CN111466156A - 等离子体照射装置 - Google Patents

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Abstract

等离子体照射装置构成为具备：等离子体头(14)，产生等离子化气体并从喷嘴喷出该等离子化气体；气体供给装置(50)，用于对气体进行流量调节并向等离子体头供给气体；气体管(60)，将该气体供给装置与等离子体头之间连接而成为气体的流路；及压力检测器(62)，检测从气体供给装置供给的气体的压力。检测向等离子体头供给的气体的压力(PA～PD)，并将该压力利用于各种情况，从而构成实用的等离子体照射装置。具体而言，例如能够基于检测出的压力而简便地判定出气流在等离子体头中的堵塞即头堵塞。

Description

等离子体照射装置
技术领域
本发明涉及照射等离子化的气体的等离子体照射装置。
背景技术
例如如下述专利文献所记载的那样，等离子体照射装置构成为具备喷出等离子化的气体即等离子化气体的等离子体头，并向工件的表面照射该等离子化气体。从气体供给装置经由气体管而向等离子体头供给作为等离子化气体的来源的反应气体和用于运送该反应气体的载气。等离子体头具备一对电极，向上述一对电极间施加电压而使通过上述一对电极间的反应气体等离子化。从等离子体头的喷嘴喷出该等离子化的气体及载气。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2012-129356号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述等离子体照射装置正在开发中，能够通过实施某些改良来提高实用性。本发明鉴于这样的实际情况而作出，以提供一种高实用性的等离子体照射装置为课题。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的等离子体照射装置的特征在于，具备：
等离子体头，产生等离子化气体并从喷嘴喷出该等离子化气体；
气体供给装置，用于对气体进行流量调节并向上述等离子体头供给气体；
气体管，将该气体供给装置与上述等离子体头之间连接而成为气体的流路；及
压力检测器，检测从上述气体供给装置供给的气体的压力。
发明效果
根据本发明，可以检测向等离子体头供给的气体的压力，能够将该压力利用于各种情况。因此，根据本发明，可以构成实用的等离子体照射装置。具体而言，例如能够基于检测出的压力而简便地判定出气流在等离子体头中的堵塞即头堵塞。
附图说明
图1是表示作为实施例的等离子体照射装置的等离子体处理机的整体结构的立体图。
图2是以拆下了罩的状态表示图1中的等离子体处理机所具有的作为等离子体头的照射头的立体图。
图3是图2中的照射头的剖视图。
图4是表示能够向图1中的等离子体处理机安装的其他等离子体头的剖视图。
图5是用于说明与向图1的等离子体处理机中的等离子体头的气体供给相关的结构的模式图。
具体实施方式
以下，作为实施例，参照附图来详细地说明本发明的等离子体照射装置的代表性的实施方式。另外，除了下述实施例之外，本发明也可以以基于本领域技术人员的知识而实施了各种变更、改良后的各种形态来实施。
实施例
[A]等离子体照射装置的整体结构
如图1所示，作为本发明的等离子体照射装置的实施例的等离子体处理机构成为包含：载置工件W的工作台10、配置在工作台10旁边的串联连杆式机器人(也可以称作“多关节型机器人”，以下简称为“机器人”)12、保持于机器人12上并用于照射等离子化气体的等离子体头即照射头14、是对照射头14供电的电源且承担对照射头14的气体供给的电源/气体供给单元16及作为执行该等离子体处理机的控制的控制装置的控制器18。顺带一提，机器人12作为为了向工件照射等离子化气体而使照射头14移动的头移动装置发挥作用。
参照表示拆下了罩的状态的图2及作为剖视图的图3来进行说明，照射头14具有大致陶瓷制的外壳20，在该外壳20的内部形成有用于产生等离子化气体的反应室22。并且，以探入反应室22的方式保持有一对电极24。另外，在外壳20内形成有用于使反应气体从上方向反应室22流入的反应气流路26及用于使载气流入的一对载气流路28。反应气体(活化气体)虽然为氧气(O2)，但从反应气流路26使氧气和氮气(N2)的混合气体(例如干燥空气(Air))向电极24之间流入(以下，为了方便起见，有时将该混合气体也称作“反应气体”，将氧气称作“活化气体”。)。载气是氮气，从各载气流路28以围绕各电极24的方式流入。照射头14的下部为喷嘴30，在喷嘴30上以呈一列地排列的方式形成有多个排出口32。并且，以从反应室22朝着下方而与各排出口32相连的方式形成有多个排出路34。
通过电源/气体供给单元16的电源部向一对电极24之间施加交流的电压。通过该施加，例如如图3所示，在反应室22内，在一对电极24各自的下端之间产生模拟电弧A。在反应气体通过该模拟电弧A时该反应气体被等离子化，等离子化的气体即等离子化气体与载气一起被从喷嘴30排出(喷出)。
另外，在喷嘴30的周围，以包围喷嘴30的方式设有套筒36。经由供给管40而向套筒36与喷嘴30之间的环状空间38供给作为保护气的热气(在本等离子体处理机中采用空气)，该热气以围绕从喷嘴30射出的等离子化气体的周围的方式沿着等离子化气流排出。关于热气，顾名思义，排出为了确保等离子化气体的功效而加热后的气体。因此，在供给管40的中途设有用于加热的加热器42。
等离子体处理机能够取代上述照射头14而将其他等离子体头安装于机器人。图4是表示作为其他等离子体头的一例的照射头14’。图示的照射头14’在喷嘴30’中设有直径比较大的一个排出口32’，以从反应室22朝着下方而与排出口32’相连的方式形成有一个排出路34’。套筒36’、环状空间38’以与喷嘴30’匹配的方式变更。其他结构与照射头14相同，因此省略说明。这样，等离子体处理机能够安装式样不同的等离子体头。
电源/气体供给单元16构成为包括电源部和气体供给部。电源部具有用于向照射头14的一对电极24间施加电压的电源，作为气体供给装置发挥作用的气体供给部进行上述反应气体、载气、保护气的供给。以下对气体供给部进行的气体供给详细地进行说明。
[B]气体的供给
如图5所示，从作为氮气(N2)的供给源的氮气产生装置52和作为空气(Air)(例如是干燥空气)的供给源的压缩机54分别向电源/气体供给单元16、详细而言向电源/气体供给单元16的气体供给部50供给氮气、空气。顺带一提，氮气产生装置52构成为从由压缩机54供给的空气分离出氮气。
气体供给部50对应于构成上述反应气体的包含作为活化气体的氧气的空气(Air)、构成反应气体的氮气(N2)、作为与照射头14的一对载气流路28对应的二系统的载气的氮气(N2)、成为热气的空气(Air)而分别具有作为流量调节器的质量流量控制器56。为了方便起见，对于质量流量控制器56，在需要对五个质量流量控制器56分别加以区別的情况下，有时称作质量流量控制器56a1、56a2、56b～56d。由质量流量控制器56a1进行了流量调整后的空气和由质量流量控制器56a2进行了流量调整后的氮气通过混合器58进行混合，而生成反应气体(N2+O2)。
反应气体、二系统的载气、热气经由四根气体管60而分别向照射头14供给(也参照图1)。顺带一提，以下将气体管60简称为“管60”，在需要对四根气体管60分别加以区別的情况下，有时也称作气体管60a～60d。经由管60a～60c供给的反应气体、二系统的载气在照射头14内的反应室22中进行混合，包含等离子化后的氧气的混合气体从喷嘴30、30’排出。另外，在电源/气体供给单元16内，在四根管60的质量流量控制器56侧，为了检测在四根管60中通过的气体的压力，分别设有作为压力检测器的压力传感器62。换言之，压力传感器62设于各管60与气体供给部50之间。顺带一提，对于压力传感器62，在需要对四个压力传感器62分别加以区別的情况下，称作压力传感器62a～62d。另外，对应于各管60，也可以将质量流量控制器56a1、56a2及混合器58作为一个气体供给装置进行考虑，将质量流量控制器56b～56d作为其他气体供给装置进行考虑。
[C]照射头、气体管的堵塞的判定
对于气流的堵塞成为妨碍通过照射等离子化气体而进行的等离子处理良好地进行的主要原因。具体而言，堵塞例如有可能是由于照射头14、14’的喷嘴30、30’、与热气相关的环状空间38、38’的压溃等而在各管60中产生的。在本等离子体处理机中，在控制器18中对这些堵塞进行判定。
图5示意性地示出了安装有照射头14的情况，从该图可知，在各管60中分别产生了压力损失，在照射头14中也在载气及反应气体的系统(以下有时称作“主气体系统”)、热气的系统(以下有时称作“热气系统”)中分别产生了压力损失。若将各管60a～60d中的压力损失设为管压力损失ΔPTA～ΔPTD，将主气体系统的照射头14中的压力损失设为主气体系统头压力损失ΔPHM，将热气系统的照射头14中的压力损失设为热气系统头压力损失ΔPHH，则由上述压力传感器62a～62d检测出的气体的压力即实际压力PA～PD分别为：
PA＝ΔPTA+ΔPHM
PB＝ΔPTB+ΔPHM
PC＝ΔPTC+ΔPHM
PD＝ΔPTD+ΔPHH。
若将由质量流量控制器56a1、56a2、56b～56d调整的各气体的流速(每单位时间的质量流量)设为FA1、FA2、FB～FD，则在管60a～60d中流动有流速FA(＝FA1+FA2)～FD的气体。若将气体在各管60中适当地流动的情况下的各管60的管压力损失ΔPTA～ΔPTD设为基准管压力损失ΔPTA0～ΔPTD0，则上述基准管压力损失ΔPTA0～ΔPTD0分别基于通过各管60的气体的流速FA～FD和各管60的长度即管长L(在本等离子体处理机中，可以认为各管60的长度相等)而由下述的式子规定。
ΔPTA0＝fTA(FA，L)＝fTA(FA1+FA2，L)
ΔPTB0＝fTB(FB，L)
ΔPTC0＝fTC(FC，L)
ΔPTD0＝fTD(FD，L)
在此，fTA()～fTD()分别是以流速FA～FD、管长L为参数的函数。
另一方面，若将气体在照射头14内适当地流动的情况下的主气体系统头压力损失ΔPHM、热气系统头压力损失ΔPHH设为基准主气体系统头压力损失ΔPHM0、基准热气系统头压力损失ΔPHH0，则上述基准主气体系统头压力损失ΔPHM0、基准热气系统头压力损失ΔPHH0分别基于在主气体系统、热气系统中流动的气体的流速、也就是说主气体系统流速FM(＝FA+FB+FC)、热气系统流速FH(＝FD)及照射头14的式样Ty而由下述式子规定。
ΔPHM0＝f HM(FM，Ty)＝fHM(FA+FB+FC，Ty)
＝fHM(FA1+FA2+FB+FC，Ty)
ΔPHH0＝fHH(FHH，Ty)＝fHH(FD，Ty)
在此，fHM()、fHH()是以流速FM、FHH、头式样Ty为参数的函数。
控制器18将用于求出基准管压力损失ΔPTA0～ΔPTD0、基准主气体系统头压力损失ΔPHM0、基准热气系统头压力损失ΔPHH0的数据，以上述函数f TA()～f TD()、f HM()、f HH()的形式或者以值被离散地设定的流速FA～FD、管长L、流速FM、FHH、各头式样Ty的矩阵数据的形式进行存储，基于上述数据和由质量流量控制器56a1、56a2、56b～56d实际调整的各气体的流速FA1、FA2、FB～FD、所安装的管60的管长L、所安装的照射头14、14’的式样Ty，来求出实际进行等离子处理时的或者实际进行等离子处理之前的基准管压力损失ΔPTA0～ΔPTD0、基准主气体系统头压力损失ΔPHM0、基准热气系统头压力损失ΔPHH0，并基于其结果而按照下述式子来求出作为基准的气体压力即基准压力PA0～PD。
PA0＝ΔPTA0+ΔPHM0
PB0＝ΔPTB0+ΔPHM0
PC0＝ΔPTC0+ΔPHM0
PD0＝ΔPTD0+ΔPHH0
并且，控制器18对由压力传感器62a～62d检测出的实际压力PA～PD与基准压力PA0～PD0进行比较，判定照射头14、14’的喷嘴30、30’的堵塞、与热气相关的环状空间38、38’的堵塞。具体而言，在实际压力PA～PC中的各压力超过对于各压力设定的界限压力dPA～dPC(设定差)地升高的情况下，判定为产生了喷嘴30、30’的堵塞，在实际压力PD超过所设定的界限压力dPD地升高的情况下，判定为环状空间38、38’中产生了堵塞。也就是说，控制器18作为判定等离子体头中的气流的堵塞即头堵塞的堵塞判定器发挥作用。
另一方面，控制器18在实际压力PA～PC中的仅某一压力超出对于各个压力所设定的界限压力dPA～dPC地升高的情况下，判定为在该实际压力PA～PC升高的气体所通过的一个管60a～60c中产生了堵塞。另外，在基于上述实际压力PD的判定中，也就是说，在实际压力PD超过所设定的界限压力dPD地升高的情况下的判定中，也可以判定为在管60d、照射头14、14’的热气系统的某一部位产生了堵塞。
附图标记的说明
14，14’：照射头(等离子体头)
16：电源/气体供给单元
18：控制器(控制装置)(堵塞判定器)
22：反应室
24：电极
30，30’：喷嘴
38，38’：环状空间
50：气体供给部(气体供给装置)
56，56a～56d：质量流量控制器(流量调节器)
60，60a～60d：气体管
62，62a～62d：压力传感器(压力检测器)。

Claims (6)

1.一种等离子体照射装置，具备：
等离子体头，产生等离子化气体并从喷嘴喷出该等离子化气体；
气体供给装置，用于对气体进行流量调节并向所述等离子体头供给气体；
气体管，将该气体供给装置与所述等离子体头之间连接而成为气体的流路；及
压力检测器，检测从所述气体供给装置供给的气体的压力。
2.根据权利要求1所述的等离子体照射装置，其中，
所述压力检测器设于所述气体供给装置与所述气体管之间。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体照射装置，其中，
该等离子体照射装置具备堵塞判定器，所述堵塞判定器基于由所述压力检测器检测出的气体的压力来判定气流在所述等离子体头中的堵塞即头堵塞。
4.根据权利要求3所述的等离子体照射装置，其中，
所述堵塞判定器构成为，基于基准管压力损失和基准头压力损失来设定应由所述压力检测器检测的气体的压力即基准压力，并基于由所述压力检测器实际检测出的气体的压力即实际压力与基准压力之差来判定头堵塞，所述基准管压力损失基于所述气体管的长度和在该气体管中通过的气体的流量来设定，所述基准头压力损失基于所述等离子体头的式样和在该等离子体头中通过的气体的流量来设定。
5.根据权利要求4所述的等离子体照射装置，其中，
该等离子体照射装置具备：
多个气体供给装置，分别作为所述气体供给装置发挥作用；
多个气体管，分别作为所述气体管发挥作用，并将所述多个气体供给装置与所述等离子体头分别连接；及
多个压力检测器，分别作为所述压力检测器发挥作用，检测从所述多个气体供给装置中的各气体供给装置供给的气体的压力，
所述等离子体头以使从所述多个气体供给装置通过了所述多个气体管的气体在内部混合的方式构成，
所述基准管压力损失对应于所述多个气体管中的各气体管而设定有多个，
所述堵塞判定器构成为，基于设定有多个的所述基准管压力损失和所述基准头压力损失来设定所述多个压力检测器中的各压力检测器的所述基准压力，在由所述多个压力检测器各自检测出的实际压力与所述多个压力检测器中的各压力检测器的所述基准压力之差均超过设定差的情况下，判定为产生了头堵塞。
6.根据权利要求5所述的等离子体照射装置，其中，
所述堵塞判定器构成为，在只有由所述多个压力检测器中的一个压力检测器检测出的实际压力与该一个压力检测器的所述基准压力之差超过设定差的情况下，判定为在所述多个气体管中的如下的一个气体管中产生了气体管的气流的堵塞即管堵塞：在该一个气体管与所述多个气体供给装置中的一个气体供给装置之间设有该多个压力检测器中的一个压力检测器。
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