TW202130225A - 負離子生成裝置及負離子生成方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供一種能夠不依賴於對象物而良好地照射負離子之負離子生成裝置及負離子生成方法。 [解決手段]負離子生成裝置(1)具備能夠對基板(11)施加偏壓之電壓施加部(8)。因此，在負離子生成部(4)生成負離子之時刻，電壓施加部(8)對基板(11)施加偏壓，藉此負離子照射到對象物。負離子生成裝置(1)的電壓施加部(8)具有至少能夠施加高頻的電壓訊號之電源(36)。因此，電壓施加部(8)藉由施加高頻的電壓訊號，對絕緣物亦使電流持續地流過，從而能夠照射負離子(參閱圖4)。藉此，能夠不依賴於對象物而良好地照射負離子。

Description

負離子生成裝置及負離子生成方法
本發明係有關一種負離子生成裝置及負離子生成方法。
以往，作為負離子生成裝置，已知有專利文獻1中記載之負離子生成裝置。該負離子生成裝置具備：氣體供給部，向腔室內供給成為負離子的原料之氣體；以及負離子生成部，在腔室內藉由生成電漿來生成負離子。負離子生成部藉由電漿在腔室內生成負離子，藉此將該負離子照射到對象物。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-025407號專利公報
[發明欲解決之課題]
在此，在如上述那樣的負離子生成裝置中，有時將絕緣物作為對象物照射負離子。此時，存在負離子生成裝置不能夠對絕緣物充分地照射負離子之問題。因此，要求即使在對象物為絕緣物之情況下，亦不依賴於對象物而良好地照射負離子。
因此，本發明的目的為，提供一種能夠不依賴於對象物而良好地照射負離子之負離子生成裝置及負離子生成方法。 [解決課題之手段]
為了解決上述課題，本發明之負離子生成裝置係生成負離子並照射到對象物之負離子生成裝置，其係具備：腔室，係在內部進行負離子的生成；負離子生成部，係藉由在腔室內生成電漿來生成負離子；以及電壓施加部，係能夠對對象物施加偏壓；電壓施加部具有至少能夠施加高頻的電壓訊號之電源。
本發明之負離子生成裝置具備能夠對對象物施加偏壓之電壓施加部。因此，在負離子生成部生成負離子之時刻，電壓施加部對對象物施加偏壓，藉此負離子照射到對象物。其中，電壓施加部具有至少能夠施加高頻的電壓訊號之電源。因此，電壓施加部藉由施加高頻的電壓訊號，對絕緣物亦使電流持續地流過，從而能夠照射負離子。藉此，能夠不依賴於對象物而良好地照射負離子。
電源可以疊加高頻的電壓訊號和直流的電壓訊號。此時，電壓施加部能夠僅將負離子照射到對象物。
電源可以具有調整直流的電壓訊號之調整機構。藉此，電壓施加部例如在照射正離子和負離子這兩者時等，疊加基於調整機構之直流的電壓訊號，能夠調整正離子的量。
本發明之負離子生成裝置係生成負離子並照射到對象物之負離子生成裝置，其係具備：腔室，係在內部進行負離子的生成；負離子生成部，係藉由在腔室內生成電漿來生成負離子；以及電壓施加部，係能夠對對象物施加偏壓，電壓施加部具有配置部；該配置部用於配置至少能夠施加高頻的電壓訊號之電源。
本發明之負離子生成方法係生成負離子並照射到對象物之負離子生成方法，其係包括：負離子生成步驟，係藉由在腔室內生成電漿來生成負離子；以及電壓施加步驟，係對對象物施加偏壓；在電壓施加步驟中，至少將高頻的電壓訊號施加到對象物。
依據該等負離子生成裝置及負離子生成方法，能夠得到與上述負離子生成裝置相同的作用/效果。 [發明效果]
依據本發明，能夠提供一種能夠不依賴於對象物而良好地照射負離子之負離子生成裝置及負離子生成方法。
以下，參閱圖式對本發明的一實施形態之負離子生成裝置進行說明。另外，在附圖的說明中，對相同的要件賦予相同的元件符號，並省略重複說明。
首先，參閱圖1對本發明的實施形態之負離子生成裝置的結構進行說明。圖1係表示本實施形態之負離子生成裝置的結構之概略剖面圖。另外，為了方便說明，圖1中示出XYZ座標系統。X軸方向為作為對象物之基板的厚度方向。Y軸方向及Z軸方向為與X軸方向正交之同時彼此正交之方向。
如圖1所示，本實施形態的負離子生成裝置1具備腔室2、對象物配置部3、負離子生成部4、氣體供給部6、電路部7、電壓施加部8及控制部50。
腔室2為用於容納基板11(對象物)並進行負離子的照射處理之構件。腔室2係在內部進行負離子的生成之構件。腔室2由導電性的材料構成，並且與接地電位連接。
腔室2具備與X軸方向對向之一對壁部2a、2b、與Y軸方向對向之一對壁部2c、2d及與Z軸方向對向之一對壁部(未圖示)。另外，在X軸方向的負側配置有壁部2a，在正側配置有壁部2b。在Y軸方向的負側配置有壁部2c，在正側配置有壁部2d。
對象物配置部3配置成為負離子的照射對象物之基板11。對象物配置部3設置於腔室2的壁部2a。對象物配置部3具備載置構件12和連接構件13。載置構件12及連接構件13由導電性的材料構成。載置構件12為用於在載置面12a上載置基板11之構件。載置構件12安裝於壁部2a，且配置於腔室2的內部空間內。載置面12a為以與X軸方向正交之方式擴展之平面。藉此，基板11以與X軸方向正交之方式，以與ZY平面平行之方式，載置於載置面12a上。連接構件13為將載置構件12與電壓施加部8電連接之構件。連接構件13貫通壁部2a延伸至腔室2外。載置構件12及連接構件13與腔室2絕緣。
在本實施形態中，成為負離子照射的對象之基板11，採用絕緣物的材料。作為絕緣物的基板11，例如可舉出玻璃基板、SiO2 、SiON、AlN、Al2 O3 、Si3 N4 等精細陶瓷、加入了酚樹脂、環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、特氟龍(Teflon)(註冊商標)/氟樹脂等樹脂之基板、聚醯亞胺、PET等撓性基板的材料。
接著，對負離子生成部4的構成進行詳細說明。負離子生成部4在腔室2內生成電漿及電子，藉此生成負離子及自由基等。負離子生成部4具備電漿槍14和陽極16。
電漿槍14例如為壓力梯度型電漿槍，其本體部分設置於腔室2的壁部2c，與腔室2的內部空間連接。電漿槍14具有氣體供給部(未圖示)，供給Ar或He等稀有氣體，生成電漿。電漿槍14在腔室2內生成電漿P。在電漿槍14中生成之電漿P從電漿口向腔室2的內部空間以射束狀射出。藉此，在腔室2的內部空間生成電漿P。
陽極16為將來自電漿槍的電漿P引導至所期望的位置之機構。陽極16為具有用於誘導電漿P之電磁體之機構。陽極16設置於腔室的壁部2d，配置於與電漿槍14在Y軸方向上相對之位置。藉此，電漿P從電漿槍14射出，一邊朝向Y軸方向的正側一邊在腔室2的內部空間擴散後，在收斂之同時引導至陽極16。另外，電漿槍14與陽極16的位置關係並不限定於上述，只要能夠生成負離子，則可以採用任何位置關係。
氣體供給部6配置於腔室2的外部。氣體供給部6通過形成於壁部2d之氣體供給口26，向腔室2內供給氣體。氣體供給口26形成於負離子生成部4與對象物配置部3之間。在此，氣體供給口26形成於壁部2d的X軸方向的負側的端部與陽極16之間的位置。但是，氣體供給口26的位置沒有特別限定。氣體供給部6供給成為負離子的原料之氣體。作為氣體，例如可以採用O- 等成為負離子的原料之O2 、NH- 等作為氮化物的負離子的原料之NH2 、NH4 ，除此以外，C- 或Si- 等成為負離子的原料之C2 H6 、SiH4 等。另外，氣體亦包括Ar等稀有氣體。
電路部7具有可變電源30、第1配線31、第2配線32、電阻器R1~R3及開關SW1。可變電源30隔著處於接地電位之腔室2，將負電壓施加到電漿槍14的陰極21，將正電壓施加到陽極16。藉此，可變電源30在電漿槍14的陰極21與陽極16之間產生電位差。第1配線31電連接電漿槍14的陰極21與可變電源30的負電位側。第2配線32將陽極16與可變電源30的正電位側電連接。電阻器R1在第1中間電極22與可變電源30之間串列連接。電阻器R2在第2中間電極23與可變電源30之間串列連接。電阻器R3在腔室2與可變電源30之間串列連接。開關SW1藉由接收來自控制部50的指令訊號，切換接通/斷開狀態。開關SW1與電阻器R2並列連接。開關SW1在生成電漿P時成為斷開狀態。另一方面，開關SW1在停止電漿P時成為接通狀態。
電壓施加部8對基板11施加偏壓。電壓施加部8具有：電源36，對基板11施加偏壓；第3配線37，連接電源36與對象物配置部3；以及開關SW2，設置於第3配線37上。電源36施加正電壓作為偏壓。第3配線37的一端與電源36的正電位側連接，並且另一端與連接構件13連接。藉此，第3配線37經由連接構件13及載置構件12將電源36與基板11電連接。開關SW2藉由控制部50切換其接通/斷開狀態。開關SW2在生成負離子時，在規定的時刻成為接通狀態。當開關SW2為接通狀態時，連接構件13與電源36的正電位側彼此電連接，向連接構件13施加偏壓。另一方面，開關SW2在生成負離子時的規定的時刻成為斷開狀態。當開關SW2為斷開狀態時，連接構件13與電源36彼此電斷開，偏壓不施加到連接構件13，連接構件13成為浮游狀態。另外，對電壓施加部8的更詳細的結構在後面描述。
控制部50為控制負離子生成裝置1整體之裝置，具備統括管理裝置整體之ECU[Electronic Control Unit：電子控制單元]。ECU為具有CPU[Central Processing Unit：中央處理單元]、ROM[Read Only Memory：唯讀記憶體]、RAM[Random Access Memory：隨機存取記憶體]、CAN[Controller Area Network：控制器區域網路]通信電路等之電子控制單元。在ECU中，例如將存儲於ROM中之程式讀取到RAM，並由CPU執行讀取到RAM之程式，藉此實現各種功能。ECU亦可以由複數個電子單元構成。
控制部50配置於腔室2的外部。又，控制部50具備：氣體供給控制部51，控制基於氣體供給部6之氣體供給；電漿控制部52，控制基於負離子生成部4之電漿P的生成；以及電壓控制部53，控制基於電壓施加部8之偏壓的施加。控制部50進行控制，以進行重複電漿P的生成和停止之間歇運轉。
在藉由電漿控制部52的控制，開關SW1成為斷開狀態時，來自電漿槍14的電漿P向腔室2內射出，因此在腔室2內生成電漿P。電漿P將中性粒子、正離子、負離子(存在氧氣等負性氣體之情況下)及電子作為構成物質。在藉由電漿控制部52的控制，開關SW1成為接通狀態時，來自電漿槍14的電漿P不向腔室2內射出，因此腔室2內的電漿P的電子溫度急劇降低。因此，電子容易附著於供給至腔室2內之氣體的粒子上。藉此，在生成室10b內有效地生成負離子。電壓控制部53在電漿P停止之時刻，控制電壓施加部8對基板11施加正偏壓。藉此，腔室2內的負離子引導至基板11，負離子照射到基板11上。
圖2係表示電漿P的接通/斷開的時刻和正離子及負離子向對象物的飛來狀況之曲線圖。圖中，記載為「接通(ON)」之區域表示電漿P的生成狀態，記載為「斷開(OFF)」之區域表示電漿P的停止狀態。在時間t1的時刻，電漿P停止。在電漿P的生成中，大量生成正離子。此時，在腔室2中亦大量生成電子。而且，當電漿P停止時，正離子急劇減少。此時，電子亦減少。負離子在電漿P停止後，從經過規定時間之時間t2急劇增加，在時間t3成為峰。另外，正離子及電子從電漿P停止後減少並在時間t3附近，正離子的量與負離子的量相同，電子幾乎消失。
接著，參閱圖3及圖4對電壓施加部8進行更詳細的說明。圖3中(a)係表示本實施形態之負離子生成裝置1的電壓施加部8的詳細的結構之圖。圖4係表示電壓施加部8施加偏壓時的電壓及電流的波形之曲線圖。
如圖3中(a)所示，電壓施加部8的電源36係能夠施加高頻(RF)的電壓訊號之電源。又，電源36係能夠將高頻的電壓訊號和直流(DC)的電壓訊號疊加之電源。電漿P的接通/斷開的間歇週期例如為60Hz，能夠以其以上的頻率施加為較佳。因此，高頻的電壓訊號的頻率較佳為10kHz以上，更佳為13.56MHz以上。另外，高頻的電壓訊號的頻率的上限沒有特別限定，可以為13.56MHz以下。
高頻的電壓訊號的頻率可以藉由使用者操作設置於電源36上之調整機構61來進行調整。或者，電源36的高頻的電壓訊號的頻率亦可以設定為基於控制部50的電壓控制部53的控制訊號之值。又，電源36亦能夠停止高頻的電壓訊號。高頻的電壓訊號的停止可以藉由使用者操作設置於電源36上之切換部62來進行切換。或者，控制部50的電壓控制部53亦可以切換高頻的電壓訊號的停止。電源36具有調整直流的電壓訊號之調整機構63。該調整機構63藉由使用者的操作來進行調整。或者，控制部50的電壓控制部53亦可以調整直流的電壓訊號。
電壓施加部8具有用於配置電源36之配置部71。該配置部71係構成為能夠配置高頻用電源36之區域。配置部71例如由配電箱或配電基板等構成，亦具有用於連接電源36與第3配線37之機構。因此，作業者將電源36配置並組裝於配置部71，藉此能夠將電源36直接與第3配線連接。電壓施加部8具有用於配置開關SW2之配置部72。該配置部72係構成為能夠配置開關SW2之區域。配置部72與配置部71同樣地，由配電箱或配電基板等構成。另外，配置部72亦可以設置於與配置部71相同的配電箱或配電基板的一區隔。
能夠疊加高頻的電壓訊號之電源36可以在負離子生成裝置1交貨到現場之時點，設置於該負離子生成裝置1中。除此以外，亦可以藉由將已設的負離子生成裝置的電源更換為本實施形態的電源36來構成負離子生成裝置1。例如，在已設的負離子生成裝置中，如圖3中(b)所示，在配置部71中僅組裝有直流的電源136，在配置部72中組裝有直流用開關SW12。使用者將電源136從配置部71卸下，重新將電源36組裝到配置部71中。此時，在直流用開關SW12為僅通過恆定電壓以上的電壓訊號之類型之情況下，不能用作高頻的電源36用開關。此時，使用者將開關SW12從配置部72卸下，重新將開關SW2組裝到配置部72中。另外，在開關SW12不具有如上述那樣的限制之情況下，能夠將開關SW12直接作為開關SW2流用。配置於配置部71之電源36能夠利用一台同時處理高頻的電壓訊號和直流的電壓訊號。但是，亦可以在配置部71上並列連接配置一台高頻專用電源和一台直流專用電源。亦即，電源36亦可以由複數台電源的組合構成。
接著，參閱圖4對電壓施加部8施加偏壓時的電壓及電流的波形進行說明。電壓施加部8在電漿P為斷開並且負離子在腔室內大量存在之時刻，施加偏壓。具體而言，在圖2所示之時間區域E1的時刻，施加如圖4所示之偏壓。圖4中(b)示出電壓施加部8僅施加高頻的電壓訊號，將直流的電壓訊號設為0時的電壓及電流的波形。如圖4中(b)的上段的電壓的曲線圖所示，在僅為高頻的電壓訊號之情況下，偏壓交替地重複正電壓和負電壓。當偏壓為正時，負離子照射到基板11上，當偏壓為負時，正離子照射到基板11上。因此，如圖4中(b)的下段的電流的曲線圖所示，在照射正離子之時刻，電流的朝向相反。作為例子，在時間區域E1的時刻進行了施加，但在容許電子照射之情況下，亦可以從時間t1、t2的時點施加偏壓。
如上所述，在僅施加高頻的電壓訊號之情況下，負離子和正離子這兩者照射到基板11上，因此使用者藉由疊加正的直流的電壓訊號，能夠調整負離子與正離子的比例。在欲對基板11僅照射負離子之情況下，如圖4中(a)的上段的曲線圖所示，調整直流的電壓訊號，以使在所有相位上成為「高頻+直流＞0V」。 此時，對基板11僅照射負離子，因此如圖4中(a)的下段的曲線圖所示，電流不流向相反側。另外，在容許對基板11照射少量正離子之情況下，例如可以以「高頻+直流＞-(高頻的波高值/2)」的關係進行控制。或者，如圖4中(b)所示，可以僅施加高頻的電壓訊號。
依據圖4中說明之內容，對負離子生成方法進行說明。在該方法中，首先，負離子生成部4執行藉由在腔室2內生成電漿P來生成負離子之負離子生成步驟。接著，電壓施加部8執行對基板11施加偏壓之電壓施加步驟。此時，在電壓施加步驟中，至少將高頻的電壓訊號施加到基板11上。預先設定對高頻的電壓訊號疊加何種程度大小的直流的電壓訊號或者不疊加等。藉此，對基板11照射負離子。
接著，對本實施形態之負離子生成裝置1及負離子生成方法的作用/效果進行說明。
本實施形態之負離子生成裝置1具備能夠對基板11施加偏壓之電壓施加部8。因此，在負離子生成部4生成負離子之時刻，電壓施加部8對基板11施加偏壓，藉此負離子照射到對象物。
在此，參閱圖5對比較例之負離子生成裝置進行說明。比較例之負離子生成裝置具有僅能施加直流的電壓訊號之電源。因此，作為偏壓，如圖5的上段所示之曲線圖那樣，持續施加恆定大小的電壓。此時，如下段所示之曲線圖那樣，施加開始時流過電流，但由於基板11為絕緣物，因此電流立即降低，然後，電流停止流動。如此，在比較例之負離子生成裝置中，不能對作為絕緣物之基板11良好地照射負離子。
與此相對，本實施形態之負離子生成裝置1的電壓施加部8具有至少能夠施加高頻的電壓訊號之電源36。因此，電壓施加部8藉由施加高頻的電壓訊號，對絕緣物亦使電流持續地流過，從而能夠照射負離子(參閱圖4)。藉此，能夠不依賴於對象物而良好地照射負離子。
電源36可以疊加高頻的電壓訊號和直流的電壓訊號。此時，電壓施加部8能夠僅將負離子照射到基板11上。
電源36可以具有調整直流的電壓訊號之調整機構63。藉此，電壓施加部8例如在照射正離子和負離子這兩者時等，疊加基於調整機構63之直流的電壓訊號，能夠調整正離子的量。
本實施形態之負離子生成裝置1係生成負離子並照射到基板11上之負離子生成裝置1，其係具備：腔室2，在內部進行負離子的生成；負離子生成部4，藉由在腔室2內生成電漿P來生成負離子；以及電壓施加部8，能夠對基板11施加偏壓，電壓施加部8具有配置部71，該配置部71用於配置至少能夠施加高頻的電壓訊號之電源36。
本實施形態之負離子生成方法係生成負離子並照射到基板11上之負離子生成方法，其係包括：負離子生成步驟，係藉由在腔室2內生成電漿P來生成負離子；以及電壓施加步驟，係對基板11施加偏壓，在電壓施加步驟中，至少施加高頻的電壓訊號。
依據該等負離子生成裝置1及負離子生成方法，能夠得到與上述負離子生成裝置1相同的作用/效果。
本發明並不限定於上述實施形態。
例如，在上述實施形態中，將電漿槍14設為壓力梯度型電漿槍，但電漿槍14只要能夠在腔室2內生成電漿即可，並不限於壓力梯度型電漿槍。
又，在上述實施形態中，在腔室2內僅設置有一組電漿槍14和引導電漿P之陽極16的組，但亦可以設置複數組。又，亦可以從複數個電漿槍14向一個部位供給電漿P。
1:負離子生成裝置 2:腔室 4:負離子生成部 8:電壓施加部 11:基板(對象物) 36:電源 53:電壓控制部(調整機構) 63:調整機構
[圖1]為表示本實施形態之負離子生成裝置的結構之概略剖面圖。 [圖2]為表示電漿P的接通(ON)/斷開(OFF)的時刻和正離子及負離子向對象物的飛來狀況之曲線圖。 [圖3]為表示負離子生成裝置的電壓施加部的詳細的結構之圖。 [圖4]為表示本實施形態之負離子生成裝置的電壓施加部施加偏壓時的電壓及電流的波形之曲線圖。 [圖5]為表示比較例之負離子生成裝置的電壓施加部施加偏壓時的電壓及電流的波形之曲線圖。
1:負離子生成裝置
2:腔室
2a,2b,2c,2d:壁部
3:對象物配置部
4:負離子生成部
6:氣體供給部
7:電路部
8:電壓施加部
11:基板(對象物)
12:載置構件
13:連接構件
14:電漿槍
16:陽極
21:陰極
22:第1中間電極
23:第2中間電極
26:氣體供給口
30:可變電源
31:第1配線
32:第2配線
36:電源
37:第3配線
50:控制部
51:氣體供給控制部
52:電漿控制部
53:電壓控制部
P:電漿
R1,R2,R3:電阻器
SW1,SW2:開關
X,Y,Z:軸方向

Claims (5)

  1. 一種生成負離子並照射到對象物之負離子生成裝置，其係具備： 腔室，係在內部進行前述負離子的生成； 負離子生成部，係藉由在前述腔室內生成電漿來生成前述負離子；以及 電壓施加部，係能夠對前述對象物施加偏壓； 前述電壓施加部具有至少能夠施加高頻的電壓訊號之電源。
  2. 如請求項1之負離子生成裝置，其中， 前述電源疊加前述高頻的電壓訊號和直流的電壓訊號。
  3. 如請求項2之負離子生成裝置，其中， 前述電源具有調整前述直流的電壓訊號之調整機構。
  4. 一種生成負離子並照射到對象物之負離子生成裝置，其係具備： 腔室，係在內部進行前述負離子的生成； 負離子生成部，係藉由在前述腔室內生成電漿來生成前述負離子；以及 電壓施加部，係能夠對前述對象物施加偏壓； 前述電壓施加部具有配置部，前述配置部用於配置至少能夠施加高頻的電壓訊號之電源。
  5. 一種生成負離子並照射到對象物之負離子生成方法，其係包括： 負離子生成步驟，係藉由在腔室內生成電漿來生成前述負離子；以及 電壓施加步驟，係對前述對象物施加偏壓； 在前述電壓施加步驟中，至少將高頻的電壓訊號施加到前述對象物。
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