JP2010262835A - 圧力勾配型プラズマガンの電極構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマの放出効率を改善した、プラズマ成膜装置用の高効率な圧力勾配型プラズマガンを提供すること。
【解決手段】 圧力勾配型プラズマガン１００が、主電極１２と、プラズマ生成用ガスを噴射するガス供給部１１と、少なくとも前記主電極及び前記ガス供給部を保護する電極保護部１３，１６と、主電極支持部１５と、プラズマ放出口１６ａと、を備え、前記プラズマ放出口と対面状態で前記主電極が前記主電極支持部により前記電極保護部の内部に配設され、少なくとも前記プラズマ放出口に対向する前記主電極の所定の領域に、貫通孔が形成されていないことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧力勾配型プラズマガンの電極構造に関し、特に、プラズマの放出効率を改善するための圧力勾配型プラズマガンの電極構造に関する。

プラズマ成膜装置のプラズマガンの１つである圧力勾配型プラズマガンは、主電極と補助電極とからなる電極構造を採用することにより、低電圧かつ大電流の高効率放電を目的とするものである。圧力勾配型プラズマガンを備えるプラズマ成膜装置では、カソード領域内の圧力を成膜室内の圧力よりも高くするようカソード領域内と成膜室内との間に圧力勾配を形成させることにより、主電極及び補助電極等へのプラズマの直撃が緩和されるので、プラズマによる主電極及び補助電極等の損傷が防止される。このように、圧力勾配型プラズマガンを備えるプラズマ成膜装置によれば、主電極及び補助電極等の損傷が防止されるので、所望の成膜品質を長期間に渡り安定して確保することができる。

図６（ａ）は、従来の圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図６（ｂ）は従来の圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図であり、図６（ｃ）は従来の圧力勾配型プラズマガンからのプラズマの放出効率を説明するための解説図である。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、圧力勾配型プラズマガン１０１の蓋部材１０１ａには、蓋部材１０１ａの中心部を気密的に貫通して、後述するカソードパイプ１０１ｅの中心軸に沿って延びるように、タンタルで構成された円筒状の補助電極１０１ｂが配設されている。補助電極１０１ｂの基端部は、アルゴンガスタンク（図示せず）と適宜な配管により接続されており、補助電極１０１ｂの先端からＡｒガスが噴射される。又、補助電極１０１ｂの先端近傍の外周面には、６ホウ化ランタンで構成された円環状の主電極１０１ｃが設けられている。主電極１０１ｃの中央には開口１０１ｄが形成されており、開口１０１ｄをその先端が貫通するように、補助電極１０１ｂが設けられている。補助電極１０１ｂの先端は、主電極１０１ｃの第２主面（左面）から凸状に突出している。圧力勾配型プラズマガン１０１では、補助電極１０１ｂ及び主電極１０１ｃと、後述するカソードパイプ１０１ｅとにより、電極１０１ｆが構成されている。尚、電極１０１ｆは、蓋部材１０１ａ及び適宜な配線を介して、直流電源（図示せず）の負極と電気的に接続されている。

一方、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、蓋部材１０１ａの第２主面（左面）には、蓋部材１０１ａの中心軸と同軸状に、蓋部材１０１ａの厚み方向に延びるよう、補助電極１０１ｂよりも直径の大きい、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）で構成された円筒状のカソードパイプ１０１ｅが、蓋部材１０１ａに気密的に配設されている。カソードパイプ１０１ｅの先端には、タングステンで構成された円環状の窓部材１０１ｇが設けられている。窓部材１０１ｇとカソードパイプ１０１ｅとにより、主電極１０１ｃ及び補助電極１０１ｂが保護される。又、窓部材１０１ｇは中央に開口１０１ｈを備え、開口１０１ｈは、窓部材１０１ｇの補助電極１０１ｂの先端に対応する位置に、補助電極１０１ｂの直径よりも大きく形成されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる圧力勾配型プラズマガン１０１では、図６（ｃ）に示すように、窓部材１０１ｇの開口１０１ｈを通過して、プラズマ１０１ｉが放出される。この際、主電極１０１ｃの環状領域Ｒａ−Ｒｂからは熱電子が放出されるが、開口１０１ｄに相当する円盤状領域Ｒｂからは熱電子は放出されない。従って、従来の圧力勾配型プラズマガン１０１からは、主電極１０１ｃの環状領域Ｒａ−Ｒｂの面積に応じた効率で、プラズマ１０１ｉが放出される。

特開２００８−６６２４０号公報

しかしながら、上記従来の圧力勾配型プラズマガンの構成では、その先端が主電極の中央を貫通するように補助電極を設け、補助電極の先端が主電極の主面の中央から凸状に突出する構成を実現するために、主電極の中央に開口を形成する必要がある。つまり、従来の圧力勾配型プラズマガンでは、窓部材の開口の正面に主電極が存在しない。そのため、従来の圧力勾配型プラズマガンの構成は、主電極の中央から熱電子が放出されないため、圧力勾配型プラズマガンのプラズマの放出効率を悪化させている。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、主電極の構造を孔有り構造に代えて孔無し構造として放電効率を改善することにより、プラズマの放出効率を改善した、高効率な圧力勾配型プラズマガンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る圧力勾配型プラズマガンは、電力が供給されてアノードとの間で主放電を行う主電極と、前記主電極の主面上にプラズマ生成用ガスを供給するためのガス供給部と、少なくとも前記主電極及び前記ガス供給部を包囲して少なくとも該主電極及び該ガス供給部を保護する電極保護部と、前記電極保護部の内部で該電極保護部と非接触状態で前記主電極を支持するための主電極支持部と、前記主電極支持部が前記非接触状態で支持する前記主電極と前記電極保護部との間で前記プラズマ生成用ガスを通流させるガス流路と、前記ガス流路を通過して前記主電極の前記主面上に供給された前記プラズマ生成用ガスが用いられて生成されたプラズマを放出するための、前記電極保護部に形成されたプラズマ放出口と、を備え、前記プラズマ放出口と対面状態で前記主電極が前記主電極支持部により前記非接触状態で前記電極保護部の内部に配設され、少なくとも前記プラズマ放出口に対向する前記主電極の所定の領域に、貫通孔が形成されていないことを特徴とする。

かかる構成とすると、主電極の構造を孔有り構造に代えて孔無し構造とするので、放電効率を改善することができる。これにより、プラズマの放出効率を改善した、高効率な圧力勾配型プラズマガンを提供することが可能になる。

この場合、前記主電極支持部が前記電極保護部に螺合されかつ該電極保護部を貫通する螺合部材を更に備え、該螺合部材の先端が、前記主電極に圧接して、前記主電極が前記非接触状態で前記電極保護部の内部に配設されている。

かかる構成とすると、従来から用いられているボルト等の螺合部材により、主電極を非接触状態で電極保護部の内部に配設することができる。これにより、主電極に貫通孔を形成しない状態で、ガス供給部から噴射されたプラズマ生成用ガスを主電極の主面上に供給することが可能になる。

この場合、前記ガス供給部から噴射された前記プラズマ生成用ガスを前記主電極の外周面上に誘導する誘導部材を更に備え、該誘導部材の先端が、前記主電極と前記プラズマ放出口との間にまで延出している。

かかる構成とすると、ガス供給部から噴射されたプラズマ生成用ガスを、主電極の主面上に効率良く供給することが可能になる。又、誘導部材の先端を、主電極とプラズマ放出口との間にまで延出させることにより、誘導部材に従来の補助電極と同様の機能をもたらすことが可能になる。

この場合、前記誘導部材の先端が、突起を備えている。

かかる構成とすると、誘導部材の先端が突起を備えているので、アノードと誘導部材の先端の突起との間の補助放電を確実に行うことが可能になる。

又、上記の場合、前記主電極支持部が前記電極保護部に嵌入されかつ貫通孔が環状に形成された支持部材を更に備え、該支持部材の前記環状に形成された貫通孔の内方に前記主電極が着設されて、前記主電極が前記非接触状態で前記電極保護部の内部に配設されている。

かかる構成とすると、円盤状の支持部材を用いるという簡易な構成により、主電極を非接触状態で電極保護部の内部に配設することができる。これにより、主電極に貫通孔を形成しない状態で、ガス供給部から噴射されたプラズマ生成用ガスを主電極の主面上に供給することが可能になる。

この場合、前記ガス供給部から噴射された前記プラズマ生成用ガスを前記貫通孔に誘導する誘導部材と、前記主電極を前記支持部材の内方に着設するための主電極ホルダとを更に備え、該主電極ホルダの先端が、前記主電極と前記プラズマ放出口との間にまで延出している。

かかる構成としても、ガス供給部から噴射されたプラズマ生成用ガスを、主電極の主面上に効率良く供給することが可能になる。又、主電極ホルダの先端を、主電極とプラズマ放出口との間にまで延出させることにより、主電極ホルダに従来の補助電極と同様の機能をもたらすことが可能になる。

この場合、前記主電極ホルダの先端が、突起を備えている。

かかる構成とすると、主電極ホルダの先端が突起を備えているので、アノードと主電極ホルダの先端の突起との間の補助放電を確実に行うことが可能になる。

本発明は、主電極の構造を孔有り構造に代えて孔無し構造として放電効率を改善することにより、プラズマの放出効率を改善した、高効率な圧力勾配型プラズマガンを提供することができるので、例えばプラズマ成膜装置の成膜速度を向上させることが可能になるという効果を奏する。

図１（ａ）は、本発明の実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図１（ｂ）は本発明の実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図であり、図１（ｃ）は本発明の実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンからのプラズマの放出効率を説明するための解説図である。 図２（ａ）は、本発明の実施例２に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図２（ｂ）は本発明の実施例２に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図である。 図３（ａ）は、本発明の実施例３に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図３（ｂ）は本発明の実施例３に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図である。 図４（ａ）は、本発明の実施例４に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図４（ｂ）は本発明の実施例４に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図である。 図５（ａ）は、本発明の実施例５に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図５（ｂ）は本発明の実施例５に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図である。 図６（ａ）は、従来の圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図６（ｂ）は従来の圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図であり、図６（ｃ）は従来の圧力勾配型プラズマガンからのプラズマの放出効率を説明するための解説図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明を実施するための形態は、以下に示す技術的思想に基づき具現化される。

即ち、本発明において、圧力勾配型プラズマガンは、電力が供給されてアノードとの間で主放電を行う主電極と、前記主電極の主面上にプラズマ生成用ガスを供給するためのガス供給部と、少なくとも前記主電極及び前記ガス供給部を包囲して少なくとも該主電極及び該ガス供給部を保護する電極保護部と、前記電極保護部の内部で該電極保護部と非接触状態で前記主電極を支持するための主電極支持部と、前記主電極支持部が前記非接触状態で支持する前記主電極と前記電極保護部との間で前記プラズマ生成用ガスを通流させるガス流路と、前記ガス流路を通過して前記主電極の前記主面上に供給された前記プラズマ生成用ガスが用いられて生成されたプラズマを放出するための、前記電極保護部に形成されたプラズマ放出口と、を備えている。

そして、本発明において、圧力勾配型プラズマガンでは、前記プラズマ放出口と対面状態で前記主電極が前記主電極支持部により前記非接触状態で前記電極保護部の内部に配設され、少なくとも前記プラズマ放出口に対向する前記主電極の所定の領域に、貫通孔が形成されていない。

ここで、本発明に係る圧力勾配型プラズマガンと、従来の圧力勾配型プラズマガンとの主たる相違点は、プラズマ放出口と対面状態で主電極が電極保護部の内部に配設されており、少なくともプラズマ放出口に対向する主電極の所定の領域に貫通孔が形成されていないことである。つまり、本発明に係る圧力勾配型プラズマガンの主たる特徴は、プラズマを効率良く生成するために、主電極の全面を利用可能な構成が採られていることである。

そして、本発明に係る圧力勾配型プラズマガンでは、ガス供給部が噴射したプラズマ生成用ガスを主電極の主面上に供給するために、電極保護部の内部で該電極保護部と非接触状態で主電極を支持するための主電極支持部が設けられ、主電極支持部が非接触状態で支持する主電極と電極保護部との間に、プラズマ生成用ガスを通流させるガス流路を設けている。

又、本発明に係る圧力勾配型プラズマガンでは、主電極を非接触状態で電極保護部の内部に配設するために、主電極支持部が、電極保護部に螺合されかつ該電極保護部を貫通する螺合部材を更に備えている。そして、螺合部材の先端が主電極に圧接することにより、主電極を非接触状態で電極保護部の内部に配設することを可能にしている。

又、本発明に係る圧力勾配型プラズマガンは、ガス供給部が噴射したプラズマ生成用ガスを主電極の主面上に効率良く供給すると共に、補助放電が確実に行われるようにするために、ガス供給部から噴射されたプラズマ生成用ガスを主電極の外周面上に誘導する誘導部材を更に備え、誘導部材の先端が、主電極とプラズマ放出口との間にまで延出するように構成されている。そして、誘導部材の先端が、突起を備えている。

一方、ボルト等の螺合部材を用いることなく、主電極を非接触状態で電極保護部の内部に配設するためには、主電極支持部が電極保護部に嵌入されかつ貫通孔が環状に形成された支持部材を更に備え、支持部材における、環状に形成された貫通孔の内方に、主電極が着設される構成とすることもできる。尚、この構成では、ガス供給部が噴射したプラズマ生成用ガスを主電極の主面上に供給するために、主電極が、環状に形成された貫通孔を塞ぐことのないように、環状に形成された貫通孔の内方に着設される。

ここで、環状に形成された貫通孔を備える支持部材を用いる構成において、ガス供給部が噴射したプラズマ生成用ガスを主電極の主面上に効率良く供給すると共に、補助放電が確実に行われるようにするためには、ガス供給部から噴射されたプラズマ生成用ガスを貫通孔に誘導する誘導部材と、主電極を支持部材の内方に着設するための主電極ホルダとを更に備え、主電極ホルダの先端が、主電極とプラズマ放出口との間にまで延出している構成が採られる。尚、この構成においても、プラズマ成膜装置において補助放電が確実に行われるようにするためには、主電極ホルダの先端が突起を備える構成が採られる。

以下、本発明を実施するための形態を実現するためのより具体的な実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

以下、本発明の実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンの構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンの構成及び作用を説明するための模式図であって、図１（ａ）は、本発明の実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図１（ｂ）は本発明の実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図であり、図１（ｃ）は本発明の実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンからのプラズマの放出効率を説明するための解説図である。尚、図１では、実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンの主要な構成要素のみを抜粋して模式的に示しており、その他の構成要素については図示を省略している。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、圧力勾配型プラズマガン１００の蓋部材１０には、蓋部材１０の中心部を気密的に貫通して、後述するカソードパイプ１３の中心軸に沿って延びるように、例えばタンタルで構成された円筒状のガスパイプ１１が配設されている。ガスパイプ１１の基端部１１ａは、アルゴンガスタンク（図示せず）と適宜な配管により接続され、ガスパイプ１１の先端部１１ｂからＡｒガスが噴射される。又、ガスパイプ１１の先端部１１ｂの前方（図１では左側）には、例えば６ホウ化ランタンで構成された円盤状の主電極１２が設けられている。ここで、本実施例では、図１（ａ）に示すように、主電極１２の中央に開口が形成されてはいない。そして、本実施例では、主電極１２の第１主面１２ａとガスパイプ１１の先端部１１ｂとが、所定の間隔ｄ１を有するようにして、相互に隔離されている。所定の間隔ｄ１は、圧力勾配型プラズマガン１００に対して要求される性能等に応じて、適宜適切に設定される。本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン１００では、ガスパイプ１１及び主電極１２と、後述するカソードパイプ１３とにより、電極１４が構成されている。尚、電極１４は、蓋部材１０及び適宜な配線を介して、直流電源（図示せず）の負極と電気的に接続されている。

又、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、蓋部材１０の第２主面１０ｂには、蓋部材１０の中心軸と同軸状に、蓋部材１０の厚み方向に延びるよう、主電極１２の外径よりもその内径が大きい、例えばモリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）で構成された円筒状のカソードパイプ１３が、蓋部材１０に気密的に配設されている。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施例では、主電極１２の外周とカソードパイプ１３の内周とが所定の間隔ｄ２を有するようにして、相互に隔離されている。間隔ｄ２は、円盤状の主電極１２の外周と円筒状のカソードパイプ１３の内周との間の全周に渡り均一に設定する必要はなく、所定の間隔ｄ１の場合と同様にして、圧力勾配型プラズマガン１００に対して要求される性能等に応じて、適宜適切に設定される。かかる構成により、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスは、間隔ｄ２の部分を通過して、主電極１２の前方（図１では左側）に導入される。つまり、圧力勾配型プラズマガン１００では、放電用のＡｒガスが主電極１２の周囲を通過して主電極１２の前方に導入される構成が採られている。

本実施例において、主電極１２は、カソードパイプ１３の適所を貫通する複数のボルト１５（ここでは、４本のボルト１５）の先端が主電極１２の外周面の複数箇所を支持することにより、カソードパイプ１３の内部において固定されている。尚、ボルト１５の個数は、主電極１２を安定して支持すると共に、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスの流れを実質的に阻害することがないように、適宜適切に設定される。

更に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、カソードパイプ１３の先端には、例えばタングステンで構成された円環状の窓部材１６が設けられている。窓部材１６とカソードパイプ１３とにより、主電極１２及びガスパイプ１１が保護される。そして、窓部材１６は中央に開口１６ａを備え、開口１６ａは、窓部材１６におけるガスパイプ１１の先端部１１ｂに対応する位置に、ガスパイプ１１の直径よりも大きく形成されている。

かかる圧力勾配型プラズマガン１００を備えるプラズマ成膜装置では、従来のプラズマ成膜装置の補助電極（図６の符号１０１ｂ参照）に代えて、例えばカソードパイプ１３及び窓部材１６の少なくとも何れかが補助電極として用いられることにより、補助放電が開始される。この補助放電により、圧力勾配型プラズマガン１００の主電極１２が加熱される。次いで、主電極１２が加熱されると、主電極１２を用いる主放電が開始される。そして、図１（ｃ）に示すように、圧力勾配型プラズマガン１００に対してＡｒガスが供給されると、窓部材１６の開口１６ａを通過して、プラズマ成膜装置が備える成膜室内（図示せず）に向けてプラズマ１７が放出される。この際、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン１００では、主電極１２の円盤状領域Ｒａ（図６（ｃ）参照）の全面から熱電子が放出されるので、圧力勾配型プラズマガン１００からは、主電極１２の円盤状領域Ｒａの面積に応じた高い効率で、プラズマ１７が放出される。

以上、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン１００の構成によれば、主電極１２の略全面から熱電子を効率良く放出させることができる。従って、圧力勾配型プラズマガン１００の放電効率が改善される。これにより、プラズマの放出効率が改善された、高効率な圧力勾配型プラズマガンを提供することが可能になる。

次に、圧力勾配型プラズマガン１００の構成に基づく、Ａｒガスを主電極１２の前方へ積極的に導入するための構成について、実施例２〜５として具体的に説明する。

以下、本発明の実施例２に係る圧力勾配型プラズマガンの構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は本発明の実施例２に係る圧力勾配型プラズマガンの構成を説明するための模式図であって、図２（ａ）は、本発明の実施例２に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図２（ｂ）は本発明の実施例２に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図である。尚、図２では、便宜上、実施例１に係る圧力勾配型プラズマガンの構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。

本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン２００の構成は、基本的には、実施例１に係る圧力勾配型プラズマガン１００の構成と同様である。

即ち、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、圧力勾配型プラズマガン２００の蓋部材１０には、円筒状のガスパイプ１１が配設されている。

本実施例では、ガスパイプ１１が、主電極１２の第２主面１２ｂ（主面）を超えて、窓部材１６の近傍にまで延び出るように構成されている。換言すれば、本実施例では、主電極１２の周囲にガスパイプ１１が設けられるように構成されている。具体的には、ガスパイプ１１の先端部１１ｂには、例えばタンタルで構成された円錐状の第１タンタルシート１８の基端部１８ａが気密的に連結されている。ガスパイプ１１の先端部１１ｂと、第１タンタルシート１８の基端部１８ａとは、互いに略同一の直径を有するように成形されており、溶接等の手段により気密的に連結されている。又、第１タンタルシート１８の先端部１８ｂには、例えばタンタルで構成された円筒状の第２タンタルシート１９の基端部１９ａが気密的に連結されている。第１タンタルシート１８の先端部１８ｂと、第２タンタルシート１９の基端部１９ａとは、互いに略同一かつ主電極１２の直径よりも大きい直径を有するように成形されており、溶接等の手段により気密的に連結されている。第２タンタルシート１９は所定の間隔ｄ２（図１参照）内に配置され、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスの流れを実質的に阻害することがないように、適宜適切に配置される。第２タンタルシート１９の先端部１９ｂは、主電極１２の第２主面１２ｂを超えて、窓部材１６の近傍にまで延び出ている。かかる構成により、本実施例では、第２タンタルシート１９が、従来の圧力勾配型プラズマガンの場合と同様に補助放電の際の補助電極として機能する。

又、図２（ｂ）に示すように、圧力勾配型プラズマガン２００の第２タンタルシート１９は、切欠部１９ｃを複数備えている。切欠部１９ｃは、ボルト１５が主電極１２を安定して支持することを第２タンタルシート１９が妨げることがないよう、ボルト１５の装着位置に対応するように、第２タンタルシート１９の適所に設けられている。本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン２００では、４つのボルト１５に対応して、４つの切欠部１９ｃが第２タンタルシート１９に形成されている。

このように、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン２００では、ガスパイプ１１の先端部１１ｂに第１タンタルシート１８の基端部１８ａが連結され、かつ第１タンタルシート１８の先端部１８ｂに第２タンタルシート１９の基端部１９ａが連結されており、実施例１に係るガスパイプ１１が主電極１２の第２主面１２ｂを超えて窓部材１６の近傍にまで延び出ているように構成されている。

又、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第２タンタルシート１９の内方にはボルト１５により支持されて主電極１２が設けられ、主電極１２と、ガスパイプ１１と、第１タンタルシート１８と、第２タンタルシート１９とが、蓋部材１０の第２主面１０ｂに配設された円筒状のカソードパイプ１３及び窓部材１６により保護されている。窓部材１６は、開口１６ａを備えている。

かかる圧力勾配型プラズマガン２００では、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスは、第２タンタルシート１９と主電極１２との間の空間を介して、主電極１２の前方（図２では左側）に導入される。つまり、圧力勾配型プラズマガン２００においても、放電用のＡｒガスが主電極１２の周囲を通過して主電極１２の前方に導入される構成が採られている。そして、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン２００を備えるプラズマ成膜装置では、第２タンタルシート１９の先端部１９ｂが補助電極として用いられて補助放電が開始され、その後、主電極１２を用いる主放電が開始される。すると、圧力勾配型プラズマガン２００からは、窓部材１６の開口１６ａを通過して、プラズマ成膜装置の成膜室内に向けてプラズマが放出される。

以上、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン２００の構成によっても、主電極１２の略全面から熱電子を効率良く放出させることができる。従って、圧力勾配型プラズマガン２００の放電効率が改善される。これにより、プラズマの放出効率が改善された、高効率な圧力勾配型プラズマガンを提供することが可能になる。

又、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン２００の構成によれば、主電極１２の周囲に配置された第２タンタルシート１９が用いられて、補助放電が行われるので、補助放電の際に主電極１２を効率良く加熱することができる。これにより、主電極１２を加熱する際の消費電力を抑制することが可能になると共に、プラズマの放出開始までの待機時間を短縮することが可能になる。

更に、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン２００の構成では、ガスパイプ１１の先端部１１ｂに第１タンタルシート１８及び第２タンタルシート１９が連結されている。そのため、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスの進路は、第１タンタルシート１８及び第２タンタルシート１９により適切に制御される。これにより、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスを、カソードパイプ１３とガスパイプ１１との間の空間に滞留させることなく、従来の圧力勾配型プラズマガンの場合と同様、主電極１２の前方に直接導入することが可能になる。

尚、その他の点については、実施例１の場合と同様である。

以下、本発明の実施例３に係る圧力勾配型プラズマガンの構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図３は本発明の実施例３に係る圧力勾配型プラズマガンの構成を説明するための模式図であって、図３（ａ）は、本発明の実施例３に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図３（ｂ）は本発明の実施例３に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図である。

本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン３００の構成は、基本的には、実施例２に係る圧力勾配型プラズマガン２００の構成と同様である。

即ち、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン３００は、実施例２の場合と同様にして、蓋部材１０と、ガスパイプ１１と、ボルト１５により支持される主電極１２と、第１タンタルシート１８と、第２タンタルシート１９と、カソードパイプ１３及び窓部材１６とを備えている。

一方、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン３００は、例えばタンタルで構成される複数の突起部１９ｄを更に備えている。これらの突起部１９ｄは、補助電極としての機能を確実に具備させるべく、第２タンタルシート１９の先端部１９ｂの適所から鋭角状に突出している。又、突起部１９ｄは、第２タンタルシート１９の先端部１９ｂから、周方向において適当な間隔で複数設けられている。本実施例では、第２タンタルシート１９の先端部１９ｂから、８つの突起部１９ｄが突出している圧力勾配型プラズマガン３００を例示しているが、このような形態に限定されることはない。突起部１９ｄの配設数は、プラズマ成膜装置の補助放電の際に適切な放電が行われることを考慮して、適宜適切に設定すればよい。又、本実施例では、突起部１９ｄが第２タンタルシート１９の先端部１９ｂから鋭角状に突出している圧力勾配型プラズマガン３００を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、突起部１９ｄが第２タンタルシート１９の先端部１９ｂから鋭角状に突出する形態に代えて、突起部１９ｄが第２タンタルシート１９の先端部１９ｂから矩形状に突出する形態としてもよい。つまり、突起部１９ｄの形状及びその長さについても、プラズマ成膜装置の補助放電の際に適切な放電が行われることを考慮して、適宜適切に設定すればよい。

かかる圧力勾配型プラズマガン３００を備えるプラズマ成膜装置では、第２タンタルシート１９の突起部１９ｄが補助電極として用いられて補助放電が開始され、その後、主電極１２を用いる主放電が開始される。これにより、圧力勾配型プラズマガン３００からプラズマ成膜装置の成膜室内に向けて、プラズマが放出される。

以上、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン３００の構成によっても、主電極１２の略全面から熱電子を効率良く放出させることができる。従って、圧力勾配型プラズマガン３００の放電効率が改善される。これにより、プラズマの放出効率が改善された、高効率な圧力勾配型プラズマガンを提供することが可能になる。

更に、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン３００の構成によれば、主電極１２の周囲に配置された第２タンタルシート１９の突起部１９ｄが用いられて、補助放電が行われるので、プラズマ成膜装置における補助放電を確実に開始させることができる。これにより、主電極１２を加熱する際の消費電力を抑制してプラズマの放出開始までの待機時間を短縮することが可能になると共に、プラズマ成膜装置の起動不良（補助放電不良）を解消することが可能になる。

尚、その他の点については、実施例１，２の場合と同様である。

以下、本発明の実施例４に係る圧力勾配型プラズマガンの構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図４は本発明の実施例４に係る圧力勾配型プラズマガンの構成を説明するための模式図であって、図４（ａ）は、本発明の実施例４に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図４（ｂ）は本発明の実施例４に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図である。

本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン４００の構成は、基本的には、実施例２に係る圧力勾配型プラズマガン２００の構成と同様である。

即ち、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン４００は、実施例２の場合と同様にして、蓋部材１０と、ガスパイプ１１と、主電極１２と、第１タンタルシート１８と、カソードパイプ１３及び窓部材１６とを備えている。

一方、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン４００は、実施例２に示すボルト１５及び第２タンタルシート１９に代えて、例えばそれぞれタンタルで構成されるホルダプレート２０及び主電極ホルダ２１を備えている。ホルダプレート２０は、カソードパイプ１３の内部で第１タンタルシート１８の先端部１８ｂにより支持され、かつカソードパイプ１３の内部で主電極ホルダ２１を支持する。又、ホルダプレート２０は、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスを、主電極１２の前方に供給可能に構成されている。

具体的には、圧力勾配型プラズマガン４００は、カソードパイプ１３に気密的に内接する円盤状のホルダプレート２０を備えている。ホルダプレート２０の周囲の適所には、Ａｒガスを通流させるための開口２０ｃが環状に複数設けられている。又、ホルダプレート２０の第１主面２０ａの外周部には、第１タンタルシート１８の先端部１８ｂが気密的に連結されている。第１タンタルシート１８の先端部１８ｂと、ホルダプレート２０とは、互いに略同一の直径を有するように成形されており、溶接等の手段により相互に気密的に連結されている。ここで、第１タンタルシート１８の先端部１８ｂは、ホルダプレート２０の開口２０ｃを避けるようにして、ホルダプレート２０の第１主面２０ａの最外周部に連結されている。これにより、ホルダプレート２０は、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスを、ガスパイプ１１とカソードパイプ１３との間の空間に供給することなく、主電極１２の前方に供給することを可能としている。

ホルダプレート２０の第２主面２０ｂには、円筒状の主電極ホルダ２１が導通状態で連結されている。主電極ホルダ２１は、主電極１２の厚み方向において、主電極１２の第２主面１２ｂを超える所定の位置にまで延び出ている。これにより、主電極ホルダ２１は、補助放電の際の補助電極として機能する。又、主電極ホルダ２１は、ホルダプレート２０の直径よりも小さい直径を有するように成形されており、かつ環状に設けられた複数の開口２０ｃの内側に位置するように、溶接等の手段により少なくとも導通状態で連結されている。つまり、主電極ホルダ２１は、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスの流れを実質的に阻害することがないように、ホルダプレート２０の第２主面２０ｂに同軸状に配設されている。そして、この主電極ホルダ２１の内部に、ここでは主電極１２とホルダプレート２０及び主電極ホルダ２１とが当接する状態で、適切な取り付け手段により、主電極１２が配設されている。

このように、本実施例では、ガスパイプ１１に対して、第１タンタルシート１８と、ホルダプレート２０と、主電極ホルダ２１とが連結され、実施例１に係るガスパイプ１１が機能的に主電極１２の第２主面１２ｂを超えて窓部材１６の近傍にまで延び出ているように構成されている。又、本実施例では、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスが、ホルダプレート２０の開口２０ｃを通過して、主電極１２の前方に供給されるように構成されている。

かかる圧力勾配型プラズマガン４００では、ガスパイプ１１の先端部１１ｂから噴射されたＡｒガスは、ホルダプレート２０の開口２０ｃを通過して、主電極１２の前方に導入される。そして、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン４００を備えるプラズマ成膜装置では、主電極ホルダ２１が補助電極として用いられて補助放電が開始され、その後、主電極１２を用いる主放電が開始される。これにより、圧力勾配型プラズマガン４００からは、窓部材１６の開口１６ａを通過して、プラズマ成膜装置の成膜室内に向けてプラズマが放出される。

以上、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン４００の構成によっても、主電極１２の略全面から熱電子を効率良く放出させることができる。従って、圧力勾配型プラズマガン４００の放電効率が改善される。これにより、プラズマの放出効率が改善された、高効率な圧力勾配型プラズマガンを提供することが可能になる。

又、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン４００の構成によれば、主電極１２の周囲に接触する主電極ホルダ２１が用いられて、補助放電が行われるので、補助放電の際に主電極１２を更に効率良く加熱することができる。これにより、主電極１２を加熱する際の消費電力を更に抑制することが可能になると共に、プラズマの放出開始までの待機時間を更に短縮することが可能になる。

更に、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン４００の構成においては、複数のボルト１５（図１参照）に代えて、主電極ホルダ２１が設けられている。そのため、圧力勾配型プラズマガン４００では、主電極１２が、ボルト１５との点接触による支持に代えて、主電極ホルダ２１との面接触により支持される。これにより、ボルト１５により支持する場合と比べて、主電極１２をより一層安定して支持することが可能になる。又、補助放電及び主放電の際や放電停止の際に主電極が熱膨張及び熱収縮した場合であっても、ボルト１５により支持する場合と比べて、主電極１２を安定して支持することが可能になる。

尚、その他の点については、実施例１〜３の場合と同様である。

以下、本発明の実施例５に係る圧力勾配型プラズマガンの構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図５は本発明の実施例５に係る圧力勾配型プラズマガンの構成を説明するための模式図であって、図５（ａ）は、本発明の実施例５に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図であり、図５（ｂ）は本発明の実施例５に係る圧力勾配型プラズマガンの内部を透視する斜視図である。

本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン５００の構成は、基本的には、実施例４に係る圧力勾配型プラズマガン４００の構成と同様である。

即ち、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン５００は、実施例４の場合と同様にして、蓋部材１０と、ガスパイプ１１及び主電極１２と、カソードパイプ１３及び窓部材１６と、第１タンタルシート１８と、ホルダプレート２０及び主電極ホルダ２１とを備えている。

一方、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン５００は、実施例３の場合と同様にして、例えばタンタルで構成される複数の突起部２１ｂを更に備えている。これらの突起部２１ｂは、実施例３の場合と同様、補助電極としての機能を確実に具備させるべく、主電極ホルダ２１の先端部２１ａの適所から鋭角状に突出している。又、突起部２１ｂは、実施例３の場合と同様、主電極ホルダ２１の先端部２１ａから、周方向において適当な間隔で複数設けられている。そして、かかる圧力勾配型プラズマガン５００を備えるプラズマ成膜装置では、主電極ホルダ２１の突起部２１ｂが補助電極として用いられて補助放電が開始され、その後、主電極１２を用いる主放電が開始される。これにより、圧力勾配型プラズマガン５００からプラズマ成膜装置の成膜室内に向けて、プラズマが放出される。

以上、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン５００の構成によっても、主電極１２の略全面から熱電子を効率良く放出させることができる。従って、圧力勾配型プラズマガン５００の放電効率が改善される。これにより、プラズマの放出効率が改善された、高効率な圧力勾配型プラズマガンを提供することが可能になる。

又、本実施例に係る圧力勾配型プラズマガン５００の構成によっても、実施例３の場合と同様にして、主電極１２の周囲に配置された主電極ホルダ２１の突起部２１ｂが用いられて、補助放電が行われるので、プラズマ成膜装置における補助放電を確実に開始させることができる。これにより、実施例３の場合と同様、主電極１２を加熱する際の消費電力を抑制してプラズマの放出開始までの待機時間を短縮することが可能になると共に、プラズマ成膜装置の起動不良を解消することが可能になる。

尚、その他の点については、実施例１〜４の場合と同様である。

本発明に係る圧力勾配型プラズマガンは、主電極の構造を孔有り構造に代えて孔無し構造として放電効率を改善することにより、プラズマの放出効率を改善した、高効率な圧力勾配型プラズマガンとして、プラズマ成膜装置に利用することができる。

１０ 蓋部材
１０ａ 第１主面
１０ｂ 第２主面
１１ ガスパイプ
１１ａ 基端部
１１ｂ 先端部
１２ 主電極
１２ａ 第１主面
１２ｂ 第２主面
１３ カソードパイプ
１４ 電極
１５ ボルト
１６ 窓部材
１６ａ 開口
１７ プラズマ
１８ 第１タンタルシート
１８ａ 基端部
１８ｂ 先端部
１９ 第２タンタルシート
１９ａ 基端部
１９ｂ 先端部
１９ｃ 切欠部
１９ｄ 突起部
２０ ホルダプレート
２０ａ 第１主面
２０ｂ 第２主面
２０ｃ 開口
２１ 主電極ホルダ
２１ａ 先端部
２１ｂ 突起部
１００〜５００ 圧力勾配型プラズマガン
１０１ 圧力勾配型プラズマガン
１０１ａ 蓋部材
１０１ｂ 補助電極
１０１ｃ 主電極
１０１ｄ 開口
１０１ｅ カソードパイプ
１０１ｆ 電極
１０１ｇ 窓部材
１０１ｈ 開口
１０１ｉ プラズマ
ｄ１，ｄ２ 間隔

Claims (7)

1. 電力が供給されてアノードとの間で主放電を行う主電極と、
   前記主電極の主面上にプラズマ生成用ガスを供給するためのガス供給部と、
   少なくとも前記主電極及び前記ガス供給部を包囲して少なくとも該主電極及び該ガス供給部を保護する電極保護部と、
   前記電極保護部の内部で該電極保護部と非接触状態で前記主電極を支持するための主電極支持部と、
   前記主電極支持部が前記非接触状態で支持する前記主電極と前記電極保護部との間で前記プラズマ生成用ガスを通流させるガス流路と、
   前記ガス流路を通過して前記主電極の前記主面上に供給された前記プラズマ生成用ガスが用いられて生成されたプラズマを放出するための、前記電極保護部に形成されたプラズマ放出口と、を備え、
   前記プラズマ放出口と対面状態で前記主電極が前記主電極支持部により前記非接触状態で前記電極保護部の内部に配設され、
   少なくとも前記プラズマ放出口に対向する前記主電極の所定の領域に、貫通孔が形成されていないことを特徴とする、圧力勾配型プラズマガン。
2. 前記主電極支持部が前記電極保護部に螺合されかつ該電極保護部を貫通する螺合部材を更に備え、該螺合部材の先端が、前記主電極に圧接して、前記主電極が前記非接触状態で前記電極保護部の内部に配設されている、請求項１記載の圧力勾配型プラズマガン。
3. 前記ガス供給部から噴射された前記プラズマ生成用ガスを前記主電極の外周面上に誘導する誘導部材を更に備え、該誘導部材の先端が、前記主電極と前記プラズマ放出口との間にまで延出している、請求項２記載の圧力勾配型プラズマガン。
4. 前記誘導部材の先端が、突起を備えている、請求項３記載の圧力勾配型プラズマガン。
5. 前記主電極支持部が前記電極保護部に嵌入されかつ貫通孔が環状に形成された支持部材を更に備え、該支持部材の前記環状に形成された貫通孔の内方に前記主電極が着設されて、前記主電極が前記非接触状態で前記電極保護部の内部に配設されている、請求項１記載の圧力勾配型プラズマガン。
6. 前記ガス供給部から噴射された前記プラズマ生成用ガスを前記貫通孔に誘導する誘導部材と、前記主電極を前記支持部材の内方に着設するための主電極ホルダとを更に備え、該主電極ホルダの先端が、前記主電極と前記プラズマ放出口との間にまで延出している、請求項５記載の圧力勾配型プラズマガン。
7. 前記主電極ホルダの先端が、突起を備えている、請求項６記載の圧力勾配型プラズマガン。

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