JP5459923B2 - 大気状態下でのグロー放電プラズマを制御するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、グロー放電プラズマを制御するための方法及び装置に関し、一層詳細には、大気状態下でのガスまたはガス混合物におけるグロー放電プラズマを制御するための方法及び装置に関する。

大気圧グロー（ＡＰＧ）放電は、中でも、非破壊的に材料表面を変更するために、実際に用いられている。グロー放電プラズマは、代表的には大気圧状態もしくは部分的に真空の環境下で発生される、比較的低出力密度のプラズマである。

最も一般的には、プラズマは、プラズマ・チャンバ、すなわち２つの対向配置される平行板電極間のプラズマ放電空間において発生される。しかしながら、プラズマは、例えば、隣接配置された電極のような他の電極構造を用いても発生され得る。プラズマは、ＡＣ電源手段から電極を付勢することによって、ガスまたはガス混合物内で発生される。

例えば、純粋なヘリウムまたは純粋な窒素ガス内で、安定かつ均一なプラズマが発生され得るということが観察されてきた。しかしながら、ｐｐｍレベルでの不純物または他のガスもしくは化学組成物がガス内に存在するや否や、プラズマの安定性は、相当に減少する。安定性を破壊する成分の代表的な例は、Ｏ_２、ＮＯ、ＣＯ_２、等である。

プラズマにおける不安定性は、高電流密度プラズマに発展するか、またはプラズマを局部的に消失するか、のいずれかを生じる。大きい密度の核種及びプラズマにおける高周波の衝突を有する場合、ＡＰＧは、高速の正のフィードバックを示す。すなわち、プラズマのイオン化のランダムな局部的増加が指数関数的に増加する。従って、不安定性は、高電流密度プラズマに発展するか、またはプラズマを局部的に消失するか、のいずれかを生じる。プラズマ電流の指数関数的増加のこの現象は、グローからアークへの遷移として知られている。結果として、電流アークが生じ、グロー放電プラズマは維持され得ない。代わりに、フィラメント状もしくは繊維状の及びグロー放電の結合が生成される。

大気圧下の空気における平行板電極間のフィラメント状放電は、大量のオゾンを生成するために用いられてきた。しかしながら、フィラメント状放電は、材料の表面処理のためには使用が制限されており、その理由は、プラズマ・フィラメントが表面に穴を開けるまたは不均一に処理するという傾向を有し、かつ比較的高いプラズマ電流密度に関連しているからである。

プラズマの発生中いつでも不安定性は生じ得るけれども、（例えば、ＡＣ電圧を用いて発生される）プラズマ・パルスの終わりにおける環境は、不安定性の発生及び進展に有利であるということが観察されてきた。プラズマ・パルスの終わりでは、プラズマ電流は比較的低いが、他方、ＡＣ電源によって印加される電圧は、ＡＣ電源が主プラズマ・パルスから回復する傾向を有するという事実に起因して増加する。プラズマのライフ・サイクルは、プラズマのこの段階でカット・オフに接近し、プラズマ電流は、急激に減少し、その後、小さい不安定性とプラズマ変動が生じ得る。回復するＡＣ電源から帰結する増加する電圧の影響下で、これらの不安定性及びプラズマ変動は、スクリーマの形成及びグローからアークへの変遷のような主なプラズマの不安定性に容易に発展し得る。増加する電圧と一緒に、比較的低くかつ減少するプラズマ電流というこれらの環境は、不安定性を抑制もしくは除去することを同時に困難にする。

本発明の目的は、プラズマ・パルスの終わりでプラズマの不安定性を阻止しかつ除去するようにグロー放電プラズマを制御するための方法及び装置を提供することである。

本発明のこれら及び他の目的は、少なくとも２つの離間された電極を含むプラズマ放電間隔での大気状態下のガスまたはガス混合物におけるグロー放電プラズマを制御するための方法において、前記電極にＡＣプラズマ付勢電圧を印加することによって少なくとも１つのプラズマ・パルスが生成されて、プラズマ電流及び変位電流を生じ、前記少なくとも１つのプラズマ・パルスは、絶対パルス最大値を含む方法であって、前記変位電流の相対的な減少が前記パルス最大値の後に与えられるように前記付勢電圧を制御する段階を含むことを特徴とする方法が提供されるという第１の態様における本発明によって達成される。

プラズマ・パルスの終りで、すなわち、パルス最大値の後にプラズマを制御することができることが、非常に重要であるということが観察されてきており、その理由は、その時間において、プラズマは特に不安定であるからである。本発明によれば、プラズマは効果的に制御されることができ、プラズマにおける不安定性は、負の変位電流を提供することによって、プラズマの存在のこの段階において効率的に抑制されかつ除去され得る。

プラズマの不安定性は、主パルスのプラズマ電流の規則正しい相対的な減少に比例しないプラズマ電流の相対的な減少を引き起すプラズマの局部消失を生じ得るか、もしくは、プラズマ電流の（局部的に）先鋭な増加を生じるフィラメント形成、ストリーマを生じ得る。

フィラメント形成は、しばしば、写真フィルム工業のためのポリマ・フィルムの処理及び化学蒸着のような、例えば表面処理法において最も損傷を与える現象であるので、本発明によるフィラメント形成の効果的な抑制は、該方法の品質及び適用性を大いに改善する。

交流の付勢電圧を取り扱っているので、その振幅の符号、そしてまた変位電流の符号は、正から負へそしてその反対に変化するであろう。付勢電圧の正の半サイクルもしくは周期の場合において、変位電流の減少は、フィラメント形成の可能性を減少するであろう。従って、本発明によれば、プラズマ・パルスのこの段階で、すなわちパルス最大値の後で、変位電流を減少させることによってプラズマ・パルスの終りでのフィラメントの生成を阻止することができる。

付勢電圧の負の半サイクルの場合において、符号は反対であるが、上述したのと同様の説明が有効である。

以下で他の言及をしない限り、本発明によるグロー・プラズマを安定化させるためのプロセス及び／または対策の説明は、主に、変位電流の正の半サイクルに対して与えられる。符号を反対に変えることによって、変位電流の負の半サイクルに対しては同じ説明が等しく与えられ得る。

本発明の実施形態によれば、本方法は、前記変位電流の前記相対的な減少と前記パルス最大値の後の前記プラズマ・パルスとを同期化させる段階をさらに含む。

変位電流の相対的な減少が早すぎて与えられるならば、主プラズマ・パルスが、例えば表面処理プロセスにおいて未だ生産的であり得る間に消失されてしまうかも知れない。他方、もし、変位電流の相対的な減少が遅すぎて与えられたならば、プラズマの不安定性が未だ創成されるべき機会を有する。従って、タイミングが或る程度重要であり、本発明のこの実施形態によって変位電流の相対的な減少を同期化させることにより、本方法の品質及び効率が効果的に改善され得る。

上述の例は、プラズマ電流の１つまたはそれ以上の相対的な増加に応答して変位電流の減少を提供するというような、プラズマ変動の発生と、相対的な減少との同期化を含み得る。

本発明のもう１つの実施形態によれば、変位電流は、プラズマ付勢電圧を制御することによって制御される。適切な電子回路と結合して、付勢電圧の操作は、変位電流の操作を可能とするであろう。特に、本発明のもう１つの実施形態によれば、変位電流の相対的な減少は、プラズマ付勢電圧の相対的な減少によって与えられる。

本発明のさらにもう１つの実施形態によれば、付勢電圧は、変位電流が実質的に三角波形を備えるように形成される。この場合、変位電流が、プラズマ・パルスが開始する前から、プラズマ・パルスの開始時点において、パルス最大値の後において、そしてプラズマが完全に消失されるまで、プラズマ発生の全期間の間で相対的な減少を示すようにＡＣ電圧は形成され得る。プラズマの安定性は、変位電流の勾配、すなわちｄＩ_ｄ／ｄｔを急峻にすることによって高められるということが観察されてきた。変位電流の勾配は、できる限り最適にプラズマの安定性を提供するために、プラズマがブレークダウンする前からプラズマ・パルスが消失された後まで最大化されるように形成されるのが好ましい。

本発明のもう１つの実施形態によれば、プラズマ付勢電圧は、少なくとも１つの非線形素子を介して電極に与えられる。電子素子の非線形な振る舞いは、変位電流の相対的な減少を提供するため、及び／または付勢電圧を制御するためのような、本発明のステップもしくは段階を行なうために有利に用いられ得る。

本発明のもう１つの実施形態によれば、非線形素子は、少なくとも１つのチョーク・コイルを含む。

チョーク・コイルが非線形素子として用いられ得るということは理解されるであろう。チョーク・コイルは、多くの構成内に容易に設置されることができ、比較的安価かつ容易に入手可能である。

本発明の方法と共にチョーク・コイルを使用することの可能性は、本発明の実施形態によれば、パルス最大値の後のプラズマ・パルス中の基本的に飽和された状態にあるチョーク・コイルの動作である。特に、チョーク・コイルのインダクタンスがプラズマ電流に対して非線形に振舞うようにチョーク・コイルを動作させることにより変位電流の相対的な減少を提供するということを考え付くことができる。

飽和されたチョーク・コイルのインダクタンスは、飽和されないチョーク・コイルのインダクタンスよりも非常に小さいことが理解されるであろう。その飽和された状態において、チョーク・コイルは、主に、抵抗として動作し、他方、飽和されない状態においては、チョーク・コイルは、その磁束変化に対抗する定インダクタンスとして振舞う。コイルを通る電流が飽和電流に実質的に等しい飽和点近辺において、インダクタンスは、コイルを通る電流の増加と共に急激に降下し、インダクタンスは、電流への強い非線形依存性を示す。

プラズマがＡＣ電圧を用いて生成されるときに、一対のプラズマ電極と直列に接続されたチョーク・コイルが飽和された状態で動作されると仮定する。プラズマ電流が最大値（パルス最大値）に達した直ぐ後の、ＡＣ電圧の正の半サイクルを考慮すると、プラズマ電流は再度減少し、以前に説明したように、ＡＣ電圧は、ＡＣ電源が主プラズマ・パルスから回復するにつれ増加する傾向を有する。減少する電流がコイルの飽和点に接近するにつれ、飽和点近辺で、コイルのインダクタンスは、減少する電流と共に増加するであろう。結果として、コイルのインピーダンスは、同様に、減少する電流と共に増加し、コイルにかかる電圧降下が増加するであろう。増加する電圧降下は、変位電流の相対的な減少と等価である。チョーク・コイルは、（減少する電流と共にＡＰＧ電極にかかる電圧降下を増加させる）負抵抗として作用するように見える。変位電流の相対的な減少の結果として、フィラメント形成は、プラズマ・パルスのこの段階において効果的に抑制され得る。

共振回路を得るために、チョーク・コイルに加えて、他のインダクタが、例えばチョーク・コイルと直列に配列される。この他のインダクタは、チョーク・コイルよりも高いインダクタンスを有するべきである。共振回路において、プラズマ点火の後でさえ、電源への全電流は、プラズマの無い場合と同じ正弦形状及び同じ値に留まる傾向を有する。

時間に対する電圧変動は、以下の式（１）
Ｃ・ｄＶ／ｄｔ＝−Ｉ_{ｐｌａｓｍａ}＋Ｉ_０ｓｉｎ（ωｔ＋φ） （１）
によって表され得、ここに、
Ｉ_{ｐｌａｓｍａ}＝プラズマ電流
Ｉ_０ｓｉｎ（ωｔ＋φ）＝平静な正弦波電流
Ｖ＝プラズマ付勢電圧
ｔ＝時間
ω＝Ｖの角周波数
φ＝位相角
である。

従って、もし、プラズマ電流が、平静な電流Ｉ_０に比較して、プラズマ・パルスのライフ・サイクルの終りで小さいならば、不安定性を抑制するための電圧降下の生成は、殆ど不可能である。これは、飽和されたチョーク・コイルを用いて覆われる領域である。しかしながら、電流変動に対するチョーク・コイルの非線形性が不可欠である。

上述のことから、チョーク・コイルの適切な大きさも本発明の方法の適切なタイミングを可能にするということが理解されるであろう。チョーク・コイルの飽和特性は、コアの強磁性特性及び寸法を変えることによって制御され得る。本発明の方法のタイミングは、また、本発明に従い、例えば、インピーダンス整合回路のような位相シフト手段、チョーク・コイルのようなインダクタンス、もしくは他の位相シフト手段を用いることによっても制御され得る。

チョーク・コイルが飽和されるようになる閾値電流であるチョーク・コイルの飽和電流を与えれば、好適な実施形態によれば、変位電流Ｉ_ｄと飽和電流Ｉ_ｓａｔとの間の比は、少なくともプラズマのブレークダウンの直ぐ前からパルス最大値の後のプラズマ・パルス中までに１．０と３．０との間の範囲にある。特に、変位電流と飽和電流との間の比は、当該期間に１．２と１．６との間の範囲にある。チョーク・コイルは、上述の範囲内でその飽和電流と共に適切な寸法とされ得ることが観察されている。

本発明の第２の態様によれば、少なくとも２つの離間された電極と、大気状態下で放電間隔にガスまたはガス混合物を導入する手段と、絶対パルス最大値を含む少なくとも１つのプラズマ・パルスを生成してプラズマ電流及び変位電流を生じさせるよう前記電極にＡＣプラズマ付勢電圧を印加することにより前記電極を付勢するための電源と、前記プラズマを制御するための手段と、を有する、放電間隔におけるグロー放電プラズマを制御するための装置であって、前記プラズマを制御するための手段は、前記変位電流の相対的な減少が前記パルス最大値の後に与えられるように前記付勢電圧を制御するように配列されることを特徴とする装置が提供される。

本発明の装置のさらなる実施形態においては、変位電流の相対的な減少とパルス最大値の後のプラズマ・パルスとを同期させるための手段が設けられる。

本発明の装置のまたさらなる実施形態においては、プラズマを制御するための前記手段は、プラズマ付勢電圧を制御することにより変位電流を制御するよう配列されている。

本発明の装置のさらにまたさらなる実施形態においては、プラズマを制御するための手段は、プラズマ付勢電圧の相対的な減少を提供することによって、変位電流の相対的な減少を提供するよう配列されている。

本発明によれば、プラズマを制御するための手段は、例えば、変位電流が実質的に三角波形を備えるようにプラズマ付勢電圧を形成するよう配列されて良い。

本発明の実施形態の１つによれば、当該装置は、少なくとも１つの非線形素子を含み、該少なくとも１つの非線形素子は、電極とＡＣ電源端子との間に直列に接続される。非線形素子は、例えば、チョーク・コイルを含んでいて良い。

本発明による装置の好適な実施形態において、非線形素子は、少なくとも１つの位相シフト回路を備える。移送シフト回路は、変位電流を付勢電圧に対して９０°よりも小さい角度に渡って移送シフトさせるように配列されている。位相シフト回路は、インピーダンス整合回路を備える。位相シフト回路は、その最も簡単な実施形態において、電極とＡＣ電源端子との間に直列に接続されたインダクタンスを含んでいても良い。

本発明の実施形態により用いられるガスまたはガス混合物は、ヘリウム、アルゴン、窒素、空気、酸素、二酸化炭素、アンモニアを含む群及び該群のうちのガスの任意のものを含む混合物の少なくとも１つを含んでいて良い。本発明のさらにもう１つの実施形態によれば、ガスは、また、希ガスと、化学蒸着のための前駆ガスのような化学的活性ガスとの混合物であっても良い。

本発明の実施形態によれば、当該装置は、１ｋＨｚ及び５０ＭＨｚ間の周波数における付勢電圧で電極を付勢するよう配列されたＡＣ電源手段を備える。

本発明による装置及び方法は、実際、それらに制限されるものではないが：基板が、ガラス、ポリマ、金属等であって良い表面活性処理のような基板のプラズマ表面処理のためのそして親水性または疎水性の表面の生成のための装置や；化学蒸着プロセスのためのプラズマ装置や；揮発性有機化合物を含むガスの分解のためのプラズマ装置や；ガス相から有毒化合物を除去するためのプラズマ装置や；減菌法におけるような表面洗浄目的または乾燥洗浄プロセスのためのプラズマ装置；のような広範な種類の応用のために用いられることができる。

当業者は、スパッタリングまたは大気プラズマ化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）によって蒸着される、例えば、酸化スズ、インジウム酸化物、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）被覆のような導電性透明酸化物（ＴＣＯ）が、炭化水素またはヒドロキシル群のような多くの汚染物や欠陥を呈示することを理解するであろう。これらの汚染物は、通常、湿式洗浄ステップにより取り除かれなければならない。しかしながら、これらの汚染されたＴＣＯの洗浄は、以下の例に示すように、本発明のＡＰＧを用いて非常に効果的に行なわれ得るということが分かる。

本発明の上述した及び他の特徴及び長所は、添付図面を参照して以下の記述で説明される。

図１は、本発明の一実施形態による装置の概略図であり、それにおいて、ＡＣ電源１は、大気圧グロー（ＡＰＧ）プラズマを発生するための放電間隔を形成する電極構成２に接続される。電極構成２と直列に、チョーク・コイル３の形態にある非線形電気回路素子が接続され、該非線形電気回路素子は、ＡＣ電源１を用いて発生される少なくともプラズマ・パルス中に、特に、そのパルス最大値の後のプラズマのライフ・サイクル期間において、すなわち、パルスの終わりにおけるか、もしくはその近辺において、飽和された状態で動作される。

チョーク・コイル３と直列に、本発明の実施形態によれば、飽和されない状態で動作されるさらなるインダクタもしくは整合コイル４が設置される。整合コイル４は、主に、位相シフト手段として用いられ、この目的のために適切な寸法であって良い。一実施形態においては、０．７ｍＨのインダクタンスを有する整合コイルが、０．１及び０．２ｍＨ間のインダクタンスを有するフェライトのチョーク・コイル３と一緒に用いられた。このチョーク・コイルに用いられたフェライトは、μｒ＝１７００、Ｈｃ＝２０Ａ／ｍ、Ｂｒ＝１７０Ａ／ｍ及びＢｓａｔ＝３５０Ａ／ｍを有する３Ｓ４フェライト（ＭｎＺｎ）である。

容量５は、高調波の減衰のために電極構成２に並列接続される。この容量５は、例えば、電極構成２の浮遊容量によって固有に形成されても良い。

チョーク・コイル３の効果は、チョーク・コイル３の飽和電流が、チョーク・コイル３の無い図１の回路の変位電流よりも少なくとも小さい場合に、最も良く認められ得、該変位電流は、
Ｉ_{ｄ，ｗｉｔｈｏｕｔ＿ｃｈｏｋｅ}＝ωＣＶ_ｍａｘ （２）
に等しく、ここに、
ω＝ＡＣ付勢電圧の基本角度周波数、
Ｃ＝ＡＰＧ電極構成の容量、及び
Ｖ_ｍａｘ＝ＡＣ付勢電圧の振幅
である。

好ましくは、用いられるチョーク・コイルの飽和電流は、変位電流の５０％よりも大きい。

図２は、本発明のもう１つの実施形態を示す。ここに、ＡＣ電源１０は、電極構成１１に接続される。電極構成１１と直列に、チョーク・コイル１２が接続される。コンデンサ１５は、電極構成１１及び整合コイル１６と並列に接続される。接地ワイヤ・コンデンサ１４は、電極構成１１と直列に、かつチョーク・コイル１２と並列に接続される。この接地ワイヤ・コンデンサ１４は、チョーク・コイル１２に印加される電圧を昇圧するように配列され、それにより、チョーク・コイル１２は、電源整合並びに回路の動作に影響を与えることなく、一層容易に飽和される。抵抗１３は、チョーク・コイル１２と直列に接続される。図２の実施形態において、電極構成１１の底電極（接地側）の電位へのチョーク・コイル１２の飽和の影響は、相当なものである。チョーク・コイル１２及び接地ワイヤ・コンデンサ１４から成るＬＣ回路の飽和は、大きい電位変動を生成する。

図３は、図１に示された装置の場合の本発明の方法の実施形態における、時間に対する、付勢電圧Ｖ、プラズマ電流Ｉ_ｐ及び変位電流Ｉ_ｄのグラフを示す。説明のために、付勢電圧Ｖの正の最初半分だけが示されている。プラズマは、以下の条件下で本発明に従って発生された：すなわち、２４０ｋＨｚにおけるＬＣ直列回路網が、２ｍＨのインダクタンスを有する共振もしくは整合コイル４、１４０ｐＦのＡＰＧ電極容量５、０．７ｍＨのインダクタンスを有するチョーク・コイル３、並びにＩ_ｄ／Ｉ_ｓａｔ＝１．４でもって使用された。使用されたガスは、大気圧におけるＡｒ＋２０％空気であった。スパーキング（火花）の危険性を避けるために、かつ整合の理由で、１０％のデューティ・サイクルを有するパルス化されたプラズマが用いられた。

プラズマ・パルス１７は、絶対パルス最大値１８を有して発生されるのが分かる。パルス最大値１８の後に、すなわち、約２及び３μｓの時間ｔ間で、プラズマ電流Ｉ_ｐは減少し、負の勾配１９を示す。本発明によれば、プラズマ電流Ｉ_ｐの減少１９に対して、変位電流Ｉ_ｄの相対的な減少２０が生じ、それは、飽和されたチョーク３によって引き起こされる。結果として、プラズマ電流Ｉ_ｐは、プラズマ・フィラメントによって生成される先鋭なピークまたはスパイク無しで、比較的明瞭な下方勾配２１を示し、意図されたような安定なグロー・プラズマを提供する。説明のために、破線２２は、従来技術によるすなわち本発明の教示のないプラズマ電流Ｉ_ｐを示す。非常に不規則な電流波形２２が観察され得、プラズマ内に不所望のストリーマ等を引き起こす。

図３から、少なくともプラズマのブレークダウンのすぐ前から、パルス最大値１８の後のプラズマ・パルス１７の間までの時間間隔において、変位電流Ｉ_ｄ及びチョーク・コイル３の飽和電流Ｉ_ｓａｔ間の比は、１．２及び１．６間の範囲内にあることがさらに分かる。この比でもって、変位電流Ｉ_ｄは、プラズマが発生される領域を除いて実質的に三角形状を有し、プラズマ・パルスの開始前からパルス最大値１８の後、プラズマが完全に消失するまでの全期間の間の相対減少を示す。この三角波形は、安定なプラズマのブレークダウンを得るために非常に有利である。一般に、プラズマの安定性は、変位電流の勾配、すなわち、ｄＩ_ｄ／ｄｔを急峻にすることによって高められる。

図３から、プラズマ・パルス１７の発生において、すなわち、パルス最大値１８の前において、変位電流Ｉ_ｄは、最初に、すなわち、参照数字２３で示される約１及び２μｓの時間ｔの間に、かなり降下することも分かる。変位電流のＩ_ｄのこの降下２３は、（飽和されない）整合コイル４によって引き起こされる。従って、本発明の配列において、図１及び２に図示的に示すように、とりわけ、変位電流Ｉ_ｄとチョーク・コイル３の飽和電流Ｉ_ｓａｔとの間の比を１．０及び３の間の範囲にし、好ましくは、１．２及び１．６の間の範囲にするようにチョーク・コイルを適切に選択することによって、（飽和されない）整合コイルと結合して、プラズマ・パルス１７の発生時点における変位電流I_ｄの急峻な相対減少を得ることができ、安定なグロー・プラズマの発生を高めて維持する。

チョーク・コイル３の飽和電流Ｉ_ｓａｔと変位電流Ｉ_ｄとの間の比を１．６を超えて増加させることにより、ＡＰＧ電極にかかる電圧が一層矩形形状の波形を示すということが観察された。

図３から、本発明による上述された変位電流の相対減少が、マイクロ秒の数分の幾つかで与えられるということが明瞭である。

当業者は、反対符号の同様の波形が、付勢電圧Ｖの負の半期間において生じるであろうことを理解するであろう。

図４Ａ及び４Ｂにおいて、本発明による方法を用いて発生されるプラズマ、すなわち、図４Ａが、従来技術の方法を用いて発生されるプラズマ、すなわち、プラズマ・パルスの終わりにおいて変位電流の相対減少の発生が無い図４Ｂと比較される。図４Ａにおいて、飽和されたチョーク・コイル３及び飽和されない整合コイル４の組み合わせが用いられる。プラズマから来る測定された光の強度２７が、時間ｔに渡ってプロットされ、ここに、時間ｔは、水平軸２５上にプロットされる。強度の大きさは、グラフの右手側の垂直軸２６に任意の単位でプロットされる。左側の軸２４は、強度のパーセンテージとして強度の揺動２８の大きさを示す。

図４Ｂにおいて、図４と同様に、測定された光の強度３１がプロットされ、その大きさは、右水平軸３３に与えられる。再度、水平軸３５上の時間ｔに渡る強度の揺動３２がプロットされ、その大きさは、左手垂直軸３４によって与えられる。図４Ａ及び図４Ｂの双方の場合において、プラズマは、６０ｋＨｚのＡＣ電圧で発生された。

図４Ａ及び４Ｂの双方を比較することによって、図１及び図２のそれぞれのチョーク・コイル３及び１２のような、本発明による飽和されたコイルを用いることにより、プラズマ変動及び不安定性が効果的に抑制され得るということが明らかである。

例（図１参照）：
プラズマは、以下の条件を用いて本発明に従って発生された：２ｍＨのインダクタンスを有する共振または整合コイル４、１４０ｐＦのＡＰＧ電極容量５、０．７ｍＨのインダクタンスを有するチョーク・コイル３を有し、Ｉ_ｄ／Ｉ_ｓａｔ＝１．４である２４０ｋＨｚにおけるＬＣ直列回路網が用いられた。用いられたガスは、大気圧におけるＡｒ＋２０％空気であった。スパーキング（火花）の危険性を避けるために、かつ整合理由のために、１０％のデューティ・サイクルを有するパルス化されたプラズマが用いられた。用いられた処理時間は、５分から３０分であったが、パルス化に起因して、効果的なプラズマ露出時間は、０．５から３分であった。全てのサンプルに対して、３１５Ｗの順方向電力が付勢発生器１によって出力された。出力密度は、１Ｗ／ｃｍ^２であった。

これらのプラズマ・パラメータに従って、ＩＴＯでスパッタリングされたフォイルが処理された。

サンプルの汚染を避けるために、頂部電極上の誘電体として主としてガラスが用いられた（誘電体障壁系がスパーキングを阻止するために用いられた）。
サンプル１：処理時間１６分。プラズマ露出時間１．６分。サンプルは接地電極上に置かれた。高電圧電極がガラスで覆われた。
サンプル２：処理時間５分。プラズマ露出時間０．５分。サンプルは接地電極上に置かれた。高電圧電極はガラスで覆われた。
サンプル３：処理時間１０分。プラズマ露出１分。サンプルは接地電極上に置かれた。高電圧電極はガラスで覆われた。
サンプル４：処理時間３０分。プラズマ露出３分。サンプルは接地電極上に置かれた。高電圧電極はガラスで覆われた。ＩＴＯと電極との貧弱な接触に起因して、どんなプラズマもギャップの中心では点火しなかったし、従って、この領域では処理は非常に弱かった。

サンプルは、ＳＥＭ画像を判断して評価された。各サンプルごとに、フォイルに沿った約８つの位置が調査された。基準（処理されない）表面は、高密度の暗いスポットを含む。処理された表面は、最短の露出時間（３０秒）の間でさえ完全に白色であるように見えた。

当業者は、特許請求の範囲に限定された本発明の新規性かつ進歩性を有する範囲から逸脱することなく、多くの変更及び追加が為され得るのを理解するであろう。

本発明の実施形態による装置を示す概略図である。 本発明の実施形態による装置を示すもう１つの概略図である。 本発明の実施形態を用いて生成されるＡＣ付勢電圧、プラズマ電流、及びプラズマの変位電流を示す図である。 本発明による、飽和されたコイルを用いて生成されるプラズマのための時間に対する光の強度の分布を示すグラフ図である。 従来技術による、飽和されたコイルを用いずに生成されるプラズマのための時間に対する光の強度の分布を示すグラフ図である。

符号の説明

１ ＡＣ電源
２ 電極構成
３ チョーク・コイル
４ 整合コイル
５ 容量
１０ ＡＣ電源
１１ 電極構成
１２ チョーク・コイル
１３ 抵抗
１４ 接地ワイヤ・コンデンサ
１５ コンデンサ
１６ 整合コイル

Claims (32)

1. 少なくとも２つの離間された電極を含むプラズマ放電間隔での大気圧状態下のガスまたはガス混合物におけるグロー放電プラズマを制御するための方法において、前記電極にＡＣプラズマ付勢電圧を印加することによってプラズマ電流及び該プラズマ電流と並列に生成される変位電流が生成されて、前記プラズマ電流は、プラズマ電流パルス最大値を有し、当該方法は、前記変位電流の相対的な減少が前記プラズマ電流パルス最大値の後に与えられるように前記ＡＣプラズマ付勢電圧を制御する段階を含むことを特徴とする方法。
2. 前記変位電流の前記相対的な減少と前記プラズマ電流パルス最大値の後の前記プラズマ電流パルスとを同期化させる段階をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記変位電流は、前記ＡＣプラズマ付勢電圧を制御することによって制御される請求項１また２に記載の方法。
4. 前記変位電流の前記相対的な減少は、前記ＡＣプラズマ付勢電圧の相対的な減少によって与えられる請求項３に記載の方法。
5. 前記ＡＣプラズマ付勢電圧は、前記変位電流が実質的に三角波形を備えるように、形成される請求項３または４に記載の方法。
6. 前記ＡＣプラズマ付勢電圧は、少なくとも１つの非線形素子を介して前記電極に与えられる請求項３、４または５に記載の方法。
7. 前記非線形素子は、少なくとも１つのチョーク・コイルを含む請求項６に記載の方法。
8. 前記少なくとも１つのチョーク・コイルは、前記パルス最大値の後の前記プラズマ電流パルス中、飽和された状態にある請求項７に記載の方法。
9. 前記変位電流の前記相対的な減少は、前記チョーク・コイルのインダクタンスが前記プラズマ電流に対して非線形に振舞うように前記チョーク・コイルを動作させることにより与えられる請求項８に記載の方法。
10. 前記チョーク・コイルは、該チョーク・コイルを通る電流が飽和電流を超えたときに該チョーク・コイルが飽和されるようになるような該飽和電流を備え、前記変位電流と前記飽和電流との間の比は、前記パルス最大値の後の前記プラズマ電流パルス中に１．０と３．０との間の範囲にある請求項７、８または９に記載の方法。
11. 前記変位電流と前記飽和電流との間の比は、前記プラズマ電流パルス最大値の後の前記プラズマ電流パルス中に１．２と１．６との間の範囲にある請求項１０に記載の方法。
12. 前記非線形素子は、さらに、前記電極と前記ＡＣプラズマ付勢電圧との間に直列に接続される位相シフト回路を備える請求項６乃至１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記位相シフト回路は、前記変位電流を前記ＡＣプラズマ付勢電圧に対して９０°よりも小さい角度に渡って位相シフトさせるように配列されている請求項１２に記載の方法。
14. 化学蒸着、表面洗浄、表面改質、等を行なうための請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法の使用。
15. 表面洗浄のための表面は、基板上に適用された透明導電酸化物層の表面である請求項１４に記載の使用。
16. 透明酸化物層は、酸化スズ、インジウム酸化物またはインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）である請求項１５に記載の使用。
17. 少なくとも２つの離間された電極と、大気圧状態下で放電間隔にガスまたはガス混合物を導入する手段と、プラズマ電流パルス最大値を含むプラズマ電流及び該プラズマ電流と並列に生成される変位電流を生じさせるよう前記電極間にＡＣプラズマ付勢電圧を印加することにより前記電極を付勢するための電源と、前記プラズマを制御するための手段と、を有する、放電間隔におけるグロー放電プラズマを制御するための装置であって、前記プラズマを制御するための手段は、前記変位電流の相対的な減少が前記プラズマ電流パルス最大値の後に与えられるように前記ＡＣプラズマ付勢電圧を制御するように配列されることを特徴とするグロー放電プラズマを制御するための装置。
18. 前記変位電流の相対的な減少と前記プラズマ電流パルス最大値の後の前記プラズマ電流パルスとを同期させるための手段をさらに備える請求項１７に記載の装置。
19. 前記プラズマを制御するための前記手段は、前記ＡＣプラズマ付勢電圧を制御することにより前記変位電流を制御するよう配列されている請求項１７または１８に記載の装置。
20. 前記プラズマを制御するための前記手段は、前記ＡＣプラズマ付勢電圧の相対的な減少を提供することによって、前記変位電流の前記相対的な減少を提供するよう配列されている請求項１９に記載の装置。
21. 前記プラズマを制御するための前記手段は、前記ＡＣプラズマ付勢電圧を形成するように配列されている請求項１９または２０に記載の装置。
22. 前記プラズマを制御するための前記手段は、前記変位電流が実質的に三角波形を備えるように前記ＡＣプラズマ付勢電圧を形成するよう配列されている請求項２１に記載の装置。
23. 前記プラズマを制御するための前記手段は、少なくとも１つの非線形素子を含む請求項２０、２１または２２に記載の装置。
24. 前記少なくとも１つの非線形素子は、少なくとも１つのチョーク・コイルを含む請求項２３に記載の装置。
25. 前記少なくとも１つの非線形素子は、前記電極とＡＣ電源端子との間に直列に接続される請求項２３または２４に記載の装置。
26. 前記非線形素子は、少なくとも１つの位相シフト回路を備える請求項２３、２４または２５に記載の装置。
27. 前記位相シフト回路は、インピーダンス整合回路を備える請求項２６に記載の装置。
28. 前記位相シフト回路は、前記電極とＡＣ電源端子との間に直列に接続されたインダクタンスを含む請求項２６に記載の装置。
29. 前記ガスまたはガス混合物は、ヘリウム、アルゴン、窒素、空気、酸素、二酸化炭素、アンモニアを含む群及び該群のうちの前記ガスの任意のものを含む混合物の少なくとも１つを含む請求項１７乃至２８のいずれかに記載の装置。
30. 前記ガスは、希ガス及び化学的活性ガスの混合物である請求項１７乃至２９のいずれかに記載の装置。
31. 前記化学的活性ガスは、化学蒸着のための前駆ガスである請求項３０に記載の装置。
32. １ｋＨｚ及び５０ＭＨｚ間の周波数におけるＡＣプラズマ付勢電圧で前記電極を付勢するよう配列されたＡＣ電源手段をさらに備える請求項１７乃至３１のいずれかに記載の装置。

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