 공간의 전체 둘레에 연속해 있어도 좋다.

본 발명은 전극의 플라스마화 공간 형성면과, 절연 부재의 도출로 형성면과, 도전 부재의 분출구 모서리면이 서로 돌출 또는 끌어들이고 있는 것을 제3 특징으로 한다(도11, 도13, 도14 등 참조).

제3 특징의 1 태양에 따르면, 처리 가스를 플라스마화하여 워크를 향해 분출함으로써 플라스마 처리를 하는 플라스마 처리 장치이며, 상기 플라스마화를 위한 공간을 형성하는 한 쌍의 전극으로 이루어지는 전극 구조와, 전기적으로 접지된 상태에서 상기 전극 구조의 워크를 향해야 하는 측(분출측)에 절연체를 거쳐서 배치된 도전 부재를 구비하고, 상기 도전 부재가 상기 플라스마화 공간의 하류에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면을 갖고, 이 분출구 모서리면이 상기 전극의 플라스마화 공간 형성면에 대하여 비동일면으로 되어 있다. 즉, 상기 도전 부재의 분출구 모서리면은 상기 전극의 플라스마화 공간 형성면보다 끌어들이고 있어도 좋고(도11 등 참조), 돌출되어 있어도 좋다(도13 참조). 끌어들이고 있는 것으로 하면, 전극으로부터 도전 부재의 분출구 모서리부에의 방전을 방지할 수 있다. 돌출되어 있는 것으로 하면, 처리 가스를 기세 좋게 분출할 수 있어, 처리 효율을 높일 수 있다.

전극의 플라스마화 공간 형성면에는 고체 유전체층이 설치되어 있는 경우가 있다. 이 경우, 상기 도전 부재의 분출구 모서리면이 전극의 플라스마화 공간 형성면에 그치지 않고, 고체 유전체의 표면보다 돌출되어 있어도 좋다.

상기 절연체는 고체의 절연성 재료로 이루어지는 절연 부재로 구성되어 있어도 좋고, 공기 등의 기체층으로 구성되어 있어도 좋고, 절연 부재와 기체층의 양쪽으로 구성되어 있어도 좋다(도16, 도17 참조). 상기 절연 부재가 상기 플라스마화 공간의 하류에 이어져 있는 동시에 상기 분출구의 상류에 이어지는 도출로(분출로)를 형성하는 면이 있는 것이 바람직하다. 도출로를 형성하는 부분의 절연성 재료는 내 플라스마성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 도전 부재와 절연 부재를 서로 접촉하도록 하면, 절연체에 전하가 축적되는 것을 방지할 수 있다. 상기 기체층이 절연 부재의 도출로 측과는 반대측에 설치되어 있어도 좋다.

제3 특징의 다른 태양에 따르면, 처리 가스를 플라스마화하여 워크를 향해 분출함으로써 플라스마 처리를 하는 플라스마 처리 장치이며, 상기 플라스마화를 위한 공간을 형성하는 한 쌍의 전극으로 이루어지는 전극 구조와, 전기적으로 접지된 상태에서, 상기 전극 구조의 워크를 향해야 하는 측(분출측)에 고체의 절연 부재를 포함하는 절연체를 거쳐서 배치된 도전 부재를 구비하고, 상기 절연 부재가 상기 플라스마화 공간의 하류에 이어지는 도출로(분출로)를 형성하는 면을 갖고, 상기 도전 부재가 상기 도출로의 하류에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면을 갖고, 이 분출구 모서리면이 상기 절연 부재의 도출로 형성면에 대하여 비동일면으로 되어 있다. 즉, 상기 도전 부재의 분출구 모서리면은 상기 절연 부재의 도출로 형성면보다 끌어들이고 있어도 좋고(도11 등 참조), 돌출되어 있어도 좋다(도13 참조). 끌어들이고 있는 것으로 하면, 전극으로부터 도전 부재의 분출구 모서리부에의 방전을 더욱 한층 확실하게 방지할 수 있다. 돌출되어 있는 것으로 하면, 처리 가스의 분출 기세를 높일 수 있어, 처리 효율을 한층 높일 수 있다. 상기 절연체는 고체의 절연 부재뿐만 아니라 공기 등의 기체층을 포함하고 있어도 좋다.

제3 특징에 있어서, 상기 절연 부재의 도출로 형성면은 상기 전극의 플라스마화 공간 형성면보다 끌어들이고 있는 것이 바람직하다(도11, 도13 등 참조). 이에 의해, 절연 부재가 플라스마에 의해 손상을 받는 것을 방지할 수 있다. 상기 절연 부재에 있어서의 적어도 도출로 형성 부분은 내 플라스마성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 손상을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

제3 특징에 있어서, 상기 도전 부재의 상기 분출구와는 반대측의 외면(배면)은 상기 전극에 있어서의 플라스마화 공간과는 반대측의 외면(배면)과 동일면이라도 좋고(도13 등 참조), 상기 전극 외면보다 안쪽(분출구측)으로 끌어들여 위치하고 있어도 좋고(도15 참조), 상기 전극 외면보다 외측으로 돌출하고 있어도 좋다(도11 참조).

제3 특징에 있어서, 상기 절연 부재의 전극 구조를 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각이 모따기[R 모따기(도19), 모서리 모따기(도18, 도20)를 포함함]되어, 제1 모따기부가 형성되어 있는 것이 바람직하다(도18 내지 도20 참조). 이에 의해, 절연 부재의 전극 구조를 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각이 플라스마에 의해 이지러지는 것을 방지할 수 있어, 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

제3 특징에 있어서, 상기 절연 부재의 도출로 형성면과 도전 부재를 향하는 면이 이루는 각이 모따기[R 모따기(도19), 모서리 모따기(도18, 도20)를 포함함]되어, 제2 모따기부가 형성되어 있어도 좋다(도18 내지 도20 참조). 이에 의해, 절연 부재와 도전 부재 사이에서 방전이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

제3 특징에 있어서, 상기 절연 부재의 전극 구조를 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각의 결손 방지를, 절연 부재와 도전 부재 사이에서의 방전 방지보다 우선하는 관점에서는 상기 제1 모따기부가 상기 제2 모따기부보다 큰 것이 바람직하다(도18 내지 도20 참조).

제3 특징에 있어서, 상기 도전 부재의 분출구 모서리면이 상기 절연 부재의 도전 부재를 향하는 면과 상기 제2 모따기부와의 경계와 대략 동일 위치 또는 그보다 끌어들이고 있는 것이 바람직하다(도18, 도19 참조). 이에 의해, 절연 부재와 도전 부재 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

제3 특징에 있어서, 상기 도전 부재의 분출구 모서리면과 절연체를 향하는 면이 이루는 각이 모따기(R 모따기, 모서리 모따기를 포함함)되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 분출구 모서리면과 워크를 향해야 하는 면(절연체를 향하는 면의 반대측의 면)이 이루는 각도, 모따기(R 모따기, 모서리 모따기를 포함함)되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 또는 상기 분출구 모서리면이 절연체를 향하는 면과 워크를 향해야 하는 면을 각각 향해 라운딩 되어 있는 것이 더욱 바람직하다(도20 참조). 이에 의해, 전극과 도전 부재 사이 또는 절연 부재와 도전 부재 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

제3 특징에 있어서, 상기 전극 구조가 전계 인가 수단에 접속된 전계 인가 전극과, 전기적으로 접지된 접지 전극으로 이루어져, 상기 도전 부재가 이들 전극 중 적어도 전계 인가 전극에 대응하여 설치되어 있으면 좋다. 이에 의해, 워크에의 방전이나 전계의 누설을 확실하게 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 전극 구조의 한 쌍의 전극이 서로 대향 방향과 직교하여 연장되는 긴 형상을 이루어, 상기 절연체와 도전 부재가 상기 전극과 같은 방향으로 연장되고, 나아가서는 상기 도출로와 그 하류 단부에 이어지도록 하여 상기 도전 부재에 형성된 분출구가 상기 전극과 같은 방향으로 연장되어, 상기 분출구가 상기 대향 방향 및 연장 방향과 대략 직교하는 방향으로 개구되어 있어도 좋다(도4 내지 도6 등 참조). 다시 말해서, 한 쌍의 전극 각각이 서로 대향 방향과 분출축에 대략 직교하는 방향으로 연장되어, 이와 동일 방향으로 상기 도전 부재가 연장되어, 처리 가스의 분출 방향이 상기 대향 방향 및 연장 방향과 대략 직교하는 방향을 향하게 되어 있어도 좋다. 이에 의해, 분출구를 길게 할 수 있어, 이 길이 만큼의 표면 처리를 한번에 할 수 있다.

상기 긴 구조에 있어서, 한 쌍의 전극의 길이 방향의 서로 동일한 측의 단부끼리 사이에는 절연 재료로 이루어지는 스페이서가 협지되어 있고, 상기 도전 부재가 상기 스페이서와 전극과의 경계를 피하도록 하여 형성되어 있는 것이 바람직하다(도12 참조). 이에 의해, 스페이서와 전극과의 경계에서 연면(沿面) 방전이 일어났을 때, 이것이 도전 부재로 전달되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에서는 도전 부재에 의해, 워크에의 아크 방전을 방지하면서 전극을 워크에 근접시킬 수 있다. 따라서 처리 불량이나 워크의 손상을 확실하게 방지할 수 있는 동시에, 플라스마화된 처리 가스가 활성을 잃지 않는 가운데 워크에 확실하게 맞댈 수 있어, 플라스마 표면 처리의 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 대략 상압하에서 처리하는 경우에, 그 이점이 크다. 또한, 전계가 워크로 누설되는 것을 방지할 수 있어, 워크가 전계에 의해 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 도전 부재와 절연 부재를 서로 접촉하도록 하면, 절연 부재에 전하가 축적되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서의 대략 상압(대기압 근방의 압력)이라 함은, 1.013 × 10⁴ 내지 50.663 × 10⁴Pa의 범위를 말하고, 압력 조정의 용이화나 장치 구성의 간편화를 고려하면, 바람직하게는 1.333 × 10⁴ 내지 10.664 × 10⁴Pa이며, 더욱 바람직하게는 9.331 × 10⁴ 내지 10.397 × 10⁴Pa이다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 정면 단면도이다.

도2는 최저 레벨의 스파크 전압식을 구하기 위한 실험 장치의 개략도이다.

도3은 절연 부재와 금속판(도전 부재) 사이의 간극의 두께에 대한 전압을 나타내는 그래프이다.

도4는 제1 실시 형태의 1 구체 태양에 관한 상압 플라스마 처리 장치의 노즐 헤드의 사시도이다.

도5는 상기 구체 태양에 관한 장치의 정면 단면도이다.

도6은 도5의 VI-VI선을 따른 상기 장치의 측면 단면도이다.

도7은 제1 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도8은 제1 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도9는 제1 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도10은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 상압 플라스마 처리 장치의 정면도이다.

도11은 제2 실시 형태의 노즐 헤드의 단면도이다.

도12는 제2 실시 형태의 노즐 헤드의 길이 방향의 단부 부분의 확대 바닥면도이다.

도13은 제2 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도14는 제2 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도15는 제2 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도16은 제2 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도17은 제2 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도18은 제2 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도19는 제2 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도20은 제2 실시 형태의 변형 태양을 나타내는 단면도이다.

도21은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 상압 플라스마 처리 장치의 통 형상 노즐 헤드의 종단면도이다.

도22는 상기 통 형상 노즐 헤드의 확대 바닥면도이다.

[부호의 설명]

M, M1, M2, M3 : 상압 플라스마 처리 장치

W, W' : 워크(피처리물)

1 : 긴 노즐 헤드

3 : 펄스 전원(전계 인가 수단)

5 : 접지 리드선

30, 30X : 전극 구조

30a, 30b : 플라스마화 공간

31, 31X : 전압 인가 전극

32, 32X : 접지 전극

33 : 고체 유전체

34 : 스페이서

40a : 도출로

40b : 간극, 기체층

40 : 절연 부재

40r, 40s : 모따기부

41 : 제1 절연판(제1 절연부)

42 : 제2 절연판(제2 절연부)

42S : 간격(제2 절연부)

45 : 절연체

51 : 도전 부재

51a : 회피부

50a : 분출구

70 : 통 형상 노즐 헤드

90s : 간극(제2 절연부 및 흡입로)

91 : 외부 노즐 피스(도전 부재)

91b : 구멍부

92 : 내부 노즐 피스(제1 절연부)

92a : 도출로

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도1은 상압 플라스마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 것이다. 상압 플라스마 처리 장치(M)는 서로 대향하는 한 쌍의 전극(31, 32)을 갖고 있다. 한쪽의 전압 인가 전극(31)에는 전압 인가 수단으로서의 전원(3)이 접속되고, 다른 쪽의 접지 전극(32)은 접지되어 있다. 이들 전극(31, 32) 사이에 플라스마 발생 공간(30a)이 형성되어 있다. 플라스마 발생 공간(30a)에는 전원(3)에 의해 전계가 인가되어 글로 방전이 일어난다. 그곳에 처리 가스원(2)으로부터의 처리 가스가 도입되어 플라스마화된다. 이 플라스마화된 처리 가스가 후기 분출구(40b)로부터 아래쪽의 워크(W) 즉 피처리물에 분무된다. 이에 의 해, 워크(W)의 표면 처리가 이루어지도록 되어 있다. 이 처리는 상압하에서 실행되도록 되어 있다.

각 전극(31, 32)의 다른 쪽과의 대향면과 하면에는 공간(30a)에서의 아크 방전 방지를 위한 고체 유전체(33)가 용사(溶射)에 의해 피막되어 있다. 또, 도면에 있어서, 고체 유전체(33)의 두께는 과장하여 도시되어 있다.

전극(31, 32)의 하면측(워크측)의 고체 유전체(33)의 아래쪽에는 고체의 절연체로 이루어지는 절연 부재(40)가 설치되어 있다. 절연 부재(40)의 중앙부에는 플라스마 발생 공간(30a)의 하류에 이어지는 처리 가스 도출로(40a)가 형성되어 있다.

절연 부재(40)의 아래쪽에 금속판으로 이루어지는 도전 부재(51)가 설치되어 있다. 도전 부재(51)의 중앙부에는 도출로(40a)의 하류에 이어지는 분출구(50a)가 형성되어 있다. 도전 부재(51)는 접지선(5)을 거쳐서 전기적으로 접지되어 있다. 도전 부재(51)는 전극(31, 32)보다 처리 가스의 분출측 즉 워크(W)측에 배치되어, 전극 구조(30)가 워크(W)와 직접 대면하는 것을 차단하고 있다. 도전 부재(51)에 있어서 전극(31, 32)과는 반대측의 하면이 처리해야 할 워크(W)와 직접 대면하도록 되어 있다.

이에 의해, 전극(31)으로부터 워크(W)에 아크가 떨어지는 것을 방지할 수 있는 동시에, 분출구(50a)를 워크(W)에 근접시켜, 플라스마 가스를 워크(W)에 확실하게 도달시킬 수 있어, 처리 효율을 확보할 수 있다. 또, 전계가 워크(W)로 누설되는 것을 방지할 수 있어, 워크(W)가 전계에 의해 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 도전 부재(51)는 아크 등의 방전을 방지하는 방전 방지 부재 또는 전극(31)으로부터의 전계를 차폐하는 전계 차폐 부재를 구성하고 있다.

또, 도전 부재(51)는 한 쌍의 전극(31, 32) 중 적어도 전압 인가 전극(31)의 아래쪽에 마련되어 있으면 좋다.

절연 부재(40)와 도전 부재(51) 사이에는 간극(40b)이 형성되어 있다. 상압하의 간극(40b) 내에는 공기가 들어가 있다. 간극(40b)은 절연성을 높이기 위해 적극적으로 형성한 경우도 있고, 원래 형성되어서는 안 되지만 어떠한 원인으로 형성된 경우도 있다. 예컨대, 서로 별개의 부재의 절연 부재(40)와 도전 부재(51)를 단순히 포개기만 한 경우, 간격이 형성되는 경우가 있다.

상기 간극(40b)에 걸리는 전압(Vx)은 다음 식으로 표시된다.

[식 1]

Vx = ε_Aε_BV_PPd/2(ε_At_B ＋ ε_Bt_A ＋ ε_Aε_Bd)

여기서, d : 간극(40b)의 두께 즉 절연 부재(40)와 도전 부재(51) 사이의 떨어진 거리

V_PP : 전극(31)의 피크 간 전압

ε_A : 고체 유전체(33)의 비유전율

ε_B : 절연 부재(40)의 비유전율

t_A : 고체 유전체(33)의 전극 아래쪽 부분의 두께

t_B : 절연 부재(40)의 두께

또, 간극(40b) 즉 공기의 비유전율은「1」로 하고 있다.

피크 간 전압(V_PP)은 원하는 글로 방전 플라스마를 얻을 수 있도록 예컨대 수 kV 내지 수십 kV의 범위로 정해져 있다.

고체 유전체(33)의 전극 아래쪽 부분의 두께(t_A)는 플라스마 발생 공간(30a)측 부분의 두께와 동일하게 되어 있다. 이 고체 유전체(33)의 비유전율(ε_A)(즉 재질)과 두께(t_A)는 양호한 글로 방전을 유지할 수 있도록 설정되어 있다.

플라스마 처리 장치(M)의 절연 부재(40)의 비유전율(ε_B)과 두께(t_B)는 상기 V_pp, ε_A, t_A를 고려하면서, 간극(40b)의 공기가 절연 파괴를 일으키지 않도록 설정하고 있다. 즉, 간극(40b)의 스파크 전압(절연 파괴 전압)을 Vxo라 하면,

[식 2]

VX0 > VX = ε_Aε_BV_PPd/2(ε_At_B ＋ ε_Bt_A ＋ ε_Aε_Bd)

가 충족되도록 설정되어 있다.

이에 의해, 간극(40b)에 의해 아크가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 절연 부재(40)가 타서 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 처리 품질을 확보할 수가 있어, 수율을 향상시킬 수 있다.

그런데 절연 부재(40)의 비유전율(ε_B)은 그 재질에 따라 정해진다. 알루미 나에서는 약 7.5이며, 알칼리 유리에서는 6 내지 9이며, 파이렉스(등록 상표) 유리에서는 4.5 내지 5.0이며, 석영 유리에서는 3.5 내지 4.5이며, 염화 비닐에서는 3.0 내지 3.5이다. 따라서 재질을 정한 다음, 그 비유전율(ε_B)에 따라서 두께(t_B)를 설정하는 것이 바람직하다.

간극(40b)의 스파크 전압(Vxo)은 하기의 이미 알려진 문헌식 3을 이용하여 구하는 것이 가능하다.

[식 3]

Vxo = 2.405δd(1 ＋ 0.328(δd/10)^-1/2)

[문헌 : 전기학회 대학강좌 전리 기체론 P.116(옴사간)에서]

식 3에 있어서, 스파크 전압(Vxo)의 단위는「kV」이며, 간극(40b)의 두께(d) 단위는「㎜」이다(식 5에 있어서 동일함). δ는 상대 공기 밀도이며, 간극(40b) 내의 온도를 T[℃], 압력을 P[㎜Hg]라 하면,

[식 4]

δ = 0.386P/(273 ＋ T)

이다. 예를 들어, 20 ℃, 760 ㎜Hg에서는 δ = 1.00122867이다. 이때의 식 3 즉 간극(40b)의 두께(d)에 대한 스파크 전압(Vxo)(문헌치)을 그래프화하면, 도3의 일점 쇄선과 같아 된다

그러나 상기 문헌식 3은 평균을 나타내고, 실제로는 그것보다 낮은 전압에서 스파크가 일어나는 경우도 있을 수 있다. 그래서 발명자들은 스파크 전압(Vxo)을 실험에 의해 다시 식화하는 것으로 했다. 즉, 도2에 도시한 바와 같이 전극(31)에 상당하는 전압 인가측의 전극판(31X)의 하면에 비유전율이 동일(비유전율 = 4.4)하고 두께가 다른 유리(49)를 번갈아 부착하여, 유리(49)와 그 아래쪽의 도전 부재 상당의 접지 금속판(51X)의 간극(40b)에 스파크 방전이 일어났을 때의 피크 간 전압(VPP)을 조사하였다. 간극(40b)의 두께는 d = 0.5 ㎜로 하였다. 여기서, 유리(49)는 플라스마 처리 장치의 고체 유전체(33) 및 절연 부재(40)에 상당한다. 따라서 그 두께는 t_A ＋ t_B에 상당한다. 또한, ε_A = ε_B = 4.4이다.

그 결과, 상기 식 3의 문헌치에 대한 변동이 마이너스 방향으로 가장 컸던 것은 두께(t_A ＋ t_B)가 2.9 ㎜일 때의 V_PP = 11.4 kV였다. 이 결과를 식 1의 우변에 대입함으로써, 하기와 같이 간극(40b)의 두께(d)에 대한 스파크 전압(Vxo)의 식을 얻었다.

[식 5]

Vxo = 8.65d/(1.52d ＋ 1)

이 식 5는 간극(40b)의 두께(d)에 대하여, 스파크가 일어나는 이를테면 최저 레벨의 스파크 전압(Vxo)을 나타낸 것이다. 식 5를 그래프로 하면, 도3의 파선과 같아진다. 당연히, 이 파선은 문헌식 3의 일점 쇄선보다 밑에 위치하고 있다.

플라스마 처리 장치(M)의 제조에 있어서, 절연 부재(40)의 비유전율(ε_B)과 두께(t_B)를 설정할 때는 식 5 즉 최저 레벨의 스파크 전압(Vxo)을 기준으로 하여 간극(40b)의 전압(Vx)이 그것보다 작아지는지 여부, 즉 식 2가 충족되는지 여부를 판 정한다. 이에 의해, 간극(40b)에 의해 아크 등의 방전이 발생하는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 도3에 도시한 바와 같이 그래프 상에 있어서, 식 1에서 나타내는 전압(Vx)의 곡선(도3의 실선)이 식 5의 최저 레벨 스파크 전압(Vxo)을 나타내는 파선보다 전체적(또는 d가 취할 수 있는 범위에 있어서 부분적)으로 밑이 되도록 한다. 하한은 두께(d)에 대한 전압(Vx)의 값이 동일한 두께(d)에서의 스파크 전극(Vxo)의 값의 예컨대 0.8 내지 0.9배가 되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 간극(40b)의 두께(d)의 대소에 상관없이 상기 간극(40b)에서 아크 등의 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 간극(40b)이 원래 형성되어서는 안 되는 데 어떠한 원인으로 형성되어, 그 두께(d)가 예측 불가능한 경우에 유효하다.

또, 도3의 실선은 이하의 조건에 의한다.

고체 유전체(33)의 재질 : 알루미나(ε_A = 7.5) 두께 : t_A = 0.5 ㎜

절연 부재(40)의 재질 : 알칼리 유리(ε_B = 7.0) 두께 : t_B = 6.2 ㎜

피크 간 전압 : V_PP = 13 kV

물론, 간극(40b)을 적극적으로 형성했을 때와 같이 그 두께(d)를 알고 있는 경우에는 상기 두께(d)에 있어서 식 2가 충족되고 있으면 충분하다. 도3의 그래프 상에서 말하면, 전압(Vx)의 선이 적어도 상기 두께(d)의 지점(또는 그 주변)에서 최저 레벨 스파크 전압(Vxo)의 선보다 밑에 위치하고 있으면 좋다.

퍼스널 컴퓨터 등의 계산기로 실행되는 그래프 작성 기능이 달린 표 계산 소 프트웨어를 준비하여, 이것에 식 1이나 식 5를 등록해 두고, ε_A, ε_B, t_A, t_B 등을 입력 변수로서 도3과 같은 그래프가 그려지도록 해 두면, 상기 판정을 간단히 할 수 있다.

최저 레벨의 스파크 전압(Vxo)(식 5) 대신에, 평균 스파크 전압(Vx)(문헌식 3)을 기준으로 하여, 절연 부재(40)의 비유전율(ε_B)과 두께(t_B)를 정하는 것으로 해도 된다.

도4 내지 도6은 상압 플라스마 처리 장치의 구체 구조의 1 태양을 나타낸 것이다. 이 플라스마 처리 장치(M1)는 워크 이송 기구(4)와, 이 이송 기구(4) 상에 위치하도록 하여 가대(架臺)(도시하지 않음)에 지지된 플라스마 노즐 헤드(1)와, 이 노즐 헤드(1)에 접속된 처리 가스원(2)과, 전원(3)을 구비하고 있다.

처리 가스원(2)에는 처리 내용에 따른 처리 가스가 축적되어 있다. 예컨대 플라스마 세정용의 처리 가스로서 N₂의 순(純)가스 또는 N₂와 미량의 O₂와의 혼합 가스가 축적되어 있다. 액상으로 축적하여 적량씩 기화하도록 되어 있어도 좋다.

전원(3)은 예컨대 펄스 형상의 고주파 전압을 출력하도록 되어 있다. 이 펄스의 상승 시간 및/또는 하강 시간은 10 ㎲ 이하, 전극(31, 32) 사이에서의 전계 강도는 10 내지 1000 kV/cm, 주파수는 0.5 kHz 이상인 것이 바람직하다. 또, 전압형상은 펄스 형상 대신에, 정현파형이라도 좋다. 상기 개략 구성에서 서술한 바와 같이 피크 간 전압(V_PP)은 수 kV 내지 수십 kV의 범위로 정해진다. 여기서는 예컨 대 V_PP = 14[kV]로 설정되어 있다.

도5에 도시한 바와 같이 이송 기구(4)는 수평하게 늘어선 다수의 롤러(4a)를 갖고 있다. 이들 롤러(4a) 상에 대면적의 판형 워크(W)가 적재되고, 좌우로 이송된다. 이 워크(W)에, 상기 노즐 헤드(1)로 플라스마화된 처리 가스가 분무되고, 예컨대 세정 등의 플라스마 표면 처리가 행해진다. 물론, 워크(W)를 고정하는 한편, 노즐 헤드(1)를 이동시키도록 되어 있어도 좋다.

플라스마 처리 장치(M1)의 플라스마 노즐 헤드(1)에 대해 상세하게 서술한다.

노즐 헤드(1)는 위쪽의 가스 정류부(10)와 아래쪽의 방전 처리부(20)를 구비하여, 도5의 지면(紙面)과 직교하기 전후 방향으로 길게 연장되어 있다.

가스 정류부(10)는 전후로 가늘고 긴 용기형을 이루는 본체(11)를 갖고, 이 본체(11)에 파이프 유닛(12)이 수용되어 있다. 파이프 유닛(12)은 좌우 한 쌍의 파이프(13, 13)와, 이들을 협지하는 상하 한 쌍의 파이프 홀더(14, 14)를 갖고, 본체(11)와 동일 방향으로 연장되어 있다. 파이프 유닛(12)에 의해 본체(11)의 내부가 상하 2개의 챔버(11a, 11b)로 구획되어 있다. 도4 및 도6에 도시한 바와 같이 가스 정류부(10)의 길이 방향의 일단부에 한쪽 파이프(13)의 인렛포트(inletport)(13a)가 설치되고, 타단부에 다른 쪽 파이프(13)의 인렛포트(13a)가 설치되어 있다. 또, 각 파이프(13, 13)의 포트(13a, 13a) 측의 단부와는 반대측의 단부는 플러그에 의해 폐쇄되어 있다.

처리 가스원(2)으로부터의 가스 공급관(2a)이 두 갈래로 분기되어, 한쪽 파이프(13)의 전단부와, 다른 쪽 파이프의 후단부에 각각 접속되어 있다. 처리 가스원(2)의 처리 가스가 관(2a)을 지나 2개의 파이프(13, 13)에 도입되고, 이들 파이프(13, 13) 내를 서로 역방향으로 흐른다. 각 파이프(13, 13)의 위쪽부 및 위쪽의 파이프 홀더(14)에는 구멍(11e)이 전후 길이 방향으로 연장되어 있다. 구멍(11e)은 스폿 형상을 이루어 전후로 짧은 간격으로 다수 설치되어 있어도 좋으며, 슬릿 형상을 이루어 전후로 연장되어 있어도 좋다. 파이프(13, 13) 내의 처리 가스는 이 구멍(11e)을 통해 위쪽 챔버(11a)로 누출된다. 그 후, 파이프 유닛(12)의 양 옆의 슬릿 형상의 간극(11c)을 통해 아래쪽 챔버(11b)로 유입한다. 이에 의해, 처리 가스를 길이 방향으로 균일화할 수 있다.

플라스마 노즐 헤드(1)의 방전 처리부(20)에 대해 설명한다.

도5 및 도6에 도시한 바와 같이 방전 처리부(20)는 좌우 한 쌍의 전극(31, 32)으로 이루어지는 전극 구조(30)와, 이 전극 구조(30)를 유지하는 홀더(21)를 갖고 있다.

각 전극(31, 32)은 예컨대 스테인리스 스틸 등의 도전성 재료로 만들어, 단면 사각 형상을 이루어 도5의 지면과 직교하기 전후 방향으로 직선 형상으로 연장되어 있다. 각 전극(31, 32)의 모서리는 아크 방지를 위해 R로 되어 있다. 이들 전극(31, 32) 사이에, 플라스마 발생 공간(30a)이 전후 방향으로 슬릿 형상으로 연장되도록 하여 형성되어 있다. 플라스마 발생 공간(30a)의 두께[전극(31, 32) 사이의 간격]는 예컨대 2 ㎜이다. 각 전극(30)의 대향면과 상면과 하면에는 샌드블 라스트가 실시된 다음, 예컨대 비유전율 ε_A = 7.5의 알루미나로 이루어지는 고체 유전체(33)가 용사에 의해 피막되어 있다. 고체 유전체(33)의 두께(t_A)는 예컨대 t_A = 1 ㎜이다.

또, 도5에 있어서, 부호 3a는 전원(3)으로부터 전압 인가 전극(31)에의 전기 공급선이며, 부호 3b는 접지 전극(32)으로부터의 접지선이다. 또한, 부호 30c는 전극 온도 조절용의 냉매로이다(도6에 있어서 생략).

전극(30, 30)을 위한 홀더(21)는 상부 플레이트(22)와, 좌우 한 쌍의 사이드 플레이트(23)와, 좌우 한 쌍의 앵글 부재(앵글 홀더)(24)와, 로어부(50)(도4에 있어서 생략)를 구비하고 있다. 각 앵글 부재(24)는 절연 수지로 이루어져, 단면 역 L자형을 이루어 도5의 지면과 직교하기 전후 방향으로 연장되어 있다. 앵글 부재(24)는 각 전극(30)의 상면과 배면에 대어져 있다. 2개의 앵글 부재(24, 24)의 위쪽부끼리 사이에 간극(24a)이 형성되어 있다. 간극(24a)은 전극(31, 32) 사이의 플라스마 발생 공간(30a)의 상류에 이어져 있다.

2개의 앵글 부재(24, 24)의 상면에 강성강재로 이루어지는 상부 플레이트(22)가 씌워져 있다. 상부 플레이트(22)의 좌우 중앙부에는 전후로 연장되는 슬릿(22a)이 형성되어 있다. 슬릿(22a)은 가스 정류부(10)의 아래쪽 챔버(11b)의 하류에 이어지는 동시에, 간극(24a)의 상류에 이어져 있다. 이에 의해, 가스 정류부(10)로부터의 처리 가스가 슬릿(22a) 및 간극(24a)을 지나서, 전극 간 공간(30a)으로 도입되도록 되어 있다.

각 앵글 부재(24)의 배면(외측면)에는 강성강재로 이루어지는 사이드 플레이트(23)가 각각 대어져 있다. 각 사이드 플레이트(23)의 상단부는 상부 플레이트(22)에 볼트 체결에 의해 연결되어, 강 결합하고 있다. 상부 플레이트(22)와 좌우의 사이드 플레이트(23)에 의해 문형의 프레임이 구성되어 있다.

각 사이드 플레이트(23)에는 압박 볼트(25)(전극 접근 수단)와 당김 볼트(26)(전극 이격 수단)가 각각 길이 방향으로 떨어져 복수 설치되어 있다. 압박 볼트(25)는 사이드 플레이트(23)에 나사 삽입되는 동시에, 선단부가 앵글 부재(24)의 배면에 부딪히게 되고, 나아가서는 앵글 부재(24)를 거쳐서 전극(30)을 다른 쪽의 전극에 접근하는 방향으로 누르고 있다. 당김 볼트(26)는 수지제의 볼트 컬러(볼트 홀더)(27)에 수용된 상태에서 전극(30)에 나사 삽입되고, 전극(30)을 다른 쪽 전극으로부터 멀어지는 방향으로 당기고 있다. 이들 볼트(25, 26)의 나사 삽입량을 조절함으로써, 긴 전극(30, 30)의 왜곡을 교정할 수 있어, 전극 간 공간(30a)의 두께를 전체 길이에 걸쳐 일정하게 할 수 있다. 또한, 전극(31, 32)이 쿨롬(coulomb)력이나, 상기 전극(31, 32)의 금속 본체와 표면의 유전체층(33)과의 열팽창률의 차이나 전극 내부의 온도차에 의한 열 응력 등 열 응력 등에 의해 왜곡되는 것을 저지할 수 있다. 이 결과, 처리 가스를, 아래쪽으로[즉 전극(31, 32)끼리의 대향 방향과 직교하는 분출축을 따라] 확실히 균일하게 분출할 수 있고, 나아가서는 워크(W)를 확실히 균일하게 플라스마 처리할 수 있다.

홀더(21)의 바닥부를 구성하는 로어부(50)에 대해 설명한다. 로어부(50)는 판형상의 절연 부재(40)와 금속판으로 이루어지는 도전 부재(51)를 구비하고, 도5 의 지면과 직교하기 전후 방향으로 수평하게 연장되어 있다. 로어부(50)는 좌우의 사이드 플레이트(23, 23)와 앵글 부재(24, 24)와 전극 구조(30)의 하면에 걸쳐, 자신보다 위쪽의 노즐 헤드(1)의 구성 요소를 지지하고 있다. 따라서 로어부(50)는 전극 구조(30)의 워크(W)를 향해야 하는 하면을 덮어, 전극 구조(30)가 워크(W)에 직접 대면하지 않도록 차단하고 있다. 다시 말해서, 전극 구조(30)의 워크(W)를 향해야 하는 하면이 로어부(50)의 도전 부재(51)로 덮여지는 동시에, 이들 전극 구조(30)와 도전 부재(51) 사이에 양자를 절연하는 절연체(45)가 개재, 장전되어 있다. 로어부(50)의 좌우 양단부는 사이드 플레이트(23, 23)로부터 돌출되어 있다. 이 좌우 돌출부가 도시하지 않은 지지 수단에 의해 지지되어 있다. 또, 로어부(50)와 사이드 플레이트(23)를 볼트 등으로 연결하는 것으로 해도 좋다.

절연 부재(40)의 재질로는 예컨대 비유전율 ε_B = 4.4의 유리가 이용되고 있다.

절연 부재(40)의 상면에는 볼록조(40c)가 도5의 지면과 직교하기 전후 길이 방향으로 연장되도록 하여 형성되어 있다. 이 볼록조(40c)가 앵글 홀더(24)의 하단부면에 형성된 오목 홈(24b)에 끼워 넣어져 있다.

절연 부재(40)의 좌우 폭 방향의 중앙부에 도출로(40a)(분출로)가 형성되어 있다. 도출로(40a)는 슬릿 형상을 이루어 도3의 지면과 직교하기 전후 방향으로 가늘고 길게 연장되어, 플라스마화 공간(30a)의 하류에 이어져 있다. 절연 부재(40)에 있어서 도출로(40a)의 좌우 양측의 내단부면 즉 도출로 형성면은 전극(31, 32)의 대향면 즉 플라스마화 공간 형성면보다 각각 좌우 외측으로 약간 끌어들이고 있다. 이에 의해, 도출로(40a)는 플라스마화 공간(30a)보다 폭이 넓은 즉 유로 단면적이 넓어져 있다.

절연 부재(40)의 좌우 양단부는 사이드 플레이트(23, 23)보다 돌출되어 있다.

도전 부재(51)는 절연 부재(40)의 하면을 전체적으로 덮고 있다. 도전 부재(51)는 예컨대 스테인리스 스틸의 판으로 구성되어 있다. 도전 부재(51)의 좌우 폭 방향의 중앙부에는 분출구(50a)가 형성되어 있다. 분출구(50a)는 슬릿 형상을 이루어 도5의 지면과 직교하기 전후 길이 방향으로 가늘고 길게 연장되어, 도출로(40a)의 하류에 이어져 있다. 나아가서는 도출로(40a)를 거쳐서 전극 구조(30)의 플라스마화 공간(30a)에 이어져 있다[이에 의해, 로어부(50)가 처리 가스의 분출을 허용하는 구조로 되어 있음]. 도전 부재(51)의 분출구(50a) 모서리면은 절연 부재(40)의 도출로(40a) 형성면보다 외측으로 약간 끌어들이고 있다. 이에 의해, 분출구(50a)는 도출로(40a)보다 폭이 넓은 즉 유로 단면적이 넓어져 있다.

또, 절연 부재(40)를, 일체인 것 대신에 좌우 한 쌍의 판 부재에 의해 구성하여, 이들 판 부재끼리 사이에 도출로(40a)를 형성해도 좋다. 마찬가지로, 도전 부재(51)를 일체인 것 대신에 좌우 한 쌍의 판 부재에 의해 구성하고, 이들 판 부재끼리 사이에 분출구(50a)를 형성해도 좋다.

도전 부재(51)의 아래쪽에, 워크(W)가 배치되도록 되어 있다. 이에 의해, 워크(W)에의 아크를 방지하면서, 노즐 헤드(10)를 워크(W)에 근접시킬 수 있어, 상 압하에 있어서도 플라스마를 워크(W)에 확실하게 도달시킬 수 있다.

도전 부재(51)의 좌우 양 옆의 상면에는 너트(55)가 용접에 의해 고정되어 있다. 한편, 절연 부재(40)의 하면에는 너트(55)를 끼워 넣는 오목부(40d)가 형성되어 있다. 또한, 절연 부재(40)에는 상면으로부터 오목부(40d)에 달하는 볼트 삽입 관통 구멍(40e)이 형성되어 있다. 그리고 금속제의 볼트(56)가 삽입 관통 구멍(40e)을 통해 너트(55)에 나사 결합하고 있다. 이에 의해, 절연 부재(40)에 도전 부재(51)가 고정되어 있다. 볼트(56)의 헤드부에, 접지 리드선(5)의 단자(5a)가 결합하고 있다. 이 리드선(5)이 접지되어 있다. 이에 의해, 도전 부재(51)가 볼트(56) 및 너트(55)를 거쳐서 전기적으로 접지되어 있다.

절연 부재(40)에 있어서의 전극(31, 32)의 아래쪽 부분(40x)의 하면에는 오목부(40f)가 형성되어 있다. 이에 의해, 절연 부재(40)와 도전 부재(51) 사이에 간극(40b)이 적극적으로 형성되어 있다. 오목부(40f) 나아가서는 간극(40b)은 도출로(40a)와 분출구(50a)에 이어져 있다. 간극(40b)의 두께(d)는 예컨대, d = 1 ㎜이다.

상압 플라스마 처리 장치(M1)에 있어서, 절연 부재(40)(ε_B = 4.4)의 전극 아래쪽 부분(40x)[간극(40b)을 제외함]의 두께(t_B)는 식 2를 충족시키도록 설정되어 있다. 예컨대 t_B = 5 ㎜이다. 이에 의해, 간극(40b)에서의 아크를 방지할 수 있어, 처리 품질을 확보할 수 있다.

다음에, 제1 실시 형태의 변형 태양을 설명한다.

도7에 도시한 바와 같이, 전극(31, 32)과 도전 부재(51) 사이에는 절연 부재(40)가 없어도 좋다. 즉, 전극(31, 32)과 도전 부재(51)는 소정의 거리(d)만큼 떨어져, 양자 간에 간극(40b)이 형성되어 있다. 상세하게는 전계 인가 전극(31)의 하면에, 두께 : t_A, 비유전율 : ε_B의 고체 유전체(33)가 피막되어 있고, 이 고체 유전체(33)의 하면과 도전 부재(51)의 상면에 의해 간극(40b)이 구획되어 있다. 간극(40b) 내는 공기로 채워져 있다. 공기는 양호한 절연내력을 갖는 절연체가 된다. 이에 의해, 간극 즉 기체층(공기층)(40b)은 전극(31)과 도전 부재(51)를 절연하는 절연체를 구성하고 있다. 또, 도7에 있어서, 고체 유전체(33)는 전계 인가 전극(31)의 대향면과 하면에만 피막되고, 접지 전극(32)에는 피막되어 있지 않지만, 도1과 마찬가지로 양 전극(31, 32)에 피막하는 것으로 해도 좋다.

기체층(40b)의 두께(d)는 상기 기체층(40b)이 절연 파괴를 일으키지 않도록 설정되어 있다. 즉, 전극(31)의 아래쪽의 고체 유전체(33)와 도전 부재(51) 사이에 걸리는 전압(Vx)이 스파크 전압(Vxo)보다 작아지도록 설정되어 있다. 구체적으로는 다음 식이 충족되도록 설정되어 있다.

[식 6]

Vxo > Vx =ε_AV_PPd/2(t_A ＋ε_Ad)

식 6은, 상기 식 2에 있어서 ε_B = 1, t_B = 0으로 한 것이다. 기준이 되는 스파크 전압(Vxo)은 식 3의 문헌치(도3의 일점 쇄선)보다도, 식 5의 최소 레벨 실험치(도6의 파선)를 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 기체층(40b)에서 아크 가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도3의 실선과 같이 Vx가 d의 값에 상관없이 Vxo를 밑돌도록 함으로써, 기체층(40b)의 두께(d)가 어떠한 원인으로 변동했다고 해도, 아크 발생을 확실하게 방지할 수 있다. 또, d가 원래의 값을 포함하는 일정한 범위 내에서, Vxo > Vx가 충족되고 있으면 충분하다.

도8에 도시한 바와 같이, 전극(31, 32)과 도전 부재(51) 사이에 절연 부재(40)가 없을 뿐만 아니라, 전계 인가 전극(31)에 고체 유전체(33)가 설치되어 있지 않아도 좋다. 이에 의해, 전극(31)의 금속 본체와 도전 부재(51)에 의해, 기체층(40b)이 구획되어 있다. 또, 이 경우, 접지 전극(32) 중 적어도 다른 쪽의 전극(31)과의 대향면에는 고체 유전체(33)를 마련할 필요가 있다.

도8의 태양에 있어서, 기체층(40b)의 두께(d)는 전극(31)과 도전 부재(51) 사이에 걸리는 전압(Vx)(=Vpp)이 스파크 전압(Vxo)보다 작아지도록 설정되어 있다. 스파크 전압(Vxo)으로서는 이미 서술한 태양과 마찬가지로 식 3의 문헌치(도3의 일점 쇄선)보다도, 식 5의 최소 레벨 실험치(도8의 파선)를 이용하는 것이 바람직하다.

즉, 최소 레벨 실험치의 식 5로부터,

[식 7]

Vpp ≤ 8.65d/(1.52d ＋ 1)

이 충족되도록, 사용 전압(Vpp)에 대하여 기체층(40b)의 두께(d)를 설정한다. 이에 의해, 기체층(40b)에서 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또, 도8의 태양의 장치에 대해, 기체층(40b)의 두께(d)를 1 ㎜로 하고, 공급 전압(Vpp)을 증감시켜, 아크가 조금이라도 확인되는 범위를 측정한 결과, Vpp ≥ 3 kV였다. 이에 의해, 식 7이 충분히 안전 영역인 것이 확인되었다.

도9는 절연 부재(40)의 도출로 형성부의 형상에 대한 변형 태양을 나타낸 것이다. 상기 태양에서는 절연 부재(40)의 상면[전극 구조(30)를 향하는 면]과 도출로(40a) 형성면이 이루는 각이 R 모따기되어, 제1 모따기부(40r)가 형성되어 있다. 또한, 절연 부재(40)의 도출로(40a) 형성면과 하면[도전 부재(30)를 향하는 면]이 이루는 각이 R 모따기되어, 제2 모따기부(40s)가 형성되어 있다.

제1 모따기부(40r)에 의해, 절연 부재(40)의 상면과 도출로 형성면이 이루는 각이 플라스마에 의해 이지러지는 것을 방지할 수 있어, 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 나아가서는 처리 품질을 향상시킬 수 있어, 수율을 높일 수 있다.

제1 모따기부(40r)는 제2 모따기부(40s)보다 크다. 즉, 제1 모따기부(40r)의 곡률 반경(R)이 제2 모따기부(40s)의 것보다 크다. 이에 의해, 절연 부재(40)의 상면과 도출로 형성면이 이루는 각의 결손, 나아가서는 파티클의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

또, 제1, 제2 모따기부를, R 모따기 대신에 모서리 모따기로 형성하는 것으로 해도 좋다.

또한, 도9의 태양에서는 도전 부재(51)의 분출구(50a) 모서리면이 절연 부재(40)를 향하는 상면과 워크(W)를 향해야 하는 하면을 각각 향해 반원형으로 라운딩 되어 있다. 환언하면, 도전 부재(51)의 상면과 분출구(50a) 모서리면이 이루는 각 이 R 모따기되는 동시에, 분출구(50a) 모서리면과 하면이 이루는 각이 R 모따기되어 있다. 이에 의해, 전극(31)과 도전 부재(51) 사이 또는 절연판(41)과 도전 부재(51) 사이에서 아크가 튀는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있다. 또, 도전 부재(51)의 상면과 분출구(50a) 모서리면이 이루는 각만을 모따기하고, 분출구(50a) 모서리면과 하면이 이루는 각은 모따기하지 않는 것으로 해도 좋다. R 모따기에 대신에, 모서리 모따기로 해도 좋다.

다음에, 도10 내지 도12에 따라서 제2 실시 형태에 대해 설명한다.

도10에 도시한 바와 같이 제2 실시 형태의 상압 플라스마 처리 장치(M2)는 처리 가스원(2)과, 펄스 전원(3)과, 워크 이송 기구(4)와, 문형의 프레임(60)과, 좌우 한 쌍의 노즐 헤드(처리 헤드)(1)를 구비하고 있다. 처리 가스원(2), 전원(3), 이송 기구(4)에 대해서는 도4 내지 도6의 장치(M1)와 마찬가지이다.

문형 프레임(60)은 좌우의 다리(62)를 갖고, 이송 기구(4)의 위쪽에 설치되어 있다. 문형 프레임(60) 내는 공동으로 되어 있고, 처리가 완료된 가스(처리에 의해 생긴 부생성물도 포함함)를 위한 배기 덕트를 구성하고 있다. 즉, 문형 프레임(60)의 각 다리(62)의 내부는 격벽(64)에 의해 내외 2개의 흡인실(62a, 62b)로 구획되어 있다. 다리(62)의 바닥판(63)에는 이들 흡인실(62a, 62b)에 각각 이어지는 내외 2개의 흡입구(63a, 63b)가 형성되어 있다. 흡입구(63a, 63b)는 도1의 지면과 직교하기 전후 방향으로 연장되는 슬릿 형상을 이루고 있지만, 상기 지면 직교 방향으로 늘어선 복수의 스폿 형상의 구멍이라도 된다.

한편, 내외의 흡인실(62a, 62b)의 상단부는 문형 프레임(60)의 중공을 이루 는 상가(上架) 프레임부(61) 내에 이어져 있다. 상가 프레임부(61)의 중앙부로부터 흡인관(6a)이 연장되어, 이 흡인관(6a)이 배기 펌프(6)에 접속되어 있다. 이 배기 펌프(6)의 구동에 의해, 노즐 헤드(1)에서의 처리가 완료된 가스가 안쪽 흡입구(63a)에서 안쪽 흡인실(62a)로 흡입되는 동시에, 그곳에서 완전히 흡입되지 않은 처리가 끝난 가스나 외기가 외측 흡입구(63b)에서 외측 흡인실(62b)로 흡인된다. 이에 의해, 처리가 끝난 가스의 흡입 누설을 확실하게 방지할 수 있는 동시에, 안쪽 흡입구(63a)에서의 외기 흡입을 방지하여 처리가 끝난 가스만이 안쪽 흡입구(63a)에 흡입되도록 할 수 있다. 각 실(62a, 62b)에 흡입된 가스는 상가 프레임부(61)의 내부에서 합류한 후, 흡인관(6a)을 지나서 배기 펌프(6)로부터 배기되도록 되어 있다.

각 다리(62)의 상측부에는 내외 2개의 교축판(65A, 65B)이 출몰 가능하게 설치되어 있다. 이들 교축판(65A, 65B)에 의해 실(62a, 62b)의 교축량을 각각 조절할 수 있고, 나아가서는 각 흡입구(63a, 63b)에서의 가스 흡입량을 각각 조절할 수 있도록 되어 있다.

상압 플라스마 처리 장치(M2)의 노즐 헤드(1)는 좌우 한 쌍을 이루고, 롤러(4a)의 위쪽 즉 워크(W)의 이동 평면의 위쪽에 위치되도록 하여, 문형 프레임(60)의 좌우 양 다리(62) 사이에 지지되어 있다. 좌우의 노즐 헤드(1)는 서로 동일 구성으로 되어 있다.

도10에 도시한 바와 같이 장치(M2)에 있어서, 로어부(50)의 좌우 한쪽은 연결판(59)을 거쳐서 인접한 노즐 헤드(1)의 로어부(50)와 연결되어 있다. 연결판 (59)과 로어부(50)는 볼트(56)로 연결되어 있다.

도11에 도시한 바와 같이 장치(M2)의 노즐 헤드(1)에 있어서는 로어부(50)의 구성이 장치(M1)의 것과 일부 다르다. 상세하게 서술하면, 장치(M2)의 로어부(50)는 절연체(45)와 도전 부재(51)를 구비하고, 도11의 지면과 직교하기 전후 방향으로 수평하게 연장되어 있다. 절연체(45)는 안쪽의 제1 절연판(41)과 외측의 제2 절연판(42)에 의해 구성되어 있다. 즉, 판형의 고체 절연체로 이루어지는 제1 절연부(41)와, 이 제1 절연부(41)와는 별개의 부재를 이루는 판형의 고체 절연체로 이루어지는 제2 절연부(42)에 의해 구성되어 있다.

제1 절연판(41)은 폭을 가늘게 하여 전후로 연장되어 있다. 제2 절연판(42)은 폭을 넓게 하여, 좌우 양단부가 사이드 플레이트(23)보다 돌출되어 있다. 제2 절연판(42)의 좌우 중앙부에 전후 방향으로 연장되는 슬릿 형상의 개구가 형성되어 있고, 이슬릿 형상 개구에 제1 절연판(41)이 끼워 넣어져 있다. 제2 절연판(42)의 슬릿 형상 개구의 좌우 양측의 내연과, 제1 절연판(42)의 좌우 양측의 외연에는 각각 단차가 형성되어 있고, 이들 단차가 서로 맞물려짐으로써, 제1, 제2 절연판(41, 42) 끼리가 서로 이음으로 접합되어 있다.

제1 절연판(41)의 좌우 폭 방향의 중앙부에 도출로(40a)(분출로)가 형성되어 있다. 도출로(40a)는 슬릿 형상을 이루어 도3의 지면과 직교하기 전후 방향으로 가늘고 길게 연장되어 있다. 이 도출로(40a)의 전후 전체 길이가 상기 전극 구조(30)의 플라스마화 공간(30a)의 하단부 즉 하류단부에 이어져 있다. 제1 절연판(41)의 도출로(40a) 형성면은 상기 장치(M1)의 절연 부재(40)와 마찬가지로 전극 (31, 32)의 대향면 즉 플라스마화 공간(30a) 형성면보다 각각 좌우 외측으로 약간 끌어들이고 있다. 이에 의해, 도출로(40a)는 플라스마화 공간(30a)보다 폭이 넓은 즉 유로 단면적이 넓어져 있다.

제2 절연판(42)은 제1 절연판(41)의 도출로(40a) 측과는 반대측에 배치되어 있다. 제2 절연판(42)의 상면에 볼록조(40c)가 형성되어, 이 볼록조(40c)가 앵글 부재(24)의 오목 홈(24b)에 끼워 넣어져 있다.

제1, 제2 절연판(41, 42)은 서로 다른 고체 절연 재료로 구성되어 있다.

제1 절연판(41)은 내 플라스마성의 재료로 구성되어 있다. 다시 말하면, 제1 절연판(41)은 제2 절연판(42)보다 내 플라스마성이 높은 절연 재료로 구성되어 있다. 예컨대, 제1 절연판(41)은 석영으로 구성되고, 제2 절연판(42)은 염화 비닐로 구성되어 있다. 일반적으로, 석영과 같은 내 플라스마성이 높은 재료는 그렇지 않은 염화 비닐 등과 비교하여 고가이다.

도전 부재(51)는 제1, 제2 절연판(41, 42)의 하면에 정확히 포개어져 있다. 도전 부재(51)와 절연체(45) 사이에는 간극이 형성되어 있지 않다. 그러나 가상적으로 두께(d)의 간극을 마련했다고 하여, d의 크기에 상관없이 식 2가 충족되도록 절연체(45)[특히 제1 절연판(41)]의 유전율과 두께를 설정함으로써, 도전 부재(51)와 절연체(45) 사이에서 아크가 튀는 것을 방지할 수 있다.

상기 장치(M1)과 마찬가지로, 도전 부재(51)의 분출구(50a) 모서리면은 제1 절연판(41)의 도출로(40a) 형성면보다 외측으로 약간 끌어들이고 있다. 이에 의해, 분출구(50a)는 도출로(40a)보다 넓은 폭 즉 유로 단면적이 넓어져 있다.

또, 제1, 제2 절연부(41, 42)를, 각각 일체인 것 대신에, 좌우 한 쌍의 판 부재에 의해 구성하여, 제1 절연부(41)의 한 쌍의 판 부재끼리 사이에 도출로(40a)를 형성해도 된다. 마찬가지로 도전 부재(51)를, 일체인 것 대신에, 좌우 한 쌍의 판 부재에 의해 구성하여, 이들 판 부재끼리의 사이에 분출구(50a)를 형성해도 된다.

도12에 도시한 바와 같이, 전극(31, 32)의 길이 방향의 양단부 사이에는 플라스마화 공간(30a)의 두께를 유지하기 위한 절연 수지제의 스페이서(34)가 협지되어 있다. 도전 부재(51)의 분출구 형성 단부면의 길이 방향의 양단부에, R 형상의 회피부(51a)를 형성하여, 전극(31, 32)과 스페이서(34)와의 경계를 회피하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 구성의 상압 플라스마 처리 장치(M2)에 따르면, 절연재(41, 42)에 전하가 축적되더라도 이것을 도전 부재(51)로 어스할 수 있어, 절연재(41, 42)로부터 워크(W)에의 방전도 방지할 수 있다.

도출로(40a)를 형성하는 제1 절연판(41)은 석영 유리로 구성함으로써 내 플라스마성을 확보할 수 있고, 한편 플라스마에 노출되는 일이 없는 제2 절연판(42)에 대해서는 저렴한 염화 비닐로 구성함으로써, 절연체(45)의 전체를 석영으로 구성하는 것보다도 재료 비용을 줄일 수 있다. 제1 절연판(41)의 도출로(40a) 형성면이 전극 구조(30)의 플라스마화 공간(30a) 형성면보다 끌어들이고 있으므로, 제1 절연판(41)이 플라스마에 의해 손상되는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

도전 부재(51)의 분출구(50a) 모서리면이 전극 구조(30)의 플라스마화 공간 (30a) 형성면보다 끌어들이고, 또한 제1 절연판(41)의 도출로(40a) 형성면보다 끌어들이고 있으므로, 전극(31)과 도전 부재(51)의 분출구 모서리부 사이에서 방전이 일어나는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

긴 노즐 헤드(1)의 길이 방향의 양단부에 있어서는 도전 부재(51)가 스페이서(34)와 전극(31, 32)과의 경계를 피하는 구성으로 함으로써, 스페이서(34)와 전극(31, 32)과의 경계에서 연면 방전이 일어났을 때, 이것이 도전 부재(51)로 전달되는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 제2 실시 형태의 변형 태양에 대해 설명한다.

상기한 바와 같이 도11의 장치(M2)에서는 도전 부재(51)의 분출구 모서리면이 전극 구조(30)의 플라스마화 공간 형성면보다 끌어들이고, 이에 의해 전극(31)으로부터 도전 부재(51)로의 방전을 방지할 수 있도록 하고 있었지만, 경우에 따라서는 이들 면의 위치 관계를 반대로 해도 좋다.

즉, 도13에 도시한 바와 같이 도전 부재(51)의 분출구(50a) 모서리면이 절연 부재(41)의 도출로(40a) 형성면보다 돌출되고, 또한 전극(31, 32)의 플라스마화 공간(30a) 형성면보다 돌출되어 있어도 좋다. 그렇게 함으로써, 분출구(50a)가 플라스마화 공간(30a)보다 폭이 좁아진다. 이에 의해, 분출구(50a)를 교축하여 처리 가스를 힘이 있게 워크(W)에 확실하게 닿게 할 수 있다. 이 결과, 처리 효율을 한층 향상시킬 수 있다. 또한, 플라스마화 공간(30a)에서 가열된 처리 가스를 고온의 상태에서 워크(W)에 분무할 수 있다.

혹은 도14에 도시한 바와 같이, 도전 부재(51)의 분출구(50a) 모서리면이 절 연 부재(41)의 도출로(40a) 형성면보다 돌출되고, 또한 전극(31, 32)의 플라스마화 공간(30a) 형성면과 동일면으로 되어 있어도 좋다. 이에 의해, 처리 가스의 분출 기세가 감퇴하는 것을 방지할 수 있어, 처리 효율을 확보할 수 있다.

또한, 도11의 장치(M2)에서는 도전 부재(51)의 외단부면 즉 도전 부재(51)의 분출구(50a)를 사이에 두고 좌우 각부에서의 분출구(50a)와는 반대측의 배면이 전극(31, 32)의 외측면 즉 플라스마화 공간(30a)과는 반대측의 배면보다 외측으로 돌출되어 위치하고 있지만, 도13, 도14에 도시한 바와 같이 이들 면이 서로 동일면이 되도록 구성해도 된다.

또한, 도15에 도시한 바와 같이 도전 부재(51)의 외단부면이 전극(31, 32)의 외측면보다 안쪽의 분출구(50a) 측에 위치하고 있어도 좋다.

절연체(45)는 제1, 제2 절연판(41, 42) 즉 고체의 절연 부재뿐만 아니라, 공기 등으로 이루어지는 기체층 즉 기체 절연체를 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 도16에 도시한 바와 같이 절연판(41, 42)과 도전 부재(51)가 소정의 거리(d)만큼 떨어져, 양자 간에 간극(40b)이 형성되어 있어도 좋다. 간극(40b) 내는 공기로 채워져 있다. 공기는 양호한 절연내력을 갖는 절연체이다. 간격 즉 기체층(공기층)(40b)은 고체의 절연판(41, 42)과 협동하여, 전극(31)과 도전 부재(51)를 절연하는 절연체(45)를 구성하고 있다. 기체층(40b)의 두께, 즉 절연판(41, 42)과 도전 부재(51)와의 거리(d)는 기체층(40b)에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록 설정되어 있다.

또한, 절연 수단(45)의 제2 절연부가 절연판(42) 대신에 기체층으로 구성되 어도 좋다. 상세하게 서술하면, 도17에 도시한 바와 같이 전극 구조(30)와 도전 부재(51) 사이의 제1 절연판(41)보다 외측[도출로(40a)와는 반대측]에는 간극 즉 기체층(42S)(절연 공기층)이 구획되어 있다. 이 기체층(42S)에 의해 제2 절연부가 구성된다. 이 변형 태양에 따르면, 제2 절연판(42)이 불필요하므로, 재료 비용의 삭감을 한층 도모할 수 있다.

또, 도13 내지 도17에 있어서, 전극(31, 32)의 고체 유전체층(33)의 도시는 생략하고 있다.

도18은 제1 절연판(41)의 도출로 형성부의 형상에 대하여, 도9의 태양과 마찬가지의 변경을 가한 것이다. 즉, 제1 절연판(41)의 상면[전극 구조(30)를 향하는 면]과 도출로(40a) 형성면이 이루는 각이 소정 각도(예컨대 45도)로 모서리 모따기되어, 제1 모따기부(41a)가 형성되어 있다. 또한, 제1 절연판(41)의 도출로(40a) 형성면과 하면[도전 부재(30)를 향하는 면]이 이루는 각이 소정 각도(예컨대 45도)로 모서리 모따기되어, 제2 모따기부(41b)가 형성되어 있다.

제1 모따기부(41a)에 의해, 제1 절연판(41)의 상면과 도출로 형성면이 이루는 각이 플라스마에 의해 이지러지는 것을 방지할 수 있어, 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 나아가서는 처리 품질을 향상시킬 수 있어, 수율을 높일 수 있다. 제1 모따기부(41a)는 제2 모따기부(41b)보다 크다. 이에 의해, 제1 절연판(41)의 상면과 도출로 형성면이 이루는 각의 결손 나아가서는 파티클의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 도18의 변형 태양에서는 도전 부재(51)의 분출구(50a) 모서리면이 제1 절연판(41)의 제2 모따기부(41b)와 하면과의 경계에 대하여 좌우 방향의 동일 위치에 위치되어 있다. 이에 의해, 전극(31)과 도전 부재(51) 사이에서 아크가 튀는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 분출구(50a)가 도출로(40a)보다 넓어져, 처리 가스를 원활하게 분출할 수 있다.

또, 도전 부재(51)의 분출구(50a) 모서리면이 제1 절연부의 제2 모따기부(41b)와 하면과의 경계보다 좌우 외측으로 끌어들이고 있어도 좋다.

도19는 상기 모따기의 다른 태양을 나타낸 것이다. 이 변형 태양에서는 제1 절연판(41)의 모따기가 각각 모서리 모따기 대신에, R 모따기로 되어 있다. 상세하게 서술하면, 제1 절연판(41)의 상면과 도출로(40a) 형성면이 이루는 각이 R 모따기되어, 제1 모따기부(41c)가 형성되는 동시에, 도출로(40a) 형성면과 하면이 이루는 각이 R 모따기되어, 제2 모따기부(41d)가 형성되어 있다. 제1 모따기부(41c)의 곡률 반경(R)은 제2 모따기부(41d)의 것보다 크다.

도20은 도전 부재(51)의 분출구 형성부의 형상에 대하여 도9의 태양과 마찬가지의 변경을 가한 것이다. 즉, 도전 부재(51)의 분출구(50a) 모서리면이 제1 절연판(41)을 향하는 상면과 워크(W)를 향해야 하는 하면을 각각 향해 반원형으로 라운딩 되어 있다. 환언하면, 도전 부재(51)의 상면과 분출구(50a) 모서리면이 이루는 각이 R 모따기되는 동시에, 분출구(50a) 모서리면과 하면이 이루는 각이 R 모따기되어 있다. 이에 의해, 전극(31)과 도전 부재(51) 사이 또는 절연판(41)과 도전 부재(51) 사이에서 아크가 튀는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있다. 또, 도전 부재(51)의 상면과 분출구(50a) 모서리면이 이루는 각만을 모따기하고, 분출구(50a) 모서리면과 하면이 이루는 각은 모따기하지 않는 것으로 해도 좋다. R 모따기 대신에, 모서리 모따기로 해도 좋다.

다음에, 도21 내지 도22에 따라서 제3 실시 형태의 상압 플라스마 처리 장치(M3)에 대해 설명한다.

도21에 도시한 바와 같이 상압 플라스마 처리 장치(M3)는 플라스마 표면 처리로서 예컨대 플라스마 에칭을 하는 장치이다. 장치(M3)의 처리 가스원(2X)에는 플라스마 에칭용의 처리 가스로서 예컨대 CF₄ 등이 축적되어 있다.

장치(M3)는 상기 긴 노즐 헤드(1) 대신에 통 형상의 노즐 헤드(70)를 구비하고 있다. 이 통 형상 노즐 헤드(70)가 축선을 상하로 향하게 한 상태에서 가대(도시하지 않음)에 지지되어 있다. 이 노즐 헤드(70)의 아래쪽에, 에칭되어야 할 워크(W')가 배치되도록 되어 있다.

통 형상 노즐 헤드(70)에 대해 상세하게 서술한다.

통 형상 노즐 헤드(70)는 축선을 상하로 향하게 한 본체(71)와, 이 본체(71) 내에 장전된 절연 홀더(80)와, 전극 구조(30X)를 구비하고 있다. 본체(71)는 도전 금속제의 3개의 본체 구성 부재(72, 73, 74)를 상하로 늘어 놓은 3단 통 형상을 이루고 있다. 절연 홀더(80)는 절연 수지제의 3개의 홀더 구성 부재(81, 82, 83)를 상하로 늘어 놓은 통 형상을 이루고 있다.

장치(M3)의 전극 구조(30X)는 동일축 2중 링 형상을 이루고 있다. 즉, 하단의 홀더 구성 부재(83)에, 전계 인가 전극(31X)이 장착되어 있다. 전계 인가 전극 (31X)은 본체(71)와 동일축의 바닥이 있는 통 형상을 이루고 있다. 전계 인가 전극(31X)의 외면에는 고체 유전체층(33)이 피막되어 있다. 전계 인가 전극(31X)의 내부에는 본체(71)와 동일축을 이루는 도전 금속제의 파이프(35)의 하단부가 삽입되어 있다. 도전 파이프(35)는 중간부에서 도전 링(36)을 거쳐서 전극(31X)과 도통하는 동시에, 상단부가 홀더(81)의 위쪽으로 돌출하고, 펄스 전원(3)(전계 인가 수단)에 접속되어 있다.

하단의 본체 구성 부재(74)의 내주에는 접지 전극(32X)이 장착되어 있다. 접지 전극(32X)은 도전성의 본체(71) 및 이 본체(71)로부터 연장되는 접지 리드선(5)을 거쳐서 접지되어 있다. 접지 전극(32X)은 본체(71)와 동일축, 또한 전계 인가 전극(31X)보다 대경/단소의 통 형상을 이루고 있다. 이 접지 전극(32x)의 내부에 전계 인가 전극(31x)이 삽입 배치되어 있다. 즉, 접지 전극(32X)이 전계 인가 전극(31X)을 둘러싸고 있다. 이에 의해, 이들 전극(31X, 32X) 사이에 링 형상의 플라스마화 공간(30b)이 형성되어 있다. 접지 전극(32X)의 내주면에는 고체 유전체층(33)이 피막되어 있다.

또, 파이프(35)의 상단부 개구에는 온도 조절용의 냉매가 송입되도록 되어 있다. 이 냉매는 파이프(35)를 통과한 후, 전계 인가 전극(31X)의 내주와 파이프(35)의 외주 사이를 통과함으로써, 전극(31X)을 온도 조절한다. 또한, 홀더 구성 부재(83) 및 본체 구성 부재(74)에 형성된 연통 수로(도시하지 않음)를 지나서, 접지 전극(32X)의 외주와 본체 구성 부재(54) 사이의 링 형상 공간(70d)을 도는 것에 의해, 전극(32X)을 온도 조절한다. 그 후, 냉매는 본체 구성 부재(74), 홀더 구성 부재(83, 82), 및 본체 구성 부재(72)에 차례로 통과된 배출 통로(도시하지 않음)를 지나서, 배출되도록 되어 있다.

처리 가스원(2X)에서의 처리 가스는 노즐 헤드(71)의 본체 구성 부재(72)나 홀더 구성 부재(82, 83) 등에 형성된 처리 가스 공급로(70b)를 지나, 또한 링(선회류 형성 부재)(84)의 선회류 형성로(84a)를 지난 후, 링 형상 플라스마화 공간(30b)에 도입되도록 되어 있다. 한편, 펄스 전원(3)으로부터의 펄스 전압이 도전 파이프(35) 및 도전 링(36)을 지나서, 전극(31X)에 인가된다. 이에 의해, 플라스마화 공간(30b)에 전계가 형성되어, 처리 가스가 플라스마화되도록 되어 있다.

또, 선회류 형성 링(84)은 접지 전극(32X)의 위쪽에 있어서 전계 인가 전극(31X)을 둘러싸도록 하여 홀더 구성 부재(83)에 장착되어 있다. 선회류 형성로(84a)는 링(84)의 외주에 따른 링형로(84b)와, 이 링형로(84b)의 주위 방향의 복수 위치로부터 링(84)의 내주면으로 관통하는 복수의 선회도 구멍(84c)을 갖고 있다. 링형로(84b)는 처리 가스 공급로(70b)에서의 처리 가스를 주위 방향의 전체 둘레에 널리 퍼지게 한다. 선회도 구멍(84c)은 링(84)의 내주의 접선 방향에 거의 따르는 동시에 내주면을 향함에 따라서 경사진 가는 통로이다. 링형로(84b)로부터의 처리 가스는 이 선회도 구멍(84c)을 통과함으로써 링 형상 플라스마화 공간(30b)의 주위 방향을 따르는 고속 선회류가 된다. 이에 의해, 처리 가스의 플라스마화 공간(30b) 내에서의 유통 거리를 길게 할 수 있어, 플라스마 밀도를 높게 할 수 있는 동시에, 기세 좋게 분출하여 워크(W')에 확실하게 닿게 할 수 있고, 나아가서는 에칭률을 향상시킬 수 있다.

통 형상 노즐 헤드(70)의 하단의 본체 구성 부재(74)의 아래쪽에는 로어부(90)(노즐 단부 구성부)가 배치되어 있다. 로어부(90)는 외부 노즐 피스(91)와 내부 노즐 피스(92)를 갖고 있다.

내부 노즐 피스(92)는 예컨대 폴리테트라풀루오로에틸렌 등의 절연 수지로 만들어,「제1 절연부」를 구성하고 있다. 내부 노즐 피스(92)는 외부 노즐 피스(91)보다 소경으로 접지 전극(32X)보다 약간 대경의 원반형을 이루고 있다. 내부 노즐 피스(92)의 중앙부에, 도출로(92a)가 형성되어 있다. 도출로(92a)는 전극(31X)과 동일축의 깔때기 형상을 이루어, 그 상부 테이퍼 부분이 플라스마화 공간(30b)에 이어져 있다. 또한, 도출로(92a)의 상부 테이퍼 부분에 전극(31X)의 하단부가 면하고 있다. 도13에 도시한 바와 같이 깔때기 형상의 도출로(92a)의 하부 일직선 부분은 바닥면에서 보아 타원 형상을 이루고 있다. 도출로(92a)의 하단부는 아래쪽으로 개구되어, 분출구를 구성하고 있다.

도21에 도시한 바와 같이 내부 노즐 피스(92)의 하면 중앙에는 상기 도입로(92a)의 하부 일직선 부분을 형성하기 위한 역 볼록부(92b)가 설치되어 있다. 역 볼록부(92b)의 외주면은 아래쪽을 향함에 따라서 직경이 축소되어 있다. 이 외주면이 도입로(92a)의 하부 일직선 부분의 내주면과 교차함으로써, 역 볼록부(92b)의 하단부(선단부)가 나이프 엣지 형상으로 되어 있다.

외부 노즐 피스(91)는 예를 들어 스테인리스 스틸 등의 도전금속으로 만들어「도전 부재」를 구성하고 있다. 외부 노즐 피스(91)는 본체 구성 부재(74)와 동일 직경의 원반 형상을 이루고 있다. 외부 노즐 피스(91)는 본체 구성 부재(74)의 하단부면에 볼트(도시하지 않음)에 의해 고정되어 있다. 외부 노즐 피스(91)는 본체(71) 및 접지 리드선(5)을 거쳐서 전기적으로 접지되어 있다.

외부 노즐 피스(91)의 상면에는 오목부(91a)가 형성되어 있다. 이 오목부(91a)에 내부 노즐 피스(92)가 수용되어 있다. 외부 노즐 피스(91)의 오목부(91a)의 내부 바닥 또는 내부 노즐 피스(92)의 하면에는 내부 노즐 피스(92)를 띄우는 스페이서(도시하지 않음)가 일체로 설치되어 있다. 이에 의해, 외부 노즐 피스(91)와 내부 노즐 피스(92) 사이에 간극(90s)이 형성되어 있다. 간극(90s)은「기체층으로 이루어지는 제2 절연부」를 구성하고 있다. 제2 절연부인 간극(90s)과 제1 절연부인 내부 노즐 피스(92)에 의해, 전극 구조(30X)와 외부 노즐 피스(91) 즉 도전 부재를 절연하는 절연체가 구성되어 있다.

간극(90s)의 상단부는 흡인로(70c)에 연통되어 있다. 흡인로(70c)는 본체 구성 부재(74), 홀더 구성 부재(83, 82) 및 본체 구성 부재(72)에 차례로 형성되어 있다. 흡인로(70c)의 상단부는 흡인관(6a)을 거쳐서 배기 펌프(6)에 접속되어 있다.

외부 노즐 피스(91)의 오목부(91a) 중앙부에는 하면에 개구하는 구멍부(91b)가 형성되어 있다. 도22에 도시한 바와 같이 구멍부(91b)의 피스(91) 하면에의 개구는 상기 역 볼록부(92b)의 하단부 테두리보다 약간 큰 타원 형상을 이루고 있다. 도21에 도시한 바와 같이 이 구멍부(91b)에 내부 노즐 피스(92)의 역 볼록부(92b)가 삽입 배치되어 있다[즉, 외부 노즐 피스(91)에는 내부 노즐 피스(92)의 분출로(92a) 안쪽에 배치하는 구멍부(91b)가 형성되어 있음]. 상기 간극(90s)은 구멍부 (91b)의 내주면과 역 볼록부(92b)의 외주면 사이를 지나서, 외부 피스(91)의 하면에 개구하고 있다. 이에 의해, 제2 절연부로서 간극(90s)이 상기 구멍부(91b)를 흡입구로 하는「흡입로」를 구성하고 있다. 상세하게 서술한 바와 같이 역 볼록부(92b)의 선단부가 나이프 엣지 형상으로 뾰족하게 함으로써, 이 간극(90s)의 피스(91) 하면 개구의 내주연과 도입로(92a)의 선단부 개구의 외주연이 달라붙어 있다.

장치(M3)에 있어서도, 전극 구조(30X)와 워크(W) 사이에, 도전 금속제의 외부 노즐 피스(91)가 전기적 접지 상태로 배치되게 되므로, 아크 방전에 의한 처리 불량이나 워크(W')의 손상을 초래하는 일없이 노즐 헤드(70)를 워크(W')에 근접시킬 수 있어, 플라스마 처리 효율을 확실하게 향상시킬 수 있다. 전극 구조(30X)와 외부 노즐 피스(91) 사이는 내부 노즐 피스(92)와 간극(90s)으로 이루어지는 절연 수단에 의해 확실하게 절연할 수 있다.

외부 노즐 피스(91)와 내부 노즐 피스(92) 사이의 간극(90s)은 제2 절연부로서 제공되어, 전극(31X)과 외부 노즐 피스(91)를 절연할 수 있을 뿐만 아니라, 배기 펌프(6)의 구동에 의해 처리가 완료된 가스(에칭으로 인해 생긴 부생성물도 포함함)를 흡입하는 흡입로로서도 제공된다. 처리가 끝난 가스는 흡입로로서의 간극(90s)으로부터 흡인로(70c), 흡인관(6a)을 차례로 지나서 배기 펌프(6)로부터 배출할 수 있다. 또, 흡인관(6a)에는 유량 제어 밸브(6b)(흡입 유량 조절 수단)가 개재되어, 흡입 유량이 조절되도록 되어 있다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 정신에 반하지 않는 한, 여러 가지의 형태를 채용 가능하다.

예컨대, 도전 부재는 적어도 전압 인가 전극에 대하여 설치되어 있으면 좋으며, 접지 전극에 대해서는 설치되어 있지 않아도 좋다.

절연체는 적어도 전압 인가 전극과 도전 부재 사이에 설치되어 있으면 좋으며, 접지 전극과 도전 부재 사이에는 설치되어 있지 않아도 좋다.

전극(31, 32)의 대향면이나 하면에 마련되는 고체 유전체(33)는 용사막 대신에, 전극(31, 32)의 금속 본체와는 별개 부재인 유전체의 얇은 판으로 구성해도 좋다.

본 발명은 상압하뿐만 아니라, 감압하에서의 플라스마 처리에도 적용할 수 있어, 글로 방전뿐만 아니라, 코로나 방전 등의 다른 방전을 이용한 플라스마 처리에도 적용할 수 있다. 또한, 세정, 에칭, 성막, 표면 개질, 에싱 등의 여러 가지의 플라스마 처리에 널리 적용할 수 있다.

본 발명은, 예컨대 반도체 제조 공정에서의 기재의 세정, 에칭, 성막 등의 표면 처리에 이용 가능하다.

Claims (27)

1. 처리 가스를, 전극으로 형성한 플라스마화 공간에 통과시켜 플라스마화 공간의 외부에 배치된 워크로 분출하고, 워크의 표면 처리를 하는 장치를 제조할 때에,

   전기적으로 접지되는 도전 부재를 상기 전극의 워크를 향해야 하는 측을 차단하도록 마련하여, 상기 전극과 도전 부재 사이에는 절연체로 이루어지는 절연 부재를 개재시키는 것으로 하고,

   상기 절연 부재와 도전 부재 사이의 떨어진 거리 즉 이들 부재 사이의 간극의 두께 변동이 상정되는 범위 내에 있어서 상기 절연 부재와 도전 부재의 사이에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록, 상기 절연 부재의 유전율과 두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치의 제조 방법.
2. 처리 가스를, 전극으로 형성한 플라스마화 공간에 통과시켜 플라스마화 공간의 외부에 배치된 워크로 분출하고, 워크의 표면 처리를 하는 장치를 제조할 때에,

   전기적으로 접지되는 도전 부재를 상기 전극의 워크를 향해야 하는 측을 차단하도록 마련하여, 상기 전극과 도전 부재 사이에는 절연체로 이루어지는 절연 부재를 개재시키는 것으로 하고,

   상기 절연 부재와 도전 부재 사이의 스파크 전압의 측정 시험을 행하여, 평균보다 낮은 레벨에서 스파크가 일어난 측정 데이터를 기초로 하여, 상기 절연 부재와 도전 부재 사이의 떨어진 거리 즉 이들 부재 사이의 간극의 두께에 대한 스파 크 전압의 관계를 구하는 한편,

   상기 간극의 두께의 변동이 상정되는 범위 내에 있어서 상기 절연 부재와 도전 부재 사이에 걸리는 전압이 상기 측정 데이터를 기초로 하는 스파크 전압보다 작아지도록, 상기 절연 부재의 유전율과 두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 전극의 플라스마화 공간 형성면과 워크를 향해야 하는 측의 면에 고체 유전체를 마련하여, 워크측의 고체 유전체에 상기 절연 부재를 포개는 것으로 하고,

   상기 절연 부재의 유전율과 두께의 설정 시에, 상기 워크측의 고체 유전체의 유전율과 두께를 고려하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치의 제조 방법.
4. 처리 가스를, 전극으로 형성한 플라스마화 공간에 통과시켜 플라스마화 공간의 외부에 배치된 워크로 분출하고, 워크의 표면 처리를 하는 장치를 제조할 때에,

   전기적으로 접지되는 도전 부재를 상기 전극의 워크를 향해야 하는 측을 차단하도록 마련하여, 상기 전극과 도전 부재 사이에는 절연체로 하여 기체층을 형성하고,

   이 기체층의 두께의 변동이 상정되는 범위 내에 있어서 상기 전극과 도전 부재 사이에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록, 상기 기체층의 두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치의 제조 방법.
5. 처리 가스를, 전극으로 형성한 플라스마화 공간에 통과시켜 플라스마화 공간의 외부에 배치된 워크로 분출하고, 워크의 표면 처리를 하는 장치를 제조할 때에,

   상기 전극의 플라스마화 공간 형성면과 워크를 향해야 하는 측의 면에 고체 유전체를 마련하는 동시에,

   전기적으로 접지되는 도전 부재를 상기 전극의 워크를 향해야 하는 측을 차단하도록 마련하여, 상기 전극의 워크측의 고체 유전체와 상기 도전 부재 사이에는 절연체로 하여 기체층을 형성하고,

   상기 기체층의 두께의 변동이 상정되는 범위 내에 있어서 상기 워크측의 고체 유전체와 도전 부재 사이에 걸리는 전압이 스파크 전압보다 작아지도록, 상기 기체층의 두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 스파크 전압의 측정 시험을 행하여, 평균보다 낮은 레벨에서 스파크가 일어난 측정 데이터를 기초로 하여, 상기 기체층의 두께에 대한 스파크 전압의 관계를 구하는 한편, 상기 기체층의 두께 변동이 상정되는 범위 내에 있어서 상기 기체층에 걸리는 전압이 상기 측정 데이터를 기초로 하는 스파크 전압보다 작아지도록, 상기 기체층의 두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 절연 부재와 상기 도전 부재 사이의 간극의 두께가 제 로인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 절연 부재와 상기 도전 부재 사이에 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 도전 부재가 상기 절연체를 향하는 면과, 상기 플라스마 공간에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면과, 워크를 향해야 하는 면을 갖고, 상기 절연체를 향하는 면과 분출구 모서리면이 이루는 각과, 분출구 모서리면과 워크를 향해야 하는 면이 이루는 각 중, 적어도 전자가 모따기되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 도전 부재가 상기 절연체를 향하는 면과, 상기 플라스마화 공간에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면과, 워크를 향해야 하는 면을 갖고, 상기 분출구 모서리면이 절연체를 향하는 면과 워크를 향해야 하는 면을 각각 향해 라운딩 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 절연 부재가 상기 전극을 향하는 면과, 상기 플라스마화 공간에 이어지는 처리 가스 도출로를 형성하는 면과, 상기 도전 부재를 향하는 면을 갖고, 상기 전극을 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각과, 도출로 형성면 과 도전 부재를 향하는 면이 이루는 각 중, 적어도 전자가 모따기되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 절연 부재가 상기 전극을 향하는 면과, 상기 플라스마화 공간에 이어지는 처리 가스 도출로를 형성하는 면과, 상기 도전 부재를 향하는 면을 갖고, 상기 전극을 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각과, 도출로 형성면과 도전 부재를 향하는 면이 이루는 각이 각각 모따기되고, 게다가 전자가 후자보다 크게 모따기되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
13. 처리 가스를 플라스마화하여 피처리물을 향해 분출함으로써 플라스마 처리를 하는 장치이며,

    상기 플라스마화를 위한 공간을 형성하는 한 쌍의 전극으로 이루어지는 전극 구조와,

    전기적으로 접지된 상태에서, 상기 전극 구조의 피처리물을 향하게 하는 측을 차단하도록 배치된 도전 부재와,

    상기 전극 구조와 도전 부재 사이에 개재되어, 양자를 절연하는 절연 수단을 구비하고, 상기 절연 수단이 상기 플라스마화 공간의 하류에 이어지는 처리 가스의 도출로를 형성하는 면을 갖는 제1 절연부와, 이 제1 절연부의 도출로측과는 반대측에 별도로 배치된 제2 절연부로 분할되어 서로 분리 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치
14. 제13항에 있어서, 상기 제1 절연부가 상기 제2 절연부보다 내 플라스마성이 높은 절연 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 제1 절연부가 내 플라스마성의 절연 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
16. 제13항에 있어서, 상기 제2 절연부가 기체층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
17. 제13항에 있어서, 상기 제1 절연부의 도출로 형성면이, 상기 전극 구조의 플라스마화 공간 형성면보다 끌어들이고 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
18. 제13항에 있어서, 상기 제1 절연부의 전극 구조를 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각과, 도출로 형성면과 도전 부재를 향하는 면이 이루는 각 중, 적어도 전자가 모따기되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
19. 제13항에 있어서, 상기 제1 절연부의 전극 구조를 향하는 면과 도출로 형성면이 이루는 각과, 도출로 형성면과 도전 부재를 향하는 면이 이루는 각이, 각각 모따기되어, 게다가 전자가 후자보다 크게 모따기되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
20. 제13항에 있어서, 상기 제1 절연부의 도출로 형성면과 도전 부재를 향하는 면이 이루는 각이 모따기되어 있고,

    상기 도전 부재가 상기 도출로의 하류에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면을 갖고, 이 분출구 모서리면이 상기 제1 절연부의 도전 부재를 향하는 면과 상기 모따기부와의 경계와 대략 동일 위치 또는 그것보다 끌어들이고 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
21. 제13항에 있어서, 상기 도전 부재가 상기 절연부를 향하는 면과, 상기 도출로의 하류에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면과, 워크를 향해야 하는 면을 갖고, 상기 제1 절연부를 향하는 면과 분출구 모서리면이 이루는 각과, 분출구 모서리면과 워크를 향해야 하는 면이 이루는 각 중, 적어도 전자가 모따기되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
22. 제13항에 있어서, 상기 도전 부재가 상기 도출로의 하류에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면을 갖고, 이 분출구 모서리면이 상기 전극 구조의 플라스마화 공간 형성면 또는 상기 제1 절연부의 도출로 형성면보다 끌어들이고 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
23. 제13항에 있어서, 상기 도전 부재가 상기 도출로의 하류에 이어지는 분출구를 형성하는 모서리면을 갖고, 이 분출구 모서리면이 전극 구조의 플라스마화 공간 형성면 또는 상기 제1 절연부의 도출로 형성면보다 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
24. 제13항에 있어서, 상기 전극 구조의 한 쌍의 전극이 서로 대향 방향과 직교하여 연장되는 긴 형상을 이루고, 상기 절연체와 도전 부재가 상기 전극과 동일 방향으로 연장되어, 나아가서는 상기 도출로와 그 하류단부에 이어지도록 하여 상기 도전 부재에 형성된 분출구가 상기 전극과 동일 방향으로 연장되어 상기 분출구가 상기 대향 방향 및 연장 방향과 대략 직교하는 방향으로 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극의 길이 방향의 서로 동일한 측의 단부끼리 사이에는 절연 재료로 이루어지는 스페이서가 협지되어 있고, 상기 도전 부재가 상기 스페이서와 전극과의 경계를 피하도록 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
26. 상기 도전 부재에는 구멍부가 개구되고, 이 구멍부의 중앙 부분에 상기 제1 절연부의 도출로가 배치되어 있고, 상기 도전 부재와 제1 절연부에 의해 상기 구멍 부의 주변 부분을 흡입구로 하는 흡입로가 구획되고, 이 흡입로가 상기 제2 절연부로 하여 기체층으로서 제공되고 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
27. 제26항에 있어서, 상기 전극 구조 중 한쪽의 전극을 다른 쪽의 전극이 동일축 링 형상을 이루어 둘러싸고, 이에 의해 상기 플라스마화 공간이 링 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.

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