JP4035568B2

JP4035568B2 - Atmospheric pressure large area plasma generator

Info

Publication number: JP4035568B2
Application number: JP2004344205A
Authority: JP
Inventors: 英二田辺
Original assignee: 株式会社エーイーティー
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: JP2006156100A

Description

本発明は、マイクロ波励振によって大気圧のガスをプラズマガスに変換し、サーマルプラズマガスを発生する大気圧プラズマ発生装置、さらに詳しく言えば、多数のプラズマ発生源を並列的に組み合わせ、それぞれにフィードバックコントロールを行って、駆動することにより、大気圧で大面積のプラズマの発生を可能にする大気圧大面積プラズマ発生装置に関する。 The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generator for generating a thermal plasma gas by converting an atmospheric gas into a plasma gas by microwave excitation. More specifically, a plurality of plasma generation sources are combined in parallel and fed back to each other. The present invention relates to an atmospheric pressure / large area plasma generation apparatus that enables generation of a large area plasma at atmospheric pressure by performing control and driving.

サーマルプラズマは大気圧プラズマと略同義に用いられている。１９７０年代に、工業的応用のための開発が盛んになった。応用分野は、工業素材の溶融、溶断加工、接合、精製、治金、スプレイなどの工業素材の加工分野、プラズマの発生する光を利用するディスプレイのための光源などの照明分野、微粒子生成、誘導プラズマをイオン化の手段とする微量試料成分の化学分析の分析分野、半導体プロセスの材料における表面処理の洗浄分野であり、広い分野にわたっている。 Thermal plasma is used almost synonymously with atmospheric pressure plasma. In the 1970s, development for industrial applications became active. Applications include industrial materials melting, fusing, joining, refining, metallurgy, spraying, and other industrial materials processing, lighting fields such as light sources for displays that use plasma-generated light, fine particle generation, induction This is a field of chemical analysis of trace sample components using plasma as a means of ionization, and a field of cleaning surface treatment of semiconductor process materials.

１９８０年代には、大気汚染の原因物質の除去に利用することで注目された。テプラ（TePLA ）社のRFプラズマ源と、アリオス（ARIOS ）社の大気圧プラズマ源が開発され、利用されている。前者はガスをプラズマ状態に励起する高周波が１３．５６ＭＨｚと比較的低いのでプラズマ変換効率が低い。また周波数の関係から装置が大形になっている。 In the 1980s, it was noticed by using it for removing the causative substances of air pollution. Tepla RF plasma source and ARIOS atmospheric pressure plasma source have been developed and used. The former has a low plasma conversion efficiency because the high frequency for exciting the gas into the plasma state is relatively low at 13.56 MHz. In addition, the apparatus has become large due to the frequency relationship.

図１７を参照して、アリオス（ARIOS ）社の大気圧プラズマ源を説明する。この装置はプラズマ源に、励振周波数は２．４５ＧＨz の近くで発振するマイクロ波を用いている。プラズマガスを発生するマイクロ波プラズマ源１７０１の内部にあるプラズマキャビティにマイクロ波を供給する手段としてマイクロ波導波管１７１０を用いている。マイクロ波発振器１７０７から負荷側を見たインピーダンスはプラズマが点灯する前とプラズマ点灯後では大きく変化する。プラズマ源に適切な電力を供給するために導波管１７１０の途中にスタブチューナ１７１１を設け、このスタブチューナ１７１１を自動的に制御して電力を安定供給するようにしてある。しかしながら、導波管を用いるために、装置が大きくなる。そのため、プラズマキャビティの径が１５ｃｍと比較的大きい。また、スタブチューナ１７１１を自動制御するために機械的制御をするパルスモータを必要としている。 With reference to FIG. 17, the atmospheric pressure plasma source of ARIOS will be described. In this apparatus, a microwave that oscillates near an excitation frequency of 2.45 GHz is used as a plasma source. A microwave waveguide 1710 is used as means for supplying microwaves to a plasma cavity inside a microwave plasma source 1701 that generates plasma gas. The impedance when the load side is viewed from the microwave oscillator 1707 changes greatly before and after the plasma is lit. In order to supply appropriate power to the plasma source, a stub tuner 1711 is provided in the middle of the waveguide 1710, and the stub tuner 1711 is automatically controlled to stably supply power. However, the use of a waveguide increases the size of the device. For this reason, the diameter of the plasma cavity is relatively large at 15 cm. Further, in order to automatically control the stub tuner 1711, a pulse motor that performs mechanical control is required.

前記の装置は、１つの大形のマグネトロンを使って、１ＫＷから５ＫＷの発振電力を出力するマイクロ波発振器であるので、その電源は大きな電力供給を必要とする。従って電源装置が大形になる。
またマイクロ波発生源からのマイクロ波の供給に、導波管を使用するので、プラズマ源（処理装置）とマイクロ波源との位置関係は機械的に固定されてしまう。そのため、装置の配置の変更が容易ではない。
また負荷側の周波数をマグネトロンの発振周波数に合わせる必要があり、複雑で高価なチューニング機構が必要になる。
マイクロ波発生源では、連続発振するマイクロ波の電力による発熱が大きいため、水冷冷却方式を用いている。この冷却により装置が大形になる。また、常に綿密なメンテナンスが必要となる。下記の文献に示された発明は、いずれも導波管を用いてマイクロ波電力を供給するものである。
特開２００１−２５７０９７号公報特開２００２−２８０１９６号公報 Since the above-mentioned apparatus is a microwave oscillator that outputs oscillation power of 1 KW to 5 KW using one large magnetron, the power supply requires a large power supply. Therefore, the power supply device becomes large.
In addition, since a waveguide is used to supply microwaves from the microwave generation source, the positional relationship between the plasma source (processing apparatus) and the microwave source is mechanically fixed. For this reason, it is not easy to change the arrangement of the apparatus.
Moreover, it is necessary to match the frequency on the load side with the oscillation frequency of the magnetron, and a complicated and expensive tuning mechanism is required.
The microwave generation source uses a water-cooled cooling method because it generates a large amount of heat due to microwave power that oscillates continuously. This cooling increases the size of the device. In addition, careful maintenance is always required. All of the inventions shown in the following documents supply microwave power using a waveguide.
JP 2001-257097 A JP 2002-280196 A

最近、広い領域を均一に洗浄するためにプラズマ分布を広い領域で均一に維持できる装置が求められている。
そのため、前述のような装置とか、同一のマイクロ波発生源からのマイクロ波を、円盤等に形成された多数のアンテナから容器内に放出し、容器内にプラズマを発生させようとする数多くの提案がなされている。しかしながら、特許文献３記載のように円盤等のスロットアンテナの配置や形状に種々の配慮をしても、プラズマ分布を広い領域で均一に維持することは極めて困難である。
特にマイクロ波を使ったプラズマ発生装置で大きな問題になるのは以下の２点である。
１）プラズマができる前後で装置内（チェンバ、または共振器）における電磁波（マイクロ波）のモードが大きく変わり、したがって見掛けのインピーダンスが変わり、電磁波が反射してしまう。そのために高価で複雑なインピーダンス自動整合装置が必要になる。
２）プラズマができる前にチェンバ内の電磁波をどんなに一様にしても一旦プラズマができると一様でなくなる。
この原因は、１．波長に比べてはるかに大きなチェンバを使用することと、２．プラズマによる電磁波の境界条件が大きく変わることによる装置内（チェンバ、または共振器）のモードが複雑なパターンになることである。これらの原因により、波長より十分大きな装置内（チェンバ、または共振器）では、一様なプラズマを作ることが困難である。
特開２００２−２９９３３０号公報 Recently, there has been a demand for an apparatus capable of uniformly maintaining a plasma distribution over a wide area in order to uniformly clean a wide area.
Therefore, many proposals to generate plasma in the container by emitting microwaves from the same microwave generation source as described above to the container from many antennas formed on a disk etc. Has been made. However, even if various considerations are given to the arrangement and shape of slot antennas such as disks as described in Patent Document 3, it is extremely difficult to maintain a uniform plasma distribution in a wide region.
In particular, the following two points are serious problems in a plasma generator using microwaves.
1) The electromagnetic wave (microwave) mode in the apparatus (chamber or resonator) changes greatly before and after the plasma is generated, so that the apparent impedance changes and the electromagnetic wave is reflected. Therefore, an expensive and complicated automatic impedance matching device is required.
2) No matter how uniform the electromagnetic wave in the chamber is before plasma is generated, once the plasma is generated, it becomes non-uniform.
The cause of this is as follows. 1. Use a chamber that is much larger than the wavelength; A mode in the device (chamber or resonator) due to a significant change in the boundary condition of the electromagnetic wave due to plasma is a complicated pattern. For these reasons, it is difficult to produce a uniform plasma in an apparatus (chamber or resonator) sufficiently larger than the wavelength.
JP 2002-299330 A

前述したように、プラズマ分布を広い領域で均一に維持できる装置を実現するためには、従来の方法では困難である。そこで、本発明では、複数のプラズマ発生源またはプラズマ発生箇所（アンテナ）を準備して、これらのプラズマ発生源またはプラズマ発生箇所に供給するマイクロ波電力を個々的にまたは同様に制御できるようなシステムを提供しようとするものである。
本発明の主たる目的は、同軸共振器のみならず、他の形態の共振器についても利用できる、取り扱いが容易な大気圧大面積プラズマ発生装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、大気圧で動作するプラズマを、安定して、しかも小形の装置で発生させ、複数個のプラズマ発生装置を組み合わせて、広い領域の一様なプラズマ分布を供給する大気圧大面積プラズマ発生装置を提供することにある。
なお本発明で用いる大気圧の意味は厳密に標準大気圧を意味するものではなく、極端な減圧を必要としないという意味で用いているものである。
本発明の他の目的は、同軸共振器を用いてプラズマ発生部（プラズマヘッド）をいっそう小形にすることにより、プラズマヘッドの配置等を自在に移動させることができるマイクロ波プラズマ発生装置を提供することにより、広い領域の一様なプラズマ分布を供給する大気圧大面積プラズマ発生装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、前述した装置内に生ずるプラズマの一様化の問題を解決するために、アンテナの方向と形状とチェンバの構造を最適化することでプラズマの発生前後でのインピーダンス変換を起こすことが自動的に可能な構造とすることにある。
また本発明の他の目的は、前述の多数のアンテナを設け、それぞれのアンテナ部分にプラズマ検出プローブを配置して、各アンテナに供給する電力を時間と空間の両方で独立的に制御することにより、プラズマの一様性を保持することにある。 As described above, it is difficult for the conventional method to realize an apparatus capable of maintaining the plasma distribution uniformly in a wide region. Therefore, in the present invention, a system capable of preparing a plurality of plasma generation sources or plasma generation locations (antennas) and individually or similarly controlling the microwave power supplied to these plasma generation sources or plasma generation locations. Is to provide.
A main object of the present invention is to provide an atmospheric pressure large-area plasma generator that can be used not only for a coaxial resonator but also for other types of resonators and is easy to handle.
Another object of the present invention is to generate a plasma operating at atmospheric pressure stably and with a small apparatus, and combine a plurality of plasma generators to supply a uniform plasma distribution over a wide area. An object of the present invention is to provide an atmospheric pressure large area plasma generator.
The meaning of atmospheric pressure used in the present invention does not strictly mean standard atmospheric pressure, but is used to mean that extreme pressure reduction is not required.
Another object of the present invention is to provide a microwave plasma generator capable of freely moving the arrangement of the plasma head and the like by further reducing the size of the plasma generator (plasma head) using a coaxial resonator. Accordingly, an object of the present invention is to provide an atmospheric pressure and large area plasma generator that supplies a uniform plasma distribution over a wide area.
Another object of the present invention is to convert the impedance before and after the generation of the plasma by optimizing the direction and shape of the antenna and the structure of the chamber in order to solve the problem of the uniformity of the plasma generated in the apparatus described above. It is to make it a structure that can automatically cause.
Another object of the present invention is to provide the above-mentioned many antennas, dispose a plasma detection probe in each antenna portion, and independently control the power supplied to each antenna in both time and space. It is to maintain the uniformity of the plasma.

前記目的を達成するために、本発明による請求項１記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、
大気圧下でプラズマ生成用ガスを励起するマイクロ波励起プラズマガス発生装置であって、
発振周波数が可変なＶＣＯ回路を含むマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器に接続され、前記マイクロ波発振器によって出力されるマイクロ波の発振継続時間および発振間隔を可変とするパルス回路とアイソレータと増幅器を含むマイクロ波変調器と、
前記マイクロ波変調器の出力に接続されているユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器と、
空洞内または、空洞の一部にプラズマ生成用ガスが導入され、マイクロ波電力増幅器からの電力を前記空洞に供給する複数の結合アンテナが空洞壁に配置されている空洞共振器と、
前記空洞共振器の複数のアンテナとプラズマガス生成位置に関連して配置されている複数のプラズマセンサと、
複数のマイクロ波プラズマ発生源に入射する進行波と前記マイクロ波プラズマ発生源が反射する反射波の位相を測定して前記マイクロ波発振器の発振周波数が前記複数のマイクロ波プラズマ発生源のうちの１つのマイクロ波プラズマ発生源の共振周波数と一致するように制御する共振維持制御部、前記プラズマセンサの出力または指定された値のいずれかに従ってマイクロ波の発振継続時間と発振間隔を調整する前記パルス回路を制御して全体の出力電圧を維持する電圧維持制御部、および前記マイクロ波プラズマ発生源に関連して配置されたプラズマセンサの測定結果に従って前記マイクロ波電力増幅器を制御し、特定の空間のプラズマ状況に応じて前記マイクロ波変調器によって出力されたマイクロ波の振幅を増幅する電力調整制御部を設けた制御装置と、から構成されている。
本発明による請求項２記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項１記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、
前記アンテナは、前記空洞の壁に隣接するアンテナ間の距離が励起マイクロ波の管内波長の４分の１程度の距離を保って二次元配置されている。 In order to achieve the above object, an atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 1 according to the present invention comprises:
A microwave-excited plasma gas generator for exciting a plasma generating gas under atmospheric pressure,
A microwave oscillator including a VCO circuit having a variable oscillation frequency;
A microwave modulator including a pulse circuit, an isolator, and an amplifier connected to the microwave oscillator and configured to vary the oscillation duration and the oscillation interval of the microwave output by the microwave oscillator;
A plurality of unitized microwave power amplifiers connected to the output of the microwave modulator;
A cavity resonator in which a plasma generating gas is introduced into the cavity or a part of the cavity, and a plurality of coupled antennas for supplying power from the microwave power amplifier to the cavity are disposed on the cavity wall;
A plurality of antennas and a plurality of plasma sensors arranged in relation to plasma gas generation positions of the cavity resonator;
Wherein the traveling wave incident microwave plasma source of several microwave plasma generating source by measuring the phase of the reflected wave reflected oscillation frequency of the microwave oscillator of the plurality of microwave plasma source Resonance maintenance control section that controls to match the resonance frequency of one microwave plasma generation source, and the pulse that adjusts the oscillation duration and the oscillation interval of the microwave according to either the output of the plasma sensor or a specified value voltage maintenance control unit to maintain the overall output voltage by controlling the circuit, and the microwave power amplifier control according to the measurement results of plasma sensors arranged in connection with the microwave plasma source, the space specific A power adjustment control unit for amplifying the amplitude of the microwave output by the microwave modulator according to the plasma state of A control unit digits, and a.
The atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 2 of the present invention is the atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 1,
The antennas are two-dimensionally arranged such that the distance between the antennas adjacent to the cavity wall is about a quarter of the in-tube wavelength of the excitation microwave.

本発明による請求項３記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、An atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 3 of the present invention comprises:
大気圧下でプラズマ生成用ガスを励起するマイクロ波励起プラズマガス発生装置であって、A microwave-excited plasma gas generator for exciting a plasma generating gas under atmospheric pressure,
発振周波数が可変なＶＣＯ回路を含むマイクロ波発振器と、A microwave oscillator including a VCO circuit having a variable oscillation frequency;
前記マイクロ波発振器に接続され、前記マイクロ波発振器によって出力されるマイクロ波の発振継続時間および発振間隔を可変とするパルス回路とアイソレータと増幅器を含むマイクロ波変調器と、A microwave modulator including a pulse circuit, an isolator, and an amplifier connected to the microwave oscillator and configured to vary the oscillation duration and the oscillation interval of the microwave output by the microwave oscillator;
前記マイクロ波変調器の出力に接続されているユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器と、A plurality of unitized microwave power amplifiers connected to the output of the microwave modulator;
対向する細長いギャップで結合する一対の空洞よりなり、前記ギャップ間に前記ギャップに直交する方向にプラズマ生成用ガスを通過させる誘電体通路をもち、マイクロ波電力増幅器からの電力を前記空洞に供給する複数の結合アンテナが空洞壁に配置されている空洞共振器と、It is composed of a pair of cavities coupled by opposing elongated gaps, and has a dielectric passage for passing a plasma generating gas in a direction perpendicular to the gap between the gaps, and supplies power from the microwave power amplifier to the cavities. A cavity resonator in which a plurality of coupled antennas are disposed on the cavity wall;
前記誘電体通路のプラズマガス排出口に配置されている複数のプラズマセンサと、A plurality of plasma sensors arranged at the plasma gas outlet of the dielectric passage;
前記プラズマセンサの出力が接続されており、The output of the plasma sensor is connected;
複数のマイクロ波プラズマ発生源に入射する進行波と前記マイクロ波プラズマ発生源が反射する反射波の位相を測定して前記マイクロ波発振器の発振周波数が前記複数のマイクロ波プラズマ発生源のうちの１つのマイクロ波プラズマ発生源の共振周波数と一致するように制御する共振維持制御部、前記プラズマセンサの出力または指定された値のいずれかに従ってマイクロ波の発振継続時間と発振間隔を調整する前記パルス回路を制御して全体の出力電圧を維持する電圧維持制御部、および前記マイクロ波プラズマ発生源に関連して配置されたプラズマセンサの測定結果に従って前記マイクロ波電力増幅器を制御し、特定の空間のプラズマ状況に応じて前記マイクロ波変調器によって出力されたマイクロ波の振幅を増幅する電力調整制御部を設けた制御装置と、から構成されている。The phase of the traveling wave incident on the plurality of microwave plasma generation sources and the reflected wave reflected by the microwave plasma generation source are measured, and the oscillation frequency of the microwave oscillator is one of the plurality of microwave plasma generation sources. Resonance maintenance control unit that controls to match the resonance frequency of two microwave plasma generation sources, and the pulse circuit that adjusts the oscillation duration and interval of the microwave according to either the output of the plasma sensor or a specified value A voltage maintaining controller that controls the entire output voltage by controlling the microwave power amplifier according to a measurement result of a plasma sensor disposed in association with the microwave plasma generation source, and plasma in a specific space A power adjustment control unit that amplifies the amplitude of the microwave output by the microwave modulator according to the situation. A control unit digits, and a.

本発明による請求項４記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項３記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、The atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 4 of the present invention is the atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 3,
前記複数の結合アンテナが前記ギャップの方向に沿って空洞壁に配置されている。The plurality of coupled antennas are disposed on the cavity wall along the direction of the gap.
本発明による請求項５記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項１または３記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、The atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 5 of the present invention is the atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 1 or 3,
前記マイクロ波発振器は固体半導体発振器を用いるものである。The microwave oscillator uses a solid-state semiconductor oscillator.
本発明による請求項６記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項１または３記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、The atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 6 of the present invention is the atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 1 or 3,
前記マイクロ波電力増幅器は、回路中に交流電源を含んで構成されている。The microwave power amplifier includes an AC power supply in the circuit.
本発明による請求項７記載の大気圧大面積プラズマ発生装置は、請求項１または３記載の大気圧大面積プラズマ発生装置において、The atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 7 of the present invention is the atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 1 or 3,
前記プラズマを計測するプラズマセンサはラングミュアプローブである。The plasma sensor for measuring the plasma is a Langmuir probe.

本発明によれば、複数のプラズマ発生源または、複数のプラズマ励起点（アンテナ）へのマイクロ波電力を同時的にまたは個別に制御できる。その結果、均一で大面積のプラズマ発生領域を得ることができる。またその使用環境、目的に対応してプラズマの強度の制御も可能である。このような均一性の確保や制御は従来の装置では不可能であった。 According to the present invention, microwave power to a plurality of plasma generation sources or a plurality of plasma excitation points (antennas) can be controlled simultaneously or individually. As a result, a uniform and large-area plasma generation region can be obtained. In addition, the intensity of the plasma can be controlled according to the use environment and purpose. Such a uniformity cannot be ensured or controlled by a conventional apparatus.

以下、図面等を参照して、本発明による大気圧大面積プラズマ発生装置の実施形態を説明する。図１Ａは、複数のそれぞれ独立したプラズマヘッドを組み合わせて構成した本発明の大気圧大面積プラズマ発生装置のブロック図である。なお本件発明者は、特開２００４−１７２０４４号として前記プラズマヘッドとして利用できるマイクロ波プラズマ発生装置を提案している。図１Ｂは、複数のそれぞれ独立したプラズマアンテナ（マイクロ波供給源）を組み合わせて用いた本発明の大気圧大面積プラズマ発生装置のブロック図である。 Hereinafter, an embodiment of an atmospheric pressure large area plasma generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a block diagram of an atmospheric pressure large area plasma generator of the present invention configured by combining a plurality of independent plasma heads. The present inventor has proposed a microwave plasma generator that can be used as the plasma head in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-172044. FIG. 1B is a block diagram of an atmospheric pressure large area plasma generator of the present invention using a plurality of independent plasma antennas (microwave supply sources) in combination.

まず最初に、図１Ａに示す本発明の大気圧大面積プラズマ発生装置について説明する。前記大気圧大面積プラズマ発生装置は、マイクロ波発振器１、マイクロ波変調回路２、電力増幅装置３、プラズマ発生装置群４、制御回路５と手動操作用キーボード６から構成する。さらに、電力増幅装置３は、３₁ ，３₂ ，３₃ ，・・・，３_N-1 ，３_N の番号のついたＮ個の複数の電力増幅器を含んでいる。 First, the atmospheric pressure large area plasma generator of the present invention shown in FIG. 1A will be described. The atmospheric pressure large area plasma generator comprises a microwave oscillator 1, a microwave modulation circuit 2, a power amplifier 3, a plasma generator group 4, a control circuit 5 and a manual operation keyboard 6. Furthermore, the power amplifying device 3 includes _N power amplifiers numbered 3 ₁ , 3 ₂ , 3 ₃ ,..., 3 _N−1 , 3 _N.

図２は、マイクロ波発振器１の内部の回路を示している。図２に示すようにマイクロ波発振器１は、発振回路１３、増幅器１５を含んでいる。発振回路１３は、固体半導体素子で構成し、プラズマ励起用に使用する高い周波数のマイクロ波を発生する。発振回路１３はＶＣＯ回路で構成されており、このマイクロ波発振周波が、端子１４に接続される周波数制御信号ＣＦＴ（図４Ａに示すＣＦＴ１信号３Ｅなどである）により変化させられる。 FIG. 2 shows an internal circuit of the microwave oscillator 1. As shown in FIG. 2, the microwave oscillator 1 includes an oscillation circuit 13 and an amplifier 15. The oscillation circuit 13 is composed of a solid semiconductor element, and generates a high-frequency microwave used for plasma excitation. The oscillation circuit 13 is composed of a VCO circuit, and the microwave oscillation frequency is changed by a frequency control signal CFT (such as the CFT1 signal 3E shown in FIG. 4A) connected to the terminal 14.

図３に、マイクロ波変調回路２を示す。マイクロ波変調回路２は変調器２２、アイソレータ２３、増幅器２５を含んでいる。変調器２２はＰＩＮダイオードで構成される変調回路であり、端子２４に印加される制御信号ＣＴＰＴにより変調される。図７にＣＴＰＴ信号を示す。ＣＴＰＴ信号は、パルス信号であり、そのパルス信号のパルス幅はｔ、繰り返し時間はＴである。このＣＴＰＴ信号のパルス幅ｔと周期時間Ｔを変化させることでマイクロ波の発振継続時間および発振間隔を可変とする。
このパルス信号が変調器２２に印加されると、図８に示すように、マイクロ波の波形は、発振している時間ｔと繰り返す時間Ｔ（周期時間間隔）である出力信号に変換される。
このパルス変調されたマイクロ波はアイソレータ２３、増幅器２５を通り、出力端２６に出力される。この変調されたマイクロ波の出力が図４Ａに示す電力増幅器３₁の入力端３１に加えられる。次にアイソレータ２３は、プラズマ状態の形成の前後における大きい負荷変動による反射電力を遮断するために用いられる。これにより、マイクロ波発振器１の発振周波数は、負荷の影響を受けず、安定した発振を持続する。 FIG. 3 shows the microwave modulation circuit 2. The microwave modulation circuit 2 includes a modulator 22, an isolator 23, and an amplifier 25. The modulator 22 is a modulation circuit composed of a PIN diode, and is modulated by a control signal CTPT applied to the terminal 24. FIG. 7 shows the CTPT signal. The CTPT signal is a pulse signal, the pulse width of the pulse signal is t, and the repetition time is T. By changing the pulse width t and the period time T of the CTPT signal, the oscillation duration time and the oscillation interval of the microwave are made variable .
When this pulse signal is applied to the modulator 22, as shown in FIG. 8, the waveform of the microwave is converted into an output signal having an oscillation time t and a repeating time T (periodic time interval).
The pulse-modulated microwave passes through the isolator 23 and the amplifier 25 and is output to the output terminal 26. The output of the modulated microwave is applied to the input terminal 31 of the power amplifier 3 ₁ shown in FIG. 4A. Next, the isolator 23 is used to cut off the reflected power due to a large load fluctuation before and after the formation of the plasma state. As a result, the oscillation frequency of the microwave oscillator 1 is not affected by the load and maintains stable oscillation.

この安定化した周波数の出力信号は、電力増幅装置３（各電力増幅器３₁ 〜３_N ）に接続される。
図４Ａに、電力増幅器３₁ の入力端３１に接続されている状態を示す。各電力増幅器３₁ 〜３_N の出力は、プラズマ発生装置群４のうちの対応する発生装置（４１Ｓ〜４ＮＳ）に接続される。電力増幅器３₁ 〜３_N は同一の構成であり、マイクロ波の振幅電圧を調整する減衰器３２、増幅器３４，３５、アイソレータ３６、方向性結合器３７、減衰器３２をコントロールする制御回路３９、電力増幅器で消費する直流電圧を供給する交流直流電圧変換回路３Ａ、マイクロ波周波数安定用帰還回路３Ｄを含む。前記電力増幅器はマイクロ波用ＬＤＭＯＳ（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor）などの固体半導体素子で構成し、小形化と高い信頼性を有する。 The output signal having the stabilized frequency is connected to the power amplifying device 3 (the power amplifiers 3 _{1 to} 3 _N ).
Figure 4A, shows a state of being connected to an input terminal 31 of the power amplifier 3 _1. Outputs of the power amplifiers 3 _{1 to} 3 _N are connected to corresponding generators (41S to 4NS) in the plasma generator group 4. The power amplifiers 3 _{1 to} 3 _N have the same configuration, and an attenuator 32 for adjusting the amplitude voltage of the microwave, amplifiers 34 and 35, an isolator 36, a directional coupler 37, a control circuit 39 for controlling the attenuator 32, An AC / DC voltage conversion circuit 3A for supplying a DC voltage consumed by the power amplifier and a microwave frequency stabilization feedback circuit 3D are included. The power amplifier is composed of a solid-state semiconductor element such as a microwave LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor), and has a small size and high reliability.

減衰器３２は、ＰＩＮダイオードで構成されており、マイクロ波の振幅電圧を調整する。減衰器３２は、ＣＰＵを内蔵する制御回路３９の制御信号により、伝達するマイクロ波の振幅電圧の減衰量を制御する。直流電圧を減衰器３２のＰＩＮダイオードに印加して、マイクロ波の交流信号に対して減衰量を制御する。増幅器３４，３５は、マイクロ波の信号を増幅し、プラズマ発生装置で必要とする電力を供給する。また、アイソレータ３６は前述したとおり、負荷側からの反射電力を遮断する。 The attenuator 32 is composed of a PIN diode, and adjusts the amplitude voltage of the microwave. The attenuator 32 controls the attenuation amount of the transmitted amplitude voltage of the microwave by a control signal from the control circuit 39 incorporating the CPU. A DC voltage is applied to the PIN diode of the attenuator 32 to control the amount of attenuation with respect to the microwave AC signal. The amplifiers 34 and 35 amplify the microwave signal and supply power required by the plasma generator. Further, as described above, the isolator 36 cuts off the reflected power from the load side.

方向性結合器３７を用いたマイクロ波周波数安定用帰還回路３Ｄの動作を説明する。
方向性結合器３７のａ端子とｂ端子にはそれぞれ進行波と反射波が出力される。反射波は位相器を通して３ｄｂ結合器に加えられる。この反射波を位相器で調整することにより、共振周波数において反射波と進行波の位相差が零になるように設定できる。一方進行波は３ｄｂ結合器に加わり、この結合器の出力端子から検出器に供給され、直流電圧に変換される。進行波から変換された直流電圧と、反射波から変換された直流電圧とが差動増幅器の入力部に供給される。共振周波数において反射波と進行波の位相差が零になるときに、この２つの直流電圧が等しくなるので、差動増幅器の出力電圧は零になる。なお、この動作については前述した特開２００４−１７２０４４号にさらに詳しく説明している。 The operation of the microwave frequency stabilization feedback circuit 3D using the directional coupler 37 will be described.
A traveling wave and a reflected wave are output to the a terminal and the b terminal of the directional coupler 37, respectively. The reflected wave is applied to the 3db coupler through the phase shifter. By adjusting this reflected wave with a phase shifter, the phase difference between the reflected wave and the traveling wave can be set to zero at the resonance frequency. On the other hand, the traveling wave is applied to the 3 db coupler, supplied from the output terminal of the coupler to the detector, and converted into a DC voltage. The DC voltage converted from the traveling wave and the DC voltage converted from the reflected wave are supplied to the input section of the differential amplifier. When the phase difference between the reflected wave and the traveling wave becomes zero at the resonance frequency, the two DC voltages are equal, so the output voltage of the differential amplifier becomes zero. This operation is described in more detail in the aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-172044.

この差動増幅器の出力電圧は、図４Ａに示す制御信号３Ｅ（ＣＦＴ１）などであり、マイクロ波周波数の安定化に利用する。
前述した共振周波数では、制御信号ＣＦＴ１は零になり、たとえば、共振周波数より高い時には、制御信号ＣＦＴ１はプラスに、共振周波数より低い時には、制御信号ＣＦＴ１はマイナスになる。このように、このネガティブフィードバック（負帰還）の作用により、発振回路１３の発振周波数は、常に共振周波数を維持するようになる。 The output voltage of this differential amplifier is the control signal 3E (CFT1) shown in FIG. 4A, which is used to stabilize the microwave frequency.
At the above-described resonance frequency, the control signal CFT1 becomes zero. For example, when the frequency is higher than the resonance frequency, the control signal CFT1 is positive. When the frequency is lower than the resonance frequency, the control signal CFT1 is negative. As described above, the oscillation frequency of the oscillation circuit 13 always maintains the resonance frequency by the action of this negative feedback (negative feedback).

マイクロ波プラズマ発生装置群４の任意の同軸キャビティ（４Ｋ）内の中心部で、ガスがプラズマ状態でないときに、共振周波数で動作するように設定する。ガスがプラズマ状態に転換したときに、同軸キャビティ（４Ｋ）内の電界分布が変化し、大きく負荷状態が変化し、同軸キャビティ（４Ｋ）の共振周波数も変動するが、キャビティの寸法設計の最適化を計ることにより、プラズマ化の前後の周波数変化を充分に少なくできる。
この負荷状態が変わる場合、前記の最適化により、この周波数は、キャビティの固有の共振周波数とは少し異なる周波数になるが、この周波数の差異は少なくなる。 When the gas is not in a plasma state at a central portion in an arbitrary coaxial cavity (4K) of the microwave plasma generator group 4, it is set to operate at a resonance frequency. When the gas changes to the plasma state, the electric field distribution in the coaxial cavity (4K) changes, the load state changes greatly , and the resonant frequency of the coaxial cavity (4K) also fluctuates , but the dimensional design of the cavity is optimized. By measuring this, the frequency change before and after the plasma formation can be sufficiently reduced.
If this load condition changes, the above optimization causes this frequency to be slightly different from the inherent resonant frequency of the cavity, but this frequency difference is reduced.

各電力増幅器は交流電源を内蔵している。たとえば電力増幅器３₁ は、この交流電圧を直流電圧に変換して、電力増幅器３₁ で使用される最大消費直流電力まで供給することができる。
一つの電力増幅器内に交流電源を内蔵する手段により、広い領域のプラズマ応用の要望に対してプラズマ発生装置の増設すなわち電力増幅器３₁ ・・の増設が必要になるときに、交流電源の新設は不要である。
多様なプラズマ洗浄に対して、プラズマ発生装置は、規格化された電力増幅器ユニットを挿入するだけの簡単な操作で対応できる大きな利点がある。 Each power amplifier contains an AC power supply. For example, the power amplifier 3 ₁ can convert this AC voltage into a DC voltage and supply it up to the maximum consumed DC power used by the power amplifier 3 ₁ .
When it is necessary to increase the number of plasma generators, that is, to increase the power amplifier 3 _1. It is unnecessary.
The plasma generator has a great advantage that it can cope with various plasma cleaning by a simple operation by inserting a standardized power amplifier unit.

図９は電力増幅器の冷却機構を示す斜視図である。
電力増幅器のアンプ回路チップ６３ａ，６３ｂから熱が発生する。アンプ回路チップ６３ａ，６３ｂに密着した冷却フィン６１には側面に空気溝６４が設けられている。
この空気溝６４に冷却用空気６５を送って、冷却する。冷却機構は水冷方式ではなく、空冷方式にすることにより、装置の信頼性と簡便性を向上させる。 FIG. 9 is a perspective view showing a cooling mechanism of the power amplifier.
Heat is generated from the amplifier circuit chips 63a and 63b of the power amplifier. An air groove 64 is provided on the side surface of the cooling fin 61 in close contact with the amplifier circuit chips 63a and 63b.
Cooling air 65 is sent to the air groove 64 to cool it. The cooling mechanism is not a water cooling system but an air cooling system, thereby improving the reliability and simplicity of the apparatus.

各電力増幅器３₁ 〜３_N は、それぞれ対応する一つのプラズマ発生装置４１〜４Ｎを励起するので、広い領域をプラズマで洗浄する場合、多数のプラズマ発生装置４１〜４Ｎを組み合わせて配置する。
この多数のプラズマヘッドの発生装置を励起するために、図１Ａに示すとおり、電力増幅器３₁ 〜３_N を並列に構成する。 Each of the power amplifiers 3 _{1 to} 3 _N excites the corresponding one of the plasma generators 41 to 4N. Therefore, when cleaning a wide area with plasma, a large number of plasma generators 41 to 4N are arranged in combination.
In order to excite the multiple plasma head generators, the power amplifiers 3 _{1 to} 3 _N are configured in parallel as shown in FIG. 1A.

以上説明したとおり、洗浄領域の大きさに対応するプラズマ発生装置の数および組み合わせの選択は極めて容易である。
図５にプラズマ発生装置群４をプラズマ発生装置４１からプラズマ発生装置４Ｎまでの組み合わせで配置した例を示す。各プラズマ発生装置４１〜４Ｎの同軸の上方からプラズマガスが供給されている。そして、各プラズマ発生装置４１〜４Ｎの同軸の側面からマイクロ波が入力される。プラズマガスの洗浄の対象である試料４００は、均一にプラズマガスに接触される。プラズマガスの中にプラズマの強度を検出する検出器４１Ｓ〜４ＮＳが配置されている。検出器は二本の深針の簡単な構造のラングミュア（Langmuir）プローブを用いる。この深針間に直流電圧を印加して、流れる電流を測定する。前記深針間に流れる電流を電圧に変換する。たとえば、プラズマ発生装置４１に配置する検出器４１Ｓから変換された電圧をＤ１とする。 As described above, it is very easy to select the number and combination of plasma generators corresponding to the size of the cleaning region.
FIG. 5 shows an example in which the plasma generator group 4 is arranged in combination from the plasma generator 41 to the plasma generator 4N. Plasma gas is supplied from above the coaxial axis of each of the plasma generators 41 to 4N. And a microwave is input from the coaxial side surface of each plasma generator 41-4N. A sample 400 to be cleaned with plasma gas is uniformly contacted with the plasma gas. Detectors 41S to 4NS for detecting the intensity of plasma are arranged in the plasma gas. The detector uses a Langmuir probe with a simple structure of two deep needles. A direct current voltage is applied between the deep hands, and the flowing current is measured. The current flowing between the deep hands is converted into a voltage. For example, the voltage converted from the detector 41S arranged in the plasma generator 41 is D1.

図６に制御回路５を示す。前記電圧Ｄ１は制御回路５でディジタル信号に変換され、制御信号ＣＴＤとＣＴＰＴに変換される。電圧Ｄ１は増幅器５２で増幅され、マルチプレキサー５３に入力される。このマルチプレキサー５３により、Ｄ１からＤＮの電圧を直列の電圧列に並び替え、Ａ／Ｄ変換器５４に入力する。Ｄ１からＤＮの電圧をディジタルデータに変換する。
ＣＰＵ５６はこれらのディジタルデータを演算し、このディジタルデータをＤ／Ａ変換器５７により、アナログ電圧ＣＴＤ１に変換する。このアナログ電圧ＣＴＤ１は、図４Ａに示す電力増幅器３₁ の入力端子３Ｂに入力され、これにより個別的にマイクロ波電力の強度を制御する。 FIG. 6 shows the control circuit 5. The voltage D1 is converted into a digital signal by the control circuit 5 and converted into control signals CTD and CTPT. The voltage D <b> 1 is amplified by the amplifier 52 and input to the multiplexer 53. The multiplexer 53 rearranges the voltages D1 to DN into a series voltage string and inputs it to the A / D converter 54. The voltage from D1 to DN is converted into digital data.
The CPU 56 calculates these digital data, and converts the digital data into an analog voltage CTD1 by the D / A converter 57. The analog voltage CTD1 is input to the input terminal 3B of the power amplifier 3 ₁ shown in FIG. 4A, thereby controlling the intensity of individually microwave power.

次に、この実施例においてはＣＴＰＴ信号は、図１Ａに示すように、全ての電力増幅装置３に対して同じ信号になる。図１ＡのＣＴＰＴ信号は、マイクロ波変調回路２に接続されている。また、この実施例では、ＣＴＰＴ信号は、プラズマ発生装置全体の平均電力を規定することになる。その平均電力の制御は、プラズマ発生装置を使用する環境により、また、装置起動時および定常動作時等の電力制御の際に有効である。
一般的には、次の制御方法を選択する。

１）Ｄ１からＤＮの平均値からＣＴＰＴ信号を決定する。

２）図１Ａに示すキーボード６から入力する一定の値にＤを固定する。
以上、図１Ａに示したプラズマ発生装置の一例を説明した。 Next, in this embodiment, the CTPT signal is the same signal for all the power amplifying devices 3 as shown in FIG. 1A. The CTPT signal in FIG. 1A is connected to the microwave modulation circuit 2. In this embodiment, the CTPT signal defines the average power of the entire plasma generator. The control of the average power is effective depending on the environment in which the plasma generator is used, and at the time of power control at the time of starting the apparatus and during steady operation.
In general, the following control method is selected.

1) The CTPT signal is determined from the average value of D1 to DN.

2) D is fixed to a fixed value input from the keyboard 6 shown in FIG. 1A.
The example of the plasma generator shown in FIG. 1A has been described above.

先に、マイクロ波発振器１の周波数制御について簡単に説明したが、最後にシステム全体の周波数制御について説明する。
図１Ａ，図４Ａで示す電力増幅器の各回路に方向性結合器が内蔵されている。
よってこの回路から周波数制御信号ＣＦＴ１，，ＣＦＴｎが出力される。図６に示す制御回路５の下部に示す回路がこのＣＦＴ１などの信号を処理する回路である。
この回路は、マルチプレキサー５Ｅ，増幅回路５Ｆ，Ｄ／Ａ変換回路５Ｇ，制御用ＣＰＵ５Ｈ，アナログスイッチ５Ｉと増幅回路５Ｊで構成される。
以下、この回路の動作について図１６を参照して説明する。制御の方法は次の３通りがある。
１）プラズマ発生の条件を調査研究するために、周波数を細かく設定し、プラズマの発生を研究する段階でキー入力して実施する方法。この処理は図１６に示す１の処理である。
２）ＣＦＴ１からＣＦＴｎの信号の内のどれかを選択する方法。この処理は図１６に示す２の処理である。
ＣＦＴ１の入力端５Ｃから増幅器５Ｄにこの信号が入力される。マルチプレキサー５Ｅは、ＣＰＵ５Ｈの制御信号ＳＥＬＡにより、ＣＦＴ１からＣＦＴｎの信号の内の一つの信号を出力する。増幅回路５Ｆを通り、アナログスイッチ５Ｉに入力する。ＣＰＵ５Ｈからの制御信号により、アナログスイッチ５Ｉは増幅回路５Ｆの出力信号をアナログスイッチ５Ｉの出力に伝達する。
この信号が増幅回路５Ｊをとおり、出力端５ＫにＣＦＴ制御信号を出力する。この制御信号ＣＦＴがマイクロ波発振器１の入力端１４に印加され、発振周波数を制御する。
この負帰還制御により、一定の周波数に保持することができる。
ＣＦＴ１からＣＦＴｎの信号のどれを選択するかはＣＰＵまたはキーボードから決定できる。
３）ＣＰＵが一定のプログラムに従って周波数を制御する方法。この処理は図１６に示す３の処理である。
プラズマ発生時の周波数とプラズマ発生後の温度変化により、周波数の変移を見込んで周波数をシフトし、発振の効果をあげる。
周波数のシフトはあらかじめ実験テストで測定しておき、プログラムにそのデータをプログラムする方法をとる。
この場合、ＣＰＵ５ＨはＤ／Ａ変換回路５Ｇにディジタルデータを転送し、Ｄ／Ａ変換回路５Ｇの出力端にアナログ電圧を出力する。同時にＣＰＵ５Ｈからの制御信号ＳＥＬＢにより、アナログスイッチ５ＩはＤ／Ａ変換回路５Ｇの出力信号をアナログスイッチ５Ｉの出力に伝達する。このＣＦＴ制御信号がマイクロ波発振器１の発振周波数を変える。
このようにＣＰＵの制御を利用して、使用状態に対応した柔軟かつ複雑な制御を実行して、発振効率を上げることが可能になる。 First, the frequency control of the microwave oscillator 1 has been briefly described. Finally, the frequency control of the entire system will be described.
A directional coupler is built in each circuit of the power amplifier shown in FIGS. 1A and 4A.
Therefore, frequency control signals CFT1, CFTn are output from this circuit. The circuit shown at the bottom of the control circuit 5 shown in FIG. 6 is a circuit for processing signals such as CFT1.
This circuit includes a multiplexer 5E, an amplifier circuit 5F, a D / A converter circuit 5G, a control CPU 5H, an analog switch 5I, and an amplifier circuit 5J.
The operation of this circuit will be described below with reference to FIG. There are the following three control methods.
1) A method in which the frequency is set finely and key input is performed at the stage of studying plasma generation in order to investigate and study the conditions of plasma generation. This process is the process 1 shown in FIG.
2) A method for selecting one of the signals from CFT1 to CFTn. This process is process 2 shown in FIG.
This signal is input to the amplifier 5D from the input terminal 5C of the CFT1. The multiplexer 5E outputs one of the signals CFT1 to CFTn according to the control signal SELA of the CPU 5H. The signal passes through the amplifier circuit 5F and is input to the analog switch 5I. In response to a control signal from the CPU 5H, the analog switch 5I transmits the output signal of the amplifier circuit 5F to the output of the analog switch 5I.
This signal passes through the amplifier circuit 5J and outputs a CFT control signal to the output terminal 5K. This control signal CFT is applied to the input terminal 14 of the microwave oscillator 1 to control the oscillation frequency.
By this negative feedback control, a constant frequency can be maintained.
Which of the CFT1 to CFTn signals is selected can be determined from the CPU or the keyboard.
3) A method in which the CPU controls the frequency according to a certain program. This process is the process 3 shown in FIG.
The frequency is shifted in anticipation of the frequency shift by the frequency at the time of plasma generation and the temperature change after the plasma generation, thereby improving the oscillation effect.
The frequency shift is measured in advance by an experimental test, and the data is programmed in a program.
In this case, the CPU 5H transfers the digital data to the D / A conversion circuit 5G and outputs an analog voltage to the output terminal of the D / A conversion circuit 5G. At the same time, the analog switch 5I transmits the output signal of the D / A conversion circuit 5G to the output of the analog switch 5I by the control signal SELB from the CPU 5H. This CFT control signal changes the oscillation frequency of the microwave oscillator 1.
As described above, it is possible to increase the oscillation efficiency by executing the flexible and complicated control corresponding to the use state by using the control of the CPU.

次に本発明の第２の実施形態である図１Ｂに示した大気圧大面積プラズマ発生装置について説明する。この実施形態も図１Ａに示した大気圧下でプラズマ生成用ガスを励起するマイクロ波励起プラズマガス発生装置と共通の目的と同様な機能をもつプラズマガス発生装置である。
マイクロ波発振器１は、発振周波数が可変なＶＣＯ回路を含むものである。
マイクロ波変調回路２もマイクロ波発振器１に接続されているマイクロ波の発振継続時間および発振間隔を可変とする変調器２２とアイソレータ２３と増幅器２５とを含んでいる。
マイクロ波電力増幅装置３は、マイクロ波変調器２の出力に接続されている、ユニット化した複数のマイクロ波電力増幅器３₁ 〜３_N を含んでいる。
空洞共振器８は、図１０，１１に示されているように対向する細長いギャップで結合する一対の空洞８ａ，８ｂよりなり、前記ギャップ間に、前記ギャップに直交する方向にプラズマ生成用ガスを通過させる誘電体通路をもち、マイクロ波電力増幅器３ ₁ 〜３ _N からの電力を前記空洞に供給する結合アンテナ８１〜８Ｎが前記ギャップの方向に沿って一方の空洞８ａの空洞壁に配置されている。
また複数のプラズマセンサ８１Ｓ〜８ＮＳが、前記誘電体通路のプラズマガス排出口に配置されている。
制御回路５には前記プラズマセンサの出力が接続されており、マイクロ波の発振継続時間と発振周期を制御してマイクロ波変調器２の出力を制御する。制御回路５は、供給電力を制御するプログラムを有し、前記プログラムにしたがって制御信号をマイクロ波発振器１，マイクロ波変調器２またはマイクロ波電力増幅器３ ₁ 〜３ _N に接続する。 Next, the atmospheric pressure / large area plasma generator shown in FIG. 1B according to the second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is also a plasma gas generator having the same function as the microwave-excited plasma gas generator that excites the plasma generating gas under the atmospheric pressure shown in FIG. 1A.
Microwave oscillator 1 are those oscillation frequency comprising a variable VCO circuits.
Microwave modulator 2 also includes a modulator 22 and an isolator 23 and an amplifier 25 for varying the oscillation duration and an oscillation interval of the microwaves connected to microwave oscillator 1.
The microwave power amplifying device 3 includes a plurality of unitized microwave power amplifiers 3 _{1 to} 3 _N connected to the output of the microwave modulator 2.
As shown in FIGS. 10 and 11, the cavity resonator 8 is composed of a pair of cavities 8a and 8b that are coupled by opposing elongated gaps. Between the gaps, a plasma generating gas is passed in a direction perpendicular to the gaps. Microwave power amplifier 3 _{1 to} 3 _N having a dielectric path to pass through Coupling antennas 81 to 8N for supplying electric power from the cavities to the cavities are arranged on the cavity wall of one of the cavities 8a along the gap direction.
A plurality of plasma sensors 81S to 8NS are disposed at the plasma gas discharge port of the dielectric passage.
The control circuit 5 is connected output of the plasma sensor controls the output of the microwave modulator 2 controls the oscillation duration and the oscillation period of the microwave. The control circuit 5 has a program for controlling the supplied power, and the control signal is sent to the microwave oscillator 1 , the microwave modulator 2, or the microwave power amplifiers 3 _{1 to} 3 _N according to the program. Connect to.

制御回路５は、図１Ａの実施形態で説明した回路と殆ど同じである。しかし若干相違する点があるので、以下相違点について補足する。
図１Ｂに示すプラズマアンテナで構成したマイクロ波プラズマ発生装置は、図１Ａの電力増幅装置３と一部が異なる。
図４Ｂの回路には、位相制御回路３３が付加されている。ＣＰＵを内蔵する制御回路３９の制御信号により、位相制御回路３３が働き、マイクロ波の位相を変化させる。
この装置の特徴は、プラズマ発生装置のエレメントが一列に配列されており、その間隔は、マイクロ波の導波管（チェンバ）内におけるマイクロ波管内波長の４分の１の長さ
（λ_g ／４）に設定されている。当然エレメントの列の長さはマイクロ波管内波長λ_g に対して充分な長さになっている。 The control circuit 5 is almost the same as the circuit described in the embodiment of FIG. 1A. However, there are some differences, so the differences will be supplemented below.
The microwave plasma generator configured by the plasma antenna shown in FIG. 1B is partially different from the power amplifying device 3 in FIG. 1A.
A phase control circuit 33 is added to the circuit of FIG. 4B. The phase control circuit 33 is activated by the control signal of the control circuit 39 incorporating the CPU to change the phase of the microwave.
The characteristic of this apparatus is that the elements of the plasma generator are arranged in a line, and the distance between them is a length (λ _g / 4) of the wavelength in the microwave tube in the microwave waveguide (chamber). 4). Naturally, the length of the row of elements is sufficiently long with respect to the wavelength λ _{g in the} microwave tube.

前記プラズマ発生装置におけるプラズマ発生の前後のモードは、図１１Ａ，１１Ｂと図１２Ａ，１２Ｂに示されている。まず、プラズマが発生する前の電界モードでは、図１１Ａに示すように、電界はチェンバのスリット間に発生する。チェンバ内のＱは高いので、電界に対して直角方向のアンテナで励起することで、カップリングを１に近くする。このことにより最大電力が供給され、プラズマ化を促進する。 The modes before and after plasma generation in the plasma generator are shown in FIGS. 11A and 11B and FIGS. 12A and 12B . First, an electric field mode before plasma is generated, as shown in FIG. 11 A, an electric field is generated between chambers slit. Since Q in the chamber is high, the coupling is brought close to 1 by exciting with an antenna perpendicular to the electric field. As a result, the maximum power is supplied and the plasma is promoted.

次にプラズマが発生した後の電界モードでは、図１２Ａに示すように、電界はアンテナ側とチェンバのスリット間に発生する。プラズマが発生しているので、チェンバ内のＱは低くなる。この電界はアンテナと同じ方向で励起されるので、カップリングはまたほぼ１に近くなる。このことにより電力がアンテナから充分供給され、強いプラズマが維持される。
前記プラズマ発生装置におけるプラズマ発生前の等価回路は、図１１Ｂに示す回路で表される。チェンバ内のＱは非常に高く、コンダクタンスＧ₁ は極めて小さい。このときの共振周波数はω₁ で、ＱはＱ₁ である。アンテナ出力がチェンバに電力を供給するときの結合係数はｋ₁ である。プラズマ発生後の等価回路は、図１２Ｂに示す回路で表される。プラズマが発生すると、チェンバ内のコンダクタンスＧ₂ は大きくなる。このときの共振周波数はω₂ で、ＱはＱ₂ となる。
本発明では、条件（ω₁ ≒ω₂ ）と条件（ｋ₂ ／ｋ₁ ）≒（Ｇ₂ ／Ｇ₁ ）を満足するように、アンテナの形状とチェンバの形状を最適化することが重要である。
この回路条件の最適化で、プラズマ発生の前後で共振周波数が一定に保たれ、プラズマが安定に維持される。プラズマ発生前後で、前述した電界モードが変化することにより、条件が満足させられる。
このようにこのプラズマ発生装置の構造は、プラズマ発生に適した構造であることが特徴である。 Next, in the electric field mode after the plasma is generated, an electric field is generated between the antenna side and the slit of the chamber, as shown in FIG. 12A. Since plasma is generated, the Q in the chamber becomes low. Since this electric field is excited in the same direction as the antenna, the coupling is also close to unity. As a result, sufficient electric power is supplied from the antenna, and strong plasma is maintained.
The equivalent circuit before plasma generation in the plasma generator is represented by the circuit shown in FIG. 11B. The Q in the chamber is very high and the conductance G ₁ is very small. At this time, the resonance frequency is ω ₁ and Q is Q ₁ . The coupling coefficient when the antenna output supplies power to the chamber is k ₁ . The equivalent circuit after plasma generation is represented by the circuit shown in FIG. 12B. When plasma is generated, the conductance G ₂ in the chamber increases. The resonance frequency at this time is ω ₂ and Q is Q ₂ .
In the present invention, it is important to optimize the antenna shape and the chamber shape so that the condition (ω ₁ ≈ω ₂ ) and the condition (k ₂ / k ₁ ) ≈ (G ₂ / G ₁ ) are satisfied. Oh Ru.
By optimizing the circuit conditions, the resonance frequency is kept constant before and after plasma generation, and the plasma is maintained stably. The condition is satisfied by changing the electric field mode described above before and after the plasma generation.
Thus, the structure of this plasma generator is characterized by a structure suitable for plasma generation.

図４Ｂは本発明による第２の実施形態である大気圧大面積プラズマ発生装置における電力増幅装置を示す回路図である。この回路は図４Ａに示されている回路の他に位相制御回路３３が付加されている。図６に示したＣＰＵを内蔵する制御回路３９の制御信号により、位相制御回路３３が働き、マイクロ波の位相を変化させる。この装置の特徴は、図１３上段に示すように、プラズマアンテナが一列に配列しており、その間隔は、マイクロ波のチェンバ内におけるマイクロ波波長の４分の１の長さλ_g ／４に設定する。この間隔により、チェンバ内部の定在波の波形は、図１３下段に示すように、隣同士のアンテナの定在波の位相差は９０度になるので隣同士のアンテナの干渉の影響を抑えることができる。しかし、プラズマ発生前後におけるチェンバ内のインピーダンスの変化により定在波の位相が変わるので、これを制御するために位相制御回路３３により位相調整を実行する。また一定時間の電界の平均は、チェンバの長さ方向（エレメントの列の長さ方向）に対して一定になる特徴がある。このことは、チェンバの長さ方向に対して電力が一定になることを示し、試料に一様な照射が可能になる。
当然アンテナエレメントの列の長さはマイクロ波波長λ_g に対して充分な長さになっている。よって壁側からの反射波は少なくなる。
前記プラズマ発生装置に使用するアンテナは、モノポールアンテナ、誘電体ホーンアンテナ、パッチアンテナ、ヘリカルアンテナなど使用できる。 FIG. 4B is a circuit diagram showing a power amplifying device in the atmospheric pressure / large area plasma generator according to the second embodiment of the present invention. In this circuit, a phase control circuit 33 is added in addition to the circuit shown in FIG. 4A. The phase control circuit 33 operates by the control signal of the control circuit 39 incorporating the CPU shown in FIG. 6 to change the phase of the microwave. As shown in the upper part of FIG. 13, this apparatus is characterized in that the plasma antennas are arranged in a line, and the interval is set to a length λ _g / 4 of a quarter of the microwave wavelength in the microwave chamber. Set. With this interval, the waveform of the standing wave inside the chamber is 90 degrees as shown in the lower part of FIG. 13, so that the influence of interference between adjacent antennas is suppressed. Can do. However, since the phase of the standing wave changes due to the change in the impedance in the chamber before and after the plasma generation, the phase adjustment is performed by the phase control circuit 33 in order to control this. Further, there is a feature that the average of the electric field for a certain time is constant with respect to the length direction of the chamber (the length direction of the row of elements). This indicates that the electric power is constant with respect to the length direction of the chamber, and the sample can be uniformly irradiated.
Of course the length of the row of antenna elements has a sufficient length to microwave wavelength lambda _g. Therefore, the reflected wave from the wall side is reduced.
The antenna used for the plasma generator can be a monopole antenna, a dielectric horn antenna, a patch antenna, a helical antenna, or the like.

（第１の実施形態の利用例）図１４は、本発明の第１の実施形態（図１Ａ）である広い領域を短時間でプラズマ洗浄するマイクロ波プラズマ発生源に応用した例の斜視図である。図１５Ａは他の応用例を示す斜視図である。
各応用例において、複数のマイクロ波プラズマ発生源（同軸共振器）４１・・・を支持構造７により特定の空間に向けて配列してある。
図１４に示す先の例では導波管状の支持構造７で、複数のマイクロ波プラズマ発生源（同軸共振器）４１，４２・・を直線上に配置してある。
図１５Ａに示す例では、複数のマイクロ波プラズマ発生源（同軸共振器）４１・・を支持構造７により円盤状に配置し、広い領域を同時に洗浄するプラズマ発生装置を形成している。この場合、大規模なエレメントを必要とするが、短時間で洗浄できるプラズマ発生装置が構築できる。
図１５Ｂに示す例では、複数プラズマアンテナで構成するマイクロ波プラズマ発生源（同軸共振器）４１・・を支持構造７により円盤状に配置し、各プラズマアンテナ間の距離をほぼ管内波長の４分の１の長さλ_g ／４に配置して、広い領域を同時に洗浄するプラズマ発生装置を形成している。この場合、大規模なエレメントを必要とするが、短時間で洗浄できるプラズマ発生装置が構築できる。 (Application Example of the First Embodiment) FIG. 14 is a perspective view of an example applied to a microwave plasma generation source that cleans a wide area in a short time according to the first embodiment (FIG. 1A) of the present invention. is there. FIG. 15A is a perspective view showing another application example.
In each application example, a plurality of microwave plasma generation sources (coaxial resonators) 41... Are arranged by a support structure 7 toward a specific space.
In the previous example shown in FIG. 14, a plurality of microwave plasma generation sources (coaxial resonators) 41, 42,...
In the example shown in FIG. 15A, a plurality of microwave plasma generation sources (coaxial resonators) 41... Are arranged in a disk shape by the support structure 7 to form a plasma generator that cleans a wide area simultaneously. In this case, a large-scale element is required, but a plasma generator capable of cleaning in a short time can be constructed.
In the example shown in FIG. 15B, microwave plasma generation sources (coaxial resonators) 41... Constituted by a plurality of plasma antennas are arranged in a disk shape by the support structure 7, and the distance between each plasma antenna is approximately four quarters of the in-tube wavelength. The plasma generating apparatus is formed so as to clean a wide area at the same length λ _g / 4. In this case, a large-scale element is required, but a plasma generator capable of cleaning in a short time can be constructed.

以上詳しく説明した２つの実施形態に係る装置は、装置を小形化で携帯性に優れた構成とすることができるので、広範囲の応用が可能になる。 The devices according to the two embodiments described in detail above can be applied to a wide range of applications because the devices can be downsized and have excellent portability.

本発明のマイクロ波プラズマ発生装置において、マイクロ波発生源は固体素子を利用することができ、小形化、高い信頼性、長い寿命のマイクロ波プラズマ発生装置が得られる。またマイクロ波用ＬＤＭＯＳなどの固体素子で回路構成するので、高い変換効率で動作させることができる。機械的な付属回路もなく、小形で高出力であり、広い分野に利用できる。
特にプラズマ励起用マイクロ波電力は、固体素子で構成する電力増幅器から供給することにより、マイクロ波発振器の発振出力電力は数ミリワット台の少ない電力で済み、安定した発振が得られる。
前記マイクロ発生源は固体発振器とすることもできるから、装置を一層小形にすることができ、全体を可搬形に構成することもできる。
大気圧に近いガスをマイクロ波で励起させプラズマガスを発生するマイクロ波プラズマ発生装置であって、取り扱いが容易であり、安定した動作ができる。 In the microwave plasma generation apparatus of the present invention, a solid-state element can be used as the microwave generation source, and a microwave plasma generation apparatus having a small size, high reliability, and a long lifetime can be obtained. In addition, since the circuit is composed of a solid-state element such as a microwave LDMOS, it can be operated with high conversion efficiency. There is no mechanical ancillary circuit, and it is small and has high output and can be used in a wide range of fields.
In particular, when the microwave power for plasma excitation is supplied from a power amplifier composed of a solid state device, the oscillation output power of the microwave oscillator can be as low as several milliwatts, and stable oscillation can be obtained.
Since the micro-generation source can be a solid-state oscillator, the apparatus can be further miniaturized and the whole can be configured to be portable.
A microwave plasma generator that generates a plasma gas by exciting a gas close to atmospheric pressure with a microwave, is easy to handle, and can operate stably.

次に、電力増幅器３₁ では、交流電源を内蔵し、この交流電圧を直流電圧に変換して、電力増幅器３₁ で使用される最大消費直流電力を供給している。
一つの電力増幅器３₁ 内に交流電源を内蔵するので、広い領域のプラズマ洗浄の要望にたいしてプラズマ発生装置の増設すなわち電力増幅器３₁ ・・の増設が必要になるときに、交流電源の新設は不要である。
多様なプラズマ洗浄にたいして、プラズマ発生装置は、規格化された電力増幅器ユニットを挿入するだけの簡単な操作で対応できるという利点がある。 Next, the power amplifier 3 ₁ incorporates an AC power supply, converts this AC voltage into a DC voltage, and supplies the maximum consumed DC power used by the power amplifier 3 ₁ .
Since an AC power supply is built into one power amplifier 3 ₁ , it is not necessary to install an AC power supply when it is necessary to add a plasma generator, ie, an additional power amplifier 3 _1. It is.
For various types of plasma cleaning, the plasma generator has the advantage that it can be handled with a simple operation by simply inserting a standardized power amplifier unit.

一つの電力増幅器内に交流電源を内蔵する手段により、広い領域のプラズマ洗浄の要望にたいしてプラズマ発生装置の増設すなわち電力増幅器の増設が必要になるときに、交流電源の新設は不要である。
洗浄領域の大きさにより、プラズマ発生装置の数を増加しても、それに伴う電力増幅器のユニット数だけ増やして簡単に対応できる特徴がある。 When it is necessary to increase the number of plasma generators, that is, to increase the number of power amplifiers in response to the demand for plasma cleaning in a wide area by means of incorporating an AC power source in one power amplifier, it is not necessary to newly install an AC power source.
Depending on the size of the cleaning region, even if the number of plasma generators is increased, the number of power amplifier units associated therewith can be easily increased.

本発明による大気圧大面積プラズマ発生装置は、工業素材の溶融、溶断加工、接合、精製、治金、スプレイなどの工業素材の加工分野、プラズマの発生する光を利用するディスプレイのための光源などの照明分野、微粒子生成、誘導プラズマをイオン化の手段とする微量試料成分の化学分析の分析分野、半導体プロセスの材料における表面処理の洗浄分野に広く利用できる。 The atmospheric pressure large area plasma generator according to the present invention is a processing field of industrial materials such as melting, fusing, joining, refining, metallurgy, and spraying of industrial materials, a light source for a display using light generated by plasma, etc. It can be widely used in the field of illumination, the generation of fine particles, the field of chemical analysis of trace sample components using induced plasma as ionization means, and the field of surface treatment cleaning in semiconductor process materials.

本発明による第１の実施形態であるトーチプラズマタイプの大気圧大面積プラズマ発生装置のブロック図である。1 is a block diagram of a torch plasma type atmospheric pressure large area plasma generator according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明による第２の実施形態であるアンテナプラズマタイプの大気圧大面積プラズマ発生装置のブロック図である。It is a block diagram of an antenna plasma type atmospheric pressure large area plasma generator according to a second embodiment of the present invention. 本発明による大気圧大面積プラズマ発生装置におけるマイクロ波プラズマを励起するマイクロ波発振器の回路の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of the circuit of the microwave oscillator which excites the microwave plasma in the atmospheric pressure large area plasma generator by this invention. 本発明による大気圧大面積プラズマ発生装置におけるマイクロ波変調回路の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of the microwave modulation circuit in the atmospheric pressure large area plasma generator by this invention. 本発明による第１の実施形態である大気圧大面積プラズマ発生装置における電力増幅装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power amplifier in the atmospheric pressure large area plasma generator which is 1st Embodiment by this invention. 本発明による第２の実施形態である大気圧大面積プラズマ発生装置における電力増幅装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power amplification apparatus in the atmospheric pressure large area plasma generator which is 2nd Embodiment by this invention. 本発明による第１の実施形態であるトーチプラズマの大気圧大面積プラズマ発生装置におけるＮ個のプラズマ発生装置で構成するプラズマ発生装置群を示す図である。It is a figure which shows the plasma generator group comprised by the N plasma generators in the atmospheric pressure large area plasma generator of the torch plasma which is 1st Embodiment by this invention. 本発明による大気圧大面積プラズマ発生装置におけるラングミュア（Langmuir）プローブを利用したプラズマ強度測定回路を示す図である。It is a figure which shows the plasma intensity measurement circuit using the Langmuir (Langmuir) probe in the atmospheric pressure large area plasma generator by this invention. ＣＴＰＴ信号を示す図である。It is a figure which shows a CTPT signal. 変調されたマイクロ波波形を示す図である。It is a figure which shows the modulated microwave waveform. 本発明の電力増幅器回路の空冷方式の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the air cooling system of the power amplifier circuit of this invention. 本発明による前記マイクロ波プラズマ発生源と異なる構造の、第２の実施形態であるアンテナプラズマタイプのマイクロ波プラズマ発生源を示す図であるIt is a figure which shows the microwave plasma generation source of the antenna plasma type which is 2nd Embodiment of a different structure from the said microwave plasma generation source by this invention. 本発明による第２の実施形態であるアンテナプラズマタイプのプラズマ発生直前における一例のマイクロ波プラズマ発生源における励起電界の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the excitation electric field in an example microwave plasma generation source just before generation | occurrence | production of the antenna plasma type plasma which is 2nd Embodiment by this invention. 本発明による第２の実施形態であるアンテナプラズマタイプのプラズマ発生直前における一つのアンテナと共振器についてのマイクロ波プラズマ発生源の等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the microwave plasma generation source about one antenna and the resonator immediately before the plasma generation of the antenna plasma type which is 2nd Embodiment by this invention. 本発明による第２の実施形態であるアンテナプラズマタイプのプラズマ発生直後における一例のマイクロ波プラズマ発生源における励起電界の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the excitation electric field in an example microwave plasma generation source immediately after the plasma generation of the antenna plasma type which is 2nd Embodiment by this invention. 本発明による第２の実施形態であるアンテナプラズマタイプのプラズマ発生直後における一つのアンテナと共振器についてのマイクロ波プラズマ発生源の等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the microwave plasma generation source about one antenna and resonator immediately after the plasma generation of the antenna plasma type which is 2nd Embodiment by this invention. 本発明による第２の実施形態であるアンテナプラズマタイプのアンテナの間隔を示す図と本発明によるアンテナプラズマタイプのチェンバ内の定在波の分布を示す図である。It is a figure which shows the space | interval of the antenna plasma type antenna which is 2nd Embodiment by this invention, and a figure which shows distribution of the standing wave in the antenna plasma type chamber by this invention. 本発明の第１の実施形態である広い領域を短時間でプラズマ処理するマイクロ波プラズマ発生源に応用した例の斜視図である。It is a perspective view of the example applied to the microwave plasma generation source which plasma-processes the wide area | region which is the 1st Embodiment of this invention in a short time. 本発明の第１の実施形態である広い領域を短時間でプラズマ処理するマイクロ波プラズマ発生源に応用した他の例の斜視図である。It is a perspective view of the other example applied to the microwave plasma generation source which plasma-processes the wide area | region which is the 1st Embodiment of this invention in a short time. 本発明の第２の実施形態である広い領域を短時間でプラズマ処理するマイクロ波プラズマ発生源に応用した他の例の斜視図である。It is a perspective view of the other example applied to the microwave plasma generation source which plasma-processes the wide area | region which is the 2nd Embodiment of this invention for a short time. 本発明によるＣＰＵが安定な発振周波数を制御するための処理を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the process for CPU by this invention to control a stable oscillation frequency. 従来のマイクロ波プラズマ発生装置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the conventional microwave plasma generator.

Explanation of symbols

１マイクロ波発振器
２マイクロ波変調回路
３電力増幅装置
４プラズマ発生装置群
５制御回路
６手動操作用キーボード
７支持構造
８空洞共振器
８ａ，８ｂ上空洞，下空洞
８１〜８Ｎ空洞励起アンテナ
８１Ｓ〜８ＮＳ検出器（プラズマセンサ）
１３発振回路
１４周波数制御信号ＣＦＴの入力端
１５増幅器
１６出力端
２１マイクロ波変調回路の入力端
２３アイソレータ
２５増幅器
２６マイクロ波変調回路の出力端
３１電力増幅器の入力端
３２減衰器
３３位相制御回路
３４，３５増幅器
３６アイソレータ
３７方向性結合器
３８電力増幅器の出力端
３９制御回路
３Ａ交流直流電圧変換回路
３Ｂ制御信号ＣＴＤの入力端
３Ｃ交流電圧の入力端
３Ｄマイクロ波周波数の制御回路
３ＥＣＦＴ制御信号出力端
４０プラズマガス供給装置
４１，４２，・・・，４Ｎプラズマ発生装置
４１Ｓ，４２Ｓ，・・・，４ＮＳ検出器（プラズマセンサ）
４００試料
５１Ｄ１信号入力端
５２増幅器
５３マルチプレキサー
５４Ａ／Ｄ変換回路
５５ＣＰＵ内蔵の制御回路
５６ＣＰＵ
５７Ｄ／Ａ変換回路
５９ＣＴＰＴ信号出力端
５Ａバッファ
５ＢＣＴＤ１の出力端
５ＣＣＦＴ１の入力端
５Ｄ増幅器
５Ｅマルチプレキサー
５Ｆ増幅器
５ＧＤ／Ａ変換回路
５ＨＣＰＵ
５Ｉアナログスイッチ回路
５Ｊ増幅器
５ＫＣＦＴ出力端
６１冷却フィン
６２電力増幅器
６３ａ，６３ｂアンプ回路チップ
６４空気溝
６５冷却用空気
１７０７マイクロ波発振器
１７０８アイソレータ
１７１０マイクロ波導波管
１７１１パルスモータ制御の３スタブチューナ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microwave oscillator 2 Microwave modulation circuit 3 Power amplifier 4 Plasma generator group 5 Control circuit 6 Manual operation keyboard 7 Support structure 8 Cavity resonator 8a, 8b Upper cavity, lower cavity 81-8N Cavity excitation antenna 81S-8NS Detector (plasma sensor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Oscillation circuit 14 Input terminal of frequency control signal CFT 15 Amplifier 16 Output terminal 21 Input terminal of microwave modulation circuit 23 Isolator 25 Amplifier 26 Output terminal of microwave modulation circuit 31 Input terminal of power amplifier 32 Attenuator 33 Phase control circuit 34 , 35 Amplifier 36 Isolator 37 Directional coupler 38 Power amplifier output 39 Control circuit 3A AC / DC voltage conversion circuit 3B Control signal CTD input 3C AC voltage input 3D Microwave frequency control circuit 3E CFT control signal output End 40 Plasma gas supply device 41, 42, ..., 4N Plasma generator 41S, 42S, ..., 4NS detector (plasma sensor)
400 Sample 51 D1 signal input terminal 52 Amplifier
53 Multiplexer
54 A / D conversion circuit
55 Control circuit with built-in CPU
56 CPU
57 D / A converter circuit
59 input 5D amplifier 5E multiplexed output terminal 5C CFT1 of CTPT signal output terminal 5A buffer 5B CTD1 Lexar 5F amplifier 5G D / A conversion circuit 5H CPU
5I Analog Switch Circuit 5J Amplifier 5K CFT Output Terminal 61 Cooling Fin 62 Power Amplifier 63a, 63b Amplifier Circuit Chip 64 Air Groove 65 Cooling Air 1707 Microwave Oscillator 1708 Isolator 1710 Microwave Waveguide 1711 Pulse Motor Control 3 Stub Tuner

Claims

A microwave-excited plasma gas generator for exciting a plasma generating gas under atmospheric pressure,
A microwave oscillator including a VCO circuit having a variable oscillation frequency;
A microwave modulator including a pulse circuit, an isolator, and an amplifier connected to the microwave oscillator and configured to vary the oscillation duration and the oscillation interval of the microwave output by the microwave oscillator;
A plurality of unitized microwave power amplifiers connected to the output of the microwave modulator;
A cavity resonator in which a plasma generating gas is introduced into the cavity or a part of the cavity, and a plurality of coupled antennas for supplying power from the microwave power amplifier to the cavity are disposed on the cavity wall;
A plurality of antennas and a plurality of plasma sensors arranged in relation to plasma gas generation positions of the cavity resonator;
Wherein the traveling wave incident microwave plasma source of several microwave plasma generating source by measuring the phase of the reflected wave reflected oscillation frequency of the microwave oscillator of the plurality of microwave plasma source Resonance maintenance control section that controls to match the resonance frequency of one microwave plasma generation source, and the pulse that adjusts the oscillation duration and the oscillation interval of the microwave according to either the output of the plasma sensor or a specified value voltage maintenance control unit to maintain the overall output voltage by controlling the circuit, and the microwave power amplifier control according to the measurement results of plasma sensors arranged in connection with the microwave plasma source, the space specific A power adjustment control unit for amplifying the amplitude of the microwave output by the microwave modulator according to the plasma state of And a control device digits,
An atmospheric pressure large area plasma generator.

2. The atmospheric pressure large area plasma generation according to claim 1, wherein the antenna is two-dimensionally arranged such that a distance between antennas adjacent to the cavity wall is about a quarter of an in-tube wavelength of the excitation microwave. apparatus.

A microwave-excited plasma gas generator for exciting a plasma generating gas under atmospheric pressure,
A microwave oscillator including a VCO circuit having a variable oscillation frequency;
A microwave modulator including a pulse circuit, an isolator, and an amplifier connected to the microwave oscillator and configured to vary the oscillation duration and the oscillation interval of the microwave output by the microwave oscillator;
A plurality of unitized microwave power amplifiers connected to the output of the microwave modulator;
It is composed of a pair of cavities coupled by opposing elongated gaps, and has a dielectric passage for passing a plasma generating gas in a direction perpendicular to the gap between the gaps, and supplies power from the microwave power amplifier to the cavities. A cavity resonator in which a plurality of coupled antennas are disposed on the cavity wall;
A plurality of plasma sensors arranged at the plasma gas outlet of the dielectric passage;
The output of the plasma sensor is connected;
The phase of the traveling wave incident on the plurality of microwave plasma generation sources and the reflected wave reflected by the microwave plasma generation source are measured, and the oscillation frequency of the microwave oscillator is one of the plurality of microwave plasma generation sources. Resonance maintenance control unit that controls to match the resonance frequency of two microwave plasma generation sources, and the pulse circuit that adjusts the oscillation duration and interval of microwaves according to either the output of the plasma sensor or a specified value A voltage maintaining controller that controls the entire output voltage by controlling the microwave power amplifier according to a measurement result of a plasma sensor disposed in association with the microwave plasma generation source, and plasma in a specific space A power adjustment control unit that amplifies the amplitude of the microwave output by the microwave modulator according to the situation. And a control device digits,
An atmospheric pressure large area plasma generator.

The atmospheric pressure large-area plasma generator according to claim 3, wherein the plurality of coupled antennas are arranged on the cavity wall along the direction of the gap .

The atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 1 or 3, wherein the microwave oscillator uses a solid-state semiconductor oscillator .

The atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 1 or 3, wherein the microwave power amplifier includes an AC power supply in a circuit .

The atmospheric pressure large area plasma generator according to claim 1 or 3, wherein the plasma sensor for measuring plasma is a Langmuir probe .