JPH0673319B2 - Plasma equipment - Google Patents
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- JPH0673319B2 JPH0673319B2 JP62015690A JP1569087A JPH0673319B2 JP H0673319 B2 JPH0673319 B2 JP H0673319B2 JP 62015690 A JP62015690 A JP 62015690A JP 1569087 A JP1569087 A JP 1569087A JP H0673319 B2 JPH0673319 B2 JP H0673319B2
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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を利用してプラズマを発生さ
せ,レーザ励起を行なつたり,プラズマ処理に利用した
り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 utilizes microwave discharge to generate plasma for laser excitation and for plasma processing.
従来,マイクロ波放電を利用したプラズマ装置としては
レーザ装置,光源装置,プラズマ処理装置,イオン源等
種々のものがある。Conventionally, there are various types of plasma devices using microwave discharge such as laser devices, light source devices, plasma processing devices, and ion sources.
第8図は例えばJournal of Applied Physics Vol.49,N
o.7,July 1978,P.3753に現われたプラズマ装置としての
従来の気体レーザ装置を示す断面図,第9図は第8図に
おけるB−B断面図である。図において(3)はマイク
ロ波を伝送する導波管,(31)はこの導波管の一部に設
けられた導波管テーパ,(32)はこの導波管テーパ部の
空間に設置されたパイレツクスガラス製のレーザ放電
管,(33)はこのレーザ放電管の端部に設けられたレー
ザガラス導入口,(34)は同じくレーザガス排出口,
(35)は上記レーザ放電管(32)を包むように配設され
た冷却ガス送気管,(36)はこの冷却ガス送気管端部に
設けられた冷却ガス導入口,(37)は同じく冷却ガス排
出口,(38)は上記レーザ放電管(32)の両端に設けら
れたブリユースター窓,(39)はDC放電用の陰極,(4
0)は同じく陽極である。Figure 8 shows, for example, the Journal of Applied Physics Vol.49, N
O.7, July 1978, P.3753, which is a sectional view showing a conventional gas laser device as a plasma device, and FIG. 9 is a sectional view taken along line BB in FIG. In the figure, (3) is a waveguide that transmits microwaves, (31) is a waveguide taper provided in a part of this waveguide, and (32) is installed in the space of this waveguide taper portion. Laser discharge tube made of pyrex glass, (33) laser glass inlet provided at the end of the laser discharge tube, (34) laser gas outlet,
(35) is a cooling gas supply pipe arranged so as to enclose the laser discharge pipe (32), (36) is a cooling gas inlet provided at the end of the cooling gas supply pipe, and (37) is the same cooling gas. The discharge port, (38) is a Brewster window provided at both ends of the laser discharge tube (32), (39) is a cathode for DC discharge, (4)
0) is also an anode.
上記のような従来の気体レーザ装置において,レーザ放
電管(32)中にはレーザガス導入口(33)より例えばCO
2レーザガスのようなレーザ気体が導入され,一方,導
波管(3)中にはTE10モードのマイクロ波が励振されて
いる。この導波管(3)は内部に導波管テーパ(31)を
有し,レーザ放電管(32)の設置された位置で導波管
(3)の内径が最小となつているため,この位置でマイ
クロ波の電界が最大となる。この強いマイクロ波電界に
よりレーザ放電管(32)中のレーザ気体が放電破壊し,
プラズマを発生し,レーザ媒質が励起される。この時,
冷却ガス送気管(35)中に例えば低温のN2ガスなどを高
速で流し,レーザ放電管(32)を外部から冷却するとと
もに,レーザ気体の圧力などの放電条件を適切に選ぶこ
とによつてレーザ発振条件が得られ,ブリユースター窓
(38)の外部に図示のないレーザ発振用のミラーを設け
ることによりレーザ発振が行なわれる。In the conventional gas laser device as described above, a CO gas is introduced from the laser gas inlet port (33) into the laser discharge tube (32).
2 Laser gas such as laser gas is introduced, while TE 10 mode microwave is excited in the waveguide (3). This waveguide (3) has a waveguide taper (31) inside, and the inner diameter of the waveguide (3) is minimized at the position where the laser discharge tube (32) is installed. The electric field of the microwave becomes maximum at the position. Due to this strong microwave electric field, the laser gas in the laser discharge tube (32) is discharged and destroyed,
Plasma is generated and the laser medium is excited. At this time,
For example, a low-temperature N 2 gas or the like is caused to flow at high speed in the cooling gas supply pipe (35) to cool the laser discharge pipe (32) from the outside, and the discharge conditions such as the pressure of the laser gas are appropriately selected. Laser oscillation conditions are obtained, and laser oscillation is performed by providing a laser oscillation mirror (not shown) outside the Brewster window (38).
上記のような従来の気体レーザ装置では、閉じたレーザ
放電管(32)を使用しているために,導電性を持つプラ
ズマが発生するとレーザ放電管(32)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(32)
の管壁に平行な成分を主成分とする電界となり,プラズ
マ中へ侵入するマイクロ波は実質的にレーザ放電管(3
2)の管壁つまりプラズマ境界に対して垂直に入射する
モードとなる。このようにプラズマ電界に対して垂直に
入射するマイクロ波によつて発生する放電においてはマ
イクロ波電界は放電管壁から内部に向けて減少するが,
放電プラズマが定電圧的な特性を持つために僅かな電界
の差異によつて電流密度が大きく変化し,結果として放
電管壁付近に集中した著しく不均一なプラズマが発生す
ることになる。この様子を第10図の断面図に示す。図に
おいて(31)は導波管テーパ,(32)はレーザ放電管,
(69)はマイクロ波電界の電気力線,(70)はプラズマ
である。従来のマイクロ波放電を利用した気体レーザ装
置においては第10図に示されるような不均一なプラズマ
が発生するために放電全体をレーザ励起に適当な状態と
することが困難となり,またレーザ共振器モードとプラ
ズマがオーバラツプせずレーザ出力や効率が低いという
問題点があつた。事実第8図の装置ではマイクロ波とし
て2.45GHzで,132Hzのパルスマイクロ波を用い,パルス
巾1μsでピーク電力2.6KWで動作させた時に平均出力
として15mWの出力しか得られていない。これは上記で説
明した放電の不均一性のため,パルス巾1μs 132Hzす
なわち約1万分の1という非常に低いパルスデユーテイ
でしか動作させることができなかつたからと考えられ
る。In the conventional gas laser device as described above, since the closed laser discharge tube (32) is used, when a plasma having conductivity is generated, the plasma in the laser discharge tube (32) is used as an inner conductor. The microwave mode of the mode becomes dominant, and the microwave electric field in the plasma becomes a laser discharge tube (32).
An electric field whose main component is a component parallel to the tube wall of the
It is a mode that is incident perpendicularly to the tube wall of 2), that is, the plasma boundary. Thus, in the discharge generated by the microwave incident perpendicularly to the plasma electric field, the microwave electric field decreases from the wall of the discharge tube toward the inside.
Since the discharge plasma has a constant-voltage characteristic, a slight difference in the electric field causes a large change in the current density, resulting in the generation of extremely nonuniform plasma concentrated near the wall of the discharge tube. This situation is shown in the sectional view of FIG. In the figure, (31) is the waveguide taper, (32) is the laser discharge tube,
(69) is the electric field line of the microwave electric field, and (70) is the plasma. In a conventional gas laser device using microwave discharge, it is difficult to put the entire discharge into a state suitable for laser excitation because of the non-uniform plasma generation as shown in Fig. 10. The mode and plasma did not overlap, and the laser output and efficiency were low. In fact, the device shown in Fig. 8 uses a pulse microwave of 132Hz at 2.45GHz and a peak width of 2.6KW with a pulse width of 1µs, and only an average output of 15mW is obtained. It is considered that this is because it was possible to operate only at a very low pulse duty of 1 μs 132 Hz, that is, about 1 / 10,000, because of the non-uniformity of the discharge described above.
以上は従来のプラズマ装置として気体レーザ装置を例に
あげて説明したが,他のプラズマ装置でも放電の不均一
により,様々な問題が生じていた。The above description has been made by taking a gas laser device as an example of a conventional plasma device, but other plasma devices also have various problems due to nonuniform discharge.
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので,空間的に一様なマイクロ波放電プラズマを発
生す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 an object thereof is to obtain a plasma device that generates a microwave discharge plasma that is spatially uniform.
この発明に係る気体レーザ装置は,例えば導波管などの
マイクロ波回路の一部を構成する導電体壁と,この導電
体壁に対向して設けられた誘電体との間に形成される空
間にレーザ気体を封入すると共に,パルスマイクロ波で
マイクロ波放電によるプラズマを発生するようにしたも
のである。The gas laser device according to the present invention is a space formed between a conductor wall forming a part of a microwave circuit, such as a waveguide, and a dielectric provided so as to face the conductor wall. A laser gas is enclosed in the interior of the chamber, and plasma is generated by microwave discharge using pulsed microwaves.
この発明に係るプラズマ装置においては,マイクロ波入
射窓である誘電体に対向して,プラズマよりも導電性の
高い導電体壁があるめに,入射マイクロ波の終端電流は
この導電体壁を流れ,プラズマ中には上記誘電体と導電
体壁の間を貫通する電流が流れることになり,空間的に
は一様なプラズマが発生すると共に,パルスマイクロ波
により,より一層空間的にプラズマが一様になる。In the plasma device according to the present invention, since there is a conductor wall having a conductivity higher than that of the plasma facing the dielectric material which is the microwave entrance window, the terminal current of the incident microwave flows through this conductor wall. , A current that penetrates between the dielectric and the conductor wall flows in the plasma, so that a spatially uniform plasma is generated and the plasma is further spatially separated by the pulsed microwave. Like
第1図はこの発明の一実施例による気体レーザ装置を示
す概観図であり,(1)はマイクロ波発振器であるマグ
ネトロン,(2)は導波管,(3)は導波管(2)の巾
を拡げるホーン導波管,(4)はマイクロ波結合窓,
(5)はレーザ発振用のミラー,(6)はレーザヘツド
部であつて,第2図がレーザヘツド部(6)の詳細を示
す第1図A−Aでの断面図である。第2図に示されるよ
うにレーザヘツド部(6)はマイクロ波回路の一種であ
るリツジ導波管型のマイクロ波空胴の構造を持つ。第2
図において,(61)はマイクロ波結合窓(4)に続く空
胴壁,(62)および(63)はこの空胴壁の断面の中央部
に形成されたリツジ,(64)はこの一方のリツジ(62)
に形成された溝であり,(65)はマイクロ波回路の一部
を構成する導電体壁であつて,この実施例では溝(64)
の壁面が使用される。(66)はこの導電体壁(65)に対
向して設けられた例えばアルミナなどの誘電体であり,
(67)はこの誘電体(66)が上記溝(64)を蓋うことに
より上記導電体壁(65)と誘電体(66)との間に形成さ
れる放電空間であつて,この放電空間(67)に例えばCO
2レーザガスなどのレーザ気体が封入される。また(6
8)はリツジ(62)および(63)に形成された冷却水路
である。FIG. 1 is a schematic view showing a gas laser device according to an embodiment of the present invention. (1) is a magnetron which is a microwave oscillator, (2) is a waveguide, (3) is a waveguide (2). A horn waveguide that expands the width of the microwave, (4) is a microwave coupling window,
(5) is a mirror for laser oscillation, (6) is a laser head portion, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 1 showing the details of the laser head portion (6). As shown in FIG. 2, the laser head portion (6) has a structure of a ridge waveguide type microwave cavity which is a kind of microwave circuit. Second
In the figure, (61) is a cavity wall following the microwave coupling window (4), (62) and (63) are ridges formed in the center of the cross section of this cavity wall, and (64) is one of these. Ritsuji (62)
And (65) is a conductor wall forming a part of the microwave circuit. In this embodiment, the groove (64) is formed.
Walls of are used. (66) is a dielectric such as alumina provided facing the conductor wall (65),
(67) is a discharge space formed between the conductor wall (65) and the dielectric (66) by covering the groove (64) with the dielectric (66). (67) for example CO
2 Laser gas such as laser gas is enclosed. Also (6
8) is the cooling water channel formed in the ridges (62) and (63).
一方,マグネトロン(1)を駆動する電源は第3図のよ
うに構成されている。第3図において,商用周波数交流
電源Eは整流平滑回路(11)で直流に変換され,この直
流はDC−ACインバータ回路(12)で例えば20KHzのよう
な高周波の交流に変換される。この高周波の交流はトラ
ンス(13)で昇圧され,コンデンサC,ダイオードD1,D2
で構成される半波倍電圧整流回路(14)により高圧の脈
流に変換され,マグネトロン(1)に印加される。(1
5)はマグネトロン(1)のフイラメント電源である。On the other hand, the power source for driving the magnetron (1) is constructed as shown in FIG. In FIG. 3, the commercial frequency AC power source E is converted into DC by the rectifying and smoothing circuit (11), and this DC is converted into high frequency AC such as 20 KHz by the DC-AC inverter circuit (12). This high-frequency alternating current is boosted by the transformer (13), and the capacitor C, diodes D 1 , D 2
Is converted into a high-voltage pulsating flow by the half-wave voltage doubler rectifier circuit (14) and applied to the magnetron (1). (1
5) is the filament power supply for the magnetron (1).
第1図ないし第3図のように構成されたこの発明による
気体レーザ装置において,マグネトロン(1)で発生さ
れたマイクロ波は導波管(2)を通つてホーン導波管
(3)で拡げられ,マイクロ波結合窓(4)でインピダ
ンスマツチングをとることにより効率よくレーザヘツド
部(6)に結合される。レーザヘツド部(6)は断面図
第2図に示されるようにリツジ空胴状になつており、マ
イクロ波はリツジ(62),(63)の間に集中する。この
集中したマイクロ波の強い電磁界により放電空間(67)
に封入されたレーザ気体が放電破壊し,プラズマを発生
し,レーザ媒質が励起される。ここで,冷却水路(68)
に冷却水を流し,放電プラズマを冷却するとともに,レ
ーザ気体の圧力などの放電条件を適切に選ぶことによつ
てレーザ発振条件が得られ,第1図中のミラー(5)お
よび図示のないもう一枚のミラーによりレーザ共振器を
形成することでレーザ発振光を得ることができる。この
時,本発明による気体レーザ装置においてはマイクロ波
回路の一部を構成する導電体壁(65)と,この導電体壁
(65)に対向して設けられ,マイクロ波の入射窓となる
誘電体(66)との間に形成される放電空間(67)におい
てマイクロ波放電を行なわせるため,マイクロ波の入射
はプラズマの一面からのみ行なわれることになり,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
配的となる現象は起こらず,所期のマイクロ波モードに
よる放電を行なわせることができる。また第2図に示さ
れるリツジ空胴のようにマイクロ波回路が上記誘電体
(66)とプラズマ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(66)と導電体壁
(65)は対向して設置されているので導電体壁(65)に
も垂直な電界成分を有することになり,プラズマを貫く
電界ができる。この時,導電性を持つプラズマが発生し
ても,マイクロ波入射窓である誘電体(66)に対向して
プラズマよりも数桁導電性の高い導電体壁(65)がある
ために入射マイクロ波の終端電流はこの導電体壁(65)
を流れ,導電体壁(65)近傍の電界は強制的に導電体壁
(65)の表面に垂直にされ,上記のプラズマを貫く電界
が維持される。このためマイクロ波がプラズマ中に浸透
し,プラズマを貫く電流が流れ,電流の連続性から空間
的に一様な放電プラズマが得られる。この様子を第4図
の拡大断面図に示す。図において(69)はマイクロ波電
界の電気力線,(70)は放電プラズマである。本発明に
よる気体レーザ装置によれば,第4図に示されるような
均一な放電が得られる。しかし,第4図の紙面に垂直,
すなわち放電の長さ方向にはマイクロ波のモードに応じ
て放電の節が生じる。In the gas laser device according to the present invention constructed as shown in FIGS. 1 to 3, the microwave generated by the magnetron (1) is propagated through the waveguide (2) and spread by the horn waveguide (3). Then, impedance matching is performed in the microwave coupling window (4) to efficiently couple the laser head portion (6). The laser head portion (6) is in the shape of a cavity of the ridge as shown in the sectional view of FIG. 2, and the microwave is concentrated between the ridges (62) and (63). Due to the strong electromagnetic field of this concentrated microwave, the discharge space (67)
The laser gas enclosed in the lamp is destroyed by discharge, plasma is generated, and the laser medium is excited. Where the cooling channel (68)
Laser oscillation conditions are obtained by flowing cooling water to cool the discharge plasma and appropriately selecting discharge conditions such as the pressure of the laser gas, and the mirror (5) in FIG. Laser oscillation light can be obtained by forming a laser resonator with one mirror. At this time, in the gas laser device according to the present invention, the conductor wall (65) forming a part of the microwave circuit and the dielectric wall which is provided so as to face the conductor wall (65) and serves as a microwave incident window. Since the microwave discharge is generated in the discharge space (67) formed between the body (66) and the microwave, the microwave is incident only from one surface of the plasma, and the coaxial mode of the plasma is used as the inner conductor. The phenomenon in which the microwave mode is dominant does not occur, and the desired microwave mode discharge can be performed. In addition, when the microwave circuit forms a microwave mode having an electric field component perpendicular to the boundary between the dielectric (66) and the plasma like the ridge cavity shown in FIG. Since the walls (65) are installed to face each other, the electric conductor wall (65) also has a vertical electric field component, and an electric field penetrating the plasma can be generated. At this time, even if a conductive plasma is generated, there is a conductor wall (65) that is several orders of magnitude more conductive than the plasma, facing the dielectric (66) that is the microwave entrance window. The end current of the wave is the conductor wall (65)
The electric field in the vicinity of the conductor wall (65) is forced to be perpendicular to the surface of the conductor wall (65) and the electric field penetrating the plasma is maintained. For this reason, microwaves penetrate into the plasma, and a current flows through the plasma, resulting in a spatially uniform discharge plasma due to the continuity of the current. This state is shown in the enlarged sectional view of FIG. In the figure, (69) is the electric field lines of the microwave electric field, and (70) is the discharge plasma. According to the gas laser device of the present invention, a uniform discharge as shown in FIG. 4 can be obtained. However, perpendicular to the plane of Fig. 4,
That is, a discharge node is generated in the discharge length direction in accordance with the microwave mode.
本発明の実施例ではさらに,マイクロ波を発生するマイ
クロ波発振器であるマグネトロンの電源として,第3図
のものを用いる。この電源で駆動されたマグネトロンに
より発生されるマイクロ波は第5図のような波形にな
る。すなわち,高周波で断続されたパルスマイクロ波が
発生される。このパルスマイクロ波のパルスデユーテイ
は例えば0.1〜0.4のように従来のパルスマイクロ波と比
較し,非常に大きい値にできる。又,パルス周波数も数
10KHzのように非常に高くできる。このようにパルスマ
イクロ波により第1〜2図の装置を動作させた場合,放
電が長さ方向のマイクロ波電磁界の節で切れる長さが短
かくなり,長さ方向にも,より均一になることが確認さ
れた。又,パルスの周波数が500Hz程度以上であれば,
プラズマパラメータの時間的な変調が抑えられ,時間的
にも均一なプラズマが発生する。In the embodiment of the present invention, the power source of the magnetron, which is a microwave oscillator for generating microwaves, is shown in FIG. The microwave generated by the magnetron driven by this power supply has a waveform as shown in FIG. That is, pulsed microwaves intermittently generated at a high frequency are generated. The pulse duty of this pulse microwave can be set to a very large value such as 0.1 to 0.4 as compared with the conventional pulse microwave. Also, the pulse frequency is several
Can be very high like 10KHz. When the apparatus of FIGS. 1 and 2 is operated by the pulsed microwave as described above, the length of the discharge cut at the node of the microwave electromagnetic field in the length direction becomes short, and the discharge becomes more uniform in the length direction. It was confirmed that If the pulse frequency is about 500Hz or more,
The temporal modulation of plasma parameters is suppressed, and a uniform plasma is generated in terms of time.
以上のように均一な放電が得られることにより放電全体
をレーザ励起に最適な状態とすることが容易となり,ま
たレーザ共振器モードとプラズマのオーバラツプが良好
となり,従来のマイクロ波放電を利用した気体レーザ装
置に比べ桁違いに高効率,大出力のレーザ発振を得るこ
とができる。ここで本発明者らによる実験例を示す第6
図は第1図ないし第3図に示される構成で放電長300mm
の装置をCO2レーザに適用した場合の実験結果のグラフ
であり,横軸はマイクロ波入力,縦軸はCO2レーザ出力
および効率である。ここで,マグネトロンとして2M 120
(日立製)を用い,約2.45GHzのマイクロ波を発生させ
た。パルス周波数は20KHz,パルスデユーテイは0.4であ
る。第6図に示されるように最大出力24W,最大効率10.5
%が得られ,第 図に示される従来例において報告され
たCO2レーザ出力15mWに対して3桁以上大きな出力が得
られ,また従来例ではパルス発振しか得られないのに対
し,本発明による装置ではマイクロ波はパルスであるが
レーザはCW発振ができることが確認された。By obtaining a uniform discharge as described above, it becomes easier to put the entire discharge in an optimal state for laser excitation, and the laser cavity mode and plasma overlap are good, and the gas using conventional microwave discharge is used. It is possible to obtain laser oscillation with high efficiency and high output, which is orders of magnitude higher than that of laser devices. Here, the sixth example of the experiment by the present inventors is shown.
The figure shows the structure shown in Figs. 1 to 3 and the discharge length is 300 mm.
Fig. 5 is a graph of the experimental results when the device in Fig. 2 was applied to a CO 2 laser, where the horizontal axis is the microwave input and the vertical axis is the CO 2 laser output and efficiency. Here, as a magnetron, 2M 120
(Hitachi) was used to generate a microwave of about 2.45 GHz. The pulse frequency is 20 KHz and the pulse duty is 0.4. As shown in Fig. 6, the maximum output is 24W and the maximum efficiency is 10.5.
%, A high output of 3 digits or more was obtained for the CO 2 laser output of 15 mW reported in the conventional example shown in FIG. In the device, it was confirmed that the microwave can be pulsed but the laser can oscillate CW.
上記実施例ではマグネトロンの電源としてインバータを
用いたものを示したが,高圧の直流電源から,スイツチ
ング素子を通してマグネトロンに印加するチヨツパ式の
電源を用いてパルスマイクロ波を発生させてもよい。
又,上記実施例ではプラズマ装置としてレーザ装置を示
したが,イオン源や光源プラズマ処理装置に本発明を適
用しても,放電を空間的,時間的に均一にできる効果は
同様である。In the above embodiment, an inverter is used as the power source of the magnetron, but a pulsed microwave may be generated from a high voltage DC power source using a tipper type power source applied to the magnetron through a switching element.
Further, although the laser device is shown as the plasma device in the above-mentioned embodiment, even if the present invention is applied to the ion source or the light source plasma processing device, the effect of making the discharge spatially and temporally uniform is similar.
又,上記実施例では,マイクロ波回路としてリツジ空胴
を用い,リツジに溝を形成し,この溝を誘電体で覆つて
放電空間を形成したものについて説明したが,マイクロ
波回路として断面が第7図に示されるような同軸線路を
用いてもよい。第7図において(67)が放電空間,(6
1)および(65)はそれぞれ同軸線路を構成する外導体
および内導体,(66)は石英ガラス管のような誘電体で
ある。このような構成で,パルスマイクロ波により放電
空間にプラズマを発生させても第2図のものと同様,放
電が均一になる。この他,マイクロ波回路の一部を構成
する導電体壁と,この導電体壁に対向して設けられた誘
電体との間に放電空間を形成し,誘電体と放電空間すな
わちプラズマとの境界に垂直な電界成分を有するマイク
ロ波モードを励振するようにしたものであれば,どのよ
うな構成のものでも,パルスマイクロ波とあわせて第2
図や第7図のものと同様の放電がより均一になる効果が
得られる。Further, in the above-described embodiment, the case where the ridge cavity is used as the microwave circuit, the groove is formed in the ridge, and the groove is covered with the dielectric to form the discharge space is described. A coaxial line as shown in FIG. 7 may be used. In Fig. 7, (67) is the discharge space and (6
1) and (65) are the outer and inner conductors that make up the coaxial line, and (66) is a dielectric such as a quartz glass tube. With such a structure, even if plasma is generated in the discharge space by the pulsed microwave, the discharge becomes uniform as in the case of FIG. In addition to this, a discharge space is formed between a conductor wall forming a part of the microwave circuit and a dielectric provided so as to face the conductor wall, and the boundary between the dielectric and the discharge space, that is, plasma is formed. Any configuration that excites a microwave mode having an electric field component perpendicular to the
The same effect as that of FIG. 7 and FIG. 7 can be obtained in which the discharge becomes more uniform.
さらに,上記実施例では導電体とプラズマが接するもの
について説明したが,導電体表面に誘電体コーテイング
層のように薄い誘電体層を設けても,この誘電体層はマ
イクロ波の電界分布に大きな影響を与えることはないか
ら,上記効果が損なわれないのは言うまでもない。Further, in the above embodiment, the case where the conductor and the plasma contact each other has been described, but even if a thin dielectric layer such as a dielectric coating layer is provided on the surface of the conductor, this dielectric layer has a large electric field distribution of microwaves. Needless to say, the above effects are not impaired because they have no effect.
〔発明の効果〕 以上のように,この発明によればプラズマ装置において
マイクロ波回路の一部を構成する導電体壁と,この導電
体壁に対向して設けられた誘電体との間に形成される空
間に,プラズマ生成媒体を封入すると共に,マイクロ波
回路が,誘電体との境界に垂直な成分を有するマイクロ
波モードを形成し,マイクロ波回路内にパルスマイクロ
波を励振するようにしたので,空間的に均一なプラズマ
が得られる効果がある。[Advantages of the Invention] As described above, according to the present invention, the plasma device is formed between the conductor wall forming a part of the microwave circuit and the dielectric provided so as to face the conductor wall. The plasma generation medium is enclosed in the space defined by the microwave circuit, and the microwave circuit forms a microwave mode having a component perpendicular to the boundary with the dielectric so as to excite pulsed microwaves in the microwave circuit. Therefore, there is an effect that a spatially uniform plasma can be obtained.
第1図はこの発明の一実施例によるプラズマ装置として
の気体レーザ装置を示す概観図,第2図は第1図A−A
での断面図,第3図はこの発明の一実施例によるマイク
ロ波発振器の電源回路図,第4図は第2図における放電
の様子を説明する要部拡大断面図,第5図は第3図の電
源を用いて発生されるマイクロ波の波形を示す図,第6
図は第1図ないし第3図で示す実施例におけるレーザ発
振特性を示すグラフ,第7図はこの発明の他の実施例を
示す断面図,第8図は従来の気体レーザ装置を示す断面
図,第9図は第8図B−での断面図,第10図は従来の気
体レーザ装置における放電の様子を説明する断面図であ
る。 図において,(65)はマイクロ波回路の一部を構成する
導電体壁,(66)は誘電体,(67)は放電空間,(70)
は放電プラズマである。 なお,各図中同一符号は同一または相当部分を示す。FIG. 1 is a schematic view showing a gas laser device as a plasma device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an AA of FIG.
3 is a power supply circuit diagram of a microwave oscillator according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of an essential part for explaining the state of discharge in FIG. 2, and FIG. The figure which shows the waveform of the microwave generated using the power supply of the figure, 6th
1 is a graph showing laser oscillation characteristics in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, FIG. 7 is a sectional view showing another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a sectional view showing a conventional gas laser device. , FIG. 9 is a cross-sectional view of FIG. 8B-, and FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the state of discharge in a conventional gas laser device. In the figure, (65) is a conductor wall forming a part of the microwave circuit, (66) is a dielectric, (67) is a discharge space, and (70) is a discharge space.
Is discharge plasma. The same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.
フロントページの続き (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 (72)発明者 柳 正 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Front page continuation (72) Inventor Yoshihiro Ueda 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture Sanryu Electric Co., Ltd. Applied Equipment Laboratory (72) Inventor Tadashi Yanagi 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture No. 1 Sanritsu Electric Co., Ltd. Applied Equipment Laboratory
Claims (4)
プラズマを発生させるプラズマ装置において,上記マイ
クロ波回路の一部を構成する導電体壁と,この導電体壁
に対向して設けられた誘電体との間に形成される空間
に,上記プラズマを発生するプラズマ生成媒体を封入す
ると共に,上記マイクロ波回路が,上記誘電体とプラズ
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
を形成し,上記マイクロ波回路内にパルスマイクロ波を
励振することを特徴とするプラズマ装置。1. In a plasma device for generating plasma by microwave discharge in a microwave circuit, a conductor wall forming a part of the microwave circuit, and a dielectric provided so as to face the conductor wall. A plasma generation medium that generates the plasma is enclosed in a space formed between the microwave circuit and the microwave circuit, and the microwave circuit forms a microwave mode having an electric field component perpendicular to the boundary between the dielectric and the plasma. , A plasma device characterized by exciting pulsed microwaves in the microwave circuit.
以上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 pulse frequency of the pulse microwave is 500 Hz.
The plasma apparatus according to claim 1, characterized in that the above is the case.
ータにより商用周波数より高い周波数の交流に変換し,
トランスで昇圧した後,半波倍電圧回路で脈流の高圧を
発生する電源により駆動されるマイクロ波発振器により
発生す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。3. The pulse microwave converts direct current into alternating current having a frequency higher than the commercial frequency by an AC-DC inverter,
2. The plasma device according to claim 1, wherein the plasma is generated by a microwave oscillator driven by a power source that generates a high voltage of pulsating current in a half-wave voltage doubler circuit after boosting by a transformer.
チング素子により断続した高圧パルス電源により駆動さ
れるマイクロ波発振器により発生す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。4. The plasma device according to claim 1, wherein the pulse microwave is generated by a microwave oscillator driven by a high-voltage pulse power source in which a high-voltage direct current is intermittently connected by a switching element.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0828261A (en) * | 1994-07-13 | 1996-01-30 | Yuji Kase | Exhaust manifold for automobile |
Families Citing this family (3)
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JP2687966B2 (en) * | 1990-08-20 | 1997-12-08 | 富士通株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
DE10154229B4 (en) * | 2001-11-07 | 2004-08-05 | Applied Films Gmbh & Co. Kg | Device for the regulation of a plasma impedance |
-
1987
- 1987-01-26 JP JP62015690A patent/JPH0673319B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0828261A (en) * | 1994-07-13 | 1996-01-30 | Yuji Kase | Exhaust manifold for automobile |
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JPS63184299A (en) | 1988-07-29 |
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