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保有特許一覧|研究・産学連携|豊田工業大学

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Academic year: 2018

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(1)

10 ( 57) 【要約】

【課題】 誘導結合型マイクロプラズマは、高密度プラ ズマが得られるが点灯が難しい問題があった。電離開始 に必要な初期電子を発生させる、内部にイグナイター機 構を加える方法が知られているが、専用電源を新たに用 意すること、電極製作、電極と電源間の結線を必要とす るため、小型化をも阻害する。

【解決手段】 誘導結合型マイクロプラズマ源のガス流 路内部に、浮遊電極を用意する。マイクロプラズマの励 起に誘導結合を利用しているため、特別の結線を施すこ となく、浮遊電極にエネルギーを供給することができる 。この電極から、電離開始に必要な初期電子を発生させ ることができる。浮遊電極周辺からガスの電離が促進さ れ、点灯が容易になると同時に、より省電力でプラズマ を発生させることができる。

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50 【 特 許 請 求 の 範 囲 】

【 請 求 項 1 】

ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 。 【 請 求 項 2 】

ガ ス 流 路 内 部 に 、 金 属 や 半 導 体 や 有 機 物 か ら な る 導 電 性 材 料 の 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 。

【 請 求 項 3 】

ガ ス 流 路 内 部 に 、 直 線 状 、 折 れ 線 状 、 渦 巻 き 状 、 ル ー プ 状 、 鋭 角 コ ー ナ を 持 つ 閉 曲 線 形 状 の 、 い ず れ か 又 は 組 み 合 わ せ 形 状 を 持 つ 、 金 属 や 半 導 体 や 有 機 物 か ら な る 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 。

【 請 求 項 4 】

請 求 項 1 か ら 3 に 記 載 さ れ た マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 を 利 用 し た 、 光 源 、 分 光 シ ス テ ム 、 表 面 処 理 、 ド ー ピ ン グ 、 膜 堆 積 、 エ ッ チ ン グ な ど の 装 置 。

【 発 明 の 詳 細 な 説 明 】 【 技 術 分 野 】

【 0 0 0 1 】

  本 発 明 は 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 、 小 型 化 、 点 灯 し 易 さ 、 省 電 力 化 に 関 す る 。

【 背 景 技 術 】 【 0 0 0 2 】

プ ラ ズ マ 領 域 サ イ ズ の 一 部 も し く は 全 て が c m を 下 回 る 、 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 に は 、 多 く の 種 類 が 報 告 さ れ て い る 。 圧 力 が 高 く な る た め 、 小 さ な サ イ ズ で も プ ラ ズ マ 生 成 に 有 利 と な る 。 中 で も 大 気 圧 プ ラ ズ マ は 、 真 空 チ ャ ン バ ー が 不 要 に な る こ と か ら 、 省 エ ネ ル ギ ー や 低 コ ス ト も の づ く り に 適 す る 。 容 量 結 合 型 に 比 べ て 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ は 、 プ ラ ズ マ 密 度 が よ り 高 く で き る た め 有 力 で あ る 。 し か し 、 微 細 化 が 進 む ほ ど 、 プ ラ ズ マ 点 灯 や 安 定 維 持 が 困 難 に な る 問 題 が あ っ た 。 内 部 に 、 イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 加 え る こ と は 、 専 用 電 源 を 新 た に 用 意 す る こ と 、 電 極 製 作 、 電 極 と 電 源 間 の 結 線 を 必 要 と す る 。 プ ラ ズ マ 源 の 小 型 化 を も 阻 害 す る 。

誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 点 灯 の た め に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 以 外 の 電 極 と 付 随 す る 機 構 を プ ラ ズ マ 源 に 含 め る 技 術 は 、 例 え ば 特 許 文 献 1 か ら 5 、 非 特 許 文 献 1 に 開 示 さ れ て い る 。

特 許 文 献 1 お よ び 2 で は 、 微 小 サ イ ズ 金 属 ド ッ ト の 材 料 供 給 源 の た め に 金 属 ワ イ ヤ ー ( タ ン グ ス テ ン と 鉄 を 例 示 ) が キ ャ ピ ラ リ ー 内 に 導 入 さ れ て い る 。 こ の 金 属 ワ イ ヤ ー を 高 周 波 誘 導 加 熱 し た 上 で 、 接 続 し て お い た イ グ ナ イ タ ー を 一 瞬 差 動 す る こ と で 、 ワ イ ヤ ー 先 端 と 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 間 に 高 電 圧 を 印 加 し て 放 電 さ せ 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ を 点 灯 お よ び 安 定 発 生 す る 技 術 が 開 示 さ れ て い る 。

【 0 0 0 3 】

特 許 文 献 3 で は 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ の 安 定 発 生 と 維 持 の た め に 、 絶 縁 体 チ ュ ー ブ 内 外 に 誘 電 体 バ リ ア 放 電 発 生 用 の 電 極 を 追 加 し て 具 備 す る こ と を 開 示 し て い る 。

特 許 文 献 4 で は 、 図 示 は 無 い も の の 、 装 置 制 御 部 に 、 ガ ス 供 給 手 段 、 高 周 波 電 源 、 及 び プ ラ ズ マ 点 灯 手 段 が あ る こ と を 、 言 及 し て い る 。 少 な く と も 出 願 人 が 手 が け た 一 部 の 装 置 で は 、 圧 電 素 子 を 利 用 し た ガ ス コ ン ロ 点 灯 装 置 と 同 等 の 機 構 が 組 み 合 わ さ れ て い る 。

特 許 文 献 5 で は 、 プ ラ ズ マ を 維 持 す る 低 電 圧 大 電 流 を 加 え る 電 極 に 加 え て 、 プ ラ ズ マ を 始 動 す る 高 電 圧 小 電 流 を 加 え る 電 極 ( ワ イ ヤ ー 形 状 で は な く 、 円 筒 形 状 ) を 利 用 す る プ ラ ズ マ 生 成 方 法 を 開 示 し て い る 。

非 特 許 文 献 1 の 著 者 の 一 人 は 、 特 許 文 献 1 お よ び 2 の 発 明 者 に 含 ま れ て い る 。

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50 以 上 の い ず れ も 、 追 加 し た 電 極 構 造 に は 結 線 と 、 点 灯 用 の 高 電 圧 電 源 が 必 要 で あ る 。

【 0 0 0 4 】

【 特 許 文 献 1 】 特 許 公 開 2 0 0 5 − 2 6 2 1 1 1   「 微 小 な ド ッ ト 又 は ラ イ ン を 備 え た 低 融 点 基 板 、 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ に よ る 堆 積 方 法 及 び 同 装 置 」

【 特 許 文 献 2 】 特 許 公 開 2 0 0 8 − 3 0 6 2 0 9   「 微 小 な ラ イ ン を 備 え た 基 板 」 【 特 許 文 献 3 】 特 許 公 開 2 0 0 8 − 1 9 8 5 8 3   「 プ ラ ズ マ 発 生 装 置 」

【 特 許 文 献 4 】 特 許 公 開 2 0 0 7 − 2 1 3 8 2 1   「 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ ジ ェ ッ ト 制 御 方 法 及 び 装 置 」

【 特 許 文 献 5 】 特 許 公 開 2 0 0 9 − 2 8 9 4 3 2   「 プ ラ ズ マ 発 生 装 置 及 び プ ラ ズ マ 生 成 方 法 」

【 非 特 許 文 献 1 】 " T h e r mo e l e c t r o n - e n h a n c e d mic r o me t e r - s c a le p la s ma g e n e r a t io n " , T . I t o , K . T e r a s h i ma , Ap p l ie d P h y s ic s L e t t e r s , V o l . 8 0 , No . 1 5 ( 2 0 0 2 ) 2 6 4 8 - 2 6 5 0 . 【 発 明 の 開 示 】

【 発 明 が 解 決 し よ う と す る 課 題 】 【 0 0 0 5 】

誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ は 、 高 密 度 プ ラ ズ マ を 発 生 で き る 。 し か し 、 プ ラ ズ マ 点 灯 が 難 し い 問 題 が あ っ た 。 電 離 開 始 に 必 要 な 初 期 電 子 を 発 生 さ せ る 、 イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 加 え る 方 法 が 知 ら れ て い る 。 内 部 に 、 イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 加 え る こ と は 、 専 用 電 源 を 新 た に 用 意 す る こ と 、 電 極 製 作 、 電 極 と 電 源 間 の 結 線 を 必 要 と す る 。

プ ラ ズ マ 源 の 小 型 化 を も 阻 害 す る 。 プ ラ ズ マ 源 の 外 部 で 、 イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 組 み 合 わ せ る こ と は 、 プ ラ ズ マ 源 と イ グ ナ イ タ ー 機 構 と の 位 置 調 節 が 必 要 と な る た め 、 機 器 組 み 込 み の 上 で 問 題 と な る 。

本 発 明 は 、 プ ラ ズ マ 源 の 小 型 化 を 阻 害 す る こ と な く 、 ま た 点 灯 用 の 電 源 を 追 加 す る こ と な く 、 点 灯 を 容 易 に す る こ と を 実 現 す る 。

【 課 題 を 解 決 す る た め の 手 段 】 【 0 0 0 6 】

本 発 明 に よ れ ば 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 が 得 ら れ る 。 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ の 励 起 に 誘 導 結 合 を 利 用 し て い る た め 、 特 別 の 結 線 を 施 す こ と な く 、 浮 遊 電 極 に エ ネ ル ギ ー を 供 給 す る こ と が で き る 。

こ の 電 極 か ら 、 電 離 開 始 に 必 要 な 初 期 電 子 を 発 生 さ せ る こ と が で き る 。

ま た 本 発 明 に よ れ ば 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 金 属 や 半 導 体 や 有 機 物 か ら な る 導 電 性 材 料 の 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 が 得 ら れ る 。 浮 遊 電 極 に は 、 加 熱 や 電 界 集 中 が 発 生 す る 。 熱 や 電 界 の 効 果 に よ っ て 、 導 電 性 材 料 か ら 初 期 電 子 を 発 生 さ せ る こ と が で き る 。

【 0 0 0 7 】

ま た 本 発 明 に よ れ ば 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 直 線 状 、 折 れ 線 状 、 渦 巻 き 状 、 ル ー プ 状 、 鋭 角 コ ー ナ を 持 つ 閉 曲 線 形 状 の 、 い ず れ か 又 は 組 み 合 わ せ 形 状 を 持 つ 、 金 属 や 半 導 体 や 有 機 物 か ら な る 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 が 得 ら れ る 。 浮 遊 電 極 の 形 状 に よ り 、 加 熱 や 電 界 集 中 を 効 果 的 に 高 め る こ と が で き る 。

ま た 本 発 明 に よ れ ば 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 を 利 用 し た 、 光 源 、 分 光 シ ス テ ム 、 表 面 処 理 、 ド ー ピ ン グ 、 膜 堆 積 、 エ ッ チ ン グ な ど の 装 置 が 実 現 で き る 。

【 発 明 の 効 果 】 【 0 0 0 8 】

本 発 明 に よ れ ば 、 小 型 か つ 点 灯 が 容 易 な 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 が 実 現 で き る 。 よ り 低 パ ワ ー で プ ラ ズ マ 点 灯 が 開 始 す る と 、 更 に パ ワ ー を 上 げ た 際 に も 、 プ ラ ズ マ が 成 長 し て よ り 低 パ ワ ー で 高 密 度 化 が 促 進 さ れ る 。 高 い エ ネ ル ギ ー 効 率 が 得 ら れ る 。

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50 【 発 明 を 実 施 す る た め の 最 良 の 形 態 】

【 0 0 0 9 】

以 下 、 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に つ い て 図 面 を 参 照 し な が ら 説 明 す る 。 図 は 例 示 で あ り 、 プ ラ ズ マ 源 を 構 成 す る 、 電 極 や ガ ス 流 路 の 材 料 、 形 状 、 配 置 な ど は 限 定 さ れ る も の で は な い 。 図 1 は 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 は 、 ら せ ん 状 の パ イ プ 、 ガ ス 流 路 は 円 筒 ガ ラ ス 管 の 例 で あ る 。

1 は 浮 遊 電 極 で あ る 。 外 部 と の 電 気 的 な 結 線 は な く 、 孤 立 し て い る 。 点 灯 は こ の 電 極 周 辺 か ら 発 生 す る 。 2 は 形 成 さ れ た プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 3 は ら せ ん 状 の パ イ プ か ら な る 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 で あ る 。 プ ラ ズ マ 点 灯 の 際 に は 、 電 磁 誘 導 を 介 し て 、 1 の 浮 遊 電 極 に エ ネ ル ギ ー を 供 給 す る 。 4 は ガ ス 5 が 流 れ る た め の 流 路 で あ る 、 円 筒 ガ ラ ス 管 で あ る 。 6 は 高 周 波 電 源 で あ る 。 大 気 圧 プ ラ ズ マ で は 、 ガ ス 衝 突 に よ る エ ネ ル ギ ー の ロ ス が 少 な く な る よ う 、 1 0 0 M H z を 代 表 と す る V H F 帯 の 周 波 数 が 利 用 さ れ る こ と が 多 い 。 7 は 3 の コ イ ル 電 極 を 冷 却 す る 冷 却 水 で あ る 。

【 0 0 1 0 】

図 2 は 図 1 で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 実 際 の プ ラ ズ マ ジ ェ ッ ト が 形 成 さ れ る 一 般 的 な 様 子 で あ る 。 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) の 順 に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 3 へ の 入 力 電 力 を 増 加 し て い る 傾 向 を 示 し て お り 、 全 て 異 な る コ イ ル 電 極 で あ る 。 ( a ) で は 、 浮 遊 電 極 の 端 部 の み で プ ラ ズ マ が 発 生 し て い る 。 ヘ リ ウ ム ガ ス を 流 し た 方 が 、 点 灯 し 易 い 。

点 灯 し た 後 は 、 ガ ス を ア ル ゴ ン に 切 り 替 え て も 消 え る こ と 無 く 、 よ り 明 る い 発 光 が 得 ら れ る 。 ( b ) は 、 浮 遊 電 極 の 端 部 か ら 、 プ ラ ズ マ 領 域 が 伸 び て い る 途 中 の 様 子 で あ る 。 ( c ) は 、 両 端 の プ ラ ズ マ 領 域 が つ な が る と 共 に 、 ガ ス 上 流 と 下 流 の 両 方 に プ ラ ズ マ 領 域 が 伸 び た 様 子 で あ る 。 こ の 例 は 、 浮 遊 電 極 は 長 さ 2 2 m m 、 直 径 0 . 1 m m の チ タ ン 線 、 ガ ラ ス 管 外 径 は 1 . 5 m m 、 内 径 は 1 . 0 m m 、 ア ル ゴ ン 流 量 は 0 . 5 リ ッ ト ル / 分 、 入 力 電 力 は 3 8 W で あ る 。

1 が 浮 遊 電 極 で あ る 。 ( c ) で 示 し た 、 白 く 伸 び て い る 領 域 2 が プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 4 は 円 筒 ガ ラ ス 管 で あ る 。 5 は ガ ス の 流 れ で あ る 。

【 0 0 1 1 】

図 3 は 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 は 、 U 字 形 金 属 パ タ ー ン 、 ガ ス 流 路 を 平 板 と 溝 付 き 平 板 の サ ン ド イ ッ チ 構 造 で 形 成 し た 例 で あ る 。

平 板 型 の プ ラ ズ マ 源 で あ る た め 、 水 冷 は 平 板 下 部 と 面 接 触 す る プ レ ー ト を 介 し て 行 う こ と が で き る 。

1 は 浮 遊 電 極 で あ る 。 外 部 と の 電 気 的 な 結 線 は な く 、 孤 立 し て い る 。 点 灯 は こ の 電 極 周 辺 か ら 発 生 す る 。

2 は 形 成 さ れ た プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 3 は U 字 形 金 属 パ タ ー ン か ら な る 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 で あ る 。 4 a は 上 部 ガ ラ ス 板 、 4 b は 溝 構 造 付 き 下 部 ガ ラ ス エ ポ キ シ 板 で あ る 。 こ の 二 つ を 張 り 合 わ せ て 、 ガ ス 流 路 を 形 成 す る 。 6 は 高 周 波 電 源 で あ る 。 な お 、 平 板 型 の プ ラ ズ マ 源 で あ る た め 、 水 冷 は 下 部 平 板 4 b と 面 接 触 す る プ レ ー ト ( 図 示 は し て い な い ) を 介 し て 行 う こ と が で き る 。

【 0 0 1 2 】

図 4 は 図 3 で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 実 際 の プ ラ ズ マ 領 域 が 形 成 さ れ る 一 般 的 な 様 子 で あ る 。 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) の 順 に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 コ イ ル 3 へ の 入 力 電 力 を 増 加 し て い る 。 ( c ) と ( d ) で は 、 入 力 電 力 は 同 じ で あ る が 、 ガ ス を ヘ リ ウ ム か ら ア ル ゴ ン に 切 り 替 え て い る 。

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40 、 折 り 曲 げ て 長 さ 1 0 m m に し て い る 。 厚 さ ∼ 3 5 μ m の 銅 膜 が 付 い た ガ ラ ス エ ポ キ シ 基

板 ( F R − 4 ) に 幅 ∼ 2 m m 、 深 さ 1 . 2 m m の 溝 を 加 工 し 、 カ バ ー ガ ラ ス を 貼 り 付 け て ガ ス 流 路 を 形 成 し た 。 U 字 形 電 極 の 幅 は 9 m m で あ る 。 ア ル ゴ ン 流 量 は 0 . 5 リ ッ ト ル / 分 、 入 力 パ ワ ー は 3 5 W で あ る 。

1 が 浮 遊 電 極 で あ る ( ト レ ン チ 長 よ り も 長 い 針 金 を 複 数 回 折 り 曲 げ た り 、 ね じ っ た り し て い る ) 。 ( c ) 、 ( d ) で 示 し た 、 白 く 伸 び て い る 領 域 2 が プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 3 は U 字 形 金 属 パ タ ー ン か ら な る 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 で あ る 。 4 a は 上 部 ガ ラ ス 板 、 4 b は 溝 構 造 付 き 下 部 ガ ラ ス エ ポ キ シ 板 で あ る 。 こ の 二 つ を 張 り 合 わ せ て 、 ガ ス 流 路 を 形 成 す る 。 5 は ガ ス の 流 れ で あ る 。

【 産 業 上 の 利 用 可 能 性 】 【 0 0 1 3 】

プ ラ ズ マ 領 域 の 一 部 も し く は 全 て が c m を 下 回 る 、 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 に は 、 多 く の 種 類 が 報 告 さ れ て い る 。 圧 力 が 高 く な る と 、 小 さ な サ イ ズ で も プ ラ ズ マ 生 成 に 有 利 と な る が 、 中 で も 大 気 圧 プ ラ ズ マ は 、 低 圧 プ ラ ズ マ の 場 合 に 必 須 で あ っ た 真 空 チ ャ ン バ ー が 不 要 に な る こ と か ら 、 装 置 が 簡 単 で 安 価 に な る 上 、 真 空 引 き が 要 ら な く な り 、 プ ロ セ ス 時 間 が 短 く で き る 。 ア レ イ に す る な ど 、 広 い プ ラ ズ マ 領 域 を 形 成 で き れ ば 、 ロ ー ル ・ ツ ー ・ ロ ー ル 方 式 の 製 作 工 程 に も 入 り 得 る 。

活 性 種 は 多 く あ る が 、 ガ ス 温 度 が 高 く な っ て い な い 非 平 衡 プ ラ ズ マ が 得 ら れ る た め 、 プ ラ ス チ ッ ク や フ ィ ル ム 材 に も 、 高 密 度 プ ラ ズ マ 処 理 が で き る 。 実 験 結 果 か ら 、 プ ラ ズ マ 点 灯 が 、 低 電 力 に お い て 開 始 で き る と 、 プ ラ ズ マ 領 域 が 広 が る 条 件 に 到 達 す る ま で の 電 力 も 小 さ く で き る 。 低 コ ス ト 、 省 エ ネ ル ギ ー も の づ く り に 適 す る 性 質 を 持 つ 。 様 々 な 産 業 に お い て 利 用 さ れ る 可 能 性 が あ る 。

【 図 面 の 簡 単 な 説 明 】 【 0 0 1 4 】

【 図 1 】 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 は 、 ら せ ん 状 の パ イ プ 、 ガ ス 流 路 は 円 筒 ガ ラ ス 管 の 例 で あ る 。

【 図 2 】 図 1 で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 を 利 用 し て 実 際 の プ ラ ズ マ ジ ェ ッ ト が 形 成 さ れ る 一 般 的 な 様 子 で あ る 。

【 図 3 】 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。

【 図 4 】 図 3 で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 を 利 用 し て 実 際 の プ ラ ズ マ 領 域 が 形 成 さ れ る 一 般 的 な 様 子 で あ る 。

【 符 号 の 説 明 】 【 0 0 1 5 】 1 ・ ・ ・ 浮 遊 電 極 2 ・ ・ ・ プ ラ ズ マ 領 域

3 ・ ・ ・ 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 4 ・ ・ ・   流 路 を 形 成 す る ガ ラ ス 管

4 a ・ ・ ・ 流 路 を 形 成 す る 上 部 ガ ラ ス 板

4 b ・ ・ ・ 流 路 を 形 成 す る 溝 構 造 付 き 下 部 ガ ラ ス エ ポ キ シ 板 5     ガ ス の 流 れ

6 ・ ・ ・   高 周 波 電 源

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【 図 1 】 【 図 2 】

(7)

【 手 続 補 正 書 】

【 提 出 日 】 平 成 2 3 年 9 月 1 日 ( 2 0 1 1 .9 .1 ) 【 手 続 補 正 1 】

【 補 正 対 象 書 類 名 】 明 細 書 【 補 正 対 象 項 目 名 】 全 文 【 補 正 方 法 】 変 更

【 補 正 の 内 容 】

【 発 明 の 詳 細 な 説 明 】 【 技 術 分 野 】

【 0 0 0 1 】

  本 発 明 は 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 、 小 型 化 、 点 火 し 易 さ 、 省 電 力 化 に 関 す る 。

【 背 景 技 術 】 【 0 0 0 2 】

プ ラ ズ マ 領 域 サ イ ズ の 一 部 も し く は 全 て が c m を 下 回 る 、 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 に は 、 多 く の 種 類 が 報 告 さ れ て い る 。 圧 力 が 高 く な る た め 、 小 さ な サ イ ズ で も プ ラ ズ マ 生 成 に 有 利 と な る 。 中 で も 大 気 圧 プ ラ ズ マ は 、 真 空 チ ャ ン バ ー が 不 要 に な る こ と か ら 、 省 エ ネ ル ギ ー や 低 コ ス ト も の づ く り に 適 す る 。 容 量 結 合 型 に 比 べ て 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ は 、 プ ラ ズ マ 密 度 が よ り 高 く で き る た め 有 力 で あ る 。 し か し 、 微 細 化 が 進 む ほ ど 、 プ ラ ズ マ 点 火 や 安 定 維 持 が 困 難 に な る 問 題 が あ っ た 。 内 部 に 、 イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 加 え る こ と は 、 専 用 電 源 を 新 た に 用 意 す る こ と 、 電 極 製 作 、 電 極 と 電 源 間 の 結 線 を 必 要 と す る 。 プ ラ ズ マ 源 の 小 型 化 を も 阻 害 す る 。

誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 点 火 の た め に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 以 外 の 電 極 と 付 随 す る 機 構 を プ ラ ズ マ 源 に 含 め る 技 術 は 、 例 え ば 特 許 文 献 1 か ら 5 、 非 特 許 文 献 1 に 開 示 さ れ て い る 。

特 許 文 献 1 お よ び 2 で は 、 微 小 サ イ ズ 金 属 ド ッ ト の 材 料 供 給 源 の た め に 金 属 ワ イ ヤ ー ( タ ン グ ス テ ン と 鉄 を 例 示 ) が キ ャ ピ ラ リ ー 内 に 導 入 さ れ て い る 。 こ の 金 属 ワ イ ヤ ー を 高 周 波 誘 導 加 熱 し た 上 で 、 接 続 し て お い た イ グ ナ イ タ ー を 一 瞬 作 動 す る こ と で 、 ワ イ ヤ ー 先 端 と 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 間 に 高 電 圧 を 印 加 し て 放 電 さ せ 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ を 点 火 お よ び 安 定 発 生 す る 技 術 が 開 示 さ れ て い る 。

【 0 0 0 3 】

特 許 文 献 3 で は 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ の 安 定 発 生 と 維 持 の た め に 、 絶 縁 体 チ ュ ー ブ 内 外 に 誘 電 体 バ リ ア 放 電 発 生 用 の 電 極 を 追 加 し て 具 備 す る こ と を 開 示 し て い る 。

特 許 文 献 4 で は 、 図 示 は 無 い も の の 、 装 置 制 御 部 に 、 ガ ス 供 給 手 段 、 高 周 波 電 源 、 及 び プ ラ ズ マ 点 火 手 段 が あ る こ と を 、 言 及 し て い る 。 少 な く と も こ の 特 許 の 出 願 人 が 手 が け た 一 部 の 装 置 で は 、 圧 電 素 子 を 利 用 し た ガ ス コ ン ロ 点 火 装 置 と 同 等 の 機 構 が 組 み 合 わ さ れ て い る 。

特 許 文 献 5 で は 、 プ ラ ズ マ を 維 持 す る 低 電 圧 大 電 流 を 加 え る 電 極 に 加 え て 、 プ ラ ズ マ を 始 動 す る 高 電 圧 小 電 流 を 加 え る 電 極 ( ワ イ ヤ ー 形 状 で は な く 、 円 筒 形 状 ) を 利 用 す る プ ラ ズ マ 生 成 方 法 を 開 示 し て い る 。

非 特 許 文 献 1 の 著 者 の 一 人 は 、 特 許 文 献 1 お よ び 2 の 発 明 者 に 含 ま れ て い る 。 本 質 的 に は 同 じ で あ る が 、 タ ン グ ス テ ン 線 は 通 常 グ ラ ン ド 電 位 に 接 続 し て い る こ と 、 熱 電 子 の 発 生 を 促 す こ と 、 プ ラ ズ マ 点 火 に は ∼ 1 5 k V の 直 流 電 圧 を 0 . 5 秒 加 え る こ と を 説 明 し て い る 。

以 上 の い ず れ も 、 追 加 し た 電 極 構 造 に は 結 線 と 、 点 火 用 の 高 電 圧 電 源 が 必 要 で あ る 。   非 特 許 文 献 2 で は 、 2 つ の タ ン グ ス テ ン 針 を ギ ャ ッ プ 2 . 5 m m を 介 し て 向 か い 合 わ せ 、

片 方 を 浮 遊 電 極 と す る マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 用 の 電 極 構 造 を 示 し て い る 。 4 8 k H z で 4 k V 程 度 の 電 圧 を 加 え て い る 。

(8)

マ を 示 し て い る 。 基 板 平 面 に は 、 7 . 5 k H z で 2 6 0 V 程 度 の プ ラ ス ・ マ イ ナ ス 両 極 性 の パ ル ス 電 圧 が 印 加 さ れ る 、 ロ の 字 形 ニ ッ ケ ル 電 極 の 中 心 部 に 、 1 0 0 μ m 角 ま た は 5 0 μ m 角 の 浮 遊 電 極 を 用 意 す る こ と で 、 ネ オ ン ガ ス の 放 電 が 促 進 さ れ る こ と を 言 及 し て い る 。

  非 特 許 文 献 2 と 3 の い ず れ も 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 で は な い 。 磁 場 が 関 係 し た 、 プ ラ ズ マ 点 火 や 安 定 維 持 の 効 果 は 期 待 さ れ な い 。

【 0 0 0 4 】

【 特 許 文 献 1 】 特 許 公 開 2 0 0 5 − 2 6 2 1 1 1 「 微 小 な ド ッ ト 又 は ラ イ ン を 備 え た 低 融 点 基 板 、 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ に よ る 堆 積 方 法 及 び 同 装 置 」

【 特 許 文 献 2 】 特 許 公 開 2 0 0 8 − 3 0 6 2 0 9 「 微 小 な ラ イ ン を 備 え た 基 板 」 【 特 許 文 献 3 】 特 許 公 開 2 0 0 8 − 1 9 8 5 8 3 「 プ ラ ズ マ 発 生 装 置 」

【 特 許 文 献 4 】 特 許 公 開 2 0 0 7 − 2 1 3 8 2 1 「 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ ジ ェ ッ ト 制 御 方 法 及 び 装 置 」

【 特 許 文 献 5 】 特 許 公 開 2 0 0 9 − 2 8 9 4 3 2 「 プ ラ ズ マ 発 生 装 置 及 び プ ラ ズ マ 生 成 方 法 」

【 非 特 許 文 献 1 】 " T h e r mo e l e c t r o n - e n h a n c e d mic r o me t e r - s c a le p la s ma g e n e r a t io n " , T . I t o , K . T e r a s h i ma , Ap p l ie d P h y s ic s L e t t e r s , V o l . 8 0 , No . 1 5 ( 2 0 0 2 ) 2 6 4 8 - 2 6 5 0 . 【 非 特 許 文 献 2 】 “ A s imp le c o ld Ar p la s ma je t g e n e r a t e d wit h a f lo a t i n g e le c t r o d e

a t a t mo s p h e r i c p r e s s u r e " , Q.- Y . Nie , C.- S . R e n , D.- Z . Wa n g , J.- L . Z h a n g , Ap p l ie d P h y s ic s L e t t e r s , V o l . 9 3 ( 2 0 0 8 ) 0 1 1 5 0 3 .

【 非 特 許 文 献 3 】 " Mo d e Ch a n g e Ob s e r v e d o n S p a t i a l Dis t r i b u t i o n o f Mic r o p la s ma E mis s io n in a Mic r o d is c h a r g e Ce ll wit h a F lo a t i n g E l e c t r o d e " , D.- S . L e e , O. S a k a i , K .

T a c h ib a n a , Ja p a n e s e Jo u r n a l o f Ap p l ie d P h y s i c s , V o l. 4 8 ( 2 0 0 9 ) 1 0 6 0 0 2 . 【 発 明 の 開 示 】

【 発 明 が 解 決 し よ う と す る 課 題 】 【 0 0 0 5 】

誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ は 、 高 密 度 プ ラ ズ マ を 発 生 で き る 。 し か し 、 プ ラ ズ マ 点 火 が 難 し い 問 題 が あ っ た 。 プ ラ ズ マ 点 火 に 必 要 な 初 期 電 子 を 発 生 さ せ る 、 イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 加 え る 方 法 が 知 ら れ て い る 。 内 部 に 、 イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 加 え る こ と は 、 専 用 電 源 を 新 た に 用 意 す る こ と 、 電 極 製 作 、 電 極 と 電 源 間 の 結 線 を 必 要 と す る 。 プ ラ ズ マ 源 の 小 型 化 を も 阻 害 す る 。 プ ラ ズ マ 源 の 外 部 で 、 イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 組 み 合 わ せ る こ と は 、 プ ラ ズ マ 源 と イ グ ナ イ タ ー 機 構 と の 位 置 調 節 が 必 要 と な る た め 、 機 器 組 み 込 み の 上 で 問 題 と な る 。 本 発 明 は 、 プ ラ ズ マ 源 の 小 型 化 を 阻 害 す る こ と な く 、 ま た 点 火 用 の 電 源 を 追 加 す る こ と な く 、 点 火 を 容 易 に す る こ と を 実 現 す る 。

【 課 題 を 解 決 す る た め の 手 段 】 【 0 0 0 6 】

本 発 明 に よ れ ば 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 が 得 ら れ る 。 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ の 励 起 に 誘 導 結 合 を 利 用 し て い る た め 、 特 別 の 結 線 を 施 す こ と な く 、 浮 遊 電 極 に エ ネ ル ギ ー を 供 給 す る こ と が で き る 。 こ の 電 極 に よ り 、 プ ラ ズ マ 点 火 に 必 要 な 高 電 界 を 発 生 さ せ る こ と が で き る 。

ま た 本 発 明 に よ れ ば 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 金 属 や 半 導 体 や 有 機 物 か ら な る 導 電 性 材 料 の 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 が 得 ら れ る 。 浮 遊 電 極 に よ り 電 界 を 高 め る 効 果 が 得 ら れ る 。

【 0 0 0 7 】

ま た 本 発 明 に よ れ ば 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 直 線 状 、 折 れ 線 状 、 渦 巻 き 状 、 ル ー プ 状 、 鋭 角 コ ー ナ を 持 つ 閉 曲 線 形 状 の 、 い ず れ か 又 は 組 み 合 わ せ 形 状 を 持 つ 、 金 属 や 半 導 体 や 有 機 物 か ら な る 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 が 得 ら れ る 。 浮 遊 電 極 の 形 状 に よ り 、 電 界 集 中 を 効 果 的 に 高 め る こ と が で き る 。

(9)

置 が 実 現 で き る 。 【 発 明 の 効 果 】 【 0 0 0 8 】

本 発 明 に よ れ ば 、 小 型 か つ 点 火 が 容 易 な 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 が 実 現 で き る 。 よ り 低 パ ワ ー で プ ラ ズ マ 点 火 が 開 始 す る と 、 更 に パ ワ ー を 上 げ た 際 に も 、 プ ラ ズ マ が 成 長 し て よ り 低 パ ワ ー で 高 密 度 化 が 促 進 さ れ る 。 高 い エ ネ ル ギ ー 効 率 が 得 ら れ る 。 装 置 内 で プ ラ ズ マ 源 を 利 用 す る 際 に は 、 点 火 用 の 機 構 を 用 意 す る 必 要 が 無 く な る 。 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 を 利 用 し た 装 置 の 、 小 型 化 、 高 信 頼 性 、 省 エ ネ ル ギ ー の 効 果 が 得 ら れ る 。 【 発 明 を 実 施 す る た め の 最 良 の 形 態 】

【 0 0 0 9 】

以 下 、 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に つ い て 図 面 を 参 照 し な が ら 説 明 す る 。 図 は 例 示 で あ り 、 プ ラ ズ マ 源 を 構 成 す る 、 電 極 や ガ ス 流 路 の 材 料 、 形 状 、 配 置 な ど は 限 定 さ れ る も の で は な い 。 図 1 は 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 は 、

ら せ ん 状 の パ イ プ 、 ガ ス 流 路 は 円 筒 ガ ラ ス 管 の 例 で あ る 。 1 は 浮 遊 電 極 で あ る 。 外 部 と の 電 気 的 な 結 線 は な く 、 孤 立 し て い る 。 点 火 は こ の 電 極 周 辺 か ら 発 生 す る 。 2 は 形 成 さ れ た プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 3 は ら せ ん 状 の パ イ プ か ら な る 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 で あ る 。 プ ラ ズ マ 点 火 の 際 に は 、 電 磁 誘 導 を 介 し て 、 1 の 浮 遊 電 極 に エ ネ ル ギ ー を 供 給 す る 。 4 は ガ ス 5 が 流 れ る た め の 流 路 で あ る 、 円 筒 ガ ラ ス 管 で あ る 。 6 は 高 周 波 電 源 で あ る 。 大 気 圧 プ ラ ズ マ で は 、 ガ ス 衝 突 に よ る エ ネ ル ギ ー の ロ ス が 少 な く な る よ う 、 1 0 0 M H z を 代 表 と す る V H F 帯 の 周 波 数 が 利 用 さ れ る こ と が 多 い 。 7 は 3 の コ イ ル 電 極 を 冷 却 す る 冷 却 水 で あ る 。

【 0 0 1 0 】

図 2 は 図 1 で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 実 際 の プ ラ ズ マ ジ ェ ッ ト が 形 成 さ れ る 一 般 的 な 様 子 で あ る 。 ら せ ん 状 の パ イ プ か ら な る 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 3 も 若 干 異 な る が 、 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) の 順 に 、 入 力 電 力 が 大

き い 。 2 0 か ら 5 0 W 程 度 で 動 作 す る 。 1 が 浮 遊 電 極 で あ る 。 実 際 に 利 用 し た の は 、 長 さ 2 2 m m 、 直 径 0 . 1 m m の チ タ ン 線 で あ る 。 浮 遊 電 極 が 無 い 場 合 に は 、 入 力 パ ワ ー を 2 0 0 W ま で 上 げ て も 点 火 し な か っ た 。 同 じ サ イ ズ の ニ ク ロ ム 線 、 鉄 線 、 ア ル ミ 線 、 タ ン グ ス テ ン 線 、 ま た は 同 程 度 の 長 さ で 直 径 4 0 μ m 程 度 の 導 電 性 カ ー ボ ン 糸 を 1 0 本 程 度 束 ね た 浮 遊 電 極 で も 、 省 電 力 で プ ラ ズ マ 点 火 す る 効 果 が 観 ら れ た 。 ( c ) で 図 示 し た 、 領 域 2 が

プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 4 は 円 筒 ガ ラ ス 管 で あ る 。 5 は ガ ス の 流 れ で あ る 。 【 0 0 1 1 】

図 3 は 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 は 、

U 字 形 金 属 パ タ ー ン 、 ガ ス 流 路 を 平 板 と 溝 付 き 平 板 の サ ン ド イ ッ チ 構 造 で 形 成 し た 例 で あ る 。 1 は 浮 遊 電 極 で あ る 。 外 部 と の 電 気 的 な 結 線 は な く 、 孤 立 し て い る 。 点 火 は こ の 電 極 周 辺 か ら 発 生 す る 。 2 は 形 成 さ れ た プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 3 は U 字 形 金 属 パ タ ー ン か ら な る 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 で あ る 。 4 a は 上 部 ガ ラ ス 板 、 4 b は 溝 構 造 付 き 下 部 ガ ラ ス エ ポ キ シ 板 で あ る 。 こ の 二 つ を 張 り 合 わ せ て 、 ガ ス 流 路 を 形 成 す る 。 6 は 高 周 波 電 源 で あ る 。 な お 、 平 板 型 の プ ラ ズ マ 源 で あ る た め 、 水 冷 は 下 部 平 板 4 b と 面 接 触 す る プ レ ー ト ( 図 示 は し て い な い ) を 介 し て 行 う こ と が で き る 。

【 0 0 1 2 】

(10)

W の 順 に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 コ イ ル 3 へ の 入 力 電 力 を 増 加 し て い る 。 ( c ) と ( d )

で は 、 入 力 電 力 は 3 5 W と 同 じ で あ る が 、 ガ ス を ヘ リ ウ ム か ら ア ル ゴ ン に 切 り 替 え て い る 。

1 が 浮 遊 電 極 で あ る 。 浮 遊 電 極 は タ ン グ ス テ ン 線 で あ る 。 直 径 0 . 1 m m 、 全 長 8 0 m m の 線 を 折 り 曲 げ て 、 全 長 約 1 0 m m の 束 と し た 。 浮 遊 電 極 が 無 い 場 合 に は 、 入 力 パ ワ ー を 2 0 0 W ま で 上 げ て も 点 火 し な か っ た 。 直 径 0 . 5 m m の 鉛 線 、 直 径 0 . 1 m m の ア ル ミ 線 、 直 径 0 . 5 m m の 亜 鉛 線 、 直 径 0 . 1 m m の 鉄 線 、 直 径 0 . 0 1 m m の タ ン グ ス テ ン 線 、 直 径 0 . 1 m m の ニ ッ ケ ル 線 で も 同 様 に 、 省 電 力 で プ ラ ズ マ 点 火 す る 効 果 が 観 ら れ た 。

( c ) 、 ( d ) で 示 し た 、 領 域 2 が プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 3 は U 字 形 金 属 パ タ ー ン か ら な る

誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 で あ る 。 4 a は 上 部 ガ ラ ス 板 、 4 b は 溝 構 造 付 き 下 部 ガ ラ ス エ ポ キ シ 板 で あ る 。 こ の 二 つ を 貼 り 合 わ せ て 、 ガ ス 流 路 を 形 成 す る 。 5 は ガ ス の 流 れ で あ る 。

【 産 業 上 の 利 用 可 能 性 】 【 0 0 1 3 】

プ ラ ズ マ 領 域 の 一 部 も し く は 全 て が c m を 下 回 る 、 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 に は 、 多 く の 種 類 が 報 告 さ れ て い る 。 圧 力 が 高 く な る と 、 小 さ な サ イ ズ で も プ ラ ズ マ 生 成 に 有 利 と な る が 、 中 で も 大 気 圧 プ ラ ズ マ は 、 低 圧 プ ラ ズ マ の 場 合 に 必 須 で あ っ た 真 空 チ ャ ン バ ー が 不 要 に な る こ と か ら 、 装 置 が 簡 単 で 安 価 に な る 上 、 真 空 引 き が 要 ら な く な り 、 プ ロ セ ス 時 間 が 短 く で き る 。 ア レ イ に す る な ど 、 広 い プ ラ ズ マ 領 域 を 形 成 で き れ ば 、 ロ ー ル ・ ツ ー ・ ロ ー ル 方 式 の 製 作 工 程 に も 入 り 得 る 。 活 性 種 の 密 度 は 高 い が 、 ガ ス 温 度 が 高 く な っ て い な い 非 平 衡 プ ラ ズ マ が 得 ら れ る た め 、 プ ラ ス チ ッ ク や フ ィ ル ム 材 に も 、 高 密 度 プ ラ ズ マ 処 理 が で き る 。

実 験 結 果 か ら 、 プ ラ ズ マ 点 火 が 、 低 電 力 に お い て 開 始 で き る と 、 プ ラ ズ マ 領 域 が 広 が る 条 件 に 到 達 す る ま で の 電 力 も 小 さ く で き る 。 低 コ ス ト 、 省 エ ネ ル ギ ー も の づ く り に 適 す る 性 質 を 持 つ 。 様 々 な 産 業 に お い て 利 用 さ れ る 可 能 性 が あ る 。

【 図 面 の 簡 単 な 説 明 】 【 0 0 1 4 】

【 図 1 】 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 は 、 ら せ ん 状 の パ イ プ 、 ガ ス 流 路 は 円 筒 ガ ラ ス 管 の 例 で あ る 。

【 図 2 】 図 1 で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 を 利 用 し て 実 際 の プ ラ ズ マ ジ ェ ッ ト が 形 成 さ れ る 一 般 的 な 様 子 で あ る 。 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) の 順 に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 へ の 入 力 電 力 を 増 加 し て い る ( 傾 向 を 示 し て お り 、 全 て 異 な る コ イ ル 電 極 で あ る ) 。 ( a ) で は 、 浮 遊 電 極 の 端 部 の み で プ ラ ズ マ が 発 生 し て い る 。 ヘ リ ウ ム ガ ス を 流 し た 方 が 、 点 火 し 易 い 。 点 火 し た 後 は 、 ガ ス を ア ル ゴ ン に 切 り 替 え て も 消 え る こ と 無 く 、 よ り 明 る い 発 光 が 得 ら れ る 。 ( b ) は 、 浮 遊 電 極 の 2 つ の 端 部 か ら 、 プ ラ ズ マ 領 域 が 伸 び て い る 途 中 の 様 子 で あ る 。 ( c ) は 、 両 端 の プ ラ ズ マ 領 域 が つ な が る と 共 に 、 ガ ス 上 流 と 下 流 の 両 方 に プ ラ ズ マ 領 域 が 伸 び た 様 子 で あ る 。 こ の 例 は 、 浮 遊 電 極 は 長 さ 2 2 m m 、 直 径 0 . 1 m m の チ タ ン 線 、 ガ ラ ス 管 外 径 は 1 . 5 m m 、 内 径 は 1 . 0 m m 、 ア ル ゴ ン 流 量 は 0 . 5 リ ッ ト ル / 分 、 入 力 電 力 は 3 8 W で あ る 。 【 図 3 】 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 は 、 U 字 形 金 属 パ タ ー ン 、 ガ ス 流 路 を 平 板 と 溝 付 き 平 板 の サ ン ド イ ッ チ 構 造 で 形 成 し た 例 で あ る 。 平 板 型 の プ ラ ズ マ 源 で あ る た め 、 水 冷 は 平 板 下 部 と 面 接 触 す る プ レ ー ト を 介 し て 行 う こ と が で き る 。

(11)

、 ( c ) 3 5 W の 順 に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 コ イ ル へ の 入 力 電 力 を 増 加 し て い る 。 ( c ) と ( d ) で は 、 入 力 電 力 は 3 5 W と 同 じ で あ る が 、 ガ ス を ヘ リ ウ ム か ら ア ル ゴ ン に 切 り 替 え て い る 。 ( a ) で は 、 浮 遊 電 極 の 端 部 で プ ラ ズ マ が 発 生 し て い る 。 ( b ) は 、 浮 遊 電 極 の 周 辺 で プ ラ ズ マ が 発 生 し て い る 。 ( c ) お よ び ( d ) で は 、 ト レ ン チ 全 体 ( ∼ 1 8 m m ) に プ ラ ズ マ 領 域 が 伸 び て い る 。 ト レ ン チ 内 部 の 浮 遊 電 極 は 、 全 長 8 0 m m の タ ン グ ス テ ン 線 で あ り 、 折 り 曲 げ て 長 さ 1 0 m m に し て い る 。 厚 さ ∼ 3 5 μ m の 銅 膜 が 付 い た ガ ラ ス エ ポ キ シ 基 板 ( F R − 4 ) に 幅 ∼ 2 m m 、 深 さ 1 . 2 m m の 溝 を 加 工 し 、 カ バ ー ガ ラ ス を 貼 り 付 け て ガ ス 流 路 を 形 成 し た 。 U 字 形 電 極 の 幅 は 9 m m で あ る 。 ア ル ゴ ン 流 量 は 0 . 5 リ ッ ト ル / 分 で あ る 。

【 符 号 の 説 明 】 【 0 0 1 5 】 1 ・ ・ ・ 浮 遊 電 極 2 ・ ・ ・ プ ラ ズ マ 領 域

3 ・ ・ ・ 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 4 ・ ・ ・ 流 路 を 形 成 す る ガ ラ ス 管

4 a ・ ・ ・ 流 路 を 形 成 す る 上 部 ガ ラ ス 板

4 b ・ ・ ・ 流 路 を 形 成 す る 溝 構 造 付 き 下 部 ガ ラ ス エ ポ キ シ 板 5 ・ ・ ・ ガ ス の 流 れ

6 ・ ・ ・ 高 周 波 電 源

7 ・ ・ ・ コ イ ル 電 極 3 を 冷 却 す る 冷 却 水

【 手 続 補 正 2 】

【 補 正 対 象 書 類 名 】 図 面 【 補 正 対 象 項 目 名 】 図 2 【 補 正 方 法 】 変 更

(12)

【 図 2 】

【 手 続 補 正 3 】

【 補 正 対 象 書 類 名 】 図 面 【 補 正 対 象 項 目 名 】 図 4 【 補 正 方 法 】 変 更

(13)

【 図 4 】

【 手 続 補 正 書 】

【 提 出 日 】 平 成 2 3 年 9 月 1 2 日 ( 2 0 1 1 .9 .1 2 ) 【 手 続 補 正 1 】

【 補 正 対 象 書 類 名 】 明 細 書 【 補 正 対 象 項 目 名 】 0 0 1 2 【 補 正 方 法 】 変 更

【 補 正 の 内 容 】 【 0 0 1 2 】

(14)

の プ ラ ズ マ 領 域 が 形 成 さ れ る 典 型 的 な 様 子 で あ る 。 ( a ) 1 8 W 、 ( b ) 2 5 W 、 ( c ) 3 5 W の 順 に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 コ イ ル 3 へ の 入 力 電 力 を 増 加 し て い る 。 ( c ) と ( d ) で は 、 入 力 電 力 は 3 5 W と 同 じ で あ る が 、 ガ ス を ヘ リ ウ ム か ら ア ル ゴ ン に 切 り 替 え て い る 。 1 が 浮 遊 電 極 で あ る 。 浮 遊 電 極 は タ ン グ ス テ ン 線 で あ る 。 直 径 0 . 1 m m 、 全 長 8 0 m m の 線 を 折 り 曲 げ て 、 全 長 約 1 0 m m の 束 と し た 。 浮 遊 電 極 が 無 い 場 合 に は 、 入 力 パ ワ ー を 2 0 0 W ま で 上 げ て も 点 火 し な か っ た 。 直 径 0 . 5 m m の 鉛 線 、 直 径 0 . 1 m m の ア ル ミ 線 、 直 径 0 . 5 m m の 亜 鉛 線 、 直 径 0 . 1 m m の 鉄 線 、 直 径 0 . 0 1 m m の タ ン グ ス テ ン 線 、 直 径 0 . 1 m m の ニ ッ ケ ル 線 で も 同 様 に 、 省 電 力 で プ ラ ズ マ 点 火 す る 効 果 が 観 ら れ た 。 ( c ) 、 ( d ) で 示 し た 、 領 域 2 が プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 3 は U 字 形 金 属 パ タ ー ン か ら な る 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 で あ る 。 4 a は 上 部 ガ ラ ス 板 、 4 b は 溝 構 造 付 き 下 部 ガ ラ ス エ ポ キ シ 板 で あ る 。 こ の 二 つ を 貼 り 合 わ せ て 、 ガ ス 流 路 を 形 成 す る 。 5 は ガ ス の 流 れ で あ る 。

図 5 は 、 浮 遊 電 極 の 働 き を 等 価 回 路 モ デ ル に よ っ て 表 し た も の で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 3 か ら 発 生 す る 高 周 波 の 磁 場 を 受 け 、 浮 遊 電 極 1 中 に 起 電 力 が 発 生 す る 。 こ の 作 用 は 、 コ イ ル 電 極 3 と 浮 遊 電 極 1 と の 間 に 存 在 す る 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス M に よ っ て 表 す こ と が で き る 。 浮 遊 電 極 に は 様 々 な 導 電 性 材 料 が 利 用 で き る 。 直 線 状 の 浮 遊 電 極 の 両 端 a お よ び b に お い て 周 囲 の グ ラ ン ド 電 位 と そ れ ぞ れ 結 合 し て い る と 考 え る こ と が で き る 。 こ れ は キ ャ パ シ タ ン ス C a お よ び C b で 表 す こ と が で き る 。 従 っ て 、 浮 遊 電 極 は 、 グ ラ ン ド 電 位 − キ ャ パ シ タ ン ス C a − 浮 遊 電 極 自 体 の イ ン ダ ク タ ン ス L 2 − 浮 遊 電 極 自 体 の 内 部 抵 抗 R 2 − キ ャ パ シ タ ン ス C b − グ ラ ン ド 電 位 、 か ら な る 直 列 回 路 を 形 成 す る 。 こ れ に 起 電 力 が 働 き 、 回 路 中 に 電 流 が 流 れ る 。 電 流 が 、 上 記 直 列 回 路 を 通 り な が ら 、 各 素 子 の イ ン ピ ー ダ ン ス に 応 じ た 電 圧 を 発 生 す る 。 各 素 子 の イ ン ピ ー ダ ン ス 絶 対 値 を 図 4 の 場 合 を 想 定 し て 見 積 も る 。 周 波 数 1 0 0 M H z 、 全 長 8 0 m m の タ ン グ ス テ ン 線 を 折 り 曲 げ て 1 0 m m の 束 に し た 条 件 で 見 積 も る と 、 内 部 抵 抗 R 2 が 9 m Ω 、 イ ン ダ ク タ ン ス L 2 に よ る イ ン ピ ー ダ ン ス が 3 Ω 、 キ ャ パ シ タ ン ス C a お よ び C b に よ る イ ン ピ ー ダ ン ス が 各 々 7 0 k Ω と な る 。 浮 遊 電 極 端 a お よ び b は 束 全 体 と し て 曲 率 半 径 2 0 0 μ m を 持 つ と 近 似 し た 。 グ ラ ン ド 電 位 領 域 と の ギ ャ ッ プ 長 が あ る た め 、 キ ャ パ シ タ ン ス は 小 さ く な る 。 従 っ て 、 周 波 数 が 1 0 0 M H z で あ っ て も イ ン ピ ー ダ ン ス 絶 対 値 は 大 き い 。 直 列 回 路 を 形 成 し て い る た め 、 各 素 子 に 流 れ る 電 流 は 同 じ で あ り 、 上 記 イ ン ピ ー ダ ン ス の 大 き な 値 を 持 つ 素 子 の 間 で 、 電 位 差 お よ び 電 界 が 大 き く な る 。 上 記 イ ン ピ ー ダ ン ス 値 の 精 度 は 、 オ ー ダ の 見 積 も り 程 度 で あ る が 、 イ ン ダ ク タ ン ス と キ ャ パ シ タ ン ス に よ る イ ン ピ ー ダ ン ス で 大 き さ が 4 桁 異 な る 。 キ ャ パ シ タ ン ス に よ る イ ン ピ ー ダ ン ス が 支 配 的 と な る 条 件 は 広 く 成 立 す る 。 こ れ は a ま た は b 点 の 電 位 が 周 辺 電 位 と 比 べ て 大 き く 異 な る こ と を 意 味 し 、 こ れ に よ る 電 界 に よ っ て 浮 遊 電 極 の 端 か ら 点 火 す る こ と と 符 合 す る 。 キ ャ パ シ タ ン ス C a お よ び C b の 値 は 、 形 状 や レ イ ア ウ ト に よ っ て 、 そ の 値 を 調 節 で き 、 線 状 の 浮 遊 電 極 端 の 片 方 に 、 よ り 電 界 を 集 中 さ せ る こ と も 可 能 で あ る 。 以 上 の 結 果 と し て 、 浮 遊 電 極 に よ っ て 、 ガ ス 流 路 内 に 効 率 的 に 電 界 を 集 中 さ せ る こ と が で き る 。 こ の 電 界 が プ ラ ズ マ 点 火 を 促 進 す る 。 な お 、 浮 遊 電 極 1 と キ ャ パ シ タ ン ス を 介 し て 結 合 し え る の は 、 グ ラ ン ド 電 位 の み で は な く 、 別 の 電 位 を 持 つ コ イ ル 電 極 3 も 考 え ら れ る 。 こ の 場 合 に は 、 電 圧 は 結 合 部 分 と の 中 間 の 値 を 取 る た め 、 そ の 領 域 の 電 圧 勾 配 で あ る 電 界 が 抑 え ら れ る 形 と な り 、 必 ず し も 点 火 に 有 利 と は な ら な い 。

【 手 続 補 正 2 】

【 補 正 対 象 書 類 名 】 明 細 書 【 補 正 対 象 項 目 名 】 0 0 1 4 【 補 正 方 法 】 変 更

(15)

【 図 1 】 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 は 、 ら せ ん 状 の パ イ プ 、 ガ ス 流 路 は 円 筒 ガ ラ ス 管 の 例 で あ る 。

【 図 2 】 図 1 で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 を 利 用 し て 実 際 の プ ラ ズ マ ジ ェ ッ ト が 形 成 さ れ る 一 般 的 な 様 子 で あ る 。 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) の 順 に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 へ の 入 力 電 力 を 増 加 し て い る ( 傾 向 を 示 し て お り 、 全 て 異 な る コ イ ル 電 極 で あ る ) 。 ( a ) で は 、 浮 遊 電 極 の 端 部 の み で プ ラ ズ マ が 発 生 し て い る 。 ヘ リ ウ ム ガ ス を 流 し た 方 が 、 点 火 し 易 い 。 点 火 し た 後 は 、 ガ ス を ア ル ゴ ン に 切 り 替 え て も 消 え る こ と 無 く 、 よ り 明 る い 発 光 が 得 ら れ る 。 ( b ) は 、 浮 遊 電 極 の 端 部 か ら 、 プ ラ ズ マ 領 域 が 伸 び て い る 途 中 の 様 子 で あ る 。 ( c ) は 、 両 端 の プ ラ ズ マ 領 域 が つ な が る と 共 に 、 ガ ス 上 流 と 下 流 の 両 方 に プ ラ ズ マ 領 域 が 伸 び た 様 子 で あ る 。 こ の 例 は 、 浮 遊 電 極 は 長 さ 2 2 m m 、 直 径 0 . 1 m m の チ タ ン 線 、 ガ ラ ス 管 外 径 は 1 . 5 m m 、 内 径 は 1 . 0 m m 、 ア ル ゴ ン 流 量 は 0 . 5 リ ッ ト ル / 分 、 入 力 電 力 は 3 8 W で あ る 。

【 図 3 】 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 が あ る こ と を 特 徴 と す る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 は 、 U 字 形 金 属 パ タ ー ン 、 ガ ス 流 路 を 平 板 と 溝 付 き 平 板 の サ ン ド イ ッ チ 構 造 で 形 成 し た 例 で あ る 。 平 板 型 の プ ラ ズ マ 源 で あ る た め 、 水 冷 は 平 板 下 部 と 面 接 触 す る プ レ ー ト を 介 し て 行 う こ と が で き る 。

【 図 4 】 図 3 で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 を 利 用 し て 実 際 の プ ラ ズ マ 領 域 が 形 成 さ れ る 一 般 的 な 様 子 で あ る 。 ( a ) 1 8 W 、 ( b ) 2 5 W 、 ( c ) 3 5 W の 順 に 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 コ イ ル へ の 入 力 電 力 を 増 加 し て い る 。 ( c ) と ( d ) で は 、 入 力 電 力 は 3 5 W と 同 じ で あ る が 、 ガ ス を ヘ リ ウ ム か ら ア ル ゴ ン に 切 り 替 え て い る 。 ( a ) で は 、 浮 遊 電 極 の 端 部 で プ ラ ズ マ が 発 生 し て い る 。 ( b ) は 、 浮 遊 電 極 の 周 辺 で プ ラ ズ マ が 発 生 し て い る 。 ( c ) お よ び ( d ) で は 、 ト レ ン チ 全 体 ( ∼ 1 8 m m ) に プ ラ ズ マ 領 域 が 伸 び て い る 。 ト レ ン チ 内 部 の 浮 遊 電 極 は 、 全 長 8 0 m m の タ ン グ ス テ ン 線 で あ り 、 折 り 曲 げ て 長 さ 1 0 m m に し て い る 。 厚 さ ∼ 3 5 μ m の 銅 膜 が 付 い た ガ ラ ス エ ポ キ シ 基 板 ( F R − 4 ) に 幅 ∼ 2 m m 、 深 さ 1 . 2 m m の 溝 を 加 工 し 、 カ バ ー ガ ラ ス を 貼 り 付 け て ガ ス 流 路 を 形 成 し た 。 U 字 形 電 極 の 幅 は 9 m m で あ る 。 ア ル ゴ ン 流 量 は 0 . 5 リ ッ ト ル / 分 で あ る 。

【 図 5 】 浮 遊 電 極 の 働 き を 等 価 回 路 モ デ ル に よ っ て 表 し た も の で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 3 は 、 イ ン ダ ク タ ン ス L 1 、 内 部 抵 抗 R 1 を 持 つ 。 直 線 状 の 浮 遊 電 極 1 は 、 イ ン ダ ク タ ン ス L 2 、 内 部 抵 抗 R 2 を 持 つ 。 加 え て 、 両 端 a お よ び b に お い て 周 囲 の グ ラ ン ド 電 位 と そ れ ぞ れ 結 合 し て い る と 考 え る こ と が で き る 。 そ れ ら の キ ャ パ シ タ ン ス が C a お よ び C b で あ る 。 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 発 生 用 コ イ ル 電 極 3 か ら 発 生 す る 高 周 波 の 磁 場 を 受 け 、 浮 遊 電 極 1 中 に 起 電 力 が 発 生 す る 作 用 は 、 コ イ ル 電 極 3 と 浮 遊 電 極 1 と の 間 に 存 在 す る 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス M に よ っ て 表 す こ と が で き る 。

【 手 続 補 正 3 】

【 補 正 対 象 書 類 名 】 図 面 【 補 正 対 象 項 目 名 】 図 5 【 補 正 方 法 】 追 加

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参照

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