JPWO2019180840A1 - Plasma device - Google Patents
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Abstract
本開示に係るプラズマ装置は、プラズマを被処理物に照射するプラズマ装置であって、当該プラズマ装置の駆動が開始される場合に行われる暖機運転を制御する暖機運転制御部を含み、前記暖機運転制御部が、前記暖機運転が行われる時間である暖機運転時間を、前記駆動の開始直前の当該プラズマ装置が連続して停止状態にあった時間である停止時間が長い場合は短い場合より長い時間に決定する暖機運転時間決定部を含むもの、すなわち、暖機運転がプラズマ装置の停止時間に基づいて行われるものである。 The plasma device according to the present disclosure is a plasma device that irradiates an object to be processed with plasma, and includes a warm-up operation control unit that controls a warm-up operation performed when the driving of the plasma device is started. When the warm-up operation control unit sets the warm-up operation time, which is the time during which the warm-up operation is performed, to the time during which the plasma device is continuously stopped immediately before the start of the drive, the stop time is long. It includes a warm-up operation time determining unit that determines a longer time than a short case, that is, the warm-up operation is performed based on the stop time of the plasma apparatus.
Description
本開示は、プラズマを被処理物に照射するプラズマ装置に関するものである。 The present disclosure relates to a plasma apparatus that irradiates an object to be processed with plasma.
特許文献1には、真空中でプラズマを照射するプラズマ装置が記載されている。このプラズマ装置においては、駆動開始時の放電管の温度が予め定められた設定温度より低い場合に暖機運転が行われるが、暖機運転は、放電管の温度が適正範囲内に入った場合に停止させられる。 Patent Document 1 describes a plasma device that irradiates plasma in a vacuum. In this plasma device, warm-up operation is performed when the temperature of the discharge tube at the start of driving is lower than a predetermined set temperature, but in warm-up operation, when the temperature of the discharge tube falls within an appropriate range. Is stopped by.
本開示の課題は、特許文献1に記載のプラズマ装置とは異なる態様で暖機運転が行われるようにすることである。 An object of the present disclosure is to ensure that the warm-up operation is performed in a mode different from that of the plasma apparatus described in Patent Document 1.
本開示に係るプラズマ装置においては、暖機運転が、当該プラズマ装置の駆動が開始される場合に、直前に、当該プラズマ装置が連続して停止状態にあった時間である停止時間に基づいて行われる。例えば、停止時間が長い場合は短い場合より、暖機運転が長い時間行われるようにすることができる。 In the plasma apparatus according to the present disclosure, the warm-up operation is performed based on the stop time, which is the time during which the plasma apparatus has been continuously stopped immediately before the drive of the plasma apparatus is started. Will be. For example, when the stop time is long, the warm-up operation can be performed for a longer time than when the stop time is short.
このように、暖機運転がプラズマ装置の停止時間に基づいて行われるのであり、特許文献1に記載のプラズマ装置において行われる暖機運転の態様とは異なる。また、特許文献1には、暖機運転が、プラズマ装置の停止時間に基づいて行われることは記載されていない。 As described above, the warm-up operation is performed based on the stop time of the plasma device, which is different from the mode of the warm-up operation performed in the plasma device described in Patent Document 1. Further, Patent Document 1 does not describe that the warm-up operation is performed based on the stop time of the plasma device.
以下、図面に基づいて、本開示に係るプラズマ装置について説明する。本プラズマ装置は、大気圧でプラズマを発生させるものである。 Hereinafter, the plasma apparatus according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. This plasma device generates plasma at atmospheric pressure.
図1に記載のプラズマ装置は、プラズマ生成部12、加熱ガス供給部14、図6に示す電源装置16等を含む。プラズマ生成部12と加熱ガス供給部14とは並んで設けられる。プラズマ生成部12は、供給された処理ガスをプラズマ化して、プラズマを生成するものである。加熱ガス供給部14は、加熱用ガスを加熱することにより得られる加熱ガスをプラズマ生成部12に供給するものである。本プラズマ装置においては、プラズマ生成部12によって生成されたプラズマが、加熱ガス供給部14によって供給された加熱ガスと共に出力され、被処理物Wに照射される。図1において、矢印Pの方向に、処理ガスが供給され、プラズマが出力される。 The plasma device shown in FIG. 1 includes a
プラズマ生成部12は、図2〜4に示すように、セラミックス等の絶縁体で形成された生成部本体18、一対の電極部24,26、誘電体包囲部材22等を含む。生成部本体18は概して長手方向に伸びた形状を成し、一対の電極部24,26が幅方向に離間して保持される。また、生成部本体18の一対の電極部24,26の間は放電空間21とされ、処理ガスがP方向に供給される。以下、本プラズマ装置において、生成部本体18の幅方向、すなわち、一対の電極部24,26(以下、「一対の」を省略して、単に電極部24,26または複数の電極部24,26等と称する場合がある。他の用語についても同様とする。)が並ぶ方向をx方向、プラズマ生成部12と加熱ガス供給部14とが並ぶ方向をy方向、生成部本体18の長手方向をz方向とする。z方向はP方向と同じであり、処理ガスが供給される側が上流側、プラズマが出力される側が下流側である。なお、x方向、y方向、z方向は互いに直交する。 As shown in FIGS. 2 to 4, the
複数の電極部24,26の各々は、長手方向に伸びた形状を成し、それぞれ、一対の電極棒27,28と一対の電極ホルダ29,30とを含む。複数の電極ホルダ29,30の各々は、複数の電極棒27,28よりそれぞれ大径とされ、電極ホルダ29,30の各々に、電極棒27,28が偏心した位置に保持されて、固定される。また、電極棒27,28の各々がそれぞれ電極ホルダ29,30に保持された状態で、電極棒27,28の一部は電極ホルダ29,30から突出した状態にある。電極部24,26(電極ホルダ29,30および電極棒27,28)は、z方向、すなわち、処理ガスの供給方向Pと同じ向きに伸び、電極ホルダ29,30が上流側、電極棒27,28が下流側に位置する姿勢で生成部本体18に保持される。また、電極部24,26が互いに離間する方向xと処理ガスが供給される方向z(P)とは交差する。なお、電極ホルダ29,30の間隔D1は、電極棒26,27の間隔D2より小さい(D1<D2)。 Each of the plurality of
電極ホルダ29,30は、それぞれ、導電性を有する材料で製造されたものであり、電極としての機能を有する。電極棒27,28は、それぞれ、電極ホルダ29,30に互いに通電可能な状態で固定される。換言すれば、電極ホルダ29,30と電極棒27,28とは電気的に一体的に設けられる。また、電極部24,26が生成部本体18に保持され、電源装置16に接続された状態で、電極棒27,28と電極ホルダ29,30との両方に電圧が印加され、これら電極棒27,28および電極ホルダ29,30はいずれも電極として作用する。 The
このように、電極棒27,28の各々と電極ホルダ29,30の各々とがそれぞれ電気的に一体的に設けられるため、電源装置16を電極ホルダ29,30と電極棒27,28とのいずれか一方に接続すればよく、その分、配線を簡単にすることができる。
なお、電極棒27,28、電極ホルダ29,30には、任意の大きさ、周波数の交流電圧が印加される。In this way, since each of the
An AC voltage of an arbitrary size and frequency is applied to the
誘電体包囲部材22は、電極ホルダ29,30の外周を覆うものであり、セラミックス等の誘電体(絶縁体と称することもできる)で製造されたものである。誘電体包囲部材22は、図4A〜図4Cに示すように、互いに離間して設けられた一対の電極カバー34,36と、一対の電極カバー34,36を連結する連結部38とを含む。 The dielectric enclosing
複数の電極カバー34,36は、それぞれ、概して中空筒状を成し、長手方向の両端部が開口とされる。電極カバー34,36は、長手方向がz方向に伸びた姿勢で、電極カバー34,36の内周側に主として電極ホルダ29,30が位置する状態で配設される。なお、電極カバー34,36の内周面と電極ホルダ29,30の外周面との間には、それぞれ、隙間が設けられ、これら隙間が後述するガス通路34c、36cとされる。また、電極棒27,28の、上述の電極ホルダ29,30から突出した一部の下流側の端部である下流側端部27s,28sは、電極カバー34,36の下流側の開口部から突出している。 Each of the plurality of electrode covers 34 and 36 has a hollow tubular shape, and both ends in the longitudinal direction are open. The electrode covers 34 and 36 are arranged in a posture in which the longitudinal direction extends in the z direction, and the
連結部38には、z方向に貫通するガス通路40が形成される。本実施例において、図3に示すように、連結部38のガス通路40を形成する周壁は電極カバー34,36と一体的に形成される。ガス通路40の内部には、誘電体(気体を含まない。以下、同様とする)で製造された部材(誘電体物と称することができる)は存在しない。換言すれば、電極カバー34,36の互いに対向する部分の間に、誘電体包囲部材22とは別の誘電体で製造された部材は存在しないことになる。 A
生成部本体18の電極部24,26が保持された部分の上流側には、複数のガス通路42,44,46等が形成される。ガス通路42,44には、図6に示す窒素ガス供給装置50が接続され、ガス通路46には、窒素ガス供給装置50と、活性ガスであるドライエア(活性酸素を含む)を供給する活性ガス供給装置52とが接続される。窒素ガス供給装置50は、窒素ガス源と流量調整機構とを含み、窒素ガスを所望の流量で供給可能なものである。活性ガス供給装置52は、活性ガス源と流量調整機構とを含み、活性ガスを所望の流量で供給可能なものである。本実施例においては、処理ガスが、活性ガス供給装置52から供給された活性ガスと窒素ガス供給装置50から供給された窒素ガス(不活性ガスの一態様である)とを含むものとされる。 A plurality of
ガス通路42,44には、それぞれ、前述の電極カバー34,36の内部のガス通路34c、36cが、電極カバー34,36の上流側の開口部において連通させられる。ガス通路34c、36cには、それぞれ、窒素ガスがP方向に供給される。 The
ガス通路46には誘電体包囲部材22に形成されたガス通路40が連通させられる。ガス通路40には、窒素ガスと活性ガスとを含む処理ガスがP方向に供給される。 A
生成部本体18の、電極カバー34,36から突出した一対の電極棒27,28の下流側端部27s,28sの間には放電室56が形成され、放電室56の下流側に、x方向に間隔を隔てて並んで、z方向に伸びた複数(本実施例においては6本)のプラズマ通路60a、60b・・・が形成される。複数のプラズマ通路60a、60b・・・の上流側の端部は、それぞれ、放電室56に開口する。また、生成部本体18の下流側の端部には、互いに異なる種類の複数のノズル80,83等がそれぞれ着脱可能に取り付けられる。ノズル80,83等は、セラミックス等の絶縁体で製造される。なお、本実施例において、放電室56、ガス通路40等によって放電空間21が構成される。 A
加熱ガス供給部14は、図1,2に示すように、保護カバー70、ガス管72、ヒータ73、連結部74等を含む。保護カバー70は、プラズマ生成部12の生成部本体18に取り付けられる。ガス管72は、保護カバー70の内部において、z方向に伸びて配設され、ガス管72には、加熱用ガス供給装置(図5参照)76が接続される。加熱用ガス供給装置76は、加熱用ガス源と流量調整部とを含み、加熱用ガスを所望の流量で供給可能なものである。加熱用ガスは、ドライエア等の活性ガスとしても、窒素等の不活性ガスとしてもよい。また、ガス管72の外周側にはヒータ73が配設されており、ガス管72がヒータ73によって加熱され、ガス管72を流れる加熱用ガスが加熱される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the heating
連結部74は、ガス管72をノズル80に連結するものであり、側面視において概してL字形を成す加熱ガス供給通路78を含む。ノズル80が生成部本体18に取り付けられた状態で、加熱ガス供給通路78は、一端部がガス管72に連通させられ、他端部がノズル80に形成された加熱ガス通路62に連通させられる。 The connecting
ノズル80は、図2,3に示すように、互いに平行に設けられた複数(本実施例においては6本)のプラズマ出力通路80a、80b・・・が形成された通路構造体81と、ノズル本体82とを含む。通路構造体81と、ノズル本体82とが、それぞれ、ノズル本体82に形成された収容室82aの内部に、通路構造体81が位置する状態で、生成部本体18に取り付けられ、それにより、ノズル80が生成部本体18に取り付けられる。このように、ノズル80が生成部本体18に取付けられた状態で、プラズマ通路60a、60b・・・とプラズマ出力通路80a、80b・・・とがそれぞれ連通させられる。また、ノズル本体82の収容室82aと通路構造体81との隙間には、加熱ガス通路62を経て加熱ガスが供給される。ノズル80において、ノズル本体82の収容室82aの先端の開口82bから、プラズマ等と加熱ガスとが出力される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the
生成部本体18には、ノズル80とは異なる図5に示すノズル83を取り付けることもできる。ノズル83の通路構造体84には、プラズマ出力通路83aが1つ形成される。また、通路構造体84と、ノズル本体85とが、それぞれ、ノズル本体85の内部に形成された収容室85aに通路構造体84が位置する状態で、生成部本体18に取り付けられる。このようにノズル83が生成部本体18に取り付けられた状態で、複数のプラズマ通路60a、60b・・・とプラズマ出力通路83aとが連通させられる。また、ノズル本体85の収容室85aと通路構造体84との間の隙間には加熱ガスが供給され、収容室85aの先端の開口85bから、プラズマ等と加熱ガスとが出力される。 A
本プラズマ装置は、図6に示すように、コンピュータを主体とする制御装置86を含む。制御装置86は実行部86c、記憶部86m、入出力部86i、タイマ86t等を含み、入出力部86iには、窒素ガス供給装置50、活性ガス供給装置52、加熱用ガス供給装置76、ヒータ73、電源装置16、ディスプレイ87等が接続されるとともに、開始スイッチ88、停止スイッチ89等が接続される。ディスプレイ87には、本プラズマ装置の状態等が表示される。 As shown in FIG. 6, this plasma device includes a computer-based
開始スイッチ88は、プラズマ装置の駆動を指示する場合に操作されるスイッチであり、停止スイッチ89は、プラズマ装置の停止を指示する場合に操作されるスイッチである。例えば、本プラズマ装置の電源ケーブル90をコンセントに接続し、図示しないブレーカを入れることにより、本プラズマ装置に、商用の交流電源93から交流電圧が供給可能な状態となり、制御装置86の作動が開始される。それにより、本プラズマ装置は、駆動が不能な状態である駆動不能状態から駆動が可能となる駆動可能状態に切り換わる。そして、駆動可能状態においては、開始スイッチ88のON操作が行われることによりプラズマ装置の駆動が開始され、プラズマ装置の駆動中に停止スイッチ89のON操作が行われることにより、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられる。すなわち、停止スイッチ89のON操作が行われた場合には、電極部24,26への電圧の印加は行われず、加熱用ガスの加熱も行われることがないが、図示しない冷却装置の作動等が開始される場合もある。 The
電源装置16は、電源ケーブル90、電流センサ94、A/D(交流直流)変換器95、スイッチング回路96、昇圧器98等を含む。電源ケーブル90がコンセントに接続された状態において、商用の交流電源93から供給された交流電圧が、A/D変換器95において直流電圧に変換されて、スイッチング回路96によりPWM(Plus Width Modulation)制御が行われる。また、PWM制御が行われることによって得られた所望の周波数の電圧のパルス信号は、昇圧器98により昇圧されて、電極部24,26に印加される。また、電源装置16に流れる交流電流が電流センサ94によって検出される。 The
スイッチング回路96は、図7に示すように、第1ないし第4の4個のスイッチング素子101〜104のブリッジ接続によって構成される。本実施例においては、スイッチング素子としてMOSFET素子が用いられる。第1スイッチング素子101については、ドレインDがA/D変換器95の出力部の高圧端子105に接続され、ソースSが第1出力端子106に接続される。第2スイッチング素子102については、ドレインDが第1出力端子106に接続され、ソースSがA/D変換器95の低圧端子107に接続される。第3スイッチング素子103については、ドレインDがA/D変換器95の高圧端子105に接続され、ソースSが第2出力端子108に接続される。第4スイッチング素子104については、ドレインDが第2出力端子108に接続され、ソースSがA/D変換器94の低圧端子107に接続される。 As shown in FIG. 7, the switching
第1出力端子106および第2出力端子108は、図示しない平滑回路を経て昇圧器98に入力される。第1スイッチング素子101のゲートGおよび第4スイッチング素子104のゲートG、第2スイッチング素子102のゲートGおよび第3スイッチング素子103のゲートGは、それぞれ、まとめて制御装置86の入出力部に接続される。
第1ないし第4スイッチング素子101〜104は、ゲートGに制御信号が入力されているときだけ、ドレインDとソースSとの間が導通する。第1スイッチング素子101,第4スイッチング素子104のゲートGにON信号が入力された場合と、第2スイッチング素子102,第3スイッチング素子103のゲートGにON信号が入力された場合とでは、電流の向きが逆になる。The
The first to
以上のように構成されたプラズマ装置は、開始スイッチ88のON操作により駆動状態とされる。スイッチング回路96の制御により、電極部24,26には、電源装置16によって2kHz以上の交流電圧が印加されるのであり、例えば、8kHz以上9kHz以下の交流電圧が印加されるようにすることができる。また、ガス通路34c、36cには窒素ガスが所望の流量で供給され、放電空間21には処理ガスが所望の流量で供給される。さらに、加熱ガス通路62には、加熱ガスが供給される。 The plasma device configured as described above is put into a driving state by the ON operation of the
放電空間21には処理ガスがP方向に供給されるが、上流側のガス通路40において、電極ホルダ34,36の間で電極カバー34,36を介して誘電体バリア放電が生じ、それより下流側の放電室56において、一対の電極棒の下端部27s、28sの間でアーク放電が生じる。放電とは、一対の電極の間の空間に高電界を生じさせることにより、一対の電極の間の空間に存在する気体に絶縁破壊(気体の分子が電離して、電子、イオンが増えた状態)を生じさせて、一対の電極の間に電流が流れるようにすることである。そのうちの、誘電体バリア放電とは、一対の電極に交流電圧を加えた場合に生じる、誘電体物を介する放電をいい、アーク放電とは、誘電体物を介しない放電をいう。 The processing gas is supplied to the
誘電体バリア放電においては、電極ホルダ29、30に交流電圧が加えられることにより、電極カバー34,36に電荷が蓄えられるが、極性が反転すると、蓄えられた電荷が放出されるのであり、それにより放電が起きる。また、電極カバー34,36により、電極ホルダ29,30の間に流れる電流が制限される。そのため、誘電体バリア放電においては、アーク放電に至らないのが普通であり、大きなエネルギが処理ガスに付与されないのが普通である。また、本実施例においては、電極ホルダ29,30に高周波の交流電圧が付与されるため、極性の反転速度が早くなり、放電を良好に起こすことができる。 In dielectric barrier discharge, when an AC voltage is applied to the
それに対して、アーク放電においては、一対の電極棒27,28の下流側端部27s,28sの間に大きな電流が流れ、処理ガスに大きなエネルギが付与される。 On the other hand, in the arc discharge, a large current flows between the
このように、誘電体バリア放電においては、処理ガスに付与されるエネルギが小さいため、処理ガスが電離して、プラズマ化されるとは限らない。しかし、処理ガスは、エネルギポテンシャルが高い状態にされる(励起状態にされたり、加熱されたりする)。
その後、アーク放電において、処理ガスに大きなエネルギが付与されるため、誘電体バリア放電においてプラズマ化されなかった処理ガスも、良好にプラズマ化することができる。また、誘電体バリア放電を受けた処理ガスは、すでにエネルギポテンシャルが高い状態にあるため、アーク放電を受けることにより、より一層、プラズマ化し易くなる。なお、放電空間21の、一対の電極ホルダ34,36の間の部分と、一対の電極棒の一端部27s、28sの間の部分との両方で放電が起きることは、それぞれの部分において、光が発生させられることにより確認された。As described above, in the dielectric barrier discharge, since the energy applied to the processing gas is small, the processing gas is not always ionized and turned into plasma. However, the processing gas is put into a state of high energy potential (excited state or heated).
After that, in the arc discharge, a large amount of energy is applied to the processing gas, so that the processing gas that has not been converted into plasma in the dielectric barrier discharge can be satisfactorily converted into plasma. Further, since the processing gas that has undergone the dielectric barrier discharge is already in a state of having a high energy potential, it becomes easier to generate plasma by receiving the arc discharge. It should be noted that the discharge occurs in both the portion of the
また、本実施例においては、開始スイッチ88のON操作が行われた場合に暖機運転が行われ、暖機運転が行われた後に、被処理物へのプラズマの照射が許可される。暖機運転においては、プラズマの被処理物への照射が行われる場合と同様に、電極部24,26に電圧が印加されて、加熱ガスが供給されるのであるが、プラズマの生成が不安定であるため、プラズマの被処理物への照射が行われないようにされている。本実施例においては、暖機運転の報知として、暖機運転中であることを表す「暖機運転中」がディスプレイ87に表示される。換言すれば、ディスプレイ87に「暖機運転中」の表示がある場合には、プラズマの被処理物への照射は行わないように予め決められているのである。 Further, in the present embodiment, the warm-up operation is performed when the
暖機運転は、プラズマ装置の駆動が開始される場合、すなわち、開始スイッチ88のON操作が行われた場合に行われる。また、暖機運転時間が経過した場合に、暖機運転は終了させられるが、プラズマ装置の作動は継続して行われる。その後、プラズマ装置による被処理物Wへのプラズマの照射が行われ得る。さらに、暖機運転中に停止スイッチ89のON操作が行われた場合には、暖機運転が中断されて、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられる。 The warm-up operation is performed when the driving of the plasma device is started, that is, when the
暖機運転が行われる暖機運転時間は、原則として、開始スイッチ88がON操作された場合に、その直前のプラズマ装置が連続して停止状態にあった時間である停止時間Toffが長い場合は短い場合より長い時間に決定される。一方、ノズル80の先端部の温度と、プラズマ装置の能力(プラズマを安定して出力可能であるか否か)との間には正の相関関係があり、ノズル80の先端部の温度が高い場合は低い場合より、プラズマ装置の能力が高く、安定してプラズマが出力可能な状態にあることが知られている。そして、ノズル80の先端部の温度は、プラズマ装置の停止時間Toffが長い場合は短い場合より低くなるのが普通である。また、暖機運転中の温度の上昇勾配が一定である場合には、暖機運転時間が長くなるのに伴ってノズル80の先端部の温度は高くなる。以上のことから、プラズマ装置が停止状態にある間に低下したノズル80の先端部の温度を、暖機運転によりプラズマ装置の能力が高い状態となる温度まで高くするために、暖機運転時間が、停止時間が長い場合は短い場合より長い時間に決定されるようにしたのである。 As a general rule, the warm-up operation time during which the warm-up operation is performed is the time when the plasma device immediately before the
また、暖機運転時間Twは、停止時間Toffに係数αを掛けた時間に決定される(Tw=Toff×α)。係数αは、ノズル80の先端部の温度の、プラズマ装置の停止状態における低下状態と、暖機運転中の上昇状態とに基づいて決めることができる。本実施例においては、予め、暖機運転中のノズル80の先端部の温度の上昇勾配、プラズマ装置の停止状態におけるノズル80の先端部の温度の低下勾配等がシミュレーションまたは実際に外部の温度計を利用して取得されて、それらデータ等に基づいて係数αが決定されるようにしたのである。 Further, the warm-up operation time Tw is determined by multiplying the stop time Toff by a coefficient α (Tw = Toff × α). The coefficient α can be determined based on the lowering state of the temperature at the tip of the
しかし、プラズマ装置が駆動不能状態から駆動可能状態に切り換わってから最初に開始スイッチ88のON操作が行われ、プラズマ装置の駆動が開始される場合には、暖機運転時間Twは、予め定められた設定時間Thに決定される(Tw=Th)。プラズマ装置は、その直前、長い間、連続して停止状態にあったと推定される。そのため、プラズマ装置のノズル80の先端部の温度はほぼ室温(例えば、標準温度)にあると考えられる。以上のことから、設定時間Thは、例えば、上述の暖機運転中の温度の上昇勾配等に基づいて、プラズマ装置のノズル80の先端部の温度が標準温度(例えば、24℃)から安定的にプラズマを照射し得る温度まで上昇するのに要する時間が予め実験やシミュレーション等により求められ、求められた時間等に基づいて決めることができる。 However, when the
一方、プラズマ装置が駆動可能状態にある場合においても、長時間、連続して停止状態にある場合があり、その場合には、停止時間Toffに係数αをかけて求めた時間(Toff×α)が設定時間Thより長くなる場合がある。その場合には、暖機運転時間Twは、設定時間Thとされる。設定時間Thより長い時間暖機運転を行う必要性は低いからである。
以下、停止時間Toffに係数αをかけて求められた時間(Toff×α)を暫定暖機運転時間と称し、暫定暖機運転時間と設定時間Thとの少なくとも一方に基づいて決定された暖機運転時間を本暖機運転時間と称する。On the other hand, even when the plasma device is in the driveable state, it may be in the stopped state continuously for a long time. In that case, the time obtained by multiplying the stop time Toff by the coefficient α (Toff × α). May be longer than the set time Th. In that case, the warm-up operation time Tw is set to the set time Th. This is because there is little need to perform warm-up operation for a time longer than the set time Th.
Hereinafter, the time (Toff × α) obtained by multiplying the stop time Toff by the coefficient α is referred to as a provisional warm-up operation time, and is determined based on at least one of the provisional warm-up operation time and the set time Th. The operation time is referred to as the main warm-up operation time.
また、暖機運転の途中、すなわち、暖機運転の開始から本暖機運転時間が経過するまでの間に、停止スイッチ89のON操作が行われた場合には、中断フラグがセットされる。暖機運転が中断されて、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられる。その後、開始スイッチ88のON操作が行われて、プラズマ装置の駆動が開始される場合の暖機運転時間は、設定時間Thに決定される。前回の暖機運転、換言すれば、プラズマ装置の駆動が不十分であったため、暖機を十分に行った方が望ましいからである。この場合には、プラズマ装置の停止時間の長さに係らず本暖機運転時間Twが設定時間Thに決定される。 Further, if the
暖機運転の制御は、図10のフローチャートで表されるプラズマ装置作動制御プログラムにより実行される。プラズマ装置作動制御プログラムは予め定められた設定時間毎に実行される。
ステップ1(以下、S1と略称する。他のステップについても同様とする)において、暖機運転中であるか否かが判定される。暖機運転中でない場合には、S2,3において、開始スイッチ88、または、停止スイッチ89のON操作が行われたか否かが判定される。開始スイッチ88も停止スイッチ89も、ON操作が行われない場合にはS1〜3が繰り返し実行される。The control of the warm-up operation is executed by the plasma device operation control program represented by the flowchart of FIG. The plasma device operation control program is executed at predetermined set times.
In step 1 (hereinafter, abbreviated as S1; the same applies to other steps), it is determined whether or not the warm-up operation is in progress. When the warm-up operation is not in progress, it is determined in S2 and 3 whether or not the
そのうちに、開始スイッチ88のON操作が行われた場合には、S2の判定がYESとなり、S4において、開始スイッチ88のON操作が駆動不能状態から駆動可能状態に切り換えられてから最初に行われた操作であるか否かが判定される。最初の操作である場合には、S5において、本暖機運転時間Twが設定時間Thに決定される(Tw=Th)。そして、S6,7において、プラズマ装置の暖機運転が開始され、ディスプレイ87に「暖機運転中」が表示される。 If the
暖機運転中においては、S1の判定がYESとなり、S8,9において、停止スイッチ89のON操作が行われたか否か、本暖機運転時間が経過したか否かが判定される。暖機運転中においては、いずれの判定もNOとなり、S1,8,9が繰り返し実行されるが、本暖機運転時間が経過した場合には、S9の判定がYESとなり、S10において、ディスプレイ87の「暖機運転中」の表示が消去される。 During the warm-up operation, the determination in S1 is YES, and in S8 and 9, it is determined whether or not the
プラズマ装置による被処理物へのプラズマの照射が行われている間、S1〜3が繰り返し実行されるが、停止スイッチ89のON操作が行われた場合には、S3の判定がYESとなる。S11において、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動等が停止させられ、S12において、停止時間Toffの計測が開始される。 While the plasma device is irradiating the object to be processed with plasma, S1 to 3 are repeatedly executed, but when the
プラズマ装置の停止状態の間、S1〜3が繰り返し実行され、停止時間Toffの計測が継続して行われる。そのうちに、再度、開始スイッチ88のON操作が行われた場合には、S2の判定がYES,S4の判定がNOとなる。S13において中断フラグがONであるか否かが判定されるが、S13の判定がNOである場合には、S14において計測された停止時間Toffが読み込まれる。 While the plasma apparatus is stopped, S1 to 3 are repeatedly executed, and the stop time Tof is continuously measured. In the meantime, when the
S15において、暫定暖機運転時間Twsが求められ、S16において、暫定暖機運転時間Twsが設定時間Thより長いか否かが判定される。S16の判定がNOである場合には、S17において、本暖機運転時間が暫定暖機運転時間に決定され(Tw=Tws)、判定がYESである場合には、S18において、本暖機運転時間は設定時間Thに決定される(Tw=Th)。 In S15, the provisional warm-up operation time Tws is obtained, and in S16, it is determined whether or not the provisional warm-up operation time Tws is longer than the set time Th. If the determination in S16 is NO, the main warm-up operation time is determined as the provisional warm-up operation time in S17 (Tw = Tws), and if the determination is YES, the main warm-up operation is in S18. The time is determined as the set time Th (Tw = Th).
そして、暖機運転中であるため、前述のように、S1,8,9が繰り返し実行されるが、暖機運転の途中に停止スイッチ89のON操作が行われた場合には、S8の判定がYESとなり、S19において、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられ、S20において中断フラグがONとされ、S21においてディスプレイ87の「暖機運転中」の表示が消去される。 Since the warm-up operation is in progress, S1, 8 and 9 are repeatedly executed as described above, but if the
そして、プラズマ装置の停止状態において、S1〜S3が繰り返し実行されるが、次に、開始スイッチ88のON操作が行われた場合には、中断フラグがONであるため、S13の判定がYESとなる。この場合には、S5において、本暖機運転時間が設定時間Thに決定されて、S6において暖機運転が行われる。また、中断フラグがOFFにされる。 Then, in the stopped state of the plasma device, S1 to S3 are repeatedly executed. Next, when the
図8に示すタイムチャートにおいて、時点t0において、プラズマ装置が駆動不能状態から駆動可能状態に切り換えられる。時点t1において、最初に、開始スイッチ88がONとされる。本暖機運転時間が設定時間に決定され(Tw=Th)、暖機運転が時点t2まで行われる。 In the time chart shown in FIG. 8, at the time point t0, the plasma device is switched from the undriveable state to the driveable state. At time point t1, the
時点t3において停止スイッチ89がONとされ、時点t4において開始スイッチ88がONとされるが、停止スイッチ89がONとされてから次に開始スイッチ88がONとされるまで(時点t3〜時点t4)の時間である停止時間Toffが計測される(Toff=Tfa)。時点t4において、暫定暖機運転時間Twsが求められるが、暫定暖機運転時間Twsが設定時間Th以下であるため、本暖機運転時間Twは暫定暖機運転時間Twsに決定される。 The
それに対して、時点t5において停止スイッチ89がONとされ、次に、時点t6において開始スイッチ88がONとされるが、この場合には、停止時間Toff(=Tfc)が長いため、暫定暖機運転時間Twsが設定時間Thより長くなる。そのため、時点t6において開始される暖機運転における本暖機運転時間Twは設定時間Thに決定される。 On the other hand, the
また、図9のタイムチャートに示すように、時点t7から暖機運転が開始されるが、本暖機運転時間Twが経過する前の時点t8において、停止スイッチ89がONとされた。そのため、暖機運転が中断されて、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられる。次に、時点t9において暖機運転が開始されるが、その場合の、本暖機運転時間Twはプラズマ装置の停止時間に関係なく設定時間Thに決定される。 Further, as shown in the time chart of FIG. 9, the warm-up operation is started from the time point t7, but the
このように、本実施例においては、暖機運転時間が、暖機運転の開始時の、それ以前のプラズマ装置の連続した停止時間に基づいて決定されるため、プラズマ装置の温度の低下の程度に基づいて、暖機運転時間を適切な長さに決定することができる。また、暖機運転時間を常に設定時間Thに決定する場合に比較して、暖機運転時間に要するエネルギを少なくすることができる。さらに、暖機運転時間を、プラズマ装置の停止時間に基づいて容易に決定することができる。 As described above, in this embodiment, since the warm-up operation time is determined based on the continuous stop time of the plasma device before the start of the warm-up operation, the degree of decrease in the temperature of the plasma device is determined. Based on the above, the warm-up operation time can be determined to an appropriate length. Further, the energy required for the warm-up operation time can be reduced as compared with the case where the warm-up operation time is always determined to be the set time Th. Further, the warm-up operation time can be easily determined based on the stop time of the plasma apparatus.
以上、本実施例においては、制御装置86の図10のフローチャートで表されるプラズマ装置作動制御プログラムを記憶する部分、実行する部分等により暖機運転制御部が構成される。そのうちの、S1〜3,12,14〜17を記憶する部分、実行する部分等により第1暖機運転時間決定部が構成され、S1,2,4,5を記憶する部分、実行する部分等により第2暖機運転時間決定部が構成され、S1〜3,12,14〜16,18を記憶する部分、実行する部分等により第3暖機運転時間決定部が構成され、S1,8,20,13,5を記憶する部分、実行する部分等により第4暖機運転時間決定部が構成され、S15を記憶する部分、実行する部分等により暫定暖機運転時間決定部が構成される。また、これら第1〜第4暖機運転時間決定部等を含んで暖機運転時間決定部が構成される。さらに、S6を記憶する部分、実行する部分等が、暖機運転において、ヒータ73、電源装置16を制御する部分に対応する。さらに、ディスプレイ87等により暖機報知部が構成される。 As described above, in this embodiment, the warm-up operation control unit is configured by the portion that stores the plasma device operation control program represented by the flowchart of FIG. 10 of the
なお、上記実施例においては、暖機運転の報知の一態様として、ディスプレイ87に「暖機運転中」が表示されるようにされていたが、それに限らない。例えば、ランプ、ブザー、音声出力等により、暖機運転の報知として暖機運転の開始、終了が報知されるようにすることもできる。 In the above embodiment, "during warm-up operation" is displayed on the
また、暖機運転の内容も問わない。例えば、一対の電極部24,26への電圧の印加と加熱用ガスの加熱とのいずれか一方のみが行われるようにすることもできる。 In addition, the content of warm-up operation does not matter. For example, it is possible to make only one of the application of the voltage to the pair of
さらに、上記実施例においては、係数αが、プラズマ装置の停止状態、暖機運転中のノズル80の先端部の温度の低下状態、上昇状態に基づいて決定されるようにされていたが、プラズマ装置の、プラズマ装置の能力と正の相関関係がある部分の温度に基づいて決定されるようにすることもできる。例えば、放電空間内の温度、一対の電極部24,26の温度等が該当する。 Further, in the above embodiment, the coefficient α is determined based on the stopped state of the plasma device, the temperature decreasing state of the tip of the
また、係数α、設定時間Thは、ノズル80,83等で互いに異なる値としたり、同じ値としたりすること等ができる。さらに、プラズマ生成部12の構造は問わない。例えば、誘電体バリア放電とアーク放電とのいずれか一方が行われるものであってもよい等、その他、本開示は、前記実施形態に記載の態様の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。 Further, the coefficient α and the set time Th can be set to different values or the same values for the
12:プラズマ生成部 14:加熱ガス供給部 21:放電空間 22:誘電体包囲部材 24,26:電極部 27,28:電極棒 29,30:電極ホルダ 34,36:電極カバー 34c,36c:ガス通路 40:ガス通路 42,44,48:ガス通路
56:放電室 72:ガス管 73:ヒータ 86:制御装置 88:開始スイッチ 89:停止スイッチ12: Plasma generation unit 14: Heating gas supply unit 21: Discharge space 22:
Claims (8)
当該プラズマ装置の駆動が開始される場合に行われる暖機運転を制御する暖機運転制御部を含み、
前記暖機運転制御部が、前記暖機運転が行われる時間である暖機運転時間を、前記駆動の開始直前の当該プラズマ装置が連続して停止状態にあった時間である停止時間が長い場合は短い場合より長い時間に決定する暖機運転時間決定部を含むプラズマ装置。A plasma device that irradiates an object to be processed with plasma.
The warm-up operation control unit that controls the warm-up operation performed when the driving of the plasma device is started is included.
When the warm-up operation control unit sets the warm-up operation time, which is the time during which the warm-up operation is performed, to a long stop time, which is the time during which the plasma device is continuously stopped immediately before the start of the drive. Is a plasma device that includes a warm-up time determination unit that determines a longer time than if it is shorter.
当該プラズマ装置の駆動が停止させられた後に、前記駆動が開始される場合には、前記停止状態にある時間である停止時間に係数を掛けて得られた時間を暫定的に前記暖機運転時間に決定する暫定暖機運転時間決定部と、
前記暫定暖機運転時間決定部によって暫定的に決定された前記暖機運転時間が前記設定時間より長い場合には、前記暖機運転時間である本暖機運転時間を前記設定時間に決定する第3暖機運転時間決定部と
を含む請求項3に記載のプラズマ装置。The warm-up operation time determination unit
When the drive is started after the drive of the plasma device is stopped, the time obtained by multiplying the stop time, which is the time in the stopped state, by a coefficient is provisionally the warm-up operation time. The provisional warm-up operation time determination unit to be determined, and
When the warm-up operation time tentatively determined by the provisional warm-up operation time determination unit is longer than the set time, the main warm-up operation time, which is the warm-up operation time, is determined as the set time. 3. The plasma apparatus according to claim 3, which includes a warm-up operation time determination unit.
前記暖機運転制御部が、前記電源装置を制御して、前記一対の電極部に電圧を印加するものである請求項1ないし6のいずれか1つに記載のプラズマ装置。The plasma device includes a power supply device that applies a voltage to each of a pair of electrode portions provided apart from each other.
The plasma device according to any one of claims 1 to 6, wherein the warm-up operation control unit controls the power supply device and applies a voltage to the pair of electrode units.
前記暖機運転制御部が、前記ヒータに前記加熱用ガスを加熱させるものである請求項1ないし7のいずれか1つに記載のプラズマ装置。The plasma device includes a heater for heating the heating gas, and the heating gas obtained by heating the heating gas by the heater is irradiated to the object to be processed together with the plasma.
The plasma device according to any one of claims 1 to 7, wherein the warm-up operation control unit causes the heater to heat the heating gas.
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