CN101438632A - 大气压等离子体产生装置和产生方法 - Google Patents

Abstract

一种大气压等离子体产生装置，包括：基板(2、22)；配置在基板(2、22)上的天线(3、17、26、38)；配置在天线(3、17、26、38)附近的放电管(4、18、28、37)；将VHF频段的高频功率供给天线(3、14、26、38)的高频电源(8)；以及输入来自高频电源(8)的高频并调整反射波的匹配电路(7)，其中，在匹配电路(7)与天线(3、17、26、38)之间连接相位电路(6)，设定相位电路(6)的电路常数，使得驻波的电流振幅最大值的位置或驻波的电压振幅最小值的位置为天线(3、17、26、38)附近，从而效率良好地产生等离子体而且能小型化。

Description

大气压等离子体产生装置和产生方法

技术领域

本发明涉及对配置在基板上的天线供给高频功率并将气体导入到配置在天线附近的放电管以在大气压下产生感应耦合型等离子体的大气压等离子体产生装置和产生方法。

背景技术

以往，真空等离子体产生装置和大气压等离子体产生装置由于装置为大型，不能用于装载在自动机并使其运转的装置，但近年提出产生大气压下产生感应耦合型等离子体并作为等离子流喷射的小型大气压等离子体产生装置(例如参考专利文献1)。

此大气压等离子体产生装置如图20所示，使用等离子体芯片40，该等离子体芯片40包括：基板41、设置在基板41上的波状形态的微天线42、以及配置在微天线42附近的放电管43，用供给单元44从放电管43的一端供给气体，从高频电源45(参考图21)对微天线42供给VHF频段(30兆赫(MHz)～500兆赫)的高频功率，从而大气压下用小功率在放电管43内的微小空间良好地产生稳定的等离子体P，作为等离子流喷射。

又，如图21所示，在微天线42与高频电源45之间连接匹配电路46，用于调整来自微天线42的反射波，防止对微天线42接通的功率因反射波而降低，以稳定且有效地产生等离子体。图21的例子中，匹配电路46由对高频电源45并联的负载方的电抗元件47、连接在其一端与微天线42之间的调谐方的电抗元件48构成。图21的例子中，电抗元件47、48均由可变电容器构成，但能取为使用固定或可变的电容器或电感的组成。再者，图21中，L是微天线42的电感分量，R是电路的电阻分量。

又，已知的一种方法在真空处理室内导入气体并在对置配置的一对电极之间施加高频以产生等离子体对放置在一电极上的被处理物作蚀刻处理的等离子体处理装置中，为了确保蚀刻处理的选择性，具体而言，为了对离子为主体地进行蚀刻的氧化膜组成的绝缘膜有选择地进行利用原子团和离子两者进行蚀刻的多晶硅的蚀刻处理，将高频馈电路径内产生的驻波的最小振幅位置对准电极位置，使电极上的高频偏置变小，以减小对绝缘膜的蚀刻贡献大的离子能量(例如参考专利文献2报)。

再者，专利文献2中，使用的频率是RF频段的13.56兆赫，作为使驻波的最小振幅位置对准电极位置的方法，记载调整高频匹配器与电极之间的电缆长度的方法。此情况下，存在电缆长度为几米(m)以调整驻波振幅的问题。

所述专利文献2中，记载在高频馈电路径插入相位调整器的组成，但以装在高频电源与高频匹配器之间的方式对相位调整器的相位量进行调整，存在难调整的问题。

专利文献1：日本国特许第3616088号说明书

专利文献2：日本国特开2002—373883号公报

可是，上述专利文献1中，揭示的原理和实验内容为了大气压下用小功率在微小空间产生稳定的等离子体，利用能在微小的放电管中捕获部分离子和电子的VHF频段，而且以利用由天线中流通的电流产生的感应磁场的感应耦合方式效率良好地对等离子体供给功率，从而用小功率稳定地产生高密度等离子体组成的等离子流，但对进一步以低耗电高效率产生等离子体而且小型化的技术而言，具有还不充分的问题。

例如，上述专利文献1中，揭示的以50瓦(W)以下进行实验的内容，但进行加工和表面改良等延伸应用时，需要一面使用该功率一面进一步提高产生的微等离子流的等离子体密度。存在问题。

另一方面，上述专利文献2揭示的技术基本上涉及平行平板方式的等离子体处理装置，使用的频率为RF频段，而且减小电极上的高频偏置，以到达提高处理的选择性的目的，未提示解决上述问题的方法。又，记载利用电缆长度的调整对驻波的最小振幅位置进行调整的方法，但该方法中，即便使用VHF频段的高频时，电缆长度也为几十厘米(cm)，存在不能到达将装置收装在例如一条边为10厘米程度的盒内的小型化的问题。而且，虽然是使用相位调制器的组成，却装在高频电源与高频匹配器之间，所以如上文所述，存在难调整的问题。

又，使用上述专利文献1揭示的等离子体芯片40产生微等离子体时，微天线40的温度升高，长时间产生等离子体的期间中，微天线42从基板41浮起，散热状态变坏，微天线41的图案部分可能烧损，并且微天线42的温度升高，电阻就变大，从而匹配电路失去平衡，来自微天线42的反射波变大，供给微天线42的功率降低，使等离子体的强度降低。存在这些课题。

又，设置匹配电路46的组成中，构成电路的电感元件和电容器元件等电抗元件也发热，该发热使匹配电路46的电路常数变化，存在使等离子体P不能稳定且有效地产生的课题。

再者，将微天线42与匹配电路46连接的布线也发热大，所以布线电阻变化，使匹配电路46的电路常数变化，存在不能稳定且有效地产生等离子体P的问题。再者，为了防止布线上发热的影响，考虑散逸布线产生的热的方法和缩短布线本身的方法，但未提出实现这些方法的组成。

因此，本发明鉴于上述已有课题而完成，其目的在于提供一种在使用VHF频段的高频功率的感应耦合型等离子体的大气压等离子体产生装置中能进一步效率良好地产生等离子体而且能小型化的大气压等离子体产生装置和方法。

其目的又在也提供一种能防止因构成匹配电路等的电路的电抗元件、天线或布线的发热而电路常数变化从而稳定且有效地产生等离子体，而且能实现紧凑的组成的大气压等离子体产生装置。

发明内容

为了到达上述目的，本发明的大气压等离子体产生装置，包括：基板；配置在基板上的天线；配置在天线附近的放电管；将VHF频段的高频功率供给天线的高频电源；输入来自高频电源的高频并调整反射波的匹配电路；以及连接在匹配电路与天线之间的相位电路，设定相位电路的电路常数，使得驻波的电流振幅最大值的位置或驻波的电压振幅最小值的位置为天线附近。

又，本发明的大气压等离子体产生方法，具有以下工序：对配置在基板上的天线供给VHF频段的高频，并将气体导入到设置在天线附近的放电管以产生等离子体的工序；在匹配电路将对高频电源的反射波的输入调整在0附近的工序；以及调整装在匹配电路与天线之间的相位电路的电路常数，使得使驻波的电流振幅最大值的位置处在天线附近的工序。

根据本发明的上述组成，对产生等离子体贡献大的是天线中流通的电流，所以将相位电路装在匹配电路与天线之间，并且相位电路中驻波的电流振幅最大值位于天线附近，从而能将接通功率高效率地作为天线中流通的电流供给，效率良好地产生等离子体。又，高频中，电压的驻波与电流的驻波的相位相差180度，因此即便使驻波的电压振幅最小值的位置处在天线附近，也能取得相同的效果。

所述相位电路可由配置在匹配电路的一方与天线一方的端子之间的第1电抗元件和其间连接的通电线路中的一方或双方、以及配置在匹配电路的另一方与天线的另一方的端子之间的第2电抗元件和其间连接的通电线路中的一方或双方构成。即，能利用这些电抗元件和所需长度的通电线路中的一方或双方调整驻波的振幅位置。使用电抗元件，则能使组成进一步紧凑，但通过对需要长度的通电线路想办法，使配置紧凑，也能得到同样的效果。

第1电抗元件和第2电抗元件分别能用固定电感、可变电感、固定电容器和可变电容器中的至少一个构成。

可将相位电路的第1和第2电抗元件与分别串联的匹配电路的元件结合，用一个电抗元件构成这些电抗元件。

又，将构成匹配电路和相位电路的元件配置在所述基板上时，能实现大气压等离子体产生装置总体小型化，如果能消除电波法和装置安全上的问题，能延伸应用到操作者能手动操作的装置。

又，所述天线不限于在基板上形成图案，也可取为在所述基板上配置立体线圈的组成。

本发明的大气压等离子体产生装置，包括：天线；配置在天线附近并在一端供给气体的放电管；对天线供给高频功率的高频电源；设置在天线与高频电源之间对来自天线反射波进行调整的匹配电路；以及设置在天线与匹配电路之间对天线附近的相位进行调整的相位电路，将天线配置在基板上，并在所述基板上叠积1块或多块其它基板，构成叠层基板，而且将构成匹配电路或相位电路的平面状的电抗元件，配置在叠层基板上或配置成夹在叠基板的基板之间。此外，不包括相位电路的组成中，也能同样地构成。

根据此组成，将构成匹配电路或相位电路的平面状的电抗元件配置在叠层基板上或配置成夹在叠基板的基板之间，从而能通过基板将电抗元件产生的热顺畅且有效地散逸到外部。由此，能防止因电抗元件高温而匹配电路和相位电路的电路常数变化，从而能对天线有效且稳定地输入高频功率，可有效且稳定地产生等离子体，而且由于构成将平面状的电抗元件夹在叠层基板的基板之间，能实现紧凑的组成。

又，在配置天线的基板上配置构成匹配电路或构成匹配电路和相位电路的立体状的电抗元件，用基板以接触状态覆盖此立体形状的电抗元件，使其内置于叠层基板，则立体状的电抗元件发的热也能通过配置该元件的基板和覆盖该元件的基板有效散热，同样能有效且稳定地产生等离子体。

又，叠层基板中内置天线、放电管、匹配电路和相位电路两者或仅匹配电路、连接它们的布线以及连接供电用同轴电缆的同轴连接器，则能提供关键部的外观仅由块状的叠层基板构成的组成的大气压等离子体产生装置，其上仅连接供给气体的管和供给高频功率的同轴电缆就能进行等离子处理，从而能稳定、高效率、简单且方便地进行各种等离子处理。

将平面状的天线配置成夹在叠层基板中的基板之间，在夹有天线的基板上配置平面状的电抗元件，则由于将天线夹在基板之间，能使天线产生的热有效散热，可有效且稳定地对天线输入高频功率，并且由于以共用基板的方式配置平面状的电抗元件，能减小基板的面积和数量，可进一步使组成紧凑。

又，将放电管和在其周围卷绕多圈的天线配置成夹在叠层基板中的基板之间，在夹有放电管和天线的基板上配置平面状的电抗元件，从而使用对放电管卷绕而形成的天线使也能取得同样的效果。

又，所述电抗元件是在基板上将导体配置成螺旋状的电感元件，则电感元件容易发热，但通过将该电感元件做成平面状并配置成夹在叠层基板中的基板之间，能通过基板将产生的热顺畅且有效地散逸到外部，得到特别大的效果。

又，将设置在基板上的布线配置成夹在叠层基板中的基板之间，则布线产生的热能通过基板有效散逸，同样能防止匹配电路和相位电路的电路常数变化，可有效且稳定地产生等离子体。

又，将形成在叠层基板中的基板上的应相互连接的布线的连接部配置成相互重叠，并以相互压接的状态组合基板后将连接部连接，则仅以压接状态组合构成叠层基板的基板就能得到电路的电连接，所以能使组成简单而且组装简便，可实现紧凑且价廉的组成。

又，基板有从氧化铝、蓝宝石、氮化铝、氮化硅、氮化硼和碳化硅组成的群选择的材料构成，则基板的传热性高，能得到高散热性。

将上述大气压等离子体产生装置装载在自动机装置的X、Y、Z方向上可移动的活动头时，能提供紧凑且通用性非常高的等离子体产生装置。

附图说明

图1是示出本发明大气压等离子体产生装置实施方式1的关键部组成的立体图。

图2是实施方式1的概略电路组成图。

图3是实施方式1的一具体电路组成图。

图4是驻波的说明图。

图5是示出实施方式1的各实验例的电压振幅的曲线图。

图6是实施方式1的另一具体电路组成图。

图7是实施方式1的又一具体电路组成图。

图8是示出实施方式1的变换组成例的关键部组成的立体图。

图9是示出本发明大气压等离子体产生装置实施方式2的组成的立体图。

图10是实施方式2的主视图。

图11是实施方式2的第1基板的俯视图。

图12A～图12B示出实施方式2的第2基板，图12A是俯视图，图12M是仰视图。

图13是示出本发明大气压等离子体产生装置实施方式3的组成的立体图。

图14是从下方看实施方式3的第4基板的立体图。

图15是示出本发明大气压等离子体产生装置实施方式4的组成的立体图。

图16是实施方式4的第1基板的俯视图。

图17是示出实施方式4的放电管和天线的立体图。

图18是从下方看实施方式4的第2基板的立体图。

图19是示出等离子体的发光强度的测量方法的立体图。

图20是示出已有例的大气压等离子体产生装置的关键部组成的立体图。

图21是匹配电路组成例的电路图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明

实施方式1

首先，参照图1～图8说明本发明大气压等离子体产生装置实施方式1。

本实施方式的大气压等离子体产生装置1中，如图1所示，在氧化铝制的基板2上形成多卷的波状形态的天线3，在此天线3的附近配置放电管4。该图所示例子中，基板2由上表面配置天线3并且下表面形成用于形成放电管4的槽的上部基板2u和粘合在上部基板2u的下表面的下部基板2d构成。再者，本发明中的放电管4意味着这样形成筒状放电空间的组成单元，未必限于具有内周壁和外周壁的管。又，将天线3配置成接近喷射等离子体的放电管4的一端开口面对的基板2的一侧边2a。

为了对天线3输入高频功率，如图2所示，在其一对端子5a、5b上通过相位电路6和匹配电路7连接高频电源8。高频电源8输出例如30兆赫～500兆赫程度的频率的VHF频段的高频，输出为20瓦～100瓦左右。天线3的电抗分量L在本具体例中为30纳亨(nH)，电路的内部电阻R为400毫欧(mΩ)。

匹配电路7将对天线3输入高频功率时产生的反射波的对高频电源8的输入调整到0附近；具体而言，如图3所示，构成可用与高频电源8并联的作为负载元件的可变电容器9和串联在高频电源8与微天线3之间的作为调谐元件的可变电容器10进行调整。当然，也可用电容器和电感的组合构成匹配电路7。

如图4所示，相位电路6调整组合从高频电源8往天线3输入的行进波与来自天线3的反射波而在高频供给路径上形成的驻波的振幅的峰(振幅最大值的部分)和谷(振幅最小值的部分)的位置。本实施方式的具体例子中，如图3所示，由固定电容器11构成连接在匹配电路7的负载侧端子与微天线3的一端之间的第1电抗元件(A元件)，用电感12构成连接在匹配电路的谐振侧端子与微天线3的另一端之间的第2电抗元件(B元件)。可用固定电感、可变电感、固定电容器和可变电容器中的至少一个任意构成这些第1电抗元件(A元件)和第2电抗元件(B元件)。

又，组成实际电路时，用可变元件构成匹配电路7的负载元件9和谐振元件10，用固定电抗元件构成相位电路6的第1电抗元件(A元件)和第2电抗元件(B元件)，在将匹配电路7的负载元件9和谐振元件10暂时设定为适当的调整值的状态下，选择相位电路6的第1电抗元件(A元件)和第2电抗元件(B元件)，使得驻波的电流振幅的峰位于微天线3的附近，其后改变匹配电路7的负载元件9和谐振元件10，进行微调，则调整方便且适当。

本实施方式中，如图1所示，在基板2上装载匹配电路7的负载元件9和谐振元件10以及相位电路6的第1电抗元件(A元件)和第2电抗元件(B元件)，并且用形成在基板2上的电路图案13a、13b、13c连接电路。

上述组成中，从基板2的一侧边2a相反侧的另一端开口将气体导入到放电管4内，并从高频电源8对基板2上的电路图案13a、13b之间供给VHF频段的高频功率时，在相位电路6调整成驻波的电流振幅最大值位于天线3附近，从而将来自高频电源8的接通功率作为天线3中流通的电流效率良好地进行供给，因而能效率良好地产生等离子体。而且，由于在基板2上配置天线3、相位电路6和匹配电路7，能紧凑地构成装置，例如可达到将装置收装在一条边为100厘米程度的盒内的小型化。

这里，参照图5和表1说明相位电路6的实验例。

[表1]

 

实验例	A元件	B元件	C点上的电压振幅(伏)	发光强度(任意单位)
					E	10皮法	100纳亨	100	55000
F	22皮法	54纳亨	380	未点亮
					G	120皮法	9.9纳亨	110	60000

作为A元件的电容器和B元件的电感的组合，如表1所示，设定成10皮法(pF)与100纳亨(实验例E)、22皮法与54纳亨(实验例F)、120皮法与9.9纳亨(实验例G)，分别对它们测量离开图1和图3中的a点(基准点)各种距离的位置上的电压振幅。图5的曲线图E、F、G分别示出实验例E、F、G各位置上的电压振幅。a点、b点、c点、d点是图1和图3中表示的位置，c点是微天线3附近的位置。如表1所示，c点上的电压振幅在实验例E为100伏，在实验例G为110伏，而实验例中F高达380伏。

对上述各实验例E、F、G供给100兆赫、50瓦的高频功率，测量对放电管导入0.7slm的氩气的状态下的等离子体发光强度。其结果，对实验例E、G分别测量到高达55000、60000任意单位的发光强度，但实验例F未点亮。这样，判明通过将天线3附近位置上的驻波电压振幅调整为最小值，用小功率也能产生高等离子体密度的等离子流。

再者，如图19所示，大气压等离子体的发光强度的测量用光谱仪(未图示)通过光纤14测量产生的等离子体P的发光强度。

图1～图5所示的例子中，示出将固定电容器11用作第1电抗元件(A元件)、将固定电感12用作第2电抗元件(B元件)的例子，但如图6所示，也可将固定电感15用作第1电抗元件(A元件)、将固定电容器16用作第2电抗元件(B元件)。又，匹配电路7的谐振元件由可变电容器10组成，第2电抗元件(B元件)也为电容器，从而元件相同时，如图7所示，能取为使匹配电路7的谐振元件10具有第2电抗元件(B元件)的功能的组成。又，第2电抗元件(B元件)为电感时，匹配电路7的谐振元件10(可变电容器)的可变范围大的情况下，也能用谐振元件10代替该功能。图中省略，但将第1电抗元件(A元件)和第2电抗元件(B元件)代之以下功夫成紧凑结构的所需长度的通电线路，也能取得同样的功能，还可同时使用此通电线路和电抗元件。

又，图1的组成例中，作为配置在基板2上的天线3，示出成形于基板2上表面的图案，但也能构成在基板2上配置立体的线圈组成的天线17，并在该线圈17中穿通玻璃管组成的放电管18，如图8所示。

根据上文所述的实施方式1的大气压等离子体产生装置1，在基板2上配置天线3，所以能使组成紧凑，并且通过将相位电路6装在匹配电路7与天线3之间，调整成天线3附近产生的驻波的电流振幅最大值或电压振幅最大值，在调整电缆长度时，能以对比的方式用非常紧凑的组成使天线3产生的等离子体实质上为最大。这样，即便使用接通功率产生等离子体的情况下，也能将产生的等离子体的密度和发光强度加大到最大，可进行加工和表面改良的延伸应用。又，通过将匹配电路7和相位电路6也配置在基板2上，能实现大气压等离子体产生装置1的小型化，可使其装载在自动机中进行运转，并且如果能消除电波法和装置安全上的问题，可延伸应用到操作者能手动操作的装置。

此大气压等离子体产生装置还能用于化学、生物化学领域的各种分析装置，尤其适合用于气体色谱分析、微毛细作用电泳的极微量物质高速分离、激光感应荧光检测、使用微小电极的电化学测量、感应耦合等离子体发光分析(ICP-OES:Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy)、结合ICP质量分析的微化学分析系统(μTAS:Micro Total Analysis System)等。还能用于微器件中使用的微芯片等的被加工件的局部部位的熔断、蚀刻、薄膜堆积、亲水化处理、憎水化处理等加工、表面处理、有害物质的高温处理等各种领域。

实施方式2

下面，参考图9～图12B说明本发明大气压等离子体产生装置实施方式2。下面的实施方式说明中，对相同的组成单元标注同一参考标号，省略说明，主要说明不同点。

如图9～图11所示，本实施方式的大气压等离子体产生装置21，包括：氧化铝制的第1基板22；配置在第1基板22上的多卷波状形态的天线26；配置在设置第1基板22的天线26的一端方半部的区域上的第2基板23；以及配置在第2基板23上的第3基板24。将第1基板22、第2基板23和第3基板24用螺钉等各种连接件或粘合剂以压接状态结合为一体，构成叠层基板25。由此，将天线26以夹在第1和第2基板22和23之间的状态，内置于叠层基板25。作为构成叠层基板25的各基板的材料，适合传热性高的氧化铝、蓝宝石、氮化铝、氮化硅、氮化硼和碳化硅。

在第2基板23的下表面，也就是在与连接第1基板22的面的天线26的中心轴线对置的位置，如图12A、图12B所示，形成收装槽27。收装槽27中收装并配置电介质组成的放电管28，而且最好在收装槽27与放电管28之间的间隙填充传热性高的粘合剂或填充剂。然后，如图9所示，从该放电管28的一端供给气体G，从高频电源(未图示)对天线26供给20瓦～100瓦程度的例如100兆赫的VHF频段的频率的高频功率，从而从放电管28的另一端输出等离子体P。

在未配置第1基板22的天线26的另一端方半部的区域的另一端中央，配置对连接在高频电源(未图示)以供给高频功率的同轴电缆29前端的电缆方的连接器30进行连接的基板侧的连接器31。通过形成在第1基板22上的布线32连接此连接器31和天线26。在布线32的中途配置构成图6所示匹配电路7和相位电路6的电抗元件。对电阻率值小的金属，例如对铜(电阻率：17.2纳欧米(20℃)、温度系数：0.004/℃)、银(电阻率：16.2纳欧米(20℃)、温度系数：0.004/℃)、金(电阻率：24.0纳欧米(20℃)、温度系数：0.0034/℃)、铝(电阻率：28.2纳欧米(20℃)、温度系数：0.004/℃)等金属薄片或金属箔进行冲裁加工或切断加工，从而构成天线26和布线32，但铜最佳，其厚度不小于离开流通高频电流的表面的深度的2倍且该厚度的3倍以下，例如高频电流的频率为100兆赫的情况下，厚度以100微米左右为佳。

本实施方式中，在第2基板23设置收装槽27，但也可在第1基板22设置收装槽27，收装并配置放电管28。

本实施方式中，匹配电路7由负载方的可变电容器9和调谐方的可变电容器10构成，它们都是立体状的电抗元件。又，相位电路6由配置在负载侧的可变电容器9与天线26之间的电感元件15和配置在调谐方的可变电容器10与天线26之间的固定电容器16构成。固定电容器16是立体状的电抗元件，但电感元件15如图12A所示，在夹有天线26的第2基板23的上表面配置螺旋状的导体并构成平面状，以夹在与第3基板24之间的状态内置于叠层基板25。

如图12B所示，螺旋状的电感元件15的两端通过贯穿第2基板23而形成的布线孔33a、33b，延伸到下表面侧，连接在设置在下表面的连接部34a、34b。另一方面，将连接配置在第1基板22上的可变电容器9的布线32前端的连接部35a和设置在天线26的一端的连接部35b构成在第1基板22上叠积并配置第2基板23时使其对应成与连接部34a、34b重叠，在以压接状态叠积第1基板22和第2基板23时把连接部34a与35a、34b与35b相互电连接。

再者，如图9中虚线所示，把大气压等离子体产生装置21构成以仅使供给气体G的放电管28的一端、喷射等离子体P的放电管28的另一端和连接器31的端部以面对外表面的状态，将叠层基板收装并配置在壳体21a内。

根据上述组成的大气压等离子体产生装置21，将平面状的天线26配置成夹在叠层基板25中的第1与第2基板22与23之间，因此能对天线26产生的热有效散热，使高频功率有效且稳定地输入到天线26，从而能有效且稳定地产生等离子体P。

再者，在夹有天线26的第2基板23上，设置将导体配置并构成螺旋状的平面状电感元件15，配置成夹在基板23与第3基板24之间，因此电感元件15比其它电感元件容易发热，但将电感元件15产生的热能通过第2基板23和第3基板24顺畅且有效地散逸到外部。因而，能防止因电感元件15高温而匹配电路7和相位电路6的电位常数变化，由此，能使高频功率进一步有效且稳定地输入的天线26，可有效且稳定地产生等离子体。然而，将平面状的电感元件15以共用夹入天线26的第2基板23的方式配置在其上，所以能减小构成叠层基板25的基板22～24的面积和数量，可实现紧凑的结构。

又，在第1基板22和第2基板23将应相互连接的连接部34a、34b和35a、35b配置成相互重叠，以相互压接的状态将第1基板22和第2基板23相互结合，从而形成将这些连接部34a、34b与35a、35b连接，所以仅将构成叠层基板25的基板22～24以压接状态结合，就能电连接电路，可使组成简单且组装简便，能实现紧凑且廉价的组成。

再者，本实施方式中，利用第3基板24压接电感元件15，但也可不使用第3基板24，而通过将电感元件15设置在第2基板23上进行散热。

实施方式3

接着，参照图13、图14说明本发明大气压等离子体产生装置实施方式3。

本实施方式中，如图13所示，在第1基板22中的不叠积第2基板23、第3基板24的区域(即第1基板22上的配置立体状电抗元件等部件的区域)，具体而言，在配置匹配电路7的负载方和调谐方的可变电容器9和10、相位电路6的固定电容器16和同轴电缆29的连接器31的区域叠积第4基板36。如图14所示，此第4基板26构成具有分别收装连接器31、可变电容器9和10、以及固定电容器16的凹部36a～36b，并以接触的状态覆盖这些元件。又，也将设置在第1基板22上的布线32夹在第1基板22与第2基板23和第4基板36之间。

这样，在第1～第4基板22、23、24、36组成的叠层基板25中，内置天线26、放电管28、匹配电路7和相位电路6、连接它们的布线32、以及连接器31，用元件和布线不露出到外部的单一块状叠层基板25，构成大气压等离子体产生装置21。

根据此组成，在配置天线26的第1基板22上配置构成匹配电路7和相位电路6的立体状的电抗元件9、10、16，用第4基板36以接触状态覆盖这些电抗元件，并将它们内置于叠层基板25，因此这些电抗元件的发热也能通过第1基板22和第4基板36有效逸散，同样能有效且稳定地产生等离子体。

又，来自天线26、放电管28、匹配电路7和相位电路6、布线32、以及连接器31的发热，通过构成叠层基板23的第1～第4基板22、23、24、36顺畅地从叠层基板25的外表面逸散到外部，因此能可靠防止不仅因构成匹配电路7和相位电路6的电抗元件和天线26的高温而且因连接器31和布线32的高温而电路常数变化，从而能稳定且有效地产生等离子体。

又，叠层基板25中内置天线26、放电管28、匹配电路7和相位电路6、连接它们的布线32、以及连接器31，因此能提供关键部的外观仅有块状的叠层基板25构成的组成紧凑的大气压等离子体产生装置21，其上仅连接供给气体的管(未图示)和供给高频功率的同轴电缆29，就能进行等离子处理，能稳定、有效、简单且方便地进行各种等离子处理。

实施方式4

接着，参照图15～图18说明本发明大气压等离子体产生装置实施方式4。

上述实施方式2示出第1基板22配置波状形态的平板状的天线26，并将此天线26夹在与第2基板23之间，但本实施方式4中，如图15～图18所示，在截面形状为实质上方形的放电管37的周围将铜箔等导体组成的箔带片卷绕成多圈螺旋状，从而构成天线38，将此放电管37和天线38配置在第1基板22上，并夹在该基板22与第2基板23之间。在此第2基板23的与第1基板22的对置面相反侧的面配置平面状的电感元件15，将该电感元件15夹在与第3基板24之间，这点与上述实施方式1相同。

配置天线38的两端部，使得设置在第1基板22的布线32的连接部32a与对电感元件15的连接部35b重叠，通过以压接状态在第2基板23上夹持电连接布线32和电感元件15。如图18所示，第2基板23上形成以逆排状态收装卷绕天线38的放电管37的截面形状方形的收装槽39。收装槽39与卷绕天线38的放电管37之间，按照需要，填充传热性高的填充材料或粘合材料。这样填充传热性高的填充材料或粘合材料的情况下，放电管37和收装槽39不必为方形截面形状，可为圆形截面形状。本实施方式中，将放电管37和收装槽39设置在第2基板23，但也可在第1基板22设置收装槽39，以收装并配置放电管37。可构成放电管37为圆形，并且在第1基板22和第2基板23分别设置半圆形的收装槽。

根据本实施方式，将放电管37和其周围卷绕多圈的天线38配置成夹在叠层基板25中的第1基板22与第2基板23之间，在夹有放电管37和天线38的第2基板23上配置平面状的电感元件15，因此能又使用卷绕对放电管37卷绕而形成的天线38，又取得与上述实施方式1相同的效果。

再者，上述实施方式中，示出叠积第1～第3这3块基板22～24而构成叠层基板25并且在第1基板22上叠积第4基板36而构成叠层基板25的例子，但构成叠层基板25的基板的块数可按照天线26和38、放电管28和37、构成匹配电路7或相位电路6的各电抗元件的配置设计任意设计。

上述各实施方式的说明中说明了具有匹配电路7和相位电路6的例子，但不设置相位电路6而仅设置匹配电路7的情况下，该匹配电路7具有平板状的电抗元件时，通过应用本发明也能取得同样的效果。又，上述实施方式示出仅将可变电容器9、10用作构成匹配电路7的电抗元件的例子，但当然也能取为使用固定电容器或电感元件的组成，该情况下，尤其电感元件容易发热，因此作为平板状的电感元件，最好通过夹在基板之间，使其内置于叠层基板。

又，将上述大气压等离子体产生装置21装载在自动机装置的X、Y、Z方向上可移动的活动头时，可提供紧凑且通用性非常高的等离子处理装置。

又，上述各实施方式仅阐述了供给VHF(30兆赫～500兆赫)的高频功率的例子，但不限于此，也能用于微波频段(高于500兆赫)，对实施方式2～实施方式4还能用于RF频段(13兆赫～30兆赫)。

工业上的实用性

如以上所说明，根据本发明，在匹配电路与微天线之间安装相位电路，调整相位电路，使微天线附近的位置上驻波的电流振幅为最大值或驻波的电压振幅为最小值，从而能以小功率效率良好地产生微等离子流，能使该接通功率产生的等离子体密度和发光强度加大到接近最大限度，因此不仅能较佳地适合用于使用微毛细作用电泳的微化学分析方法等，而且延伸应用到各种加工、表面处理等的情况下，也能发挥高处理能力。又，将匹配电路和相位电路的电抗元件做成平面状并配置成夹在叠层基板中的基板之间，从而能将电抗元件的热有效逸散到外部，防止电抗元件高温造成的电路常数变化，能有效且稳定地使高频功率输入到天线，有效且稳定地产生等离子体，而且可实现紧凑的组成，因此能较佳的用于各种大气压等离子体产生装置，尤其是装载在各种装置的小型大气压等离子体产生装置。

Claims (8)

1、一种大气压等离子体产生装置，其特征在于，包括：

基板(2、22)；

配置在基板上的天线(3、17、26、38)；

配置在天线附近的放电管(4、18、28、37)；

将VHF频段的高频功率对天线进行供给的高频电源(8)；

输入来自高频电源的高频并调整反射波的匹配电路(7)；以及

连接在匹配电路与天线之间的相位电路(6)，

设定相位电路的电路常数，使得驻波的电流振幅最大值的位置或驻波的电压振幅最小值的位置为天线附近。

2、如权利要求1中所述的大气压等离子体产生装置，其特征在于，

由配置在匹配电路(7)的一方与天线(3、17、26、38)的一方的端子之间的第1电抗元件(11、15)和其间连接的的通电线路中的一方或双方；以及

配置在匹配电路的另一方与天线的另一方的端子之间的第2电抗元件(12、16)和其间连接的通电线路中的一方或双方，构成相位电路(6)。

3、一种大气压等离子体产生装置，其特征在于，包括：

天线(3、17、26、38)；

配置在天线附近并在一端供给气体的放电管(4、18、28、37)；

对天线供给高频功率的高频电源(8)；

设置在天线与高频电源之间对来自天线的反射波进行调整的匹配电路(7)；以及

设置在天线与匹配电路之间对天线附近的相位进行调整的相位电路(6)，

将天线配置在基板(2、22)上，并在所述基板上叠积1块或多块其它基板(23、24、36)来构成叠层基板(25)，而且

将构成匹配电路或相位电路的平面状的电抗元件(15)配置在叠层基板上或配置成夹在叠层基板的基板之间。

4、一种大气压等离子体产生装置，其特征在于，包括：

天线(3、17、26、38)；

配置在天线附近并在一端供给气体的放电管(4、18、28、37)；

对天线供给高频功率的高频电源(8)；以及

设置在天线与高频电源之间对来自天线的反射波进行调整的匹配电路(7)，

将天线配置在基板(2、22)上，并在所述基板上叠积1块或多块其它基板(23、24、36)来构成叠层基板(25)，而且

将构成匹配电路的平面状的电抗元件配置在叠层基板上或配置成夹在叠层基板的基板之间。

5、如权利要求3或4中所述的大气压等离子体产生装置，其特征在于，

在配置了天线(3、17、26、38)的基板(2、22)上，配置构成匹配电路(7)或构成匹配电路和相位电路(6)的立体形状的电抗元件(9、10、11、12、16)，

用基板(36)以接触状态覆盖此立体形状的电抗元件，使其内置于叠层基板(25)。

6、如权利要求3或4中所述的大气压等离子体产生装置，其特征在于，

在叠层基板(25)中内置：

天线(3、17、26、38)、

放电管(4、18、28、37)、

匹配电路(7)和相位电路(6)这两者或者只有匹配电路、

连接它们的布线(32)、以及

连接供电用同轴电缆(29)的同轴连接器(31)。

7、一种大气压等离子体产生方法，其特征在于，具有：

对配置在基板(2、22)上的天线(3、17、26、38)供给VHF频段的高频，并将气体导入到设置在天线附近的放电管(4、18、26、38)以产生等离子体的工序；

在匹配电路(7)将对高频电源(8)的反射波的输入调整到0附近的工序；以及

调整装在匹配电路与天线之间的相位电路(6)的电路常数，使得驻波的电流振幅最大值的位置处于天线附近的工序。

8、一种大气压等离子体产生方法，其特征在于，具有：

对配置在基板(2、22)上的天线(3、17、26、38)供给VHF频段的高频，并将气体导入到设置在天线附近的放电管(4、18、26、38)以产生等离子体的工序；

在匹配电路(7)将对高频电源(8)的反射波的输入调整到0附近的工序；以及

调整装在匹配电路与天线之间的相位电路(6)的电路常数，使得驻波的电压振幅最小值的位置处于天线附近的工序。

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