WO2019180840A1 - プラズマ装置 - Google Patents

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WO2019180840A1
WO2019180840A1 PCT/JP2018/011150 JP2018011150W WO2019180840A1 WO 2019180840 A1 WO2019180840 A1 WO 2019180840A1 JP 2018011150 W JP2018011150 W JP 2018011150W WO 2019180840 A1 WO2019180840 A1 WO 2019180840A1
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WO
WIPO (PCT)
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warm
time
plasma
operation time
plasma apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/011150
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
神藤　高広
航 日下
Original Assignee
株式会社Ｆｕｊｉ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ｆｕｊｉ filed Critical 株式会社Ｆｕｊｉ
Priority to PCT/JP2018/011150 priority Critical patent/WO2019180840A1/ja
Priority to JP2020507186A priority patent/JP6976416B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches

Definitions

  • the present disclosure relates to a plasma apparatus that irradiates an object to be processed with plasma.
  • Patent Document 1 describes a plasma apparatus that irradiates plasma in a vacuum.
  • the warm-up operation is performed when the temperature of the discharge tube at the start of driving is lower than a preset temperature, but the warm-up operation is performed when the temperature of the discharge tube falls within an appropriate range. To be stopped.
  • the problem of the present disclosure is to perform the warm-up operation in a manner different from that of the plasma device described in Patent Document 1.
  • the warm-up operation is performed based on a stop time that is a time during which the plasma device is continuously stopped immediately before the driving of the plasma device is started. Is called. 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.
  • the warm-up operation is performed based on the stop time of the plasma apparatus, which is different from the warm-up operation mode performed in the plasma apparatus 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.
  • FIG. 4A is a perspective view of a dielectric surrounding member that is a constituent member of the plasma device. It is sectional drawing of the nozzle which can be attached or detached to the said plasma apparatus. It is a figure which shows notionally the periphery of the control apparatus of the said plasma apparatus. It is a figure showing the switching circuit of the said power supply device. It is a figure showing the operating state of the said plasma apparatus. It is a figure showing another operation state of the said plasma apparatus. It is a flowchart showing the warming-up operation control program memorize
  • This plasma apparatus generates plasma at atmospheric pressure.
  • the 1 includes a plasma generation unit 12, a heated gas supply unit 14, a power supply device 16 shown in FIG.
  • the plasma generation unit 12 and the heated gas supply unit 14 are provided side by side.
  • the plasma generation unit 12 generates plasma by converting the supplied processing gas into plasma.
  • the heating gas supply unit 14 supplies a heating gas obtained by heating the heating gas to the plasma generation unit 12.
  • the plasma generated by the plasma generation unit 12 is output together with the heating gas supplied by the heating gas supply unit 14 and is irradiated onto the workpiece W.
  • a processing gas is supplied in the direction of arrow P, and plasma is output.
  • the plasma generation unit 12 includes a generation unit main body 18 formed of an insulator such as ceramics, a pair of electrode units 24 and 26, a dielectric surrounding member 22, and the like.
  • the generator main body 18 generally has a shape extending in the longitudinal direction, and the pair of electrode portions 24 and 26 are held apart in the width direction. Further, a space between the pair of electrode portions 24 and 26 of the generation unit main body 18 is a discharge space 21, and the processing gas is supplied in the P direction.
  • the width direction of the generator main body 18, that is, a pair of electrode portions 24 and 26 (hereinafter, “a pair” is omitted, and the electrode portions 24 and 26 or the plurality of electrode portions 24 and 26 are simply omitted.
  • the direction in which the plasma generation unit 12 and the heated gas supply unit 14 are aligned is the y direction, and the longitudinal direction of the generation unit body 18 is the same.
  • the z direction is assumed.
  • the z direction is the same as the P direction, and the side to which the processing gas is supplied is the upstream side, and the side to which the plasma is output is the downstream side.
  • the x direction, the y direction, and the z direction are orthogonal to each other.
  • Each of the plurality of electrode portions 24 and 26 has a shape extending in the longitudinal direction, and includes a pair of electrode rods 27 and 28 and a pair of electrode holders 29 and 30, respectively.
  • Each of the plurality of electrode holders 29 and 30 has a larger diameter than each of the plurality of electrode bars 27 and 28, and is held and fixed to each of the electrode holders 29 and 30 at positions where the electrode bars 27 and 28 are eccentric. The Further, in a state where the electrode rods 27 and 28 are respectively held by the electrode holders 29 and 30, a part of the electrode rods 27 and 28 are in a state of protruding from the electrode holders 29 and 30.
  • the electrode portions 24 and 26 extend in the z direction, that is, in the same direction as the process gas supply direction P, and the electrode holders 29 and 30 are upstream,
  • the generator 28 is held in a posture in which 28 is positioned on the downstream side. Further, the direction x in which the electrode portions 24 and 26 are separated from each other intersects the direction z (P) in which the processing gas is supplied.
  • the distance D1 between the electrode holders 29 and 30 is smaller than the distance D2 between the electrode rods 26 and 27 (D1 ⁇ D2).
  • the electrode holders 29 and 30 are each made of a conductive material and have a function as an electrode.
  • the electrode rods 27 and 28 are fixed to the electrode holders 29 and 30 so that they can be energized with each other. In other words, the electrode holders 29 and 30 and the electrode rods 27 and 28 are electrically integrated.
  • a voltage is applied to both the electrode rods 27 and 28 and the electrode holders 29 and 30.
  • 28 and electrode holders 29, 30 both act as electrodes.
  • each of the electrode rods 27 and 28 and each of the electrode holders 29 and 30 are electrically integrated with each other, so that the power supply device 16 is connected to any of the electrode holders 29 and 30 and the electrode rods 27 and 28. It is only necessary to connect to either of them, and wiring can be simplified accordingly.
  • An AC voltage having an arbitrary size and frequency is applied to the electrode rods 27 and 28 and the electrode holders 29 and 30.
  • the dielectric surrounding member 22 covers the outer peripheries of the electrode holders 29 and 30, and is made of a dielectric material such as ceramics (also referred to as an insulator). As shown in FIGS. 4A to 4C, the dielectric surrounding member 22 includes a pair of electrode covers 34 and 36 that are provided apart from each other, and a connecting portion 38 that connects the pair of electrode covers 34 and 36.
  • Each of the plurality of electrode covers 34 and 36 has a generally hollow cylindrical shape, and both ends in the longitudinal direction are open.
  • the electrode covers 34 and 36 are disposed with the electrode holders 29 and 30 mainly positioned on the inner peripheral side of the electrode covers 34 and 36 with the longitudinal direction extending in the z direction. Note that gaps are provided between the inner peripheral surfaces of the electrode covers 34 and 36 and the outer peripheral surfaces of the electrode holders 29 and 30, respectively, and these gaps serve as gas passages 34c and 36c described later. Further, the downstream end portions 27 s and 28 s, which are part of the downstream ends of the electrode rods 27 and 28 that protrude from the electrode holders 29 and 30, are formed from the downstream openings of the electrode covers 34 and 36. It protrudes.
  • a gas passage 40 penetrating in the z direction is formed.
  • the peripheral wall forming the gas passage 40 of the connecting portion 38 is formed integrally with the electrode covers 34 and 36.
  • a dielectric material made of a dielectric (which does not contain gas, hereinafter the same).
  • a dielectric which does not contain gas, hereinafter the same.
  • a plurality of gas passages 42, 44, 46, etc. are formed on the upstream side of the portion where the electrode portions 24, 26 of the generator main body 18 are held.
  • a nitrogen gas supply device 50 shown in FIG. 6 is connected to the gas passages 42 and 44, and an active gas that supplies the nitrogen gas supply device 50 and dry air (including active oxygen) as an active gas to the gas passage 46.
  • a supply device 52 is connected.
  • the nitrogen gas supply device 50 includes a nitrogen gas source and a flow rate adjusting mechanism, and can supply nitrogen gas at a desired flow rate.
  • the active gas supply device 52 includes an active gas source and a flow rate adjusting mechanism, and can supply the active gas at a desired flow rate.
  • the processing gas includes the active gas supplied from the active gas supply device 52 and the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply device 50 (which is an aspect of an inert gas). .
  • the gas passages 34c and 36c inside the electrode covers 34 and 36 are communicated with the gas passages 42 and 44, respectively, in the openings on the upstream side of the electrode covers 34 and 36. Nitrogen gas is supplied to the gas passages 34c and 36c in the P direction, respectively.
  • a gas passage 40 formed in the dielectric surrounding member 22 is communicated with the gas passage 46.
  • a processing gas containing nitrogen gas and active gas is supplied to the gas passage 40 in the P direction.
  • a discharge chamber 56 is formed between the downstream end portions 27 s and 28 s of the pair of electrode rods 27 and 28 protruding from the electrode covers 34 and 36 of the generation unit main body 18, and in the x direction on the downstream side of the discharge chamber 56.
  • a plurality of (six in the present embodiment) plasma passages 60a, 60b,..., Are formed so as to extend in the z direction.
  • the upstream ends of the plurality of plasma passages 60a, 60b,... Open to the discharge chamber 56, respectively.
  • a plurality of different types of nozzles 80 and 83 are detachably attached to the downstream end of the generator body 18.
  • the nozzles 80, 83 and the like are manufactured from an insulator such as ceramics.
  • the discharge space 21 is constituted by the discharge chamber 56, the gas passage 40, and the like.
  • the heated gas supply unit 14 includes a protective cover 70, a gas pipe 72, a heater 73, a connecting unit 74, and the like as shown in FIGS.
  • the protective cover 70 is attached to the generator main body 18 of the plasma generator 12.
  • the gas pipe 72 extends in the z direction inside the protective cover 70, and a heating gas supply device (see FIG. 5) 76 is connected to the gas pipe 72.
  • the heating gas supply device 76 includes a heating gas source and a flow rate adjusting unit, and can supply the heating gas at a desired flow rate.
  • the heating gas may be an active gas such as dry air or an inert gas such as nitrogen.
  • a heater 73 is disposed on the outer peripheral side of the gas pipe 72, the gas pipe 72 is heated by the heater 73, and the heating gas flowing through the gas pipe 72 is heated.
  • the connecting portion 74 connects the gas pipe 72 to the nozzle 80, and includes a heated gas supply passage 78 that is generally L-shaped in a side view. With the nozzle 80 attached to the generator main body 18, the heating gas supply passage 78 has one end connected to the gas pipe 72 and the other end connected to the heating gas passage 62 formed in the nozzle 80. .
  • the nozzle 80 includes a passage structure 81 in which a plurality (six in this embodiment) of plasma output passages 80a, 80b,.
  • the passage structure 81 and the nozzle main body 82 are attached to the generating unit main body 18 in a state where the passage structure 81 is located inside the accommodating chamber 82a formed in the nozzle main body 82, respectively.
  • 80 is attached to the generator main body 18.
  • the heated gas is supplied to the gap between the storage chamber 82 a of the nozzle body 82 and the passage structure 81 through the heated gas passage 62.
  • plasma or the like and heated gas are output from the opening 82b at the tip of the storage chamber 82a of the nozzle body 82.
  • One plasma output passage 83 a is formed in the passage structure 84 of the nozzle 83.
  • the passage structure 84 and the nozzle body 85 are each attached to the generation unit body 18 in a state where the passage structure 84 is positioned in the storage chamber 85a formed inside the nozzle body 85. In this state, the plurality of plasma passages 60a, 60b,... And the plasma output passage 83a are communicated with each other with the nozzle 83 attached to the generation unit main body 18. Further, the heating gas is supplied to the gap between the storage chamber 85a of the nozzle body 85 and the passage structure 84, and plasma or the like and the heating gas are output from the opening 85b at the tip of the storage chamber 85a.
  • the present plasma apparatus includes a control device 86 mainly composed of a computer.
  • the control device 86 includes an execution unit 86c, a storage unit 86m, an input / output unit 86i, a timer 86t, and the like.
  • the input / output unit 86i includes a nitrogen gas supply device 50, an active gas supply device 52, a heating gas supply device 76, and a heater.
  • the power supply device 16, the display 87, and the like are connected, and a start switch 88, a stop switch 89, and the like are connected.
  • the display 87 displays the status of the plasma apparatus.
  • the start switch 88 is a switch operated when instructing to drive the plasma apparatus
  • the stop switch 89 is a switch operated when instructing to stop the plasma apparatus.
  • the plasma apparatus can be supplied with an AC voltage from a commercial AC power supply 93, and the operation of the control device 86 is started. Is done.
  • the present plasma device is switched from a non-driveable state where the drive is impossible to a driveable state where the drive is possible.
  • the start of the plasma switch is started when the start switch 88 is turned on, and the stop switch 89 is turned on while the plasma device is driven, thereby generating the plasma of the plasma device.
  • the drive for is stopped. That is, when the stop switch 89 is turned on, no voltage is applied to the electrode portions 24 and 26, and the heating gas is not heated. May be started.
  • the power supply device 16 includes a power cable 90, a current sensor 94, an A / D (AC / DC) converter 95, a switching circuit 96, a booster 98, and the like.
  • an AC voltage supplied from a commercial AC power supply 93 is converted into a DC voltage by an A / D converter 95, and PWM (Plus Width Modulation) control is performed by a switching circuit 96. Is done.
  • a pulse signal having a voltage having a desired frequency obtained by performing the PWM control is boosted by the booster 98 and applied to the electrode units 24 and 26. Further, an alternating current flowing through the power supply device 16 is detected by the current sensor 94.
  • the switching circuit 96 is configured by bridge connection of first to fourth switching elements 101 to 104.
  • a MOSFET element is used as the switching element.
  • the drain D is connected to the high voltage terminal 105 of the output part of the A / D converter 95, and the source S is connected to the first output terminal 106.
  • the drain D is connected to the first output terminal 106, and the source S is connected to the low voltage terminal 107 of the A / D converter 95.
  • the drain D is connected to the high voltage terminal 105 of the A / D converter 95, and the source S is connected to the second output terminal 108.
  • the fourth switching element 104 the drain D is connected to the second output terminal 108, and the source S is connected to the low voltage terminal 107 of the A / D converter 94.
  • the first output terminal 106 and the second output terminal 108 are input to the booster 98 through a smoothing circuit (not shown).
  • the gate G of the first switching element 101, the gate G of the fourth switching element 104, the gate G of the second switching element 102, and the gate G of the third switching element 103 are collectively connected to the input / output unit of the control device 86, respectively. Is done.
  • the first to fourth switching elements 101 to 104 are electrically connected between the drain D and the source S only when a control signal is input to the gate G. When the ON signal is input to the gate G of the first switching element 101 and the fourth switching element 104, and when the ON signal is input to the gate G of the second switching element 102 and the third switching element 103, the current The direction of is reversed.
  • the plasma apparatus configured as described above is brought into a driving state by the ON operation of the start switch 88.
  • an AC voltage of 2 kHz or more is applied to the electrode parts 24 and 26 by the power supply device 16.
  • an AC voltage of 8 kHz or more and 9 kHz or less can be applied.
  • nitrogen gas is supplied to the gas passages 34c and 36c at a desired flow rate, and the processing gas is supplied to the discharge space 21 at a desired flow rate.
  • a heating gas is supplied to the heating gas passage 62.
  • a processing gas is supplied to the discharge space 21 in the P direction.
  • a dielectric barrier discharge is generated between the electrode holders 34 and 36 via the electrode covers 34 and 36, and downstream thereof.
  • arc discharge occurs between the lower ends 27s and 28s of the pair of electrode rods.
  • Discharge is a state in which a high electric field is generated in the space between a pair of electrodes, thereby causing a breakdown in the gas existing in the space between the pair of electrodes (gas molecules are ionized and electrons and ions increase) ) To cause a current to flow between the pair of electrodes.
  • dielectric barrier discharge refers to discharge through a dielectric material that occurs when an alternating voltage is applied to a pair of electrodes
  • arc discharge refers to discharge that does not pass through a dielectric material.
  • dielectric barrier discharge charges are stored in the electrode covers 34 and 36 by applying an AC voltage to the electrode holders 29 and 30, but when the polarity is reversed, the stored charges are released. Causes discharge. Further, the current flowing between the electrode holders 29 and 30 is limited by the electrode covers 34 and 36. For this reason, in the dielectric barrier discharge, it is normal that arc discharge does not occur, and it is normal that large energy is not applied to the processing gas. In the present embodiment, since a high-frequency AC voltage is applied to the electrode holders 29 and 30, the polarity reversal speed is increased, and discharge can be favorably generated.
  • the processing gas 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 brought into a state where the energy potential is high (excited state or heated). Thereafter, since large energy is imparted to the processing gas in the arc discharge, the processing gas that has not been converted into plasma in the dielectric barrier discharge can be converted into plasma well. Further, since the processing gas that has received the dielectric barrier discharge is already in a state of high energy potential, it is more easily converted into plasma by receiving the arc discharge. Note that discharge occurs in both the portion of the discharge space 21 between the pair of electrode holders 34 and 36 and the portion between the one end portions 27s and 28s of the pair of electrode rods. Was confirmed to be generated.
  • the start switch 88 when the start switch 88 is turned on, the warm-up operation is performed, and after the warm-up operation is performed, the plasma irradiation to the workpiece is permitted.
  • the warm-up operation a voltage is applied to the electrode parts 24 and 26 and a heated gas is supplied as in the case where the plasma is irradiated on the workpiece, but the generation of plasma is unstable. Therefore, the plasma is not irradiated to the object to be processed.
  • “warming-up operation” indicating that the warm-up operation is being performed is displayed on the display 87 as a notification of the warm-up operation. In other words, when the display 87 displays “Warming up”, it is determined in advance not to irradiate the workpiece with plasma.
  • the warm-up operation is performed when the driving of the plasma apparatus is started, that is, when the start switch 88 is turned on. Further, when the warm-up operation time has elapsed, the warm-up operation is terminated, but the operation of the plasma device is continuously performed. Then, the plasma irradiation to the to-be-processed object W by a plasma apparatus may be performed. Further, when the stop switch 89 is turned on during the warm-up operation, the warm-up operation is interrupted and the driving of the plasma device for plasma generation is stopped.
  • the warm-up operation time during which the warm-up operation is performed is, as a general rule, when the stop time Toff, which is the time during which the immediately preceding plasma device is continuously stopped when the start switch 88 is turned on, is long. It is determined in a longer time than a short case.
  • the stop time Toff which is the time during which the immediately preceding plasma device is continuously stopped when the start switch 88 is turned on.
  • the temperature of the tip of the nozzle 80 there is a positive correlation between the temperature of the tip of the nozzle 80 and the ability of the plasma apparatus (whether plasma can be output stably), and the temperature of the tip of the nozzle 80 is high. In some cases, it is known that the ability of the plasma apparatus is higher than that in the case where the plasma apparatus is low and the plasma can be output stably.
  • the temperature of the tip of the nozzle 80 is usually lower when the plasma device stop time Toff is long than when it is short.
  • the temperature at the tip of the nozzle 80 increases as the warm-up operation time becomes longer.
  • the stop time is long, the time is determined to be longer than when the stop time is short.
  • the coefficient ⁇ can be determined based on a decrease state of the temperature of the tip portion of the nozzle 80 when the plasma apparatus is stopped and an increase state during the warm-up operation.
  • the temperature rising gradient at the tip of the nozzle 80 during the warm-up operation, the temperature falling gradient at the tip of the nozzle 80 when the plasma apparatus is stopped, and the like are simulated or actually measured by an external thermometer.
  • the coefficient ⁇ is determined based on the data and the like.
  • the warm-up operation time Tw is determined in advance.
  • the plasma apparatus even when the plasma apparatus is in a drivable state, it may be continuously stopped for a long time.
  • a time obtained by multiplying the stop time Toff by a coefficient ⁇ (Toff ⁇ ⁇ ). May be longer than the set time Th.
  • the warm-up operation time Tw is set to the set time Th. This is because the necessity of performing the warm-up operation for a time longer than the set time Th is low.
  • the time (Toff ⁇ ⁇ ) obtained by multiplying the stop time Toff by the coefficient ⁇ is referred to as a temporary warm-up operation time, and the warm-up determined based on at least one of the temporary warm-up operation time and the set time Th
  • the operation time is referred to as the warm-up operation time.
  • the stop switch 89 when the stop switch 89 is turned on during the warm-up operation, that is, from the start of the warm-up operation until the main warm-up operation time elapses, an interruption flag is set.
  • the warm-up operation is interrupted, and the driving of the plasma device for generating plasma is stopped.
  • the warm-up operation time when the start switch 88 is turned on and the driving of the plasma apparatus is started is determined as the set time Th. This is because the previous warm-up operation, in other words, the plasma device has been insufficiently driven, and it is desirable that the warm-up is sufficiently performed.
  • the warm-up operation time Tw is determined as the set time Th regardless of the length of time during which the plasma apparatus is stopped.
  • Step 1 (hereinafter abbreviated as S1, the same applies to other steps), it is determined whether or not the warm-up operation is being performed. If the warm-up operation is not being performed, it is determined in S2 and 3 whether or not the start switch 88 or the stop switch 89 is turned on. When neither the start switch 88 nor the stop switch 89 is turned on, S1 to S3 are repeatedly executed.
  • the determination at S1 is YES, and at S8 and 9, it is determined whether or not the stop switch 89 is turned on and whether or not the main warm-up operation time has elapsed.
  • both determinations are NO and S1, 8, and 9 are repeatedly executed.
  • the determination of S9 is YES, and in S10, the display 87 is displayed. The “Warming-up” display disappears.
  • S1 to S3 are repeatedly executed while plasma is irradiated to the object to be processed by the plasma apparatus, but when the stop switch 89 is turned on, the determination in S3 is YES.
  • S11 the driving of the plasma apparatus for plasma generation is stopped, and in S12, measurement of the stop time Toff is started.
  • S1 to S3 are repeatedly executed, and the stop time Toff is continuously measured.
  • the determination in S2 is YES and the determination in S4 is NO.
  • S13 it is determined whether or not the interruption flag is ON. If the determination in S13 is NO, the stop time Toff measured in S14 is read.
  • S1, 8, and 9 are repeatedly executed as described above. However, if the stop switch 89 is turned on during the warm-up operation, the determination in S8 is performed. Is YES, the driving of the plasma apparatus for plasma generation is stopped in S19, the interruption flag is turned ON in S20, and the display of “warming up” on the display 87 is erased in S21.
  • S1 to S3 are repeatedly executed in the stop state of the plasma apparatus.
  • the interruption flag is ON, so the determination of S13 is YES. Become.
  • the main warm-up operation time is determined as the set time Th in S5, and the warm-up operation is performed in S6.
  • the interruption flag is turned off.
  • the plasma device is switched from the inoperable state to the drivable state at time t0.
  • the start switch 88 is first turned ON.
  • Tws the provisional warm-up operation time Tws is obtained. However, since the provisional warm-up operation time Tws is equal to or shorter than the set time Th, the main warm-up operation time Tw is determined as the provisional warm-up operation time Tws.
  • the stop switch 89 is turned on at time t5, and then the start switch 88 is turned on at time t6.
  • the operation time Tws becomes longer than the set time Th. Therefore, the main warm-up operation time Tw in the warm-up operation started at time t6 is determined as the set time Th.
  • the warm-up operation is started from time t7, but the stop switch 89 is turned on at time t8 before the main warm-up operation time Tw elapses. For this reason, the warm-up operation is interrupted, and the driving of the plasma device for plasma generation is stopped. Next, the warm-up operation is started at time t9. In this case, the main warm-up operation time Tw is determined as the set time Th regardless of the stop time of the plasma device.
  • 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 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 as the set time Th. Furthermore, the warm-up operation time can be easily determined based on the stop time of the plasma apparatus.
  • the warm-up operation control unit is configured by the part for storing the plasma apparatus operation control program represented by the flowchart of FIG.
  • the first warm-up operation time determination unit is configured by the part that stores S1 to 3, 12, and 14 to 17 and the part that executes it, the part that stores S1, 2, 4, and 5, the part that executes, and the like
  • the second warm-up operation time determination unit is configured by the above
  • the third warm-up operation time determination unit is configured by the part that stores S1 to 3, 12, 14 to 16, 18 and the part to execute, and S1, 8,
  • the fourth warm-up operation time determination unit is configured by the part storing 20, 13, 5 and the like, and the like
  • the provisional warm-up operation time determination unit is configured by the part storing S15, the part executed, and the like.
  • a warm-up operation time determination unit is configured including these first to fourth warm-up operation time determination units. Furthermore, the part that stores S6, the part that executes S6, and the like correspond to the part that controls the heater 73 and the power supply device 16 in the warm-up operation. Furthermore, a warm-up notification unit is configured by the display 87 and the like.
  • “warming up” is displayed on the display 87 as one mode of notification of warming up, but this is not restrictive.
  • the start and end of the warm-up operation can be notified as a warm-up operation notification by a lamp, a buzzer, an audio output, or the like.
  • the content of warm-up operation is not questioned. For example, only one of the application of a voltage to the pair of electrode portions 24 and 26 and the heating of the heating gas may be performed.
  • the coefficient ⁇ is determined based on the stop state of the plasma device, the temperature drop state of the tip of the nozzle 80 during the warm-up operation, and the rise state. It can also be determined based on the temperature of the part of the device that has a positive correlation with the capability of the plasma device. For example, the temperature in the discharge space, the temperature of the pair of electrode portions 24 and 26, and the like are applicable.
  • the coefficient ⁇ and the set time Th can be set to different values or the same value for the nozzles 80, 83, and the like.
  • the structure of the plasma generation unit 12 is not limited. For example, any one of dielectric barrier discharge and arc discharge may be performed.
  • the present disclosure may be various based on the knowledge of those skilled in the art. It can be implemented in a form that has been changed or improved.
  • Plasma generation unit 14 Heated gas supply unit 21: Discharge space 22: Dielectric surrounding member 24, 26: Electrode unit 27, 28: Electrode rod 29, 30: Electrode holder 34, 36: Electrode cover 34c, 36c: Gas Passage 40: gas passage 42, 44, 48: gas passage 56: discharge chamber 72: gas pipe 73: heater 86: control device 88: start switch 89: stop switch

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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。

Description

プラズマ装置
　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。
　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。
特開２０１１－２９４７５号
概要
解決しようとする課題
　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。
課題を解決するための手段、作用および効果
　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。
　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。
本開示の一実施形態であるプラズマ装置の斜視図である。 上記プラズマ装置の一部の断面図である。 上記プラズマ装置の図２の一部を含む部分の断面図である。 上記プラズマ装置の構成部材である誘電体包囲部材の斜視図であり、図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃは、それぞれ、誘電体包囲部材を異なる角度から見た場合の斜視図である。 上記プラズマ装置に着脱可能なノズルの断面図である。 上記プラズマ装置の制御装置の周辺を概念的に示す図である。 上記電源装置のスイッチング回路を表す図である。 上記プラズマ装置の作動状態を表す図である。 上記プラズマ装置の別の作動状態を表す図である。 上記制御装置の記憶部に記憶された暖機運転制御プログラムを表すフローチャートである。
実施形態
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (8)

  1. 　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プラズマ装置。
  2. 　前記暖機運転時間決定部が、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、前記停止時間に係数を掛けて得られた時間を前記暖機運転時間に決定する第１暖機運転時間決定部を含み、前記係数が、前記プラズマ装置の停止状態における前記プラズマ装置の温度の低下状態と前記暖機運転中の前記温度の上昇状態とに基づいて決まる値とされた請求項１に記載のプラズマ装置。
  3. 　前記暖機運転時間決定部が、さらに、当該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た後、最初に、前記駆動が開始される場合には、前記暖機運転時間を予め定められた設定時間に決定する第２暖機運転時間決定部を含む請求項１または２に記載のプラズマ装置。
  4. 　前記暖機運転時間決定部が、
    　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。
  5. 　前記暖機運転時間決定部が、前記暖機運転が中断された場合には、次に、前記駆動が開始される場合に行われる前記暖機運転の前記暖機運転時間を前記設定時間に決定する第４暖機運転時間決定部を含む請求項３または４に記載のプラズマ装置。
  6. 　当該プラズマ装置が、前記暖機運転を報知する暖機報知部を含む請求項１ないし５のいずれか１つに記載のプラズマ装置。
  7. 　当該プラズマ装置が、互いに離間して設けられた一対の電極部の各々に電圧を印加する電源装置を含み、
    　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。
  8. 　当該プラズマ装置が、加熱用ガスを加熱するヒータを含み、前記ヒータによって加熱用ガスが加熱されて得られた加熱ガスを前記プラズマと共に前記被処理物に照射するものであり、
    　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。
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