JPH07254496A - 誘導プラズマの発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】シースガスを射出させるガス射出部の軸方向長
を小さくすることにより、装置を小型化する。 【構成】シードガス７の吹込管１３の外周面と絶縁管１
１の内周面との間に介装され、絶縁管１１の内周面に添
ってらせん状に流れるシースガス６を射出するガス射出
部１５が環状体１５にシースガス６の射出穴が貫通して
設けられ、射出穴のシースガス出口側の向きが絶縁管１
１の周方向に対してコイル１側へ傾斜して設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高周波電圧の誘導に
よってプラズマを発生させる方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波電圧によって空間に電界を形成す
ると、その空間内で電子が往復運動を行う。この電子が
中性ガスと衝突電離をくり返すことによって、イオンが
増大し、プラズマが形成される。高周波電圧によって誘
導されるプラズマは、空間に直接、電極を配す必要がな
いので、電極から発生する不純物の混入を避けることが
できる。そのために、プラズマ化学やプラズマＣＶＤの
分野では材料の成膜やエッジング処理にこの高周波誘導
プラズマがしばしば用いられている。

【０００３】図７は従来の誘導プラズマの発生装置の構
成を示す断面図である。円筒状の絶縁容器２の上下にフ
ランジ４，９が取り付けられ．、上部のフランジ４には
上蓋５が被さっている。フランジ４，９の中心には絶縁
管１１が固定されている。絶縁管１１と絶縁容器２との
間には冷却水３とともに、図示されていない支えを介し
てコイル１が配されている。コイル１は絶縁被覆された
導体でもって絶縁管１１の外周を軸方向にらせん状に巻
回されたものであり、その両端は高周波電源１０に接続
されている。

【０００４】また図７において、上蓋５の中心にキャリ
アガス８を通すための絶縁管８Ａと、シードガス７を通
すための絶縁性のガス吹込管１３とが配されている。さ
らに、上蓋５には絶縁管１１の内部に連通する横穴７
Ａ，６Ａが設けられてあり、それぞれシードガス７，シ
ースガス６を絶縁管１１の内部に導いている。絶縁管１
１の上部内周面とガス吹込管１３の外周面との間には、
スペーサ６Ｂによってガス射出部１４が形成されてい
る。このスペーサ６Ｂは、らせん状に形成されてあり、
これによってシースガス６を絶縁管１１の内周面に添っ
てらせん状に流すように誘導している。なお、図７の装
置全体は図示されていない真空容器内に収納されてい
る。

【０００５】図７を用いて絶縁管１１内部に誘導プラズ
マ１２が形成されるメカニズムを次に説明する。横穴７
Ａを介してシードガス７が絶縁管１１内部の真空中に流
される。シードガス７は、例えばＡｒなどの不活性気体
が用いられ、誘導プラズマ１２の種（シード）になるの
ものである。また、同時に横穴６Ａを介してＡｒなどの
シースガスも絶縁管１１内部に流される。このシースガ
ス６は、らせん状のガス射出部１４によって絶縁管１１
の内壁面に沿ったらせん状の流れ（点線で示す）にな
る。この状態で高周波電源１０からコイル１に高周波電
流を流すと、絶縁管１１の内部に軸方向の高周波磁界が
発生する。さらに、この磁界を打ち消すためにシードガ
ス７中に絶縁管１１の軸を中心にまわる誘導電流が形成
される。シードガス７は、初期は分子自体が中性である
が、このガス中に微小に含まれている初期電子が高周波
磁界によって絶縁管１１内で周方向に振動する。この電
子が中性分子と衝突電離し、イオンおよび電子の増大に
よってシードガス７がプラズマ状態になる。図７の誘導
プラズマ１２は上述のメカニズムによって形成されたも
のであり、この誘導プラズマ１２内には誘導電流が流れ
ジュール加熱によって、その領域の温度は数万度にも達
する。

【０００６】シースガス６は、誘導プラズマ１２が絶縁
管１１の内壁面に直接触れないようにするためのもので
ある。シースガス６を絶縁管１１の内壁面に沿ってをら
せん状に流すことによって誘導プラズマ１２の外周側を
冷却し、誘導プラズマ１２を絶縁管１１の中心軸側へ定
在させている。冷却水３を流すことによって、コイル１
および絶縁管１１を冷却するとともに、シースガス６も
冷やし、シースガス６自体がプラズマ化することも防い
でいる。

【０００７】図７において、誘導プラズマ１２が形成さ
れると、絶縁管８Ａの上部から、キャリアガス８を流
し、誘導プラズマ１２中に混入させる。誘導プラズマ１
２の高温によって、キャリアガス８とシードガス７とを
反応させ、その反応ガスを絶縁管１１の下部により取り
出す。キャリアガス８は、ガス単独の場合もあれば、ガ
スと粉末との混合体である場合もある。この誘導プラズ
マ１２は、例えば半導体表面の成膜やエッジングなどの
プラズマ処理に使われる。オゾン層の破壊原因とされて
いるフロンをプラズマによって分解する装置などにも使
用することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の装置は、軸方向長が大きいという問題が
あった。すなわち、ガス射出部がスペーサによって数回
巻回され、らせん状になっているために絶縁管の軸方向
長が大きくなっていた。そのために、装置全体も大型化
し製作費も嵩んでいた。

【０００９】この発明の目的は、ガス射出部の軸方向長
を小さくすることにより、装置を小型化することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、絶縁管と、この絶縁管の軸方向
の一方端に設けられ絶縁管の内部に向けてシードガスを
吹き込むガス吹込管と、このガス吹込管の外周面と絶縁
管の内周面との間に介装され、絶縁管の内周面に添って
らせん状に流れるシースガスを射出するガス射出部と、
絶縁管の外周に巻回されたコイルと、このコイルに接続
された高周波電源とにより構成されたものにおいて、ガ
ス射出部が環状体よりなり、この環状体にシースガスの
射出穴が貫通して設けられ、射出穴のシースガス出口側
の向きが絶縁管の周方向に対してコイル側へ傾斜してな
るものとするとよい。

【００１１】かかる構成において、射出穴が環状体に複
数設けられてなるものとするとよい。また、かかる構成
において、射出穴が環状体の軸方向の両面に開口すると
ともに直線状に穴明けされ、射出穴の向きが絶縁管の周
方向に対してコイル側へ傾斜してなるものとするとよ
い。

【００１２】

【作用】この発明の構成によれば、ガス射出部が環状体
よりなり、この環状体にシースガスの射出穴が貫通して
設けられる。射出穴のシースガス出口側の向きは絶縁管
の周方向に対してコイル側へ傾斜する方向にする。これ
により、ガス射出部をらせん状に形成する必要がなくな
るので、ガス射出部の軸方向長が短くなり、装置が小型
化する。

【００１３】かかる構成において、射出穴が環状体に複
数設けられる。これにより、シースガスの供給量を増や
すことができ、絶縁管内周面を効果的に冷却することが
できる。かかる構成において、射出穴が環状体の軸方向
の両面に開口するとともに直線状に穴明けされる。射出
穴の向きは絶縁管の周方向に対してコイル側へ傾斜して
設けられる。射出穴が直線状なので一度に穴明けするこ
とができ工作時間が短かくて済む。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例に基づいて説明す
る。図１は、この発明の実施例にかかる誘導プラズマの
発生装置の構成を示す断面図である。絶縁管１１の上部
内周面とガス吹込管１３の外周面との間に環状体１５よ
りなるガス射出部が介装されている。

【００１５】図２は、図１の環状体１５だけを取り出し
て示した平面図であり、環状体１５の４個所に射出穴１
５Ａが等配されている。図３は、図２のＡ矢視図であ
る。射出穴１５Ａは、すべて環状体１５の外周面を入口
１５Ｂとし、内部で周方向に折れ曲がった後、環状体１
５の周方向に対して傾斜した状態で底面側の出口１５Ｃ
へ貫通している。

【００１６】図１に戻り、その他の構成は、図７で説明
された従来の構成と同じである。同じ部分には、同一参
照符号を付けることにより詳細な説明を繰り返すことは
省略する。環状体１５の射出穴の外周面におけるシース
ガス６入口１５Ｂ（図２）が横穴６Ａに連通するよう
に、横穴６Ａの奥行部は周回溝６Ｃが形成されている。
また、環状体１５の射出穴の下側底面におけるシースガ
ス６の出口１５Ｃ（図２）は絶縁管１１の内部に連通し
ている。したがって、シースガス６は横穴６Ａから周回
溝６Ｃを介して環状体１５の射出穴に入り、絶縁管１１
の内周面に射出される。環状体１５の射出穴は、出口１
５Ｃ（図３）側が傾斜しているので、シースガス６が絶
縁管１１の内周面に添ってらせん状になって下方に流れ
て行く。射出穴が４個設けられているので、各個所から
シースガス６が射出され、４本の流れがそれぞれらせん
状に形成されるようになる。

【００１７】図１の構成にすることによって、ガス射出
部１５の軸方向長が小さくなり、図７の装置において、
スペーサ６Ｂを数回らせん状に巻回させていた分Ｌが不
要になる。このＬは、実長にして約５０ｍｍであった。
また、図７の装置では、シースガス６の通路を複数並べ
ることが出来ないが、図２の構成にすることによって、
シースガス６の通路を４本設けることが出来る。一般
に、射出穴１５Ａを複数設けることにより、シースガス
６の注入量を任意調整することが出来る。そのために、
シースガス６の注入圧力を高めなくても絶縁管１１の内
周面の冷却を効果的に行うことが出来るようになり、ガ
ス注入装置も小型化される。

【００１８】図４は、この発明の異なる実施例にかかる
誘導プラズマの発生装置の構成を示す断面図である。絶
縁管１１の上部内周面とガス吹込管１３の外周面との間
に環状体１６よりなるガス射出部が介装されている。図
５は、図４の環状体１６だけを取り出して示した平面図
であり、環状体１６の４個所に射出穴１６Ａが等配され
ている。

【００１９】図６は、図５のＢ矢視図である。射出穴１
６Ａは、すべて環状体１６の軸方向の両面側に開口する
とともに直線状に穴明けされ、周方向に対して傾斜した
状態で貫通している。図４に戻り、環状体１６は周回溝
６Ｃの下部に配されている。その他の構成は図１と同じ
である。シースガス６は横穴６Ａから周回溝６Ｃを介し
て環状体１６の射出穴１６Ａ（図５）に入り、絶縁管１
１の内周面に射出される。環状体１６の射出穴１６Ａは
傾斜しているので、シースガス６が絶縁管１１の内周面
に添ってらせん状になって下方に流れて行く。射出穴４
個設けられているので、各個所からシースガス６が射出
され、４本の流れがそれぞれらせん状に形成されるよう
になる。

【００２０】図４の構成にすることによって、図１の場
合と同様にガス射出部の軸方向長が小さくなり、図７の
装置において、スペーサ６Ｂを数回らせん状に巻回させ
ていた分Ｌが不要になり、図１で説明したことと全く同
様の効果が得られる。また、射出穴１６Ａを複数設ける
ことにより、シースガス６の注入量を任意調整すること
が出来、絶縁管１１の内周面の冷却を効果的に行うこと
が出来るようになることも図１の装置と同様である。

【００２１】さらに、図５における射出穴１６Ａは軸の
方向が一定しているので、穴明けが一度にでき図２にお
ける射出穴１５Ａの場合より工作時間が短かくて済むと
いう利点もある。

【００２２】

【発明の効果】この発明は前述のように、ガス射出部が
環状体よりなり、この環状体にシースガスの射出穴が貫
通して設けられる。これにより、ガス射出部の軸方向長
が短くなり、装置が小型化し製作費が節約される。かか
る構成において、射出穴が環状体に複数設けられる。こ
れにより、シースガスの注入圧力を高めることなしにシ
ースガスの供給量を増やすことができ、絶縁管内周面を
効果的に冷却することができる。そのために、ガスの注
入装置も小型化される。

【００２３】かかる構成において、射出穴が環状体を斜
めに、かつ直線状に貫通する。これにより、射出穴の穴
明け作業が楽になり、工作時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる誘導プラズマの発生
装置の構成を示す断面図

【図２】図１の環状体だけを取り出して示した平面図

【図３】図２のＡ矢視図

【図４】この発明の異なる実施例にかかる誘導プラズマ
の発生装置の構成を示す断面図

【図５】図４の環状体だけを取り出して示した平面図

【図６】図５のＢ矢視図

【図７】従来の誘導プラズマの発生装置の構成を示す断
面図

【符号の説明】

１：コイル、６：シースガス、７：シードガス、１０：
高周波電源、１１：絶縁管、１２：誘導プラズマ、１
３：ガス吹込管、１５，１６：環状体（ガス射出部）、
１５Ａ，１６Ａ：射出穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 作田 忠裕 石川県松任市村井東２−３−７

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁管と、この絶縁管の軸方向の一方端に
   設けられ絶縁管の内部に向けてシードガスを吹き込むガ
   ス吹込管と、このガス吹込管の外周面と絶縁管の内周面
   との間に介装され、絶縁管の内周面に添ってらせん状に
   流れるシースガスを射出するガス射出部と、絶縁管の外
   周に巻回されたコイルと、このコイルに接続された高周
   波電源とにより構成されたものにおいて、ガス射出部が
   環状体よりなり、この環状体にシースガスの射出穴が貫
   通して設けられ、射出穴のシースガス出口側の向きが絶
   縁管の周方向に対してコイル側へ傾斜してなることを特
   徴とする誘導プラズマ発生装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のものにおいて、射出穴が環
   状体に複数設けられてなることを特徴とする誘導プラズ
   マの発生装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のものにおいて、射
   出穴が環状体の軸方向の両面に開口するとともに直線状
   に穴明けされ、射出穴の向きが絶縁管の周方向に対して
   コイル側へ傾斜してなることを特徴とするプラズマ発生
   装置。