WO2019159571A1 - 大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法 - Google Patents

大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法 Download PDF

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充 岩田
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an atmospheric pressure plasma generator, an atmospheric pressure plasma generation circuit, and an atmospheric pressure plasma generation method for generating plasma under atmospheric pressure.
  • plasma of molecular gas or the like is used for surface treatment (cleaning, activation, or layering of substances) of a film or a semiconductor substrate.
  • An atmospheric pressure plasma generator includes an AC power source and a plasma generator having a pair of electrodes connected to the AC power source, and by applying an AC high voltage between these electrodes under atmospheric pressure, The molecular gas or the like introduced into is converted into plasma.
  • abnormal discharge streamer current
  • the atmospheric pressure plasma generator by disposing a dielectric on the surface of the electrode of the plasma generator, the occurrence of abnormal discharge is suppressed by utilizing the reverse electric field formed by the dielectric when plasma is generated. Ingenuity is made.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 an atmospheric pressure plasma generator that suppresses abnormal discharge by connecting a choke coil to a plasma generator and suppressing displacement current. Further, an atmospheric pressure plasma generator that suppresses abnormal discharge by connecting a choke coil and an LC circuit having a resonance frequency as a power source to the plasma generator is known (Patent Document 3).
  • JP-T 2007-520878 Patent No. 4668208
  • JP 2006-080060 A Patent No. 5599923
  • JP-T 2009-506696 Patent No. 5367369
  • the present invention provides an atmospheric pressure plasma generator, an atmospheric pressure plasma generation circuit, and an atmospheric pressure plasma generator that can suppress abnormal discharge and stably generate atmospheric pressure plasma even when abnormal discharge is suppressed and the plasma input power is increased.
  • An object is to provide a method for generating atmospheric pressure plasma.
  • the atmospheric pressure plasma generator of the present invention includes an AC power source, a plasma generator, and a discharge current distribution circuit.
  • the AC power source generates an AC voltage.
  • the plasma generator has a pair of electrodes, and generates plasma when an AC voltage is applied between the pair of electrodes under atmospheric pressure.
  • the discharge current distribution circuit is connected between the AC power source and the plasma generator, reduces the pulse of the discharge current that is higher in frequency than the AC voltage, and generates another pulse using the reduced amount, Disperse the discharge current pulses into two or more pulses.
  • the discharge current dispersion circuit preferably disperses the discharge current pulse into two or more pulses having the same waveform when the plasma generator repeatedly generates plasma.
  • the two or more pulses dispersed by the discharge current dispersion circuit have a lower frequency as the pulse generated later in time.
  • the discharge current distribution circuit preferably has an impedance that transmits the frequency component of the AC voltage and reduces the frequency component of the discharge current.
  • the discharge current distribution circuit is preferably an LC circuit having an inductor and a capacitor.
  • the discharge current distribution circuit is preferably connected in parallel between the AC power source and the plasma generator.
  • the frequency of the discharge current before dispersion formed by one pulse is a resonance frequency.
  • the discharge current distribution circuit is preferably connected in series between the AC power source and the plasma generation unit.
  • the frequency of the AC voltage be the resonance frequency.
  • the AC voltage is preferably a low frequency of 1 kHz to 1 MHz.
  • An atmospheric pressure plasma generation circuit is an atmospheric pressure plasma generator in which an AC power source applies an AC voltage to a pair of electrodes included in a plasma generation unit under atmospheric pressure to generate plasma.
  • This is an atmospheric pressure plasma generation circuit to be used, and includes a discharge current distribution circuit.
  • the discharge current distribution circuit is connected between the AC power source and the plasma generator.
  • the discharge current distribution circuit distributes the pulse of the discharge current into two or more pulses by reducing the pulse of the discharge current that is higher in frequency than the AC voltage and generating another pulse using the reduced amount. .
  • the atmospheric pressure plasma generation method of the present invention applies an AC voltage to a pair of electrodes of a plasma generation unit, reduces a pulse of a discharge current that is higher in frequency than the AC voltage, and uses the reduced amount to generate another pulse. By generating, the pulse of the discharge current is dispersed into two or more pulses.
  • the atmospheric pressure plasma generation apparatus the atmospheric pressure plasma generation circuit, and the atmospheric pressure plasma generation method of the present invention, even when the plasma input power is increased, abnormal discharge is suppressed and atmospheric pressure plasma is stably generated. it can.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 is an apparatus that generates plasma under atmospheric pressure, and includes an AC power supply 11 that generates an AC voltage having a specific amplitude, and a pair of electrodes.
  • a plasma generation unit 12 that generates plasma under atmospheric pressure, and a discharge current distribution circuit 13 that distributes a pulse of discharge current generated when the plasma is generated are provided.
  • the AC power supply 11 generates an AC voltage having a specific frequency and a specific amplitude and supplies it to the plasma generator 12.
  • the AC power source 11 includes a power source body that generates a predetermined voltage, a transformer (not shown) that boosts or lowers the voltage generated by the power source body to a specific voltage, and / or a matching coil (for matching impedance) (Not shown).
  • the AC power supply 11 generates an AC voltage 11a having a sine waveform, for example.
  • the amplitude V1 of the AC voltage 11a is, for example, about 2000 volts ([V]).
  • the frequency Fac of the AC voltage 11a generated by the AC power supply 11 is, for example, about 1 kHz or more and 1 MHz or less.
  • the AC voltage 11a generated by the AC power supply 11 has a so-called low frequency.
  • the plasma generation part 12 not only a gas composed of molecules such as a rare gas but also a molecule such as nitrogen, oxygen, or tetraethyl orthosilicate (TEOS) which is more difficult to move than a rare gas.
  • Plasma can be generated by ionizing sex gases.
  • the plasma generator 12 has one electrode, and generates plasma when an AC voltage 11a is applied between the pair of electrodes under atmospheric pressure.
  • the plasma generation unit 12 has a pair of electrodes.
  • the pair of electrodes is the first electrode 14A and the second electrode 14B.
  • the plasma generator 12 forms a discharge space 15 for generating plasma between the first electrode 14A and the second electrode 14B.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 has a gas introduction part (not shown) for introducing a gas necessary for surface treatment or the like into the discharge space 15, and the plasma generation part 12 is a gas such as TEOS introduced into the discharge space 15. Is ionized to generate plasma.
  • the plasma generator 12 includes a dielectric 16 on the surface of the first electrode 14A on the discharge space 15 side and on the surface of the second electrode 14B on the discharge space 15 side.
  • the dielectric 16 forms an electric field (so-called reverse electric field) polarized in the opposite direction to the electric field polarization caused by the plasma generated in the discharge space. Thereby, the dielectric 16 suppresses so-called abnormal discharge such as generation of a local discharge current when plasma is generated.
  • a target to be surface-treated is introduced in contact with the first electrode 14A or the second electrode 14B.
  • the object to be surface-treated is a resin film 19, and the atmospheric pressure plasma generator 10 uses a transport roller (not shown) or the like to attach the film 19 to the first electrode 14A and the second electrode 14B. It conveys in X1 direction (conveyance direction), contacting.
  • the plasma generator 12 generates plasma in the discharge space 15 to treat the surface exposed to the discharge space 15 side of the film 19 using the plasma.
  • a discharge current flows between the first electrode 14A and the second electrode 14B.
  • the AC voltage is approximately.
  • a discharge current pulse 31 is generated at predetermined time intervals while alternately changing the polarity. Since the AC voltage 11a applied to the first electrode 14A and the second electrode 14B by the AC power supply 11 has a low frequency, the discharge current pulse 31 has a higher frequency than the AC voltage 11a. That is, the discharge current pulse 31 has a frequency Fd higher than the frequency Fac of the AC voltage 11a.
  • the frequency Fd of the discharge current pulse 31 is a frequency that the continuous discharge current pulse 31 has when it is assumed that any one discharge current pulse 31 is continuously generated.
  • the amount is roughly proportional to the rising shape (tilt). Therefore, the rising shape (slope) of the discharge current pulse 31 is steeper than the rising shape (slope) of the waveform of the AC voltage 11a.
  • the discharge current pulse 31 has a triangular waveform with an amplitude of A1 amperes ([A]), and the discharge current flowing from the first electrode 14A to the second electrode 14B is in the positive direction.
  • abnormal discharge may occur in addition to normal discharge current caused by the generation of plasma.
  • a discharge current pulse 33 (hereinafter referred to as an abnormal discharge current pulse) 33 caused by an abnormal discharge is accompanied by a discharge current pulse 31 caused by a normal discharge current and before and / or after. May occur.
  • a normal discharge current is generated almost uniformly in almost the entire discharge space 15.
  • the abnormal discharge is, for example, a discharge current that is locally generated in a part of the discharge space 15.
  • the abnormal discharge current pulse 33 is formed by one or a plurality of pulses due to the specific situation at the time of occurrence, such as the position, range, number of occurrences, and / or the occurrence timing of each of the abnormal discharges,
  • the shape (amplitude and / or frequency (rising shape of the pulse)) of the abnormal discharge current pulse 33 also changes due to the situation at the time of occurrence. Further, only the discharge current pulse 31 resulting from the normal discharge current may occur without the abnormal discharge current pulse 33. That is, whether or not the abnormal discharge current pulse 33 is generated is indeterminate, and even when the abnormal discharge current pulse 33 is generated, the amplitude, frequency, and / Or the frequency is indefinite. When the abnormal discharge that appears as the abnormal discharge current pulse 33 occurs, there arises a problem that the surface treatment applied to the film 19 is not uniform.
  • a discharge current distribution circuit 13 is connected between the AC power supply 11 and the plasma generator 12 (see FIG. 1).
  • the discharge current distribution circuit 13 is an LC circuit having an inductor and a capacitor, for example.
  • the discharge current distribution circuit 13 is a so-called LC parallel circuit in which an inductor 21 having an inductance “L” and a capacitor 22 having a capacitance (capacitance) “C” are connected in parallel. It is a circuit and is connected in parallel between the AC power supply 11 and the plasma generator 12 (see FIG. 1).
  • the discharge current dispersion circuit 13 sets the frequency of the discharge current before dispersion formed by one pulse (frequency Fd of the discharge current pulse 31) as the resonance frequency ⁇ .
  • the discharge current distribution circuit 13 has a substantially maximum impedance Z1 with respect to the discharge current pulse 31 with the frequency Fd, and is relative to the AC voltage 11a with the frequency Fac. It has a very small impedance Z2. That is, the discharge current distribution circuit 13 has an impedance that transmits the frequency component of the AC voltage 11a and reduces the frequency component of the discharge current. Therefore, the discharge current distribution circuit 13 functions as a so-called band stop filter that selectively reduces the amplitude A1 of the discharge current pulse 31.
  • the resonance frequency ⁇ and the frequency Fd of the discharge current pulse 31 are about 1.7 MHz.
  • the discharge current dispersion circuit 13 not only reduces the amplitude A1 of the discharge current pulse 31, but also reduces the amplitude A1 of the discharge current pulse 31.
  • Another pulse (hereinafter referred to as a secondary discharge current pulse) is stably generated using the reduced energy.
  • stable means that when the plasma generator 12 repeatedly generates plasma, the discharge current distribution circuit 13 generates the pulse 31 of the original discharge current when the discharge current distribution circuit 13 is not used, with almost the same waveform each time. Is dispersed in two or more pulses. Thereby, the discharge current distribution circuit 13 stabilizes the generation of plasma in the plasma generator 12 even when the AC voltage 11a is set to a high voltage and the plasma input power is high.
  • the discharge current distribution circuit 13 generates a discharge current pulse 31 (indicated by a two-dot chain line) having an amplitude A1 when the discharge current distribution circuit 13 is not used, with an amplitude A2 ( Reduce to a discharge current pulse 41 (shown as a solid line) having A2 ⁇ A1).
  • the reduced discharge current pulse 41 is a pulse caused by a normal discharge current that occurs almost uniformly in almost the entire discharge space 15 when plasma is generated.
  • the discharge current distribution circuit 13 performs a transient operation as follows when the reduced discharge current pulse 41 is generated.
  • the AC voltage 11a generated by the AC power supply 11 is substantially transmitted through the inductor 21 in the discharge current distribution circuit 13 due to its frequency characteristics (Fac ⁇ ⁇ ). For this reason, a high voltage is applied to the first electrode 14A and the second electrode 14B of the plasma generator 12.
  • a discharge current pulse 41 corresponding to the discharge amount (current amount) is generated.
  • the inductor 21 is not saturated from the beginning (not a so-called choke coil), and the impedance of the inductor 21 according to the change in the waveform of the plasma discharge current 31 before the reduction. Is maximized.
  • the impedance in the capacitor 22 is also maximized. That is, the inductor 21 and the capacitor 22 are in an impedance resonance state, and the combined impedance of the discharge current distribution circuit 13 is maximized.
  • the discharge current pulse 31 (amplitude A1) scheduled to be generated by the plasma generator 12 in accordance with the plasma input energy is weakened by the combined impedance of the discharge current dispersion circuit 13, and is reduced to the discharge current pulse 41 having the amplitude A2. .
  • the plasma is weakened (or stopped) in the plasma generator 12 while the reduced plasma input energy is accumulated.
  • the discharge current distribution circuit 13 generates a secondary discharge current pulse 43 before and / or after the discharge current pulse 41.
  • the plasma generator 12 repeatedly generates plasma, that is, when the discharge current pulse 41 is repeatedly generated including polarity reversal, the secondary discharge current pulse 43 is generated each time the discharge current pulse 41 is generated.
  • Each pulse 41 is generated in association with each other.
  • the discharge current pulse 41 is a primary discharge current pulse in contrast to the secondary discharge current pulse 43.
  • the secondary discharge current pulse 43 is generated after the discharge current pulse 41.
  • the discharge current distribution circuit 13 When generating the secondary discharge current pulse 43, the discharge current distribution circuit 13 performs a transient operation as follows. Even after the generation of the discharge current pulse 41 (primary discharge current pulse), the AC voltage 11a is substantially transmitted through the inductor 21 in the discharge current distribution circuit 13, so that the plasma is generated even after the generation of the discharge current pulse 41. A high voltage is continuously applied to the first electrode 14A and the second electrode 14B of the generation unit 12. For this reason, in addition to the energy of the original discharge current pulse 31 reduced to the discharge current pulse 41 (energy remaining (accumulated) in the plasma generation unit 12), the plasma generation unit 12 has a continuous high voltage. Energy is further accumulated by application. When these total energies exceed the critical energy sufficient for generating plasma, plasma is generated again in the plasma generating unit 12, and a secondary discharge current pulse 43 corresponding to the discharge amount (current amount) is generated. .
  • the secondary discharge current pulse 43 is a pulse caused by a normal discharge current that occurs almost uniformly in almost the entire discharge space 15 when plasma is generated.
  • the secondary discharge current pulse 43 has substantially the same waveform regardless of the situation at the time of occurrence.
  • the generation of the secondary discharge current pulse 43 having the same waveform compensates for the generation of a reduced amount of plasma in which the original discharge pulse 31 is reduced to the discharge pulse 41.
  • “Having the same waveform” means frequency (shape of waveform rising or falling (slope)), peak height (amplitude), peak position in pulse, and / or energy (area in FIG. 7). Etc.) are substantially constant except for changes in polarity (positive and negative).
  • the frequency, amplitude, peak position, and energy amount of the secondary discharge current pulse 43 are substantially constant in each secondary discharge current pulse 43 except for the change in polarity.
  • the frequency, amplitude, peak position, and energy amount of the discharge current pulse 41 are also substantially constant in each discharge current pulse 41 except for the change in polarity.
  • the frequency F1 of the reduced discharge current pulse 41 is the original discharge current pulse 31.
  • the slope G1 at the rise of the discharge current pulse 41 after the reduction is smaller than the slope Gd at the rise of the original discharge current pulse 31, and is smaller than the slope G2 at the rise of the secondary discharge current pulse 43. Large (G2 ⁇ G1 ⁇ Gd).
  • the energy amount of the secondary discharge current pulse 43 (the energy amount of the plasma that is the cause of the secondary discharge current pulse 43; the same applies hereinafter) is changed from the original discharge current pulse 31 to the discharge current pulse 41. It corresponds to the amount of energy reduced. For example, as shown in FIG.
  • the amplitude of the original discharge current pulse 31 is “A1”
  • the amplitude of the discharge current pulse 41 after reduction is “A2”
  • the amplitude of the secondary discharge current pulse 43 is “A3”
  • the time when the original discharge current pulse 31 and the reduced discharge current pulse 41 are generated is “T1”
  • the time when the secondary discharge current pulse 43 is generated is “T2”
  • the discharge current pulse 41 It is assumed that the change in the AC voltage 11a during the generation of the secondary discharge current pulse 43 (T1 + T2) is very small.
  • the sum of the area of the discharge current pulse 41 ((A2 ⁇ T1) / 2) and the area of the secondary discharge current 43 (A3 ⁇ T2 / 2)) is the area of the original discharge current pulse 31. Equal to ((A1 ⁇ T1) / 2).
  • the discharge current distribution circuit 13 Since the energy (plasma charging power) supplied to the plasma generator 12 is constant every cycle of the AC voltage 11a, the discharge current distribution circuit 13 converts the original discharge current pulse 31 into the discharge current pulse 41 and the secondary discharge. Even if dispersed in the current pulse 43, the energy of the plasma generated in the plasma generator 12 does not change. For this reason, even when the discharge current dispersion circuit 13 disperses the original discharge current pulse 31 into the discharge current pulse 41 and the secondary discharge current pulse 43, the amount of action in the surface treatment of the film 19 (detergency or substance) The amount of deposition etc.) can be maintained.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 includes the discharge current distribution circuit 13 in the circuit. Then, the discharge current distribution circuit 13 reduces the discharge current pulse 41 and generates the secondary discharge current pulse 43 by using the energy of the reduced amount, whereby the discharge current distribution circuit 13 is not used. The discharge current pulses 31 are dispersed.
  • the higher the plasma input power the larger the amplitude V1 of the AC voltage 11a
  • the more likely abnormal discharge occurs. This is because the amplitude A1 of the discharge current pulse 31 increases as the plasma input power increases. Further, if the amplitude A1 of the discharge current pulse 31 is reduced in order to suppress the occurrence of abnormal discharge, the energy of the generated plasma is reduced accordingly, and the amount of action in the surface treatment of the film 19 is also reduced.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 of the present invention reduces the discharge current pulse 31 to the discharge current pulse 41, the occurrence of abnormal discharge can be suppressed.
  • the secondary discharge current pulse 43 is generated using the reduced energy of the discharge current pulse 31.
  • the plasma generation part 12 in addition to the plasma (primary plasma) corresponding to the discharge current pulse 31, a stable and uniform secondary plasma corresponding to the secondary discharge current pulse 43 is generated. .
  • the total amount of action caused by each of these plasmas is substantially equal to the amount of action caused by the plasma corresponding to the discharge current pulse 31.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 includes the discharge current distribution circuit 13 to suppress abnormal discharge and stabilize the generation of the plasma. The amount of action can be increased by an amount corresponding to the increase in input power.
  • the discharge current distribution circuit 13 is an LC parallel circuit composed of an inductor 21 and a capacitor 22.
  • the discharge current distribution circuit 13 further includes a predetermined resistance ( An RLC parallel circuit including a resistor (resistor) 101 having R [ ⁇ ]) can be obtained.
  • the discharge current distribution circuit 13 includes the resistor 101 in addition to the LC parallel circuit, the resistor 101 may be connected to the capacitor 22 in series as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 11, the resistor 101 may be connected to the inductor 21 in series. That is, the register 101 can be added at an arbitrary position in the discharge current distribution circuit 13.
  • the discharge current distribution circuit 13 is an LC parallel circuit that connects the inductor 21 and the capacitor 22 in parallel.
  • the discharge current distribution circuit 13 includes the inductor 21 and the capacitor 22.
  • the discharge current distribution circuit 13 configured by an LC series circuit is connected in series between the AC power supply 11 and the plasma generator 12. Then, the discharge current distribution circuit 13 configured by the LC series circuit sets the frequency Fac of the AC voltage 11a to the resonance frequency ⁇ .
  • the discharge current dispersion circuit 13 makes the resonance frequency ⁇ substantially equal to the frequency Fac of the AC voltage 11a ( ⁇ Fac) and is separated as much as possible from the frequency Fd of the discharge current pulse 31 ( ⁇ ⁇ Fd) Balance.
  • the discharge current distribution circuit 13 has a substantially minimum impedance Z4 with respect to the AC voltage 11a having the frequency Fac, and is relative to the discharge current pulse 31 having the frequency Fd.
  • the discharge current distribution circuit 13 configured by an LC series circuit functions as a so-called band-pass filter that selectively passes the AC voltage 11a having the frequency Fac.
  • the resonance frequency ⁇ and the frequency Fac of the AC voltage 11a are about 200 kHz.
  • the discharge current distribution circuit 13 not only functions as a band-pass filter, but similarly to the case where the discharge current distribution circuit 13 is configured by an LC parallel circuit. Not only the amplitude A1 of the pulse 31 is reduced, but also another pulse such as the secondary discharge current pulse 43 is stably generated using the reduced energy obtained by reducing the amplitude A1 of the discharge current pulse 31. As a result, the discharge current distribution circuit 13 constituted by an LC series circuit also stabilizes the generation of plasma in the plasma generator 12 even when the AC voltage 11a is high and the plasma input power is high.
  • the register 101 can be added at an arbitrary position in the discharge current distribution circuit 13 as shown in FIG. That is, the discharge current distribution circuit 13 can be a so-called RLC series circuit.
  • the amplitude A3 of the secondary discharge current pulse 43 is smaller than the amplitude A2 of the discharge current pulse 41 that is the primary discharge current pulse, but the inductance “L” of the inductor 21 and the capacitor
  • the amplitude relationship can be changed by adjusting the capacitance “C” of 22.
  • the amplitudes of the discharge current pulse 41, which is the primary discharge current pulse, and the secondary discharge current pulse 43 can be set to substantially equal amplitudes A4.
  • the amplitude of the secondary discharge current pulse 43 can be set to an amplitude A5 larger than the amplitude A6 of the discharge current pulse 41 which is the primary discharge current pulse ( A6 ⁇ A5).
  • the original discharge current pulse 31 when the discharge current distribution circuit 13 is not used is dispersed into two pulses, a discharge current pulse 41 and a secondary discharge current pulse 43.
  • the discharge current dispersion circuit 13 converts the original discharge current pulse 31 into the discharge current pulse 41 and the second current as shown in FIG. It is also possible to disperse into three pulses of the secondary discharge current pulse 43 and the tertiary discharge current pulse 106.
  • the discharge current distribution circuit 13 can distribute the original discharge current pulse 31 into four or more pulses.
  • the discharge current distribution circuit 13 may include a capacitor 122 and the like in addition to a circuit having a function of distributing the discharge current pulse 31, such as an LC parallel circuit or an LC series circuit. it can.
  • the capacitor 122 is connected in parallel with the LC circuit portion of the plasma generation unit 12 and the discharge current distribution circuit 13, and suppresses harmonics.
  • the present invention has a large difference between the frequency Fac of the alternating voltage 11a applied to the plasma generator 12 and the frequency Fd of the discharge current pulse 31 resulting from the generation of plasma. That is, it is particularly useful when the low frequency AC voltage 11a is used. However, even when the AC voltage 11a having a frequency higher than 1 MHz is used, if there is a difference between the frequency Fac of the AC voltage 11a and the frequency Fd of the discharge current pulse 31 (Fac ⁇ Fd), the present invention Can be suitably used.

Abstract

プラズマ投入パワーを高くした場合においても、異常放電を抑制し、大気圧プラズマを安定して発生できる大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法を提供する。　大気圧プラズマ発生装置（１０）は、交流電源（１１）と、プラズマ発生部（１２）と、放電電流分散回路（１３）と、を備える。放電電流分散回路（１３）は、交流電源（１１）とプラズマ発生部（１２）との間に接続され、交流電圧（１１ａ）よりも高周波である放電電流パルス（３１）を低減し、かつ、低減分を用いて別のパルス（第２次放電電流パルス（４３））を生成することにより、放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する。

Description

大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法
　本発明は、大気圧下においてプラズマを発生する大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法に関する。
　フィルムまたは半導体基板等の表面処理（洗浄、活性化、または物質の積層等）をするために、分子性ガス等のプラズマを用いる場合がある。大気圧プラズマ発生装置は、交流電源と、交流電源に接続した１対の電極を有するプラズマ発生部と、を備え、大気圧下においてこれらの電極間に交流の高電圧をかけることにより、電極間に導入した分子性ガス等をプラズマ化する。
　大気圧プラズマ発生装置は、プラズマ投入パワー（電力）を増やすと、いわゆる異常放電（ストリーマ電流）が発生する場合がある。このため、大気圧プラズマ発生装置には、プラズマ発生部が有する電極の表面に誘電体を配置することにより、プラズマの発生時に誘電体が形成する逆電場を利用して、異常放電の発生を抑える工夫がなされる。
　近年においては、プラズマ発生部にチョークコイルを接続し、変位電流を抑制することによって、結果的に異常放電を抑制する大気圧プラズマ発生装置が知られている（特許文献１及び特許文献２）。また、プラズマ発生部に、チョークコイルと、電源の周波数を共振周波数とするＬＣ回路と、を接続することで、異常放電を抑制する大気圧プラズマ発生装置が知られている（特許文献３）。
特表２００７－５２０８７８号公報（特許第４６６８２０８号） 特開２００６－０８００６０号公報（特許第５４５９９２３号） 特表２００９－５０６４９６号公報（特許第５３６７３６９号）
　大気圧プラズマ発生装置において、プラズマ発生部を構成する電極に誘電体を配置する場合、プラズマ投入パワーを増大した場合、誘電体の特性及び厚さによっては、異常放電の抑制作用が不足し、異常放電が生じる。
　本発明は、異常放電を抑制し、プラズマ投入パワーを高くした場合においても、異常放電を抑制し、大気圧プラズマを安定して発生できる大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法を提供することを目的とする。
　本発明の大気圧プラズマ発生装置は、交流電源と、プラズマ発生部と、放電電流分散回路と、を備える。交流電源は、交流電圧を発生する。プラズマ発生部は、１対の電極を有し、大気圧下で１対の電極間に交流電圧を印加した場合にプラズマを発生する。放電電流分散回路は、交流電源とプラズマ発生部との間に接続され、交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する。
　放電電流分散回路は、プラズマ発生部がプラズマを繰り返し発生する場合に、放電電流のパルスを同じ波形の２以上のパルスに分散することが好ましい。
　放電電流分散回路が分散した２以上のパルスは、時間的に後に発生するパルスほど周波数が低いことが好ましい。
　放電電流分散回路は、交流電圧の周波数成分を透過し、かつ、放電電流の周波数成分を低減するインピーダンスを有することが好ましい。
　放電電流分散回路は、インダクタとキャパシタとを有するＬＣ回路であることが好ましい。
　放電電流分散回路は、交流電源とプラズマ発生部との間に、並列に接続することが好ましい。
　放電電流分散回路は、１つのパルスで形成する分散前の放電電流の周波数を共振周波数とすることが好ましい。
　放電電流分散回路は、交流電源とプラズマ発生部との間に、直列に接続することが好ましい。
　放電電流分散回路は、交流電圧の周波数を共振周波数とすることが好ましい。
　交流電圧は、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の低周波であることが好ましい。
　本発明の大気圧プラズマ発生回路は、交流電源が、プラズマ発生部が有する１対の電極に大気圧下において交流電圧を印加することにより、プラズマ発生部がプラズマを発生する大気圧プラズマ発生装置に用いる大気圧プラズマ発生回路であり、放電電流分散回路を備える。放電電流分散回路は、交流電源とプラズマ発生部との間に接続される。放電電流分散回路は、交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する。
　本発明の大気圧プラズマ発生方法は、プラズマ発生部の一対の電極に交流電圧を印加し、交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する。
　本発明の大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法によれば、プラズマ投入パワーを高くした場合においても、異常放電を抑制し、大気圧プラズマを安定して発生できる。
大気圧プラズマ発生装置の回路図（大気圧プラズマ発生回路）である。 交流電源が発生する電圧のグラフである。 プラズマ発生部の構成を示す説明図である。 プラズマの発生にともなう理想的な放電電流のグラフである。 異常放電をともなう放電電流のグラフである。 放電電流分散回路のインピーダンスを示すグラフである。 放電電流分散回路を導入した場合における放電電流のグラフである。 分散した放電電流のパルスを示すグラフである。 変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。 変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。 変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。 変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。 変形例の放電電流分散回路のインピーダンスを示すグラフである。 変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。 分散した放電電流のパルスを示すグラフである。 分散した放電電流のパルスを示すグラフである。 分散した放電電流のパルスを示すグラフである。 高調波を抑制するキャパシタを有する放電電流分散回路である。
　図１に示すように、大気圧プラズマ発生装置１０は、大気圧下においてプラズマを発生する装置であり、特定の振幅を有する交流電圧を発生する交流電源１１と、１対の電極を有し、大気圧下でプラズマを発生するプラズマ発生部１２と、プラズマの発生時に生じる放電電流のパルスを分散する放電電流分散回路１３と、を備える。
　交流電源１１は、特定の周波数及び特定の振幅を有する交流電圧を発生し、プラズマ発生部１２に供給する。交流電源１１は、所定電圧を発生する電源本体のほか、電源本体が発生する電圧を特定の電圧に昇圧または降圧する変圧部（図示しない）、及び／または、インピーダンスを整合するためのマッチングコイル（図示しない）等を含む。図２に示すように、交流電源１１は、例えば正弦波形の交流電圧１１ａを発生する。交流電圧１１ａの振幅Ｖ１は、例えば、約２０００ボルト（［Ｖ］）である。また、交流電源１１が発生する交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃは、例えば、約１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である。すなわち、交流電源１１が発生する交流電圧１１ａはいわゆる低周波である。このため、プラズマ発生部１２においては、希ガス等の動きやすい分子からなるガスだけでなく、希ガス等よりも動き難い、窒素、酸素、または、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ：Tetraethyl orthosilicate）等の分子性ガスを電離し、プラズマを発生できる。
　プラズマ発生部１２は、１つの電極を有し、大気圧下でこれら１対の電極間に交流電圧１１ａを印加した場合にプラズマを発生する。具体的には、図３に示すように、プラズマ発生部１２は、１対の電極を有する。本実施形態においては、１対の電極は、第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂである。プラズマ発生部１２は、第１電極１４Ａと第２電極１４Ｂとの間に、プラズマを発生する放電空間１５を形成する。大気圧プラズマ発生装置１０は、表面処理等において必要なガスを放電空間１５に導入するガス導入部（図示しない）を有しており、プラズマ発生部１２は放電空間１５に導入したＴＥＯＳ等のガスを電離することにより、プラズマを発生する。また、プラズマ発生部１２は、第１電極１４Ａの放電空間１５側の表面に、及び、第２電極１４Ｂの放電空間１５側の表面に、誘電体１６を備える。誘電体１６は、放電空間に発生するプラズマに起因した電場の偏極とは逆向きに偏極した電場（いわゆる逆電場）を形成する。これにより、誘電体１６は、プラズマの発生時に局所的な放電電流の発生等のいわゆる異常放電を抑制する。
　プラズマ発生部１２には、表面処理をする対象を、第１電極１４Ａまたは第２電極１４Ｂに当接して導入する。本実施形態においては、表面処理をする対象は樹脂製のフィルム１９であり、大気圧プラズマ発生装置１０は搬送ローラ（図示しない）等を用いてフィルム１９を第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂに当接しながらＸ１方向（搬送方向）に搬送する。この間に、プラズマ発生部１２は、放電空間１５にプラズマを発生することにより、プラズマを用いてフィルム１９の放電空間１５側に露呈した表面を処理する。
　プラズマの発生時には、第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂの間に放電電流が流れる。図４に示すように、理想的には、第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂに印加する交流電圧１１ａ（図４においては交流電圧１１ａの位相３２を破線で示す）に応じて、概ね交流電圧１１ａが０Ｖを通過する毎に、交互に極性を変えながら所定の時間間隔で放電電流パルス３１が生じる。交流電源１１が第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂに印加する交流電圧１１ａは低周波であるため、放電電流パルス３１は交流電圧１１ａよりも高周波である。すなわち、放電電流パルス３１は交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃよりも高い周波数Ｆｄを有する。放電電流パルス３１の周波数Ｆｄとは、任意の１つの放電電流パルス３１が連続的に発生したと仮定した場合に、この連続した放電電流パルス３１が有する周波数であり、１つの放電電流パルス３１の立ち上がり形状（傾き）に概ね比例する量である。したがって、放電電流パルス３１の立ち上がり形状（傾き）は、交流電圧１１ａの波形の立ち上がり形状（傾き）よりも急峻である。本実施形態においては、放電電流パルス３１は、振幅がＡ１アンペア（［Ａ］）の三角波形であり、第１電極１４Ａから第２電極１４Ｂに流れる放電電流を正方向とする。
　一方、実際的には、プラズマの発生に起因して生じる正常な放電電流に加えて、異常放電が生じる場合がある。例えば、図５に示すように、正常な放電電流に起因する放電電流パルス３１の前及び／または後に付随して、異常放電に起因した放電電流のパルス（以下、異常放電電流パルスという）３３が生じる場合がある。正常な放電電流は、放電空間１５のほぼ全体においてほぼ一様に生じる。これに対し、異常放電は、例えば、放電空間１５のうちの一部において局所的に生じる放電電流である。したがって、異常放電電流パルス３３は、異常放電が発生した位置、範囲、発生数、及び／または各個の発生タイミング等の発生時の具体的な状況に起因して１または複数のパルスで形成され、異常放電電流パルス３３の形状（振幅及びまたは周波数（パルスの立ち上がり形状））等も発生時の状況に起因して変化する。また、異常放電電流パルス３３をともなわず、正常な放電電流に起因した放電電流パルス３１のみが生じることもある。すなわち、異常放電電流パルス３３は発生するか否かが不定であり、かつ、異常放電電流パルス３３が発生した場合においても、発生時の状況に応じて異常放電電流パルス３３の振幅、周波数、及び／または頻度等は不定である。異常放電電流パルス３３として現れる異常放電が生じると、フィルム１９に施す表面処理が一様でなくなるという不具合が生じる。
　そこで、本発明においては、交流電源１１とプラズマ発生部１２との間に、放電電流分散回路１３を接続する（図１参照）。放電電流分散回路１３は、例えば、インダクタとキャパシタとを有するＬＣ回路である。本実施形態においては、放電電流分散回路１３は、インダクタンスが「Ｌ」のインダクタ２１と、キャパシタンス（静電容量）が「Ｃ」のキャパシタ（コンデンサ）２２と、を並列に接続した、いわゆるＬＣ並列回路であり、交流電源１１とプラズマ発生部１２との間に並列に接続する（図１参照）。放電電流分散回路１３は、１つのパルスで形成する分散前の放電電流の周波数（放電電流パルス３１の周波数Ｆｄ）を共振周波数ωとする。具体的には、インダクタンス「Ｌ」とキャパシタンス「Ｃ」は、放電電流分散回路１３の共振周波数ω＝１／（２π√ＬＣ）が、放電電流パルス３１の周波数Ｆｄにほぼ等しく（ω≒Ｆｄ）、かつ、交流電源１１が発生する交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃからはできる限り離す（Ｆａｃ≪ω）バランスにしている。
　このため、放電電流分散回路１３は、図６に示すように、周波数Ｆｄの放電電流パルス３１に対しては概ね極大のインピーダンスＺ１を有し、かつ、周波数Ｆａｃの交流電圧１１ａに対しては相対的にごく小さいインピーダンスＺ２を有する。すなわち、放電電流分散回路１３は、交流電圧１１ａの周波数成分を透過し、かつ、放電電流の周波数成分を低減するインピーダンスを有する。したがって、放電電流分散回路１３は、選択的に放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減する、いわゆるバンドストップフィルタとして機能する。なお、本実施形態においては、共振周波数ω及び放電電流パルス３１の周波数Ｆｄは約１．７ＭＨｚである。
　さらに、大気圧プラズマ発生装置１０（大気圧プラズマ発生回路）においては、放電電流分散回路１３は、単に放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減するのみならず、放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減した低減分のエネルギーを用いて、別のパルス（以下、第２次放電電流パルスという）を安定的に生成する。また、安定的とは、プラズマ発生部１２がプラズマを繰り返し発生する場合に、放電電流分散回路１３が、放電電流分散回路１３を用いない場合の元の放電電流のパルス３１を、毎回ほぼ同じ波形の２以上のパルスに分散することをいう。これにより、放電電流分散回路１３は、交流電圧１１ａが高電圧にし、プラズマ投入パワーが高い場合においても、プラズマ発生部１２におけるプラズマの発生を安定化する。
　より具体的には、図７に示すように、放電電流分散回路１３は、放電電流分散回路１３を用いない場合の振幅Ａ１を有する放電電流パルス３１（二点鎖線で示す）を、振幅Ａ２（Ａ２＜Ａ１）を有する放電電流パルス４１（実線で示す）に低減する。低減後の放電電流パルス４１は、元の放電電流パルス３１と同様に、プラズマの発生時に放電空間１５のほぼ全体においてほぼ一様に生じる正常な放電電流に起因するパルスである。
　放電電流分散回路１３は、低減後の放電電流パルス４１の生成時には、次のように過渡的動作をする。まず、交流電源１１が生成する交流電圧１１ａは、その周波数特性（Ｆａｃ≪ω）により、放電電流分散回路１３中のインダクタ２１をほぼ透過する。このため、プラズマ発生部１２の第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂには、高電圧が印加される。この高電圧の印加によって、プラズマ発生部１２においては、プラズマが発生し、放電量（電流量）に応じた放電電流パルス４１が生成される。この際、放電電流分散回路１３中では、インダクタ２１ははじめから飽和しているのではなく（いわゆるチョークコイルではなく）、概ね低減前のプラズマ放電電流３１の波形の変化に応じてインダクタ２１のインピーダンスは最大化される。また、インダクタ２１のインピーダンスの最大化と同時に、キャパシタ２２におけるインピーダンスも最大化する。すなわち、インダクタ２１とキャパシタ２２はインピーダンスの共振状態となり、放電電流分散回路１３の合成インピーダンスが最大化する。その結果、プラズマ投入エネルギーに応じてプラズマ発生部１２で発生する予定の放電電流パルス３１（振幅Ａ１）は、放電電流分散回路１３の合成インピーダンスによって弱まり、振幅Ａ２の放電電流パルス４１に低減される。放電電流パルス４１の発生後、プラズマ発生部１２には、低減分のプラズマ投入エネルギーが蓄積された状態のまま、プラズマは弱まる（もしくは停止する）。
　さらに、放電電流分散回路１３は、放電電流パルス４１の前及び／または後に、第２次放電電流パルス４３を生成する。プラズマ発生部１２がプラズマを繰り返し発生する場合、すなわち極性の反転を含めて放電電流パルス４１が繰り返し発生する場合、第２次放電電流パルス４３は、放電電流パルス４１の発生毎に、各放電電流パルス４１にそれぞれ付随して発生する。放電電流パルス４１は、第２次放電電流パルス４３との対比において第１次放電電流パルスである。本実施形態においては、第２次放電電流パルス４３は、放電電流パルス４１の後に付随して発生する。
　第２次放電電流パルス４３の生成の際に、放電電流分散回路１３は、次のように過渡的動作をする。放電電流パルス４１（第１次放電電流パルス）の発生後においても変わらず、交流電圧１１ａは放電電流分散回路１３中のインダクタ２１をほぼ透過するので、放電電流パルス４１の発生後においても、プラズマ発生部１２の第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂには継続して高電圧が印加される。このため、プラズマ発生部１２には、元の放電電流パルス３１を放電電流パルス４１に低減した分のエネルギー（プラズマ発生部１２に残留（蓄積）しているエネルギー）に加え、継続した高電圧の印加によってさらにエネルギーが蓄積する。そして、これらの合計エネルギーが、プラズマの発生に足りる臨界エネルギーを超えると、プラズマ発生部１２で再びプラズマが発生し、放電量（電流量）に応じた第２次放電電流パルス４３が生成される。
　第２次放電電流パルス４３は、異常放電電流パルス３３とは異なり、プラズマの発生時に放電空間１５のほぼ全体においてほぼ一様に生じる正常な放電電流に起因するパルスである。また、第２次放電電流パルス４３は、発生時の状況によらずほぼ同じ波形を有する。同じ波形の第２次放電電流パルス４３の発生は、元の放電パルス３１を放電パルス４１に低減した低減分のプラズマの発生を補償する。「同じ波形を有する」とは、周波数（波形の立ち上がりまたは立ち下がりの形状（傾き））、ピークの高さ（振幅）、パルス内におけるピークの位置、及び／または、エネルギー量（図７における面積等）が、極性（正負）の変化を除き、ほぼ一定であることをいう。本実施形態においては、第２次放電電流パルス４３の周波数、振幅、ピークの位置、及び、エネルギー量は、極性の変化を除き、各第２次放電電流パルス４３においてほぼ一定である。なお、放電電流パルス４１の周波数、振幅、ピークの位置、及び、エネルギー量も、極性の変化を除き、各放電電流パルス４１においてほぼ一定である。
　元の放電電流パルス３１と、低減後の放電電流パルス４１と、第２次放電電流パルス４３と、を比較すると、例えば、低減後の放電電流パルス４１の周波数Ｆ１は、元の放電電流パルス３１の周波数Ｆｄよりも小さく、かつ、第２次放電電流パルス４３の周波数Ｆ２よりも大きい（Ｆ２＜Ｆ１＜Ｆｄ）。すなわち、放電電流分散回路１３が分散した２以上のパルスは、時間的に後に発生するパルスほど周波数が低い。また、低減後の放電電流パルス４１の立ち上がり時の傾きＧ１は、元の放電電流パルス３１の立ち上がり時の傾きＧｄよりも小さく、かつ、第２次放電電流パルス４３の立ち上がり時の傾きＧ２よりも大きい（Ｇ２＜Ｇ１＜Ｇｄ）。
　また、第２次放電電流パルス４３のエネルギー量（第２次放電電流パルス４３の原因であるプラズマが有するエネルギー量。以下同様である。）は、元の放電電流パルス３１を放電電流パルス４１に低減した分のエネルギー量に相当する。例えば、図８に示すように、元の放電電流パルス３１の振幅を「Ａ１」、低減後の放電電流パルス４１の振幅を「Ａ２」、第２次放電電流パルス４３の振幅を「Ａ３」、元の放電電流パルス３１及び低減後の放電電流パルス４１が発生している時間を「Ｔ１」、第２次放電電流パルス４３が発生している時間を「Ｔ２」とし、かつ、放電電流パルス４１及び第２次放電電流パルス４３の発生している間（Ｔ１＋Ｔ２）の交流電圧１１ａの変化がごく小さいとみなすとする。この場合、放電電流パルス４１の面積（（Ａ２×Ｔ１）／２）と、第２次放電電流４３の面積（Ａ３×Ｔ２／２））と、の合計は、元の放電電流パルス３１の面積（（Ａ１×Ｔ１）／２）に等しい。
　交流電圧１１ａの周期毎にプラズマ発生部１２に供給するエネルギー（プラズマ投入パワー）は一定であるから、放電電流分散回路１３が、元の放電電流パルス３１を、放電電流パルス４１と第２次放電電流パルス４３に分散しても、プラズマ発生部１２において発生するプラズマが有するエネルギーは変わらない。このため、放電電流分散回路１３が、元の放電電流パルス３１を、放電電流パルス４１と第２次放電電流パルス４３に分散した場合でも、フィルム１９の表面処理における作用量（洗浄力または物質の堆積量等）は維持できる。
　上記のように、大気圧プラズマ発生装置１０は、その回路内に、放電電流分散回路１３を備える。そして、放電電流分散回路１３は、放電電流パルス４１に低減し、かつ、低減分のエネルギーを用いて第２次放電電流パルス４３を生成することにより、放電電流分散回路１３を用いない場合の元の放電電流パルス３１を分散する。
　通常、プラズマ投入パワーが大きいほど（交流電圧１１ａの振幅Ｖ１が大きいほど）、異常放電は発生しやすい。プラズマ投入パワーが大きいほど、放電電流パルス３１の振幅Ａ１が大きくなるからである。また、異常放電の発生を抑制するために、放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減すれば、その分、発生したプラズマが有するエネルギーが低下するので、フィルム１９の表面処理における作用量も下がる。
　これに対し、本発明の大気圧プラズマ発生装置１０は、放電電流パルス３１を放電電流パルス４１に低減するので、異常放電の発生を抑制できる。その上、放電電流パルス３１の低減分のエネルギーを用いて第２次放電電流パルス４３を生成する。これにより、プラズマ発生部１２においては、放電電流パルス３１に対応するプラズマ（第１次プラズマ）に加えて、第２次放電電流パルス４３に対応する安定かつ一様な第２次プラズマが発生する。このため、これらの各プラズマに起因する総作用量は、放電電流パルス３１に対応するプラズマに起因する作用量とほぼ等しい。プラズマ投入パワーを増大することを考えると、大気圧プラズマ発生装置１０は、放電電流分散回路１３を備えることによって、異常放電を抑制しつつ、かつ、プラズマの発生を安定化でき、その結果、プラズマ投入パワーの増大分に相当する分、作用量を増大できる。
　なお、上記実施形態においては、放電電流分散回路１３は、インダクタ２１とキャパシタ２２とで構成するＬＣ並列回路であるが、図９に示すように、放電電流分散回路１３は、さらに所定の抵抗（Ｒ［Ω］）を有するレジスタ（抵抗器）１０１を有するＲＬＣ並列回路とすることができる。放電電流分散回路１３をＲＬＣ並列回路にした場合も、作用は上記実施形態と同様である。放電電流分散回路１３がＬＣ並列回路に加えてレジスタ１０１を備える場合、図１０に示すように、レジスタ１０１は、キャパシタ２２に直列に接続してもよい。また、図１１に示すように、レジスタ１０１は、インダクタ２１に直列に接続してもよい。すなわち、レジスタ１０１は、放電電流分散回路１３内の任意の位置に追加できる。
　上記実施形態においては、放電電流分散回路１３は、インダクタ２１とキャパシタ２２とを並列に接続するＬＣ並列回路であるが、図１２に示すように、放電電流分散回路１３は、インダクタ２１とキャパシタ２２を直列に接続したＬＣ直列回路にすることができる。ＬＣ直列回路で構成する放電電流分散回路１３は、交流電源１１とプラズマ発生部１２との間に、直列に接続する。そして、ＬＣ直列回路で構成する放電電流分散回路１３は、交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃを共振周波数ωとする。具体的には、放電電流分散回路１３は、共振周波数ωを、交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃにほぼ等しくし（ω≒Ｆａｃ）、かつ、放電電流パルス３１の周波数Ｆｄからはできる限り離す（ω≪Ｆｄ）バランスとする。これにより、図１３に示すように、放電電流分散回路１３は、周波数Ｆａｃの交流電圧１１ａに対して概ね極小のインピーダンスＺ４を有し、かつ、周波数Ｆｄの放電電流パルス３１に対しては相対的に大きいインピーダンスＺ３を有する。したがって、ＬＣ直列回路で構成する放電電流分散回路１３は、周波数Ｆａｃの交流電圧１１ａを選択的に通す、いわゆるバンドパスフィルタとして機能する。なお、本変形例においては、共振周波数ω及び交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃは約２００ｋＨｚである。
　上記のように、放電電流分散回路１３をＬＣ直列回路にした場合においても、放電電流分散回路１３は単にバンドパスフィルタとして機能するだけでなく、ＬＣ並列回路で構成する場合と同様に、放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減するのみならず、放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減した低減分のエネルギーを用いて、第２次放電電流パルス４３等の別のパルスを安定的に生成する。その結果、ＬＣ直列回路で構成する放電電流分散回路１３も、交流電圧１１ａが高電圧にし、プラズマ投入パワーが高い場合においても、プラズマ発生部１２におけるプラズマの発生を安定化する。放電電流分散回路１３を、ＬＣ直列回路を基本構成とする場合、図１４に示すように、レジスタ１０１を放電電流分散回路１３内の任意の位置に追加できる。すなわち、放電電流分散回路１３は、いわゆるＲＬＣ直列回路にすることができる。
　上記実施形態及び変形例においては、第２次放電電流パルス４３の振幅Ａ３は、第１次放電電流パルスである放電電流パルス４１の振幅Ａ２よりも小さいが、インダクタ２１のインダクタンス「Ｌ」及びキャパシタ２２のキャパシタンス「Ｃ」の調節等により、振幅の大小関係を変更することができる。例えば、図１５に示すように、第１次放電電流パルスである放電電流パルス４１と第２次放電電流パルス４３の各振幅をほぼ等しい振幅Ａ４にすることができる。また、例えば、図１６に示すように、とし、第２次放電電流パルス４３の振幅を、第１次放電電流パルスである放電電流パルス４１の振幅Ａ６よりも大きい振幅Ａ５にすることもできる（Ａ６＜Ａ５）。
　上記実施形態及び変形例においては、放電電流分散回路１３を用いない場合の元の放電電流パルス３１を、放電電流パルス４１と第２次放電電流パルス４３の２つのパルスに分散しているが、インダクタ２１のインダクタンス「Ｌ」及びキャパシタ２２のキャパシタンス「Ｃ」の調節等により、放電電流分散回路１３は、図１７に示すように、元の放電電流パルス３１を、放電電流パルス４１と、第２次放電電流パルス４３と、第３次放電電流パルス１０６と、の３つのパルスに分散することもできる。同様に、放電電流分散回路１３は、元の放電電流パルス３１を４以上のパルスに分散できる。
　上記の他、図１８に示すように、放電電流分散回路１３には、ＬＣ並列回路またはＬＣ直列回路等、放電電流パルス３１を分散する機能を有する回路の他に、キャパシタ１２２等を含むことができる。キャパシタ１２２は、プラズマ発生部１２及び放電電流分散回路１３のＬＣ回路部分と並列に接続され、高調波を抑制する。
　上記実施形態及び変形例において示す通り、本発明は、プラズマ発生部１２に印加する交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃと、プラズマの発生に起因した放電電流パルス３１の周波数Ｆｄと、の差が大きい場合、すなわち、低周波の交流電圧１１ａを用いる場合に特に有用である。しかし、周波数が１ＭＨｚよりも大きい交流電圧１１ａを使用する場合においても、交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃと、放電電流パルス３１の周波数Ｆｄと、に差がある場合（Ｆａｃ≠Ｆｄ）には、本発明を好適に利用できる。
　１０　大気圧プラズマ発生装置
　１１　交流電源
　１１ａ　交流電圧
　１２　プラズマ発生部
　１３　放電電流分散回路
　１４Ａ　第１電極
　１４Ｂ　第２電極
　１５　放電空間
　１６　誘電体
　１９　フィルム
　２１　インダクタ
　２２、１２２　キャパシタ
　３１　放電電流パルス
　３２　交流電圧の位相
　３３　異常放電電流パルス
　４１　低減後の放電電流パルス
　４３　第２次放電電流パルス
　１０１　レジスタ（抵抗器）
　１０６　第３次放電電流パルス
　Ａ１～Ａ６　放電電流パルスの振幅
　Ｆ１　低減後の放電電流パルスの周波数
　Ｆ２　第２次放電電流パルスの周波数
　Ｆａｃ　交流電圧の周波数
　Ｆｄ　放電電流パルスの周波数
　Ｖ１　交流電圧の振幅
　Ｘ１　フィルムの搬送方向
　Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４　インピーダンス

Claims (12)

  1. 　交流電圧を発生する交流電源と、
    　１対の電極を有し、大気圧下で前記１対の電極間に前記交流電圧を印加した場合にプラズマを発生するプラズマ発生部と、
    　前記交流電源と前記プラズマ発生部との間に接続され、前記交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、前記放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する放電電流分散回路と、
    　を備える大気圧プラズマ発生装置。
  2. 　前記放電電流分散回路は、前記プラズマ発生部が前記プラズマを繰り返し発生する場合に、前記放電電流のパルスを同じ波形の２以上のパルスに分散する請求項１に記載の大気圧プラズマ発生装置。
  3. 　前記放電電流分散回路が分散した２以上のパルスは、時間的に後に発生するパルスほど周波数が低い請求項１または２に記載の大気圧プラズマ発生装置。
  4. 　前記放電電流分散回路は、前記交流電圧の周波数成分を透過し、かつ、前記放電電流の周波数成分を低減するインピーダンスを有する請求項１～３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置。
  5. 　前記放電電流分散回路は、インダクタとキャパシタとを有するＬＣ回路である請求項１～４のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置。
  6. 　前記放電電流分散回路は、前記交流電源と前記プラズマ発生部との間に、並列に接続する請求項５に記載の大気圧プラズマ発生装置。
  7. 　前記放電電流分散回路は、１つのパルスで形成する分散前の前記放電電流の周波数を共振周波数とする請求項６に記載の大気圧プラズマ発生装置。
  8. 　前記放電電流分散回路は、前記交流電源と前記ラズマ発生部との間に、直列に接続する請求項５に記載の大気圧プラズマ発生装置。
  9. 　前記放電電流分散回路は、前記交流電圧の周波数を共振周波数とする請求項８に記載の大気圧プラズマ発生装置。
  10. 　前記交流電圧は、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の低周波である請求項１～９のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置。
  11. 　交流電源が、プラズマ発生部が有する１対の電極に大気圧下において交流電圧を印加することにより、前記プラズマ発生部がプラズマを発生する大気圧プラズマ発生装置に用いる大気圧プラズマ発生回路であって、
    　前記交流電源と前記プラズマ発生部との間に接続され、前記交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、前記放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する放電電流分散回路を備える大気圧プラズマ発生回路。
  12. 　プラズマ発生部の一対の電極に交流電圧を印加し、
    　前記交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、前記放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する大気圧プラズマ発生方法。
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