(57)【要約】  本発明は、ガスホースによって送給されるプロセスガスが貫流する少なくとも１つの放電管を有する、プラズマジェットを生成するための装置に関する。本発明では、少なくとも１つの放電管に導電性の放電保護部が設けられている。本発明の効果は、特に、寄生放電が抑制され、本装置および基板の各構成部材に対する熱的負荷が低減されることである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスホース（５）によって送給されるプロセスガスが貫流する少なくとも１つの放電管（１）を有する、プラズマジェットを生成するための装置であって、該放電管（１）の壁部が誘電体材料からなり、
その際、第１の電極（２）が、大きな構造を有して、該放電管（１）内部中央に長手方向に延設されており、また、
その際、第２の電極（３）が、軸方向に放電管（１）の壁部を包囲して配置されており、しかも、該第２の電極（２）と該放電管（１）と該第２の電極（３）とが、同軸の、断面が同心円状の構造をなし、開いた正面を有し、そこからプラズマが生成可能であるように第２の電極が配置されている装置において、
前記放電管（１）に導電性材料からなる放電保護部（４）が配置されており、該放電保護部が前記第１の電極（２）に接続されていること、及び、
前記放電保護部（４）が、前記ガスホース（５）の自由端を収容すること、及び、
該放電保護部（４）の、該ガスホース（５）自由端の方を向いた側が、広がっており、その際、該放電保護部の中間スペースがガスホース（５）を包囲するように広がっていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記放電保護部（４）の、前記ガスホース（５）の自由端の方を向いた側が、円錐状に角度αで広がっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記放電保護部（４）の、前記ガスホース（５）の自由端の方を向いた側が、中央の凹部によって広げられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第２の電極（３）が、半径方向に前記放電管（１）から間隔を置いて該放電管の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
プラズマジェットを生成可能である本装置の正面側に、誘電体の同心円状の端末キャップ（８）が配置されており、該端末キャップを前記第２の電極（３）が包持していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記端末キャップ（８）が、テフロン（登録商標）、又は適当な熱的及び機械的安定性を有するその他のプラスチック、又はセラミックからなることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記端末キャップ（８）が２部材構成であり、その際、内側の金属製部材（９）が加えられており、該部材が前記第２の電極（３）に接続されて導通していることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の電極（３）が、完全に又は部分的に誘電体によって取り囲まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
プロセスガスを送給可能な位置である前記放電管（１）の正面に、プロセスガスが貫流可能なフィルタ（７）が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記フィルタ（７）が焼結材料、特に焼結ブロンズからなることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
複数の放電管（１）が設けられている場合に、各放電管がフィルタ（７）を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
複数の放電管（１）が設けられている場合に、これらの全ての放電管が、１つのフィルタプレート（１２）を共有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスガスが貫流する少なくとも１つの放電管を有する、プラズマジェットを生成するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電管を有するこのような装置は、非特許文献１及び非特許文献２によって知られている。この公知の装置は、誘電体材料からなる放電管を有し、その際、第１の電極が、大きな構造を有し、放電管内部の中央に長手方向に延設されており、また、第２の電極が、放電管を包囲している。第２の電極は、その際、同心円状に構成されており、従って、内部の第１の電極と放電管と第２の電極とが、同軸の、断面が同心円状の構造をなし、開いた正面を有しており、そこからプラズマが生成される。プラズマ生成のために、内部の棒状の電極は高電圧の状態にされ、一方、外側の電極は接地されている。これにより、電場の状態に基づいて、好ましくは、内部の棒状電極の先端にプラズマが点火する。次に、プラズマは、プロセスガス流の方向に広がる。プロセスガスとしてヘリウム又は窒素又は空気を用いた場合、内部電極の先端とプラズマジェットで処理できる基板との間に拡散的なプラズマジェットが形成される。これは、「低温」プラズマであり、ガス温度は比較的低く、室温程度から最大数百℃までの範囲である。
【０００３】
しかし、この公知の装置の場合、プラズマジェットの点火後、例えば、プラズマジェットをより長く、又はより強く維持するために、印加電圧を高めて供給電力を大きくしようとすると、内部電極の裏側にも、あるいは同電位にある内部電極固定部にもプラズマが形成されるという現象が見られる。しかも、これは、プロセスガス流の反対方向に生じる。この余分ないわゆる寄生放電は、プラズマジェットに寄与しないので、望ましくない。
【０００４】
さらに、この公知の装置では、高い動作電圧の場合、従って、供給電力が大きい場合、内部電極と外部電極との間に直接的なプラズマ結合、すなわちフラッシュオーバが生じる恐れがある。そのとき、プラズマは、もはや拡散的でも低温でもなく、ずっと高いガス温度を有する細い管路状に収縮的に生じる。これは、装置及び／又は基板の損傷につながる恐れがある。
【０００５】
また、プロセスガスを供給するガスホースが熱損傷する恐れがある。
【非特許文献１】Jungo Toshifuji et al：“Cold arc-plasma jet under atmospheric pressure for surface modification”, Surface and Coatings Technology 2003, p. 302ff
【非特許文献２】Workshop Plasmabehandlung und Plasma-CVD-Beschichtung bei Atmospharendruck”, Dresden, 16. November 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の課題は、寄生放電を適切な方法で抑制し、第１の電極と第２の電極との間にフラッシュオーバが生じない、プラズマジェトを生成するための冒頭に挙げた種類の装置を提示することである。また、本発明の課題は、「低温」プラズマのみを生成することを実現することによって、本装置及び基板の熱損傷を総じて低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を備えた、プラズマジェトを生成するための装置によって解決される。従属請求項は、本発明の特に有利なその他の実施形態に関する。
【０００８】
本発明の基礎にある一般的認識は、電圧が印加されている金属製の中空体の内部には電場が存在しないという認識である。しかし、当業者には明らかなように、中空円筒を選択すると、中空円筒の縁端から電場が中空円筒の内部へ入り込み、その結果、状況によっては、プラズマの点火に十分な電場が、ガスホース内の望ましくない場所に生じてしまうという短所がある。従って、本発明では、ガスホース用の金属製保持具が、所定の角度で、あるいはまた他の方法、例えば階段状になって、円錐形に広がった構成を有しており、従って、保持具の縁端における軸方向の電場が、一定の直径を有する通常の中空円筒の場合よりも、ずっと小さくなっている。本発明の他の有利な実施形態では、高い電場が生じることを防ぐために、保持具の全ての角が丸められている。
【０００９】
本発明の特に有利な１つの実施形態では、第２の、接地された外部電極が、従来技術の場合とは違って、放電管上に直接配置されることはなく、半径方向に、ある程度の間隔が置かれている。
【００１０】
本発明の特に有利なもう１つの実施形態では、放電管の終端に誘電体からなる端末キャップが設けられている。従って、特に希ガスを用いる場合に、強いプラズマジェットを生成することができる。
【００１１】
本発明の、さらに変更が加えられたもう１つの有利な実施形態では、ガスホースと放電管との間にフィルタが備えられている。これにより、本発明の上述の効果に加えて、渦流による雑音の発生が抑えられる。この雑音が発生するのは、従来技術において公知の装置の場合、プロセスガスが、ガス供給部からホースなどを介して、直接、放電室内へ流れ込み、内部電極の保持具の周囲を流れることによって、渦流が発生し、それに伴って雑音が生じるためである。
【００１２】
本発明について、実施例を示しながら図面を用いて詳述する。
【００１３】
まず、図１に概略的に示された本発明に係る第１の装置について詳述する。この装置は、誘電体材料からなる放電管１を有し、該放電管の内部に、棒状の大きな内部電極２が配置されている。第２の電極３が放電管１を取り囲んでいる。その際、直接接していても、半径方向に間隔を置いて取り囲んでいてもかまわない。この電極３は、特に有利には同心円状に構成されており、従って、内部の電極２と放電管１と外部電極３とが、同軸の、断面が同心円状の構造をなし、開いた正面を有しており、そこからプラズマが生成される。プラズマ生成のために、内部電極１は高電圧の状態にされ、一方、外部電極３は接地されている。本発明では、放電管１の終端に金属製の放電保護部４が設けられている。放電保護部４は、この例では同時にまた、プロセスガスを供給するためのガスホース５用の保持具でもある。プロセスガスの流れ方向は、矢印によって示されている。さらにまた、放電保護部４は、高圧ケーブル６用の保持具でもあり、高圧ケーブルに対する接触部の働きをする。本発明の有利なもう１つの実施形態では、さらに焼結材料からなるフィルタ７が設けられている。このフィルタ７については、さらに以下において詳述する。例えばタングステンからなる内部電極２は、このフィルタ７によって保持され、放電管１の内部における電極の中心位置に固定される。本発明のこの実施形態の場合、放電保護部４は、ガスホース５用金属製保持具が角度αで円錐状に広がった構造をしており、従って、軸方向の電場は、保持具の端部において、従来技術による一定の直径を有する中空円筒の場合よりも、ずっと小さくなっている。角度αは、最大動作電圧に応じて、及びガスホース５の直径と放電管１の直径との比に応じて決まる。特に有利であるのは、放電管保護部４の全ての角、特に保持具の付近にある角を丸めることで、高い電場を防ぐようにすることである。
【００１４】
図１に示されているように、ガスホース５と放電管１との間にあるフィルタ７によって、渦流による騒音の発生が抑制される。フィルタ７を通過した後、ガスの流れはほぼ層流であり、安定している。フィルタ７は、同様に図１に示されているように、特殊な実施形態、例えばフィルタが焼結ブロンズ製である場合には、内部電極２の保持具としても利用することができる。さらに、フィルタ７の背面領域に、プロセスガスの流れ方向に反して背圧が生じ、この背圧が、また、寄生放電の所望の抑制を促す働きをする。これは、プロセスガスの点火電界強度が、主圧力の関数であるからである。いわゆるパッシェン曲線における右側の弧の部分では、ガスの点火電圧は、圧力が上昇するにつれて高くなる。この関係は、当業者には周知である。
【００１５】
図２には、本発明に係る装置の第２の実施形態が示されており、この形態では、放電保護部４の構成が異なっている。この実施形態の場合、放電保護部４に直径ｄ、深さｔの凹部が設けられている。従って、この実施形態の場合にも、保持具の端部に生じる半径方向の電場は、ずっと小さくなる。本発明の範囲内で、また、放電保護部４の他の実施形態も考えられ、例えば、角度αの代わりに階段状に広がる形態も可能である。
【００１６】
図３には、本発明に係る装置のもう１つの実施形態が示されている。この形態では、従来の技術のように、接地された外部電極３が、放電管１上に直接配置されているのではなく、半径方向に放電管からある程度の間隔を置いて配置されている。さらに、この実施形態の場合、放電管１の開いた終端に、誘電体の端末キャップ８が設置されている。端末キャップ８は、例えば、テフロン（登録商標）、又は適当な熱的及び機械的安定性を有するその他のプラスチック、あるいはセラミックからなる。特に簡単な方法で、端末キャップ８は、外部電極３に螺着することで固定することが可能である。
【００１７】
誘電体材料からなる端末キャップ８は、比較的わずかな出力供給、一般的には数ワットの出力供給で、特にプロセスガスとして希ガスを用いる場合にプラズマジェットを生成するのに役立つ。同時にまた、本発明に係る端末キャップ８は、内部電極２と接地された外部電極３との間にフラッシュオーバあるいはアーク放電が生じるのを防ぐ。これは、この両電極間の間隔が非常に大きくなっているからである。
【００１８】
図４には、変更が加えられた、２部材構成の端末キャップ８を具備する、本発明に係る装置のもう１つの実施形態が示されている。外側の部材は誘電体からなり、また、内側の金属製部材９が加えられており、この部材が該電極３に接続されて導通している。この構成は、特にプロセスガスとして分子性ガスを用いる場合に適している。内側の金属性部材９は、放電管１内部の電界を増大させ、それによってまたプラズマジェットを強化する。
【００１９】
本発明の範囲内において、他の方法で、外部電極３を誘電体で部分的に取り囲むことも、あるいは誘電体内に完全に含めることも可能である。
【００２０】
図５には、複数の放電管１を有する本発明の実施形態、いわゆるマルチジェット配置が概略的に示されている。複数の平行な放電管１が示されており、これらの放電管に、プロセスガス供給路１０とガス分配システム１１とによって、プロセスガスが供給される。この種の構成は、原理上、既に従来技術で知られている。この公知の構成の場合、多数の放電管のうち、好ましくは、流体抵抗が最も小さい放電管、あるいは供給路１０に最も近接している放電管にプロセスガスが貫流される。従来技術におけるプロセスガス流出のこのような不均一性は、基板の表面処理の均一性に悪影響を及ぼす。
【００２１】
図５に示された実施形態の場合、本発明の有利なもう１つの構成に従って、上述したように、各放電管１にフィルタ７が配置されている。フィルタの流体抵抗は、放電管１自体の流体抵抗よりもずっと大きいので、各放電管１にプロセスガスが均一に供給される。これにより、個々の平行なプラズマジェットが均一化される。
【００２２】
図６には、この種の構成にさらに変更が加えられた実施形態が示されており、そこでは、個々のフィルタの代わりに、より大きな共通のフィルタプレート１２が、各放電管１の前に配置されている。
【００２３】
ここまで図１から図６で、本発明に必須の最も重要な部分を示して説明をしてきたが、最後に、図７に、市販用の本発明に係る装置の全体構成図を示す。上述した構成部材以外に、ここではさらに、環状のプラスチック製絶縁体１３が示されている。この絶縁体は放電管１を包囲している。この絶縁体１３の周囲には、セラミック製の保護管１４が配置されている。外部電極３の周囲には、プラスチック製の保護絶縁部１５がある。外部接続部は、丸い金属製ハウジング１６によって形成されている。本実施形態の場合、フィルタ７には、独立した構造部材として、金属製の特殊な電極支持体１７が配置されている。さらに、本装置は、後端にプラスチック製のカバーキャップ１８を有しており、このカバーキャップに金属製の末端部１９が続いている。末端部１９へねじ端子２０が螺嵌されており、このねじ端子の中をガスホース５及び高圧ケーブル６が通される。本装置の前方の開いた終端に、さらにプラスチックねじ２１が示されており、このねじによって、末端キャップ８が、本例では環状の外部電極３に固定されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る、１つの放電管を具備する装置の第１の実施形態を示す。
【図２】前記装置の第２の実施形態を示す。
【図３】前記装置の第３の実施形態を示し、端末キャップが追加されている。
【図４】前記装置の第４の実施形態を示し、端末キャップに変更が加えられている。
【図５】本発明に係る、複数の放電管を具備する装置の第１の実施形態を示す。
【図６】前記装置の第２の実施形態を示す。
【図７】本発明に係る、１つの放電管を具備する装置の、市販用であるもう１つの実施形態を示す。
【符号の説明】
【００２５】
１    放電管
２    第１の電極
３    第２の電極
４    放電保護部
５    ガスホース
６    高圧ケーブル
７    フィルタ
８    端末キャップ
９    金属製部材
１０  プロセスガス供給部
１１  ガス分配システム
１２  フィルタプレート
１３  絶縁体
１４  保護管
１５  保護絶縁部
１６  ハウジング
１７  電極支持体
１８  カバーキャップ
１９  末端部
２０  ねじ端子
２１  プラスチックねじ
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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