JPH08315997A - 高出力プラズマベース反応種ジェネレータ - Google Patents
高出力プラズマベース反応種ジェネレータInfo
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- JPH08315997A JPH08315997A JP8025295A JP2529596A JPH08315997A JP H08315997 A JPH08315997 A JP H08315997A JP 8025295 A JP8025295 A JP 8025295A JP 2529596 A JP2529596 A JP 2529596A JP H08315997 A JPH08315997 A JP H08315997A
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
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- Plasma Technology (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 寿命の長いプラズマベースのジェネレータ。
【解決手段】 電力ソース（パワーソース）と共に用い
るためのプラズマベースジェネレータである。このプラ
ズマベースジェネレータは、電力ソースによってその内
部にプラズマが発生される中空のチューブ本体を有する
プラズマチューブと、プラズマチューブの下流端部を支
持する第１の支持構造体と、プラズマチューブの上流端
部を保持する第２の支持構造体とを有している。この第
２の支持構造体は、第１の支持構造体に接続され、ま
た、プラズマチューブ内でプラズマ処理が行われた際の
熱膨張収縮によるプラズマチューブの伸縮を、自身の長
さを変化させて調整するための膨張ジョイントを有して
いる。
るためのプラズマベースジェネレータである。このプラ
ズマベースジェネレータは、電力ソースによってその内
部にプラズマが発生される中空のチューブ本体を有する
プラズマチューブと、プラズマチューブの下流端部を支
持する第１の支持構造体と、プラズマチューブの上流端
部を保持する第２の支持構造体とを有している。この第
２の支持構造体は、第１の支持構造体に接続され、ま
た、プラズマチューブ内でプラズマ処理が行われた際の
熱膨張収縮によるプラズマチューブの伸縮を、自身の長
さを変化させて調整するための膨張ジョイントを有して
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理チャ
ンバ等のチャンバと共に用いるためのプラズマベースの
遠隔の励起ソース(exitation source)に関する。
ンバ等のチャンバと共に用いるためのプラズマベースの
遠隔の励起ソース(exitation source)に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマをベースとした遠隔の励起ソー
スや反応種ジェネレータ(reactive species generator)
は、高い反応性の化学的環境と組合わせた高い入力電力
での取り扱い及び高温での耐性をしばしば可能にする。
例えば、反応種ジェネレータの通常の用い方において
は、ＮＦ3 ガスが反応種ジェネレータに流入してプラズ
マによって分解される。その結果、活性化した化学種が
反応種ジェネレータから流出して半導体処理装置へと流
れ込み、この化学種はそこでインシチュウでのチャンバ
クリーニング、エッチング、フォトレジストのストリッ
ピング及びその他の用途に用いられる。シシチュウチャ
ンバクリーニングに対して反応種を用いた例が、１９９
４年７月２１日出願の標題"A Deposition Chamber Clea
ning Technique Using a Remote Excitation Source"
（「遠隔の励起ソースを用いた堆積チャンバクリーニン
グ技術」）米国特許出願Ｓ．Ｎ．０８／２７８，６０５
号に記載されている。
スや反応種ジェネレータ(reactive species generator)
は、高い反応性の化学的環境と組合わせた高い入力電力
での取り扱い及び高温での耐性をしばしば可能にする。
例えば、反応種ジェネレータの通常の用い方において
は、ＮＦ3 ガスが反応種ジェネレータに流入してプラズ
マによって分解される。その結果、活性化した化学種が
反応種ジェネレータから流出して半導体処理装置へと流
れ込み、この化学種はそこでインシチュウでのチャンバ
クリーニング、エッチング、フォトレジストのストリッ
ピング及びその他の用途に用いられる。シシチュウチャ
ンバクリーニングに対して反応種を用いた例が、１９９
４年７月２１日出願の標題"A Deposition Chamber Clea
ning Technique Using a Remote Excitation Source"
（「遠隔の励起ソースを用いた堆積チャンバクリーニン
グ技術」）米国特許出願Ｓ．Ｎ．０８／２７８，６０５
号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この種の装置が暴露さ
れる非常に苛酷な環境が、プラズマベースのジェネレー
タを非常に急速に使用不能にしてしまう。例えば、商業
的に入手可能な反応種ジェネレータの中には、クオーツ
チューブを用いて励起種を有しているものがある。この
ようなシステムでは、生成された弗素はチューブを急速
にエッチングする。更に、高い出力レベル（例えば１又
は１．５ｋＷ）では、クオーツが損傷する傾向がある。
従って、ジェネレータを数回あるいはある運転の持続時
間用いただけで、チューブ壁は非常に薄くなってしま
い、この種のシステムに普及している高温及び真空の環
境に連続的に暴露されれば、すぐに分解されるであろ
う。従って、チューブの寿命における非常に早い時点で
チューブを取り除き新しいチューブと交換する必要があ
る。クオーツチューブを繰り返し交換する必要による不
便さとコストは高いものとなっている。
れる非常に苛酷な環境が、プラズマベースのジェネレー
タを非常に急速に使用不能にしてしまう。例えば、商業
的に入手可能な反応種ジェネレータの中には、クオーツ
チューブを用いて励起種を有しているものがある。この
ようなシステムでは、生成された弗素はチューブを急速
にエッチングする。更に、高い出力レベル（例えば１又
は１．５ｋＷ）では、クオーツが損傷する傾向がある。
従って、ジェネレータを数回あるいはある運転の持続時
間用いただけで、チューブ壁は非常に薄くなってしま
い、この種のシステムに普及している高温及び真空の環
境に連続的に暴露されれば、すぐに分解されるであろ
う。従って、チューブの寿命における非常に早い時点で
チューブを取り除き新しいチューブと交換する必要があ
る。クオーツチューブを繰り返し交換する必要による不
便さとコストは高いものとなっている。
【０００４】既存のプラズマベース反応種ジェネレータ
は、クオーツチューブの代りにセラミックチューブを用
いている。セラミックチューブは、しばしば遭遇する化
学的腐食環境においてクオーツチューブよりも耐えるこ
とができる。しかし、セラミックチューブは万能という
わけではない。セラミックチューブは、典型的には、ク
オーツその他の材料と比べて熱膨張係数が比較的高い。
従って、この種のシステムに通常起こり得るような、室
温と高い処理温度との間のサイクルの繰り返しは、セラ
ミックチューブに大きな応力を発生させる。この応力
は、最終的に、チューブのクラックや破壊という結果を
生じさせる。
は、クオーツチューブの代りにセラミックチューブを用
いている。セラミックチューブは、しばしば遭遇する化
学的腐食環境においてクオーツチューブよりも耐えるこ
とができる。しかし、セラミックチューブは万能という
わけではない。セラミックチューブは、典型的には、ク
オーツその他の材料と比べて熱膨張係数が比較的高い。
従って、この種のシステムに通常起こり得るような、室
温と高い処理温度との間のサイクルの繰り返しは、セラ
ミックチューブに大きな応力を発生させる。この応力
は、最終的に、チューブのクラックや破壊という結果を
生じさせる。
【０００５】都合の悪いことに、プラズマチューブは破
壊されるこれらの部品だけではない。プラズマチューブ
の内部で真空を維持するためのシール及びＯリングも、
この種のシステムの中で生じる高温に暴露されれば、急
速に劣化して最後には破壊される。
壊されるこれらの部品だけではない。プラズマチューブ
の内部で真空を維持するためのシール及びＯリングも、
この種のシステムの中で生じる高温に暴露されれば、急
速に劣化して最後には破壊される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】概略的に、１つの特徴と
して、本発明は、電力ソース（パワーソース）と共に用
いるためのプラズマベースジェネレータである。このプ
ラズマベースジェネレータは、電力ソースによってその
内部にプラズマが発生される中空のチューブ本体を有す
るプラズマチューブと、プラズマチューブの下流端部を
支持する第１の支持構造体と、プラズマチューブの上流
端部を保持する第２の支持構造体とを有している。この
第２の支持構造体は、第１の支持構造体に接続され、ま
た、プラズマチューブ内でプラズマ処理が行われた際の
熱膨張収縮によるプラズマチューブの伸縮を、自身の長
さを変化させて調整するための膨張ジョイントを有して
いる。
して、本発明は、電力ソース（パワーソース）と共に用
いるためのプラズマベースジェネレータである。このプ
ラズマベースジェネレータは、電力ソースによってその
内部にプラズマが発生される中空のチューブ本体を有す
るプラズマチューブと、プラズマチューブの下流端部を
支持する第１の支持構造体と、プラズマチューブの上流
端部を保持する第２の支持構造体とを有している。この
第２の支持構造体は、第１の支持構造体に接続され、ま
た、プラズマチューブ内でプラズマ処理が行われた際の
熱膨張収縮によるプラズマチューブの伸縮を、自身の長
さを変化させて調整するための膨張ジョイントを有して
いる。
【０００７】概略的に、別の特徴としては、このプラズ
マベースのジェネレータは、ハウジングと、ハウジング
内に支持されたプラズマチューブとを有している。プラ
ズマチューブは、上流端部と下流端部とを有する中空の
本体を有している。運転中に、ガスは、上流端部を通っ
てプラズマチューブ内に流入し、電力ソースによりその
中に発生されたプラズマによって励起された後、下流端
部を通って排出される。また、プラズマチューブは、自
身の下流端部に配置されるフランジを有している。ハウ
ジングは、プラズマチューブのフランジを把持すること
によりプラズマチューブの下流端部を保持する保持構造
体を有している。
マベースのジェネレータは、ハウジングと、ハウジング
内に支持されたプラズマチューブとを有している。プラ
ズマチューブは、上流端部と下流端部とを有する中空の
本体を有している。運転中に、ガスは、上流端部を通っ
てプラズマチューブ内に流入し、電力ソースによりその
中に発生されたプラズマによって励起された後、下流端
部を通って排出される。また、プラズマチューブは、自
身の下流端部に配置されるフランジを有している。ハウ
ジングは、プラズマチューブのフランジを把持すること
によりプラズマチューブの下流端部を保持する保持構造
体を有している。
【０００８】概略的に、また別の特徴としては、プラズ
マベースのジェネレータは、電力ソースによってその内
部にプラズマ発生されるプラズマチューブと、プラズマ
チューブの下流端部を支持する第１の支持構造体と、プ
ラズマチューブの上流端部を保持する第２の支持構造体
とを有している。第２の支持構造体は、前記のプラズマ
チューブの周囲にキャビティを形成するように、プラズ
マチューブの外側を包囲する。この支持構造体は、キャ
ビティ内部に導入されるクーラントが通るための流入ポ
ートと、キャビティを通過した後のクーラントが流出す
るための流出ポートとを有している。プラズマチューブ
はキャビティの内壁として作用するため、キャビティ内
部にクーラントが導入された際に、クーラントがプラズ
マチューブと直接接触をする。
マベースのジェネレータは、電力ソースによってその内
部にプラズマ発生されるプラズマチューブと、プラズマ
チューブの下流端部を支持する第１の支持構造体と、プ
ラズマチューブの上流端部を保持する第２の支持構造体
とを有している。第２の支持構造体は、前記のプラズマ
チューブの周囲にキャビティを形成するように、プラズ
マチューブの外側を包囲する。この支持構造体は、キャ
ビティ内部に導入されるクーラントが通るための流入ポ
ートと、キャビティを通過した後のクーラントが流出す
るための流出ポートとを有している。プラズマチューブ
はキャビティの内壁として作用するため、キャビティ内
部にクーラントが導入された際に、クーラントがプラズ
マチューブと直接接触をする。
【０００９】好ましい具体例は、以下の特徴を有してい
る。前出の膨張ジョイントは、プラズマチューブが通り
抜ける中心孔を有するベローズである。流入ポートはプ
ラズマチューブの下流端部に対して、流出ポートが配置
されるよりも、より近くに配置される。プラズマチュー
ブ及びその外側のチューブは、円筒形状であり、これら
は、プラズマチューブを包囲する同心形状のフロー領域
を形成するように、相互に同心円の関係で共通の軸を有
して、配置される。膨張ジョイントは、外側のチューブ
とプラズマチューブの上流端部との間に配置される。プ
ラズマチューブは、マイクロ波を透過する誘電材料製で
あり、例えば、サファイア、アルミナ、窒化アルミニウ
ム及びクオーツから成る群から選択される材料等製であ
る。また、外側チューブも、マイクロ波を透過する誘電
材料製であり、例えば、クオーツ、サファイア、アルミ
ナ、テフロン、プラスチック及びポリスチレンから成る
群から選択される材料等製である。
る。前出の膨張ジョイントは、プラズマチューブが通り
抜ける中心孔を有するベローズである。流入ポートはプ
ラズマチューブの下流端部に対して、流出ポートが配置
されるよりも、より近くに配置される。プラズマチュー
ブ及びその外側のチューブは、円筒形状であり、これら
は、プラズマチューブを包囲する同心形状のフロー領域
を形成するように、相互に同心円の関係で共通の軸を有
して、配置される。膨張ジョイントは、外側のチューブ
とプラズマチューブの上流端部との間に配置される。プ
ラズマチューブは、マイクロ波を透過する誘電材料製で
あり、例えば、サファイア、アルミナ、窒化アルミニウ
ム及びクオーツから成る群から選択される材料等製であ
る。また、外側チューブも、マイクロ波を透過する誘電
材料製であり、例えば、クオーツ、サファイア、アルミ
ナ、テフロン、プラスチック及びポリスチレンから成る
群から選択される材料等製である。
【００１０】また、好ましい具体例では、第１の支持構
造体はベースプレートを有し、第２の支持構造体はカラ
ー部材を有している。フランジは、カラー部材及びベー
スプレートの間に配置されこれらによって把持されてい
る。また、プラズマベースジェネレータは、プラズマチ
ューブの下流端部を外包し、フランジとベースプレート
の間で圧縮されて真空シールを形成する第１のガスケッ
トを有している。この第１のガスケットは、プラズマチ
ューブを用いたプラズマ処理中に中空本体の下流端部に
て生じる高温環境から自身を保護するように、フランジ
上の外側でプラズマチューブの中空本体から離れた位置
に配置される。また、プラズマベースのジェネレータ
は、プラズマチューブの周囲にあってフランジとカラー
部材の間で圧縮される第２のガスケットを有している。
この第２のガスケットも、プラズマチューブを用いたプ
ラズマ処理中に中空本体の下流端部にて生じる高温環境
から自身を保護するように、フランジ上の外側でプラズ
マチューブの中空本体から離れた位置に配置される。第
１のガスケットと第２のガスケットは、Ｏリングであ
る。
造体はベースプレートを有し、第２の支持構造体はカラ
ー部材を有している。フランジは、カラー部材及びベー
スプレートの間に配置されこれらによって把持されてい
る。また、プラズマベースジェネレータは、プラズマチ
ューブの下流端部を外包し、フランジとベースプレート
の間で圧縮されて真空シールを形成する第１のガスケッ
トを有している。この第１のガスケットは、プラズマチ
ューブを用いたプラズマ処理中に中空本体の下流端部に
て生じる高温環境から自身を保護するように、フランジ
上の外側でプラズマチューブの中空本体から離れた位置
に配置される。また、プラズマベースのジェネレータ
は、プラズマチューブの周囲にあってフランジとカラー
部材の間で圧縮される第２のガスケットを有している。
この第２のガスケットも、プラズマチューブを用いたプ
ラズマ処理中に中空本体の下流端部にて生じる高温環境
から自身を保護するように、フランジ上の外側でプラズ
マチューブの中空本体から離れた位置に配置される。第
１のガスケットと第２のガスケットは、Ｏリングであ
る。
【００１１】本発明のプラズマベースジェネレータは、
遠隔の励起ソースが必要とされるであろうあらゆる用途
に対して有用である。
遠隔の励起ソースが必要とされるであろうあらゆる用途
に対して有用である。
【００１２】本発明の利点の１つは、高温に対して脆弱
な部材、例えば真空シールのために用いられるＯリング
等を、この種のシステムに典型的に存在する高温に対し
ての暴露から遮断する。従って、これらの部材は、連続
的に使用する間も劣化が少ない傾向がある。更に、液体
冷却が与えられてプラズマチューブ及びその他の動作温
度を、他の従来型デザインのプラズマベース励起ソース
と比較して低い動作温度に維持する。また、膨張ジョイ
ント（例えばベローズ）を用いることにより、プラズマ
チューブは容易に長手方向に伸縮することが可能とな
る。従って、熱膨張収縮が生じても、プラズマの損傷や
クラック発生に通常導く高い応力が生じることはない。
な部材、例えば真空シールのために用いられるＯリング
等を、この種のシステムに典型的に存在する高温に対し
ての暴露から遮断する。従って、これらの部材は、連続
的に使用する間も劣化が少ない傾向がある。更に、液体
冷却が与えられてプラズマチューブ及びその他の動作温
度を、他の従来型デザインのプラズマベース励起ソース
と比較して低い動作温度に維持する。また、膨張ジョイ
ント（例えばベローズ）を用いることにより、プラズマ
チューブは容易に長手方向に伸縮することが可能とな
る。従って、熱膨張収縮が生じても、プラズマの損傷や
クラック発生に通常導く高い応力が生じることはない。
【００１３】その他の利点及び特徴は、以下の好ましい
具体例の説明から明らかになるであろう。
具体例の説明から明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１に示されているように、本発
明に従って構成される反応種ジェネレータ１０は、プラ
ズマチューブ１２を有する略円筒ユニットで、このユニ
ットは、それよりも大きな外側チューブ１４内部に包含
されている。ガスはプラズマチューブ１２の中心孔１６
を通過し、電力ソース（図示されず）によって発生した
プラズマによって分解される。プラズマチューブは、マ
イクロ波を略通過させ且つ反応性プラズマに暴露された
際にも高い化学的安定性を有する材料でできている（例
えば、サファイア、アルミナ又は窒化アルミニウム）。
明に従って構成される反応種ジェネレータ１０は、プラ
ズマチューブ１２を有する略円筒ユニットで、このユニ
ットは、それよりも大きな外側チューブ１４内部に包含
されている。ガスはプラズマチューブ１２の中心孔１６
を通過し、電力ソース（図示されず）によって発生した
プラズマによって分解される。プラズマチューブは、マ
イクロ波を略通過させ且つ反応性プラズマに暴露された
際にも高い化学的安定性を有する材料でできている（例
えば、サファイア、アルミナ又は窒化アルミニウム）。
【００１５】外側チューブ１４は、マイクロ波を透過さ
せる誘電材料製であるが、これは、プラズマチューブ１
２の冷却ジャケットとしての機能と、プラズマチューブ
１２内へプラズマを発生させるため、マイクロ波をプラ
ズマチューブ１２内部へと透過させるウィンドウとして
の機能とを有する。マイクロ波キャビティ１８は、外側
チューブ１４を包囲する。マイクロ波エネルギーがキャ
ビティ内へと供給された際に、プラズマチューブの中央
で最大シグナル値を有する定常波が生成して、プラズマ
が発生するように、キャビティ１８の寸法が選ばれる。
せる誘電材料製であるが、これは、プラズマチューブ１
２の冷却ジャケットとしての機能と、プラズマチューブ
１２内へプラズマを発生させるため、マイクロ波をプラ
ズマチューブ１２内部へと透過させるウィンドウとして
の機能とを有する。マイクロ波キャビティ１８は、外側
チューブ１４を包囲する。マイクロ波エネルギーがキャ
ビティ内へと供給された際に、プラズマチューブの中央
で最大シグナル値を有する定常波が生成して、プラズマ
が発生するように、キャビティ１８の寸法が選ばれる。
【００１６】外側チューブ１４とプラズマチューブ１２
とが共軸２０の周囲に同心円状に配置され、これらの間
に、プラズマチューブ１２を取り囲む円筒状フロー領域
２２を形成する。動作中は、ポンプによりこの円筒状の
フロー領域内にクーラントを流して、プラズマチューブ
１２の外側壁を冷却する。
とが共軸２０の周囲に同心円状に配置され、これらの間
に、プラズマチューブ１２を取り囲む円筒状フロー領域
２２を形成する。動作中は、ポンプによりこの円筒状の
フロー領域内にクーラントを流して、プラズマチューブ
１２の外側壁を冷却する。
【００１７】下流端部２６では、プラズマチューブ１２
は、チューブ本体のその他の部分から離れるように延長
するフランジ２８を有している。フランジ２８は、ベー
スプレート３０とカラーリング３２との間で固定され
る。ベースプレート３０は、プラズマチューブ１２の内
部孔と調心がなされ且つこれよりも大きな、円形開口を
有し、カラーリング３２は、外側チューブ１４の外径よ
りも僅かに大きな直径を有する中心孔３６を有してい
る。ベースプレート３０はフランジ３８を、カラーリン
グ３２はフランジ４０を、それぞれ有し、これらのフラ
ンジはそれぞれ、規則的な間隔で配列されたボルト穴を
有している。これらのボルト穴に差込まれるボルト４２
は、カラーリング３２とベースプレート３０を、これら
に固定されたフランジ２８と共に保持している。フラン
ジ２８の両側のＯリング５０及び５２は、カラーリング
３２がベースプレート３０上へと締め付けられた際にシ
ールを形成する。Ｏリング５０及び５２の両方とも、プ
ラズマチューブ１２の本体の直径よりも非常に大きな直
径を有しており、また、これらはプラズマチューブ１２
及び軸２０に対して同心円状にフランジ２８上にその位
置を占めるため、これらはフランジ２８上の外側でプラ
ズマチューブ１２本体で生じる高温から離れるように、
シールを形成する。Ｏリング５０は、フランジ２８の上
面とカラーリング３２との間で圧縮されて、以下に簡単
に説明する冷却システムのためのウォータータイトシー
ルを形成する。Ｏリング５２は、フランジ２８の底面と
ベースプレート３０との間で圧縮され、プラズマチュー
ブ１２の内側に対する真空シールを形成する。
は、チューブ本体のその他の部分から離れるように延長
するフランジ２８を有している。フランジ２８は、ベー
スプレート３０とカラーリング３２との間で固定され
る。ベースプレート３０は、プラズマチューブ１２の内
部孔と調心がなされ且つこれよりも大きな、円形開口を
有し、カラーリング３２は、外側チューブ１４の外径よ
りも僅かに大きな直径を有する中心孔３６を有してい
る。ベースプレート３０はフランジ３８を、カラーリン
グ３２はフランジ４０を、それぞれ有し、これらのフラ
ンジはそれぞれ、規則的な間隔で配列されたボルト穴を
有している。これらのボルト穴に差込まれるボルト４２
は、カラーリング３２とベースプレート３０を、これら
に固定されたフランジ２８と共に保持している。フラン
ジ２８の両側のＯリング５０及び５２は、カラーリング
３２がベースプレート３０上へと締め付けられた際にシ
ールを形成する。Ｏリング５０及び５２の両方とも、プ
ラズマチューブ１２の本体の直径よりも非常に大きな直
径を有しており、また、これらはプラズマチューブ１２
及び軸２０に対して同心円状にフランジ２８上にその位
置を占めるため、これらはフランジ２８上の外側でプラ
ズマチューブ１２本体で生じる高温から離れるように、
シールを形成する。Ｏリング５０は、フランジ２８の上
面とカラーリング３２との間で圧縮されて、以下に簡単
に説明する冷却システムのためのウォータータイトシー
ルを形成する。Ｏリング５２は、フランジ２８の底面と
ベースプレート３０との間で圧縮され、プラズマチュー
ブ１２の内側に対する真空シールを形成する。
【００１８】外側チューブ１４は、下向きにカラーリン
グ３２の中央孔３６内まで伸び、２つの間のシールを形
成するＯリング５６を有する。
グ３２の中央孔３６内まで伸び、２つの間のシールを形
成するＯリング５６を有する。
【００１９】ガス流入ポート６２を有する円筒形状の頂
部部材６０は、プラズマチューブ１２の上流端部に対し
て上からフィットしている。頂部部材６０は、円筒状の
キャビティ６４を有し、キャビティ６４の内径は、プラ
ズマチューブがその中にフィットするように、プラズマ
チューブ１２の外径よりも僅かに大きくなっている。頂
部部材６０を外側チューブ１４の頂部端部へと接続させ
るベローズ組立体７０は、一方の端部に接着された上リ
ング７４と他方の端部へ接着された下リング７６とを有
するステンレス鋼ベローズ７２を有している。上リング
７２は、頂部部材６０内の円筒状キャビティ６４と同じ
直径を有する内部孔８２を有している。ボルト７８が上
リング７４を頂部部材６０へと組み付け、Ｏリング８０
がプラズマチューブ１２の外側と頂部部材６０との間で
圧縮されて、プラズマチューブの上流端部の真空シール
を成す。
部部材６０は、プラズマチューブ１２の上流端部に対し
て上からフィットしている。頂部部材６０は、円筒状の
キャビティ６４を有し、キャビティ６４の内径は、プラ
ズマチューブがその中にフィットするように、プラズマ
チューブ１２の外径よりも僅かに大きくなっている。頂
部部材６０を外側チューブ１４の頂部端部へと接続させ
るベローズ組立体７０は、一方の端部に接着された上リ
ング７４と他方の端部へ接着された下リング７６とを有
するステンレス鋼ベローズ７２を有している。上リング
７２は、頂部部材６０内の円筒状キャビティ６４と同じ
直径を有する内部孔８２を有している。ボルト７８が上
リング７４を頂部部材６０へと組み付け、Ｏリング８０
がプラズマチューブ１２の外側と頂部部材６０との間で
圧縮されて、プラズマチューブの上流端部の真空シール
を成す。
【００２０】ベローズ組立体７０の下リング７６は、外
側チューブ１４の外径よりも僅かに大きな直径を有する
内部孔８６を有している。下リング７６は、マイクロ波
キャビティ１８の頂部に近接し、外側チューブ１４はマ
イクロ波キャビティ１８を通り過ぎて内部孔８６まで延
長する。外側チューブ１４の外側とマイクロ波キャビテ
ィ１８のすぐ上の下リング７６との間で圧縮されるＯリ
ング８８は、外側チューブ１４とベローズ組立体７０と
の間でウォータータイトシールを形成する。
側チューブ１４の外径よりも僅かに大きな直径を有する
内部孔８６を有している。下リング７６は、マイクロ波
キャビティ１８の頂部に近接し、外側チューブ１４はマ
イクロ波キャビティ１８を通り過ぎて内部孔８６まで延
長する。外側チューブ１４の外側とマイクロ波キャビテ
ィ１８のすぐ上の下リング７６との間で圧縮されるＯリ
ング８８は、外側チューブ１４とベローズ組立体７０と
の間でウォータータイトシールを形成する。
【００２１】半径方向に向かってカラーリング３２を貫
通し中央孔３６まで通り抜ける流入ポート９０は、動作
中に組立体へと導入されるクーラントが通過する通路を
与える。流入ポートに流入し通過するクーラントは、プ
ラズマチューブの外側を通り、プラズマチューブ１２を
包囲する円筒状のフロー領域２２内を上向きに通り抜
け、外側チューブ１４の上方のベローズ組立体７０の内
側の中へと流れ込む。ベローズ組立体７０の下リング７
６を半径方向に通り抜ける流出ポート９２は、熱せられ
たプラズマチューブの外側を流れて冷却した後、クーラ
ントが組立体から出ていくために通過する通路を与え
る。冷却通路がプラズマチューブの熱い方の端部（即ち
下流端部）から冷たい方の端部（即ち上流端部）に向か
っていることに注目すべきである。この事により、動作
中にプラズマチューブの冷却が更に効率良くなる。
通し中央孔３６まで通り抜ける流入ポート９０は、動作
中に組立体へと導入されるクーラントが通過する通路を
与える。流入ポートに流入し通過するクーラントは、プ
ラズマチューブの外側を通り、プラズマチューブ１２を
包囲する円筒状のフロー領域２２内を上向きに通り抜
け、外側チューブ１４の上方のベローズ組立体７０の内
側の中へと流れ込む。ベローズ組立体７０の下リング７
６を半径方向に通り抜ける流出ポート９２は、熱せられ
たプラズマチューブの外側を流れて冷却した後、クーラ
ントが組立体から出ていくために通過する通路を与え
る。冷却通路がプラズマチューブの熱い方の端部（即ち
下流端部）から冷たい方の端部（即ち上流端部）に向か
っていることに注目すべきである。この事により、動作
中にプラズマチューブの冷却が更に効率良くなる。
【００２２】カラーリング３２及び下リング７６の両方
は、共に、適当な手段によってマイクロ波キャビティの
ハウジングに接続されているため、両者は、マイクロ波
キャビティと相対的に固定されたままである事に注目す
べきである。ここに説明される具体例では、この接続を
なすためにねじ（図示されず）が用いられる。
は、共に、適当な手段によってマイクロ波キャビティの
ハウジングに接続されているため、両者は、マイクロ波
キャビティと相対的に固定されたままである事に注目す
べきである。ここに説明される具体例では、この接続を
なすためにねじ（図示されず）が用いられる。
【００２３】動作中は、プラズマがプラズマチューブ内
に発生したときは、チューブ内の活性化されたガスは非
常に高温であるため、プラズマチューブを非常に高い温
度にしてしまう。プラズマチューブは、加熱されれば、
長手方向ないし長さ方向に膨張する。プラズマチューブ
の上流端部をベースプレートへと接続させるベローズ
は、直ちに伸びることにより、この膨張を調整する。即
ち、ベローズは、プラズマチューブが長さ方向へ障害な
く膨張することを可能にするため、プラズマチューブの
クラックないし損傷につながる応力をプラズマチューブ
内部に発生させない。
に発生したときは、チューブ内の活性化されたガスは非
常に高温であるため、プラズマチューブを非常に高い温
度にしてしまう。プラズマチューブは、加熱されれば、
長手方向ないし長さ方向に膨張する。プラズマチューブ
の上流端部をベースプレートへと接続させるベローズ
は、直ちに伸びることにより、この膨張を調整する。即
ち、ベローズは、プラズマチューブが長さ方向へ障害な
く膨張することを可能にするため、プラズマチューブの
クラックないし損傷につながる応力をプラズマチューブ
内部に発生させない。
【００２４】マイクロ波の吸収係数があまり高くない限
りにおいて、広く用いられている様々な種類の液体をク
ーラントとして用いることが可能である。吸収性が高け
れば、マイクロ波のパワーをプラズマチューブの内側に
到達するまでに弱めてしまう。それでも、吸収通路の長
さが充分短くされれば、マイクロ波の吸収の非常に高い
傾向のある液体を用いることも可能である。即ち、プラ
ズマチューブを外側チューブから隔てる液体の層を充分
小さくすることにより、マイクロ波エネルギーの減衰を
許容されるレベルに保つことが可能となる。
りにおいて、広く用いられている様々な種類の液体をク
ーラントとして用いることが可能である。吸収性が高け
れば、マイクロ波のパワーをプラズマチューブの内側に
到達するまでに弱めてしまう。それでも、吸収通路の長
さが充分短くされれば、マイクロ波の吸収の非常に高い
傾向のある液体を用いることも可能である。即ち、プラ
ズマチューブを外側チューブから隔てる液体の層を充分
小さくすることにより、マイクロ波エネルギーの減衰を
許容されるレベルに保つことが可能となる。
【００２５】ここに説明される具体例では、Ｈ2Ｏ がク
ーラントとして用いられる。Ｈ2Ｏはマイクロ波を吸収
する傾向があるため、プラズマチューブと外側チューブ
の間の半径方向のギャップは比較的小さく維持される
（例えば、0.1mm〜0.5mm、好ましくは0.25mm）。フレオ
ン(Freon)や液体やジメチルポリシロキサン等マイクロ
波を吸収しない液体に対しては、これら２つのチューブ
の間のギャップは充分大きくてもよく、例えば、3mmで
もよい。
ーラントとして用いられる。Ｈ2Ｏはマイクロ波を吸収
する傾向があるため、プラズマチューブと外側チューブ
の間の半径方向のギャップは比較的小さく維持される
（例えば、0.1mm〜0.5mm、好ましくは0.25mm）。フレオ
ン(Freon)や液体やジメチルポリシロキサン等マイクロ
波を吸収しない液体に対しては、これら２つのチューブ
の間のギャップは充分大きくてもよく、例えば、3mmで
もよい。
【００２６】ここに説明される具体例では、Ｏリングは
バイトン(Viton)又はカルレツ(Kalrez)製であり、この
うち後者が高温に対して特に適している。しかし、プラ
ズマチューブにはフランジがあるため、Ｏリングは熱く
なっているプラズマチューブと接触することにはなら
ず、よって、これらは非常な高温に暴露されることはな
い。従って、高温環境にさほど耐性のない別の材料で
も、Ｏリングに用いることが可能である。
バイトン(Viton)又はカルレツ(Kalrez)製であり、この
うち後者が高温に対して特に適している。しかし、プラ
ズマチューブにはフランジがあるため、Ｏリングは熱く
なっているプラズマチューブと接触することにはなら
ず、よって、これらは非常な高温に暴露されることはな
い。従って、高温環境にさほど耐性のない別の材料で
も、Ｏリングに用いることが可能である。
【００２７】プラズマチューブのフランジは、いくつか
の方法で作製することができる。１つは、非常に薄い壁
をもつセラミックのチューブを用いることから始めるも
のである。そして、旋盤を用いて、フランジとなる部分
の材料を除いてほとんどの材料を切り落とす。このアプ
ローチの利点は、熱応力や熱サイクルによる破壊又はク
ラックが生じ得るような、異種の物質の間のジョイント
を必要としない、完全に一体となったチューブを製造す
るからである。実際、いかなるジョイントも必要としな
いのだ。無論、この不利な点は、特に少量だけでなされ
た場合に高価なことである。セラミック材料のほとんど
が廃棄物として捨てられるのだ。
の方法で作製することができる。１つは、非常に薄い壁
をもつセラミックのチューブを用いることから始めるも
のである。そして、旋盤を用いて、フランジとなる部分
の材料を除いてほとんどの材料を切り落とす。このアプ
ローチの利点は、熱応力や熱サイクルによる破壊又はク
ラックが生じ得るような、異種の物質の間のジョイント
を必要としない、完全に一体となったチューブを製造す
るからである。実際、いかなるジョイントも必要としな
いのだ。無論、この不利な点は、特に少量だけでなされ
た場合に高価なことである。セラミック材料のほとんど
が廃棄物として捨てられるのだ。
【００２８】また一つのアプローチは、サファイアから
チューブ本体を作製し、その後、別に作製したサファイ
ア又はメタルのいずれかでできたフランジを接着するこ
とである。これらの部材を、標準的な一般的に用いられ
る技術を用いて接着することが可能である。例えば、鑞
付け等のメタライザーションを用いて部材同士を接着し
てもよい。少量の場合は、この方法だとあまり高価には
ならないだろう。
チューブ本体を作製し、その後、別に作製したサファイ
ア又はメタルのいずれかでできたフランジを接着するこ
とである。これらの部材を、標準的な一般的に用いられ
る技術を用いて接着することが可能である。例えば、鑞
付け等のメタライザーションを用いて部材同士を接着し
てもよい。少量の場合は、この方法だとあまり高価には
ならないだろう。
【００２９】上述の如く、サファイア以外の材料をプラ
ズマチューブに用いてもよい。例えば、クオーツは、用
途によっては許容される。しかし、クオーツは、高温で
の高い腐食性の環境にはあまり耐性がない。従って、低
〜中程度の電力を用いてあまり腐食性の高くない化学種
が発生するような場合の方が適している。
ズマチューブに用いてもよい。例えば、クオーツは、用
途によっては許容される。しかし、クオーツは、高温で
の高い腐食性の環境にはあまり耐性がない。従って、低
〜中程度の電力を用いてあまり腐食性の高くない化学種
が発生するような場合の方が適している。
【００３０】プラズマチューブの厚さは、特に重要では
ない。ここに説明される具体例では、チューブの厚さは
約２ｍｍである。この厚さが、経済性が有ることと適当
な強度が有ることとを両立することを証明している。厚
さの下限は、必要とされる機械強度によって決定される
が、無論、チューブに用いられる真空にも依存する。こ
の真空は、それにチューブが暴露されることになるもの
であり、また、プラズマチューブのための強度の要求を
部分的に決定するものであるが、プロセスに依存してい
る。典型的には、ｍＴｏｒｒ（ミリトール）から大気圧
に至るまでの範囲にあるだろう。いかなる場合も、チュ
ーブが厚くなれば、強度も高くなる。しかし、厚すぎれ
ば、チューブの熱くなった内側と冷たい外側との間に、
不要な大きな熱勾配が生じることになる。実際、熱勾配
のサイズはチューブの厚さに比例して増加するだろう。
約２ｍｍの厚さで充分な強度を与えるため、それよりも
厚くしても大きな利点は得られない。
ない。ここに説明される具体例では、チューブの厚さは
約２ｍｍである。この厚さが、経済性が有ることと適当
な強度が有ることとを両立することを証明している。厚
さの下限は、必要とされる機械強度によって決定される
が、無論、チューブに用いられる真空にも依存する。こ
の真空は、それにチューブが暴露されることになるもの
であり、また、プラズマチューブのための強度の要求を
部分的に決定するものであるが、プロセスに依存してい
る。典型的には、ｍＴｏｒｒ（ミリトール）から大気圧
に至るまでの範囲にあるだろう。いかなる場合も、チュ
ーブが厚くなれば、強度も高くなる。しかし、厚すぎれ
ば、チューブの熱くなった内側と冷たい外側との間に、
不要な大きな熱勾配が生じることになる。実際、熱勾配
のサイズはチューブの厚さに比例して増加するだろう。
約２ｍｍの厚さで充分な強度を与えるため、それよりも
厚くしても大きな利点は得られない。
【００３１】外側チューブは、高温に暴露されていない
ため、プラズマチューブに適した材料以外の広い範囲の
材料で出来ていてもよい。充分な強度を有する事と、励
起エネルギー（例えばマイクロ波）を伝達できる事の２
つの要求がある。外側チューブは、高温や高真空に暴露
されないため、その厚さはあまり重要ではない。適した
材料はには、クオーツ、サファイア、アルミナ、テフロ
ン、プラスチック及びポリスチレンが含まれる。
ため、プラズマチューブに適した材料以外の広い範囲の
材料で出来ていてもよい。充分な強度を有する事と、励
起エネルギー（例えばマイクロ波）を伝達できる事の２
つの要求がある。外側チューブは、高温や高真空に暴露
されないため、その厚さはあまり重要ではない。適した
材料はには、クオーツ、サファイア、アルミナ、テフロ
ン、プラスチック及びポリスチレンが含まれる。
【００３２】ここに説明される具体例ではステンレス鋼
製であるベローズは、商業的な入手源から容易に入手さ
れる。例えば、適したベローズは、米国フロリダ州Ormo
ndのMetalfab Corporationから入手可能である。ベロー
ズはメタルの端部部材、即ち上リングと下リングに、メ
タライズ（例えば接着）される。その接着部におけるシ
ールはあまり重要ではなく、なぜなら、ウォータータイ
トであればよく、高圧や高温に耐性を有している必要が
ないからである。よって、適当なエポキシでも許容され
るシールを作るだろう。
製であるベローズは、商業的な入手源から容易に入手さ
れる。例えば、適したベローズは、米国フロリダ州Ormo
ndのMetalfab Corporationから入手可能である。ベロー
ズはメタルの端部部材、即ち上リングと下リングに、メ
タライズ（例えば接着）される。その接着部におけるシ
ールはあまり重要ではなく、なぜなら、ウォータータイ
トであればよく、高圧や高温に耐性を有している必要が
ないからである。よって、適当なエポキシでも許容され
るシールを作るだろう。
【００３３】ここに説明される具体例では、カラー、頂
部部材、上リング及び下リング等の、ジェネレータの他
のメタル部材は、ステンレス鋼製である。
部部材、上リング及び下リング等の、ジェネレータの他
のメタル部材は、ステンレス鋼製である。
【００３４】上述のプラズマベースのジェネレータは広
く様々な用途に用いられてもよい。例えば、図２に例示
されるように、プラズマ処理システムにおいて励起され
たガス種の遠隔のソースとして用いられてもよい。この
用途では、外部のガスソース１１４は、導管１１６を介
してジェネレータ１０のガス流入ポートへ反応性ガスを
供給する。ジェネレータ１０にて発生した活性化ガス種
は、次に、ジェネレータ１０のガス流出ポートに接続さ
れた別の導管１１２を通ってプラズマチャンバ１１０内
へと供給される。ポンプ１２０と、ジェネレータの冷却
システムの流入ポートと流出ポートとの間に接続された
熱交換器（図示されず）とが、ジェネレータの動作中
に、クーラントをジェネレータの中で循環させる。マイ
クロ波ソース１２２が電力を供給して、ジェネレータ内
のプラズマチューブ内部にプラズマを発生させ、ガス種
をメインのプラズマチャンバへ導入される前に励起す
る。
く様々な用途に用いられてもよい。例えば、図２に例示
されるように、プラズマ処理システムにおいて励起され
たガス種の遠隔のソースとして用いられてもよい。この
用途では、外部のガスソース１１４は、導管１１６を介
してジェネレータ１０のガス流入ポートへ反応性ガスを
供給する。ジェネレータ１０にて発生した活性化ガス種
は、次に、ジェネレータ１０のガス流出ポートに接続さ
れた別の導管１１２を通ってプラズマチャンバ１１０内
へと供給される。ポンプ１２０と、ジェネレータの冷却
システムの流入ポートと流出ポートとの間に接続された
熱交換器（図示されず）とが、ジェネレータの動作中
に、クーラントをジェネレータの中で循環させる。マイ
クロ波ソース１２２が電力を供給して、ジェネレータ内
のプラズマチューブ内部にプラズマを発生させ、ガス種
をメインのプラズマチャンバへ導入される前に励起す
る。
【００３５】このようなシステムに典型的に存在する他
の部材には、プラズマチャンバの脱気のための真空ポン
プと、プラズマチャンバ内部に第２のプラズマを発生さ
せるための電力ソース（ＲＦサプライ又はＤＣサプラ
イ）が含まれる。
の部材には、プラズマチャンバの脱気のための真空ポン
プと、プラズマチャンバ内部に第２のプラズマを発生さ
せるための電力ソース（ＲＦサプライ又はＤＣサプラ
イ）が含まれる。
【００３６】励起された化学種を、適当と思われるあら
ゆる手段を用いて輸送することが可能である。既に言及
したように、励起された化学種を、導管を介してプロセ
スチャンバへと移動させてもよい。この事には、ジェネ
レータを容易に配置することが可能になるという利点が
ある。このような導管は、発生されるべき励起化学種と
相互作用を生じない材料でできており、例えば、ステン
レス鋼、アルミニウム、セラミック、又は弗素ベースの
材料のいくつかである。あるいは、ジェネレータの流出
側は、直接チャンバ自身に接続されてもよい。
ゆる手段を用いて輸送することが可能である。既に言及
したように、励起された化学種を、導管を介してプロセ
スチャンバへと移動させてもよい。この事には、ジェネ
レータを容易に配置することが可能になるという利点が
ある。このような導管は、発生されるべき励起化学種と
相互作用を生じない材料でできており、例えば、ステン
レス鋼、アルミニウム、セラミック、又は弗素ベースの
材料のいくつかである。あるいは、ジェネレータの流出
側は、直接チャンバ自身に接続されてもよい。
【００３７】ここに説明される具体例では、ジェネレー
タ１０は典型的には、１〜１．５ｋＷ以上のパワーレベ
ル及び１０トールのレンジのプラズマチューブ内圧力の
下で動作される。ジェネレータ１０内を流れる水の流量
が約３リットル／分の条件で、熱せられたプラズマチュ
ーブの外側を通過することにより、クーラントの温度は
約２０〜４０℃上昇するだろう。よって、流入ポートに
到達する水の温度が約２３℃である場合は、流出温度は
４０〜６０℃となるだろう。
タ１０は典型的には、１〜１．５ｋＷ以上のパワーレベ
ル及び１０トールのレンジのプラズマチューブ内圧力の
下で動作される。ジェネレータ１０内を流れる水の流量
が約３リットル／分の条件で、熱せられたプラズマチュ
ーブの外側を通過することにより、クーラントの温度は
約２０〜４０℃上昇するだろう。よって、流入ポートに
到達する水の温度が約２３℃である場合は、流出温度は
４０〜６０℃となるだろう。
【００３８】この流量では、プラズマチューブの内側の
温度は約２００℃となるだろう。
温度は約２００℃となるだろう。
【００３９】ここに説明される具体例での電力伝送シス
テムはマイクロ波ソースであったが、この通りである必
要はない。実に、プラズマを発生させるためのあらゆる
既知のメカニズムによってジェネレータ内部にプラズマ
を発生させることが可能である。例えば、プラズマチュ
ーブの外側の周りで且つ円筒状フロー領域の内部に誘導
コイルを巻きつけたい場合には、ＲＦ電力ソースを用い
ることが可能である。このケースでは、外側チューブの
組成は重要ではなく、その理由は、それを介してエネル
ギーがプラズマチューブ内へ移動するのではないからで
ある。
テムはマイクロ波ソースであったが、この通りである必
要はない。実に、プラズマを発生させるためのあらゆる
既知のメカニズムによってジェネレータ内部にプラズマ
を発生させることが可能である。例えば、プラズマチュ
ーブの外側の周りで且つ円筒状フロー領域の内部に誘導
コイルを巻きつけたい場合には、ＲＦ電力ソースを用い
ることが可能である。このケースでは、外側チューブの
組成は重要ではなく、その理由は、それを介してエネル
ギーがプラズマチューブ内へ移動するのではないからで
ある。
【００４０】上記の［特許請求の範囲］の範囲の中に入
る別の具体例もある。例えば、ベローズは図１に示され
るような場所に置かれる必要はない。プラズマチューブ
が熱いプラズマによって加熱されたときに長手方向に自
由に膨張することを可能にするような、ジェネレータの
内部のいずれかの場所に置かれてもよい。例えば、プラ
ズマチューブ自身の内部の、高温又は腐食性の環境に暴
露されないようなプラズマの上流の場所に包含されても
よい。このケースでは、ベローズは、プラズマチューブ
のサファイアに鑞付けされるだけでよい。又は、プラズ
マチューブの下流端部に近いカラーリング内部に包含さ
れてもよい。
る別の具体例もある。例えば、ベローズは図１に示され
るような場所に置かれる必要はない。プラズマチューブ
が熱いプラズマによって加熱されたときに長手方向に自
由に膨張することを可能にするような、ジェネレータの
内部のいずれかの場所に置かれてもよい。例えば、プラ
ズマチューブ自身の内部の、高温又は腐食性の環境に暴
露されないようなプラズマの上流の場所に包含されても
よい。このケースでは、ベローズは、プラズマチューブ
のサファイアに鑞付けされるだけでよい。又は、プラズ
マチューブの下流端部に近いカラーリング内部に包含さ
れてもよい。
【００４１】また、プラズマチューブと外側チューブの
双方は、上述とは異なる形状を有していてもよいことも
理解されよう。例えばこれらは、楕円、正方形、長方
形、又は、プラズマベースジェネレータへの使用が考え
られるあらゆる断面を有していてもよい。
双方は、上述とは異なる形状を有していてもよいことも
理解されよう。例えばこれらは、楕円、正方形、長方
形、又は、プラズマベースジェネレータへの使用が考え
られるあらゆる断面を有していてもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のプ
ラズマベースジェネレータにおいては、高温に対して脆
弱な部材を高温暴露から遮断する。従って、これらの部
材は、連続使用中も劣化が少ない傾向となる。更に、液
体冷却によってプラズマチューブ及びその他の動作温度
を、低い動作温度に維持する。また、ベローズ等の膨張
ジョイントを用いることにより、プラズマチューブは容
易に長手方向に伸縮することが可能となる。従って、熱
膨張収縮が生じても、プラズマの損傷やクラック発生に
通常導く高い応力が生じることはない。
ラズマベースジェネレータにおいては、高温に対して脆
弱な部材を高温暴露から遮断する。従って、これらの部
材は、連続使用中も劣化が少ない傾向となる。更に、液
体冷却によってプラズマチューブ及びその他の動作温度
を、低い動作温度に維持する。また、ベローズ等の膨張
ジョイントを用いることにより、プラズマチューブは容
易に長手方向に伸縮することが可能となる。従って、熱
膨張収縮が生じても、プラズマの損傷やクラック発生に
通常導く高い応力が生じることはない。
【００４３】従って、寿命の長いプラズマベースのジェ
ネレータが提供される。
ネレータが提供される。
【図１】反応種ジェネレータの断面図である。
【図２】遠隔のプラズマベースの反応種ジェネレータを
有するプラズマ処理システムのブロック線図である。
有するプラズマ処理システムのブロック線図である。
１０…反応種ジェネレータ、１２…プラズマチューブ、
１４…外側チューブ、１６…中心孔、１８…マイクロ波
キャビティ、２０…共軸、２２…フロー領域、２６…下
流端部、２８…フランジ、３０…ベースプレート、３２
…カラーリング、３６…中心孔、３８，４０…フラン
ジ、４２…ボルト、５０，５２，５６…Ｏリング、６０
…頂部部材、６４…円筒状キャビティ、７０…ベローズ
組立体、７２…ステンレス鋼ベローズ、７４…上リン
グ、７６…下リング、８０…Ｏリング、８２…内側孔、
８６…内部孔、９０…流入ポート、９２…流出ポート、
１１０…プラズマチャンバ、１１２，１１４…ガスソー
ス、１１６…導管、１２０…ポンプ、１２２…マイクロ
波ソース。
１４…外側チューブ、１６…中心孔、１８…マイクロ波
キャビティ、２０…共軸、２２…フロー領域、２６…下
流端部、２８…フランジ、３０…ベースプレート、３２
…カラーリング、３６…中心孔、３８，４０…フラン
ジ、４２…ボルト、５０，５２，５６…Ｏリング、６０
…頂部部材、６４…円筒状キャビティ、７０…ベローズ
組立体、７２…ステンレス鋼ベローズ、７４…上リン
グ、７６…下リング、８０…Ｏリング、８２…内側孔、
８６…内部孔、９０…流入ポート、９２…流出ポート、
１１０…プラズマチャンバ、１１２，１１４…ガスソー
ス、１１６…導管、１２０…ポンプ、１２２…マイクロ
波ソース。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カム エス． ロウ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94587， ユニオン シティ， リヴィエ ラ ドライヴ 461 (72)発明者 ダン メイダン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94022， ロス アルトス ヒルズ， マ リエッタ レーン 12000
Claims (43)
- 【請求項１】 電力ソースと共に用いるためのプラズマ
ベースのジェネレータであって、 中空のチューブ本体を有し、その内部で前記電力ソース
によってプラズマが発生するプラズマチューブであっ
て、前記プラズマチューブは上流端部と下流端部とを有
し、動作中は、ガスが、該上流端部を通って前記プラズ
マチューブ内へ流入し、前記電力ソースによりその中に
発生されたプラズマによって励起された後に該下流端部
を通って流出する、前記プラズマチューブと、 該プラズマチューブの該下流端部を支持する第１の支持
構造体と、 前記プラズマチューブの該上流端部を保持するための第
２の支持構造体であって、前記第２の支持構造体は、前
記第２の支持構造体は、前記第１の支持構造体に接続さ
れ、前記第２の支持構造体は、プラズマ処理が前記プラ
ズマチューブ内部で行われる際にその熱膨張収縮による
プラズマチューブの伸縮を自身の長さを変化させて調整
する膨張ジョイントを備える、前記第２の支持構造体と
を備えるプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項２】 前記膨張ジョイントが、プラズマチュー
ブがその中を通過するための中央孔を有するベローズを
備える請求項１に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項３】 前記第２の支持構造体が前記プラズマチ
ューブの外側を包囲して前記プラズマチューブの周りに
キャビティを形成し、前記第２の支持構造体は、前記キ
ャビティへ導入されるクーラントが通る流入ポートと、
前記キャビティ内を通過した後のクーラントが流出する
ための流出ポートとを備え、前記プラズマチューブは、
前記キャビティの内部壁として作用して、前記クーラン
トが前記キャビティ内へ導入された際に前記プラズマチ
ューブと直接接触するようになる、請求項１に記載のプ
ラズマベースジェネレータ。 - 【請求項４】 前記流入ポートが、前記プラズマチュー
ブの下流端部に対して、前記流出ポートが配置されるよ
りも近くに配置される請求項３に記載のプラズマベース
ジェネレータ。 - 【請求項５】 前記第２の支持構造体が内部孔を有する
外側チューブを更に備え、前記プラズマチューブは前記
外側チューブの内部孔を通り抜け、前記外側チューブが
前記キャビティの外側壁を画し、前記外側チューブはマ
イクロ波エネルギーを透過させる誘電材料製である請求
項３に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項６】 前記プラズマチューブが円筒形状を有す
る請求項５に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項７】 前記外側チューブが円筒形状を有し、且
つ、前記プラズマチューブと前記外側チューブが、相互
に、共通の軸に対して同心円状に配置されて、前記プラ
ズマチューブを包囲する円筒形状のフロー領域を形成
し、前記円筒形状のフロー領域は前記キャビティの一部
を成す請求項６に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項８】 前記膨張ジョイントが、前記外側チュー
ブと、前記プラズマチューブの上流端部との間に配置さ
れる請求項５に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項９】 前記膨張ジョイントが、中央孔を有する
ベローズであり、前記プラズマチューブは前記ベローズ
の該中央孔を通過する請求項８に記載のプラズマベース
ジェネレータ。 - 【請求項１０】 該プラズマチューブがマイクロ波エネ
ルギーを透過する誘電材料製である請求項５に記載のプ
ラズマベースジェネレータ。 - 【請求項１１】 該プラズマチューブが、サファイア
と、アルミナと、窒化アルミニウムと、クオーツとから
成る材料の群から選択される材料製である請求項１０に
記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項１２】 前記外側チューブがマイクロ波エネル
ギーを透過する誘電材料製である請求項５に記載のプラ
ズマベースジェネレータ。 - 【請求項１３】 クオーツと、サファイアと、アルミナ
と、テフロンと、プラスチックと、ポリスチレンとから
成る材料の群から選択される材料製である請求項１２に
記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項１４】 前記外側チューブを包囲するマイクロ
波キャビティを更に備える請求項１２に記載のプラズマ
ベースジェネレータ。 - 【請求項１５】 該プラズマチューブが該下流端部にフ
ランジを有する請求項１に記載のプラズマベースジェネ
レータ。 - 【請求項１６】 前記フランジが、前記第１の支持構造
体と前記第２の支持構造体との間に配置され且つ前記第
１の支持構造体と前記第２の支持構造体とにより把持さ
れる請求項１５に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項１７】 前記第１の支持構造体がベースプレー
トを備え、前記第２の支持構造体がカラー部材を備え、
前記フランジが、前記カラー部材と前記ベースプレート
との間に配置され且つ前記カラー部材と前記ベースプレ
ートとにより把持される請求項１５に記載のプラズマベ
ースジェネレータ。 - 【請求項１８】 前記プラズマチューブの該下流端部の
周囲に外接して該フランジと該ベースプレートとの間で
圧縮される第１のガスケットを更に備え、前記第１のガ
スケットは真空シールを成す請求項１７に記載のプラズ
マベースジェネレータ。 - 【請求項１９】 前記第１のガスケットが、前記プラズ
マチューブを用いたプラズマ処理中に前記中空の本体の
下流端部で生じる高温の環境からそれを保護するよう
に、前記フランジ上の外側で前記プラズマチューブの中
空本体から離れた位置に配置される請求項１８に記載の
プラズマベースジェネレータ。 - 【請求項２０】 前記プラズマチューブの周囲にあり該
フランジと前記カラー部材との間で圧縮される第２のガ
スケットを更に備える請求項１８に記載のプラズマベー
スジェネレータ。 - 【請求項２１】 前記第２のガスケットが、前記プラズ
マチューブを用いたプラズマ処理中に前記中空の本体の
下流端部で生じる高温の環境からそれを保護するよう
に、前記フランジ上の外側で前記プラズマチューブの中
空本体から離れた位置に配置される請求項２０に記載の
プラズマベースジェネレータ。 - 【請求項２２】 前記第１のガスケットと前記第２のガ
スケットとがＯリングである請求項２１に記載のプラズ
マベースジェネレータ。 - 【請求項２３】 電力ソースと共に用いるためのプラズ
マベースのジェネレータであって、 ハウジングと、 前記ハウジング内で支持されるプラズマチューブであっ
て、前記プラズマチューブは上流端部と下流端部とを有
する中空の本体を有し、動作中は、ガスが、該上流端部
を通って前記プラズマチューブ内へ流入し、前記電力ソ
ースによりその中に発生されたプラズマによって励起さ
れた後に該下流端部を通って流出し、前記プラズマチュ
ーブは前記中空の本体の該下流端部に配置されたフラン
ジを更に有する、前記プラズマチューブと、を備え、前
記ハウジングは、プラズマチューブの該フランジを把持
することにより前記プラズマチューブの下流端部を保持
する保持構造体を備えるプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項２４】 前記ハウジングが、 該プラズマチューブのフランジを支持する第１の支持構
造体と、 前記第１の第１の支持構造体に接続される第２の支持構
造体であって、前記第２の支持構造体は前記プラズマチ
ューブの上流端部を支持する、前記第２の支持構造体と
を備え、前記第１の支持構造体はベースプレートを備
え、前記第２の支持構造体はカラー部材を備え、前記フ
ランジは、前記カラー部材と前記ベースプレートとの間
に配置され且つ前記カラー部材と前記ベースプレートと
により把持される請求項２３に記載のプラズマベースジ
ェネレータ。 - 【請求項２５】 前記プラズマチューブの該下流端部の
周囲に外接して該フランジと該ベースプレートとの間で
圧縮される第１のガスケットを更に備え、前記第１のガ
スケットは真空シールを成す請求項２４に記載のプラズ
マベースジェネレータ。 - 【請求項２６】 前記第１のガスケットが、前記プラズ
マチューブを用いたプラズマ処理中に前記中空の本体の
下流端部で生じる高温の環境からそれを保護するよう
に、前記フランジ上の外側で前記プラズマチューブの中
空本体から離れた位置に配置される請求項２５に記載の
プラズマベースジェネレータ。 - 【請求項２７】 前記プラズマチューブの周囲にあり該
フランジと前記カラー部材との間で圧縮される第２のガ
スケットを更に備える請求項２６に記載のプラズマベー
スジェネレータ。 - 【請求項２８】 前記第２のガスケットが、前記プラズ
マチューブを用いたプラズマ処理中に前記中空の本体の
下流端部で生じる高温の環境からそれを保護するよう
に、前記フランジ上の外側で前記プラズマチューブの中
空本体から離れた位置に配置される請求項２７に記載の
プラズマベースジェネレータ。 - 【請求項２９】 前記第１のガスケットと前記第２のガ
スケットとがＯリングである請求項２８に記載のプラズ
マベースジェネレータ。 - 【請求項３０】 電力ソースと共に用いるためのプラズ
マベースのジェネレータであって、 その内部で前記電力ソースによってプラズマが発生する
プラズマチューブと、 該プラズマチューブの該下流端部を支持する第１の支持
構造体と、 前記プラズマチューブの該上流端部を保持するための第
２の支持構造体であって、前記第２の支持構造体が前記
プラズマチューブの外側を包囲して前記プラズマチュー
ブの周りにキャビティを形成し、前記支持構造体は、前
記キャビティへ導入されるクーラントが通る流入ポート
と、前記キャビティ内を通過した後のクーラントが流出
するための流出ポートとを備え、前記プラズマチューブ
は、前記キャビティの内部壁として作用して、前記クー
ラントが前記キャビティ内へ導入された際に前記プラズ
マチューブと直接接触するようになる、前記第２の支持
構造体とを備えるプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項３１】 前記流入ポートが、前記プラズマチュ
ーブの下流端部に対して、前記流出ポートが配置される
よりも近くに配置される請求項３０に記載のプラズマベ
ースジェネレータ。 - 【請求項３２】 前記第２の支持構造体が内部孔を有す
る外側チューブを更に備え、前記プラズマチューブは前
記外側チューブの内部孔を通り抜け、前記外側チューブ
が前記キャビティの外側壁を画し、前記外側チューブは
マイクロ波エネルギーを透過させる誘電材料製である請
求項３０に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項３３】 前記プラズマチューブが円筒形状を有
する請求項３２に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項３４】 前記外側チューブが円筒形状を有し、
且つ、前記プラズマチューブと前記外側チューブが、相
互に、共通の軸に対して同心円状に配置されて、前記プ
ラズマチューブを包囲する円筒形状のフロー領域を形成
し、前記円筒形状のフロー領域は前記キャビティの一部
を成す請求項３３に記載のプラズマベースジェネレー
タ。 - 【請求項３５】 前記第２の支持構造体の該流入ポート
と該流出ポートとの間に接続されたポンプを更に備え、
前記ポンプは動作中に前記キャビティの中にクーラント
を循環させる請求項３０に記載のプラズマベースジェネ
レータ。 - 【請求項３６】 前記第２の支持構造体が、プラズマ処
理が前記プラズマチューブ内部で行われる際にその熱膨
張収縮によるプラズマチューブの伸縮を自身の長さを変
化させて調整する膨張ジョイントを備える請求項３０に
記載のプラズマベースジェネレータ - 【請求項３７】 前記膨張ジョイントが前記プラズマチ
ューブが通過する中央孔を有するベローズを備える請求
項３６に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項３８】 前記プラズマチューブが上流端部と下
流端部とを有する中空の本体を有し、動作中は、ガス
が、該上流端部を通って前記プラズマチューブ内へ流入
し、前記電力ソースによりその中に発生されたプラズマ
によって励起された後に該下流端部を通って流出し、前
記プラズマチューブは前記中空の本体の該下流端部に配
置されたフランジを更に備え、且つ、前記第１の支持構
造体がベースプレートを備え、前記第２の支持構造体が
カラー部材を備え、前記フランジが、前記カラー部材と
前記ベースプレートとの間に配置され且つ前記カラー部
材と前記ベースプレートとにより把持される請求項３０
に記載のプラズマベースジェネレータ。 - 【請求項３９】 前記プラズマチューブの該下流端部の
周囲に外接して該フランジと該ベースプレートとの間で
圧縮される第１のガスケットを更に備え、前記第１のガ
スケットは真空シールを成す請求項３８に記載のプラズ
マベースジェネレータ。 - 【請求項４０】 前記第１のガスケットが、前記プラズ
マチューブを用いたプラズマ処理中に前記中空の本体の
下流端部で生じる高温の環境からそれを保護するよう
に、前記フランジ上の外側で前記プラズマチューブの中
空本体から離れた位置に配置される請求項３９に記載の
プラズマベースジェネレータ。 - 【請求項４１】 前記プラズマチューブの周囲にあり該
フランジと前記カラー部材との間で圧縮される第２のガ
スケットを更に備える請求項４０に記載のプラズマベー
スジェネレータ。 - 【請求項４２】 前記第２のガスケットが、前記プラズ
マチューブを用いたプラズマ処理中に前記中空の本体の
下流端部で生じる高温の環境からそれを保護するよう
に、前記フランジ上の外側で前記プラズマチューブの中
空本体から離れた位置に配置される請求項４１に記載の
プラズマベースジェネレータ。 - 【請求項４３】 前記第１のガスケットと前記第２のガ
スケットとがＯリングである請求項４２に記載のプラズ
マベースジェネレータ。
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