JPH07105537B2 - Plasma equipment - Google Patents
Plasma equipmentInfo
- Publication number
- JPH07105537B2 JPH07105537B2 JP62225227A JP22522787A JPH07105537B2 JP H07105537 B2 JPH07105537 B2 JP H07105537B2 JP 62225227 A JP62225227 A JP 62225227A JP 22522787 A JP22522787 A JP 22522787A JP H07105537 B2 JPH07105537 B2 JP H07105537B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microwave
- plasma
- laser
- generated
- discharge
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Lasers (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波放電によってプラズマを発生さ
せ、レーザ励起、プラズマ処理等に利用するプラズマ装
置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma device that generates plasma by microwave discharge and is used for laser excitation, plasma processing, and the like.
第3図は例えば1982年11月発行のアイイーイーイージャ
ーナル オブ クァンタム エレクトロニクス(IEEE J
ournal of Quantum Electoronics)Vol.QE-18,No.11のP
1839〜P1840に示された、気体レーザ装置に用いられて
いる従来のプラズマ装置を示す概略断面図であり、図に
おいて、1はマイクロ波発振器としてのマグネトロン、
2はこのマグネトロン1の発生するマイクロ波を伝送す
る、マイクロ波回路としての導波管、21はこの導波管2
内に配置された石英製のレーザ放電管、22はこのレーザ
放電管21に連通するレーザガス送気管、23はこのレーザ
ガス送気管22の途中に設けられたガス循環手段としての
ブロア、24は前記レーザ放電管21の両端を封止している
ブリュースタ窓、25はこのブリュースタ窓24の外側に配
置された全反射鏡、26は同じく部分反射鏡、27は前記導
波管2の終端に設けられた高周波負荷である。Figure 3 shows the IEEE Journal of Quantum Electronics (IEEE J
ournal of Quantum Electoronics) Vol.QE-18, No. 11 P
It is a schematic sectional drawing which shows the conventional plasma apparatus used for the gas laser apparatus shown by 1839-P1840, in the figure, 1 is a magnetron as a microwave oscillator,
Reference numeral 2 is a waveguide as a microwave circuit for transmitting the microwave generated by the magnetron 1, 21 is the waveguide 2
A quartz laser discharge tube arranged inside, 22 is a laser gas air supply tube communicating with this laser discharge tube 21, 23 is a blower as a gas circulation means provided in the middle of this laser gas air supply tube 22, 24 is the laser A Brewster window that seals both ends of the discharge tube 21, 25 is a total reflection mirror arranged outside the Brewster window 24, 26 is a partial reflection mirror, and 27 is provided at the end of the waveguide 2. High frequency load.
次に動作について説明する。レーザ放電管24中には、例
えば、キセノン、塩化水素、ヘリュームの混合ガスなど
によるレーザ気体が封入されている。一方、導波管2に
はマグネトロン1が発生したパルスマイクロ波が伝送さ
れており、これによって当該導波管2中には強いマイク
ロ波電磁界が発生している。レーザ放電管21中のレーザ
気体は、この強いマイクロ波電磁界にて放電破壊されて
プラズマを発生させ、例えば、XeCl*などのエキシマが
生成されて反転分布状態が得られる。ここで、レーザ放
電管21の両端の光反射のないブリュースタ窓24を介し
て、全反射鏡25と部分反射鏡26とによってレーザ共振器
を形成することにより、前記エキシマのエネルギーがレ
ーザ光として取り出せる。この時、放電に吸収されなか
った余分なマイクロ波エネルギーを高周波負荷27に吸収
させることによってマイクロ波の反射を防止し、さらに
レーザガス送気管22とブロア23を使用してレーザ放電管
21の中のエキシマレーザガスを高速で強制循環させるこ
とにより、繰り返し周波数の高いレーザ発振を行わせて
いる。ここで、このプラズマ装置は、閉じたレーザ放電
管21を使用しているので、導電性をもったプラズマが発
生すると、レーザ放電管21中のプラズマを内導体とする
同軸モードのマイクロ波モードが支配的となり、プラズ
マ中のマイクロ波電界はレーザ放電管21の管壁に平行な
成分を主成分とする電界となるため、プラズマはレーザ
放電管21の管壁付近に集中して発生する。Next, the operation will be described. A laser gas, such as a mixed gas of xenon, hydrogen chloride, and helium, is enclosed in the laser discharge tube 24. On the other hand, the pulsed microwave generated by the magnetron 1 is transmitted to the waveguide 2, and thereby a strong microwave electromagnetic field is generated in the waveguide 2. The laser gas in the laser discharge tube 21 is discharge-disrupted by the strong microwave electromagnetic field to generate plasma, and excimers such as XeCl * are generated to obtain a population inversion state. Here, through the Brewster window 24 without light reflection at both ends of the laser discharge tube 21, by forming a laser resonator by the total reflection mirror 25 and the partial reflection mirror 26, the energy of the excimer as laser light. You can take it out. At this time, microwave energy is prevented from being reflected by absorbing extra microwave energy that was not absorbed by the discharge in the high frequency load 27, and the laser discharge tube 22 and the blower 23 are used.
By forcibly circulating the excimer laser gas in 21 at high speed, laser oscillation with a high repetition frequency is performed. Here, since this plasma device uses the closed laser discharge tube 21, when a plasma having conductivity is generated, the microwave mode of the coaxial mode in which the plasma in the laser discharge tube 21 is the inner conductor is generated. The microwave electric field in the plasma becomes dominant and becomes an electric field whose main component is a component parallel to the tube wall of the laser discharge tube 21, so that the plasma is concentrated and generated near the tube wall of the laser discharge tube 21.
従来のプラズマ装置は以上のように構成されているの
で、マイクロ波回路である導波管2にはマイクロ波発振
回路からマグネトロン1による単一周波数のマイクロ波
しか与えることができず、種々のプラズマを発生させる
ことが不可能であるばかりか、そのマイクロ波の波長に
応じて生ずる、レーザ放電管21の軸方向の放電の節が固
定的となり、軸方向に均一なプラズマの発生が困難とな
るなどの問題点があった。Since the conventional plasma device is configured as described above, only the microwave of a single frequency by the magnetron 1 can be applied from the microwave oscillation circuit to the waveguide 2 which is a microwave circuit, and various plasmas can be supplied. Not only is not possible to generate, but the node of the discharge in the axial direction of the laser discharge tube 21, which is generated according to the wavelength of the microwave, is fixed, making it difficult to generate uniform plasma in the axial direction. There were problems such as.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、種々のプラズマの発生を可能とし、さらに、
発生するプラズマの軸方向の均一化にも対応することが
できるプラズマ装置を得ることを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems and enables generation of various plasmas.
An object of the present invention is to obtain a plasma device that can deal with the homogenization of generated plasma in the axial direction.
この発明に係るプラズマ装置は、マイクロ波回路内にマ
イクロ波を励振するマイクロ波発振器を、マイクロ波帯
のパワートランジスタを用いて形成したものである。In the plasma device according to the present invention, a microwave oscillator for exciting microwaves is formed in a microwave circuit by using a microwave band power transistor.
この発明におけるプラズマ装置は、マイクロ波発振器を
マイクロ波帯のパワートランジスタを用いて形成するこ
とで、発生するマイクロ波の周波数を可変にして種々の
プラズマの生成を可能とするとともに、その周波数を自
動的に変化させることによる、軸方向のプラズマ均一化
への対応も可能とする。In the plasma device according to the present invention, by forming the microwave oscillator by using the power transistor in the microwave band, it is possible to generate various plasmas by changing the frequency of the generated microwave and to automatically generate the frequency. It is also possible to deal with plasma homogenization in the axial direction by changing the magnetic field.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明によるプラズマ装置を気体レーザ装置に適
用した実施例を示す断面図、第2図はその外観図であ
る。図において、3はマイクロ波放電によってレーザ気
体にプラズマを発生させ、レーザ励起を行うためのマイ
クロ波回路の一種である、リッジ導波管型のマイクロ波
空胴構造をもつレーザヘッド部、4はマイクロ波帯のパ
ワートランジスタを用いて構成され、発生するマイクロ
波の周波数が調整可能なマイクロ波発振器、5はマイク
ロ波発振器4の出力するマイクロ波をレーザヘッド部3
へ導く導波管、6はこの導波管5の幅を拡げるホーン導
波管、7はこのホーン導波管6を前記レーザヘッド部3
へ結合するマイクロ波結合窓、8はレーザヘッド部3に
取り付けられたレーザ発振用の反射鏡である。また、30
は前記レーザヘッド部3におけるマイクロ波結合窓7に
続く空胴壁、31及び32はこの空胴壁30の中央部に設けら
れたリッジ、33は一方のリッジ31に形成された溝、34は
マイクロ波回路の一部を構成する導電体壁であり、この
実施例では前記溝33の壁面が使用されている。35はこの
導電体壁34に対向して設けられてマイクロ波の入射窓と
して作用する、例えばアルミナ等のセラミックで形成さ
れた誘電体、36はこの誘電体35が前記溝33を覆うことに
よって、前記導電体壁34と誘電体35との間に形成されて
レーザ気体が封入される放電空間、37はマイクロ波回路
の一部を構成する導電体壁34を有するリッジ31及びそれ
に対向するリッジ32に形成された冷却水路である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment in which the plasma device according to the present invention is applied to a gas laser device, and FIG. 2 is an external view thereof. In the figure, 3 is a laser head part having a ridge waveguide type microwave cavity structure, which is a kind of microwave circuit for generating plasma in laser gas by microwave discharge and performing laser excitation. A microwave oscillator 5 configured by using a power transistor in a microwave band and capable of adjusting the frequency of the generated microwave is a laser head unit 3 which outputs the microwave output from the microwave oscillator 4.
A waveguide for guiding to the horn waveguide 6 for expanding the width of the waveguide 5, and 7 for guiding the horn waveguide 6 to the laser head portion 3.
The microwave coupling window 8 is coupled to the laser head 8, and the laser oscillation mirror 8 is attached to the laser head 3. Also, 30
Is a cavity wall following the microwave coupling window 7 in the laser head portion 3, 31 and 32 are ridges provided in the central portion of the cavity wall 30, 33 is a groove formed in one ridge 31, and 34 is It is a conductor wall that constitutes a part of the microwave circuit, and the wall surface of the groove 33 is used in this embodiment. Reference numeral 35 denotes a dielectric provided opposite to the conductor wall 34 and acting as a microwave incident window, for example, a dielectric made of ceramic such as alumina, and 36 is provided by the dielectric 35 covering the groove 33. A discharge space formed between the conductor wall 34 and the dielectric material 35 for enclosing a laser gas, 37 is a ridge 31 having a conductor wall 34 forming a part of a microwave circuit, and a ridge 32 facing it. It is a cooling water channel formed in.
次に動作について説明する。マイクロ波発振器4で発生
したマイクロ波は、導波管5を伝搬してホーン導波管6
で拡げられ、マイクロ波結合窓7でインピーダンスを整
合させることにより、効率よくレーザヘッド部3に結合
される。このレーザヘッド部3は図示の如くリッジ空胴
状になっており、マイクロ波はそのリッジ31,32付近に
集中して非常に強いマイクロ波電磁界を発生させる。こ
の強いマイクロ波電磁界により放電空間36に封入された
レーザ気体が放電破壊し、プラズマが発生してレーザ媒
質が励起される。このとき、マイクロ波発振器4を調整
して、マイクロ波の発振周波数を適宜選択してやれば、
その周波数に対応して種々のプラズマを生成することが
できる。Next, the operation will be described. The microwave generated by the microwave oscillator 4 propagates through the waveguide 5 and the horn waveguide 6
And the impedance is matched by the microwave coupling window 7, so that the microwave is efficiently coupled to the laser head unit 3. The laser head portion 3 has a ridge cavity shape as shown in the drawing, and microwaves are concentrated near the ridges 31 and 32 to generate a very strong microwave electromagnetic field. Due to this strong microwave electromagnetic field, the laser gas sealed in the discharge space 36 is destroyed by discharge, plasma is generated, and the laser medium is excited. At this time, if the microwave oscillator 4 is adjusted and the oscillation frequency of the microwave is appropriately selected,
Various plasmas can be generated corresponding to the frequency.
ここで、冷却水路37に冷却水を流して放電プラズマを冷
却するとともに、レーザ気体の圧力等の放電条件を適切
に選択することによって、レーザ発振条件が得られ、第
2図に示す反射鏡8とそれに対向した図面には現れない
反射鏡とでレーザ共振器を形成することにより、レーザ
発振光が得られる。Here, cooling water is caused to flow through the cooling water passage 37 to cool the discharge plasma, and the laser oscillation conditions are obtained by appropriately selecting the discharge conditions such as the pressure of the laser gas, and the reflecting mirror 8 shown in FIG. Laser oscillation light can be obtained by forming a laser resonator with a reflecting mirror that does not appear in the drawing and is opposed thereto.
この時、マイクロ波回路の一部を構成している導電体壁
34と、この導電体壁34に対向して配置され、マイクロ波
の入射窓となる誘電体35との間に形成される放電空間36
において、マイクロ波放電が行われ、マイクロ波の入射
はプラズマの一方の面からのみ行われることになるた
め、プラズマを内導体とする同軸モードのマイクロ波モ
ードが支配的となる現象が発生するようなことはなく、
所期のマイクロ波モードによる放電を行わせることがで
きる。また、図示のレーザヘッド部3のリッジ空胴のよ
うに、マイクロ波回路が前記誘電体35とプラズマとの境
界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モードを形成す
る場合、誘電体35と導電体壁34とは対向しているため、
導電体壁34に対しても垂直な電界成分を有することとな
りプラズマを貫く電界ができる。そのため、導電性を有
するプラズマが発生しても、そのプラズマより数桁導電
率の高い導電体壁34がマイクロ波入射窓としての誘電体
35に対向して配置されているので、入射マイクロ波の終
端電流はこの導電体壁34を流れ、導電体壁34近傍の電界
は強制的にこの導電体壁34の表面に対して垂直にされ、
発生した前記プラズマを貫通する電界が維持される。従
って、マイクロ波がプラズマ中に浸透してプラズマを貫
く電流が流れ、この電流の連続性から空間的に一様なプ
ラズマが発生する。At this time, the conductor wall forming part of the microwave circuit
A discharge space 36 is formed between 34 and a dielectric 35 that faces the conductor wall 34 and serves as a microwave entrance window.
In this case, since microwave discharge is performed and microwaves are incident only from one surface of plasma, a phenomenon in which a microwave mode of coaxial mode in which plasma is an inner conductor is dominant occurs. Nothing,
The desired microwave mode discharge can be performed. When the microwave circuit forms a microwave mode having an electric field component perpendicular to the boundary between the dielectric 35 and plasma, like the ridge cavity of the laser head unit 3 shown in the figure, the dielectric 35 and the conductor are Since it faces the wall 34,
An electric field component perpendicular to the conductor wall 34 is also provided, and an electric field penetrating the plasma is created. Therefore, even if a plasma having conductivity is generated, the conductor wall 34 having a conductivity of several orders of magnitude higher than that of the plasma causes the dielectric wall as the microwave entrance window
Since it is arranged opposite to 35, the terminating current of the incident microwave flows through this conductor wall 34, and the electric field near the conductor wall 34 is forced to be perpendicular to the surface of this conductor wall 34. ,
An electric field penetrating the generated plasma is maintained. Therefore, the microwave penetrates into the plasma and a current flows through the plasma, and a spatially uniform plasma is generated due to the continuity of the current.
なお、上記実施例では手動によりマイクロ波の発振周波
数を設定調整するものを示したが、マイクロ波の発振周
波数を時々刻々自動的に変化させるようにしてもよい。
その場合、マイクロ波の周波数の変化に伴って、放電空
間36内に発生するレーザヘッド部3の軸方向の定在波が
変化してその節の位置が移動し、それにあわせてマイク
ロ波放電の節の位置も移動するため、前記軸方向にも均
一なプラズマが得られる。In the above embodiment, the microwave oscillation frequency is manually set and adjusted, but the microwave oscillation frequency may be automatically changed every moment.
In that case, as the frequency of the microwave changes, the standing wave in the axial direction of the laser head portion 3 generated in the discharge space 36 changes and the position of the node moves, and accordingly, the microwave discharge Since the positions of the nodes also move, a uniform plasma can be obtained in the axial direction.
また、上記実施例では気体レーザ装置に適用した場合に
ついて説明したが、プラズマ処理装置、イオン源、光源
等に適用してもよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。Further, in the above-described embodiment, the case where the invention is applied to the gas laser device has been described, but it may be applied to a plasma processing device, an ion source, a light source, and the like, and the same effect as that of the above-described embodiment is obtained.
以上のように、この発明によればマイクロ波回路内にマ
イクロ波を励振するマイクロ波発振器を、マイクロ波帯
のパワートランジスタを用いて構成したので、発生する
マイクロ波の発振周波数を可変にすることが可能となる
ため、マイクロ波の周波数に対応した種々のプラズマを
生成することができるばかりか、その発振周波数を時々
刻々自動的に変化させることも可能となるため、軸方向
のプラズマ均一化への対応も可能となるなどの効果があ
る。As described above, according to the present invention, since the microwave oscillator for exciting the microwave in the microwave circuit is configured by using the power transistor in the microwave band, it is possible to change the oscillation frequency of the generated microwave. Since it is possible to generate various plasmas corresponding to the frequency of microwaves, it is also possible to automatically change the oscillation frequency momentarily, and to achieve uniform plasma in the axial direction. There is an effect that it becomes possible to deal with.
第1図はこの発明の一実施例によるプラズマ装置を示す
断面図、第2図はその外観図、第3図は従来のプラズマ
装置を示す概略断面図である。 3はマイクロ波回路(レーザヘッド部)、4はマイクロ
波発振器。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。FIG. 1 is a sectional view showing a plasma device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an external view thereof, and FIG. 3 is a schematic sectional view showing a conventional plasma device. 3 is a microwave circuit (laser head), 4 is a microwave oscillator. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西前 順一 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 植田 至宏 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Junichi Nishimae 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture Sanryu Electric Co., Ltd. Applied Equipment Research Laboratory (72) Inventor Yoshihiro Ueda Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture 8-1, 1-1 Sanryo Electric Co., Ltd. Applied Equipment Research Laboratory
Claims (2)
てプラズマを発生させるプラズマ装置において、前記マ
イクロ波回路内に、マイクロ波帯のパワートランジスタ
を用いて形成したマイクロ波発振器より発生させたマイ
クロ波を励振することを特徴とするプラズマ装置。1. A plasma device for generating plasma by microwave discharge in a microwave circuit, wherein the microwave generated by a microwave oscillator formed by using a microwave band power transistor is provided in the microwave circuit. A plasma device characterized by exciting.
イクロ波の周波数を経時的に変化させるものであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ装
置。2. The plasma apparatus according to claim 1, wherein the microwave oscillator changes the frequency of the generated microwave with time.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62225227A JPH07105537B2 (en) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | Plasma equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62225227A JPH07105537B2 (en) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | Plasma equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6471099A JPS6471099A (en) | 1989-03-16 |
JPH07105537B2 true JPH07105537B2 (en) | 1995-11-13 |
Family
ID=16825979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62225227A Expired - Fee Related JPH07105537B2 (en) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | Plasma equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07105537B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT1242802B (en) * | 1990-10-09 | 1994-05-18 | Zanussi Elettrodomestici | CONTROL DEVICE FOR WASHING MACHINE AND / OR LINEN DRIER |
FR2937494B1 (en) * | 2008-10-17 | 2012-12-07 | Centre Nat Rech Scient | LOW POWER GAS PLASMA SOURCE |
-
1987
- 1987-09-10 JP JP62225227A patent/JPH07105537B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6471099A (en) | 1989-03-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4651325A (en) | RF-pumped infrared laser using transverse gas flow | |
US4048516A (en) | Laser apparatus for producing stimulated Raman scattering | |
US4004249A (en) | Optical waveguide laser pumped by guided electromagnetic wave | |
JP2002502548A (en) | Ultrasonic and subsonic lasers with RF discharge excitation | |
JPH07105537B2 (en) | Plasma equipment | |
US4686681A (en) | Continuous wave-mid-infrared gas laser utilizing RF excitation | |
US6061379A (en) | Pulsed x-ray laser amplifier | |
JPH033380A (en) | Gas laser device | |
JP2566585B2 (en) | Optical waveguide type gas laser device | |
JP2566584B2 (en) | Gas laser device | |
JPH04307980A (en) | Gas laser | |
JPH07105536B2 (en) | Gas laser device | |
JP2531526B2 (en) | Gas laser device | |
JPH084165B2 (en) | Gas laser device | |
JP2566586B2 (en) | Gas laser device | |
JPS61220486A (en) | Laser oscillator | |
JP2566583B2 (en) | Carbon dioxide laser device | |
JP2871217B2 (en) | Microwave pumped gas laser device | |
JPH07105535B2 (en) | Gas laser device | |
JPH02125481A (en) | Gas laser device | |
JPS61220487A (en) | Laser oscillator | |
JPH0537057A (en) | Gas laser | |
JP4159889B2 (en) | Microwave excitation gas laser apparatus and exposure apparatus | |
JPH03125485A (en) | Gas laser | |
JPS6469075A (en) | Gas laser equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |