JPH03156899A - 低ガス圧大容量プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （Ａ）　　産業上の利用分野 本考案は金属や有機材料等をブ５１−マ中で表面加工す
る時に必要とされる低力゛ス圧大容量フロラス゛マ生成
装置に間するものである。１．Ｃ基板のスハ０ツタクリ
ーニング、　イオンフロＩ／−チンク゛、　カーホ゛：
セ゛−ンヨン、　光学的表面処理等に広く利用できろ。

（Ｂ）　　従来の技術 核融合関連技術としてのハ゛ケットソースは高力“ス圧
であり、イオン窒化法でのクーロ−放電も充実用的な力
゛ス圧は１ＯＴｏｒ程度以上と可成り高い。ＰＩＧ放電
や高周波放電領域での力゛ス圧は比較的低いので、上述
のような利用分野でその大容量化が望まれていた。

（Ｃ）　　解決したい問題点 しかし、ｒｆ放電やマク゛ントロン放電は動作力゛ス圧
は低いが、生成プラズマが電極部に偏在したり、強磁場
を要する等ブ５スーマの大容量化に障害となる点がある
。ＰＩＧ放電は磁場なしても発生するが、生成プラズマ
の密度が低く、容積的にも小さいため、単一のＰＩＧ放
電では大容量プラズマを生成することはできなかった。

（Ｄ）　　問題解決の手段 （イ）ブラスーマ密度を増加させるために、定常ＰＩＧ
放電機構を直列に２個以上連結する。

（０）　　ｍｌ”ラス゛マの密度及び容積、即ち、容量
を増加させるために、陰極（１）を大形化して電子放出
量を増加させると共に、相対する各７ｒｉｒａ＜２〜５
）の電極開口部（６）の総面積を増加させる。

（ハ）上述のように構成された直列２（多）段大面積Ｐ
ＩＧ放電機構を単位７’５２−Ｖ源とし、その拡散プラ
ズマがプラズマ室（８）に集積して大容量プラズマを形
成するように、複数の単位フ０ラス゛マ源を幾何学的に
空間分布させろ。

（ニ）ｈ゛ス供給口をプラズマ室から離し、各電極（２
〜５）等をその間の遮蔽物として用いる構成とする。

（イ）項の場合の電極間の電位関係を第２図に示した。

本放電は陰極（１）とそれよりやや高い電位の第１対陰
極（３）、それらの中間に設けた、それらに対して１０
０■前後の高電位を与えられた第１陽極（２）から成る
第１放電領域（Ａ）と、それらに引き続いて設けられた
第２段放電領域（Ｂ）とから構成される。後者は第１対
陰極（３）と第２陽極（４）、第１対陰極よりもも少し
陰極電位に近い電位を与えられた第２対陰極（５）から
成る。両放電の制御は陰極及びその他電極の電位関係（
第２図）と陰極からの電子放出量、カース圧等を調節す
ることによフて行われる。

ブ５ス”マの大容積化対策は、単位７’５ス−？源の各
電極（２〜５）の開口部（６）を、矧辺カ月０ミリ程度
の矩形にして大面積化したり、多口化することにより施
す。また、電極の全体形を天井付きの円筒、四角筒や六
角筒、或は、球殻状等とし、多数個の単位フ’５２−マ
源が上記形状の大容積プラズマ室（８）を取囲むように
配置する。（第３図参照）。

（Ｅ）　　作用 第１放電領域（Ａ）では、陰極（１）から放出された電
子は第１陽極（２）方向へ加速後、第１対陰極（３）に
到る間に減速される。減速電子の内ガス粒子との衝突な
どで反転した電子は再び陰極方向へ加速される。このよ
うな９’ｊ？“ム運動を数百回以上も繰り返す間に燃料
ｈ”ｌを衝突電離しプラズマが発生する。

このフ０ラス゛マは第２放電領域（Ｂ）に拡散し、それ
がシード（種）となって領域（Ａ）と同様の電離過程を
経て領域（Ｂ）に濃いプラズマをか発生する。

（Ｆ）　　発明の効果 放電部を２（多）段直列接続したことにより、第２放電
領域（Ｂ）に拡散進入するブ５２”マには杓１０／立方
糎前後の高密度電子が含まれる結果、最終放電領域（Ｂ
）でのスリム密度が格段に向上した。

また、複数の放を機構を直列接続、例えば、２段接続し
た場合、接続部に位置する第１対対陰極（３）の電位を
陰極（１）電位及び最終電極（第２対陰極、５）電位よ
りも少し高電位に保持すると、一部の高速電子は中間部
の対陰極（３）による電位障壁を貫通して両放電領域に
跨って形成されたネ°テンシャルウエＩＩ内でタンテ゛
ム運動を行う。その結果、電離能率が改善されソースフ
０ラスーマの密度がより増加した。また、この高速電子
は第１放電領域からのソースフ０ラスーマのプラス゛７
室（８）への拡散を増加させたく第２図参照）。

電極開口部（６）の大面積化と共に、ブラスーマ室の周
囲に単位プラス°マ源を多数個設置する本実の方法は、
プラズマ室（８）の拡大要請に対して柔軟な対応能力を
有することが判った。

（Ｇ）　　その他の実施例 （イ）放電機構をＰＩＧ放電放膜１段てもよ（０）一部
電極、或は、電極の一部を螺旋状格子なとで代用しても
よい。

（ハ）プラズマ室は多角柱形、球形、立方体形等とする
ことができる。

（ニ）　低力゛ス圧フ０ラス゛マを生成するために、力
“ス供給口とフ０ラス゛マ室の間を電極等を用いてカ゛
スを遮断する構成とすることができろ。（第１図づ照）
。

（Ａ）ＰＩＧ放電を制御するような外部高闇波を放電部
に重畳印加することができる。

（へ）プラズマ室でのブラｌ−マ密度の増加、及び均一
化を目的として、小形の磁石（第１図、］２）を多数用
いてブラスーマ室を取囲むようなカスブ磁場を形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実実施例の直列２段ＰＩＧ放電復構を用いた
低力゛ス圧大容量円柱伏プラズマ発生装置の断面図 １、陰極　　２、第１陽極　　３、第１対陰極４、第２
１’ｉ極　　５、第２対陰極　　６、電極間口部　　　
　７、　力゛ス洪給口　　　　８、　プラズマ室９、真
空容器　　ｌＯ１真空測定孔　ＩＩ、真空排気口　　１
２、磁石片　　１３、絶縁材ｌ４、電流導入端子。 第２図は直列２段ＰＩＧ放電形式（第１図）の放電電極
間の電位間係図と放電領域図へ、第１放電領域　　８、
第２放電領域、その池数記号は第１図に同じ。 第３図は第１・２陽極、及び、第１・２対陰極の全体形
及び電極開口部の実施諸例見取図ａ、平板状　ｂ、円柱
状　　ｃ、４角柱状。 第１図 低ガス圧大宮量ブうス゛マ発生装置断面図（生成プラズ
マが円柱状の場合） １、陰極　　２、第１陽ａ　　３、第１対陰極４、第２
陽極　　５、第２対陰極　　６、電極開口部　　　　７
、　力゛ス供給口　　　　８、　フ９ラス”マ室９、真
空容器　　１０、真空測定孔　　１１、真空排気口　　
１２、磁石片　　１３、絶縁材１４、　電流導入端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （イ）直列２段結合ＰＩＧ放電機構（第２ 図）の陰極（第１図、１）の電子放出面積を拡大すると
   共に、相対峙する各電極（同図、２−５）の電極開口部
   （同６）を多口化、或は、概矩形化（第３図ａ、ｂ、ｃ
   ）により大面積化する。 （ロ）複数の上記構成の単位プラズマ源をプラズマ室（
   同８）を取り囲むように配置する（第１図実施例参照）
   。 以上のような構成の大容量プラズマ発生装置。