JP3149272B2 - 大気圧グロー放電プラズマのモニター方法 - Google Patents
大気圧グロー放電プラズマのモニター方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、大気圧グロー放電プ
ラズマのモニター方法に関するものである。さらに詳し
くは、この発明は、表面処理、薄膜形成、ガス分解、気
相合成反応等において有用な大気圧グロー放電プラズマ
の生成とその安定化を的確に、かつ簡便にモニターし、
プラズマ制御をも可能とする新しい大気圧グロー放電プ
ラズマのモニター方法に関するものである。
ラズマのモニター方法に関するものである。さらに詳し
くは、この発明は、表面処理、薄膜形成、ガス分解、気
相合成反応等において有用な大気圧グロー放電プラズマ
の生成とその安定化を的確に、かつ簡便にモニターし、
プラズマ制御をも可能とする新しい大気圧グロー放電プ
ラズマのモニター方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、半導体、電子デバ
イス等のエレクトロニクス材料や、バイオマテリアル、
新機能ポリマー等の材料の表面処理や、新材料創製のた
めの薄膜の形成、あるいは廃ガスの分解処理、気相合成
反応などの各種の分野において放電によって生成させた
プラズマを利用することが検討されてきており、すでに
いくつかの分野においては実用的な基盤技術としての地
位を確立している。
イス等のエレクトロニクス材料や、バイオマテリアル、
新機能ポリマー等の材料の表面処理や、新材料創製のた
めの薄膜の形成、あるいは廃ガスの分解処理、気相合成
反応などの各種の分野において放電によって生成させた
プラズマを利用することが検討されてきており、すでに
いくつかの分野においては実用的な基盤技術としての地
位を確立している。
【０００３】そして、これらのプラズマ反応技術のう
ち、いわゆる高真空条件下において生成させたグロー放
電プラズマを利用する方法が、プラズマＣＶＤ、イオン
プレーティング、プラズマエッチング、プラズマ表面処
理法等として重要なものとなっている。しかしながら、
これらの低圧グロー放電プラズマ技術の場合には、比較
的品質の良い加工表面や薄膜の形成を可能とするものと
して特徴が認められているが、いわゆる低圧条件を採用
しているために、真空系設備の設置とそのメンテナンス
が必要になり、かつ、連続化が困難であり、装置の気密
性を保つためのコストが膨大になる等の欠点があった。
ち、いわゆる高真空条件下において生成させたグロー放
電プラズマを利用する方法が、プラズマＣＶＤ、イオン
プレーティング、プラズマエッチング、プラズマ表面処
理法等として重要なものとなっている。しかしながら、
これらの低圧グロー放電プラズマ技術の場合には、比較
的品質の良い加工表面や薄膜の形成を可能とするものと
して特徴が認められているが、いわゆる低圧条件を採用
しているために、真空系設備の設置とそのメンテナンス
が必要になり、かつ、連続化が困難であり、装置の気密
性を保つためのコストが膨大になる等の欠点があった。
【０００４】そこで、この発明の発明者は、これら従来
の低圧法としてのグロー放電プラズマ技術に代わるもの
として、大気圧の条件下でのグロー放電プラズマ技術を
確立し、その応用についても鋭意検討を行ってきた。そ
の結果、この大気圧グロー放電プラズマは、従来のよう
な面倒な真空系を必要とすることがなく、高効率で、か
つ、高品質な表面処理や薄膜形成等が可能であることを
見出し、各種の分野への実用化を図ってきている。その
後、この大気圧グロー放電プラズマは、いわゆる廃ガス
処理、気相合成反応にも有用なものとしてさらに新しい
発展が図られている。
の低圧法としてのグロー放電プラズマ技術に代わるもの
として、大気圧の条件下でのグロー放電プラズマ技術を
確立し、その応用についても鋭意検討を行ってきた。そ
の結果、この大気圧グロー放電プラズマは、従来のよう
な面倒な真空系を必要とすることがなく、高効率で、か
つ、高品質な表面処理や薄膜形成等が可能であることを
見出し、各種の分野への実用化を図ってきている。その
後、この大気圧グロー放電プラズマは、いわゆる廃ガス
処理、気相合成反応にも有用なものとしてさらに新しい
発展が図られている。
【０００５】だが、この大気圧グロー放電プラズマにつ
いては、今後さらに技術発展を可能とするためには、そ
の工業的なモニター方法が欠かせないとの課題が残され
てもいた。このようなモニター方法については、低圧法
の場合にも必要とされていることであるが、大気圧グロ
ー放電プラズマの場合には、いわゆる大気圧での条件を
採用する上から、従来より知られている無声放電や、ア
ーク放電を的確に回避することが欠かせないことから、
このモニター方法の確立が重要な課題となっていた。
いては、今後さらに技術発展を可能とするためには、そ
の工業的なモニター方法が欠かせないとの課題が残され
てもいた。このようなモニター方法については、低圧法
の場合にも必要とされていることであるが、大気圧グロ
ー放電プラズマの場合には、いわゆる大気圧での条件を
採用する上から、従来より知られている無声放電や、ア
ーク放電を的確に回避することが欠かせないことから、
このモニター方法の確立が重要な課題となっていた。
【０００６】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、的確、かつ、迅速に、しかも簡便に
プラズマをモニターすることのできる新しい大気圧グロ
ー放電プラズマのモニター方法を提供することを目的と
している。
されたものであり、的確、かつ、迅速に、しかも簡便に
プラズマをモニターすることのできる新しい大気圧グロ
ー放電プラズマのモニター方法を提供することを目的と
している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、大気圧下の放電によるグロープ
ラズマの生成とその安定化に際し、電流パルス数の検知
によりモニターすることを特徴とする大気圧グロー放電
プラズマのモニター方法を提供する。また、この発明
は、上記の電流パルス数とともに、維持電圧の変化およ
び／または全電流値の変化にによりプラズマモニターす
ることや、これらのモニター方法によるプラズマ状態の
検知から、プラズマを安定制御することもその態様とし
て提供する。
を解決するものとして、大気圧下の放電によるグロープ
ラズマの生成とその安定化に際し、電流パルス数の検知
によりモニターすることを特徴とする大気圧グロー放電
プラズマのモニター方法を提供する。また、この発明
は、上記の電流パルス数とともに、維持電圧の変化およ
び／または全電流値の変化にによりプラズマモニターす
ることや、これらのモニター方法によるプラズマ状態の
検知から、プラズマを安定制御することもその態様とし
て提供する。
【０００８】さらにまたこの発明は、電圧−電気量の相
関を表示したリサジュー図形によりモニターすること
や、このリサジュー図形と電流パルス数とをモニターす
ることによって、より厳密な意味において大気圧グロー
放電プラズマの生成とその安定化を図る方法を提供す
る。すなわち、この発明は、上記の方法によって、大気
圧グロー放電プラズマの実用化において重要な、大気圧
グロー放電プラズマのモニターを可能とし、その安定度
を常にモニターし、アーク放電やフィラメント放電（無
声放電）への移行の有無を無人状態において検知・識別
し、自動的に安定グローに戻すこと等を可能とする。
関を表示したリサジュー図形によりモニターすること
や、このリサジュー図形と電流パルス数とをモニターす
ることによって、より厳密な意味において大気圧グロー
放電プラズマの生成とその安定化を図る方法を提供す
る。すなわち、この発明は、上記の方法によって、大気
圧グロー放電プラズマの実用化において重要な、大気圧
グロー放電プラズマのモニターを可能とし、その安定度
を常にモニターし、アーク放電やフィラメント放電（無
声放電）への移行の有無を無人状態において検知・識別
し、自動的に安定グローに戻すこと等を可能とする。
【０００９】この発明は、そのために、安定グロー放電
や、アーク放電、フィラメント放電の特徴を充分に検知
し、これらの相互の移行変化を検知するようにしてい
る。大気圧グロー放電プラズマについては、すでにこの
発明の発明者が提案しているように各種の構成からなる
反応装置によってこれを生成し、利用することが可能と
なっている。たとえば図１に例示したように、上下の電
極（１）（２）の両方、もしくは片方に誘電体（３）
（４）を対向配置し、例えば９０％以上の希ガスや不活
性ガスによって希釈された反応性ガスを用い、大気圧下
において基板（５）の表面処理や、その表面への薄膜形
成、あるいは、基板（５）を用いることなくガス分解等
の気相反応を行わせることができる。
や、アーク放電、フィラメント放電の特徴を充分に検知
し、これらの相互の移行変化を検知するようにしてい
る。大気圧グロー放電プラズマについては、すでにこの
発明の発明者が提案しているように各種の構成からなる
反応装置によってこれを生成し、利用することが可能と
なっている。たとえば図１に例示したように、上下の電
極（１）（２）の両方、もしくは片方に誘電体（３）
（４）を対向配置し、例えば９０％以上の希ガスや不活
性ガスによって希釈された反応性ガスを用い、大気圧下
において基板（５）の表面処理や、その表面への薄膜形
成、あるいは、基板（５）を用いることなくガス分解等
の気相反応を行わせることができる。
【００１０】この場合、電極（１）は、針状金属電極と
してもよいし、誘電体によって被覆した針状電極、もし
くは中空筒体からなる電極としてもよい。このような装
置および条件下での大気圧グロー放電プラズマについて
は、フィラメント放電（無声放電）やアーク放電への移
行をモニターしなければならない。
してもよいし、誘電体によって被覆した針状電極、もし
くは中空筒体からなる電極としてもよい。このような装
置および条件下での大気圧グロー放電プラズマについて
は、フィラメント放電（無声放電）やアーク放電への移
行をモニターしなければならない。
【００１１】電流パルス数 そこで、この発明では、まず最もその移行が考えられる
フィラメント放電（無声放電）への移行を、電流のパル
ス数によって検知し、識別する。それと言うのも、グロ
ー放電プラズマの場合には、この電流パルス数は極端に
高電圧でなければおおむね単一であるが、フィラメント
放電（無声放電）に際しては、そのパルス数は複数とな
るからである。たとえば酸素使用時のフィラメント放電
（５０Ｈｚ）の典型的な電流波形をしめしたものが図２
であり、ヘリウム（Ｈｅ）を用いたグロー放電（３ＫＨ
ｚ）の場合を示したものが図３である。
フィラメント放電（無声放電）への移行を、電流のパル
ス数によって検知し、識別する。それと言うのも、グロ
ー放電プラズマの場合には、この電流パルス数は極端に
高電圧でなければおおむね単一であるが、フィラメント
放電（無声放電）に際しては、そのパルス数は複数とな
るからである。たとえば酸素使用時のフィラメント放電
（５０Ｈｚ）の典型的な電流波形をしめしたものが図２
であり、ヘリウム（Ｈｅ）を用いたグロー放電（３ＫＨ
ｚ）の場合を示したものが図３である。
【００１２】このような典型例を明瞭に区分して認識す
ることにより、フィラメント放電（無声放電）を回避
し、安定した大気圧グロー放電を可能とすることができ
る。このような電流パルス数をモニターするための回路
は、たとえば図４に示すことができる。放電管は等価回
路で示してあるが、図中記号は次のものを示している。
ることにより、フィラメント放電（無声放電）を回避
し、安定した大気圧グロー放電を可能とすることができ
る。このような電流パルス数をモニターするための回路
は、たとえば図４に示すことができる。放電管は等価回
路で示してあるが、図中記号は次のものを示している。
【００１３】ｒ：放電インピーダンス Ｃｄ：等価容量 Ｒ：電流測定用抵抗 ここで、コンデンサ電流Ｉｃは、印加電力周波数での放
電電流の容量成分である。Ｉｒは真の放電電流である
が、Ｉｄには両方の成分が重畳されるので、両者を分離
して測定することが必要になる。
電電流の容量成分である。Ｉｒは真の放電電流である
が、Ｉｄには両方の成分が重畳されるので、両者を分離
して測定することが必要になる。
【００１４】そこで、このための方法として、放電電流
パルスを高周波フィルタに通すことにより、容量成分
（低周波成分）と分離して測定する方法が採用できる。
また、大気圧グロー放電のパルス波高値（電流）は、パ
ルス数が１／半サイクルの場合には、放電電流値に比例
するが、パルス数は、印加電圧値を増加するに従って、
最大で数個（２〜３個）／半サイクルまで増加する。し
かし、フィラメント放電の場合には、このパルス数は無
数の細放電状態を示すので、容易に観測することができ
る。
パルスを高周波フィルタに通すことにより、容量成分
（低周波成分）と分離して測定する方法が採用できる。
また、大気圧グロー放電のパルス波高値（電流）は、パ
ルス数が１／半サイクルの場合には、放電電流値に比例
するが、パルス数は、印加電圧値を増加するに従って、
最大で数個（２〜３個）／半サイクルまで増加する。し
かし、フィラメント放電の場合には、このパルス数は無
数の細放電状態を示すので、容易に観測することができ
る。
【００１５】また、電流パルスの波高値とパルス数とを
用いてオシロスコープでの観測と、次式による放電電流
値のモニターもできる。パスル長をＨ、その数／半サイ
クルをｎとすると、
用いてオシロスコープでの観測と、次式による放電電流
値のモニターもできる。パスル長をＨ、その数／半サイ
クルをｎとすると、
【００１６】
【数１】
【００１７】なお、以上の説明において、Ｉｃ，Ｉｒ，
Ｉｄについて「電流」として扱っているが、正しくは
「電気量」を意味していることは容易に理解される。そ
れと言うのも、１秒間に流れた電気量の合計が電流とし
て扱われるからである。ただし、この発明の説明におい
ては、たとえば「パルス電気量」等の表現が一般的でな
いことから「電流」として表記している。
Ｉｄについて「電流」として扱っているが、正しくは
「電気量」を意味していることは容易に理解される。そ
れと言うのも、１秒間に流れた電気量の合計が電流とし
て扱われるからである。ただし、この発明の説明におい
ては、たとえば「パルス電気量」等の表現が一般的でな
いことから「電流」として表記している。
【００１８】維持電圧／全電流 そして、この安定グロー放電やフィラメント放電からア
ーク放電への移行は、放電のための維持電圧によって検
知することもできる。たとえば、この維持電圧レベルの
変化により、安定グローのアーク放電への移行、そして
フィラメント放電のアーク放電への移行も検知される。
アーク放電への移行にともなって、電圧は急激に低下す
るからである。このことは、A. Bauer, P. Schulz (Z.
Phys. vol. 39, p.1302, 1971 年) によって報告されて
もいる。
ーク放電への移行は、放電のための維持電圧によって検
知することもできる。たとえば、この維持電圧レベルの
変化により、安定グローのアーク放電への移行、そして
フィラメント放電のアーク放電への移行も検知される。
アーク放電への移行にともなって、電圧は急激に低下す
るからである。このことは、A. Bauer, P. Schulz (Z.
Phys. vol. 39, p.1302, 1971 年) によって報告されて
もいる。
【００１９】全電流値の変化によってもこれらの移行が
検知される。これらの移行にともなう変化はこれまでに
も観測されていることであるが、アーク放電とともに電
流値は著しく増大するからである。このため、維持電
圧、電流値を上記のパルス数の検知・識別と組合せるこ
とによってさらに総合的に、的確なモニターが可能とな
る。
検知される。これらの移行にともなう変化はこれまでに
も観測されていることであるが、アーク放電とともに電
流値は著しく増大するからである。このため、維持電
圧、電流値を上記のパルス数の検知・識別と組合せるこ
とによってさらに総合的に、的確なモニターが可能とな
る。
【００２０】リサジュー図形 放電維持電圧は、放電状態のモニターの指標となること
は上記の通りであるが、実際上その測定は、厳密な意味
ではそれほど簡単ではない面もある。それと言うのも、
大気圧グロー放電系においては、図１にも例示したよう
に、金属電極間に固体誘電体があり、外部で電流／電圧
判定するだけでは放電空間の維持電圧、空間を移動した
電流の測定は厳密には難しいからである。
は上記の通りであるが、実際上その測定は、厳密な意味
ではそれほど簡単ではない面もある。それと言うのも、
大気圧グロー放電系においては、図１にも例示したよう
に、金属電極間に固体誘電体があり、外部で電流／電圧
判定するだけでは放電空間の維持電圧、空間を移動した
電流の測定は厳密には難しいからである。
【００２１】そこで、より正確に、放電維持電圧を大気
圧グロー放電のモニター指標とするために、この発明で
は、電圧−電気量を相関表示したリサジュー図形によっ
てモニターする方法を提案する。このリサジュー図形の
ための測定回路を例示したものが図５である。すなわ
ち、高電圧（Ｈ．Ｖ．）電源により流れた電流で容量
（Ｃ）を充電し、生じた電圧（Ｙ）をオシロスコープの
縦軸に、また、高電圧（Ｈ．Ｖ．）を高抵抗Ｒ、および
低抵抗Ｒ2 で分圧し、電圧（Ｘ）をオシロスコープの横
軸に入れる。
圧グロー放電のモニター指標とするために、この発明で
は、電圧−電気量を相関表示したリサジュー図形によっ
てモニターする方法を提案する。このリサジュー図形の
ための測定回路を例示したものが図５である。すなわ
ち、高電圧（Ｈ．Ｖ．）電源により流れた電流で容量
（Ｃ）を充電し、生じた電圧（Ｙ）をオシロスコープの
縦軸に、また、高電圧（Ｈ．Ｖ．）を高抵抗Ｒ、および
低抵抗Ｒ2 で分圧し、電圧（Ｘ）をオシロスコープの横
軸に入れる。
【００２２】そして、このようにして前記ＸとＹとの相
関からなるリサジュー図形をオシログラムとして得る。
もちろん、ここで、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｃ値は、大気圧グロー
放電の大きさ、印加電圧（Ｈ．Ｖ．）により適宜に選択
することができる。図６は、フィラメント放電の場合の
典型的なリサジュー図形を、図７は、グロー放電の場合
のリサジュー図形を例示してる。
関からなるリサジュー図形をオシログラムとして得る。
もちろん、ここで、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｃ値は、大気圧グロー
放電の大きさ、印加電圧（Ｈ．Ｖ．）により適宜に選択
することができる。図６は、フィラメント放電の場合の
典型的なリサジュー図形を、図７は、グロー放電の場合
のリサジュー図形を例示してる。
【００２３】このリサジュー図形においては、たとえば
図６に示したように、容量電流分（Ｙａ）、空間放電電
気量／半サイクル（Ｙｂ）および放電維持電圧（Ｘａ／
２）が表されることになる。すなわち、このリサジュー
図形において、放電維持電圧（Ｘａ／２）が正確に判定
されることになる。
図６に示したように、容量電流分（Ｙａ）、空間放電電
気量／半サイクル（Ｙｂ）および放電維持電圧（Ｘａ／
２）が表されることになる。すなわち、このリサジュー
図形において、放電維持電圧（Ｘａ／２）が正確に判定
されることになる。
【００２４】なお、リサジュー図形の傾きは、放電管が
容量（固体誘電体）成分を有するために生じるものであ
る。図６と図７との対比から明らかなように、フィラメ
ント放電（無声放電）の場合には、１／２サイクル当り
多数のパルスを生じ、この何回ものパルスによって空間
放電を生じることから、図６のような連続した閉じた平
行四辺形を形成する。
容量（固体誘電体）成分を有するために生じるものであ
る。図６と図７との対比から明らかなように、フィラメ
ント放電（無声放電）の場合には、１／２サイクル当り
多数のパルスを生じ、この何回ものパルスによって空間
放電を生じることから、図６のような連続した閉じた平
行四辺形を形成する。
【００２５】一方、大気圧グロー放電の場合には、パル
ス数が極端に少なく、単一パスル電流のみで図形を形成
するために、電圧を描く２本の線間をジャンプする状況
となり、プラズマガスの種類で多少の差はあるが、図７
に例示したように、あたかも並行の２本線のみの如くに
観測される。すなわちパルス数の多少がリサジュー図の
電気量線の現れ方の明確さを支配することになる。この
ため、フィラメント放電とグロー放電の区別は明瞭に現
れる。
ス数が極端に少なく、単一パスル電流のみで図形を形成
するために、電圧を描く２本の線間をジャンプする状況
となり、プラズマガスの種類で多少の差はあるが、図７
に例示したように、あたかも並行の２本線のみの如くに
観測される。すなわちパルス数の多少がリサジュー図の
電気量線の現れ方の明確さを支配することになる。この
ため、フィラメント放電とグロー放電の区別は明瞭に現
れる。
【００２６】また、このリサジュー図形の利点は、以上
の維持電圧と放電状態の区別だけではなく、フィラメン
ト放電とグロー放電の混合状態（現実には電流パルスの
モニターだけでは識別が難しい）も判別できることであ
る。つまり、維持電圧測定と同時に、純粋グロー放電も
このリサジュー図形によって確認されるのである。
の維持電圧と放電状態の区別だけではなく、フィラメン
ト放電とグロー放電の混合状態（現実には電流パルスの
モニターだけでは識別が難しい）も判別できることであ
る。つまり、維持電圧測定と同時に、純粋グロー放電も
このリサジュー図形によって確認されるのである。
【００２７】
【実施例】（ａ） 基本構成が図１と同様の装置を用い、アルゴン
（Ａｒ）ガス雰囲気（大気圧）において、 ・３ＫＨｚの高電圧の印加 ・アルゴン（Ａｒ）流量 ２０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ の条件で放電を行った。この時は、フィラメント状パル
ス放電が生じ、いわゆる無声放電となった。
（Ａｒ）ガス雰囲気（大気圧）において、 ・３ＫＨｚの高電圧の印加 ・アルゴン（Ａｒ）流量 ２０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ の条件で放電を行った。この時は、フィラメント状パル
ス放電が生じ、いわゆる無声放電となった。
【００２８】アルゴン（Ａｒ）にアセトン（Ａｃ）を微
量混入し、同様にして放電したところ、グロー放電が生
成し、このことは目視でも確認された。そこで、上記の
無声放電とこのグロー放電について電流パルスの状態と
して比較すると、図８に示したように、無声放電（Ａ）
の場合にはパルスは複数本となるが、安定グロー放電
（Ｂ）の場合には、パルスは一本だけであった。
量混入し、同様にして放電したところ、グロー放電が生
成し、このことは目視でも確認された。そこで、上記の
無声放電とこのグロー放電について電流パルスの状態と
して比較すると、図８に示したように、無声放電（Ａ）
の場合にはパルスは複数本となるが、安定グロー放電
（Ｂ）の場合には、パルスは一本だけであった。
【００２９】このようなグロー放電の電流パルス数の単
一性は、前記の通り、３ＫＨｚでのヘリウム（Ｈｅ）雰
囲気下で行ったグロー放電においても確認された( 図
３）。このため、大気圧グロー放電プラズマの安定化の
ために、この電流パルス数を自動的に検知し、その信号
によって電流・電圧、極間距離を制御し、常に安定した
グロー放電とすることができた。（ｂ） また、上記のアルゴン、アルゴンおよびアセトン
の雰囲気での無声放電とグロー放電との相違を放電維持
電圧の観点からもモニターした。
一性は、前記の通り、３ＫＨｚでのヘリウム（Ｈｅ）雰
囲気下で行ったグロー放電においても確認された( 図
３）。このため、大気圧グロー放電プラズマの安定化の
ために、この電流パルス数を自動的に検知し、その信号
によって電流・電圧、極間距離を制御し、常に安定した
グロー放電とすることができた。（ｂ） また、上記のアルゴン、アルゴンおよびアセトン
の雰囲気での無声放電とグロー放電との相違を放電維持
電圧の観点からもモニターした。
【００３０】放電の電極ギャップ間隔（ｍｍ）と維持電
圧（Ｖ）との相関を示したものが図９であるが、グロー
放電プラズマ（Ｂ）とフィラメント放電（無声放電）
（Ａ）との差異が示されている。いずれもアークと異な
り数１００Ｖ以上の電圧となる。以上のように、特定ガ
ス使用時の特定電極ギャップ間隔における電圧をモニタ
ーし、さらに電流パルス数の識別とによって、より的確
で精度のよいモニターが可能となった。
圧（Ｖ）との相関を示したものが図９であるが、グロー
放電プラズマ（Ｂ）とフィラメント放電（無声放電）
（Ａ）との差異が示されている。いずれもアークと異な
り数１００Ｖ以上の電圧となる。以上のように、特定ガ
ス使用時の特定電極ギャップ間隔における電圧をモニタ
ーし、さらに電流パルス数の識別とによって、より的確
で精度のよいモニターが可能となった。
【００３１】また、図１０は、２ＫＨｚ、Ｈｅ雰囲気下
での大気圧グロー放電プラズマについて、ギャップ間隔
（ｍｍ）と維持電圧との相関を示したものである。図１
１は、酸素を用いたフィラメント放電についてギャップ
間隔と維持電圧の関係を示したものである。いずれもア
ーク放電と異なる高い電圧を示している。またさらに、
前記の通り、図１２に示したように、電流（Ａ）と電圧
（Ｖ）との相関から、フィラメント放電（Ａ）およびグ
ロー放電（Ｂ）とアーク放電（Ｃ）との相違、つまり、
フィラメント放電（Ａ）、グロー放電（Ｂ）からアーク
放電（Ｃ）への移行の特徴も確認されている。アーク放
電への移行により、電圧は急激な低下を示している。（ｃ） 放電時の全電流値を観測することにより、すでに
報告されている図１３（Ｋｅｋｅｚ ｅｔ ａｌ １９
７０）のように変化し、グロー放電（Ｂ）からフィラメ
ント放電（Ａ）、さらにアーク放電（Ｃ）への移行にと
もない、電流レベルが著しく増大することが確認されて
いる。（ｄ） 電流パルス数の観測において、グロー放電の生成
を示すパルスが見られたが、パルス間に多数の微小な波
高が観測された。そこで、リサジュー図形によって評価
したところ、図６と図７の混合状態にあることが確認さ
れた。
での大気圧グロー放電プラズマについて、ギャップ間隔
（ｍｍ）と維持電圧との相関を示したものである。図１
１は、酸素を用いたフィラメント放電についてギャップ
間隔と維持電圧の関係を示したものである。いずれもア
ーク放電と異なる高い電圧を示している。またさらに、
前記の通り、図１２に示したように、電流（Ａ）と電圧
（Ｖ）との相関から、フィラメント放電（Ａ）およびグ
ロー放電（Ｂ）とアーク放電（Ｃ）との相違、つまり、
フィラメント放電（Ａ）、グロー放電（Ｂ）からアーク
放電（Ｃ）への移行の特徴も確認されている。アーク放
電への移行により、電圧は急激な低下を示している。（ｃ） 放電時の全電流値を観測することにより、すでに
報告されている図１３（Ｋｅｋｅｚ ｅｔ ａｌ １９
７０）のように変化し、グロー放電（Ｂ）からフィラメ
ント放電（Ａ）、さらにアーク放電（Ｃ）への移行にと
もない、電流レベルが著しく増大することが確認されて
いる。（ｄ） 電流パルス数の観測において、グロー放電の生成
を示すパルスが見られたが、パルス間に多数の微小な波
高が観測された。そこで、リサジュー図形によって評価
したところ、図６と図７の混合状態にあることが確認さ
れた。
【００３２】そこで、放電電圧、電極間ギャップ、希ガ
ス濃度等の条件を変更したところ、図７の純粋グロー放
電が確認され、電流パルスにも、多数の微小波高の存在
は認められなかった。（ｅ） 以上のことから、 ・電流パルス数 ・維持電圧 ・全電流値 ・リサージュ図形 の検知により、グロー放電／無声放電／アーク放電の識
別が的確に可能となり、大気圧グロー放電プラズマの安
定化制御が、これらの指標を組合わせることにより、さ
らに高度に可能となった。
ス濃度等の条件を変更したところ、図７の純粋グロー放
電が確認され、電流パルスにも、多数の微小波高の存在
は認められなかった。（ｅ） 以上のことから、 ・電流パルス数 ・維持電圧 ・全電流値 ・リサージュ図形 の検知により、グロー放電／無声放電／アーク放電の識
別が的確に可能となり、大気圧グロー放電プラズマの安
定化制御が、これらの指標を組合わせることにより、さ
らに高度に可能となった。
【００３３】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明したよ
うに、的確で、迅速、かつ簡便な大気圧グロー放電プラ
ズマの安定化モニターと、そのための制御が可能とな
る。
うに、的確で、迅速、かつ簡便な大気圧グロー放電プラ
ズマの安定化モニターと、そのための制御が可能とな
る。
【図１】大気圧グロー放電プラズマ反応装置を例示した
断面図である。
断面図である。
【図２】無声放電時の電圧と電流変化を示したパターン
図である。
図である。
【図３】大気圧グロー放電の電流パルス図である。
【図４】等価回路図である。
【図５】リサージュ図形のための回路図である。
【図６】フィラメント放電のリサジュー図形である。
【図７】大気圧グロー放電のリサジュー図形である。
【図８】無声放電とグロー放電の電流パルスを示したパ
ターン図である。
ターン図である。
【図９】無声放電とグロー放電の維持電圧の変化を示し
た相関図である。
た相関図である。
【図１０】グロー放電の維持電圧変化を示した相関図で
ある。
ある。
【図１１】フィラメント放電の維持電圧変化を示した相
関図である。
関図である。
【図１２】グロー放電とアーク放電の電流・電圧相関図
である。
である。
【図１３】全電流値の変化を示した時間相関図である。
１、２ 電極 ３、４ 誘電体 ５ 基板 Ａ 無声放電 Ｂ グロー放電 Ｃ アーク放電
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 1/24 H05H 1/00 H05H 1/46
Claims (4)
- 【請求項１】 大気圧下の放電によるグロープラズマの
生成とその安定化に際し、電流パルス数の検知によりモ
ニターすることを特徴とする大気圧グロー放電プラズマ
のモニター方法。 - 【請求項２】 電流パルス数とともに、維持電圧の変化
および／または全電流値の変化によりモニターする請求
項１の大気圧グロー放電プラズマのモニター方法。 - 【請求項３】 大気圧下の放電によるグロープラズマの
生成とその安定化に際し、電圧−電気量の相関を表示し
たリサジュー図形によりモニターすることを特徴とする
大気圧グロー放電プラズマのモニター方法。 - 【請求項４】 リサジュー図形とともに、電流パルス数
によりモニターする請求項３の大気圧グロー放電プラズ
マのモニター方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18927492A JP3149272B2 (ja) | 1991-12-10 | 1992-07-16 | 大気圧グロー放電プラズマのモニター方法 |
| PCT/JP1992/001606 WO1993012632A1 (en) | 1991-12-10 | 1992-12-09 | Method of monitoring atmospheric pressure glow discharge plasma |
| EP92924896A EP0619694B1 (en) | 1991-12-10 | 1992-12-09 | Method of monitoring atmospheric pressure glow discharge plasma |
| DE69223062T DE69223062T2 (de) | 1991-12-10 | 1992-12-09 | Verfahren zur überwachung eines atmosphärendruckglimmentladungsplasma |
| US08/244,928 US5539303A (en) | 1991-12-10 | 1992-12-09 | Method for monitoring atmospheric pressure glow discharge plasma using current pulse-count and/or Lissajous figure |
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|---|---|---|---|
| JP32620991 | 1991-12-10 | ||
| JP3-326209 | 1991-12-10 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05217690A JPH05217690A (ja) | 1993-08-27 |
| JP3149272B2 true JP3149272B2 (ja) | 2001-03-26 |
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ID=26505386
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP18927492A Expired - Fee Related JP3149272B2 (ja) | 1991-12-10 | 1992-07-16 | 大気圧グロー放電プラズマのモニター方法 |
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| EP (1) | EP0619694B1 (ja) |
| JP (1) | JP3149272B2 (ja) |
| DE (1) | DE69223062T2 (ja) |
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| CA2205817C (en) * | 1996-05-24 | 2004-04-06 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Treatment method in glow-discharge plasma and apparatus thereof |
| FR2782837B1 (fr) * | 1998-08-28 | 2000-09-29 | Air Liquide | Procede et dispositif de traitement de surface par plasma a pression atmospherique |
| DE19848636C2 (de) * | 1998-10-22 | 2001-07-26 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Überwachung einer Wechselspannungs-Entladung an einer Doppelelektrode |
| US7095410B2 (en) | 1999-12-20 | 2006-08-22 | O'connor Henry Moncrieff | Method for generating and displaying complex data utilizing color-coded signals |
| WO2002075332A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Tokyo Electron Limited | Impedance monitoring system and method |
| EP2194566B1 (en) * | 2001-10-22 | 2012-05-09 | Shibaura Mechatronics Corporation | Method for judging arc of glow discharger and high-frequency arc discharge suppressor |
| WO2005057202A1 (de) * | 2003-12-15 | 2005-06-23 | Swiss E-Technik Ag | Verfahren und vorrichtung zur elektrischen prüfung von kraftstoffen und brennstoffen unter eines plasmas |
| EP1548795A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-06-29 | Fuji Photo Film B.V. | Method and apparatus for stabilizing a glow discharge plasma under atmospheric conditions |
| WO2007035488A2 (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Honeywell International Inc. | Arc fault detection and confirmation using voltage and current analysis |
| US9254397B2 (en) * | 2011-11-22 | 2016-02-09 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Plasma evaluation apparatus |
| JP6704641B2 (ja) * | 2016-02-26 | 2020-06-03 | ダイハツ工業株式会社 | プラズマリアクタ用制御装置 |
| JP6511998B2 (ja) * | 2015-07-03 | 2019-05-15 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 絶縁劣化測定方法及び絶縁劣化測定装置 |
| JP6858441B2 (ja) * | 2016-07-29 | 2021-04-14 | ダイハツ工業株式会社 | プラズマリアクタの異常検出装置 |
| CN111725091A (zh) * | 2019-03-22 | 2020-09-29 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 优化工艺流程的方法及装置、存储介质和半导体处理设备 |
| JP7067516B2 (ja) * | 2019-03-26 | 2022-05-16 | 日本電産株式会社 | プラズマ処理装置 |
| DE102019204818A1 (de) * | 2019-04-04 | 2020-10-08 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Überwachung eines plasmagestützten Prozesses zur Beschichtung eines Bauteils und Vorrichtung zur Beschichtung eines Bauteils |
| JP2021026811A (ja) * | 2019-07-31 | 2021-02-22 | 日本電産株式会社 | プラズマ処理装置 |
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|---|---|---|---|---|
| US3833851A (en) * | 1971-10-15 | 1974-09-03 | Mobil Oil Corp | Systems for measuring the properties of plasma with an ion probe |
| US4207137A (en) * | 1979-04-13 | 1980-06-10 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method of controlling a plasma etching process by monitoring the impedance changes of the RF power |
| JPS5769324A (en) * | 1980-10-11 | 1982-04-28 | Daiwa Dengiyou Kk | Monitor device of dc power supply |
| JPS62122188A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-03 | Komatsu Ltd | 無声放電式レ−ザの放電電力測定方法 |
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| JPH0672308B2 (ja) * | 1988-07-04 | 1994-09-14 | 新技術事業団 | 大気圧プラズマ反応方法 |
| JPH02122188A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-09 | Matsushita Refrig Co Ltd | 生鮮物貯蔵装置 |
| WO1992009185A1 (en) * | 1990-11-16 | 1992-05-29 | Nichimen Kabushiki Kaisha | Device for diagnosing plasma |
-
1992
- 1992-07-16 JP JP18927492A patent/JP3149272B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-09 WO PCT/JP1992/001606 patent/WO1993012632A1/ja active IP Right Grant
- 1992-12-09 DE DE69223062T patent/DE69223062T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-09 US US08/244,928 patent/US5539303A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-09 EP EP92924896A patent/EP0619694B1/en not_active Expired - Lifetime
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| DE69223062T2 (de) | 1998-02-26 |
| US5539303A (en) | 1996-07-23 |
| WO1993012632A1 (en) | 1993-06-24 |
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| EP0619694B1 (en) | 1997-11-05 |
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