保有特許一覧｜研究・産学連携｜豊田工業大学

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 マを発生できるが、プラズマ点火が難しい問題があり、 プラズマ点火を促進し、より低パワーで点火を可能とす る、効果的な方法が求められていた。

【解決手段】本発明は、浮遊電極の一部を、電位を一定 に保つシールド電極で覆うことで、浮遊電極を通して外 部に電磁気的に放射していた高周波パワーの損失を減少 させ、ガス流路内部に配置された浮遊電極先端に効率よ く高周波パワーを伝える小型で高密度な誘導結合型マイ クロプラズマ源を実現したものである。

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50 【 特 許 請 求 の 範 囲 】

【 請 求 項 １ 】

浮 遊 電 極 の 一 部 が 、 電 位 を 一 定 に 保 つ 電 極 で 覆 わ れ て い 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 】

浮 遊 電 極 の 一 部 が 、 接 地 さ れ た 電 極 で 覆 わ れ て い 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 】

浮 遊 電 極 全 長 の 半 分 以 上 が 、 電 位 を 一 定 に 保 つ 電 極 で 覆 わ れ て い 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 、

又 は 分 光 シ ス テ ム 、 又 は 表 面 処 理 装 置 、 又 は ド ー ピ ン グ 装 置 、 又 は 膜 堆 積 装 置 、 又 は エ ッ チ ン グ 装 置 。

【 発 明 の 詳 細 な 説 明 】 【 技 術 分 野 】

【 ０ ０ ０ １ 】

  本 発 明 は 、 小 型 化 ・ マ イ ク ロ デ バ イ ス 化 し た 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 低 電 力 で の 点 火 お よ び 点 灯 を 促 進 し 、 プ ラ ズ マ 源 と 関 係 装 置 の 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 。 大 気 圧 を は じ め と す る 高 圧 力 で 動 作 す る た め 、 小 さ な サ イ ズ で も プ ラ ズ マ 生 成 に 有 利 と な る 。

大 気 圧 プ ラ ズ マ は 、 真 空 排 気 系 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 望 で あ る 。 し か し 、 大 気 圧 プ ラ ズ マ で は 、 プ ラ ズ マ 点 火 や 点 灯 が 困 難 と な り 易 い 問 題 が あ る 。

【 ０ ０ ０ ３ 】

こ の 問 題 を 解 決 す る た め に 、 通 常 は イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 追 加 す る 対 策 が 取 ら れ る 。

容 量 結 合 型 の プ ラ ズ マ 源 に お い て も 、 プ ラ ズ マ 点 火 の 始 動 を 良 好 に す る 目 的 で 、 例 え ば 特 許 文 献 １ で は 、 ガ ス 放 電 を 発 生 さ せ る 反 応 容 器 に 、 交 流 電 界 を 印 加 す る 一 対 の プ ラ ズ マ 生 成 用 電 極 に 加 え て 、 高 電 圧 パ ル ス 電 圧 を 放 電 ガ ス に 印 加 し て 点 灯 さ せ る た め の 電 極 を 別 途 設 け る 構 成 を 開 示 し て い る 。

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 追 加 す る 技 術 は 、 例 え ば 特 許 文 献 ２ か ら ５ 、 非 特 許 文 献 １ に 開 示 さ れ て い る 。

【 ０ ０ ０ ４ 】

特 許 文 献 ２ お よ び ３ 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 灯 す る こ と が 開 示 さ れ て い る 。

特 許 文 献 ４ で は 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 点 灯 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 。

【 ０ ０ ０ ５ 】

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 。

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50 す る 大 気 圧 プ ラ ズ マ 発 生 装 置 の 点 火 方 法 に つ い て 開 示 し て い る 。 反 応 管 の 一 端 側 と 他 端 側

に 一 対 の 電 極 を 配 置 し 、 両 者 の 間 に 所 定 時 間 高 電 圧 を 印 加 し て 、 プ ラ ズ マ 発 生 部 を 縦 貫 し て 点 火 放 電 が 生 じ る よ う に す る 方 法 を 開 示 し て い る 。

【 ０ ０ ０ ６ 】

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 る 。 本 質 的 に は 同 じ で あ る が 、 タ ン グ ス テ ン 線 が 通 常 グ ラ ン ド 電 位 に 接 続 さ れ て い る こ と 、 熱 電 子 の 発 生 を 促 す こ と 、 プ ラ ズ マ 点 火 に は 約 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 。 点 火 用 の 電 極 構 造 に は 結 線 と 、 点 火 用 の 高 電 圧 電 源 が 必 要 で あ る 。 こ こ で は 、 放 電 維 持 電 力 が ５ Ｗ で あ る と 説 明 し て い る 。 点 火 電 力 は 放 電 維 持 電 力 よ り も 高 い 値 が 必 要 と な る 。 高 周 波 パ ワ ー ２ ５ Ｗ で プ ラ ズ マ 点 灯 し て い る 様 子 の 記 述 が あ る 。 点 火 に は 、 高 電 圧 源 の パ ワ ー も 合 わ せ る と 、 瞬 間 的 で は あ る が 大 き な パ ワ ー が 必 要 と 判 断 さ れ る 。

上 記 の 方 法 で は い ず れ も 、 別 途 高 電 圧 電 源 の 用 意 、 追 加 の 電 極 製 作 、 電 極 と 電 源 間 の 結 線 を 必 要 と す る こ と に な り 、 プ ラ ズ マ 源 の 小 型 化 ・ マ イ ク ロ デ バ イ ス 化 を 阻 害 す る 。

【 ０ ０ ０ ７ 】

特 許 文 献 ７ は 、 発 明 者 が 申 請 し た 浮 遊 電 極 を 利 用 す る も の で あ る 。 平 面 基 板 に 形 成 し た 溝 や ガ ラ ス 毛 細 管 か ら な る ガ ス 流 路 内 部 に 、 浮 遊 電 極 を 配 置 す る 方 法 を 開 示 し て い る 。 浮 遊 電 極 を ガ ス 流 路 内 部 に 配 置 す る こ と で 、 点 火 用 の 電 源 を 追 加 す る こ と な く 、 点 火 を 容 易 に す る 。 電 位 を 一 定 に 保 つ 電 極 で 覆 う 、 シ ー ル ド 電 極 に 関 す る 内 容 は 示 し て い な い 。

非 特 許 文 献 ２ は 、 発 明 者 ら の 学 術 論 文 で あ り 、 浮 遊 電 極 を ガ ス 流 路 内 に 配 置 し た Ｕ 字 形 の 平 板 型 コ イ ル に よ っ て 励 起 す る 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 で あ る 。

通 常 の 機 械 加 工 で 製 作 し た 幅 ２ ｍ ｍ 、 長 さ ４ ０ ｍ ｍ 、 深 さ １ ． ２ ｍ ｍ の 溝 に 、 ア ル ミ や タ ン グ ス テ ン な ど の 金 属 線 を 配 置 し て い る 。 シ ー ル ド 電 極 に 関 す る 内 容 は 示 し て い な い 。 非 特 許 文 献 ３ は 、 発 明 者 ら の 学 術 論 文 で あ り 、 微 細 加 工 に よ っ て 製 作 し た マ イ ク ロ デ バ イ ス 内 部 の 構 造 に つ い て 述 べ て い る 。 シ ー ル ド 電 極 に 関 す る 内 容 は 示 し て い な い 。 シ ー ル ド 電 極 は 、 微 細 加 工 に よ っ て 製 作 す る 必 要 が 必 ず し も 無 い 。 微 細 加 工 に よ っ て 製 作 し た マ イ ク ロ デ バ イ ス と 組 み 合 わ せ る こ と は 容 易 で あ る 。

【 ０ ０ ０ ８ 】

【 特 許 文 献 １ 】 「 プ ラ ズ マ 処 理 装 置 及 び プ ラ ズ マ 点 灯 方 法 」 公 表 番 号 : 特 許 公 開 ２ ０ ０ １ − １ ２ ６ ８ ９ ８ 公 開 日 ： ２ ０ ０ １ 年 ５ 月 １ １ 日 出 願 人 : 松 下 電 工 株 式 会 社

【 特 許 文 献 ２ 】 「 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 」 公 表 番 号 : 特 許 公 開 ２ ０ ０ ５ − ２ ６ ２ １ １ １ 公 開 日 ： ２ ０ ０ ５ 年 ９ 月 ２ ９ 日 出 願 人 : 独 立 行 政 法 人   産 業 技 術 総 合 研 究 所

【 特 許 文 献 ３ 】 「 微 小 な ラ イ ン を 備 え た 基 板 」 公 表 番 号 : 特 許 公 開 ２ ０ ０ ８ − ３ ０ ６ ２ ０ ９ 公 開 日 : ２ ０ ０ ８ 年 １ ２ 月 １ ８ 日 出 願 人 : 独 立 行 政 法 人   産 業 技 術 総 合 研 究 所 【 特 許 文 献 ４ 】 「 プ ラ ズ マ 発 生 装 置 」 公 表 番 号 : 特 許 公 開 ２ ０ ０ ８ − １ ９ ８ ５ ８ ３ 公 開 日 : ２ ０ ０ ８ 年 ８ 月 ２ ８ 日 出 願 人 : 寺 嶋 和 夫

【 特 許 文 献 ５ 】 「 プ ラ ズ マ 発 生 装 置 及 び プ ラ ズ マ 生 成 方 法 」 公 表 番 号 : 特 許 公 開 ２ ０ ０ ９ − ２ ８ ９ ４ ３ ２ 、 公 開 日 : ２ ０ ０ ９ 年 １ ２ 月 １ ０ 日 出 願 人 : 国 立 大 学 法 人   東 京 工 業 大 学

【 特 許 文 献 ６ 】 「 大 気 圧 プ ラ ズ マ 発 生 装 置 及 び 点 火 方 法 」 公 表 番 号 : 特 許 公 開 ２ ０ ０ ８ − ２ ０ ４ ８ ７ ０ 公 開 日 ： ２ ０ ０ ８ 年 ９ 月 ４ 日 出 願 人 : 松 下 電 器 産 業 株 式 会 社

【 特 許 文 献 ７ 】 「 浮 遊 電 極 を 持 つ 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 」 公 表 番 号 : 特 許 公 開 ２ ０ １ １ − ２ ４ ９ ２ ８ ９ 公 開 日 ： ２ ０ １ １ 年 １ ２ 月 ８ 日 出 願 人 ： 学 校 法 人 ト ヨ タ 学 園 【 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 】 " No v e l At mo s p h e r ic P r e s s u r e I n d u c t iv e l y Co u p le d Mic r o P la s ma S o u r c e Us in g F lo a t i n g Wir e E l e c t r o d e " , S . K u ma g a i , H. Ma t s u y a ma , Y . Y o k o y a ma , M. Ho r i , M.S a s a k i, 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 . 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 JA0 2 .

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50 Me c h a n ic a l S y s t e ms ( 2 0 1 3 . 1 .2 0 - 2 4 , T a i p e i, T a i wa n ) , P o s t e r 1 1 3 - Mo , p p .7 0 5 - 7 0 8 .

【 発 明 の 開 示 】

【 発 明 が 解 決 し よ う と す る 課 題 】 【 ０ ０ ０ ９ 】

誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ は 、 大 気 圧 を は じ め と す る 高 圧 力 で 動 作 し 、 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 。 イ グ ナ イ タ ー 機 構 を 追 加 す 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 、 追 加 の 電 極 製 作 、 電 極 と 電 源 間 の 結 線 を 必 要 と す る 。 こ れ ら は 、 プ ラ ズ マ 源 の 小 型 化 ・ マ イ ク ロ デ バ イ ス 化 を 阻 害 す る 。 こ の 問 題 を 解 決 す る た め に 、 発 明 者 は 浮 遊 電 極 を ガ ス 流 路 内 部 に 配 置 す る こ と で 、 点 火 用 の 電 源 を 追 加 す る こ と な く 、 点 火 を 容 易 に す る 方 法 （ 特 許 文 献 ７ ） を 先 に 特 許 申 請 し た 。 し か し 、 プ ラ ズ マ 源 の 小 型 化 ・ マ イ ク ロ デ バ イ ス 化 を 進 め る と 、 浮 遊 電 極 を 配 置 し て も 点 火 パ ワ ー が 大 き く な る 傾 向 を 示 す た め 、 更 に プ ラ ズ マ 点 火 を 促 進 し 、 よ り 低 パ ワ ー で 点 火 を 可 能 と す る 、 効 果 的 な 方 法 が 求 め ら れ て い た 。

【 課 題 を 解 決 す る た め の 手 段 】 【 ０ ０ １ ０ 】

本 発 明 に よ れ ば 、 浮 遊 電 極 の 一 部 を 、 電 位 を 一 定 に 保 つ 電 極 で 覆 う こ と で 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ を よ り 低 電 力 に て 得 る こ と が で き る 。 プ ラ ズ マ 点 火 お よ び 点 灯 す る 領 域 は 、 電 極 配 置 お よ び 放 電 ガ ス の 流 路 に よ っ て デ ザ イ ン で き る 。

プ ラ ズ マ の 励 起 に 誘 導 結 合 を 利 用 し て い る た め 、 浮 遊 電 極 は 外 部 と の 特 別 の 結 線 が 必 要 無 い 。 シ ー ル ド 電 極 に よ っ て 、 浮 遊 電 極 を 介 し て 外 部 に 電 磁 気 的 に 放 射 し て い た 高 周 波 パ ワ ー の 損 失 を 減 少 さ せ 、 プ ラ ズ マ 点 灯 の 条 件 が 揃 う 、 ガ ス 流 路 内 部 に 配 置 さ れ た 浮 遊 電 極 先 端 に 効 率 よ く 高 周 波 パ ワ ー を 伝 え る 。 シ ー ル ド 電 極 は 一 定 の 電 位 に 接 続 す る 必 要 が 生 じ る が 、 こ の 結 線 は 、 デ バ イ ス 中 の 浮 遊 電 極 と は 異 な り 、 覆 う よ う に 形 成 し た シ ー ル ド 電 極 の い ず れ か の 領 域 と 外 部 電 位 と を 結 べ ば 良 い た め 、 結 線 は 容 易 で あ る 。 以 上 に よ り 、 小 型 で 高 密 度 な 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 源 の 省 電 力 化 を 実 現 す る 。

【 ０ ０ １ １ 】

本 発 明 に よ れ ば 、 浮 遊 電 極 の 一 部 を 、 接 地 さ れ た 電 極 で 覆 う こ と で 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ を よ り 低 電 力 に て 得 る こ と が で き る 。 プ ラ ズ マ 点 火 お よ び 点 灯 す る 領 域 は 、 電 極 配 置 お よ び 放 電 ガ ス の 流 路 に よ っ て デ ザ イ ン で き る 。 プ ラ ズ マ の 励 起 に 誘 導 結 合 を 利 用 し て い る た め 、 浮 遊 電 極 は 外 部 と の 特 別 の 結 線 が 必 要 無 い 。 シ ー ル ド 電 極 に よ っ て 、 浮 遊 電 極 を 介 し て 外 部 に 電 磁 気 的 に 放 射 し て い た 高 周 波 パ ワ ー の 損 失 を 減 少 さ せ 、 プ ラ ズ マ 点 灯 の 条 件 が 揃 う 、 ガ ス 流 路 内 部 に 配 置 さ れ た 浮 遊 電 極 先 端 に 効 率 よ く 高 周 波 パ ワ ー を 伝 え る 。 シ ー ル ド 電 極 は 接 地 す る 必 要 が 生 じ る が 、 こ の 結 線 は 、 デ バ イ ス 中 の 浮 遊 電 極 と は 異 な り 、 覆 う よ う に 形 成 し た シ ー ル ド 電 極 の い ず れ か の 領 域 と 外 部 電 位 と を 結 べ ば 良 い た め 、 結 線 は 容 易 で あ る 。 以 上 に よ り 、 小 型 で 高 密 度 な 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 源 の 省 電 力 化 を 実 現 す る 。

【 ０ ０ １ ２ 】

ま た 本 発 明 に よ れ ば 、 浮 遊 電 極 全 長 の 半 分 以 上 が 、 電 位 を 一 定 に 保 つ 電 極 で 覆 う こ と で 、 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ を よ り 低 電 力 に て 得 る こ と が で き る 。 プ ラ ズ マ 点 火 お よ び 点 灯 す る 領 域 は 、 電 極 配 置 お よ び 放 電 ガ ス の 流 路 に よ っ て デ ザ イ ン で き る 。 プ ラ ズ マ の 励 起 に 誘 導 結 合 を 利 用 し て い る た め 、 浮 遊 電 極 は 外 部 と の 特 別 の 結 線 が 必 要 無 い 。 シ ー ル ド 電 極 に よ っ て 、 浮 遊 電 極 を 介 し て 外 部 に 電 磁 気 的 に 放 射 し て い た 高 周 波 パ ワ ー の 損 失 を 減 少 さ せ 、 プ ラ ズ マ 点 灯 の 条 件 が 揃 う 、 ガ ス 流 路 内 部 に 配 置 さ れ た 浮 遊 電 極 先 端 に 効 率 よ く 高 周 波 パ ワ ー を 伝 え る 。 シ ー ル ド 電 極 は 一 定 の 電 位 に 接 続 す る 必 要 が 生 じ る が 、 こ の 結 線 は 、 デ バ イ ス 中 の 浮 遊 電 極 と は 異 な り 、 覆 う よ う に 形 成 し た シ ー ル ド 電 極 の い ず れ か の 領 域 と 外 部 電 位 と を 結 べ ば 良 い た め 、 結 線 は 容 易 で あ る 。 以 上 に よ り 、 小 型 で 高 密 度 な 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ 源 の 省 電 力 化 を 実 現 す る 。

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50 理 装 置 、 又 は ド ー ピ ン グ 装 置 、 又 は 膜 堆 積 装 置 、 又 は エ ッ チ ン グ 装 置 が 実 現 で き る 。

【 発 明 の 効 果 】 【 ０ ０ １ ３ 】

本 発 明 に よ れ ば 、 小 型 で 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 で き る ほ ど 、 更 に パ ワ ー を 上 げ た 際 に も 、 よ り 低 パ ワ ー で 明 る い プ ラ ズ マ が 形 成 さ れ る 。 エ ネ ル ギ ー 効 率 向 上 や 、 プ ラ ズ マ の 高 密 度 化 促 進 に つ な が る 。 プ ラ ズ マ 点 火 や 点 灯 が 低 電 力 で 可 能 に な る ほ ど 、 プ ラ ズ マ 源 の 冷 却 が 不 要 に な る と い っ た 装 置 の 簡 素 化 、 使 用 し て い る 部 材 が 耐 え る べ き 条 件 が 過 酷 で な く な る こ と に よ る 信 頼 性 向 上 、 放 熱 が 容 易 に な る こ と か ら プ ラ ズ マ 源 を ア レ イ 化 し て も 問 題 が 少 な く な る こ と に よ る 高 機 能 化 、 に つ な が る 。

誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 を 利 用 し た 装 置 に お い て も 、 小 型 化 、 省 エ ネ ル ギ ー 化 、 信 頼 性 向 上 、 高 機 能 化 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 １ ４ 】

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 。 高 周 波 電 源 の 周 波 数 に つ い て は １ ０ ０ Ｍ Ｈ ｚ を 代 表 と す る Ｖ Ｈ Ｆ 帯 が 利 用 さ れ る こ と が 多 い が 、 周 波 数 の 値 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 、 浮 遊 電 極 の 一 部 が 、 接 地 さ れ た 電 極 で 覆 わ れ て い る こ と を 特 徴 と す る 、 ガ ス 吹 き 流 し 型 で の 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 １ は プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 ２ は 浮 遊 電 極 （ 主 電 極 ） で あ る 。 鋭 角 を 持 つ 三 角 形 状 を し て い る 。 点 火 は こ の 電 極 の ガ ス 流 路 ６ に 面 し た 端 部 の 周 辺 で 発 生 す る 。 こ の 主 電 極 ２ と 組 み 合 わ せ る 形 で 、 サ イ ズ の 小 さ な 浮 遊 電 極 （ 補 助 電 極 ） ３ を 配 置 し て い る 。 こ れ は 点 火 電 力 を 下 げ る 効 果 が あ る デ ザ イ ン の 一 つ で あ る 。 こ の 電 極 を 加 え る か は 、 目 的 に よ り 、 必 須 で は な い 。

４ は プ ラ ズ マ 源 の 基 板 で あ り 、 浮 遊 電 極 を 微 細 加 工 で 形 成 す る 際 の 基 板 で あ る か 、 マ イ ク ロ 流 路 を 形 成 す る 際 の 基 板 で あ る 。 ５ は パ イ プ か ら 製 作 し た プ ラ ズ マ 発 生 用 ス パ イ ラ ル 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 、 ２ や ３ の 浮 遊 電 極 に エ ネ ル ギ ー を 供 給 す る 。 ６ は マ イ ク ロ 流 路 で あ り 、 ガ ス 供 給 す る 配 管 ７ に よ っ て 、 ガ ス 流 れ ８ を 形 成 す る 。 ９ は 高 周 波 電 源 （ 明 示 し て い な い が 、 マ ッ チ ン グ 回 路 を 含 む ） で あ る 。 １ ０ は シ ー ル ド 電 極 で あ り 、 浮 遊 電 極 ２ の 一 部 を 覆 う よ う に 配 置 さ れ 、 電 気 的 に 接 地 さ れ る 。 【 ０ ０ １ ５ 】

図 ２ は 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 浮 遊 電 極 の 一 部 が 、 接 地 さ れ た 電 極 で 覆 わ れ て い る こ と を 特 徴 と す る 、 ガ ス 封 じ 切 り 型 で の 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 １ は プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 ２ は 浮 遊 電 極 （ 主 電 極 ） で あ る 。 金 属 線 が 利 用 で き る 。 先 端 に 近 い 領 域 が 放 電 ガ ス に 接 す る よ う に 、 放 電 ガ ス を 封 じ た 容 器 １ ２ の 内 部 に 配 置 さ れ て い る 。 プ ラ ズ マ 発 生 用 ス パ イ ラ ル コ イ ル 電 極 ５ と 浮 遊 電 極 ２ が 接 触 し な い よ う に 絶 縁 管 １ １ が 配 置 さ れ て い る 。 プ ラ ズ マ 領 域 １ は コ イ ル 電 極 ５ お よ び 絶 縁 管 １ １ の 内 部 又 は 周 辺 と な る 。 ９ は 高 周 波 電 源 （ 明 示 し て い な い が 、 マ ッ チ ン グ 回 路 を 含 む ） で あ る 。 １ ０ は シ ー ル ド 電 極 で あ り 、 浮 遊 電 極 ２ の 一 部 を 覆 っ て お り 、 電 気 的 に 接 地 さ れ る 。

【 ０ ０ １ ６ 】

図 ２ は 、 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 浮 遊 電 極 の 一 部 が 、 接 地 さ れ た 電 極 で 覆 わ れ て い る こ と を 特 徴 と す る 、 ガ ス 封 じ 切 り 型 で の 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 プ ラ ズ マ 源 は 市 販 品 な ど の バ ル ク 材 料 を 加 工 し て 製 作 で き る 。 ラ ン プ を 製 作 す る ガ ラ ス 加 工 技 術 と 組 み 合 わ せ る こ と も で き る 。 １ は プ ラ ズ マ 領 域 で あ る 。 ２ は 浮 遊 電 極 （ 主 電 極 ） で あ る 。

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50 ル コ イ ル 電 極 ５ と 浮 遊 電 極 ２ が 接 触 し て 短 絡 し な い よ う に 絶 縁 管 １ １ （ 例 え ば 石 英 管 ） が

配 置 さ れ て い る 。

５ は プ ラ ズ マ 発 生 用 ス パ イ ラ ル コ イ ル 電 極 で あ る 。 放 電 ガ ス を 封 じ た 容 器 １ ２ の 中 に コ イ ル 電 極 ５ が 入 っ た 構 成 を 例 示 し て い る が 、 容 器 １ ２ が 小 さ く で き る 場 合 は 、 コ イ ル 電 極 ５ の 中 に 容 器 １ ２ が 入 っ た 構 成 で も 良 い 。 プ ラ ズ マ 点 火 の 際 に は 、 電 磁 誘 導 を 介 し て 、 ２ の 浮 遊 電 極 に エ ネ ル ギ ー を 供 給 す る 。 プ ラ ズ マ 領 域 は コ イ ル 電 極 ５ の 内 部 か ら 周 囲 と な る 。 ９ は 高 周 波 電 源 で あ る 。 １ ０ は シ ー ル ド 電 極 で あ る 。 ２ の 浮 遊 電 極 と 芯 線 を つ な げ た 同 軸 ケ ー ブ ル が 利 用 で き 、 周 囲 導 電 体 を 接 地 さ せ る こ と で 効 果 が 得 ら れ る 。

【 ０ ０ １ ７ 】

図 3 は 、 図 １ で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 吹 き 流 し 型 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 で の 浮 遊 電 極 を シ ー ル ド す る 効 果 を 検 証 し た 比 較 結 果 で あ る 。

放 電 ガ ス で あ る ヘ リ ウ ム 流 量 は ０ ． ５ Ｌ ／ 分 、 ガ ス 流 路 お よ び 鋭 角 三 角 形 （ 先 端 角 度 １ ０ ° 、 長 さ １ ６ ｍ ｍ ） の 浮 遊 電 極 （ 主 電 極 ） と ガ ス 流 路 上 流 側 に 配 置 し た 補 助 電 極 を 内 部 構 造 に 持 つ マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 は 同 一 で あ る 。 ガ ス 流 路 用 の 溝 を 形 成 し た Ｓ ｉ 基 板 は 表 面 を 酸 化 し て あ る 。 ス パ イ ラ ル コ イ ル は １ ０ ０ Ｍ Ｈ ｚ 電 源 と 、 イ ン ピ ー ダ ン ス マ ッ チ ン グ ボ ッ ク ス を 介 し て 接 続 し た 。 自 動 的 に マ ッ チ ン グ を 得 な が ら 、 徐 々 に 入 力 パ ワ ー を 増 加 さ せ た 。 浮 遊 電 極 の み の 条 件 で は 、 ２ ４ Ｗ で 点 火 し た 。 浮 遊 し た カ バ ー 電 極 を 配 置 し た 条 件 で は 、 ２ ９ Ｗ で 点 火 し 、 む し ろ 点 火 に 必 要 な 電 力 が 増 加 し た 。

【 ０ ０ １ ８ 】

カ バ ー 電 極 は 電 位 の 変 動 が 許 さ れ る た め に 、 高 周 波 電 源 に 追 従 し て 変 動 し 、 浮 遊 電 極 と カ バ ー 電 極 を 通 し て 外 部 に 電 磁 気 的 に 放 射 す る パ ワ ー の 損 失 が 増 加 し た と 考 え ら れ る 。 接 地 し た カ バ ー 電 極 の 条 件 で は 、 ５ Ｗ で 点 火 し た 。 反 射 波 ０ Ｗ で あ り 、 マ ッ チ ン グ も 得 ら れ た 。 カ バ ー 電 極 の 電 位 が 一 定 と な る た め 、 浮 遊 電 極 を 通 し て 外 部 に 電 磁 気 的 に 放 射 し て い た 高 周 波 パ ワ ー の 損 失 が 減 少 し 、 プ ラ ズ マ 点 灯 の 条 件 が 揃 う 、 ガ ス 流 路 内 部 に 配 置 さ れ た 浮 遊 電 極 先 端 に 効 率 よ く 高 周 波 パ ワ ー が 集 中 し て 伝 わ っ た と 判 断 で き る 。 放 電 維 持 電 力 は ４ ． ５ Ｗ で あ っ た 。 カ バ ー 電 極 に は 厚 さ ５ ０ μ ｍ の 銅 箔 を 使 用 し た 。 カ バ ー 電 極 の 内 側 に は 、 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 デ バ イ ス と の 短 絡 を 防 ぐ た め に ポ リ イ ミ ド テ ー プ を 用 い た 。 接 地 の た め の 配 線 に は 、 は ん だ 付 け と 導 線 を 利 用 し た 。 微 細 加 工 に よ っ て 小 型 化 さ れ て い る と 同 時 に 、 得 ら れ た 点 火 電 力 ５ Ｗ は 、 非 特 許 文 献 １ を は じ め と す る 文 献 値 と 比 べ て 小 さ い 。 【 ０ ０ １ ９ 】

図 4 は 、 図 ２ で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 封 じ 切 り 型 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 で の 浮 遊 電 極 を シ ー ル ド す る 効 果 を 検 証 し た 比 較 結 果 で あ る 。

放 電 ガ ス は ヘ リ ウ ム 、 浮 遊 電 極 は 直 径 ０ ． １ ｍ ｍ 、 全 長 ５ ０ ０ ｍ ｍ の 銅 線 で あ る 。 ス パ イ ラ ル コ イ ル へ の 電 力 供 給 に は 車 載 無 線 用 の １ ４ ４ Ｍ Ｈ ｚ 電 源 を 利 用 し た 。 こ の 電 源 の 出 力 値 は ５ ０ Ｗ 、 １ ５ Ｗ 、 ５ Ｗ を 選 択 で き る が 、 連 続 的 に は 変 化 で き な い 。

こ の 出 力 を 、 試 作 し た イ ン ピ ー ダ ン ス マ ッ チ ン グ ボ ッ ク ス を 介 し て プ ラ ズ マ 源 に 接 続 し た 。 反 射 パ ワ ー が 生 じ た の で 、 そ の 値 も 合 わ せ て 示 す 。 浮 遊 電 極 の み の 条 件 で は 、 正 味 ３ １ Ｗ （ 入 力 ５ ０ Ｗ 、 反 射 １ ９ Ｗ ） で 点 灯 し た 。 入 力 パ ワ ー １ ５ Ｗ 、 ５ Ｗ で は プ ラ ズ マ 点 灯 し な か っ た 。 同 軸 ケ ー ブ ル （ 浮 遊 電 極 周 囲 電 極 を 接 地 し た ） の 条 件 で は 、 正 味 ４ ０ Ｗ （ 入 力 ５ ０ Ｗ 、 反 射 １ ０ Ｗ ） で 点 灯 し た 。 全 体 と し て ５ ０ ０ ｍ ｍ で あ る 点 は 両 者 で 同 じ と し 、 中 心 の 銅 線 の み の 長 さ は １ ５ ０ ｍ ｍ と し た 。

プ ラ ズ マ 点 灯 の 写 真 か ら 分 か る よ う に 、 明 る さ が 増 し た 。 プ ラ ズ マ 領 域 は 半 径 方 向 に お い て 、 ス パ イ ラ ル コ イ ル 電 極 に 近 い 領 域 ま で 膨 ら ん で い る 。 浮 遊 電 極 の 導 線 は 、 数 分 間 の プ ラ ズ マ 点 灯 で 焼 き 切 れ た 。 こ れ は 浮 遊 電 極 の み の 条 件 で は 見 ら れ な か っ た 現 象 で あ る 。 直 径 ０ ． ３ ｍ ｍ 、 長 さ １ ５ ０ ｍ ｍ の タ ン グ ス テ ン 線 に 交 換 す れ ば 、 焼 き 切 れ る こ と は 無 く な っ た 。 ま た 、 直 径 ０ ． ３ ｍ ｍ の 銅 線 に 交 換 す る と 、 正 味 １ ５ Ｗ （ 入 力 １ ５ Ｗ 、 反 射 ０ Ｗ ） 、 正 味 ３ Ｗ （ 入 力 ５ Ｗ 、 反 射 ２ Ｗ ） で

も 安 定 に プ ラ ズ マ 点 灯 し た 。

10

20

30

40 【 ０ ０ ２ ０ 】

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 。 圧 力 に 応 じ た 、 高 密 度 な プ ラ ズ マ を 形 成 で き る 。 中 で も 大 気 圧 プ ラ ズ マ は 、 低 圧 プ ラ ズ マ で 必 須 で あ っ た 真 空 排 気 系 が 不 要 に な る こ と か ら 装 置 が 簡 単 で 安 価 に な り 、 真 空 引 き が 要 ら な い こ と か ら プ ロ セ ス 時 間 が 短 く で き る 。

光 源 応 用 は 点 状 の プ ラ ズ マ 形 成 で 良 い こ と が 多 く 、 光 源 、 又 は 分 光 シ ス テ ム に 利 用 で き る 。 プ ラ ズ マ 源 を ア レ イ 化 す れ ば 、 線 状 や 面 状 に プ ラ ズ マ 形 成 で き る 。 プ ラ ズ マ 源 の 走 査 機 構 と 組 み 合 わ せ る こ と で も 、 表 面 処 理 、 ド ー ピ ン グ 、 膜 堆 積 、 エ ッ チ ン グ な ど に 応 用 で き 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 な ど 様 々 な 材 料 に 、 高 密 度 プ ラ ズ マ 処 理 が で き る 。 様 々 な プ ラ ズ マ 発 生 方 式 の 中 で も 、 誘 導 結 合 型 プ ラ ズ マ は 、 高 密 度 化 に 有 利 で あ 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 、 追 加 電 力 に よ っ て よ り 明 る い プ ラ ズ マ 領 域 が 低 電 力 で 得 ら れ 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 こ と と な り 、 応 用 可 能 性 を 高 め る こ と に な る 。

【 図 面 の 簡 単 な 説 明 】 【 ０ ０ ２ １ 】

【 図 １ 】 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 浮 遊 電 極 の 一 部 が 、 接 地 さ れ た 電 極 で 覆 わ れ て い る こ と を 特 徴 と す る 、 ガ ス 吹 き 流 し 型 で の 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 【 図 ２ 】 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 浮 遊 電 極 の 一 部 が 、 接 地 さ れ た 電 極 で 覆 わ れ て い る こ と を 特 徴 と す る 、 ガ ス 封 じ 切 り 型 で の 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 の 概 略 図 で あ る 。 【 図 ３ 】 図 １ で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 吹 き 流 し 型 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 で の 浮 遊 電 極 を シ ー ル ド す る 効 果 を 検 証 し た 比 較 結 果 で あ る 。

【 図 ４ 】 図 ２ で 示 し た 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 ガ ス 封 じ 切 り 型 誘 導 結 合 型 マ イ ク ロ プ ラ ズ マ 源 で の 浮 遊 電 極 を シ ー ル ド す る 効 果 を 検 証 し た 比 較 結 果 で あ る 。

【 符 号 の 説 明 】 【 ０ ０ ２ ２ 】

１ ・ ・ ・ プ ラ ズ マ 領 域 （ 例 示 ） ２ ・ ・ ・ 浮 遊 電 極 （ 主 電 極 ）

３ ・ ・ ・ 別 の 浮 遊 電 極 （ 補 助 電 極 ） ４ ・ ・ ・ プ ラ ズ マ 源 の 基 板

５ ・ ・ ・ プ ラ ズ マ 発 生 用 ス パ イ ラ ル コ イ ル 電 極

６ ・ ・ ・ プ ラ ズ マ 源 に 形 成 し た ガ ス 流 路 （ 微 細 加 工 に よ っ て 製 作 し た 溝 構 造 ） ７ ・ ・ ・ プ ラ ズ マ 源 に ガ ス を 供 給 す る 配 管

８ ・ ・ ・ 放 電 ガ ス の 流 れ （ 例 示 ）

９ ・ ・ ・ 高 周 波 電 源 （ 明 示 し て い な が 、 マ ッ チ ン グ 回 路 を 含 む ） １ ０ ・ ・ ・ シ ー ル ド 電 極

【 図 １ 】 【 図 ２ 】