JPH0115120Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は密度の均一な高密度プラズマを発生す
るホローカソード放電型プラズマ発生装置に関す
る。

近時、高融点物質の溶解、溶接、加工、蒸着の
為の大電力電子ビームを発生させる高密度プラズ
マ発生装置が注目されている。この様なプラズマ
発生装置の中で被排気室内に配置された中空陰極
内にホローカソード放電により高密度プラズマを
発生させ、被排気室内に該プラズマを拡散させ、
該プラズマ中の電子を利用する所謂ホローカソー
ド放電型プラズマ発生装置の一例を第１図に示
す。図中１は被排気室で外部の排気手段（図示せ
ず）により排気口２から排気される。該室の上面
略中央には金属性の中空円筒状のホローカソード
３が捩込みで配置されている。該ホローカソード
の中央部には適宜な大きさの孔４が開けられてお
り、該孔の上方は室外のガスボンベ（図示せず）
と通じている。該ホローカソードの下方にはター
ゲツト５が配置されており、該ホローカソードと
の間に直流高圧電源６から正の直流高電圧が印加
される。尚、該直流高圧電源の代りに高周波電源
を設けて、高周波電圧を印加してもよい。斯くの
如きプラズマ発生装置において、先ず、被排気室
１内を例えば、２×10^-4〜４×10^-3Torr程度に
排気した後、ホローカソード３の孔４から例えば
Arガスを適宜な量導入し前記被排気室１内の圧
力を例えば１×10^-2程度にする。この時、高圧電
源６から前記ターゲツト５と前記ホローカソード
３の間に高電圧が印加されているので、前記ホロ
ーカソード内及び被排気室１内にプラズマの発生
が始まる。該プラズマの発生が開始されたら、被
排気室を再び２×10^-4〜４×10^-3程度に排気す
る。この様にすると、前記ホローカソードの孔４
内には非常に高密度のプラズマが発生し、前記タ
ーゲツト５方向に向つて被排気室内に出て来る。
そして、先ず被排気室内に成長したプラズマ中の
電子は正の高電圧の印加されたターゲツト５に引
かれて飛んで来る。もちろん、この時、プラズマ
中の負のイオンや中性粒子も該ターゲツトに飛ん
で来る。この様にして大電力の電子ビームを得る
ことが出来る訳であるが、次の様な問題がある。

即ち、前記ホローカソード３の中央部にあけら
れた孔４内に高密度のプラズマを発生させるの
で、該ホローカソード下面とターゲツト間のプラ
ズマ密度分布に着目すると、第２図に示す様に、
前記孔４の延長線付近の密度は非常に高いが、該
線から離れるに従つて密度が低くなる。従つて、
例えば、ターゲツトの代りにエツチングすべき材
料を置くと、該材料の中央部は非常によくエツチ
ングされるが、他の部分は余りよくエツチングさ
れないといういわゆるエツチング斑が出来てしま
う。

本考案はこの様な問題を解決することを目的と
してなされたものである。

本考案は特にホローカソード放電型プラズマ発
生装置のホローカソードの構造の改良に要旨を有
し、ホローカソードから被排気室内に拡散し始め
ようとするプラズマが少なくとも略リング状に形
成される様に構成したものである。

第３図ａは本考案の一実施例を示したホローカ
ソード放電型プラズマ発生装置のホローカソード
の概略断面図であり、第３図ｂはそのＡ−Ａ断面
図である。該カソードは内カソード７と外カソー
ド８からなる。内カソードは円柱状に形成され、
上部にタツプネジ９が設けられている。該ネジ部
の上面中央部から該内カソードの長手方向の1/4
程度の長さの所迄にはガス導入口１０が明けられ
ており、前記1/4程度の所に明けられたガス移送
孔１１と垂直に交わつている。該ガス移送孔１１
が明けられた所から下面迄の外径は他の部分に比
べ幾分（１mm程）小さく形成されている。前記外
カソード８は上面に雌捩子が切られ、底面の無い
円筒状に形成されており、前記内カソード７のタ
ツプネジ９を該雌捩子に螺合させることによつて
前記内カソード７を外カソード８に嵌込んでい
る。この時、前記外カソード８の内径は前記内カ
ソード７の大きい方の外径と略同一なので、該内
カソードと外カソードの間に前記ガス移送孔１１
に交差するホロー発生孔１２が形成される。

斯くの如きホローカソードを第４図に示す様に
前記第１図に示す如き装置の排気室に取り付け
（タツプネジ９を被排気室１の上面に捻り込む）
該被排気室内を１×10^-4程度に排気し、次にガス
をガス導入孔１０に導入する。該ガスは該ガス導
入孔１０からガス移送孔１１を介してホロー発生
孔１２に入り、排気室内１に流れて行く。この結
果該室内の圧力は１×10^-2程度になる。この時、
ターゲツト５と該カソード間に直流高圧電源６か
ら正の高電圧が印加されているので、前記ホロー
発生孔１２内において、非常に高密度のプラズマ
が発生する。そして、該高密度のプラズマは前記
ホロー発生孔１２から被排気室内のターゲツト５
方向にリング状の形で出て来る。該高密度プラズ
マはカソードの下面とターゲツト間において、前
記カソードの下面に近い側ではリング状である
が、途中で他のプラズマ粒子の方に拡散して行
き、実際にはターゲツト付近では略円柱状にる。
従つて、該ターゲツト付近のプラズマ密度の分布
は第５図に示す様に略一様に高くなる。そして、
該高密度のプラズマ中から先ず電子がターゲツト
５に引かれ、続いて負のイオンも該ターゲツト引
かれる。この時、中性粒子も衝突する。

第６図から第９図は本考案のカソードの他の実
施例で、ホロー発生孔の裾部が少し外側に開いた
もの（第６図及び第８図）、逆に内側に狭くなつ
たもの（第７図及び第９図）で、前者はリング状
プラズマの径を少し大きくする場合、後者は逆に
小さくする場合に使用される。第１０図に示すホ
ローカソードは前記前者のカソードから発生する
リング状プラズマの径が大き過ぎ、ターゲツト中
央部近傍でのプラズマ密度が少し下がるのを補う
為に、ガス導入孔１０に連続したホロー発生孔１
３を別に内カソードに明けたものである。

尚、ホローカソードのホロー発生孔はその断面
が前記実施例の如く円状にしなくてもよく、楕円
状にしても四角状にしてもよい。

本考案によれば、一様な高密度のプラズマが得
られるので、例え、エツチングを行なう場合でも
材料を一様にエツチングすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のホローカソード放電型プラズマ
発生装置の概略図、第２図は該プラズマ発生装置
による被排気室内のプラズマ密度分布を示したも
の、第３図ａ，ｂは本考案のホローカソード放電
型プラズマ発生装置のホローカソードの一実施例
を示したもの、第４図は該カソードを用いたプラ
ズマ発生装置、第５図は該装置による被排気室内
のプラズマ密度分布を示したもの、第６図〜１０
図は本考案のホローカソードの他の実施例を示し
たものである。 １：被排気室、５：ターゲツト、６：直流高電
圧源、７：内カソード、８：外カソード、９：タ
ツプネジ、１０：ガス導入孔、１１：ガス移送
孔、１２，１３：ホロー発生孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被排気室内に配置された中空陰極内に高密度の
   プラズマを発生させ、被排気室内に該プラズマを
   拡散させる様になした装置において、前記中空陰
   極から被排気室内に拡散し始めようとするプラズ
   マが少なくとも略リング状に形成される様に中空
   陰極を構成したホローカソード放電型プラズマ発
   生装置。