(57)【要約】 【課題】対象物に対する最適なプラズマの照射状態を得ることができるプラズマ制御方法およびこの制御方法を用いてコストパフォーマンスに優れ、所望の照射条件で対象物に対して高精度で再現性よくプラズマ照射することができるプラズマ制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】プラズマを対象物に対して照射する場合に、前記プラズマの状態を制御するプラズマ制御方法において、前記対象物の状態を検出して前記対象物の状態の情報を取得し、前記対象物の状態の情報をフィードバックするとともに、前記対象物の状態の情報に基づいて前記プラズマの状態を制御するプラズマ制御方法およびこれを用いたプラズマ制御装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを対象物に対して照射する場合に、前記プラズマの状態を制御するプラズマ制御方法において、
前記対象物の状態を検出して前記対象物の状態の情報を取得し、
前記対象物の状態の情報をフィードバックするとともに、前記対象物の状態の情報に基づいて前記プラズマの状態を制御することを特徴とするプラズマ制御方法。
【請求項２】
前記対象物の状態の情報は、前記対象物に対して、前記プラズマを照射する前の前記対象物の状態、前記プラズマを照射している間の前記対象物の状態および前記プラズマを照射した後の前記対象物の状態のうち少なくとも１つを選択して検出された情報であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項３】
前記対象物の状態の情報に基づいて、前記プラズマの状態が適正であるかを判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ制御方法。
【請求項４】
前記対象物の状態の情報が、前記プラズマを照射している間の前記対象物の状態および／または前記プラズマを照射した後の前記対象物の状態を検出した情報とされる場合には、
前記プラズマの状態が適正であるかの判断が、前記対象物に対して前記プラズマの照射が適正に行われているかを判断することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ制御方法。
【請求項５】
前記プラズマの状態が適正であると判断した場合には、
前記対象物に対する前記プラズマの照射を継続し、
前記プラズマの状態が適正でないと判断した場合には、
前記対象物の状態の情報をフィードバックし、前記対象物の状態の情報に基づいて前記プラズマを生成するプラズマ源のパラメータを調整して前記プラズマの状態を制御することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のプラズマ制御方法。
【請求項６】
前記プラズマ源のパラメータが、プラズマ生成用ガスの組成、流量および温度、前記対象物へ照射される前記プラズマと当該対象物との相対位置関係、プラズマ生成用に付与する電力量および付与方法の種類および累計プラズマ照射時間のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ制御方法。
【請求項７】
前記プラズマ生成用ガスは、２つ以上の成分からなる混合ガスとされ、
前記混合ガスにおける前記成分の混合比を変更して、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの組成を調整し、前記プラズマの状態を制御することを特徴とする請求項６に記載のプラズマ制御方法。
【請求項８】
前記プラズマ源に流入する前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの流量を調整して、前記プラズマの状態を制御することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマ制御方法。
【請求項９】
前記プラズマ生成用ガスを加熱および／または冷却して、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの温度を調整し、前記プラズマの状態を制御することを特徴とする請求項６または請求項８に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１０】
前記プラズマ源を前記対象物に対して３次元方向に移動させて、前記プラズマ源のパラメータとしての前記対象物へ照射される前記プラズマと当該対象物との相対位置関係を調整し、前記プラズマの状態を制御することを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１１】
前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ源に付与する電力量を調整して前記プラズマの状態を制御することを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１２】
供給されるプラズマ生成用ガスに電界を印加することによりプラズマを生成し、前記プラズマを対象物に照射するプラズマ源と、
前記対象物の状態を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記対象物の状態の情報を取得し、前記対象物の状態の情報をフィードバックするとともに、前記対象物の状態の情報に基づいて前記プラズマの状態を制御する制御手段とを備えることを特徴とするプラズマ制御装置。
【請求項１３】
前記検出手段は、前記対象物に対して、前記プラズマを照射する前の前記対象物の状態、前記プラズマを照射している間の前記対象物の状態および前記プラズマを照射した後の前記対象物の状態のうち少なくとも１つを選択して検出するように設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ制御装置。
【請求項１４】
前記制御手段には、前記対象物の状態の情報に基づいて、前記プラズマの状態が適正であるかを判断する判断手段が備えられていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のプラズマ制御装置。
【請求項１５】
前記検出手段によって前記プラズマを照射する前の前記対象物の状態および／または前記プラズマを照射した後の前記対象物の状態を検出した場合には、
前記対象物に対して前記プラズマの照射が適正に行われているかを判断するように前記判断手段が設定されていることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ制御装置。
【請求項１６】
前記制御手段には、前記判断手段において前記プラズマの状態が適正ではないと判断した場合に、前記対象物の状態の情報に基づいて前記プラズマ源のパラメータを調整する調整手段が備えられていることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のプラズマ制御装置。
【請求項１７】
前記調整手段が、前記プラズマ源のパラメータとしてのプラズマ生成用ガスの組成、流量および温度、前記対象物へ照射される前記プラズマと当該対象物との相対位置関係、プラズマ生成用に付与する電力量および付与方法の種類および累計プラズマ照射時間のうち少なくとも１つを調整するように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ制御装置。
【請求項１８】
前記プラズマ生成用ガスは、２つ以上の成分からなる混合ガスとされ、
前記調整手段には、前記混合ガスにおける前記成分の混合比を変更して前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの組成を調整する組成調整手段が備えられていることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載のプラズマ制御装置。
【請求項１９】
前記調整手段には、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ源に対する前記プラズマ生成用ガスの流量を調整する流量調整手段が備えられていることを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載のプラズマ制御装置。
【請求項２０】
前記調整手段には、前記プラズマ生成用ガスを加熱および／または冷却して、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの温度を調整する温度調整手段が備えられていることを特徴とする請求項１６乃至請求項１９のいずれか１項に記載のプラズマ制御装置。
【請求項２１】
前記調整手段には、前記プラズマ源のパラメータとしての前記対象物へ照射される前記プラズマと当該対象物との相対位置関係を調整する相対位置調整手段が備えられていることを特徴とする請求項１６乃至請求項２０のいずれか１項に記載のプラズマ制御装置。
【請求項２２】
前記調整手段には、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ源に付与する電力量を調整して、前記電界の強度を制御する電力調整手段が備えれていることを特徴とする請求項１６乃至請求項２１のいずれか１項に記載のプラズマ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマの照射を行う場合に、プラズマの状態を制御するプラズマ制御方法およびプラズマ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から対象物にプラズマの照射を行う際に、プラズマの状態を所望の状態に制御したいという要求がある。
【０００３】
特許文献１に示すように、本発明者らは、プラズマ源から噴出されるプラズマの温度を計測し、プラズマの温度を所望の温度とするべくプラズマの状態を調整するプラズマ制御装置を提案してきた。特許文献１に記載の発明においては、プラズマ源のプラズマが噴出する噴出口に熱電対を配置し、プラズマの温度を測定し、当該プラズマの温度を制御部にフィードバックしてプラズマ生成用ガスの温度を加熱または冷却することにより、生成されるプラズマの温度を所望の温度に制御している。
【０００４】
しかしながら、プラズマの温度を測定するには困難性があり、正確なプラズマの温度の測定には課題が多い。
【０００５】
そこで、本発明者等は、長年培ってきたプラズマを扱う知識から、プラズマが照射されている対象物の状態を観測することにより、プラズマの状態を把握することができるという点に着目した。
【０００６】
従来から、何らかの加工または処理などが施される対象物の状態を観測することは知られており、特許文献２には、プラズマ処理を施す対象物の温度を測定し、対象物の温度に応じて対象物を載置している試料台の温度を制御することが記載されている。
【０００７】
その制御方法としては、対象物の温度を測定して、対象物が過剰に加熱されている場合に、対象物が載置された試料台を冷却するなどして、対象物の温度を調整するようにされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−０６１９３８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１９５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
まず、プラズマの温度を測定するには困難性があり、正確なプラズマの温度を得るには課題がある。
【００１０】
次に、特許文献２に記載の制御方法においては、対象物が必要以上に加熱されるほど過剰なエネルギーを有するプラズマを照射し続けているとともに、対象物が必要以上に加熱された場合に、一方のプラズマの状態を変化させないで試料台を冷却するなどして、他方の対象物の温度をコントロールしているため、プラズマ生成にかかる余分なエネルギーおよび冷却に要するエネルギーを無駄に消費した処理となり、コストパフォーマンスの面で課題がある。さらに、所望の照射条件で、対象物に対して高精度で再現性よくプラズマ処理することが困難である。
【００１１】
これらの課題を解決するべく、本発明においては、対象物に対する最適なプラズマの照射状態を得ることができるプラズマ制御方法およびこのプラズマ制御方法を実施するコストパフォーマンスに優れ、所望の照射条件で対象物に対して高精度で再現性よくプラズマ処理することができるプラズマ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１のプラズマ制御方法は、プラズマを対象物に対して照射する場合に、前記プラズマの状態を制御するプラズマ制御方法において、前記対象物の状態を検出して前記対象物の状態の情報を取得し、前記対象物の状態の情報をフィードバックするとともに、前記対象物の状態の情報に基づいて前記プラズマの状態を制御することを特徴とする。
【００１３】
このような、第１のプラズマ制御方法においては、対象物の状態の情報を取得してプラズマの状態を制御するので、対象物に応じた最適なプラズマの照射状態を容易に得ることができる。
【００１４】
本発明の第２のプラズマ制御方法は、前記対象物の状態の情報が、前記対象物に対して、前記プラズマを照射する前の前記対象物の状態、前記プラズマを照射している間の前記対象物の状態および前記プラズマを照射した後の前記対象物の状態のうち少なくとも１つを選択して検出された情報であることを特徴とする。
【００１５】
このような、第２のプラズマ制御方法においては、プラズマを照射する前、プラズマを照射している間およびプラズマを照射した後の対象物の状態を検出するようにされているので、プラズマの状態を対象物の状態の変化に応じて適切に制御することができる。
【００１６】
本発明の第３のプラズマ制御方法は、前記対象物の状態の情報に基づいて、前記プラズマの状態が適正であるかを判断することを特徴とする。また、本発明の第４のプラズマ制御方法は、前記対象物の状態の情報が、前記プラズマを照射している間の前記対象物の状態および／または前記プラズマを照射した後の前記対象物の状態を検出した情報とされる場合には、前記プラズマの状態が適正であるかの判断が、前記対象物に対して前記プラズマの照射が適正に行われているかを判断することを特徴とする。
【００１７】
このような、本発明の第３および第４のプラズマ制御方法においては、プラズマの状態が適正であるかを判断するので、必要に応じてプラズマの状態を適切に制御することができる。
【００１８】
本発明の第５のプラズマ制御方法は、前記プラズマの状態が適正であると判断した場合には、前記対象物に対する前記プラズマの照射を継続し、前記プラズマの状態が適正でないと判断した場合には、前記対象物の状態の情報をフィードバックし、前記対象物の状態の情報に基づいて前記プラズマを生成するプラズマ源のパラメータを調整して前記プラズマの状態を制御することを特徴とする。また、本発明の第６のプラズマ制御方法は、前記プラズマ源のパラメータが、プラズマ生成用ガスの組成、流量および温度、前記対象物へ照射される前記プラズマと当該対象物との相対位置関係、プラズマ生成用に付与する電力量および付与方法の種類および累計プラズマ照射時間のうち少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１９】
このような、本発明の第５のプラズマ制御方法および本発明の第６のプラズマ制御方法においては、対象物の状態に応じてプラズマ源のパラメータを調整してプラズマの状態を制御するので、無駄なエネルギー消費を抑制して、コストパフォーマンスに優れたプラズマ照射を行うことを可能とする。
【００２０】
本発明の第７のプラズマ制御方法は、前記プラズマ生成用ガスは、２つ以上の成分からなる混合ガスとされ、前記混合ガスにおける前記成分の混合比を変更して、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの組成を調整し、前記プラズマの状態を制御することを特徴とする。
【００２１】
本発明の第８のプラズマ制御方法は、前記プラズマ源に流入する前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの流量を調整して、前記プラズマの状態を制御することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第９のプラズマ制御方法は、前記プラズマ生成用ガスを加熱および／または冷却して、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの温度を調整し、前記プラズマの状態を制御することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第１０のプラズマ制御方法は、前記プラズマ源を前記対象物に対して３次元方向に移動させて、前記プラズマ源のパラメータとしての前記対象物へ照射される前記プラズマと当該対象物との相対位置関係を調整し、前記プラズマの状態を制御することを特徴とする。
【００２４】
本発明の第１１のプラズマ制御方法は、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ源にプラズマ生成用に付与する電力量を調整して前記プラズマの状態を制御することを特徴とする。
【００２５】
本発明の第７乃至第１１のプラズマ制御方法においては、プラズマ源のパラメータを適切に調整して容易に対象物に対して最適なプラズマの状態を得ることができる。
【００２６】
本発明の第１のプラズマ制御装置は、供給されるプラズマ生成用ガスに電界を印加することによりプラズマを生成し、前記プラズマを対象物に照射するプラズマ源と、前記対象物の状態を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記対象物の状態の情報を取得し、前記対象物の状態の情報をフィードバックするとともに、前記対象物の状態の情報に基づいて前記プラズマの状態を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
このような、本発明の第１のプラズマ制御装置においては、容易に、対象物に応じた適正なプラズマの状態を得ることができる。
【００２８】
本発明の第２のプラズマ制御装置は、前記検出手段が、前記対象物に対して、前記プラズマを照射する前の前記対象物の状態、前記プラズマを照射している間の前記対象物の状態および前記プラズマを照射した後の前記対象物の状態のうち少なくとも１つを選択して検出するように設けられていることを特徴とする。
【００２９】
このような、本発明の第２のプラズマ制御装置においては、プラズマが照射される前、プラズマが照射されている間およびプラズマが照射された後の対象物の状態に応じた適正なプラズマの状態を容易に得ることができる。
【００３０】
本発明の第３のプラズマ制御装置は、前記制御手段には、前記対象物の状態の情報に基づいて、前記プラズマの状態が適正であるかを判断する判断手段が備えられていることを特徴とする。また、本発明の第４のプラズマ制御装置は、前記検出手段によって前記プラズマを照射する前の前記対象物の状態および／または前記プラズマを照射した後の前記対象物の状態を検出した場合には、前記対象物に対して前記プラズマの照射が適正に行われているかを判断するように前記判断手段が設定されていることを特徴とする。
【００３１】
このような、本発明の第３および第４のプラズマ制御装置においては、必要に応じて、プラズマの状態を適正に制御することができる。
【００３２】
本発明の第５のプラズマ制御装置は、前記制御手段には、前記判断手段において前記プラズマの状態が適正ではないと判断した場合に、前記対象物の状態の情報に基づいて前記プラズマ源のパラメータを調整する調整手段が備えられていることを特徴とする。
【００３３】
このような、本発明の第５のプラズマ制御装置においては、プラズマの状態の変更が必要な時にのみ、調整手段によってプラズマ源のパラメータを調整するので、無駄なエネルギー消費を抑制してコストパフォーマンスに優れたプラズマ照射が可能な装置とすることができる。
【００３４】
本発明の第６のプラズマ制御装置は、前記調整手段が、前記プラズマ源のパラメータとしてのプラズマ生成用ガスの組成、流量および温度、前記対象物へ照射される前記プラズマと当該対象物との相対位置関係、プラズマ生成用に付与する電力量および付与方法の種類および累計プラズマ照射時間のうち少なくとも１つを調整するように構成されていることを特徴とする。
【００３５】
このような、本発明の第６のプラズマ制御装置においては、プラズマ源のパラメータを調整して、容易にプラズマの状態を適正な状態とすることができる。
【００３６】
本発明の第７のプラズマ制御装置は、前記プラズマ生成用ガスが、２つ以上の成分からなる混合ガスとされ、前記調整手段には、前記混合ガスにおける前記成分の混合比を変更して前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの組成を調整する組成調整手段が備えられていることを特徴とする。
【００３７】
このような、本発明の第７のプラズマ制御装置においては、例えば、プラズマ生成用ガス中の反応性の高い成分からなるガスの混合比を適宜変更してプラズマ中における反応性の高い成分からなるプラズマの割合を調整し、プラズマの温度や密度を制御することができる。
【００３８】
本発明の第８のプラズマ制御装置は、前記調整手段に、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ源に対する前記プラズマ生成用ガスの流量を調整する流量調整手段が備えられていることを特徴とする。
【００３９】
このような、本発明の第８のプラズマ制御装置においては、例えば、より高密度のプラズマを生成したい場合には、プラズマ源に供給されるプラズマ生成用ガスの流量を遅くして、プラズマの密度を高くすることができる。
【００４０】
本発明の第９のプラズマ制御装置は、前記調整手段に、前記プラズマ生成用ガスを加熱および／または冷却して、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ生成用ガスの温度を調整する温度調整手段が備えられていることを特徴とする。
【００４１】
このような、本発明の第９のプラズマ制御装置においては、例えば、対象物の温度が高い場合には、プラズマ生成用ガスを冷却してプラズマの温度を適正に制御することができる。
【００４２】
本発明の第１０のプラズマ制御装置は、前記調整手段に、前記プラズマ源のパラメータとしての前記対象物へ照射される前記プラズマと当該対象物との相対位置関係を調整する相対位置調整手段が備えられていることを特徴とする。
【００４３】
このような、本発明の第１０のプラズマ制御装置においては、例えば、対象物に対するプラズマの照射距離が適切ではない場合や対象物に照射されるプラズマのエネルギーが大きすぎる場合には、プラズマ源を対象物の表面に対して３次元方向に移動させて対象物へ照射されるプラズマと対象対象物との相対位置関係を適切にすることができる。
【００４４】
本発明の第１１のプラズマ制御装置は、前記調整手段に、前記プラズマ源のパラメータとしての前記プラズマ源に付与する電力量を調整して、前記電界の強度を制御する電力調整手段が備えれていることを特徴とする。
【００４５】
このような、本発明の第１１のプラズマ制御装置においては、例えば、より高濃度のプラズマを生成したい場合には、プラズマ源に付与する電力量を大きくして、プラズマ生成用ガスに印加される電界の密度を高くし、プラズマの濃度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明のプラズマ制御方法によれば、取得した対象物の状態の情報に基づいてプラズマの状態を制御することにより、対象物の変化や状態に応じてプラズマの状態を適宜調整することができるので、最適なプラズマの照射状態を容易に得ることを可能とする。
【００４７】
また、本発明のプラズマ制御方法を用いたプラズマ制御装置とすることにより、プラズマの状態を常に適正な状態に保持することができるので、無駄なエネルギー消費を抑制して、コストパフォーマンスに優れ、所望の照射条件で対象物に対して高精度で再現性よくプラズマ照射することができるプラズマ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のプラズマ制御方法の手順を示すフローチャート
【図２】本発明のプラズマ制御装置の概要を示すブロック図
【図３】本発明のプラズマ制御装置の実施例を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明のプラズマ制御方法は、プラズマ源からプラズマを対象物に対して照射する場合において、対象物の状態を検出して対象物の状態の情報を取得し、取得した対象物の状態の情報をフィードバックするとともに、当該対象物の状態の情報に基づいて、プラズマの状態を制御するようにされている。
【００５０】
対象物の状態の情報は、対象物の性状を検出した情報であればよく、具体的には、温度、周波数特性、屈折率、ひずみ、対象物へ照射されるプラズマと対象物との相対位置関係などである。
【００５１】
また、対象物の状態の情報は、対象物に対して、プラズマを照射する前の対象物の状態、プラズマを照射している間の対象物の状態およびプラズマを照射した後の対象物の状態のうち少なくとも１つを選択して検出した情報とされる。
【００５２】
このような、対象物の状態の情報の検出のタイミングを設けることにより、例えば、プラズマを照射する前の対象物の状態を検出することで、対象物が低温状態や高温状態とされている場合に、プラズマの状態、すなわち、プラズマの温度を高くする、または低くして、プラズマの照射を行う前に予め対象物に対するプラズマの照射が適正に行われるように制御することができる。また、プラズマを照射している間の対象物の状態を検出することで、対象物の変化に合わせてリアルタイムでプラズマの状態を制御することができる。さらに、プラズマを照射した後の対象物の状態を検出することで、例えば、連続して搬送されてくる対象物に対してプラズマの照射を行う場合においは、対象物はほぼ同一の形状および性質のものとされているので、照射後の対象物の状態を検出することでこれから照射される対象物の仕上がりを予想することができ、仕上がり具合を毎回調べる必要が無く大量の対象物に対して高速かつ均一にプラズマの照射を施すことができる。
【００５３】
また、本発明のプラズマ制御方法は、図１に示すように進めるとよい。具体的には、最初のステップ（ａ）において、プラズマを生成するプラズマ源のパラメータを一定の値に設定し、続いてステップ（ｂ）において、対象物の状態を検出し、次のステップ（ｃ）において検出した対象物の状態の情報を取得し、次のステップ（ｄ）において取得した対象物の状態の情報に基づいて当該プラズマの状態が適正であるかを判断し、判断が否定的結果の場合には、ステップ（ａ）に戻り、判断が肯定的結果の場合には、ステップ（ｅ）に進むようにされている。
【００５４】
このような、本発明のプラズマ制御方法において、対象物の状態の情報が、プラズマを照射する前の対象物の状態を検出した情報とされる場合には、プラズマ源のパラメータが一定の値に設定されている状態のプラズマ源におけるプラズマの状態を予め記憶させておき、対象物の状態の情報を基に、対象物に対して適正にプラズマが照射されるかを判断するように設定されている。また、対象物の状態の情報が、プラズマを照射している間の対象物の状態またはプラズマを照射した後の対象物の状態を検出した情報とされる場合には、対象物に対してプラズマの照射が適正に行われているかを判断するように設定されている。
【００５５】
当該プラズマの状態の判断において、適正であると判断された場合には、ステップ（ｅ）に進んで対象物に対するプラズマの照射を行い、適正ではないと判断された場合には、ステップ（ａ）に戻り、フィードバックされた対象物の状態の情報に基づいて、プラズマ源のパラメータを調整し、再度、プラズマ源の設定を行い、当該プラズマの状態を制御するようにされている。
【００５６】
ここで、プラズマ源のパラメータは、プラズマを生成するためのプラズマ生成用ガスの組成、流量および温度、対象物への対象物へ照射されるプラズマと対象物との相対位置関係、プラズマ源にプラズマ生成用に付与する電力量および付与方法の種類および累計プラズマ照射時間などから少なくとも１つ選択して調整するようにされている。
【００５７】
本発明のプラズマ制御方法におけるプラズマ源のパラメータの調整方法およびこの調整方法によるプラズマの状態の制御の実施形態を以下に詳しく説明する。
【００５８】
プラズマ源のパラメータがプラズマ生成用ガスの組成とされる場合には、２つ以上の成分のガスを混合した混合ガスからなるプラズマ生成用ガスの当該成分のガスの混合比を変更して、プラズマ生成用ガスの組成を調整し、プラズマの状態、例えば、プラズマの温度や密度などを制御するようにされている。
【００５９】
プラズマ源のパラメータがプラズマ生成用ガスの流量とされる場合には、プラズマ源に流入するプラズマ生成用ガスの流量を調整して、プラズマの状態、例えば、プラズマの温度や密度などを制御するようにされている。
【００６０】
プラズマ源のパラメータがプラズマ生成用ガスの温度とされる場合には、プラズマ生成用ガスを加熱および／または冷却して、プラズマ生成用ガスの温度を調整し、プラズマの状態であるプラズマの温度を制御するようにされている。
【００６１】
プラズマ源のパラメータが対象物へ照射されるプラズマと対象物との相対位置関係とされる場合には、プラズマ源を対象物に対して３次元方向に移動させて、当該プラズマと対象物との相対位置を調整し、プラズマの状態、例えば、対象物に接触する部分のプラズマの温度および密度などを制御するようにされている。
【００６２】
プラズマ源のパラメータがプラズマ源にプラズマ生成用に付与する電力量とされる場合には、プラズマ源に付与する電力量や周波数、パルスなどを調整し、プラズマ生成用ガスに印加される電界の強度を制御して、プラズマの状態、例えば、密度や温度などを制御するようにされている。
【００６３】
このような、本発明のプラズマ制御方法を用いた本発明のプラズマ制御装置を以下に説明する。
【００６４】
本発明のプラズマ制御装置１は、図２に示すように、供給されるプラズマ生成用ガスに電界を印加することによりプラズマを生成し、当該プラズマを対象物Ｗに照射するプラズマ源２と、プラズマ源２に電力を付与する電源３と、対象物Ｗの状態を検出する検出手段４と、検出手段４によって検出された対象物Ｗの状態の情報を取得し、対象物の状態の情報をフィードバックするとともに、対象物Ｗの状態の情報に基づいてプラズマの状態を制御する制御手段５とを備えている。
【００６５】
検出手段４は、対象物Ｗに対して、プラズマを照射する前の対象物Ｗの状態、プラズマを照射している間の対象物Ｗの状態およびプラズマを照射した後の対象物Ｗの状態のうち少なくとも１つを選択して検出するように設けられている。
【００６６】
また、制御手段５には、取得された対象物Ｗの状態の情報に基づいて、プラズマの状態が適正であるかを判断する判断手段６が備えられている。特に、検出手段４によってプラズマを照射する前の対象物Ｗの状態を検出した場合には、判断手段６によるプラズマ状態が適正であるかの判断は、プラズマ源のパラメータを一定の値に設定した状態において予め記憶されたプラズマの状態が照射される対象物Ｗに対して適正であるかを判断するようにされている。また、検出手段４によってプラズマを照射している間の対象物Ｗの状態および／またはプラズマを照射した後の対象物Ｗの状態を検出した場合には、判断手段６によるプラズマ状態が適正であるかの判断は、対象物Ｗに対して、プラズマの照射が適正に行われているかを判断するようにされている。
【００６７】
さらに、制御手段５には、判断手段６においてプラズマの状態が適正ではないと判断した場合に、対象物Ｗの状態の情報に基づいてプラズマ源のパラメータを調整する調整手段７が備えられている。このような、調整手段７によって調整される具体的なプラズマ源２のパラメータとしては、プラズマ生成用ガスの組成、流量および温度、対象物Ｗへ照射されるプラズマと対象物Ｗとの相対位置関係、プラズマ源２にプラズマ生成用に付与される電力量および付与方法の種類および累計プラズマ照射時間などが挙げられ、これらのうち少なくとも１つを調整することにより、プラズマの状態を制御するようにされている。
【００６８】
＜実施例＞
本発明のプラズマ制御装置１の具体的な実施例について図３を用いて詳しく説明する。
【００６９】
図３は、本発明のプラズマ制御装置１の概略図であり、一対の電極対２ａ，２ａを有するプラズマ源２と、プラズマ源２に電力を付与する電源３と、検出手段４としての放射温度計８と、制御手段５としてのコントローラ９とを備えている。また、対象物Ｗは、例えば、ベルトコンベアなどの搬送手段Ｃによってプラズマの照射位置へ連続して搬送されてくるようにされている。図３においては、平面視における右側から左側へ搬送されるものとして説明を行う。
【００７０】
プラズマ源２の電極対２ａ，２ａは、電源３から電力を付与されることにより、電極対２ａ，２ａ間に電界を形成してプラズマを発生させるものであり、例えば、銅、アルミニウム、ステンレスおよび真鍮などを用いることができる。本実施例においては、一対のアルミニウムからなる平板状の電極対２ａ，２ａとし、大気圧下で電極対２ａ、２ａ間に放電を発生させてプラズマを生成するプラズマ源２として説明する。
【００７１】
また、放射温度計８は、対象物Ｗから放射される赤外線や可視光の強度を検出することにより、対象物Ｗの表面温度を測定することができる温度計であり、プラズマは赤外線や可視光に対してほぼ透明であるため、プラズマを照射している最中においても、対象物Ｗの表面から放射される赤外線や可視光の強度をプラズマを通して高精度で検出することができる。
【００７２】
本実施例のプラズマ制御装置１におけるコントローラ９は、放射温度計８によって検出された対象物Ｗの表面の温度情報を取得して、プラズマの状態が適正となるように制御するべく、当該温度情報に基づいて、プラズマの状態が適正であるかを判断する判断部１０と、判断部１０によってプラズマの状態が適正ではないと判断された場合に、プラズマ源２のパラメータを調整する調整部１１とを備えている。
【００７３】
プラズマ源２のパラメータとしては、例えば、プラズマ生成用ガスの組成、流量および温度、対象物へ照射されるプラズマと対象物との相対位置関係、プラズマ生成用に付与される電力量および付与方法の種類および累計プラズマ照射時間などが挙げられる。
【００７４】
ここで、調整部１１の構成について説明する。
【００７５】
酸素やヘリウムなどのプラズマを生成可能な成分のガスが保存されたガス保存部Ａから導出された各ガスは、組成調整手段としてのガス混合器１２に導入されることによって、予め設定された混合比で混合され、プラズマを生成するためのプラズマ生成用ガスが生成される。この混合比は、判断部１０における判断に基づいて、適正なプラズマの状態となるように適宜調整されるようにされている。
【００７６】
ガス混合器１２において生成されたプラズマ生成用ガスは、ガス配管Ｃ１を介して流量調整手段としてのガス流量調整器１３に導入され、判断部１０の判断に応じて、プラズマ源２に供給されるプラズマ生成用ガスの流量を調整するようにされており、プラズマの状態、例えば、プラズマの密度や温度を制御することができる。
【００７７】
ガス流量調整器１３から導出されたプラズマ生成用ガスは、ガス配管Ｃ２を介して温度調整手段としての加熱部１５および冷却部１６を有する温度調節部１４に導入するようにされており、判断部１０の判断に基づいて、プラズマ生成用ガスを加熱および／または冷却して、プラズマ生成用ガスの温度を適切に調整するようにされている。
【００７８】
ガス配管Ｃ２には、判断部１０の判断によって開栓される方向がガス配管Ｃ２ａとガス配管Ｃ２ｂのいずれかに決定される仕切弁Ｖ１が設けられている。
【００７９】
加熱部１５は、ガス配管Ｃ２ａの回りに設けられた電熱線またはヒーターなどの加熱器１５ａを有しており、仕切弁Ｖ１において、ガス配管Ｃ２ａ方向へ開栓されてガス配管Ｃ２ａの管内をプラズマ生成用ガスが流れることにより、プラズマ生成用ガスの温度を昇温させることができる。また、冷却部１６は、液体窒素が貯められた冷却容器１６ａ内をガス配管Ｃ２ｂが通る構成とされ、仕切弁Ｖ１において、ガス配管Ｃ２ｂ方向へ開栓されて、外周に液体窒素が接触しているガス配管Ｃ２ｂの管内をプラズマ生成用ガスが流れることにより、プラズマ生成用ガスを冷却することができる。
【００８０】
ガス配管Ｃ２ａおよびガス配管Ｃ２ｂは、仕切弁Ｖ２によってガス配管Ｃ３に対して開栓されるようにされている。加熱または冷却されたプラズマ生成用ガスは、ガス配管Ｃ３を介してプラズマ源２に供給される。なお、本実施例においては、温度調節部１４から導出されたプラズマ生成用ガスは、直接プラズマ源２に供給されるように構成されているが、温度調節部１４に温度計を設け、適宜、プラズマ生成用ガスの温度を測定するとともに、プラズマ生成用ガスの温度が適当でない場合には、再度、温度調節部１４へフィードバックして加熱部１５または冷却部１６において加熱および／または冷却を繰り返して所望の温度に調整した後、プラズマ源２に供給される構成としてもよい。
【００８１】
なお、本実施例においては、温度調整部１４の加熱部１５と冷却部１６とを並列に配置し、加熱と冷却とを別々の経路上で行うものを用いて説明を行ったが、加熱部１５と冷却部１６とを直列に配置して、加熱と冷却とを同一の経路上で行ってもよく、温度調節部１４はプラズマ生成用ガスを加熱および／または冷却することができるものであれば特に限定するものではなく、周知の温度調節を行う装置または手段を適宜選択して用いることが可能である。
【００８２】
さらに、プラズマ源２には、対象物Ｗへ照射されるプラズマと対象物との相対位置距離関係を調整するための相対位置調整部１７が配設されており、例えば、対象物Ｗに対するプラズマ源２を接近または離間させることができる。相対位置調整部１７は、モーターおよびマニュピュレータなどからなり、判断部１０の判断に応じて、プラズマ源２を３次元方向に移動させて対象物Ｗへのプラズマの照射距離を自在に変更することができる。また、対処物Ｗを搬送する搬送手段Ｃの搬送速度の調整やバックフィードなどを合わせることにより、対象物Ｗに対するプラズマの照射位置の制御を行うなどの応用も可能である。
【００８３】
また、電源３には、判断部１０の判断に応じて、プラズマ源２にプラズマ生成用に付与する電力の電力量を増減させたり、電力の付与方法の種類を直流〜高周波電圧としたり、交流の振幅変調や波形のパルス化、また振幅変調およびパルスの周波数やデューティー比を変更するなどの調整を行う電力調整器１８が配設されている。
【００８４】
このような、本実施例のプラズマ制御装置１におけるプラズマ制御方法について説明する。
【００８５】
まず、ガス保存部Ａからガス混合器１２に各ガスを供給することにより、所定の混合比で混合されたプラズマ生成用ガスが生成される。生成されたプラズマ生成用ガスは、ガス流量調整器１３および温度調節部１４を通過して、所定の流量および所定の温度でプラズマ源２に供給される。
【００８６】
プラズマ源２においては、電力調整器１８から初期値に設定された電力量で電極対２ａ，２ａに電力が付与され、電界が形成されている。このとき、電極対２ａ，２ａ間にプラズマ生成用ガスが供給されることにより、放電が発生してプラズマが生成される。
【００８７】
生成されたプラズマを搬送手段Ｃによって照射位置に搬送されてきた対象物Ｗに照射し、プラズマを照射している間の対象物Ｗの表面温度を放射温度計８により測定し、対象物Ｗの温度情報を検出する。検出した対象物Ｗの温度情報は、コントローラ９に送られ、判断部１０において、予め入力されていた対象物Ｗの物性やコントローラ９に設定された後述する所望の処理条件などと比較することによって、適切な照射状態であるかを検討し、プラズマの状態が適正とされているかを判断する。このとき、プラズマの状態が適正であると判断された場合には、現在のプラズマの状態を保持するように制御される。反対に、プラズマの状態が適正ではないと判断された場合には、判断部１０において、適正なプラズマの状態の範囲からどの程度ズレているかを算出し、算出値に基づいて調整部１１で調整し、プラズマの状態を適正に制御する。
【００８８】
所望の処理条件の具体例としては、対象物Ｗの温度が低いと判断された場合には、加熱部１４により、プラズマ生成用ガスを加熱してプラズマ生成用ガスの温度を調整し、プラズマの温度が高くなるように制御する。またその他に、ガス混合器１２において、プラズマの温度が昇温する特性を有する成分のガスの混合比を増加させるように調整したり、ガス流量調整器１３により、プラズマ源２に供給するプラズマ生成用ガスの流量を少なくして、プラズマの密度を高くするように制御したり、電力調整器１８により、プラズマ源２に付与する電力量を増加させて、プラズマの温度や密度が向上するように制御することもできる。逆に、対象物Ｗの温度が高いと判断された場合には、温度調節部１４における冷却部１６でプラズマ生成用ガスを冷却してプラズマの温度を低下させたり、相対位置調整部１７により、対象物Ｗからプラズマ源２を離間させて照射部分が必要以上に加熱されないようにする等の制御を行うようにする。
【００８９】
また、予めコントローラ９に所望のプラズマの照射条件を入力し、入力された照射条件を満たすようにプラズマの状態の制御を行うようにする。
【００９０】
例えば、零下から常温や常温から高温など決められた温度条件でプラズマの照射を行う場合、予めコントローラ９に所望の温度条件を設定しておき、対象物Ｗの温度を測定する。得られた温度情報と設定した温度条件とを比較して、適正にプラズマ照射が行われているかを判断し、適正に照射が行われていない場合には、所望の温度条件となるように温度調節部１４において、プラズマ生成用ガスを適宜加熱または冷却してプラズマ源２において生成されるプラズマの温度が零下から常温または常温から高温などの所望の温度となるようにプラズマの状態としてのプラズマの温度の制御を行う。
【００９１】
このような、本実施例のプラズマ制御装置１とすることにより、対象物Ｗに対して、常に適正なプラズマの照射を行うことを可能とする。
【００９２】
また具体的には、対象物Ｗの温度情報を検出して、プラズマの状態を判断することにより、容易に対象物Ｗに対するプラズマの状態を適正に制御することができる。さらに、常にプラズマの状態が適正であるかを判断して、プラズマの状態が適正となるように制御するので、無駄なエネルギー消費を抑制して、コストパフォーマンスに優れ、所望の照射条件で対象物に対して高精度で再現性よくプラズマ照射を行うことを可能とする。
【００９３】
なお、本実施例においては、検出手段４として放射温度計８を挙げ、検出する対象物Ｗの状態の情報を温度情報として説明を行ったが、この他に、検出手段４として熱電対、ひずみゲージ、偏光検出器および振動検出器などを用いることが可能であり、対象物Ｗの状態の情報として、対象物Ｗの温度、ひずみ、表面の歪みおよび周波数応答性の検出を行うことが好ましい。
【００９４】
また、対象物Ｗを搬送する場合には、目的に応じて公知の手段を適宜選択して用いるとよい。
【００９５】
またさらに、プラズマ源２のパラメータとしての累計プラズマ照射時間を調整することにより、対象物Ｗへのプラズマの過度な照射や照射不足を防止して対象物に対して最適なプラズマ処理を施すことができる。
【００９６】
本発明のプラズマ制御装置１は、本実施形態および本実施例に限定されるものではなく、例えば、本実施例において、対象物Ｗの状態の検出を放射温度計８によって対象物Ｗの表面から行っているが、温度計として熱電対などを選択する場合には、対象物Ｗの裏面から行うなど、対象物Ｗの状態を検出する検出手段および検出方法は目的に応じて公知の手段および方法を適宜選択して用いることが可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１  プラズマ制御装置
２  プラズマ源
２ａ，２ａ  電極対
３  電源
４  検出手段
５  制御手段
６  判断手段
７  調整手段
８  放射温度計
９  コントローラ
１０  判断部
１１  調整部
１２  ガス混合器
１３  ガス流量調整器
１４  温度調節部
１５  加熱部
１５ａ  加熱器
１６  冷却部
１６ａ  冷却容器
１７  相対位置調整部
１８  電力調整器
Ｗ  対象物
Ｃ  搬送手段
Ａ  ガス保存部
Ｃ１  ガス配管
Ｃ２、Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ  ガス配管
Ｃ３  ガス配管
Ｖ１、Ｖ２  仕切弁
【図１】
2013089331.tif 000003
【図２】
2013089331.tif 000004
【図３】
2013089331.tif 000005