アークプラズマ発生装置
【課題】 少なくとも２次元的（平面的）な広がりを有する被処理体に対して、良好にアークプラズマを照射することができるアークプラズマ発生装置を提供する。
【解決手段】 複数の放電電極３１は、各先端部３１ａが射出口２０ａを挟んで対向するよう、射出口２０ａの長手方向両側に射出口２０ａに沿って並設されている。多相交流変換部５２は、複数の単相変圧器によって構成されており、商用の３相交流を変換して多相交流を出力する。各放電電極３１に対応する出力端子からの出力電圧が付与されると、隣接する放電電極３１との間で良好に放電が生じ、チャンバ３内にアークプラズマが発生する。そして、発生したアークプラズマは、作動ガス供給ノズル４１からの不活性ガスによって、射出口２０ａからチャンバ３外に押し出される。これにより、射出口２０ａの形状に倣って長手方向に伸びる線状アークプラズマをチャンバ３から射出することができる。
【解決手段】 複数の放電電極３１は、各先端部３１ａが射出口２０ａを挟んで対向するよう、射出口２０ａの長手方向両側に射出口２０ａに沿って並設されている。多相交流変換部５２は、複数の単相変圧器によって構成されており、商用の３相交流を変換して多相交流を出力する。各放電電極３１に対応する出力端子からの出力電圧が付与されると、隣接する放電電極３１との間で良好に放電が生じ、チャンバ３内にアークプラズマが発生する。そして、発生したアークプラズマは、作動ガス供給ノズル４１からの不活性ガスによって、射出口２０ａからチャンバ３外に押し出される。これにより、射出口２０ａの形状に倣って長手方向に伸びる線状アークプラズマをチャンバ３から射出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体に対して射出されるアークプラズマを発生させるアークプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラズマトーチと被処理体との間に直流アークプラズマを発生させるとともに、このアークプラズマによって被処理体に熱処理や溶融処理を施す技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、商用３相交流を１２相交流に変換するとともに、この１２相交流を対応する放電電極に接続することによって立体的なアークプラズマを発生させる技術も、従来より知られている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−２０１４９２号公報
【特許文献２】特許第３０９４２１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板、および電子ペーパ用プラスチック基板等（以下、単に「基板」と称する）のように、少なくとも２次元的（平面的）な広がりを有する被処理体（表面に凹凸を有していても良い）につき、該被処理体の表面全域にアークプラズマを照射する手法の１つとして、特許文献１に開示されたプラズマトーチを被処理体上で走査させる手法が考えられる。この場合、略点状のアークプラズマが被処理体の表面全域を移動することにより、被処理体に熱処理や溶融処理が施される。したがって、この手法では、被処理体の表面積が増大するにしたがって、処理時間が増大するという問題が生ずる。
【０００６】
また、被処理体の表面全域にアークプラズマを照射する他の手法として、特許文献１に開示されたプラズマトーチを複数使用して略線状のアークプラズマを形成し、この略線状アークプラズマを被処理体上で走査させる手法が考えられる。すなわち、各プラズマトーチから照射されるプラズマアークが略同一方向となるように、各プラズマトーチが並設される。そして、各プラズマトーチから略同時にプラズマアークが照射されることにより、線状のプラズマアークが形成される。
【０００７】
しかしながら、この手法において、各プラズマトーチから照射されるアークプラズマは、隣接するプラズマトーチから照射されたアークプラズマからの影響を受け、アークプラズマの直進性が低下する。その結果、被処理体における各アークプラズマの到達位置が変動し、均一な線状アークプラズマを得ることができないという問題が生ずる。
【０００８】
さらに、特許文献２の技術では、正６角形の各頂点位置に配置された放電電極によって放電電極層が形成され、これら放電電極層間に立体的なプラズマが発生する。したがって、被処理体の上面または下面の一方だけに熱処理や溶融処理を施したい場合であっても、上面および下面の両者に処理が施されるという問題が生ずる。
【０００９】
そこで、本発明では、少なくとも２次元的（平面的）な広がりを有する被処理体に対して、良好にアークプラズマを射出することができるアークプラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、(a)略密閉空間とされるとともに、一方向に伸びる射出口を有するチャンバと、(b)前記チャンバ内に不活性ガスを吐出することにより、前記チャンバ内を不活性ガス雰囲気とする作動ガス供給ノズルと、(c)前記チャンバ内に設けられており、各先端部が前記射出口を挟んで対向するよう、前記射出口の長手方向両側に前記射出口に沿って並設された複数の放電電極と、(d)３相交流を変換して多相交流を出力するとともに、各放電電極に対応する出力電圧を付与することにより、隣接する放電電極間で放電を生じさせ、各放電電極間でアークプラズマを発生させる多相交流変換部とを備え、前記チャンバ内で発生した前記アークプラズマは、前記作動ガス供給ノズルから前記チャンバ内に吐出された不活性ガスによって、前記射出口から前記チャンバ外に押し出されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のアークプラズマ発生装置において、前記複数の放電電極は、各先端部が前記射出口を挟んで千鳥状に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のアークプラズマ発生装置において、前記チャンバの前記射出口を覆う整流部材、をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、前記チャンバの射出口縁部は、前記射出口が前記アークプラズマの射出方向に沿って先細り状となるように傾斜していることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載のアークプラズマ発生装置において、前記射出口縁部に設けられており、前記アークプラズマの前記射出方向に沿って伸びる複数のフィン部材、をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、前記射出口の長手方向両側に設けられており、前記アークプラズマの前記射出方向に突出するガイド部材、をさらに備え、前記多相交流変換部は、複数の変圧器によって構成されるとともに、各変圧器の出力側の中性点は中性線によって接続されており、各ガイド部材は、金属によって形成され、絶縁部材を介して前記チャンバに取り付けられるとともに、前記中性線と接続されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、前記チャンバのハウジング壁内に設けられた冷却管、をさらに備え、前記冷却管内を冷却流体が流通することにより、前記チャンバ内が冷却されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、各放電電極に供給される不活性ガスの流速を制御することにより、前記アークプラズマの密度を調整するように構成された制御部、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１ないし請求項８に記載の発明によれば、隣接する放電電極間で放電させることにより、射出口に沿って伸びるアークプラズマを発生させることができる。また、作動ガス供給ノズルからチャンバ内に不活性ガスを吐出することにより、チャンバ内で発生したアークプラズマを射出口からチャンバ外に押し出すことができる。そのため、射出口の形状に倣って長手方向に伸びる線状アークプラズマをチャンバから射出することができる。
【００１９】
特に、請求項２に記載の発明によれば、射出口を挟んで対向する放電電極間で良好に放電を生じさせることができる。そのため、射出口に沿って伸びるアークプラズマを良好に発生させることができる。
【００２０】
特に、請求項３に記載の発明によれば、チャンバ内で発生したアークプラズマは、スリット部材を通過するときに整流される。そのため、線状アークプラズマの射出方向をさらに均一にすることができる。
【００２１】
特に、請求項４に記載の発明によれば、チャンバの射出口はアークプラズマの射出方向に沿って先細り状となっており、射出口を通過するアークプラズマの線幅（射出口の短手方向の幅）を狭めることができる。そのため、線幅が絞られた良好な線状アークプラズマをチャンバ内から射出することができ、線状アークプラズマの密度を向上させることができる。
【００２２】
特に、請求項５に記載の発明によれば、チャンバ内で発生したアークプラズマは、射出口を通過するときに複数のフィン部材によって整流される。そのため、線状アークプラズマの射出方向をさらに均一にすることができる。
【００２３】
特に、請求項６に記載の発明によれば、各ガイド部材は、各変圧器の中性点を繋ぐ中性線と接続されている。これにより、各放電電極間で発生したアークプラズマと、各ガイド部材との間には電位差が生じ、アークプラズマには、チャンバ外に引き出される力が働く。そのため、チャンバ内から射出される線状アークプラズマの流速をさらに高めることができる。
【００２４】
特に、請求項７に記載の発明によれば、冷却管に冷却流体が流通させられることによってチャンバのハウジングが冷却されると、チャンバ内で発生したアークプラズマも冷却される。これにより、放電領域周縁部のアークプラズマが冷却され、この周縁部で放電電流が流れにくくなる。その結果、放電領域の中心部に放電電流が集中し、アークプラズマの線幅が絞られる。また、アークプラズマの線幅が絞られると、アークプラズマ自身によって形成される磁場（自己誘導磁場）がさらに増大する。その結果、磁場の増大によってさらにアークプラズマの線幅が絞られる。
【００２５】
このように、アークプラズマが冷却されると、熱的ピンチ効果および磁気ピンチ効果によってアークプラズマの線幅が絞られる。そのため、さらに高温の線状アークプラズマを発生させることができる。
【００２６】
特に、請求項８に記載のアークプラズマ発生装置によれば、複数の放電電極のそれぞれに供給される不活性ガスの流速を制御することにより、線状アークプラズマの密度を調整することができる。そのため、被処理体に応じた密度の線状アークプラズマを容易に生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
＜１．アークプラズマ発生装置の構成＞
図１および図２は、本発明の実施の形態におけるアークプラズマ発生装置１の構成の一例を示す斜視図および正面断面図である。アークプラズマ発生装置１は、例えば基板のように、少なくとも２次元的な広がりを有する被処理体に対して射出される線状アークプラズマを発生させる装置である。図１および図２に示すように、アークプラズマ発生装置１は、主として、被処理体に対して射出されるアークプラズマを発生させるチャンバ３と、放電トーチ３０と、多相交流変換部５２と、を備えている。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。
【００２９】
チャンバ３は、図２に示すように、下端に開口を有する略筒状の上部ハウジング１０と、放電トーチ３０が取り付けられる下部ハウジング２０と、を有している。これら上部ハウジング１０と下部ハウジング２０とによって囲まれる空間１０ａは、アークプラズマを発生させる発生空間１０ａとして使用される。
【００３０】
冷却管１２、２２は、チャンバ３内の発生空間１０ａを冷却する。図２に示すように冷却管１２は、例えば上部ハウジング１０の壁１１内に設けられた螺旋状の配管であり、冷却管２２は下部ハウジング２０の壁２１内に設けられた螺旋状の配管である。冷却管１２の下端部は、冷却管２２の上端部と連通接続されている。
【００３１】
また、図２に示すように、冷却管１２は、バルブ１４および冷却水供給管１５を介して冷却水供給源１３と連通する。さらに、冷却管２２は、排液管１６を介してドレイン１７と連通する。したがって、バルブ１４が開放されると、冷却管１２、２２内には冷却流体として使用される冷却水が流通し、チャンバ３内が冷却される。特に、放電トーチ３０の放電電極３１付近の冷却管２２によって、発生空間１０ａで発生したアークプラズマが冷却される。そして、冷却管１２、２２を流通した冷却水は、ドレイン１７に廃棄される。
【００３２】
なお、アークプラズマ発生装置１は、冷却管２２から排出された冷却水を、温調部（図示省略）によって所定の温度範囲となるように温調（冷却）した後、再度冷却管１２に供給する循環機構を有してもよい。これにより、冷却水の使用量を低減させることができる。
【００３３】
射出口２０ａは、下部ハウジング２０の下端に設けられた開口であり、一方向（例えば、略Ｙ軸方向：走査方向ＡＲ１）に伸びる。ここで、本実施の形態の射出口２０ａの短手方向の幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍ（好ましくは、３ｍｍ〜５ｍｍ）であり、チャンバ３の大きさと比較して十分小さい。したがって、発生空間１０ａは、略密閉空間として使用することができる。
【００３４】
ガイド部材２５は、金属によって形成されており、チャンバ３外に射出された線状アークプラズマをガイドする。図２に示すように、ガイド部材２５は、射出口２０ａの長手方向両側に設けられており、チャンバ３から射出されるアークプラズマの射出方向ＡＲ３に突出する。また、ガイド部材２５は、絶縁部材２６を介してチャンバ３下部に取り付けられている。したがって、チャンバ３から射出された線状アークプラズマは、射出口２０ａの長手方向両側に設けられたガイド部材２５および絶縁部材２６によって整流される。そのため、線状アークプラズマの流れの一様性が確保される。
【００３５】
複数の放電トーチ３０は、チャンバ３内に設けられており、発生空間１０ａでアークプラズマを発生させる。図２に示すように、各放電トーチ３０は、トーチ本体３０ａと、放電電極３１と、を有している。なお、図示の便宜上、図１では、射出口２０ａの長手方向両側に３本ずつ、図２では、該両側に１本ずつ、記載している。
【００３６】
各放電トーチ３０のトーチ本体３０ａは、略円筒形状を有している。トーチ本体３０ａの内側空間には、対応する放電電極３１が支持されており、放電電極３１の先端部３１ａは、トーチ本体３０ａの開口３０ｂから射出口２０ａ側に吐出する。
【００３７】
各放電トーチ３０の放電電極３１は、例えばタングステン等の金属によって形成された棒状体である。各放電トーチ３０は、下部ハウジング２０に形成された貫通孔（図示省略）に挿通されるとともに、傾斜部２３に沿うように取付部２７によって固定される。また、各放電電極３１は、各先端部３１ａが射出口２０ａを挟んで対向するよう、射出口２０ａの長手方向両側に射出口２０ａに沿って並設されている。
【００３８】
図２に示すように、各放電電極３１は、出力線５５を介して多相交流変換部５２と電気的に接続されている。また、各放電電極３１は、射出口２０ａを挟んで千鳥状に（各先端部３１ａが長手方向一方側と他方側とに交互になるように）配置されている。これにより、射出口２０ａを挟んで対向する放電電極３１間で良好に放電を生じさせることができる。そのため、射出口２０ａ付近に配置された放電電極３１により、射出口２０ａに沿って伸びるアークプラズマを良好に発生させることができる。
【００３９】
さらに、図２に示すように、各トーチ本体３０ａの内部空間は、対応する保護ガス供給管４７（４７ａ、４７ｂ）およびバルブ４４（４４ａ、４４ｂ）と、共通配管４５と、を介して、不活性ガス供給源４２と連通している。したがって、バルブ４４が開放されると、対応するトーチ本体３０ａの内部空間に不活性ガス（例えば、アルゴンやヘリウム等）が供給され、放電時の放電電極３１が保護される。
【００４０】
作動ガス供給ノズル４１は、上部ハウジング１０の内側上端に設けられている。図２に示すように、作動ガス供給ノズル４１は、作動ガス供給管４６、バルブ４３、および共通配管４５を介して不活性ガス供給源４２と連通している。したがって、バルブ４３が開放されると、チャンバ３内に不活性ガスが吐出され、チャンバ３は不活性ガス雰囲気とされる。また、チャンバ３内で発生したアークプラズマは、作動ガス供給ノズル４１からチャンバ３内に吐出された不活性ガスによって、射出口２０ａからチャンバ３の外方に押し出される。
【００４１】
制御部９０は、プログラムや変数等を格納するメモリ９１と、メモリ９１に格納されているプログラムに従った制御を実行するＣＰＵ９２と、を有している。したがって、ＣＰＵ９２によってプログラムが実行されることにより、例えば、バルブ４４（４４ａ、４４ｂ）の開閉制御等が所定のタイミングで実行される。
【００４２】
例えば、制御部９０は、バルブ４４を開閉して各放電電極３１に供給される不活性ガスの流速を制御することにより、アークプラズマの密度を調整するように構成することできる。このため、被処理体に応じた密度の線状アークプラズマが容易に生成される。
【００４３】
＜２．各放電電極３１と多相交流変換部との接続＞
図３は、多相交流変換部５２の構成の一例を示す図である。図４は、３相交流および１２相交流の関係を示すベクトル図である。図５は、複数の放電電極３１と、多相交流変換部５２の出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２との接続を説明するための図である。ここでは、まず多相交流変換部５２について説明し、続いて、各放電電極３１と多相交流変換部５２の出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２との接続について説明する。
【００４４】
図３に示すように、多相交流変換部５２は、例えば入力線５４を介して３相交流電源５１と接続されており、商用の３相交流（Ｒ相、Ｓ相、およびＴ相を有する）を変換して多相交流を出力する。図３に示すように、多相交流変換部５２は、複数（本実施の形態では６個）の単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６によって構成されている。
【００４５】
単相変圧器Ｔ１〜Ｔ３の一次側（入力側）はスター結線されており、単相変圧器Ｔ４〜Ｔ６の一次側はデルタ結線されている。また、各単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６の二次側の中性点Ｎ１〜Ｎ６は相互に接続されている。したがって、単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６の二次側の出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２からは、図４に示すように、位相が３０度ずつ相違する正弦波交流が出力される。
【００４６】
なお、同一の単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６を使用して多相交流変換部５２を構成する場合、デルタ結線の二次側出力は、スター結線の二次側出力の√３倍となる。したがって、スター結線された単相変圧器Ｔ１〜Ｔ３の巻線比をＣＲ１、デルタ結線された単相変圧器Ｔ４〜Ｔ６の巻線比をＲ２とした場合、Ｒ１がＲ２の√３倍となるように各単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６の巻線比を設定すると、各出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２のそれぞれから出力される交流の振幅が略同一となる。
【００４７】
次に、各放電電極３１と多相交流変換部５２との接続について、図５に示すように、多相交流変換部５２の出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２のうち、単相変圧器Ｔ１〜Ｔ３の出力端子Ｓ０１、Ｓ０３、Ｓ０５、Ｓ０７、Ｓ０９、およびＳ１１は、射出口２０ａの長手方向一方側２１ａに配置された放電電極３１と接続されている。また、単相変圧器Ｔ４〜Ｔ６の出力端子Ｓ０２、Ｓ０４、Ｓ０６、Ｓ０８、Ｓ１０、およびＳ１２は、射出口２０ａの長手方向他方側２１ｂに配置された放電電極３１と接続されている。
【００４８】
これにより、各放電電極３１に対応する出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２からの出力電圧が付与されると、各放電電極３１は、対向位置に配設されており位相差が３０度となる放電電極３１との間、および並設されており位相差が６０度となる放電電極３１との間（すなわち、隣接する放電電極３１との間）で良好に放電が生ずる。
【００４９】
＜３．射出口付近の構成＞
図６は、射出口２０ａ付近の構成の一例を示す正面断面図である。図７は、射出口２０ａ付近の構成の一例を示す上面図である。図６および図７に示すように、チャンバ３の射出口縁部２４は、射出口２０ａがアークプラズマの射出方向ＡＲ３に沿って先細り状となるように傾斜している。そのため、線幅が絞られた良好な線状アークプラズマをチャンバ内から射出することができ、線状アークプラズマの密度を向上させることができる。
【００５０】
また、射出口縁部２４には、アークプラズマの射出方向ＡＲ３に沿って伸びる複数のフィン部材６１が設けられている。これにより、チャンバ３内で発生したアークプラズマは、射出口を通過するときに複数のフィン部材６１によって整流される。そのため、線状アークプラズマの射出方向ＡＲ３をさらに均一にすることができる。このように、本実施の形態においてフィン部材６１は、整流部材として使用される。
【００５１】
また、図６に示すように、射出口２０ａの長手方向両側に設けられており、アークプラズマの射出方向ＡＲ３に突出するガイド部材２５のそれぞれは、各単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６の二次側のの中性点を相互に接続した中性線５６と接続されている。これにより、各放電電極３１間で発生したアークプラズマと、各ガイド部材２５との間には電位差が生じ、アークプラズマには、チャンバ３外に引き出される力が働く。そのため、チャンバ３内から射出される線状アークプラズマの流速をさらに高めることができる。
【００５２】
＜４．本実施の形態のアークプラズマ発生装置の利点＞
以上のように、本実施の形態のアークプラズマ発生装置１は、隣接する放電電極３１間で放電させることにより、射出口２０ａに沿って伸びるアークプラズマを発生させることができる。また、作動ガス供給ノズル４１からチャンバ３内に不活性ガスを吐出することにより、チャンバ３内で発生したアークプラズマを射出口２０ａからチャンバ３外に押し出すことができる。
【００５３】
これにより、射出口２０ａの形状に倣って長手方向（略Ｙ軸方向）に伸びる線状アークプラズマを、チャンバ３から射出することができる。そのため、アークプラズマ発生装置１を駆動機構（図示省略）によって副走査方向ＡＲ２に移動させることにより、線状アークプラズマを被処理体上で走査させることができ、被処理体の熱処理や溶融処理等を効率的に実行できる。このように、アークプラズマ発生装置１は、線状プラズマによる熱処理や溶融処理を実行する熱処理装置や溶融処理装置に使用することができる。
【００５４】
また、本実施の形態のアークプラズマ発生装置１において、冷却管１２、２２に冷却水が流通させられることによってチャンバ３の上部ハウジング１０および下部ハウジング２０が冷却されると、チャンバ３内で発生したアークプラズマも冷却される。これにより、放電領域２８（図５参照）周縁部のアークプラズマが冷却され、この周縁部で放電電流が流れにくくなる。その結果、放電領域２８の中心部に放電電流が集中し、アークプラズマの線幅が絞られる。
【００５５】
また、アークプラズマの線幅が絞られると、アークプラズマ自身によって形成される磁場（自己誘導磁場）がさらに増大する。その結果、磁場の増大によってさらにアークプラズマの線幅が絞られる。
【００５６】
このように、アークプラズマが冷却されると、熱的ピンチ効果および磁気ピンチ効果によってアークプラズマの線幅が絞られる。そのため、さらに高温の線状アークプラズマを発生させることができる。
【００５７】
＜５．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００５８】
（１）本実施の形態において、射出口２０ａ付近には、アークプラズマを整流するフィン部材６１が配設されているものとして説明したが、射出口２０ａ付近に設けられる整流部材はこれに限定されない。
【００５９】
図８は、射出口２０ａ付近の構成の他の例を示す正面断面図である。図９および図１０は、射出口２０ａ付近の構成の他の例を示す上面図である。
【００６０】
メッシュ部材６２は、図９に示すように、チャンバ３に射出口２０ａ付近に配設された格子状部材であり、射出口２０ａは、複数のセルに分割される。また、図８に示すように、メッシュ部材６２は、射出口２０ａを覆うように設けられている。これにより、チャンバ３内で発生したアークプラズマは、メッシュ部材６２を通過するときに整流される。そのため、メッシュ部材６２は、フィン部材６１と同様に、線状アークプラズマの射出方向ＡＲ３をさらに均一にすることができる。
【００６１】
また、スリット部材６３は、図１０に示すように、開口の長手方向に沿って伸びる複数の仕切り部材によって形成されており、射出口２０ａは、細長い複数の隙間に分割される。また、図８に示すように、スリット部材６３は、射出口２０ａを覆うように設けられている。これにより、チャンバ３内で発生したアークプラズマは、スリット部材６３を通過するときに整流される。そのため、スリット部材６３は、フィン部材６１およびメッシュ部材６２と同様に、線状アークプラズマの射出方向ＡＲ３をさらに均一にすることができる。
【００６２】
（２）また、本実施の形態において、各放電トーチ３０は、傾斜部２３に沿って固定されており、対向する２つの放電トーチ３０は、正面視略Ｖ字状となるように配置されているが、これに限定されるものでない。例えば、対向する放電トーチ３０同士が同一平面内となるように配置されても良い。
【００６３】
（３）また、本実施の形態において、１つの多相交流変換部５２を使用しているがこれに限定されるものでない。例えば、２以上の多相交流変換部５２を使用してもよい。これにより、使用可能な放電電極３１が増加し、線状アークプラズマ８の長手方向の長さを増加させることができる。なお、２以上の多相交流変換部５２を使用する場合、各多相交流変換部５２の中性線を相互に接続する。
【００６４】
（４）さらに、本実施の形態において、冷却管１２、２２は螺旋状の配管であり、両冷却管１２、２２は連通接続されているものとして説明したがこれに限定されるものでない。例えば、冷却管１２、２２は、連通接続していなくてもよい。また、冷却管１２、２２は、壁２１内に設けられたリング状の配管であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態におけるアークプラズマ発生装置の全体構成の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるアークプラズマ発生装置の全体構成の一例を示す正面断面図である。
【図３】多相交流変換部の構成の一例を示す図である。
【図４】３相交流および１２相交流の関係を示すベクトル図である。
【図５】複数の放電電極と多相交流変換部の出力端子との接続を説明するための図である。
【図６】射出口付近の構成の一例を示す正面断面図である。
【図７】射出口付近の構成の一例を示す上面図である。
【図８】射出口付近の構成の他の例を示す正面断面図である。
【図９】射出口付近の構成の他の例を示す上面図である。
【図１０】射出口付近の構成の他の例を示す上面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ アークプラズマ発生装置
３ チャンバ
８ 線状アークプラズマ
１０ 上部ハウジング
１１ 壁
１２、２２ 冷却管
２０ 下部ハウジング
２０ａ 射出口
２４ 射出口縁部
２５ ガイド部材
２６ 絶縁部材
２７ 取付部
２８ 放電領域
３１ 放電電極
３１ａ 先端部
４１ 作動ガス供給ノズル
４７（４７ａ、４７ｂ） 保護ガス供給管
５１ ３相交流電源
５２ 多相交流変換部
５６ 中性線
６１ フィン部材
６２ メッシュ部材
６３ スリット部材
９０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体に対して射出されるアークプラズマを発生させるアークプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラズマトーチと被処理体との間に直流アークプラズマを発生させるとともに、このアークプラズマによって被処理体に熱処理や溶融処理を施す技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、商用３相交流を１２相交流に変換するとともに、この１２相交流を対応する放電電極に接続することによって立体的なアークプラズマを発生させる技術も、従来より知られている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−２０１４９２号公報
【特許文献２】特許第３０９４２１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板、および電子ペーパ用プラスチック基板等（以下、単に「基板」と称する）のように、少なくとも２次元的（平面的）な広がりを有する被処理体（表面に凹凸を有していても良い）につき、該被処理体の表面全域にアークプラズマを照射する手法の１つとして、特許文献１に開示されたプラズマトーチを被処理体上で走査させる手法が考えられる。この場合、略点状のアークプラズマが被処理体の表面全域を移動することにより、被処理体に熱処理や溶融処理が施される。したがって、この手法では、被処理体の表面積が増大するにしたがって、処理時間が増大するという問題が生ずる。
【０００６】
また、被処理体の表面全域にアークプラズマを照射する他の手法として、特許文献１に開示されたプラズマトーチを複数使用して略線状のアークプラズマを形成し、この略線状アークプラズマを被処理体上で走査させる手法が考えられる。すなわち、各プラズマトーチから照射されるプラズマアークが略同一方向となるように、各プラズマトーチが並設される。そして、各プラズマトーチから略同時にプラズマアークが照射されることにより、線状のプラズマアークが形成される。
【０００７】
しかしながら、この手法において、各プラズマトーチから照射されるアークプラズマは、隣接するプラズマトーチから照射されたアークプラズマからの影響を受け、アークプラズマの直進性が低下する。その結果、被処理体における各アークプラズマの到達位置が変動し、均一な線状アークプラズマを得ることができないという問題が生ずる。
【０００８】
さらに、特許文献２の技術では、正６角形の各頂点位置に配置された放電電極によって放電電極層が形成され、これら放電電極層間に立体的なプラズマが発生する。したがって、被処理体の上面または下面の一方だけに熱処理や溶融処理を施したい場合であっても、上面および下面の両者に処理が施されるという問題が生ずる。
【０００９】
そこで、本発明では、少なくとも２次元的（平面的）な広がりを有する被処理体に対して、良好にアークプラズマを射出することができるアークプラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、(a)略密閉空間とされるとともに、一方向に伸びる射出口を有するチャンバと、(b)前記チャンバ内に不活性ガスを吐出することにより、前記チャンバ内を不活性ガス雰囲気とする作動ガス供給ノズルと、(c)前記チャンバ内に設けられており、各先端部が前記射出口を挟んで対向するよう、前記射出口の長手方向両側に前記射出口に沿って並設された複数の放電電極と、(d)３相交流を変換して多相交流を出力するとともに、各放電電極に対応する出力電圧を付与することにより、隣接する放電電極間で放電を生じさせ、各放電電極間でアークプラズマを発生させる多相交流変換部とを備え、前記チャンバ内で発生した前記アークプラズマは、前記作動ガス供給ノズルから前記チャンバ内に吐出された不活性ガスによって、前記射出口から前記チャンバ外に押し出されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のアークプラズマ発生装置において、前記複数の放電電極は、各先端部が前記射出口を挟んで千鳥状に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のアークプラズマ発生装置において、前記チャンバの前記射出口を覆う整流部材、をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、前記チャンバの射出口縁部は、前記射出口が前記アークプラズマの射出方向に沿って先細り状となるように傾斜していることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載のアークプラズマ発生装置において、前記射出口縁部に設けられており、前記アークプラズマの前記射出方向に沿って伸びる複数のフィン部材、をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、前記射出口の長手方向両側に設けられており、前記アークプラズマの前記射出方向に突出するガイド部材、をさらに備え、前記多相交流変換部は、複数の変圧器によって構成されるとともに、各変圧器の出力側の中性点は中性線によって接続されており、各ガイド部材は、金属によって形成され、絶縁部材を介して前記チャンバに取り付けられるとともに、前記中性線と接続されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、前記チャンバのハウジング壁内に設けられた冷却管、をさらに備え、前記冷却管内を冷却流体が流通することにより、前記チャンバ内が冷却されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、各放電電極に供給される不活性ガスの流速を制御することにより、前記アークプラズマの密度を調整するように構成された制御部、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１ないし請求項８に記載の発明によれば、隣接する放電電極間で放電させることにより、射出口に沿って伸びるアークプラズマを発生させることができる。また、作動ガス供給ノズルからチャンバ内に不活性ガスを吐出することにより、チャンバ内で発生したアークプラズマを射出口からチャンバ外に押し出すことができる。そのため、射出口の形状に倣って長手方向に伸びる線状アークプラズマをチャンバから射出することができる。
【００１９】
特に、請求項２に記載の発明によれば、射出口を挟んで対向する放電電極間で良好に放電を生じさせることができる。そのため、射出口に沿って伸びるアークプラズマを良好に発生させることができる。
【００２０】
特に、請求項３に記載の発明によれば、チャンバ内で発生したアークプラズマは、スリット部材を通過するときに整流される。そのため、線状アークプラズマの射出方向をさらに均一にすることができる。
【００２１】
特に、請求項４に記載の発明によれば、チャンバの射出口はアークプラズマの射出方向に沿って先細り状となっており、射出口を通過するアークプラズマの線幅（射出口の短手方向の幅）を狭めることができる。そのため、線幅が絞られた良好な線状アークプラズマをチャンバ内から射出することができ、線状アークプラズマの密度を向上させることができる。
【００２２】
特に、請求項５に記載の発明によれば、チャンバ内で発生したアークプラズマは、射出口を通過するときに複数のフィン部材によって整流される。そのため、線状アークプラズマの射出方向をさらに均一にすることができる。
【００２３】
特に、請求項６に記載の発明によれば、各ガイド部材は、各変圧器の中性点を繋ぐ中性線と接続されている。これにより、各放電電極間で発生したアークプラズマと、各ガイド部材との間には電位差が生じ、アークプラズマには、チャンバ外に引き出される力が働く。そのため、チャンバ内から射出される線状アークプラズマの流速をさらに高めることができる。
【００２４】
特に、請求項７に記載の発明によれば、冷却管に冷却流体が流通させられることによってチャンバのハウジングが冷却されると、チャンバ内で発生したアークプラズマも冷却される。これにより、放電領域周縁部のアークプラズマが冷却され、この周縁部で放電電流が流れにくくなる。その結果、放電領域の中心部に放電電流が集中し、アークプラズマの線幅が絞られる。また、アークプラズマの線幅が絞られると、アークプラズマ自身によって形成される磁場（自己誘導磁場）がさらに増大する。その結果、磁場の増大によってさらにアークプラズマの線幅が絞られる。
【００２５】
このように、アークプラズマが冷却されると、熱的ピンチ効果および磁気ピンチ効果によってアークプラズマの線幅が絞られる。そのため、さらに高温の線状アークプラズマを発生させることができる。
【００２６】
特に、請求項８に記載のアークプラズマ発生装置によれば、複数の放電電極のそれぞれに供給される不活性ガスの流速を制御することにより、線状アークプラズマの密度を調整することができる。そのため、被処理体に応じた密度の線状アークプラズマを容易に生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
＜１．アークプラズマ発生装置の構成＞
図１および図２は、本発明の実施の形態におけるアークプラズマ発生装置１の構成の一例を示す斜視図および正面断面図である。アークプラズマ発生装置１は、例えば基板のように、少なくとも２次元的な広がりを有する被処理体に対して射出される線状アークプラズマを発生させる装置である。図１および図２に示すように、アークプラズマ発生装置１は、主として、被処理体に対して射出されるアークプラズマを発生させるチャンバ３と、放電トーチ３０と、多相交流変換部５２と、を備えている。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。
【００２９】
チャンバ３は、図２に示すように、下端に開口を有する略筒状の上部ハウジング１０と、放電トーチ３０が取り付けられる下部ハウジング２０と、を有している。これら上部ハウジング１０と下部ハウジング２０とによって囲まれる空間１０ａは、アークプラズマを発生させる発生空間１０ａとして使用される。
【００３０】
冷却管１２、２２は、チャンバ３内の発生空間１０ａを冷却する。図２に示すように冷却管１２は、例えば上部ハウジング１０の壁１１内に設けられた螺旋状の配管であり、冷却管２２は下部ハウジング２０の壁２１内に設けられた螺旋状の配管である。冷却管１２の下端部は、冷却管２２の上端部と連通接続されている。
【００３１】
また、図２に示すように、冷却管１２は、バルブ１４および冷却水供給管１５を介して冷却水供給源１３と連通する。さらに、冷却管２２は、排液管１６を介してドレイン１７と連通する。したがって、バルブ１４が開放されると、冷却管１２、２２内には冷却流体として使用される冷却水が流通し、チャンバ３内が冷却される。特に、放電トーチ３０の放電電極３１付近の冷却管２２によって、発生空間１０ａで発生したアークプラズマが冷却される。そして、冷却管１２、２２を流通した冷却水は、ドレイン１７に廃棄される。
【００３２】
なお、アークプラズマ発生装置１は、冷却管２２から排出された冷却水を、温調部（図示省略）によって所定の温度範囲となるように温調（冷却）した後、再度冷却管１２に供給する循環機構を有してもよい。これにより、冷却水の使用量を低減させることができる。
【００３３】
射出口２０ａは、下部ハウジング２０の下端に設けられた開口であり、一方向（例えば、略Ｙ軸方向：走査方向ＡＲ１）に伸びる。ここで、本実施の形態の射出口２０ａの短手方向の幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍ（好ましくは、３ｍｍ〜５ｍｍ）であり、チャンバ３の大きさと比較して十分小さい。したがって、発生空間１０ａは、略密閉空間として使用することができる。
【００３４】
ガイド部材２５は、金属によって形成されており、チャンバ３外に射出された線状アークプラズマをガイドする。図２に示すように、ガイド部材２５は、射出口２０ａの長手方向両側に設けられており、チャンバ３から射出されるアークプラズマの射出方向ＡＲ３に突出する。また、ガイド部材２５は、絶縁部材２６を介してチャンバ３下部に取り付けられている。したがって、チャンバ３から射出された線状アークプラズマは、射出口２０ａの長手方向両側に設けられたガイド部材２５および絶縁部材２６によって整流される。そのため、線状アークプラズマの流れの一様性が確保される。
【００３５】
複数の放電トーチ３０は、チャンバ３内に設けられており、発生空間１０ａでアークプラズマを発生させる。図２に示すように、各放電トーチ３０は、トーチ本体３０ａと、放電電極３１と、を有している。なお、図示の便宜上、図１では、射出口２０ａの長手方向両側に３本ずつ、図２では、該両側に１本ずつ、記載している。
【００３６】
各放電トーチ３０のトーチ本体３０ａは、略円筒形状を有している。トーチ本体３０ａの内側空間には、対応する放電電極３１が支持されており、放電電極３１の先端部３１ａは、トーチ本体３０ａの開口３０ｂから射出口２０ａ側に吐出する。
【００３７】
各放電トーチ３０の放電電極３１は、例えばタングステン等の金属によって形成された棒状体である。各放電トーチ３０は、下部ハウジング２０に形成された貫通孔（図示省略）に挿通されるとともに、傾斜部２３に沿うように取付部２７によって固定される。また、各放電電極３１は、各先端部３１ａが射出口２０ａを挟んで対向するよう、射出口２０ａの長手方向両側に射出口２０ａに沿って並設されている。
【００３８】
図２に示すように、各放電電極３１は、出力線５５を介して多相交流変換部５２と電気的に接続されている。また、各放電電極３１は、射出口２０ａを挟んで千鳥状に（各先端部３１ａが長手方向一方側と他方側とに交互になるように）配置されている。これにより、射出口２０ａを挟んで対向する放電電極３１間で良好に放電を生じさせることができる。そのため、射出口２０ａ付近に配置された放電電極３１により、射出口２０ａに沿って伸びるアークプラズマを良好に発生させることができる。
【００３９】
さらに、図２に示すように、各トーチ本体３０ａの内部空間は、対応する保護ガス供給管４７（４７ａ、４７ｂ）およびバルブ４４（４４ａ、４４ｂ）と、共通配管４５と、を介して、不活性ガス供給源４２と連通している。したがって、バルブ４４が開放されると、対応するトーチ本体３０ａの内部空間に不活性ガス（例えば、アルゴンやヘリウム等）が供給され、放電時の放電電極３１が保護される。
【００４０】
作動ガス供給ノズル４１は、上部ハウジング１０の内側上端に設けられている。図２に示すように、作動ガス供給ノズル４１は、作動ガス供給管４６、バルブ４３、および共通配管４５を介して不活性ガス供給源４２と連通している。したがって、バルブ４３が開放されると、チャンバ３内に不活性ガスが吐出され、チャンバ３は不活性ガス雰囲気とされる。また、チャンバ３内で発生したアークプラズマは、作動ガス供給ノズル４１からチャンバ３内に吐出された不活性ガスによって、射出口２０ａからチャンバ３の外方に押し出される。
【００４１】
制御部９０は、プログラムや変数等を格納するメモリ９１と、メモリ９１に格納されているプログラムに従った制御を実行するＣＰＵ９２と、を有している。したがって、ＣＰＵ９２によってプログラムが実行されることにより、例えば、バルブ４４（４４ａ、４４ｂ）の開閉制御等が所定のタイミングで実行される。
【００４２】
例えば、制御部９０は、バルブ４４を開閉して各放電電極３１に供給される不活性ガスの流速を制御することにより、アークプラズマの密度を調整するように構成することできる。このため、被処理体に応じた密度の線状アークプラズマが容易に生成される。
【００４３】
＜２．各放電電極３１と多相交流変換部との接続＞
図３は、多相交流変換部５２の構成の一例を示す図である。図４は、３相交流および１２相交流の関係を示すベクトル図である。図５は、複数の放電電極３１と、多相交流変換部５２の出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２との接続を説明するための図である。ここでは、まず多相交流変換部５２について説明し、続いて、各放電電極３１と多相交流変換部５２の出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２との接続について説明する。
【００４４】
図３に示すように、多相交流変換部５２は、例えば入力線５４を介して３相交流電源５１と接続されており、商用の３相交流（Ｒ相、Ｓ相、およびＴ相を有する）を変換して多相交流を出力する。図３に示すように、多相交流変換部５２は、複数（本実施の形態では６個）の単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６によって構成されている。
【００４５】
単相変圧器Ｔ１〜Ｔ３の一次側（入力側）はスター結線されており、単相変圧器Ｔ４〜Ｔ６の一次側はデルタ結線されている。また、各単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６の二次側の中性点Ｎ１〜Ｎ６は相互に接続されている。したがって、単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６の二次側の出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２からは、図４に示すように、位相が３０度ずつ相違する正弦波交流が出力される。
【００４６】
なお、同一の単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６を使用して多相交流変換部５２を構成する場合、デルタ結線の二次側出力は、スター結線の二次側出力の√３倍となる。したがって、スター結線された単相変圧器Ｔ１〜Ｔ３の巻線比をＣＲ１、デルタ結線された単相変圧器Ｔ４〜Ｔ６の巻線比をＲ２とした場合、Ｒ１がＲ２の√３倍となるように各単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６の巻線比を設定すると、各出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２のそれぞれから出力される交流の振幅が略同一となる。
【００４７】
次に、各放電電極３１と多相交流変換部５２との接続について、図５に示すように、多相交流変換部５２の出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２のうち、単相変圧器Ｔ１〜Ｔ３の出力端子Ｓ０１、Ｓ０３、Ｓ０５、Ｓ０７、Ｓ０９、およびＳ１１は、射出口２０ａの長手方向一方側２１ａに配置された放電電極３１と接続されている。また、単相変圧器Ｔ４〜Ｔ６の出力端子Ｓ０２、Ｓ０４、Ｓ０６、Ｓ０８、Ｓ１０、およびＳ１２は、射出口２０ａの長手方向他方側２１ｂに配置された放電電極３１と接続されている。
【００４８】
これにより、各放電電極３１に対応する出力端子Ｓ０１〜Ｓ１２からの出力電圧が付与されると、各放電電極３１は、対向位置に配設されており位相差が３０度となる放電電極３１との間、および並設されており位相差が６０度となる放電電極３１との間（すなわち、隣接する放電電極３１との間）で良好に放電が生ずる。
【００４９】
＜３．射出口付近の構成＞
図６は、射出口２０ａ付近の構成の一例を示す正面断面図である。図７は、射出口２０ａ付近の構成の一例を示す上面図である。図６および図７に示すように、チャンバ３の射出口縁部２４は、射出口２０ａがアークプラズマの射出方向ＡＲ３に沿って先細り状となるように傾斜している。そのため、線幅が絞られた良好な線状アークプラズマをチャンバ内から射出することができ、線状アークプラズマの密度を向上させることができる。
【００５０】
また、射出口縁部２４には、アークプラズマの射出方向ＡＲ３に沿って伸びる複数のフィン部材６１が設けられている。これにより、チャンバ３内で発生したアークプラズマは、射出口を通過するときに複数のフィン部材６１によって整流される。そのため、線状アークプラズマの射出方向ＡＲ３をさらに均一にすることができる。このように、本実施の形態においてフィン部材６１は、整流部材として使用される。
【００５１】
また、図６に示すように、射出口２０ａの長手方向両側に設けられており、アークプラズマの射出方向ＡＲ３に突出するガイド部材２５のそれぞれは、各単相変圧器Ｔ１〜Ｔ６の二次側のの中性点を相互に接続した中性線５６と接続されている。これにより、各放電電極３１間で発生したアークプラズマと、各ガイド部材２５との間には電位差が生じ、アークプラズマには、チャンバ３外に引き出される力が働く。そのため、チャンバ３内から射出される線状アークプラズマの流速をさらに高めることができる。
【００５２】
＜４．本実施の形態のアークプラズマ発生装置の利点＞
以上のように、本実施の形態のアークプラズマ発生装置１は、隣接する放電電極３１間で放電させることにより、射出口２０ａに沿って伸びるアークプラズマを発生させることができる。また、作動ガス供給ノズル４１からチャンバ３内に不活性ガスを吐出することにより、チャンバ３内で発生したアークプラズマを射出口２０ａからチャンバ３外に押し出すことができる。
【００５３】
これにより、射出口２０ａの形状に倣って長手方向（略Ｙ軸方向）に伸びる線状アークプラズマを、チャンバ３から射出することができる。そのため、アークプラズマ発生装置１を駆動機構（図示省略）によって副走査方向ＡＲ２に移動させることにより、線状アークプラズマを被処理体上で走査させることができ、被処理体の熱処理や溶融処理等を効率的に実行できる。このように、アークプラズマ発生装置１は、線状プラズマによる熱処理や溶融処理を実行する熱処理装置や溶融処理装置に使用することができる。
【００５４】
また、本実施の形態のアークプラズマ発生装置１において、冷却管１２、２２に冷却水が流通させられることによってチャンバ３の上部ハウジング１０および下部ハウジング２０が冷却されると、チャンバ３内で発生したアークプラズマも冷却される。これにより、放電領域２８（図５参照）周縁部のアークプラズマが冷却され、この周縁部で放電電流が流れにくくなる。その結果、放電領域２８の中心部に放電電流が集中し、アークプラズマの線幅が絞られる。
【００５５】
また、アークプラズマの線幅が絞られると、アークプラズマ自身によって形成される磁場（自己誘導磁場）がさらに増大する。その結果、磁場の増大によってさらにアークプラズマの線幅が絞られる。
【００５６】
このように、アークプラズマが冷却されると、熱的ピンチ効果および磁気ピンチ効果によってアークプラズマの線幅が絞られる。そのため、さらに高温の線状アークプラズマを発生させることができる。
【００５７】
＜５．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００５８】
（１）本実施の形態において、射出口２０ａ付近には、アークプラズマを整流するフィン部材６１が配設されているものとして説明したが、射出口２０ａ付近に設けられる整流部材はこれに限定されない。
【００５９】
図８は、射出口２０ａ付近の構成の他の例を示す正面断面図である。図９および図１０は、射出口２０ａ付近の構成の他の例を示す上面図である。
【００６０】
メッシュ部材６２は、図９に示すように、チャンバ３に射出口２０ａ付近に配設された格子状部材であり、射出口２０ａは、複数のセルに分割される。また、図８に示すように、メッシュ部材６２は、射出口２０ａを覆うように設けられている。これにより、チャンバ３内で発生したアークプラズマは、メッシュ部材６２を通過するときに整流される。そのため、メッシュ部材６２は、フィン部材６１と同様に、線状アークプラズマの射出方向ＡＲ３をさらに均一にすることができる。
【００６１】
また、スリット部材６３は、図１０に示すように、開口の長手方向に沿って伸びる複数の仕切り部材によって形成されており、射出口２０ａは、細長い複数の隙間に分割される。また、図８に示すように、スリット部材６３は、射出口２０ａを覆うように設けられている。これにより、チャンバ３内で発生したアークプラズマは、スリット部材６３を通過するときに整流される。そのため、スリット部材６３は、フィン部材６１およびメッシュ部材６２と同様に、線状アークプラズマの射出方向ＡＲ３をさらに均一にすることができる。
【００６２】
（２）また、本実施の形態において、各放電トーチ３０は、傾斜部２３に沿って固定されており、対向する２つの放電トーチ３０は、正面視略Ｖ字状となるように配置されているが、これに限定されるものでない。例えば、対向する放電トーチ３０同士が同一平面内となるように配置されても良い。
【００６３】
（３）また、本実施の形態において、１つの多相交流変換部５２を使用しているがこれに限定されるものでない。例えば、２以上の多相交流変換部５２を使用してもよい。これにより、使用可能な放電電極３１が増加し、線状アークプラズマ８の長手方向の長さを増加させることができる。なお、２以上の多相交流変換部５２を使用する場合、各多相交流変換部５２の中性線を相互に接続する。
【００６４】
（４）さらに、本実施の形態において、冷却管１２、２２は螺旋状の配管であり、両冷却管１２、２２は連通接続されているものとして説明したがこれに限定されるものでない。例えば、冷却管１２、２２は、連通接続していなくてもよい。また、冷却管１２、２２は、壁２１内に設けられたリング状の配管であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態におけるアークプラズマ発生装置の全体構成の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるアークプラズマ発生装置の全体構成の一例を示す正面断面図である。
【図３】多相交流変換部の構成の一例を示す図である。
【図４】３相交流および１２相交流の関係を示すベクトル図である。
【図５】複数の放電電極と多相交流変換部の出力端子との接続を説明するための図である。
【図６】射出口付近の構成の一例を示す正面断面図である。
【図７】射出口付近の構成の一例を示す上面図である。
【図８】射出口付近の構成の他の例を示す正面断面図である。
【図９】射出口付近の構成の他の例を示す上面図である。
【図１０】射出口付近の構成の他の例を示す上面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ アークプラズマ発生装置
３ チャンバ
８ 線状アークプラズマ
１０ 上部ハウジング
１１ 壁
１２、２２ 冷却管
２０ 下部ハウジング
２０ａ 射出口
２４ 射出口縁部
２５ ガイド部材
２６ 絶縁部材
２７ 取付部
２８ 放電領域
３１ 放電電極
３１ａ 先端部
４１ 作動ガス供給ノズル
４７（４７ａ、４７ｂ） 保護ガス供給管
５１ ３相交流電源
５２ 多相交流変換部
５６ 中性線
６１ フィン部材
６２ メッシュ部材
６３ スリット部材
９０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a) 略密閉空間とされるとともに、一方向に伸びる射出口を有するチャンバと、
(b) 前記チャンバ内に不活性ガスを吐出することにより、前記チャンバ内を不活性ガス雰囲気とする作動ガス供給ノズルと、
(c) 前記チャンバ内に設けられており、各先端部が前記射出口を挟んで対向するよう、前記射出口の長手方向両側に前記射出口に沿って並設された複数の放電電極と、
(d) ３相交流を変換して多相交流を出力するとともに、各放電電極に対応する出力電圧を付与することにより、隣接する放電電極間で放電を生じさせ、各放電電極間でアークプラズマを発生させる多相交流変換部と、
を備え、
前記チャンバ内で発生した前記アークプラズマは、前記作動ガス供給ノズルから前記チャンバ内に吐出された不活性ガスによって、前記射出口から前記チャンバ外に押し出されることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアークプラズマ発生装置において、
前記複数の放電電極は、各先端部が前記射出口を挟んで千鳥状に配置されていることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のアークプラズマ発生装置において、
前記チャンバの前記射出口を覆う整流部材、
をさらに備えることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、
前記チャンバの射出口縁部は、前記射出口が前記アークプラズマの射出方向に沿って先細り状となるように傾斜していることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアークプラズマ発生装置において、
前記射出口縁部に設けられており、前記アークプラズマの前記射出方向に沿って伸びる複数のフィン部材、
をさらに備えることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、
前記射出口の長手方向両側に設けられており、前記アークプラズマの前記射出方向に突出するガイド部材、
をさらに備え、
前記多相交流変換部は、複数の変圧器によって構成されるとともに、各変圧器の出力側の中性点は中性線によって接続されており、
各ガイド部材は、金属によって形成され、絶縁部材を介して前記チャンバに取り付けられるとともに、前記中性線と接続されていることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、
前記チャンバのハウジング壁内に設けられた冷却管、
をさらに備え、
前記冷却管内を冷却流体が流通することにより、前記チャンバ内が冷却されることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、
各放電電極に供給される不活性ガスの流速を制御することにより、前記アークプラズマの密度を調整するように構成された制御部、
をさらに備えることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項１】
(a) 略密閉空間とされるとともに、一方向に伸びる射出口を有するチャンバと、
(b) 前記チャンバ内に不活性ガスを吐出することにより、前記チャンバ内を不活性ガス雰囲気とする作動ガス供給ノズルと、
(c) 前記チャンバ内に設けられており、各先端部が前記射出口を挟んで対向するよう、前記射出口の長手方向両側に前記射出口に沿って並設された複数の放電電極と、
(d) ３相交流を変換して多相交流を出力するとともに、各放電電極に対応する出力電圧を付与することにより、隣接する放電電極間で放電を生じさせ、各放電電極間でアークプラズマを発生させる多相交流変換部と、
を備え、
前記チャンバ内で発生した前記アークプラズマは、前記作動ガス供給ノズルから前記チャンバ内に吐出された不活性ガスによって、前記射出口から前記チャンバ外に押し出されることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアークプラズマ発生装置において、
前記複数の放電電極は、各先端部が前記射出口を挟んで千鳥状に配置されていることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のアークプラズマ発生装置において、
前記チャンバの前記射出口を覆う整流部材、
をさらに備えることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、
前記チャンバの射出口縁部は、前記射出口が前記アークプラズマの射出方向に沿って先細り状となるように傾斜していることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアークプラズマ発生装置において、
前記射出口縁部に設けられており、前記アークプラズマの前記射出方向に沿って伸びる複数のフィン部材、
をさらに備えることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、
前記射出口の長手方向両側に設けられており、前記アークプラズマの前記射出方向に突出するガイド部材、
をさらに備え、
前記多相交流変換部は、複数の変圧器によって構成されるとともに、各変圧器の出力側の中性点は中性線によって接続されており、
各ガイド部材は、金属によって形成され、絶縁部材を介して前記チャンバに取り付けられるとともに、前記中性線と接続されていることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、
前記チャンバのハウジング壁内に設けられた冷却管、
をさらに備え、
前記冷却管内を冷却流体が流通することにより、前記チャンバ内が冷却されることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のアークプラズマ発生装置において、
各放電電極に供給される不活性ガスの流速を制御することにより、前記アークプラズマの密度を調整するように構成された制御部、
をさらに備えることを特徴とするアークプラズマ発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１５８２５１（Ｐ２００９−１５８２５１Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３４２０８（Ｐ２００７−３３４２０８）
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００１３４０２８）株式会社テックインテック (9)
【出願人】（５９２０２９２５６）福井県 (122)
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００１３４０２８）株式会社テックインテック (9)
【出願人】（５９２０２９２５６）福井県 (122)
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