JP4364595B2 - Plasma generating method and apparatus, and ozone generating method and apparatus - Google Patents

Plasma generating method and apparatus, and ozone generating method and apparatus Download PDF

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Description

本発明は、洗浄、エッチングや成膜を行うプラズマを大気圧近傍で発生させるプラズマ発生方法及び装置並びに大気圧近傍でオゾンを発生させるオゾン発生方法及び装置に関するものである。   The present invention relates to a plasma generation method and apparatus for generating plasma for cleaning, etching, and film formation near atmospheric pressure, and an ozone generation method and apparatus for generating ozone near atmospheric pressure.

大気圧近傍で安定したプラズマを発生させる方法として、誘電体に覆われた電極に高周波電圧を印加するとともにＨｅガスに反応ガスを混合したガスを導入する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。   As a method for generating stable plasma near atmospheric pressure, a method is known in which a high-frequency voltage is applied to an electrode covered with a dielectric and a gas in which a reaction gas is mixed with He gas is introduced (for example, Patent Documents). 1).

また、ガス雰囲気を問わないものとして、誘電体に覆われた電極に、周波数が０．５〜１００ｋＨｚ、電圧立ち上がり時間が１００μｓｅｃ以下のパルス電圧を印加する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。   In addition, a method of applying a pulse voltage having a frequency of 0.5 to 100 kHz and a voltage rise time of 100 μsec or less to an electrode covered with a dielectric is also known as an example regardless of the gas atmosphere (for example, Patent Documents). 2).

また、同じくＨｅガス雰囲気を必要としないものとして、誘電体に覆われた電極に、例えば１００ｋＨｚ以下と１３．５６ＭＨｚの２つの異なる周波数の電力を供給し、これら低周波電力と高周波電力の合成電力を印加する方法も知られている（例えば、特許文献３参照。）。   Similarly, assuming that the He gas atmosphere is not required, power of two different frequencies, for example, 100 kHz or less and 13.56 MHz, is supplied to the electrode covered with the dielectric, and the combined power of these low frequency power and high frequency power. There is also known a method of applying (see, for example, Patent Document 3).

また、大気圧近傍で発生し難いプラズマを発生させるために、別途にプラズマ着火装置や着火用の高電圧源を設けたものも知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特公平６−７２３０８号公報 特開平１０−１５４５９８号公報 特開２００２−１８４７５９号公報 特開２００１−１２６８９８号公報 In addition, in order to generate plasma that is unlikely to be generated near atmospheric pressure, a plasma ignition device and a high voltage source for ignition are separately provided (see, for example, Patent Document 4).
Japanese Examined Patent Publication No. 6-72308 JP-A-10-154598 JP 2002-184759 A JP 2001-126898 A

ところで、大気圧近傍でプラズマを発生させる場合に、電圧の大きさや周波数が固定されている場合、プラズマの着火を確実に行うような電圧を印加すると、異常放電に移行し易いために安定的にプラズマを発生するのが困難であるという問題がある。   By the way, when plasma is generated in the vicinity of atmospheric pressure, if the voltage magnitude or frequency is fixed, applying a voltage that surely ignites the plasma makes it easy to shift to abnormal discharge, so it is stable. There is a problem that it is difficult to generate plasma.

これに対して、上記特許文献１に開示されているように、大気圧近傍で安定したプラズマを発生させるためにＨｅガス雰囲気下で処理する方法は、処理反応に寄与しないＨｅガスを大量に消費するためランニングコストが高価になるという問題がある。また、上記特許文献２に開示されているように、電圧立ち上がり時間の急峻なパルス状の電圧を印加する方法は、パルス電源が特異となるため高価となり、さらにパワーＩＣで高電圧をＯＮ／ＯＦＦしてパルス波形を形成しているため高い信頼性が得難いという問題もある。また、上記特許文献３に開示されているように、低周波と高周波の合成電力を印加する方法では、高価な高圧電源が複数必要となるためコスト高になるとともに、小型化が困難になるという問題がある。   On the other hand, as disclosed in Patent Document 1, the method of processing in a He gas atmosphere in order to generate a stable plasma near atmospheric pressure consumes a large amount of He gas that does not contribute to the processing reaction. Therefore, there is a problem that the running cost becomes expensive. Further, as disclosed in Patent Document 2, the method of applying a pulsed voltage with a steep voltage rise time is expensive because the pulse power supply is unique, and a high voltage is turned on / off with a power IC. In addition, since the pulse waveform is formed, there is a problem that it is difficult to obtain high reliability. Further, as disclosed in Patent Document 3, the method of applying the combined power of low frequency and high frequency requires a plurality of expensive high-voltage power supplies, which increases the cost and makes it difficult to reduce the size. There's a problem.

また、以上の何れでも着火時から定常時まで同一パターンの波形出力であるため、条件に余裕がなく、気温や電極汚れなどの環境変化に対応できず、異常放電に移行し易く、異常放電を抑えるためにプラズマ密度を上げられないという問題がある。また電圧波形が正弦波の場合には供給された電力の多くの部分が熱に変わってプラズマ発生効率が低いという問題がある。   In any of the above, since the waveform output is the same pattern from the ignition time to the steady time, there is no room for conditions, it cannot respond to environmental changes such as temperature and electrode contamination, it is easy to shift to abnormal discharge, abnormal discharge There is a problem that the plasma density cannot be increased in order to suppress it. Further, when the voltage waveform is a sine wave, there is a problem that a large part of the supplied electric power is changed to heat and the plasma generation efficiency is low.

また、上記特許文献４に開示されているように、着火装置や着火用の高電圧源を別に設ける方法では、小型化が困難で、コスト高になるという問題がある。   In addition, as disclosed in Patent Document 4, the method of separately providing an ignition device and a high voltage source for ignition has a problem that it is difficult to reduce the size and the cost is increased.

また、大気圧近傍でオゾンを発生させるオゾン発生装置においても、誘電体に覆われた電極に高周波電圧を印加し、空気又は酸素を導入することで発生させているが、この場合にも電圧を上げると異常放電が発生したり、温度が上昇し過ぎるため、電圧を上げることができず、オゾンの発生効率が悪いという問題がある。   Also, in an ozone generator that generates ozone near atmospheric pressure, a high frequency voltage is applied to an electrode covered with a dielectric material, and air or oxygen is introduced. If it is raised, abnormal discharge occurs or the temperature rises too much, so that there is a problem that the voltage cannot be raised and the ozone generation efficiency is poor.

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、高価な雰囲気ガスを必要とせずに安定してプラズマを発生させることができ、かつ信頼性が高く、低コストにて構成できるプラズマ発生方法及び装置、並びに低コストの構成にて高い信頼性をもってオゾンの発生効率を向上できるオゾン発生方法及び装置を提供することを課題とする。   In view of the above-described conventional problems, the present invention can stably generate plasma without requiring an expensive atmospheric gas, has high reliability, and can be configured at low cost. Another object of the present invention is to provide an ozone generation method and apparatus that can improve the efficiency of ozone generation with a low cost configuration and high reliability.

本発明のプラズマ発生方法は、任意の電圧波形パターンを読み出し若しくは生成する工程と、電圧波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成する工程と、高周波電圧波形を高電圧の高周波電圧に変換する工程と、少なくとも一方の表面に誘電体を配設してなる一対の電極に高周波電圧を印加し、電極間のプラズマ発生空間に反応ガスを導入してプラズマを発生する工程とを有するものである。   The plasma generation method of the present invention includes a step of reading or generating an arbitrary voltage waveform pattern, a step of generating a high-frequency voltage waveform using the voltage waveform pattern, and a step of converting the high-frequency voltage waveform into a high-voltage high-frequency voltage. And a step of generating a plasma by applying a high frequency voltage to a pair of electrodes formed by providing a dielectric on at least one surface and introducing a reactive gas into a plasma generation space between the electrodes.

この構成によると、任意の電圧波形の高周波電圧を印加することができるので、状況に応じて電圧の高さを含めて最適な電圧波形の高周波電圧を印加することにより、高価な雰囲気ガスを必要とすることなく、また高価な高周波電源を複数必要とすることなく、安価な構成にて大気圧若しくはその近傍においても高い信頼性をもって安定してプラズマを発生することができる。   According to this configuration, a high-frequency voltage having an arbitrary voltage waveform can be applied. Therefore, an expensive atmospheric gas is required by applying a high-frequency voltage having an optimum voltage waveform including the height of the voltage depending on the situation. Without requiring a plurality of expensive high-frequency power supplies, it is possible to stably generate plasma with high reliability even at or near atmospheric pressure with an inexpensive configuration.

また、本発明のプラズマ発生装置は、電圧波形パターンを記憶した記憶部若しくは電圧波形パターンを生成するパターン発生部と、電圧波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成する制御部と、高周波電圧波形を高電圧の印加電圧に変換する高電圧変換部と、高周波電圧が印加される一対の電極と、少なくとも一方の電極表面に配設された誘電体と、電極間のプラズマ発生空間に反応ガスを導入する手段とを備えたものである。   In addition, the plasma generator of the present invention includes a storage unit that stores a voltage waveform pattern or a pattern generation unit that generates a voltage waveform pattern, a control unit that generates a high-frequency voltage waveform using the voltage waveform pattern, and a high-frequency voltage waveform. Introduce a reactive gas into the plasma generation space between the electrodes, a high-voltage converter that converts high-voltage applied voltage, a pair of electrodes to which a high-frequency voltage is applied, a dielectric disposed on at least one electrode surface And means for performing.

この構成によると、上記プラズマ発生方法を実施して安価な構成にて大気圧若しくはその近傍においても高い信頼性をもって安定してプラズマを発生することができる。   According to this configuration, it is possible to stably generate plasma with high reliability even at or near atmospheric pressure with an inexpensive configuration by implementing the plasma generation method.

また、本発明のオゾン発生方法は、任意の電圧波形パターンを読み出し若しくは生成する工程と、電圧波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成する工程と、高周波電圧波形を高電圧の高周波電圧に変換する工程と、少なくとも一方の表面に誘電体を配設してなる一対の電極に高周波電圧を印加し、電極間のオゾン発生空間に空気又は酸素ガスを導入してオゾンを発生する工程とを有するものである。   The ozone generation method of the present invention includes a step of reading or generating an arbitrary voltage waveform pattern, a step of generating a high-frequency voltage waveform using the voltage waveform pattern, and converting the high-frequency voltage waveform into a high-voltage high-frequency voltage. And a step of generating ozone by applying a high-frequency voltage to a pair of electrodes formed by providing a dielectric on at least one surface and introducing air or oxygen gas into an ozone generation space between the electrodes. It is.

この構成によると、任意の電圧波形の高周波電圧を印加することができるので、状況に応じて電圧の高さを含めて最適な電圧波形の高周波電圧を印加することにより、異常放電を起こすことなく、高い発生効率でオゾンを発生することができる。   According to this configuration, a high-frequency voltage having an arbitrary voltage waveform can be applied. Therefore, by applying a high-frequency voltage having an optimum voltage waveform including the voltage height according to the situation, an abnormal discharge does not occur. It can generate ozone with high generation efficiency.

また、本発明のオゾン発生装置は、電圧波形パターンを記憶した記憶部若しくは電圧波形パターンを生成するパターン発生部と、電圧波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成する制御部と、高周波電圧波形を高電圧の印加電圧に変換する高電圧変換部と、高周波電圧が印加される一対の電極と、少なくとも一方の電極表面に配設された誘電体と、電極間のオゾン発生空間に空気又は酸素ガスを導入する手段とを備えたものである。   The ozone generator of the present invention includes a storage unit storing a voltage waveform pattern or a pattern generation unit that generates a voltage waveform pattern, a control unit that generates a high-frequency voltage waveform using the voltage waveform pattern, and a high-frequency voltage waveform. A high voltage conversion unit for converting to a high voltage applied voltage, a pair of electrodes to which a high frequency voltage is applied, a dielectric disposed on at least one electrode surface, and air or oxygen gas in an ozone generation space between the electrodes And means for introducing.

この構成によると、上記オゾン発生方法を実施して異常放電を起こすことなく、高い発生効率でオゾンを発生することができる。   According to this configuration, ozone can be generated with high generation efficiency without causing the abnormal discharge by performing the ozone generation method.

また、以上のプラズマやオゾンの発生方法及び装置において、電圧波形パターンが、ゼロ電圧からピーク電圧に至る立ち上がりが凸曲線で、ピーク電圧から０電圧までの立ち下がりが凹曲線の波形パターンであると、印加電力の内の電圧の立ち上がり部分はプラズマやオゾンの発生に寄与するが、立ち下がり部分はプラズマやオゾンの発生に寄与することなく熱に変わるため、印加電力の大部分がプラズマやオゾンの発生に寄与することになる一方、熱に変わる部分は抑制できるので、プラズマやオゾンの発生効率を向上することができる。   In the plasma and ozone generation method and apparatus described above, the voltage waveform pattern has a convex curve at the rising edge from zero voltage to the peak voltage, and a concave waveform at the falling edge from the peak voltage to zero voltage. The rising part of the applied power contributes to the generation of plasma and ozone, but the falling part changes to heat without contributing to the generation of plasma and ozone. While contributing to the generation, the portion that changes to heat can be suppressed, so the generation efficiency of plasma and ozone can be improved.

また、電圧波形パターンが、複数段の凸曲線部を有しかつ全体として凸曲線を構成する立ち上がりを有すると、複数段で励起することができ、さらに容易かつ確実にプラズマやオゾン発生の着火を行い、プラズマやオゾンを効率的に発生させることができる。   In addition, when the voltage waveform pattern has a plurality of convex curve portions and has a rising edge that constitutes a convex curve as a whole, excitation can be performed in a plurality of stages, and ignition of plasma and ozone generation can be performed more easily and reliably. It is possible to generate plasma and ozone efficiently.

また、高周波電圧波形を、記憶されている１周期分の基本波形パターンを用いて生成すると、記憶されている複数の基本波形パターンを用いて簡単で安価な構成にて所望の高周波電圧波形を形成することができる。   In addition, when a high-frequency voltage waveform is generated using a stored basic waveform pattern for one period, a desired high-frequency voltage waveform is formed with a simple and inexpensive configuration using a plurality of stored basic waveform patterns. can do.

また、基本波形パターンは、電圧軸をｍ分割、時間軸をｎ分割し、分割時間毎に電圧値に規定して設定していると、複数の基本波形パターンを簡単で安価な構成にて設定及び記憶することができる。   In addition, if the basic waveform pattern is set by dividing the voltage axis into m and dividing the time axis into n and specifying voltage values for each divided time, multiple basic waveform patterns can be set with a simple and inexpensive configuration. And can be memorized.

また、着火時の基本波形パターンと定常時の基本波形パターンを記憶し、着火時と定常時にそれぞれの基本波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成すると、プラズマやオゾン発生の着火の難しさを解消しつつ定常時の異常放電への移行を防止でき、自動的に安定してプラズマやオゾンを発生することができる。   In addition, by storing the basic waveform pattern at ignition and the basic waveform pattern at steady state, and generating a high-frequency voltage waveform using each basic waveform pattern at ignition and steady state, the difficulty of ignition of plasma and ozone generation is eliminated. However, it is possible to prevent the transition to abnormal discharge during steady state, and to automatically and stably generate plasma and ozone.

また、プラズマやオゾンの発生状況に応じて、記憶されている複数の１周期分の基本波形パターンから最適のものを選択して高周波電圧波形を生成することにより、また電圧、電流、温度、発光強度などを検出するセンサを設け、制御部は、センサからの検出信号に応じて記憶部に記憶されている複数の１周期分の基本波形パターンから最適のものを選択して高周波電圧波形を生成することにより、プラズマやオゾンの発生状況に応じて自動的に最適の高周波電圧を印加することができ、安定して高い発生効率にてプラズマやオゾンを発生することができる。   In addition, by generating the high-frequency voltage waveform by selecting the most appropriate one of the stored basic waveform patterns for one cycle according to the generation status of plasma and ozone, voltage, current, temperature, light emission A sensor for detecting the intensity and the like is provided, and the control unit generates a high-frequency voltage waveform by selecting an optimum one from a plurality of basic waveform patterns for one cycle stored in the storage unit according to a detection signal from the sensor. By doing so, the optimum high frequency voltage can be automatically applied according to the generation state of plasma and ozone, and plasma and ozone can be generated stably and with high generation efficiency.

本発明によれば、任意の電圧波形の高周波電圧を印加することができるので、状況に応じて電圧の高さを含めて最適な電圧波形の高周波電圧を印加することにより、高価な雰囲気ガスを必要とすることなく、また高価な高周波電源を複数必要とすることなく、安価な構成にて大気圧若しくはその近傍においても高い信頼性をもって安定してプラズマを発生し、また異常放電を起こすことなく、高い発生効率でオゾンを発生することができる。   According to the present invention, a high-frequency voltage having an arbitrary voltage waveform can be applied. Therefore, by applying a high-frequency voltage having an optimum voltage waveform including the height of the voltage according to the situation, an expensive atmosphere gas can be generated. Without the need for multiple expensive high-frequency power supplies, with a low-cost configuration, stable and stable generation of plasma even at or near atmospheric pressure, and without causing abnormal discharge It can generate ozone with high generation efficiency.

以下、本発明のプラズマ発生方法及び装置の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a plasma generation method and apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図１において、第１の電極１と第２の電極２の表面にそれぞれ第１の誘電体３と第２の誘電体４が配設され、これらの誘電体３と４の間にプラズマ発生空間５が形成されている。プラズマ発生空間５にはその一端側から反応ガス６を導入するように構成され、プラズマ発生空間５の他端のプラズマ放出口７に対向して処理対象物８が配設されている。なお、誘電体は少なくとも何れか一方の電極１、２の表面に配設されていれば良い。   In FIG. 1, a first dielectric 3 and a second dielectric 4 are respectively disposed on the surfaces of a first electrode 1 and a second electrode 2, and a plasma generation space is provided between these dielectrics 3 and 4. 5 is formed. The plasma generation space 5 is configured to introduce a reaction gas 6 from one end side thereof, and a processing object 8 is disposed opposite to the plasma emission port 7 at the other end of the plasma generation space 5. The dielectric may be disposed on the surface of at least one of the electrodes 1 and 2.

９は、着火時や定常時などの各種状況に対応した複数の基本波形パターンが記憶されている記憶部である。１０は、各種状況に応じて最適な周波数高周波電圧波形を生成する制御部であり、操作部（図示せず）から入力される着火信号の入力時点からの時間経過や、電圧、電流、温度、発光強度などを検出するセンサ１１からの検出信号に応じて、記憶部９から適切な基本波形パターンを選択して読み出し、読み出した基本波形パターンを用いてその状況に応じた最適な高周波電圧波形を生成するように構成されている。制御部１０で生成された高周波電圧波形は、Ｄ／Ａ変換部１２にてアナログ信号波形に変換された後、高電圧変換部１３にて高電圧の高周波電圧に変換され、その高周波電圧を第１と第２の電極１、２に印加するように構成されている。   A storage unit 9 stores a plurality of basic waveform patterns corresponding to various situations such as ignition and steady state. 10 is a control unit that generates an optimal frequency high-frequency voltage waveform according to various situations, and the time elapsed from the input point of the ignition signal input from the operation unit (not shown), voltage, current, temperature, An appropriate basic waveform pattern is selected and read from the storage unit 9 in accordance with a detection signal from the sensor 11 that detects the emission intensity and the like, and an optimum high-frequency voltage waveform corresponding to the situation is obtained using the read basic waveform pattern. Configured to generate. The high-frequency voltage waveform generated by the control unit 10 is converted into an analog signal waveform by the D / A conversion unit 12, and then converted into a high-frequency high-frequency voltage by the high-voltage conversion unit 13. 1 and the second electrodes 1 and 2 are applied.

制御部１０において生成される高周波電圧波形２０としては、例えば、図２に示すように、記憶部９から読み出した１周期分の基本波形パターン２１を繰り返すことによって生成することができる。また、その基本波形パターン２１の波形として、図３（ａ）に示すように、ゼロ電圧からピーク電圧に至る立ち上がりが凸曲線２２で、ピーク電圧から０電圧までの立ち下がりが凹曲線２３とした波形パターンが好適である。すなわち、印加電力の内の電圧の立ち上がり部分（図２、図３（ａ）で斜線で表示した部分）はプラズマやオゾンの発生に寄与するが、立ち下がり部分（図２、図３（ａ）で梨地で表示した部分）はプラズマやオゾンの発生に寄与することなく熱に変わるため、印加電力の大部分がプラズマやオゾンの発生に寄与することになる一方、熱に変わる部分は抑制できるので、プラズマやオゾンの発生効率を向上することができる。   The high-frequency voltage waveform 20 generated in the control unit 10 can be generated, for example, by repeating a basic waveform pattern 21 for one cycle read from the storage unit 9 as shown in FIG. As the waveform of the basic waveform pattern 21, the rising from the zero voltage to the peak voltage is a convex curve 22 and the falling from the peak voltage to the zero voltage is a concave curve 23 as shown in FIG. A waveform pattern is preferred. That is, the rising portion of the applied power (the portion indicated by hatching in FIGS. 2 and 3A) contributes to the generation of plasma and ozone, but the falling portion (FIGS. 2 and 3A). The part shown in pear) changes to heat without contributing to the generation of plasma or ozone, so most of the applied power contributes to the generation of plasma and ozone, while the part that changes to heat can be suppressed. The generation efficiency of plasma and ozone can be improved.

また、このように記憶部９に記憶されている１周期分の基本波形パターン２１を用いて高周波電圧波形２０を生成すると、記憶されている複数の基本波形パターン２１を用いて簡単で安価な構成にて所望の高周波電圧波形２０を形成することができる。   Further, when the high-frequency voltage waveform 20 is generated using the basic waveform pattern 21 for one cycle stored in the storage unit 9 in this way, a simple and inexpensive configuration using the plurality of stored basic waveform patterns 21. A desired high-frequency voltage waveform 20 can be formed.

また、記憶部９に記憶されている基本波形パターン２１は、図３（ｂ）に示すように、電圧軸をｍ分割、時間軸をｎ分割し、分割時間毎に電圧値を規定して設定されている。このような基本波形パターン２１の設定方法を採用することで、予め実験等により最適な基本波形パターン２１を自動的に導出することができる。   Further, as shown in FIG. 3B, the basic waveform pattern 21 stored in the storage unit 9 is set by dividing the voltage axis into m and dividing the time axis into n, and defining the voltage value for each divided time. Has been. By adopting such a method for setting the basic waveform pattern 21, the optimum basic waveform pattern 21 can be automatically derived in advance through experiments or the like.

また、高周波電圧波形２０として、図２では、正又は負の一方の極性側にのみ基本波形パターン２１を繰り返す例を示したが、図４に示すように、基本波形パターン２１を正と負の両極性側に繰り返す波形であっても良い。   Further, as the high-frequency voltage waveform 20, FIG. 2 shows an example in which the basic waveform pattern 21 is repeated only on one side of positive or negative polarity. However, as shown in FIG. The waveform may be repeated on both sides.

さらに、基本波形パターン２１は、電圧の高さの相違を含めて種々のパターンを設定することができるが、図５に示すように、複数段の凸曲線部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有しかつ全体として凸曲線２１を構成する立ち上がりを有する波形パターンについても設定しておくのが好適である。このように複数段で立ち上がる基本波形パターン２１を用いると、複数段で励起することができるので、一層容易かつ確実にプラズマの着火を行い、プラズマを効率的に発生させることができる。   Furthermore, the basic waveform pattern 21 can be set in various patterns including a difference in voltage height, but as shown in FIG. 5, it has a plurality of convex curve portions 22a, 22b, 22c and It is also preferable to set a waveform pattern having rising edges constituting the convex curve 21 as a whole. When the basic waveform pattern 21 rising in a plurality of stages is used as described above, excitation can be performed in a plurality of stages, so that the plasma can be ignited more easily and reliably and plasma can be generated efficiently.

次に、実際にプラズマを発生して各種プラズマ処理を行う場合の高周波電圧波形２０の変化の状態について、図６を参照して説明する。なお、記憶部９には着火時の基本波形パターン２１ａと、定常時の基本波形パターン２１ｂと、センサ１１にて検出される各種状況に応じて設定された複数種の状況対応基本波形パターン２１ｃが記憶されている。   Next, the state of change in the high-frequency voltage waveform 20 when various plasma processes are performed by actually generating plasma will be described with reference to FIG. The storage unit 9 includes a basic waveform pattern 21a at the time of ignition, a basic waveform pattern 21b at the time of steady state, and a plurality of types of basic waveform patterns 21c corresponding to various situations set according to various situations detected by the sensor 11. It is remembered.

まず、操作部（図示せず）からプラズマ発生の開始信号が入力されると、制御部１０は記憶部９から着火時の基本波形パターン２１ａを読み出して所定時間この基本波形パターン２１ａを繰り返し、その後所定時間が経過すると定常状態になったものとして定常時の基本波形パターン２１ｂを読み出し、以降この基本波形パターン２１ｂを繰り返して高周波電圧波形２０を形成する。こうすることで、プラズマの着火の難しさを解消しつつ定常時の異常放電への移行を防止することができ、自動的に安定してプラズマを発生することができる。   First, when a plasma generation start signal is input from an operation unit (not shown), the control unit 10 reads the basic waveform pattern 21a at the time of ignition from the storage unit 9, repeats the basic waveform pattern 21a for a predetermined time, and thereafter When the predetermined time elapses, the basic waveform pattern 21b in the steady state is read as being in a steady state, and thereafter the basic waveform pattern 21b is repeated to form the high-frequency voltage waveform 20. By doing so, it is possible to prevent the transition to the abnormal discharge at the steady state while eliminating the difficulty of the ignition of the plasma, and to automatically generate the plasma stably.

さらに、制御部１０はセンサ１１にて検出した電圧、電流、温度、発光強度などの検出信号に基づいてプラズマの発生状況を監視し、プラズマの安定した発生に障害になるような状態を制御部１０が検出すると、その状況に応じた最適の状況対応基本波形パターン２１ｃを読み出して所定時間若しくはプラズマ発生にとって障害となる状況が解消されるまでこの基本波形パターン２１ｃを繰り返し、その後再び定常時の基本波形パターン２１ｂを読み出し、その後基本波形パターン２１ｂに復帰して繰り返す高周波電圧波形２０を形成する。このようにすることで、プラズマの発生状況に応じて自動的に最適の高周波電圧を印加することができ、安定して高い発生効率にてプラズマやオゾンを発生することができる。   Further, the control unit 10 monitors the plasma generation status based on detection signals such as voltage, current, temperature, and emission intensity detected by the sensor 11, and the control unit 10 determines a state that hinders stable plasma generation. 10 is detected, the optimum basic waveform pattern 21c corresponding to the situation is read out, and this basic waveform pattern 21c is repeated for a predetermined time or until the situation that hinders the generation of plasma is resolved, and then the steady-state basic waveform pattern 21c is repeated. The waveform pattern 21b is read, and then the high frequency voltage waveform 20 is formed by returning to the basic waveform pattern 21b and repeating. By doing in this way, the optimal high frequency voltage can be automatically applied according to the generation condition of plasma, and plasma and ozone can be generated stably with high generation efficiency.

以上の実施形態の説明では、記憶部９に記憶させた基本波形パターン２１を用いて高周波電圧波形２０を形成する例を示したが、データ信号に基づいて任意の電圧波形パターンを形成する波形パターン発生部を設けても良く、その電圧波形パターンは、単一の単位波形に限らず、複数の単位波形を組み合わせた状態で発生するようにしても良い。   In the above description of the embodiment, the example in which the high-frequency voltage waveform 20 is formed using the basic waveform pattern 21 stored in the storage unit 9 has been described. However, the waveform pattern that forms an arbitrary voltage waveform pattern based on the data signal. A generation unit may be provided, and the voltage waveform pattern is not limited to a single unit waveform, and may be generated in a state where a plurality of unit waveforms are combined.

また、上記実施形態では、大気中に電極１、２及び誘電体３、４からなるプラズマ発生部が配設されている例を示したが、他の実施形態として、図７に示すように、反応容器１４内に平行平板型に、電極１、２とその表面の誘電体３、４を対向配置し、その誘電体３、４間のプラズマ発生空間１５に、一方の誘電体４上に載置した状態で処理対象物１６を配置し、反応容器１４内に反応ガス６を導入し、大気圧近傍の反応容器１４内で電極１、２に上記実施形態と同様に高周波電圧を印加して、プラズマ発生空間１５にプラズマを発生させ、処理対象物の処理を行うようにしても良い。   Moreover, in the said embodiment, although the example which the plasma generation part which consists of the electrodes 1 and 2 and the dielectric materials 3 and 4 was arrange | positioned in air | atmosphere, as shown in FIG. In the reaction vessel 14, the electrodes 1, 2 and the dielectrics 3, 4 on the surface thereof are arranged opposite to each other in a parallel plate type, and are placed on one dielectric 4 in the plasma generation space 15 between the dielectrics 3, 4. The processing object 16 is placed in a placed state, the reaction gas 6 is introduced into the reaction vessel 14, and a high-frequency voltage is applied to the electrodes 1 and 2 in the reaction vessel 14 near atmospheric pressure as in the above embodiment. Alternatively, plasma may be generated in the plasma generation space 15 to process the object to be processed.

さらに、以上の実施形態は、プラズマ発生装置に本発明を適用した例を説明したが、本発明は、図８に示すオゾン発生装置にも同様に適用することができる。図８において、電極１、２の表面に配設した誘電体３、４間にオゾン発生空間１７が形成され、このオゾン発生空間１７の一端側から酸素ガス又は空気１８を導入し、オゾン発生空間１７の他端のオゾン放出口１９から発生したオゾンを放出するように構成されている。   Furthermore, although the above embodiment demonstrated the example which applied this invention to the plasma generator, this invention is applicable similarly to the ozone generator shown in FIG. In FIG. 8, an ozone generation space 17 is formed between the dielectrics 3 and 4 disposed on the surfaces of the electrodes 1 and 2, oxygen gas or air 18 is introduced from one end side of the ozone generation space 17, and the ozone generation space is formed. The ozone generated from the ozone discharge port 19 at the other end of 17 is released.

このようなオゾン発生装置において、その電極１、２に上記実施形態と同様の電圧印加構成を適用することにより、任意の電圧波形の高周波電圧を印加することができ、その結果状況に応じて電圧の高さを含めて最適な電圧波形の高周波電圧を印加することができ、異常放電を起こすことなく、高い発生効率でオゾンを発生することができる。   In such an ozone generator, a high-frequency voltage having an arbitrary voltage waveform can be applied to the electrodes 1 and 2 by applying a voltage application configuration similar to that of the above-described embodiment. Therefore, ozone can be generated with high generation efficiency without causing abnormal discharge.

本発明によれば、状況に応じて電圧の高さを含めて最適な電圧波形の高周波電圧を印加することにより、安価な構成にて大気圧若しくはその近傍においても高い信頼性をもって安定してプラズマを発生できるので、大気圧若しくはその近傍でプラズマを発生させて洗浄、エッチング、成膜等のプラズマ処理を行う場合に有用であり、また異常放電を起こすことなく、高い発生効率でオゾンを発生することができるので各種機器におけるオゾン発生装置に有用である。   According to the present invention, by applying a high-frequency voltage having an optimal voltage waveform including the height of the voltage according to the situation, the plasma can be stably stably with high reliability even at or near atmospheric pressure with an inexpensive configuration. This is useful when performing plasma processing such as cleaning, etching, and film formation by generating plasma at or near atmospheric pressure, and generates ozone with high generation efficiency without causing abnormal discharge. Therefore, it is useful for an ozone generator in various devices.

本発明の一実施形態のプラズマ発生装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the plasma generator of one Embodiment of this invention. 同実施形態における高周波電圧波形の一例の波形図である。It is a wave form chart of an example of the high frequency voltage waveform in the embodiment. 同実施形態における基本波形パターンの一例を示し、（ａ）はパターン形状の波形図、（ｂ）はそのパターン設定方法の説明図である。An example of a basic waveform pattern in the embodiment is shown, (a) is a waveform diagram of a pattern shape, (b) is an explanatory diagram of the pattern setting method. 同実施形態における他の基本波形パターンとそれを用いた電圧波形の説明図である。It is explanatory drawing of the other basic waveform pattern in the same embodiment, and a voltage waveform using the same. 同実施形態におけるさらに別の基本波形パターンとそれを用いた高周波電圧波形の波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram of still another basic waveform pattern and a high-frequency voltage waveform using the same in the same embodiment. 同実施形態において印加する高周波電圧の変化の状態の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram showing an example of the change state of the high frequency voltage applied in the embodiment. 本発明の他の実施形態のプラズマ発生装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the plasma generator of other embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態のオゾン発生装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ozone generator of another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 第１の電極
２ 第２の電極
３ 第１の誘電体
４ 第２の誘電体
５ プラズマ発生空間
９ 記憶部
１０ 制御部
１１ センサ
１３ 高電圧変換部
１５ プラズマ発生空間
１７ オゾン発生空間
２０ 高周波電圧波形
２１ 基本波形パターン
２１ａ 着火時の基本波形パターン
２１ｂ 定常時の基本波形パターン
２１ｃ 状況対応基本波形パターン
２２ 凸曲線
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 凸曲線部
２３ 凹曲線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st electrode 2 2nd electrode 3 1st dielectric material 4 2nd dielectric material 5 Plasma generation space 9 Memory | storage part 10 Control part 11 Sensor 13 High voltage conversion part 15 Plasma generation space 17 Ozone generation space 20 High frequency voltage Waveform 21 Basic waveform pattern 21a Basic waveform pattern upon ignition 21b Regular basic waveform pattern 21c Basic waveform pattern corresponding to situation 22 Convex curve 22a, 22b, 22c Convex curve part 23 Concave curve

Claims (7)

任意の電圧波形パターンを読み出し若しくは生成する工程と、
前記電圧波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成する工程と、
前記高周波電圧波形を高電圧の高周波電圧に変換する工程と、
少なくとも一方の表面に誘電体を配設してなる一対の電極に前記高周波電圧を印加し、電極間のプラズマ発生空間に反応ガスを導入してプラズマを発生する工程とを有し、
前記電圧波形パターンは、ゼロ電圧からピーク電圧に至る立ち上がりが凸曲線で、ピーク電圧から０電圧までの立ち下がりが凹曲線の波形パターンであり、
前記電圧波形パターンは、複数段の凸曲線部を有しかつ全体として凸曲線を構成する立ち上がりを有する
ことを特徴とするプラズマ発生方法。 Reading or generating an arbitrary voltage waveform pattern; and
Generating a high frequency voltage waveform by using the voltage waveform patterns,
And converting the high frequency voltage waveform to a high frequency voltage of the high voltage,
Applying the high frequency voltage to the pair of electrodes formed by disposing a dielectric on at least one surface, by introducing a reaction gas into the plasma generation space between the electrodes possess a step of generating a plasma,
The voltage waveform pattern is a waveform pattern in which the rise from the zero voltage to the peak voltage is a convex curve, and the fall from the peak voltage to the zero voltage is a concave curve,
The plasma generation method according to claim 1, wherein the voltage waveform pattern has a plurality of convex curve portions and has a rising edge that forms a convex curve as a whole . 前記高周波電圧波形は、記憶されている１周期分の基本波形パターンを用いて生成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生方法。 The plasma generation method according to claim 1, wherein the high-frequency voltage waveform is generated using a stored basic waveform pattern for one period. 着火時の基本波形パターンと定常時の基本波形パターンを記憶し、着火時と定常時にそれぞれの基本波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成する
ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生方法。 3. The plasma generation method according to claim 2, wherein a basic waveform pattern at the time of ignition and a basic waveform pattern at the time of ignition are stored, and a high-frequency voltage waveform is generated using the basic waveform patterns at the time of ignition and at the time of steady state. . プラズマの発生状況に応じて、記憶されている複数の１周期分の基本波形パターンから最適なものを選択して高周波電圧波形を生成する
ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生方法。 3. The plasma generation method according to claim 2, wherein a high-frequency voltage waveform is generated by selecting an optimum one from a plurality of stored basic waveform patterns for one period in accordance with a plasma generation state. 電圧波形パターンを記憶した記憶部若しくは前記電圧波形パターンを生成するパターン発生部と、
前記電圧波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成する制御部と、
前記高周波電圧波形を高電圧の印加電圧に変換する高電圧変換部と、
高周波電圧が印加される一対の電極と、
少なくとも一方の電極表面に配設された誘電体と、
電極間のプラズマ発生空間に反応ガスを導入する手段とを備え、
前記電圧波形パターンは、ゼロ電圧からピーク電圧に至る立ち上がりが凸曲線で、ピーク電圧から０電圧までの立ち下がりが凹曲線の波形パターンであり、
前記電圧波形パターンは、複数段の凸曲線部を有しかつ全体として凸曲線を構成する立ち上がりを有する
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 A pattern generating unit for generating a storage unit or the voltage waveform pattern storing voltage waveform patterns,
A control unit for generating a high frequency voltage waveform by using the voltage waveform patterns,
A high voltage converter for converting the high frequency voltage waveform applied voltage of the high voltage,
A pair of electrodes to which a high-frequency voltage is applied;
A dielectric disposed on at least one electrode surface;
Means for introducing a reactive gas into the plasma generation space between the electrodes ,
The voltage waveform pattern is a waveform pattern in which the rise from the zero voltage to the peak voltage is a convex curve, and the fall from the peak voltage to the zero voltage is a concave curve,
The plasma generator according to claim 1, wherein the voltage waveform pattern has a plurality of convex curve portions and has a rising edge that forms a convex curve as a whole . 任意の電圧波形パターンを読み出し若しくは生成する工程と、
前記電圧波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成する工程と、
前記高周波電圧波形を高電圧の高周波電圧に変換する工程と、
少なくとも一方の表面に誘電体を配設してなる一対の電極に前記高周波電圧を印加し、電極間のオゾン発生空間に空気又は酸素ガスを導入してオゾンを発生する工程とを有し、
前記電圧波形パターンは、ゼロ電圧からピーク電圧に至る立ち上がりが凸曲線で、ピーク電圧から０電圧までの立ち下がりが凹曲線の波形パターンであり、
前記電圧波形パターンは、複数段の凸曲線部を有しかつ全体として凸曲線を構成する立ち上がりを有する
ことを特徴とするオゾン発生方法。 Reading or generating an arbitrary voltage waveform pattern; and
Generating a high frequency voltage waveform by using the voltage waveform patterns,
And converting the high frequency voltage waveform to a high frequency voltage of the high voltage,
The high frequency voltage is applied to the pair of electrodes formed by disposing a dielectric on at least one surface, introducing air or oxygen gas possess a step of generating ozone in the ozone generation space between the electrodes,
The voltage waveform pattern is a waveform pattern in which the rise from the zero voltage to the peak voltage is a convex curve, and the fall from the peak voltage to the zero voltage is a concave curve,
The ozone generation method according to claim 1, wherein the voltage waveform pattern has a plurality of steps of convex curve portions and has rising edges that form a convex curve as a whole . 電圧波形パターンを記憶した記憶部若しくは前記電圧波形パターンを生成するパターン発生部と、
前記電圧波形パターンを用いて高周波電圧波形を生成する制御部と、
前記高周波電圧波形を高電圧の印加電圧に変換する高電圧変換部と、
高周波電圧が印加される一対の電極と、
少なくとも一方の電極表面に配設された誘電体と、
電極間のオゾン発生空間に空気又は酸素ガスを導入する手段とを備え、
前記電圧波形パターンは、ゼロ電圧からピーク電圧に至る立ち上がりが凸曲線で、ピーク電圧から０電圧までの立ち下がりが凹曲線の波形パターンであり、
前記電圧波形パターンは、複数段の凸曲線部を有しかつ全体として凸曲線を構成する立ち上がりを有する
ことを特徴とするオゾン発生装置。 A pattern generating unit for generating a storage unit or the voltage waveform pattern storing voltage waveform patterns,
A control unit for generating a high frequency voltage waveform by using the voltage waveform patterns,
A high voltage converter for converting the high frequency voltage waveform applied voltage of the high voltage,
A pair of electrodes to which a high-frequency voltage is applied;
A dielectric disposed on at least one electrode surface;
Means for introducing air or oxygen gas into the ozone generating space between the electrodes ,
The voltage waveform pattern is a waveform pattern in which the rise from the zero voltage to the peak voltage is a convex curve, and the fall from the peak voltage to the zero voltage is a concave curve,
The ozone generator according to claim 1, wherein the voltage waveform pattern has a plurality of stages of convex curve portions and has rising edges that form a convex curve as a whole .
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