JP2007213821A

JP2007213821A - マイクロプラズマジェット制御方法及び装置

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Publication number: JP2007213821A
Application number: JP2006029313A
Authority: JP
Inventors: Masashi Matsumori; 正史松森; Shigeki Nakatsuka; 茂樹中塚; Takanori Ichiki; 隆範一木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: JP4760418B2

Abstract

【課題】マイクロプラズマジェットの制御方法において、コンパクトで安価な構成にてプラズマ点灯直後からプラズマ発生中、プラズマ発生量をほぼ一定に安定して制御する。
【解決手段】複数巻のマイクロアンテナ３に高周波電力を供給し、マイクロアンテナ３近傍に配置された放電管４の一端からガスＧを供給し、放電管４内で発生したプラズマＰを放電管４の他端から吹き出すマイクロプラズマジェットの制御方法において、マイクロアンテナ３近傍の温度を温度検出手段７で検出して発熱体６などの温度調整手段を制御し、プラズマＰの発生開始時からプラズマ発生中、マイクロアンテナ３近傍の温度を所定値又はその近傍に制御することで、プラズマ発生量をほぼ一定に制御するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロプラズマジェット制御方法及び装置に関し、特にプラズマ点灯直後からプラズマ発生中、プラズマ発生量を安定してほぼ一定に制御することができるマイクロプラズマジェット制御方法及び装置に関するものである。

従来、真空プラズマ発生装置や大気圧プラズマ発生装置は装置が大型であるため、ロボットに搭載して稼動させるような装置に適用することは不可能であったが、近年、大気圧下でマイクロ誘導結合プラズマジェットを生成する小型のマイクロプラズマジェット発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このマイクロプラズマジェット発生装置は、図１５（ａ）に示すように、基板２１と、基板２１上に配設された波状形態のマイクロアンテナ２２と、マイクロアンテナ２２の近傍に配設された放電管２３とを備えたプラズマチップ２０を用い、放電管２３の一端からガス供給手段２４にてガスを供給するとともに、図１５（ｂ）に示すように、ＶＨＦ帯の高周波電源２５からマイクロアンテナ２２に対して反射波を調整する整合回路２６を介して高周波電力を供給することによって、大気圧にて小電力で放電管２３内の微小空間に良好に安定したプラズマＰを生成させ、マイクロプラズマジェットとして吹き出させるものである。なお、図１５（ａ）中、２７はプラズマＰの発光強度を検出するプラズマ発光強度検出手段であり、その検出値に応じて高周波電源２５を制御して、所望のプラズマＰを出力するように制御される。また、図１５（ｂ）中、Ｌはマイクロアンテナ２２のリアクタンス成分、Ｒ_cはシステムの回路抵抗である。
特許第３６１６０８８号明細書

ところで、上記特許文献１においては、大気圧にて小電力で微小空間に安定したプラズマＰを生成するために、微小な放電管２３中でイオン及び電子の一部を捕捉することができるＶＨＦ帯を利用し、かつマイクロアンテナ２２に流れる電流により生じる誘電磁界を利用する誘導結合方式で効率良く電力をプラズマに供給することによって、高密度のプラズマＰを小電力で安定して生成するという原理や実験内容について開示されているが、この小型のマイクロプラズマジェット発生装置を各種装置に搭載してマイクロプラズマジェットにて表面改質やエッチングや成膜などの各種処理を工業的に行う際に、断続的に処理を行うことがあり、そのような場合にマイクロプラズマジェットを連続的に発生させたままにすると高価な純度の高い不活性ガスの消費量が多くなってランニングコストが高くなってしまうという問題を有している。

そこで、処理を行う間だけ断続的にマイクロプラズマジェットを発生させることでガス消費量の低減を図ろうとすると、プラズマ点灯開始時にはマイクロアンテナ４２近傍の温度が低く、その後上昇して、温度が一定しないため、プラズマジェットＰの出力が一定しないという問題がある。すなわち、上記構成のマイクロプラズマジェット発生装置においては、基板２１として放熱性の良いアルミナ基板を用いた場合でも、プラズマ発生後にマイクロアンテナ２２及び基板２１上の温度が上昇し、回路抵抗Ｒ_cが発熱のために上昇し、整合回路２６が室温時に反射電力値が最小になるように設定されていた場合には、温度上昇に伴って反射電力値が大きくなり、プラズマＰに対する投入電力が低下し、図１６（ａ）に示すように、プラズマ発光強度（図示例ではアルゴンガスを用いているのでＡｒ（アルゴン）発光強度）が点灯直後から徐々に低下し、基板２１の温度が安定して発光強度が安定するのは点灯後５分程度経過してからである。また、基板２１の温度が安定したときに反射電力値が最小になるように整合回路２６を設定した場合には、図１６（ｂ）に示すように、逆にプラズマ点灯開始時には反射電力値が大きいためにプラズマ発光強度が低く、温度が上昇するのに伴ってプラズマ発光強度が上昇し、温度が安定した後は安定する。したがって、このようなプラズマジェットで処理を行うと、処理が不均一になってしまうという問題がある。

これに対して、基板２１の放熱方法を工夫することで、マイクロアンテナの近傍の温度上昇を抑えることも考えられているが、その効果には限界があり、所望の均一な処理を実現することは実質的に不可能である。

また、プラズマＰの発生量に対応するプラズマＰの発光強度をプラズマ発光強度検出手段２７にて直接モニタリングし、その検出結果に応じて高周波電源２５の出力電力を制御することも考えられるが、その場合プラズマ発光強度検出手段２７を配設する必要があり、コンパクトに構成するのが困難で、かつ構成が複雑になってコスト高になり、小型のマイクロプラズマジェット発生装置を工業的に適用する際には実現困難である。

さらに、真空プラズマ発生装置で一般に行われているように、整合回路２６に可変コンデンサ等を使用し、サーボ機構にて可変コンデンサ等の値を自動調整し、マイクロアンテナ２２からの反射波がゼロ近くに自動的に調整できるようにしたものを適用することも考えられるが、マイクロプラズマジェット発生装置を使用する装置は小型であり、自動調整を行うような大型の整合回路２６を適用することは実用的でない。また、マイクロプラズマジェット発生装置では、使用する周波数帯がＶＨＦ帯で波長が短いために、整合回路２６をマイクロアンテナ２２の近傍に配置しないとマイクロアンテナ２２に到達するまでに電力が減衰してしまい、マイクロアンテナ２２に電力を供給できず、しかも上記のようにマイクロアンテナ２２の近傍に定数を調整できるような複雑で大きな構成となる整合回路２６を配設することは実質的に不可能であるという問題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、コンパクトで安価な構成にてプラズマ点灯直後からプラズマ発生中、プラズマ発生量をほぼ一定に安定して制御することができるマイクロプラズマジェット制御方法及び装置を提供することを目的とする。

第１の発明のマイクロプラズマジェット制御方法は、複数巻のマイクロアンテナに高周波電力を供給し、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管の一端からガスを供給し、放電管内で発生したプラズマを放電管の他端から吹き出すマイクロプラズマジェットの制御方法において、プラズマの発生開始時からプラズマ発生中、マイクロアンテナ近傍の温度を所定値又はその近傍に制御するものである。

また、同発明のマイクロプラズマジェット制御装置は、複数巻のマイクロアンテナと、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管と、マイクロアンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、放電管の一端にガスを供給するガス供給手段と、プラズマを点灯させる点灯手段と、マイクロアンテナ近傍の温度を検出する温度検出手段と、マイクロアンテナ近傍の温度を調整する温度調整手段と、温度検出手段からの信号を入力とし、点灯手段と温度調整手段と高周波電源の出力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、プラズマ点灯前からプラズマ発生中、温度調整手段を動作制御してマイクロアンテナ近傍の温度が所定温度又はその近傍になるように制御するものである。

この構成によれば、マイクロアンテナの近傍の温度を検出して、その温度がプラズマ点灯直後からプラズマ発生中にわたって所定値又はその近傍になるように制御することによって、温度の検出と制御を行うコンパクトで安価な構成にて、プラズマ点灯直後からプラズマ発生中にわたってプラズマ発生量をほぼ一定に安定して制御することができる。

また、温度調整手段は、マイクロアンテナ近傍に配置された発熱体や、マイクロアンテナ近傍に熱風を吹きかける熱風発生手段からなると、簡単な構成にて応答性良く温度調整できて好適である。

また、第２の発明のマイクロプラズマジェット制御方法は、複数巻のマイクロアンテナに高周波電力を供給し、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管の一端からガスを供給し、放電管内で発生したプラズマを放電管の他端から吹き出すマイクロプラズマジェットの制御方法において、プラズマ発生中、マイクロアンテナに向けて出力する入射電力値とマイクロアンテナから反射してくる反射電力値とを検出し、入射電力値と反射電力値の差が所定値になるように入射電力値を制御するものである。

また、同発明のマイクロプラズマジェット制御装置は、複数巻のマイクロアンテナと、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管と、マイクロアンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、放電管の一端にガスを供給するガス供給手段と、高周波電源から出力されるマイクロアンテナに対する入射電力値を検出する入射電力値検出手段と、マイクロアンテナから反射してくる反射電力値を検出する反射電力値検出手段と、入射電力値検出手段と反射電力値検出手段からの信号を入力とし、高周波電源の出力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、プラズマ発生中、入射電力値と反射電力値の差が所定値になるように入射電力値を制御するものである。

この構成によれば、マイクロアンテナに対する入射電力値と反射電力値を検出してその差を所定値になるように入射電力値を制御することで、プラズマ点灯直後からプラズマ発生中にわたって、電力値の検出と入射電力値の制御を行うコンパクトで安価な構成にてプラズマ発生量をほぼ一定に安定して制御することができる。

また、第３の発明のマイクロプラズマジェット制御方法は、複数巻のマイクロアンテナに高周波電力を供給し、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管の一端からガスを供給し、放電管内で発生したプラズマを放電管の他端から吹き出すマイクロプラズマジェットの制御方法において、予めプラズマ発光強度がほぼ所望値になる反射電力値と入射電力値の関係を求めておき、プラズマ発生中、反射電力値を検出して前記反射電力値と入射電力値の関係から入射電力値を制御するものである。

また、同発明のマイクロプラズマジェット制御装置は、複数巻のマイクロアンテナと、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管と、マイクロアンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、放電管の一端にガスを供給するガス供給手段と、マイクロアンテナから反射してくる反射電力値を検出する反射電力値検出手段と、反射電力値検出手段からの信号を入力とし、高周波電源の出力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、予め求められたプラズマ発光強度がほぼ所望値になる反射電力値と高周波電源から出力されるマイクロアンテナに対する入射電力値の関係データが格納され、プラズマ発生中、格納されている反射電力値と入射電力値の関係データと反射電力値に基づいて入射電力値を制御するものである。

この構成によれば、予めプラズマ発生量を略一定値に制御する入射電力値と反射電力値を関係を求めておいて、検出した反射電力値に基づいて入射電力値を制御することで、プラズマ点灯直後からプラズマ発生中にわたって、反射電力値の検出と入射電力値の制御を行うコンパクトで安価な構成にてプラズマ発生量をほぼ一定に安定して制御することができる。

また、第４の発明のマイクロプラズマジェット制御方法は、複数巻のマイクロアンテナに高周波電力を供給し、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管の一端からガスを供給し、放電管内で発生したプラズマを放電管の他端から吹き出すマイクロプラズマジェットの制御方法において、予めプラズマ発光強度がほぼ所望値になるマイクロアンテナ近傍の温度と入射電力値の関係を求めておき、プラズマ発生中、マイクロアンテナ近傍の温度を検出して前記温度と入射電力値の関係から入射電力値を制御するものである。

また、同発明のマイクロプラズマジェット制御装置は、複数巻のマイクロアンテナと、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管と、マイクロアンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、放電管の一端にガスを供給するガス供給手段と、マイクロアンテナ近傍の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段からの信号を入力とし、高周波電源の出力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、予め求められたプラズマ発光強度がほぼ所望値になるマイクロアンテナ近傍の温度と高周波電源から出力されるマイクロアンテナに対する入射電力値の関係データが格納され、プラズマ発生中、格納されている温度と入射電力値の関係データと検出温度に基づいて入射電力値を制御するものである。

この構成によれば、予めプラズマ発生量を略一定値に制御する温度と入射電力値の関係を求めておいて、検出した温度に基づいて入射電力値を制御することで、プラズマ点灯直後からプラズマ発生中にわたって、温度の検出と入射電力値の制御を行うコンパクトで安価な構成にてプラズマ発生量をほぼ一定に安定して制御することができる。

本発明のマイクロプラズマジェット制御方法及び装置によれば、マイクロアンテナの近傍の温度を所定値又はその近傍に制御し、又はマイクロアンテナに対する入射電力値と反射電力値を検出してその差を所定値になるように入射電力値を制御し、又は予めプラズマ発生量を略一定値に制御する入射電力値と反射電力値を関係を求めておいて、検出した反射電力値に基づいて入射電力値を制御し、又は予めプラズマ発生量を略一定値に制御する温度と入射電力値の関係を求めておいて、検出した温度に基づいて入射電力値を制御することによって、コンパクトで安価な構成にてプラズマ点灯直後からプラズマ発生中にわたってプラズマ発生量をほぼ一定に安定して制御することができ、各種装置に搭載する小型のマイクロプラズマジェット発生装置による断続的な処理においても低コストにて均一な処理を実現することができる。

以下、本発明のマイクロプラズマジェット制御方法及び装置の各実施形態について、図１〜図１４を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について，図１〜図６を参照して説明する。

本実施形態におけるマイクロプラズマジェット制御装置１においては、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、アルミナ製の基板２上に複数巻きの波状形態のマイクロアンテナ３を形成し、このマイクロアンテナ３の近傍に放電管４を配設している。基板２は、図示例では、上面にマイクロアンテナ３を配設し、下面に放電管４を形成する溝を形成した上部基板２ａと上部基板２ａの下面に貼り合わせた下部基板２ｂにて構成されている。また、マイクロアンテナ３は、マイクロプラズマジェットが吹きだす放電管４の一端開口が臨む基板２の一側辺２ｃに近接して配設されている。

マイクロアンテナ３に高周波電力を供給するため、その一対の端子５ａ、５ｂに高周波電源（図示せず）が、マイクロアンテナ３からの反射波の高周波電源への入力をゼロ近傍に調整する整合回路（図示せず）などを介して接続されている。高周波電源は、例えば１００〜５００ＭＨｚ程度の周波数のＶＨＦ周波数帯の高周波を出力するものであり、出力は２０〜１００Ｗ程度である。

以上の構成において、図１（ａ）に示すように、基板２の一側辺２ｃとは反対側の他端開口から放電管４内にガス供給手段（図示せず）にてガスＧを供給しつつ、高周波電源（図示せず）から基板２上のマイクロアンテナ３にＶＨＦ周波数帯の高周波電力を供給すると、マイクロアンテナ３に流れる電流により生じる誘電磁界にて誘導結合方式でイオン及び電子の一部が効率良く捕捉され、大気圧の微小な放電管４内で小電力にて高密度のプラズマＰが安定して生成され、基板２の一側辺２ｃに臨む放電管４の一端開口からプラズマＰがプラズマジェットとして吹き出される。

以上のような基本構成のマイクロプラズマジェット発生装置において、本実施形態では基板２のマイクロアンテナ３の近傍の温度を調整するための発熱体６が、図示例では下部基板２ｂの上部基板２ａとの貼り合わせ面のマイクロアンテナ３と対向する部分に配設されている。６ａは、発熱体６に電力を供給する配線である。また、基板２の上面のマイクロアンテナ３の近傍にマイクロアンテナ３の近傍の温度を検出する温度検出手段７が配設されている。発熱体６は、図２に示すように、温度検出手段７による検出温度に基づいて制御部８にて動作制御されている。なお、制御部８は、ガス供給手段、高周波電源、及びプラズマを点灯する点灯手段（図示せず）を制御することで、上記プラズマＰの発生を制御するものである。

次に、制御部８によるプラズマＰの発生動作及びマイクロアンテナ３の近傍の温度制御動作について、図３を参照して説明する。図３において、プラズマ処理の開始に際して、先ずガス供給手段から不活性ガスなどのプラズマを発生させるガスＧを放電管４に供給し（ステップＳ１）、高周波電源をオンする（ステップＳ２）。次に、発熱体６による温度制御をオンし（ステップＳ３）、マイクロアンテナ３の近傍の温度Ｔを温度検出手段７からの検出信号にて検出し（ステップＳ４）、その温度Ｔが所定の温度Ｔ１より上昇し、Ｔ＞Ｔ１の条件を満足したか否かの判定を行い（ステップＳ５）、条件を満たすのを待って点灯手段を動作させてプラズマＰを発生させ（ステップＳ６）、プラズマ処理を行う。プラズマＰの発生中は、マイクロアンテナ３の近傍の温度が所定の温度Ｔ０になるように発熱体６による温度制御を行い（ステップＳ７）、温度検出手段７からの検出信号にてマイクロアンテナ３の近傍の温度Ｔを検出し（ステップＳ８）、処理が終了か否かの判定を行う（ステップＳ９）という動作を繰り返し、ステップＳ９で処理の終了が判定されると制御動作を終了する。

なお、前記所定の温度Ｔ０は、プラズマＰの発生を継続した状態でマイクロアンテナ３の近傍の温度が安定する温度であり、高周波電源とマイクロアンテナ３の間に介装される整合回路は、この温度Ｔ０の時にマイクロアンテナ３からの反射電力値がゼロ近傍になるように設定されている。また、前記所定の温度Ｔ１は、温度Ｔ０より若干低く設定された温度で、温度Ｔ０をオーバーシュートせずに円滑に温度Ｔ０で安定するように実験的に求めて設定される。

以上の制御により、図４（ｂ）に示すように、発熱体６による温度制御によってプラズマＰの点灯当初からマイクロアンテナ３の近傍の温度ＴがＴ０に制御され、引き続いてプラズマＰの発熱による温度上昇Ｔ_pに合わせて発熱体６による温度上昇Ｔ_hが低減されて温度ＴがＴ０に制御され、その後プラズマＰの発熱による温度上昇Ｔ_pと基板２からの放熱がバランスしてマイクロアンテナ３の近傍の温度ＴがＴ０に安定するので、プラズマＰの点灯当初からその後のプラズマＰの点灯中にわたってマイクロアンテナ３の近傍の温度Ｔが所定温度Ｔ０に制御される。これによって、図４（ａ）に示すように、回路抵抗Ｒ_cが一定に維持され、その結果、図４（ｃ）に示すように、プラズマＰの発光強度がプラズマＰの点灯当初からプラズマＰの点灯中にわたって一定に制御され、プラズマ点灯開始から均一なプラズマ処理を実現することができる。

なお、以上の説明では温度調整手段として、発熱体６を例示したが、ぺルチェ素子等を用いて加熱冷却の両方を行えるようにしてより精度良く所定温度Ｔ０に温度制御できるようにしても良い。

また、上記実施形態の説明では、温度調整手段として基板２に発熱体６を配置した例を示したが、他の構成例として、図５、図６に示すように、熱風発生器９を適用し、温度検出手段７による検出温度に基づいて制御部８にて配線９ａを介して熱風発生器９を動作制御し、基板２の表面のマイクロアンテナ３の近傍部に熱風発生器９から熱風を吹きつけ、プラズマ点灯開始時から点灯中にわたってマイクロアンテナ３の近傍部の温度が所定の温度Ｔ０になるように温度調整するようにしても良い。また、熱風を冷却風に切り換え可能に構成し、より精度の良い温度調整を行えるようにすることもできる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について，図７、図８を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態と共通の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。

上記第１の実施形態においては、マイクロアンテナ３の近傍の温度を一定に制御することで、プラズマＰの発光強度を点灯直後から一定にするものであるが、本実施形態においては、プラズマＰへの投入電力を一定に制御することで、プラズマＰの発光強度を点灯直後から一定にするものである。すなわち、図７において、プラズマ抵抗をＲ_p、回路抵抗をＲ_c、高周波電源１０からマイクロアンテナ３に出力する入射電力値をＰｆ、マイクロアンテナ３からの反射電力値をＰｒとして、プラズマ投入電力Ｐ_pは、
Ｐ_p＝（Ｒ_p／（Ｒ_p＋Ｒ_c））・（Ｐｆ−Ｐｒ）
で与えられる。ここで、（Ｐｆ−Ｐｒ）を一定に制御することで、プラズマ投入電力Ｐ_pをほぼ一定にしようとするものである。なお、大気圧プラズマではプラズマ抵抗Ｒ_pはプラズマ発生中殆ど一定であり、回路抵抗Ｒ_cはマイクロアンテナ３の温度によって変化するが、（Ｒ_p／（Ｒ_p＋Ｒ_c））の項での影響は比較的少なくて済む。なお、精度良く制御する場合は、（Ｐｆ−Ｐｒ）の目標値を、回路抵抗Ｒ_cの温度による変化を考慮して調整するようにすれば良い。

具体的には、図７に示すように、高周波電源１０から出力される入射電力値Ｐｆを入射電力検出手段１２にて検出し、マイクロアンテナ３からの反射電力値Ｐｒを整合回路１１の高周波電源１０側の端子に接続した反射電力検出手段１３にて検出し、それらの検出信号を制御部８に入力している。制御部８は、入射電力値Ｐｆと反射電力値Ｐｒの差を計算し、（Ｐｆ−Ｐｒ）の値が一定になるように高周波電源１０から出力される入射電力値Ｐｆを制御している。制御部８における具体的な制御方法は、入射電力検出手段１２の検出値をＰｆａ、反射電力値検出手段１３の検出値をＰｒａとし、プラズマＰを発生させて所定時間経過し、回路抵抗Ｒ_cが安定し、反射電力値Ｐｒがゼロ近くになった時の（Ｐｆａ−Ｐｒａ）を予め求めておき、プラズマＰの点灯開始時から（Ｐｆａ−Ｐｒａ）の値がこの予め求めた値に一致するように高周波電源１０から出力する入射電力値Ｐｆを制御している。

以上の制御においては、図８（ａ）に示すように、プラズマＰの点灯当初はマイクロアンテナ３の温度が低いために回路抵抗Ｒ_cが低く、その後時間経過とともに温度が上昇するのに伴って回路抵抗Ｒ_cが高くなり、所定の抵抗値で平衡状態となるが、それに対応して、図８（ｂ）に示すように、反射電力値ＰｒがプラズマＰの点灯当初は高く、その後徐々に低下することになり、それに対応して入射電力値Ｐｆを制御しない場合は、図８（ｃ）に破線で示すように、プラズマＰの点灯当初のプラズマＰの発光強度が低くなり、その後安定状態に向けて向上して行くが、プラズマＰの点灯後しばらくの間、プラズマＰの発生量が少ないために均一なプラズマ処理が不可能となる。本実施形態においては、図８（ｂ）に示すように、反射電力値Ｐｒに対応して入射電力値Ｐｆを制御し、（Ｐｆ−Ｐｒ）が一定になるように制御していることで、プラズマＰに対する投入電力Ｐ_pがほぼ一定になり、その結果、図８（ｃ）に実線で示すように、プラズマＰの発光強度がプラズマＰの点灯当初からプラズマＰの点灯中にわたってほぼ一定に制御され、プラズマ点灯開始からほぼ均一なプラズマ処理を実現することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について，図９、図１０を参照して説明する。

本実施形態においては、使用するマイクロプラズマジェット発生装置において、プラズマＰの点灯開始以降のプラズマＰの発光強度と反射電力値Ｐｒの関係と、各反射電力値Ｐｒが検出される状態において、所定の発光強度を得ることができる入射電力値Ｐｆを予め求めておき、プラズマＰの点灯中、反射電力値Ｐｒを検出し、それに対応して所定の発光強度を得ることができる入射電力値Ｐｆを高周波電源１０から出力するようにしている。

具体的には、入射電力検出手段１２による入射電力検出値をＰｆａ、反射電力検出手段１３による反射電力検出値をＰｒａとして、使用するマイクロプラズマジェット発生装置による実験にて、図９（ａ）に示すように、反射電力検出値ＰｒａがＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等の各状態でプラズマＰの発光強度が低下している場合に、制御部８にて高周波電源１０を制御して入射電力Ｐｆを上げて行き、所定のプラズマＰの発光強度が得られた時の入射電力検出値Ｐｆａをそれぞれ求めることで、図９（ｂ）に示すように、所定のプラズマＰの発光強度が得られる反射電力検出値Ｐｒａと入射電力検出値Ｐｆａとの関係を求めておき、プラズマ処理のためにプラズマ点灯中は、図９（ｂ）の反射電力検出値Ｐｒａを検出し、図９（ｂ）のデータに基づき、検出した反射電力検出値Ｐｒａに対応する入射電力検出値Ｐｆａが検出されるように制御部８にて高周波電源１０の制御を行う。

以上の制御により、図１０（ａ）に示すように、点灯開始時には反射電力値Ｐｒが大きく、その後徐々に低下するのに対応した入射電力値Ｐｆが出力され、投入電力（Ｐｆ−Ｐｒ）は点灯開始時には若干高く、その後ほぼ一定に制御されることにより、図１０（ｂ）に破線で示すように、上記第２の実施形態のように単純に投入電力（Ｐｆ−Ｐｒ）を一定した制御の場合には点灯直後は発光強度が若干低下するのに比して、図１０（ｂ）に実線で示すように、プラズマＰの発光強度がプラズマＰの点灯当初からプラズマＰの点灯中にわたって一定に制御され、プラズマ点灯開始から均一なプラズマ処理を実現することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について，図１１〜図１４を参照して説明する。

本実施形態においては、使用するマイクロプラズマジェット発生装置において、プラズマＰの点灯開始以降のプラズマＰの発光強度とマイクロアンテナ近傍の温度Ｔとの関係と、各温度Ｔの状態において、所定の発光強度を得ることができる入射電力値Ｐｆを予め求めておき、プラズマＰの点灯中、温度Ｔを検出し、それに対応して所定の発光強度を得ることができる入射電力値Ｐｆを高周波電源１０から出力するようにしている。

具体的には、図１１に示すように、基板２上のマイクロアンテナ２の近傍に温度検出手段７を配設し、図１２に示すように、温度検出手段７の検出信号と入射電力検出手段１２の検出信号を制御部８に入力し、制御部８にて検出温度に応じて高周波電源１０から出力する入射電力値Ｐｆを制御するように構成されている。

制御部８の制御動作を図１３を参照して説明すると、温度検出手段７による検出温度をＴ、入射電力値検出手段１２による入射電力検出値をＰｆａとして、使用するマイクロプラズマジェット発生装置による実験にて、図１３（ａ）に示すように、検出温度ＴがＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等の各状態でプラズマＰの発光強度が低下している場合に、制御部８にて高周波電源１０を制御して入射電力Ｐｆを上げて行き、所定のプラズマＰの発光強度が得られた時の入射電力検出値Ｐｆａをそれぞれ求めることで、図１３（ｂ）に示すように、所定のプラズマＰの発光強度が得られる温度Ｔと入射電力検出値Ｐｆａとの関係を求めておき、プラズマ処理のためにプラズマ点灯中は、図１３（ｂ）の温度Ｔを検出し、図１３（ｂ）のデータに基づき、検出した温度Ｔに対応する入射電力検出値Ｐｆａが検出されるように制御部８にて高周波電源１０の制御を行う。

以上の制御により、上記第２の実施形態のように単純に投入電力（Ｐｆ−Ｐｒ）を一定した制御の場合には、図１４に破線で示すように、点灯直後は発光強度が若干低下するのに比して、図１４に実線で示すように、プラズマＰの発光強度がプラズマＰの点灯当初からプラズマＰの点灯中にわたって一定に制御され、プラズマ点灯開始から均一なプラズマ処理を実現することができる。

以上の実施形態においては、マイクロアンテナ３に供給する高周波電力として、１００ＭＨｚを代表とするＶＨＦ周波数帯の高周波電源を用いる例についてのみ説明したが、例えば１３．５６ＭＨｚを代表とするＲＦ周波数帯の高周波電力を供給するようにしたマイクロプラズマジェット発生装置においても、整合回路の定数をプラズマ発生中に変更しない構成の場合に本発明を適用することで効果を発揮し、それによって整合回路の簡素化を図ることができる。

本発明のマイクロプラズマジェット制御装置によれば、マイクロアンテナの近傍の温度を所定値又はその近傍に制御し、又はマイクロアンテナに対する入射電力値と反射電力値を検出してその差を所定値になるように入射電力値を制御し、又は予めプラズマ発生量を略一定値に制御する入射電力値と反射電力値を関係を求めておいて検出した反射電力値に基づいて入射電力値を制御し、又は予めプラズマ発生量を略一定値に制御する温度と入射電力値の関係を求めておいて検出した温度に基づいて入射電力値を制御することによって、プラズマ点灯直後からプラズマ発生中にわたってプラズマ発生量をほぼ一定に安定して制御することができ、簡単かつコンパクトで低コストの構成にて断続的な処理においても均一な処理を実現することができるので、各種マイクロプラズマジェット発生装置、特に各種装置に搭載する小型のマイクロプラズマジェット発生装置に好適に利用することができる。

本発明のマイクロプラズマジェット制御装置の第１の実施形態の構成を示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は分解斜視図。同実施形態の制御構成のブロック図。同実施形態の制御動作のフロー図。同実施形態の動作時の回路抵抗と温度と発光強度の変化を示すグラフ。同実施形態の他の構成例の構成を示す斜視図。同他の構成例における制御構成のブロック図。本発明のマイクロプラズマジェット制御装置の第２の実施形態における制御構成のブロック図。同実施形態の動作時の回路抵抗と電力と発光強度の変化を示すグラフ。本発明のマイクロプラズマジェット制御装置の第３の実施形態における制御方法の説明図。同実施形態の動作時の電力と発光強度の変化を示すグラフ。本発明のマイクロプラズマジェット制御装置の第４の実施形態の構成を示す斜視図。同実施形態の制御構成のブロック図。同実施形態における制御方法の説明図。同実施形態における発光強度の変化を示すグラフ。従来例のマイクロプラズマジェット制御装置の構成を示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は電気回路のブロック図。従来例のマイクロプラズマジェット制御装置における発光強度の変化を示すグラフ。

符号の説明

１マイクロプラズマジェット制御装置
３マイクロアンテナ
４放電管
６発熱体（温度調整手段）
７温度検出手段
８制御部（制御手段）
９熱風発生器（温度調整手段）
１０高周波電源
１２入射電力検出手段
１３反射電力検出手段
Ｐプラズマ
Ｇガス

Claims

複数巻のマイクロアンテナに高周波電力を供給し、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管の一端からガスを供給し、放電管内で発生したプラズマを放電管の他端から吹き出すマイクロプラズマジェットの制御方法において、プラズマの発生開始時からプラズマ発生中、マイクロアンテナ近傍の温度を所定値又はその近傍に制御することを特徴とするマイクロプラズマジェット制御方法。
複数巻のマイクロアンテナに高周波電力を供給し、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管の一端からガスを供給し、放電管内で発生したプラズマを放電管の他端から吹き出すマイクロプラズマジェットの制御方法において、プラズマ発生中、マイクロアンテナに向けて出力する入射電力値とマイクロアンテナから反射してくる反射電力値とを検出し、入射電力値と反射電力値の差が所定値になるように入射電力値を制御することを特徴とするマイクロプラズマジェット制御方法。
複数巻のマイクロアンテナに高周波電力を供給し、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管の一端からガスを供給し、放電管内で発生したプラズマを放電管の他端から吹き出すマイクロプラズマジェットの制御方法において、予めプラズマ発光強度がほぼ所望値になる反射電力値と入射電力値の関係を求めておき、プラズマ発生中、反射電力値を検出して前記反射電力値と入射電力値の関係から入射電力値を制御することを特徴とするマイクロプラズマジェット制御方法。
複数巻のマイクロアンテナに高周波電力を供給し、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管の一端からガスを供給し、放電管内で発生したプラズマを放電管の他端から吹き出すマイクロプラズマジェットの制御方法において、予めプラズマ発光強度がほぼ所望値になるマイクロアンテナ近傍の温度と入射電力値の関係を求めておき、プラズマ発生中、マイクロアンテナ近傍の温度を検出して前記温度と入射電力値の関係から入射電力値を制御することを特徴とするマイクロプラズマジェット制御方法。
複数巻のマイクロアンテナと、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管と、マイクロアンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、放電管の一端にガスを供給するガス供給手段と、プラズマを点灯させる点灯手段と、マイクロアンテナ近傍の温度を検出する温度検出手段と、マイクロアンテナ近傍の温度を調整する温度調整手段と、温度検出手段からの信号を入力とし、点灯手段と温度調整手段と高周波電源の出力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、プラズマ点灯前からプラズマ発生中、温度調整手段を動作制御してマイクロアンテナ近傍の温度が所定温度又はその近傍になるように制御することを特徴とするマイクロプラズマジェット制御装置。
温度調整手段が、マイクロアンテナ近傍に配置された発熱体からなることを特徴とする請求項５記載のマイクロプラズマジェット制御装置。
温度調整手段が、マイクロアンテナ近傍に熱風を吹きかける熱風発生手段からなることを特徴とする請求項５記載のマイクロプラズマジェット制御装置。
複数巻のマイクロアンテナと、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管と、マイクロアンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、放電管の一端にガスを供給するガス供給手段と、高周波電源から出力されるマイクロアンテナに対する入射電力値を検出する入射電力値検出手段と、マイクロアンテナから反射してくる反射電力値を検出する反射電力値検出手段と、入射電力値検出手段と反射電力値検出手段からの信号を入力とし、高周波電源の出力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、プラズマ発生中、入射電力値と反射電力値の差が所定値になるように入射電力値を制御することを特徴とするマイクロプラズマジェット制御装置。
複数巻のマイクロアンテナと、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管と、マイクロアンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、放電管の一端にガスを供給するガス供給手段と、マイクロアンテナから反射してくる反射電力値を検出する反射電力値検出手段と、反射電力値検出手段からの信号を入力とし、高周波電源の出力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、予め求められたプラズマ発光強度がほぼ所望値になる反射電力値と高周波電源から出力されるマイクロアンテナに対する入射電力値の関係データが格納され、プラズマ発生中、格納されている反射電力値と入射電力値の関係データと反射電力値に基づいて入射電力値を制御することを特徴とするマイクロプラズマジェット制御装置。
複数巻のマイクロアンテナと、マイクロアンテナ近傍に配置された放電管と、マイクロアンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、放電管の一端にガスを供給するガス供給手段と、マイクロアンテナ近傍の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段からの信号を入力とし、高周波電源の出力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、予め求められたプラズマ発光強度がほぼ所望値になるマイクロアンテナ近傍の温度と高周波電源から出力されるマイクロアンテナに対する入射電力値の関係データが格納され、プラズマ発生中、格納されている温度と入射電力値の関係データと検出温度に基づいて入射電力値を制御することを特徴とするマイクロプラズマジェット制御装置。