JP3079802B2 - Plasma gun - Google Patents

Plasma gun

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義則 川崎
一 ▲桑▼原
隆幸 中山
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石川島播磨重工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマCVD、プラズ
マ溶解、アーク放電によるイオンプレーティングなどに
使用するプラズマ発生装置のプラズマ銃に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma gun of a plasma generator used for plasma CVD, plasma melting, ion plating by arc discharge, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プラズマ発生装置はプラズマ銃で
プラズマを発生させたプラズマを直接処理母材に照射し
たり、処理母材に蒸着する蒸着分子に衝突させてイオン
化させるなどの種々の用途に使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a plasma generator is used for various applications such as directly irradiating a plasma generated by a plasma gun to a processing base material, or colliding with a deposition molecule deposited on the processing base material to ionize the processing base material. in use.

【0003】このプラズマ発生は例えば、図7に示すよ
うに、真空容器aの一側部にプラズマ銃bを備え、ま
た、このプラズマ銃bと対向電極c間に一対の集束コイ
ルdを備えた構成をしており、さらに、この真空容器a
内に蒸発材料が入れられたルツボeと処理母材fを配置
すると共に、電子銃gを備えることでイオンプレーティ
ング装置として使用されることになる。
In this plasma generation, for example, as shown in FIG. 7, a plasma gun b is provided on one side of a vacuum vessel a, and a pair of focusing coils d are provided between the plasma gun b and a counter electrode c. The vacuum vessel a
A crucible e in which an evaporating material is placed and a processing base material f are arranged, and an electron gun g is provided, so that it can be used as an ion plating apparatus.

【0004】そして、図示するように、ルツボe内の蒸
発材料に電子銃gからビームBを当てて蒸発させ、これ
を真空容器a内上部に配置された処理母材fに被膜させ
る際に、プラズマ銃bから出射される略円柱状のプラズ
マで蒸発粒子をイオン化させて被膜を形成すべき処理母
材fへの到達を促進して良好な被膜が形成されるように
したものである。また、この集束コイルdはプラズマ銃
bから出射されるプラズマの周囲に磁場を発生させてプ
ラズマが拡散するのを防止する働きを成している。ま
た、このプラズマ銃bは図5及び図6に示すように、一
端に出射口hが開口された円筒状のプラズマチャンバー
i内に、プラズマを発生する円筒形のプラズマ源jと、
一対のリング状陽極k,lを備えた構成をしており、プ
ラズマ源jに導入されたガスGをアーク放電によってプ
ラズマ化し、これを陽極k,lの電界力によって出射口
h側へ引き出して出射するものである。
[0004] As shown in the figure, a beam B from an electron gun g is applied to an evaporating material in a crucible e to evaporate the material, and when the material is coated on a processing base material f arranged in an upper portion in a vacuum vessel a, The evaporating particles are ionized by the substantially cylindrical plasma emitted from the plasma gun b to promote the arrival at the processing base material f where the coating is to be formed, thereby forming a good coating. The focusing coil d has a function of generating a magnetic field around the plasma emitted from the plasma gun b and preventing the plasma from being diffused. As shown in FIGS. 5 and 6, the plasma gun b has a cylindrical plasma source j for generating plasma in a cylindrical plasma chamber i having an emission port h at one end.
It has a configuration provided with a pair of ring-shaped anodes k and l. The gas G introduced into the plasma source j is turned into plasma by arc discharge, and is drawn out to the exit h by the electric field force of the anodes k and l. It emits light.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、成膜プロセ
ス、化学プロセス分野においては生産効率を向上させる
ために、できるだけ大面積のプラズマが必要となる。し
かしながら、上述したような、従来のプラズマ発生装置
の場合では、プラズマ銃bから出射されるプラズマは円
筒形状で出射されるため、その面積は小さいものであっ
た。そのため、本発明者らは上記集束コイルdを楕円形
状に形成し、プラズマ銃bから出射された円筒形状のプ
ラズマを偏平状に集束することで、プラズマ面積を増大
させたプラズマ発生装置を先に提案している(特願平4
−21311号等)。
By the way, in the field of film forming process and chemical process, plasma having as large an area as possible is required in order to improve production efficiency. However, in the case of the conventional plasma generator as described above, the plasma emitted from the plasma gun b is emitted in a cylindrical shape, and thus has a small area. For this reason, the present inventors first formed a plasma generating device having an increased plasma area by forming the focusing coil d into an elliptical shape and focusing cylindrical plasma emitted from the plasma gun b in a flat shape. Proposal (Japanese Patent Application No. 4
-21311).

【0006】しかしながら、この方法では集束コイルd
によってのみプラズマを偏平させているため、その偏平
率には限度があり、さらに大きな面積、すなわちシート
状のプラズマを得ることは困難であった。また、さらに
プラズマを集束成形するために設けられた集束コイルd
の磁力線がプラズマb内にも流れてしまい、プラズマ銃
bで発生するプラズマに悪影響を及ぼしてしまうことが
あった。
However, in this method, the focusing coil d
However, since the plasma is flattened only by this, the flattening rate is limited, and it is difficult to obtain a larger area, that is, a sheet-like plasma. A focusing coil d provided for further focusing and forming the plasma.
The lines of magnetic force may also flow into the plasma b, adversely affecting the plasma generated by the plasma gun b.

【0007】そこで、本発明は上記問題点を有効に解決
するために案出されたものであり、その目的は大面積の
プラズマを容易に得ることができると共に、集束コイル
の磁力線による悪影響を未然に防止することができる新
規なプラズマ銃を提供するものである。
Accordingly, the present invention has been devised in order to effectively solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a large-area plasma easily and to prevent adverse effects due to magnetic field lines of a focusing coil. It is intended to provide a novel plasma gun which can be prevented.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第一の発明はプラズマを発生するプラズマ源と、該プ
ラズマ源で発生したプラズマを引き出すリング状の陽極
と、該リング状陽極で引き出されたプラズマを集束する
集束コイルと、上記プラズマ源に対向して設けられた対
向電極とからなるプラズマ銃において、上記プラズマ源
を複数並列して設けると共に、上記リング状陽極及び集
束コイルを上記プラズマ源の並列方向に楕円状に形成す
るものであり、また、第二の発明は上記プラズマ源及び
楕円状陽極の周囲に、これを囲繞するように磁性体から
なる磁気シールドを設けたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma source for generating plasma, a ring-shaped anode for extracting plasma generated by the plasma source, and a ring-shaped anode for extracting the plasma generated by the plasma source. In a plasma gun including a focusing coil for focusing the plasma obtained and a counter electrode provided to face the plasma source, a plurality of the plasma sources are provided in parallel, and the ring-shaped anode and the focusing coil are connected to the plasma source. In the second invention, a magnetic shield made of a magnetic material is provided around the plasma source and the elliptical anode so as to surround the same. .

【0009】[0009]

【作用】第一の発明は上述したように、上記プラズマ源
を複数並列して設けると共に、上記リング状陽極及び集
束コイルを上記プラズマ源の並列方向に楕円状に形成し
たため、リング状陽極によって上記プラズマ源から複数
のプラズマが同時に引き出され、さらに、これらプラズ
マは、楕円状の集束コイルから発生する磁力線によって
拡散を抑えられ、その形状がシート状に成形されつつ対
向電極に到達することになる。従って、本発明のプラズ
マ銃では大面積のプラズマを容易に発生することができ
る。また、第二の発明は上記プラズマ源及び楕円状陽極
の周囲に、これを囲繞するように磁性体からなる磁気シ
ールドを設けたものであるため、集束コイルから発生す
る磁力線がシールドされ、上記プラズマ源及び楕円状陽
極で発生するプラズマに与える悪影響を未然に防止する
ことができる。
According to the first invention, as described above, the plurality of plasma sources are provided in parallel, and the ring-shaped anode and the focusing coil are formed in an elliptical shape in the direction parallel to the plasma sources. A plurality of plasmas are simultaneously extracted from the plasma source. Further, these plasmas are suppressed from diffusing by lines of magnetic force generated from the elliptical focusing coil, and reach the counter electrode while being formed into a sheet shape. Therefore, the plasma gun of the present invention can easily generate a large-area plasma. In the second invention, since a magnetic shield made of a magnetic material is provided around the plasma source and the elliptical anode so as to surround the plasma source and the elliptical anode, the magnetic field lines generated from the focusing coil are shielded, and the plasma An adverse effect on the plasma generated by the source and the elliptical anode can be prevented.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
ながら詳述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0011】図1及び図2は本発明に係るプラズマ銃1
の一実施例を示したものである。図示するように、楕円
状のプラズマ出口5が開口された円筒状のケーシング2
内には、陰極となるべく3つのプラズマ源3a,3b,
3cが上下方向に並列に配置されており、それぞれから
は三つのプラズマP1 、P2 、P3 が発生されるように
なっている。また、これらプラズマ源3a,3b,3c
の下流側にはケーシング2内周面に沿って二つの楕円形
状の陽極4a,4bが設けられており、プラズマ源3
a,3b,3cで発生したマイナスイオンからあるプラ
ズマPを纏めて電気的に引き出し、ケーシング2のプラ
ズマ出口5方向に出射するようになっている。また、図
3及び図4に示すようにケーシング2のプラズマ出口5
にはそれぞれ楕円形状をした一対の集束コイル6a,6
bが設けられており、発生する磁力線Mによって、内部
を通過するプラズマPの拡散を抑えると共に、これをシ
ート状に集束成形する働きを成している。さらに、この
ケーシング2のプラズマ出口5の対向部には集束コイル
6bの断面長さ方向に延出した楕円状あるいは棒状の対
向電極7が設けられており、上記プラズマ源3a,3
b,3cで発生したプラズマPを電気的に引き付ける働
きをなしている。また、このケーシング2は鉄、コバル
ト、ニッケル等の磁性体からなっており、集束コイル6
a,6bで発生する磁力線Gがケーシング2内に透過し
ないように磁気シールドの働きをなしている。
FIGS. 1 and 2 show a plasma gun 1 according to the present invention.
1 shows an embodiment of the present invention. As shown, a cylindrical casing 2 having an elliptical plasma outlet 5 opened.
Inside, three plasma sources 3a, 3b,
3c are arranged in parallel in the vertical direction, and three plasmas P 1 , P 2 and P 3 are generated from each of them. Further, these plasma sources 3a, 3b, 3c
Along the inner peripheral surface of the casing 2, two elliptical anodes 4a and 4b are provided on the downstream side of the
A certain plasma P is collectively and electrically extracted from the negative ions generated at a, 3b, and 3c and emitted toward the plasma outlet 5 of the casing 2. Also, as shown in FIGS.
Have a pair of focusing coils 6a, 6 each having an elliptical shape.
b is provided to suppress the diffusion of the plasma P passing through the inside by the generated lines of magnetic force M, and to function to converge and form the plasma into a sheet. An elliptical or rod-shaped counter electrode 7 extending in the cross-sectional length direction of the focusing coil 6b is provided at a portion of the casing 2 opposite to the plasma outlet 5, and the plasma sources 3a, 3
It functions to electrically attract the plasma P generated in b and 3c. The casing 2 is made of a magnetic material such as iron, cobalt, and nickel.
The magnetic shield G functions as a magnetic shield so that the lines of magnetic force G generated at a and 6b do not penetrate into the casing 2.

【0012】次に、本実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0013】図1に示すように、プラズマ源3a,3
b,3cで発生した3つのプラズマP1 、P2 、P3
先ず、陽極4aによって電気的に引き出された後、陽極
4bによってさらに加速されてプラズマ出口5から出射
されることになる。このとき、プラズマ源3a,3b,
3cで発生した3つのプラズマP1 、P2 、P3 は、そ
れぞれが干渉し合って一つのプラズマPとなり、扇状に
拡散しつつ出射されることになる。次に、プラズマ出口
5から出射された扇状のプラズマPは楕円状の集束コイ
ル6a,6b内を通過する際に、図3及び図4に示すよ
うに、この集束コイル6a,6bによって図示するよう
に発生している磁力線Mによってその拡散状態が抑えら
れつつ、シート状に集束形成された後、対向電極7に到
達することになる。また、プラズマ源3a,3b,3c
側に流れる磁力線Mは磁気シールドたるケーシング2を
伝わってその端部より集束コイル6a,6bの内方側へ
流れプラズマPを集束する働きをなすことになる。
As shown in FIG. 1, the plasma sources 3a, 3
The three plasmas P 1 , P 2 , and P 3 generated in b and 3c are first electrically extracted by the anode 4a, and are further accelerated by the anode 4b and emitted from the plasma outlet 5. At this time, the plasma sources 3a, 3b,
The three plasmas P 1 , P 2 , and P 3 generated in 3c interfere with each other to form one plasma P, and are emitted while diffusing in a fan shape. Next, as shown in FIGS. 3 and 4, the fan-shaped plasma P emitted from the plasma outlet 5 passes through the elliptical focusing coils 6a and 6b, as shown by the focusing coils 6a and 6b. The magnetic flux lines M are generated in a sheet and converged into a sheet while reaching the counter electrode 7 while their diffusion state is suppressed. Further, the plasma sources 3a, 3b, 3c
The lines of magnetic force M flowing to the side travel through the casing 2, which is a magnetic shield, and flow from the end to the inside of the focusing coils 6a and 6b, thereby functioning to focus the plasma P.

【0014】このように、本発明は従来一つであったプ
ラズマ源を複数並列して設けることで、シート状のプラ
ズマPを容易に得ることが出来ると共に、その面積を大
巾に増大することができる。また、このプラズマ源の周
囲に磁性体からなる磁気シールドを設けたものであるた
め、集束コイルから発生する磁力線がシールドされ、上
記プラズマ源及び楕円状陽極で発生するプラズマに与え
る悪影響を未然に防止することができる。
As described above, according to the present invention, the sheet-shaped plasma P can be easily obtained by providing a plurality of plasma sources in parallel, which has been conventionally one, and the area thereof can be greatly increased. Can be. In addition, since a magnetic shield made of a magnetic material is provided around the plasma source, the lines of magnetic force generated from the focusing coil are shielded, and the adverse effects on the plasma generated by the plasma source and the elliptical anode are prevented. can do.

【0015】尚、本実施例ではプラズマ源を三つ設けた
構成で説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、その数は必要に応じて増減させても同様の作用、
効果を得ることができることは勿論である。
Although the present embodiment has been described with a configuration in which three plasma sources are provided, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even if the number is increased or decreased as necessary.
Of course, an effect can be obtained.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、シート状
をした大面積のプラズマを容易に得ることが可能となる
ため、成膜プロセス、化学プロセス分野における生産効
率の向上に大巾に貢献することができる。また、磁力線
による悪影響を低減することができるため、成形性の良
い良好なプラズマを得ることができる等といった優れた
効果を有する。
In summary, according to the present invention, a large plasma in the form of a sheet can be easily obtained, which greatly contributes to the improvement of production efficiency in the field of film forming process and chemical process. be able to. In addition, since an adverse effect due to the lines of magnetic force can be reduced, excellent effects such as good plasma having good moldability can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】図1中A−A矢視図である。FIG. 2 is a view taken in the direction of arrows AA in FIG.

【図3】本発明の作用を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the present invention.

【図4】図3中A−A矢視図である。FIG. 4 is a view taken in the direction of arrows AA in FIG. 3;

【図5】従来のプラズマ銃の構成を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional plasma gun.

【図6】図5中A−A矢視図である。6 is a view as viewed in the direction of arrows AA in FIG. 5;

【図7】従来のプラズマ発生装置を用いたイオンプレー
ティングを示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing ion plating using a conventional plasma generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ銃 2 磁気シールド 3a,3b,3c プラズマ源 4a,4b 陽極 6a,6b 集束コイル 7 対向電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma gun 2 Magnetic shield 3a, 3b, 3c Plasma source 4a, 4b Anode 6a, 6b Focusing coil 7 Counter electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 隆幸 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/24 - 1/54 C23C 14/00 - 16/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Takayuki Nakayama 3-1-1-15 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima-Harima Heavy Industries, Ltd. In the Toji Technical Center (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H05H 1/24-1/54 C23C 14/00-16/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プラズマを発生するプラズマ源と、該プ
ラズマ源で発生したプラズマを引き出すリング状の陽極
と、該リング状陽極で引き出されたプラズマを集束する
集束コイルと、上記プラズマ源に対向して設けられた対
向電極とからなるプラズマ銃において、上記プラズマ源
を複数並列して設けると共に、上記リング状陽極及び集
束コイルを上記プラズマ源の並列方向に楕円状に形成す
ることを特徴とするプラズマ銃。
A plasma source for generating plasma; a ring-shaped anode for extracting plasma generated by the plasma source; a focusing coil for focusing plasma extracted by the ring-shaped anode; A plasma gun comprising: a plurality of plasma sources provided in parallel; and a ring-shaped anode and a focusing coil formed in an elliptical shape in a direction parallel to the plasma sources. gun.
【請求項2】 上記プラズマ源及び楕円状陽極の周囲
に、これを囲繞するように磁性体からなる磁気シールド
を設けたことを特徴とする請求項1記載のプラズマ銃。
2. The plasma gun according to claim 1, wherein a magnetic shield made of a magnetic material is provided around the plasma source and the elliptical anode so as to surround them.
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