KR20060103908A - 플라스마 방전장치 - Google Patents

Abstract

회전하는 원판상 처리대상물이라도 넓은 범위에 걸쳐서 균일한 에너지분포가 얻어지는 풀라즈마 방전장치를 제공한다.

한쌍의 막대형상 방전전극(6),(7)에 펄스전압을 인가해서 그들 방전전극 (6), (7)간에 코로나방전을 생기게 하여 이 코로나방전에 의해 생성되는 플라스마를 포함하는 여기종을 피처리물(W)의 표면에 조사하는 플라스마 방전장치로서, 한 쌍의 막대형상 방전전극(6),(7)을 비대칭의 형상으로 형성하고, 한쪽의 방전전극(6)을 대략 く자형으로 형성함과 동시에, 이 방전전극(6)의 첨단부(6a)를 회전을 수반해서 처리되는 원판상 처리대상물(W)의 외부원주부분에 위치시키고, 대략 レ자형으로 형성한 다른 쪽의 방전전극(7)에 있어서의 절곡 연출기단부분을 회전을 수반해서 처리되는 원판상처리대상물(W)의 회전중심부분에 위치시키고, 한쪽의 방전전극(6)의 첨단부(6a)와 다른 쪽의 방전전극(7)의 첨단부(7a)를 플라스마 출사방향에 따르는 축에서의 다른 위상높이로 위치시켰다.

Description

플라스마 방전장치{PLASMA DISCHARGER}

본 발명은 주로 회전하는 원판상 처리대상물의 표면에 부착한 유기물을 세정하거나 살균, 멸균하거나 에칭하거나 하는등의 각종 표면처리에 적용되는 플라스마 방전장치를 제공하는 것으로서, 더욱 상세하게는 코로나 방전에의해 생성되는 플라스마에의한 분자해리의 결과 발생하는 여기분자, 래디컬, 이온등의 여기종(勵起種)을 피처리물의 표면에 조사해서 품질개량등의 표면처리등을 행하는 코로나 방전식의 플라스마 방전장치에 관한것이다.

코로나 방전방식의 플라스마 방전장치는 글로방전방식의 플라스마 표면처리방법의 경우에 필요한 헬륨 또는 아르곤이나 수소등 점화용가스의 사용이 생략되고, 사용시의 안전성의 향상 및 가스 소비량의 절감에의한 처리비용의 저감을 도모할수있다는 이점을 갖는것 때문에 표면 품질개량등의 표면처리에 많이 이용되고 있다.

이런 종류의 코로나 방전방식의 플라스마 방전장치로서 중요한 요소는 코로나 방전에의해 생성된 플라스마를 포함하는 여기종의 피처리물표면에의 조사량, 조사면적, 및 조사의 균일성이며, 이들 중요한 요소를 달성하는 것으로서 종래에 예를 들면 방전전극의 선단부를 대략 레(レ)자형으로 형성한 방전전극을 중공의 절연 홀더에 그 첨단부분끼리가 근접하는 상태로 대칭 배치해서 이 절연홀더의 중앙공간부분을 공기 분사구로서 분사구멍으로부터의 고압고속공기의 분사에의해 플라스마를 포함하는 여기종을 피처리물표면으로 향해서 조사하는 방법이 채용되고 있었다.(예를 들면 특허문헌 1참조)

특허문헌 1 : 특개평 2001-293363호

그러나 대략 レ 자형으로 형성한 방전전극을 그 첨단부분이 근접하는 상태로 대칭배치한 플라스마 방전장치에서는 방전에너지선이 동심원상으로 발생하는 것과, 절연홀더 중앙부의 공기분사구로부터 분출되는 공기류에 의해 공기분사구 중심부에서의 에너지량이 가장 많고, 외부원주로 갈수록 에너지량이 감소하는 상태가 된다.

이 때문에 회전하는 원판상 처리대상물의 표면처리를 하는 것과 같은 경우에 회전중심부분이 집중적으로 처리되고, 원주둘레부분이 충분히 처리되지 않는 상황이 생기는 일이 있었다.

이 때문에 처리대상물을 수평 이동시키거나 방전장치를 수평 이동시키거나 해서 처리하지않으면 않 되고 장치로서 복잡화한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이와같은 점에 착안해서 이루어진 것으로서 회전하는 원판상 처리대상물이라도 넓은 범위에 걸쳐서 균일한 에너지 분포를 얻을 수 있는 플라스마 방전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 청구항 1에 기재한 발명은 한쌍의 막대형상 방전전극에 펄스전압을 인가해서 그들 방전전극의 첨단부간에 코로나방전을 생기게 하여 이 코로나방전에 의해 생성되는 플라스마를 포함하는 여기종을 피처리물의 표면에 조사하는 플라스마 방전장치로서, 한 쌍의 막대형상 방전전극을 비대칭의 형상으로 형성하고, 한쪽의 방전전극의 첨단부와 다른 쪽의 방전전극의 첨단부를 플라스마 출사방향에 따르는 축에서의 다른 위상높이로 위치시킨 것을 특징으로 하고 있다.

또, 청구항 2에 기재한 발명은 상기한 청구항 1에 기재한 구성에 추가해서 한쪽의 방전전극을 대략 구(く)자형으로 형성함과 동시에 다른 쪽의 방전전극을 대략 レ자형으로 형성하여 대략 く자형으로 형성한 방전전극의 첨단부를 플라스마 출사방향에서의 전방에 위치시킨것을 특징으로 하고있다.

다시 또 청구항 3에 기재한 발명은 상기한 청구항 2에 기재한 구성에 추가해서 대략 く자형으로 형성한 방전전극의 첨단부를 회전을 수반해서 처리되는 원판상 처리대상물의 외부원주부분에 위치시킴과 동시에 대략 レ자형으로 형성한 다른쪽의 방전전극의 절곡 연출기단부분을 회전을 수반해서 처리되는 원판상 처리대상물의 회전 중심부분에 위치시킨 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 회전을 수반해서 처리되는 원판상 처리대상물로서는 웨이퍼 등의 박판원판만이 아니고, 원주 둘레에 세워진 원주벽을 갖는 얇은 접시용기 등을 생각할 수가 있다.

본 발명에서는 한 쌍의 막대상 방전전극을 비대칭의 형상으로 형성하고, 한쪽의 방전전극의 첨단부와 다른 쪽의 방전전극의 첨단부를 플라스마 출사방향에 따르는 축에서의 다른 위상높이에 위치시키고 있는 것 때문에 한쪽의 방전전극의 첨단부와 다른 쪽의 방전전극의 선상부분과의 사이에서 코로나 방전이 생기게 되므로 첨단부측에서의 에너지 밀도가 높아진다.

그리고 회전을 수반하는 원판상처리 대상물을 처리하는 경우에는 회전하는 원판상 처리대상물의 외부원주 둘레부분에서의 원주속도는 빠르고 회전중심측에서의 원주속도는 느리기 때문에 에너지 고밀도를 회전체의 외부원주 둘레부분에 위치시키므로서 원판상 처리대상물 전체에 부여하는 에너지량을 균일화할 수가 있다.

도1은 주요부의 발췌확대도

도2는 플라스마 방전장치의 정면도

도3은 플라스마 방전장치의 측면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

6,7 방전전극(6a…한쪽의 방전전극 (6)의 첨단부

7a 다른쪽의 방전전극 (7)의 첨단부)

W 피처리물

도면은 본 발명의 1실시형태를 나타내고, 도1은 주요부의 발췌확대도, 도2는 플라스마 방전장치의 정면도, 도3은 플라스마 방전장치의 측면도이다.

이 플라스마 방전장치는 도시를 생략한 회전구동기구를 장비하고, 그 상면으 로부터 원판상의 처리대상물(W)을 탑재고정시키는 회전대(1)를 돌출시킨 기초대(2)와 이 기초대(2)에 대해서 상측으로부터 대향하고 있는 방전헤드유닛(3)과 이 방전헤드유닛(3)을 승강이동 가능하게 지지하는 지지부재(4)로 구성하고 있다.

방전헤드유닛(3)의 하단부분에는 전극조립체(5)가 형성되어 있고, 이 전극조립체(5)는 한쌍의 방전전극(6),(7)과 개방구가 형성된 세라믹스(알루미나)로 된 절연성내열재(8)와, 절연성수지로된 전극지지부재(9)를 갖고 있고, 이 전극지지부재 (9)를 거쳐서 헤드케이스(10)에 부착되도록 되어있다.

또한 이 절연성내열재(8)와 전극지지부재(9)는 각각 통형상으로 형성하고있다.

절연성내열재(8)와 전극지지부재(9)에는 방전전극(6),(7)의 다리부를 수용하기위해 단면이 원형인 투과구멍(11),(12)이 형성됨과 동시에 그 절연성내열재(8)의 선단부분(하단부분)에는 홈형상의 개방구부(13)가 형성되어 있다.

방전전극(6),(7)은 절곡형성한 텅스텐 혹은 몰리브덴의 막대형상체로 각각 형성되어있고, 한쪽의 방전전극(6)은 막대형상체를 대략 く자형상으로 형성하고 있고, 다른쪽의 방전전극(7)은 막대형상체를 대략 レ자형으로 형성하고 있다.

그리고 대략 く자형으로 형성되어있는 방전전극(6)의 첨단부(6a)는 절연성내열재(8)의 선단면부분에 위치하고 있다.

또 대략 レ자형으로 형성되어있는 방전전극(7)은 절연성내열재(8)에 형성되어있는 홈형상 개방구부(13)의 안쪽에 위치하고 있다.

따라서 한쌍의 방전전극(6),(7)은 그 첨단부(6a),(7a)끼리가 절연성내열재 (8)의 상하방향에서 다른 높이(위상)에 위치하게 되고, 대략 く자형으로 형성되어 있는 방전전극(6)의 첨단부(6a)는 대략 レ자형으로 형성되어있는 방전전극(7)의 절곡연출하는 선상부분과 대향하게 된다.

그리고 방전헤드유닛(3)의 중심과 그 하측에 위치하는 회전대(1)의 회전중심과는 편심하는 상태로 형성하고 있다.

그리고 한쌍의 방전전극(6),(7)은 대략 く자형으로 형성되어있는 방전전극 (6)의 첨단부(6a)와 대략 レ자형으로 형성되어있는 방전전극(7)은 그 절곡 기초단말부와의 간격을 회전대(1)에 탑재시킨 처리대상물의 회전중심으로부터 외부원주둘레까지의 거리(회전반경)과 거의 동등하게 형성하고 있고, 대략 レ자형으로 형성되어있는 방전전극(6)의 절곡 기초단말부가 회전하는 원판상처리대상물(W)의 회전중심부에 대략 く자형으로 형성되어있는 방전전극(6)의 첨단부(6a)가 원판상처리대상물(W)의 외부원주 둘레부분에 위치하도록 형성하고 있다.

전극지지부(9)에 지지되어 있는 방전전극(6),(7)의 다리부 상단에는 승압변압기(14)의 출력단자가 각각 전기적으로 접속되어 있고, 승압변압기에는 고주파교류전원(15)이 접속되어 있다.

또 방전헤드유닛(3)에는 공기나 이산화탄소 혹은 아르곤가스등의 가스도입구 (16)가 형성되어있고, 이 가스도입구(16)로부터 도입된 상기한 가스는 방전헤드유닛(3)내에 형성한 가스통로(17)를 거쳐서 절연성내열재(8)와 전극지지부재(9)에 형성되어있는 중앙공간(18)으로 도입되고, 가스류로서 방전헤드유닛(3)으로부터 처리대상물(W)로 향해서 분출된다.

또한 처리되는 원판상 처리대상물로서는 웨이퍼등의 박판원판만이 아니고, 원주둘레에 세워진 원주벽을 갖는 얇은 접시용기등을 생각할 수 있다.

또 이 플라스마 방전장치로부터 출사되는 플라스마로서의 처리로서는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌, PTFE(폴리4불화에틸렌)등의 수지에 대해서 도료를 도포하는 경우나 인쇄를 실시하는 경우에 그 표면의 발수성을 친수성으로 품질개량 하거나 유리, 세라믹스, 금속, 반도체등의 표면에 부착한 유기물을 세정하거나 살균, 멸균하거나 에칭하거나 품질개량하거나 하는 등의 각종의 표면처리나 얇은접시용기내에 저장되어있는 액체표면의 처리 등을 생각할 수가 있다.

<실시예>

텅스텐으로 형성한 방전전극(6),(7)에 50Hz∼100kHz, 바람직하게는 20∼80 kHz, 2∼15kv 의 고주파전력을 인가해서 방전전극(6),(7)간에 코로나 방전이 생기게함과 동시에 40∼100ℓ/min 의 공기를 가스통로(17)에 공급한다.

처리대상물(W)을 탑재 고정시키고 있는 회전대(1)의 회전수를 1초당 1∼2회전으로 설정하고, 처리대상물(W)에 3∼5초정도 플라스마류를 조사했다.

본 발명은 수지의 표면을 품질개량 하거나 유리, 세라믹스, 금속, 반도체등의 표면을 세정하거나 살균, 멸균하거나 에칭하거나 품질개량하거나 하는 등의 표면처리에 이용할 수가 있다.

Claims (3)

1. 한쌍의 막대형상 방전전극(6),(7)에 펄스전압을 인가해서 그들 방전전극 (6), (7)간에 코로나방전을 생기게 하여 이 코로나방전에 의해 생성되는 플라스마를 포함하는 여기종을 피처리물(W)의 표면에 조사하는 플라스마 방전장치로서, 한쌍의 막대형상 방전전극(6),(7)을 비대칭의 형상으로 형성하고, 한쪽의 방전전극(6)의 첨단부(6a)와 다른쪽의 방전전극(7)의 첨단부(7a)를 플라스마 출사방향에 따르는 축에서의 다른 위상높이로 위치시킨 것을 특징으로 하는 플라스마방전장치.
2. 한쪽의 방전전극(6)을 대략 く자형으로 형성함과 동시에, 다른 쪽의 방전전극 (7)을 대략 レ자형으로 형성하고 대략 く자형으로 형성한 방전전극(6)의 첨단부 (6a)를 플라스마 출사방향에서의 전방에 위치시키고 있는 청구항 1에 기재된 플라스마방전장치.
3. 대략 く자형으로 형성한 방전전극(6)의 첨단부(6a)를 회전을 수반해서 처리되는 원판상 처리대상물(W)의 외부원주부분에 위치시킴과 동시에, 대략 レ자형으로 형성한 다른 쪽의 방전전극(7)에 있어서의 절곡 연출기단부분을 회전을 수반해서 처리되는 원판상처리대상물(W)의 회전중심부분에 위치시키고 있는 청구항 2에 기재된 플라스마방전장치.

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