JP2955916B2 - シートプラズマの形成方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として試料表面処理
用となる所定の空間内でプラズマ源により放射したプラ
ズマビームからカスプ状シートプラズマ流を形成するシ
ートプラズマの形成方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のシートプラズマを生成す
る方法としては、特公平４−２３４００号公報に開示さ
れたシートプラズマの生成法が知られている。この生成
法は、磁場中の放電により形成された円柱プラズマを挟
むように一対の永久磁石を配置し、永久磁石を同極同士
を対向させて強い反発磁場を形成することにより円柱プ
ラズマを圧縮して拡げると共に、円柱プラズマの軸方向
における永久磁石の磁場成分の大きさを円柱プラズマ形
成の場における同方向の磁場より小さくすることによ
り、円柱プラズマ形成の場における磁場方向のシートプ
ラズマ流を形成するものである。

【０００３】このようなシートプラズマの形成装置に
は、圧力勾配型のプラズマ源が用いられるが、プラズマ
がシート状に形成されると表面処理用試料の表面積が大
きい場合にも適用できるので有効である。このため、シ
ートプラズマの形成装置は、各種の表面処理，例えば物
理蒸着法（ＰＶＤ），化学蒸着法（ＣＶＤ），イオンプ
レーティング，表面活性化法等を行う各種の装置に適用
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したシートプラズ
マの生成方法の場合、永久磁石の反発磁場を利用してシ
ートプラズマ流を形成するものであるため、形成される
シートプラズマ流の形状は簡単な装置構成では変化させ
られない。このため、表面処理用試料の大きさ（特にそ
の表面積）がシートプラズマ流の形状（大きさ）に適合
しない場合には使用が困難になり、表面処理用試料が使
用に際して制約されてしまうという問題がある。

【０００５】又、この生成方法を適用した装置の場合
も、シートプラズマ流の形状を変化させられないため、
容器内で所定の形状に形成されたシートプラズマ流に対
して表面処理用試料の設置条件が規制されてしまう。し
かも、表面処理用試料の設置に際しては工夫を凝らさな
ければならず、その作業は煩雑である上、試料の大きさ
によっては上述したように使用不能になるという欠点が
ある。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、表面処理用試料の
使用上における制約が緩和され得ると共に、表面処理用
試料の設置条件が余り規制されずに表面処理を行い得る
シートプラズマの形成方法及び装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定の
空間内の一端側における特定方向の磁場中からプラズマ
源より一軸方向にプラズマビームを放射し、該所定の空
間内の該一軸方向に沿った他端側において該特定方向と
は逆方向の磁場を作用させることにより、該所定の空間
内にカスプ状シートプラズマ流を形成する際、該特定方
向及び該逆方向における磁場の強度を相対的に可変とす
ることにより、該カスプ状シートプラズマ流の形状を変
形させるシートプラズマの形成方法が得られる。

【０００８】一方、本発明によれば、所定の空間内の一
端側における特定方向の磁場中からプラズマ源より一軸
方向にプラズマビームを放射し、該所定の空間内の該一
軸方向に沿った他端側において該特定方向とは逆方向の
磁場を作用させることにより、該所定の空間内にカスプ
状シートプラズマ流を形成する際、該特定方向及び該逆
方向における磁場の少なくとも一方のものの方向を可変
とすることにより、該カスプ状シートプラズマ流の形状
を変形させるシートプラズマの形成方法が得られる。

【０００９】他方、本発明によれば、所定の空間を規定
する容器と、容器の一端部に設けられ、所定の空間内で
一軸方向にプラズマビームを放射するプラズマ発生装置
と、容器外のプラズマ発生装置近傍で該プラズマム発生
装置を囲むように設けられた第１のステアリングコイル
から成ると共に、プラズマビームに特定方向の磁場を印
加する磁場発生部と、容器の一軸方向に沿った他端部に
設けられた陽極と、容器外の陽極近傍で該陽極を囲むよ
うに設けられた第２のステアリングコイルから成ると共
に、プラズマビームに特定方向とは逆方向の磁場を印加
する逆方向磁場発生部と、第１のステアリングコイルに
は特定方向の磁場を、第２のステアリングコイルには該
特定方向とは逆方向の磁場をそれぞれ発生させるための
電流を供給する電源装置とから構成され、更に、電源装
置は、第１のステアリングコイル及び第２のステアリン
グコイルに供給する電流を可変にすることが可能である
シートプラズマの形成装置が得られる。

【００１０】このシートプラズマの形成装置において、
第１のステアリングコイル及び第２のステアリングコイ
ルの少なくとも一方は、該ステアリングコイルを可動自
在にする駆動部を有することは好ましい。

【００１１】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明のシートプラズ
マの形成方法及び装置について図面を参照して詳細に説
明する。

【００１２】最初に、本発明のシートプラズマの形成方
法の概要を簡単に説明する。このシートプラズマの形成
方法は、所定の空間内の一端側における特定方向の磁場
中からプラズマ源より一軸方向にプラズマビームを放射
し、所定の空間内の一軸方向に沿った他端側において特
定方向とは逆方向の磁場を作用させることにより、所定
の空間内にカスプ状シートプラズマ流を形成する際、特
定方向及び逆方向における磁場の強度を相対的に可変と
するか、或いは特定方向及び逆方向における磁場の少な
くとも一方のものの方向を可変とすることにより、カス
プ状シートプラズマ流の形状を変形させるものである。

【００１３】このシートプラズマの形成方法の場合、シ
ートプラズマ流がカスプ状に形成され、一軸方向とは垂
直な平面上の３６０度へ延びた隆起部分の断面積が従来
のシートプラズマ流の断面積に比べてずっと大きくなる
上、カスプ状シートプラズマ流の形状を変形させている
ので、表面処理用試料として従来よりも表面積の大きな
ものを使用でき、しかも形状や寸法が様々な表面処理用
試料を対象にして各種の表面処理（ＰＶＤ，ＣＶＤ，イ
オンプレーティング，表面活性化法等）を行るようにな
る。

【００１４】そこで、以下はこのシートプラズマの形成
方法を適用したシートプラズマの形成装置について説明
する。

【００１５】図１は、このシートプラズマの形成方法を
適用した本発明の一実施例に係るシートプラズマの形成
装置の基本構成を断面側面図により示したものである。
このシートプラズマの形成装置は、所定の空間を規定す
る容器６と、この容器６の一端部に設けられ、空容器６
内で一軸方向にプラズマビームを放射するプラズマ発生
装置１と、容器６外のプラズマ発生装置１近傍でこのプ
ラズマ発生装置１を囲むように設けられ、プラズマビー
ムに特定方向の磁場を印加する磁場発生部と、容器６の
一軸方向に沿った他端部に設けられた放電用の陽極４
と、容器６外の陽極４近傍でこの陽極４を囲むように設
けられ、プラズマビームに上述した特定方向とは逆方向
の磁場を印加する逆方向磁場発生部とから成っている。

【００１６】このうち、磁場発生部と逆方向磁場発生部
とは、それぞれ特定方向の磁場強度，逆方向の磁場強度
を可変的に印加できる磁場強度可変型であり、磁場発生
部は特定の極性による可変電流の供給を受けて特定方向
の磁場を強度可変で発生する第１のステアリングコイル
２，及び第１のステアリングコイル２に可変電流を供給
するための電源装置（図示せず）を含み、逆方向磁場発
生部は特定の極性とは逆極性による可変電流の供給を受
けて逆方向の磁場を強度可変で発生する第２のステアリ
ングコイル３，及び第２のステアリングコイル３に可変
電流を供給するための電源装置（図示せず）を含んでい
る。ここで、第１のステアリングコイル２及び第２のス
テアリングコイル３は、リング状である。又、ここでの
電源装置は独立して用いられるタイプのものでも、或い
は共用されるタイプのものでも良い。更に、プラズマ発
生装置１には圧力勾配型プラズマ銃が用いられている。
尚、陽極４にはハースを用いることも可能である。

【００１７】図２は、磁場発生部及び逆方向磁場発生部
の構成を回路例により示したもので、同図（ａ）は１つ
の電源装置を各ステアリングコイル２，３に直列に接続
した場合の回路構成であり、同図（ｂ）は２つの電源装
置をそれぞれ各ステアリングコイル２，３に接続した場
合の回路構成である。

【００１８】図２（ａ）に示す回路構成における電源装
置は、その電源から供給する電流を可変とすることによ
り、各ステアリングコイル２，３から発生する磁場の強
度を制御する。この場合、各ステアリングコイル２，３
は同じ性能（その形状やアンペアターン等）のものであ
れば、発生する磁場は１：１の強度比で変化し、一方の
ステアリングコイル（２又は３）を逆接続することによ
り、カスプ状の磁場を形成することができる。ここで
は、磁場強度はほぼ同一で変化するので、シート厚の薄
いシートプラズマが中央よりもやや低い位置に形成され
る。

【００１９】一方、図２（ｂ）に示す回路構成における
各電源装置では、各電源からそれぞれ各ステアリングコ
イル２，３に対して相対的に逆方向となるように電流を
供給し、その供給電流を可変とすることにより、カスプ
状の磁場を形成する。この場合も各ステアリングコイル
２，３から発生する磁場の強度を制御できるが、ここで
は磁場の強度比と磁場強度の絶対値とを変化させること
ができるので、シートプラズマのシート厚やシート形状
を変化させることが可能となる。

【００２０】因みに、ここでは各ステアリングコイル
２，３が同一である場合を仮定しているが、各ステアリ
ングコイル２，３の性能（その形状やアンペアターン
等）をそれぞれ変化させることによっても同様な効果が
得られる。例えば、ステアリングコイル２のアンペアタ
ーンをステアリングコイル３のアンペアターンの２倍に
すれば、ステアリングコイル２に関しては同一な電流を
供給する場合よりも約２倍の磁場強度を発生することが
できる。

【００２１】このシートプラズマの形成装置では、磁場
発生部及び逆方向磁場発生部における特定方向，逆方向
に生じる磁場の相互作用によりプラズマビームから図３
にその拡大図を示すような形状のカスプ状シートプラズ
マ流５が形成される。

【００２２】図４（ａ）は、表面処理用試料を四角筒状
のプラスチックパネル８とした場合において、このシー
トプラズマの形成装置による表面処理を説明するため
に、カスプ状シートプラズマ流５及びプラスチックパネ
ル８を斜視図により示したものである。ここでは、カス
プ状シートプラズマ流５の隆起部（即ち、断面積が最大
となる線カスプ部分）で箱型のプラスチックパネル８の
内表面を表面処理する状態を示している。

【００２３】ここでの表面処理は、例えばプラスチック
パネル８の表面状態を全周に渡って改質されるようにカ
スプ状シートプラズマ流５をプラスチックパネル８に当
てるので、これによりプラスチックパネル８の全周を一
度に改質することができる。但し、表面処理をプラスチ
ックパネル８の内表面全体を対象にして行う場合にはプ
ラスチックパネル８とカスプ状シートプラズマ流５とを
相対的に移動させることが必要になる。又、プラスチッ
クパネル８をＳＵＳパイプや四角管８´とし、図４
（ｂ）に示すような電源回路を付加することにより、パ
イプや四角管の内面を洗浄できる。しかも、全周に渡っ
て均一な加熱を行うことができる。

【００２４】そこで、表面処理用試料とカスプ状シート
プラズマ流５とを相対的に移動させる条件を満たすため
に、カスプ状シートプラズマ流５の形状を変形させるた
めの要件について説明する。カスプ状シートプラズマ流
５の形状を変形させるためには、磁場発生部及び逆方向
磁場発生部により特定方向及び逆方向に生じさせる磁場
における磁場強度を相対的に可変させれば良い。

【００２５】具体的に云えば、磁場発生部における第１
のステアリングコイル２に供給する電流をＩ₁ ，逆方向
磁場発生部における第２のステアリングコイル３に供給
する電流をＩ₂ とした場合（但し、各ステアリングコイ
ル２，３は同一性能のものとする）、カスプ状シートプ
ラズマ流５の隆起部は、Ｉ₁ ＞Ｉ₂ とすると，図５
（ａ）に示すように第２のステアリングコイル３側に近
寄って現われる。Ｉ₁ ＝Ｉ₂ とすると，図５（ｂ）に示
すように第１のステアリングコイル２及び第２のステア
リングコイル３の間のほぼ中央付近に現われれるが、Ｉ
₁ ＜Ｉ₂ とすると，図５（ｃ）に示すように第１のステ
アリングコイル２側に近寄って現われる。

【００２６】又、カスプ状シートプラズマ流５の隆起部
は、Ｉ₁ ，Ｉ₂ が何れも大きい場合には図５（ａ）に示
すようにその幅△ｘが比較的小さくなり、Ｉ₁ ，Ｉ₂ が
何れも小さい場合には図５（ａ）に示すようにその幅△
ｘ´が比較的大きくなる。

【００２７】即ち、第１のステアリングコイル２に供給
する電流Ｉ₁ と第２のステアリングコイル３に供給する
電流Ｉ₂ とをこのような様々な条件で可変させてカスプ
状シートプラズマ流５の形状を変形させることにより、
表面処理用試料とカスプ状シートプラズマ流５とを相対
的に移動させる条件を満たすことができ、又、プラズマ
のシート厚（上述した幅△ｘと同じ）を制御することに
より、単位面積当りに衝突させるプラズマ強度を変化さ
せ、ハードな表面処理とソフトな表面処理との何れかの
選択ができる。

【００２８】ところで、カスプ状シートプラズマ流５の
形状を変形させるためには、上述した磁場発生部及び逆
方向磁場発生部の少なくとも一方を容器６の所定の空間
内でカスプ状シートプラズマ流５に方向可変で磁場を印
加する方向可変型磁場印加部とすることによっても達成
される。この方向可変型磁場印加部は、上述した第１又
は第２のステアリングコイル２，３と、第１又は第２の
ステアリングコイル２，３を可動自在にする駆動部を含
んでいる。

【００２９】図７は、上述したシートプラズマの形成装
置に備えられる方向可変型磁場印加部の基本構成を示し
たもので、同図（ａ）は上面図であり、同図（ｂ）は正
面図であり、同図（ｃ）は側面図である。

【００３０】この方向可変型磁場印加部では、取付板に
固定された減速機能付モータＭ１が基板１０の下面に取
り付けられ、減速機能付モータＭ１の回転軸には支持部
９の支持軸が結合されており、この支持軸が基板１０を
回転可能に貫通することにより、支持部９全体がＺ軸の
回りを回転可能に構成されている。又、支持部９の二股
状に分岐された分岐部の一方側には取付板に固定された
減速機能付モータＭ２が取り付けられ、この減速機能付
モータＭ２の回転軸には第１又は第２のステアリングコ
イル２，３の両側に設けられた軸芯の一方側が結合され
ると共に、第１又は第２のステアリングコイル２，３の
軸芯の他方側が分岐部の他方側に回転可能に設けられる
ことにより、第１又は第２のステアリングコイル２，３
全体がＹ軸の回りを回転可能に構成されている。

【００３１】即ち、この方向可変型磁場印加部では、第
１又は第２のステアリングコイル２，３がＹ軸及びＺ軸
の回りを回転可能となるように基板１０を容器６の外側
に固定して構成されるもので、第１又は第２のステアリ
ングコイル２，３を除く他部全体が駆動部となる。

【００３２】この方向可変型磁場印加部の場合、図８に
示すように、第１のステアリングコイル２の上端を第２
のステアリングコイル３側に傾けて空間的位置を変える
ことでカスプ状シートプラズマ流５に印加する磁場の方
向を可変した結果、カスプ状シートプラズマ流５の隆起
部の上端部を第２のステアリングコイル３側に，下端部
を第１のステアリングコイル２側に変形させることがで
きる。この隆起部の形状に関する変形は、必要に応じて
行えば良いものである。変形の態様としては、カスプ状
シートプラズマ流５の捩りを調整したり、その厚みを調
整したり、或いはその方向性を調整する例が挙げられ
る。

【００３３】因みに、磁場発生部や逆方向磁場発生部を
方向可変型磁場印加部として構成するか否かは、形成さ
れたカスプ状シートプラズマ流５に対して表面処理を行
う表面処理用試料の使用態様に応じて決定されるもので
ある。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
シートプラズマ流を変形させてカスプ状として断面積
（特に隆起部）を拡大させて表面処理用試料として従来
よりも表面積の大きなものを使用できるようにした上、
カスプ状シートプラズマ流の形状を変形させているの
で、形状や寸法が様々な表面処理用試料を対象にして各
種の表面処理（ＰＶＤ，ＣＶＤ，イオンプレーティン
グ，表面活性化法等）を行い得るようになる。結果とし
て、表面処理用試料の使用上における制約が顕著に緩和
されると共に、表面処理用試料の設置条件に対する規制
も格段に緩和されるため、各種の表面処理を簡易に行い
得るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシートプラズマの形成方法を適用した
一実施例に係るシートプラズマの形成装置の基本構成を
示した断面側面図である。

【図２】図１に示すシートプラズマの形成装置に備えら
れる磁場発生部及び逆方向磁場発生部の構成例を回路図
で示したもので、（ａ）は１つの電源装置を２つのステ
アリングコイルに直列に接続した場合の回路構成であ
り、（ｂ）は２つの電源装置をそれぞれ２つのステアリ
ングコイルに接続した場合の回路構成である。

【図３】図１に示すシートプラズマの形成装置により形
成されたカスプ状シートプラズマ流を示した拡大斜視図
である。

【図４】表面処理用試料を四角状体とした場合におい
て、図１に示すシートプラズマの形成装置による表面処
理の一態様を説明するために示したカスプ状シートプラ
ズマ流及び四角状体の斜視図であり、（ａ）は四角状体
をプラスチックパネルとした場合のもの、（ｂ）は四角
状体をＳＵＳパイプとし、このＳＵＳパイプに電源回路
を付加した場合のものである。

【図５】図１に示すシートプラズマの形成装置で形成さ
れるカスプ状シートプラズマ流の形状や位置を変化させ
る要件を説明するため、同装置に備えられる磁場発生部
におけるステアリングコイルに供給する電流をＩ₁ ，同
装置に備えられる逆方向磁場発生部におけるステアリン
グコイルに供給する電流をＩ₂ とした場合のＩ₁，Ｉ₂
の関係によるカスプ状シートプラズマ流の隆起部におけ
る形状変化を示したもので、（ａ）はＩ₁ ＞Ｉ₂ の場合
に関するもの、（ｂ）はＩ₁ ＝Ｉ₂ の場合に関するも
の、（ｃ）はＩ₁ ＜Ｉ₂ の場合に関するものである。

【図６】図４で説明したＩ₁ ，Ｉ₂ の関係によるカスプ
状シートプラズマ流の隆起部における幅の形状変化を示
したもので、（ａ）はＩ₁ ，Ｉ₂ が何れも大きい場合に
関するもの、（ｂ）はＩ₁ ，Ｉ₂ が何れも小さい場合に
関するものである。

【図７】図１に示すシートプラズマの形成装置に備えら
れる方向可変型磁場印加部の基本構成を示したもので、
（ａ）は上面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）
は側面図である。

【図８】図１に示すシートプラズマの形成装置に備えら
れる磁場発生部及び逆方向磁場発生部における一方のス
テアリングコイルを傾斜させた場合のカスプ状シートプ
ラズマ流の隆起部における形状変化を示したものであ
る。

【符号の説明】

１ プラズマ発生装置 ２，３ ステアリングコイル ４ 陽極 ５ カスプ状シートプラズマ流 ６ 容器 ８ プラスチックパネル ９ 支持部 １０ 基板 Ｍ１，Ｍ２ 減速機能付モータ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の空間内の一端側における特定方向
   の磁場中からプラズマ源より一軸方向にプラズマビーム
   を放射し、該所定の空間内の該一軸方向に沿った他端側
   において該特定方向とは逆方向の磁場を作用させること
   により、該所定の空間内にカスプ状シートプラズマ流を
   形成する際、該特定方向及び該逆方向における磁場の強
   度を相対的に可変とすることにより、該カスプ状シート
   プラズマ流の形状を変形させることを特徴とするシート
   プラズマの形成方法。
2. 【請求項２】 所定の空間内の一端側における特定方向
   の磁場中からプラズマ源より一軸方向にプラズマビーム
   を放射し、該所定の空間内の該一軸方向に沿った他端側
   において該特定方向とは逆方向の磁場を作用させること
   により、該所定の空間内にカスプ状シートプラズマ流を
   形成する際、該特定方向及び該逆方向における磁場の少
   なくとも一方のものの方向を可変とすることにより、該
   カスプ状シートプラズマ流の形状を変形させることを特
   徴とするシートプラズマの形成方法。
3. 【請求項３】 所定の空間を規定する容器と、前記容器
   の一端部に設けられ、前記所定の空間内で一軸方向にプ
   ラズマビームを放射するプラズマ発生装置と、前記容器
   外の前記プラズマ発生装置近傍で該プラズマム発生装置
   を囲むように設けられた第１のステアリングコイルから
   成ると共に、前記プラズマビームに特定方向の磁場を印
   加する磁場発生部と、前記容器の前記一軸方向に沿った
   他端部に設けられた陽極と、前記容器外の前記陽極近傍
   で該陽極を囲むように設けられた第２のステアリングコ
   イルから成ると共に、前記プラズマビームに前記特定方
   向とは逆方向の磁場を印加する逆方向磁場発生部と、前
   記第１のステアリングコイルには特定方向の磁場を、前
   記第２のステアリングコイルには該特定方向とは逆方向
   の磁場をそれぞれ発生させるための電流を供給する電源
   装置とから構成され、更に、前記電源装置は、前記第１
   のステアリングコイル及び前記第２のステアリングコイ
   ルに供給する電流を可変にすることが可能であることを
   特徴とするシートプラズマの形成装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のシートプラズマの形成装
   置において、前記第１のステアリングコイル及び前記第
   ２のステアリングコイルの少なくとも一方は、該ステア
   リングコイルを可動自在にする駆動部を有することを特
   徴とするシートプラズマの形成装置。