JP4630874B2 - Atmospheric pressure large area glow plasma generator - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ発生装置に関し、より詳細には、大気圧下で安定した低温グロー放電プラズマを提供することができる大気圧大面積プラズマ発生装置に関する。 The present invention relates to a plasma generator, and more particularly to an atmospheric pressure and large area plasma generator capable of providing a low temperature glow discharge plasma that is stable at atmospheric pressure.
プラズマ(plasma)は、イオン化した気体であって、プラズマを構成する粒子は、気体、液体、固体などのエネルギー障壁を容易に乗り越えて原子及び分子の鎖を切り、新しい分子及び原子を再結合することができる。従って、プラズマは、他の方法で到達しがたい化学反応特性と物理反応特性を容易に提供することができる。また、プラズマの特性に因って、プラズマを用いた加工は、いろいろな産業分野において広く使用されている。 A plasma is an ionized gas, and the particles that make up the plasma can easily overcome energy barriers such as gases, liquids, and solids, break atoms and molecules, and recombine new molecules and atoms. be able to. Thus, plasma can easily provide chemical and physical reaction properties that are difficult to reach by other methods. Further, due to the characteristics of plasma, processing using plasma is widely used in various industrial fields.
実際、現代産業において、プラズマの応用技術は、高機能、高強度、高加工性を要求する物質から、各種素材の表面処理、イオン注入、有機−無機膜蒸着及び除去、洗浄作業、毒性物質の除去、殺菌など尖端材料や電子、環境産業に至るまで多くの分野において試みられている。また、プラズマ加工技術は、従来の機械加工技術の限界を容易に克服することができるので、微細パターンが必要な半導体、LCD、MEMSなどの分野において製品及び部品を製造する核心装備として使用されている。 In fact, in modern industry, plasma application technology is applied to materials that require high performance, high strength, and high workability, surface treatment of various materials, ion implantation, organic-inorganic film deposition and removal, cleaning work, and toxic substances. Attempts have been made in many fields ranging from point materials such as removal and sterilization to electronics and environmental industries. In addition, plasma processing technology can easily overcome the limitations of conventional machining technology, so it is used as a core equipment for manufacturing products and parts in the fields of semiconductors, LCDs, MEMS, etc. that require fine patterns. Yes.
しかしながら、従来のプラズマは、高温及び真空の雰囲気下で生成されなければならないので、プラズマ加工技術を実際に応用するのに多くの困難がある。 However, since the conventional plasma must be generated under a high temperature and vacuum atmosphere, there are many difficulties in actually applying the plasma processing technology.
一旦、プラズマを生成するために、周辺温度を高温で調節すれば、低い温度下で処理されなければならないポリマーなどの物質に悪い影響を及ぼすことができ、温度の影響を最小化するために、短時間に処理されなければならない工程では、その処理条件を制御することが難しいという短所がある。 Once the ambient temperature is adjusted at a high temperature to generate a plasma, it can adversely affect materials such as polymers that must be processed at a low temperature, and to minimize the effects of temperature, In a process that must be processed in a short time, it is difficult to control the processing conditions.
また、プラズマを真空で生成するためには、クローズドシステムを形成しなければならないが、クローズドシステムでは、物質が移動しながら行われるべき連続工程や自動化工程で具現化することが難しいという短所がある。また、真空チャンバーを形成するための高価の装備を購入し且つ維持しなければならないという負担もある。 In addition, in order to generate plasma in vacuum, a closed system must be formed. However, the closed system has a disadvantage that it is difficult to implement in a continuous process or an automated process that should be performed while a substance is moving. . There is also a burden that expensive equipment for forming the vacuum chamber must be purchased and maintained.
従って、低温プラズマを真空でなく大気圧下で連続工程で使用することができれば、既存の真空低温プラズマのクローズドシステムで具現することが難しかった連続工程及び自動化工程を実現することができ、プラズマ加工を具現するシステム自体が単純化され、産業的に無限に応用されることができる。また、大気圧低温プラズマ加工が産業ラインに含まれることによって、実時間でプラズマ加工を行うことができ、これにより、生産性を顕著に高めることができると期待される。 Therefore, if low-temperature plasma can be used in a continuous process under atmospheric pressure instead of a vacuum, it is possible to realize a continuous process and an automated process that were difficult to be realized with an existing vacuum low-temperature plasma closed system. The system that embodies the above is simplified and can be applied infinitely industrially. In addition, by including atmospheric pressure low temperature plasma processing in the industrial line, plasma processing can be performed in real time, which is expected to significantly increase productivity.
一例として、情報技術、MEMS、半導体、ナノ、バイオ技術などを具現するにあたって、更に高機能性、高強度、高メモリ、高集積度を有する部品が要求されている。このような部品を製造するにあたって、基礎工程としての洗浄は、これ以上周辺技術でなく核心技術として位置付けられるようになった。しかしながら、洗浄のために化学薬品、超音波、水噴射(water jet)などを利用する既存のウェット洗浄方法は、環境汚染を引き起こすことができ、貴重な水を相当量消費するしかないという大きな問題点を有している。 As an example, in realizing information technology, MEMS, semiconductor, nano, biotechnology, etc., parts having higher functionality, higher strength, higher memory, and higher degree of integration are required. In manufacturing such parts, cleaning as a basic process has been positioned as a core technology rather than a peripheral technology. However, existing wet cleaning methods that use chemicals, ultrasonics, water jets, etc. for cleaning can cause environmental pollution and can only consume significant amounts of valuable water. Has a point.
このようなウェット洗浄の問題点を解決するために、いろいろな紫外線(UV)、オゾン、二酸化炭素、大気圧低温プラズマなどのドライ処理方案が最近提示されている。UVやオゾンプラズマ処理を行う場合、環境汚染物質の過多排出、処理速度の限界、処理機能の制限、維持補修の困難性などのような問題点がある。また、極低温二酸化炭素処理の場合、高価の装備、処理速度の限界、処理機能の限界という難しさがある。これより、大気圧低温プラズマは、このようなウェット処理の問題点を解決できると共に、既存のドライ処理の難しさをも解決できる強力な加工方法として登場している。 In order to solve such problems of wet cleaning, various dry processing methods such as ultraviolet (UV), ozone, carbon dioxide, and atmospheric pressure low temperature plasma have recently been proposed. When UV or ozone plasma processing is performed, there are problems such as excessive discharge of environmental pollutants, processing speed limitations, processing function limitations, and difficulty in maintenance and repair. Further, in the case of the cryogenic carbon dioxide treatment, there are difficulties such as expensive equipment, processing speed limit, and processing function limit. Thus, atmospheric pressure low temperature plasma has emerged as a powerful processing method that can solve such problems of wet processing and also solve the difficulties of existing dry processing.
大気圧低温プラズマの大気圧放電において、システムの気圧増加は、電子自由運動距離(mean free path)の顕著な減少を伴い、これにより、電気放電条件の極端化を要求する。従って、既存の技術による大気圧電気放電は、非常に強い電場を要求するので、真空放電に比べて極めて大きい電圧を必要とする問題を引き起こす。従って、大気圧で容易に安価で且つ大量でプラズマを生産するための技術が必要となっている。 In atmospheric pressure discharge of atmospheric low temperature plasma, the increase in system pressure is accompanied by a significant decrease in mean free path, thereby requiring extreme electrical discharge conditions. Therefore, the atmospheric pressure electric discharge according to the existing technology requires a very strong electric field, which causes a problem that requires a very large voltage compared to the vacuum discharge. Accordingly, there is a need for a technique for producing plasma in a large amount that is easily inexpensive at atmospheric pressure.
このような要求に対応して、現在開発中の大気圧低温プラズマ発生装置の大部分がDBD(Dielectric Barrier Discharge)放電法を使用している。DBD放電法は、1つ以上の誘電体(Dielectric Barrier)を電極に密着させてプラズマを放電させる方法であって、真空状態で可能なグロー(glow)放電を生成することができるという長所がある。参考として、本明細書において、大気圧とは、科学定義による大気圧以外にも、それと類似な大気圧付近の圧力をも含むと言える。 In response to such demands, most of the atmospheric pressure low-temperature plasma generators currently under development use the DBD (Dielectric Barrier Discharge) discharge method. The DBD discharge method is a method of discharging plasma by bringing one or more dielectric barriers into close contact with an electrode, and has an advantage of being able to generate a glow discharge that is possible in a vacuum state. . As a reference, in this specification, it can be said that the atmospheric pressure includes a pressure in the vicinity of atmospheric pressure similar to that in addition to the atmospheric pressure defined by science.
図1は、従来のDBD放電法を説明するための概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a conventional DBD discharge method.
図1を参照すれば、プラズマ発生装置10は、電源極20及び接地極30を含み、接地極30に対向する電源極20の表面には、誘電体膜40が形成されている。電源極20に、所定の周波数を有するRF電源を印加することによって、大気圧下でも電源極20と接地極30との間に低温プラズマが生成されることができ、電源極20と接地極30との間に、非活性ガスを含む反応ガスを提供することによって、オゾン及びラジカルなどのように活性が高い粒子を容易に大量で生成することができる。この際、生成されるプラズマは、被処理物の熱変形を起こさない程度に温度が低いため、金属ばかりでなく、プラスチック及びガラスなどの材質なども処理することができ、電源極20と接地極30との間を通過する被処理物の表面上に洗浄や酸化膜形成などを行うことができる。
Referring to FIG. 1, the
また、DBD放電法によるプラズマ発生装置10は、大気圧で放電できるため、真空放電によるプラズマ発生装置に比べて一層安価であり、空間に対する制約をほとんど受けず、実時間(in-line)連続工程又は自動化工程にも適用することができるなどその適用可能分野がさらに広くなる。
In addition, since the
DBD放電法によるプラズマを生成するために、一般的に、電源極20には、約400KHz以下の低周波電源が印加される。低周波電源を使用する場合、同じパワー条件で低周波電源の電圧が高周波電源の電圧より高いため、低周波電源でプラズマがさらに容易に発生する。しかしながら、低周波電源を使用する場合には、電流が小さく、生成されるプラズマの密度が低いため、処理速度が遅いという問題点がある。また、被処理物が金属である場合には、アーク(Arc)及び試料の電荷蓄積による試料損傷(charge damage)が発生するという問題があり、大気圧下でも、オープン空間では、グロープラズマを具現することが難しいという短所がある。
In order to generate plasma by the DBD discharge method, a low frequency power supply of about 400 KHz or less is generally applied to the
低周波電源に比べて約13.56MHz以上の高周波電源では、同一のパワー条件で相対的に低い電圧を維持するようになり、電流が低周波電源に比べて10〜100倍以上流れるようになる。従って、高周波電源を使用する場合には、低周波電源を使用する場合より相対的に高い密度のプラズマを生成することができ、プラズマを利用した加工技術の処理速度をも顕著に増加させることができる。 A high-frequency power source of about 13.56 MHz or higher compared to the low-frequency power source maintains a relatively low voltage under the same power condition, and the current flows 10 to 100 times or more compared to the low-frequency power source. . Therefore, when using a high frequency power supply, plasma with a relatively higher density can be generated than when using a low frequency power supply, and the processing speed of a processing technique using plasma can be significantly increased. it can.
しかしながら、高周波電源を使用する場合、小さい面積でもプラズマ発生に必要な電力消耗が大きく、プラズマが発生しても、発生したプラズマが不安定なので、被処理物が移送される途中に、プラズマがオフとなるという問題が発生する。また、金属材質の被処理物を加工する場合には、高パワーに起因して、アークが発生する恐れがかなり高いという問題がある。 However, when using a high-frequency power supply, the power consumption necessary for plasma generation is large even in a small area, and even if plasma is generated, the generated plasma is unstable, so the plasma is turned off while the workpiece is being transferred. The problem of becoming occurs. Further, when processing a metal workpiece, there is a problem that the risk of arcing is considerably high due to high power.
図2は、グロープラズマの特性を説明するための電流−電圧特性曲線を示すグラフである。 FIG. 2 is a graph showing a current-voltage characteristic curve for explaining the characteristics of glow plasma.
図2を参照すれば、正常的なグロープラズマを生成する場合の電流−電圧特性曲線は、2つの地点B、Eでピーク(peak)を有し、両ピーク間の電流差が大きいほど安定したグロープラズマを生成することができると言える。初期状態Aからパワーを徐々に増加させると、電圧及び電流が増加するようになり、一番目のピークBを通過しつつグロープラズマが発生し始まる。これにより、電極間の電圧は、急激に低下するようになり、一定の区間の間は、パワーを増加させても、電流C−Dのみ増加し、電圧が一定に維持される。このように電圧が一定の区間で正常的なグロープラズマが生成され、この区間が広いほど導体物質が電極間を通過するなどの変化環境があっても、アークが発生することなく、安定したプラズマを生成することができる。そして、一定以上のパワーが供給されると、非正常のグロープラズマが生成され(D−E)、2番目のEを通過しつつ電圧が減少するようになり、アークが発生するようになる。 Referring to FIG. 2, the current-voltage characteristic curve when a normal glow plasma is generated has peaks at two points B and E, and becomes more stable as the current difference between the two peaks increases. It can be said that glow plasma can be generated. When the power is gradually increased from the initial state A, the voltage and current increase, and glow plasma begins to be generated while passing through the first peak B. As a result, the voltage between the electrodes rapidly decreases, and during a certain period, even if the power is increased, only the current CD is increased and the voltage is kept constant. In this way, a normal glow plasma is generated in a section where the voltage is constant, and the wider the section, the more stable the plasma without arcing even if there is a changing environment such as the conductor material passing between the electrodes. Can be generated. When a certain level of power is supplied, an abnormal glow plasma is generated (DE), the voltage decreases while passing through the second E, and an arc is generated.
図2に示された電流−電圧特性曲線は、理想的な曲線であって、真空状態でグロープラズマを生成する場合に該当し、周辺の変化要因が多い大気圧下では、グロープラズマを生成することが難しい。 The current-voltage characteristic curve shown in FIG. 2 is an ideal curve and corresponds to the case where glow plasma is generated in a vacuum state, and generates glow plasma under atmospheric pressure where there are many surrounding change factors. It is difficult.
[表1]
[Table 1]
表1は、真空でのグロープラズマを形成する時と、大気圧下でグロープラズマを形成する時とを比較できるように、各々の電流−電圧特性曲線をまとめたものである。表1にまとめたように、従来の大気圧プラズマを形成する電流−電圧の特性曲線は、真空での条件とは異なって、大部分1つのピークを有し、正常的なグロープラズマを形成する区間を見出すことが難しい。たとえ、正常的なグロープラズマを形成する区間があると言っても、その領域が非常に狭いため、安定したグロープラズマを形成することが難しく、金属材の被処理物が通過すれば、直ちにアークが発生し、プラズマ加工処理が難しくなる。 Table 1 summarizes each current-voltage characteristic curve so that the time when the glow plasma is formed under vacuum and the time when the glow plasma is formed under atmospheric pressure can be compared. As summarized in Table 1, the current-voltage characteristic curve for forming a conventional atmospheric pressure plasma has a single peak, unlike a vacuum condition, and forms a normal glow plasma. It is difficult to find a section. Even if there is a section where normal glow plasma is formed, it is difficult to form a stable glow plasma because the area is very narrow. Occurs and plasma processing becomes difficult.
前述したように、従来の大気圧プラズマ加工技術は、グロープラズマの具現、プラズマの不安定性、金属被処理物に対するアーク発生、大面積プラズマ具現の難しさ、処理速度の制限、高密度プラズマの生成などの問題点を有している。特に、被処理物が金属である場合には、プラズマの安定性は、金属材料の表面粗さ、形状、パターンの大きさなどによって大きく左右される。 As described above, the conventional atmospheric pressure plasma processing technology is used to realize glow plasma, plasma instability, arc generation on metal workpieces, difficulty in realizing large area plasma, processing speed limitation, high density plasma generation. There are problems such as. In particular, when the object to be processed is a metal, the stability of plasma greatly depends on the surface roughness, shape, pattern size, etc. of the metal material.
本発明の目的は、グロープラズマを安定に生成するためのプラズマ発生装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma generator for stably generating glow plasma.
また、本発明の他の目的は、プラズマの生成及び消滅を自由に制御することができるプラズマ発生装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a plasma generator capable of freely controlling plasma generation and extinction.
また、本発明のさらに他の目的は、大面積のプラズマ生成が容易なプラズマ発生装置を提供することにある。 It is still another object of the present invention to provide a plasma generator that can easily generate a large-area plasma.
また、本発明のさらに他の目的は、非金属はもちろん、金属表面の処理時にも、グロープラズマが被処理物に直接当接することができるようにするプラズマ発生装置を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a plasma generating apparatus that enables glow plasma to directly contact an object to be processed even when processing a metal surface as well as a non-metal.
また、本発明のさらに他の目的は、大気圧のオープン空間で設置条件の制約をあまり受けないプラズマ発生装置を提供することにあり、本発明によれば、実時間の連続工程を通じてプラズマ洗浄、アッシング、エッチング、蒸着及びその他の加工処理を迅速に行うことができる。 Further, another object of the present invention is to provide a plasma generator that is not significantly limited by installation conditions in an open space at atmospheric pressure, and according to the present invention, plasma cleaning through a continuous process in real time, Ashing, etching, vapor deposition, and other processing can be performed quickly.
前記目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、プラズマ発生装置は、電源極、第1誘電体膜、補助プラズマ接地極、第2誘電体膜、ガス流入部及び電源コントローラを含む。 To achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a plasma generator includes a power supply electrode, a first dielectric film, an auxiliary plasma ground electrode, a second dielectric film, a gas inflow portion, and a power supply controller. Including.
電源極及び被処理物は、所定の間隔をもって離隔して配置されており、電源極に十分なパワーのRF電源が印加される時、電源極と被処理物との間にメインプラズマ(main plasma)が発生することができる。一般的に、被処理物が導電体である場合には、別のメインプラズマ接地極が無くても、メインプラズマを生成することができるが、被処理物が導電体ではない場合には、別のメインプラズマ接地極を設けることによって、メインプラズマを生成することができる。また、導体でない被処理物を処理する時にも、メインプラズマ接地極は、被処理物に接触されることができるが、所定の間隔をもって離隔した状態を維持することもできる。 The power supply electrode and the object to be processed are spaced apart from each other with a predetermined interval. When an RF power supply having a sufficient power is applied to the power supply electrode, a main plasma (main plasma) is provided between the power supply electrode and the object to be processed. ) Can occur. Generally, when the object to be processed is a conductor, the main plasma can be generated without a separate main plasma ground electrode. However, when the object to be processed is not a conductor, the main plasma can be generated. By providing the main plasma ground electrode, main plasma can be generated. In addition, when processing an object to be processed that is not a conductor, the main plasma ground electrode can be brought into contact with the object to be processed, but can also be maintained at a predetermined interval.
電源極と被処理物との間には、シリコン、ポリイミドなどの耐熱性ポリマー又はアルミナ(A12O3)、石英(SiO2)などの酸化物で構成される第1誘電体膜が提供される。第1誘電体膜は、電源極と被処理物との間に介在されることによって、被処理物を通じてアークが発生することを最小化し、グロープラズマが安定に生成されるように補助する機能をする。しかしながら、第1誘電体膜が介在されるといって、アークの発生を完全に遮断することができるわけではなく、金属の被処理物が通過する場合には、依然としてアークが発生するという問題点がある。 A first dielectric film made of a heat-resistant polymer such as silicon or polyimide or an oxide such as alumina (A1 2 O 3 ) or quartz (SiO 2 ) is provided between the power supply electrode and the object to be processed. The The first dielectric film is interposed between the power supply electrode and the object to be processed, thereby minimizing the generation of an arc through the object to be processed and assisting the stable generation of glow plasma. To do. However, since the first dielectric film is interposed, the generation of the arc cannot be completely interrupted, and the arc is still generated when the metal workpiece passes through. There is.
従って、本発明に係るプラズマ発生装置は、補助プラズマを用いて金属の被処理物でもアーク無しに安定したプラズマを発生させることができる。このために、補助プラズマ接地極が電源極に隣接して配置され、電源極と補助プラズマ接地極との間に第2誘電体膜が提供される。電源極と補助プラズマ接地極間の間隔が狭いか、面積が小さいため、補助プラズマは、メインプラズマより一層少ないパワーによっても生成されることができる。 Therefore, the plasma generating apparatus according to the present invention can generate stable plasma without arcing even with a metal object to be processed by using auxiliary plasma. For this purpose, an auxiliary plasma grounding electrode is disposed adjacent to the power supply electrode, and a second dielectric film is provided between the power supply electrode and the auxiliary plasma grounding electrode. Since the distance between the power supply electrode and the auxiliary plasma ground electrode is narrow or the area is small, the auxiliary plasma can be generated even with less power than the main plasma.
プラズマ発生装置が作動する間には、電源極に低パワーのRF電源を提供しても、補助プラズマがオンとなる状態を常に維持することができる。従って、電源コントローラがメインプラズマを形成するために、高パワーのRF電源を提供する場合、電源極と被処理物との間にメインプラズマが発生し、この際、補助プラズマからプラズマ状態が容易に転移され、メインプラズマが迅速に生成されることができる。 While the plasma generator is in operation, it is possible to always maintain a state where the auxiliary plasma is turned on even if a low power RF power source is provided to the power source electrode. Therefore, when the power supply controller provides a high power RF power source to form the main plasma, the main plasma is generated between the power source electrode and the object to be processed, and at this time, the plasma state is easily generated from the auxiliary plasma. As a result, the main plasma can be generated quickly.
実験によれば、本発明に係るプラズマ発生装置は、補助プラズマを使用することによって、図2に示されたような電流−電圧特性曲線を生成することができる。従って、真空でグロープラズマを生成することと同様に、大気圧でも2つのピークを有し且つ広いグロープラズマ領域を生成するようになる。すなわち、本発明に係るプラズマ発生装置は、安定したグロープラズマを形成することができ、金属の被処理物を使用する場合にも、アーク無しにプラズマが被処理物に直接当接することができるように、電源極と被処理物間の距離を近く維持することができる。 According to experiments, the plasma generator according to the present invention can generate a current-voltage characteristic curve as shown in FIG. 2 by using auxiliary plasma. Therefore, as in the case of generating glow plasma in a vacuum, a broad glow plasma region having two peaks at atmospheric pressure is generated. That is, the plasma generator according to the present invention can form a stable glow plasma, and even when a metal workpiece is used, the plasma can directly contact the workpiece without arcing. In addition, the distance between the power supply electrode and the workpiece can be kept close.
特に、約13.56MHzの高周波電源を使用する場合には、高密度のプラズマを生成することができるので、処理速度を高めることができるが、メインプラズマの状態が非常に不安定なので、途中にオフとなる場合がしきりに発生することができる。しかし、本発明のように、低パワーの補助プラズマを維持する場合には、補助プラズマからプラズマ状態を容易に転移することができるので、メインプラズマがオフとならないように維持しつつ、均一なプラズマを提供することができる。 In particular, when a high frequency power source of about 13.56 MHz is used, high-density plasma can be generated, so that the processing speed can be increased. However, since the state of the main plasma is very unstable, The case where it turns off can occur regularly. However, when maintaining the low-power auxiliary plasma as in the present invention, the plasma state can be easily transferred from the auxiliary plasma, so that the main plasma is not turned off and the uniform plasma is maintained. Can be provided.
また、補助プラズマを用いて安定したメインプラズマを維持することができるので、従来のプラズマ発生装置に比べてメインプラズマを維持するためのパワーもやはり最小値に維持することができる。従って、本発明に係るプラズマ発生装置は、メインプラズマを維持するためのパワーも従来より低いレベルに使用することができ、エネルギー消費を最小化することができる。 In addition, since the stable main plasma can be maintained using the auxiliary plasma, the power for maintaining the main plasma can also be maintained at a minimum value as compared with the conventional plasma generator. Therefore, the plasma generator according to the present invention can use the power for maintaining the main plasma at a lower level than before, and can minimize energy consumption.
補助プラズマを維持する間、ガス流入部を通じて電源極と補助プラズマ接地極との間にプラズマ生成のための混合ガスが供給される。プラズマのための混合ガスは、ヘリウム、アルゴンなどの非活性ガスだけで構成されることかでき、非活性ガス以外にも、酸素、窒素などのような微量の混合反応ガスを含むことができる。このように混合ガスを供給することによって、活性ラジカルの量が極大化されることができる。 While maintaining the auxiliary plasma, a mixed gas for generating plasma is supplied between the power supply electrode and the auxiliary plasma ground electrode through the gas inflow portion. The mixed gas for plasma can be composed of only an inert gas such as helium and argon, and can contain a small amount of mixed reaction gas such as oxygen and nitrogen in addition to the inert gas. By supplying the mixed gas in this way, the amount of active radicals can be maximized.
前述したように、電源コントローラは、電源極に印加されるRF電源を制御する。すなわち、メインプラズマを発生しなくても、補助プラズマを発生できる程度の低パワーの電源を常に提供し、電源のパワーを増加させて、被処理物を処理できるメインプラズマを発生する。電源コントローラは、RF電源を供給すること以外に、他の機能を含むことができる。例えば、約13.56MHz以上の高周波電源を使用する場合には、マッチングボックス又はそれと類似な機能を含めて安定した電源を提供することができる。 As described above, the power supply controller controls the RF power applied to the power supply electrode. That is, even if the main plasma is not generated, a low-power power source capable of generating auxiliary plasma is always provided, and the power of the power source is increased to generate the main plasma that can process the object to be processed. In addition to supplying RF power, the power controller can include other functions. For example, when a high-frequency power source of about 13.56 MHz or more is used, a stable power source including a matching box or a similar function can be provided.
従来の大気圧低温プラズマでは、金属の被処理物を処理する時、アークが発生する問題点があり、これを解決するために、金属の被処理物から電源極を遠く離間してプラズマを発生させている(remote plasma)。しかし、この際、発生するプラズマは、直接被処理物に当接せず、プラズマにより生成されるラジカルなどの粒子のみが被処理物に到達するため、その処理速度が顕著に遅いという短所がある。しかし、本発明に係るプラズマ発生装置は、金属の被処理物が通過しても、アークの発生を抑制することができ、被処理物が電源極を近く通過するようにして、金属の被処理物にプラズマが直接当接することができるようにする。プラズマが直接被処理物を加工するので、高加工性の被処理物をも処理することができ、処理速度をも顕著に増加させることができる。 Conventional atmospheric pressure low temperature plasma has the problem of arcing when processing metal objects. To solve this problem, plasma is generated by separating the power supply electrode from the metal object. (Remote plasma). However, at this time, the generated plasma does not directly contact the object to be processed, and only particles such as radicals generated by the plasma reach the object to be processed, so that the processing speed is remarkably slow. . However, the plasma generating apparatus according to the present invention can suppress the generation of arc even when the metal object to be processed passes, so that the object to be processed passes close to the power supply electrode. The plasma can be brought into direct contact with the object. Since plasma directly processes an object to be processed, it is possible to process an object with high workability and to significantly increase the processing speed.
前述のような目的を達成するために、本発明の好ましい他の実施例によれば、プラズマ発生装置は、複数の電源極、複数の補助プラズマ接地極、誘電体膜、ガス流入部及び電源コントローラを含む。複数の電源極及び補助プラズマ接地極が交互に配置され、各々の補助プラズマ接地極を通じて補助プラズマを生成するものの、電源極と補助プラズマ接地極の電圧差により補助プラズマが生成され、この際、補助プラズマは、メインプラズマより低いパワーで生成されることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, according to another preferred embodiment of the present invention, a plasma generator includes a plurality of power supply electrodes, a plurality of auxiliary plasma ground electrodes, a dielectric film, a gas inflow portion, and a power supply controller. including. Although a plurality of power supply electrodes and auxiliary plasma grounding electrodes are alternately arranged to generate auxiliary plasma through each auxiliary plasma grounding electrode, auxiliary plasma is generated by the voltage difference between the power supply electrode and the auxiliary plasma grounding electrode. The plasma is generated with lower power than the main plasma.
電源極及び接地極が交互に配置され、被処理物又は被処理物が通過する通路上には、各々複数のプラズマソースが生成されることができ、各プラズマソースを用いて各電源極と被処理物との間には、大面積のプラズマを発生させることができる。 A power source electrode and a ground electrode are alternately arranged, and a plurality of plasma sources can be generated on a workpiece or a passage through which the workpiece passes, and each plasma source is used to connect each power source electrode and the workpiece. A large-area plasma can be generated between the object to be processed.
一般的に、電源極及び接地極は、各々平板型で製作され、交互に配置され、電源極又は接地極の周辺に誘電体膜が形成され、大気圧でグロープラズマを生成することができるようにする。このような電源極及び接地極からなるプラズマ発生ユニットを相互並列で配置することによって、十分な量のプラズマを供給することができ、大気圧プラズマを大面積にわたって提供することができる。このような並列配置型プラズマ発生装置は、1つのメインプラズマ接地極を共通に使用することができ、被処理物そのものを接地として使用することができる。 In general, the power supply electrode and the ground electrode are each formed in a flat plate shape, and are alternately arranged. A dielectric film is formed around the power supply electrode or the ground electrode so that glow plasma can be generated at atmospheric pressure. To. By arranging such plasma generating units including a power supply electrode and a ground electrode in parallel, a sufficient amount of plasma can be supplied, and atmospheric pressure plasma can be provided over a large area. Such a parallel arrangement type plasma generator can use one main plasma ground electrode in common, and can use the workpiece itself as ground.
前述の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、プラズマ発生装置は、柱状の電源極、誘電体膜、補助プラズマ接地極、ガス流入部及び電源コントローラを含む。誘電体膜は、柱状の電源極の周辺を取り囲む構造を有することができる。柱状の電源極は、製造することが容易であり、誘電体膜により構造的に支持されるので、別の支持部材が無くても、容易に固定させることができる。また、電源極を簡単で且つ完全に絶縁することができ、電源極を通じて強い電場を印加しても、絶縁破壊が生じることなく、相対的に多量の反応ガスを供給し、十分な量のプラズマを発生させることができる。 To achieve the foregoing object, according to an embodiment of the present invention, a plasma generator includes a columnar power electrode, a dielectric film, an auxiliary plasma ground electrode, a gas inlet, and a power controller. The dielectric film can have a structure surrounding the periphery of the columnar power supply electrode. Since the columnar power supply electrode is easy to manufacture and is structurally supported by the dielectric film, it can be easily fixed without a separate support member. In addition, the power supply electrode can be easily and completely insulated, and even when a strong electric field is applied through the power supply electrode, a relatively large amount of reaction gas is supplied without causing dielectric breakdown, and a sufficient amount of plasma is supplied. Can be generated.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。しかしながら、本発明の権利範囲が下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of rights of the present invention is not limited to the following examples.
図3は、本発明の第1実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図であり、図4は、第1実施例に係るプラズマ発生装置のプラズマ発生メカニズムを説明するための構成図である。 FIG. 3 is a block diagram for explaining the plasma generator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram for explaining the plasma generation mechanism of the plasma generator according to the first embodiment. It is.
図3を参照すれば、第1実施例に係るプラズマ発生装置100は、電源極110、誘電体膜120、メインプラズマ接地極140、補助プラズマ接地極130、ガス流入部150及び電源コントローラ160を含む。誘電体膜120は、電源極110とメインプラズマ接地極140との間に介在される第1誘電体膜122と、電源極110と補助プラズマ接地極130との間に介在される第2誘電体膜124とに分けられる。
Referring to FIG. 3, the
電源極110は、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属であり、電源コントローラ160に電気的に連結される。電源コントローラ160により電源極110にRF電源が印加されることができ、使用条件によって、電源コントローラ160に印加されるRF電源は、低周波電源又は高周波電源となることができる。図示のように、電源コントローラ160では、基本的に補助プラズマ(Auxiliary Plasma;AP)を生成できる程度の低いパワーの電源が供給されており、電源極110と補助プラズマ接地極130間の間隔が非常に狭く、且つ面積が小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマAPを維持することができる。
The
第1誘電体膜122および第2誘電体膜124は、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックよりなり、1つに連結されて誘電体膜120を構成する。誘電体膜120は、電源極110の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極110と周辺接地極との直接的な接触を遮断し、電源極と周辺接地極との間にアークが発生することを抑制することができる。ここで、誘電体膜120は、約0.1〜10mmの厚さで形成される。
The
補助プラズマ接地極130は、誘電体膜120により覆われた電源極110の側面下段に隣接して位置し、第2誘電体膜124は、補助プラズマ接地極130と電源極110との間に配置される。補助プラズマ接地極130は、低パワーの電源が電源極110に印加されても、補助プラズマAPを生成できなければならないし、このために、電源極110から約0.1〜20mm程度の間隔で隣接して配置される。また、補助プラズマ接地極130は、電源極110と並んで配置され、狭い面積を通じて互いに対向するので、低パワーで容易に補助プラズマAPを生成することができ、この際、生成される補助プラズマAPは、電源極110に沿って長く形成される。従って、補助プラズマAPがメインプラズマMPに転移される時にも、全区間にわたって迅速に転移されることができる。
The auxiliary
多量のラジカル及びイオンを形成するために、混合ガスが電源極110と補助プラズマ接地極130との間に供給される。混合ガスは、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)などの非活性ガスを含み、これら非活性ガスに微量で混合された酸素、窒素などのような反応ガスを含む。また、反応ガスには、炭素、水素、塩素、アンモニア、メタンなどが含まれることによって、プラズマ処理の際、表面の化学的性質を改造するための用途として使用されることができる。混合ガスは、ガス流入部150を通じて外部から電極間に供給され、電源極110と補助プラズマ接地極130との間に沿って全体的に均一に供給される。電源極110と補助プラズマ接地極130との間に供給された混合ガスは、強い電場により解離され、このような過程を通じてプラズマが生成される。
In order to form a large amount of radicals and ions, a mixed gas is supplied between the
メインプラズマ接地極140は、電源極110の下部に位置し、電源極110から所定の距離をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極140は、電源極110のRF電源に対応してメインプラズマMPを生成するためのものであって、電源極110に印加される電源が一定のパワー以上に増加する場合、メインプラズマMPが生成されることができる。被処理物が金属である場合には、メインプラズマ接地極140が無くてもメインプラズマを形成することができるが、被処理物が非金属である場合には、電場を形成できるように、メインプラズマ接地極140が配設されなければならない。また、メインプラズマ接地極140は、非金属である被処理物と接触を維持することが好ましいが、場合によっては、メインプラズマ接地極140と被処理物とが小さい間隔をもって離隔して互いに当接しない場合もあり得る。
The main
メインプラズマ接地極は、電場を形成するためのものであって、電源極に対応する接地を形成することができるものなら、接地形態や接地位置に対する厳格な制限がないと言える。例えば、本発明の他の実施例によれば、被処理物が加工処理される間に持続的に動く場合には、コンベヤーベルト自体がメインプラズマ接地極として使用されることができ、コンベヤーベルトは、接地状態を維持することによって、有効な接地極としての機能をすることができる。 If the main plasma grounding electrode is for forming an electric field and can form the grounding corresponding to the power source electrode, it can be said that there is no strict limitation on the grounding form and the grounding position. For example, according to another embodiment of the present invention, the conveyor belt itself can be used as the main plasma ground electrode if the workpiece is continuously moved while being processed, By maintaining the ground state, it can function as an effective ground electrode.
図4を参照すれば、被処理物Mが電源極110とメインプラズマ 接地極 140との間に位置している。この際、電源コントローラ160は、増加されたパワーのRF電源を電源極110に印加し、RF電源のパワーが増加するにつれて、電源極110と被処理物Mとの間には、グロープラズマが生成される。
Referring to FIG. 4, the workpiece M is located between the
電源極110と補助プラズマ接地極130との間には、常に補助プラズマAPが形成されている。従って、メインプラズマMPが生成される時、補助プラズマAPのプラズマ状態がメインプラズマMPに容易に転移されることができ、本実施例に係るプラズマ発生装置100は、従来のプラズマ発生装置に比べて、一層安定し且つ電力の損失が少ないプラズマを生成することができる。
An auxiliary plasma AP is always formed between the
メインプラズマMPを維持できる電力に比べて補助プラズマAPを維持する電力は僅かなので、被処理物Mを加工している間にも、補助プラズマAPは、オフとならずに、安定にプラズマ状態を維持することができる。従って、供給される電源が不安定で、メインプラズマMPの状態が不安定になっても、安定した補助プラズマAPからプラズマ状態がメインプラズマMPに随時転移されることができ、メインプラズマMPもオフとならずに安定した状態を維持することができる。 Since the power to maintain the auxiliary plasma AP is small compared to the power to maintain the main plasma MP, the auxiliary plasma AP does not turn off while the workpiece M is being processed. Can be maintained. Therefore, even if the supplied power is unstable and the state of the main plasma MP becomes unstable, the plasma state can be transferred from the stable auxiliary plasma AP to the main plasma MP at any time, and the main plasma MP is also turned off. It is possible to maintain a stable state without becoming.
図5は、第1実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図である。 FIG. 5 is a block diagram for explaining a plasma generator according to another embodiment of the present invention similar to the first embodiment.
図5を参照すれば、第1実施例のプラズマ発生装置100に比べて、本実施例に係るプラズマ発生装置101は、キャパシタンス接地極132及びキャパシタンス接地極132に形成される第3誘電体膜126をさらに含む。キャパシタンス接地極132は、電源コントローラ150から供給されるRF電源に対応してキャパシタンスを形成し、RF電源により安定したプラズマを形成するように補助する機能をする。
Referring to FIG. 5, compared with the
キャパシタンス接地極132は、補助プラズマ接地極130及びキャパシタンス接地極132が相互一体に形成され、1つの接地胴体を構成することができ、電源極110及び接地胴体は、共に平板型で形成され、平板型のプラズマ発生装置を構成することができる。
The
図6は、本発明の第2実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図であり、図7は、第2実施例に係るプラズマ発生装置を示す斜視図であり、図8は、第2実施例に係るプラズマ発生装置の接地胴体を示す部分切開図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing a plasma generating apparatus according to a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a perspective view showing the plasma generating apparatus according to the second embodiment, and FIG. It is a partial cutaway view showing a grounding body of a plasma generator according to an example.
図6乃至図8を参照すれば、第2実施例に係るプラズマ発生装置200は、電源極210、誘電体膜220、メインプラズマ接地極240、補助プラズマ接地極230、キャパシタンス接地極232、ガス流入経路250及び電源コントローラ260を含む。補助プラズマ接地極230及びキャパシタンス接地極232は、ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、一体化され、1つの接地胴体235を形成する。
6 to 8, the plasma generator 200 according to the second embodiment includes a
接地胴体235の下段には、補助プラズマ接地極230が位置し、補助プラズマ接地極230の端部は、誘電体膜220が形成された電源極210から小さい間隔をもって離隔している。補助プラズマ接地極230と電源極210間の離隔された空間は、狭い面積を有し、被処理物Mの移送経路に垂直となるように形成されている。従って、補助プラズマAPは、被処理物Mの幅全体を覆うことができる程度に、広く形成されている。
The auxiliary
被処理物Mは、移送ローラにより電源極210とメインプラズマ接地極240間を連続的に通過し、プラズマ発生装置200は、被処理物Mのうちプラズマで処理されるべき部分が通過する時、メインプラズマを生成して、プラズマ加工処理を連続的に又は非連続的に行うことができる。
The workpiece M is continuously passed between the
電源極210は、平板型で形成され、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属で構成される。電源極210は、同軸ケーブル端子212を通じて電源コントローラ260に電気的に連結され、電源コントローラ260により電源極210にRF電源が印加される。
The
電源コントローラ260は、インピダンスマッチングボックス262を含み、高周波電源は、前記マッチングボックス262を通じて電源極210に伝達される。電源コントローラ260では、基本的に、補助プラズマAPを生成できる程度の電源が供給されており、電源極210と補助プラズマ接地極230間の間隔が非常に狭く、且つ面積も小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマAPを維持することができる。
The
次に、表2は、プラズマが生成される面積及び長さによって補助プラズマAPを維持するための放電維持電力と、メインプラズマMPを維持するための放電維持電力をまとめたものである。下記の条件は、いずれもグロープラズマを生成するための条件であって、その結果によれば、補助プラズマは、メインプラズマを維持するための電力の50%以下の電力で十分に維持することができる。 Next, Table 2 summarizes the discharge maintenance power for maintaining the auxiliary plasma AP and the discharge maintenance power for maintaining the main plasma MP depending on the area and length of the plasma generated. The following conditions are all conditions for generating glow plasma, and according to the results, the auxiliary plasma can be sufficiently maintained at 50% or less of the power for maintaining the main plasma. it can.
[表2]
[Table 2]
誘電体膜220は、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックよりなり、誘電体膜220は、電源極210の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極210と周辺接地極との直接的な接触を遮断する。ここで、誘電体膜220は、約0.1〜10mmの厚さで形成される。誘電体膜220は、前記実施例での第1乃至第3誘電体膜122〜126が一体に形成されたものに該当し、電源極210を誘電体膜220に挿入したり、誘電体膜220を電源極210の表面に塗布又は蒸着することによって得られる。
The
接地胴体235は、電源極210に対応して平板型で形成され、補助プラズマAPを生成するための補助プラズマ接地極230及びキャパシタンスを形成するためのキャパシタンス接地極232を含む。また、接地胴体235の内部には、ガス流入経路250が形成され、プラズマ発生のために外部から流入された混合ガスは、ガス流入経路250を通過して補助プラズマ接地極220と電源極210の間に均一に分散される。接地胴体235は、電源極210に装着されることによって、1つのプラズマ発生ユニットを形成する。
The
ガス流入経路250は、外部から混合ガスが流入される第1流入路252、第1流入路252に連結され、電源極210と並んで形成される第2流入路254、電源極210と補助プラズマ接地極220との間に形成される流入チャンバー256、及び第2流入路254と流入チャンバー256とを連結する複数のオリフィス(orifice)258を含む。図示のように、第1流入路252及び第2流入路254は、接地胴体235にホールを形成することによって、接地胴体235内に形成されることができ、第2流入路254に沿って接地胴体235を切削することによって、流入チャンバー256を形成することができる。また、第2流入路254と流入チャンバー256とを連結するオリフィス258を形成することによって、混合ガスがオリフィス258を通じて流入チャンバー256に均一に分散されるようにすることができる。
The
従って、混合ガスは、第1流入路252を通じて接地胴体235の内部に進入し、第2流入路254を経てオリフィス258に均一に分布される。オリフィス258を通過した混合ガスは、流入チャンバー256を通じて電源極210と補助プラズマ接地極230との間に沿って全体的に分散され、分散された混合ガスは、各々の位置で補助プラズマAP又はメインプラズマMPの生成を補助する。
Accordingly, the mixed gas enters the inside of the
前述したように、補助プラズマ接地極230は、低パワーの電源で補助プラズマAPを生成できなければならないので、電源極210に約0.1〜20mm程度の間隔で近く配置され、上下の幅も狭くて小さい面積で当接することがよろしい。また、補助プラズマ接地極230と電源極210が互いに並んで配置されているので、補助プラズマAPがメインプラズマMPに転移される時にも、全区間にわたる大面積で迅速に転移されることができる。
As described above, since the auxiliary
メインプラズマ接地極240は、電源極210の下部に位置し、電源極210から所定の間隔をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極240は、電源極210のRF電源に対応してメインプラズマMPを生成するためのものであって、電源極210に印加される電源が常に一定のパワー以上に増加する場合、電源極210とメインプラズマ接地極240との間に強い電場が形成され、強い電場によりメインプラズマMPが生成されることができる。
The main
図9は、第2実施例によりプラズマ発生装置が作動する過程を説明するための断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a process of operating the plasma generator according to the second embodiment.
図9を参照すれば、電源極210とメインプラズマ接地極240との間にメインプラズマMPが形成されている。もちろん、メインプラズマMPと共に、電源極210と補助プラズマ接地極230との間には、補助プラズマAPが形成されている。
Referring to FIG. 9, the main plasma MP is formed between the
メインプラズマMPは、グロープラズマであって、被処理物は、電源極210及びメインプラズマ接地極240を通過しながら広い面積に対して洗浄又は酸化膜生成などのプラズマ加工処理が施される。また、補助プラズマAPは、常に形成されているので、メインプラズマMPに容易にプラズマ状態を転移することができ、メインプラズマMPを始めて生成するか、持続的に維持するにあたって、安定的で且つ決定的な助けになる。
The main plasma MP is glow plasma, and the object to be processed is subjected to plasma processing such as cleaning or oxide film generation over a large area while passing through the
従って、プラズマ加工を行う作業者は、所望の時点にメインプラズマを生成及び消滅することができ、これは、このような調節を自由に行うことで、精密なプラズマ加工が大気圧及び常温で可能であることを意味する。メインプラズマMPが生成される時、補助プラズマAPのプラズマ状態が容易に転移されることができるので、一層安定し且つ電力の損失が少ないプラズマを生成することができる。 Therefore, the operator who performs plasma processing can generate and extinguish the main plasma at a desired point in time, and this adjustment can be freely performed, so that precise plasma processing can be performed at atmospheric pressure and normal temperature. It means that. Since the plasma state of the auxiliary plasma AP can be easily transferred when the main plasma MP is generated, it is possible to generate a plasma that is more stable and has less power loss.
図10は、本発明の第3実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a plasma generator according to a third embodiment of the present invention.
図10を参照すれば、第3実施例に係るプラズマ発生装置300は、電源極310、誘電体膜320、メインプラズマ接地極340、補助プラズマ接地極330、キャパシタンス接地極332、ガス流入経路350及び電源コントローラ360を含む。電源極310及び誘電体膜320は、平板型プラズマ発生装置300の前後両側に形成され、電源極310の間には、補助プラズマ接地極330及びキャパシタンス接地極332を含む接地胴体335が介在され、電源極310と結合される。接地胴体335は。ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、その内部には、ガス流入経路350が形成される。
Referring to FIG. 10, the plasma generator 300 according to the third embodiment includes a
接地胴体335の下段両側には、補助プラズマ接地極330が各々形成され、補助プラズマ接地極330の端部は、誘電体膜320が形成された電源極310から小さい間隔をもって離隔されている。従って、補助プラズマAPは、1つの接地胴体335の下段の両側で広く形成され、被処理物Mの幅全体を二重で覆える程度に、広く形成されることができる。
Auxiliary plasma ground electrodes 330 are formed on both sides of the lower stage of the
電源極310は、平板型で形成され、接地胴体335の両側に提供される。電源極310は、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属で構成され、同軸ケーブル端子312を通じて電源コントローラ360に電気的に連結され、電源コントローラ360により電源極310にRF電源が印加される。
The
電源コントローラ360では、基本的に補助プラズマAPを生成できる程度の電源が供給されており、電源極310と補助プラズマ接地極330間の間隔が非常に狭くて且つ面積が小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマAPを維持することができる。もちろん、補助プラズマAPを形成していても、RF電源のパワーが十分に増加しなければ、メインプラズマMPが形成されない。これについては、表2にまとめたように、補助プラズマは、メインプラズマを維持するための電力の50%以下の電力で十分に維持することができた。
The
誘電体膜320は、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックよりなり、誘電体膜320は、電源極310の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極310と周辺接地極との直接的な接触を遮断する。
The
接地胴体335の内部には、ガス流入経路350が形成され、外部から流入された混合ガスは、ガス流入経路350を通過して両側の補助プラズマ接地極320と電源極310の間に均一に分散される。ガス流入経路350は、外部から混合ガスが流入される第1流入路352、第1流入路352に連結され、電源極310と並んで接地胴体335の両側に形成される第2流入路354、電源極310と補助プラズマ接地極320との間に各々形成される流入チャンバー356、及び第2流入路354と流入チャンバー356とを連結する複数のオリフィス358を含む。図示のように、第1流入路352は、接地胴体335の内部で両側の第2流入路354に向かって分岐され、第2流入路354に沿って接地胴体335の両側に流入チャンバー356を形成することができる。そして、第2流入路354と流入チャンバー356とを連結するオリフィス358を形成することによって、混合ガスがオリフィス358を通じて流入チャンバー356に均一に分散されるようにすることができる。
A gas inflow path 350 is formed inside the
従って、混合ガスは、第1流入路352を通じて接地胴体335の内部に進入し、第2流入路354を経てオリフィス358に均一に分布される。オリフィス358を通過した混合ガスは、流入チャンバー356を通じて電源極310と補助プラズマ接地極330との間に沿って全体的に分散され、分散された混合ガスは、各々の位置で補助プラズマAP又はメインプラズマMPの生成を補助する。
Accordingly, the mixed gas enters the grounded
メインプラズマ接地極340は、電源極310の下部に位置し、電源極310から所定の間隔をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極340は、電源極310のRF電源に対応してメインプラズマMPを生成するためのものであって、電源極310に印加される電源が常に一定のパワー以上に増加する場合、電源極310とメインプラズマ接地極340との間に強い電場が形成され、補助プラズマAPのプラズマ状態が迅速に転移され、メインプラズマMPが直ちに生成されることができ、安定したプラズマ状態を維持することができる。
The main
図11は、本発明の第4実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図であり、図12は、第4実施例に係るプラズマ発生装置においてメインプラズマが作動する過程を説明するための断面図である。図11に示されたプラズマ発生装置201は、第2実施例で説明されたプラズマ発生装置200において電源極210と接地胴体235を並列で配置したものであって、電源極210と接地胴体235についての説明は、前記実施例の説明と図面を参照することができる。従って、本実施例において、前記実施例の説明と重複される部分を省略する。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a plasma generator according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a process in which main plasma operates in the plasma generator according to the fourth embodiment. It is. A
図11を参照すれば、第4実施例に係るプラズマ発生装置201は、2つの電源極210、各電源極210の表面に形成された誘電体膜220、電源極210に隣接して各々配置される接地胴体235、接地胴体235に形成されたガス流入経路250、及び電源コントローラ260を含む。また、接地胴体235は、補助プラズマ接地極230及びキャパシタンス接地極232を含み、両接地極230、232は、一体に形成され、相互電気的に連結される。
Referring to FIG. 11, the
電源極210は、平板型で形成され、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属で構成される。電源極210は、同軸ケーブル端子を通じて電源コントローラ260に電気的に連結され、電源コントローラ260により電源極210にRF電源が印加される。電源コントローラ260では、基本的に、補助プラズマAPを生成できる程度の電源が供給されており、電源極210と補助プラズマ接地極230間の間隔が非常に狭く、且つ面積も小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマAPを維持することができる。また、補助プラズマ接地極230と電源極230が互いに並んで配置されているので、補助プラズマAPがメインプラズマMPに転移される時にも、全区間にわたる大面積で迅速に転移されることができる。
The
接地胴体235も、電源極210に対応して平板型で形成され、接地胴体235の内部には、ガス流入経路250が形成される。外部から流入された混合ガスは、ガス流入経路250を通過して補助プラズマ接地極220と電源極210の間に均一に分散される。
The
電源極210及び接地胴体235が交互に(alternately)並列で配置され、補助プラズマAPを形成する補助プラズマ接地極230と電源極210間の間隔も複数の列を形成しながら並列で配置される。電源コントローラ260により電源極210に供給される電源のパワーが増加する場合には、電源極210と被処理物との間にメインプラズマが形成され、この際、メインプラズマは、補助プラズマAPからプラズマ状態を転移され、迅速に広がる。
The
図12を参照すれば、電源極210が複数の列を形成しながら交互に配置され、各電源極210でメインプラズマMPを形成するため、プラズマ加工に必要なプラズマの供給量を増加させることができると同時に、多重の被処理物にプラズマ反応を起こすことができる。
Referring to FIG. 12, the
図11及び図12では、電源極210と接地胴体235が一対をなし、2列で配置されているが、本発明の他の実施例によれば、被処理物の種類やサイズによって電源極210と接地胴体235の列数がさらに増加することができる。
11 and 12, the
図13は、第4実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。 FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining a plasma generator according to another embodiment of the present invention similar to the fourth embodiment.
図13を参照すれば、補助プラズマ接地極230で混合ガスの反応ガスがプラズマ状態に転移するためには、プラズマ加工の初期に反応ガスを点火させる工程が必要である。このためには、補助プラズマ接地極230と誘電体膜220との間に設けられる放電プローブ270と、放電プローブ270に電気的に連結されるイグナイタ275とを含む。また、放電プローブ270とイグナイタ275とを連結する導線は、所定の間隔をもって離隔されたギャップ272を含む。
Referring to FIG. 13, in order for the reactive gas of the mixed gas to transition to the plasma state at the auxiliary
イグナイタ275を利用することによって、放電プローブ270に瞬間的な高電圧を印加させることができ、放電プローブ270及びイグナイタ275を用いて加工初期にプラズマを生成するための電圧差を形成することができる。瞬間的な高電圧により反応ガスが点火され、反応ガスの点火により補助プラズマAPが生成される。従って、プラズマ発生装置において電源コントローラは、高い開始電圧を負担する必要が無く、低い消費電力を維持することができる。
By using the
放電プローブ270とイグナイタ275は、ギャップ272により所定の間隔をもって離隔するように連結されるが、放電プローブ270は、白金やタングステンなどのように、導電性が良好で且つ耐アーク性に優れた金属材質で製作される。電源極210と補助プラズマ接地極230との間には、誘導起電力が発生するようになるが、ギャップ272は、放電プローブ270とイグナイタ275との間に形成され、放電プローブ270からイグナイタ275まで誘導起電流が逆バイアスされることを防止するためのものである。
The
図14は、本発明の第5実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図であり、図15は、第5実施例に係るプラズマ発生装置のプラズマ発生メカニズムを説明するための構成図である。 FIG. 14 is a block diagram for explaining a plasma generator according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a block diagram for explaining a plasma generation mechanism of the plasma generator according to the fifth embodiment. It is.
図14を参照すれば、第5実施例に係るプラズマ発生装置400は、電源極410、誘電体膜420、メインプラズマ接地極440、補助プラズマ接地極430、ガス流入部450、及び電源コントローラ460を含む。
Referring to FIG. 14, the
電源極410は、円筒型で形成されたステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属であり、電源コントローラ460に電気的に連結されている。電源コントローラ460により電源極410にRF電源が印加される。ユーザの意図によって低周波電源または高周波電源が印加されることができる。図示のように、電源コントローラ460では、基本的に、補助プラズマAPを生成できる程度の電源が供給されており、電源極410と補助プラズマ接地極430間の間隔が非常に狭く、且つ面積も小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマAPを維持することができる。
The
本実施例によれば、電源極410は、円筒型であって、その軸中心が直線型でまっすぐに形成される。しかし、電源極は、被処理物の形状によって凹形状または凸形状に湾曲されることができ、被処理物の形状によって、部分的に平面でなく曲面を含む表面を有することができる。曲面処理された表面を有するために、電源極を覆う誘電体膜は、シリコン又はポリイミドのように伸縮性があり且つ軟らかい材質で構成されることができる。
According to the present embodiment, the
電源極410の周りには、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックで構成された誘電体膜420が形成される。誘電体膜420は、電源極410の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極410と周辺接地極との直接的な接触を遮断する。また、誘電体膜420は、メインプラズマMPを生成する間にも、アーク発生を抑制し、電源極410と被処理物Mとの間にグロー放電がなされるように補助する機能をもすることができる。ここで、誘電体膜420は、約0.1〜10mmの厚さで形成される。
Around the
補助プラズマ接地極430は、誘電体膜420により覆われた電源極410の側面下段に隣接して位置する。補助プラズマ接地極430は、低パワーの電源が電源極410に印加されても、補助プラズマ AP を生成できなければならないし、このために、電源極410から約0.1〜20mm程度の間隔で隣接して配置される。また、補助プラズマ接地極430は、電源極410と並んで配置されているため、補助プラズマAPも電源極410に沿って長く形成される。従って、補助プラズマAPがメインプラズマMPに転移される時にも、全区間にわたって迅速に転移されることができる。
The auxiliary
多量のオゾン及びラジカルイオンを形成するために、反応ガスが電源極410と補助プラズマ接地極430との間に供給される。これらの反応ガスは、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)などの非活性ガスであるか、これら非活性ガスに微量の酸素又は窒素が混合された反応ガスである。これらの反応ガスは、ガス流入部450を通じて外部から電極間に供給され、電源極410と補助プラズマ接地極430との間に沿って全体的に均一に供給される。電源極410と補助プラズマ接地極430との間に供給された反応ガスは、強い電場により解離され、このような過程を通じて反応ガスからプラズマを生成する。
A reactive gas is supplied between the
メインプラズマ接地極440は、電源極410の下部に位置し、電源極410から所定の距離をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極440は、電源極410のRF電源に対応してメインプラズマMPを生成するためのものであって、電源極410に印加される電源が一定のパワー以上に増加する場合、メインプラズマMPが生成されることができる。被処理物が金属である場合には、メインプラズマ接地極440が無くてもメインプラズマを形成することができるが、被処理物が非金属である場合には、電場を形成できるように、メインプラズマ接地極440が配設されなければならない。メインプラズマ接地極は、電場を形成するためのものであって、電源極に対応する接地を形成できるものなら、接地形態や接地位置に対する厳格な制限がないと言える。例えば、本発明の他の実施例によれば、被処理物が加工処理される間に持続的に動く場合には、コンベヤーベルト自体がメインプラズマ接地極として使用されることができ、コンベヤーベルトは、接地状態を維持することによって、有効な接地極としての機能をすることができる。
The main
図15を参照すれば、被処理物Mが電源極410とメインプラズマ接地極440との間に位置している。この際、電源コントローラ460は、増加されたパワーのRF電源を電源極410に印加し、RF電源のパワーが増加するにつれて、電源極410と被処理物Mとの間には、グロープラズマが生成される。
Referring to FIG. 15, the workpiece M is located between the
電源極410と補助プラズマ接地極430との間には、常に補助プラズマAPが形成されている。従って、メインプラズマMPが生成される時、補助プラズマAPのプラズマ状態がメインプラズマMPに容易に転移されることができ、本実施例に係るプラズマ発生装置400は、従来のプラズマ発生装置に比べて、一層安定し且つ電力の損失が少ないプラズマを生成することができる。
An auxiliary plasma AP is always formed between the
メインプラズマMPを維持できる電力に比べて補助プラズマAPを維持する電力は僅かなので、被処理物Mを加工している間にも、補助プラズマAPは、オフとならずに、安定にプラズマ状態を維持することができる。従って、供給される電源が不安定で、メインプラズマMPの状態が不安定になっても、安定した補助プラズマAPからプラズマ状態がメインプラズマに随時転移されることができ、メインプラズマMPもオフとならずに安定した状態を維持することができる。 Since the power to maintain the auxiliary plasma AP is small compared to the power to maintain the main plasma MP, the auxiliary plasma AP does not turn off while the workpiece M is being processed. Can be maintained. Therefore, even if the supplied power is unstable and the state of the main plasma MP becomes unstable, the plasma state can be transferred from the stable auxiliary plasma AP to the main plasma at any time, and the main plasma MP is also turned off. Therefore, a stable state can be maintained.
図16は、第1実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための構成図である。 FIG. 16 is a block diagram for explaining a plasma generator according to another embodiment of the present invention similar to the first embodiment.
図16を参照すれば、第1実施例のプラズマ発生装置400に比べて本実施例に係るプラズマ発生装置401は、キャパシタンス接地極432をさらに含む。キャパシタンス接地極432は、電源コントローラ450から供給されるRF電源に対応してキャパシタンスを形成し、RF電源により安定したプラズマを形成するように補助する機能をする。
Referring to FIG. 16, the
キャパシタンス接地極432は、電源極410及び誘電体膜420を収容することによって、電源極410及び誘電体膜420を装着する胴体となることができ、補助プラズマ接地極430及びキャパシタンス接地極432は、相互一体に形成され、1つの接地胴体を構成することができる。
The
図17は、本発明の第6実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図であり、図18は、第6実施例に係るプラズマ発生装置が作動する過程を説明するための断面図である。 FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a plasma generating apparatus according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a process in which the plasma generating apparatus according to the sixth embodiment operates.
図17及び図18を参照すれば、第6実施例に係るプラズマ発生装置500は、電源極510、誘電体膜520、メインプラズマ接地極540、補助プラズマ接地極530、キャパシタンス接地極532、ガス流入経路550、及び電源コントローラ560を含む。補助プラズマ接地極530及びキャパシタンス接地極532は、ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、一体をなし、1つの接地胴体535を形成する。接地胴体535の下段には、被処理物Mの移送経路に垂直となるように円筒型のホールが形成され、前記ホールの下段部は、部分的に開放され、電源極510及び誘電体膜520が共にホール内に挿入される時、誘電体膜520の一部が接地胴体535の下段から露出される。従って、電源極510によりメインプラズマMPが形成される時にも、広い面積にわたって均一に形成されることができる。
17 and 18, a
被処理物Mは、移送ローラRにより接地胴体535とメインプラズマ接地極540との間を連続的に通過し、プラズマ発生装置500は、所要の地点でメインプラズマを形成し、プラズマ加工処理を連続的に行うことができる。
The workpiece M is continuously passed between the grounding
電源極510は、円筒型で形成され、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属で構成される。電源極510は、電源コントローラ560に電気的に連結されており、電源コントローラ560により電源極510にRF電源が印加されることができる。
The
電源コントローラ560は、インピダンスマッチングボックス562を含み、高周波電源は、前記マッチングボックス562を通じて電源極510に伝達される。電源コントローラ560では、基本的に、補助プラズマAPを生成できる程度の電源が供給されており、電源極510と補助プラズマ接地極530間の間隔が非常に狭く、且つ面積も小さいため、低パワーの電源で容易に補助プラズマAPを維持することができる。
The
前記表2にまとめた通り、補助プラズマは、メインプラズマを維持するための電力の50%以下の電力で十分に維持することができる。 As summarized in Table 2, the auxiliary plasma can be sufficiently maintained with a power of 50% or less of the power for maintaining the main plasma.
誘電体膜520は、アルミナ、石英、シリコン又はセラミックよりなり、誘電体膜520は、電源極510の周辺に沿って形成された絶縁体であって、電源極510と周辺接地極との直接的な接触を遮断する。ここで、誘電体膜520は、約0.1〜10mmの厚さで形成される。
The
誘電体膜520は、中空の円筒型で成形製作され、円筒型の電源極510を誘電体膜520に挿入したり、誘電体膜220を電源極510の表面に塗布又は蒸着することによって得られる。これにより、従来の板型電源極とは異なって、円筒型の誘電体膜520は、別途の支持部材無しに、誘電体膜520が電源極510を取り囲む簡単な構造により、電源極510を完全に絶縁することができるという長所がある。従って、電源極510を通じて強い電場を印加しても、絶縁破壊が生じることなく、相対的に多量の反応ガスを供給し、充分な量のプラズマを発生することができる。
The
接地胴体535は、1つの接地極として、補助プラズマAPを生成するために電源極510に隣接して配置された補助プラズマ接地極530と、電源極510を部分的に収容しながらキャパシタンスを形成するキャパシタンス接地極532とを含む。また、接地胴体535の内部には、ガス流入経路550が形成され、外部から流入された反応ガスは、ガス流入経路550を通過して、補助プラズマ接地極520と電源極510との間に均一に分散される。
The
ガス流入経路550は、外部から混合ガスが流入される第1流入路552、第1流入路552に連結され、電源極510と並んで形成される第2流入路554、電源極510と補助プラズマ接地極520との間に形成される流入チャンバー556、及び第2流入路554と流入チャンバー556とを連結する複数のオリフィス558を含む。反応ガスは、第1流入路552を通じて接地胴体530の内部に進入し、第2流入路554を経てオリフィス558に均一に分布される。オリフィス558を通過した反応ガスは、流入チャンバー556を通じて電源極510と補助プラズマ接地極530との間に沿って全体的に分散され、分散された反応ガスは、各々の位置で補助プラズマAP又はメインプラズマMPの生成を補助する。
The
前述したように、補助プラズマ接地極530は、低パワーの電源で補助プラズマAPを生成できなければならないので、電源極510に約0.1〜20mm程度の間隔で近く配置される。また、補助プラズマ接地極530と電源極510が互いに並んで配置されているので、補助プラズマAPがメインプラズマMPに転移される時にも、全区間にわたる大面積で迅速に転移されることができる。
As described above, since the auxiliary
メインプラズマ接地極540は、電源極510の下部に位置し、電源極510から所定の間隔をもって離隔して配置される。メインプラズマ接地極540は、電源極510のRF電源に対応してメインプラズマMPを生成するためのものであって、電源極510に印加される電源が常に一定のパワー以上に増加する場合、電源極510及びメインプラズマ接地極540との間に強い電場が形成され、強い電場によりメインプラズマMPが生成されることができる。
The main
図18を参照すれば、電源極510とメインプラズマ接地極540との間にメインプラズマMPが形成されている。もちろん、メインプラズマMPと共に、電源極510と補助プラズマ接地極530との間には、補助プラズマAPが形成されている。
Referring to FIG. 18, the main plasma MP is formed between the
メインプラズマMPは、グロープラズマであって、被処理物は、電源極510及びメインプラズマ接地極540を通過しながら広い面積に対して洗浄又は酸化膜生成などのプラズマ加工処理が施される。また、補助プラズマAPは、常に形成されているので、メインプラズマMPに容易にプラズマ状態を転移することができ、メインプラズマMPを始めて生成したり、持続的に維持するにあたって、安定的で且つ決定的な助けになる。
The main plasma MP is glow plasma, and the object to be processed is subjected to plasma processing such as cleaning or oxide film generation over a large area while passing through the
従って、プラズマ加工を行う作業者は、所望の時点にメインプラズマを生成及び消滅することができ、これは、このような調節を自由に行うことで、精密なプラズマ加工が大気圧及び常温で可能であることを意味する。メインプラズマMPが生成される時、補助プラズマAPのプラズマ状態を容易に転移されることができるので、一層安定し且つ電力の損失が少ないプラズマを生成することができる。 Therefore, the operator who performs plasma processing can generate and extinguish the main plasma at a desired point in time, and this adjustment can be freely performed, so that precise plasma processing can be performed at atmospheric pressure and normal temperature. It means that. When the main plasma MP is generated, the plasma state of the auxiliary plasma AP can be easily transferred, so that a more stable plasma with less power loss can be generated.
図19は、第6実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。 FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention similar to the sixth embodiment.
図19を参照すれば、1つの接地胴体535が被処理物の移送方向に長く延長され、接地胴体535内に複数の円筒ホールが並列で形成された後、各ホールに電源極510及び誘電体膜520が挿入される。そして、各電源極510を中心として補助プラズマ接地極530、キャパシタンス接地極532及びガス流入経路550が形成される。これは、大容量プラズマを処理するためのもので、広い面積に対して安定したプラズマ加工処理が可能となる。また、各々の電源極に流入される反応ガスを異ならしめることによって、各々の電源極で行われるプラズマ加工処理の性格を異ならしめることができる。
Referring to FIG. 19, after one
図20及び図21は、第6実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。 20 and 21 are cross-sectional views for explaining a plasma generator according to another embodiment of the present invention similar to the sixth embodiment.
図20を参照すれば、2つの接地胴体535が上下に互いに対向して配置され、第6実施例と同様に、各々の接地胴体535には、電源極510及び誘電体膜520が挿入され、電源極510を中心として補助プラズマ接地極530、キャパシタンス接地極532及びガス流入経路550が形成される。
Referring to FIG. 20, two grounding
このように2つのプラズマ発生装置が上下に配置されるため、それら間を通過する被処理物の両面に対してプラズマ加工処理を行うことができる。もちろん、前述したように、両面に対するプラズマ処理過程を異ならしめることによって、両面に互いに異なる加工処理を行うことができる。 Thus, since two plasma generators are arrange | positioned up and down, a plasma processing process can be performed with respect to both surfaces of the to-be-processed object which passes between them. Of course, as described above, different processing treatments can be performed on both sides by making the plasma treatment process different on both sides.
図21を参照すれば、図19に示されたプラズマ発生装置が上下に互いに対向して配置されており、それら間を通過する被処理物の両面に対してプラズマ加工処理を同時に行うことができる。 Referring to FIG. 21, the plasma generators shown in FIG. 19 are arranged vertically opposite to each other, and plasma processing can be simultaneously performed on both surfaces of the workpiece passing between them. .
図22は、本発明の第7実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。 FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining a plasma generating apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
図22を参照すれば、第7実施例に係るプラズマ発生装置600は、電源極610、誘電体膜520、メインプラズマ接地極540、補助プラズマ接地極530、キャパシタンス接地極532、ガス流入経路550、及び電源コントローラ560を含む。補助プラズマ接地極530及びキャパシタンス接地極532は、ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、一体をなし、1つの接地胴体535を形成する。本実施例において、電源極610を除いた他の構成要素は、前記実施例の構成要素と実質的に同一であり、前記実施例の説明及び図面を参照することができる。
Referring to FIG. 22, the
電源極610の外径は、誘電体膜520の内径より小さく形成されており、電源極610と誘電体膜520との間に間隔が提供される。このような構造によれば、作動中に、電源極610が熱膨張しても、誘電体膜520間の間隔により誘電体膜520がこれを収容して、電源極610の膨張による誘電体膜520の破損を防止することができる。
The outer diameter of the
図23は、第7実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。 FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining a plasma generator according to another embodiment of the present invention similar to the seventh embodiment.
図23を参照すれば、円筒型電源極610の表面に長手方向に形成された溝612が形成され、溝612により提供される凹凸は、被処理物に向かうように配向されている。このような凹凸は、同一の条件での凹凸の端部に電荷が集中されるようにすることで、電場の形成を促進・強化させることになる。
Referring to FIG. 23, a
図24は、第7実施例と類似な本発明の他の実施例に係るプラズマ発生装置を説明するための断面図である。 FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining a plasma generator according to another embodiment of the present invention similar to the seventh embodiment.
図24を参照すれば、補助プラズマ接地極530と誘電体膜520との間に設けられた放電プローブ670と、放電プローブ670に電気的に連結されるイグナイタ675とを含む。また、放電プローブ670とイグナイタ675とを連結する導線は、所定の間隔をもって離隔されたギャップ672を含む。
Referring to FIG. 24, a
イグナイタ675により放電プローブ670に瞬間的な高電圧を印加させることによって、工程点火をすべき初期に、イグナイタ675を用いて反応ガスを点火させることができる。イグナイタ675を通じて点火を行うので、電源コントローラにより供給される高周波電源で高い開始電圧を負担する必要が無く、消費電力をも抑えることができる。
By applying an instantaneous high voltage to the
また、放電プローブ670とイグナイタ675は、ギャップ672により所定の間隔をもって離隔するように連結されるが、これは、電源極610と補助プラズマ接地極630との間に発生された誘導起電力により、放電プローブ670からイグナイタ675まで誘導起電流が逆バイアスされることを防止するためのものである。
In addition, the
図25は、本発明の第8実施例に係るプラズマ発生装置を示す断面図である。 FIG. 25 is a sectional view showing a plasma generating apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.
図25を参照すれば、第8実施例に係るプラズマ発生装置は、電源極510、誘電体膜520、メインプラズマ接地極540、補助プラズマ接地極530、キャパシタンス接地極532、ガス流入経路550、及び電源コントローラ560を含み、電源極510の両側に各々補助プラズマ接地極530及びガス流入経路550が配置されていることを特徴とする。また、補助プラズマ接地極530及びキャパシタンス接地極532は、ステンレススチル又はアルミニウム合金で構成され、一体をなし、1つの接地胴体535を形成する。
Referring to FIG. 25, the plasma generator according to the eighth embodiment includes a
両側の補助プラズマ接地極530が1つの電源極510を共有しており、パワーが片寄ることなく、プラズマ発生装置を使用することができる。また、前後に流入されるガスの流れが互いに反対なので、特定の方向に処理すべき被処理物に対して容易に対応することができる。
The auxiliary
電源極510は、円筒型で形成され、ステンレススチル又はアルミニウム合金などの金属で構成される。電源極510は、電源コントローラ560に電気的に連結されており、電源コントローラ560により電源極510にRF電源が印加されることができる。
The
電源コントローラ560では、基本的に、補助プラズマAPを生成できる程度の電源が供給されており、低パワーの電源で容易に補助プラズマAPを維持することができる。
The
誘電体膜520は、中空の円筒型で成形製作され、円筒型の電源極510を誘電体膜520に挿入したり、誘電体膜520を電源極510の表面に塗布又は蒸着することによって得られる。これにより、従来の板型電源極とは異なって、円筒型の誘電体膜520は、別途の支持部材無しに、誘電体膜520が電源極510を取り囲む簡単な構造により、電源極510を完全に絶縁することができるという長所がある。従って、電源極510を通じて強い電場を印加しても、絶縁破壊が生じることなく、相対的に多量の反応ガスを供給し、充分な量のプラズマを発生することができる。
The
以上説明したように、本発明によれば、プラズマ発生装置は、大気圧下で低温プラズマを生成することができ、補助プラズマを利用することによって、安定したプラズマを提供することができる。特に、試料の移送又は外部ガスの流入などによりプラズマ放電維持が均一でなく、不安定の高周波電源を使用する場合にも、補助プラズマが安定したプラズマソースとして機能するので、試料の移送及び人為的でない外部ガスの流入でも、均一で且つ大面積に適用できる安定したグロープラズマを生成することができる。 As described above, according to the present invention, the plasma generator can generate low-temperature plasma under atmospheric pressure, and can provide stable plasma by using auxiliary plasma. In particular, even when using a high frequency power source that is unstable and unstable in plasma discharge due to sample transfer or inflow of external gas, the auxiliary plasma functions as a stable plasma source. Even when the external gas is not flowing, a stable glow plasma that can be applied uniformly and over a large area can be generated.
また、補助プラズマを使用することによって、メインプラズマの生成や消滅を作業者の意図によって迅速に転換することができ、これにより、精密なプラズマ加工処理を行うことができる。 In addition, by using the auxiliary plasma, the generation and extinction of the main plasma can be quickly switched according to the operator's intention, thereby enabling precise plasma processing.
また、本発明に係るプラズマ発生装置は、大気圧のオープン空間で設置条件の制約をあまり受けないので、実時間の連続工程を通じてプラズマ洗浄及びその他の加工処理を迅速に行うことができる。 In addition, since the plasma generating apparatus according to the present invention is not greatly limited by installation conditions in an open space at atmospheric pressure, plasma cleaning and other processing can be performed quickly through a continuous process in real time.
一方、複数の電源極及び補助プラズマ接地極を形成することができるので、プラズマ発生装置の容量を容易に増大させることができ、左右の幅に対して幅の調節が非常に自由である。 On the other hand, since a plurality of power supply electrodes and auxiliary plasma grounding electrodes can be formed, the capacity of the plasma generator can be easily increased, and the width can be adjusted very freely with respect to the left and right widths.
また、誘電体膜の内径を電源極の外径より大きくして、電源極の熱膨張を安全に収容することができ、電源極の周り部に凹凸を形成することによって、同一の条件下で電場の形成を促進・強化することができる。また、補助プラズマ接地極での初期点火のために、電源極と接地極との間に放電プローブを配置し、これにイグナイタを連結することによって、初期点火時に消費される電力を顕著に低減することができる。 Also, by making the inner diameter of the dielectric film larger than the outer diameter of the power supply electrode, it is possible to safely accommodate the thermal expansion of the power supply electrode, and by forming irregularities around the power supply electrode, under the same conditions Electric field formation can be promoted and strengthened. In addition, for initial ignition at the auxiliary plasma ground electrode, a discharge probe is arranged between the power supply electrode and the ground electrode, and an igniter is connected to this to significantly reduce the power consumed during the initial ignition. be able to.
このように、大気圧低温プラズマは、金属や非金属に関係なく、例えば、半導体ウェーハ、LCDガラス、リードフレーム、PCB、金属シート、導光板、繊維、シリコン、ゴム、ポリマーなどの洗浄、アッシング、エッチング、蒸着及びその他の加工に大きく貢献することができる。また、プラズマの活性を利用する場合、試料の有機物成分を実時間(in-line)で処理することができ、プラズマの低温特性を用いて、被処理物の熱変形を起こさずに、製品の品質を高める新環境的な工程を導入することができる。 Thus, atmospheric pressure low temperature plasma, regardless of metal or non-metal, for example, semiconductor wafer, LCD glass, lead frame, PCB, metal sheet, light guide plate, fiber, silicon, rubber, polymer cleaning, ashing, It can greatly contribute to etching, vapor deposition and other processing. In addition, when utilizing the activity of plasma, the organic component of the sample can be processed in-line, and the low temperature characteristics of the plasma can be used to prevent the product from being thermally deformed. New environmental processes to improve quality can be introduced.
ひいては、大気圧低温プラズマの技術は、今後半導体及びPCB産業発展のみならず、プラスチック及びガラス製品の表面処理技術、医療機器及び食料品などの雑菌、消毒技術などに適用することができると予想される。 As a result, atmospheric pressure low temperature plasma technology is expected to be applicable not only to semiconductor and PCB industry development, but also to surface treatment technology for plastic and glass products, germs such as medical equipment and foodstuffs, and disinfection technology. The
以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。 The present invention described above can be variously replaced, modified, and changed without departing from the technical idea of the present invention as long as it has ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment and attached drawings.
Claims (16)
前記被処理物から所定の間隔をもって離隔して配置された電源極と、
前記電源極と前記被処理物との間に介在される第1誘電体膜と、
前記電源極に隣接して配置され、前記電源極と前記被処理物との間に生成されるメインプラズマより低いパワーで補助プラズマを形成する補助プラズマ接地極と、前記電源極に隣接して配置されるキャパシタンス接地極とを含む接地胴体と、
前記電源極と前記接地胴体との間に介在される第2誘電体膜と、
前記電源極と前記補助プラズマ接地極との間にプラズマ反応のための混合ガスを提供するためのガス流入部と、
前記電源極に印加されるRF電源を制御する電源コントローラと、
前記電源極の下部に位置し、前記電源極から離隔して配置され、前記メインプラズマを生成するためのメインプラズマ接地極と、を備え、
前記被処理物が電源極とメインプラズマ接地極との間に位置し、
前記電源極は、平板型で形成され、前記被処理物の上部で前記被処理物と一定の間隔を維持し、
前記接地胴体は、前記電源極に対応して平板型で形成され、前記電源極に対向して配置され、前記補助プラズマ接地極及び前記キャパシタンス接地極は、前記第2誘電体膜を挟んで前記電源極と面接触することを特徴とする大気圧プラズマ発生装置。In an atmospheric pressure plasma generator for processing workpieces with plasma,
A power supply electrode disposed at a predetermined interval from the object to be processed;
A first dielectric film interposed between the power supply electrode and the workpiece;
An auxiliary plasma grounding electrode that is disposed adjacent to the power supply electrode and forms auxiliary plasma with a lower power than a main plasma generated between the power supply electrode and the workpiece, and is disposed adjacent to the power supply electrode. A grounding fuselage including a capacitance grounding electrode,
A second dielectric film interposed between the power supply electrode and the grounding body;
A gas inflow part for providing a mixed gas for a plasma reaction between the power supply electrode and the auxiliary plasma ground electrode;
A power controller for controlling an RF power applied to the power electrode;
A main plasma grounding electrode for generating the main plasma, located at a lower part of the power supply electrode and spaced apart from the power supply electrode;
The object to be processed is located between the power supply electrode and the main plasma ground electrode,
The power supply electrode is formed in a flat plate shape, and maintains a certain distance from the object to be processed above the object to be processed.
The grounding body is formed in a flat plate shape corresponding to the power supply electrode, and is disposed to face the power supply electrode, and the auxiliary plasma grounding electrode and the capacitance grounding electrode sandwich the second dielectric film. An atmospheric pressure plasma generator characterized by being in surface contact with a power supply electrode.
前記被処理物から所定の間隔をもって離隔して配置された柱状の電源極と、
前記電源極の周りを覆う誘電体膜と、
前記電源極に隣接して配置され、前記電源極と前記被処理物との間に生成されるメインプラズマより低いパワーで補助プラズマを形成する補助プラズマ接地極と、
前記電源極と前記補助プラズマ接地極との間に反応ガスを提供するためのガス流入部と、
前記電源極に印加されるRF電源を制御する電源コントローラと、
前記電源極の下部に位置し、前記電源極から離隔して配置され、前記メインプラズマを生成するためのメインプラズマ接地極と、を備え、
前記被処理物が電源極とメインプラズマ接地極との間に位置し、
前記電源極の側面が前記被処理物に面し、
前記電源極の表面には溝が形成され、前記溝は、前記被処理物に向かうことを特徴とする大気圧プラズマ発生装置。In an atmospheric pressure plasma generator for processing workpieces with plasma,
A columnar power supply electrode disposed at a predetermined interval from the object to be processed;
A dielectric film surrounding the power supply electrode;
An auxiliary plasma ground electrode disposed adjacent to the power supply electrode and forming an auxiliary plasma at a lower power than a main plasma generated between the power supply electrode and the workpiece;
A gas inflow portion for providing a reaction gas between the power supply electrode and the auxiliary plasma ground electrode;
A power controller for controlling an RF power applied to the power electrode;
A main plasma grounding electrode for generating the main plasma, located at a lower part of the power supply electrode and spaced apart from the power supply electrode;
The object to be processed is located between the power supply electrode and the main plasma ground electrode,
A side surface of the power supply electrode faces the workpiece,
A groove is formed on a surface of the power electrode, and the groove is directed to the object to be processed.
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