JP2003253440A - 熱電子プラズマ発生装置 - Google Patents
熱電子プラズマ発生装置Info
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- JP2003253440A JP2003253440A JP2002053150A JP2002053150A JP2003253440A JP 2003253440 A JP2003253440 A JP 2003253440A JP 2002053150 A JP2002053150 A JP 2002053150A JP 2002053150 A JP2002053150 A JP 2002053150A JP 2003253440 A JP2003253440 A JP 2003253440A
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- plasma generator
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、ガンタイプの高密度プラズマの発
生装置に関し、特に熱電子を発生させて高密度プラズマ
をつくり、反応性スパッタ等による高速成膜をアシスト
する熱電子プラズマ発生装置を提供することを課題とす
る。 【解決手段】 熱電子を発生させるガンタイプのプラズ
マ発生装置であって、装置本体が、アノード側に開口部
を有する筒状体と、筒状体の外周に巻回された誘導コイ
ルと、不活性ガス導入管と、筒状体の内部に設けられた
熱電子源とから構成され、しかも熱電子源の内部には、
反応性ガスをプラズマの放出と区画して放出するための
反応性ガス導入管が設けられ、開口部と加速用電源の陽
極に接続されたアノードとの間に高密度プラズマを発生
させ、大量のイオンプラズマ流束を形成すべく構成され
ていることである。
生装置に関し、特に熱電子を発生させて高密度プラズマ
をつくり、反応性スパッタ等による高速成膜をアシスト
する熱電子プラズマ発生装置を提供することを課題とす
る。 【解決手段】 熱電子を発生させるガンタイプのプラズ
マ発生装置であって、装置本体が、アノード側に開口部
を有する筒状体と、筒状体の外周に巻回された誘導コイ
ルと、不活性ガス導入管と、筒状体の内部に設けられた
熱電子源とから構成され、しかも熱電子源の内部には、
反応性ガスをプラズマの放出と区画して放出するための
反応性ガス導入管が設けられ、開口部と加速用電源の陽
極に接続されたアノードとの間に高密度プラズマを発生
させ、大量のイオンプラズマ流束を形成すべく構成され
ていることである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガンタイプの高密
度プラズマの発生装置に関し、特に熱電子を発生させて
高密度プラズマをつくり、反応性スパッタ等による高速
成膜をアシストする熱電子プラズマ発生装置に関する。
度プラズマの発生装置に関し、特に熱電子を発生させて
高密度プラズマをつくり、反応性スパッタ等による高速
成膜をアシストする熱電子プラズマ発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、反応性薄膜を基板に成膜する場
合は、例えば、高周波イオンプレーティング蒸着装置
や、反応性スパッタ装置等が使用される。
合は、例えば、高周波イオンプレーティング蒸着装置
や、反応性スパッタ装置等が使用される。
【０００３】反応性スパッタ装置は、真空チャンバ内に
反応性ガスを導入しながらスパッタリングを行い、一種
の化学反応（ターゲットと基板間に導入された反応性ガ
スをプラズマにより励起してイオン化し、イオン化され
たガスとスパッタ粒子とを反応させる）を起こしながら
ターゲット物質の酸化膜、窒化膜等の化合物薄膜を基板
上に成膜する装置である。
反応性ガスを導入しながらスパッタリングを行い、一種
の化学反応（ターゲットと基板間に導入された反応性ガ
スをプラズマにより励起してイオン化し、イオン化され
たガスとスパッタ粒子とを反応させる）を起こしながら
ターゲット物質の酸化膜、窒化膜等の化合物薄膜を基板
上に成膜する装置である。
【０００４】また、高周波イオンプレーティング蒸着装
置は、蒸発源に収納された材料をガンタイプの電子ビー
ム発生源より電子ビームを発生させて加熱して蒸発さ
せ、蒸発源と基板との中間に配置された高周波コイルに
より発生したプラズマで蒸発物質をイオン化する。この
イオン化した材料を負の電位に印加された基板の表面に
付着して、基板への被膜を行う装置である。
置は、蒸発源に収納された材料をガンタイプの電子ビー
ム発生源より電子ビームを発生させて加熱して蒸発さ
せ、蒸発源と基板との中間に配置された高周波コイルに
より発生したプラズマで蒸発物質をイオン化する。この
イオン化した材料を負の電位に印加された基板の表面に
付着して、基板への被膜を行う装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記反
応性スパッタにおいては、ガスがターゲット表面上の原
子と反応してターゲット表面が生成化合物で被覆される
ために成膜速度が遅くなるというに問題点があり、安定
した生産を維持することはできず、上記イオンプレーテ
ィングにおいては、蒸発粒子のイオン化効率が悪く、高
速で良質な膜を成膜することができないという問題点が
あった。
応性スパッタにおいては、ガスがターゲット表面上の原
子と反応してターゲット表面が生成化合物で被覆される
ために成膜速度が遅くなるというに問題点があり、安定
した生産を維持することはできず、上記イオンプレーテ
ィングにおいては、蒸発粒子のイオン化効率が悪く、高
速で良質な膜を成膜することができないという問題点が
あった。
【０００６】また、従来のホロカソードを使用した場合
反応性ガスとして酸素を使用すると、カソード部分の酸
化による劣化がはげしく、反応性ガスは導入管を介して
熱電子アシスト装置より離れたところで導入しなければ
ならず、反応性スパッタ等による成膜の高速化には限界
があった。
反応性ガスとして酸素を使用すると、カソード部分の酸
化による劣化がはげしく、反応性ガスは導入管を介して
熱電子アシスト装置より離れたところで導入しなければ
ならず、反応性スパッタ等による成膜の高速化には限界
があった。
【０００７】そこで、本発明は、スパッタ、又は蒸着を
アシストして、基板への成膜速度を飛躍的に引き上げコ
ストの低減を図ることができるとともに、大面積のガラ
ス、プラスチック、金属等の基板に効率よく成膜するこ
とのできる熱電子プラズマ発生装置を提供することを課
題とする。
アシストして、基板への成膜速度を飛躍的に引き上げコ
ストの低減を図ることができるとともに、大面積のガラ
ス、プラスチック、金属等の基板に効率よく成膜するこ
とのできる熱電子プラズマ発生装置を提供することを課
題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、請求項１記載のように、熱電子を発生さ
せるガンタイプのプラズマ発生装置であって、装置本体
が、アノード側に開口部を有する筒状体と、該筒状体を
加熱すべく外周に巻回された誘導コイルと、筒状体の内
部に不活性ガスを導入する不活性ガス導入管と、筒状体
の内部に設けられ、前記不活性ガス導入管に接続した熱
電子源とから構成され、しかも熱電子源の内部には、反
応性ガスを上記プラズマの放出と区画して前記開口部側
より放出するための反応性ガス導入管が設けられ、前記
開口部と加速用電源の陽極に接続されたアノードとの間
に高密度プラズマを発生させ、大量のイオンプラズマ流
束を形成すべく構成されていることを特徴とする。
に、本発明は、請求項１記載のように、熱電子を発生さ
せるガンタイプのプラズマ発生装置であって、装置本体
が、アノード側に開口部を有する筒状体と、該筒状体を
加熱すべく外周に巻回された誘導コイルと、筒状体の内
部に不活性ガスを導入する不活性ガス導入管と、筒状体
の内部に設けられ、前記不活性ガス導入管に接続した熱
電子源とから構成され、しかも熱電子源の内部には、反
応性ガスを上記プラズマの放出と区画して前記開口部側
より放出するための反応性ガス導入管が設けられ、前記
開口部と加速用電源の陽極に接続されたアノードとの間
に高密度プラズマを発生させ、大量のイオンプラズマ流
束を形成すべく構成されていることを特徴とする。
【０００９】また、請求項２に記載のように、熱電子源
が、カーボン等の耐熱性導電材料で形成される二重構造
の内部筒体と、該内部筒体の中間に設けられ、Ｔａ等の
熱電子発生材料で筒状に形成された中間体とから構成さ
れ、しかも二重構造の内部筒体の内側には、熱電子の飛
び出しを阻止しないように間隙が設けられていることで
ある。
が、カーボン等の耐熱性導電材料で形成される二重構造
の内部筒体と、該内部筒体の中間に設けられ、Ｔａ等の
熱電子発生材料で筒状に形成された中間体とから構成さ
れ、しかも二重構造の内部筒体の内側には、熱電子の飛
び出しを阻止しないように間隙が設けられていることで
ある。
【００１０】また、請求項３に記載のように、反応性ガ
ス導入管の開口部側には、導入される反応性ガスを層流
状態として噴射するためのキャピタリーパイプが設けら
れていることである。
ス導入管の開口部側には、導入される反応性ガスを層流
状態として噴射するためのキャピタリーパイプが設けら
れていることである。
【００１１】
【作用】本発明の熱電子プラズマ発生装置は、高電力
（例えば２０ＫＷ）により誘導のコイルにより筒状体内
部の熱電子源を高温度（約２０００°Ｃ）に加熱し、Ｔ
ａ等の熱電子発生材料より熱電子を放出するとともに、
不活性ガス導入管よりＡｒ等の不活性ガスを導入しする
ことで、熱電子と不活性ガスのガス分子とを衝突させて
イオン化し、加速用電源の陽極に接続したアノード板と
の間に高密度プラズマを発生させ大量のイオンプラズマ
流束を形成する。尚、熱電子源を、カーボン等の耐熱性
導電材料で形成される二重構造の内部筒体と、該内部筒
体の中間に設けられ、Ｔａ等の熱電子発生材料で筒状に
形成された中間体とから構成し、二重構造の内部筒体の
内側に熱電子の飛び出しを阻止しないように間隙を設け
ることで連続した熱電子を放出することができる。
（例えば２０ＫＷ）により誘導のコイルにより筒状体内
部の熱電子源を高温度（約２０００°Ｃ）に加熱し、Ｔ
ａ等の熱電子発生材料より熱電子を放出するとともに、
不活性ガス導入管よりＡｒ等の不活性ガスを導入しする
ことで、熱電子と不活性ガスのガス分子とを衝突させて
イオン化し、加速用電源の陽極に接続したアノード板と
の間に高密度プラズマを発生させ大量のイオンプラズマ
流束を形成する。尚、熱電子源を、カーボン等の耐熱性
導電材料で形成される二重構造の内部筒体と、該内部筒
体の中間に設けられ、Ｔａ等の熱電子発生材料で筒状に
形成された中間体とから構成し、二重構造の内部筒体の
内側に熱電子の飛び出しを阻止しないように間隙を設け
ることで連続した熱電子を放出することができる。
【００１２】この際、反応性ガス導入管より反応性ガス
をプラズマの放出と区画して前記開口部側より放出する
ことにより、例えば、スパッタ装置、又は蒸着装置と併
用し、イオン化されたガスとスパッタ粒子とを反応させ
前記プラズマ中のイオン、分子を基板へ高速度で連続入
射することで高速の蒸着を行うことを可能とする。
をプラズマの放出と区画して前記開口部側より放出する
ことにより、例えば、スパッタ装置、又は蒸着装置と併
用し、イオン化されたガスとスパッタ粒子とを反応させ
前記プラズマ中のイオン、分子を基板へ高速度で連続入
射することで高速の蒸着を行うことを可能とする。
【００１３】また、反応性ガス導入管の開口部側にキャ
ピタリーパイプを設けることで、導入される反応性ガス
を層流状態として噴射することができる。
ピタリーパイプを設けることで、導入される反応性ガス
を層流状態として噴射することができる。
【００１４】従って、大面積の基板に緻密で平滑な膜を
得ることができることとなる。
得ることができることとなる。
【００１５】
【実施例】本発明における熱電子プラズマ発生装置の一
実施例を以下の図面に沿って説明する。図１は、本発明
の熱電子プラズマ発生装置の一実施例を示す概略説明断
面図であり、図２は、本発明の熱電子プラズマ発生装置
の装置本体部分を示す概略説明断面図であり、図３熱電
子プラズマ発生装置の使用状態を示し、（イ）は蒸着装
置との併用を示し、（ロ）はスパッタ装置との併用を示
す概略説明断面図である。
実施例を以下の図面に沿って説明する。図１は、本発明
の熱電子プラズマ発生装置の一実施例を示す概略説明断
面図であり、図２は、本発明の熱電子プラズマ発生装置
の装置本体部分を示す概略説明断面図であり、図３熱電
子プラズマ発生装置の使用状態を示し、（イ）は蒸着装
置との併用を示し、（ロ）はスパッタ装置との併用を示
す概略説明断面図である。
【００１６】熱電子プラズマ発生装置１は、筒状の装置
本体２と、該装置本体２に対向して設けられ、且つ加速
用電源３の陽極に接続されたアノード板４とから構成さ
れている。
本体２と、該装置本体２に対向して設けられ、且つ加速
用電源３の陽極に接続されたアノード板４とから構成さ
れている。
【００１７】前記装置本体２は、アノード板４側に開口
部５ａを有し、耐熱性セラミックで構成された筒状体５
と、該筒状体５の後方より内部にＡｒ等の不活性ガスを
導入し、ＢＮ等で構成された不活性ガス導入管６と、該
筒状体５の外周に巻回された誘導コイル７と、筒状体５
内部に設けられ、誘導コイル７により加熱され、前記不
活性ガス導入管６に接続した熱電子源８とからなり、し
かも熱電子源８の内部には、反応性ガスを上記プラズマ
の放出と区画して前記開口部５ａより放出するための反
応性ガス導入管９が設けられた構成である。
部５ａを有し、耐熱性セラミックで構成された筒状体５
と、該筒状体５の後方より内部にＡｒ等の不活性ガスを
導入し、ＢＮ等で構成された不活性ガス導入管６と、該
筒状体５の外周に巻回された誘導コイル７と、筒状体５
内部に設けられ、誘導コイル７により加熱され、前記不
活性ガス導入管６に接続した熱電子源８とからなり、し
かも熱電子源８の内部には、反応性ガスを上記プラズマ
の放出と区画して前記開口部５ａより放出するための反
応性ガス導入管９が設けられた構成である。
【００１８】前記熱電子源８は、カーボン等の耐熱性導
電材料で構成された二重構造の筒体１０（内側筒体１０
ａ、外側筒体１０ｂ）と、その中間に設けられ、Ｔａ
（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステ
ン）、Ｎｂ（ニオブ）等の熱電子発生材料で筒状に形成
された中間体１１とから構成され、しかも二重構造の筒
体１０の内側（内側筒体１０ａの内側）には、中間体１
１よりの熱電子の飛び出しを阻止しないように間隙１２
…が複数設けられている。
電材料で構成された二重構造の筒体１０（内側筒体１０
ａ、外側筒体１０ｂ）と、その中間に設けられ、Ｔａ
（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステ
ン）、Ｎｂ（ニオブ）等の熱電子発生材料で筒状に形成
された中間体１１とから構成され、しかも二重構造の筒
体１０の内側（内側筒体１０ａの内側）には、中間体１
１よりの熱電子の飛び出しを阻止しないように間隙１２
…が複数設けられている。
【００１９】前記反応性ガス導入管９は、筒状体５の前
方より筒状体５内の熱電子源８内に導入された導入部９
ａと、一方が開口し、熱電子源８内に浮遊して設けられ
た筒状先端部９ｂとから構成され、該筒状先端部９ｂに
は、導入される反応性ガスを層流状態として噴射するた
めのキャピタリーパイプ９ｃ…が複数設けられている。
方より筒状体５内の熱電子源８内に導入された導入部９
ａと、一方が開口し、熱電子源８内に浮遊して設けられ
た筒状先端部９ｂとから構成され、該筒状先端部９ｂに
は、導入される反応性ガスを層流状態として噴射するた
めのキャピタリーパイプ９ｃ…が複数設けられている。
【００２０】本発明の熱電子プラズマ発生器１は以上の
ように構成され、次に上記装置を使用する場合について
説明する。
ように構成され、次に上記装置を使用する場合について
説明する。
【００２１】本装置１は、蒸着装置、又はスパッタ装置
より発生した蒸発粒子をイオン化し、反応性薄膜を高速
で成膜するように使用する。
より発生した蒸発粒子をイオン化し、反応性薄膜を高速
で成膜するように使用する。
【００２２】先ず、加速用電源３に、例えば２０ＫＷを
印加し、誘導コイル７により熱電子源８を約２０００°
Ｃに加熱するとともに、不活性ガス導入管６よりＡｒ等
の不活性ガスを導入する。これにより、中間体１１より
熱電子を放出し、導入管されたＡｒ等の不活性ガスの分
子と衝突することでイオン化し、加速用電源３の陽極に
接続したアノード板４と開口部５ａとの間に高密度プラ
ズマ３０を発生させ、大量のイオンプラズマ流束を形成
する。
印加し、誘導コイル７により熱電子源８を約２０００°
Ｃに加熱するとともに、不活性ガス導入管６よりＡｒ等
の不活性ガスを導入する。これにより、中間体１１より
熱電子を放出し、導入管されたＡｒ等の不活性ガスの分
子と衝突することでイオン化し、加速用電源３の陽極に
接続したアノード板４と開口部５ａとの間に高密度プラ
ズマ３０を発生させ、大量のイオンプラズマ流束を形成
する。
【００２３】この際、反応性ガス導入管９の筒状先端部
９ｂより酸化物の場合はＡｒ＋Ｏ2、窒化物の場合はＡ
ｒ＋Ｎ2 等をプラズマとは区画して前記開口部５ａ側よ
り放出することにより、前記高密度プラズマは、反応性
プラズマとなり、蒸発装置又はスパッタ装置より発生し
た蒸発粒子はイオン化され、反応性薄膜が基板４０へ高
速で成膜されることとなる。
９ｂより酸化物の場合はＡｒ＋Ｏ2、窒化物の場合はＡ
ｒ＋Ｎ2 等をプラズマとは区画して前記開口部５ａ側よ
り放出することにより、前記高密度プラズマは、反応性
プラズマとなり、蒸発装置又はスパッタ装置より発生し
た蒸発粒子はイオン化され、反応性薄膜が基板４０へ高
速で成膜されることとなる。
【００２４】このように、イオン、分子の高速での連続
入射により、平滑で緻密な膜を大型の基板４０、例え
ば、大面積のガラス、プラスチック、金属等の基板４０
に効率よく成膜することのできる。
入射により、平滑で緻密な膜を大型の基板４０、例え
ば、大面積のガラス、プラスチック、金属等の基板４０
に効率よく成膜することのできる。
【００２５】
【発明の効果】本発明の熱電子プラズマ発生装置は、従
来のスパッタのみで反応性セラミック膜を成膜する場合
に比し成膜速度を数倍に高めることができ、このため生
産効率を格段に上げ実用的であるという顕著な効果を得
るに至った。
来のスパッタのみで反応性セラミック膜を成膜する場合
に比し成膜速度を数倍に高めることができ、このため生
産効率を格段に上げ実用的であるという顕著な効果を得
るに至った。
【００２６】また、大面積の基板に対して均一な膜厚及
び膜質を高速で成膜することができるという利点があ
る。
び膜質を高速で成膜することができるという利点があ
る。
【図１】は、本発明の熱電子プラズマ発生装置の一実施
例を示す概略説明断面図である。
例を示す概略説明断面図である。
【図２】は、本発明の熱電子プラズマ発生装置の装置本
体を示す概略説明断面図である。
体を示す概略説明断面図である。
【図３】は、熱電子プラズマ発生装置の使用状態を示
し、（イ）は蒸着装置との併用を示し、（ロ）はスパッ
タ装置との併用を示す概略説明断面図である。
し、（イ）は蒸着装置との併用を示し、（ロ）はスパッ
タ装置との併用を示す概略説明断面図である。
【符号の説明】
１…熱電子プラズマ発生装置
２…装置本体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BA01 BA08 BC02 BD12
CA13 CA51 CA63 DA02 EA06
EB21 EB43 EB44 EC02 EC21
FB02 FB03 FB04 FC06 FC11
4K029 CA08 CA09 DE02
5F045 AA18 AA19 AB32 AB33 EH11
EH18 EH20
Claims (3)
- 【請求項１】 熱電子を発生させるガンタイプのプラズ
マ発生装置であって、装置本体が、アノード側に開口部
を有する筒状体と、該筒状体を加熱すべく外周に巻回さ
れた誘導コイルと、筒状体の内部に不活性ガスを導入す
る不活性ガス導入管と、筒状体の内部に設けられ、前記
不活性ガス導入管に接続した熱電子源とから構成され、
しかも熱電子源の内部には、反応性ガスを上記プラズマ
の放出と区画して前記開口部側より放出するための反応
性ガス導入管が設けられ、前記開口部と加速用電源の陽
極に接続されたアノードとの間に高密度プラズマを発生
させ、大量のイオンプラズマ流束を形成すべく構成され
ていることを特徴とする熱電子プラズマ発生装置。 - 【請求項２】 前記熱電子源が、カーボン等の耐熱性導
電材料で形成される二重構造の内部筒体と、該内部筒体
の中間に設けられ、Ｔａ等の熱電子発生材料で筒状に形
成された中間体とから構成され、しかも二重構造の内部
筒体の内側には、熱電子の飛び出しを阻止しないように
間隙が設けられている請求項１記載の熱電子プラズマ発
生装置。 - 【請求項３】 反応性ガス導入管の開口部側には、導入
される反応性ガスを層流状態として噴射するためのキャ
ピタリーパイプが設けられている請求項１又は２に記載
の熱電子プラズマ発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053150A JP2003253440A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 熱電子プラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053150A JP2003253440A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 熱電子プラズマ発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003253440A true JP2003253440A (ja) | 2003-09-10 |
Family
ID=28664651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002053150A Pending JP2003253440A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 熱電子プラズマ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003253440A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ306804B6 (cs) * | 2016-07-25 | 2017-07-12 | Ăšstav analytickĂ© chemie AV ÄŚR, v. v. i. | Atomizátor těkavých specií na bázi vnějšího dielektrického bariérového výboje s kapilárními elektrodami |
-
2002
- 2002-02-28 JP JP2002053150A patent/JP2003253440A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ306804B6 (cs) * | 2016-07-25 | 2017-07-12 | Ăšstav analytickĂ© chemie AV ÄŚR, v. v. i. | Atomizátor těkavých specií na bázi vnějšího dielektrického bariérového výboje s kapilárními elektrodami |
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