JP6033651B2

JP6033651B2 - プラズマ発生体及びプラズマ発生装置

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Publication number: JP6033651B2
Application number: JP2012255460A
Authority: JP
Inventors: 隆茂八木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: JP2014103037A

Description

本発明は、プラズマ発生体及びプラズマ発生装置に関する。

プラズマ発生体は、有害ガス等のガスの改質、半導体ウェハ等の加工、光源等の種々の用途に利用されている。

特許文献１では、放電空間（貫通孔）が形成された誘電体と、当該誘電体に埋設され、放電空間を挟んで対向する１対の電極とを有するプラズマ発生体が開示されている。当該プラズマ発生体では、１対の電極間に電圧が印加されることにより、放電空間においてプラズマが発生する。

また、特許文献２では、平板状の誘電体と、当該誘電体の主面に設けられた１対の電極とを有するイオン風発生体（プラズマ発生体）が開示されている。このイオン風発生体では、１対の電極間に電圧が印加されることにより、誘電体の主面においてプラズマが発生し、ひいては当該主面に沿って流れるイオン風が発生する。

特開２００８−１１７５３２号公報特開２００８−２９０７１１号公報

特許文献１の技術では、放電空間が狭くなると、放電空間内の流体の圧力損失が大きくなり、流速が低下する。その結果、例えば、放電空間にガスを供給して当該ガスの改質を行う場合において、ガスの処理効率が低下する。

特許文献２は、翼周りの流れの制御に関する技術であり、放電空間にプラズマを発生させるものではない。また、仮に、特許文献２の誘電体の主面によって放電空間の内周面を構成したとしても、特許文献２の技術では、誘電体の主面近傍においてしかプラズマを発生させることができないから、放電空間が広くなると、放電空間全体にプラズマが充満しない。その結果、例えば、放電空間にガスを供給して当該ガスの改質を行う場合において、ガスの処理効率が低下する。

本発明の目的は、放電空間におけるプラズマの分布及び流れを好適化できるプラズマ発生体及びプラズマ発生装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係るプラズマ発生体は、放電空間内の流れ方向に交差する方向において前記放電空間を挟んで対向する第１誘電部及び第２誘電部と、前記第１誘電部の前記放電空間側に設けられた第１上流側電極と、前記第１誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第１上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第１下流側電極と、前記第２誘電部の前記放電空間側に設けられた第２上流側電極と、前記第２誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第２上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第２下流側電極と、前記放電空間内に位置し、前記第１下流側電極及び前記第２下流側電極に対向する中間電極と、を有する。

好適には、前記プラズマ発生体は、前記放電空間内に位置し、前記中間電極が埋設された第３誘電部を更に有する。

好適には、前記第３誘電部は、前記中間電極に対して前記第１誘電部側となる部分の厚みと、前記中間電極に対して前記第２誘電部側となる部分の厚みとが互いに異なる。

好適には、前記第３誘電部は、前記中間電極に対して前記第１誘電部側となる部分の誘電率と、前記中間電極に対して前記第２誘電部側となる部分の誘電率とが互いに異なる。

好適には、前記中間電極と前記第１下流側電極との距離と、前記中間電極と前記第２下流側電極との距離とが互いに異なる。

本発明の第２の観点に係るプラズマ発生体は、放電空間内の流れ方向に交差する方向において前記放電空間を挟んで対向する第１誘電部及び第２誘電部と、前記第１誘電部の前記放電空間側に設けられた第１上流側電極と、前記第１誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第１上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第１下流側電極と、前記第２誘電部の前記放電空間側に設けられた第２上流側電極と、前記第２誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第２上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第２下流側電極と、前記放電空間内に位置する第３誘電部と、前記第３誘電部に埋設され、前記第１上流側電極及び前記第２上流側電極に対向する中間電極と、を有する。

本発明の第３の観点に係るプラズマ発生装置は、プラズマ発生体と、前記プラズマ発生体に電圧を印加する電源装置と、を有し、前記プラズマ発生体は、放電空間内の流れ方向に交差する方向において前記放電空間を挟んで対向する第１誘電部及び第２誘電部と、前記第１誘電部の前記放電空間側に設けられた第１上流側電極と、前記第１誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第１上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第１下流側電極と、前記第２誘電部の前記放電空間側に設けられた第２上流側電極と、前記第２誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第２上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第２下流側電極と、前記放電空間内に位置し、前記第１下流側電極及び前記第２下流側電極に対向する中間電極と、を有し、前記電源装置は、前記第１上流側電極と前記第１下流側電極との間、前記第２上流側電極と前記第２下流側電極との間、前記第１下流側電極と前記中間電極との間、及び、前記第２下流側電極と前記中間電極との間に交流電圧を印加する。

好適には、前記電源装置は、前記第１上流側電極、前記第２上流側電極及び前記中間電極を同電位とし、前記第１下流側電極及び前記第２下流側電極を同電位とする。

好適には、前記電源装置は、前記第１下流側電極と前記第２下流側電極との間にも交流電圧を印加する。

上記の構成によれば、放電空間におけるプラズマの分布及び流れを好適化できる。

図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生体の外観を示す斜視概略図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面概略図。本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生装置の断面概略図。本発明の第３の実施形態に係るプラズマ発生装置の断面概略図。本発明の第４の実施形態に係るプラズマ発生装置の断面概略図。本発明の第５の実施形態に係るプラズマ発生装置の断面概略図。本発明の第６の実施形態に係るプラズマ発生装置の断面概略図。

以下、本発明の複数の実施形態に係るプラズマ発生体及びプラズマ発生装置について、図面を参照して説明する。各実施形態の説明において、既に説明された実施形態の構成と共通又は類似する構成について、既に説明された実施形態と共通の符号を用い、また、図示や説明を省略することがある。

また、互いに同様又は類似する構成について、名称の頭に「第１」及び「第２」等の番号を付すと共に、その符号に「Ａ」及び「Ｂ」等の大文字のアルファベットを付し、また、これら番号及びアルファベットを省略することがある。

＜第１の実施形態＞
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生体１の外観を示す斜視概略図であり、図１（ｂ）は、プラズマ発生体１を含むプラズマ発生装置５１を示す、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面概略図である。

なお、プラズマ発生体１は、いずれの方向が上方、下方とされてもよいものである。以下では、直交座標系ｘｙｚを定義して、ｘｙｚを参照して方向を特定することがある。

プラズマ発生装置５１は、プラズマ発生体１と、プラズマ発生体１に電圧を印加してプラズマ発生体１にプラズマを発生させる電源装置５３（図１（ｂ））と、電源装置５３を制御する制御装置５５（図１（ｂ））とを有している。

プラズマ発生体１は、誘電体３と、誘電体３に設けられた複数の電極とを有している。複数の電極は、イオン風の発生に供される第１上流側電極５Ａ及び第２上流側電極５Ｂ、イオン風の発生及びプラズマの発生に供される第１下流側電極７Ａ及び第２下流側電極７Ｂ（図１（ｂ））、並びに、プラズマの発生に供される中間電極９（図１（ｂ））である。プラズマ発生体１は、この他、各電極と電源装置５３とを接続するための配線等を有していてもよい。

誘電体３には、ｘ方向に貫通する貫通孔が形成されており、当該貫通孔は放電によってプラズマを発生させるための放電空間１１となっている。また、放電空間１１は、その貫通方向の一方側（ｘ方向の正側）へ流れるイオン風の発生にも利用される。放電空間１１は、イオン風の下流側（ｘ方向の正側）において、厚み方向（ｚ方向）に分岐されている。

別の観点では、誘電体３は、放電空間１１内の流れ方向に交差する方向において放電空間１１を挟んで対向する第１誘電部１５Ａ及び第２誘電部１５Ｂと、放電空間１１内に位置する第３誘電部１５Ｃとを有している。そして、放電空間１１の下流側部分は、第３誘電部１５Ｃによって第１分岐路１３Ａと第２分岐路１３Ｂとに仕切られている。

誘電体３の外形及び放電空間１１の形状は、適宜に設定されてよい。図１の例では、誘電体３の外形は直方体とされており、放電空間１１の形状（第３誘電部１５Ｃを考慮しないときの形状）は直方体とされており、各分岐路１３の形状は直方体とされている。別の観点では、第１誘電部１５Ａ、第２誘電部１５Ｂ及び第３誘電部１５Ｃは、それぞれ厚みが一定の平板状とされており、互いに平行に配置されている。

誘電体３は、例えば、ｚ方向において面対称の形状とされている。従って、第３誘電部１５Ｃは、ｚ方向において、放電空間１１の中央に位置しており、第１分岐路１３Ａ及び第２分岐路１３Ｂの形状及び大きさは互いに同一である。

誘電体３は、無機絶縁物により形成されてもよいし、有機絶縁物により形成されてもよい。無機絶縁物としては、例えば、セラミック、ガラスが挙げられる。セラミックとしては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、ガラスセラミック焼結体（ガラスセラミックス）、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、コーディライト焼結体、炭化珪素質焼結体が挙げられる。有機絶縁物としては、例えば、ポリイミド、エポキシ、ゴムが挙げられる。誘電体３は、その全体が同一材料により一体的に形成されていてもよいし、異なる材料により形成された部材が互いに固定されて形成されていてもよい。

上流側電極５、下流側電極７及び中間電極９それぞれは、例えば、厚さが一定の平板状（層状）に形成されている。その平面形状は、例えば、矩形とされている。これらの電極の幅（ｙ方向における長さ）は、例えば、放電空間１１の幅と同等とされ、互いに同一とされている。

第１上流側電極５Ａは、第１誘電部１５Ａの放電空間１１側に設けられている。より詳細には、例えば、第１上流側電極５Ａは、第１誘電部１５Ａの放電空間１１側の表面に重ねられている。従って、上流側電極５は、放電空間１１に露出している。同様に、第２上流側電極５Ｂは、第２誘電部１５Ｂの放電空間１１側に設けられ、放電空間１１に露出している。第１上流側電極５Ａ及び第２上流側電極５Ｂの形状及び位置は、例えば、ｚ方向において面対称とされている。

第１下流側電極７Ａは、第１誘電部１５Ａに埋設され、また、第１上流側電極５Ａに対して下流側にずれている。同様に、第２下流側電極７Ｂは、第２誘電部１５Ｂに埋設され、また、第２上流側電極５Ｂに対して下流側にずれている。第１下流側電極７Ａ及び第２下流側電極７Ｂの形状及び位置は、例えば、ｚ方向において面対称とされている。

なお、本願において、下流側電極が上流側電極に対して下流側にずれているというとき、下流側電極は、上流側電極の下流側縁部よりも下流側に位置する部分を有していればよいものとする。換言すれば、下流側電極７は、その上流側部分が、平面視において（ｚ方向に見て）、上流側電極５に重ならないように隣接していてもよいし、上流側電極５の下流側の一部又は上流側電極の全部に重なっていてもよいし、上流側電極から下流側に離れていてもよい。

下流側電極７は、例えば、第１誘電部１５Ａ又は第２誘電部１５Ｂの放電空間１１側の表面に平行に配置されている。また、下流側電極７は、例えば、流れ方向（ｘ方向）において上流側電極５よりも大きく形成されている。

中間電極９は、第３誘電部１５Ｃに埋設されている。換言すれば、中間電極９は、放電空間１１内に位置している。中間電極９は、例えば、第３誘電部１５Ｃの中央に位置している。従って、第３誘電部１５Ｃにおいて、中間電極９に対して第１誘電部１５Ａ側となる部分の厚みと、中間電極９に対して第２誘電部１５Ｂ側となる部分の厚みとは同一である。

中間電極９は、下流側電極７と分岐路１３を挟んで対向している。中間電極９と第１下流側電極７Ａとの距離、中間電極９と第２下流側電極７Ｂとの距離は、例えば、互いに同一である。また、中間電極９の流れ方向（ｘ方向）の大きさは、例えば、下流側電極７よりも小さい。そして、中間電極９は、例えば、下流側電極７の下流側部分と対向している。

上流側電極５、下流側電極７及び中間電極９は、金属等の導電性材料により形成されている。金属としては、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム、白金、ニッケル、コバルトまたはこれらを主成分とする合金が挙げられる。

電源装置５３は、第１上流側電極５Ａと第１下流側電極７Ａとの間、第２上流側電極５Ｂと第２下流側電極７Ｂとの間、第１下流側電極７Ａと中間電極９との間、及び、第２下流側電極７Ｂと中間電極９との間に交流電圧を印加する。好適には、第１上流側電極５Ａ、第２上流側電極５Ｂ及び中間電極９は同電位とされ、第１下流側電極７Ａ及び第２下流側電極７Ｂは同電位とされる。

電源装置５３により印加される交流電圧は、正弦波等により表わされる、電位が連続的に変化するものであってもよいし、パルス状の、電位の変化が不連続なものであってもよい。また、交流電圧は、１対の電極の双方において基準電位に対して電位が変動するものであってもよいし、１対の電極の一方が基準電位に接続され、他方においてのみ電位が基準電位に対して変動するものであってもよい。電位の変動は、基準電位に対して正及び負の双方に変動するものであってもよいし、基準電位に対して正及び負の一方のみに変動するものであってもよい。

制御装置５５は、例えば、電源装置５３による電圧印加のＯＮ・ＯＦＦ、並びに、電源装置５３による電圧印加における電圧値及び周波数を制御する。

なお、誘電体３、上流側電極５、下流側電極７及び中間電極９の各部寸法、各種電極の埋設深さ等の位置、並びに、交流電圧の大きさ及び周波数は、プラズマ発生装置５１（プラズマ発生体１）が適用される技術分野、要求されるプラズマ量等の種々の事情に応じて適宜に設定されてよい。

プラズマ発生体１の製造方法は、例えば、多層基板の製造方法と同様の製造方法とされてよい。誘電体３が複数のセラミックグリーンシートを高さ方向（ｚ方向）に積層して焼成したセラミック焼結体により構成される場合を例にとると、以下のとおりである。

まず、複数のセラミックグリーンシートを用意する。セラミックグリーンシートは、例えば、スラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形することによって形成される。スラリーは、原料粉末に適当な有機溶剤及び溶媒を添加混合して作製される。原料粉末は、アルミナセラミックを例にとると、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、カルシア（ＣａＯ）及びマグネシア（ＭｇＯ）等である。

次に、複数のセラミックグリーンシートのうち一部のセラミックグリーンシートに、放電空間１１となる空所をパンチング若しくはレーザ加工等により形成する。また、複数のセラミックグリーンシートのうち一部のセラミックグリーンシートに、各種電極となる導電ペーストを設ける。例えば、第１誘電部１５Ａは、２以上のセラミックグリーンシートが積層されて形成され、その重ね合わされる面に下流側電極７となる導電ペーストが設けられる。

導電ペーストは、例えば、タングステン、モリブデン、銅または銀等の金属粉末に有機溶剤及び有機バインダを添加し混合することによって作製される。導電ペーストは、必要に応じて分散剤や可塑剤などが添加されていてもよい。混合は、例えば、ボールミル、三本ロールミル、またはプラネタリーミキサー等の混練手段により行われる。また、導電ペーストは、例えば、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いてセラミックグリーンシートに印刷塗布される。

そして、複数のセラミックグリーンシートを積層し、導電ペースト及びセラミックグリーンシートを同時焼成する。これにより、各種電極が埋設若しくは表面に形成されるとともに放電空間１１が形成された誘電体３、すなわち、プラズマ発生体１が形成される。

以下では、プラズマ発生体１の作用を説明する。

プラズマ発生体１は、空気、処理対象のガス若しくはその他の適宜なガスが放電空間に充満している状態で使用される。なお、処理対象のガスは、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）、フロン、ＣＯ_２、揮発性有機溶剤（ＶＯＣ）、又は、これらを含む空気である。自動車の排ガスは、窒素酸化物（ＮＯｘ）を含むガスとしてよく知られている。

第１上流側電極５Ａ及び第１下流側電極７Ａに電圧が印加されると、第１誘電部１５Ａの放電空間１１側の表面近傍には電界が形成される。そして、その電界の強度が所定の放電開始電界強度を超えると誘電体バリア放電が開始され、プラズマが発生する。

このプラズマ中の電子又はイオンは、第１上流側電極５Ａ及び第１下流側電極７Ａにより形成された電界により移動する。また、中性分子も電子又はイオンに随伴して移動する。これにより、放電空間１１をその貫通方向に流れるイオン風が誘起される。

より具体的には、第１上流側電極５Ａが露出し、第１下流側電極７Ａが誘電体３内に埋設されていることから、第１上流側電極５Ａから第１下流側電極７Ａ側に誘電体バリア放電が生じ、矢印ｙ１で示すように、第１上流側電極５Ａ側から第１下流側電極７Ａ側へ流れるイオン風が生じる。

同様に、第２上流側電極５Ｂ及び第２下流側電極７Ｂに電圧が印加されると、矢印ｙ２で示すように、第２誘電部１５Ｂの放電空間１１側の表面近傍において、第２上流側電極５Ｂ側から第２下流側電極７Ｂ側へ流れるイオン風が生じる。

また、第１下流側電極７Ａ及び中間電極９に電圧が印加されると、点線ｒ１で示す、第１下流側電極７Ａと中間電極９との対向領域（本実施形態では第１分岐路１３Ａと略一致）には電界が形成される。そして、その電界の強度が所定の放電開始電界強度を超えると誘電体バリア放電が開始され、プラズマが発生する。第１下流側電極７Ａ及び中間電極９は、第１分岐路１３Ａを挟んで対向していることから、プラズマは、第１分岐路１３Ａにおける高さ方向（ｚ方向）の全体に亘って発生、充満する。

同様に、第２下流側電極７Ｂ及び中間電極９に電圧が印加されると、点線ｒ２で示す、第２下流側電極７Ｂと中間電極９の対向領域（本実施形態では第２分岐路１３Ｂと略一致）においてプラズマが発生する。

以上のとおり、本実施形態では、プラズマ発生体１は、放電空間１１内の流れ方向に交差する方向において放電空間１１を挟んで対向する第１誘電部１５Ａ及び第２誘電部１５Ｂと、第１誘電部１５Ａの放電空間１１側に設けられた第１上流側電極５Ａと、第１誘電部１５Ａの内部に設けられ、第１上流側電極５Ａに対して下流側にずれている第１下流側電極７Ａと、第２誘電部１５Ｂの放電空間１１側に設けられた第２上流側電極５Ｂと、第２誘電部１５Ｂの内部に設けられ、第２上流側電極５Ｂに対して下流側にずれている第２下流側電極７Ｂと、放電空間１１内に位置し、第１下流側電極７Ａ及び第２下流側電極７Ｂに対向する中間電極９と、を有している。

従って、放電空間１１が大きくても、下流側電極７及び中間電極９の放電により、放電空間１１にプラズマを充満させることができ、その一方で、放電空間１１が小さくても、上流側電極５及び下流側電極７により、放電空間１１の内周面近傍においてイオン風を発生させ、圧力損失による流速低下を補償することができる。すなわち、種々の大きさの放電空間において好適にプラズマを充満させつつ流れさせることができる。その結果、例えば、プラズマ発生体１の設計の自由度を向上させたり、放電空間１１にてガスを効率的にプラズマ処理したりすることができる。しかも、下流側電極７がイオン風の発生と、分岐路１３全体に亘るプラズマの発生とに兼用されることから、構成が簡素である。

＜第２の実施形態＞
図２は、第２の実施形態に係るプラズマ発生装置２５１の構成を示す図１（ａ）と同様の断面図である。

プラズマ発生装置２５１のプラズマ発生体２０１は、第３誘電部２１５Ｃの構成のみが第１の実施形態のプラズマ発生体１と相違する。具体的には、以下のとおりである。

中間電極９は、ｚ方向において、第３誘電部２１５Ｃの中央に位置しておらず、第２誘電部１５Ｂ側に偏っている。すなわち、第３誘電部２１５Ｃのうち、中間電極９に対して第２誘電部１５Ｂ側となる第２誘電層２１６ｂは、中間電極９に対して第１誘電部１５Ａ側となる第１誘電層２１６ａに対して、薄くなっている。

なお、第１下流側電極７Ａ及び第２下流側電極７Ｂに対する中間電極９の位置は、例えば、上記の偏りの分、第２下流側電極７Ｂ側に偏っている。ただし、中間電極９は、第１下流側電極７Ａと第２下流側電極７Ｂとの中間に位置してもよい。この場合は、第２誘電層２１６ｂが第１誘電層２１６ａよりも薄くなったことに対応して、第２分岐路２１３Ｂは、第１分岐路２１３Ａよりも厚み方向（ｚ方向）において大きくなる。

第２誘電層２１６ｂが第１誘電層２１６ａよりも薄くなっていることにより、第２分岐路２１３Ｂにおいては、第１分岐路２１３Ａに比較して、プラズマが強くなる、又は、低電圧で放電が生じる。

従って、例えば、ｚ方向の正側が鉛直上方である場合において、改質対象のガスのうち、改質されにくく軽い成分が第２分岐路２１３Ｂに流れ込み、改質されやすく重い成分が第１分岐路２１３Ａに流れ込むような場合において、ガス全体を効率的に改質することができる。

また、本実施形態の第３誘電部２１５Ｃにおいては、第２誘電層２１６ｂの誘電率は、第１誘電層２１６ａの誘電率よりも高くなっている。例えば、第３誘電部２１５Ｃの材料としては、シリカ（ＳｉＯ_２、比誘電率：３〜４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３、比誘電率：８〜１１）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２、比誘電率：８３〜１８３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３、比誘電率：１２００〜３０００）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３、比誘電率：３００）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ_３、比誘電率：２００）、チタン酸バリウムストロンチウム（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘＴｉＯ_３、比誘電率：８００〜１５００）、チタン酸バリウムカルシウム（Ｂａ_１−ｘＣａ_ｘＴｉＯ_３、比誘電率：６００〜１２００）を挙げることができ、これらのうち一つは、第１誘電層２１６ａの材料とされ、当該材料よりも誘電率が高い他の一つは第２誘電層２１６ｂの材料とされてよい。

このように誘電率が設定されることにより、第２分岐路２１３Ｂにおいては、第１分岐路２１３Ａに比較して、プラズマが強くなる、又は、低電圧で放電が生じる。従って、上述した第１誘電層２１６ａ及び第２誘電層２１６ｂの厚みの相違による効果と同様の効果が奏される。

なお、誘電率を互いに異ならせる方法は、厚みを互いに異ならせる方法に比較して、例えば、中間電極９と下流側電極７との距離、及び、第１分岐路２１３Ａ及び第２分岐路２１３Ｂの大小関係とは独立してプラズマの強度等を調整可能なメリットがある。一方、厚みを互いに異ならせる方法は、誘電率を互いに異ならせる方法に比較して、例えば、２種の材料を用意する必要が無いというメリットがある。

＜第３の実施形態＞
図３は、第３の実施形態に係るプラズマ発生装置３５１の構成を示す図１（ａ）と同様の断面図である。

プラズマ発生装置３５１のプラズマ発生体３０１は、第３誘電部１５Ｃ（中間電極９）の位置のみが第１の実施形態のプラズマ発生体１と相違する。具体的には、以下のとおりである。

第３誘電部１５Ｃは、放電空間３１１において、第２誘電部１５Ｂ側へ偏って配置されている。従って、中間電極９と第２下流側電極７Ｂとの距離は、中間電極９と第１下流側電極７Ａとの距離よりも短くなっている。

従って、第２分岐路３１３Ｂにおいては、第１分岐路３１３Ａに比較して、プラズマが強くなる、又は、低電圧で放電が生じる。従って、第２の実施形態と同様の効果が奏される。相対的に狭い第２分岐路３１３Ｂにおいて相対的に強いプラズマを発生させることによって、より集中的に第２分岐路３１３Ｂにおいてガスの改質処理が行われることも期待される。

＜第４の実施形態＞
図４は、第４の実施形態に係るプラズマ発生装置４５１の構成を示す図１（ａ）と同様の断面図である。

プラズマ発生装置４５１のプラズマ発生体４０１は、第３誘電部１５Ｃが設けられておらず、中間電極９が放電空間４１１に露出している点のみが第１の実施形態のプラズマ発生体１と相違する。

このように、中間電極９が放電空間４１１に露出している場合においても、下流側電極７は、第１誘電部１５Ａ又は第２誘電部１５Ｂに埋設されていることから、中間電極９と下流側電極７との間においては、コロナ放電等に比較して制御が容易な誘電体バリア放電が生じる。

なお、本実施形態においては、上流側電極５及び中間電極９は同電位とされていることから、これらの間においては放電は生じない。また、上流側電極５と中間電極９とが異なる電位とされた場合においても、上流側電極５と中間電極９との距離を下流側電極７と中間電極９との距離よりも長くしたり、上流側電極５と中間電極９との間に印加される電圧を下流側電極７と中間電極９との間に印加される電圧よりも低くしたりすることにより、下流側電極７と中間電極９との間に誘電体バリア放電を生じさせる一方で、上流側電極５と中間電極９との間にコロナ放電等が生じることを抑制することができる。ただし、上流側電極５と中間電極９との間に放電が生じるようにしてもよい。

本実施形態のように中間電極９を設ける方法としては、例えば、放電空間４１１の幅（ｙ方向の大きさ）よりも幅が大きい板金により中間電極９を構成することとし、第１誘電部１５Ａと第２誘電部１５Ｂとの間において積層される複数のセラミックグリーンシートの間に中間電極９の両端を挟み込めばよい。

以上のとおり、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が奏される。また、第３誘電部１５Ｃが設けられていない分、第１の実施形態に比較して、放電空間４１１を広くすることができる。また、第２の実施形態において、中間電極９を覆う誘電層が薄くなるほどプラズマが強くなる、又は、低電圧で放電が生じることを述べたが、本実施形態においては、中間電極９を覆う誘電層が設けられていないことから、さらにプラズマを強くする、又は、低電圧で放電を生じさせることができる。

＜第５の実施形態＞
図５は、第５の実施形態に係るプラズマ発生装置５５１の構成を示す図１（ａ）と同様の断面図である。

プラズマ発生装置５５１のプラズマ発生体１は、第１の実施形態のプラズマ発生体１と同様であり、プラズマ発生装置５５１は、各電極に付与する電位（電源装置の構成）のみが第１の実施形態のプラズマ発生装置５１と相違する。具体的には、以下のとおりである。

プラズマ発生装置５５１は、第１上流側電極５Ａと第１下流側電極７Ａとの間に電圧を印加する第１電源装置５３Ａと、第２上流側電極５Ｂと第２下流側電極７Ｂとの間に電圧を印加する第２電源装置５３Ｂとを有している。

従って、第１の実施形態と同様に、矢印ｙ１及びｙ２で示すように、第１誘電部１５Ａ及び第２誘電部１５Ｂの放電空間１１側の表面においてはイオン風が発生する。

また、第１電源装置５３Ａと第２電源装置５３Ｂとは同期がとられるとともに、第１下流側電極７Ａ及び第２下流側電極７Ｂには、互いに異なる電位が付与される。すなわち、第１下流側電極７Ａと第２下流側電極７Ｂとの間にも交流電圧が印加される。

より具体的には、例えば、第１上流側電極５Ａ、第２上流側電極５Ｂ及び中間電極９は、第１の実施形態と同様に、同電位とされている。また、例えば、第１上流側電極５Ａ、第２上流側電極５Ｂ及び中間電極９には基準電位が付与され、第１下流側電極７Ａ及び第２下流側電極７Ｂに変動電位が付与される。

第１下流側電極７Ａ及び第２下流側電極７Ｂに付与される変動電位は、例えば、周波数が同一である。また、これら電極に付与される変動電位は、極性（正負）が互いに逆、又は、極性が互いに同一で振幅が互いに異なる。これにより、第１下流側電極７Ａと第２下流側電極７Ｂとの間には電圧が印加される。

なお、変動電位の極性を互いに逆にする方法は、電位が正負の双方に変動する変動電位の位相を１８０°ずらすことにより実現されてもよいし、一方の変動電位が正のみにおいて変動し、他方の変動電位が負のみにおいて変動することにより実現されてもよい。

以上のように、第１下流側電極７Ａと第２下流側電極７Ｂとの間に電圧が印加されることにより、点線ｒ３で示す、第１下流側電極７Ａと第２下流側電極７Ｂとの対向領域であって第３誘電部１５Ｃが配置されていない領域において、誘電体バリア放電が生じる。すなわち、第１の実施形態と同様のイオン風の発生及びプラズマの発生に加えて、第１下流側電極７Ａと第２下流側電極７Ｂとの間においてもプラズマが発生する。その結果、プラズマの発生領域を拡張したり、プラズマの発生態様を多様化したりすることができる。

なお、第１の実施形態は、第５の実施形態に比較して、電源部の構成が簡素であり、安価にプラズマ発生装置を構成できるメリットがある。

第５の実施形態において、第１電源装置５３Ａ及び第２電源装置５３Ｂは、これら全体として、一つの電源装置５５４として捉えられてよい。また、電源装置５５４に代えて、上流側電極５及び中間電極９のグループと、第１下流側電極７Ａと、第２下流側電極７Ｂとに三相交流電力を供給する電源装置が設けられてもよい。

＜第６の実施形態＞
図６は、第６の実施形態に係るプラズマ発生装置６５１の構成を示す図１（ａ）と同様の断面図である。

第１の実施形態においては、下流側電極７と中間電極９との間にプラズマを発生させたのに対し、本実施形態では、上流側電極５と中間電極９との間にプラズマを発生させる。具体的には、以下のとおりである。

第３誘電部１５Ｃは、第１上流側電極５Ａと第２上流側電極５Ｂとの間に位置している。従って、第３誘電部１５Ｃに埋設された中間電極９は、第１上流側電極５Ａに対向するとともに、その反対側において第２上流側電極５Ｂに対向している。なお、第３誘電部１５Ｃ（中間電極９）は、例えば、第１下流側電極７Ａと第２下流側電極７Ｂとの間には位置していない。

電源装置５３は、第１の実施形態と同様に、上流側電極５と下流側電極７との間に電圧を印加する。また、第１の実施形態とは異なり、電源装置５３は、上流側電極５と中間電極９との間に電圧を印加する。

より具体的には、例えば、第１の実施形態と同様に、第１上流側電極５Ａと第２上流側電極５Ｂとは同電位とされ、第１下流側電極７Ａと第２下流側電極７Ｂとは同電位とされ、これらグループ間には電圧が印加される。一方、中間電極９は、第１の実施形態と異なり、下流側電極７と同電位とされ、これにより、上流側電極５との間に電圧が印加される。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、放電空間６１１のｚ方向の全体に亘ってプラズマを発生させつつ、放電空間１１の内周面においてイオン風を発生させ、且つ、その２種の機能に共通の電極（本実施形態では上流側電極５）を用いることができる。

なお、イオン風は、下流側電極７が流れ方向（ｘ方向）に大きくなるほど強くなり、その一方で、上流側電極５のｘ方向の大きさは、イオン風の強さにあまり影響しない。また、中間電極９とこれに対向する電極（上流側電極５又は下流側電極７）との間に生じるプラズマは、電極の対向面積が大きくなるほど放電空間に充満しやすくなる。

従って、第１〜第５の実施形態は、第６の実施形態に比較して、上流側電極５をｘ方向において小さくしつつ下流側電極７をｘ方向において大きくすることにより、プラズマ発生体をｘ方向において小型化しつつ、イオン風を強くし、プラズマを充満させやすくすることができると考えられる。

一方、第６の実施形態は、例えば、上流側電極５上において放電空間６１１の高さ方向（ｚ方向）に亘ってイオン又は電子が充満し、そのイオン又は電子が上流側電極５及び下流側電極７の形成する電界により移動するから、流れに厚みが生じることが期待される。

第６の実施形態のプラズマ発生体６０１は、下流側電極７が、第１誘電部６１５Ａ又は第２誘電部６１５Ｂに埋設されるのではなく、第１誘電部６１５Ａ又は第２誘電部６１５Ｂの放電空間６１１とは反対側に設けられている点においても第１の実施形態のプラズマ発生体１と相違する。

このように下流側電極７が設けられている場合においても、放電空間６１１においては、下流側電極７が埋設されている場合と同様に、プラズマ乃至はイオン風が生じる。

なお、このように下流側電極７が設けられている場合、放電空間６１１とは反対側の表面においては、下流側電極７から上流側電極５へのイオン風（放電空間６１１内のイオン風とは逆方向のイオン風）が生じる。当該イオン風は利用されなくてもよいし、適宜に利用されてもよい。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

第１〜第６の実施形態は適宜に組み合わされてよい。例えば、中間電極が第３誘電部に埋設されている場合において、第２の実施形態（図２）における２つの誘電層（２１６ａ，２１６ｂ）の厚みが互いに異なる特徴、同実施形態における２つの誘電層の誘電率が互いに異なる特徴、第３の実施形態（図３）の中間電極と２つの下流側電極との距離が互いに異なる特徴、及び、第５の実施形態（図５）の第１下流側電極と第２下流側電極との間でプラズマを発生させる特徴は、これらから適宜に２以上の特徴が選択されて組み合わされてよいし、第６の実施形態の上流側電極と中間電極との間でプラズマを発生させる態様に適用されてもよい。また、例えば、第４の実施形態（図４）の中間電極を覆う第３誘電部が設けられていない特徴は、第３の実施形態（図３）の中間電極と２つの下流側電極との距離が互いに異なる特徴、及び／又は、第５の実施形態（図５）の第１下流側電極と第２下流側電極との間でプラズマを発生させる特徴と組み合わされてよいし、第６の実施形態の上流側電極と中間電極との間でプラズマを発生させる態様に適用されてもよい。また、例えば、第１〜第５の実施形態のように中間電極が下流側電極に対向する態様において、第６の実施形態のように下流側電極が第１誘電部又は第２誘電部の放電空間とは反対側に設けられてもよいし、第６の実施形態のように中間電極が上流側電極に対向する態様において、第１〜第５の実施形態のように下流側電極が第１誘電部又は第２誘電部に埋設されてもよい。

誘電体の形状は実施形態に例示されたものに限定されない。

例えば、誘電体は、放電空間の入口部分において、上流側ほど高さ方向（ｚ方向）に拡径するように形成されてもよい。この場合、放電空間への被処理流体の流入を容易化できる。なお、上流側電極は、この拡径する内周面に設けられてもよい。この場合、第１上流側電極と第２上流側電極との距離が大きくなるから、これら電極に互いに異なる電位を付与しても、これら電極間にコロナ放電等が生じることを抑制できる。

また、例えば、実施形態では、第３誘電部１５Ｃ及び／又は中間電極９は、放電空間を下流側においてのみ、又は、上流側においてのみ仕切ったが、第３誘電部及び／又は中間電極９は、放電空間を流れ方向（ｘ方向）の全体に亘って仕切ってもよい。

また、誘電体は、セラミック多層基板からなるものに限定されない。例えば、誘電体は、金型内に絶縁材料が充填されて形成されるものであってもよい。

各種電極の誘電体に対する位置は適宜に設定されてよい。

例えば、上流側電極（又は下流側電極）は、誘電体の表面に重ねられるのではなく、誘電体の表面に形成された凹部に嵌合され、その表面が誘電体の上面と面一とされていてもよい。この場合、流路抵抗を低減することができる。また、上流側電極は、誘電材料によってコーティングされる（薄膜に覆われる）ことによって、放電空間に露出しないようにされていてもよい。

また、例えば、中間電極は、第３誘電部の第１誘電部側の表面又は第２誘電部側の表面に設けられてもよい。この場合も、第１分岐路と第２分岐路とでプラズマの強さ又は放電開始電圧を異ならせることができる。

各種の電極は、矩形の平板状等の実施形態において例示した形状に限定されない。また、その大きさ等も適宜に設定されてよい。

例えば、上流側電極は、流れ方向（ｘ方向）において殆ど面積を有しない形状とされてもよい。例えば、第１誘電部又は第２誘電部の放電空間側の表面に上流側が下流側よりも高くなる段差を設け、当該段差の下流側に向く面に上流側電極を設けてもよい。この場合、プラズマ発生体の流れ方向の小型化を図りつつ、上流側電極の露出面積を大きくすることができる。

また、例えば、下流側電極は、側方（ｙ方向の端部側）ほど、イオン風の流れ方向（ｘ方向）において長くなるように形成されてもよい。この場合、上述のように、下流側電極が流れ方向において長くなるほどイオン風は強くなるから、放電空間の側面における圧力損失を補償できる。また、このような下流側電極の平面形状に合わせて、中間電極の平面形状も側方ほど流れ方向に長くされてよい。

また、例えば、下流側電極は、下流側ほど放電空間に近づく形状及び／又は配置とされてよい。より詳細には、例えば、下流側電極は、階段状とされたり、流れ方向（ｘ方向）に傾斜する平板状とされたりしてよい。この場合、下流側電極の全体に亘って上流側電極との距離を均一化することができるから、下流側電極上においてイオン風の強さが均一化される。

また、例えば、中間電極は、上流側電極及び下流側電極の双方に対向してもよい。なお、この場合、中間電極は、実施形態のように、上流側電極及び下流側電極の一方のみとの間において電圧が印加されて、プラズマの発生に寄与してもよいし、双方の電極との間に電圧が印加されてプラズマの発生に寄与してもよい。

また、例えば、下流側電極にのみ対向する中間電極は、下流側電極の下流側部分だけでなく、下流側電極の全体に対向する広さを有していてもよい。なお、この場合、中間電極は、下流側電極の下流側部分にのみ対向する場合に比較して、上流側電極との距離が近づく。このとき、中間電極は、実施形態のように、上流側電極と同電位とされることなどにより上流側電極との間においてはプラズマを発生しないようにされてもよいし、上流側電極との間においてもプラズマを発生するように電位が付与されてもよい。

また、実施形態に例示した電極以外の電極が誘電体に設けられてもよい。

例えば、下流側電極の下流側に、閉ループを構成しない状態で直流電圧が印加される（直流電源装置の正の端子及び負の端子の一方のみが接続される）直流電極が設けられてもよい。この場合、イオン又は電子を直流電極の形成する電界によって引き付け、イオン風を加速することができる。

また、例えば、放電空間に露出する中間電極（図４）の下流側に、当該中間電極との間でイオン風を発生する、誘電体により中間電極と隔てられた電極が設けられてもよい。

プラズマ発生体は、高さ方向（ｚ方向）において対称の構成又は形状とされていなくてもよい。例えば、第１上流側電極と第２上流側電極とは互いに異なる形状又は大きさであってもよいし、第１下流側電極と第２下流側電極とは互いに異なる形状、大きさ又は埋設深さであってもよい。

各種電極に付与される電位の組み合わせは、実施形態に例示されたものに限定されない。

例えば、既に少し述べたように、上流側電極、下流側電極及び中間電極に互いに異なる電位を付与して、中間電極と上流側電極との間、中間電極と下流側電極との間の双方においてプラズマを発生させてもよい。

より詳細には、例えば、上流側電極、下流側電極及び中間電極に三相交流電極を供給してもよい。また、例えば、上流側電極、下流側電極及び中間電極のいずれか一つに基準電位を付与し、他の２つに極性が逆の変動電位を付与してもよい。なお、２つの変動電位の極性を互いに逆にする方法の例は、第５の実施形態において既に述べた。

本発明のプラズマ発生体及びプラズマ発生装置の用途は、ガスの改質に限定されるものではない。例えば、本発明のプラズマ発生体は、半導体ウェハの加工等において、小型且つ効率的にプラズマを供給可能なプラズマ供給装置を構成し得る。

１…プラズマ発生体、５…上流側電極、７…下流側電極、９…中間電極、１１…放電空間、１５Ａ…第１誘電部、１５Ｂ…第２誘電部。

Claims

放電空間内の流れ方向に交差する方向において前記放電空間を挟んで対向する第１誘電部及び第２誘電部と、
前記第１誘電部の前記放電空間側に設けられた第１上流側電極と、
前記第１誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第１上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第１下流側電極と、
前記第２誘電部の前記放電空間側に設けられた第２上流側電極と、
前記第２誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第２上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第２下流側電極と、
前記放電空間内に位置する第３誘電部と、
前記第３誘電部に埋設され、前記第１下流側電極及び前記第２下流側電極に対向する中間電極と、
を有しており、
前記第３誘電部は、前記中間電極に対して前記第１誘電部側となる部分の厚みと、前記中間電極に対して前記第２誘電部側となる部分の厚みとが互いに異なる
プラズマ発生体。
放電空間内の流れ方向に交差する方向において前記放電空間を挟んで対向する第１誘電部及び第２誘電部と、
前記第１誘電部の前記放電空間側に設けられた第１上流側電極と、
前記第１誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第１上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第１下流側電極と、
前記第２誘電部の前記放電空間側に設けられた第２上流側電極と、
前記第２誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第２上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第２下流側電極と、
前記放電空間内に位置する第３誘電部と、
前記第３誘電部に埋設され、前記第１下流側電極及び前記第２下流側電極に対向する中間電極と、
を有しており、
前記第３誘電部は、前記中間電極に対して前記第１誘電部側となる部分の誘電率と、前記中間電極に対して前記第２誘電部側となる部分の誘電率とが互いに異なる
プラズマ発生体。
前記中間電極と前記第１下流側電極との距離と、前記中間電極と前記第２下流側電極との距離とが互いに異なる
請求項１又は２に記載のプラズマ発生体。
放電空間内の流れ方向に交差する方向において前記放電空間を挟んで対向する第１誘電部及び第２誘電部と、
前記第１誘電部の前記放電空間側に設けられた第１上流側電極と、
前記第１誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第１上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第１下流側電極と、
前記第２誘電部の前記放電空間側に設けられた第２上流側電極と、
前記第２誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第２上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第２下流側電極と、
前記放電空間内に位置する第３誘電部と、
前記第３誘電部に埋設され、前記第１上流側電極及び前記第２上流側電極に対向する中間電極と、
を有しており、
前記第３誘電部は、前記中間電極に対して前記第１誘電部側となる部分の厚みと、前記中間電極に対して前記第２誘電部側となる部分の厚みとが互いに異なる
プラズマ発生体。
放電空間内の流れ方向に交差する方向において前記放電空間を挟んで対向する第１誘電部及び第２誘電部と、
前記第１誘電部の前記放電空間側に設けられた第１上流側電極と、
前記第１誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第１上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第１下流側電極と、
前記第２誘電部の前記放電空間側に設けられた第２上流側電極と、
前記第２誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第２上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第２下流側電極と、
前記放電空間内に位置する第３誘電部と、
前記第３誘電部に埋設され、前記第１上流側電極及び前記第２上流側電極に対向する中間電極と、
を有しており、
前記第３誘電部は、前記中間電極に対して前記第１誘電部側となる部分の誘電率と、前記中間電極に対して前記第２誘電部側となる部分の誘電率とが互いに異なる
プラズマ発生体。
プラズマ発生体と、
前記プラズマ発生体に電圧を印加する電源装置と、
を有し、
前記プラズマ発生体は、
放電空間内の流れ方向に交差する方向において前記放電空間を挟んで対向する第１誘電部及び第２誘電部と、
前記第１誘電部の前記放電空間側に設けられた第１上流側電極と、
前記第１誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第１上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第１下流側電極と、
前記第２誘電部の前記放電空間側に設けられた第２上流側電極と、
前記第２誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第２上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第２下流側電極と、
前記放電空間内に位置し、前記第１下流側電極及び前記第２下流側電極に対向する中間電極と、を有し、
前記電源装置は、前記第１上流側電極と前記第１下流側電極との間、及び、前記第２上流側電極と前記第２下流側電極との間に交流電圧を印加し、前記第１下流側電極と前記中間電極との間にこれら電極間に誘電体バリア放電が生じる大きさの交流電圧を印加し、かつ前記第２下流側電極と前記中間電極との間にこれら電極間に誘電体バリア放電が生じる大きさの交流電圧を印加する
イオン風発生装置。
前記電源装置は、前記第１上流側電極、前記第２上流側電極及び前記中間電極を同電位とし、前記第１下流側電極及び前記第２下流側電極を同電位とする
請求項６に記載のイオン風発生装置。
前記電源装置は、前記第１下流側電極と前記第２下流側電極との間にも交流電圧を印加する
請求項６に記載のイオン風発生装置。
プラズマ発生体と、
前記プラズマ発生体に電圧を印加する電源装置と、
を有し、
前記プラズマ発生体は、
放電空間内の流れ方向に交差する方向において前記放電空間を挟んで対向する第１誘電部及び第２誘電部と、
前記第１誘電部の前記放電空間側に設けられた第１上流側電極と、
前記第１誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第１上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第１下流側電極と、
前記第２誘電部の前記放電空間側に設けられた第２上流側電極と、
前記第２誘電部の内部又は前記放電空間とは反対側に設けられ、前記第２上流側電極に対して前記放電空間の下流側にずれている第２下流側電極と、
前記放電空間内に位置する第３誘電部と、
前記第３誘電部に埋設され、前記第１上流側電極及び前記第２上流側電極に対向する中間電極と、を有し、
前記電源装置は、前記第１上流側電極と前記第１下流側電極との間、及び、前記第２上流側電極と前記第２下流側電極との間に交流電圧を印加し、前記第１上流側電極と前記中間電極との間にこれら電極間に誘電体バリア放電が生じる大きさの交流電圧を印加し、かつ前記第２上流側電極と前記中間電極との間にこれら電極間に誘電体バリア放電が生じる大きさの交流電圧を印加する
イオン風発生装置。