JP2006156100A - 大気圧大面積プラズマ発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明による大気圧大面積プラズマ発生装置は、発振周波数が可変なVCO回路,マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間可変のパルス回路を含むマイクロ波発振器1と、アイソレータと増幅器を含むマイクロ波変調器2と、前記マイクロ波変調器2の出力に接続されているユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器と、前記各マイクロ波電力増幅器にそれぞれ接続され、それぞれにプラズマ発生用ガスが導入されている同軸共振ヘッドよりなるプラズマガスを発生する複数のマイクロ波プラズマ発生源4と、前記複数のマイクロ波プラズマ発生源4を特定の空間に向けて配列する支持構造と、前記プラズマ発生源4に関連して配置されているプラズマセンサと、制御装置5から構成されている。
【選択図】図1A
Description
またマイクロ波発生源からのマイクロ波の供給に、導波管を使用するので、プラズマ源(処理装置)とマイクロ波源との位置関係は機械的に固定されてしまう。そのため、装置の配置の変更が容易ではない。
また負荷側の周波数をマグネトロンの発振周波数に合わせる必要があり、複雑で高価なチューニング機構が必要になる。
マイクロ波発生源では、連続発振するマイクロ波の電力による発熱が大きいため、水冷冷却方式を用いている。この冷却により装置が大形になる。また、常に綿密なメンテナンスが必要となる。下記の文献に示された発明は、いずれも導波管を用いてマイクロ波電力を供給するものである。
そのため、前述のような装置とか、同一のマイクロ波発生源からのマイクロ波を、円盤等に形成された多数のアンテナから容器内に放出し、容器内にプラズマを発生させようとする数多くの提案がなされている。しかしながら、特許文献3記載のように円盤等のスロットアンテナの配置や形状に種々の配慮をしても、プラズマ分布を広い領域で均一に維持することは極めて困難である。
特にマイクロ波を使ったプラズマ発生装置で大きな問題になるのは以下の2点である。
1)プラズマができる前後で装置内(チェンバ、または共振器)における電磁波(マイクロ波)のモードが大きく変わり、したがって見掛けのインピーダンスが変わり、電磁波が反射してしまう。そのために高価で複雑なインピーダンス自動整合装置が必要になる。
2)プラズマができる前にチェンバ内の電磁波をどんなに一様にしても一旦プラズマができると一様でなくなる。
この原因は、1.波長に比べてはるかに大きなチェンバを使用することと、2.プラズマによる電磁波の境界条件が大きく変わることによる装置内(チェンバ、または共振器)のモードが複雑なパターンになることである。これらの原因により、波長より十分大きな装置内(チェンバ、または共振器)では、一様なプラズマを作ることが困難である。
本発明の主たる目的は、同軸共振器のみならず、他の形態の共振器についても利用できる、取り扱いが容易な大気圧大面積プラズマ発生装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、大気圧で動作するプラズマを、安定して、しかも小形の装置で発生させ、複数個のプラズマ発生装置を組み合わせて、広い領域の一様なプラズマ分布を供給する大気圧大面積プラズマ発生装置を提供することにある。
なお本発明で用いる大気圧の意味は厳密に標準大気圧を意味するものではなく、極端な減圧を必要としないという意味で用いているものである。
本発明の他の目的は、同軸共振器を用いてプラズマ発生部(プラズマヘッド)をいっそう小形にすることにより、プラズマヘッドの配置等を自在に移動させることができるマイクロ波プラズマ発生装置を提供することにより、広い領域の一様なプラズマ分布を供給する大気圧大面積プラズマ発生装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、前述した装置内に生ずるプラズマの一様化の問題を解決するために、アンテナの方向と形状とチェンバの構造を最適化することでプラズマの発生前後でのインピーダンス変換を起こすことが自動的に可能な構造とすることにある。
また本発明の他の目的は、前述の多数のアンテナを設け、それぞれのアンテナ部分にプラズマ検出プローブを配置して、各アンテナに供給する電力を時間と空間の両方で独立的に制御することにより、プラズマの一様性を保持することにある。
大気圧下でプラズマ生成用ガスを励起するマイクロ波励起プラズマガス発生装置であって、
発振周波数が可変なVCO回路,マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間可変のパルス回路を含むマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器に接続されているアイソレータと増幅器を含むマイクロ波変調器と、
前記マイクロ波変調器の出力に接続されているユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器と、
前記各マイクロ波電力増幅器にそれぞれ接続され、それぞれにプラズマ発生用ガスが導入されている同軸共振ヘッドよりなるプラズマガスを発生する複数のマイクロ波プラズマ発生源と、
前記複数のマイクロ波プラズマ発生源を特定の空間に向けて配列する支持構造と、
前記特定の空間に前記プラズマ発生源に関連して配置されているプラズマセンサと、
前記プラズマセンサの出力が接続されており、前記発生源のプラズマ発生の前後のプラズマ振動モードにおけるモードの変化の影響で発生する発振周波数の変化を抑制するとともに、電磁場の分布の変化を利用して電源とプラズマ発生源とのカップリングを最適にする構造を有し、マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間を制御して前記マイクロ波電力増幅器の出力を制御し、供給電力を制御するプログラムを有し、前記プログラムにしたがって制御信号を前記マイクロ波発振器,前記マイクロ波変調器または前記マイクロ波電力増幅器に接続する制御装置と、から構成されている。
この構成によれば、複数のマイクロ波プラズマ発生源の出力を制御できる。
大気圧下でプラズマ生成用ガスを励起するマイクロ波励起プラズマガス発生装置であって、
発振周波数が可変なVCO回路,マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間可変のパルス回路を含むマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器に接続されているアイソレータと増幅器を含むマイクロ波変調器と、
前記マイクロ波変調器の出力に接続されているユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器と、
空洞内または、空洞の一部にプラズマ生成用ガスが導入され、マイクロ波電力増幅器からの電力を前記空洞に供給する複数の結合アンテナが空洞壁に配置されている空洞共振器と、
前記空洞共振器の複数のアンテナとプラズマガス生成位置に関連して配置されている複数のプラズマセンサと、
前記発生源のプラズマ発生の前後のプラズマ振動モードにおけるモードの変化の影響で発生する発振周波数の変化を抑制するとともに、電磁場の分布の変化を利用してカップリングを最適にする構造を有し、マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間を制御して前記マイクロ波電力増幅器の出力を制御し、供給電力を制御するプログラムを有し、
前記プログラムにしたがって制御信号を前記マイクロ波発振器,前記マイクロ波変調器または前記マイクロ波電力増幅器に接続する制御装置と、から構成されている。
本発明による請求項3記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項2記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、前記アンテナは、前記空洞の壁に隣接するアンテナ間の距離が励起マイクロ波の管内波長の4分の1程度の距離を保って二次元配置されている。
本発明による請求項4記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、
大気圧下でプラズマ生成用ガスを励起するマイクロ波励起プラズマガス発生装置であって、
発振周波数が可変なVCO回路,マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間可変のパルス回路を含むマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器に接続されているアイソレータと増幅器を含むマイクロ波変調器と、
前記マイクロ波変調器の出力に接続されているユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器と、
対向する細長いギャップで結合する一対の空洞よりなり、前記ギャップ間に前記ギャップに直交する方向にプラズマ生成用ガスを通過させる誘電体通路をもち、マイクロ波電力増幅器からの電力を前記空洞に供給する複数の結合アンテナが空洞壁に配置されている空洞共振器と、
前記誘電体通路のプラズマガス排出口に配置されている複数のプラズマセンサと、
前記プラズマセンサの出力が接続されており、
前記発生源のプラズマ発生の前後のプラズマ振動モードにおけるモードの変化の影響で発生する発振周波数の変化を抑制するとともに、電磁場の分布の変化を利用してカップリングを最適にする構造を有し、マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間を制御して前記マイクロ波電力増幅器の出力を制御し、供給電力を制御するプログラムを有し、
前記プログラムにしたがって制御信号を前記マイクロ波発振器,前記マイクロ波変調器または前記マイクロ波電力増幅器に接続する制御装置と、
から構成されている。
本発明による請求項5記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項4記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、前記複数の結合アンテナが前記ギャップの方向に沿って空洞壁に配置されている。
本発明による請求項7記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項1,2または4記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、前記マイクロ波電力増幅器は、回路中に交流電源を含んで構成されているものである。
本発明による請求項8記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項1記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、プラズマの発生領域を拡張し、変形するために複数のプラズマ発生源を前記領域に対応して組み立てるように構成されている。
本発明による請求項9記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項1,2または4記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、前記プラズマを計測するセンサはラングミュアプローブとしたものである。
このパルス信号が変調器22に印加されると、図8に示すように、マイクロ波の波形は、発振している時間tと繰り返す時間T(周期時間間隔)である出力信号に変換される。
このパルス変調されたマイクロ波はアイソレータ23、増幅器25を通り、出力端26に出力される。この変調されたマイクロ波の出力が図4Aに示す電力増幅器31 の入力端31に加えられる。次にアイソレータ23は、プラズマ状態の形成の前後における大きい負荷変動による反射電力を遮断するために用いられる。これにより、マイクロ波発振器1の発振周波数は、負荷の影響を受けず、安定した発振を持続する。
図4Aに、電力増幅器31 の入力端31に接続されている状態を示す。各電力増幅器31 〜3N の出力は、プラズマ発生装置群4のうちの対応する発生装置(41S〜4NS)に接続される。電力増幅器31 〜3N は同一の構成であり、マイクロ波の振幅電圧を調整する減衰器32、増幅器34,35、アイソレータ36、方向性結合器37、減衰器32をコントロールする制御回路39、電力増幅器で消費する直流電圧を供給する交流直流電圧変換回路3A、マイクロ波周波数安定用帰還回路3Dを含む。前記電力増幅器はマイクロ波用LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)などの固体半導体素子で構成し、小形化と高い信頼性を有する。
方向性結合器37のa端子とb端子にはそれぞれ進行波と反射波が出力される。反射波は位相器を通して3db結合器に加えられる。この反射波を位相器で調整することにより、共振周波数において反射波と進行波の位相差が零になるように設定できる。一方進行波は3db結合器に加わり、この結合器の出力端子から検出器に供給され、直流電圧に変換される。進行波から変換された直流電圧と、反射波から変換された直流電圧とが差動増幅器の入力部に供給される。共振周波数において反射波と進行波の位相差が零になるときに、この2つの直流電圧が等しくなるので、差動増幅器の出力電圧は零になる。なお、この動作については前述した特開2004−172044号にさらに詳しく説明している。
前述した共振周波数では、制御信号CFT1は零になり、たとえば、共振周波数より高い時には、制御信号CFT1はプラスに、共振周波数より低い時には、制御信号CFT1はマイナスになる。このように、このネガティブフィードバック(負帰還)の作用により、発振回路13の発振周波数は、常に共振周波数を維持するようになる。
この負荷状態が変わる場合、前記の最適化により、この周波数は、キャビティの固有の共振周波数とは少し異なる周波数になるが、この周波数の差異は少なくなる。
一つの電力増幅器内に交流電源を内蔵する手段により、広い領域のプラズマ応用の要望に対してプラズマ発生装置の増設すなわち電力増幅器31 ・・の増設が必要になるときに、交流電源の新設は不要である。
多様なプラズマ洗浄に対して、プラズマ発生装置は、規格化された電力増幅器ユニットを挿入するだけの簡単な操作で対応できる大きな利点がある。
電力増幅器のアンプ回路チップ63a,63bから熱が発生する。アンプ回路チップ63a,63bに密着した冷却フィン61には側面に空気溝64が設けられている。
この空気溝64に冷却用空気65を送って、冷却する。冷却機構は水冷方式ではなく、空冷方式にすることにより、装置の信頼性と簡便性を向上させる。
この多数のプラズマヘッドの発生装置を励起するために、図1Aに示すとおり、電力増幅器31 〜3N を並列に構成する。
図5にプラズマ発生装置群4をプラズマ発生装置41からプラズマ発生装置4Nまでの組み合わせで配置した例を示す。各プラズマ発生装置41〜4Nの同軸の上方からプラズマガスが供給されている。そして、各プラズマ発生装置41〜4Nの同軸の側面からマイクロ波が入力される。プラズマガスの洗浄の対象である試料400は、均一にプラズマガスに接触される。プラズマガスの中にプラズマの強度を検出する検出器41S〜4NSが配置されている。検出器は二本の深針の簡単な構造のラングミュア(Langmuir)プローブを用いる。この深針間に直流電圧を印加して、流れる電流を測定する。前記深針間に流れる電流を電圧に変換する。たとえば、プラズマ発生装置41に配置する検出器41Sから変換された電圧をD1とする。
CPU56はこれらのディジタルデータを演算し、このディジタルデータをD/A変換器57により、アナログ電圧CTD1に変換する。このアナログ電圧CTD1は、図4Aに示す電力増幅器31 の入力端子3Bに入力され、これにより個別的にマイクロ波電力の強度を制御する。
一般的には、次の制御方法を選択する。
1)D1からDNの平均値からCTPT信号を決定する。
以上、図1Aに示したプラズマ発生装置の一例を説明した。
図1A,図4Aで示す電力増幅器の各回路に方向性結合器が内蔵されている。
よってこの回路から周波数制御信号CFT1,,CFTnが出力される。図6に示す制御回路5の下部に示す回路がこのCFT1などの信号を処理する回路である。
この回路は、マルチプレキサー5E,増幅回路5F,D/A変換回路5G,制御用CPU5H,アナログスイッチ5Iと増幅回路5Jで構成される。
以下、この回路の動作について図16を参照して説明する。制御の方法は次の3通りがある。
1)プラズマ発生の条件を調査研究するために、周波数を細かく設定し、プラズマの発生を研究する段階でキー入力して実施する方法。この処理は図16に示す1の処理である。
2)CFT1からCFTnの信号の内のどれかを選択する方法。この処理は図16に示す2の処理である。
CFT1の入力端5Cから増幅器5Dにこの信号が入力される。マルチプレキサー5Eは、CPU5Hの制御信号SELAにより、CFT1からCFTnの信号の内の一つの信号を出力する。増幅回路5Fを通り、アナログスイッチ5Iに入力する。CPU5Hからの制御信号により、アナログスイッチ5Iは増幅回路5Fの出力信号をアナログスイッチ5Iの出力に伝達する。
この信号が増幅回路5Jをとおり、出力端5KにCFT制御信号を出力する。この制御信号CFTがマイクロ波発振器1の入力端14に印加され、発振周波数を制御する。
この負帰還制御により、一定の周波数に保持することができる。
CFT1からCFTnの信号のどれを選択するかはCPUまたはキーボードから決定できる。
3)CPUが一定のプログラムに従って周波数を制御する方法。この処理は図16に示す3の処理である。
プラズマ発生時の周波数とプラズマ発生後の温度変化により、周波数の変移を見込んで周波数をシフトし、発振の効果をあげる。
周波数のシフトはあらかじめ実験テストで測定しておき、プログラムにそのデータをプログラムする方法をとる。
この場合、CPU5HはD/A変換回路5Gにディジタルデータを転送し、D/A変換回路5Gの出力端にアナログ電圧を出力する。同時にCPU5Hからの制御信号SELBにより、アナログスイッチ5IはD/A変換回路5Gの出力信号をアナログスイッチ5Iの出力に伝達する。このCFT制御信号がマイクロ波発振器1の発振周波数を変える。
このようにCPUの制御を利用して、使用状態に対応した柔軟かつ複雑な制御を実行して、発振効率を上げることが可能になる。
マイクロ波発振器1は、発振周波数が可変なVCO回路,マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間可変のパルス回路を含むものである。
マイクロ波変調回路2も前記マイクロ波発振器に接続されているアイソレータと増幅器を含んでいる。
マイクロ波電力増幅装置3は、マイクロ波変調器2の出力に接続されている、ユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器31 〜3N を含んでいる。
空洞共振器8は、図10,11に示されているように対向する細長いギャップで結合する一対の空洞8a,8bよりなり、前記ギャップ間に、前記ギャップに直交する方向にプラズマ生成用ガスを通過させる誘電体通路をもち、マイクロ波電力増幅器からの電力を前記空洞に供給する結合アンテナ81〜8Nが前記ギャップの方向に沿って一方の空洞8aの空洞壁に配置されている。
また複数のプラズマセンサ81S〜8NSが、前記誘電体通路のプラズマガス排出口に配置されている。
制御回路5には前記プラズマセンサの出力が接続されており、前記発生源のプラズマ発生の前後のプラズマ振動モードにおける回路インピーダンスの変化の影響で発生する発振周波数の変化を抑制する。また、マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間を制御して前記マイクロ波電力増幅器の出力を制御する。制御回路5は、供給電力を制御するプログラムを有し、前記プログラムにしたがって制御信号をマイクロ波発振器,マイクロ波変調器またはマイクロ波電力増幅器に接続する。
図1Bに示すプラズマアンテナで構成したマイクロ波プラズマ発生装置は、図1Aの電力増幅装置3と一部が異なる。
図4Bの回路には、位相制御回路33が付加されている。CPUを内蔵する制御回路39の制御信号により、位相制御回路33が働き、マイクロ波の位相を変化させる。
この装置の特徴は、プラズマ発生装置のエレメントが一列に配列されており、その間隔は、マイクロ波の導波管(チェンバ)内におけるマイクロ波管内波長の4分の1の長さ
(λg /4)に設定されている。当然エレメントの列の長さはマイクロ波管内波長λg に対して充分な長さになっている。
前記プラズマ発生装置におけるプラズマ発生の前後の等価回路は、図11Bに示す回路で表される。チェンバ内のQは非常に高く、コンダクタンスG1 は極めて小さい。このときの共振周波数はω1 で、QはQ1 である。アンテナ出力がチェンバに電力を供給するときの結合係数はk1 である。プラズマ発生後の等価回路は、図12Bに示す回路で表される。プラズマが発生すると、チェンバ内のコンダクタンスG2 は大きくなる。このときの共振周波数はω2 で、QはQ2 となる。
本発明では、条件(ω1 ≒ω2 )と条件(k2 /k1 )≒(G2 /G1 )を満足するように、アンテナの形状とチェンバの形状を最適化することが重要である。
この回路条件の最適化で、プラズマ発生の前後で共振周波数が一定に保たれ、プラズマが安定に維持される。プラズマ発生前後で、前述した電界モードが変化することにより、条件が満足させられる。
このようにこのプラズマ発生装置の構造は、プラズマ発生に適した構造であることが特徴である。
当然アンテナエレメントの列の長さはマイクロ波波長λg に対して充分な長さになっている。よって壁側からの反射波は少なくなる。
前記プラズマ発生装置に使用するアンテナは、モノポールアンテナ、誘電体ホーンアンテナ、パッチアンテナ、ヘリカルアンテナなど使用できる。
各応用例において、複数のマイクロ波プラズマ発生源(同軸共振器)41・・・を支持構造7により特定の空間に向けて配列してある。
図14に示す先の例では導波管状の支持構造7で、複数のマイクロ波プラズマ発生源(同軸共振器)41,42・・を直線上に配置してある。
図15Aに示す例では、複数のマイクロ波プラズマ発生源(同軸共振器)41・・を支持構造7により円盤状に配置し、広い領域を同時に洗浄するプラズマ発生装置を形成している。この場合、大規模なエレメントを必要とするが、短時間で洗浄できるプラズマ発生装置が構築できる。
図15Bに示す例では、複数プラズマアンテナで構成するマイクロ波プラズマ発生源(同軸共振器)41・・を支持構造7により円盤状に配置し、各プラズマアンテナ間の距離をほぼ管内波長の4分の1の長さλg /4に配置して、広い領域を同時に洗浄するプラズマ発生装置を形成している。この場合、大規模なエレメントを必要とするが、短時間で洗浄できるプラズマ発生装置が構築できる。
特にプラズマ励起用マイクロ波電力は、固体素子で構成する電力増幅器から供給することにより、マイクロ波発振器の発振出力電力は数ミリワット台の少ない電力で済み、安定した発振が得られる。
前記マイクロ発生源は固体発振器とすることもできるから、装置を一層小形にすることができ、全体を可搬形に構成することもできる。
大気圧に近いガスをマイクロ波で励起させプラズマガスを発生するマイクロ波プラズマ発生装置であって、取り扱いが容易であり、安定した動作ができる。
一つの電力増幅器31 内に交流電源を内蔵するので、広い領域のプラズマ洗浄の要望にたいしてプラズマ発生装置の増設すなわち電力増幅器31 ・・の増設が必要になるときに、交流電源の新設は不要である。
多様なプラズマ洗浄にたいして、プラズマ発生装置は、規格化された電力増幅器ユニットを挿入するだけの簡単な操作で対応できるという利点がある。
洗浄領域の大きさにより、プラズマ発生装置の数を増加しても、それに伴う電力増幅器のユニット数だけ増やして簡単に対応できる特徴がある。
2 マイクロ波変調回路
3 電力増幅装置
4 プラズマ発生装置群
5 制御回路
6 手動操作用キーボード
7 支持構造
8 空洞共振器
8a,8b 上空洞,下空洞
81〜8N 空洞励起アンテナ
81S〜8NS 検出器
13 発振回路
14 周波数制御信号CFTの入力端
15 増幅器
16 出力端
21 マイクロ波変調回路の入力端
23 アイソレータ
25 増幅器
26 マイクロ波変調回路の出力端
31 電力増幅器の入力端
32 減衰器
33 位相制御回路
34,35 増幅器
36 アイソレータ
37 方向性結合器
38 電力増幅器の出力端
39 制御回路
3A 交流直流電圧変換回路
3B 制御信号CTDの入力端
3C 交流電圧の入力端
3D マイクロ波周波数の制御回路
3E CFT制御信号出力端
40 プラズマガス供給装置
41,42,・・・,4N プラズマ発生装置
41S,42S,・・・,4NS 検出器
400 試料
51 CTD1信号の出力端
52 増幅器
55 CPU内蔵の制御回路
54 A/D変換回路
53 マルチプレキサー
52 D1信号増幅器
51 D1信号入力端
59 CTPT信号出力端
57 D/A変換回路
56 CPU
5A バッファ
5B CDT1の出力端
5C CFT1の入力端
5D 増幅器
5E マルチプレキサー
5F 増幅器
5G D/A変換回路
5H CPU
5I アナログスイッチ回路
5J 増幅器
5K CFT出力端
61 冷却フィン
62 電力増幅器
63a,63b アンプ回路チップ
64 空気溝
65 冷却用空気
1707 マイクロ波発振器
1708 アイソレータ
1710 マイクロ波導波管
1711 パルスモータ制御の3スタブチューナ
Claims (9)
- 大気圧下でプラズマ生成用ガスを励起するマイクロ波励起プラズマガス発生装置であって、
発振周波数が可変なVCO回路,マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間可変のパルス回路を含むマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器に接続されているアイソレータと増幅器を含むマイクロ波変調器と、
前記マイクロ波変調器の出力に接続されているユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器と、
前記各マイクロ波電力増幅器にそれぞれ接続され、それぞれにプラズマ発生用ガスが導入されている同軸共振ヘッドよりなるプラズマガスを発生する複数のマイクロ波プラズマ発生源と、
前記複数のマイクロ波プラズマ発生源を特定の空間に向けて配列する支持構造と、
前記特定の空間に前記プラズマ発生源に関連して配置されているプラズマセンサと、
前記プラズマセンサの出力が接続されており、前記発生源のプラズマ発生の前後のプラズマ振動モードにおけるモードの変化の影響で発生する発振周波数の変化を抑制するとともに、電磁場の分布の変化を利用して電源とプラズマ発生源とのカップリングを最適にする構造を有し、マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間を制御して前記マイクロ波電力増幅器の出力を制御し、供給電力を制御するプログラムを有し、前記プログラムにしたがって制御信号を前記マイクロ波発振器,前記マイクロ波変調器または前記マイクロ波電力増幅器に接続する制御装置と、
から構成する大気圧大面積プラズマ発生装置。 - 大気圧下でプラズマ生成用ガスを励起するマイクロ波励起プラズマガス発生装置であって、
発振周波数が可変なVCO回路,マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間可変のパルス回路を含むマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器に接続されているアイソレータと増幅器を含むマイクロ波変調器と、
前記マイクロ波変調器の出力に接続されているユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器と、
空洞内または、空洞の一部にプラズマ生成用ガスが導入され、マイクロ波電力増幅器からの電力を前記空洞に供給する複数の結合アンテナが空洞壁に配置されている空洞共振器と、
前記空洞共振器の複数のアンテナとプラズマガス生成位置に関連して配置されている複数のプラズマセンサと、
前記発生源のプラズマ発生の前後のプラズマ振動モードにおけるモードの変化の影響で発生する発振周波数の変化を抑制するとともに、電磁場の分布の変化を利用してカップリングを最適にする構造を有し、マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間を制御して前記マイクロ波電力増幅器の出力を制御し、供給電力を制御するプログラムを有し、
前記プログラムにしたがって制御信号を前記マイクロ波発振器,前記マイクロ波変調器または前記マイクロ波電力増幅器に接続する制御装置と、
から構成する大気圧大面積プラズマ発生装置。 - 前記アンテナは、前記空洞の壁に隣接するアンテナ間の距離が励起マイクロ波の管内波長の4分の1程度の距離を保って二次元配置されている請求項2記載の大気圧大面積プラズマ発生装置。
- 大気圧下でプラズマ生成用ガスを励起するマイクロ波励起プラズマガス発生装置であって、
発振周波数が可変なVCO回路,マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間可変のパルス回路を含むマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器に接続されているアイソレータと増幅器を含むマイクロ波変調器と、
前記マイクロ波変調器の出力に接続されているユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器と、
対向する細長いギャップで結合する一対の空洞よりなり、前記ギャップ間に前記ギャップに直交する方向にプラズマ生成用ガスを通過させる誘電体通路をもち、マイクロ波電力増幅器からの電力を前記空洞に供給する複数の結合アンテナが空洞壁に配置されている空洞共振器と、
前記誘電体通路のプラズマガス排出口に配置されている複数のプラズマセンサと、
前記プラズマセンサの出力が接続されており、
前記発生源のプラズマ発生の前後のプラズマ振動モードにおけるモードの変化の影響で発生する発振周波数の変化を抑制するとともに、電磁場の分布の変化を利用してカップリングを最適にする構造を有し、マイクロ波の発振時間と発振の繰り返し時間を制御して前記マイクロ波電力増幅器の出力を制御し、供給電力を制御するプログラムを有し、
前記プログラムにしたがって制御信号を前記マイクロ波発振器,前記マイクロ波変調器または前記マイクロ波電力増幅器に接続する制御装置と、
から構成する大気圧大面積プラズマ発生装置。 - 前記複数の結合アンテナが前記ギャップの方向に沿って空洞壁に配置されている請求項4記載の大気圧大面積プラズマ発生装置。
- 前記マイクロ波発振器は固体半導体発振器を用いるものである請求項1,2または4記載の大気圧大面積プラズマ発生装置。
- 前記マイクロ波電力増幅器は、回路中に交流電源を含んで構成されている請求項1,2または4記載の大気圧大面積プラズマ発生装置。
- プラズマの発生領域を拡張し、変形するために複数のプラズマ発生源を前記領域に対応して組み立てるように構成されている請求項1記載の大気圧大面積プラズマ発生装置。
- 前記プラズマを計測するセンサはラングミュアプローブである請求項1,2または4記載の大気圧大面積プラズマ発生装置。
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