MEMS技術を用いた紫外光発生対応面生成高気圧プラズマ源の開発

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環境負荷の小さなエキシマを利用した高出力かつ高効率な高性能紫外線面光源の実現を目指し、半導体微細加工技衛の発展したマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)技術を用いて,高硬度材料による微細な突起アレイ陰極を作製し,高気圧面生成プラズマ源の開発を目的とする。本研究で用いたMEMS技術の一つである転写モールド法は,マイクロスケールの微小突起アレイを有する陰極や陽極-陰極対を様々な材料を用いて平面基板内に高集積に作製する技術である。転写モールド法を用いることで,高気圧プラズマ生成に対応した材料・構造を有するマイクロスケールの微小突起アレイ陰極を平面状に形成することができる。シリコン単結晶基板上に異方性エッチング処理を施すことで,逆ピラミッド型ホールをアレイ状に有する鋳型を作製した。次に,鋳型表面に熱酸化膜を作製することで,鋳型内部の先鋭性を向上した。作製したシリコン鋳型上に高融点・高硬度材料であるモリブデンおよびタンタルを充填し,保持基板と薄膜を陽極接合により接着した後,シリコン鋳型を溶解除去した。これにより,先鋭な突起を有するモリブデン陰極が作製できた。この陰極と対向する位置にモリブデン製メッシュ陽極を配置し,2〜10 kPaの高気圧アルゴンガス雰囲気中で高気圧プラズマの生成を行った。陽極-陰極間に2 kHz,210 V以上の電圧を印加した結果,電極間に均一にプラズマが生成された。実効値275 V以上の電圧を印加すると,異常放電が生じ,陰極上の熱酸化膜や突起先端部に破壊が生じた。210 V以上275 V以下の印加電圧において安定なプラズマ生成が可能であった。電流電圧波形から,誘電体層の電流遮蔽効果により放電が間欠的に生じる、パルス放電であることが明らかになった。