JP2005276618A - Device and method for generating microplasma - Google Patents
Device and method for generating microplasma Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005276618A JP2005276618A JP2004088070A JP2004088070A JP2005276618A JP 2005276618 A JP2005276618 A JP 2005276618A JP 2004088070 A JP2004088070 A JP 2004088070A JP 2004088070 A JP2004088070 A JP 2004088070A JP 2005276618 A JP2005276618 A JP 2005276618A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- cylindrical electrode
- microplasma
- vacuum chamber
- outer cylindrical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
本発明は、微小領域で生成したプラズマを、所望の微細な領域に照射するマイクロプラズマ生成装置および方法に関する。 The present invention relates to a microplasma generating apparatus and method for irradiating a desired fine region with plasma generated in a minute region.
今日、半導体製造工程において、微細加工のためのドライエッチングや膜形成のためのスパッタリング、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 等が用いられている。
例えばドライエッチングの一つとしての反応性エッチングは、プラズマ中に試料を曝してエッチング反応を起こさせて試料表面の不要部分を除去するものであるが、エッチング形状の異常や、マイクロローディング効果の発生や、ゲート絶縁膜の劣化や破壊という問題があり、特許文献１には、この問題のいくつかの解決策として、被エッチング試料へ投入するバイアス電力をパルス変調したり、供給する反応ガスを交互に切り換えたりすることが開示されている。
また、パルス変調プラズマを用いて高選択で大面積高精度プラズマ処理を行うことが、特許文献２に開示されている。
Today, in semiconductor manufacturing processes, dry etching for fine processing, sputtering for film formation, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), and the like are used.
For example, reactive etching as one of dry etching is to remove the unnecessary part of the sample surface by exposing the sample to plasma and causing an etching reaction. Further, there is a problem of deterioration or destruction of the gate insulating film. Patent Document 1 discloses several solutions for this problem, such as pulse modulation of the bias power applied to the sample to be etched or alternating supply of reaction gases. It is disclosed that it switches to.
Further, Patent Document 2 discloses performing high-area and high-precision plasma processing with high selection using pulse-modulated plasma.
しかし、これらにおいては、何れも、広範囲にわたってプラズマを生成しているため、試料全体がプラズマに曝されており、試料表面において必要のない箇所もプラズマの影響を受けることになる。
また、プラズマをチャンバー内全体で生成するので、放電ガスや放電電力を必要以上に要し、また、真空中で行うことから、排気装置が大型となり高コストとなる。
However, in any of these, since the plasma is generated over a wide range, the entire sample is exposed to the plasma, and unnecessary portions on the sample surface are also affected by the plasma.
Further, since plasma is generated in the entire chamber, discharge gas and discharge power are required more than necessary, and since it is performed in vacuum, the exhaust device becomes large and expensive.
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、微小領域でプラズマを生成し必要な箇所にプラズマを照射できるマイクロプラズマ生成装置および方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a microplasma generating apparatus and method that can generate plasma in a minute region and irradiate the necessary part with the plasma.
上記目的を達成するために、請求項１に記載のマイクロプラズマ生成装置では、真空チャンバー内にプラズマ生成部を具備し、このプラズマ生成部は、内側円筒電極と、内側円筒電極と同軸になるように配設した外側円筒電極と、外側円筒電極と内側円筒電極との間に配設した絶縁管とを備え、内側円筒電極の一端が、外側円筒電極内に位置しており、内側円筒電極を通して外側円筒電極内に導入したガスを放電させてプラズマをを生成し、この生成したプラズマを真空チャンバー内に噴出させてマイクロプラズマを得ることを特徴とする。
この構成により、プラズマ生成部でプラズマを生成して、プラズマ生成部から真空チャンバー内に噴出させて、プラズマで生じた磁場から各荷電粒子が磁力を受けてプラズマが絞られ、プラズマ生成部から離れるにつれてプラズマの減衰によりマイクロプラズマを得ることができる。よって、必要な箇所にだけプラズマを照射させることができ、真空チャンバー内の他の箇所に影響を与えることがない。
In order to achieve the above object, in the microplasma generating apparatus according to claim 1, a plasma generating unit is provided in the vacuum chamber, and the plasma generating unit is coaxial with the inner cylindrical electrode and the inner cylindrical electrode. And an insulating tube disposed between the outer cylindrical electrode and the inner cylindrical electrode, and one end of the inner cylindrical electrode is located in the outer cylindrical electrode and passes through the inner cylindrical electrode. The gas introduced into the outer cylindrical electrode is discharged to generate plasma, and the generated plasma is ejected into a vacuum chamber to obtain microplasma.
With this configuration, plasma is generated by the plasma generation unit, ejected from the plasma generation unit into the vacuum chamber, each charged particle receives a magnetic force from the magnetic field generated in the plasma, and the plasma is throttled, leaving the plasma generation unit As a result, microplasma can be obtained by plasma attenuation. Therefore, it is possible to irradiate the plasma only on a necessary portion and does not affect other portions in the vacuum chamber.
請求項２に記載のマイクロプラズマ生成装置では、前記内側円筒電極の直径は０．５〜１．０ｍｍであり、前記外側円筒電極の内径は２ｍｍ以下であることを特徴とする。この構成により、最適なマイクロプラズマを得ることができる。
請求項３に記載のマイクロプラズマ生成装置では、真空チャンバー内に移動用ステージをさらに備え、この移動用ステージで、プラズマ生成部を真空チャンバー内で三次元的に移動させることを特徴とする。
The microplasma generating apparatus according to claim 2, wherein the inner cylindrical electrode has a diameter of 0.5 to 1.0 mm, and the outer cylindrical electrode has an inner diameter of 2 mm or less. With this configuration, an optimum microplasma can be obtained.
According to a third aspect of the present invention, the microplasma generating apparatus further includes a moving stage in the vacuum chamber, and the moving stage moves the plasma generating unit three-dimensionally in the vacuum chamber.
請求項４に記載のマイクロプラズマ生成装置では、前記外側円筒電極と前記内側円筒電極との間にパルス電圧を印加して放電を行うことを特徴とする。この構成により、放電で生じる熱量を少なくすることができ、プラズマ生成部の温度による周りへの影響を防ぐことができる。また、消費電力を抑えることができる。 The microplasma generating apparatus according to claim 4 is characterized in that a discharge is performed by applying a pulse voltage between the outer cylindrical electrode and the inner cylindrical electrode. With this configuration, the amount of heat generated by the discharge can be reduced, and the influence on the surroundings due to the temperature of the plasma generation unit can be prevented. Further, power consumption can be suppressed.
請求項５に記載のマイクロプラズマ生成方法では、真空チャンバー内に内側円筒電極と外側円筒電極とで構成されたプラズマ生成部を配設して、該内側円筒電極から該外側円筒電極内に導入されたガスを放電させてプラズマを生成し、生成したプラズマを真空チャンバー内に噴出させてマイクロプラズマを得ることを特徴とする。
この構成により、プラズマ生成部でプラズマを生成して、プラズマ生成部から真空チャンバー内に噴出させて、プラズマ流で生じた磁場から各荷電粒子が磁力を受けてプラズマが絞られ、プラズマ生成部から離れるにつれてプラズマの減衰によりマイクロプラズマを得ることができる。よって、必要な箇所にだけプラズマを照射させることができ、真空チャンバー内の他の箇所に影響を与えないようにすることができる。
In the microplasma generation method according to claim 5, a plasma generation unit composed of an inner cylindrical electrode and an outer cylindrical electrode is disposed in a vacuum chamber, and is introduced into the outer cylindrical electrode from the inner cylindrical electrode. The gas is discharged to generate plasma, and the generated plasma is ejected into a vacuum chamber to obtain microplasma.
With this configuration, plasma is generated by the plasma generation unit, ejected from the plasma generation unit into the vacuum chamber, and each charged particle receives magnetic force from the magnetic field generated by the plasma flow, and the plasma is throttled. A microplasma can be obtained by the decay of the plasma as it moves away. Therefore, it is possible to irradiate the plasma only on necessary portions, and it is possible to prevent other portions in the vacuum chamber from being affected.
請求項６に記載のマイクロプラズマ生成方法では、前記外側円筒電極と前記内側円筒電極との間にはパルス電圧を印加して放電を行うことを特徴とする。この構成により、放電で生じる熱量を抑え、プラズマ生成部の温度上昇を少なくでき、また消費電力を抑えることができる。 The microplasma generation method according to claim 6 is characterized in that a discharge is performed by applying a pulse voltage between the outer cylindrical electrode and the inner cylindrical electrode. With this configuration, the amount of heat generated by the discharge can be suppressed, the temperature rise of the plasma generation unit can be reduced, and the power consumption can be suppressed.
本発明のマイクロプラズマ生成装置によれば、プラズマ生成部でプラズマを生成し、真空チャンバー内に生成したプラズマを噴出させてマイクロプラズマを得るので、必要な箇所にだけプラズマを照射させることができ、真空チャンバー内の他の箇所に影響を与えることがない。また、移動用ステージでマイクロプラズマ生成部を三次元的に移動できるので、真空チャンバー内の任意の位置でマイクロプラズマを照射させることができる。パルス放電とすることで、マイクロ生成部の温度上昇を抑え、消費電力を低減できる。 According to the microplasma generation device of the present invention, plasma is generated in the plasma generation unit, and the plasma generated in the vacuum chamber is ejected to obtain microplasma. It does not affect other parts in the vacuum chamber. In addition, since the microplasma generator can be moved three-dimensionally on the moving stage, the microplasma can be irradiated at an arbitrary position in the vacuum chamber. By using pulse discharge, the temperature rise of the micro-generation unit can be suppressed and power consumption can be reduced.
一方、本発明のマイクロプラズマ生成方法によれば、プラズマ生成部でプラズマを生成してプラズマ生成部から真空チャンバー内に噴出させてマイクロプラズマを得るので、必要な箇所にだけプラズマを照射させることができ、真空チャンバー内の他の箇所に影響を与えない。また、パルス放電とすることで、マイクロ生成部の温度上昇を抑えて消費電力を低減できる。 On the other hand, according to the microplasma generation method of the present invention, the plasma is generated by the plasma generation unit and ejected into the vacuum chamber from the plasma generation unit to obtain the microplasma. And does not affect other parts of the vacuum chamber. In addition, by using pulse discharge, it is possible to suppress the temperature increase of the micro-generation unit and reduce power consumption.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１はマイクロプラズマ生成装置の概略図である。マイクロプラズマ生成装置１は、マイクロプラズマ１０を生成するプラズマ生成部２と、プラズマ生成部２を保持しこのプラズマ生成部２を三次元的に移動させ得る移動用ステージ３とを、真空チャンバー４内に備え、真空チャンバー４の外部から、ガスチューブ５を介してプラズマ生成部２にガスを導入するようになっている。また、電源６は、真空チャンバー４の外からプラズマ生成部２にパルス電圧を印加してガスを放電させる。電源６は、プラズマ生成部２の温度上昇を抑え、放電のための消費電力を低減するために、パルス電源とするのが好ましい。
そして、プラズマ生成部２で生成されたプラズマを、ターゲット９ａに照射できるように、サンプル台９が真空チャンバー４内に設けられている。
ここで、真空チャンバー４は、バルブ７を開いて真空ポンプ（図示せず）で排気して、所定の圧力、例えば０．１〜１０Ｔｏｒｒになるようにする。真空チャンバー４には圧力ゲージ８が備えられ、圧力を測定できるようになっている。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a microplasma generator. The microplasma generating apparatus 1 includes a plasma generating unit 2 that generates a microplasma 10 and a moving stage 3 that holds the plasma generating unit 2 and can move the plasma generating unit 2 in three dimensions. In preparation for this, gas is introduced into the plasma generating unit 2 from the outside of the vacuum chamber 4 through the gas tube 5. Further, the power source 6 applies a pulse voltage to the plasma generation unit 2 from outside the vacuum chamber 4 to discharge the gas. The power source 6 is preferably a pulse power source in order to suppress the temperature rise of the plasma generation unit 2 and reduce the power consumption for discharging.
And the sample stage 9 is provided in the vacuum chamber 4 so that the plasma produced | generated in the plasma production | generation part 2 can be irradiated to the target 9a.
Here, the vacuum chamber 4 opens the valve 7 and evacuates it with a vacuum pump (not shown) so that the pressure becomes a predetermined pressure, for example, 0.1 to 10 Torr. The vacuum chamber 4 is provided with a pressure gauge 8 so that the pressure can be measured.
図２は、プラズマ生成部２の断面図である。
プラズマ生成部２は、外側円筒電極２１内に内側円筒電極２２を同軸上に配設し、外側円筒電極２１と内側円筒電極２２との間に絶縁管２３を介在させて構成される。
すなわち、外側円筒電極２１内に絶縁管２３の一端２３ａが配置され、外側円筒電極２１の電極面を露出させている。また、内側円筒電極２２の一端２２ａは絶縁管２３内に配設されている。これで、内側円筒電極２２の一端２ａと絶縁管２３の一端２３ａとは軸方向に距離Ｌ１離れている。一方、内側円筒電極２２の他端側は円筒支持管２４で保持され、円筒支持管２４は絶縁管２３の他端側に内接して保持されている。円筒支持管２４は、絶縁管２３に挿入する側で内側円筒電極２２を突出させている。この突出している内側円筒電極２２の外周は、絶縁管２３の内周には接していない。円筒支持管２４の他端は、図１に示したガスチューブ５に接続されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the plasma generation unit 2.
The plasma generating unit 2 is configured such that an inner cylindrical electrode 22 is coaxially disposed in an outer cylindrical electrode 21, and an insulating tube 23 is interposed between the outer cylindrical electrode 21 and the inner cylindrical electrode 22.
That is, one end 23 a of the insulating tube 23 is disposed in the outer cylindrical electrode 21, and the electrode surface of the outer cylindrical electrode 21 is exposed. One end 22 a of the inner cylindrical electrode 22 is disposed in the insulating tube 23. Thus, one end 2a of the inner cylindrical electrode 22 and one end 23a of the insulating tube 23 are separated from each other by a distance L1 in the axial direction. On the other hand, the other end side of the inner cylindrical electrode 22 is held by a cylindrical support tube 24, and the cylindrical support tube 24 is held in contact with the other end side of the insulating tube 23. The cylindrical support tube 24 protrudes the inner cylindrical electrode 22 on the side to be inserted into the insulating tube 23. The outer periphery of the protruding inner cylindrical electrode 22 is not in contact with the inner periphery of the insulating tube 23. The other end of the cylindrical support tube 24 is connected to the gas tube 5 shown in FIG.
ここで、外側円筒電極２１および内側円筒電極２２の径は小さく細い。例えば、内側円筒電極２２の直径は０．５〜１．０ｍｍ、外側円筒電極２１の内径は２ｍｍ以下であることが好ましい。 Here, the diameters of the outer cylindrical electrode 21 and the inner cylindrical electrode 22 are small and thin. For example, the inner cylindrical electrode 22 preferably has a diameter of 0.5 to 1.0 mm, and the outer cylindrical electrode 21 has an inner diameter of 2 mm or less.
そして、プラズマ生成部２に電力を供給する電源６からの各配線６ａ，６ｂが、外側円筒電極２１と金属製の円筒支持管２４とに接続されている。外側円筒電極２１を電源６の＋極、円筒支持管２４を電源６の−極に接続して電圧を印加し、外側円筒電極２１の露出している内周面と、内側円筒電極２２の一端２２ａとの間に電界が形成され、内側円筒電極２２内にガスを流し外側円筒電極２１内にガスを導入して真空チャンバー４内に噴出させることにより、外側円筒電極２１内のガスが冷陰極放電する。 And each wiring 6a, 6b from the power supply 6 which supplies electric power to the plasma production | generation part 2 is connected to the outer side cylindrical electrode 21 and the metal cylindrical support tube 24. FIG. The outer cylindrical electrode 21 is connected to the positive pole of the power source 6 and the cylindrical support tube 24 is connected to the negative pole of the power source 6 to apply a voltage. The exposed inner peripheral surface of the outer cylindrical electrode 21 and one end of the inner cylindrical electrode 22 are applied. An electric field is formed between the inner cylindrical electrode 22 and a gas flowing into the inner cylindrical electrode 22, introducing the gas into the outer cylindrical electrode 21, and ejecting the gas into the vacuum chamber 4. Discharge.
図３は、プラズマ生成部２と移動用ステージ３とを模式的に示した図である。移動用ステージ３は、プラズマ生成部２の軸（ｚ軸）方向に移動するｚステージ３ａと、ｘ軸およびｙ軸方向に移動するｘｙステージ３ｂとで構成され、真空チャンバー４の外からコントロールできるようになっている。この移動用ステージ３にプラズマ生成部２を保持させることで、真空チャンバー４内を三次元的に移動させることができる。
ここで、後述するように、プラズマ生成部２からプラズマを噴出することでマイクロオーダーのプラズマ（マイクロプラズマ）１０を形成するので、移動用ステージ３はマイクロオーダーで移動を制御できるものが好ましい。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the plasma generation unit 2 and the moving stage 3. The moving stage 3 includes a z stage 3 a that moves in the axis (z axis) direction of the plasma generation unit 2 and an xy stage 3 b that moves in the x axis and y axis directions, and can be controlled from outside the vacuum chamber 4. It is like that. By holding the plasma generating unit 2 on the moving stage 3, the inside of the vacuum chamber 4 can be moved three-dimensionally.
Here, as will be described later, since the micro-order plasma (micro-plasma) 10 is formed by ejecting plasma from the plasma generator 2, it is preferable that the moving stage 3 can control the movement in the micro-order.
次に、以上のように構成されたプラズマ生成装置１でマイクロプラズマ１０が生成されることを説明する。
図４は、プラズマ生成部２内で円柱プラズマ１１が生成され、その円柱プラズマ１１が真空チャンバー４内に噴出されて円錐形プラズマ１２となり、円錐形プラズマ１２の先端がマイクロプラズマ１０となる様子を模式的に示した図である。
内側円筒電極２２から外側円筒電極２１内に導入されたガスは、外側円筒電極２１と内側円筒電極２２との間にパルス電圧を印加することで、外側円筒電極２１の露出した内側面と内側円筒電極２２の一端２２ａとの間に電界が形成されてガスが放電する。すなわち、外側円筒電極２１内で径がＤの円柱プラズマ（円筒状のプラズマ）１１が生成される。 そして、生成された円柱プラズマ１１が真空チャンバー４内に噴出することで、円錐形プラズマ１２が生成される。
Next, it will be described that the microplasma 10 is generated by the plasma generating apparatus 1 configured as described above.
FIG. 4 shows a state in which a cylindrical plasma 11 is generated in the plasma generating unit 2, the cylindrical plasma 11 is ejected into the vacuum chamber 4 to become a conical plasma 12, and a tip of the conical plasma 12 becomes a microplasma 10. It is the figure shown typically.
The gas introduced from the inner cylindrical electrode 22 into the outer cylindrical electrode 21 is applied with a pulse voltage between the outer cylindrical electrode 21 and the inner cylindrical electrode 22, whereby the exposed inner surface of the outer cylindrical electrode 21 and the inner cylinder are exposed. An electric field is formed between one end 22a of the electrode 22 and the gas is discharged. That is, columnar plasma (cylindrical plasma) 11 having a diameter D is generated in the outer cylindrical electrode 21. Then, the generated cylindrical plasma 11 is ejected into the vacuum chamber 4 to generate a conical plasma 12.
すなわち、真空チャンバー４内の圧力が外側円筒電極２１内に比べて低いことから、噴出したプラズマが拡散する。ここで、プラズマは電子やイオンなどの荷電粒子を含むので荷電粒子の動きで、噴出したプラズマの周りではアンペールの法則により磁場が形成される。この形成された磁場から各荷電粒子に磁力が作用してプラズマが絞られる（自己ピンチ効果）。つまり、各荷電粒子にローレンツ力が作用してプラズマの拡散が抑えられる。そして、プラズマ生成部２の外側円筒電極２１および内側円筒電極２２の径を小さくして細くすることと相俟って、図４に示すように、プラズマ生成部２から噴出したプラズマは円錐形プラズマ（プラズマトーチ）１２となる。このとき、円錐形プラズマ１２の先端は針状になり、外側円筒電極２１の一端２１ａから距離Ｌだけ離れた位置ではマイクロオーダーまで細くなっており、マイクロプラズマ１０が形成される。
よって、マイクロプラズマ１０の大きさは、プラズマ生成部２の外側円筒電極２１および内側円筒電極２２の内径で制御することができる。
また、マイクロプラズマ１０の容積や特性（電子温度、電子密度など）は、ガス種、ガス流、印加電圧、パルス幅や周期により所望に制御することができる。
That is, since the pressure in the vacuum chamber 4 is lower than that in the outer cylindrical electrode 21, the ejected plasma diffuses. Here, since the plasma includes charged particles such as electrons and ions, a magnetic field is formed around the ejected plasma by Ampere's law due to the movement of the charged particles. A magnetic force acts on each charged particle from the formed magnetic field, and the plasma is throttled (self-pinch effect). That is, the Lorentz force acts on each charged particle to suppress plasma diffusion. Then, coupled with the reduction of the diameter of the outer cylindrical electrode 21 and the inner cylindrical electrode 22 of the plasma generating unit 2, the plasma ejected from the plasma generating unit 2 is conical plasma as shown in FIG. (Plasma Torch) 12 At this time, the tip of the conical plasma 12 has a needle shape, and is thinned to the micro order at a position away from the one end 21a of the outer cylindrical electrode 21 by a distance L, and the microplasma 10 is formed.
Therefore, the size of the microplasma 10 can be controlled by the inner diameters of the outer cylindrical electrode 21 and the inner cylindrical electrode 22 of the plasma generating unit 2.
The volume and characteristics (electron temperature, electron density, etc.) of the microplasma 10 can be controlled as desired by the gas type, gas flow, applied voltage, pulse width, and cycle.
次に、プラズマ生成部２の外側円筒電極２１と内側円筒電極２２との間に印加される電圧と、電子密度との関係について説明する。
図５は、パルス電圧の時間的変動と電子密度との関係を模式的に示した図で、（ａ）は印加電圧、（ｂ）は外側円筒電極２１内（点Ｐ１の位置）での電子密度、（ｃ）は外側円筒電極２１の一端２１ａから距離Ｌ離れた位置（点Ｐ２の位置）での電子密度の時間依存性である。なお、Ｔはパルス電圧の一周期、ｔo はパルス幅である。
図から分かるように、外側円筒電極２１内、およびその一端２１ａでは、印加電圧に準じてプラズマが生成され、プラズマの消滅量に比べてプラズマの生成量が上回るので、電子密度が増加する。放電開始から時間ｔo 経過すると、電圧が印加されなくなるので、外側円筒電極２１内でのプラズマの生成は終了する。プラズマの再結合による消滅には僅かに時間がかかるので、放電開始から時間ｔo では電子密度がゼロとはならず、ゼロになるまで遅れが生じる。
一方、外側円筒電極２１の一端２１ａから距離Ｌだけ離れた位置（点Ｐ２の位置）では、プラズマ生成部２内のプラズマがガス流とともに軸方向に移動するので、その移動時間δだけ電子密度の変化に遅れが生じる。また、その移動の過程でプラズマが消滅したり拡散するので、電子密度は減少する。
Next, the relationship between the voltage applied between the outer cylindrical electrode 21 and the inner cylindrical electrode 22 of the plasma generator 2 and the electron density will be described.
FIG. 5 is a diagram schematically showing the relationship between the temporal variation of the pulse voltage and the electron density. (A) is the applied voltage, and (b) is the electron in the outer cylindrical electrode 21 (position of the point P1). Density, (c), is the time dependency of the electron density at a position (the position of the point P2) that is a distance L from the one end 21a of the outer cylindrical electrode 21. T is one cycle of the pulse voltage, and to is the pulse width.
As can be seen from the figure, in the outer cylindrical electrode 21 and one end 21a thereof, plasma is generated according to the applied voltage, and the amount of plasma generated exceeds the amount of plasma extinguished, so the electron density increases. When a time to elapses from the start of discharge, no voltage is applied, so that the generation of plasma in the outer cylindrical electrode 21 is completed. Since it takes a little time to disappear due to recombination of the plasma, the electron density does not become zero at time to after the start of discharge, but a delay occurs until it becomes zero.
On the other hand, at a position (point P2) away from the one end 21a of the outer cylindrical electrode 21 (the position of the point P2), the plasma in the plasma generating unit 2 moves in the axial direction along with the gas flow. There is a delay in change. Further, since the plasma disappears or diffuses during the movement, the electron density decreases.
図６は、電子密度のｚ軸依存性を示した図である。プラズマ生成部２から真空チャンバー４内にプラズマが噴出される方向を、ｚ軸の正の方向としている。図６では、一パルス電圧あたりでの空間的な電子密度の変化を示している。
電子密度はｚが増加すると減少する。これは、プラズマ生成部２からプラズマが噴出されることで、プラズマがガス流とともに移動し、移動に伴い印加した電圧で形成された電界が及ばなくなり、拡散とプラズマの消滅で、電子密度が減少するためである。
FIG. 6 is a diagram showing the z-axis dependence of the electron density. The direction in which plasma is ejected from the plasma generation unit 2 into the vacuum chamber 4 is the positive z-axis direction. FIG. 6 shows a change in spatial electron density per pulse voltage.
The electron density decreases as z increases. This is because the plasma is ejected from the plasma generation unit 2 so that the plasma moves with the gas flow, the electric field formed by the applied voltage is not affected by the movement, and the electron density is reduced by diffusion and extinction of the plasma. It is to do.
次に実施例を示す。
プラズマ生成部２の外側円筒電極２１には、外径３ｍｍ、内径２ｍｍ、長さ３０ｍｍのステンレスパイプ、内側円筒電極２２には、外径０．７ｍｍ、内径０．４ｍｍ、長さ２０ｍｍのステンレスパイプを用いた。絶縁管２３には、外径２ｍｍ、内径１．５ｍｍ、長さ３０ｍｍのセラミックチューブを用いた。円筒支持管２４として、外径１．５ｍｍ、内径０．４ｍｍの銅管を用いた。なお、電極間距離、すなわち絶縁管２３の一端２３ａから内側円筒電極２２の一端２２ａまでの距離Ｌ１を３ｍｍとした。
電源６には、パルス幅ｔｏ＝１μ秒、パルス周期Ｔ＝１／５ｋＨｚ＝２００μ秒で、電圧３ｋＶのパルス電源を用いた。ガスチューブ５を介してプラズマ生成部２に空気を導入した。このとき図１に示したガスゲージ８のガス圧は、２．４Ｔｏｒｒであった。
Examples will now be described.
The outer cylindrical electrode 21 of the plasma generating unit 2 has an outer diameter of 3 mm, an inner diameter of 2 mm, and a stainless steel pipe with a length of 30 mm. The inner cylindrical electrode 22 has an outer diameter of 0.7 mm, an inner diameter of 0.4 mm, and a length of 20 mm. Was used. As the insulating tube 23, a ceramic tube having an outer diameter of 2 mm, an inner diameter of 1.5 mm, and a length of 30 mm was used. As the cylindrical support tube 24, a copper tube having an outer diameter of 1.5 mm and an inner diameter of 0.4 mm was used. The distance between the electrodes, that is, the distance L1 from the one end 23a of the insulating tube 23 to the one end 22a of the inner cylindrical electrode 22 was 3 mm.
As the power source 6, a pulse power source having a pulse width to = 1 μsec, a pulse period T = 1/5 kHz = 200 μsec and a voltage of 3 kV was used. Air was introduced into the plasma generation unit 2 through the gas tube 5. At this time, the gas pressure of the gas gauge 8 shown in FIG. 1 was 2.4 Torr.
以上の条件で空気プラズマを生成した。
空気の混合比から主として窒素プラズマが生成される。なお、空気のうちプラズマとなっているのは、１％よりもはるかに少ない。
図７はプラズマ生成部２の放電方向（ｚ方向）に対して垂直な方向から撮影した写真図で、（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ放電開始ｔ＝０から０．４秒毎に撮影した写真図である。なお、図に向かって右側がｚ軸の正の方向である。
図７から分かるように、プラズマの発光強度が時間の経過に伴い強くなり、プラズマの密度、特に、プラズマ生成部２の外側円筒電極２１内での密度が増加した。
また、図７からわかるように、プラズマはプラズマ生成部２から＋ｚ軸方向へ約３０ｍｍ伸びている。放電開始から２秒以上経過すると、プラズマがｚ軸の正の方向に伸びている様子を確認した。このとき、プラズマは外側円筒電極２１の一端２１ａから距離３０ｍｍ（図６のｚ＝ｚｏ）まで伸びていた。
Air plasma was generated under the above conditions.
Nitrogen plasma is mainly generated from the air mixing ratio. Note that the amount of air that is plasma is much less than 1%.
FIG. 7 is a photograph taken from a direction perpendicular to the discharge direction (z direction) of the plasma generator 2, and (a) to (i) are taken every 0.4 seconds from the discharge start t = 0. FIG. Note that the right side in the figure is the positive direction of the z-axis.
As can be seen from FIG. 7, the emission intensity of the plasma became stronger with the passage of time, and the density of the plasma, in particular, the density in the outer cylindrical electrode 21 of the plasma generation unit 2 increased.
As can be seen from FIG. 7, the plasma extends from the plasma generation unit 2 by about 30 mm in the + z-axis direction. When 2 seconds or more had elapsed from the start of discharge, it was confirmed that the plasma extended in the positive direction of the z-axis. At this time, the plasma extended from the one end 21a of the outer cylindrical electrode 21 to a distance of 30 mm (z = zo in FIG. 6).
ここで、図５（ｃ）に示したδを算出する。
前提として、ベルヌイの定理を当てはめ、プラズマ生成部２から噴出されるガスの流速を求める。
ベルヌイの定理から、流速ｖB は次式（１）で求めることができる。
式（１）に各値を代入すると吹き出し口での流速ｖB は６５．３６ｍ／秒となる。
いま、実験では、直径Ｄ＝２ｍｍの円柱プラズマ１１が、プラズマ生成部２の一端２１ａから噴出して、３０ｍｍの位置まで伸びてマイクロプラズマ１０を形成している。
このことから、プラズマ生成部２から噴出して、３０ｍｍの位置に達するまでの時間δは、δ＝３０ｍｍ／ｖB から４６０μ秒と求まる。尚、図６に示したｔ１は１１５μ秒となる。
Here, δ shown in FIG. 5C is calculated.
As a premise, Bernoulli's theorem is applied to determine the flow velocity of the gas ejected from the plasma generation unit 2.
From Bernoulli's theorem, the flow velocity v B can be obtained by the following equation (1).
If each value is substituted into the equation (1), the flow velocity v B at the outlet becomes 65.36 m / sec.
Now, in the experiment, the cylindrical plasma 11 having a diameter D = 2 mm is ejected from one end 21a of the plasma generation unit 2 and extends to a position of 30 mm to form the microplasma 10.
Therefore, the time δ from the plasma generation unit 2 until it reaches the position of 30 mm is obtained as 460 μsec from δ = 30 mm / v B. In addition, t1 shown in FIG. 6 is 115 microseconds.
このようにして、マイクロプラズマ生成部２で円柱プラズマ１１を生成し、それを真空チャンバー４内に噴出するので、マイクロプラズマ１０を得ることができる。
これにより、狭い領域に多数の部品が設置されるようなデバイスにおける超微細加工（例えばエッチング）や微小領域へのプラズマ蒸着などを行うことができる。また、プラズマ生成部２を、マイクロオーダーで外部コントロールできる移動用ステージに設置することで、プラズマ噴射を任意に行うことができる。よって新たなプラズマ利用に道を開くことができる。
また、フラットエキシマ光源の開発、高感度フォトセンサーなどの光学装置への応用や歯科治療や癌治療などの医療機器への応用にも可能である。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、これらは本発明の一例に過ぎず、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々変更が可能である。
In this manner, the columnar plasma 11 is generated by the microplasma generator 2 and is ejected into the vacuum chamber 4, so that the microplasma 10 can be obtained.
Thereby, ultrafine processing (for example, etching) in a device in which a large number of components are installed in a narrow region, plasma deposition on a minute region, and the like can be performed. Moreover, plasma injection | pouring can be performed arbitrarily by installing the plasma production | generation part 2 in the stage for movement which can be externally controlled by micro order. Therefore, it can open the way to new plasma utilization.
It is also possible to develop flat excimer light sources, apply to optical devices such as high-sensitivity photosensors, and apply to medical equipment such as dental treatment and cancer treatment.
The present invention has been described based on the embodiments. However, these are merely examples of the present invention, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims.
１ マイクロプラズマ生成装置
２ プラズマ生成部
２１ 外側円筒電極
２２ 内側円筒電極
２３ 絶縁管
２４ 円筒支持管
３ 移動用ステージ
３ａ ｚステージ
３ｂ ｘｙステージ
４ 真空チャンバー
５ ガスチューブ
６ 電源
６ａ，６ｂ 配線
７ バルブ
８ 圧力ゲージ
９ サンプル台
９ａ サンプル
１０ マイクロプラズマ
１１ 円柱プラズマ
１２ 円錐形プラズマ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microplasma generator 2 Plasma generating part 21 Outer cylindrical electrode 22 Inner cylindrical electrode 23 Insulating tube 24 Cylindrical support tube 3 Moving stage 3a z stage 3b xy stage 4 Vacuum chamber 5 Gas tube 6 Power supply 6a, 6b Wiring 7 Valve 8 Pressure Gauge 9 Sample stand 9a Sample 10 Microplasma 11 Cylindrical plasma 12 Conical plasma
Claims (6)
上記プラズマ生成部は、内側円筒電極と、該内側円筒電極と同軸になるように配設した外側円筒電極と、該外側円筒電極と上記内側円筒電極との間に配設した絶縁管とを備え、上記内側円筒電極の一端が、上記外側円筒電極内に位置しており、
上記内側円筒電極を通して上記外側円筒電極内に導入したガスを放電させてプラズマをを生成し、この生成したプラズマを上記真空チャンバー内に噴出させてマイクロプラズマを得ることを特徴とする、マイクロプラズマ生成装置。 A plasma generation unit is provided in the vacuum chamber,
The plasma generation unit includes an inner cylindrical electrode, an outer cylindrical electrode disposed so as to be coaxial with the inner cylindrical electrode, and an insulating tube disposed between the outer cylindrical electrode and the inner cylindrical electrode. One end of the inner cylindrical electrode is located within the outer cylindrical electrode;
Generating plasma by discharging the gas introduced into the outer cylindrical electrode through the inner cylindrical electrode to generate plasma, and generating the microplasma by ejecting the generated plasma into the vacuum chamber. apparatus.
該移動用ステージは、前記プラズマ生成部を前記真空チャンバー内で三次元的に移動させることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロプラズマ生成装置。 A moving stage in the vacuum chamber;
The microplasma generating apparatus according to claim 1, wherein the moving stage moves the plasma generating unit three-dimensionally in the vacuum chamber.
6. The microplasma generation method according to claim 5, wherein a discharge is performed by applying a pulse voltage between the outer cylindrical electrode and the inner cylindrical electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004088070A JP2005276618A (en) | 2004-03-24 | 2004-03-24 | Device and method for generating microplasma |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004088070A JP2005276618A (en) | 2004-03-24 | 2004-03-24 | Device and method for generating microplasma |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005276618A true JP2005276618A (en) | 2005-10-06 |
Family
ID=35176054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004088070A Pending JP2005276618A (en) | 2004-03-24 | 2004-03-24 | Device and method for generating microplasma |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005276618A (en) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006244938A (en) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Tokai Univ | Plasma generator and plasma generating method |
| JP2007188831A (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Univ Nihon | Plasma generating device |
| WO2007105330A1 (en) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Juridical Foundation Osaka Industrial Promotion Organization | Glow plasma generator and method for generating glow plasma |
| JP2008028365A (en) * | 2006-06-22 | 2008-02-07 | Riverbell Kk | Processing apparatus and method |
| JP2008286784A (en) * | 2007-04-18 | 2008-11-27 | Panasonic Corp | Method and device for measuring partial pressure |
| JP2012528453A (en) * | 2008-05-30 | 2012-11-12 | コロラド ステート ユニバーシティー リサーチ ファウンデーション | System and method for plasma application |
| JP2013045814A (en) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Plasma etching apparatus and plasma etching method |
| JP2014212303A (en) * | 2013-04-03 | 2014-11-13 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Stage type plasma etching device |
| JP2014212302A (en) * | 2013-04-03 | 2014-11-13 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Nozzle type plasma etching device |
| US8994270B2 (en) | 2008-05-30 | 2015-03-31 | Colorado State University Research Foundation | System and methods for plasma application |
| JP2015076143A (en) * | 2013-10-06 | 2015-04-20 | 国立大学法人名古屋大学 | Plasma generator |
| US9272359B2 (en) | 2008-05-30 | 2016-03-01 | Colorado State University Research Foundation | Liquid-gas interface plasma device |
| US9532826B2 (en) | 2013-03-06 | 2017-01-03 | Covidien Lp | System and method for sinus surgery |
| US9555145B2 (en) | 2013-03-13 | 2017-01-31 | Covidien Lp | System and method for biofilm remediation |
| US10237962B2 (en) | 2014-02-26 | 2019-03-19 | Covidien Lp | Variable frequency excitation plasma device for thermal and non-thermal tissue effects |
| US10368939B2 (en) | 2015-10-29 | 2019-08-06 | Covidien Lp | Non-stick coated electrosurgical instruments and method for manufacturing the same |
| US10441349B2 (en) | 2015-10-29 | 2019-10-15 | Covidien Lp | Non-stick coated electrosurgical instruments and method for manufacturing the same |
| US10709497B2 (en) | 2017-09-22 | 2020-07-14 | Covidien Lp | Electrosurgical tissue sealing device with non-stick coating |
| US10973569B2 (en) | 2017-09-22 | 2021-04-13 | Covidien Lp | Electrosurgical tissue sealing device with non-stick coating |
| US11207124B2 (en) | 2019-07-08 | 2021-12-28 | Covidien Lp | Electrosurgical system for use with non-stick coated electrodes |
| US11369427B2 (en) | 2019-12-17 | 2022-06-28 | Covidien Lp | System and method of manufacturing non-stick coated electrodes |
-
2004
- 2004-03-24 JP JP2004088070A patent/JP2005276618A/en active Pending
Cited By (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006244938A (en) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Tokai Univ | Plasma generator and plasma generating method |
| JP2007188831A (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Univ Nihon | Plasma generating device |
| WO2007105330A1 (en) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Juridical Foundation Osaka Industrial Promotion Organization | Glow plasma generator and method for generating glow plasma |
| JPWO2007105330A1 (en) * | 2006-03-06 | 2009-07-30 | 財団法人大阪産業振興機構 | Glow plasma generation apparatus and glow plasma generation method |
| JP4590528B2 (en) * | 2006-03-06 | 2010-12-01 | 財団法人大阪産業振興機構 | Glow plasma generation apparatus and glow plasma generation method |
| JP2008028365A (en) * | 2006-06-22 | 2008-02-07 | Riverbell Kk | Processing apparatus and method |
| JP2008286784A (en) * | 2007-04-18 | 2008-11-27 | Panasonic Corp | Method and device for measuring partial pressure |
| US7814796B2 (en) | 2007-04-18 | 2010-10-19 | Panasonic Corporation | Partial pressure measuring method and partial pressure measuring apparatus |
| US9287091B2 (en) | 2008-05-30 | 2016-03-15 | Colorado State University Research Foundation | System and methods for plasma application |
| US8994270B2 (en) | 2008-05-30 | 2015-03-31 | Colorado State University Research Foundation | System and methods for plasma application |
| JP2012528454A (en) * | 2008-05-30 | 2012-11-12 | コロラド ステート ユニバーシティー リサーチ ファウンデーション | Plasma device for wide-area surface treatment of tissue |
| US9272359B2 (en) | 2008-05-30 | 2016-03-01 | Colorado State University Research Foundation | Liquid-gas interface plasma device |
| JP2012528453A (en) * | 2008-05-30 | 2012-11-12 | コロラド ステート ユニバーシティー リサーチ ファウンデーション | System and method for plasma application |
| US9288886B2 (en) | 2008-05-30 | 2016-03-15 | Colorado State University Research Foundation | Plasma-based chemical source device and method of use thereof |
| JP2013045814A (en) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Plasma etching apparatus and plasma etching method |
| US10524848B2 (en) | 2013-03-06 | 2020-01-07 | Covidien Lp | System and method for sinus surgery |
| US9532826B2 (en) | 2013-03-06 | 2017-01-03 | Covidien Lp | System and method for sinus surgery |
| US9555145B2 (en) | 2013-03-13 | 2017-01-31 | Covidien Lp | System and method for biofilm remediation |
| JP2014212303A (en) * | 2013-04-03 | 2014-11-13 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Stage type plasma etching device |
| JP2014212302A (en) * | 2013-04-03 | 2014-11-13 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Nozzle type plasma etching device |
| JP2015076143A (en) * | 2013-10-06 | 2015-04-20 | 国立大学法人名古屋大学 | Plasma generator |
| US10237962B2 (en) | 2014-02-26 | 2019-03-19 | Covidien Lp | Variable frequency excitation plasma device for thermal and non-thermal tissue effects |
| US10750605B2 (en) | 2014-02-26 | 2020-08-18 | Covidien Lp | Variable frequency excitation plasma device for thermal and non-thermal tissue effects |
| US10368939B2 (en) | 2015-10-29 | 2019-08-06 | Covidien Lp | Non-stick coated electrosurgical instruments and method for manufacturing the same |
| US10441349B2 (en) | 2015-10-29 | 2019-10-15 | Covidien Lp | Non-stick coated electrosurgical instruments and method for manufacturing the same |
| US11135007B2 (en) | 2015-10-29 | 2021-10-05 | Covidien Lp | Non-stick coated electrosurgical instruments and method for manufacturing the same |
| US11298179B2 (en) | 2015-10-29 | 2022-04-12 | Covidien Lp | Non-stick coated electrosurgical instruments and method for manufacturing the same |
| US10709497B2 (en) | 2017-09-22 | 2020-07-14 | Covidien Lp | Electrosurgical tissue sealing device with non-stick coating |
| US10973569B2 (en) | 2017-09-22 | 2021-04-13 | Covidien Lp | Electrosurgical tissue sealing device with non-stick coating |
| US11432869B2 (en) | 2017-09-22 | 2022-09-06 | Covidien Lp | Method for coating electrosurgical tissue sealing device with non-stick coating |
| US11207124B2 (en) | 2019-07-08 | 2021-12-28 | Covidien Lp | Electrosurgical system for use with non-stick coated electrodes |
| US11369427B2 (en) | 2019-12-17 | 2022-06-28 | Covidien Lp | System and method of manufacturing non-stick coated electrodes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2005276618A (en) | Device and method for generating microplasma | |
| JP5663819B2 (en) | Plasma source and medical device including the plasma source | |
| US7626135B2 (en) | Electrode systems and methods of using electrodes | |
| JP6388491B2 (en) | Plasma generator and plasma propulsion device equipped with measuring device | |
| JP4817407B2 (en) | Plasma generating apparatus and plasma generating method | |
| JPS60175351A (en) | X rays generation device and x rays exposure method | |
| US20040222367A1 (en) | Beam source and beam processing apparatus | |
| WO2008072390A1 (en) | Plasma producing apparatus and method of plasma production | |
| JP2006500740A (en) | Beam plasma source | |
| JPH09223598A (en) | High speed atomic beam source | |
| US20130146564A1 (en) | Plasma treatment apparatus and plasma treatment method | |
| WO2007148470A1 (en) | Treating apparatus, method of treating and plasma source | |
| US7755065B2 (en) | Focused ion beam apparatus | |
| JP2012119123A (en) | Plasma processing apparatus | |
| TWI402001B (en) | Plasma processing device, plasma processing method, and processed object treated by the method | |
| JP2015524987A5 (en) | ||
| JPS61226925A (en) | Discharge reaction device | |
| JP2010205446A (en) | Ion source | |
| CN112004304B (en) | Corona composite dielectric barrier discharge plasma jet generating device | |
| JP2007258096A (en) | Plasma processing apparatus | |
| JP2007258097A (en) | Plasma processing apparatus | |
| JP4977557B2 (en) | Ion source | |
| JP3768854B2 (en) | Plasma jet generator | |
| Becker | 25 years of microplasma science and applications: A status report | |
| JP2007266522A (en) | Plasma treatment device and processing method employing it |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051226 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080319 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080408 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080805 |