JPH08111298A - Thermo-plasma device - Google Patents

Thermo-plasma device

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Publication number
JPH08111298A
JPH08111298A JP6246031A JP24603194A JPH08111298A JP H08111298 A JPH08111298 A JP H08111298A JP 6246031 A JP6246031 A JP 6246031A JP 24603194 A JP24603194 A JP 24603194A JP H08111298 A JPH08111298 A JP H08111298A
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JP
Japan
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plasma
light
gas
thermal
shape
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6246031A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Komaki
久 小牧
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a heat plasma device which can stable produce plasma for a long period of time. CONSTITUTION: Beams of light in the peripheral part of plasma P produced are put incident to a sensor 22 via a transparent member 21 installed in the upper part of a cylindrical member 2. Beams of light from a number of sensors are spectrally separated by a spectrograph 23, and the intensity of the beam of light having a specific wavelength is sensed. Signals sensed on the basis of these beams of light from the sensors 22 are fed to a computer and stored. In the computer the relation between the shape of plasma and the light emissive intensity due to the specific wavelength of plasma is previously stored as the database. The computer compares the stored ideal light emissive intensity distribution of the light having specific wavelength with the actually measured light emissive intensity distribution. On the basis of the result from comparison, the parameter(s) influencing the plasma shape is/are controlled.

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、プラズマ中で成膜材料
を蒸発させたり溶融し、蒸発,溶融材料によって基板上
に成膜などを行う高周波誘導熱プラズマ装置などの熱プ
ラズマ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal plasma apparatus such as a high frequency induction thermal plasma apparatus which evaporates or melts a film forming material in plasma and forms a film on a substrate by evaporation or the molten material.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1は従来の高周波誘導熱プラズマ装置
を示している。1はプラズマ発生用のトーチであり。ト
ーチ1は窒化珪素などで形成された円筒部材2、円筒部
材2の上部に取り付けられたガスリング3、円筒部材2
の外側に配置された高周波コイル4などから形成されて
いる。円筒部材2は二重管構造に形成されており、その
二重管内部には冷却水の入口通路5から冷却水が供給さ
れ、出口通路6から冷却水が排出される。ガスリング3
は図示していないが、プラズマガス源や粉末供給源に接
続されている。粉末材料やキャリアガスはガスリング3
の中央部分から、プラズマガスはガスリング3の外側か
ら夫々円筒部材2内部に供給される。なお、このガスリ
ング3内にも冷却水が循環できるように構成されてい
る。高周波コイル4には、図示していないが高周波電源
から高周波電力が供給されるように構成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a conventional high frequency induction thermal plasma device. 1 is a torch for plasma generation. The torch 1 is a cylindrical member 2 made of silicon nitride or the like, a gas ring 3 attached to the upper portion of the cylindrical member 2, a cylindrical member 2
It is formed of the high frequency coil 4 and the like arranged on the outside of the. The cylindrical member 2 is formed in a double pipe structure, and the cooling water is supplied to the inside of the double pipe from the cooling water inlet passage 5 and the cooling water is discharged from the outlet passage 6. Gas ring 3
Although not shown, is connected to a plasma gas source or a powder supply source. Gas ring 3 for powder materials and carrier gas
The plasma gas is supplied to the inside of the cylindrical member 2 from the outside of the gas ring 3 from the central portion of each. The cooling water can be circulated in the gas ring 3. Although not shown, the high frequency coil 4 is configured to be supplied with high frequency power from a high frequency power supply.

【0003】トーチ1の下部にはチャンバー7が配置さ
れている。チャンバー7内は図示していない真空排気系
により真空に排気できるように構成されている。また、
チャンバー7の横方向には覗き窓8が設けられ、また、
その斜め下方には覗き窓9が設けられている。覗き窓
8,9の内側にはエアーが吹き付けられており、窓8,
9の内側に粉末などが付着することを防止するようにし
ている。このような構成の動作を次に説明する。
A chamber 7 is arranged below the torch 1. The inside of the chamber 7 is configured to be evacuated to a vacuum by a vacuum exhaust system (not shown). Also,
A viewing window 8 is provided in the lateral direction of the chamber 7, and
A viewing window 9 is provided diagonally below. Air is blown inside the peep windows 8 and 9,
The inside of 9 is prevented from adhering powder and the like. The operation of such a configuration will be described below.

【0004】トーチ1のガスリング3を介して円筒部材
2内にプラズマガスを供給すると共に、高周波コイル4
に高周波電力を供給する。そして、適宜な手段によりト
ーチ内でプラズマPを着火する。その後、ガスリング3
を介して溶着すべき粉末材料をキャリアガスと共にプラ
ズマP中に供給し、プラズマの高い温度により材料を蒸
発や溶融させる。蒸発や溶融された材料は、チャンバー
7内の基板(図示せず)上に付着させられ、成膜が行わ
れる。この際、高品質の成膜を行うためには、プラズマ
Pの形状を最適に制御しなければならない。
Plasma gas is supplied into the cylindrical member 2 through the gas ring 3 of the torch 1 and the high frequency coil 4 is also provided.
Supply high frequency power to Then, the plasma P is ignited in the torch by an appropriate means. Then gas ring 3
The powder material to be deposited is supplied into the plasma P together with the carrier gas through the so as to evaporate or melt the material due to the high temperature of the plasma. The evaporated or melted material is attached onto a substrate (not shown) in the chamber 7 to form a film. At this time, in order to perform high quality film formation, the shape of the plasma P must be optimally controlled.

【0005】このため、プラズマPの形状を外部からモ
ニターする必要があるが、円筒部材2はプラズマからの
有害な輻射光を遮蔽するために、窒化珪素などの不透明
部材が用いられている。そのため、チャンバー7に覗き
窓8,9を設け、プラズマPの水平方向や斜め下方から
プラズマPの形状を肉眼で、あるいはテレビカメラで撮
像してモニターを介して観察している。そして、確認し
たプラズマPのテール形状に基づき、オペレータの経験
と勘によってガスリング3から円筒部材2内に供給され
るガスの流れや高周波コイル4に供給する高周波電力を
制御するようにしている。なお、プラズマガスの流れの
制御は、円筒部材2の壁面に沿う流れの半径方向の場所
的な制御と、円筒部材2内で回転させて流すガスの流れ
の制御を含んでいる。
Therefore, it is necessary to monitor the shape of the plasma P from the outside, but the cylindrical member 2 is made of an opaque member such as silicon nitride in order to shield harmful radiation from the plasma. Therefore, viewing windows 8 and 9 are provided in the chamber 7, and the shape of the plasma P is observed with the naked eye or a television camera by observing the shape of the plasma P from the horizontal direction or obliquely below the plasma P through a monitor. Based on the confirmed tail shape of the plasma P, the flow of the gas supplied from the gas ring 3 into the cylindrical member 2 and the high frequency power supplied to the high frequency coil 4 are controlled based on the experience and intuition of the operator. The control of the flow of the plasma gas includes the local control of the flow along the wall surface of the cylindrical member 2 in the radial direction and the control of the flow of the gas rotated and flowed in the cylindrical member 2.

【0006】図2は従来の高周波誘導熱プラズマ装置の
他の例を示しており、図1の装置と同一ないしは類似の
構成要素には同一番号が付されている。図2の装置で、
チャンバー7の下部の中心部分にはステンレスパイプ1
0が設けられており、その下端には覗き窓11が貼り付
けられている。このステンレスパイプ10は内部に水1
2が入れられた水槽13によって冷却される。パイプ1
0の下部にはテレビカメラ14が設けられており、この
カメラ14によって撮像された信号は陰極線管のごとき
モニター15に供給される。この図2の従来装置では、
プラズマPの真下からテレビカメラ14,モニター15
によってプラズマの形状を観察することができる。
FIG. 2 shows another example of the conventional high-frequency induction thermal plasma apparatus, in which the same or similar components as those of the apparatus of FIG. 1 are designated by the same reference numerals. With the device of FIG.
At the center of the bottom of the chamber 7 is a stainless steel pipe 1.
0 is provided, and a peep window 11 is attached to the lower end thereof. This stainless steel pipe 10 has water 1
It is cooled by the water tank 13 in which 2 is placed. Pipe 1
A television camera 14 is provided in the lower part of 0, and a signal imaged by the camera 14 is supplied to a monitor 15 such as a cathode ray tube. In the conventional device of FIG. 2,
From directly under the plasma P, the TV camera 14 and the monitor 15
The shape of plasma can be observed by.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の熱プラ
ズマ装置では、ガスリング3を介してキャリアガスと共
に粉末などの材料をプラズマP中に供給し、1万度以上
もの熱エネルギーによって材料を蒸発や溶融させてい
る。このプラズマ中で蒸発などを行った材料は、チャン
バー7内で急冷凝固し微粉末化する。この微粉末化した
材料はガラス製の覗き窓8,9の内側に付着する。この
現象は覗き窓8,9の内側にエアーを吹き付けるように
しても生じ、時間が経過するにつれて顕著に現われ、あ
る程度の時間が過ぎると、覗き窓8,9からプラズマP
が全く見えなくなる。このような状態となると、装置を
一時停止し、覗き窓のクリーニングを行わねばならな
い。
In the conventional thermal plasma apparatus described above, a material such as powder is supplied into the plasma P together with the carrier gas through the gas ring 3, and the material is evaporated by thermal energy of 10,000 degrees or more. Or melted. The material evaporated in this plasma is rapidly cooled and solidified in the chamber 7 into a fine powder. This pulverized material adheres to the inside of the glass viewing windows 8 and 9. This phenomenon occurs even when air is blown inside the peep windows 8 and 9, and it appears remarkably as time passes, and after a certain amount of time, the plasma P is emitted from the peep windows 8 and 9.
Disappears at all. If this happens, the device must be stopped and the sight glass must be cleaned.

【0008】また、プラズマに供給する原料や供給ガス
によっては、プラズマの反応過程においてフッ酸や塩酸
などが発生する場合があり、これらの反応ガスや急冷凝
固した粉末が覗き窓8,9に付着することによって覗き
窓の材料が浸食される。この結果、覗き窓は不透明化
し、プラズマPの観察が困難となって適切なプラズマの
制御が不可能となる。更に、上記した装置におけるプラ
ズマの制御は人手によるもので、熟練作業となり、ま
た、再現性にも乏しいため、高品質の成膜が得られず、
また、廃棄物処理の不均一性などの問題を生じることに
なる。
Further, depending on the raw material and the supply gas supplied to the plasma, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, etc. may be generated during the plasma reaction process, and the reaction gas and the rapidly solidified powder adhere to the observation windows 8 and 9. By doing so, the material of the sight glass is eroded. As a result, the viewing window becomes opaque, making it difficult to observe the plasma P, making it impossible to control the plasma appropriately. Furthermore, the control of plasma in the above-mentioned apparatus is manual, requires skilled work, and lacks reproducibility, so that high-quality film formation cannot be obtained.
Further, problems such as non-uniformity of waste treatment will occur.

【0009】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、長時間に渡ってプラズマを安定的
に形成することができる熱プラズマ装置を実現するにあ
る。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to realize a thermal plasma device capable of stably forming plasma for a long time.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に基づく熱プラズ
マ装置は、プラズマガスを加熱することにより熱プラズ
マを発生させるようにした熱プラズマ装置において、形
成されたプラズマの上部からプラズマの周辺部の光や熱
をモニターするモニター手段を複数配置し、複数のモニ
ター手段からの信号に基づいてプラズマの形成に寄与す
るパラメータを制御する制御手段を設けたことを特徴と
している。
A thermal plasma device according to the present invention is a thermal plasma device configured to generate a thermal plasma by heating a plasma gas, from the upper part of the formed plasma to the peripheral part of the plasma. A plurality of monitor means for monitoring light and heat are arranged, and a control means for controlling parameters contributing to plasma formation based on signals from the plurality of monitor means is provided.

【0011】[0011]

【作用】本発明に基づく熱プラズマ装置は、プラズマの
上部位置からプラズマの形状をモニターし、モニターさ
れた状態に応じて、プラズマ形成に寄与するガス流など
のパラメータを制御する。
The thermal plasma apparatus according to the present invention monitors the shape of the plasma from the position above the plasma, and controls parameters such as the gas flow contributing to plasma formation in accordance with the monitored state.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図3は本発明の一実施例を示しており、図
1,図2の従来装置と同一ないしは類似部分には同一番
号を付しその詳細な説明は省略する。図3においてガス
リング3はより詳細に図示されており、ガスリング3の
中央部分にはプローブ16が設けられている。プローブ
16の中心部にはその長手方向に開口が穿たれており、
この開口を介して円筒部材2内に図示していない粉末供
給部から粉末材料がキャリアガスと共に供給される。プ
ローブ16内には冷却水が循環できる通路が設けられて
おり、その冷却水は入口17から入り、出口18から排
出される。ガスリング3の内部にも冷却水通路19が設
けられ、冷却水が供給される。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 3 shows an embodiment of the present invention, in which the same or similar parts as those of the conventional device of FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The gas ring 3 is shown in more detail in FIG. 3, in which a probe 16 is provided in the central part of the gas ring 3. An opening is made in the center of the probe 16 in its longitudinal direction,
Through this opening, the powder material is supplied together with the carrier gas into the cylindrical member 2 from a powder supply unit (not shown). A passage through which cooling water can circulate is provided in the probe 16, and the cooling water enters through an inlet 17 and is discharged through an outlet 18. A cooling water passage 19 is also provided inside the gas ring 3 to supply cooling water.

【0013】二重管構造の円筒部材2は、その内側管は
窒化珪素で形成され、その外側管は石英管で形成されて
いる。円筒部材2は上部フランジ20aと下部フランジ
20bとの間に取り付けられているが、上部フランジ2
0aには冷却水の出口通路6が設けられ、下部フランジ
20bには冷却水の入口通路5が設けられている。ガス
リング3と上部フランジ20aとの間にはリング状の透
明部材21が設けられている。透明部材21の外側に
は、複数の受光センサー22が配置されている。図4は
ガスリング3の上部から見た図と、制御系を示してお
り、センサー22は例えば、A〜Hまで8個設けられて
いる。各センサーA〜Hからの光は、光ファイバーによ
って分光器23に導かれ、特定の波長の光のみが分光器
23で選択されて検出される。
In the cylindrical member 2 having a double tube structure, the inner tube is made of silicon nitride and the outer tube is made of quartz tube. Although the cylindrical member 2 is mounted between the upper flange 20a and the lower flange 20b, the upper flange 2
An outlet passage 6 for cooling water is provided at 0a, and an inlet passage 5 for cooling water is provided at the lower flange 20b. A ring-shaped transparent member 21 is provided between the gas ring 3 and the upper flange 20a. A plurality of light receiving sensors 22 are arranged outside the transparent member 21. FIG. 4 shows a view seen from above the gas ring 3 and the control system. For example, eight sensors 22 are provided from A to H. The light from each of the sensors A to H is guided to the spectroscope 23 by an optical fiber, and only the light of a specific wavelength is selected and detected by the spectroscope 23.

【0014】分光器23によって特定波長あるいは平均
値に補正された各センサーからの信号は、AD変換され
た後にコンピュータ24に供給される。コンピュータ2
4はキーボートなどの外部入力装置25やモニター26
に接続されている。また、コンピュータ24はアナログ
式の集中制御装置27にも接続されているが、集中制御
装置27はプラズマガスの制御装置28,高周波発振器
出力制御装置29,緊急非常停止制御装置30などを制
御する。このような構成の動作を次に説明する。
The signal from each sensor corrected to a specific wavelength or an average value by the spectroscope 23 is AD-converted and then supplied to the computer 24. Computer 2
4 is an external input device 25 such as a keyboard or a monitor 26
It is connected to the. The computer 24 is also connected to an analog centralized control device 27, which controls the plasma gas control device 28, the high frequency oscillator output control device 29, the emergency emergency stop control device 30, and the like. The operation of such a configuration will be described below.

【0015】この実施例において、初めに高周波コイル
4への高周波出力を上昇させながらアルゴンプラズマを
起動させる。その後、2分子ガス(酸素や窒素など)を
混入しながら徐々に所定の高周波出力に上昇させてプラ
ズマPを安定化させる。このときのチャンバー内の圧力
は、圧力自動制御システム(図示せず)によって、例え
ば、200Torrに一定に保たれる。次に、ガスリン
グ3の中心に位置するプローブ16を介して、アルゴン
ガスなどのキャリアガスと一緒に粉末供給装置(図示せ
ず)から、粉末材料をプラズマPの中心部に供給する。
粉末材料は、1万度以上もの活性な熱プラズマによって
蒸発あるいは溶融され、更に同時に供給されている2分
子ガスなどによって酸化あるいは窒化などの化学反応を
生じた後、プラズマフレーム下部に位置した基板(図示
せず)に蒸着され、その結果基板上には高品質の蒸着膜
や溶射膜が生成される。
In this embodiment, first, the argon plasma is activated while increasing the high frequency output to the high frequency coil 4. Thereafter, while mixing the bimolecular gas (oxygen, nitrogen, etc.), the plasma P is stabilized by gradually increasing it to a predetermined high frequency output. At this time, the pressure inside the chamber is kept constant at, for example, 200 Torr by an automatic pressure control system (not shown). Next, the powder material is supplied to the central portion of the plasma P from a powder supply device (not shown) together with a carrier gas such as argon gas via the probe 16 located at the center of the gas ring 3.
The powder material is evaporated or melted by an active thermal plasma of 10,000 degrees or more, and further, a chemical reaction such as oxidation or nitridation is caused by the simultaneously supplied bimolecular gas, and then the substrate located under the plasma frame ( (Not shown), resulting in a high quality deposited or sprayed film on the substrate.

【0016】上述した過程で形成されたプラズマPの周
辺部の光は、透明部材21を介してセンサー22に入射
する。A〜Hまでのセンサーからの光は分光器23によ
って分光され、特定の波長の光の強度が検出される。こ
の各センサーA〜Hからの光に基づいて検出された信号
は、コンピュータ24を介してモニター26に供給さ
れ、センサーごとの特定波長の光の強度が表示される。
さて、コンピュータ24には予めプラズマの特定の波長
による発光強度とプラズマ形状の関係がデータベースと
して記憶されている。コンピュータ24は記憶された理
想的な特定波長の光の発光強度分布と、分光器23から
AD変換されて供給された実際に測定された発光強度分
布とを比較する。この比較結果に基づいてプラズマ形状
に影響を与えるパラメータの制御を行う。
The light in the peripheral portion of the plasma P formed in the above process is incident on the sensor 22 via the transparent member 21. Light from the sensors A to H is dispersed by the spectroscope 23, and the intensity of light of a specific wavelength is detected. The signal detected based on the light from each of the sensors A to H is supplied to the monitor 26 via the computer 24, and the intensity of the light of the specific wavelength for each sensor is displayed.
By the way, the computer 24 stores in advance a database of the relationship between the emission intensity of a specific wavelength of plasma and the plasma shape. The computer 24 compares the stored emission intensity distribution of the light of the ideal specific wavelength with the actually measured emission intensity distribution AD-converted and supplied from the spectroscope 23. The parameters that affect the plasma shape are controlled based on the comparison result.

【0017】プラズマ形状に影響を与えるパラメータと
しては、粉末材料の供給量、アルゴンなどのキャリ
アガス量、プラズマガス(アルゴンや酸素および窒素
などの2分子ガス)の量と半径および回転などの流速、
高周波出力などである。コンピュータ24は理想的な
発光分布と実際の発光分布とからプラズマガス制御装置
28や高周波発振器出力制御装置29を集中制御装置2
7を介して制御し、理想的なプラズマ形状となるように
各パラメータの値を変化させる。また、プラズマPの形
状が極端に変化したときや、プラズマPが消えた場合な
どには、緊急非常停止制御装置30を制御して装置を直
ちに停止させる。
The parameters affecting the plasma shape include the amount of powder material supplied, the amount of carrier gas such as argon, the amount of plasma gas (bimolecular gas such as argon, oxygen and nitrogen) and the flow velocity such as radius and rotation,
For example, high frequency output. The computer 24 determines the plasma gas control device 28 and the high frequency oscillator output control device 29 based on the ideal light emission distribution and the actual light emission distribution by the centralized control device 2.
The value of each parameter is changed so as to obtain an ideal plasma shape. Further, when the shape of the plasma P changes extremely, or when the plasma P disappears, the emergency emergency stop control device 30 is controlled to immediately stop the device.

【0018】なお、分光器23によってアルゴンガスの
発光波長のみを選択した場合には、アルゴンガス流の制
御を重点的に行い、酸素や窒素ガスの発光波長のみを選
択した場合には、それぞれのガスの制御を重点的に行
う。もちろん、供給される粉末材料の特定波長の光を検
出すれば、粉末材料の供給量の制御を正確に行うことが
できる。また、分光器23によって特定波長の選択を行
ったが、プラズマからのトータルの光の強度を検出した
各パラメータの制御を行っても良い。
When only the emission wavelength of argon gas is selected by the spectroscope 23, the control of the argon gas flow is focused, and when only the emission wavelengths of oxygen and nitrogen gas are selected, the respective emission wavelengths are selected. Focus on gas control. Of course, by detecting the light of the specific wavelength of the powder material to be supplied, the supply amount of the powder material can be accurately controlled. Further, although the spectroscope 23 selects the specific wavelength, the parameters for detecting the total intensity of light from the plasma may be controlled.

【0019】図5(a)〜(c)は、形成されたプラズ
マPの形状と、その時にモニター26上に表示された各
センサー22のA〜Hを介して検出された光信号強度分
布を示している。図4のモニター26に示された分布が
理想的なプラズマ形状に基づくものである場合、図5
(a)に示したケースは、プラズマが図中左側に極端に
傾いて形成されており、それに伴って各センサー22の
A〜Hに入射する光の強度が相違する。この状態では、
例えば、円筒部材2の内部に供給されるプラズマガス流
を制御して、図4に示すように、真っ直ぐにプラズマP
が形成されるようにする。
FIGS. 5A to 5C show the shape of the formed plasma P and the optical signal intensity distributions detected on the monitor 26 through A to H of the respective sensors 22 at that time. Shows. If the distribution shown on monitor 26 of FIG. 4 is based on an ideal plasma shape, then FIG.
In the case shown in (a), the plasma is formed so as to be extremely inclined to the left side in the drawing, and the intensities of the lights incident on A to H of each sensor 22 differ accordingly. In this state,
For example, by controlling the flow of plasma gas supplied to the inside of the cylindrical member 2, as shown in FIG.
To be formed.

【0020】図5(b)のプラズマPは真っ直ぐに形成
されているものの、細く、それに伴って検出信号強度も
弱くなる。この場合には、例えば、高周波出力が増加さ
せられる。図5(c)に示したケースは、プラズマが図
中右側に極端に傾いて形成されており、それに伴って各
センサー22のA〜Hに入射する光の強度が相違する。
この状態では、図5(a)のケースと同様に、例えば、
円筒部材2の内部に供給されるプラズマガス流を制御し
て、図4に示すように、真っ直ぐにプラズマPが形成さ
れるようにする。
Although the plasma P of FIG. 5B is formed straight, it is thin, and the detection signal intensity also weakens accordingly. In this case, for example, the high frequency output is increased. In the case shown in FIG. 5C, the plasma is formed so as to be extremely inclined to the right side in the figure, and the intensities of the lights incident on A to H of the respective sensors 22 differ accordingly.
In this state, similar to the case of FIG.
The plasma gas flow supplied to the inside of the cylindrical member 2 is controlled so that the plasma P is formed straight as shown in FIG.

【0021】このように、上記した各パラメータのバラ
ンスが崩れ、プラズマが極端に曲がったり細くなったり
して、成膜や廃棄物処理などに好ましくない形状となっ
た場合には、各パラメータの条件を変え、理想的な形状
にプラズマを形成する。なお、プラズマガスの調整は、
円筒部材2の半径方向や回転方向のそれぞれ独立したマ
スフローコントローラによって行われる。また、高周波
出力は、例えば、真空管式高周波発振器(周波数4MH
z)を用いた場合には、直流電力を調整しているサイリ
スタのコントローラの出力調整信号を変化させることに
よって行う。
As described above, when the above-mentioned parameters are out of balance and the plasma is extremely bent or thinned to have a shape unfavorable for film formation, waste treatment, etc., the condition of each parameter is satisfied. , And plasma is formed into an ideal shape. In addition, adjustment of plasma gas is
This is performed by independent mass flow controllers in the radial direction and the rotating direction of the cylindrical member 2. Further, the high frequency output is, for example, a vacuum tube type high frequency oscillator (frequency 4 MH
When z) is used, it is performed by changing the output adjustment signal of the controller of the thyristor adjusting the DC power.

【0022】上記した図3の構成では、プラズマの光を
ガスリング3と円筒部材2の間の透明部材21を介して
モニターするようにした。粉末材料や各ガスは、ガスリ
ング3から下方に供給されるため、ガスリングから下方
へのガスの大きな流れが生じており、透明部材2の表面
方向には凝固した粉末物質やプラズマの発生過程で生じ
たフッ酸や塩酸が透明部材21の方向に向かうことはな
い。そのため、透明部材21の表面は長時間に渡って汚
れることはなく、プラズマPのモニターができなくなる
ことは防止される。なお、透明部材を介してのプラズマ
のモニター位置は、プラズマPの上部であれば、凝固し
た粉末材料や透明部材の浸食の恐れのある物質が透明部
材に向かうことはない。
In the structure shown in FIG. 3, the plasma light is monitored via the transparent member 21 between the gas ring 3 and the cylindrical member 2. Since the powder material and each gas are supplied downward from the gas ring 3, a large flow of gas is generated downward from the gas ring, and a solidified powder substance or plasma generation process is generated in the surface direction of the transparent member 2. The hydrofluoric acid or hydrochloric acid generated in 1 does not go toward the transparent member 21. Therefore, the surface of the transparent member 21 is not contaminated for a long time, and it is prevented that the plasma P cannot be monitored. If the plasma monitoring position through the transparent member is above the plasma P, the solidified powder material or the substance that may corrode the transparent member does not go to the transparent member.

【0023】図6は本発明の他の実施例を示している
が、図3,図4に示した第1の実施例と同一部分には同
一番号が付されている。また、図7は図6のトーチ部分
を上部から見た図である。この実施例と第1の実施例と
相違する点は、プラズマPの周辺部を直接捕らえる位置
に透明部材31を配置した点である。第1の実施例では
ガスリング3の水平方向に透明部材21と光センサー2
2を配置する構造であり、ガスリング3と円筒部材2の
間隙から漏れてきたプラズマの光を間接的に検出するよ
うになっているのに対し、この実施例では、プラズマP
の周辺部(円周方向)の光を直接的に捕らえることがで
きるので、感度に優れ、プラズマPの形状をより敏速か
つ的確に安定な方向に導くことを可能とする。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, in which the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 3 and 4 are designated by the same reference numerals. Further, FIG. 7 is a view of the torch portion of FIG. 6 viewed from above. The difference between this embodiment and the first embodiment is that the transparent member 31 is arranged at a position where the peripheral portion of the plasma P is directly captured. In the first embodiment, the transparent member 21 and the optical sensor 2 are arranged in the horizontal direction of the gas ring 3.
2 has a structure in which the plasma light leaking from the gap between the gas ring 3 and the cylindrical member 2 is indirectly detected, whereas in this embodiment, the plasma P
Since the light in the peripheral part (circumferential direction) can be directly captured, the sensitivity is excellent, and the shape of the plasma P can be guided in a more prompt and accurate stable direction.

【0024】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、プラズマの輻射
光の代わりに輻射熱を検出するようにしても良い。その
場合、赤外線検出器がモニター手段として使用される。
また、粉末材料などの影響を受けにくいという理由で、
光の取り出しをガスリングから行ったが、この理由さえ
満たせば、他の位置から光を取り出しても良い。更に、
センサーの数は、トーチの形状やプラズマの大きさなど
に応じて任意に選択することができる。更にまた、高周
波誘導熱プラズマ装置を例に説明したが、直流式熱プラ
ズマ、マイクロ波プラズマ、直流式と交流式の両方を兼
ね備えたハイブリッド熱プラズマ発生装置などに適応さ
せることもできる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, radiant heat may be detected instead of the radiant light of plasma. In that case, an infrared detector is used as the monitoring means.
Also, because it is less susceptible to powder materials,
The light was taken out from the gas ring, but if the reason is satisfied, the light may be taken out from another position. Furthermore,
The number of sensors can be arbitrarily selected according to the shape of the torch and the size of plasma. Furthermore, although the high frequency induction thermal plasma device has been described as an example, it can be applied to a direct current type thermal plasma, a microwave plasma, a hybrid thermal plasma generator having both a direct current type and an alternating current type, and the like.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく熱
プラズマ装置は、プラズマの上部位置からプラズマの形
状をモニターし、モニターされた状態に応じて、プラズ
マ形成に寄与するガス流などのパラメータを制御するよ
うに構成した。その結果、プラズマの制御を熟練した人
間に頼ることなく自動化することができると共に、プラ
ズマ形状の再現性も高めることができる。したがって、
成膜や廃棄物処理を安定にかつ確実に再現性良く行うこ
とが可能となる。また、プラズマの形状のモニターを形
成されたプラズマの上部から行うようにしたので、粉末
材料などによって観察窓が汚れることはなく、長時間に
渡ってプラズマのモニターを確実に行うことができる。
As described above, the thermal plasma device according to the present invention monitors the shape of the plasma from the upper position of the plasma, and depending on the monitored state, parameters such as gas flow contributing to plasma formation. Configured to control. As a result, plasma control can be automated without relying on a skilled person, and the reproducibility of the plasma shape can be improved. Therefore,
It is possible to perform film formation and waste treatment stably and reliably with good reproducibility. Moreover, since the shape of the plasma is monitored from above the formed plasma, the observation window is not contaminated by the powder material or the like, and the plasma can be reliably monitored for a long time.

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

【図1】従来の高周波誘導熱プラズマ装置を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a conventional high-frequency induction thermal plasma device.

【図2】従来の高周波誘導熱プラズマ装置を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a conventional high-frequency induction thermal plasma device.

【図3】本発明の一実施例である高周波誘導熱プラズマ
装置のトーチ部分を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a torch portion of a high frequency induction thermal plasma device which is an embodiment of the present invention.

【図4】図3の実施例におけるトーチ部分の上部から見
た図と、プラズマの制御の様子を示した図である。
4A and 4B are a view seen from an upper part of a torch portion and a state of controlling plasma in the embodiment of FIG.

【図5】図3,図4の実施例におけるプラズマ形状とモ
ニター上の光信号強度分布を示す図である。
5 is a diagram showing a plasma shape and an optical signal intensity distribution on a monitor in the examples of FIGS. 3 and 4. FIG.

【図6】本発明の他の実施例である高周波誘導熱プラズ
マ装置のトーチ部分を示す図である。
FIG. 6 is a view showing a torch portion of a high frequency induction thermal plasma device which is another embodiment of the present invention.

【図7】図6の実施例におけるトーチ部分の上部から見
た図である。
FIG. 7 is a view seen from above the torch portion in the embodiment of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トーチ 2 円筒部材 3 ガスリング 4 高周波コイル 16 プローブ 21 透明部材 22 センサー 23 分光器 24 コンピュータ 26 モニター 27 集中制御装置 28 プラズマガス制御装置 29 高周波発振器出力制御装置 30 緊急非常停止制御装置 1 Torch 2 Cylindrical member 3 Gas ring 4 High frequency coil 16 Probe 21 Transparent member 22 Sensor 23 Spectrometer 24 Computer 26 Monitor 27 Central control device 28 Plasma gas control device 29 High frequency oscillator output control device 30 Emergency emergency stop control device

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマガスを加熱することにより熱プ
ラズマを発生させるようにした熱プラズマ装置におい
て、形成されたプラズマの上部からプラズマの周辺部の
光をモニターする手段を複数配置し、複数のモニター手
段からの信号に基づいてプラズマの形成に寄与するパラ
メータを制御する制御手段を設けたことを特徴とする熱
プラズマ装置。
1. A thermal plasma device configured to generate a thermal plasma by heating a plasma gas, wherein a plurality of means for monitoring light from the upper portion of the formed plasma to the peripheral portion of the plasma are arranged, and a plurality of monitors are provided. A thermal plasma device comprising a control means for controlling a parameter that contributes to plasma formation based on a signal from the means.
【請求項2】 各モニター手段はそれぞれプラズマ周辺
部からの光のトータルの強度を検出する請求項1記載の
熱プラズマ装置。
2. The thermal plasma apparatus according to claim 1, wherein each monitor means detects the total intensity of light from the peripheral portion of the plasma.
【請求項3】 各モニター手段はそれぞれプラズマ周辺
部からの光の内、特定波長の光の強度を検出する請求項
1記載の熱プラズマ装置。
3. The thermal plasma apparatus according to claim 1, wherein each of the monitoring means detects the intensity of light of a specific wavelength among the light from the plasma peripheral portion.
【請求項4】 プラズマガスなどをプラズマ室内に供給
し、プラズマガスを加熱することにより熱プラズマを発
生させるようにした熱プラズマ装置において、形成され
たプラズマの上部からプラズマの周辺部の輻射熱をモニ
ターする手段を複数配置し、複数のモニター手段からの
信号に基づいてプラズマの形成に寄与するパラメータを
制御する制御手段を設けたことを特徴とする熱プラズマ
装置。
4. A thermal plasma apparatus, which supplies a plasma gas or the like into a plasma chamber to generate a thermal plasma by heating the plasma gas, and monitors radiant heat from an upper portion of the formed plasma to a peripheral portion of the plasma. The thermal plasma apparatus is characterized in that a plurality of means for arranging are arranged, and a control means for controlling parameters contributing to plasma formation based on signals from a plurality of monitor means is provided.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004353086A (en) * 2003-05-23 2004-12-16 Sulzer Metco Ag Hybrid process for coating substrate by thermal application of coating
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