(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ噴出口部に向う漸縮小管部とガス導入部とを備えたプラズマ生成ユニットであって、プラズマ生成ユニットはガススパイラル流形成能を有し、その外部には高周波コイルが配設されており、高周波コイルへの高電圧の印加によりガス導入部より導入されたガスがプラズマ励起されるとともに、プラズマ噴出口部より管軸中心に収斂された制御プラズマを噴出させることを特徴とする制御プラズマ生成装置。
【請求項２】
ガス導入部は、プラズマ噴出口部とは逆の漸縮小管部端部に配置されたコアンダスリット部とこのコアンダスリット部からガスを吹出させるガス供給部、並びにコアンダスリット部に連設されたガス導入管部とからなることを特徴とする請求項１の制御プラズマ生成装置。
【請求項３】
ガス導入部は、漸縮小管部に接続する端面閉止管部と、この管部に対してその接線より傾けた角度で接続されたガス供給細管部とからなることを特徴とする請求項１の制御プラズマ生成装置。
【請求項４】
漸縮小管の外部に高周波コイルが配設されている請求項２または３の制御プラズマ生成装置。
【請求項５】
端面閉止管部の外部に高周波コイルが配設されている請求項３の制御プラズマ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は制御プラズマ生成装置に関するものである。さらに詳しくは、この発明はプラズマを軸中心付近に収斂させ、磁場を形成する電流への影響を激減させ、非常に安定したプラズマ流を形成することのできる新しい制御プラズマの生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、材料工業や電子工業などの各種の産業においては、薄膜形成や表面改質処理、微細表面加工、あるいは微量成分分析などの各種の手段としてプラズマ技術が広く用いられてきている。高性能で高機能な材料の創製等にはこのプラズマ技術はもはや欠かせないものとなっている。
【０００３】
このような状況において、より高度な技術手段としてのプラズマ技術の発展への関心が高まっており、特にこの発展のための課題として、プラズマの流体的な取扱いを可能とするプラズマ流の制御が大変に重要なものとして考えられていた。
たとえばプラズマ輸送や、プラズマの形状変形、プラズマの集中安定化等のための制御である。
【０００４】
しかしながら、これまでのところ、プラズマ流の不安定性および速度分布の制御ができないことが最大の問題点として残されていた。その原因は、プラズマ状態の粒子が乱流状態で運動するため、電流に乱れが生じ、その結果として、従来一般的に採用されてきた制御手段としての磁場が乱れるためである。
つまり、一般的には、荷電粒子は、一様な磁場に斜めに入射すると、螺旋運動をしながら磁場の向きに進んでいく。そのため螺旋状回路の電流が影響を受け、電流に乱れが生ずる。電流に比例する磁束密度は電流の乱れにより変化する。その結果、荷電粒子、磁束密度、電流が相互に干渉し乱れを増幅することになるからである。
【０００５】
そこで、この発明は、以上の通りの従来技術の課題を解決し、プラズマの流体としての取扱い制御を可能とし、安定し、かつ収斂させたプラズマ流の生成を可能とする新しい技術的手段を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するものとして、プラズマ噴出口部に向う漸縮小管部とガス導入部とを備えたプラズマ生成ユニットであって、プラズマ生成ユニットはガススパイラル流形成能を有し、その外部には高周波コイルが配設されており、高周波コイルへの高電圧の印加によりガス導入部より導入されたガスがプラズマ励起されるとともに、プラズマ噴出口部より管軸中心に収斂された制御プラズマを噴出させることを特徴とする制御プラズマ生成装置（請求項１）を提供する。
【０００７】
そしてまた、この発明は、上記装置についての態様として、ガス導入部は、プラズマ噴出口部とは逆の漸縮小管部端部に配置されたコアンダスリット部とこのコアンダスリット部からガスを吹出させるガス供給部、並びにコアンダスリット部に連設されたガス導入管部とからなることを特徴とする制御プラズマ生成装置（請求項２）、ガス導入部は、漸縮小管部に接続する端面閉止管部と、この管部に対してその接線より傾けた角度で接続されたガス供給細管部とからなることを特徴とする制御プラズマ生成装置（請求項３）、漸縮小管の外部に高周波コイルが配設されている制御プラズマ生成装置（請求項４）、端面閉止管部の外部に高周波コイルが配設されている制御プラズマ生成装置等を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明は、従来からこの発明の発明者が積極的にその応用を進めてきている新しい旋回流に関する技術を、プラズマ流の制御に応用したという性格を持つものであって、通常の乱流とは異なる旋回流の生成技術を利用して、荷電粒子を螺旋回路の中心近傍に収斂させることにより、螺旋回路の電流への影響を低減させ、乱れの少ない安定した、かつ、軸に収斂したプラズマ流を生成することに大きな特徴がある。
【０００９】
以上の通りのこの発明の制御プラズマ生成装置としては、たとえば図１に例示したものをひとつの態様として示すことができる。すなわち、この図１に例示した制御プラズマ生成装置は、プラズマ流噴出口（１）とガス導入管部端部の吸引口（２）との間に、漸縮小管部（７）、環状のコアンダスリット部（３）、その近傍の傾斜面（４）、ガスの分配室（５）、ガスの供給口（６）、漸縮小管部外周に巻き付けた高周波コイル（８）とを有している。高周波コイル（８）の巻数や巻き付け間隔は、特に限定されるものではなく、それらは、生成させるプラズマ流の量、流体的制御を行うプラズマ流の量などに依存する。
【００１０】
この発明においては、この制御プラズマ生成装置は、プラズマ化の対象とする不活性ガス等のガスが希薄状態で満たされたチャンバー内に配置しても良く、また、吸引口（２）の付近にガスを充満しておいてもよい。
ガスの供給口（６）からはガスが供給され、分配室（５）を介して、環状のコアンダスリット部（３）よりガスを吹出す。この際に、傾斜面（４）の角度（θ）をたとえば５〜７０°程度とすることにより、漸縮小管部（７）を通過する過程で、旋回流の一種であるコアンダスパイラル流が形成され、かつ、吸引口（２）に強い負圧吸引力が生じ、その結果この負圧吸引力によって、ガスが吸引口（２）からも装置内部に吸引される。そして、高周波コイルに電流を流し、漸縮小管部（７）を通過するスパイラル流をプラズマ化させる。
【００１１】
この旋回ベクトル成分を有するプラズマ流は、噴流の軸中心に収斂し、さらに、乱れの少ない安定したプラズマ流となる。
さらに、この発明においては、たとえば、図２に例示した装置も、ひとつの態様として示すことができる。
この図２に例示した制御プラズマ生成装置は、プラズマ流噴出口（１）に、漸縮小管部（７）を接続し、その漸縮小管部（７）に直管（８）を接続し、直管（８）の側方から不活性ガスを供給するための細管（１０）を取付けており、直管（９）の外周には、高周波コイル（８）を巻き付けた構造を有している。
【００１２】
細管（１０）からはガスを供給し、高周波コイル（８）により流れをプラズマ化させ、漸縮小管により、流れを絞り、その上流効果を利用することにより、プラズマの流体的制御を可能としている。
以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。
【００１３】
【実施例】
この発明のプラズマ流制御装置を用いて、プラズマ流の制御を行った。
実験装置は、ガラス製とし、前記図１と図２に例示したものを用いた。図１の装置では、ｌ1 ＝５ｍｍ、ｌ2 ＝２０ｍｍであり、漸縮小管の角度θは１３°、出口直径はφ９とした。環状スリット部からはＡｒガスを１４ｌ／ｍｉｎ供給し、さらに、吸引口からは、２ｌ／ｍｉｎのＡｒガスを吸引させた。
【００１４】
一方、図２の装置では、ｌ1 ＝１．５ｍｍ、ｌ2 ＝２０ｍｍであり、漸縮小管の角度は１３°、出口直径はφ９とした。細管のガス供給部からはＡｒガスを１６ｌ／ｍｉｎ供給した。また、高周波コイルにかかる周波数は、いずれの装置でも４０ＭＨｚとした。
比較のため、管径９ｍｍの直管からプラズマ流制御を行っていない、プラズマ流を噴出させた。Ａｒガスの供給流量は、１６ｌ／ｍｉｎであり、また、高周波コイルの巻数、間隔なども前記のこの発明の装置と同じとした。
【００１５】
この発明のプラズマ流の制御装置から噴出したプラズマ流と、制御していないプラズマ流の収斂度を観察し、さらに、それらの安定度を反射波強度、ならびに、プラズマ流の軸速度の変動周期によって評価した。
図１の装置から発したプラズマ流の収斂度の観察結果は、図３のように約３０°の角度に収斂していた。
【００１６】
一方、プラズマ流制御していない装置から噴出したプラズマ流は収斂しておらず、層流の速度分布に近い分布を示した。
また、プラズマ流の軸方向の変動は、交流電圧の変動周期５０Ｈｚとアルゴンガス供給ポンプのローラ回転数０．５ｒｐｓに起因し、制御されていないプラズマ流は１秒間に１０回程度軸方向に脈動することが観察された。
【００１７】
しかしながら、この発明によって制御されたプラズマ流の脈動はほとんどなかった。
また、両プラズマ流の反射強度を測定すると、制御されていないプラズマ流の反射強度は、０〜５Ｗであったのに対して、この発明により制御されたプラズマ流の反射波強度は、０〜２Ｗであった。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この発明においては、プラズマ流を軸中心に収斂させ、さらに、脈動がほとんどない安定したプラズマ流を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の装置を例示した断面図である。
【図２】別のこの発明の装置を例示した断面図である。
【図３】この発明の装置から発したプラズマ流の収斂状況を示した図である。
【符号の説明】
１  プラズマ流噴出口
２  吸引口
３  環状のコアンダスリット
４  傾斜面
５  不活性ガスの分配室
６  不活性ガスの供給口
７  漸縮小管
８  高周波コイル
９  直管
１０  不活性ガスを供給するための細管
１１  直管
【図１】
0003698474.tif 000002
【図２】
0003698474.tif 000003
【図３】
0003698474.tif 000004