(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であって、
高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、
ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第１ガス供給装置とヘリウムガス以外の第２希ガスを供給する第２ガス供給装置と酸素ガスを供給する第３ガス供給装置を含み、
高周波電界発生装置と第１、第２、第３ガス供給装置を制御する制御装置であって、第１ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第２希ガスの供給を開始し第２希ガスのプラズマが発生したら第１ガス供給装置を停止し、その後第３ガス供給装置による酸素ガスの供給を開始する制御装置を具備し、
第３ガス供給装置から供給される酸素ガスは、少なくとも、最上流の第１段高周波電界発生装置の下流側に設けられた第３ガス導入口から反応管内部に供給されることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
【請求項２】
誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であって、
高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、
ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第１ガス供給装置とヘリウムガス以外の第２希ガスを供給する第２ガス供給装置と酸素ガスを供給する第３ガス供給装置を含み、
高周波電界発生装置と第１、第２、第３ガス供給装置を制御する制御装置であって、第１ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第２希ガスの供給を開始し第２希ガスのプラズマが発生したら第１ガス供給装置を停止し、その後第３ガス供給装置による酸素ガスの供給を開始する制御装置を具備し、
互いに平行に配列される複数の反応管を有し、高周波電界発生装置の各電極が複数の反応管を周囲していることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧下でプラズマを発生させて、電子部品等の表面処理等をおこなう大気圧プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧下でプラズマを発生させて電子部品等の表面処理をおこなうプラズマ処理装置が公知である。例えば、特開２００１−２３９６８公報に開示された装置がある。上記公報の装置では、反応管内に希ガスを流し、反応管に付設した高圧電極と接地電極の間に高周波電圧を印加して、反応管内でプラズマを発生させ、反応管の出口から噴出するプラズマを被処理物体に当てるようにしたものである。
【０００３】
そして希ガスとしては、ヘリウムガスとアルゴンガスを使用するようにされ、ヘリウムガスの割合をヘリウムガスとアルゴンガスの総量の２０％〜５０％にすることが示されている。ところが、ヘリウムガスは高価であるので、さらにヘリウムガスの使用量を少ないプラズマ処理装置の開発が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、ヘリウムガスの使用量の少ない大気圧プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であって、
高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、
ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第１ガス供給装置とヘリウムガス以外の第２希ガスを供給する第２ガス供給装置と酸素ガスを供給する第３ガス供給装置を含み、
高周波電界発生装置と第１、第２、第３ガス供給装置を制御する制御装置であって、第１ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第２希ガスの供給を開始し第２希ガスのプラズマが発生したら第１ガス供給装置を停止し、その後第３ガス供給装置による酸素ガスの供給を開始する制御装置を具備し、
第３ガス供給装置から供給される酸素ガスは、少なくとも、最上流の第１段高周波電界発生装置の下流側に設けられた第３ガス導入口から反応管内部に供給されることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置が提供される。
このように構成された大気圧プラズマ処理装置では、酸素ガスは、少なくとも、最上流の第１段高周波電界発生装置で発生せしめられたプラズマ中に導入される。
【０００９】
請求項２の発明によれば、誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であって、
高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、
ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第１ガス供給装置とヘリウムガス以外の第２希ガスを供給する第２ガス供給装置と酸素ガスを供給する第３ガス供給装置を含み、
高周波電界発生装置と第１、第２、第３ガス供給装置を制御する制御装置であって、第１ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第２希ガスの供給を開始し第２希ガスのプラズマが発生したら第１ガス供給装置を停止し、その後第３ガス供給装置による酸素ガスの供給を開始する制御装置を具備し、
互いに平行に配列される複数の反応管を有し、高周波電界発生装置の各電極が複数の反応管を周囲していることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置が提供される。
このように構成された大気圧プラズマ処理装置では、複数の反応管からプラズマが噴出するので処理面積が大きい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１が第１の実施の形態の構成を示す図であって、反応管１０は誘電体である石英で形成されていて、この実施の形態の場合は外径６ｍｍ、内径４ｍｍ、厚さ１ｍｍのものを使用した。なお、反応管１０の材料は石英に限られるものではなく、誘電体であればどのような材料でもよく、例えば、セラミックスを使用することもできる。但し、石英が汚れにくくメンテナンスが楽であるので最も好ましい。
【００１３】
反応管１０の上部には第１ガス導入口１１、第２ガス導入口１２、第３ガス導入口１３が設けられ、下端にはプラズマ出口１４が形成されている。この出口１４に対向して処理台２００が配設され、処理台２００の上に被処理物体Ｔが載置される。
【００１４】
そして、中間部には、アルミ製の環状の第１電極２０、第２電極３０、第３電極４０が反応管１０の外周を周囲するように配設されている。第１電極２０と第３電極４０は接地電極であり接地されているが、第２電極３０は高圧電極であって、高周波電源５０が整合器５１を介して接続され、第１電極２０と第２電極３０で第１段高周波電界発生装置Ａ１を形成し、第２電極３０と第３電極４０で第２段高周波電界発生装置Ａ２を形成している。すなわち、反応管１０は直列に配列された２段の高周波電界発生装置を有することになる。
【００１５】
なお、第１電極２０と第２電極３０、第２電極３０と第３電極４０の間隔は、反応管１０が上記のような寸法の場合、略１〜２ｍｍとされている。なお、各電極を反応管１０に対して移動可能に取付ておいて間隔を調整可能にすることもできる。
【００１６】
そして、冷却水通路６１が第１電極２０、第２電極３０、第３電極４０の内部を通るように配設されていて、冷却水通路６１には冷却水ポンプ６０から冷却水が供給され、各電極はこの冷却水で冷却されるようになっている。この結果、プラズマ発生中の各電極の過熱を防止することができる。
【００１７】
そして、第１ガス導入口１１へ第１ガスボンベ７０から第１ガス調整弁７１を介してヘリウムガスが導入され、第２ガス導入口１２へ第２ガスボンベ８０から第２ガス調整弁８１を介してアルゴンガスが導入され、第３ガス導入口１３へ第３ガスボンベ９０から第３ガス調整弁９１を介して酸素ガスが導入されるようになっている。
なお、第２ガスボンベ８０から導入するガスをアルゴンガスではない他のキセノン、クリプトン等の希ガスとすることもできる。
【００１８】
第１ガス調整弁７１、第２ガス調整弁８１、第３ガス調整弁９１は制御装置１００により開度が調整される。
制御装置１００は、簡単なマイクロコンピュータから成り、高周波電源５０、整合器５１、冷却水ポンプ６０の制御もおこなう。
【００１９】
次に、上記のように構成された大気圧プラズマ処理装置を利用して被処理物体の表面処理作業をおこなう手順と作用について説明する。
先ず、被処理物体Ｔを処理台２００の上に載置する。そして、冷却水ポンプ６０を作動せしめて冷却水通路６１に冷却水を流す。
次に、第１ガス調整弁７１を開弁して第１ガスボンベ７０のヘリウムガスを第１ガス導入口１１から反応管１０内に導入する。
【００２０】
第１ガス調整弁７１を開弁後所定の時間が経過して反応管１０内にヘリウムガスが充分行き渡ったならば、高周波電源５０をＯＮにし、第１高周波電界発生装置Ａ１の第１電極２０と第２電極３０の間、および、第２高周波電界発生装置Ａ２の第２電極３０と第３電極４０の間に高周波電界を発生させる。この高周波電界によりヘリウムガスからプラズマが生成される。
所定の時間を経過させプラズマが安定したならば、第２ガス調整弁８１を開弁して第２ガスボンベ８０のアルゴンガスを第２ガス導入口１２から反応管１０内に導入する。すると、アルゴンガスによるプラズマの生成が開始される。
【００２１】
アルゴンガスの導入開始後、所定時間を経過させアルゴンガスによるプラズマが安定したならば、第１ガス調整弁７１を閉弁してヘリウムガスの導入を停止する。その後、所定時間経過させてから、第３ガス調整弁９１を開弁して第３ガスボンベ９０の酸素ガスを第３ガス導入口１３から反応管１０内に導入する。図２は上記の手順を示すチャートであって横軸は時間を表わしている。
反応管１０内で生成されたプラズマはプラズマ出口１４から処理台２００上に載置された被処理物体Ｔに向かって噴出し、非処理物体Ｔは洗浄される。
【００２２】
このように、本発明の第１の実施の形態は、ガス流れ方向に沿って直列に第１段高周波電界発生装置Ａ１と第２段高周波電界発生装置Ａ２を有して、多段に高周波電界を発生させることによって、ヘリウムガスの導入を途中で停止することができ、その結果、高価なヘリウムガスの使用量が減少し、運転コストが低下する。
【００２３】
図２は第２の実施の形態を説明する図であって、第３ガス導入口１３を第２電極３０を貫通して設け、酸素ガスを第１段高周波電界発生装置Ａ１と第２段高周波電界発生装置Ａ２の間から導入するようにした点が第１の実施の形態と異なる。
その結果、第１の実施の形態のように、酸素ガスを上方からアルゴンガスと一緒に導入する場合よりも、より多量の酸素ガスを導入することができる。酸素ガスは活性があるので洗浄能力を有しており、酸素ガスを多量に導入できるということは、洗浄能力がを高めることができるということである。
【００２４】
ここで、第１の実施の形態よりもより多量の酸素ガスを導入することができるのは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、酸素ガスのプラズマはアルゴンガスのプラズマよりも弱いものであって、換言すれば、酸素ガスの導入はプラズマを弱性化する作用をおこなう。したがって、これを第１段高周波電界発生装置Ａ１の上流から大量に導入するとプラズマ全体が弱くなってしまう。しかし、この第２の実施の形態のように、第１段高周波電界発生装置Ａ１の後流の第２電極３０のところから酸素ガスを導入すれば、その上流側でアルゴンガスにより安定したプラズマが生成されている中に導入されるので大量に酸素ガスを導入してもプラズマの弱まり方が小さくなる。
【００２５】
次に、第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態は、反応管１０を複数本、この場合は３本を、平面視では図５に示すように三角形になるように、平行に配置し、各反応管１０を各電極で周囲し、各反応管１０にそれぞれ第１の実施の形態と同様にヘリウムガス、アルゴンガス、酸素ガスを導入し、各反応管１０の出口１４からプラズマを噴出せしめ、プラズマの放出面積を拡大したものである。したがって、一度に大きな面積の処理ができる。その他の構成は、運転方法は第１の実施の形態と同じである。
なお、この第３の実施の形態では、３本の反応管１０を平行に配置した例を示したが、所望に応じて何本でも平行に配置することができる。
【００２６】
以上、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態と、３つの電極で、２段の高周波電界発生装置を形成、配置した場合を説明したが、さらに電極を増やして、より多段の高周波電界発生装置を形成、配置することができる。この場合も、隣接する段の高周波電界発生装置について電極を共用することにより電極の数を少なくすることができる。
例えば、電極の総数をＮとし、それらを、交互に接地電極と高圧電極とすれば、Ｎ−１段の高周波電界発生装置を形成、配置することができる。
【００２７】
図６の（Ａ）は、上流から接地電極、高圧電極、接地電極、高圧電極と４つの電極を配置して、Ａ１，Ａ２，Ａ３の３段の高周波電界発生装置を形成、配置した場合を示し、図６の（Ｂ）は、上流から接地電極、高圧電極、接地電極、高圧電極、接地電極と４つの電極を配置して、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の３段の高周波電界発生装置を形成、配置した場合を示している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、誘電体で形成されプラズマ原料ガスを導入するガス導入口と反応管内で生成されるプラズマを被処理物体に向けて放出するガス出口を有する反応管と、反応管のガス導入口にプラズマ原料ガスを供給するガス供給装置と、反応管を周囲して配置され高周波電源から高周波電圧が印加される一対の高圧電極と接地電極から成り反応管内に高周波電界を発生せしめる高周波電界発生装置とを具備する大気圧プラズマ処理装置であるが、高周波電界発生装置がガス流れにそって直列に複数多段に配置されており、ガス供給装置がヘリウムガスを供給する第１ガス供給装置とヘリウムガス以外の第２希ガスを供給する第２ガス供給装置と酸素ガスを供給する第３ガス供給装置を含み、制御装置によって第１ガス供給装置からヘリウムガスを供給している状態で高周波電界発生装置を作始動してプラズマの生成を開始せしめ、その後第２希ガスの供給を開始し第２希ガスのプラズマが発生したら第１ガス供給装置を停止し、その後第３ガス供給装置による酸素ガスの供給が開始される。
したがって、第２希ガスのプラズマが発生したらヘリウムガスの供給を停止することができヘリウムガスの使用量が少なく運転コストが安い。
【００３０】
特に、請求項１の発明のように、第３ガス供給装置から供給される酸素ガスが、少なくとも、最上流の第１段高周波電界発生装置の下流側に設けられた第３ガス導入口から反応管内部に供給されるようにすれば、酸素ガスは、少なくとも、最上流の第１段高周波電界発生装置で発生せしめられたプラズマ中に導入されるので酸素ガスによるプラズマの弱性化の影響が小さくその分酸素ガスを増量でき、その結果洗浄力が向上する。
【００３１】
特に、請求項２の発明のように、互いに平行に配列される複数の反応管を有し、高周波電界発生装置の各電極が複数の反応管を周囲するようにすれば、複数の反応管からプラズマが噴出するので処理面積が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の構造を示す側面図である。
【図２】第１の実施の形態の運転方法を示すチャートである。
【図３】第２の実施の形態の構造を示す側面図である。
【図４】第３の実施の形態の構造を示す側面図である。
【図５】第３の実施の形態における反応管１０の配置を示す上面図である。
【図６】より多段の高周波電解装置を形成、配置するための電極の配置を示す図であって、
（Ａ）は４つの電極で３段の高周波電解装置を形成、配置した場合を示し、
（Ｂ）は５つの電極で４段の高周波電解装置を形成、配置した場合を示している。
【符号の説明】
１０…反応管
１１…第１ガス導入口
１２…第２ガス導入口
１３…第３ガス導入口
１４…プラズマ出口
２０…第１電極
３０…第２電極
４０…第３電極
５０…高周波電源
５１…整合器
６０…冷却水ポンプ
６１…冷却水通路
７０…第１ガスボンベ
７１…第１ガス調整弁
８０…第２ガスボンベ
８１…第２ガス調整弁
９０…第３ガスボンベ
９１…第３ガス調整弁
１００…コントローラ
２００…処理台
Ｔ…被処理物体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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