JP7273671B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ発生装置に関するものである。

近年、様々な分野において、大気圧プラズマの利用が進められている。例えば特許文献１によれば、抗腫瘍効果を奏する水溶液を得る目的で、水溶液に非平衡大気圧プラズマがプラズマ発生装置によって照射される。例示されている一のプラズマ発生装置は、筐体部の内部において対向して配置されている対向電極対を有している。筐体部のガス導入口からアルゴンを導入するとともに、電極間に電圧を印加すると、筐体部の内部にプラズマが発生する。プラズマは筐体部に形成された多数のガス噴出口の外部に照射される。これらガス噴出口を一の方向に沿って形成することによって、プラズマを線状に噴出することができる。

特開２０１６－１６９１６４号公報

上記プラズマ発生装置は、点状ではなく線状のプラズマが噴出される。よってこの装置は、広い領域への効率的なプラズマ処理に適している。一方でこの装置は、プラズマを発生させるために、ガス導入口からガス噴出口へ向かって筐体内部にガスを流し、かつ、筐体内部に配置された対向電極対に電圧を印加する。このとき、電極がプラズマに直接さらされているので、電極からの異物がプラズマに混入しやすく、この異物が被処理物へ悪影響を与えることがある。また、両電極が筐体部の内部にあるので電極間が筐体部によって遮られていない。よって、電極間で被処理物を経由した比較的大きな電流が流れやすく、この電流が被処理物に悪影響を与えることがある。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、被処理物への悪影響を抑えつつ被処理物へ効率的にプラズマを照射することができるプラズマ発生装置を提供することである。

第１の態様は、プラズマ発生装置であって、ガス経路部と、第１電極と、第２電極と、第１対向電極と、第２対向電極とを有している。ガス経路部は、ガスを受け入れることになるガス入口と、ガス入口から受け入れたガスを送り出すガス出口と、ガス入口からガス出口までガスの流方向に沿って延びる空洞部と、が設けられており、空洞部を介して互いに対向する第１誘電体部および第２誘電体部を有している。第１電極は、第１電位が印加されることになるものであって、第１誘電体部を介して空洞部に対向している。第２電極は、第１電位と異なる第２電位が印加されることになるものであって、流方向に垂直な少なくとも一の断面視において、第１電極に第１誘電体部と空洞部と第２誘電体部とを介して厚み方向に対して傾いた方向に配置されている。第１対向電極は、第１電位が印加されることになるものであって、第２誘電体部と空洞部と第１誘電体部とを介して第１電極に対向している。第２対向電極は、第２電位が印加されることになるものであって、第１誘電体部と空洞部と第２誘電体部とを介して第２電極に対向している。

第２の態様は、第１の態様のプラズマ発生装置であって、第１電極は、第１誘電体部に面する平坦な第１対向面を有しており、第２電極は、第２誘電体部に面する平坦な第２対向面を有しており、第１対向面および第２対向面の各々は、流方向に平行な一の基準平面に平行である。

第３の態様は、第２の態様のプラズマ発生装置であって、基準平面に平行な平面レイアウトにおいて、空洞部は、流方向に垂直な方向において第１電極と第２電極との間に挟まれた中間領域と、ガス入口から中間領域まで延びる入口領域と、中間領域からガス出口まで延びる出口領域とを有している。

第４の態様は、第３の態様のプラズマ発生装置であって、中間領域は、流方向における第１位置で、流方向に垂直な方向において第１寸法を有しており、流方向における第１位置とガス出口との間の第２位置で、流方向に垂直な方向において第２寸法を有しており、第１寸法は第２寸法よりも小さい。

第５の態様は、第１から第４のいずれかの態様のプラズマ発生装置であって、第３電極をさらに有している。第３電極は、第１電位が印加されることになるものであって、第１誘電体部を介して空洞部に対向している。

第６の態様は、第１から第４のいずれかの態様のプラズマ発生装置であって、第３電極と、第４電極と、第１電源と、第２電源とをさらに有している。第３電極は、第３電位が印加されることになるものであって、第１誘電体部を介して空洞部に対向している。第４電極は、第３電位と異なる第４電位が印加されることになるものであって、第２誘電体部と空洞部と第１誘電体部とを介して第３電極に対向している。第１電源は第１電極と第２電極との間に第１交流電圧を印加する。第２電源は第３電極と第４電極との間に第２交流電圧を印加する。
第７の態様は、プラズマ発生装置であって、ガス経路部と、第１電極と、第２電極とを有している。ガス経路部は、ガスを受け入れることになるガス入口と、ガス入口から受け入れたガスを送り出すガス出口と、ガス入口からガス出口までガスの流方向に沿って延びる空洞部と、が設けられており、空洞部を介して互いに対向する第１誘電体部および第２誘電体部を有している。第１電極は、第１電位が印加されることになるものであって、第１誘電体部を介して空洞部に対向している。第２電極は、第１電位と異なる第２電位が印加されることになるものであって、流方向に垂直な少なくとも一の断面視において、第１電極に第１誘電体部と空洞部と第２誘電体部とを介して厚み方向に対して傾いた方向に配置されている。第１電極は、第１誘電体部に面する平坦な第１対向面を有しており、第２電極は、第２誘電体部に面する平坦な第２対向面を有しており、第１対向面および第２対向面の各々は、流方向に平行な一の基準平面に平行である。基準平面に平行な平面レイアウトにおいて、空洞部は、流方向に垂直な方向において第１電極と第２電極との間に挟まれた中間領域と、ガス入口から中間領域まで延びる入口領域と、中間領域からガス出口まで延びる出口領域とを有している。中間領域は、流方向における第１位置で、流方向に垂直な方向において第１寸法を有しており、流方向における第１位置とガス出口との間の第２位置で、流方向に垂直な方向において第２寸法を有しており、第１寸法は第２寸法よりも小さい。

第１の態様によれば、第１電極および第２電極のそれぞれと、ガスが流れる空洞部との間が、第１誘電体部および第２誘電体部によって隔てられている。これにより、第１電極および第２電極がプラズマに直接さらされないので、第１電極および第２電極からの異物が被処理物へ悪影響を与えることが防止される。また、第１電極と第２電極との間が第１誘電体部および第２誘電体部によって遮られているので、電極間で被処理物を経由した比較的大きな電流が流れにくく、よってこの電流が被処理物に悪影響を与えることが防止される。以上から、プラズマが照射される被処理物への悪影響が抑えられる。さらに、第１の態様によれば、ガスの流方向に垂直な少なくとも一の断面視において、第１電極と第２電極とが、第１誘電体部と空洞部と第２誘電体部とを介して対向している。この配置により、空洞部内においてガスの流方向に垂直な電界が発生し、この電界によって発生したプラズマが、流方向に沿って流れるガスによって効率的に押し出される。よって、被処理物へプラズマを効率的に照射することができる。以上から、被処理物への悪影響を抑えつつ被処理物へ効率的にプラズマを照射することができる。さらに第１対向電極が設けられることによって、プラズマの着火を、より確実に行うことができる。さらに第２対向電極が設けられることによって、プラズマの着火を、より確実に行うことができる。

第２の態様によれば、ガスの流れを、基準平面に平行な方向に、広く拡散させることができる。これにより、基準平面に平行な線状に広く拡がるプラズマを得ることができる。

第３の態様によれば、上記基準平面に平行な平面レイアウトにおいて、空洞部は、流方向に垂直な方向において第１電極と第２電極との間に挟まれた中間領域と、ガス入口から中間領域まで延びる入口領域と、中間領域からガス出口まで延びる出口領域とを有している。これにより、中間領域において発生したプラズマが、入口領域からのガスの流れによって出口領域へと押し出される。よって、ガス出口からプラズマを効率的に噴出することができる。

第４の態様によれば、上記中間領域は、流方向における第１位置で、流方向に垂直な方向において第１寸法を有しており、流方向における第１位置とガス出口との間の第２位置で、流方向に垂直な方向において第２寸法を有しており、第１寸法は第２寸法よりも小さい。これにより、中間領域のうち、相対的に小さな第１寸法で第１電極および第２電極が対向する箇所においてプラズマの着火を容易に行うことができる。さらに、当該箇所において着火したプラズマがガスの流方向に沿って移動することで、中間領域のうち、相対的に大きな第２寸法で第１電極および第２電極が対向する箇所でも、プラズマを発生させることができる。よって、プラズマの着火を容易としつつ、第１電極と第２電極との間でのプラズマの寸法を大きくすることができる。

第５の態様によれば、さらに第３電極が設けられることによって、より広範囲にプラズマを発生させることができる。

第６の態様によれば、第１電源だけでなく第２電源が設けられることによって、電界の分布を調整しやすくなる。これにより、プラズマの安定性を高めることができる。
第７の態様によれば、第１の態様によれば、第１電極および第２電極のそれぞれと、ガスが流れる空洞部との間が、第１誘電体部および第２誘電体部によって隔てられている。これにより、第１電極および第２電極がプラズマに直接さらされないので、第１電極および第２電極からの異物が被処理物へ悪影響を与えることが防止される。また、第１電極と第２電極との間が第１誘電体部および第２誘電体部によって遮られているので、電極間で被処理物を経由した比較的大きな電流が流れにくく、よってこの電流が被処理物に悪影響を与えることが防止される。以上から、プラズマが照射される被処理物への悪影響が抑えられる。さらに、第１の態様によれば、ガスの流方向に垂直な少なくとも一の断面視において、第１電極と第２電極とが、第１誘電体部と空洞部と第２誘電体部とを介して対向している。この配置により、空洞部内においてガスの流方向に垂直な電界が発生し、この電界によって発生したプラズマが、流方向に沿って流れるガスによって効率的に押し出される。よって、被処理物へプラズマを効率的に照射することができる。以上から、被処理物への悪影響を抑えつつ被処理物へ効率的にプラズマを照射することができる。さらに、ガスの流れを、基準平面に平行な方向に、広く拡散させることができる。これにより、基準平面に平行な線状に広く拡がるプラズマを得ることができる。さらに、上記基準平面に平行な平面レイアウトにおいて、空洞部は、流方向に垂直な方向において第１電極と第２電極との間に挟まれた中間領域と、ガス入口から中間領域まで延びる入口領域と、中間領域からガス出口まで延びる出口領域とを有している。これにより、中間領域において発生したプラズマが、入口領域からのガスの流れによって出口領域へと押し出される。よって、ガス出口からプラズマを効率的に噴出することができる。さらに、上記中間領域は、流方向における第１位置で、流方向に垂直な方向において第１寸法を有しており、流方向における第１位置とガス出口との間の第２位置で、流方向に垂直な方向において第２寸法を有しており、第１寸法は第２寸法よりも小さい。これにより、中間領域のうち、相対的に小さな第１寸法で第１電極および第２電極が対向する箇所においてプラズマの着火を容易に行うことができる。さらに、当該箇所において着火したプラズマがガスの流方向に沿って移動することで、中間領域のうち、相対的に大きな第２寸法で第１電極および第２電極が対向する箇所でも、プラズマを発生させることができる。よって、プラズマの着火を容易としつつ、第１電極と第２電極との間でのプラズマの寸法を大きくすることができる。

本発明の実施の形態１におけるプラズマ発生装置の構成を概略的に示す平面図である。 図１の線ＩＩ－ＩＩに沿う概略的な断面図である。 図１のプラズマ発生装置の平面レイアウトを説明する平面図である。 本発明の実施の形態２におけるプラズマ発生装置の構成を概略的に示す平面図である。 図４の線Ｖ－Ｖに沿う概略的な断面図である。 本発明の実施の形態３におけるプラズマ発生装置の構成を概略的に示す平面図である。 図６の線ＶＩＩ－ＶＩＩに沿う概略的な断面図である。 本発明の実施の形態４におけるプラズマ発生装置の構成を概略的に示す平面図である。 図８の線ＩＸ－ＩＸに沿う概略的な断面図である。 本発明の実施の形態５におけるプラズマ発生装置の構成を概略的に示す平面図である。 図１０の線ＸＩ－ＸＩに沿う概略的な断面図である。 本発明の実施の形態６におけるプラズマ発生装置の構成を概略的に示す平面図である。 図１２の線ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩに沿う概略的な断面図である。 参考例におけるプラズマ発生装置の構成を概略的に示す平面図である。 図１４の線ＸＶ－ＸＶに沿う概略的な断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。方向についての説明の便宜上、各図においてｘｙｚ直交座標系が示されている。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態１におけるプラズマ発生装置９１の構成を概略的に示す平面図である。図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩに沿う概略的な断面図である。プラズマ発生装置９１は、ガス経路部１０と、第１電極５１と、第２電極５２と、第１対向電極５１ｐと、第２対向電極５２ｐと、ガス供給部２０と、電源６１（第１電源）とを有している。

ガス供給部２０は、ガス経路部１０へガスを供給する。ガスは、例えば、希ガス、窒素ガス、または空気であり、好ましくは、アルゴンガスまたはヘリウムガスなどの希ガスである。希ガスを用いることによって、プラズマの着火が容易となり、かつ、プラズマ発生装置９１の外へプラズマを噴出させやすくなる。

ガス経路部１０には、ガス供給部２０からガスを受け入れることになるガス入口Ｔ１と、ガス入口Ｔ１から受け入れたガスを送り出すガス出口Ｔ２と、ガス入口Ｔ１からガス出口Ｔ２までガスの流方向ＤＦ（図２においてはｙ方向）に沿って延びる空洞部ＨＬとが設けられている。この構成を得るべくガス経路部１０は、第１誘電体部１１と、第２誘電体部１２と、スペーサ１３とを有している。第１誘電体部１１および第２誘電体部１２は、空洞部ＨＬを介して互いに対向している。具体的には、第１誘電体部１１および第２誘電体部１２の各々は、ｘｙ面に平行にひろがりｚ方向に厚みを有する平板であり、これらがｚ方向において間隔を空けて互いに対向している。スペーサ１３は、空洞部ＨＬの縁のうち、ガス入口Ｔ１およびガス出口Ｔ２以外の部分を封止しており、これにより流方向ＤＦが規定されている。

ガス供給部２０からのガスは、前述したように希ガスであることが望ましい。その場合、プロセスコストを抑えるためにガス流量を抑制することが望まれる。ガス流量は、空洞部ＨＬの厚み（ｚ方向の寸法）が小さいほど抑制することができる。この観点で、空洞部ＨＬの厚みは、好ましくは０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。

第１誘電体部１１および第２誘電体部１２は、高いプラズマ耐性を有する誘電体からなり、例えば石英またはセラミックからなる。スペーサ１３も同様の材料からなっていてよい。第１誘電体部１１、第２誘電体部１２およびスペーサ１３は、必ずしも個別の部材である必要はない。例えば、第１誘電体部１１、第２誘電体部１２およびスペーサ１３の全体が、同じ材料からなる一の部材であってよい。

電源６１は、第１端子および第２端子のそれぞれから、第１電位と、第１電位と異なる第２電位とを発生する。具体的には、電源６１は交流電源であり、第１電位と第２電位との間で交流電圧を発生する。

第１電極５１は、電源６１によって第１電位が印加されることになるものである。第１電極５１は、第１誘電体部１１を介して空洞部ＨＬに対向している。図２においては、第１電極５１は、第１誘電体部１１の上面上に直接設けられている。

第２電極５２は、電源６１によって第２電位が印加されることになるものである。第２電極５２は、流方向ＤＦに垂直な少なくとも一の断面視（図２）において、第１電極５１に、第１誘電体部１１と空洞部ＨＬと第２誘電体部１２とを介して対向している。第１電極５１と第２電極５２とが互いに対向する方向は、図２に示されているように、厚み方向（ｚ方向）に対して傾いていることが好ましい。図２においては、第２電極５２は、第２誘電体部１２の下面上に直接設けられている。

第１対向電極５１ｐは、第１電位が印加されることになるものである。第１対向電極５１ｐは、第２誘電体部１２と空洞部ＨＬと第１誘電体部１１とを介して第１電極５１に対向している。第１電極５１と第１対向電極５１ｐとが互いに対向する方向は、図２に示されているように、厚み方向（ｚ方向）に沿っていることが好ましい。図２においては、第１対向電極５１ｐは、第２誘電体部１２の下面上に直接設けられている。

第２対向電極５２ｐは、第２電位が印加されることになるものである。第２対向電極５２ｐは、第１誘電体部１１と空洞部ＨＬと第２誘電体部１２とを介して第２電極５２に対向している。第２電極５２と第２対向電極５２ｐとが互いに対向する方向は、図２に示されているように、厚み方向（ｚ方向）に沿っていることが好ましい。図２においては、第２対向電極５２ｐは、第１誘電体部１１の上面上に直接設けられている。

第１電極５１は、第１誘電体部１１に面する平坦な第１対向面（図２における下面）を有している。第２電極５２は、第２誘電体部１２に面する平坦な第２対向面（図２における上面）を有している。第１電極５１の第１対向面（図２における下面）および第２電極５２の第２対向面（図２における上面）の各々は、流方向ＤＦに平行な一の基準平面、すなわちｘｙ平面、に平行である。第１対向電極５１ｐは、第２誘電体部１２に面する平坦な面（図２における上面）を有しており、この面は基準平面（ｘｙ平面）に平行である。第２対向電極５２ｐは、第１誘電体部１１に面する平坦な面（図２における下面）を有しており、この面は基準平面（ｘｙ平面）に平行である。

図３は、プラズマ発生装置９１の、ｘｙ平面（基準平面）に平行な平面レイアウトを示す平面図である。図３において、空洞部ＨＬは、入口領域ＨＬ１と、出口領域ＨＬ２と、中間領域ＨＬ３と、周辺領域ＨＬ４とを有している。中間領域ＨＬ３は、ｘ方向（流方向ＤＦに垂直な方向）において第１電極５１と第２電極５２との間に挟まれている。入口領域ＨＬ１はガス入口Ｔ１から中間領域ＨＬ３まで延びている。出口領域ＨＬ２は中間領域ＨＬ３からガス出口Ｔ２まで延びている。周辺領域ＨＬ４は、入口領域ＨＬ１、出口領域ＨＬ２および中間領域ＨＬ３から外れた領域であり、省略されていてもよい。

中間領域ＨＬ３の幅（ｘ方向における寸法）が大きいほど、プラズマＰＬの幅も大きくすることができる。一方で、この幅が過度に大きいとプラズマの着火が困難となる。この観点で、中間領域ＨＬ３の幅は、好ましくは１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。この場合、幅１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度のプラズマＰＬのジェットを得ることができる。

本実施の形態によれば、第１電極５１および第２電極５２のそれぞれと、ガスが流れる空洞部ＨＬとの間が、第１誘電体部１１および第２誘電体部１２によって隔てられている。これにより、第１電極５１および第２電極５２がプラズマに直接さらされないので、第１電極５１および第２電極５２からの異物が被処理物へ悪影響を与えることが防止される。また、第１電極５１と第２電極５２との間が第１誘電体部１１および第２誘電体部１２によって遮られているので、電極間で被処理物を経由した比較的大きな電流が流れにくく、よってこの電流が被処理物に悪影響を与えることが防止される。以上から、プラズマＰＬが照射される被処理物への悪影響が抑えられる。さらに、本実施の形態によれば、ガスの流方向ＤＦに垂直な少なくとも一の断面視（図２）において、第１電極５１と第２電極５２とが、第１誘電体部１１と空洞部ＨＬと第２誘電体部１２とを介して対向している。この配置により、空洞部ＨＬ内においてガスの流方向ＤＦに垂直な電界が発生し、この電界によって発生したプラズマが、流方向ＤＦに沿って流れるガスによって効率的に押し出される。よって、被処理物へプラズマＰＬを効率的に照射することができる。以上から、被処理物への悪影響を抑えつつ被処理物へ効率的にプラズマを照射することができる。

第１電極５１および第２対向電極５２ｐが第１誘電体部１１に面する平坦な面を有しており、かつ、第２電極５２および第１対向電極５１ｐが第２誘電体部１２に面する平坦な面を有している場合、第１誘電体部１１および第２誘電体部１２の各々として平板を用いることができる。それにより、平板に平行な方向、具体的にはｘ方向、に、ガスの流れを広く拡散させることができる。これにより、ｘ方向に平行な線状に広く拡がるプラズマＰＬ（図１）を得ることができる。

平面レイアウト（図２）において、空洞部ＨＬは、流方向ＤＦに垂直な方向において第１電極５１と第２電極５２との間に挟まれた中間領域ＨＬ３と、ガス入口Ｔ１から中間領域ＨＬ３まで延びる入口領域ＨＬ１と、中間領域ＨＬ３からガス出口Ｔ２まで延びる出口領域ＨＬ２とを有している。これにより、中間領域ＨＬ３において発生したプラズマが、入口領域ＨＬ１からのガスの流れによって出口領域ＨＬ２へと押し出される。よって、ガス出口Ｔ２からプラズマＰＬを効率的に噴出することができる。言い換えれば、プラズマジェットを効率的に得ることができる。

第１電位が印加される電極として、第１電極５１に加えてさらに第１対向電極５１ｐが設けられることによって、プラズマの着火を、より確実に行うことができる。また、第２電位が印加される電極として第２電極５２に加えてさらに第２対向電極５２ｐが設けられることによって、プラズマの着火を、より確実に行うことができる。

＜実施の形態２＞
図４は、本実施の形態２におけるプラズマ発生装置９２の構成を概略的に示す平面図である。図５は、図４の線Ｖ－Ｖに沿う概略的な断面図である。

プラズマ発生装置９２は、前述した実施の形態１におけるプラズマ発生装置９１の構成に加えてさらに、第３電極５１Ａと、第３対向電極５１Ａｐとを有している。第３電極５１Ａは、第１電極５１と同様、第１電位が印加されることになるものであって、第１誘電体部１１を介して空洞部ＨＬに対向している。

第３対向電極５１Ａｐは、第１対向電極５１ｐと同様、第１電位が印加されることになるものである。第３対向電極５１Ａｐは、第２誘電体部１２と空洞部ＨＬと第１誘電体部１１とを介して第３電極５１Ａに対向している。第３電極５１Ａと第３対向電極５１Ａｐとが互いに対向する方向は、図５に示されているように、厚み方向（ｚ方向）に沿っていることが好ましい。図５においては、第３電極５１Ａは第１誘電体部１１の上面上に直接設けられており、第３対向電極５１Ａｐは第２誘電体部１２の下面上に直接設けられている。

本実施の形態によれば、実施の形態１に比して、さらに第３電極５１Ａおよび第３対向電極５１Ａｐが設けられることによって、より広範囲にプラズマＰＬを発生させることができる。具体的には、プラズマＰＬのｘ方向における幅を、実施の形態１に比して倍以上とすることができる。

＜実施の形態３＞
図６は、本実施の形態３におけるプラズマ発生装置９３の構成を概略的に示す平面図である。図７は、図６の線ＶＩＩ－ＶＩＩに沿う概略的な断面図である。プラズマ発生装置９３は、前述した実施の形態２におけるプラズマ発生装置９２（図４および図５）から、第１対向電極５１ｐ、第２対向電極５２ｐおよび第３対向電極５１Ａｐが省略された構成に対応している。本実施の形態によれば、実施の形態２に比して、電極構造および配線構造を簡素化することができる。

＜実施の形態４＞
図８は、本実施の形態４におけるプラズマ発生装置９４の構成を概略的に示す平面図である。図９は、図８の線ＩＸ－ＩＸに沿う概略的な断面図である。プラズマ発生装置９４は、前述した実施の形態２におけるプラズマ発生装置９２（図４および図５）の構成に加えてさらに、第４電極５２Ａと、第４対向電極５２Ａｐとを有している。

第４電極５２Ａは、第２電極５２と同様、第２電位が印加されることになるものである。第４電極５２Ａは、第２誘電体部１２と空洞部ＨＬと第１誘電体部１１とを介して第３電極５１Ａに対向している。第４対向電極５２Ａｐは、第２対向電極５２ｐと同様、第２電位が印加されることになるものである。第４対向電極５２Ａｐは、第１誘電体部１１と空洞部ＨＬと第２誘電体部１２とを介して第４電極５２Ａに対向している。第４電極５２Ａと第４対向電極５２Ａｐとが互いに対向する方向は、図９に示されているように、厚み方向（ｚ方向）に沿っていることが好ましい。図９においては、第４電極５２Ａは第２誘電体部１２の下面上に直接設けられており、第４対向電極５２Ａｐは第１誘電体部１１の上面上に直接設けられている。

本実施の形態によれば、実施の形態２に比して、さらに第４電極５２Ａおよび第４対向電極５２Ａｐが設けられることによって、より広範囲にプラズマＰＬを発生させることができる。具体的には、プラズマＰＬのｘ方向における幅を、実施の形態２に比して１．５倍以上とすることができる。なお、さらに電極を追加することによって、プラズマＰＬの幅をさらに大きくすることも可能である。

＜実施の形態５＞
図１０は、本実施の形態５におけるプラズマ発生装置９５の構成を概略的に示す平面図である。図１１は、図１０の線ＸＩ－ＸＩに沿う概略的な断面図である。プラズマ発生装置９５は、前述した実施の形態１におけるプラズマ発生装置９１の構成に加えてさらに、第３電極５３と、第４電極５４と、第３対向電極５３ｐと、第４対向電極５４ｐと、電源６２（第２電源）とを有している。

第３電極５３は第１誘電体部１１を介して空洞部ＨＬに対向している。第４電極５４は第２誘電体部１２と空洞部ＨＬと第１誘電体部１１とを介して第３電極５３に対向している。電源６１は第１電極５１と第２電極５２との間に第１交流電圧を印加する。電源６２は第３電極５３と第４電極５４との間に第２交流電圧を印加する。第１交流電圧と第２交流電圧とは互いに異なっていてよい。電源６１と電源６２とは、電圧に関して、互いに独立して制御可能に構成されていることが好ましい。

第３対向電極５３ｐは、第１対向電極５１ｐと同様、第１電位が印加されることになるものである。第３対向電極５３ｐは、第２誘電体部１２と空洞部ＨＬと第１誘電体部１１とを介して第３電極５３に対向している。第３電極５３と第３対向電極５３ｐとが互いに対向する方向は、図１１に示されているように、厚み方向（ｚ方向）に沿っていることが好ましい。図１１においては、第３電極５３は第１誘電体部１１の上面上に直接設けられており、第３対向電極５３ｐは第２誘電体部１２の下面上に直接設けられている。

第４対向電極５４ｐは、第２対向電極５２ｐと同様、第２電位が印加されることになるものである。第４対向電極５４ｐは、第１誘電体部１１と空洞部ＨＬと第２誘電体部１２とを介して第４電極５４に対向している。第４電極５４と第４対向電極５４ｐとが互いに対向する方向は、図１１に示されているように、厚み方向（ｚ方向）に沿っていることが好ましい。図１１においては、第４電極５４は第２誘電体部１２の下面上に直接設けられており、第４対向電極５４ｐは第１誘電体部１１の上面上に直接設けられている。

ｘｙ平面（基準平面）に平行な平面レイアウトにおいて、第３電極５３および第４電極５４は、ｘ方向において第１電極５１および第２電極５２の間に配置されていてよい。その場合、第３電極５３はｘ方向において第２電極５２と第４電極５４との間に配置されていることが好ましく、また第４電極５４はｘ方向において第１電極５１と第３電極５３との間に配置されていることが好ましい。

本実施の形態によれば、実施の形態１に比して、さらに第３電極５３、第４電極５４、第３対向電極５３ｐおよび第４対向電極５４ｐが設けられることによって、より広範囲にプラズマＰＬを発生させることができる。また、電源６１だけでなく電源６２が設けられることによって、電界の分布を調整しやすくなる。これにより、プラズマＰＬの安定性を高めることができる。

＜実施の形態６＞
図１２は、本実施の形態６におけるプラズマ発生装置９６の構成を概略的に示す平面図である。図１３は、図１２の線ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩに沿う概略的な断面図である。

前述した実施の形態１におけるプラズマ発生装置９１は、図３において説明したように、入口領域ＨＬ１、出口領域ＨＬ２および中間領域ＨＬ３を有している。これに対して、本実施の形態におけるプラズマ発生装置９６は、入口領域ＨＬＣ１、出口領域ＨＬＣ２および中間領域ＨＬＣ３を有している。中間領域ＨＬＣ３は、ｙ方向（すなわち、流方向ＤＦ）における第１位置で、ｘ方向（すなわち、流方向ＤＦに垂直な方向）において第１寸法ＳＴ１を有しており、ｙ方向における第１位置とガス出口Ｔ２との間の第２位置で、ｘ方向において第２寸法ＳＴ２を有している。第１寸法ＳＴ１は第２寸法ＳＴ２よりも小さい。

ｙ方向における位置が出口領域ＨＬＣ２に近づくにつれて、当該位置での中間領域ＨＬＣ３のｘ方向における寸法は、不連続的ではなく連続的に変化している。具体的には、ｙ方向における位置が出口領域ＨＬＣ２に近づくにつれて、当該位置での中間領域ＨＬＣ３のｘ方向における寸法は、徐々に増大している。なお変形例として、中間領域は、ｙ方向における位置の変化に対して上記寸法が一定となるような部分を含んでもよい。

プラズマ発生装置９６のプラズマの着火工程においては、中間領域ＨＬＣ３のうち、まず、第１寸法ＳＴ１の部分（ｘ方向における寸法が相対的に小さい部分）で着火が生じる。これにより、まず、第１寸法ＳＴ１の部分および第２寸法ＳＴ２の部分のうち、前者においてのみプラズマが発生する。このプラズマが流方向ＤＦに流れるガスによって押されることによって、プラズマが第２寸法ＳＴ２の部分にも拡がる。その結果、第２寸法ＳＴ２程度の幅を有するプラズマＰＬがプラズマ発生装置９６のガス出口Ｔ２から噴出される。

本実施の形態のプラズマ発生装置９６によれば、中間領域ＨＬＣ３のうち、相対的に小さな第１寸法ＳＴ１で第１電極５１Ｃおよび第２電極５２Ｃが対向する箇所において、プラズマの着火を容易に行うことができる。さらに、当該箇所において着火したプラズマがガスの流方向ＤＦに沿って移動することで、中間領域ＨＬＣ３のうち、相対的に大きな第２寸法ＳＴ２で第１電極５１Ｃおよび第２電極５２Ｃが対向する箇所でも、プラズマを発生させることができる。よって、プラズマの着火を容易としつつ、第１電極５１Ｃと第２電極５２Ｃとの間でのプラズマの寸法を大きくすることができる。例えば、第１寸法ＳＴ１に比して第２寸法ＳＴ２を倍以上とすることで、プラズマＰＬのｘ方向における幅を、実施の形態１に比して倍以上とすることができる。

さらに、本実施の形態によれば、実施の形態２のプラズマ発生装置９２（図４および図５）と異なり、幅方向（ｘ方向）におけるプラズマの分布が電極によって分断されない。よって、幅方向において均一性の高いプラズマＰＬのジェットを得ることができる。これに対して、プラズマ発生装置９２（図４および図５）の場合は、第２電極５２および第２対向電極５２ｐが、幅方向（ｘ方向）におけるプラズマの分布を分断し、その結果、プラズマＰＬのジェットの、幅方向における強度むらにつながる。なお第２電極５２および第２対向電極５２ｐの幅を小さくすれば、この強度むらを、抑制することができる。

図１４は、参考例におけるプラズマ発生装置９６Ｒの構成を概略的に示す平面図である。図１５は、図１４の線ＸＶ－ＸＶに沿う概略的な断面図である。プラズマ発生装置９６Ｒは、第１後段電極５１Ｊと、第１後段対向電極５１Ｊｐと、第２後段電極５２Ｊと、第２後段対向電極５２Ｊｐと、第１前段電極５１Ｋと、第１前段対向電極５１Ｋｐと、第２前段電極５２Ｋと、第２前段対向電極５２Ｋｐとを有している。

流方向ＤＦ（図１４）に沿って流れるガスは、平面レイアウトにおいて、電圧印加された第１寸法ＳＴ１の領域を通過した後、同様に電圧印加された第２寸法ＳＴ２の領域を通過する。よって、流方向ＤＦで流れているガスにとって、電圧印加されている寸法の大きさが、第１寸法ＳＴ１から第２寸法ＳＴ２へと不連続に増大する。

プラズマ発生装置９６Ｒのプラズマの着火工程においては、第１寸法ＳＴ１の部分（ｘ方向における寸法が相対的に小さい部分）で着火が生じる。これにより、第１寸法ＳＴ１の部分および第２寸法ＳＴ２の部分のうち、前者においてのみプラズマが発生する。このプラズマは、流方向ＤＦに流れるガスによって押されるものの、寸法の上記不連続性のために、第２寸法ＳＴ２の部分へは拡がりにくい。その結果、第２寸法ＳＴ２ではなく第１寸法ＳＴ１程度の幅を有するプラズマＰＬしか得られないことがある。

これに対して本実施の形態のプラズマ発生装置９６によれば、前述したように、中間領域ＨＬＣ３のｘ方向における寸法が、不連続的ではなく連続的に変化している。これにより、上記プラズマ発生装置９６Ｒとは異なり、プラズマの着火後に、プラズマの幅の増大が円滑に生じる。よって、プラズマＰＬの幅を、より確実に拡大することができる。

この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

１０ ：ガス経路部
１１ ：第１誘電体部
１２ ：第２誘電体部
１３ ：スペーサ
２０ ：ガス供給部
５１，５１Ｃ ：第１電極
５１Ａ，５３ ：第３電極
５１Ａｐ，５３ｐ ：第３対向電極
５１ｐ ：第１対向電極
５２，５２Ｃ ：第２電極
５２Ａ，５４ ：第４電極
５２Ａｐ，５４ｐ ：第４対向電極
５２ｐ ：第２対向電極
６１ ：電源（第１電源）
６２ ：電源（第２電源）
９１～９６ ：プラズマ発生装置
ＤＦ ：流方向
ＨＬ ：空洞部
ＨＬ１，ＨＬＣ１ ：入口領域
ＨＬ２，ＨＬＣ２ ：出口領域
ＨＬ３，ＨＬＣ３ ：中間領域
ＨＬ４ ：周辺領域

Claims (7)

1. ガスを受け入れることになるガス入口と、前記ガス入口から受け入れた前記ガスを送り出すガス出口と、前記ガス入口から前記ガス出口まで前記ガスの流方向に沿って延びる空洞部と、が設けられ、前記空洞部を介して互いに対向する第１誘電体部および第２誘電体部を有するガス経路部と、
   第１電位が印加されることになるものであって、前記第１誘電体部を介して前記空洞部に対向する第１電極と、
   前記第１電位と異なる第２電位が印加されることになるものであって、前記流方向に垂直な少なくとも一の断面視において、前記第１電極に前記第１誘電体部と前記空洞部と前記第２誘電体部とを介して厚み方向に対して傾いた方向に配置された第２電極と、
   前記第１電位が印加されることになるものであって、前記第２誘電体部と前記空洞部と前記第１誘電体部とを介して前記第１電極に対向する第１対向電極と、
   前記第２電位が印加されることになるものであって、前記第１誘電体部と前記空洞部と前記第２誘電体部とを介して前記第２電極に対向する第２対向電極と、
   を備える、プラズマ発生装置。
2. 前記第１電極は、前記第１誘電体部に面する平坦な第１対向面を有しており、前記第２電極は、前記第２誘電体部に面する平坦な第２対向面を有しており、前記第１対向面および前記第２対向面の各々は、前記流方向に平行な一の基準平面に平行である、請求項１に記載のプラズマ発生装置。
3. 前記基準平面に平行な平面レイアウトにおいて、前記空洞部は、前記流方向に垂直な方向において前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた中間領域と、前記ガス入口から前記中間領域まで延びる入口領域と、前記中間領域から前記ガス出口まで延びる出口領域とを有している、請求項２に記載のプラズマ発生装置。
4. 前記中間領域は、
   前記流方向における第１位置で、前記流方向に垂直な方向において第１寸法を有しており、
   前記流方向における前記第１位置と前記ガス出口との間の第２位置で、前記流方向に垂直な方向において第２寸法を有しており、前記第１寸法は前記第２寸法よりも小さい、
   請求項３に記載のプラズマ発生装置。
5. 前記第１電位が印加されることになるものであって、前記第１誘電体部を介して前記空洞部に対向する第３電極
   をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
6. 前記第１誘電体部を介して前記空洞部に対向する第３電極と、
   前記第２誘電体部と前記空洞部と前記第１誘電体部とを介して前記第３電極に対向する第４電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に第１交流電圧を印加する第１電源と、
   前記第３電極と前記第４電極との間に第２交流電圧を印加する第２電源と、
   をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
7. ガスを受け入れることになるガス入口と、前記ガス入口から受け入れた前記ガスを送り出すガス出口と、前記ガス入口から前記ガス出口まで前記ガスの流方向に沿って延びる空洞部と、が設けられ、前記空洞部を介して互いに対向する第１誘電体部および第２誘電体部を有するガス経路部と、
   第１電位が印加されることになるものであって、前記第１誘電体部を介して前記空洞部に対向する第１電極と、
   前記第１電位と異なる第２電位が印加されることになるものであって、前記流方向に垂直な少なくとも一の断面視において、前記第１電極に前記第１誘電体部と前記空洞部と前記第２誘電体部とを介して厚み方向に対して傾いた方向に配置された第２電極と、
   を備え、
   前記第１電極は、前記第１誘電体部に面する平坦な第１対向面を有しており、前記第２電極は、前記第２誘電体部に面する平坦な第２対向面を有しており、前記第１対向面および前記第２対向面の各々は、前記流方向に平行な一の基準平面に平行であり、
   前記基準平面に平行な平面レイアウトにおいて、前記空洞部は、前記流方向に垂直な方向において前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた中間領域と、前記ガス入口から前記中間領域まで延びる入口領域と、前記中間領域から前記ガス出口まで延びる出口領域とを有しており、
   前記中間領域は、
   前記流方向における第１位置で、前記流方向に垂直な方向において第１寸法を有しており、
   前記流方向における前記第１位置と前記ガス出口との間の第２位置で、前記流方向に垂直な方向において第２寸法を有しており、前記第１寸法は前記第２寸法よりも小さい、プラズマ発生装置。

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