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JP7130899B2 - Plasma device - Google Patents
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Description

本発明はプラズマ装置に関する。 The present invention relates to plasma devices.

特許文献1には、大気圧以下の減圧下で、無水ハロゲン化マグネシウムを還元ガス雰囲気中でプラズマに晒すとともに、無水ハロゲン化マグネシウムを活性種によって発熱反応を起こさせることにより、無水ハロゲン化マグネシウムを還元させて、金属マグネシウムを得ること、を特徴とする金属マグネシウムの製造方法が開示されている。 In Patent Document 1, under reduced pressure below atmospheric pressure, anhydrous magnesium halide is exposed to plasma in a reducing gas atmosphere, and the anhydrous magnesium halide is exothermically reacted with active species to produce anhydrous magnesium halide. A method for producing metallic magnesium is disclosed, which is characterized by reducing to obtain metallic magnesium.

具体的には、誘電体材料の窓を通じてマイクロ波を容器内に供給し、マイクロ波表面波水素プラズマを生成し、そのマイクロ波表面波水素プラズマで無水ハロゲン化マグネシウムを還元させて、金属マグネシウムを生成している。 Specifically, microwaves are supplied into the container through the window of the dielectric material to generate microwave surface wave hydrogen plasma, and the microwave surface wave hydrogen plasma reduces anhydrous magnesium halide to convert metallic magnesium are generating.

そして、特許文献1には、無水ハロゲン化マグネシウムをプラズマ雰囲気下で昇華開始温度まで加熱することでプラズマによる反応を促進させることが開示されている。 Patent Document 1 discloses that the plasma reaction is accelerated by heating anhydrous magnesium halide to a sublimation start temperature in a plasma atmosphere.

特開2016-216780号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2016-216780

一方、原料とプラズマとの反応を制御するためには、原料の供給量を制御できることが好ましく、そのために反応室外に固体の原料を貯蔵する原料貯蔵部を設け、原料貯蔵部の加熱を制御することで反応室に供給する気体状態の原料の供給量を制御することが考えられる。 On the other hand, in order to control the reaction between the raw material and the plasma, it is preferable to be able to control the supply amount of the raw material. Thus, it is conceivable to control the supply amount of the gaseous raw material supplied to the reaction chamber.

そこで、このような構成を設けるようにしたところ、原料貯蔵部に貯蔵されていた粉状の原料が反応室内に噴出する問題が発生した。 Therefore, when such a structure is provided, there arises a problem that the powdery raw material stored in the raw material storage unit is spouted into the reaction chamber.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、原料が反応室内に噴出することを抑制できるプラズマ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma apparatus capable of suppressing ejection of raw materials into a reaction chamber.

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明のプラズマ装置は、気体状態の原料をプラズマで処理することができるプラズマ装置であって、気体状態の前記原料を前記プラズマで処理する反応室と、気化させて前記反応室に供給する前記原料を貯蔵する原料貯蔵部と、前記反応室から前記原料貯蔵部に侵入するプラズマ中の電子を抑制する電子侵入抑制手段と、を備える。
In order to achieve the above objects, the present invention is grasped by the following configurations.
(1) A plasma apparatus of the present invention is a plasma apparatus capable of plasma-processing a raw material in a gaseous state, comprising a reaction chamber for processing the raw material in a gaseous state with the plasma, and vaporizing the raw material in the reaction chamber. A raw material storage unit for storing the raw material to be supplied, and an electron penetration suppressing means for suppressing electrons in the plasma entering the raw material storage unit from the reaction chamber.

(2)上記(1)の構成において、前記電子侵入抑制手段は、前記反応室の気体状態の前記原料を受け入れる受入口上又は前記受入口から前記原料貯蔵部に至るまでの間に前記電子をトラップする磁力線を形成する磁石を備える。 (2) In the configuration of (1) above, the electron intrusion suppressing means releases the electrons on a receiving port for receiving the raw material in a gaseous state in the reaction chamber or between the receiving port and the raw material storage section. A magnet is provided to form trapping magnetic field lines.

(3)上記(1)の構成において、前記電子侵入抑制手段は、前記反応室の気体状態の前記原料を受け入れる受入口に設けられた導電性の円筒部材と、前記円筒部材に一方側から他方側に向けて電流を流す第1の電源と、前記円筒部材の中央に前記円筒部材と離間して配置された導電性の電極部と、前記円筒部材と前記電極部の間に電圧を印加する第2の電源と、を備え、前記電子侵入抑制手段は、前記電子が前記受入口から前記原料貯蔵部に向かうのを抑制するローレンツ力を形成する。 (3) In the configuration of (1) above, the electron intrusion suppressing means includes a conductive cylindrical member provided at a receiving port for receiving the raw material in a gaseous state in the reaction chamber, and an electrically conductive cylindrical member provided at a receiving port for receiving the gaseous raw material in the reaction chamber. a first power supply for applying a current toward the side; a conductive electrode section disposed in the center of the cylindrical member and spaced apart from the cylindrical member; and applying a voltage between the cylindrical member and the electrode section. and a second power source, wherein the electron intrusion suppressing means forms a Lorentz force that suppresses the electrons from moving from the receiving port to the raw material storage portion.

本発明によれば、原料が反応室内に噴出することを抑制できるプラズマ装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the plasma apparatus which can suppress that a raw material blows out in a reaction chamber can be provided.

水素原子の分圧を変化させたときに、式2の右側に進む反応と左側に進む反応の境界を示したグラフである。4 is a graph showing the boundary between the reaction that proceeds to the right side and the reaction that proceeds to the left side of Equation 2 when the partial pressure of hydrogen atoms is changed. 本発明に係る第1実施形態のプラズマ装置を説明するための断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing for demonstrating the plasma apparatus of 1st Embodiment which concerns on this invention. ローレンツ力を発生させるための基礎的な内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the basic content for generating a Lorentz force. 本発明に係る第2実施形態の電子侵入抑制手段を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electron intrusion suppression means of 2nd Embodiment which concerns on this invention.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、実施形態)について詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号又は符号を付している。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, with reference to an accompanying drawing, the form (henceforth, embodiment) for implementing this invention is demonstrated in detail.
The same numbers or symbols are given to the same elements throughout the description of the embodiment.

以下、原料に無水塩化マグネシウムを用いて、反応室2内で気体状態の原料を水素プラズマ(具体的には、マイクロ波表面波水素プラズマ)で還元処理して水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物(以下、単に、水素化マグネシウムを含む生成物ともいう。)を得る場合を例にとって説明を行うこととする。 Hereinafter, using anhydrous magnesium chloride as a raw material, the gaseous raw material is reduced with hydrogen plasma (specifically, microwave surface wave hydrogen plasma) in the reaction chamber 2 to produce a magnesium product containing magnesium hydride ( Hereinafter, the case of obtaining a product containing magnesium hydride will be described as an example.

しかし、この反応は一般的な反応式からでは説明できないため、それが実現できる理由について簡単に説明しておく。
通常、無水塩化マグネシウムと水素との反応を式で書くと、以下の式1のように表される。
MgCl + H ⇔ MgH + Cl・・・(1)
However, since this reaction cannot be explained from a general reaction formula, the reason why it can be realized will be briefly explained.
Normally, the reaction between anhydrous magnesium chloride and hydrogen is represented by the following formula 1.
MgCl 2 + H 2 ⇔ MgH 2 + Cl 2 (1)

ここで、問題となるのは、反応中の環境(圧力・温度)をどのようにすれば、式1において右側が安定状態となり、右側への反応が進むかということになる。 The problem here is how to set the environment (pressure and temperature) during the reaction so that the right side of Equation 1 becomes stable and the reaction proceeds to the right side.

そして、どちらが安定であるかは、Gibbsの自由エネルギーを考えることでわかるが、式1の場合、プラズマの反応を行うための反応室2内の圧力を高密度で電子温度が低いマイクロ波表面波水素プラズマを生成させるために10Paにしたとすると、右側に反応を進めるためには、反応室2内の温度を約1150℃以上とする必要がある。 Which one is more stable can be determined by considering the Gibbs free energy. Assuming that the pressure is 10 Pa to generate hydrogen plasma, the temperature in the reaction chamber 2 must be about 1150° C. or higher in order to advance the reaction to the right.

このような高温状態では、水素化マグネシウム自体が気体の状態になるため、固体として析出させるためには、反応室2内の温度を下げる必要があるが、約1150℃よりも低い温度領域では式1の左側への反応が優勢となるため、固体として析出する物質は、無水塩化マグネシウムになってしまい、水素化マグネシウムが析出しないことになる。
このため、一般的な反応式(式1参照)からでは、無水塩化マグネシウムと水素を反応させて水素化マグネシウムを得ることは困難である結論に至る。
In such a high temperature state, magnesium hydride itself becomes a gaseous state, so it is necessary to lower the temperature in the reaction chamber 2 in order to deposit it as a solid. Since the reaction to the left of 1 predominates, the material that precipitates as a solid will be anhydrous magnesium chloride, and magnesium hydride will not precipitate.
Therefore, from the general reaction formula (see formula 1), it is concluded that it is difficult to react anhydrous magnesium chloride with hydrogen to obtain magnesium hydride.

しかしながら、マイクロ波表面波水素プラズマ中には、励起原子・分子、ラジカル(化学的に活性な原子・分子)、電子、イオン(正及び負)及び中性の原子や分子が存在し、そのような状態を考慮した反応式を考えることで、無水塩化マグネシウムにマイクロ波表面波水素プラズマを照射することで水素化マグネシウムを生成可能であることの説明ができる。 However, excited atoms/molecules, radicals (chemically active atoms/molecules), electrons, ions (positive and negative), and neutral atoms/molecules exist in microwave surface wave hydrogen plasma. By considering the reaction formula considering the above state, it is possible to explain that magnesium hydride can be produced by irradiating anhydrous magnesium chloride with microwave surface wave hydrogen plasma.

例えば、一例として、以下の式2のように、水素原子が存在する反応式を仮定し、Gibbsの自由エネルギーに基づいて、右側に進む反応と左側に進む反応の境界を示したのが図1である。
MgCl + 2H +H ⇔ MgH + 2HCl・・・(2)
For example, assuming a reaction formula in which a hydrogen atom exists, as shown in the following formula 2, the boundary between the reaction proceeding to the right and the reaction proceeding to the left is shown in FIG. is.
MgCl 2 + 2H + H 2 ⇔ MgH 2 + 2HCl (2)

図1は、反応室2(図2参照)の圧力が10Paとし、横軸に水素原子の分圧(mPa)を取り、縦軸に温度(℃)を取って、水素原子の分圧(mPa)を変えた場合に右側に進む反応と左側に進む反応の境界が何度(℃)のところになるのかを示したグラフである。 In FIG. 1, the pressure in the reaction chamber 2 (see FIG. 2) is 10 Pa, the horizontal axis is the partial pressure (mPa) of hydrogen atoms, and the vertical axis is temperature (° C.). ) is changed, the boundary between the reaction that proceeds to the right and the reaction that proceeds to the left is shown in degrees (° C.).

図1を見るとわかるように、水素原子の分圧が同じ場合、温度を下げることでMgHが生成されるようになり、同じ温度では、水素原子の分圧が大きくなるほどMgHが生成されるようになっている。 As can be seen from Fig. 1, when the partial pressure of hydrogen atoms is the same, MgH2 is produced by lowering the temperature, and at the same temperature, the higher the partial pressure of hydrogen atoms, the more MgH2 is produced. It has become so.

ここで、注目すべきは、10PaでMgHがMgとHに分解し始める温度である100℃より低い温度域であってもMgHを生成する解が存在し、良好にMgHを固体として析出させることが可能であることである。 Here, it should be noted that there is a solution that produces MgH2 even in a temperature range lower than 100°C, which is the temperature at which MgH2 begins to decompose into Mg and H2 at 10 Pa, and MgH2 can be satisfactorily converted into a solid state. It is possible to precipitate as

そこで、これから説明する第1実施形態のプラズマ装置1のように、実際に、水素原子等の存在が仮定できる高密度なマイクロ波表面波水素プラズマの存在する範囲内に、水素化マグネシウムを付着させる付着手段80(図2参照)を設け、水素化マグネシウムを付着させる実験を行い、付着手段80の表面81(図2参照)に付着したマグネシウム生成物が、水滴を垂らすだけで激しく発泡して水素を発生するほどに水素化マグネシウムを含有していることを確認しており、以下、具体的に、そのようなプラズマ装置1について説明する。 Therefore, like the plasma apparatus 1 of the first embodiment described below, magnesium hydride is deposited in a range where high-density microwave surface-wave hydrogen plasma in which hydrogen atoms and the like can actually be assumed exists. Adhesion means 80 (see FIG. 2) was provided, and an experiment was conducted to adhere magnesium hydride. Magnesium product adhering to surface 81 (see FIG. 2) of adhesion means 80 violently foamed by simply dripping water droplets to produce hydrogen. It has been confirmed that the plasma device 1 contains magnesium hydride to the extent that it generates .

ただし、以下の実施形態のように付着手段80を設けた形態のプラズマ装置1以外であっても、原料貯蔵部51に貯蔵されていた粉状の原料が反応室2内に噴出する問題は、起こるものであり、本発明において、付着手段80が必須であるわけではない。 However, even in a plasma apparatus 1 other than the plasma apparatus 1 in which the adhesion means 80 is provided as in the following embodiment, the powdery raw material stored in the raw material storage unit 51 is ejected into the reaction chamber 2. Therefore, the attachment means 80 is not essential in the present invention.

(第1実施形態)
図2は本発明に係る第1実施形態のプラズマ装置1を説明するための断面図である。
図2に示すように、プラズマ装置1は、気体状態の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)をプラズマで処理する反応室2を形成する筐体10を備えており、本実施形態では、中央に開口部11Aを有する仕切部11を筐体10内に設けることで反応室2が第1空間Fと第2空間Sを有するようになっているが、この仕切部11は省略してもよく、反応室2は1つの空間として形成されていてもよい。
(First embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the plasma device 1 of the first embodiment according to the present invention.
As shown in FIG. 2, the plasma apparatus 1 includes a housing 10 forming a reaction chamber 2 for plasma-processing gaseous raw materials (anhydrous magnesium chloride in this example). The reaction chamber 2 has a first space F and a second space S by providing a partition 11 having an opening 11A in the housing 10, but the partition 11 may be omitted. , the reaction chamber 2 may be formed as one space.

そして、プラズマ装置1は、反応室2内にマイクロ波を入射させる部分に設けられた誘電体材料(例えば、石英やセラミックス等)の窓Wと、マイクロ波表面波プラズマを生成させるために窓Wを介して反応室2内の第1空間Fに供給されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段20(例えば、マグネトロン)と、マイクロ波発生手段20で発生させたマイクロ波を窓Wのところまで導波させる導波管21と、を備えている。 The plasma apparatus 1 includes a window W made of a dielectric material (for example, quartz or ceramics) provided in a portion of the reaction chamber 2 where microwaves are incident, and a window W for generating microwave surface wave plasma. A microwave generating means 20 (for example, a magnetron) for generating microwaves supplied to the first space F in the reaction chamber 2 via the and a waveguide 21 for guiding.

なお、マイクロ波が窓Wを通じて反応室2内に供給されると、窓Wの反応室2内に露出した表面に表面波が形成され、この表面波のカットオフ角周波数で決まる密度以上の高密度プラズマ(高密度なマイクロ波表面波プラズマ)が生成される。 When microwaves are supplied into the reaction chamber 2 through the window W, a surface wave is formed on the surface of the window W exposed in the reaction chamber 2, and the density is higher than the cutoff angular frequency of the surface wave. A density plasma (high density microwave surface wave plasma) is generated.

そして、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)は、電子密度が高いので照射されたマイクロ波はマイクロ波表面波プラズマの表面で反射されて内部には入らないがマイクロ波表面波プラズマの表面に沿う形で伝搬される。 Since the microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) has a high electron density, the irradiated microwave is reflected on the surface of the microwave surface wave plasma and does not enter the inside, but the microwave Wave surface waves are propagated along the surface of the plasma.

本実施形態では、発生するマイクロ波の周波数を2.45GHzとしているが、この周波数に限定される必要はなく、例えば、通信目的以外で使用できるISMバンドの5GHz、24.1GHz、915MHz、40.6MHz、27.1MHz及び13.56MHz等であってもよい。 In this embodiment, the frequency of the generated microwave is 2.45 GHz, but it is not necessary to be limited to this frequency. It may be 6 MHz, 27.1 MHz, 13.56 MHz, and the like.

また、プラズマ装置1は、反応室2内の気体を排出し、反応室2内を減圧する減圧手段30を備えている。
具体的には、減圧手段30として、プラズマ装置1は、途中に開閉操作又は開閉制御により排気の有無を決める第1排気バルブ31Aが設けられた第1排気管31を介して第1空間Fに接続された第1真空ポンプ32と、途中に開閉操作又は開閉制御により排気の有無を決める第2排気バルブ33Aが設けられた第2排気管33を介して第2空間Sに接続された第2真空ポンプ34と、を備えている。
The plasma apparatus 1 also includes a depressurizing means 30 for discharging the gas in the reaction chamber 2 and reducing the pressure in the reaction chamber 2 .
Specifically, as the decompression means 30, the plasma apparatus 1 is connected to the first space F through a first exhaust pipe 31 provided with a first exhaust valve 31A that determines the presence or absence of exhaust by an opening/closing operation or opening/closing control. The second space S is connected to the second space S through a second exhaust pipe 33 provided with a first vacuum pump 32 connected and a second exhaust valve 33A that determines whether or not to exhaust air by an opening/closing operation or opening/closing control. a vacuum pump 34;

なお、高密度なマイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)を安定して生成させるためには、反応室2内の圧力が低い方が有利であり、少なくとも反応室2内は10分の1気圧以下がよく、100分の1気圧以下がより好ましく、1000分の1気圧以下が更に好ましく、本実施形態では、10000分の1気圧程度である約10Paにしている。 In order to stably generate high-density microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example), it is advantageous for the pressure in the reaction chamber 2 to be low. The internal pressure is preferably 1/10 atmospheric pressure or less, more preferably 1/100 atmospheric pressure or less, and even more preferably 1/1000 atmospheric pressure or less.

そして、気体の吸引力の弱い真空ポンプの場合、反応室2内の真空度を高めるのに時間がかかるため、そのような段取り時間を省略するために、第1真空ポンプ32又は第2真空ポンプ34のうちの少なくとも一方を気体の吸引力が高いメカニカルブースターポンプにしておくことが好ましい。 In the case of a vacuum pump with a weak gas suction force, it takes time to increase the degree of vacuum in the reaction chamber 2. Therefore, in order to eliminate such setup time, the first vacuum pump 32 or the second vacuum pump At least one of 34 is preferably a mechanical booster pump having a high gas suction force.

なお、プラズマ装置1には、反応室2の第1空間F内の圧力を測定するための第1圧力計32Aと、反応室2の第2空間S内の圧力を測定するための第2圧力計34Aが設けられており、例えば、第1圧力計32Aが測定する圧力に基づいて、第1空間F内の圧力が所定の圧力(例えば、約10Pa)になるように、第1真空ポンプ32及び第1排気バルブ31Aの動作を制御するようにしてもよい。 The plasma apparatus 1 includes a first pressure gauge 32A for measuring the pressure inside the first space F of the reaction chamber 2 and a second pressure gauge 32A for measuring the pressure inside the second space S of the reaction chamber 2. A gauge 34A is provided, for example, based on the pressure measured by the first pressure gauge 32A, so that the pressure in the first space F becomes a predetermined pressure (eg, about 10 Pa), the first vacuum pump 32 and the operation of the first exhaust valve 31A.

例えば、第1真空ポンプ32を動作(ON)させておいて、第1圧力計32Aが測定する圧力に基づいて、第1排気バルブ31Aの動作を制御(開閉制御)するようにしてもよく、逆に、第1排気バルブ31Aが開の状態となるように動作させておいて、第1真空ポンプ32の動作を制御(ON、OFF制御)するようにしてもよい。 For example, the first vacuum pump 32 may be operated (ON), and the operation of the first exhaust valve 31A may be controlled (opening/closing control) based on the pressure measured by the first pressure gauge 32A. Conversely, the operation of the first vacuum pump 32 may be controlled (ON/OFF control) while the first exhaust valve 31A is kept open.

同様に、例えば、第2圧力計34Aが測定する圧力に基づいて、第2空間S内の圧力が所定の圧力(例えば、約10Pa)になるように、第2真空ポンプ34及び第2排気バルブ33Aの動作を制御するようにしてもよい。 Similarly, for example, based on the pressure measured by the second pressure gauge 34A, the second vacuum pump 34 and the second exhaust valve are adjusted so that the pressure in the second space S becomes a predetermined pressure (eg, about 10 Pa). You may make it control the operation|movement of 33A.

例えば、第2真空ポンプ34を動作(ON)させておいて、第2圧力計34Aが測定する圧力に基づいて、第2排気バルブ33Aの動作を制御(開閉制御)するようにしてもよく、逆に、第2排気バルブ33Aが開の状態となるように動作させておいて、第2真空ポンプ34の動作を制御(ON、OFF制御)するようにしてもよい。 For example, the second vacuum pump 34 may be operated (ON), and the operation of the second exhaust valve 33A may be controlled (opening/closing control) based on the pressure measured by the second pressure gauge 34A. Conversely, the operation of the second vacuum pump 34 may be controlled (ON/OFF control) while the second exhaust valve 33A is kept open.

ただし、第1空間F及び第2空間S内の圧力を所定の圧力にするために、2つの真空ポンプ(第1真空ポンプ32及び第2真空ポンプ34)の双方を動作させる必要はない。 However, it is not necessary to operate both the two vacuum pumps (the first vacuum pump 32 and the second vacuum pump 34) in order to set the pressures in the first space F and the second space S to the predetermined pressures.

例えば、前段取りとして、反応室2内の圧力を所定の圧力にするときだけ、2つの真空ポンプ(第1真空ポンプ32及び第2真空ポンプ34)を動作させ、反応室2内の圧力が所定の圧力になったところで、第1排気バルブ31Aを閉にして第1真空ポンプ32の動作を停止し、その後は、第1圧力計32A又は第2圧力計34Aの測定する圧力に基づいて、反応室2内の圧力を所定の圧力に維持するように、第2真空ポンプ34及び第2排気バルブ33Aの動作を制御するようにしてもよい。 For example, as a preliminary setup, the two vacuum pumps (the first vacuum pump 32 and the second vacuum pump 34) are operated only when the pressure in the reaction chamber 2 is set to a predetermined pressure, and the pressure in the reaction chamber 2 is set to a predetermined pressure. When the pressure reaches , the first exhaust valve 31A is closed to stop the operation of the first vacuum pump 32, and thereafter, based on the pressure measured by the first pressure gauge 32A or the second pressure gauge 34A, the reaction The operations of the second vacuum pump 34 and the second exhaust valve 33A may be controlled so as to maintain the pressure inside the chamber 2 at a predetermined pressure.

なお、反応室2内の圧力を所定の圧力に維持するときに使用される反応室2内の圧力の測定値としては、第1圧力計32A及び第2圧力計34Aの測定した圧力を平均したものを使用するようにしてもよい。 The pressure measured by the first pressure gauge 32A and the second pressure gauge 34A was averaged as the measured value of the pressure in the reaction chamber 2 used when maintaining the pressure in the reaction chamber 2 at a predetermined pressure. You may make it use a thing.

また、プラズマ装置1は、還元雰囲気を形成する気体としての水素を反応室2内に供給するために、図示しない水素供給手段を備えている。
なお、本実施形態では、マイクロ波表面波プラズマ化する気体が水素であるため、水素供給手段と呼んでいるが、処理によっては、別の気体をマイクロ波表面波プラズマ化する場合もあるので、この水素供給手段は、マイクロ波表面波プラズマ化する気体の気体供給手段の具体的な一例にすぎない。
The plasma apparatus 1 also includes hydrogen supply means (not shown) for supplying hydrogen as a gas forming a reducing atmosphere into the reaction chamber 2 .
In this embodiment, the gas to be converted into microwave surface wave plasma is hydrogen, so it is called a hydrogen supply means. This hydrogen supply means is only a specific example of the gas supply means for the gas to be turned into microwave surface wave plasma.

例えば、水素供給手段は、水素の供給源となる図示しない水素貯蔵部(水素ボンベ又は水素貯蔵タンク)と、水素貯蔵部から反応室2に水素を供給する水素供給配管(本例では、第1供給管41、及び、第2供給管42)と、水素供給配管上に設けられ、反応室2内に供給するマイクロ波表面波プラズマ化する水素(気体)の供給量を制御するマスフローメータ等の供給量制御手段(本例では、第1供給量制御手段MFC1及び第2供給量制御手段MFC2)と、を備えている。 For example, the hydrogen supply means includes a hydrogen storage unit (a hydrogen cylinder or a hydrogen storage tank) (not shown) serving as a hydrogen supply source, and a hydrogen supply pipe (in this example, a first A supply pipe 41 and a second supply pipe 42), and a mass flow meter or the like that is provided on the hydrogen supply pipe and controls the amount of hydrogen (gas) supplied to the reaction chamber 2 to be converted into microwave surface wave plasma. supply amount control means (first supply amount control means MFC1 and second supply amount control means MFC2 in this example);

なお、水素貯蔵部が水素ボンベである場合には、水素ボンベ中の水素の残量が減少したときに別の水素ボンベに取り換えることになるため、プラズマ装置1自身の備える水素供給手段が、反応室2側から水素貯蔵部に至るまでの間の水素貯蔵部に接続される、水素貯蔵部から反応室2に水素を供給する水素供給配管(本例では、第1供給管41、及び、第2供給管42)までの構成に留まり、水素貯蔵部を含まない場合がある。
つまり、上記説明において、水素貯蔵部を除く部分がプラズマ装置1の水素供給手段である場合がある。
If the hydrogen storage unit is a hydrogen cylinder, it will be replaced with another hydrogen cylinder when the remaining amount of hydrogen in the hydrogen cylinder decreases. Hydrogen supply pipes for supplying hydrogen from the hydrogen storage unit to the reaction chamber 2 (in this example, the first supply pipe 41 and the second The configuration may be limited to up to two supply pipes 42) and may not include a hydrogen storage unit.
That is, in the above description, the portion other than the hydrogen storage unit may be the hydrogen supply means of the plasma device 1 .

また、マイクロ波表面波プラズマ化する気体が水素以外のものの場合には、当然、水素貯蔵部の部分がその別の気体を貯蔵した貯蔵部となるので、水素貯蔵部は、マイクロ波表面波プラズマ化する気体を貯蔵する気体貯蔵部の具体的な一例にすぎない。 In addition, when the gas to be converted to microwave surface wave plasma is other than hydrogen, the hydrogen storage portion naturally becomes a storage portion storing the other gas. It is only a specific example of the gas storage part that stores the gas to be converted.

さらに、マイクロ波表面波プラズマ化する気体が水素以外のものの場合には、水素供給配管は、マイクロ波表面波プラズマ化する気体を貯蔵する気体貯蔵部から反応室2に気体を供給する気体供給配管となるので、水素供給配管は、気体貯蔵部から反応室2に気体を供給する気体供給配管の具体的な一例にすぎない。 Furthermore, when the gas to be converted to microwave surface wave plasma is other than hydrogen, the hydrogen supply pipe is a gas supply pipe for supplying gas from the gas storage part storing the gas to be converted to microwave surface wave plasma to the reaction chamber 2. Therefore, the hydrogen supply pipe is only a specific example of the gas supply pipe for supplying the gas from the gas storage unit to the reaction chamber 2 .

話をもとに戻すと、具体的には、水素貯蔵部は、第1供給管41を介して第1空間Fに水素が供給できるように接続されるとともに、第2供給管42を介して第2空間Sに水素が供給できるように接続されている。
そして、第1供給管41の水素貯蔵部側には、第1供給量制御手段MFC1が設けられ、その下流側に開閉操作又は開閉制御により供給の有無を決める第1供給バルブ41Aが設けられている。
Going back to the beginning, specifically, the hydrogen storage unit is connected to the first space F via the first supply pipe 41 so that hydrogen can be supplied to the first space F, and via the second supply pipe 42 It is connected so that hydrogen can be supplied to the second space S.
A first supply amount control means MFC1 is provided on the hydrogen storage section side of the first supply pipe 41, and a first supply valve 41A that determines whether or not supply is to be performed by an opening/closing operation or opening/closing control is provided downstream of the first supply amount control means MFC1. there is

同様に、第2供給管42の水素貯蔵部側には、第2供給量制御手段MFC2が設けられ、その下流側に開閉操作又は開閉制御により供給の有無を決める第2供給バルブ42Aが設けられている。 Similarly, a second supply amount control means MFC2 is provided on the side of the hydrogen storage section of the second supply pipe 42, and a second supply valve 42A that determines whether or not supply is to be performed by an opening/closing operation or opening/closing control is provided downstream of the second supply amount control means MFC2. ing.

さらに、プラズマ装置1は、原料となる無水塩化マグネシウムを気化させてマイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)中に供給する原料供給手段50を備えている。 Further, the plasma apparatus 1 is provided with a raw material supply means 50 for vaporizing anhydrous magnesium chloride as a raw material and supplying it to microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example).

具体的には、原料供給手段50は、原料となる粉体状の無水塩化マグネシウムを貯蔵する原料貯蔵部51と、原料となる無水塩化マグネシウムをマイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)中に供給するために、原料貯蔵部51内の無水塩化マグネシウムを反応室2の第1空間F内に供給する直線状の原料供給管52と、第1電源53Aからの電力の供給により発熱し原料供給管52及び原料貯蔵部51を加熱する第1加熱部53と、第1加熱部53の温度を測定する第1温度計54と、を備えている。 Specifically, the raw material supply means 50 includes a raw material storage unit 51 that stores powdery anhydrous magnesium chloride as a raw material, and a microwave surface wave plasma (in this example, a microwave surface wave hydrogen plasma), a straight raw material supply pipe 52 for supplying anhydrous magnesium chloride in the raw material storage unit 51 into the first space F of the reaction chamber 2, and electric power from the first power supply 53A. A first heating unit 53 that heats the raw material supply pipe 52 and the raw material storage unit 51 by generating heat when supplied, and a first thermometer 54 that measures the temperature of the first heating unit 53 are provided.

そして、第1温度計54による温度の測定結果に基づいて、第1電源53Aから第1加熱部53に供給される電力の供給量が制御され、原料供給管52及び原料貯蔵部51の温度を制御することで、反応室2の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)を受け入れる受入口12から第1空間F内に供給される気体状態の原料の供給量が制御される。 Then, based on the result of temperature measurement by the first thermometer 54, the amount of electric power supplied from the first power supply 53A to the first heating unit 53 is controlled, and the temperatures of the raw material supply pipe 52 and the raw material storage unit 51 are controlled. By controlling, the supply amount of the gaseous raw material supplied into the first space F from the receiving port 12 for receiving the raw material (in this example, anhydrous magnesium chloride) of the reaction chamber 2 is controlled.

例えば、無水塩化マグネシウムは約700℃程度の温度で気体状態となり、この温度より高くしていけば、気化する速度が速くなり、反応室2の第1空間F内に供給される気体状態の無水塩化マグネシウムの供給量を多くすることができる。
逆に、約700℃に近づけば、気化する速度が遅くなり、反応室2の第1空間F内に供給される気体状態の無水塩化マグネシウムの供給量を少なくすることができる。
For example, anhydrous magnesium chloride becomes a gaseous state at a temperature of about 700° C., and if the temperature is raised above this temperature, the vaporization speed increases, and the gaseous anhydrous magnesium chloride supplied into the first space F of the reaction chamber 2 The supply amount of magnesium chloride can be increased.
Conversely, if the temperature approaches about 700° C., the rate of vaporization slows down, and the amount of gaseous anhydrous magnesium chloride supplied into the first space F of the reaction chamber 2 can be reduced.

また、プラズマ装置1は、反応室2内を加熱する加熱手段60として、反応室2の第1空間F内に設けられ、第2電源61Aからの電力の供給により発熱し反応室2の第1空間F内を加熱する第2加熱部61を備えている。 Further, the plasma device 1 is provided in the first space F of the reaction chamber 2 as a heating means 60 for heating the inside of the reaction chamber 2, and is supplied with electric power from the second power supply 61A to generate heat to heat the first space of the reaction chamber 2. A second heating unit 61 that heats the space F is provided.

なお、プラズマ装置1は、反応室2の第1空間F内の温度を測定する第2温度計62を備えており、第2温度計62による温度の測定結果が、設定される所定の温度となるように、第2電源61Aから第2加熱部61に供給される電力の供給量が制御され、反応室2の第1空間F内の温度が所定の温度に保たれる。 The plasma apparatus 1 is provided with a second thermometer 62 for measuring the temperature in the first space F of the reaction chamber 2, and the result of the temperature measurement by the second thermometer 62 is different from the set predetermined temperature. The amount of power supplied from the second power source 61A to the second heating unit 61 is controlled so that the temperature in the first space F of the reaction chamber 2 is kept at a predetermined temperature.

具体的には、この第2加熱部61によって、第1空間F内の温度は気体として無水塩化マグネシウムが存在できる温度に保たれる。 Specifically, the second heating unit 61 maintains the temperature in the first space F at a temperature at which anhydrous magnesium chloride can exist as gas.

一方、第2加熱部61の外側には、第2加熱部61からの輻射熱で筐体10が高温になるのを防止するために、輻射熱を反射するリフレクタ70が設けられるとともに、筐体10の外面上に水冷するための冷却管71が設けられている。 On the other hand, on the outside of the second heating unit 61, in order to prevent the housing 10 from becoming hot due to the radiant heat from the second heating unit 61, a reflector 70 that reflects the radiant heat is provided. Cooling pipes 71 for water cooling are provided on the outer surface.

このように、プラズマ装置1が、第2加熱部61によって、余分な場所が加熱されないように熱伝導を防止するリフレクタ70のような断熱手段を備える場合、筐体10が高温にならないため、筐体10の各所に使用されているパッキン等の劣化を抑制できるだけでなく、保温効率が高くなるため、消費電力を低減することができる。 As described above, when the plasma apparatus 1 is provided with heat insulating means such as the reflector 70 that prevents heat conduction so that the second heating unit 61 does not heat an excessive portion, the temperature of the housing 10 does not become high. Not only can the deterioration of packings and the like used in various parts of the body 10 be suppressed, but also the heat insulation efficiency can be improved, so that power consumption can be reduced.

また、リフレクタ70には、上側の中央寄りの位置に、仕切部11の開口部11Aを通じて、第1空間Fから第2空間Sに挿入される挿入管72が設けられており、詳細については、後述するが、マイクロ波表面波水素プラズマ及びマグネシウムを含むガス等が挿入管72から第2空間Sに放出されるようになっている。 In addition, the reflector 70 is provided with an insertion tube 72 that is inserted from the first space F into the second space S through the opening 11A of the partition 11 at a position near the center on the upper side. As will be described later, microwave surface wave hydrogen plasma, magnesium-containing gas, and the like are emitted from the insertion tube 72 into the second space S.

そして、図2に示すように、プラズマ装置1は、挿入管72に対向する位置に水素化マグネシウムを含む生成物を付着させる付着手段80を備えており、プラズマ装置1を停止させた後、付着手段80を取り出せるように、付着手段80は、筐体10に対して着脱可能に取り付けられている。 As shown in FIG. 2, the plasma device 1 is provided with a deposition means 80 for depositing a product containing magnesium hydride at a position facing the insertion tube 72. After the plasma device 1 is stopped, the deposition The attachment means 80 is detachably attached to the housing 10 so that the means 80 can be taken out.

付着手段80は、温調媒体(本例では、100℃未満の温度に制御された水又は気体等)を供給する供給口IN(温調媒体供給口)と温調媒体を排出する排出口OUT(温調媒体排出口)が設けられ、その温調媒体が反応室2の第2空間Sにリークしないようにした温調媒体収容部を有する容器構造になっている。 The adhesion means 80 has a supply port IN (temperature control medium supply port) for supplying a temperature control medium (in this example, water or gas controlled to a temperature of less than 100° C.) and an outlet OUT for discharging the temperature control medium. (Temperature control medium discharge port) is provided, and the container structure has a temperature control medium storage part that prevents the temperature control medium from leaking into the second space S of the reaction chamber 2 .

なお、付着手段80は、挿入管72に対向する側の水素化マグネシウムを含む生成物を付着させる表面81が、挿入管72から放出される発光状態が目視で確認できる高密度のマイクロ波表面波プラズマ(マイクロ波表面波水素プラズマ)が直接接触する位置に配置されることで、少なくとも表面81を生成するマイクロ波表面波プラズマの存在する範囲内に配置したものになっている。
このため、表面81のところは、高密度なマイクロ波表面波水素プラズマ(例えば、水素イオンや水素原子等)の存在が仮定できる特殊な環境下にある。
Note that the adhesion means 80 is such that the surface 81 on the side facing the insertion tube 72, on which the product containing magnesium hydride is to be adhered, is exposed to a high-density microwave surface wave that allows the luminous state emitted from the insertion tube 72 to be visually confirmed. By arranging at a position where the plasma (microwave surface wave hydrogen plasma) directly contacts, at least the surface 81 is arranged within the range where the microwave surface wave plasma that generates the surface 81 exists.
Therefore, the surface 81 is in a special environment in which the presence of high-density microwave surface-wave hydrogen plasma (for example, hydrogen ions, hydrogen atoms, etc.) can be assumed.

そして、プラズマ装置1は、付着手段80の水素化マグネシウムを含む生成物を付着させる表面81の表面温度を、水素化マグネシウムを含む生成物の析出に適した所定の温度範囲内に保つ温度制御手段(図示せず)を備えている。 The plasma device 1 is temperature control means for keeping the surface temperature of the surface 81 of the deposition means 80 on which the product containing magnesium hydride is deposited within a predetermined temperature range suitable for depositing the product containing magnesium hydride. (not shown).

温度制御手段は、例えば、温調媒体(本例では、100℃未満の温度に制御された水又は気体等)を供給口INから付着手段80の温調媒体収容部内に供給し、排出口OUTから温調媒体を排出させるように温調媒体を循環させる循環装置(図示せず)と、排出口OUTから排出された温調媒体の温度を設定される温度に調節する温調装置(図示せず)と、を備えている。
具体的には、本実施形態では、循環装置(図示せず)はポンプ等であり、温調装置(図示せず)は熱交換機等である。
The temperature control means, for example, supplies a temperature control medium (in this example, water or gas controlled to a temperature of less than 100° C.) from the supply port IN into the temperature control medium storage portion of the adhesion means 80, and the discharge port OUT. A circulation device (not shown) that circulates the temperature control medium so as to discharge the temperature control medium from the outlet OUT, and a temperature control device (not shown) that adjusts the temperature of the temperature control medium discharged from the discharge port OUT to a set temperature. ) and .
Specifically, in this embodiment, the circulation device (not shown) is a pump or the like, and the temperature control device (not shown) is a heat exchanger or the like.

なお、温調媒体に外気をそのまま利用できる場合には、供給口INに外気を供給するためのポンプが接続され、排出口OUTが大気開放となるようにすればよく、この場合、温調装置は不要である。 If the outside air can be used as the temperature control medium, a pump for supplying the outside air may be connected to the supply port IN, and the discharge port OUT may be open to the atmosphere. is unnecessary.

そして、高密度なマイクロ波表面波水素プラズマ(例えば、水素イオンや水素原子等)の存在が仮定できる特殊な環境下であって、かつ、表面温度が水素化マグネシウムを含む生成物の析出に適した所定の温度範囲内に保たれた表面81のところでは、先に説明した式(2)において、右側に進む反応が促進されるとともに、水素化マグネシウムが分解せずに存在できる状況を生み出すことができる。 Then, in a special environment where the existence of high-density microwave surface wave hydrogen plasma (for example, hydrogen ions, hydrogen atoms, etc.) can be assumed, and the surface temperature is suitable for depositing products containing magnesium hydride At the surface 81 kept within the predetermined temperature range, the reaction proceeding to the right side in the above-described formula (2) is promoted, and a situation is created in which magnesium hydride can exist without being decomposed. can be done.

例えば、表面81の表面温度が200℃を超えると生成物中の水素化マグネシウムの割合が大幅に低下するため、水素化マグネシウムを含む生成物の析出に適した所定の温度範囲は200℃以下の範囲であることが好ましく、150℃以下の範囲であることがより好ましく、100℃以下の範囲であることが更に好ましい。 For example, if the surface temperature of the surface 81 exceeds 200°C, the ratio of magnesium hydride in the product is significantly reduced, so the predetermined temperature range suitable for depositing the product containing magnesium hydride is 200°C or less. It is preferably in the range, more preferably in the range of 150° C. or lower, and even more preferably in the range of 100° C. or lower.

実験では、表面温度が200℃を超える状態で析出した水素化マグネシウムを含む生成物の場合、その水素化マグネシウムを含む生成物に水滴を垂らし、水素の分離に伴う発泡現象が非常に弱いことを確認している。 In an experiment, in the case of a product containing magnesium hydride deposited at a surface temperature exceeding 200°C, water droplets were dropped on the product containing magnesium hydride, and it was found that the bubbling phenomenon associated with the separation of hydrogen was very weak. Confirmed.

一方、表面温度が100℃以下の状態で析出した水素化マグネシウムを含む生成物の場合、水滴を垂らすと水素の分離に伴う激しい発泡現象が見られることを確認しており、発泡しているガスが水素であることについては、水素検知管で確認を行っている。 On the other hand, in the case of a product containing magnesium hydride deposited at a surface temperature of 100°C or less, it was confirmed that when water droplets were dropped on the product, a violent bubbling phenomenon accompanied by the separation of hydrogen was observed. A hydrogen detector tube is used to confirm that the is hydrogen.

なお、表面温度が100℃を超える場合、水素化マグネシウムが水素と金属マグネシウムに分解する反応も起きるため、析出した水素化マグネシウムを含む生成物中の水素化マグネシウムの割合が減少することになることから、水素化マグネシウムを含む生成物の析出に適した所定の温度範囲は、水素化マグネシウムの分解反応を抑えるという観点で100℃以下の範囲であることが最も好ましい。 In addition, when the surface temperature exceeds 100 ° C., a reaction in which magnesium hydride decomposes into hydrogen and metallic magnesium also occurs, so the proportion of magnesium hydride in the product containing precipitated magnesium hydride will decrease. Therefore, the predetermined temperature range suitable for precipitation of the product containing magnesium hydride is most preferably 100° C. or less from the viewpoint of suppressing the decomposition reaction of magnesium hydride.

また、実験では、表面温度が約80℃のときよりも、約70℃の方が水素化マグネシウムを含む生成物の単位時間当たりの析出量が多く、約50℃の方が更に単位時間当たりの析出量が多くなる結果を得ているので、水素化マグネシウムを含む生成物の析出に適した所定の温度範囲は、単位時間当たりの析出量の観点からは、更に低い温度範囲とすることが好ましい。 In addition, in the experiment, the amount of precipitation per unit time of the product containing magnesium hydride was larger at about 70°C than when the surface temperature was about 80°C, and the amount per unit time was further increased at about 50°C. Since the result of increasing the amount of precipitation is obtained, the predetermined temperature range suitable for precipitation of the product containing magnesium hydride is preferably a lower temperature range from the viewpoint of the amount of precipitation per unit time. .

つまり、水素化マグネシウムを含む生成物の析出に適した所定の温度範囲は、80℃以下の範囲が好ましく、更に、70℃以下の範囲であることが好ましく、50℃以下の範囲であることがより好ましい。 That is, the predetermined temperature range suitable for precipitation of the product containing magnesium hydride is preferably 80 ° C. or less, more preferably 70 ° C. or less, and 50 ° C. or less. more preferred.

なお、生成物によっては、付着手段80を冷却するのではなく、保温することも考えられるため、この場合、温調装置はヒータ等となる。
例えば、金属マグネシウムが固体の状態となる温度が400℃以下の範囲であり、表面81の温度を250℃以上400℃以下にすると、水素化マグネシウムの含有量が大幅に減少する一方、金属マグネシウムの析出が可能であることから金属マグネシウムの割合が高い生成物が析出すると考えられ、このような場合には、ヒータ等で温調媒体の温度調節を行うことになると考えられる。
Depending on the product, the adhesion means 80 may be kept warm instead of being cooled. In this case, the temperature control device is a heater or the like.
For example, when the temperature at which metallic magnesium becomes solid is in the range of 400° C. or lower, and the temperature of the surface 81 is set to 250° C. or higher and 400° C. or lower, the content of magnesium hydride is significantly reduced, while the content of metallic magnesium is reduced. Since precipitation is possible, it is thought that a product with a high proportion of metallic magnesium will be precipitated.

また、プラズマ装置1は、途中にリークバルブ91が設けられた大気開放管90を備えており、大気開放管90の図示しない一端はプラズマ装置1が設置される建屋の外で大気開放状態になっている。 The plasma device 1 also has an air release pipe 90 provided with a leak valve 91 in the middle. ing.

この大気開放管90は、反応室2の圧力が異常な圧力になった場合に、緊急措置として反応室2を大気開放状態にするためのものであり、通常時には、リークバルブ91は閉の状態とされ、反応室2内に大気が混入することがないようになっている。 This atmospheric release pipe 90 is for opening the reaction chamber 2 to the atmosphere as an emergency measure when the pressure in the reaction chamber 2 becomes abnormal, and the leak valve 91 is normally closed. , so that the air does not enter the reaction chamber 2 .

ところで、無水塩化マグネシウムを還元し、水素化マグネシウムを含む生成物を効率よく生成するためには、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)の密度が高い方が好ましい。 By the way, in order to reduce anhydrous magnesium chloride and efficiently produce a product containing magnesium hydride, it is preferable that the density of the microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) is high.

そのための1つの方法は、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)を生成させるために、反応室2内に供給されるマイクロ波のマイクロ波電力(マイクロ波強度)を高くすることである。 One method for this is to increase the microwave power (microwave intensity) of the microwave supplied into the reaction chamber 2 in order to generate microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example). to make it higher.

しかしながら、この方法は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段20に供給する電力量を増加させることを意味し、平均的に使用される電力量が大幅に増加することになる。 However, this method means increasing the amount of power to be supplied to the microwave generating means 20 for generating microwaves, resulting in a large increase in the amount of power used on average.

そこで、本実施形態では、マイクロ波発生手段20が、パルス的なマイクロ波を発生させるものとして、マイクロ波電力(マイクロ波強度)のピーク値を高めつつ、平均的なマイクロ波電力(マイクロ波強度)を下げるようにしている。 Therefore, in the present embodiment, the microwave generating means 20 generates pulse-like microwaves, and while increasing the peak value of the microwave power (microwave intensity), the average microwave power (microwave intensity) ) is lowered.

ただし、パルス的なマイクロ波とは、周期的なマイクロ波電力(マイクロ波強度)の強弱を伴うものを意味し、必ずしも、周期的にマイクロ波電力(マイクロ波強度)がゼロになるものに限定されるものではない。 However, pulse-like microwaves mean those accompanied by periodic microwave power (microwave intensity), and are not necessarily limited to those whose microwave power (microwave intensity) periodically becomes zero. not to be

具体的には、マイクロ波発生手段20は、パルス的なマイクロ波のマイクロ波電力(マイクロ波強度)のピーク値が現れる周期が150マイクロ秒以下(望ましくは、100マイクロ秒以下、更に望ましくは50マイクロ秒以下)であるマイクロ波を発生させ、プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)が大幅に減衰する前に、反応室2内にピーク値のマイクロ波電力を有するマイクロ波を供給することで、ほぼそのマイクロ波電力(マイクロ波強度)のピーク値に対応する密度のマイクロ波表面波プラズマを維持しつつ、マイクロ波発生手段20で使用される平均電力を抑制するようにしている。 Specifically, the microwave generating means 20 has a period of 150 microseconds or less (preferably 100 microseconds or less, more preferably 50 microseconds or less, more preferably 50 microseconds or less) in which the peak value of the microwave power (microwave intensity) of the pulse-like microwave appears. microseconds or less), and supply microwaves having a peak microwave power into the reaction chamber 2 before the plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) is significantly attenuated. By doing so, the average power used by the microwave generating means 20 is suppressed while maintaining the microwave surface wave plasma having a density substantially corresponding to the peak value of the microwave power (microwave intensity). .

このようにすれば、マイクロ波発生手段20が、マイクロ波電力(マイクロ波強度)をほぼ一定にしたパルス的なマイクロ波でないマイクロ波を発生させる場合に、プラズマ密度が1012/cm以上1014/cm以下であったとすれば、平均的なマイクロ波電力を同様にしても、マイクロ波発生手段20が、パルス的なマイクロ波を発生させる場合、マイクロ波電力(マイクロ波強度)のピーク値を高くできるため、更に、高いプラズマ密度(例えば、1015/cm以上の高いプラズマ密度)を得ることができ、平均的なマイクロ波電力を同様にしても一桁以上高いプラズマ密度を得ることができる。 In this way, when the microwave generating means 20 generates microwaves other than pulsed microwaves with substantially constant microwave power (microwave intensity), the plasma density is 10 12 /cm 3 or more. If it is 14 /cm 3 or less, even if the average microwave power is the same, when the microwave generating means 20 generates pulse-like microwaves, the microwave power (microwave intensity) peak Since the value can be increased, a higher plasma density (for example, a high plasma density of 10 15 /cm 3 or more) can be obtained, and even if the average microwave power is the same, a plasma density higher than one order of magnitude can be obtained. be able to.

したがって、マイクロ波発生手段20が、パルス的なマイクロ波を発生するものとすることで、マイクロ波発生手段20で使用される電力量(平均電力)の上昇を抑制しつつ、高密度なマイクロ波表面波プラズマを生成できる。
また、マイクロ波電力(マイクロ波強度)のピーク値が高くなると、マイクロ波表面波プラズマを点火させやすくなるという効果もある。
Therefore, by setting the microwave generating means 20 to generate pulse-like microwaves, high-density microwave It can generate surface wave plasma.
Moreover, when the peak value of the microwave power (microwave intensity) increases, there is also the effect that it becomes easier to ignite the microwave surface wave plasma.

なお、マイクロ波表面波プラズマは、他のプラズマ(例えば、高周波プラズマや直流放電プラズマ等)と比較すれば、電子温度が低く(例えば、1eV程度)、他のプラズマのように、高い電子温度(例えば、10eV以上)とするためにエネルギーが消費されるプラズマと異なり、エネルギーロスが少ないという利点がある。
また、マイクロ波表面波プラズマは、プラズマ中のイオンや分子の温度が熱プラズマと呼ばれるものに比べ大幅に低い(ほぼ常温)という特徴もある。
さらに、マイクロ波表面波プラズマは、上記のような高密度なプラズマを均一に、例えば、0.5m以上の大面積の範囲に生成することができる。
Microwave surface wave plasma has a low electron temperature (e.g., about 1 eV) compared to other plasmas (e.g., high-frequency plasma, DC discharge plasma, etc.), and has a high electron temperature (e.g., about 1 eV) like other plasmas. For example, it has the advantage of less energy loss, unlike plasma that consumes energy to achieve 10 eV or more.
Another feature of microwave surface wave plasma is that the temperature of the ions and molecules in the plasma is significantly lower than that of thermal plasma (almost normal temperature).
Furthermore, the microwave surface wave plasma can uniformly generate the above-described high-density plasma over a large area of, for example, 0.5 m 2 or more.

次に、反応室2内に気体状態の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)を供給し、プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)で還元する処理を行い、原料と異なる生成物(本例では、水素化マグネシウムを含む生成物)を得る処理(製造方法)について説明を行いながら、さらに、プラズマ装置1の説明を行う。
ただし、原料は無水ハロゲン化マグネシウムや金属マグネシウム等であってもよい。
Next, a raw material in a gaseous state (in this example, anhydrous magnesium chloride) is supplied into the reaction chamber 2, and a reduction process is performed with plasma (in this example, microwave surface wave hydrogen plasma) to produce a product different from the raw material. While explaining the process (manufacturing method) for obtaining (in this example, a product containing magnesium hydride), the plasma device 1 will be further explained.
However, the raw material may be anhydrous magnesium halide, metallic magnesium, or the like.

まず、前段取りとして、減圧手段30(第1真空ポンプ32及び第2真空ポンプ34)を駆動させ、反応室2内の圧力が所定の圧力(例えば、約10Pa)になるように減圧を行う手順を実施する。 First, as a preparatory step, the pressure reduction means 30 (the first vacuum pump 32 and the second vacuum pump 34) is driven to reduce the pressure in the reaction chamber 2 to a predetermined pressure (for example, about 10 Pa). to implement.

そして、反応室2内の圧力が所定の圧力(例えば、約10Pa)になったところで、マイクロ波発生手段20によるパルス的なマイクロ波の反応室2内への供給、及び、水素供給手段による水素の反応室2内への供給を行う手順を開始し、例えば、図示しないのぞき窓からマイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)の生成(発光)を確認する。
なお、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)が生成しているかは、発光スペクトル強度を測定する測定器で確認するようにしてもよい。
Then, when the pressure in the reaction chamber 2 reaches a predetermined pressure (for example, about 10 Pa), pulse-like microwaves are supplied into the reaction chamber 2 by the microwave generation means 20, and hydrogen is supplied by the hydrogen supply means. is started, and the generation (emission) of microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) is confirmed through an observation window (not shown), for example.
It should be noted that whether or not the microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) is generated may be confirmed by a measuring instrument for measuring the emission spectrum intensity.

このときには、反応室2内に供給するマイクロ波表面波プラズマ化する気体(本例では、水素)の供給量を制御する供給量制御手段(第1供給量制御手段MFC1及び第2供給量制御手段MFC2)によって、気体(本例では、水素)の供給量が制御された状態で反応室2内に気体(本例では、水素)が供給される。 At this time, supply amount control means (first supply amount control means MFC1 and second supply amount control means) for controlling the supply amount of the gas (hydrogen in this example) to be supplied to the reaction chamber 2 for microwave surface wave plasma MFC 2) supplies gas (hydrogen in this example) into the reaction chamber 2 while the amount of gas (hydrogen in this example) is controlled.

そして、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)の生成(発光)を確認したら、次に、反応室2内を加熱する加熱手段60を駆動させ、反応室2の第1空間F内の温度を所定の温度(例えば、約700℃)に上昇させる手順を実施する。 Then, after confirming the generation (light emission) of the microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example), next, the heating means 60 for heating the inside of the reaction chamber 2 is driven to A procedure for raising the temperature in 1 space F to a predetermined temperature (for example, about 700° C.) is performed.

このようにマイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)が生成した後に、反応室2内を加熱する加熱手段60を駆動させるようにすると、仮に、反応室2の内壁面に以前の処理時に付着した金属マグネシウム等が存在したとしても、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)の生成を阻害することがない。 After the microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) is generated in this way, if the heating means 60 for heating the inside of the reaction chamber 2 is driven, the inner wall surface of the reaction chamber 2 will be Even if metallic magnesium or the like adhered during the previous treatment is present in the substrate, the generation of microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) is not hindered.

具体的に説明すると、金属マグネシウムは、マイクロ波を反射するため、気化した金属マグネシウムが反応室2内に多く存在すると、窓Wから供給されるマイクロ波が金属マグネシウムで反射され、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)の初めの点火(生成開始)を阻害する場合がある。 Specifically, since metallic magnesium reflects microwaves, if a large amount of vaporized metallic magnesium is present in the reaction chamber 2, microwaves supplied from the window W are reflected by the metallic magnesium, resulting in microwave surface waves. It may interfere with the initial ignition (start of generation) of the plasma (in this example, microwave surface wave hydrogen plasma).

一方、初めの点火(生成開始)が阻害されず、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)が生成した後であれば、反応室2の内壁面に付着していた金属マグネシウムが気化してもマイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)に影響がでることがない。 On the other hand, if the initial ignition (start of generation) was not hindered and the microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) was generated, the particles adhered to the inner wall surface of the reaction chamber 2 Vaporization of metal magnesium does not affect microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example).

したがって、上述のように、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)の生成(発光)を確認してから加熱手段60を駆動させるのが好ましい。 Therefore, as described above, it is preferable to drive the heating means 60 after confirming the generation (light emission) of the microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example).

ただし、反応室2内を約700℃に保っていれば、反応室2の内壁面の温度は、基本的には金属マグネシウムの気化温度以上に保たれるので、反応室2の内壁面に金属マグネシウムが析出することを抑制できる。 However, if the inside of the reaction chamber 2 is kept at about 700° C., the temperature of the inner wall surface of the reaction chamber 2 is basically kept above the vaporization temperature of metallic magnesium. Precipitation of magnesium can be suppressed.

このため、処理の終了時に原料の無水塩化マグネシウムの供給を停止した後、反応室2内に金属マグネシウムが浮遊していない状態になってから加熱手段60の駆動を停止するように心がければ、反応室2の内壁面に金属マグネシウムが付着するのを防止できるので、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)の生成前に加熱手段60を駆動させても問題はなく、マイクロ波表面波プラズマの生成後に加熱手段60を駆動させるのは、念のための措置である。 For this reason, after stopping the supply of anhydrous magnesium chloride as a raw material at the end of the treatment, if the heating means 60 is stopped after metallic magnesium is no longer floating in the reaction chamber 2, the reaction Since metallic magnesium can be prevented from adhering to the inner wall surface of the chamber 2, there is no problem even if the heating means 60 is driven before the microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) is generated. Driving the heating means 60 after generating the microwave surface wave plasma is just a precaution.

そして、加熱手段60による第1空間F内の加熱を開始するのに合わせて、図示しない温度制御手段によって付着手段80に設定された温度に調節された温調媒体の供給を開始させ、付着手段80の表面81の表面温度を水素化マグネシウムの析出する表面温度(本例では、100℃未満の温度範囲内の温度)に保つ手順を実施する。 When the heating means 60 starts heating the inside of the first space F, the temperature control means (not shown) starts supplying the temperature control medium adjusted to the temperature set in the adhesion means 80, and the adhesion means A procedure is performed to keep the surface temperature of the surface 81 of 80 at a surface temperature at which magnesium hydride precipitates (in this example, a temperature within a temperature range of less than 100°C).

その後、原料供給手段50によって、原料である無水塩化マグネシウムの供給を開始し、反応室2内で原料である無水塩化マグネシウムをマイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)で処理する手順を開始するとともに、水素化マグネシウムを含む生成物を析出する表面温度(本例では、100℃未満の温度範囲内の温度)とした表面81をマイクロ波表面波プラズマが存在する範囲内に配置した付着手段80の表面81に水素化マグネシウムを含む生成物を付着させる手順を開始する。 Thereafter, the supply of anhydrous magnesium chloride as a raw material is started by the raw material supply means 50, and the anhydrous magnesium chloride as a raw material is heated in the reaction chamber 2 by microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example). When the treatment procedure is started, the surface temperature (in this example, the temperature within the temperature range of less than 100 ° C.) for depositing the product containing magnesium hydride is set to the surface 81 within the range where the microwave surface wave plasma exists. The procedure of depositing a magnesium hydride-containing product onto the surface 81 of the deposition means 80 placed in the .

つまり、付着手段80の表面81に向けて、マイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)とともにマグネシウムを含むガス(プラズマ中であるため、マグネシウム原子、塩化マグネシウム、水素化マグネシウム等の存在する複合ガス)が吹き付けられると、表面81付近では、急激に温度が低下し、図1に示したように、水素化マグネシウムの析出に有利な方向に反応が進み、水素化マグネシウムを含む生成物が付着手段80の表面81に付着(析出)する。 That is, toward the surface 81 of the adhesion means 80, a microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma in this example) and a magnesium-containing gas (because it is in the plasma, magnesium atoms, magnesium chloride, magnesium hydride) ) is blown, the temperature in the vicinity of the surface 81 drops sharply, and as shown in FIG. The containing product adheres (deposits) to the surface 81 of the adhesion means 80 .

ただし、付着手段80の表面81に、必ずしも、水素化マグネシウムのみが析出するものではなく、当然に、水素化マグネシウムの割合が100%に近いことが好ましいものの、析出する物質の中には、原料である無水塩化マグネシウム等も含まれる場合がある。
このため、原料と異なる生成物とは、原料と異なる物質を含む生成物と解されるべきものである。
However, only magnesium hydride is not necessarily deposited on the surface 81 of the adhesion means 80. Of course, it is preferable that the proportion of magnesium hydride is close to 100%. Anhydrous magnesium chloride and the like may also be included.
A product different from the raw material is therefore to be understood as a product containing a substance different from the raw material.

そして、所定の時間、プラズマ装置1を駆動させた後、プラズマ装置1の駆動を停止して、反応室2内の圧力を大気圧に戻すとともに、付着手段80が取り出せる温度(例えば、水素化マグネシウムが空気中の水分と激しく反応しない程度の温度)になった後、付着手段80を取り外して、付着手段80の表面81に付着している水素化マグネシウムを含む生成物を回収する手順を行う。 After driving the plasma device 1 for a predetermined time, the driving of the plasma device 1 is stopped, the pressure in the reaction chamber 2 is returned to the atmospheric pressure, and the temperature at which the adhesion means 80 can take out (for example, magnesium hydride is a temperature that does not react violently with moisture in the air), the adhesion means 80 is removed, and a procedure for recovering the product containing magnesium hydride adhering to the surface 81 of the adhesion means 80 is performed.

このプラズマ装置1の駆動を停止して付着手段80を取り外すまでの間は、反応室2内に、露点の低い気体(例えば、露点を低くした空気、窒素、及び、希ガス(ヘリウムやアルゴン等)といった気体)を供給してパージするようにしている。 During the period until the driving of the plasma device 1 is stopped and the deposition means 80 is removed, the reaction chamber 2 contains a gas with a low dew point (for example, air with a low dew point, nitrogen, and a rare gas (helium, argon, etc.). ) is supplied and purged.

なお、その表面81が高密度なマイクロ波表面波水素プラズマ(例えば、高密度な水素イオンや水素原子等)の存在が仮定できる特殊な環境下にあるため、付着手段80の表面81に無水塩化マグネシウムが析出した場合でも還元反応が進み、水素化マグネシウムに変化していくと推察される実験結果もある。 In addition, since the surface 81 is under a special environment where the existence of high-density microwave surface-wave hydrogen plasma (for example, high-density hydrogen ions, hydrogen atoms, etc.) can be assumed, the surface 81 of the adhesion means 80 is coated with anhydrous chloride. Some experimental results suggest that even when magnesium is deposited, the reduction reaction proceeds and changes to magnesium hydride.

したがって、反応室2内に原料である無水塩化マグネシウムの供給を停止した後に、付着手段80の表面81を冷却し続けて、表面81に付着した水素化マグネシウムを含む生成物の温度が所定の温度以下(本例では、100℃未満の温度範囲内の温度)とした状態でマイクロ波表面波プラズマ(マイクロ波表面波水素プラズマ)の照射を持続させることで、生成物中の水素化マグネシウムの割合を高めるようにしてもよい。 Therefore, after stopping the supply of anhydrous magnesium chloride as a raw material into the reaction chamber 2, the surface 81 of the adhesion means 80 is continued to be cooled so that the temperature of the product containing magnesium hydride adhered to the surface 81 reaches a predetermined temperature. By continuing to irradiate the microwave surface wave plasma (microwave surface wave hydrogen plasma) under the condition below (in this example, the temperature within the temperature range of less than 100 ° C.), the ratio of magnesium hydride in the product may be increased.

そして、本実施形態のプラズマ装置1によれば、原料と異なる生成物(本例では水素化マグネシウムを含む生成物)を付着させる付着手段80が、表面81をマイクロ波表面波プラズマ(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ)の存在する範囲内に配置するように設けられ、その付着手段80の原料と異なる生成物を付着させる表面81の温度を、原料と異なる生成物の析出に適した所定の温度範囲内(本例では、100℃未満の温度範囲)に保つ温度制御手段で適切な温度にしているので、通常では得られない生成物(本例では、水素化マグネシウムを含む生成物)を得ることができる。 Then, according to the plasma apparatus 1 of the present embodiment, the attaching means 80 for attaching a product different from the raw material (a product containing magnesium hydride in this example) applies the surface 81 to a microwave surface wave plasma (a product containing magnesium hydride in this example). , microwave surface wave hydrogen plasma), and the temperature of the surface 81 of the deposition means 80 for depositing a product different from the raw material is set to a temperature suitable for depositing the product different from the raw material. A temperature control means that keeps the temperature within a predetermined temperature range (in this example, a temperature range of less than 100 ° C.) is set to an appropriate temperature, so a product that is not normally obtained (in this example, a product containing magnesium hydride ) can be obtained.

ところで、加熱手段60による第1空間F内の加熱を行わないで観察を行うと、受入口12の周辺に原料(本例では、無水塩化マグネシウム)が噴出しているのが散見されることがあり、原因を究明した結果、原料貯蔵部51内の粉体状の原料がプラズマ中の電子によってチャージされ、静電反発によって噴出していることが明らかとなった。 By the way, when observing the first space F without heating the inside of the first space F by the heating means 60, it is sometimes seen that the raw material (in this example, anhydrous magnesium chloride) is spouting out around the receiving port 12. As a result of investigating the cause, it became clear that the powdery raw material in the raw material storage unit 51 was charged by electrons in the plasma and ejected by electrostatic repulsion.

そこで、本実施形態では、図2に示すように、プラズマ装置1が、反応室2から原料貯蔵部51に侵入するプラズマ中の電子を抑制する電子侵入抑制手段13(図2の右側の拡大図参照)備えるようにしている。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the plasma apparatus 1 includes an electron penetration suppression means 13 (enlarged view on the right side of FIG. See).

具体的には、電子侵入抑制手段13は、反応室2の気体状態の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)を受け入れる受入口12から原料貯蔵部51に至るまでの間に電子をトラップする磁力線を形成する、S極とN極を対向させるように設けられた一対の磁石を備えている。 Specifically, the electron intrusion suppressing means 13 has a magnetic line of force that traps electrons from the receiving port 12 for receiving the gaseous raw material (in this example, anhydrous magnesium chloride) in the reaction chamber 2 to the raw material storage unit 51. A pair of magnets are provided so that the south pole and the north pole are opposed to each other.

なお、本実施形態では、電子侵入抑制手段13が一対の永久磁石を備えるものとしており、永久磁石はキュリー点以上の温度になると磁力を失うため、原料を気体状態にするのに必要な温度以上のキュリー点を有する永久磁石を用いているが、このような心配がないように、一対の永久磁石を一対の電磁石に代えてもよい。 In this embodiment, the electron intrusion suppressing means 13 is provided with a pair of permanent magnets, and the permanent magnets lose their magnetic force when the temperature reaches the Curie point or higher. , the pair of permanent magnets may be replaced by a pair of electromagnets so as to avoid such concerns.

また、一対の永久磁石又は電磁石のうちの一方を複数の永久磁石又は電磁石を並べたものとし、一対の永久磁石又は電磁石のうちの他方を複数の永久磁石又は電磁石を並べたものとしてもよい。 Alternatively, one of the pair of permanent magnets or electromagnets may be an array of a plurality of permanent magnets or electromagnets, and the other of the pair of permanent magnets or electromagnets may be an array of a plurality of permanent magnets or electromagnets.

さらに、電子侵入抑制手段13は、受入口12から原料貯蔵部51にプラズマ中の電子が侵入するのを防止できればよいため、反応室2の気体状態の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)を受け入れる受入口12上(反応室2の内側)に設けられていてもよい。 Further, the electron penetration suppressing means 13 only needs to prevent electrons in the plasma from entering the raw material storage unit 51 from the inlet 12. It may be provided on the receiving port 12 for receiving (inside the reaction chamber 2).

そして、上記のように、電子侵入抑制手段13を設け、磁力線によって電子がトラップされるため、電子の原料貯蔵部51内への侵入が抑制されるので、原料貯蔵部51内の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)がチャージされず、静電反発が起きない結果、原料貯蔵部51内の粉体状の原料が反応室2内に噴出することを抑制できる。 As described above, the electron penetration suppressing means 13 is provided, and the electrons are trapped by the magnetic lines of force. Then, the magnesium chloride anhydride is not charged, and electrostatic repulsion does not occur.

したがって、気体状態になった原料(本例では、無水塩化マグネシウム)だけが反応室2内に供給されることになり、原料の供給量の制御性を高めることが可能である。 Therefore, only the gaseous raw material (anhydrous magnesium chloride in this example) is supplied into the reaction chamber 2, and the controllability of the supply amount of the raw material can be improved.

(第2実施形態)
次に第2実施形態のプラズマ装置1について説明する。
第1実施形態では、電子侵入抑制手段13を一対の磁石MGで構成する場合について説明したが、ローレンツ力を利用する電子侵入抑制手段13Aであってもよく、以下、第2実施形態の電子侵入抑制手段13Aとしてローレンツ力を利用するものとして構成した場合について説明する。
(Second embodiment)
Next, the plasma device 1 of 2nd Embodiment is demonstrated.
In the first embodiment, the case where the electron intrusion suppressing means 13 is composed of a pair of magnets MG has been described. A case will be described in which the suppressing means 13A is configured to utilize the Lorentz force.

なお、電子侵入抑制手段13A以外の点は、第2実施形態も第1実施形態と同様であるため、主に以下では、電子侵入抑制手段13Aについて説明を行い、第1実施形態と同様の点については説明を省略する場合がある。 Since the second embodiment is similar to the first embodiment except for the electron intrusion suppressing means 13A, the electron intrusion suppressing means 13A will be mainly described below, and the same points as in the first embodiment will be described. may be omitted.

図3はローレンツ力を発生させるための基礎的な内容を説明するための図であり、図4は第2実施形態の電子侵入抑制手段13Aを説明するための図であり、図3を参照してローレンツ力を発生させるための基礎的な内容を説明した後に、図4を参照して電子侵入抑制手段13についての説明を行う。
なお、図3では左側にローレンツ力を発生させるための構成の概略図を示し、右側にその構成で発生するローレンツ力の状態を示している。
FIG. 3 is a diagram for explaining the basic content for generating the Lorentz force, and FIG. 4 is a diagram for explaining the electron penetration suppressing means 13A of the second embodiment. After explaining the basic content for generating the Lorentz force, the electron penetration suppressing means 13 will be explained with reference to FIG.
In FIG. 3, the left side shows a schematic diagram of the structure for generating the Lorentz force, and the right side shows the state of the Lorentz force generated by the structure.

図3に示すように、左右一対の磁石をS極とN極が向かい合うように配置する。
図3の配置の場合、左右一対の磁石間の向かい合う極を見ると、左側にS極が位置(左側に左側の磁石のS極が位置)し、右側にN極が位置(右側に右側の磁石のN極が位置)しているため、磁界の方向(磁束密度)は右から左に向かう方向となる。
As shown in FIG. 3, a pair of left and right magnets are arranged so that the S pole and the N pole face each other.
In the arrangement of FIG. 3, looking at the opposing poles between the pair of left and right magnets, the S pole is located on the left side (the S pole of the left magnet is located on the left side) and the N pole is located on the right side (the right side is located on the right side). Since the north pole of the magnet is positioned, the direction of the magnetic field (magnetic flux density) is from right to left.

一方、この磁界の方向(磁束密度)と直交する方向に一対の電極を配置し、電圧を印加することで、一方を陽極(+極)とし、他方を陰極(-極)とする。 On the other hand, by arranging a pair of electrodes in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field (magnetic flux density) and applying a voltage, one becomes an anode (+ pole) and the other becomes a cathode (- pole).

図3では、手前側(下側)が陽極(+極)とされ、奥側(上側)が陰極(-極)とされており、プラズマ中(本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ中)では電流Iが流れる状態にあるため、図3に示すように、手前側(下側)から奥側(上側)に向かって電流Iが流れることになる。 In FIG. 3, the front side (lower side) is the anode (+ pole), the back side (upper side) is the cathode (- pole), and in the plasma (in this example, in the microwave surface wave hydrogen plasma) 3, the current I flows from the front side (lower side) to the back side (upper side).

そして、上記の状態を図示すれば、図3の右側に示すようになり、図3の右側に示す磁界の向きに左手の人差し指を合わせ、電流Iの流れに左手の中指を合わせるようにすれば、左手の親指が上側を向き、フレミングの左手の法則から力(ローレンツ力)が上向きに発生する構成になっていることが理解できる。 The above state is illustrated on the right side of FIG. , the thumb of the left hand points upward, and the force (Lorentz force) is generated upward according to Fleming's left hand rule.

ただし、フレミングの左手の法則は、電荷が正である場合に働く力(ローレンツ力)を示すものになっており、電荷が負である場合に働く力(ローレンツ力)は逆方向になる。 However, Fleming's left-hand rule indicates the force acting when the charge is positive (Lorentz force), and the force acting when the charge is negative (Lorentz force) is in the opposite direction.

したがって、図3の構成の場合、正の電荷を有するもの(例えば、プラズマ中の水素イオンのような陽イオン)には上側に向かう力(ローレンツ力)が働き、負の電荷を有するもの(例えば、陰イオンや電子)には下側に向かう力(ローレンツ力)が働くことになる。 Therefore, in the case of the configuration of FIG. 3, an upward force (Lorentz force) acts on positively charged ions (e.g., positive ions such as hydrogen ions in the plasma), and negatively charged ions (e.g., , anions and electrons) will have a downward force (Lorentz force).

なお、図3の構成において、向かい合うS極とN極を逆転、つまり、左側にN極が位置し、右側にS極が位置するようにすれば、磁界の方向(磁束密度)が逆転することになるので、ローレンツ力の関係も逆転、つまり、正の電荷を有するもの(例えば、陽イオン)には下側に向かう力(ローレンツ力)が働き、負の電荷を有するもの(例えば、陰イオンや電子)には上側に向かう力(ローレンツ力)が働くことになる。 In the configuration of FIG. 3, if the facing S and N poles are reversed, that is, if the N pole is positioned on the left side and the S pole is positioned on the right side, the direction of the magnetic field (magnetic flux density) will be reversed. Therefore, the relationship of the Lorentz force is also reversed. and electrons) will be subject to an upward force (Lorentz force).

同様に、図3の構成において、一対の電極の配置を逆転、つまり、手前側(下側)を陰極(-極)とし、奥側(上側)を陽極(+極)とすれば、電流Iの向きが逆転するので、ローレンツ力の関係も逆転、つまり、正の電荷を有するもの(例えば、陽イオン)には下側に向かう力(ローレンツ力)が働き、負の電荷を有するもの(例えば、陰イオンや電子)には上側に向かう力(ローレンツ力)が働くことになる。 Similarly, in the configuration of FIG. Since the direction of is reversed, the relationship of the Lorentz force is also reversed. , anions and electrons), an upward force (Lorentz force) acts.

このような原理を利用して、電子侵入抑制手段13Aは実現され、以下、具体的に、図4を参照しながら電子侵入抑制手段13Aの構成について説明する。 The electron intrusion suppressing means 13A is realized using such a principle, and the configuration of the electron intrusion suppressing means 13A will be specifically described below with reference to FIG.

図4の左側に示すように、電子侵入抑制手段13Aは、導電性の材料で形成された円筒部材CMと、導電性の材料で形成され、円筒部材CMの中央に配置される電極部としての棒状部材SMと、を備えている。
なお、電極部としての棒状部材SMは、円筒部材CMと短絡しないように、円筒部材CMの中央に円筒部材CMと離間して配置されている。
As shown on the left side of FIG. 4, the electron intrusion suppressing means 13A includes a cylindrical member CM made of a conductive material and an electrode portion made of a conductive material and disposed in the center of the cylindrical member CM. and a rod-shaped member SM.
In addition, the rod-shaped member SM as the electrode portion is arranged in the center of the cylindrical member CM so as to be separated from the cylindrical member CM so as not to short-circuit with the cylindrical member CM.

図2を参照して説明すると、一対の磁石MGが省略される代わりに、電子侵入抑制手段13Aの円筒部材CM(図2の右側の拡大図の点線枠参照)は、一対の磁石MGの間の位置に配置されており、気体状態の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)は、円筒部材CM内を通って反応室2内に供給されることになる。 Referring to FIG. 2, instead of omitting the pair of magnets MG, the cylindrical member CM of the electron intrusion suppressing means 13A (see the dotted frame in the enlarged view on the right side of FIG. 2) is placed between the pair of magnets MG. , and the gaseous raw material (anhydrous magnesium chloride in this example) is supplied into the reaction chamber 2 through the cylindrical member CM.

本実施形態では、円筒部材CMはステンレス(SUS)で形成され、棒状部材SMはタングステン等の高温に耐えられるものを用いるようにしている。
ただし、棒状部材SMの断面積が大きく、あまり発熱しない場合には、円筒部材CMと同様にステンレス(SUS)等を用いるようにしてもよく、形状についても本実施形態では、棒状部材SMの断面形状が直径5mmから10mm程度の円形の円柱形状にしているが、棒状部材SMは断面形状が六角形等の多角形であってもよく、星型等であってもよい。
また、円筒部材CMの内径は、大きい方が、圧損がでないため、例えば、5.0cm以上であることが好ましい。
In this embodiment, the cylindrical member CM is made of stainless steel (SUS), and the rod-shaped member SM is made of tungsten or the like that can withstand high temperatures.
However, if the cross-sectional area of the rod-shaped member SM is large and does not generate much heat, stainless steel (SUS) or the like may be used in the same manner as the cylindrical member CM. Although the shape is a circular column having a diameter of about 5 mm to 10 mm, the cross-sectional shape of the bar-shaped member SM may be polygonal such as hexagonal, or may be star-shaped.
In addition, the larger the inner diameter of the cylindrical member CM, the less pressure loss, so it is preferably 5.0 cm or more, for example.

また、電子侵入抑制手段13Aは、図4に示すように、円筒部材CMに電流Iを流すための第1の電源と、円筒部材CMと棒状部材SMを一対の電極として機能させるための電圧を印加する第2の電源と、を備えている。
例えば、第1電源は、0.5Vから1.0V程度で円筒部材CMに30Aから300Aの電流Iが流れるようにしている。
また、第2の電源は、20Vから80V程度の電圧を印加するものとしている。
Further, as shown in FIG. 4, the electron intrusion suppressing means 13A supplies a first power source for causing an electric current I to flow through the cylindrical member CM and a voltage for causing the cylindrical member CM and the rod-shaped member SM to function as a pair of electrodes. and a second power supply for applying.
For example, the first power supply is configured to supply a current I of 30A to 300A to the cylindrical member CM at a voltage of about 0.5V to 1.0V.
Also, the second power supply applies a voltage of about 20V to 80V.

図4で示す構成では、第1の電源が、円筒部材CMの一方側(例えば、図4の上側)から他方側(例えば、図4の下側)に向けて電流Iを流すように設けられ、第2の電源が円筒部材CMを陰極(-極)とし、棒状部材SMを陽極(+極)とするように、円筒部材CMと棒状部材SMの間に電圧を印加するように設けられている。 In the configuration shown in FIG. 4, the first power source is provided so as to flow a current I from one side (eg, the upper side of FIG. 4) to the other side (eg, the lower side of FIG. 4) of the cylindrical member CM. , a second power supply is provided to apply a voltage between the cylindrical member CM and the rod-shaped member SM such that the cylindrical member CM is a cathode (negative electrode) and the rod-shaped member SM is an anode (+ electrode). there is

図4の右側の図は、左側の図を上側から見た模式図になっており、上述のようにすると、まず、円筒部材CMの一方側(例えば、図4の上側)から他方側(例えば、図4の下側)に向けて流れる電流Iによって、図4の右側に点線で示すように、円筒部材CMの内部空間に反時計回りの磁界が形成される。 The diagram on the right side of FIG. 4 is a schematic diagram of the diagram on the left side viewed from above. , bottom of FIG. 4), a counterclockwise magnetic field is formed in the internal space of the cylindrical member CM, as indicated by the dotted line on the right side of FIG.

なお、物理のテキスト等においては、円筒部材CMの一方側から他方側に電流Iを流しても、円筒部材CMの内部空間には磁界が形成されないという説明になっているが、例えば、気体状態の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)の流れを阻害しない程度に内径の大きな円筒部材CM(例えば、内径が3.0cm以上)の場合、棒状部材SMが位置するような中心には磁界が形成されないものの、それ以外のところでは磁界が形成されていることをガウスメーターで確認している。
ただし、中心ほど磁界が弱くなる傾向はある。
In physics textbooks, etc., it is explained that even if a current I is passed from one side of the cylindrical member CM to the other side, no magnetic field is formed in the internal space of the cylindrical member CM. In the case of a cylindrical member CM having a large inner diameter (for example, an inner diameter of 3.0 cm or more) that does not hinder the flow of the raw material (in this example, anhydrous magnesium chloride), a magnetic field is generated at the center where the rod-shaped member SM is located. A gauss meter confirms that a magnetic field is formed elsewhere, although it is not formed.
However, there is a tendency for the magnetic field to become weaker toward the center.

また、プラズマ中(本例では、マイクロ波表面波プラズマ中)は電流Iが流れる状態にあるため、図4の右側の図に示すように、棒状部材SMから円筒部材CMに向かって放射状に電流Iが流れる状態となる。
例えば、本実施形態では、1.0A程度の電流Iが流れるようになっている。
In addition, since the current I flows in plasma (in this example, microwave surface wave plasma), as shown in the right side of FIG. I flows.
For example, in this embodiment, a current I of approximately 1.0 A flows.

そして、棒状部材SMから円筒部材CMに向かって放射状に流れる電流Iと反時計回りの磁界との接点においては、その接点で磁界に対して接線を引いて反時計回り方向に向きを取った磁界が発生していることになる。 At the point of contact between the current I radially flowing from the bar member SM toward the cylindrical member CM and the counterclockwise magnetic field, a magnetic field oriented in the counterclockwise direction by drawing a tangential line to the magnetic field at the point of contact is occurring.

このため、図4に示す構成の場合、正の電荷を有するもの(本例では、プラズマ中の水素イオンのような陽イオン)には上側に向かう力(ローレンツ力)が働き、負の電荷を有するもの(例えば、陰イオンや電子)には下側に向かう力(ローレンツ力)が働くことになる。 Therefore, in the case of the configuration shown in FIG. 4, an upward force (Lorentz force) acts on positively charged ions (positive ions such as hydrogen ions in the plasma in this example), and negatively charged. A downward force (Lorentz force) acts on the object (for example, anions and electrons).

なお、円筒部材CM中を流れる電流Iの向きが逆になるように第1の電源を設ければ、時計回りの磁界が形成されるため、ローレンツ力の関係は逆転、つまり、正の電荷を有するもの(例えば、陽イオン)には下側に向かう力(ローレンツ力)が働き、負の電荷を有するもの(例えば、陰イオンや電子)には上側に向かう力(ローレンツ力)が働くことになる。 If the first power supply is provided so that the direction of the current I flowing through the cylindrical member CM is reversed, a clockwise magnetic field is formed, so the relationship of the Lorentz force is reversed, that is, a positive charge is generated. A downward force (Lorentz force) acts on those with negative charges (e.g., cations), and an upward force (Lorentz force) acts on those with negative charges (e.g., anions and electrons). Become.

同様に、円筒部材CMを陽極(+極)とし、棒状部材SMを陰極(-極)とするように第2の電源を設ければ、棒状部材SMと円筒部材CMの間を流れる電流Iの向きが逆転するため、ローレンツ力の関係は逆転、つまり、正の電荷を有するもの(例えば、陽イオン)には下側に向かう力(ローレンツ力)が働き、負の電荷を有するもの(例えば、陰イオンや電子)には上側に向かう力(ローレンツ力)が働くことになる。 Similarly, if a second power source is provided so that the cylindrical member CM is used as an anode (+ pole) and the rod-shaped member SM is used as a cathode (- electrode), the current I flowing between the rod-shaped member SM and the cylindrical member CM is Since the direction is reversed, the Lorentz force relationship is reversed, that is, a downward force (Lorentz force) acts on positively charged objects (e.g., cations), and negatively charged objects (e.g., Anions and electrons) are subject to an upward force (Lorentz force).

したがって、円筒部材CMに対してどちら側に正の電荷を有するもの(例えば、陽イオン)に働く力(ローレンツ力)を発生させ、負の電荷を有するもの(例えば、陰イオンや電子)に働く力(ローレンツ力)を発生させるかは、第1の電源又は第2の電源の設け方によって選択される。 Therefore, on either side of the cylindrical member CM, a force (Lorentz force) acting on positively charged substances (eg, cations) is generated, and it acts on negatively charged substances (eg, anions and electrons). Whether to generate a force (Lorentz force) is selected depending on how the first power source or the second power source is provided.

そして、図2に示す電子侵入抑制手段13Aは、反応室2側に向かって負の電荷を有するもの(例えば、陰イオンや電子)に働く力(ローレンツ力)を発生させるようにしている。 The electron penetration suppressing means 13A shown in FIG. 2 generates a force (Lorentz force) that acts on negatively charged substances (eg, anions and electrons) toward the reaction chamber 2 side.

このように、本実施形態では、電子侵入抑制手段13Aが、反応室2の気体状態の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)を受け入れる受入口12に設けられた導電性の円筒部材CMと、円筒部材CMに一方側(一端側)から他方側(他端側)に向けて電流を流す第1の電源と、円筒部材CMの中央に円筒部材CMと離間して配置された導電性の電極部(図4の棒状部材SM)と、円筒部材CMと電極部の間に電圧を印加する第2の電源と、を備え、電子侵入抑制手段13Aが、プラズマ中の電子が受入口12から原料貯蔵部51に向かうのを抑制するローレンツ力を形成するようになっている。 As described above, in this embodiment, the electron penetration suppressing means 13A includes a conductive cylindrical member CM provided in the receiving port 12 for receiving the gaseous raw material (in this example, anhydrous magnesium chloride) in the reaction chamber 2, A first power supply that applies current to the cylindrical member CM from one side (one end side) to the other side (the other end side), and a conductive electrode that is arranged in the center of the cylindrical member CM and separated from the cylindrical member CM. (bar-shaped member SM in FIG. 4), and a second power source for applying a voltage between the cylindrical member CM and the electrode portion, and the electron penetration suppressing means 13A prevents electrons in the plasma from A Lorentz force is formed which restrains the movement toward the reservoir 51 .

したがって、第1実施形態と同様に、電子の原料貯蔵部51内への侵入が抑制されるので、原料貯蔵部51内の原料(本例では、無水塩化マグネシウム)がチャージされず、静電反発が起きない結果、原料貯蔵部51内の粉体状の原料が反応室2内に噴出することを抑制できる。 Therefore, as in the first embodiment, the entry of electrons into the raw material storage unit 51 is suppressed, so that the raw material (in this example, anhydrous magnesium chloride) in the raw material storage unit 51 is not charged, and electrostatic repulsion occurs. As a result, the powdery raw material in the raw material storage unit 51 can be prevented from being spouted into the reaction chamber 2 .

この結果、第1実施形態と同様に、気体状態になった原料(本例では、無水塩化マグネシウム)だけが反応室2内に供給されることになり、原料の供給量の制御性を高めることが可能である。 As a result, as in the first embodiment, only the gaseous raw material (in this example, anhydrous magnesium chloride) is supplied into the reaction chamber 2, thereby enhancing the controllability of the raw material supply amount. is possible.

以上、具体的な実施形態に基づいて、本発明について説明してきたが、本発明は、上記の具体的な実施形態に限定されるものではない。
例えば、第2実施形態において、図3を参照した構成をそのまま反応室2内の受入口12の近くに設けるようにした電子侵入抑制手段13Aとしてもよい。
Although the present invention has been described above based on specific embodiments, the present invention is not limited to the above specific embodiments.
For example, in the second embodiment, the structure shown in FIG. 3 may be used as the electron penetration suppressing means 13A provided near the inlet 12 in the reaction chamber 2 as it is.

このように、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。 As described above, the present invention is not limited to the embodiments, and suitable modifications and improvements are also included in the technical scope of the present invention. is clear from the description of the range of

1 プラズマ装置
2 反応室
10 筐体
11 仕切部
11A 開口部
12 受入口
13、13A 電子侵入抑制手段
20 マイクロ波発生手段
21 導波管
30 減圧手段
31 第1排気管
31A 第1排気バルブ
32 第1真空ポンプ
32A 第1圧力計
33 第2排気管
33A 第2排気バルブ
34 第2真空ポンプ
34A 第2圧力計
41 第1供給管
41A 第1供給バルブ
42 第2供給管
42A 第2供給バルブ
50 原料供給手段
51 原料貯蔵部
52 原料供給管
53 第1加熱部
53A 第1電源
54 第1温度計
60 加熱手段
61 第2加熱部
61A 第2電源
62 第2温度計
70 リフレクタ
71 冷却管
72 挿入管
80 付着手段
81 表面
90 大気開放管
91 リークバルブ
CM 円筒部材
F 第1空間
IN 供給口
MFC1 第1供給量制御手段
MFC2 第2供給量制御手段
MG 磁石
OUT 排出口
S 第2空間
SM 棒状部材
W 窓
1 plasma device 2 reaction chamber 10 housing 11 partition 11A opening 12 reception ports 13, 13A electron penetration suppressing means 20 microwave generating means 21 waveguide 30 decompression means 31 first exhaust pipe 31A first exhaust valve 32 first Vacuum pump 32A First pressure gauge 33 Second exhaust pipe 33A Second exhaust valve 34 Second vacuum pump 34A Second pressure gauge 41 First supply pipe 41A First supply valve 42 Second supply pipe 42A Second supply valve 50 Material supply Means 51 Raw material storage unit 52 Raw material supply pipe 53 First heating unit 53A First power supply 54 First thermometer 60 Heating means 61 Second heating unit 61A Second power supply 62 Second thermometer 70 Reflector 71 Cooling pipe 72 Insertion pipe 80 Attachment Means 81 Surface 90 Atmospheric release pipe 91 Leak valve CM Cylindrical member F First space IN Supply port MFC1 First supply amount control means MFC2 Second supply amount control means MG Magnet OUT Discharge port S Second space SM Bar member W Window

Claims (1)

気体状態の原料をプラズマで処理することができるプラズマ装置であって、
気体状態の前記原料を前記プラズマで処理する反応室と、
気化させて前記反応室に供給する前記原料を貯蔵する原料貯蔵部と、
前記反応室から前記原料貯蔵部に侵入するプラズマ中の電子を抑制する電子侵入抑制手段と、を備え
前記電子侵入抑制手段は、
前記反応室の気体状態の前記原料を受け入れる受入口に設けられた導電性の円筒部材と、
前記円筒部材に一方側から他方側に向けて電流を流す第1の電源と、
前記円筒部材の中央に前記円筒部材と離間して配置された導電性の電極部と、
前記円筒部材と前記電極部の間に電圧を印加する第2の電源と、を備え、
前記電子侵入抑制手段は、前記電子が前記受入口から前記原料貯蔵部に向かうのを抑制するローレンツ力を形成することを特徴とするプラズマ装置。
A plasma apparatus capable of plasma-processing a raw material in a gaseous state,
a reaction chamber in which the raw material in a gaseous state is treated with the plasma;
a raw material storage unit for storing the raw material to be vaporized and supplied to the reaction chamber;
an electron penetration suppressing means for suppressing electrons in the plasma entering the raw material storage unit from the reaction chamber ,
The electron intrusion suppressing means is
a conductive cylindrical member provided at a receiving port for receiving the gaseous raw material in the reaction chamber;
a first power source that applies current to the cylindrical member from one side to the other side;
a conductive electrode portion disposed in the center of the cylindrical member and spaced apart from the cylindrical member;
a second power supply that applies a voltage between the cylindrical member and the electrode unit,
The plasma apparatus , wherein the electron intrusion suppression means forms a Lorentz force that suppresses the electrons from moving from the inlet to the raw material storage section .
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