JP5162828B2 - 大気圧プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、大気圧近傍でプラズマを発生させ、そのプラズマにて被処理物を処理する大気圧プラズマ処理方法及び装置に関するものである。

大気圧プラズマ発生装置は、所定の空間に不活性ガスやそれと反応性ガスとの混合ガスなどのガスを流しながらその空間に高周波電圧を印加して放電を生じさせることで、大気圧近傍でプラズマを発生させるようにしたものであり、こうして発生させたプラズマにて、被処理物の表面のクリーニング、レジストの除去、表面改質、金属酸化物の還元、製膜等の処理をすることは知られている。

大気圧プラズマ発生装置の具体的な構成としては、図１６に示すような種々のものが知られている。図１６（ａ）は、所定空間１１１を挟んでその両側に誘電体１１２を介して一対の電極１１３ａ、１１３ｂを配設し、電極１１３ａ、１１３ｂ間に高周波電源１１４から高周波電圧を印加し、空間１１１の一端からガスを供給することで空間１１１の他端からプラズマジェット１１５を吹き出すように構成されている。図１６（ｂ）は、所定の空間１２１を挟んでその上下に誘電体１２２を介して一対の電極１２３ａ、１２３ｂを配設し、電極１２３ａ、１２３ｂ間に高周波電源１２４から高周波電圧を印加し、空間１２１内にガスを供給することで空間１２１内にプラズマ１２５を発生するように構成されている。図１６（ｃ）は、誘電体から成る反応管１３１の外周にコイル１３３を巻回して配設し、コイル１３３に高周波電源１３４から高周波電圧を印加し、反応管１３１の一端１３２からガスを供給することで反応管１３１の他端からプラズマジェット１３５を吹き出すように構成されている。図１６（ｄ）は、誘電体から成る反応管１４１の内側に内側電極１４２を、外周に外側電極１４３を配設し、電極１４２、１４３間に高周波電源から高周波電圧を印加し、反応管１４１内にガスを供給することで反応管１４１内でプラズマ１４５を発生して吹き出し口１４４から吹き出すように構成されている。図１６（ｅ）は、誘電体から成る反応管１５１の外周に間隔をあけて一対の電極１５３ａ、１５３ｂを配設し、電極１５３ａ、１５３ｂ間に高周波電源１５４から高周波電圧を印加し、反応管１５１の一端１５２からガスを供給することで反応管１５１の他端からプラズマジェットを吹き出すように構成されている。図１６（ｆ）は、断面形状が細長い長方形状の誘電体から成る反応管１６１の外周に間隔をあけて一対の電極１６３ａ、１６３ｂを配設し、電極１６３ａ、１６３ｂ間に高周波電源１６４から高周波電圧を印加し、反応管１６１の一端１６２からガスを供給することで反応管１６１の他端からプラズマジェットを吹き出すように構成されている。

また、ガス供給路内に放電を生じさせてプラズマを発生させ、処理容器内でそのプラズマに被処理物を暴露させて処理を行い、処理容器から処理後のガスを回収し、回収したガスから不純物を除去して再生し、再生したガスをガス供給路内に返送するようにしたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、図１７に示すように、反応管１７１にガスを導入するとともに内側電極１７２と外側電極１７３の間に交流電界を印加することで大気圧下で反応管１７１内にグロー放電を発生させ、反応管１７１からプラズマジェットを吹き出すプラズマ発生装置と、プラズマジェットの吹き出し位置に被処理物を搬送する搬送装置とを備えたブラズマ処理装置において、ガスの供給を停止してプラズマ処理を行っていない時に、反応管１７１の吹き出し口１７４を蓋体１７５にて閉鎖する流入防止手段１７６を設け、外部の空気が反応管１７１内に流入するのを防止したものや、他の方法として、プラズマを消灯する場合は、ガス供給を停止し、反応管１７１に乾燥空気を供給して吹き出し口１７４から出すように構成したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１７９１９１号公報 特許第３１８００９２号明細書（図１７）

ところで、従来の大気圧プラズマ処理装置においては、被処理物の処理を連続的に行うのではなく、間欠的に処理する場合においても、一旦プラズマを発生させると、そのガスの流量を保持するとともに高周波電圧を継続して印加してプラズマを保持し続けているため、真空圧プラズマ処理装置の場合には数百ｍｌ／分程度のガス消費量であるのに比して、数ｌ／分〜数百ｌ／分のガス消費量となり、ガスの消費量が格段に大きくなるとともに大気圧プラズマに使用するガスは純度が低いとプラズマが不安定になるためコストの高い高純度のものが必要であるため、プラズマ処理のランニングコストが非常に高くなるという問題があった。

この問題に対して、特許文献１に記載されているようにガスを回収・再生することが考えられるが、大掛かりな設備構成となって大きな設置スペースが必要となりかつ設備コストが高くなるため、一般の工場ラインで実施することは極めて困難であり、また高純度のガスを回収するために装置の維持管理が難しいという問題があり、さらに回収できるガスの種類が限定され、ガスの種類によって回収・再利用が難しいという問題がある。

また、特許文献２に記載されているように被処理物に対する処理が終わる度に、ガス供給及び高周波電圧の印加を停止し、処理開始時にプラズマを再点火するという動作を繰り返す方法では、被処理物にプラズマを照射するときに瞬時にプラズマを点灯する必要があり、プラズマが点灯しない可能性があるため、製造ラインの中で使用するには大きな問題がある。特に、ガスを大気圧近傍でプラズマ化するには、ガスの純度を９９．９％以上に維持管理する必要があるため、再度点火する方法は設備稼動の安定化に大きなリスクを抱えることになるという問題がある。また、ガスの純度を維持するため、反応管内に異物が侵入しないようにプラズマの吹き出し口を閉じる機械的な流入防止手段を設ける場合は、機構的に複雑になるとともに、外部の空気が流入しない程度に密閉するため強く当接させるようにすると、ガラスなどの破損し易い誘電体材料からなる反応管を損傷させる恐れがあるという問題がある。また、反応管にガスの代わりに乾燥空気を供給する場合には、再点火時に乾燥空気が反応管内に少しでも残っていると、プラズマが点火しないという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、大気圧プラズマにて被処理物を間欠的に処理する場合にもガスの使用量を必要最小限に抑制しながら安定して処理を行うことができる大気圧プラズマ処理方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の大気圧プラズマ処理方法は、所定の空間にガスを供給し、前記所定の空間に高周波電圧を印加して大気圧近傍でプラズマを発生させ、プラズマにて被処理物を処理する大気圧プラズマ処理方法において、プラズマにて処理する被処理物を大気圧プラズマ発生部に対して相対的に移動させる移動手段と、大気圧プラズマ発生部に対して、前記移動手段の移動方向の上手側配置された、被処理物に対するプラズマ処理開始のタイミングを認識する処理開始認識手段からの信号を入力とし、被処理物に対する処理開始決定により、プラズマ処理に必要な流量である処理流量までガスの流量を増加させて被処理物をプラズマ処理し、大気圧プラズマ発生部に対して、前記移動手段の移動方向の下手側配置された、被処理物に対するプラズマ処理終了のタイミングを認識する処理終了認識手段からの信号を入力とし、被処理物に対する処理終了決定により、前記処理流量より少ない流量であってプラズマを安定して点灯可能な最小の流量である点灯流量までガスの流量を減少させ、次の処理開始決定までガスの流量を前記点灯流量に維持させることにより、プラズマ処理の開始時にプラズマを再点灯する必要がないように制御部により制御するものである。

この構成によると、被処理物に対する処理の開始と終了を決定してその間のみガス流量を増加してプラズマ処理を行い、それ以外の間はガス流量を低減することで、安定して処理を行いながらガスの使用量を低減することができる。

また、減少させたガスの流量においてもプラズマが点灯維持するようにすることで、プラズマ処理の開始時に再点灯する必要がないため、処理開始決定後ガス流量を増加することで速やかにプラズマ処理を行うことができ、効率的にかつ安定してプラズマ処理を行うことができる。

また、前記制御部は、前記処理終了認識手段からの信号により、更に、印加する高周波電圧の電力をプラズマ点灯を維持した状態で低下させると、プラズマ処理を行わない間の電力消費も低減できて省エネルギーを図ることができる。

また、供給するガスが、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウム、窒素から選択された単独ガス又は複数の混合ガスからなる不活性ガスを含んでいると、プラズマを容易かつ安定して発生させることができる。

また、供給するガスに、反応性ガスを含むと、被処理物に対して種々の処理を行うことができる。

また、本発明の大気圧プラズマ処理装置は、所定の空間にガスを供給し、前記所定の空間に高周波電圧を印加して大気圧近傍でプラズマを発生させる大気圧プラズマ発生部と、高周波電圧を発生させる高周波発生部と、ガスを供給するガス供給部と、所定の空間に流すガス流量を制御する流量制御部と、プラズマにて処理する被処理物を大気圧プラズマ発生部に対して相対的に移動させる移動手段と、前記大気圧プラズマ発生部に対して、前記移動手段の移動方向の上手側配置された、被処理物に対するプラズマ処理開始のタイミングを認識する処理開始認識手段と、前記大気圧プラズマ発生部に対して、前記移動手段の移動方向の下手側配置された、被処理物に対するプラズマ処理終了のタイミングを認識する処理終了認識手段と、処理開始認識手段と処理終了認識手段からの信号を入力とし、流量制御部による流量制御を指令する制御部とを備え、前記制御部は、前記処理開始認識手段からの信号により、プラズマ処理に必要な流量である処理流量までガスの流量を増加させて被処理物をプラズマ処理し、前記処理終了認識手段からの信号により、前記処理流量より少ない流量であってプラズマを安定して点灯可能な最小の流量である点灯流量までガスの流量を減少させ、次の処理開始決定までガスの流量を前記点灯流量に維持させることにより、プラズマ処理の開始時にプラズマを再点灯する必要がないものである。

この構成によると、制御部にて処理開始認識手段と処理終了認識手段からの信号に基づいて被処理物に対するプラズマ処理の開始と終了を決定し、処理を行う間とそれ以外の間の大気圧プラズマ発生部に対するガス供給量を流量制御部にて制御し、上記大気圧プラズマ処理方法を実施することで、安定して処理を行いながらガスの使用量を低減することができる。

また、制御部が、前記処理流量、前記点灯流量を記憶しておき、前記処理開始認識手段からの信号によりガス流量を前記処理流量に増加させ、前記処理終了認識手段からの信号によりガス流量を前記点灯流量に減少させるように制御する。

また、前記点灯流量は、プラズマを安定して点灯可能な最小のガス流量である。

また、前記制御部は、前記処理終了認識手段からの信号により、更に、印加する高周波電圧の電力をプラズマ点灯を維持した状態で低下させる。

本発明の大気圧プラズマ処理方法及び装置によれば、被処理物に対する処理の開始と終了を決定してその間のみガス流量を増加してプラズマ処理を行い、それ以外の間はガス流量を低減することで、安定して処理を行いながらガスの使用量を低減することができ、特に非処理時にもプラズマを点灯維持することで、処理開始時に再点灯する必要がないため、効率的にかつ安定してプラズマ処理を行うことができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の大気圧プラズマ処理装置の第１の実施形態について、図１〜図９を参照しながら説明する。

図１において、１は大気圧プラズマ処理装置であり、被処理物２を一定搬送経路上を移動させる移動手段としての搬送コンベア３と、搬送コンベア３上にその搬送経路上を横断するように配置された大気圧プラズマ発生部４と、大気圧プラズマ発生部４の搬送コンベア移動方向の上手側と下手側にそれぞれ配置された処理開始認識手段５と処理終了認識手段６とを備えている。大気圧プラズマ発生部４としては、従来例として説明した図１６（ａ）〜（ｆ）に記載の任意の構成のものを適用できる。なお、その適用に当たっては必要に応じて実施態様に適応した形態に適宜に変更される。また、処理開始認識手段５と処理終了認識手段６は、搬送コンベア３で搬送されてくる被処理物２を検出するセンサからなり、その検出信号の立ち上がりと立ち下がりにより被処理物２の始端と終端をそれぞれ認識するように構成されている。

大気圧プラズマ発生部４には、図２に示すように、ガス供給部７から流量制御部８を介してガスが供給され、高周波発生部９から高周波電圧が供給されている。流量制御部８と高周波発生部９は制御部１０にて動作制御されている。制御部１０は、処理開始認識手段５と処理終了認識手段６から入力された信号に基づいて、被処理物２に対する処理開始と終了の決定を行い、被処理物２に対する処理中は流量制御部８を制御して大気圧プラズマ発生部４に供給するガスの流量を増加させて被処理物２をプラズマ処理し、被処理物２に対する処理終了後は大気圧プラズマ発生部４でのプラズマ点灯状態を維持する程度にガスの流量を減少させるように構成されている。

図３、図４を参照して被処理物２の処理過程を説明すると、まず被処理物２が大気圧プラズマ発生部４から離れて位置している状態では、図３（ａ）（図４中では、領域（ａ）が対応。以下、同様である。）に示すように、処理開始認識手段５により被処理物２が検出されていない状態で、ガス流量はＬ２と少なく設定されてプラズマ１１は点灯しているだけの状態（以下、点灯状態と称す）を維持している。次に、図３（ｂ）に示すように、被処理物２の始端が処理開始認識手段５にてｔ０時点で検出されると、制御部１０にて流量制御部８が制御されて直後のｔ１時点でガス流量がプラズマ処理に必要な流量Ｌ１に増加され、処理に必要なプラズマが大気圧プラズマ発生部４から吹き出される。その直後から、図３（ｃ）に示すように、被処理物２に対するプラズマ１１による処理が行われる。次に、図３（ｄ）に示すように、被処理物２の終端が処理終了認識手段６にてｔ２時点で検出されると、制御部１０にて流量制御部８が制御されて直後のｔ３時点でガス流量が流量Ｌ２に減少され、図３（ｅ）に示すように、プラズマが点灯状態になる。その後、次の被処理物２の始端が処理開始認識手段５にてｔ４時点で検出されるまで、プラズマはその点灯状態が維持され、以降、上記動作が繰り返される。

このように、被処理物２に対する処理の開始と終了を決定し、開始から終了の間のみガス流量を増加してプラズマ処理を行い、それ以外の間はガス流量を低減することにより、被処理物２に対するプラズマ処理を安定して処理を行いながらガスの使用量を低減することができる。また、減少させたガスの流量においてもプラズマ１１を点灯状態に維持するようにしているので、プラズマ処理の開始時に再点灯する必要がなく、そのため処理開始決定後ガス流量を増加するだけで瞬時に安定したプラズマが発生して速やかにプラズマ処理を行うことができ、効率的にかつ安定してプラズマ処理を行うことができる。

以上の説明では、プラズマ１１を点灯状態にする際に、ガス流量のみをＬ１からＬ２に減少させるようにしたが、図５に示すように、ガス流量をＬ１からＬ２に減少させると同時に高周波発生部９による大気圧プラズマ発生部４に対する印加電圧も低減させるようにしても良い。このようにガスの流量を減少させた状態で、印加する高周波電圧の電力を低下させると、プラズマ処理を行わない間の電力消費も低減できて省エネルギーを図ることができる。

ところで、大気圧プラズマ発生部４に高周波電圧を供給する高周波発生部９としては、その出力周波数帯が、数ＫＨｚ〜数１００ＫＨｚ、又は１３．５６ＭＨｚに代表されるＲＦ周波数帯、又は１００ＭＨｚに代表されるＶＨＦ周波数帯、さらに電子レンジに使用される２．４５ＧＨｚに代表されるマイクロ波周波数帯のものを使用することができる。なお、ＲＦ周波数帯やＶＨＦ周波数帯やマイクロ波周波数帯を使用する場合には、高周波発生部１１と大気圧プラズマ発生部４との間に、大気圧プラズマ発生部４で発生する反射波を抑制する整合器（マッチング回路）を介装する必要がある。

また、大気圧プラズマ発生部４に供給するガスの流量を制御する流量制御部８としては、図６（ａ）に示すように、マスフローコントローラなどの流量コントローラ１２を用いると、流量を直接高精度に制御できるので好適である。しかし、図６（ｂ）に示すように、圧力調整弁などの圧力調整手段１３を用いることもできる。

また、ガス供給部７から供給されるガスは、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウム、窒素から選択された単独ガス又は複数の混合ガスからなる不活性ガスを含んでおり、それによってプラズマを容易かつ安定して発生させることができる。また、プラズマ処理の種類に応じて、各種の反応性ガスを混合したガスが供給される。このように、不活性ガスと反応性ガスの混合ガスを供給する場合には、図７に示すように、ガス供給部７に不活性ガス供給部１４とその流量を制御する圧力調整弁などの流量制御部１５と、反応性ガス供給部１６とその流量を制御する圧力調整弁などの流量制御部１７とを設け、不活性ガスと反応性ガスを所定の混合比率で混合して流量コントローラ１２などの流量制御部８を介して大気圧プラズマ発生部４に対してガス供給するようにするのが好適である。

次に、大気圧プラズマ発生部４に供給するガス流量を、プラズマ処理時のガス流量Ｌ１と点灯状態のガス流量Ｌ２に切り換える際のそれぞの流量決定する方法について、図８、図９を参照して具体実験例に基づいて説明する。

この実験例においては、図８に示すように、Ｄ１＝１ｍｍ、Ｄ２＝５０ｍｍ、Ｄ３＝５０ｍｍの所定の空間２１に上方からヘリウムガス２２を供給するように構成するとともに、空間２１の対向面を誘電体２３にて構成してその背面に一対の電極２４ａ、２４ｂを配置し、これら電極２４ａ、２４ｂに対して高周波発生部２５から高周波電圧を印加するように構成されている。

ここで、プラズマの強さを測るためにプラズマ発光強度計を使用し、ガスの流量を１ｌ／分、２ｌ／分、４ｌ／分、６ｌ／分、１０ｌ／分でそれぞれ一定にした状態で、高周波発生部２５による印加電力を変えてプラズマの発光強度を測定した。その結果を図９に示した。この大気圧プラズマ発生部によって発生させたプラズマ１１にてプラズマ処理を行う場合に、例えば図９のＡ点（ガス流量１０ｌ／分、印加電力１００Ｗ）で処理を行うものとする。すなわち、この状態ではプラズマ１１が安定して発生し、被処理物がある場合は安定してプラズマ処理を行うことができる。一方、プラズマ処理を行う必要がない場合は、ガス流量を大幅に減少させ、図９のＢ点（ガス流量１ｌ／分、印加電力１００Ｗ）の状態にすることにより、プラズマ強度（発光強度）は小さいが、点灯状態は維持している。さらに、Ｂ点でのガス流量１ｌ／分を維持した状態で印加電力を下げて行き、図９のＣ点（ガス流量１ｌ／分、印加電力６５Ｗ）のようにプラズマの点灯状態が安定して維持される範囲内の最小値まで印加電力を下げることができる。

この実験例と同様に、実際の大気圧プラズマ処理装置１においても、被処理物２の処理に必要な流量のガスをガス供給部７から流量制御部８を介して大気圧プラズマ発生部４に供給するとともに高周波発生部９から所要の電力を印加し、プラズマ処理に必要な強度のプラズマを発生させ、このときのガス流量Ｌ１及び印加電力を制御部１０に記憶させる。次いで、ガス流量を減少させて行き、点灯状態が安定して得られる最小のガス流量Ｌ２を求めて制御部１０に記憶させる。さらに、必要に応じて、ガス流量Ｌ２を維持した状態で、印加電力を下げて行き、プラズマが消灯する直前の印加電圧を求め、点灯状態が安定的に得られる安全率を見込んで設定した最小の印加電力を制御部１０に記憶させる。かくして、実生産工程においては、制御部１０がこれらのデータと処理開始信号と処理終了信号に基づいて流量制御部８及び高周波発生部９を制御することで、本発明の大気圧プラズマ処理方法を実施して、使用するガス消費量を減らすことができるとともに、印加する電力も低減して消費電力を低下させることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の大気圧プラズマ処理装置の第２の実施形態について、図１０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同一の構成要素について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説明する。

上記実施形態においては、図７に示すように、不活性ガス供給部１４とその流量制御部１５から成るガス供給系統と、反応性ガス供給部１６とその流量制御部１７から成るガス供給系統を有する場合にも、それらを混合して大気圧プラズマ発生部４に供給する例を示したが、本実施形態においては、図１０に示すように、不活性ガス供給部１４とその流量制御部１５から成るガス供給系統にて供給される不活性ガスは大気圧プラズマ発生部４に供給し、反応性ガス供給部１６とその流量制御部１７から成るガス供給系統から供給される反応性ガスは、ガス供給通路３１から大気圧プラズマ発生部４にて発生したプラズマ１１に混合させるように供給している。

本実施形態の構成によれば、不活性ガスを用いて大気圧プラズマ発生部４にてプラズマ１１を容易かつ効率良く安定して発生させた状態で、そのプラズマ１１に反応性ガスを混合することで混合領域３２で反応性ガスがプラズマ化されて、エッチングや成膜や表面改質等の種々のプラズマ処理を効率的に行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の大気圧プラズマ処理装置の第３の実施形態について、図１１〜図１３を参照して説明する。

上記実施形態においては、固定設置された大気圧プラズマ発生部４に対して被処理物２が一方向に搬送されて処理される例を示したが、本実施形態の大気圧プラズマ処理装置４１においては、図１１に示すように、ＸＹロボット４２にて水平面内の直交する２方向に移動及び位置決め可能な移動体４３に昇降可能に取付けられたヘッド部４４に大気圧プラズマ発生部４が設置されている。一方、被処理物２は搬入・搬出部４５にて大気圧プラズマ発生部４の可動範囲の下部位置に位置決め及び搬入・搬出可能に構成されている。被処理物２は、図１２に示すように、プラズマ処理を行うべき処理領域４６が複数箇所に分散している。このような被処理物２としては、例えば回路基板の電子部品実装用のランド配設領域で、そのランド表面をプラズマ処理にて表面改質を行うもの等がある。

また、本実施形態の大気圧プラズマ発生部４としては、図１３に示すように、誘電体から成る反応管４７の外周に間隔をあけて一対の電極４８ａ、４８ｂを配設し、反応管４７にガスを供給しつつ、電極４８ａ、４８ｂ間に高周波発生部９から高周波電圧を印加することで、反応管４７内でプラズマを発生させ、下端の吹き出し口４９からプラズマを吹き出すようにしたものが好適に適用される。これは、図１６（ｅ）に対応した構成のものであるが、図１６（ｃ）や（ｄ）等に対応した構成のものであっても良い。

本実施形態においては、大気圧プラズマ処理装置４１の制御部（図示せず）で全体の動作を制御している。プラズマ処理動作としては、搬入・搬出部４５にて被処理物２が位置決めされると、制御部に内蔵されたプログラムによって、大気圧プラズマ発生部４が最初にプラズマ処理すべき処理領域４６の始端に位置決めされ、それと同時にプラズマ処理を開始した後、継続して処理領域４６に沿って大気圧プラズマ発生部４が移動し、処理領域４６の終端（図示例では処理領域４６が環状であるため始端と同じ位置となる）に到達するとプラズマ処理を終了し、次いで次の処理領域４６の始端に向けて移動し、以降全ての処理領域４６の処理が終わるまで以上の動作を繰り返し、全ての処理領域４６の処理が終わると、処理の終わった被処理物２を搬出し、次の被処理物２を搬入して同様の動作を繰り返す。従って、本実施形態においては、処理開始認識手段及び処理終了認識手段は、制御部に内蔵されたプログラム中に記録されたものであり、本発明における処理開始認識手段及び処理終了認識手段はプログラム中に設定されたデータを含むものである。

（第４の実施形態）
次に、本発明の大気圧プラズマ処理装置の第４の実施形態について、図１４、図１５を参照して説明する。

本実施形態の大気圧プラズマ処理装置５１は、図１４（ａ）に示すように、被処理物２の移動手段３が貫通する所定の空間５２を設け、その空間５２の上下に対向する壁面５３ａ、５３ｂを、誘電体の背面に電極を配設した構成（図示せず）とし、かつその空間５２内にガス供給部（図示せず）からガスを供給するとともに、壁面５３ａ、５３ｂ内に配設された一対の電極間に高周波発生部（図示せず）から高周波電圧を印加するように構成された大気圧プラズマ発生部４を備えている。

本実施形態における被処理物２のプラズマ処理工程を説明すると、被処理物２が大気圧プラズマ発生部４から離れて位置している状態では、図１４（ａ）に示すように、処理開始認識手段５により被処理物２が検出されていない状態で空間５２内に供給するガス流量が少なく設定されており、上下壁面５３ａ、５３ｂ間で細く弱いプラズマ１１が発生している点灯状態を維持している。次に、図１４（ｂ）に示すように、被処理物２の始端が処理開始認識手段５にて検出されると、ガス流量がプラズマ処理に必要な流量に増加され、処理に必要なプラズマ１１が空間５２の上下壁面５３ａ、５３ｂ間に形成される。その直後から、図１４（ｃ）に示すように、被処理物２に対するプラズマ１１による処理が行われる。次に、図１４（ｄ）に示すように、被処理物２の終端が処理終了認識手段６にて検出されるとガス流量が減少され、図１４（ｅ）に示すように、プラズマ１１が点灯状態になる。その後、次の被処理物２の始端が処理開始認識手段５にて検出されるまで、プラズマ１１はその点灯状態が維持され、以降、上記動作が繰り返される。

また、本実施形態においても、空間５２内に対するガス供給系統として、図６に示したようなガス供給部７と流量制御部８から成る単一のガス供給系統にて構成したものに限らず、図１５に示すように、図７と同様に不活性ガス供給部１４と流量コントローラなどの流量制御部１５とから成る不活性ガスのガス供給系統と、反応性ガス供給部１６と流量コントローラなどの流量制御部１７とから成る反応性ガスのガス供給系統とを設け、それぞれのガス供給系統から空間５２にガスを供給するように構成しても良い。

なお、図１５中、５４ａ、５４ｂは空間５２内に高周波電界を発生させる電極を模式的に示している。この電極５４ａ、５４ｂは、図１４で説明したように空間５２を画成している上下壁面５３ａ、５３ｂ中に配置されていても、場合によっては空間５２内に対向して配置されていても良い。

本発明は、以上の実施形態に限らず、請求項の記載に基づいて各実施形態に示した種々の構成要素を組み合わせた構成で実施することができる。

本発明の大気圧プラズマ処理方法及び装置によれば、被処理物に対する処理の開始と終了を決定してその間のみガス流量を増加してプラズマ処理を行い、それ以外の間はガス流量を低減することで、安定して処理を行いながらガスの使用量を低減することができ、特に非処理時にもプラズマを点灯維持することで効率的にかつ安定してプラズマ処理を行うことができるため、大気圧プラズマ処理に有効に利用できる。

本発明の大気圧プラズマ処理装置の第１の実施形態の全体概略構成を示す斜視図。 同実施形態の制御構成を示すブロック図。 同実施形態における処理動作の工程説明図。 同実施形態の処理工程における各要素の動作状態の説明図。 同実施形態の他の処理工程における各要素の動作状態の説明図。 同実施形態のガス供給系統における異なる構成例を示す構成図。 同実施形態のガス供給系統の他の構成図。 同実施形態の実験例における大気圧プラズマ発生部の概略構成の説明図。 同実験例における発光強度の供給電力による変化をガス流量をパラメータとして表示したグラフ。 本発明の大気圧プラズマ処理装置の第２の実施形態における大気圧プラズマ発生部の概略構成図。 本発明の大気圧プラズマ処理装置の第３の実施形態の全体概略構成を示す斜視図。 同実施形態で好適に処理できる被処理物の平面図。 同実施形態の大気圧プラズマ発生部の概略構成を示す斜視図。 本発明の大気圧プラズマ処理装置の第４の実施形態における処理動作の工程説明図。 同実施形態の他の構成例を示す全体概略構成図。 従来例の大気圧プラズマ発生装置の各種構成例の説明図。 他の従来例の大気圧プラズマ発生部の縦断面図。

符号の説明

１ 大気圧プラズマ処理装置
２ 被処理物
３ 搬送コンベア（移動手段）
４ 大気圧ブラズマ発生部
５ 処理開始認識手段
６ 処理終了認識手段
７ ガス供給部
８ 流量制御部
９ 高周波発生部
１０ 制御部
１１ プラズマ
１２ 流量コントローラ
１３ 圧力調整手段
１４ 不活性ガス供給部
１５ 流量制御部
１６ 反応性ガス供給部
１７ 流量制御部
３１ ガス供給通路
３２ 混合領域
４１ 大気圧プラズマ処理装置
５１ 大気圧プラズマ処理装置

Claims (7)

1. 所定の空間にガスを供給し、前記所定の空間に高周波電圧を印加して大気圧近傍でプラズマを発生させ、プラズマにて被処理物を処理する大気圧プラズマ処理方法において、
   プラズマにて処理する被処理物を大気圧プラズマ発生部に対して相対的に移動させる移動手段と、大気圧プラズマ発生部に対して、前記移動手段の移動方向の上手側配置された、被処理物に対するプラズマ処理開始のタイミングを認識する処理開始認識手段からの信号を入力とし、被処理物に対する処理開始決定により、プラズマ処理に必要な流量である処理流量までガスの流量を増加させて被処理物をプラズマ処理し、
   大気圧プラズマ発生部に対して、前記移動手段の移動方向の下手側配置された、被処理物に対するプラズマ処理終了のタイミングを認識する処理終了認識手段からの信号を入力とし、被処理物に対する処理終了決定により、前記処理流量より少ない流量であってプラズマを安定して点灯可能な最小の流量である点灯流量までガスの流量を減少させ、次の処理開始決定までガスの流量を前記点灯流量に維持させることにより、プラズマ処理の開始時にプラズマを再点灯する必要がないように制御部により制御することを特徴とする大気圧プラズマ処理方法。
2. 前記制御部は、前記処理終了認識手段からの信号により、更に、印加する高周波電圧の電力をプラズマ点灯を維持した状態で低下させることを特徴とする請求項１記載の大気圧プラズマ処理方法。
3. 供給するガスは、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウム、窒素から選択された単独ガス又は複数の混合ガスからなる不活性ガスを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の大気圧プラズマ処理方法。
4. 供給するガスに、反応性ガスを含むことを特徴とする請求項３記載の大気圧プラズマ処理方法。
5. 所定の空間にガスを供給し、前記所定の空間に高周波電圧を印加して大気圧近傍でプラズマを発生させる大気圧プラズマ発生部と、高周波電圧を発生させる高周波発生部と、ガスを供給するガス供給部と、所定の空間に流すガス流量を制御する流量制御部と、プラズマにて処理する被処理物を大気圧プラズマ発生部に対して相対的に移動させる移動手段と、前記大気圧プラズマ発生部に対して、前記移動手段の移動方向の上手側配置された、被処理物に対するプラズマ処理開始のタイミングを認識する処理開始認識手段と、前記大気圧プラズマ発生部に対して、前記移動手段の移動方向の下手側配置された、被処理物に対するプラズマ処理終了のタイミングを認識する処理終了認識手段と、処理開始認識手段と処理終了認識手段からの信号を入力とし、流量制御部による流量制御を指令する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記処理開始認識手段からの信号により、プラズマ処理に必要な流量である処理流量までガスの流量を増加させて被処理物をプラズマ処理し、前記処理終了認識手段からの信号により、前記処理流量より少ない流量であってプラズマを安定して点灯可能な最小の流量である点灯流量までガスの流量を減少させ、次の処理開始決定までガスの流量を前記点灯流量に維持させることにより、プラズマ処理の開始時にプラズマを再点灯する必要がないことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
6. 前記制御部が、前記処理流量、前記点灯流量を記憶しておき、前記処理開始認識手段からの信号によりガス流量を前記処理流量に増加させ、前記処理終了認識手段からの信号によりガス流量を前記点灯流量に減少させるように制御することを特徴とする請求項５記載の大気圧プラズマ処理装置。
7. 前記制御部は、前記処理終了認識手段からの信号により、更に、印加する高周波電圧の電力をプラズマ点灯を維持した状態で低下させることを特徴とする請求項５又は６記載の大気圧プラズマ処理装置。

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