プラズマ用アンテナ電極及びプラズマ発生装置
【課題】１つのアンテナ電極から大きなプラズマを発生させることができるプラズマ用アンテナ電極及びプラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、マイクロ波を受信する主受信部２１と、主受信部２１の一端から延びる第一電極部２２と、主受信部２１の他端から延び、先端が第一電極部２２の先端と離間且つ近接している第二電極部２３と、を備える導体からなり、導体のうち主受信部がマイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とする。
【解決手段】本発明は、マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、マイクロ波を受信する主受信部２１と、主受信部２１の一端から延びる第一電極部２２と、主受信部２１の他端から延び、先端が第一電極部２２の先端と離間且つ近接している第二電極部２３と、を備える導体からなり、導体のうち主受信部がマイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極及びそれを備えるプラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、プラズマを発生させる方法として、導体からなるアンテナ電極にマイクロ波を照射し、アンテナ電極に定常波を発生させてプラズマを発生させる方法が知られている。例えば、特開２００６−１７９２１１号公報（特許文献１）には、複数の棒状のアンテナ電極が記載されている。プラズマを発生させる技術は、例えば半導体分野等における蒸着技術など、さまざまな分野で利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７９２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の棒状のアンテナ電極から発生するプラズマは、それほど大きいものではなく、蒸着技術などに適用するには多量のアンテナ電極を配置する必要があった。また、プラズマが小さいと、プラズマの他分野（例えば大気圧プラズマ装置）への適用が困難であった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、棒状のアンテナ電極よりも大きいプラズマを発生可能なプラズマ用アンテナ電極及びそれを備えた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】
【０００６】
本発明のプラズマ用アンテナ電極は、マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、マイクロ波を受信する主受信部と、主受信部の一端から延びる第一電極部と、主受信部の他端から延びて先端が第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、を備える導体からなり、導体のうち主に主受信部がマイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、導体（主に主受信部）がマイクロ波を受信（捕捉）すると、導体に定常波が発生する。そして、第一電極部の先端と第二電極部の先端とが離間且つ近接しているため、先端間の電場（プラズマと電極の振動共振電場）が共鳴しあい、当該先端間に棒状よりも大きなプラズマが発生する。つまり、本発明によれば、棒状のアンテナ電極よりも大きいプラズマを発生させることができる。
【０００８】
ここで、第一電極部及び第二電極部は、先端が尖っている方が好ましい。この構成によれば、より確実にプラズマを発生させることができる。
【０００９】
また、主受信部は、直線形状であることが好ましい。マイクロ波は、伝播方向に延びる直線部分で受信し易く、本構成にすることで、より確実にマイクロ波を受信することができる。また、導体は、Ｃ字型形状（円環状）であってもよく、この場合、作成が容易となる。
【００１０】
ここで、導体（すなわちプラズマ用アンテナ電極）の長さは、受信するマイクロ波の波長をλとすると、（λ／２）×ｎ（ｎ：正の奇数）を満たすことが好ましい。なお、（λ／２）×ｎ（ｎ：正の奇数）を満たすとは、±５ｍｍ程度の誤差や周辺の値を含む意味である。
【００１１】
この構成によれば、導体に生じる定常波により、第一電極部の先端の極性と、第二電極部の先端の極性とを確実に反対にすることができる。つまり、第一電極部の先端がプラスのとき第二電極部の先端がマイナスとなり、第一電極部の先端がマイナスのとき第二電極部の先端がプラスとなる。これにより、電極先端間に、より大きなプラズマが発生する。
【００１２】
ここで、本発明のプラズマ用アンテナ電極は、上記導体を複数有し、当該複数の導体は、主受信部同士が交差して配置されていてもよい。これにより、プラズマ用アンテナ電極は、受信するマイクロ波の伝播方向に関わらず、大きなプラズマを発生させることができる。また、この構成において、すべての先端は、互いに離間且つ近接していることが好ましい。それぞれの先端間の空間が重なって配置されることで、その間の電場が強まり、より大きなプラズマを発生させることができる。
【００１３】
ここで、本発明のプラズマ発生装置は、マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、上記プラズマ用アンテナ電極と、を備え、プラズマ用アンテナ電極は、マイクロ波を受信して定常波を発生させることを特徴とする。このプラズマ発生装置では、より大きいプラズマを発生させることができる。
【００１４】
本発明のプラズマ発生装置において、主受信部は、直線形状であり、マイクロ波照射装置は、プラズマ用アンテナ電極に対して主受信部に平行にマイクロ波を照射することが好ましい。これにより、プラズマ用アンテナ電極が効率よくマイクロ波を受信し、大きなプラズマが発生する。
【００１５】
また、プラズマ用アンテナ電極が同一平面上に形成され、マイクロ波照射装置は、プラズマ用アンテナ電極に対して上記平面に平行にマイクロ波を照射するように構成してもよい。これによっても、プラズマ用アンテナ電極が効率よくマイクロ波を受信し、大きなプラズマが発生する。
【００１６】
また、本発明は、以下の構成ともできる。すなわち、本発明は、マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、マイクロ波を受信する板状の主受信部と、主受信部表面から上方に延びる第一電極部と、主受信部表面から上方に延び、先端が第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、を有する導体と、主受信部の表面上に設けられ、第一電極部及び第二電極部を先端のみが露出するように覆う非導電性の被覆部材と、を備え、導体のうち主に主受信部がマイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とする。この構成によれば、導電性の液中でも、第一電極部及び第二電極部の先端間に大きなプラズマを発生させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、１つのアンテナ電極から大きなプラズマを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態のプラズマ発生装置１の構成を示す模式断面図である。
【図２】第一実施形態のプラズマ用アンテナ電極２を示す模式正面図である。
【図３】第一実施形態のプラズマ用アンテナ電極２を示す模式平面図である。
【図４】実験例１の構成を示す模式図である。
【図５】実験例２の結果を示す図である。
【図６】角度θが０度におけるプラズマ用アンテナ電極２を示す模式正面図である。
【図７】変形態様のプラズマ用アンテナ電極２を示す模式正面図である。
【図８】変形態様のプラズマ用アンテナ電極２を示す模式正面図である。
【図９】変形態様のプラズマ用アンテナ電極２０を示す模式斜視図である。
【図１０】実験例６の構成を示す模式図である。
【図１１】実験例６の構成を示す模式図である。
【図１２】第二実施形態のプラズマ用アンテナ電極５を示す模式正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００２０】
＜第一実施形態＞
第一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。なお、図面については、構成が把握できるよう模式的に表しており、寸法は一部拡大・縮小されている。
【００２１】
プラズマ発生装置１は、図１に示すように、プラズマ用アンテナ電極２と、外容器３と、マイクロ波照射装置４と、を備えている。
【００２２】
プラズマ用アンテナ電極２は、図２及び図３に示すように、細長い板状の導体（ここでは、タングステン）からなり、全体として、おにぎり形状（三角形の角が丸い）に形成されている。プラズマ用アンテナ電極２の全長は、受信するマイクロ波（ここでは周波数２．４５ＧＨｚ）の波長λのおよそ１／２（およそ６１ｍｍ）となっている。また、プラズマ用アンテナ電極２は、幅ｄがおよそ３ｍｍで、厚さｔがおよそ０．５ｍｍである。なお、伝播するマイクロ波の波長λは、λ＝（ｃ／ｆ）×εｒ−１／２により求まる（ｃ：光速度、ｆ：周波数、εｒ：比誘電率）。
【００２３】
プラズマ用アンテナ電極２は、主受信部２１と、第一電極部２２と、第二電極部２３と、を有している。主受信部２１は、直線形状であり、プラズマ用アンテナ電極２のうち主にマイクロ波を受信する部位である。
【００２４】
第一電極部２２は、主受信部２１の一端から主受信部２１に交差する方向に延びている。換言すると、第一電極部２２は、自身の末端から先端へ向かう方向が、主受信部２１の延伸方向と異なるように、主受信部２１の一端から延びている。詳細には、第一電極部２２と主受信部２１との為す角（口述するθと同じ角度）は、鋭角（ここではおよそ４０〜４５度）になっている。第一電極部２２の先端は、尖った形状となっている。
【００２５】
第二電極部２３は、主受信部２１の一端から主受信部２１に交差する方向で、先端が第一電極部２２の先端に近づくように延びている。換言すると、第二電極部２３は、自身の末端から先端へ向かう方向が、部２１の延伸方向と異なるように、主受信部２１の他端から延びている。第二電極部２３と主受信部２１との為す角は、第一電極部２２と主受信部２１との為す角と同じになっている。第二電極部２３の長さは、第一電極部２２の長さと同じであり、全体で略二等辺三角形ともいえる。第二電極部２３の先端は、尖った形状となっている。本実施形態では、各電極２２、２３の先端間の離間距離（先端間距離ｓ）は、およそ３ｍｍに設定されている。
【００２６】
主受信部２１、第一電極部２２、及び、第二電極部２３は、ほぼ同一平面上に位置するように形成されている。なお、本実施形態において、第一電極部２２と主受信部２１の為す角と、第二電極部２３と主受信部２１の為す角は、多少異なっていてもよい。また、第一電極部２２の長さと、第二電極部２３の長さが、多少異なっていてもよい。また、尖った形状とは、厚さｔ（板厚）が一定で、幅ｄが先端に行くほど細くなるような形状であってもよい。
【００２７】
外容器３は、内部空間を有する筐体であって、内部にプラズマ用アンテナ電極２とマイクロ波照射装置４を収容している。外容器３は、内部に連通するパイプ３１を有している。外容器３の外部には不活性ガス供給装置（図示せず）が備えられており、パイプ３１を介して窒素やアルゴン等の不活性ガスが外容器３内に供給される。なお、ここでは、外容器３内に台座３２が設けられており、プラズマ用アンテナ電極２は、台座３２上に配置されている。
【００２８】
マイクロ波照射装置４は、マイクロ波を照射する装置であって、ここではマグネトロンを用いている。マイクロ波照射装置４は、外容器３内に配置され、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射する。
【００２９】
（実験例１）
プラズマ発生装置１を用いてプラズマ発生実験を行った。図４に示すように、外容器３及びマイクロ波照射装置４としては、電子レンジＡ（電力７５０Ｗ）を用いた。つまり、電子レンジＡの筐体が外容器３であり、電子レンジ内のマグネトロン（周波数２．４５ＧＨｚ）がマイクロ波照射装置４である。なお、電子レンジ内の回転テーブルは取り外した状態（すなわち回転しない状態）である。
【００３０】
まず、ビーカーＢを用意し、主受信部２１がビーカーＢの底面に接し、電極部２２、２３の先端が主受信部２１の上方に位置するように、ビーカーＢ内にプラズマ用アンテナ電極２を設置した。その後、ビーカーＢ内にアルゴンガスを注入し、ビーカーＢを密封した。続いて、当該ビーカーＢを電子レンジＡ内に配置した。
【００３１】
ここで、ビーカーＢは、プラズマ用アンテナ電極２の主受信部２１がマイクロ波の照射方向（伝播方向）と平行になるように配置した。マイクロ波照射装置４であるマグネトロンが電子レンジＡ内の右側面（図１参照）に配置されているため、マイクロ波の照射方向は、電子レンジＡ内の右側面から左側面に向かう方向となる。つまり、ビーカーＢは、主受信部２１の延伸方向が電子レンジＡの正面から見た場合の左右方向となるように配置した。なお、この配置では、一仮想平面上に形成されたプラズマ用アンテナ電極２（主受信部２１、第一電極部２２、及び第二電極部２３）に対し、当該仮想平面に平行な方向からマイクロ波を照射することとなる。
【００３２】
ここで、電子レンジＡのスタートボタンを押し、マグネトロンからマイクロ波を照射した。その後、第一電極部２２の先端と第二電極部２３の先端の間からプラズマが発生した。プラズマは、電極部２２、２３の先端間から、およそ１００ｍｍ上方にまで発生した。従来の台座に直立固定した棒状のアンテナ電極では、同条件において、プラズマは、アンテナ電極先端から５ｍｍ程度しか発生しなかった。
【００３３】
このように、本実施形態のプラズマ用アンテナ電極２によれば、より大きなプラズマを発生させることができる。本実施形態によれば、主受信部２１の中心部分には、電位が０となる部分が発生し、その上方で各電極部２２、２３の先端がプラス、マイナスとなるため、先端間の上方に向けて大きなプラズマが発生する。本実施形態では、プラズマ用アンテナ電極２の全長がマイクロ波の波長λの１／２になっているため、電極内により確実に定常波を発生させることができる。第一電極部２２及び第二電極部２３の先端は、交互にプラスとマイナスが入れ替わり、先端間に強い電場を発生させ、大きなプラズマが発生する。なお、各電極部２２、２３でも、多少マイクロ波を受信している。
【００３４】
（実験例２）
ここで、上記実験例１において、プラズマ用アンテナ電極２の材料を銅とし、電極２２、２３の先端間距離を変更して実験した。これによれば、先端間距離は、図５に示すように、特に０．２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲において強いプラズマが発生した。図５において、○はおよそ１０ｍｍ以上のプラズマが発生したこと、△はプラズマが発生しにくかったこと、×はプラズマが発生しなかったことを表している。先端間距離が０の場合、プラズマは発生しなかった。先端間距離が０．２ｍｍ未満の場合は、設計上電極の作製ができなかったため実験できなかったが、０でなければ先端間に強い電場が発生し、強いプラズマが発生することが予測できる。このように、プラズマ用アンテナ電極２の先端間距離は、０でなく且つ近接していればよい。
【００３５】
（実験例３）
また、図２に示すように、先端間距離を３ｍｍに固定し、設置面に対する電極部２２、２３の先端の為す角度θを変えて実験した。角度θについては、電極部２２、２３の先端のみを屈曲させたものを除く。つまり、θが０度である以外は、電極部２２、２３と主受信部２１が為す角度であり、電極部２２、２３は屈曲していない。θが０度においては、図６に示すように、主受信部２１の端部から電極部２２、２３全長の半分以下のところで電極部２２、２３を屈曲させ、角度θを０度としている。これによれば、角度θが小さい（例えばおよそ６０度以下、具体的に２０度、３０度、４０度、６０度）ときに強いプラズマが発生しやすかった。８０度、９０度においてはプラズマが発生しにくかった。これは、プラズマ用アンテナ電極２の全長が一定の下では、角度θが小さいほど、主受信部２１の長さが大きくなり、より確実にマイクロ波を受信できるためであると考えられる。
【００３６】
（実験例４）
また、プラズマ用アンテナ電極２の全長を６１ｍｍの周辺で変更して実験した。その結果、およそ５６ｍｍ以上６６ｍｍ以下において強いプラズマが発生した。つまり、プラズマ用アンテナ電極２の全長は、λ／２及びその周辺が好ましいことがわかった。なお、およそ５５ｍｍ、５４ｍｍでもプラズマが発生しており、好ましい全長は、およそ０．９×（λ／２）以上１．１×（λ／２）以下ともいえる。
【００３７】
また、理論上、強い電場が発生しやすいプラズマ用アンテナ電極２の全長は、λ／２の奇数倍（正の整数）である（周辺の値も含む）。λ／２の奇数倍とすることで、定常波が発生した際、各電極部２２、２３の先端が互い反対の極性になりやすくなる。先端が互いに反対の極性となると、先端間の電場が強くなり、強いプラズマが発生しやすくなる。
【００３８】
（実験例５）
また、実験例１において、マイクロ波の伝播方向に対するプラズマ用アンテナ電極２の配置位置を変更して実験した。これによれば、マイクロ波の伝播方向に対して、主受信部２１が平行である場合（すなわち、実験例１）に最も強いプラズマが発生した。次に、主受信部２１をマイクロ波の伝播方向に対して４５度傾けた場合、強いプラズマが発生したものの、平行の場合よりも小さくなった。次に、主受信部２１をマイクロ波の伝播方向に対して９０度傾けた場合（すなわち、直交させた場合）、プラズマは発生しなかった。つまり、主受信部２１の延伸方向とマイクロ波の伝播方向は平行であることが最も好ましい。
【００３９】
＜変形態様＞
ここで、プラズマ用アンテナ電極２は、上記の形状に限られない。プラズマ用アンテナ電極２は、先端間が離間し近接していればよく、例えば、図７に示すような円環状（略Ｃ字状）、図６に示すような角環状、または図８に示すような栗型（例えば主受信部２１が直線状で、各電極部２２、２３が凸弧状のもの：Ｃ字型形状に含まれる）などでもよい。図７の場合、例えば、上下の高さのおよそ半分以上を電極部２２、２３ということができる。図８の場合も、上記のほか、高さの半分以上を電極部２２、２３といってもよい。また、プラズマ用アンテナ電極２は、板状に限らず、例えば棒状の材料（導体）を用いて形成してもよい。
【００４０】
また、図９に示すように、複数のプラズマ用アンテナ電極２を組み合わせて、１つのプラズマ用アンテナ電極２０としてもよい。プラズマ用アンテナ電極２０は、２つの主受信部２１の中央部分を、主受信部２１が互いに直交するように接合して形成されている。接合は、例えば溶着や接着剤を用いて行える。プラズマ用アンテナ電極２０の４つの電極部２２、２３は、互いに離間し且つ近接している。
【００４１】
この構成によれば、プラズマ用アンテナ電極２０をどの向きに配置しても、２つの主受信部２１のうち少なくとも一方は、マイクロ波の伝播方向に対して直交しない位置となる。つまり、マイクロ波の伝播方向に対するプラズマ用アンテナ電極２０の配置向きに関わらず、各電極部２２、２３の先端間に強いプラズマを発生させることができる。さらに、各先端間が重なり合うため、より強い電場が発生し、より強いプラズマが発生する。
【００４２】
また、マイクロ波照射装置４は、マグネトロンに限られず、クライストロンなどのマイクロ波真空管や、ガン・ダイオードなどの半導体素子を用いたものであってもよい。
【００４３】
また、プラズマ発生装置１及びプラズマ用アンテナ電極２は、気相プラズマ用に限られない。例えば、プラズマ用アンテナ電極２をノーマルドデカン（ｎ−ｄｏｄｅｃａｎｅ）などの有機溶媒中に配置した場合でも、本実施形態によればプラズマを容易に発生させることができた。つまり、プラズマ発生装置１及びプラズマ用アンテナ電極２は、液中プラズマが可能であって有効である。本実施形態は、有機溶媒と同様、廃油やシリコンオイルなどの非導電性液体中であれば液中プラズマが可能且つ有効である。なお、ノーマルドデカンの場合、比誘電率εｒが１．７７７となるため、伝播するマイクロ波の波長λが変わり、プラズマ用アンテナ電極２の全長は、λ／２（およそ４５．９ｍｍ）が好ましい。
【００４４】
また、本実施形態のプラズマ発生装置１は、大気圧プラズマＣＶＤ装置として利用できる。従来の大気圧プラズマＣＶＤ装置では、棒状のアンテナ電極を用いていたため、プラズマが小さく起こしにくいという問題があった。しかし、本実施形態によれば、より強いプラズマを容易に発生させることができ、例えば半導体工程において容易に薄膜を形成することができる。
【００４５】
大気圧プラズマＣＶＤ装置の一例としては、ダイヤモンド合成装置が挙げられる。ダイヤモンド合成装置は、例えば図１のプラズマ発生装置１におけるプラズマ用アンテナ電極２の上方に基板（例えばシリコンウエハ）を配置して構成することができる。そして、容器（ビーカー等）内にプラズマ用アンテナ電極２及び基板を配置すると共にメタンガスと水素の混合ガスを注入して、容器を外容器３内に配置する。これにマイクロ波を照射することで、強いプラズマが発生し、基板上にダイヤモンドが蒸着される。このように、本実施形態のプラズマ発生装置１は、大気圧プラズマＣＶＤ装置にも適している。また、プラズマ用アンテナ電極２、２０は、大気圧プラズマＣＶＤ装置のアンテナ電極にも適している。
【００４６】
（実験例６）
ここで、図１０に示す装置を用いて、ダイヤモンド合成実験を行った。図１０に示す装置は、プラズマ発生装置１と同じ構成であり、電子レンジＡ２を用いたものである。電子レンジＡ２上部のパイプには、４本のチューブ３１が挿入されている。２本のチューブ３１は、外部と電子レンジＡ２内とで窒素の給排気を行うためのものであり、残りの２本は、外部とビーカーＢ２内とで水素及びメタンの給排気を行うためのものである。
【００４７】
ビーカーＢ２は、図１１に示すように、２つの貫通孔が設けられており、そこに１本ずつチューブ３１が挿入されている。ビーカーＢ２は蓋がされて密封状態であり、外部との給排気はチューブ３１を介して行った。
【００４８】
ビーカーＢ２内の台座３２（テフロン（登録商標）製）には、栗型のプラズマ用アンテナ電極２と、基板ホルダー３３と、が設置されている。プラズマ用アンテナ電極２は、主受信部２１がマイクロ波の照射方向と略平行となるように設置されている。また、基板ホルダー３３は、プラズマ用アンテナ電極２の上方に、シリコン基板３４を保持している。シリコン基板３４とプラズマ用アンテナ電極２の先端との離間距離は、５ｍｍ程度とした。
【００４９】
この装置において、電子レンジＡ２を起動し、ビーカーＢ２内に水素とメタンの混合気体（メタン１％）を１０００ｃｃ／ｍｉｎで流した。電子レンジＡ２内は、窒素ガスで充満させた。マグネトロンからのマイクロ波出力をスライダックで調整することにより、シリコン基板３４の温度をおよそ７００℃に保った。実験開始後３分で、シリコン基板３４上にダイヤモンド（粒径５μｍ）の膜が形成された。
【００５０】
＜第二実施形態＞
第二実施形態のプラズマ用アンテナ電極５について、図１２を参照して説明する。図１２に示すように、プラズマ用アンテナ電極５は、主受信部５１と、第一電極部５２と、第二電極部５３と、被覆部材５４と、を備えている。
【００５１】
主受信部５１は、厚さ約０．５ｍｍの平板導体（例えば、銅又はタングステン）である。主受信部５１の平面図は、略円形となっている。第一電極部５２は、主受信部５１の表面から上方に弧状に延びた長板導体（例えば、銅又はタングステン）である。第二電極部５３は、主受信部５１の表面及び第一電極部５２の末端から上方に弧状に延びた長板導体（例えば、銅又はタングステン）である。つまり、各電極部５２、５３は、主受信部５１に電気的に接続（又は接触）している。第一及び第二電極部５２、５３は、一体に形成されており、全体で略Ｃ字型形状となっている。第一及び第二電極部５２、５３は、実験例４同様、全長がλ／２（又はλ／２の奇数倍）及びその周辺であることが好ましい。
【００５２】
被覆部材５４は、耐熱接着剤からなり、主受信部５１の表面上で略円柱形状となっている。被覆部材５４は、第一及び第二電極部５２、５３の各先端を除いて、第一及び第二電極部５２、５３を覆っている。つまり、第一及び第二電極部５２、５３は、被覆部材５４に覆われて、先端のみが露出している。換言すると、第一電極部５２は、第一露出電極部（先端部）と第一被覆電極部とからなり、第二電極部５３は、第二露出電極部（先端部）と第二被覆電極部とからなっている。
【００５３】
このプラズマ用アンテナ電極５においても、第一実施形態同様、マイクロ波を照射すると、第一及び第二電極部５２、５３の先端間に大きなプラズマが発生した。さらに、第二実施形態のプラズマ用アンテナ電極５では、第一及び第二電極部５２、５３が被覆部材５４に覆われており、水等の導電性液体中でもプラズマを発生させることができる。導電性液体である水中にプラズマ用アンテナ電極５を配置して、マイクロ波を照射した際、大きいプラズマが発生した。これは、導体中に定常波が形成される際、電磁波が導電性液体に吸収されるのを被覆部材５４が防ぐためである。
【００５４】
なお、主受信部５１の形状（平面図）は上記に限らず、楕円、又は長方形等の多角形であってもよい。また、主受信部５１は、板状に限らず、棒状、球状等でもよい。ただし、主受信部５１は、設置等の観点から板状が好ましく、さらに円形のほうが、マイクロ波の照射方向によらず、安定してプラズマを発生できる。
【００５５】
また、主受信部５１の表面積（上面）は、被覆部材５４の底面積より大きいほうが好ましい。これにより、より確実且つ効果的にマイクロ波を受信することができる。また、被覆部材５４の材料は、非導電性のものであればよく、樹脂製部材であってもよい。また、第一電極部５２及び第二電極部５３の形状は、図２や図８に示すような三角形や栗型であってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１：プラズマ発生装置、
２，２０，５：プラズマ用アンテナ電極、
２１，５１：主受信部、 ２２，５２：第一電極部、 ２３，５３：第二電極部、
５４：被覆部材、 ３：外容器、 ４：マイクロ波照射装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極及びそれを備えるプラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、プラズマを発生させる方法として、導体からなるアンテナ電極にマイクロ波を照射し、アンテナ電極に定常波を発生させてプラズマを発生させる方法が知られている。例えば、特開２００６−１７９２１１号公報（特許文献１）には、複数の棒状のアンテナ電極が記載されている。プラズマを発生させる技術は、例えば半導体分野等における蒸着技術など、さまざまな分野で利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７９２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の棒状のアンテナ電極から発生するプラズマは、それほど大きいものではなく、蒸着技術などに適用するには多量のアンテナ電極を配置する必要があった。また、プラズマが小さいと、プラズマの他分野（例えば大気圧プラズマ装置）への適用が困難であった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、棒状のアンテナ電極よりも大きいプラズマを発生可能なプラズマ用アンテナ電極及びそれを備えた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】
【０００６】
本発明のプラズマ用アンテナ電極は、マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、マイクロ波を受信する主受信部と、主受信部の一端から延びる第一電極部と、主受信部の他端から延びて先端が第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、を備える導体からなり、導体のうち主に主受信部がマイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、導体（主に主受信部）がマイクロ波を受信（捕捉）すると、導体に定常波が発生する。そして、第一電極部の先端と第二電極部の先端とが離間且つ近接しているため、先端間の電場（プラズマと電極の振動共振電場）が共鳴しあい、当該先端間に棒状よりも大きなプラズマが発生する。つまり、本発明によれば、棒状のアンテナ電極よりも大きいプラズマを発生させることができる。
【０００８】
ここで、第一電極部及び第二電極部は、先端が尖っている方が好ましい。この構成によれば、より確実にプラズマを発生させることができる。
【０００９】
また、主受信部は、直線形状であることが好ましい。マイクロ波は、伝播方向に延びる直線部分で受信し易く、本構成にすることで、より確実にマイクロ波を受信することができる。また、導体は、Ｃ字型形状（円環状）であってもよく、この場合、作成が容易となる。
【００１０】
ここで、導体（すなわちプラズマ用アンテナ電極）の長さは、受信するマイクロ波の波長をλとすると、（λ／２）×ｎ（ｎ：正の奇数）を満たすことが好ましい。なお、（λ／２）×ｎ（ｎ：正の奇数）を満たすとは、±５ｍｍ程度の誤差や周辺の値を含む意味である。
【００１１】
この構成によれば、導体に生じる定常波により、第一電極部の先端の極性と、第二電極部の先端の極性とを確実に反対にすることができる。つまり、第一電極部の先端がプラスのとき第二電極部の先端がマイナスとなり、第一電極部の先端がマイナスのとき第二電極部の先端がプラスとなる。これにより、電極先端間に、より大きなプラズマが発生する。
【００１２】
ここで、本発明のプラズマ用アンテナ電極は、上記導体を複数有し、当該複数の導体は、主受信部同士が交差して配置されていてもよい。これにより、プラズマ用アンテナ電極は、受信するマイクロ波の伝播方向に関わらず、大きなプラズマを発生させることができる。また、この構成において、すべての先端は、互いに離間且つ近接していることが好ましい。それぞれの先端間の空間が重なって配置されることで、その間の電場が強まり、より大きなプラズマを発生させることができる。
【００１３】
ここで、本発明のプラズマ発生装置は、マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、上記プラズマ用アンテナ電極と、を備え、プラズマ用アンテナ電極は、マイクロ波を受信して定常波を発生させることを特徴とする。このプラズマ発生装置では、より大きいプラズマを発生させることができる。
【００１４】
本発明のプラズマ発生装置において、主受信部は、直線形状であり、マイクロ波照射装置は、プラズマ用アンテナ電極に対して主受信部に平行にマイクロ波を照射することが好ましい。これにより、プラズマ用アンテナ電極が効率よくマイクロ波を受信し、大きなプラズマが発生する。
【００１５】
また、プラズマ用アンテナ電極が同一平面上に形成され、マイクロ波照射装置は、プラズマ用アンテナ電極に対して上記平面に平行にマイクロ波を照射するように構成してもよい。これによっても、プラズマ用アンテナ電極が効率よくマイクロ波を受信し、大きなプラズマが発生する。
【００１６】
また、本発明は、以下の構成ともできる。すなわち、本発明は、マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、マイクロ波を受信する板状の主受信部と、主受信部表面から上方に延びる第一電極部と、主受信部表面から上方に延び、先端が第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、を有する導体と、主受信部の表面上に設けられ、第一電極部及び第二電極部を先端のみが露出するように覆う非導電性の被覆部材と、を備え、導体のうち主に主受信部がマイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とする。この構成によれば、導電性の液中でも、第一電極部及び第二電極部の先端間に大きなプラズマを発生させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、１つのアンテナ電極から大きなプラズマを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態のプラズマ発生装置１の構成を示す模式断面図である。
【図２】第一実施形態のプラズマ用アンテナ電極２を示す模式正面図である。
【図３】第一実施形態のプラズマ用アンテナ電極２を示す模式平面図である。
【図４】実験例１の構成を示す模式図である。
【図５】実験例２の結果を示す図である。
【図６】角度θが０度におけるプラズマ用アンテナ電極２を示す模式正面図である。
【図７】変形態様のプラズマ用アンテナ電極２を示す模式正面図である。
【図８】変形態様のプラズマ用アンテナ電極２を示す模式正面図である。
【図９】変形態様のプラズマ用アンテナ電極２０を示す模式斜視図である。
【図１０】実験例６の構成を示す模式図である。
【図１１】実験例６の構成を示す模式図である。
【図１２】第二実施形態のプラズマ用アンテナ電極５を示す模式正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００２０】
＜第一実施形態＞
第一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。なお、図面については、構成が把握できるよう模式的に表しており、寸法は一部拡大・縮小されている。
【００２１】
プラズマ発生装置１は、図１に示すように、プラズマ用アンテナ電極２と、外容器３と、マイクロ波照射装置４と、を備えている。
【００２２】
プラズマ用アンテナ電極２は、図２及び図３に示すように、細長い板状の導体（ここでは、タングステン）からなり、全体として、おにぎり形状（三角形の角が丸い）に形成されている。プラズマ用アンテナ電極２の全長は、受信するマイクロ波（ここでは周波数２．４５ＧＨｚ）の波長λのおよそ１／２（およそ６１ｍｍ）となっている。また、プラズマ用アンテナ電極２は、幅ｄがおよそ３ｍｍで、厚さｔがおよそ０．５ｍｍである。なお、伝播するマイクロ波の波長λは、λ＝（ｃ／ｆ）×εｒ−１／２により求まる（ｃ：光速度、ｆ：周波数、εｒ：比誘電率）。
【００２３】
プラズマ用アンテナ電極２は、主受信部２１と、第一電極部２２と、第二電極部２３と、を有している。主受信部２１は、直線形状であり、プラズマ用アンテナ電極２のうち主にマイクロ波を受信する部位である。
【００２４】
第一電極部２２は、主受信部２１の一端から主受信部２１に交差する方向に延びている。換言すると、第一電極部２２は、自身の末端から先端へ向かう方向が、主受信部２１の延伸方向と異なるように、主受信部２１の一端から延びている。詳細には、第一電極部２２と主受信部２１との為す角（口述するθと同じ角度）は、鋭角（ここではおよそ４０〜４５度）になっている。第一電極部２２の先端は、尖った形状となっている。
【００２５】
第二電極部２３は、主受信部２１の一端から主受信部２１に交差する方向で、先端が第一電極部２２の先端に近づくように延びている。換言すると、第二電極部２３は、自身の末端から先端へ向かう方向が、部２１の延伸方向と異なるように、主受信部２１の他端から延びている。第二電極部２３と主受信部２１との為す角は、第一電極部２２と主受信部２１との為す角と同じになっている。第二電極部２３の長さは、第一電極部２２の長さと同じであり、全体で略二等辺三角形ともいえる。第二電極部２３の先端は、尖った形状となっている。本実施形態では、各電極２２、２３の先端間の離間距離（先端間距離ｓ）は、およそ３ｍｍに設定されている。
【００２６】
主受信部２１、第一電極部２２、及び、第二電極部２３は、ほぼ同一平面上に位置するように形成されている。なお、本実施形態において、第一電極部２２と主受信部２１の為す角と、第二電極部２３と主受信部２１の為す角は、多少異なっていてもよい。また、第一電極部２２の長さと、第二電極部２３の長さが、多少異なっていてもよい。また、尖った形状とは、厚さｔ（板厚）が一定で、幅ｄが先端に行くほど細くなるような形状であってもよい。
【００２７】
外容器３は、内部空間を有する筐体であって、内部にプラズマ用アンテナ電極２とマイクロ波照射装置４を収容している。外容器３は、内部に連通するパイプ３１を有している。外容器３の外部には不活性ガス供給装置（図示せず）が備えられており、パイプ３１を介して窒素やアルゴン等の不活性ガスが外容器３内に供給される。なお、ここでは、外容器３内に台座３２が設けられており、プラズマ用アンテナ電極２は、台座３２上に配置されている。
【００２８】
マイクロ波照射装置４は、マイクロ波を照射する装置であって、ここではマグネトロンを用いている。マイクロ波照射装置４は、外容器３内に配置され、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射する。
【００２９】
（実験例１）
プラズマ発生装置１を用いてプラズマ発生実験を行った。図４に示すように、外容器３及びマイクロ波照射装置４としては、電子レンジＡ（電力７５０Ｗ）を用いた。つまり、電子レンジＡの筐体が外容器３であり、電子レンジ内のマグネトロン（周波数２．４５ＧＨｚ）がマイクロ波照射装置４である。なお、電子レンジ内の回転テーブルは取り外した状態（すなわち回転しない状態）である。
【００３０】
まず、ビーカーＢを用意し、主受信部２１がビーカーＢの底面に接し、電極部２２、２３の先端が主受信部２１の上方に位置するように、ビーカーＢ内にプラズマ用アンテナ電極２を設置した。その後、ビーカーＢ内にアルゴンガスを注入し、ビーカーＢを密封した。続いて、当該ビーカーＢを電子レンジＡ内に配置した。
【００３１】
ここで、ビーカーＢは、プラズマ用アンテナ電極２の主受信部２１がマイクロ波の照射方向（伝播方向）と平行になるように配置した。マイクロ波照射装置４であるマグネトロンが電子レンジＡ内の右側面（図１参照）に配置されているため、マイクロ波の照射方向は、電子レンジＡ内の右側面から左側面に向かう方向となる。つまり、ビーカーＢは、主受信部２１の延伸方向が電子レンジＡの正面から見た場合の左右方向となるように配置した。なお、この配置では、一仮想平面上に形成されたプラズマ用アンテナ電極２（主受信部２１、第一電極部２２、及び第二電極部２３）に対し、当該仮想平面に平行な方向からマイクロ波を照射することとなる。
【００３２】
ここで、電子レンジＡのスタートボタンを押し、マグネトロンからマイクロ波を照射した。その後、第一電極部２２の先端と第二電極部２３の先端の間からプラズマが発生した。プラズマは、電極部２２、２３の先端間から、およそ１００ｍｍ上方にまで発生した。従来の台座に直立固定した棒状のアンテナ電極では、同条件において、プラズマは、アンテナ電極先端から５ｍｍ程度しか発生しなかった。
【００３３】
このように、本実施形態のプラズマ用アンテナ電極２によれば、より大きなプラズマを発生させることができる。本実施形態によれば、主受信部２１の中心部分には、電位が０となる部分が発生し、その上方で各電極部２２、２３の先端がプラス、マイナスとなるため、先端間の上方に向けて大きなプラズマが発生する。本実施形態では、プラズマ用アンテナ電極２の全長がマイクロ波の波長λの１／２になっているため、電極内により確実に定常波を発生させることができる。第一電極部２２及び第二電極部２３の先端は、交互にプラスとマイナスが入れ替わり、先端間に強い電場を発生させ、大きなプラズマが発生する。なお、各電極部２２、２３でも、多少マイクロ波を受信している。
【００３４】
（実験例２）
ここで、上記実験例１において、プラズマ用アンテナ電極２の材料を銅とし、電極２２、２３の先端間距離を変更して実験した。これによれば、先端間距離は、図５に示すように、特に０．２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲において強いプラズマが発生した。図５において、○はおよそ１０ｍｍ以上のプラズマが発生したこと、△はプラズマが発生しにくかったこと、×はプラズマが発生しなかったことを表している。先端間距離が０の場合、プラズマは発生しなかった。先端間距離が０．２ｍｍ未満の場合は、設計上電極の作製ができなかったため実験できなかったが、０でなければ先端間に強い電場が発生し、強いプラズマが発生することが予測できる。このように、プラズマ用アンテナ電極２の先端間距離は、０でなく且つ近接していればよい。
【００３５】
（実験例３）
また、図２に示すように、先端間距離を３ｍｍに固定し、設置面に対する電極部２２、２３の先端の為す角度θを変えて実験した。角度θについては、電極部２２、２３の先端のみを屈曲させたものを除く。つまり、θが０度である以外は、電極部２２、２３と主受信部２１が為す角度であり、電極部２２、２３は屈曲していない。θが０度においては、図６に示すように、主受信部２１の端部から電極部２２、２３全長の半分以下のところで電極部２２、２３を屈曲させ、角度θを０度としている。これによれば、角度θが小さい（例えばおよそ６０度以下、具体的に２０度、３０度、４０度、６０度）ときに強いプラズマが発生しやすかった。８０度、９０度においてはプラズマが発生しにくかった。これは、プラズマ用アンテナ電極２の全長が一定の下では、角度θが小さいほど、主受信部２１の長さが大きくなり、より確実にマイクロ波を受信できるためであると考えられる。
【００３６】
（実験例４）
また、プラズマ用アンテナ電極２の全長を６１ｍｍの周辺で変更して実験した。その結果、およそ５６ｍｍ以上６６ｍｍ以下において強いプラズマが発生した。つまり、プラズマ用アンテナ電極２の全長は、λ／２及びその周辺が好ましいことがわかった。なお、およそ５５ｍｍ、５４ｍｍでもプラズマが発生しており、好ましい全長は、およそ０．９×（λ／２）以上１．１×（λ／２）以下ともいえる。
【００３７】
また、理論上、強い電場が発生しやすいプラズマ用アンテナ電極２の全長は、λ／２の奇数倍（正の整数）である（周辺の値も含む）。λ／２の奇数倍とすることで、定常波が発生した際、各電極部２２、２３の先端が互い反対の極性になりやすくなる。先端が互いに反対の極性となると、先端間の電場が強くなり、強いプラズマが発生しやすくなる。
【００３８】
（実験例５）
また、実験例１において、マイクロ波の伝播方向に対するプラズマ用アンテナ電極２の配置位置を変更して実験した。これによれば、マイクロ波の伝播方向に対して、主受信部２１が平行である場合（すなわち、実験例１）に最も強いプラズマが発生した。次に、主受信部２１をマイクロ波の伝播方向に対して４５度傾けた場合、強いプラズマが発生したものの、平行の場合よりも小さくなった。次に、主受信部２１をマイクロ波の伝播方向に対して９０度傾けた場合（すなわち、直交させた場合）、プラズマは発生しなかった。つまり、主受信部２１の延伸方向とマイクロ波の伝播方向は平行であることが最も好ましい。
【００３９】
＜変形態様＞
ここで、プラズマ用アンテナ電極２は、上記の形状に限られない。プラズマ用アンテナ電極２は、先端間が離間し近接していればよく、例えば、図７に示すような円環状（略Ｃ字状）、図６に示すような角環状、または図８に示すような栗型（例えば主受信部２１が直線状で、各電極部２２、２３が凸弧状のもの：Ｃ字型形状に含まれる）などでもよい。図７の場合、例えば、上下の高さのおよそ半分以上を電極部２２、２３ということができる。図８の場合も、上記のほか、高さの半分以上を電極部２２、２３といってもよい。また、プラズマ用アンテナ電極２は、板状に限らず、例えば棒状の材料（導体）を用いて形成してもよい。
【００４０】
また、図９に示すように、複数のプラズマ用アンテナ電極２を組み合わせて、１つのプラズマ用アンテナ電極２０としてもよい。プラズマ用アンテナ電極２０は、２つの主受信部２１の中央部分を、主受信部２１が互いに直交するように接合して形成されている。接合は、例えば溶着や接着剤を用いて行える。プラズマ用アンテナ電極２０の４つの電極部２２、２３は、互いに離間し且つ近接している。
【００４１】
この構成によれば、プラズマ用アンテナ電極２０をどの向きに配置しても、２つの主受信部２１のうち少なくとも一方は、マイクロ波の伝播方向に対して直交しない位置となる。つまり、マイクロ波の伝播方向に対するプラズマ用アンテナ電極２０の配置向きに関わらず、各電極部２２、２３の先端間に強いプラズマを発生させることができる。さらに、各先端間が重なり合うため、より強い電場が発生し、より強いプラズマが発生する。
【００４２】
また、マイクロ波照射装置４は、マグネトロンに限られず、クライストロンなどのマイクロ波真空管や、ガン・ダイオードなどの半導体素子を用いたものであってもよい。
【００４３】
また、プラズマ発生装置１及びプラズマ用アンテナ電極２は、気相プラズマ用に限られない。例えば、プラズマ用アンテナ電極２をノーマルドデカン（ｎ−ｄｏｄｅｃａｎｅ）などの有機溶媒中に配置した場合でも、本実施形態によればプラズマを容易に発生させることができた。つまり、プラズマ発生装置１及びプラズマ用アンテナ電極２は、液中プラズマが可能であって有効である。本実施形態は、有機溶媒と同様、廃油やシリコンオイルなどの非導電性液体中であれば液中プラズマが可能且つ有効である。なお、ノーマルドデカンの場合、比誘電率εｒが１．７７７となるため、伝播するマイクロ波の波長λが変わり、プラズマ用アンテナ電極２の全長は、λ／２（およそ４５．９ｍｍ）が好ましい。
【００４４】
また、本実施形態のプラズマ発生装置１は、大気圧プラズマＣＶＤ装置として利用できる。従来の大気圧プラズマＣＶＤ装置では、棒状のアンテナ電極を用いていたため、プラズマが小さく起こしにくいという問題があった。しかし、本実施形態によれば、より強いプラズマを容易に発生させることができ、例えば半導体工程において容易に薄膜を形成することができる。
【００４５】
大気圧プラズマＣＶＤ装置の一例としては、ダイヤモンド合成装置が挙げられる。ダイヤモンド合成装置は、例えば図１のプラズマ発生装置１におけるプラズマ用アンテナ電極２の上方に基板（例えばシリコンウエハ）を配置して構成することができる。そして、容器（ビーカー等）内にプラズマ用アンテナ電極２及び基板を配置すると共にメタンガスと水素の混合ガスを注入して、容器を外容器３内に配置する。これにマイクロ波を照射することで、強いプラズマが発生し、基板上にダイヤモンドが蒸着される。このように、本実施形態のプラズマ発生装置１は、大気圧プラズマＣＶＤ装置にも適している。また、プラズマ用アンテナ電極２、２０は、大気圧プラズマＣＶＤ装置のアンテナ電極にも適している。
【００４６】
（実験例６）
ここで、図１０に示す装置を用いて、ダイヤモンド合成実験を行った。図１０に示す装置は、プラズマ発生装置１と同じ構成であり、電子レンジＡ２を用いたものである。電子レンジＡ２上部のパイプには、４本のチューブ３１が挿入されている。２本のチューブ３１は、外部と電子レンジＡ２内とで窒素の給排気を行うためのものであり、残りの２本は、外部とビーカーＢ２内とで水素及びメタンの給排気を行うためのものである。
【００４７】
ビーカーＢ２は、図１１に示すように、２つの貫通孔が設けられており、そこに１本ずつチューブ３１が挿入されている。ビーカーＢ２は蓋がされて密封状態であり、外部との給排気はチューブ３１を介して行った。
【００４８】
ビーカーＢ２内の台座３２（テフロン（登録商標）製）には、栗型のプラズマ用アンテナ電極２と、基板ホルダー３３と、が設置されている。プラズマ用アンテナ電極２は、主受信部２１がマイクロ波の照射方向と略平行となるように設置されている。また、基板ホルダー３３は、プラズマ用アンテナ電極２の上方に、シリコン基板３４を保持している。シリコン基板３４とプラズマ用アンテナ電極２の先端との離間距離は、５ｍｍ程度とした。
【００４９】
この装置において、電子レンジＡ２を起動し、ビーカーＢ２内に水素とメタンの混合気体（メタン１％）を１０００ｃｃ／ｍｉｎで流した。電子レンジＡ２内は、窒素ガスで充満させた。マグネトロンからのマイクロ波出力をスライダックで調整することにより、シリコン基板３４の温度をおよそ７００℃に保った。実験開始後３分で、シリコン基板３４上にダイヤモンド（粒径５μｍ）の膜が形成された。
【００５０】
＜第二実施形態＞
第二実施形態のプラズマ用アンテナ電極５について、図１２を参照して説明する。図１２に示すように、プラズマ用アンテナ電極５は、主受信部５１と、第一電極部５２と、第二電極部５３と、被覆部材５４と、を備えている。
【００５１】
主受信部５１は、厚さ約０．５ｍｍの平板導体（例えば、銅又はタングステン）である。主受信部５１の平面図は、略円形となっている。第一電極部５２は、主受信部５１の表面から上方に弧状に延びた長板導体（例えば、銅又はタングステン）である。第二電極部５３は、主受信部５１の表面及び第一電極部５２の末端から上方に弧状に延びた長板導体（例えば、銅又はタングステン）である。つまり、各電極部５２、５３は、主受信部５１に電気的に接続（又は接触）している。第一及び第二電極部５２、５３は、一体に形成されており、全体で略Ｃ字型形状となっている。第一及び第二電極部５２、５３は、実験例４同様、全長がλ／２（又はλ／２の奇数倍）及びその周辺であることが好ましい。
【００５２】
被覆部材５４は、耐熱接着剤からなり、主受信部５１の表面上で略円柱形状となっている。被覆部材５４は、第一及び第二電極部５２、５３の各先端を除いて、第一及び第二電極部５２、５３を覆っている。つまり、第一及び第二電極部５２、５３は、被覆部材５４に覆われて、先端のみが露出している。換言すると、第一電極部５２は、第一露出電極部（先端部）と第一被覆電極部とからなり、第二電極部５３は、第二露出電極部（先端部）と第二被覆電極部とからなっている。
【００５３】
このプラズマ用アンテナ電極５においても、第一実施形態同様、マイクロ波を照射すると、第一及び第二電極部５２、５３の先端間に大きなプラズマが発生した。さらに、第二実施形態のプラズマ用アンテナ電極５では、第一及び第二電極部５２、５３が被覆部材５４に覆われており、水等の導電性液体中でもプラズマを発生させることができる。導電性液体である水中にプラズマ用アンテナ電極５を配置して、マイクロ波を照射した際、大きいプラズマが発生した。これは、導体中に定常波が形成される際、電磁波が導電性液体に吸収されるのを被覆部材５４が防ぐためである。
【００５４】
なお、主受信部５１の形状（平面図）は上記に限らず、楕円、又は長方形等の多角形であってもよい。また、主受信部５１は、板状に限らず、棒状、球状等でもよい。ただし、主受信部５１は、設置等の観点から板状が好ましく、さらに円形のほうが、マイクロ波の照射方向によらず、安定してプラズマを発生できる。
【００５５】
また、主受信部５１の表面積（上面）は、被覆部材５４の底面積より大きいほうが好ましい。これにより、より確実且つ効果的にマイクロ波を受信することができる。また、被覆部材５４の材料は、非導電性のものであればよく、樹脂製部材であってもよい。また、第一電極部５２及び第二電極部５３の形状は、図２や図８に示すような三角形や栗型であってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１：プラズマ発生装置、
２，２０，５：プラズマ用アンテナ電極、
２１，５１：主受信部、 ２２，５２：第一電極部、 ２３，５３：第二電極部、
５４：被覆部材、 ３：外容器、 ４：マイクロ波照射装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、
前記マイクロ波を受信する主受信部と、
前記主受信部の一端から延びる第一電極部と、
前記主受信部の他端から延び、先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、
を備える導体からなり、
前記導体のうち主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とするプラズマ用アンテナ電極。
【請求項２】
前記第一電極部及び前記第二電極部は、先端が尖っている請求項１に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項３】
前記導体の長さは、受信する前記マイクロ波の波長をλとすると、
（λ／２）×ｎ （ｎ：正の奇数）
を満たす請求項１又は２に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項４】
前記導体を複数有し、
前記複数の導体は、各導体の前記主受信部同士が交差して配置されている請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項５】
すべての前記先端は、互いに離間且つ近接している請求項４に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項６】
前記主受信部は、直線形状であり、
前記第一電極部は、前記主受信部の一端から前記主受信部に交差する方向に延び、
前記第二電極部は、前記主受信部の他端から前記主受信部に交差する方向に延びている請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項７】
前記導体は、Ｃ字型形状となっている請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項８】
マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記マイクロ波を受信する主受信部と、前記主受信部の一端から延びる第一電極部と、前記主受信部の他端から延びて先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、からなるプラズマ用アンテナ電極と、
を備え、
プラズマ用アンテナ電極は、主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記主受信部は、直線形状であり、
前記マイクロ波照射装置は、前記プラズマ用アンテナ電極に対して前記主受信部に平行にマイクロ波を照射する請求項８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記主受信部、前記第一電極部、及び前記第二電極部は、同一平面上に形成され、
前記マイクロ波照射装置は、前記プラズマ用アンテナ電極に対して前記平面に平行にマイクロ波を照射する請求項８又は９に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
請求項４又は５に記載のプラズマ用アンテナ電極と、
を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記プラズマ用アンテナ電極は、非導電性液体中に配置される請求項８〜１１の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】
ダイヤモンド合成装置として用いられる請求項８〜１１の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】
マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、
前記マイクロ波を受信する主受信部と、前記主受信部表面から上方に延びる第一電極部と、前記主受信部表面から上方に延び、先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、を有する導体と、
前記主受信部の表面上に設けられ、前記第一電極部及び前記第二電極部を先端のみが露出するように覆う非導電性の被覆部材と、
を備え、
前記導体のうち主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とするプラズマ用アンテナ電極。
【請求項１５】
前記第一電極部及び前記第二電極部は、一体に形成されており、
前記第一電極部及び前記第二電極部の全長は、受信する前記マイクロ波の波長をλとすると、
（λ／２）×ｎ （ｎ：正の奇数）
を満たす請求項１４に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項１】
マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、
前記マイクロ波を受信する主受信部と、
前記主受信部の一端から延びる第一電極部と、
前記主受信部の他端から延び、先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、
を備える導体からなり、
前記導体のうち主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とするプラズマ用アンテナ電極。
【請求項２】
前記第一電極部及び前記第二電極部は、先端が尖っている請求項１に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項３】
前記導体の長さは、受信する前記マイクロ波の波長をλとすると、
（λ／２）×ｎ （ｎ：正の奇数）
を満たす請求項１又は２に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項４】
前記導体を複数有し、
前記複数の導体は、各導体の前記主受信部同士が交差して配置されている請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項５】
すべての前記先端は、互いに離間且つ近接している請求項４に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項６】
前記主受信部は、直線形状であり、
前記第一電極部は、前記主受信部の一端から前記主受信部に交差する方向に延び、
前記第二電極部は、前記主受信部の他端から前記主受信部に交差する方向に延びている請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項７】
前記導体は、Ｃ字型形状となっている請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【請求項８】
マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記マイクロ波を受信する主受信部と、前記主受信部の一端から延びる第一電極部と、前記主受信部の他端から延びて先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、からなるプラズマ用アンテナ電極と、
を備え、
プラズマ用アンテナ電極は、主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記主受信部は、直線形状であり、
前記マイクロ波照射装置は、前記プラズマ用アンテナ電極に対して前記主受信部に平行にマイクロ波を照射する請求項８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記主受信部、前記第一電極部、及び前記第二電極部は、同一平面上に形成され、
前記マイクロ波照射装置は、前記プラズマ用アンテナ電極に対して前記平面に平行にマイクロ波を照射する請求項８又は９に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
請求項４又は５に記載のプラズマ用アンテナ電極と、
を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記プラズマ用アンテナ電極は、非導電性液体中に配置される請求項８〜１１の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】
ダイヤモンド合成装置として用いられる請求項８〜１１の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】
マイクロ波を受信してプラズマを発生させるプラズマ用アンテナ電極であって、
前記マイクロ波を受信する主受信部と、前記主受信部表面から上方に延びる第一電極部と、前記主受信部表面から上方に延び、先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部と、を有する導体と、
前記主受信部の表面上に設けられ、前記第一電極部及び前記第二電極部を先端のみが露出するように覆う非導電性の被覆部材と、
を備え、
前記導体のうち主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、定常波を発生させることを特徴とするプラズマ用アンテナ電極。
【請求項１５】
前記第一電極部及び前記第二電極部は、一体に形成されており、
前記第一電極部及び前記第二電極部の全長は、受信する前記マイクロ波の波長をλとすると、
（λ／２）×ｎ （ｎ：正の奇数）
を満たす請求項１４に記載のプラズマ用アンテナ電極。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１９１４５（Ｐ２０１２−１１９１４５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７３５４（Ｐ２０１０−２６７３５４）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（５０４１４７２５４）国立大学法人愛媛大学 (214)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（５０４１４７２５４）国立大学法人愛媛大学 (214)
【Ｆターム（参考）】
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