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定常プラズマ生成装置

国内特許コード P130009132
掲載日 2013年4月18日
出願番号 特願2011-068129
公開番号 特開2012-204159
登録番号 特許第5892358号
出願日 平成23年3月25日(2011.3.25)
公開日 平成24年10月22日(2012.10.22)
登録日 平成28年3月4日(2016.3.4)
発明者
  • 浅井 朋彦
  • 井 通暁
  • 井口 一輝
出願人
  • 学校法人日本大学
発明の名称 定常プラズマ生成装置
発明の概要 【課題】回転磁場単独でプラズマを高効率で生成でき、且つ、小型である定常プラズマ生成装置を提供する。
【解決手段】本発明による定常プラズマ生成装置は、放電管10と、アンテナ部20と、電流型インバータ回路30とから主に構成される。放電管10は、プラズマ生成ガスが提供される。アンテナ部20は、放電管10の軸を回転軸とする回転磁場を放電管10に与えるものであり、複数の複数巻コイル21と、複数の磁性体22とを有する。複数の複数巻コイル21は、それぞれ放電管10の軸の垂直方向を軸とするものであり、複数の磁性体22は、各複数巻コイル21内にそれぞれ挿入される。電流型インバータ回路30は、アンテナ部20を含む並列共振回路を駆動する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、高周波放電を用いたプラズマ生成装置は、微細加工のためのドライエッチングや、薄膜形成のためのスパッタリング、プラズマCVD等の様々な分野で用いられている。今後は、薄膜形成等の表面処理等に用いられる低温プラズマ源や、推進源としてのプラズマスラスタ、宇宙機や宇宙エレベータのための磁化プラズマシールド等への応用が期待されている。このようなプラズマ生成手法として、プラズマ柱に直交するように回転磁場を印加する手法がある。プラズマ内に周方向の電流を定常的に駆動することにより、プラズマの一様性及び制御性を向上可能であることがこれまでに実証され、広く知られている。



回転磁場を用いたプラズマ生成装置の例としては、例えば特許文献1がある。特許文献1では、固定巻線コイルを、各種薄膜形成装置内のプラズマ処理を行う真空成膜室の外側の周囲に配置する構成が開示されている。このコイルに交流電力を投入することで、真空成膜室内に回転磁場を発生させ、プラズマ発生部周囲に大量に配置されたソレノイドコイルによる直流発散磁界との合成により、プラズマ中の荷電粒子を撹拌しつつ均一化を図り、所望の方向にプラズマを引き出すような回転磁場を生成可能であるとしている。



また、特許文献2では、プラズマ輸送部の外側に、複数のヘルムホルツコイルを同心円状に配置する構成が開示されている。このように配置された複数のヘルムホルツコイルに位相が互いに異なる電流を印加すると、複数のヘルムホルツコイルの内側に回転磁場が生成され、電子が捕捉されつつイオンが回転しながら輸送され、プラズマ処理室におけるプラズマの均一性が向上するとしている。



また、非特許文献1では、FIX(FRC Injection eXperiment)装置の真空容器内に回転磁場を印加するアンテナを配置して、回転磁場を利用した、電子によるトロイダル電流の駆動を可能とした装置が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は定常プラズマ生成装置に関し、特に、回転磁場を用いた定常プラズマ生成装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
環状電流を有する定常プラズマ生成装置であって、該定常プラズマ生成装置は、
プラズマ生成ガスが提供される放電管と、
前記放電管の外部に設けられ、放電管の軸を回転軸としプラズマを生成して電流を駆動するための回転磁場を放電管に与えるアンテナ部であって、それぞれ放電管の軸の垂直方向を軸とする複数の複数巻コイルと、各複数巻コイル内にそれぞれ挿入される複数の磁性体と、を有するアンテナ部と、
前記アンテナ部を含む並列共振回路を、放電管内部に生成されるプラズマ中の電子が放電管の軸を中心として回転磁場の強度に応じた直径及び回転磁場の回転速度と同じ回転速度で回転するような、イオンと電子のサイクロトロン周波数の中間の周波数で駆動する電流型インバータ回路と、
を具備することを特徴とする定常プラズマ生成装置。

【請求項2】
請求項1に記載の定常プラズマ生成装置において、前記アンテナ部の複数の複数巻コイルは、複数組の一対の複数巻コイルであって、該一対の複数巻コイルは、それぞれの複数巻コイルの軸が前記放電管を挟んで同軸となるように配置されることを特徴とする定常プラズマ生成装置。

【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の定常プラズマ生成装置において、前記アンテナ部の複数の磁性体は、連続的に接続され、放電管の周囲に磁気回路を形成することを特徴とする定常プラズマ生成装置。

【請求項4】
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の定常プラズマ生成装置であって、さらに、前記アンテナ部は、放電管の軸方向に複数列に配置されることを特徴とする定常プラズマ生成装置。

【請求項5】
請求項4に記載の定常プラズマ生成装置において、放電管の軸方向に複数配置されるアンテナ部は、各アンテナ部により生成される各回転磁場が、それぞれ異なる大きさとなるようにそれぞれ制御されることを特徴とする定常プラズマ生成装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011068129thum.jpg
出願権利状態 登録
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