JPH0367497A

JPH0367497A - 誘導プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH0367497A
Application number: JP1204497A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Amano; 天野　高伸; Hisashi Komaki; 久小牧; Yoshiharu Hirakawa; 平川　祥治
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1991-03-22
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JP2779000B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、誘導プラズマ発生装置に関し、更に詳しくは
、誘導プラズマ成膜装置等に使用して好適な誘導プラズ
マ発生装置に関する。

（従来技術）物体の表面の耐熱性を向上させる目的で、耐熱性に秀れ
た粉末等の物質を１万度程度の高温プラズマ中に通して
溶かし、この溶融した物質を被処理材料に導き、溶融物
質を材料に溶射したり、材料上に粉末物質の膜あるいは
粉末物質とプラズマガスあるいは反応ガスとの反応物質
の膜を形成することが行われているが、このプラズマを
発生させるために誘導プラズマ発生装置が用いられてい
る。

この装置では、絶縁性物質で形成された円筒状の管の周
囲に高周波電源により駆動される加熱用のＲＦコイルを
配置するようにしている。この構成で、ＲＦコイルに励
磁電流を流すと、管の内部に誘導プラズマが発生するが
、このプラズマの温度は、１万度から１万５千度程度と
かなりの高温になり、このプラズマ内に成膜用の物質を
流すことにより、この物質を溶解することができる。溶
解された物質は、管に連通したチャンバー内に配置され
た材料上に照射され、例えば、材料上に所望物質の膜が
形成される。通常、この管は、プラズマの熱により高温
に加熱されるため、２重構造とし、その内部に冷却水を
流すようにしている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、この高周波誘導プラズマを発生させるために
は、必ず、着火という作業が必要となる。

従来、この着火の方法としては、次の方法が一般的であ
る。なお、これらの方法は、いずれも管の内部にアルゴ
ンガスを流し、ＲＦコイルに所定の高周波電流を流した
上で行われる。

■　着火棒と称する金属棒を管内に挿入し、これを誘導
加熱して金属棒から熱電子を発生させ、この熱電子の発
生を引き金にしてプラズマを発生させる。

■　管内を排気し、例えば、１Ｏ−２Ｔｏｒｒ程度に減
圧した状態とすることにより、プラズマを着火する。

しかしながら、■の方法は、誘導加熱により、金＠棒か
ら火花が散り、又、金属棒を管内に挿入しているので、
管内が汚染され、結果的に純粋な成膜や微粉末の生成が
行えない。

■の方法は、減圧装置が付属しているプラズマ発生装置
にしか適用することができず、大気圧て使用するプラズ
マの発生装置では、実現が不可能である。又、減圧装置
が付属していても、プラズマが着火できるまでに排気す
ることは時間がかかり、作業性が悪いことや、減圧下、
プラズマを発生させると、管の内壁にプラズマが触れ易
くなり、管が破損する恐れがある。

上記した点に注目し、第３図に示したようなプラズマ発
生装置が提案されている。図中、１は誘導プラズマ発生
装置（プラズマトーチ）の上部フランジ、２は下部フラ
ンジであり、上部フランジ１、下部フランジ２共に、中
心に開口を有している。上部フランジ１の開口には、ガ
ス供給ノズル３が配置されている。ガス供給ノズル３に
は、複数の孔４が穿たれており、孔４は、図示していな
いが、ガス供給源や成膜物質供給源に接続されている。

上部フランジ１と下部フランジ２との間には、円筒状の
内管５と同じく円筒状の外管６とより成る２重管が配置
されている。内管５と各フランジとの間、および、外管
６と下部フランジとの間には、Ｏリングシール７が設け
られ、内管５内部、内管５と外管６との間の空間の気密
を保持するようにしている。

下部フランジ２には、内管５と外管６との間の空間に連
通している冷却水導入孔８が穿たれており、上部フラン
ジ１には、内管５と外管６との間の空間に連通している
冷却水排出孔９が穿たれている。冷却水導入孔８から冷
却水を導入し、内管５と外管６との間の空間を通って、
冷却水を排出孔９から排出することにより、特に、内管
５を冷却することができる。２重管の周囲には、図示し
ていない高周波電源に接続されているＲＦコイル１０が
巻回されている。

下部フランジ２の下側には、図示していないが、成膜さ
れる材料が配置されるチャンバーが配置される。上部フ
ランジ１と下部フランジ２との間には、イグニションコ
イルの如き高圧発生装置１１が接続されている。このよ
うに構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りで
ある。

装置の初期状態においては、ガスノズル３に穿たれた孔
４から、例えば、アルゴンガスを供給すると共に、ＲＦ
コイル１０に高周波を供給する。

この状態で、高圧発生装置１１から高電圧を上部フラン
ジ１と下部フランジ２との間に印加すると、上部フラン
ジ１（ガス供給ノズル３）と下部フランジ２との間で高
電圧火花放電が生起し、この放電が引金となって内管３
内部にプラズマが発生する。その後、アルゴンガスに代
えて酸素ガスや窒素ガスを供給し、更に、キャリアーガ
スと共に、成膜用物質を内管５内部に供給する。この結
果、成膜用物質は、１万度〜１万５千度に加熱されたプ
ラズマによって溶融し、下部フランジ２の下側に配置さ
れたチャンバー内の材料上に投射される。

このように、この提案装置は、上記した■、■の方法に
おける欠点を改善することができるが、フランジのよう
な金属製物質が存在しないプラズマ発生装置には適用す
ることかできない。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、その目
的は、金属製物質が存在していない装置でも、構造が簡
単で容易に確実に、又、管内の汚染少なくプラズマの着
火を行うことができる誘導ブラズマ発生装置を実現する
にある。

（課題を解決するための手段）前記した課題を解決する本発明は、絶縁性物質で形成さ
れた管の周囲に巻回されたＲＦコイルに励磁電流を流し
て管内部に誘導プラズマを発生させる誘導プラズマ発生
装置において、プラズマ生成領域内にプラズマ着火用の
ガスを供給するための供給管を設け、この供給管内に電
極を設け、この電極をプラズマ着火用の高電圧発生手段
に接続するように構成したことを特徴としている。

（作用）プラズマ生成室内に着火時にガスを供給するための供給
管を設け、この供給管内部に設けた電極に高電圧を印加
し、プラズマを着火する。

（実施例）以下、第１図を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。図中、２１は誘導プラズマ発生装置（プラズマトー
チ）の上部フランジであり、上部フランジ２１は、中心
に開口を有している。上部フランジ２１の開口には、ガ
ス供給ノズル２２が配置されている。ガス供給ノズル２
２には、複数の孔２３が穿たれており、孔２３は、図示
していないが、ガス供給源や成膜物質供給源に接続され
ている。上部フランジ２１には、石英などで形成された
管２４が取り付けられている。管の周囲には、図示して
いない高周波電源に接続されているＲＦコイル２５が巻
回されている。

管２４の下部には、チャンバー２６が連通しており、こ
のチャンバー２６の下方には、図示していないが、被処
理材料が配置される。チャンバー２６の側面には、ガス
供給管２７が取り付けられており、このガス供給管２７
には、図示していないガス源からのアルゴンガスが供給
される。ガス供給管２７内部には、電極２８が設けられ
ており、この電極２８と金属製材料で形成された上部フ
ランジ２１との間には、イグニションコイルの如き高圧
発生装置２つが設けられている。

このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の
通りである。

装置の初期状態においては、ガスノズル２２に穿たれた
孔２３から、例えば、アルゴンガスを供給すると共に、
ＲＦコイル２５に高周波を供給する。更に、ガス供給管
２７からチャンバー２６内へアルゴンガスを供給する。

この状態で、電極２８と上部フランジとの間に、高圧発
生装置２９から高電圧を印加すると、電極２８と上部フ
ランジ２１との間で高電圧火花放電が生起し、この放電
が引金となって管２４とチャンバ−２６内部にプラズマ
が発生する。その後、ガス供給管２７からのアルゴンガ
スの供給を停止し、そして、孔２３からのアルゴンガス
に代えて酸素ガスや窒素ガスを供給し、更に、キャリア
ーガスと共に、成膜用物質を管２４内部に供給する。こ
の結果、成膜用物質は、１万度〜１万５千度に加熱され
たプラズマによって溶融し、チャンバー２６の下方に配
置される材料上に投射される。

第２図は、上部フランジの如き金属製材料がない、全石
英トーチに本発明を適用した実施例を示している。全石
英管３１の上部には、プラズマガス導入用のガス導入管
３２が設けられ、また、管３１の周囲には、ＲＦコイル
３３が巻回されている。管３１の上部と下部には、ガス
供給管３４゜３５が取り付けられており、このガス供給
管３４゜３５は、アルゴンガス源に接続されている。ガ
ス供給管３４．３５には、夫々電極３６．３７が配置さ
れており、この電極３６．３７との間には、イグニショ
ンコイルの如き高圧発生装置３８が接続されている。

この実施例においても、プラズマの着火は、まず、管３
１内にガス導入管３２．ガス供給管３４゜３５からアル
ゴンガスを供給すると共に、ＲＦコイル３３に高周波を
供給する。この状態で電極３６．３７の間に、高圧発生
装置３８から高電圧を印加すると、両電極間で高電圧火
花放電が起き、この放電が引金となって管３１内にプラ
ズマが発生する。このプラズマの着火が行われた後、ガ
ス供給管３４．３５からのアルゴンガスの供給は停止さ
れ、ガス導入管３２からは、アルゴンガスに代えて酸素
ガスなどが供給される。

以上本発明の詳細な説明したが、本発明はこの実施例に
限定されない。例えば、第１図の実施例で、上部フラン
ジと電極との間に高電圧を印加するようにしたが、上部
フランジ以外に別の金属製物質がトーチ上部に存在する
場合には、フランジに代え、そのような金属製物質を使
用することができる。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明によれば、プラズ
マ生成領域にガスを供給する管を設け、この管内に電極
を配置し、プラズマの着火のときのみプラズマ生成領域
にこの管からガスを供給し、その上で、この電極に高電
圧を印加するようにしたので、トーチ上部あるいは下部
に金属製物質がない場合でも、簡単にプラズマの着火を
行うことができる。又、着火棒などをプラズマ発生領域
に挿入することはないので、着火棒により、管やチャン
バー内を汚染することはない。更に、大気圧でプラズマ
の着火を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例を示す断面図
、第３図は、本発明の前提となる提案装置を示す図であ
る。１．２１・・・上部フランジ２・・・下部フランジ３．２２・・・ガスノズル　４，２３・・・孔５・・・
内管　　　　　　　６・・・外管７・・・Ｏリングシー
ル　　８・・・冷却水導入孔９・・・冷却水排出孔１０２５．３３・・・ＲＦコイル１１．２９．３８・・・高圧発生装置２４、３１・・・管２６・・・チャンバー２７．３４．３５・・・ガス供給管２８．３６．３７・・・電極

Claims

【特許請求の範囲】

絶縁性物質で形成された管の周囲に巻回されたＲＦコイ
ルに励磁電流を流して管内部に誘導プラズマを発生させ
る誘導プラズマ発生装置において、プラズマ生成領域内
にプラズマ着火用のガスを供給するための供給管を設け
、この供給管内に電極を設け、この電極をプラズマ着火
用の高電圧発生手段に接続するように構成したことを特
徴とする誘導プラズマ発生装置。