JPH10130836A - 位相制御多電極型交流放電装置における壁密着型電極 - Google Patents

位相制御多電極型交流放電装置における壁密着型電極

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JPH10130836A
JPH10130836A JP8301263A JP30126396A JPH10130836A JP H10130836 A JPH10130836 A JP H10130836A JP 8301263 A JP8301263 A JP 8301263A JP 30126396 A JP30126396 A JP 30126396A JP H10130836 A JPH10130836 A JP H10130836A
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electrodes
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insulation sheet
gap
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Abstract

(57)【要約】 【課題】壁密着型電極の形状と配置を工夫することによ
り、電極間間隙に露出する絶縁シートをスパッタ粒子な
どの付着から保護する。 【解決手段】6片の断面円弧形分割電極2を僅かな間隙
2aを設けて同心円上に配列し、絶縁シート3を介して
円筒状の真空容器4の内壁に密着して固定する。分割電
極2の側面を傾斜させて間隙2aに露出する絶縁シート
3が直接放電領域に対面しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高密度で大容量の
弱電離低温プラズマを効率的に安定して発生する新しい
放電装置に関し、特にその放電電極に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】低ガス圧力下の弱電離
低温プラズマにおいて、中性ガス温度が室温程度である
ことが、種々の材料に熱的な変形、変質を伴わせずにプ
ラズマによる処理を可能ならしめている。この特徴は、
繊維やプラスチックなどの特に熱に弱い材料の処理や表
面への被膜形成において、大変有用である。
【0003】低温プラズマを利用するこれら被膜形成技
術において、低温プラズマの高密度化は重要な位置を占
める。高密度プラズマが得られれば、より低い圧力下で
の放電維持が可能となり、各種被膜の膜質改善や堆積速
度の向上などを図ることができるからである。
【0004】そこで従来では、マグネトロン放電装置に
見られるように、低温プラズマを高密度化するため、別
途に磁界を加えることが行われていた。マグネトロン放
電装置は、電界と直交する磁界を加えることで電子にド
リフト運動を起こさせ、ガス原子との衝突確率を上げて
イオン化効率の向上を意図するものであり、これによっ
て低圧力下でも安定して放電を維持することが可能とな
り、被膜形成の高速化と低温化を実現する。
【0005】このマグネトロン放電装置を含め、従来の
放電装置における低温プラズマを発生させるための電極
の形状や配置は、応用対象の要求によって異なるが、形
状が平板あるいは円柱状の電極群を円周あるいは直線状
に配置するのが一般的であった。
【0006】これらの電極は、その形状や配置のために
冷却効率が低く、あまり冷却されないので大きなパワー
を投入することができず、放電面積も小さいので電極間
に高密度なプラズマを広範囲にわたって均一に発生させ
ることが困難であった。
【0007】マグネトロン放電装置の場合は、電極に装
着した磁石が放電によって電極が加熱されても、磁石の
温度をキュリー温度以下に保つように冷却する必要があ
る。また、磁石を移動させて円周状に配置した電極の外
周を回転させたり、直線状に配置した電極の背後を摺動
させるとプラズマを均一化する効果があるが、従来の電
極に磁石を装着する方法では磁石を移動させることが困
難であった。
【0008】そこで、本出願人は放電電極を複数の電極
片に分割し、放電室内壁に薄膜状の絶縁シートを介して
密着して固定することにより、電極の冷却効率を高め、
放電面積を大きくして、磁石の利用を容易にする特徴を
持つ壁密着型電極を先に出願した。
【0009】この壁密着型電極は、壁に密着して取り付
けた電極へ位相制御(配列)交流電源を供給するので、
隣り合う電極間には電位差が存在する。もし、電極間間
隙における絶縁シート上に導電性の薄膜などが放電中に
スパッタなどにより付着すると、電極間がショートして
しまう。従って、間隙における絶縁シート上の電気的絶
縁性を、放電時において常に保つために、何らかの保護
をこの間隙に施すことが必要である。
【0010】そこで本発明は、放電電極の形状と配置を
工夫することにより、電極間間隙に露出する絶縁シート
をスパッタ粒子などの付着から保護することを目的にな
されたものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は以下のように構成した。
【0012】すなわち、放電室内壁に複数の電極片を薄
膜状の絶縁シートを介して密着して固定し、各々の電極
片に位相制御多出力交流電源を供給してなる位相制御多
電極型交流放電装置において、前記電極片の側面に凹凸
を形成し、隣り合う電極片どうしが非接触で且つ重なり
合うようにこれらの凹凸を組み合わせ、しかして前記電
極片間の間隙に露出する前記絶縁シートを前記電極片に
より覆うことを特徴とする壁密着型電極である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。
【0014】図1と図2に、本発明を実施した円筒形放
電装置の横断面図(図2のA−A´面)と縦断面図(図
1のB−B´面)を示す。放電装置1は、6片の断面円
弧形分割電極2を僅かな間隙2aを設けて同心円上に配
列し、絶縁シート3を介して円筒状の真空容器4の内壁
に密着して固定する。図1に示すように、分割電極2の
側面を傾斜させて間隙2aに露出する絶縁シート3が直
接放電領域に対面しないようにする。これにより、間隙
2aに露出する絶縁シート3をスパッタ粒子などの付着
から保護する。
【0015】真空容器4は水冷式二重管を形成し、冷却
水5を流して真空容器4の内壁に密着する6片の分割電
極2を冷却する。真空容器4の外壁には、隣り合う極性
を逆にして配列した6本の棒状磁石6を間隙2aの後方
の外壁に沿って密着して固定し、さらにその外周を円筒
状の磁気シールド管7で覆う。
【0016】6片の分割電極2には、位相が1/6周期
ずつずれていて振幅が同じ大きさの6個の位相制御交流
電源(図示しない)を給電線(図示しない)を介して接
続する。
【0017】本発明の放電装置は以上のような構成で、
真空容器4内を排気装置(図示しない)によって真空排
気し、6片の分割電極2に位相制御交流を給電して放電
電気エネルギーを供給する。これにより、図3に示すよ
うに、真空容器4の内壁に沿って安定な交流グロー放電
が生じる。
【0018】図3は、本発明の円筒形放電装置の横断面
(図2のA−A´面)における磁力線と放電(プラズ
マ)の閉じ込めの様子を示す。図中の矢印付き直線およ
び上下方向を示す記号は、分割電極2中央部の近傍にお
ける円周方向の磁場と径方向の電場の向きを表し、aは
放電(プラズマ)領域を表す。隣り合う磁石6の極性が
反対なので、磁力線が分割電極2を覆うようにできる。
従って、放電は各々の分割電極2表面近傍の中央部に閉
じ込められる。分割電極2近傍における交流電界の向き
は、対辺の位置にある分割電極2との電位差が最も大き
いので、分割電極2表面に略垂直な正あるいは負の方向
(径方向)になる。
【0019】図4に、本発明の壁密着型電極の断面図の
一例を示す。この壁密着型電極は、隣り合う電極2どう
しが非接触で且つ重なり合うように電極2側面に設けた
凹凸を組み合わせ、電極2間の間隙に露出する絶縁シー
ト3を電極2により覆う。これにより、平面視電極2間
の間隙2aに露出する絶縁シート3が直接放電領域に対
面しないようにする。
【0020】この壁密着型電極は、放電領域中央部から
放電室4壁面を見たとき、電極2間に隙間がないように
見えるので、壁面積に対する電極2の総面積の割合を実
質的に100%にできる。従って、電極2表面に沿って
一様に放電を発生させたり、電極2をターゲットとして
電極2の放電室4側に一様にスパッタ粒子を放出させる
ことができる。
【0021】ここで、狭い電極2の隙間2aにおける放
電(持続)の発生が懸念されるが、この隙間2a間距離
において電子電離雪崩が充分成長できなければ、その心
配はない。一般的に、電子電離雪崩が充分成長し、持続
放電が発生する隙間2a間距離はガス圧力に依存し、パ
ッシェンの実験則から求められる。低ガス圧力の場合、
持続放電が発生するための隙間2a間距離は大きくなる
ので、図4における、隣り合う電極2間の隙間2aが狭
い程この間での放電は発生しにくい。
【0022】ガス圧力が高く、電極2の隙間2aでの放
電が問題になる場合は、隙間2aの両側の電極2表面に
絶縁膜(SiO2 など)を施し、放電の発生を防止す
る。
【0023】図5、図6および図7に、実用的な電極2
の変形例を示す。放電領域から絶縁シート3に至る間隙
2aの凹凸を複雑にすればするほど、スパッタ粒子やラ
ジカル粒子の絶縁シート3への流入を抑えることができ
るが、製作に手間が掛り実用的でない。
【0024】図5(a)は、電極2側面の中央にコの字
形の凹凸を設けた例であり、(b)は、電極2側面を階
段状に出し入れさせた例である。図6(a)は、電極2
側面の中央にくの字形の凹凸を設けた例であり、(b)
は、電極2側面を傾斜状に出し入れさせた例である。図
7(a)は、電極2側面の中央に半円形の凹凸を設けた
例であり、(b)は、電極2側面を円弧状に出し入れさ
せた例である。但し、電極2の角張った部分へは適当に
丸み加工を施し、電界が集中しないようにする。以上の
電極2の内、加工および組み立ての容易さから、図6
(b)の電極2の隙間2aを傾斜させる形の実用性は高
い。
【0025】図8に、電極2の間隙2aの絶縁シート3
から装置内部へガスを供給し、その供給流により放電領
域から電極2の間隙2aへ流入しようとするスパッタ粒
子やラジカル粒子を追い返し(阻止し)、間隙2aにお
ける絶縁シート3を保護する方法を示す。この方法は、
表面に等間隔の小孔を明けた絶縁性のパイプ(セラミッ
クなど)2bを、間隙2aの絶縁シート3上に取り付
け、パイプ2bの小孔からガスを流出させて放電容器4
内部にガスを供給する。このとき、ポンプでガスを放電
容器4外部に排気し、放電容器4内部のガス圧力を必要
な圧力に保つ。この方法は、ガスの噴出流がある程度大
きく、かつ、電極2の間隙2aに沿って一様にガスを供
給する装置の設置が容易である場合に有効である。
【0026】図9に、隣り合う電極2との間に台座2c
を設けて覆い2dを設置し、間隙2aにおける絶縁シー
ト3を保護する方法を示す。この方法は直接的な方法
で、覆い2dが導電性あるいは非導電性の材質に拘ら
ず、覆い2dと電極2との間に隙間を保ち、覆い2dと
電極2との間の電気的絶縁性を保つ。これは、非導電性
の覆い2dの場合でも、その表面に導電性の薄膜などが
付着する可能性があるからである。
【0027】覆い2dは、スパッタ粒子などがある程度
堆積したら、取り外して交換できるように、着脱自在に
構成する。電極2との間に設置した覆い2dは1本ずつ
取り外してもよいが、例えば、図10に示すように、複
数本の覆い2dをセットにして籠状に形成し、着脱自在
に電極2の間隙2aに取り付けてもよい。
【0028】覆い2dの材質として、放電に晒されても
ガス放出やスパッタなどが発生しにくい耐熱性の素材
(モリブデンなど)を使用する。ここで、覆い2dの構
造をメッシュ状(網状)にすれば、間隙2aの真空排気
を容易にでき、さらに、メッシュの隙間に装置内部で発
生するダスト(塵)を取り込むことができる。
【0029】
【発明の効果】本発明の壁密着型電極は以上のような構
成で、電極片の側面に凹凸を形成し、隣り合う電極片ど
うしが非接触で且つ重なり合うようにこれらの凹凸を組
み合わせて電極片間の間隙に露出する絶縁シートをこの
電極片により覆う。従って、本発明によれば、電極間の
間隙に露出する絶縁シートが平面視直接放電領域に対面
しないので、電極間間隙に露出する絶縁シートをスパッ
タ粒子などの付着から保護する。また、本発明の壁密着
型電極は、放電領域中央部から放電室壁面を見たとき、
電極間に隙間がないように見えるので、壁面積に対する
電極の総面積の割合を実質的に100%にできる。この
ため、電極表面に沿って一様に放電を発生させたり、電
極をターゲットとして電極の放電室側に一様にスパッタ
粒子を放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の円筒形放電装置の横断面図である。
【図2】本発明の円筒形放電装置の縦断面図である。
【図3】円筒形放電装置の磁力線と放電の様子を示す図
である。
【図4】本発明の壁密着型電極の断面図である。
【図5】本発明の壁密着型電極の変形例の断面図であ
る。
【図6】本発明の壁密着型電極のその他の変形例の断面
図である。
【図7】本発明の壁密着型電極のその他の変形例の断面
図である。
【図8】ガス流により電極間隙の絶縁シートを保護する
方法を示す図である。
【図9】覆いにより電極間隙の絶縁シートを保護する方
法を示す図である。
【図10】籠状に形成した覆いを示す図である。
【符号の説明】
1 放電装置 2 分割電極 3 絶縁シート 4 真空容器 5 冷却水 6 磁石 7 磁気シールド

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放電室内壁に複数の電極片を薄膜状の絶
    縁シートを介して密着して固定し、各々の電極片に位相
    制御多出力交流電源を供給してなる位相制御多電極型交
    流放電装置において、 前記電極片の側面に凹凸を形成し、隣り合う電極片どう
    しが非接触で且つ重なり合うようにこれらの凹凸を組み
    合わせ、しかして前記電極片間の間隙に露出する前記絶
    縁シートを前記電極片により覆うことを特徴とする壁密
    着型電極。
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