WO2019224937A1 - プラズマ処理機 - Google Patents

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神藤　高広
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株式会社Ｆｕｊｉ
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3405—Arrangements for stabilising or constricting the arc, e.g. by an additional gas flow
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    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3494—Means for controlling discharge parameters

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing machine that performs processing using plasmad gas.
  • the plasma processing machine includes a plasma head that discharges a plasma gas, which is a plasma gas, and is configured to irradiate the surface of the workpiece with the plasma gas. ing.
  • the plasma head is supplied from a gas supply device with a reaction gas that is a source of the plasma gas and a carrier gas for carrying the reaction gas.
  • the plasma head includes a pair of electrodes, a voltage is applied between the electrodes, and the reaction gas passing between the electrodes is turned into plasma.
  • the plasma gas and carrier gas are discharged from the nozzle of the plasma head.
  • the plasma processing machine as described above is under development, and it is possible to improve the practicality by making some improvements.
  • This invention is made
  • the plasma processing machine of the present invention is: A plasma processing machine that performs processing using plasmad gas, A plasma head for converting gas into plasma between electrodes to which a voltage is applied, and discharging the plasma gas from a nozzle; A gas supply device for supplying a gas containing a gas to be converted into plasma to the plasma head; A pressure detector for detecting the pressure of the gas supplied from the gas supply device; And a control device for controlling the plasma processing machine, The control device is Based on the gas pressure after voltage application, which is the pressure of the gas detected by the pressure detector after applying a voltage to the electrode, the start of the process is allowed.
  • a gas to be converted into plasma that is, “a gas supplied from a gas supply device” includes not only a gas to be converted into plasma (reactive gas) but also other gases such as a carrier gas as will be described later. It is a concept that also includes
  • the plasma processing machine of the present invention it is possible to easily determine whether or not the plasma processing machine can perform an appropriate process based on the pressure of the gas after applying a voltage to the electrode. Appropriate processing is secured by allowing the start of the processing based on the determination.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the whole structure of the plasma processing machine of an Example. It is a perspective view which shows the irradiation head as a plasma head which the plasma processing machine of FIG. 1 has in the state which removed the cover. It is sectional drawing of the irradiation head of FIG. It is a schematic diagram for demonstrating the structure regarding the supply of the gas to the plasma head in the plasma processing machine of FIG. It is a graph which shows the standard change of the pressure of the gas supplied to the plasma head of FIG. It is a flowchart which shows the process start program performed by the control apparatus of the plasma processing machine of FIG.
  • the plasma processing machine includes a table 10 on which a workpiece W is placed, and a serial link robot (“multiple” It may also be referred to as an “indirect type robot”. Hereinafter, it may be simply referred to as “robot”) 12 and a plasma head 14 (hereinafter simply referred to as “head 14”) that is held by the robot 12 and irradiates the plasmatized gas.
  • a power source / gas supply unit 16 that is a power source for the head 14 and supplies gas to the head 14, and a controller 18 (a computer as a main component) that controls the plasma processing machine.
  • the robot 12 functions as a head moving device that moves the head 14 in order to irradiate the workpiece with plasmad gas.
  • the head 14 will be described with reference to FIG. 2 showing a state in which the cover is removed, and FIG. 3 which is a cross-sectional view.
  • a reaction chamber 22 for generating a chemical gas is formed.
  • a pair of electrodes 24 is held so as to protrude into the reaction chamber 22.
  • a reaction gas flow path 26 for allowing a reaction gas to flow into the reaction chamber 22 from above and a pair of carrier gas flow paths 28 for allowing a carrier gas to flow in are formed in the housing 20.
  • the reaction gas (seed gas) is oxygen (O 2 ), but a mixed gas of oxygen and nitrogen (N 2 ) (for example, dry air (Air)) is supplied to the electrode 24 from the reaction gas channel 26.
  • this mixed gas may also be referred to as “reactive gas” and oxygen as “seed gas” for convenience).
  • the carrier gas is nitrogen and is introduced from each carrier gas channel 28 so as to surround each electrode 24.
  • a lower portion of the head 14 is a nozzle 30, and a plurality of discharge ports 32 are formed in the nozzle 30 in a line.
  • a plurality of discharge paths 34 are formed so as to be connected downward from the reaction chamber 22 to the respective discharge ports 32.
  • An AC voltage is applied between the pair of electrodes 24 by the power supply unit of the power supply / gas supply unit 16.
  • a pseudo arc A is generated between the lower ends of each of the pair of electrodes 24 in the reaction chamber 22.
  • the reaction gas passes through the pseudo arc A, the reaction gas is converted into plasma, and the plasma gas, which is a plasma gas, is discharged (jetted) from the nozzle 30 together with the carrier gas.
  • a sleeve 36 is provided around the nozzle 30 so as to surround the nozzle 30.
  • the annular space 38 between the sleeve 36 and the nozzle 30 is supplied with a heat gas as a shielding gas (air is adopted in the present plasma processing machine) via a supply pipe 40, It is discharged along the flow of the plasmatized gas so as to surround the plasmatized gas ejected from 30.
  • a heater 42 for heating is provided in the middle of the supply pipe 40.
  • the power / gas supply unit 16 includes a power supply unit and a gas supply unit.
  • the power supply unit has a power supply for applying a voltage between the pair of electrodes 24 of the head 14, and the gas supply unit functioning as a gas supply device supplies the above-described reaction gas, carrier gas, and shield gas. I do.
  • the gas supply by the gas supply unit will be described in detail below.
  • the power supply / gas supply unit 16 includes, in detail, a gas supply unit 50 of the power supply / gas supply unit 16 including a nitrogen gas (N 2 ) supply source.
  • Nitrogen gas and air are supplied from a nitrogen gas generator 52 and a compressor 54 which is a supply source of air (for example, dry air).
  • the nitrogen gas generator 52 is configured to separate nitrogen gas from the air supplied from the compressor 54, and a dryer 55 is provided to remove the humidity of the air supplied from the compressor 54. It has been.
  • the gas supply unit 50 corresponds to a pair of carrier gas channels 28 of the head 14, air containing oxygen as a seed gas constituting the reaction gas (Air), nitrogen gas (N 2 ) constituting the reaction gas, and the head 14.
  • nitrogen gas (N 2 ) serving as the two carrier gases and air serving as the heat gas
  • the mass flow controllers 56 may be referred to as mass flow controllers 56a1, 56a2, 56b to 56d when it is necessary to distinguish each of the five.
  • the air whose flow rate is adjusted by the mass flow controller 56a1 and the nitrogen gas whose flow rate is adjusted by the mass flow controller 56a2 are mixed by the mixer 58 to generate a reaction gas (N 2 + O 2 ).
  • the reaction gas, the two carrier gases, and the heat gas are respectively supplied to the head 14 via the four gas tubes 60 (see also FIG. 1).
  • the gas tube 60 is hereinafter simply abbreviated as “tube 60”, and when it is necessary to distinguish each of the four tubes, they may be referred to as tubes 60a to 60d.
  • the reaction gas and the two carrier gases supplied through the tubes 60 a to 60 c are mixed in the reaction chamber 22 in the head 14, and a mixed gas containing oxygen in plasma is discharged from the nozzle 30.
  • pressure sensors each of which is a pressure detector, detect the pressure of gas passing through the four tubes 60 on the mass flow controller 56 side of the four tubes 60. 62 is provided.
  • the pressure sensor 62 is provided between each tube 60 and the gas supply unit 50.
  • the mass flow controllers 56a1 and 56a2 and the mixer 58 can be considered as one gas supply device, and the mass flow controllers 56b to 56d can be considered as different gas supply devices.
  • pressure loss occurs, and also in the head 14, a carrier gas and reaction gas system (hereinafter sometimes referred to as “main gas system”) and a heat gas system (hereinafter referred to as “heat gas system”).
  • the pressure loss in each of the tubes 60a to 60d is defined as tube pressure loss ⁇ P TA to ⁇ P TD .
  • the pressure loss in the main gas system head 14 is the main gas system head pressure loss ⁇ P HM and the pressure loss in the head 14 of the heat gas system, respectively.
  • the tubes 60a to 60d A gas having a flow velocity F A ( F A1 + F A2 ) to F D flows.
  • the reference tube pressure loss ⁇ P TA0 to ⁇ P TD0 are the flow rates F A to F D of the gas passing through each tube 60 and the tube length L which is the length of each tube 60 (in this plasma processing machine, the length of each tube 60 is mutually Can be considered equal to each other).
  • ⁇ P TB0 f TB (F B , L)
  • ⁇ P TC0 f TC (F C , L)
  • ⁇ P TD0 f TD (F D , L)
  • f TA () to f TD () are functions using flow velocities F A to F D and tube length L as parameters, respectively.
  • the main gas system head pressure loss ⁇ P HM and the heat gas system head pressure loss ⁇ P HH when the gas flows appropriately in the head 14 are referred to as the reference main gas system head pressure loss ⁇ P HM0 and the reference heat gas system head pressure loss.
  • f HM (), f HH () is a function of the flow rate F M, F H, the head temperature T as a parameter.
  • the head 14 When a voltage is applied to the electrode 24, the head 14 itself is also heated by the generated pseudo arc. This heating, the higher head temperature T, the reference main gas line head pressure loss [Delta] P HM0, reference Hitogasu system head pressure loss [Delta] P HH0 becomes both large.
  • the controller 18 uses the above functions f TA () to f TD () as data for obtaining the reference tube pressure loss ⁇ P TA0 to ⁇ P TD0 , the reference main gas system head pressure loss ⁇ P HM0 , and the reference heat gas system head pressure loss ⁇ P HH0 . , F HM (), f HH (), or matrix data for each flow velocity F A to F D , tube length L, flow velocity F M , F H , and head temperature T with discrete values set.
  • the data is stored in the form, and the data and the flow rates F A1 , F A2 , F B to F D of the respective gases actually adjusted by the mass flow controllers 56a1, 56a2, 56b to 56d, and the attached tubes
  • the reference tube pressure loss ⁇ during actual plasma processing or before actual plasma processing is performed.
  • P A0 ⁇ P TA0 + ⁇ P HM0
  • P B0 ⁇ P TB0 + ⁇ P HM0
  • P C0 ⁇ P TC0 + ⁇ P HM0
  • P D0 ⁇ P TD0 + ⁇ P HH0
  • the degree of heating of the head 14, that is, the head temperature T generally depends on the current that flows when applied to the pair of electrodes 24, that is, the supply current I.
  • An appropriate supply current I corresponding to the process is set as a reference supply current I 0 . If the supply current I does not flow before the voltage is applied and the head temperature T is considered to be the initial temperature T 0 , which is normal temperature, the head temperature T after the application of voltage is the reference supply current I 0.
  • the reference main gas system head pressure loss ⁇ P HM0 and the reference heat gas system head pressure loss ⁇ P HH0 are simply determined based on the head temperature T determined by the following equation.
  • T T 0 + ⁇ ⁇ ⁇ t ⁇ : coefficient
  • the actual pressures P A to P D that are the pressures of the gases detected by the pressure sensors 62a to 62d and the reference pressures P A0 to P D0 that are the reference gas pressures are set.
  • the actual pressure P and the reference pressure P 0 are handled in a unified manner.
  • the plasma processor The actual pressures P A to P D also change in the same manner and the reference pressures P A0 to P D0 also show the same change in each period from the start of the operation until the process is started by applying a voltage to the electrode 24.
  • the actual pressures P A to P D and the reference pressures P A0 to P D0 are treated as a single unit when no special distinction is required.
  • the change in the reference pressure P 0 with the passage of time t when the gas having the flow velocity F is supplied to the head 14 by the adjustment of the mass flow controller 56 is as shown in FIG. . More specifically, the supply of the gas having the flow velocity F is started by starting the plasma processing apparatus, the reference pressure P 0 is increased, and the reference pressure P 0 is saturated at P 0A at time t 1 . Then, when voltage application to the electrode 24 is started thereafter, a pseudo arc is generated in a state where the reference supply current I 0 flows between the electrodes 24, and as time t passes, that is, as the elapsed time ⁇ t increases. Thus, the head temperature T gradually increases, and the reference pressure P 0 gradually increases. When the above abnormality does not occur in the plasma processing apparatus, that is, when it is normal, the actual pressure P also changes along the reference pressure P 0 .
  • the controller 18 serving as a control device sets the detected actual pressure P to the detected actual pressure P. Based on this, the abnormality of the plasma processing machine is detected, and the start of the processing by the plasma processing machine is allowed.
  • the actual pressure P is the reference pressure P 0 It does not reach to. Therefore, when (P 0 ⁇ P) exceeds the threshold pressure difference ⁇ P 1 , it is detected that a depressurization abnormality is caused by the tube 60 coming out, gas leakage, or the like. On the contrary, when the nozzle 30 of the head 14 is clogged or the tube 60 is bent, the actual pressure P exceeds the reference pressure P 0 to some extent at the time t 1 . Therefore, when (P ⁇ P 0 ) exceeds the threshold pressure difference ⁇ P 2 , it is detected that a pressure increase abnormality due to clogging of the nozzle 30 or bending of the tube 60 has occurred.
  • the controller 18 issues a warning to the operator together with notification of the content of the abnormality.
  • the controller 18 starts applying a predetermined voltage to the electrode 24 of the head 14. That is, in the present plasma processing machine, the gas pressure before application is set to the set pressure (P 0 ) based on the gas pressure (gas pressure before voltage application) detected by the pressure sensor 62 before applying the voltage to the electrode 24. ⁇ P 1 ) is reached as a necessary condition, and the pre-application gas pressure is set to a set pressure (P 0 + ⁇ P 2 ) that is higher than the set pressure or less.
  • the gas supply unit 50 which is a gas supply device (for example, the tube 60).
  • the controller 18 issues a warning to the operator together with notification of the content of the abnormality. If no arc abnormality has occurred, the start of processing is allowed. That is, in the present plasma processing machine, the gas pressure after voltage application is set to the set pressure (P 0 ⁇ based on the gas pressure after voltage application, which is the gas pressure detected by the pressure sensor 62 after voltage is applied to the electrode 24. It is configured to allow the start of processing on the assumption that ⁇ P 3 ) has been reached. More specifically, it is configured to recognize that the state of discharge between the electrodes 24 is appropriate based on the gas pressure after voltage application, and to allow the start of processing based on the recognition.
  • this plasma processing machine for example, it is possible to detect an arc abnormality without depending on a current sensor for detecting the current I flowing between the electrodes 24 and a temperature sensor for detecting the temperature of the head 14, Further, if the detection of the arc abnormality based on the detection of the pressure sensor 62 and the detection of the arc abnormality based on the detection of the pressure sensor 62 are performed, it is possible to detect the arc abnormality more reliably. It should be noted that allowing the start of processing on the condition that the gas pressure after voltage application has reached the set pressure (P 0 - ⁇ P 3 ) is that the difference between the gas pressure after voltage application and the gas pressure before voltage application is set. It can be considered equivalent to allowing the start of processing on condition that the difference has been reached.
  • a method of allowing the start of the process on the condition that the time when the actual pressure P after the start of the application of the voltage to the electrode 24 becomes the set pressure does not elapse for a set time from the start time. It is also possible to adopt.
  • step 1 the count value t of the time counter is counted up. Incidentally, this count value t is set to 0 when the program is first executed.
  • step 2 it is determined whether or not the value of the abnormality flag FA is “1”.
  • This abnormality flag FA is a flag that is set to “1” when any of the above-described pressure reduction abnormality, pressure increase abnormality, or arc abnormality is recognized, and the flag value is “0” at the first execution of the program. Is set. If an abnormality has already been identified, the following steps are skipped.
  • the voltage application flag FB is a flag that is set to “1” when a voltage is already applied between the electrodes 24, and the flag value is set to “0” at the first execution of the program. Yet when the voltage is not applied, in the subsequent S4, based on the count value t of the time counter, the start of operation of the plasma processing apparatus, whether or not the set time t 1 has elapsed. If the set time t 1 has not elapsed, one execution of the program is terminated.
  • the value obtained by subtracting the actual pressure P from the reference pressure P 0 is equal to or smaller than the threshold pressure difference ⁇ P 1 in S5
  • the value obtained by subtracting the reference pressure P 0 from the actual pressure P in step S8 is the threshold pressure difference ⁇ P 2 .
  • S9 it is determined that the pressure increase is abnormal.
  • S7 a warning that the pressure increase is abnormal is issued, and the abnormality flag FA is “1”.
  • the steps after S4 are skipped, and in S11, based on the count value t of the time counter, It is determined whether or not the set time t 2 has elapsed since the start of the operation of the plasma processing apparatus, that is, whether or not the elapsed time ⁇ t since the voltage was applied. When the set time t 2 has not elapsed, it completed one execution of the program.
  • the value obtained by subtracting the actual pressure P from the reference pressure P 0 in S12 is the case at most threshold pressure difference [Delta] P 3 is in the subsequent S14, the start of the plasma process to the work by the plasma treatment device is allowed. By allowing this permission, the repeated execution of the program is terminated.
  • the processing according to the program is executed when the plasma processing machine is in operation. However, the processing is executed every time the plasma processing for one workpiece is completed and the plasma processing for the next workpiece is performed. Also good.
  • Plasma head 16 Power supply / gas supply unit 18: Controller [control device] 24: Electrode 30: Nozzle 50: Gas supply unit [gas supply device] 60: Gas tube 62: Pressure sensor [pressure detector] P: Actual Pressure P 0 : Reference pressure

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Abstract

プラズマ化されたガスをプラズマヘッド１４から放出して処理を行うプラズマ処理機を、プラズマヘッドの電極に電圧が印加される前においてガス供給装置５０からプラズマヘッドに供給されるガスの圧力ＰA，ＰB，ＰC，ＰDを検出し、その圧力に基づいて、当該プラズマ処理機による処理の開始を許容するように構成する。

Description

プラズマ処理機
　本発明は、プラズマ化されたガスによる処理を行うプラズマ処理機に関する。
　プラズマ処理機は、例えば、下記特許文献記載されているように、プラズマ化されたガスであるプラズマ化ガスを放出させるプラズマヘッドを備え、そのプラズマ化ガスをワークの表面に照射するように構成されている。プラズマヘッドには、ガス供給装置から、プラズマ化ガスの元となる反応ガスやその反応ガスを運ぶためのキャリアガスが供給される。プラズマヘッドは、１対の電極を備え、それら電極間に電圧を印加し、それら電極間を通過する反応ガスをプラズマ化させる。そのプラズマ化させたガスおよびキャリアガスは、プラズマヘッドのノズルから放出させられる。
特開２０１２－１２９３５６号公報
発明の解決しようとする課題
　上記のようなプラズマ処理機は、開発途上であり、何らかの改良を施すことで、実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いプラズマ照射装置を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために、本発明のプラズマ処理機は、
　プラズマ化されたガスによる処理を行うプラズマ処理機であって、
　電圧が印加された電極間においてガスをプラズマ化し、そのプラズマ化されたガスをノズルから放出するプラズマヘッドと、
　プラズマ化するガスを含むガスをプラズマヘッドに供給するガス供給装置と、
　ガス供給装置から供給されるガスの圧力を検出する圧力検出器と、
　当該プラズマ処理機の制御を司る制御装置と
　を備え、
　前記制御装置が、
　前記電極に電圧を印加した後に前記圧力検出器によって検出されたガスの圧力である電圧印加後ガス圧に基づいて、処理の開始を許容するように構成される。
　ちなみに、「プラズマ化するガス」、すなわち、「ガス供給装置から供給されるガス」は、プラズマ化されるガス（反応ガス）だけでなく、後に説明するように、キャリアガス等の他のガスをも含む概念である。
　本発明のプラズマ処理機では、電極に電圧を印加後のガスの圧力に基づくことにより、当該プラズマ処理機が適正な処理を行うことができるか否かを簡便に判断することが可能であり、その判断に基づいて処理の開始が許容されることで、適正な処理が担保されることになる。
実施例のプラズマ処理機の全体構成を示す斜視図である。 図１のプラズマ処理機が有するプラズマヘッドとしての照射ヘッドを、カバーを外した状態で示す斜視図である。 図２の照射ヘッドの断面図である。 図１のプラズマ処理機におけるプラズマヘッドへのガスの供給に関する構成を説明するための模式図である。 図１のプラズマヘッドに供給されるガスの圧力の基準的な変化を示すグラフである。 図１のプラズマ処理機の制御装置によって実行される処理開始プログラムを示すフローチャートである。
　以下、本発明に係るプラズマ処理機の代表的な実施形態を、実施例のプラズマ処理機として、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
［Ａ］プラズマ処理機の全体構成
　実施例のプラズマ処理機は、図１に示すように、ワークＷが載置されるテーブル１０と、テーブル１０の傍らに配置されたシリアルリンク型ロボット（「多間接型ロボット」と呼ぶこともでき、以下、単に「ロボット」と略す）１２と、ロボット１２に保持されてプラズマ化ガスを照射するためのプラズマヘッド１４（以下、単に「ヘッド１４」という場合がある）と、ヘッド１４への電源でありヘッド１４へのガスの供給を担う電源・ガス供給ユニット１６と、当該プラズマ処理機の制御を司る制御装置としてのコントローラ１８（コンピュータを主要構成要素とするものである）とを含んで構成されている。ちなみに、ロボット１２は、ワークにプラズマ化ガスを照射するためにヘッド１４を移動させるヘッド移動装置として機能する。
　ヘッド１４は、カバーを外した状態を示す図２、および、断面図である図３を参照しつつ説明すれば、概してセラミック製のハウジング２０を有しており、そのハウジング２０の内部に、プラズマ化ガスを発生させるための反応室２２が形成されている。そして、反応室２２に突き出るようにして、１対の電極２４が保持されている。また、ハウジング２０内には、上方から反応室２２に反応ガスを流入させるための反応ガス流路２６と、キャリアガスを流入させるための１対のキャリアガス流路２８とが形成されている。反応ガス（種ガス）は、酸素（Ｏ2）であるが、反応ガス流路２６からは、酸素と窒素（Ｎ2）との混合気体（例えば、乾燥空気（Air））が、電極２４の間に流入させられる（以下、この混合気体をも、便宜的に「反応ガス」と呼び、酸素を「種ガス」と呼ぶ場合があることとする）。キャリアガスは、窒素であり、それぞれのキャリアガス流路２８から、それぞれの電極２４を取り巻くようにして流入させられる。ヘッド１４の下部は、ノズル３０とされており、ノズル３０には、複数の放出口３２が一列に並ぶようにして形成されている。そして、反応室２２から下方に向かって各放出口３２に繋がるように複数の放出路３４が形成されている。
　１対の電極２４の間には、電源・ガス供給ユニット１６の電源部によって、交流の電圧が印加される。この印加によって、例えば、図３に示すように、反応室２２内において、１対の電極２４の各々の下端の間に、擬似アークＡが発生させられる。この擬似アークＡを反応ガスが通過する際に、その反応ガスがプラズマ化され、プラズマ化されたガスであるプラズマ化ガスが、キャリアガスとともに、ノズル３０から放出（噴出）される。
　なお、ノズル３０の周囲には、ノズル３０を囲うようにしてスリーブ３６が設けられている。スリーブ３６とノズル３０との間の環状空間３８には、供給管４０を介して、シールドガスとしてのヒートガス（本プラズマ処理機では、空気が採用されている）が供給され、そのヒートガスは、ノズル３０から射出されるプラズマ化ガスの周囲を取り巻くようにして、プラズマ化ガスの流れに沿って放出される。ヒートガスは、名前のとおり、プラズマ化ガスの効能を担保するために加熱されたものが放出される。そのため、供給管４０の途中には、加熱のためのヒータ４２が設けられている。
　電源・ガス供給ユニット１６は、電源部とガス供給部とを含んで構成されている。電源部は、ヘッド１４の１対の電極２４間に電圧を印加するための電源を有しており、ガス供給装置として機能するガス供給部は、上述の反応ガス，キャリアガス，シールドガスの供給を行う。ガス供給部によるガスの供給については、以下に詳しく説明する。
［Ｂ］ガスの供給
　図４に示すように、電源・ガス供給ユニット１６には、詳しく言えば、電源・ガス供給ユニット１６のガス供給部５０には、窒素ガス（Ｎ2）の供給源となる窒素ガス発生装置５２と、空気（Air）（例えば、乾燥空気である）の供給源となるコンプレッサ５４とから、それぞれ、窒素ガス，空気が供給される。ちなみに、窒素ガス発生装置５２は、コンプレッサ５４から供給される空気から、窒素ガスを分離するように構成されており、また、コンプレッサ５４から供給される空気の湿気を取り除くために、ドライヤ５５が設けられている。
　ガス供給部５０は、上述した反応ガスを構成する種ガスとしての酸素を含む空気（Air），反応ガスを構成する窒素ガス（Ｎ2），ヘッド１４の１対のキャリアガス流路２８に対応した２系統のキャリアガスとしての窒素ガス（Ｎ2），ヒートガスとなる空気（Air）に対応して、それぞれが流量調節器となるマスフローコントローラ５６を有している。便宜的に、マスフローコントローラ５６については、５つの各々を区別する必要がある場合には、マスフローコントローラ５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ～５６ｄということがあることとする。マスフローコントローラ５６ａ１によって流量調整された空気と、マスフローコントローラ５６ａ２によって流量調整された窒素ガスは、混合器５８によって混合され、反応ガス（Ｎ2＋Ｏ2）が生成される。
　反応ガス，２系統のキャリアガス，ヒートガスは、４本のガスチューブ６０を介して、それぞれヘッド１４に供給される（図１をも参照）。ちなみに、ガスチューブ６０を、以下、単に「チューブ６０」と略し、４本の各々を区別する必要がある場合には、チューブ６０ａ～６０ｄということがあることとする。チューブ６０ａ～６０ｃを介して供給された反応ガス，２系統のキャリアガスは、ヘッド１４内の反応室２２において混合され、プラズマ化された酸素を含む混合ガスが、ノズル３０から放出される。なお、電源・ガス供給ユニット１６内には、４本のチューブ６０のマスフローコントローラ５６側において、４本のチューブ６０を通過するガスの圧力を検出するために、それぞれが圧力検出器である圧力センサ６２が設けられている。言い換えれば、圧力センサ６２は、各チューブ６０とガス供給部５０との間に設けられている。ちなみに、圧力センサ６２については、４つの各々を区別する必要がある場合には、圧力センサ６２ａ～６２ｄということとする。なお、各チューブ６０に対応して、マスフローコントローラ５６ａ１，５６ａ２および混合器５８を、１つのガス供給装置と、マスフローコントローラ５６ｂ～５６ｄを、それぞれ、別のガス供給装置と考えることもできる。
［Ｃ］プラズマヘッドに供給されるガスの圧力とそれの変化
　反応ガス，２系統のキャリアガス，ヒートガスがチューブ６０を介して、ヘッド１４に供給される場合、図４から解るように、各チューブ６０の各々において圧力損失が発生し、また、ヘッド１４においても、キャリアガスおよび反応ガスの系統（以下、「主ガス系統」という場合がある）、ヒートガスの系統（以下、「ヒートガス系統」という場合がある）のそれぞれに圧力損失が発生する。各チューブ６０ａ～６０ｄにおける圧力損失を、チューブ圧力損失ΔＰTA～ΔＰTDとし、それぞれ、主ガス系統のヘッド１４における圧力損失を主ガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHMと、ヒートガス系統のヘッド１４における圧力損失をヒートガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHHとすれば、上記圧力センサ６２ａ～６２ｄによって検出されるガスの圧力である実圧力ＰA～ＰDは、それぞれ、
　　ＰA＝ΔＰTA＋ΔＰHM
　　ＰB＝ΔＰTB＋ΔＰHM
　　ＰC＝ΔＰTC＋ΔＰHM
　　ＰD＝ΔＰTD＋ΔＰHH
　となる。
　マスフローコントローラ５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ～５６ｄによって調整されているそれぞれのガスの流速（単位時間あたりの質量流量）を、ＦA1，ＦA2，ＦB～ＦDとすれば、チューブ６０ａ～６０ｄには、流速ＦA（＝ＦA1＋ＦA2）～ＦDのガスが流れる。処理に応じて各チューブ６０に適切にガスが流れている場合における各チューブ６０のチューブ圧力損失ΔＰTA～ΔＰTDを、基準チューブ圧力損失ΔＰTA0～ΔＰTD0とすれば、それら基準チューブ圧力損失ΔＰTA0～ΔＰTD0は、それぞれ、各チューブ６０を通過するガスの流速ＦA～ＦDと、各チューブ６０の長さであるチューブ長Ｌ（本プラズマ処理機では、各チューブ６０の長さは互いに等しいと考えることができる）に基づいて、下記の式のように定まる。
　　ΔＰTA0＝ｆTA（ＦA，Ｌ）＝ｆTA（ＦA1＋ＦA2，Ｌ）
　　ΔＰTB0＝ｆTB（ＦB，Ｌ）
　　ΔＰTC0＝ｆTC（ＦC，Ｌ）
　　ΔＰTD0＝ｆTD（ＦD，Ｌ）
　ここで、ｆTA（ ）～ｆTD（ ）は、それぞれ、流速ＦA～ＦD，チューブ長Ｌをパラメータとする関数である。
　一方で、ヘッド１４内を適切にガスが流れている場合における主ガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHM，ヒートガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHHを、基準主ガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHM0，基準ヒートガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHH0とすれば、それら基準主ガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHM0，基準ヒートガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHH0は、それぞれ、主ガス系統，ヒートガス系統を流れるガスの流速、つまり、主ガス系統流速ＦM（＝ＦA＋ＦB＋ＦC），ヒートガス系統流速ＦH（＝ＦD）と、ヘッド１４の温度であるヘッド温度Ｔとに基づいて、下記の式のように定まる。
　　ΔＰHM0＝ｆHM（ＦM，Ｔ）＝ｆHM（ＦA＋ＦB＋ＦC，Ｔ）
　　　　　　　＝ｆHM（ＦA1＋ＦA2＋ＦB＋ＦC，Ｔ）
　　ΔＰHH0＝ｆHH（ＦH，Ｔ）＝ｆHH（ＦD，Ｔ）
　ここで、ｆHM（ ），ｆHH（ ）は、流速ＦM，ＦH，ヘッド温度Ｔをパラメータとする関数である。電極２４に電圧を印加した場合、発生した疑似アークによってヘッド１４自体も加熱される。この加熱によって、ヘッド温度Ｔが高くなれば、基準主ガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHM0，基準ヒートガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHH0は、ともに大きくなる。
　コントローラ１８は、基準チューブ圧力損失ΔＰTA0～ΔＰTD0，基準主ガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHM0，基準ヒートガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHH0を求めるためのデータを、上記関数ｆTA（ ）～ｆTD（ ），ｆHM（ ），ｆHH（ ）の形式で、若しくは、値が離散的に設定された流速ＦA～ＦD，チューブ長Ｌ、流速ＦM，ＦH，ヘッド温度Ｔごとのマトリクスデータの形式で格納しており、それらのデータと、マスフローコントローラ５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ～５６ｄによって実際に調整されているそれぞれのガスの流速ＦA1，ＦA2，ＦB～ＦD、取り付けられているチューブ６０のチューブ長Ｌ、ヘッド温度Ｔとに基づいて、実際にプラズマ処理を行っている際の、若しくは、実際にプラズマ処理を行う前の基準チューブ圧力損失ΔＰTA0～ΔＰTD0，基準主ガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHM0，基準ヒートガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHH0を求め、その結果に基づいて、基準となるガス圧である基準圧力ＰA0～ＰD0を、下記式に従って求めるようにされている。
　　ＰA0＝ΔＰTA0＋ΔＰHM0
　　ＰB0＝ΔＰTB0＋ΔＰHM0
　　ＰC0＝ΔＰTC0＋ΔＰHM0
　　ＰD0＝ΔＰTD0＋ΔＰHH0
　なお、ヘッド１４の加熱の程度、つまり、ヘッド温度Ｔは、概ね、１対の電極２４に印加したときに流れる電流、すなわち、供給電流Ｉに依存するものとなっている。処理に応じた適切な供給電流Ｉは、基準供給電流Ｉ0として設定されている。電圧の印加前は、供給電流Ｉは流れておらず、ヘッド温度Ｔは、常温である初期温度Ｔ0となっていると考えれば、電圧の印加後のヘッド温度Ｔは、基準供給電流Ｉ0が電極２４間に通電された場合における通電の開始時からの経過時間Δｔに従って上昇する。このことに鑑み、上記基準主ガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHM0，基準ヒートガス系統ヘッド圧力損失ΔＰHH0は、簡単に言えば、次式で定まるヘッド温度Ｔに基づいて求められる。
　　Ｔ＝Ｔ0＋α・Δｔ　　α：係数
　ここで、説明を単純化するために、圧力センサ６２ａ～６２ｄによって検出されるガスの圧力である実圧力ＰA～ＰD、および、基準となるガス圧である基準圧力ＰA0～ＰD0を、実圧力Ｐおよび基準圧力Ｐ0として、一元化して扱う。つまり、反応ガス，２系統のキャリアガス，ヒートガスの供給経路（チューブ６０等）およびヘッド１４内におけるそれらのガスの流れ，疑似アークの発生状態等に異常が発生していない限り、当該プラズマ処理機の始動から電極２４に電圧を印加して処理を開始するまでの間、実圧力ＰA～ＰDも互いに同様の変化を、また、基準圧力ＰA0～ＰD0も互いに同様の変化を呈するため、それら、実圧力ＰA～ＰD，基準圧力ＰA0～ＰD0を、特段の区別を必要としない場合において、単一のものとして扱うのである。
　上述のように一元化すれば、マスフローコントローラ５６の調整によって流速Ｆのガスがヘッド１４に供給された場合の時間ｔの経過に伴う基準圧力Ｐ0の変化は、図５に示すようなものとなる。詳しく説明すれば、当該プラズマ処理機の始動開始により流速Ｆのガスの供給は開始され、基準圧力Ｐ0は上昇し、ｔ1の時点で、基準圧力Ｐ0は、Ｐ0Aにおいて飽和する。そして、その後電極２４への電圧の印加を開始すれば、基準供給電流Ｉ0が電極２４間に流れた状態で疑似アークが発生し、時間ｔの経過とともに、つまり、経過時間Δｔの増加に伴って、ヘッド温度Ｔは徐々に上昇し、基準圧力Ｐ0も徐々に高くなっていく。当該プラズマ処理機に上記異常が発生していない場合、つまり、正常である場合には、実圧力Ｐも、基準圧力Ｐ0に沿って変化する。
［Ｄ］プラズマ処理機における異常の検知と処理開始の許容
　上述したようなガスの圧力の変化を考慮して、本プラズマ処理機では、制御装置であるコントローラ１８が、検出された実圧力Ｐに基づいて、プラズマ処理機の異常を検知するとともに、当該プラズマ処理機による処理の開始を許容するように構成されている。
　具体的に説明すれば、仮に、チューブ６０が抜けていたり、また、チューブ６０においてガスの漏れが生じていた場合等には、図５におけるｔ1の時点において、実圧力Ｐが基準圧力Ｐ0にまでは到達しない。そこで、（Ｐ0－Ｐ）が、閾圧差ΔＰ1を超えている場合には、チューブ６０の抜け，ガスの漏れ等に起因する減圧異常が生じていることが検知される。逆に、ヘッド１４のノズル３０の詰りや、チューブ６０の折れ曲がりがあった場合等には、ｔ1の時点において、実圧力Ｐが基準圧力Ｐ0をある程度大きく超えてしまう。そこで、（Ｐ－Ｐ0）が、閾圧差ΔＰ2を超えている場合には、ノズル３０の詰りやチューブ６０の折れ曲がり等に起因する増圧異常が生じていることが検知される。
　ちなみに、減圧異常の場合、圧力センサ６２ａ～６２ｄのいずれの検出による実圧力Ｐが基準圧力Ｐ0にまでは到達しないかによって、どのチューブ６０に異常が発生しているかが特定される。また、増圧異常の場合、圧力センサ６２ａ～６２ｄのいずれの検出による実圧力Ｐが基準圧力Ｐ0をある程度大きく超えているかによって、例えば、どのチューブ６０が曲がっているかが特定され、圧力センサ６２ａ～６２ｃの各々の検出による実圧力Ｐが全て基準圧力Ｐ0をある程度大きく超えているときには、例えば、ノズル３０の詰りが生じていると特定される。
　上述の減圧異常，増圧異常が発生している場合には、コントローラ１８は、作業者に対して、異常の内容の通知とともに警告を発する。減圧異常も増圧異常も生じていない場合には、コントローラ１８は、ヘッド１４の電極２４に所定の電圧の印加を開始する。つまり、本プラズマ処理機では、電極２４に電圧を印加する前に圧力センサ６２によって検出されたガスの圧力（電圧印加前ガス圧）に基づいて、その印加前ガス圧が、設定圧（Ｐ0－ΔＰ1）に到達したことを必要条件として、かつ、その印加前ガス圧が、その設定圧より高く設定された設定圧（Ｐ0＋ΔＰ2）以下であることを必要条件として、電極２４への電圧の印可を開始するように構成されており、ガスの流れに対する異常、詳しく言えば、ガス供給装置であるガス供給部５０から供給されるガスのヘッド１４までの経路（例えば、チューブ６０）と、ノズル３０を含むヘッド１４内のガスの経路との両方の異常を、早期に検知することが可能とされているのである。なお、それら２つの経路の一方の異常だけを検知するようにしてもよい。
　また、電極２４に電圧が印加されて、電極２４間に電流Ｉが流れた場合には、ヘッド１４が加熱されて、実圧力Ｐが徐々に上昇していくが、例えば、電極２４の消耗，電源の失陥等に起因して適正な電流Ｉ（基準供給電流Ｉ0）が流れない事態、言い換えれば、電極２４間の放電の状態が適切でない事態（アーク異常）が起きている場合には、基準圧力Ｐ0に対して実圧力Ｐが上昇しない、若しくは、上昇が遅くなってしまう。そこで、図５におけるｔ2の時点において、（Ｐ0－Ｐ）が閾圧差ΔＰ3を超えている場合には、アーク異常が生じていることが検知される。
　アーク異常が生じている場合には、コントローラ１８は、作業者に対して、異常の内容の通知とともに警告を発する。アーク異常が生じていない場合には、処理の開始が許容される。つまり、本プラズマ処理機では、電極２４に電圧を印加した後に圧力センサ６２によって検出されたガスの圧力である電圧印加後ガス圧に基づいて、その電圧印加後ガス圧が設定圧（Ｐ0－ΔＰ3）に到達したことを必要条件として、処理の開始を許容するように構成されているのである。詳しく言えば、電圧印加後ガス圧に基づいて、電極２４間の放電の状態が適切であることを認知し、その認知に基づいて、処理の開始を許容するように構成されているのである。したがって、本プラズマ処理機では、例えば、電極２４間を流れる電流Ｉを検出するための電流センサ，ヘッド１４の温度を検出する温度センサに依らずとも、アーク異常を検知することが可能とされ、また、それらのセンサの検出に基づくアーク異常の検知とともに、圧力センサ６２の検出に基づくアーク異常の検知を行えば、より確実なアーク異常の検知が可能となるのである。なお、電圧印加後ガス圧が設定圧（Ｐ0－ΔＰ3）に到達したことを必要条件として処理の開始を許容することは、電圧印加後ガス圧と電圧印加前ガス圧との差が設定差に到達したことを条件として処理の開始を許容することと、等価であると考えることができる。
　なお、処理の開始を許容するための上述の手法では、電極２４への電圧の印加の開始から設定時間Δｔ（＝ｔ2－ｔ1）の経過後における電圧印加後ガス圧に基づいて、処理の開始を許容するようにしていたが、例えば、電極２４への電圧の印加の開始後の実圧力Ｐの上昇勾配が設定勾配以上であることを条件に、処理の開始を許容するような手法や、電極２４への電圧の印加の開始後の実圧力Ｐが設定圧となった時点がその開始の時点から設定時間以上経過していないことを条件に、処理の開始を許容するような手法を採用することも可能である。
［Ｄ］処理の開始を許容するまでの流れ
　当該プラズマ処理機において上記処理の開始を許容するために、コントローラ１８は、図６にフローチャートを示す処理開始プログラムを実行する。このプログラムは、当該プラズマ処理機が稼働させられた時点から、短い時間ピッチで繰り返し実行される。以下に、そのプログラムに従うコントローラ１８の処理の流れを、そのフローチャートに沿って説明する。
　まず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略す。他のステップも同様である）において、タイムカウンタのカウント値ｔがカウントアップされる。ちなみに、このカウント値ｔは、当該プログラムの最初の実行時には、０にセットされている。続くＳ２において、異常フラグFAの値が“１”であるか否かが判断される。この異常フラグFAは、上述の減圧異常，増圧異常，アーク異常のいずれかと認定された場合に“１”とされるフラグであり、フラグ値は、当該プログラムの最初の実行時には、“０”にセットされている。すでに異常が認定されている場合には、以下のステップはスキップされる。
　異常が未だ認定されていないときには、次のＳ３において、電圧印加フラグFBの値が“１”であるか否かが判断される。電圧印加フラグFBは、既に電極２４間に電圧が印加されている場合に“１”とされるフラグであり、フラグ値は、当該プログラムの最初の実行時には、“０”にセットされている。未だ電圧が印加されていない場合には、続くＳ４において、タイムカウンタのカウント値ｔに基づいて、当該プラズマ処理機の稼働の開始から、設定時間ｔ1が経過した否かが判断される。設定時間ｔ1が経過していない場合には、当該プログラムの１回の実行を終了する。
　Ｓ４において設定時間ｔ1が経過したと判断された場合には、Ｓ５において、タイムカウンタのカウント値ｔにおける基準圧力Ｐ0から実圧力Ｐを減じた値が、閾圧差ΔＰ1を超えているか否かが判断され、超えている場合には、Ｓ６において、上述の減圧異常と認定され、Ｓ７において、減圧異常である旨の警告が発せられるとともに、異常フラグFAが“１”とされる。
　Ｓ５において上記基準圧力Ｐ0から実圧力Ｐを減じた値が閾圧差ΔＰ1以下である場合には、続くＳ８において、実圧力Ｐから基準圧力Ｐ0を減じた値が、閾圧差ΔＰ2を超えているか否かが判断され、超えている場合には、Ｓ９において、上述の増圧異常と認定され、Ｓ７において、増圧異常である旨の警告が発せられるとともに、異常フラグFAが“１”とされる。
　Ｓ８において実圧力Ｐから基準圧力Ｐ0を減じた値が閾圧差ΔＰ2以下であると判断された場合には、Ｓ１０において、電極２４への電圧の印加が開始され、電極２４間に疑似アークが発生させられる。そして、電圧印加フラグFBの値が“１”とされる。
　電圧の印加後、すなわち、Ｓ３において、電極２４に既に電圧が印加されていると判断された場合には、Ｓ４以降のステップはスキップされ、Ｓ１１において、タイムカウンタのカウント値ｔに基づいて、当該プラズマ処理機の稼働の開始から、設定時間ｔ2が経過した否か、すなわち、電圧が印加されてからの上記経過時間Δｔが経過したか否かが判断される。設定時間ｔ2が経過していない場合には、当該プログラムの１回の実行を終了する。
　Ｓ１１において設定時間ｔ2が経過したと判断された場合には、Ｓ１２において、タイムカウンタのカウント値ｔにおける基準圧力Ｐ0から実圧力Ｐを減じた値が、閾圧差ΔＰ3を超えているか否かが判断され、超えている場合には、Ｓ１３において、上述のアーク異常と認定され、Ｓ７において、アーク異常である旨の警告が発せられるとともに、異常フラグFAが“１”とされる。
　Ｓ１２において上記基準圧力Ｐ0から実圧力Ｐを減じた値が閾圧差ΔＰ3以下である場合には、続くＳ１４において、当該プラズマ処理機によるワークへのプラズマ処理の開始が許容される。この許容がなされることで、当該プログラムの繰り返しの実行が終了させられる。なお、当該プログラムに従う処理は、当該プラズマ処理機の稼働時に実行されるようにされていたが、１のワークに対するプラズマ処理が終了し、次のワークに対するプラズマ処理を行おうとする毎に実行されてもよい。
　１４：プラズマヘッド　　１６：電源・ガス供給ユニット　　１８：コントローラ〔制御装置〕　　２４：電極　　３０：ノズル　　５０：ガス供給部〔ガス供給装置〕　　６０：ガスチューブ　　６２：圧力センサ〔圧力検出器〕　　Ｐ：実圧力　　Ｐ0：基準圧力

Claims (7)

  1. 　プラズマ化されたガスによる処理を行うプラズマ処理機であって、
    　電圧が印加された電極間においてガスをプラズマ化し、そのプラズマ化されたガスをノズルから放出するプラズマヘッドと、
    　プラズマ化するガスを含むガスをプラズマヘッドに供給するガス供給装置と、
    　ガス供給装置から供給されるガスの圧力を検出する圧力検出器と、
    　当該プラズマ処理機の制御を司る制御装置と
    　を備え、
    　前記制御装置が、
    　前記電極に電圧を印加した後に前記圧力検出器によって検出されたガスの圧力である電圧印加後ガス圧に基づいて、処理の開始を許容するように構成されたプラズマ処理機。
  2. 　前記制御装置が、前記電圧印加後ガス圧に基づいて、前記電極間の放電の状態が適切であることを認知し、その認知に基づいて、処理の開始を許容するように構成された請求項１に記載のプラズマ処理機。
  3. 　前記制御装置が、前記電圧印加後ガス圧が設定圧に到達したことを条件として処理の開始を許容するように構成された請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理機。
  4. 　前記制御装置が、前記電極への電圧の印加の開始から設定時間経過後における前記電圧印加後ガス圧に基づいて、処理の開始を許容するように構成された請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のプラズマ処理機。
  5. 　前記制御装置が、
    　さらに、前記電極に電圧を印加する前に前記圧力検出器によって検出されたガスの圧力である電圧印加前ガス圧に基づいて、前記電極への電圧の印可を開始するように構成された請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のプラズマ処理機。
  6. 　前記制御装置が、
    　前記電圧印加後ガス圧と前記電圧印加前ガス圧との差が、設定差に到達したことを条件として処理の開始を許容するように構成された請求項５に記載のプラズマ処理機。
  7. 　前記制御装置が、
    　前記電圧印加前ガス圧に基づいて、前記ガス供給装置から供給されるガスの前記プラズマヘッドまでの経路と、前記ノズルを含む前記プラズマヘッド内のガスの経路との少なくとも一方の異常を検知するように構成された請求項５または請求項６に記載のプラズマ処理機。
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