JPH11195498A - Dc plasma generating device - Google Patents
Dc plasma generating deviceInfo
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- JPH11195498A JPH11195498A JP10001638A JP163898A JPH11195498A JP H11195498 A JPH11195498 A JP H11195498A JP 10001638 A JP10001638 A JP 10001638A JP 163898 A JP163898 A JP 163898A JP H11195498 A JPH11195498 A JP H11195498A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、気体の電離に基づ
いてアノード近傍にプラズマを発生させる直流プラズマ
生成装置に関し、特に、プラズマ状態にされた複数の反
応性気体の気相反応を促すと共に、電場や磁場の補助力
を借りて反応物を被蒸着物の表面に化学的・物理的に堆
積させて薄膜を形成させることができるChemical Vapor
Deposition成膜法(CVDと略す)において、アノー
ドとカソード間に印加された直流電場によって、プラズ
マ状態にされた反応性気体を発生させるために用いられ
る直流プラズマ生成装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct current plasma generator for generating plasma near an anode based on ionization of a gas, and more particularly, to a gas phase reaction of a plurality of reactive gases in a plasma state. Chemical Vapor that can form a thin film by chemically and physically depositing a reactant on the surface of the material to be deposited with the help of an electric or magnetic field
The present invention relates to a direct-current plasma generating apparatus used for generating a reactive gas in a plasma state by a direct-current electric field applied between an anode and a cathode in a deposition film forming method (abbreviated as CVD).
【0002】[0002]
【従来の技術】従来この種の直流プラズマ生成装置とし
ては、例えば、特開平6−163190号公報に示すよ
うなものがある(図6参照)。2. Description of the Related Art A conventional DC plasma generator of this type is disclosed, for example, in JP-A-6-163190 (see FIG. 6).
【0003】すなわち、密閉空間内に円筒形状のアノー
ド2をより大きな直径の筒型カソード1で囲んで同軸的
に配置し、アノード2とカソード1との間に直流電圧を
印加するように構成されていた。That is, a cylindrical anode 2 is surrounded by a cylindrical cathode 1 having a larger diameter and arranged coaxially in a closed space, and a DC voltage is applied between the anode 2 and the cathode 1. I was
【0004】また熱陰極としての筒型カソード1は、図
6に示すように、2個の対向した円環状電極(材質はス
テンレス)の間に、複数の発熱電極(材質はタングステ
ン合金等)を張渡して筒型に形成したものが用いられて
いた。但し、図中では、一本のみを代表的に記載してい
る。このような構成の筒型カソード1の2個の対向した
円環状電極間に加熱電流を印加すると、加熱電流によっ
て高温に加熱された発熱電極の表面から熱電子が放出さ
れ、この放出された熱電子によって反応性気体がプラズ
マ状態にされていた。As shown in FIG. 6, a cylindrical cathode 1 as a hot cathode has a plurality of heating electrodes (made of tungsten alloy or the like) between two opposed annular electrodes (made of stainless steel). What was stretched and formed into a cylindrical shape was used. However, only one is representatively shown in the figure. When a heating current is applied between two opposed annular electrodes of the cylindrical cathode 1 having such a configuration, thermoelectrons are emitted from the surface of the heating electrode heated to a high temperature by the heating current. The reactive gas was in a plasma state by the electrons.
【0005】この様にプラズマ状態にされた反応性気体
は、気相反応すると共に、電場や磁場の補助力を借りて
被蒸着物の表面に化学的・物理的に堆積して薄膜を形成
していた。[0005] The reactive gas in the plasma state reacts in a gas phase, and chemically and physically deposits on the surface of the object to be deposited with the help of an electric or magnetic field to form a thin film. I was
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の熱陰極型の直流プラズマ生成装置では、筒型
カソード1の円環状電極間に加熱電流を印加する毎に、
熱電子が反応性気体をプラズマ状態にする際に発生する
熱や加熱電流によるジュール熱によって、発熱電極が膨
張して、膨張・収縮に依って断線しやすいタングステン
等でできている発熱電極に熱応力が発生し、その結果、
構造上の変形や機械的破壊が筒型カソード1に発生して
いた。更に、このような構造上の変形や機械的破壊に起
因して、筒型カソード1の寿命が短くなる可能性がある
という技術的課題があった。However, in such a conventional hot-cathode type DC plasma generating apparatus, every time a heating current is applied between the annular electrodes of the cylindrical cathode 1,
The heating electrode expands due to the heat generated when the reactive electrons convert the reactive gas into a plasma state or the Joule heat generated by the heating current, and heat is applied to the heating electrode made of tungsten or the like, which is easily broken due to expansion and contraction. Stress occurs, and as a result,
Structural deformation and mechanical destruction occurred in the cylindrical cathode 1. Further, there is a technical problem that the life of the cylindrical cathode 1 may be shortened due to such structural deformation and mechanical destruction.
【0007】同様の主旨で、従来の冷陰極型の直流プラ
ズマ生成装置では、筒型カソード1の円環状電極から電
界放出電子を電界放出させるために必要な電界放出電圧
を印加する毎に、電界放出電子が反応性気体をプラズマ
状態にする際に発生する熱によって、発熱電極が膨張し
て、発熱電極に熱応力が発生し、その結果、構造上の変
形や機械的破壊が筒型カソード1に発生していた。更
に、このような構造上の変形や機械的破壊に起因して、
筒型カソード1の寿命が短くなる可能性があるという技
術的課題があった。[0007] For the same purpose, in the conventional cold cathode type DC plasma generating apparatus, every time a field emission voltage required for field emission of field emission electrons from the annular electrode of the cylindrical cathode 1 is applied, an electric field is applied. The heat generated when the emitted electrons bring the reactive gas into a plasma state expands the heat generating electrode and generates heat stress on the heat generating electrode. Had occurred. Furthermore, due to such structural deformation and mechanical destruction,
There is a technical problem that the life of the cylindrical cathode 1 may be shortened.
【0008】本発明は、このような従来の技術的課題を
解決することを目的としており、中心軸上に設けられ中
心軸に対して回転対象な筒体構造を有するアノードと、
このアノードを囲んだ状態でアノードの中心軸に対して
螺旋中心軸(カソード中心軸)が同軸的に設けられアノ
ードの直径よりも大きな螺旋直径で当該アノードの外側
に周設される所定線径を有する複数の発熱電線から構成
される螺旋体構造のカソードとを設けることにより、機
体表面を高温に加熱することができ、かつ高密度のプラ
ズマを生成することができる直流プラズマ生成装置を提
供することを技術的課題としている。An object of the present invention is to solve such a conventional technical problem, and has an anode provided on a central axis and having a cylindrical structure rotatable with respect to the central axis;
A spiral central axis (cathode central axis) is provided coaxially with the central axis of the anode in a state surrounding the anode, and a predetermined wire diameter provided around the outside of the anode with a spiral diameter larger than the diameter of the anode. The present invention provides a DC plasma generating apparatus capable of heating the body surface to a high temperature and generating high-density plasma by providing a spiral structure cathode composed of a plurality of heating wires. It is a technical issue.
【0009】更に加えて、熱電子が反応性気体をプラズ
マ状態にする際に発生する熱や加熱電流によるジュール
熱によってカソードが熱膨張した場合であっても、螺旋
体構造によってカソードに熱応力が発生することを抑制
でき、その結果、構造上の変形や機械的破壊がカソード
に発生することを抑制できる直流プラズマ生成装置を提
供することを技術的課題とし、更に、このような構造上
の変形や機械的破壊に起因してカソードの寿命が短くな
ることを防ぐことができる直流プラズマ生成装置を提供
することを技術的課題としている。In addition, even when the cathode is thermally expanded due to heat generated when thermoelectrons bring the reactive gas into a plasma state or Joule heat due to a heating current, thermal stress is generated in the cathode by the spiral structure. The technical problem of the present invention is to provide a DC plasma generator that can suppress the occurrence of structural deformation and mechanical destruction at the cathode. An object of the present invention is to provide a direct-current plasma generating apparatus that can prevent the life of a cathode from being shortened due to mechanical destruction.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明により成された請求項1に記載の発明は、気体の
電離に基づいてアノード14近傍にプラズマ102を発
生させる直流プラズマ生成装置において、中心軸142
上に設けられ、当該中心軸142に対して回転対象な筒
体構造を有する網状のアノード14と、前記アノード1
4を囲んだ状態で、当該アノード14の中心軸142に
対して中心軸121が同軸的に設けられ、当該網状筒体
構造のアノード14の筒直径144よりも大きな螺旋直
径122で当該アノード14の外側に螺設される所定線
径を有する複数の発熱電線から構成される螺旋体構造の
カソード12と、当該アノード14と当該カソード12
間に接続され、当該アノード14と当該カソード12間
にプラズマ102を発生させるための電場を印加する放
電用電源16と、当該カソード12を加熱して熱電子1
09を放出させるための加熱電流107を当該カソード1
2の両端に与えるための加熱用電源18とを有するハー
ドウェア構成の直流プラズマ生成装置10である。According to a first aspect of the present invention, a DC plasma generating apparatus for generating a plasma 102 near an anode 14 based on ionization of a gas is provided. , Central axis 142
A reticulated anode 14 having a cylindrical structure rotatable with respect to the central axis 142 and the anode 1
4, the central axis 121 is provided coaxially with the central axis 142 of the anode 14, and the helical diameter 122 of the anode 14 of the reticulated cylindrical structure is larger than the cylindrical diameter 144 of the anode 14. A cathode 12 having a helical structure composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter, and the anode 14 and the cathode 12
A discharge power supply 16 connected between the anode 14 and the cathode 12 for applying an electric field for generating a plasma 102 between the anode 14 and the cathode 12;
The heating current 107 for releasing 09 is applied to the cathode 1
2 is a DC plasma generating apparatus 10 having a hardware configuration having a heating power supply 18 to be applied to both ends of the DC plasma generating apparatus 2.
【0011】請求項1に記載の発明によれば、網状筒体
構造のアノード14の筒直径144よりも大きな螺旋直
径122でアノード14の外側にこのアノード14を囲
んだ状態でアノード14の中心軸142に対して中心軸
121が同軸的に螺設される所定線径を有する複数の発
熱電線から構成される螺旋体構造のカソード12の両端
に加熱用電源18を接続して加熱電流107を与えてカ
ソード12を加熱して熱電子109を放出させる構造と
し、発熱電線の線径や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節す
ることにより、プラズマ102を照射する対象の基体の
表面を所望の高温に加熱することができるようになる。
また、放電用電源16を用いてアノード14とカソード
12間にプラズマ102を発生させるための電場を印加
する構造とし、発熱電線の線径や螺旋回数(螺旋ピッ
チ)を調節し、アノード14の直径144を調節するこ
とにより、所望の高密度のプラズマ102を生成するこ
とができるようになる。According to the first aspect of the present invention, the central axis of the anode 14 is formed in a state in which the helical diameter 122 is larger than the cylindrical diameter 144 of the anode 14 having a mesh cylindrical structure and surrounds the anode 14 outside the anode 14. A heating power source 18 is connected to both ends of a cathode 12 having a spiral structure composed of a plurality of heat generating wires having a predetermined wire diameter with a central axis 121 being coaxially screwed with respect to 142 to provide a heating current 107. The structure is such that the cathode 12 is heated to emit thermoelectrons 109, and the surface of the substrate to be irradiated with the plasma 102 is heated to a desired high temperature by adjusting the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch). Will be able to do it.
Further, the discharge power supply 16 is used to apply an electric field for generating a plasma 102 between the anode 14 and the cathode 12. The diameter of the heating wire is adjusted and the number of spiral turns (spiral pitch) is adjusted. By adjusting 144, a desired high-density plasma 102 can be generated.
【0012】更に加えて、加熱源であるカソード12を
螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱電子10
9が反応性気体をプラズマ状態にする際に発生する熱に
よってカソード12が熱膨張した場合や、加熱電流10
7によるジュール熱によってカソード12が熱膨張した
場合であっても、熱膨張に起因するカソード12の変形
量を弾性を有する螺旋体構造によって吸収することがで
きるようになり、カソード12に熱応力が発生すること
を緩和でき、その結果、構造上の変形や機械的破壊がカ
ソード12に発生することを抑制できるようになる。こ
れにより、構造上の変形や機械的破壊に起因してカソー
ド12の寿命が短くなることを防ぐことができるように
なる。In addition, the cathode 12 which is a heating source has a helical structure to have elasticity, so that the thermoelectrons 10
9 when the cathode 12 is thermally expanded by heat generated when the reactive gas is turned into a plasma state, or when the heating current 10
Even if the cathode 12 thermally expands due to the Joule heat generated by the step 7, the amount of deformation of the cathode 12 caused by the thermal expansion can be absorbed by the spiral structure having elasticity, and thermal stress is generated in the cathode 12. As a result, it is possible to suppress the occurrence of structural deformation and mechanical destruction in the cathode 12. As a result, it is possible to prevent the life of the cathode 12 from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction.
【0013】上記課題を解決するため本発明により成さ
れた請求項2に記載の発明は、気体の電離に基づいてア
ノード14近傍にプラズマ102を発生させる直流プラ
ズマ生成装置において、中心軸142上に設けられ、円
筒形状を有するアノード14と、前記アノード14を囲
んだ状態で、当該アノード14の中心軸142に対して
中心軸121が同軸的に設けられ、当該網状筒体構造の
アノード14の筒直径144よりも大きな螺旋直径122
で当該アノード14の外側に螺設される所定線径を有す
る複数の発熱電線から構成される螺旋体構造のカソード
12と、当該アノード14と当該カソード12間に接続
され、当該アノード14と当該カソード12間にプラズ
マ102を発生させるための電場を印加する放電用電源
16と、当該カソード12を加熱して熱電子109を放
出させるための加熱電流107を当該カソード12の両
端に与えるための加熱用電源18とを有するハードウェ
ア構成の直流プラズマ生成装置10である。According to a second aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, a direct current plasma generating apparatus for generating a plasma 102 in the vicinity of an anode 14 based on ionization of a gas is provided on a central axis 142. An anode 14 having a cylindrical shape, and a center axis 121 provided coaxially with a center axis 142 of the anode 14 in a state surrounding the anode 14. Spiral diameter 122 larger than diameter 144
A cathode 12 having a helical structure composed of a plurality of heat generating wires having a predetermined wire diameter and screwed outside the anode 14, connected between the anode 14 and the cathode 12, and connected to the anode 14 and the cathode 12; A discharge power supply 16 for applying an electric field for generating a plasma 102 between them, and a heating power supply for applying a heating current 107 for heating the cathode 12 to emit thermoelectrons 109 to both ends of the cathode 12 18 is a DC plasma generating apparatus 10 having a hardware configuration.
【0014】請求項2に記載の発明によれば、円筒形状
のアノード14の円筒直径144よりも大きな螺旋直径
122でアノード14の外側にこのアノード14を囲ん
だ状態でアノード14の中心軸142に対して中心軸1
21が同軸的に螺設される所定線径を有する複数の発熱
電線から構成される螺旋体構造のカソード12の両端に
加熱用電源18を接続して加熱電流107を与えてカソ
ード12を加熱して熱電子109を放出させる構造と
し、発熱電線の線径や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節す
ることにより、プラズマ102を照射する対象の基体の
表面を所望の高温に加熱することができるようになる。
また、放電用電源16を用いてアノード14とカソード
12間にプラズマ102を発生させるための電場を印加
する構造とし、発熱電線の線径や螺旋回数(螺旋ピッ
チ)を調節し、アノード14の直径144を調節するこ
とにより、所望の高密度のプラズマ102を生成するこ
とができるようになる。According to the second aspect of the present invention, the helical diameter 122 of the cylindrical anode 14 is larger than the cylindrical diameter 144 of the cylindrical anode 14. The outer periphery of the anode 14 is surrounded by the central axis 142 of the anode 14. Center axis 1
A heating power source 18 is connected to both ends of a cathode 12 having a spiral structure composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter in which 21 is coaxially screwed, and a heating current 107 is applied to heat the cathode 12. The surface of the substrate to be irradiated with the plasma 102 can be heated to a desired high temperature by adjusting the wire diameter and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire to have a structure for emitting thermionic electrons 109. .
Further, the discharge power supply 16 is used to apply an electric field for generating a plasma 102 between the anode 14 and the cathode 12. The diameter of the heating wire is adjusted and the number of spiral turns (spiral pitch) is adjusted. By adjusting 144, a desired high-density plasma 102 can be generated.
【0015】更に加えて、加熱源であるカソード12を
螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱電子10
9が反応性気体をプラズマ状態にする際に発生する熱に
よってカソード12が熱膨張した場合や、加熱電流10
7によるジュール熱によってカソード12が熱膨張した
場合であっても、熱膨張に起因するカソード12の変形
量を弾性を有する螺旋体構造によって吸収することがで
きるようになり、カソード12に熱応力が発生すること
を緩和でき、その結果、構造上の変形や機械的破壊がカ
ソード12に発生することを抑制できるようになる。こ
れにより、構造上の変形や機械的破壊に起因してカソー
ド12の寿命が短くなることを防ぐことができるように
なる。In addition, the cathode 12 serving as a heating source is formed into a helical structure to have elasticity.
9 when the cathode 12 is thermally expanded by heat generated when the reactive gas is turned into a plasma state, or when the heating current 10
Even if the cathode 12 thermally expands due to the Joule heat generated by the step 7, the amount of deformation of the cathode 12 caused by the thermal expansion can be absorbed by the spiral structure having elasticity, and thermal stress is generated in the cathode 12. As a result, it is possible to suppress the occurrence of structural deformation and mechanical destruction in the cathode 12. As a result, it is possible to prevent the life of the cathode 12 from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction.
【0016】上記課題を解決するため本発明により成さ
れた請求項3に記載の発明は、前記放電用電源16が、
前記アノード14と前記カソード12間に直流プラズマ
102を発生させるための直流電場を印加する直流電源
18であり、前記加熱用電源18が、前記カソード12
を加熱して熱電子109を放出させるための直流加熱電
流107を当該カソード12の両端に与えるための直流
電源18であるハードウェア構成の請求項1または2に
記載の直流プラズマ生成装置10である。According to a third aspect of the present invention, which is made by the present invention to solve the above-mentioned problem, the power supply for discharging 16 comprises:
A DC power source 18 for applying a DC electric field for generating a DC plasma 102 between the anode 14 and the cathode 12;
The DC plasma generating apparatus 10 according to claim 1 or 2, which has a hardware configuration that is a DC power supply 18 for applying a DC heating current 107 to both ends of the cathode 12 to heat the DC to emit thermoelectrons 109. .
【0017】請求項3に記載の発明によれば、アノード
14の直径144よりも大きな螺旋直径122でアノード
14の外側にこのアノード14を囲んだ状態でアノード
14の中心軸142に対して中心軸121が同軸的に螺設
される所定線径を有する複数の発熱電線から構成される
螺旋体構造のカソード12の両端に直流加熱用電源18
を接続して直流加熱電流107を与えてカソード12を
直流加熱して熱電子109を放出させる構造とし、発熱
電線の線径や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節することに
より、直流プラズマ102を照射する対象の基体の表面
を所望の高温に加熱することができるようになる。ま
た、直流放電用電源16を用いてアノード14とカソー
ド12間に直流プラズマ102を発生させるための直流
電場を印加する構造とし、発熱電線の線径や螺旋回数
(螺旋ピッチ)を調節し、アノード14の直径144を
調節することにより、所望の高密度の直流プラズマ10
2を生成することができるようになる。According to the third aspect of the present invention, the center axis of the anode 14 is set with respect to the center axis 142 of the anode 14 with the spiral diameter 122 being larger than the diameter 144 of the anode 14 and surrounding the anode 14 outside the anode 14. A DC heating power source 18 is provided at both ends of a spiral structure cathode 12 composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter, which are screwed coaxially.
And a DC heating current 107 is applied to heat the cathode 12 by DC heating to emit thermoelectrons 109. By adjusting the wire diameter and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire, the DC plasma 102 is irradiated. The surface of the substrate to be heated can be heated to a desired high temperature. Further, a DC electric power source 16 is used to apply a DC electric field for generating a DC plasma 102 between the anode 14 and the cathode 12 by adjusting the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch). By adjusting the diameter 144 of 14, the desired high density DC plasma 10
2 can be generated.
【0018】更に加えて、直流加熱源であるカソード1
2を螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱電子
109が反応性気体をプラズマ状態にする際に発生する
熱によってカソード12が熱膨張した場合や、加熱電流
107によるジュール熱によってカソード12が熱膨張
した場合であっても、熱膨張に起因するカソード12の
変形量を弾性を有する螺旋体構造によって吸収すること
ができるようになり、カソード12に熱応力が発生する
ことを緩和でき、その結果、構造上の変形や機械的破壊
がカソード12に発生することを抑制できるようにな
る。これにより、構造上の変形や機械的破壊に起因して
カソード12の寿命が短くなることを防ぐことができる
ようになる。In addition, a cathode 1 serving as a DC heating source
2 has a helical structure to provide elasticity, so that the cathode 12 thermally expands due to heat generated when the thermionic electrons 10 9 bring the reactive gas into a plasma state, or the cathode 12 is heated by Joule heat generated by the heating current 107. Even in the case of expansion, the amount of deformation of the cathode 12 due to thermal expansion can be absorbed by the spiral structure having elasticity, and the occurrence of thermal stress in the cathode 12 can be reduced. As a result, Occurrence of structural deformation and mechanical destruction in the cathode 12 can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the life of the cathode 12 from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction.
【0019】上記課題を解決するため本発明により成さ
れた請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれ
か一項に記載の直流プラズマ生成装置10において、前
記螺旋体構造のカソード12が、円形の断面形状を有す
る導体が、前記螺旋中心軸121上に前記螺旋直径122
に従って螺旋状に所定螺旋ピッチで巻回されて構成され
ている直流プラズマ生成装置10である。According to a fourth aspect of the present invention, which is made by the present invention to solve the above problem, in the DC plasma generating apparatus 10 according to any one of the first to third aspects, the cathode 12 having the spiral structure is provided. However, a conductor having a circular cross-sectional shape is formed on the spiral center axis 121 by the spiral diameter 122.
Is a DC plasma generator 10 configured to be spirally wound at a predetermined spiral pitch according to the following formula.
【0020】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
乃至3のいずれか一項に記載の効果に加えて、アノード
14の直径144よりも大きな螺旋直径122でアノード
14の外側にこのアノード14を囲んだ状態でアノード
14の中心軸142に対して中心軸121が同軸的に所定
螺旋ピッチで巻回される円形の断面形状を有する複数の
発熱電線から構成される螺旋体構造のカソード12の両
端に加熱用電源18を接続して加熱電流107を与えて
カソード12を加熱して熱電子109を放出させる構造
とし、発熱電線の円形の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッ
チ)を調節することにより、プラズマ102を照射する
対象の基体の表面を所望の高温に加熱することができる
ようになる。また、放電用電源16を用いてアノード1
4とカソード12間にプラズマ102を発生させるため
の電場を印加する構造とし、発熱電線の円形の断面形状
や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節し、アノード14の直
径144を調節することにより、所望の高密度のプラズ
マ102を生成することができるようになる。According to the invention described in claim 4, according to claim 1,
In addition to the effects described in any one of the above items 3, the spiral 14 has a helical diameter 122 larger than the diameter 144 of the anode 14 and surrounds the anode 14 outside the anode 14. A heating power supply 18 is connected to both ends of a cathode 12 having a spiral structure composed of a plurality of heating wires having a circular cross-sectional shape in which a shaft 121 is coaxially wound at a predetermined spiral pitch, and a heating current 107 is applied. The cathode 12 is heated to emit thermoelectrons 109, and the surface of the substrate to be irradiated with the plasma 102 is heated to a desired high temperature by adjusting the circular sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire. It can be heated. In addition, the anode 1 is
By applying an electric field for generating plasma 102 between the cathode 4 and the cathode 12, adjusting the circular cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire, and adjusting the diameter 144 of the anode 14, High density plasma 102 can be generated.
【0021】更に加えて、加熱源であるカソード12を
螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱電子10
9が反応性気体をプラズマ状態にする際に発生する熱に
よってカソード12が熱膨張した場合や、加熱電流10
7によるジュール熱によってカソード12が熱膨張した
場合であっても、熱膨張に起因するカソード12の変形
量を弾性を有する螺旋体構造によって吸収することがで
きるようになり、カソード12に熱応力が発生すること
を緩和でき、その結果、構造上の変形や機械的破壊がカ
ソード12に発生することを抑制できるようになる。こ
れにより、構造上の変形や機械的破壊に起因してカソー
ド12の寿命が短くなることを防ぐことができるように
なる。In addition, the cathode 12 which is a heating source has a helical structure to have elasticity, so that the thermoelectrons 10
9 when the cathode 12 is thermally expanded by heat generated when the reactive gas is turned into a plasma state, or when the heating current 10
Even if the cathode 12 thermally expands due to the Joule heat generated by the step 7, the amount of deformation of the cathode 12 caused by the thermal expansion can be absorbed by the spiral structure having elasticity, and thermal stress is generated in the cathode 12. As a result, it is possible to suppress the occurrence of structural deformation and mechanical destruction in the cathode 12. As a result, it is possible to prevent the life of the cathode 12 from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction.
【0022】上記課題を解決するため本発明により成さ
れた請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれ
か一項に記載の直流プラズマ生成装置10において、前
記螺旋体構造のカソード12が、棒状の断面形状を有す
る導体が、前記螺旋中心軸121上に前記螺旋直径122
に従って螺旋状に所定螺旋ピッチで巻回されて構成され
ている直流プラズマ生成装置10である。According to a fifth aspect of the present invention, which is achieved by the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in the DC plasma generating apparatus 10 according to any one of the first to third aspects, the cathode 12 having the spiral structure is provided. However, a conductor having a bar-shaped cross section is formed on the spiral central axis 121 by the spiral diameter 122.
Is a DC plasma generator 10 configured to be spirally wound at a predetermined spiral pitch according to the following formula.
【0023】請求項5に記載の発明によれば、請求項1
乃至3のいずれか一項に記載の効果に加えて、アノード
14の直径144よりも大きな螺旋直径122でアノード
14の外側にこのアノード14を囲んだ状態でアノード
14の中心軸142に対して中心軸121が同軸的に所定
螺旋ピッチで巻回される棒状の断面形状を有する複数の
発熱電線から構成される螺旋体構造のカソード12の両
端に加熱用電源18を接続して加熱電流107を与えて
カソード12を加熱して熱電子109を放出させる構造
とし、発熱電線の棒状の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッ
チ)を調節することにより、プラズマ102を照射する
対象の基体の表面を所望の高温に加熱することができる
ようになる。また、放電用電源16を用いてアノード1
4とカソード12間にプラズマ102を発生させるため
の電場を印加する構造とし、発熱電線の棒状の断面形状
や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節し、アノード14の直
径144を調節することにより、所望の高密度のプラズ
マ102を生成することができるようになる。特に、棒
状の断面形状を有する発熱電線は、円形の断面形状を有
する発熱電線に比較して大きな加熱電流107を流すこ
とができ、更に加えて、機械的に丈夫であるため耐久性
に優れるといったメリットを有している。According to the invention described in claim 5, according to claim 1,
In addition to the effects described in any one of the above items 3, the spiral 14 has a helical diameter 122 larger than the diameter 144 of the anode 14 and surrounds the anode 14 outside the anode 14. A heating power supply 18 is connected to both ends of a cathode 12 having a spiral structure composed of a plurality of heating wires having a rod-shaped cross-section in which a shaft 121 is coaxially wound at a predetermined spiral pitch, and a heating current 107 is applied. The structure is such that the cathode 12 is heated to emit thermoelectrons 109, and the surface of the substrate to be irradiated with the plasma 102 is heated to a desired high temperature by adjusting the rod-shaped cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire. It can be heated. In addition, the anode 1 is
The structure is such that an electric field for generating plasma 102 is applied between the cathode 4 and the cathode 12, the rod-shaped cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire are adjusted, and the diameter 144 of the anode 14 is adjusted. High density plasma 102 can be generated. In particular, a heating wire having a rod-shaped cross-section can flow a larger heating current 107 than a heating wire having a circular cross-section, and in addition, has excellent durability because it is mechanically strong. Has merits.
【0024】更に加えて、加熱源であるカソード12を
螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱電子10
9が反応性気体をプラズマ状態にする際に発生する熱に
よってカソード12が熱膨張した場合や、加熱電流10
7によるジュール熱によってカソード12が熱膨張した
場合であっても、熱膨張に起因するカソード12の変形
量を弾性を有する螺旋体構造によって吸収することがで
きるようになり、カソード12に熱応力が発生すること
を緩和でき、その結果、構造上の変形や機械的破壊がカ
ソード12に発生することを抑制できるようになる。こ
れにより、構造上の変形や機械的破壊を回避してカソー
ド12の寿命が短くなることを防ぐことができるように
なる。In addition, the cathode 12 which is a heating source has a helical structure to have elasticity, so that the thermoelectrons 10
9 when the cathode 12 is thermally expanded by heat generated when the reactive gas is turned into a plasma state, or when the heating current 10
Even if the cathode 12 thermally expands due to the Joule heat generated by the step 7, the amount of deformation of the cathode 12 caused by the thermal expansion can be absorbed by the spiral structure having elasticity, and thermal stress is generated in the cathode 12. As a result, it is possible to suppress the occurrence of structural deformation and mechanical destruction in the cathode 12. As a result, it is possible to prevent structural deformation and mechanical destruction and to shorten the life of the cathode 12.
【0025】上記課題を解決するため本発明により成さ
れた請求項6に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれ
か一項に記載の直流プラズマ生成装置10において、前
記螺旋体構造のカソード12が、板状の断面形状を有す
る導体が、前記螺旋中心軸121上に前記螺旋直径122
に従って螺旋状に所定螺旋ピッチで巻回されて構成され
ている直流プラズマ生成装置10である。According to a sixth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem, the present invention provides a DC plasma generating apparatus 10 according to any one of the first to third aspects, wherein the cathode 12 having the spiral structure is provided. However, a conductor having a plate-shaped cross section is formed on the spiral central axis 121 by the spiral diameter 122.
Is a DC plasma generator 10 configured to be spirally wound at a predetermined spiral pitch according to the following formula.
【0026】請求項6に記載の発明によれば、請求項1
乃至3のいずれか一項に記載の効果に加えて、アノード
14の直径144よりも大きな螺旋直径122でアノード
14の外側にこのアノード14を囲んだ状態でアノード
14の中心軸142に対して中心軸121が同軸的に所定
螺旋ピッチで巻回される板状の断面形状を有する複数の
発熱電線から構成される螺旋体構造のカソード12の両
端に加熱用電源18を接続して加熱電流107を与えて
カソード12を加熱して熱電子109を放出させる構造
とし、発熱電線の板状の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッ
チ)を調節することにより、プラズマ102を照射する
対象の基体の表面を所望の高温に加熱することができる
ようになる。また、放電用電源16を用いてアノード1
4とカソード12間にプラズマ102を発生させるため
の電場を印加する構造とし、発熱電線の板状の断面形状
や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節し、アノード14の直
径144を調節することにより、所望の高密度のプラズ
マ102を生成することができるようになる。特に、板
状の断面形状を有する発熱電線は、円形の断面形状を有
する発熱電線に比較して大きな加熱電流107を流すこ
とができ、更に加えて、機械的に丈夫であるため耐久性
に優れるといったメリットを有している。According to the invention of claim 6, according to claim 1,
In addition to the effects described in any one of the above items 3, the spiral 14 has a helical diameter 122 larger than the diameter 144 of the anode 14 and surrounds the anode 14 outside the anode 14. A heating power supply 18 is connected to both ends of a cathode 12 having a spiral structure composed of a plurality of heating wires having a plate-like cross-sectional shape in which a shaft 121 is coaxially wound at a predetermined spiral pitch to supply a heating current 107. By heating the cathode 12 to emit thermionic electrons 109, the surface of the substrate to be irradiated with the plasma 102 can be adjusted to a desired shape by adjusting the plate-shaped cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire. It can be heated to a high temperature. In addition, the anode 1 is
By applying an electric field for generating a plasma 102 between the cathode 4 and the cathode 12, adjusting the plate-shaped cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire, and adjusting the diameter 144 of the anode 14, A desired high-density plasma 102 can be generated. In particular, a heating wire having a plate-shaped cross-section allows a larger heating current 107 to flow than a heating wire having a circular cross-section, and furthermore has excellent durability because it is mechanically strong. It has such advantages.
【0027】更に加えて、加熱源であるカソード12を
螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱電子10
9が反応性気体をプラズマ状態にする際に発生する熱に
よってカソード12が熱膨張した場合や、加熱電流10
7によるジュール熱によってカソード12が熱膨張した
場合であっても、熱膨張に起因するカソード12の変形
量を弾性を有する螺旋体構造によって吸収することがで
きるようになり、カソード12に熱応力が発生すること
を緩和でき、その結果、構造上の変形や機械的破壊がカ
ソード12に発生することを抑制できるようになる。こ
れにより、構造上の変形や機械的破壊に起因してカソー
ド12の寿命が短くなることを防ぐことができるように
なる。In addition, the cathode 12 serving as a heating source has a helical structure to have elasticity, so that the thermoelectrons 10
9 when the cathode 12 is thermally expanded by heat generated when the reactive gas is turned into a plasma state, or when the heating current 10
Even if the cathode 12 thermally expands due to the Joule heat generated by the step 7, the amount of deformation of the cathode 12 caused by the thermal expansion can be absorbed by the spiral structure having elasticity, and thermal stress is generated in the cathode 12. As a result, it is possible to suppress the occurrence of structural deformation and mechanical destruction in the cathode 12. As a result, it is possible to prevent the life of the cathode 12 from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction.
【0028】上記課題を解決するため本発明により成さ
れた請求項7に記載の発明は、請求項4乃至6のいずれ
か一項に記載の直流プラズマ生成装置10において、前
記カソード12が、熱陰極構造を有するハードウェア構
成の直流プラズマ生成装置10である。According to a seventh aspect of the present invention to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a DC plasma generating apparatus 10 according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the cathode 12 is heat-conductive. It is a DC plasma generation device 10 having a hardware configuration having a cathode structure.
【0029】請求項7に記載の発明によれば、請求項4
乃至6のいずれか一項に記載の効果に加えて、アノード
14の直径144よりも大きな螺旋直径122でアノード
14の外側にこのアノード14を囲んだ状態でアノード
14の中心軸142に対して中心軸121が同軸的に螺設
される所定線径を有する複数の発熱電線から構成される
螺旋体構造のカソード12の両端に直流加熱用電源18
を接続して直流加熱電流107を与えてカソード12を
直流加熱して熱電子109を放出させ、放出された熱電
子109を用いた熱陰極放電による気体の電離に基づい
てアノード14近傍にプラズマ102を発生させる構造
とし、発熱電線の線径や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節
することにより、直流プラズマ102を照射する対象の
基体の表面を所望の高温に加熱することができるように
なる。また、直流放電用電源16を用いてアノード14
とカソード12間に直流プラズマ102を発生させるた
めの直流電場を印加する構造とし、発熱電線の線径や螺
旋回数(螺旋ピッチ)を調節し、アノード14の直径1
44を調節することにより、所望の高密度の直流プラズ
マ102を生成することができるようになる。According to the invention of claim 7, according to claim 4,
In addition to the effect described in any one of the above items 6 to 6, in addition to the anode 14 having a helical diameter 122 larger than the diameter 144 of the anode 14 and surrounding the anode 14 with respect to the central axis 142 of the anode 14, A DC heating power source 18 is provided at both ends of a spiral structure cathode 12 composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter on which a shaft 121 is coaxially screwed.
Is connected to apply a DC heating current 107 to heat the cathode 12 DC to emit thermoelectrons 109, and to generate plasma 102 near the anode 14 based on ionization of gas by hot cathode discharge using the emitted thermoelectrons 109. By adjusting the wire diameter and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire, the surface of the substrate to be irradiated with the DC plasma 102 can be heated to a desired high temperature. Also, the anode 14 is connected to a DC discharge power source 16.
A DC electric field for generating a DC plasma 102 is applied between the anode and the cathode 12, the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (helical pitch) are adjusted, and the diameter of the anode 14
By adjusting 44, a desired high-density DC plasma 102 can be generated.
【0030】更に加えて、直流加熱源であるカソード1
2を螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱陰極
放電による熱電子109が反応性気体をプラズマ状態に
する際に発生する熱によってカソード12が熱膨張した
場合や、熱陰極放電によるジュール熱によってカソード
12が熱膨張した場合であっても、熱陰極放電による熱
膨張に起因するカソード12の変形量を弾性を有する螺
旋体構造によって吸収することができるようになり、カ
ソード12に熱応力が発生することを緩和でき、その結
果、熱陰極放電による構造上の変形や機械的破壊がカソ
ード12に発生することを抑制できるようになる。これ
により、熱陰極放電による構造上の変形や機械的破壊に
起因してカソード12の寿命が短くなることを防ぐこと
ができるようになる。In addition, the cathode 1 which is a DC heating source
2 has a helical structure to provide elasticity, so that the cathode 12 thermally expands due to heat generated when thermionic electrons 109 caused by the hot cathode discharge bring the reactive gas into a plasma state, or Joule heat generated by the hot cathode discharge. Even when the cathode 12 thermally expands, the amount of deformation of the cathode 12 due to thermal expansion due to hot cathode discharge can be absorbed by the elastic helical structure, and thermal stress is generated in the cathode 12. As a result, it is possible to suppress the occurrence of structural deformation or mechanical damage due to hot cathode discharge in the cathode 12. Thus, it is possible to prevent the life of the cathode 12 from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction due to hot cathode discharge.
【0031】上記課題を解決するため本発明により成さ
れた請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の直流プ
ラズマ生成装置10において、前記螺旋体構造のカソー
ド12から熱電子109を放出させるために必要な加熱
電流107を当該カソード12に印加すると共に、前記
アノード14と当該カソード12との間に熱電子109
を加速するための加速電圧108を印加し、当該放出さ
れた熱電子109を用いた熱陰極放電による気体の電離
に基づいて当該アノード14近傍にプラズマ102を発
生させるように構成されている直流プラズマ生成装置1
0である。According to an eighth aspect of the present invention to solve the above-mentioned problem, in the DC plasma generating apparatus 10 according to the seventh aspect, thermoelectrons 10 9 are emitted from the cathode 12 having the spiral structure. A heating current 107 required for the operation is applied to the cathode 12 and a thermoelectron 109 between the anode 14 and the cathode 12 is applied.
DC plasma configured to apply an accelerating voltage 108 for accelerating the plasma and generate plasma 102 near the anode 14 based on ionization of gas by hot cathode discharge using the emitted thermoelectrons 109. Generator 1
0.
【0032】請求項8に記載の発明によれば、請求項7
に記載の効果に加えて、アノード14の直径144より
も大きな螺旋直径122でアノード14の外側にこのア
ノード14を囲んだ状態でアノード14の中心軸142
に対して中心軸121が同軸的に螺設される所定線径を
有する複数の発熱電線から構成される螺旋体構造のカソ
ード12の両端に加熱用電源18を接続して加熱電流1
07を与えてカソード12を加熱して熱電子109を放出
させ、放出された熱電子109を用いた熱陰極放電によ
る気体の電離に基づいてアノード14近傍にプラズマ1
02を発生させる構造とし、発熱電線の線径や螺旋回数
(螺旋ピッチ)を調節することにより、プラズマ102
を照射する対象の基体の表面を所望の高温に加熱するこ
とができるようになる。また、放電用電源16を用いて
アノード14とカソード12間にプラズマ102を発生
させるための電場を印加する構造とし、発熱電線の線径
や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節し、アノード14の直
径144を調節することにより、所望の高密度のプラズ
マ102を生成することができるようになる。According to the invention described in claim 8, according to claim 7,
In addition to the effect described in the above, the center axis 142 of the anode 14 is formed around the anode 14 with a helical diameter 122 larger than the diameter 144 of the anode 14.
A heating power supply 18 is connected to both ends of a spiral structure cathode 12 composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter with a central axis 121 coaxially screwed to the heating shaft.
07, the cathode 12 is heated to emit thermionic electrons 109, and the plasma 1 near the anode 14 based on the ionization of the gas by the hot cathode discharge using the emitted thermoelectrons 109.
O2 is generated, and by adjusting the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch), the plasma 102 is generated.
Can be heated to a desired high temperature. Further, the discharge power supply 16 is used to apply an electric field for generating a plasma 102 between the anode 14 and the cathode 12. The diameter of the heating wire is adjusted and the number of spiral turns (spiral pitch) is adjusted. By adjusting 144, a desired high-density plasma 102 can be generated.
【0033】更に加えて、加熱源であるカソード12を
螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱陰極放電
による熱電子109が反応性気体をプラズマ状態にする
際に発生する熱によってカソード12が熱膨張した場合
や、熱陰極放電によるジュール熱によってカソード12
が熱膨張した場合であっても、熱陰極放電による熱膨張
に起因するカソード12の変形量を弾性を有する螺旋体
構造によって吸収することができるようになり、カソー
ド12に熱応力が発生することを緩和でき、その結果、
熱陰極放電による構造上の変形や機械的破壊がカソード
12に発生することを抑制できるようになる。これによ
り、熱陰極放電による構造上の変形や機械的破壊に起因
してカソード12の寿命が短くなることを防ぐことがで
きるようになる。In addition, by making the cathode 12 serving as a heating source a helical structure to have elasticity, the cathode 12 is heated by the heat generated by the hot electrons 109 caused by the hot cathode discharge to bring the reactive gas into a plasma state. When the cathode 12 expands due to expansion or Joule heat generated by hot cathode discharge.
Even when the thermal expansion of the cathode 12, the amount of deformation of the cathode 12 caused by the thermal expansion due to the hot cathode discharge can be absorbed by the spiral structure having elasticity, and the thermal stress is generated in the cathode 12. Can be mitigated, so that
The occurrence of structural deformation or mechanical destruction due to hot cathode discharge in the cathode 12 can be suppressed. Thus, it is possible to prevent the life of the cathode 12 from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction due to hot cathode discharge.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0035】図1は、本発明の一実施形態にかかる直流
プラズマ生成装置10を示す斜視図である。図2は、図
1の直流プラズマ生成装置10における中心軸142に
沿った断面図である。FIG. 1 is a perspective view showing a DC plasma generator 10 according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view along the central axis 142 of the DC plasma generator 10 of FIG.
【0036】本実施形態の直流プラズマ生成装置10
は、気体の一形態であるヘキサメチルジシランの電離に
基づいてアノード14近傍に直流プラズマ102を発生
させる直流プラズマ生成装置10であり、特に、プラズ
マ状態にされた複数の反応性気体の気相反応を促すと同
時に、電場や磁場の補助力を借りて反応物を被蒸着物の
表面に化学的・物理的に堆積させて薄膜を形成させるこ
とができる前述のCVDにおいて、アノード14とカソ
ード12間に印加された直流電場によって、プラズマ状
態にされた反応性気体を発生させるために用いられる直
流プラズマ生成装置10であって、反応性気体をプラズ
マ状態にする際に発生する熱や加熱電流107によるジ
ュール熱によってカソード12が熱膨張した場合であっ
ても、螺旋体構造(図3または図4参照)によるバネ弾
性によって、カソード12に熱応力が発生することを抑
制し、熱応力に起因すると思考される構造上の変形や機
械的破壊がカソード12に発生することを抑制する機能
を有する。本実施形態の螺旋体の形状は、渦巻き形状や
バネ形状と均等形状である。図1〜図4に示すアノード
14は、中心軸142上に設けられ、中心軸142に対し
て回転対象な筒体構造を有するステンレスメッシュ形状
を有する。The DC plasma generator 10 of the present embodiment
Is a DC plasma generator 10 for generating a DC plasma 102 in the vicinity of the anode 14 based on the ionization of hexamethyldisilane, which is a form of gas, and in particular, a gas phase reaction of a plurality of reactive gases in a plasma state. At the same time as the above-mentioned CVD, in which a thin film can be formed by chemically and physically depositing a reactant on the surface of an object to be deposited with the aid of an electric or magnetic field, A DC plasma generating apparatus 10 used to generate a reactive gas in a plasma state by a DC electric field applied to the reactive gas, wherein the DC current is generated by heat or heating current 107 generated when the reactive gas is turned into a plasma state. Even when the cathode 12 thermally expands due to Joule heat, the cathode elasticity due to the helical structure (see FIG. 3 or FIG. 4) causes Thermal stress is prevented from being generated in 12, deformation or mechanical disruption of the structure to be thought to be due to thermal stress has a function of suppressing the occurrence in the cathode 12. The shape of the spiral of the present embodiment is equivalent to a spiral shape or a spring shape. The anode 14 shown in FIGS. 1 to 4 is provided on the central axis 142 and has a stainless mesh shape having a cylindrical structure that can be rotated with respect to the central axis 142.
【0037】具体的には、図1に示すように、カソード
12に用いた螺旋直径(カソード直径)122より小径
の円環体2aを対向させ、その間にステンレスメッシュ
を巻き付けて筒形に形成したものなどを用いることがで
きる。Specifically, as shown in FIG. 1, the annular body 2a having a smaller diameter than the spiral diameter (cathode diameter) 122 used for the cathode 12 is opposed to each other, and a stainless steel mesh is wound therebetween to form a cylindrical shape. What can be used.
【0038】アノード14の筒直径144としては、4
4mm(図3参照)や18mm(図4参照)を用いるこ
とができる。The cylinder diameter 144 of the anode 14 is 4
4 mm (see FIG. 3) and 18 mm (see FIG. 4) can be used.
【0039】またアノード14を構成する材料の材質
は、特に限定されないが、CVDに用いる場合には使用
する原料ガスに対して耐食性を有する金属から形成され
ることが望ましい。The material of the material constituting the anode 14 is not particularly limited. However, when the material is used for CVD, it is desirable that the material be formed of a metal having corrosion resistance to the source gas used.
【0040】なお、円筒形状のアノード14に代えて、
ワイヤ形状を有するアノード14を用いても同様の機能
が実現でき、この機能に起因した同様の効果を得ること
ができる。円筒形状のアノード14に代えて、棒形状を
有するアノード14を用いても同様の機能が実現でき、
この機能に起因した同様の効果を得ることができる。こ
こで、ワイヤ形状を有するアノード14とは、タングス
テンワイヤー等の高融点金属を用いた線材(具体的に
は、0.1mm乃至2mm程度の直径)によって実現で
きる。棒形状を有するアノード14は、ワイヤ形状を有
するアノード14と材質的には共通であり、タングステ
ン等の高融点金属を用いた棒材(線材よりも直径が大き
き、具体的には、数mm乃至数センチ)によって実現で
きる。なお、タングステンワイヤーを用いる代わりに導
電性炭素繊維(日本石油、グラノックスXN40)を同
様に円筒形状となるよう均等に張り渡して形成したカソ
ード12を用いることもできる。In place of the cylindrical anode 14,
A similar function can be realized by using the anode 14 having a wire shape, and a similar effect due to this function can be obtained. A similar function can be realized by using a rod-shaped anode 14 instead of the cylindrical anode 14.
Similar effects due to this function can be obtained. Here, the wire-shaped anode 14 can be realized by a wire (specifically, a diameter of about 0.1 mm to 2 mm) using a high melting point metal such as a tungsten wire. The rod-shaped anode 14 is similar in material to the wire-shaped anode 14 and is made of a rod material (having a diameter larger than that of the wire rod, specifically, several mm To several centimeters). Instead of using a tungsten wire, a cathode 12 formed by uniformly stretching conductive carbon fibers (Nippon Oil Co., Ltd., Granox XN40) into a cylindrical shape can also be used.
【0041】図1〜図4に示すカソード12は、アノー
ド14を囲んだ状態で、アノード14の中心軸142に
対して中心軸121がおおよそ一致した状態で設けら
れ、ステンレスメッシュ形状筒体構造のアノード14の
筒直径144よりも大きな螺旋直径122でアノード14
の外側に螺設される所定線径を有し並列接続された複数
の発熱電線から構成される螺旋体構造(図3または図4
参照)となっている。The cathode 12 shown in FIGS. 1 to 4 is provided so as to surround the anode 14 and to have the center axis 121 substantially coincident with the center axis 142 of the anode 14. When the spiral diameter 122 is larger than the cylinder diameter 144 of the anode 14, the anode 14
A helical structure (FIG. 3 or FIG. 4) composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter and
See).
【0042】螺旋体構造のカソード12は、図1〜図4
に示すように、所定線径の円形の断面形状を有する導体
である複数本の加熱電線が、螺旋中心軸121上に螺旋
直径122に従ってコイル状に所定螺旋ピッチで巻回さ
れている熱陰極構造となっている。例えば、線径が62
mmの加熱電線が2本並列接続された螺旋体構造(図3
参照)や、線径が38mmの加熱電線が4本並列接続さ
れた螺旋体構造(図4参照)を用いることができる。The spiral structure cathode 12 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 5, a hot cathode structure in which a plurality of heating wires, which are conductors having a circular cross-sectional shape having a predetermined wire diameter, are wound on a spiral central axis 121 in a coil shape at a predetermined spiral pitch according to a spiral diameter 122. It has become. For example, if the wire diameter is 62
3 mm heating wire connected in parallel (Fig. 3
And a spiral structure in which four heating wires each having a wire diameter of 38 mm are connected in parallel (see FIG. 4).
【0043】この際のアノード14とカソード12の間
隔は、放電用電源16の印加電圧に適合するように適宜
選択することができ、通常はアノード14等の円筒直径
(アノード直径)144又は、円筒直径(アノード直
径)144、線径に関係なく5〜10mm程度とするこ
とができる。At this time, the interval between the anode 14 and the cathode 12 can be appropriately selected so as to be suitable for the voltage applied to the discharge power supply 16, and usually the cylindrical diameter (anode diameter) 144 of the anode 14 or the like or the cylindrical diameter The diameter (anode diameter) 144 can be about 5 to 10 mm regardless of the wire diameter.
【0044】螺旋体構造のカソード12は、加熱電流1
07による磁界が方位角方向に発生し、ローレンズ力が
螺旋中心軸(カソード中心軸)121方向に発生するた
め、アノード14の近傍でプラズマ状態にされた反応性
気体の直流プラズマ102を効率よくCVDに供給でき
る。The cathode 12 having a helical structure has a heating current of 1
07 generates a magnetic field in the azimuthal direction, and a low lens force is generated in the direction of the spiral central axis (cathode central axis) 121. Therefore, the reactive gas DC plasma 102 brought into the plasma state near the anode 14 is efficiently subjected to CVD. Can be supplied.
【0045】例えば本実施形態では、図2に示すよう
に、カソード12は、径70mmのステンレス鋼の円環
状電極1a,1aの間に、線径0.2mmで長さ50m
mのタングステンワイヤーを用いて円筒形状となるよう
に形成した図1のような構造を有する。またアノード1
4は、径50mmのステンレス鋼の円環体2a、2aの
間に60メッシュのステンレス鋼の金網2bを長さ50
mmとなるよう巻き付けて形成した図1のような構造を
有する。For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the cathode 12 has a wire diameter of 0.2 mm and a length of 50 m between the stainless steel annular electrodes 1a, 1a having a diameter of 70 mm.
It has a structure as shown in FIG. 1 formed into a cylindrical shape by using a tungsten wire of m. Anode 1
4 is a 60-mesh stainless steel wire mesh 2b having a length of 50 mm between the stainless steel annular bodies 2a and 2a having a diameter of 50 mm.
It has a structure as shown in FIG.
【0046】CVDは、直流プラズマ生成装置10から
供給された反応性気体の直流プラズマ102を用いた気
相反応を促すと同時に、電場や磁場の補助力を借りて反
応物を被蒸着物の表面に化学的・物理的に堆積させて薄
膜を形成させることができる前述のCVDプラズマを発
生させることができる。In the CVD, a gas phase reaction using a DC plasma 102 of a reactive gas supplied from a DC plasma generator 10 is promoted, and at the same time, a reactant is applied to the surface of an object to be deposited with the aid of an electric or magnetic field. The above-described CVD plasma, which can be chemically and physically deposited to form a thin film, can be generated.
【0047】またCVDにおいては、少なくも10-6To
rr以下の真空圧に耐えることができる密閉容器は内に、
アノード14の円筒中心軸(アノード中心軸)142の
位置にアノード14の基体を支持する部材が設けてあ
り、更にCVD成膜用の反応性気体材料を導入する手段
を備えている。CVDの装置を構成する部品は、反応性
気体に対して充分な耐食性を有する材料で形成されてい
ることが望ましい。In CVD, at least 10 -6 To
Inside a sealed container that can withstand vacuum pressure of rr or less,
A member for supporting the base of the anode 14 is provided at a position of a cylindrical central axis (anode central axis) 142 of the anode 14, and a means for introducing a reactive gas material for CVD film formation is provided. It is desirable that parts constituting the CVD apparatus are formed of a material having sufficient corrosion resistance to a reactive gas.
【0048】またカソード12が熱陰極であるときに
は、カソード12が高融点の発熱電線を備えたものであ
ることが好ましい。導体の径、螺旋回数、螺旋ピッチ等
は、用いるカソード12電源の容量に合わせて適宜選択
することができる。また発熱電線の材質は、通常タング
ステン、タングステン合金、炭素などを用いることがで
きるが、特に限定されない。When the cathode 12 is a hot cathode, it is preferable that the cathode 12 is provided with a high-melting-point heating wire. The diameter of the conductor, the number of spiral turns, the spiral pitch, and the like can be appropriately selected according to the capacity of the cathode 12 power supply to be used. Further, the material of the heating wire can be usually tungsten, a tungsten alloy, carbon, or the like, but is not particularly limited.
【0049】カソード12にこのような螺旋体構造を用
いることにより、発熱電線の円形の断面形状や螺旋回数
(螺旋ピッチ)を調節することにより、直流プラズマ1
02を照射するプラズマCVD対象の蒸着基板の表面を
所望の高温に加熱することができ、その結果、所望の組
成を有する薄膜を基板上に成長されることができるよう
になる。また、放電用電源16を用いてアノード14と
カソード12間にヘキサメチルジシランの分解生成物に
よる直流プラズマ102を発生させるための電場を印加
する構造とし、発熱電線の円形の断面形状や螺旋回数
(螺旋ピッチ)を調節し、アノード14の直径144を
調節することにより、所望の高密度の直流プラズマ10
2を生成することができるようになる結果、薄膜の成長
速度を高めることができるようになる。更に加えて、加
熱源であるカソード12を螺旋構造としてバネ弾性を持
たせることにより、熱電子109が反応性気体の一形態
であるヘキサメチルジシランを分解してプラズマ状態に
する際に発生する熱によってカソード12が熱膨張/収
縮して変形した場合や、加熱電流107によるジュール
熱によってカソード12が熱膨張/収縮して変形した場
合であっても、熱膨張に起因するカソード12の変形量
をバネ弾性を有する螺旋体構造によって吸収することが
できるようになり、カソード12に熱応力が発生するこ
とを緩和でき、その結果、構造上の変形や機械的破壊が
カソード12に発生することを抑制できるようになる。
これにより、構造上の変形や機械的破壊に起因してカソ
ード12にストレスが加わることを軽減し、カソード1
2の長寿命化を図ることができるようになる。By using such a spiral structure for the cathode 12, the DC plasma 1 can be adjusted by adjusting the circular cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire.
The surface of the deposition substrate to be irradiated with O2 can be heated to a desired high temperature, and as a result, a thin film having a desired composition can be grown on the substrate. In addition, a structure is used in which an electric field for generating a DC plasma 102 due to decomposition products of hexamethyldisilane is applied between the anode 14 and the cathode 12 by using the discharge power supply 16, and the circular cross-sectional shape and the number of spiral turns of the heating wire ( By adjusting the helical pitch and the diameter 144 of the anode 14, the desired high density DC plasma 10
As a result, the growth rate of the thin film can be increased. In addition, the cathode 12 serving as a heating source has a helical structure to provide spring elasticity, so that the thermoelectrons 10 9 generate heat when decomposing hexamethyldisilane, which is a form of reactive gas, into a plasma state. Even when the cathode 12 is deformed by thermal expansion / contraction due to thermal expansion or contraction, or when the cathode 12 is thermally expanded / contracted and deformed by Joule heat generated by the heating current 107, the amount of deformation of the cathode 12 due to thermal expansion is reduced. It becomes possible to absorb by the spiral structure having spring elasticity, and it is possible to alleviate the occurrence of thermal stress in the cathode 12, and as a result, it is possible to suppress the occurrence of structural deformation and mechanical breakage in the cathode 12. Become like
As a result, stress applied to the cathode 12 due to structural deformation or mechanical destruction is reduced, and the cathode 1
2 can be extended.
【0050】なお、螺旋体構造のカソード12は、棒状
の断面形状を有する複数本の加熱電線が、螺旋中心軸1
21上に螺旋直径122に従ってコイル状に所定螺旋ピッ
チで巻回されて構成されていてもよい。この場合、発熱
電線の棒状の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節
し、アノード14の直径144を調節することにより、
所望の高密度の直流プラズマ102を生成することがで
きるようになる結果、薄膜の成長速度を高めることがで
きるようになる。特に、棒状の断面形状を有する発熱電
線は、円形の断面形状を有する発熱電線に比較して大き
な加熱電流107を流すことができ、更に加えて、機械
的に丈夫であるため耐久性に優れるといったメリットを
有している。また、螺旋体構造のカソード12は、板状
の断面形状を有する複数本の加熱電線が、螺旋中心軸1
21上に螺旋直径122に従ってコイル状に所定螺旋ピッ
チで巻回されて構成されて構成されていてもよい。この
場合、発熱電線の板状の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッ
チ)を調節することにより、直流プラズマ102を照射
するプラズマCVD対象の蒸着基板の表面を所望の高温
に加熱することができ、その結果、所望の組成を有する
薄膜を基板上に成長されることができるようになる。ま
た、放電用電源16を用いてアノード14とカソード1
2間にヘキサメチルジシランの分解生成物による直流プ
ラズマ102を発生させるための電場を印加する構造と
し、発熱電線の板状の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッ
チ)を調節し、アノード14の直径144を調節するこ
とにより、所望の高密度の直流プラズマ102を生成す
ることができるようになる結果、薄膜の成長速度を高め
ることができるようになる。特に、板状の断面形状を有
する発熱電線は、円形の断面形状を有する発熱電線に比
較して大きな加熱電流107を流すことができ、更に加
えて、機械的に丈夫であるため耐久性に優れるといった
メリットを有している。The cathode 12 having a helical structure is composed of a plurality of heating wires having a rod-like cross-sectional shape.
21 may be wound in a coil shape at a predetermined spiral pitch in accordance with the spiral diameter 122. In this case, by adjusting the rod-shaped cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire and adjusting the diameter 144 of the anode 14,
As a result, a desired high-density DC plasma 102 can be generated, so that the growth rate of the thin film can be increased. In particular, a heating wire having a rod-shaped cross-section can flow a larger heating current 107 than a heating wire having a circular cross-section, and in addition, has excellent durability because it is mechanically strong. Has merits. The cathode 12 having a helical structure includes a plurality of heating wires having a plate-like cross-sectional shape, and the helical central axis 1.
21 may be wound in a coil shape at a predetermined spiral pitch according to the spiral diameter 122. In this case, by adjusting the plate-shaped cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire, the surface of the deposition substrate to be subjected to the plasma CVD for irradiating the DC plasma 102 can be heated to a desired high temperature. As a result, a thin film having a desired composition can be grown on the substrate. Further, the anode 14 and the cathode 1 are
The structure is such that an electric field for generating a DC plasma 102 by a decomposition product of hexamethyldisilane is applied between the two, the cross-sectional shape of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch) are adjusted, and the diameter 144 of the anode 14 is adjusted. As a result, the desired high-density DC plasma 102 can be generated, and as a result, the growth rate of the thin film can be increased. In particular, a heating wire having a plate-shaped cross-section allows a larger heating current 107 to flow than a heating wire having a circular cross-section, and furthermore has excellent durability because it is mechanically strong. It has such advantages.
【0051】図1〜図4に示す放電用電源16は、アノ
ード14とカソード12との間でプラズマ放電を生成す
るための電力を供給する電源であって、アノード14と
カソード12間に接続され、アノード14とカソード1
2間にヘキサメチルジシランの分解生成物による直流プ
ラズマ102を発生させるための直流電場を印加する直
流電源である。具体的には、放電電流が3A程度になる
ように直流電圧を制御している。The discharge power supply 16 shown in FIGS. 1 to 4 is a power supply for supplying power for generating a plasma discharge between the anode 14 and the cathode 12 and is connected between the anode 14 and the cathode 12. , Anode 14 and cathode 1
This is a DC power supply for applying a DC electric field for generating a DC plasma 102 by a decomposition product of hexamethyldisilane between the two. Specifically, the DC voltage is controlled so that the discharge current becomes about 3A.
【0052】図1〜図4に示す加熱用電源18は、カソ
ード12に加熱用の電力を供給する電源であって、カソ
ード12を構成する並列接続された複数の発熱電線を同
時に加熱して熱電子109をアノード14に向けて熱電
子放出させるための直流加熱電流107をカソード12
の両端に与えるための直流電源である。The heating power supply 18 shown in FIGS. 1 to 4 is a power supply for supplying electric power for heating to the cathode 12, and heats a plurality of heating wires connected in parallel constituting the cathode 12 at the same time. A DC heating current 107 for emitting thermionic electrons 10 9 toward the anode 14 is applied to the cathode 12.
DC power supply to be applied to both ends.
【0053】以上のような構成の直流プラズマ生成装置
10は、螺旋体構造のカソード12から熱電子109を
アノード14に向けて熱電子放出させるために必要な加
熱電流107をカソード12に印加すると同時に、アノ
ード14とカソード12との間に熱電子109を加速す
るための加速電圧108を印加し、放出された熱電子1
09を用いた熱陰極放電による気体の一形態であるヘキ
サメチルジシランの電離に基づいてアノード14近傍に
直流プラズマ102を発生させることになる。In the DC plasma generating apparatus 10 having the above-described configuration, the heating current 107 required for emitting thermionic electrons 109 from the spiral-structured cathode 12 toward the anode 14 is applied to the cathode 12 at the same time. An acceleration voltage 108 for accelerating the thermoelectrons 109 is applied between the anode 14 and the cathode 12, and the emitted thermoelectrons 1
DC plasma 102 is generated in the vicinity of the anode 14 based on the ionization of hexamethyldisilane, which is a form of gas by hot cathode discharge using 09.
【0054】具体的には、熱陰極構造を有するカソード
12を用いた直流プラズマ生成装置10は、螺旋体構造
のカソード12から熱電子109を放出させるために必
要な加熱電流107を前述の2個の対向した円環状電極
1a間に印加すると同時に、アノード14と前述のカソ
ード12との間に熱電子109を加速するための加速電
圧108を印加し、前述の放出された熱電子109を用い
た熱陰極放電による気体の電離に基づいて前述のアノー
ド14と前述のカソード12間に直流プラズマ102を
発生させることができる。More specifically, the DC plasma generating apparatus 10 using the cathode 12 having the hot cathode structure generates the heating current 107 required for emitting thermionic electrons 109 from the cathode 12 having the spiral structure. At the same time as applying the voltage between the opposed annular electrodes 1a, an acceleration voltage 108 for accelerating the thermoelectrons 109 between the anode 14 and the cathode 12 is applied. A DC plasma 102 can be generated between the above-described anode 14 and the above-described cathode 12 based on the ionization of the gas by the cathodic discharge.
【0055】例えば本実施形態では、容器内を真空とし
たのち水素を導入して0.06Torrとし、カソード12
に20A程度の電流を流してタングステンワイヤーを約
2500℃まで加熱するとともに、カソード12に対し
て25Vの正電圧をアノード14に印加して、アノード
14の内部空間に良好な直流プラズマ102を発生させ
ている。具体的には、ラングミュア探針法によって円筒
中心軸(アノード中心軸)142の位置に生成された直
流プラズマ102のプラズマ密度を測定したところ、1
立方センチメータあたり、10の10〜11乗の値が得
られている。For example, in the present embodiment, the inside of the container is evacuated and then hydrogen is introduced to 0.06 Torr, and the cathode 12
The tungsten wire is heated to about 2500 ° C. by applying a current of about 20 A to the anode 12, and a positive voltage of 25 V is applied to the anode 12 with respect to the cathode 12 to generate a good DC plasma 102 in the internal space of the anode 14. ing. Specifically, the plasma density of the DC plasma 102 generated at the position of the cylindrical central axis (anode central axis) 142 by the Langmuir probe method was measured.
Values of 10 to the power of 11 have been obtained per cubic centimeter.
【0056】これにより、直流プラズマ102を照射す
るプラズマCVD対象の蒸着基板の表面を所望の高温に
加熱することができ、その結果、所望の組成を有する薄
膜を基板上に成長されることができるようになる。ま
た、放電用電源16を用いてアノード14とカソード1
2間にヘキサメチルジシランの分解生成物による直流プ
ラズマ102を発生させるための電場を印加する構造と
し、発熱電線の線径や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節
し、アノード14の直径144を調節することにより、
所望の高密度の直流プラズマ102を生成することがで
きるようになる結果、薄膜の成長速度を高めることがで
きるようになる。更に加えて、加熱源であるカソード1
2を螺旋構造としてバネ弾性を持たせることにより、熱
陰極放電による熱電子109が反応性気体の一形態であ
るヘキサメチルジシランを分解してプラズマ状態にする
際に発生する熱によってカソード12が熱膨張/収縮し
て変形した場合や、熱陰極放電によるジュール熱によっ
てカソード12が熱膨張/収縮して変形した場合であっ
ても、熱陰極放電による熱膨張に起因するカソード12
の変形量をバネ弾性を有する螺旋体構造によって吸収す
ることができるようになり、カソード12に熱応力が発
生することを緩和でき、その結果、熱陰極放電による構
造上の変形や機械的破壊がカソード12に発生すること
を抑制できるようになる。これにより、熱陰極放電によ
る構造上の変形や機械的破壊に起因してカソード12に
ストレスが加わることを軽減し、カソード12の長寿命
化を図ることができるようになる。As a result, the surface of the deposition substrate to be subjected to the plasma CVD to which the DC plasma 102 is irradiated can be heated to a desired high temperature, and as a result, a thin film having a desired composition can be grown on the substrate. Become like Further, the anode 14 and the cathode 1 are
A structure for applying an electric field for generating a DC plasma 102 by the decomposition product of hexamethyldisilane between the two, adjusting the wire diameter and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire, and adjusting the diameter 144 of the anode 14. By doing
As a result, a desired high-density DC plasma 102 can be generated, so that the growth rate of the thin film can be increased. In addition, the cathode 1 as a heating source
2 having a helical structure and having spring elasticity, the cathode 12 is heated by the heat generated when the thermoelectrons 109 caused by hot cathode discharge decompose hexamethyldisilane, which is a form of reactive gas, into a plasma state. Even when the cathode 12 expands / shrinks and deforms, or when the cathode 12 thermally expands / shrinks due to Joule heat due to the hot cathode discharge, the cathode 12 due to the thermal expansion due to the hot cathode discharge.
Can be absorbed by the helical structure having spring elasticity, which can reduce the occurrence of thermal stress in the cathode 12, and as a result, structural deformation and mechanical destruction due to hot cathode discharge can be reduced. 12 can be suppressed. Accordingly, stress applied to the cathode 12 due to structural deformation or mechanical destruction due to hot cathode discharge is reduced, and the life of the cathode 12 can be extended.
【0057】次に、カソード12の螺旋体構造の実施形
態を説明する。Next, an embodiment of the spiral structure of the cathode 12 will be described.
【0058】図3は、図1の直流プラズマ生成装置10
におけるカソード12の螺旋体構造の第1実施形態を示
した図である。FIG. 3 shows the DC plasma generator 10 of FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of a spiral structure of a cathode 12 in FIG.
【0059】第1実施形態では、カソード12の螺旋体
構造が、図3に示すように、線径62mmの2本のタン
グステン合金ワイヤ(発熱電線)を2ターン、位相を1
80度ずらして巻くことにより構成されている。このと
き、アノード14の筒直径144を44mmとしてい
る。In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the spiral structure of the cathode 12 is such that two tungsten alloy wires (heating wires) having a wire diameter of 62 mm are turned for two turns and the phase is set to one.
It is configured by winding it by shifting it by 80 degrees. At this time, the cylinder diameter 144 of the anode 14 is set to 44 mm.
【0060】このような構造の直流プラズマ生成装置1
0を用いて、CVD実験を行ったところ、基板温度=2
50℃、プラズマ密度=1.5×1010cm-3(放電電
流=3A)という結果を得た。The DC plasma generator 1 having such a structure
0, a CVD experiment was performed.
The result obtained was 50 ° C., plasma density = 1.5 × 10 10 cm −3 (discharge current = 3 A).
【0061】図4は、図1の直流プラズマ生成装置10
におけるカソード12の螺旋体構造の第2実施形態を示
した図である。FIG. 4 shows the DC plasma generator 10 of FIG.
FIG. 5 is a view showing a second embodiment of the spiral structure of the cathode 12 in FIG.
【0062】第2実施形態では、カソード12の螺旋体
構造が、図4に示すように、90度の位相で線径38m
mの4本のタングステン合金ワイヤ(発熱電線)を巻く
ことにより構成されている。このとき、アノード14の
筒直径144を18mmとしている。In the second embodiment, the spiral structure of the cathode 12 has a 90-degree phase and a wire diameter of 38 m as shown in FIG.
m of four tungsten alloy wires (heating wires). At this time, the cylinder diameter 144 of the anode 14 is set to 18 mm.
【0063】このような構造の直流プラズマ生成装置1
0を用いて、CVD実験を行ったところ、基板温度=3
50℃、プラズマ密度=4.8×1011cm-3(放電電
流=3A)という結果を得た。The DC plasma generator 1 having such a structure
When a CVD experiment was performed using 0, the substrate temperature = 3
A result of 50 ° C. and a plasma density of 4.8 × 10 11 cm −3 (discharge current = 3 A) was obtained.
【0064】図5は、赤外線スペクトルの比較図であっ
て、同図(1)は、原料ガスの一例であるヘキサメチル
ジシランの赤外線スペクトルであり、同図(2)は、図
3の直流プラズマ生成装置10を用いた分解されたガス
の赤外線スペクトルであり、同図(3)は、図4の直流
プラズマ生成装置10を用いた分解されたガスの赤外線
スペクトルである。FIG. 5 is a comparison diagram of the infrared spectrum. FIG. 5A is an infrared spectrum of hexamethyldisilane which is an example of a raw material gas, and FIG. 5B is a DC plasma of FIG. It is an infrared spectrum of the gas decomposed | disassembled using the generator 10, and FIG. 3C is an infrared spectrum of the gas decomposed using the DC plasma generator 10 of FIG.
【0065】赤外線スペクトルとは、物質の同定を行う
ための測定手段である。一般に、物質に赤外線を照射す
ると、物質に依存した特定の波長の赤外光が選択的に吸
収される。そこで、物質を透過した赤外線のスペクトル
を計測し、赤外線の波数を横軸に、透過した赤外線の強
度を縦軸にとって透過光をプロットして赤外線スペクト
ルを得ている。The infrared spectrum is a measuring means for identifying a substance. Generally, when a substance is irradiated with infrared light, infrared light having a specific wavelength depending on the substance is selectively absorbed. Therefore, the spectrum of the infrared light transmitted through the substance is measured, and the transmitted light is plotted with the wave number of the infrared light on the horizontal axis and the intensity of the transmitted infrared light on the vertical axis to obtain an infrared spectrum.
【0066】図5(1)に示すヘキサメチルジシランの
赤外線吸収スペクトルにおいては、C−H結合等の急峻
なスペクトルが観測される。In the infrared absorption spectrum of hexamethyldisilane shown in FIG. 5A, a steep spectrum such as a C—H bond is observed.
【0067】一方、第1実施形態のカソード12の螺旋
体構造を用いた場合のヘキサメチルジシランの分解生成
物の赤外線吸収スペクトルにおいては、図5(2)に示
すように、図5(1)に示すヘキサメチルジシランの赤
外線吸収スペクトルにおいて観測されたSi−(CH
3)nの吸収が観測される。これから、ヘキサメチルジシ
ランの分解が不十分であり、未分解のヘキサメチルジシ
ランが残存することが解る。On the other hand, in the infrared absorption spectrum of the decomposition product of hexamethyldisilane when the spiral structure of the cathode 12 of the first embodiment is used, as shown in FIG. Si- (CH) observed in the infrared absorption spectrum of hexamethyldisilane shown
3) n absorption is observed. This indicates that the decomposition of hexamethyldisilane is insufficient and undecomposed hexamethyldisilane remains.
【0068】また、第2実施形態のカソード12の螺旋
体構造を用いた場合のヘキサメチルジシランの分解生成
物の赤外線吸収スペクトルにおいては、図5(3)に示
すように、図5(1)に示すヘキサメチルジシランの赤
外線吸収スペクトルにおいて観測されたSi−(CH
3)nの吸収が殆ど観測されず、代わって、Si−Cの結
合による急峻な赤外線吸収スペクトルが観測される。こ
れより、ヘキサメチルジシランの分解が十分行われ、ヘ
キサメチルジシランの分解生成物としてのSi−Cを主
成分とする生成膜が基板上に形成されていることが解
る。In the infrared absorption spectrum of the decomposition product of hexamethyldisilane in the case where the spiral structure of the cathode 12 of the second embodiment is used, as shown in FIG. Si- (CH) observed in the infrared absorption spectrum of hexamethyldisilane shown
3) Almost no absorption of n is observed, and instead, a sharp infrared absorption spectrum due to the Si—C bond is observed. From this, it can be seen that the decomposition of hexamethyldisilane is sufficiently performed, and that a product film mainly composed of Si-C as a decomposition product of hexamethyldisilane is formed on the substrate.
【0069】以上の実験結果から、発熱電線の本数を増
し、更に、カソード12の螺旋直径122とアノード1
4の筒直径144を小さくする方が高い基板温度とプラ
ズマ密度を得ることができることが解る。From the above experimental results, the number of heating wires was increased, and the spiral diameter 122 of the cathode 12 and the anode 1 were increased.
It can be understood that a smaller substrate diameter 144 of No. 4 can obtain a higher substrate temperature and plasma density.
【0070】[0070]
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、網状筒
体構造のアノードの筒直径よりも大きな螺旋直径でアノ
ードの外側にこのアノードを囲んだ状態でアノードの中
心軸に対して中心軸が同軸的に螺設される所定線径を有
する複数の発熱電線から構成される螺旋体構造のカソー
ドの両端に加熱用電源を接続して加熱電流を与えてカソ
ードを加熱して熱電子を放出させる構造とし、発熱電線
の線径や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節することによ
り、プラズマを照射する対象の基体の表面を所望の高温
に加熱することができるようになる。また、放電用電源
を用いてアノードとカソード間にプラズマを発生させる
ための電場を印加する構造とし、発熱電線の線径や螺旋
回数(螺旋ピッチ)を調節し、アノードの直径を調節す
ることにより、所望の高密度のプラズマを生成すること
ができるようになる。According to the first aspect of the present invention, the helical diameter of the reticulated cylindrical structure is larger than the cylindrical diameter of the anode, and the outer periphery of the anode is surrounded by the center with respect to the central axis of the anode. A heating power source is connected to both ends of a helical structure cathode composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter whose axis is screwed coaxially to apply a heating current to heat the cathode to emit thermoelectrons. By adjusting the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch), the surface of the substrate to be irradiated with plasma can be heated to a desired high temperature. In addition, by using an electric power source for discharge to apply an electric field for generating plasma between the anode and the cathode, by adjusting the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch), and by adjusting the diameter of the anode. As a result, a desired high-density plasma can be generated.
【0071】更に加えて、加熱源であるカソードを螺旋
構造として弾性を持たせることにより、熱電子が反応性
気体をプラズマ状態にする際に発生する熱によってカソ
ードが熱膨張した場合や、加熱電流によるジュール熱に
よってカソードが熱膨張した場合であっても、熱膨張に
起因するカソードの変形量を弾性を有する螺旋体構造に
よって吸収することができるようになり、カソードに熱
応力が発生することを緩和でき、その結果、構造上の変
形や機械的破壊がカソードに発生することを抑制できる
ようになる。これにより、構造上の変形や機械的破壊に
起因してカソードの寿命が短くなることを防ぐことがで
きるようになる。In addition, the cathode, which is a heating source, is formed into a spiral structure to have elasticity, so that the cathode is thermally expanded due to heat generated when thermoelectrons bring the reactive gas into a plasma state, or the heating current is reduced. Even if the cathode thermally expands due to Joule heat, the amount of deformation of the cathode caused by thermal expansion can be absorbed by the elastic helical structure, reducing the occurrence of thermal stress on the cathode As a result, it is possible to suppress the occurrence of structural deformation and mechanical destruction in the cathode. Thus, it is possible to prevent the life of the cathode from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction.
【0072】請求項2に記載の発明によれば、円筒形状
のアノードの円筒直径よりも大きな螺旋直径でアノード
の外側にこのアノードを囲んだ状態でアノードの中心軸
に対して中心軸が同軸的に螺設される所定線径を有する
複数の発熱電線から構成される螺旋体構造のカソードの
両端に加熱用電源を接続して加熱電流を与えてカソード
を加熱して熱電子を放出させる構造とし、発熱電線の線
径や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節することにより、プ
ラズマを照射する対象の基体の表面を所望の高温に加熱
することができるようになる。また、放電用電源を用い
てアノードとカソード間にプラズマを発生させるための
電場を印加する構造とし、発熱電線の線径や螺旋回数
(螺旋ピッチ)を調節し、アノードの直径を調節するこ
とにより、所望の高密度のプラズマを生成することがで
きるようになる。According to the second aspect of the present invention, the central axis is coaxial with the central axis of the anode in a state where the helical diameter is larger than the cylindrical diameter of the cylindrical anode and surrounds the anode outside the anode. A structure in which a heating power source is connected to both ends of a cathode of a spiral structure composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter screwed into the heating body to apply a heating current to heat the cathode and emit thermoelectrons, By adjusting the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch), the surface of the substrate to be irradiated with plasma can be heated to a desired high temperature. In addition, by using an electric power source for discharge to apply an electric field for generating plasma between the anode and the cathode, by adjusting the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch), and by adjusting the diameter of the anode. As a result, a desired high-density plasma can be generated.
【0073】請求項3に記載の発明によれば、アノード
の直径よりも大きな螺旋直径でアノードの外側にこのア
ノードを囲んだ状態でアノードの中心軸に対して中心軸
が同軸的に螺設される所定線径を有する複数の発熱電線
から構成される螺旋体構造のカソードの両端に直流加熱
用電源を接続して直流加熱電流を与えてカソードを直流
加熱して熱電子を放出させる構造とし、発熱電線の線径
や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節することにより、直流
プラズマを照射する対象の基体の表面を所望の高温に加
熱することができるようになる。また、直流放電用電源
を用いてアノードとカソード間に直流プラズマを発生さ
せるための直流電場を印加する構造とし、発熱電線の線
径や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節し、アノードの直径
を調節することにより、所望の高密度の直流プラズマを
生成することができるようになる。According to the third aspect of the present invention, the center axis is screwed coaxially with the center axis of the anode in a state of surrounding the anode with a helical diameter larger than the diameter of the anode and surrounding the anode. A DC heating power source is connected to both ends of a spiral structure cathode composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter, and a DC heating current is applied to heat the cathode DC to emit thermoelectrons. By adjusting the wire diameter and the number of spiral turns (spiral pitch) of the electric wire, the surface of the substrate to be irradiated with the DC plasma can be heated to a desired high temperature. In addition, a DC electric power source is used to apply a DC electric field to generate DC plasma between the anode and the cathode, and the diameter of the heating wire is adjusted by adjusting the wire diameter and the number of spiral turns (spiral pitch). By doing so, a desired high-density DC plasma can be generated.
【0074】更に加えて、直流加熱源であるカソードを
螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱電子が反
応性気体をプラズマ状態にする際に発生する熱によって
カソードが熱膨張した場合や、加熱電流によるジュール
熱によってカソードが熱膨張した場合であっても、熱膨
張に起因するカソードの変形量を弾性を有する螺旋体構
造によって吸収することができるようになり、カソード
に熱応力が発生することを緩和でき、その結果、構造上
の変形や機械的破壊がカソードに発生することを抑制で
きるようになる。これにより、構造上の変形や機械的破
壊に起因してカソードの寿命が短くなることを防ぐこと
ができるようになる。In addition, the cathode, which is a direct-current heating source, has a spiral structure to provide elasticity, so that the cathode is thermally expanded due to heat generated when thermoelectrons bring the reactive gas into a plasma state. Even when the cathode thermally expands due to Joule heat due to electric current, the amount of deformation of the cathode caused by thermal expansion can be absorbed by the elastic helical structure, and thermal stress is generated in the cathode. As a result, it is possible to suppress the occurrence of structural deformation and mechanical destruction in the cathode. Thus, it is possible to prevent the life of the cathode from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction.
【0075】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
乃至3のいずれか一項に記載の効果に加えて、アノード
の直径よりも大きな螺旋直径でアノードの外側にこのア
ノードを囲んだ状態でアノードの中心軸に対して中心軸
が同軸的に所定螺旋ピッチで巻回される円形の断面形状
を有する複数の発熱電線から構成される螺旋体構造のカ
ソードの両端に加熱用電源を接続して加熱電流を与えて
カソードを加熱して熱電子を放出させる構造とし、発熱
電線の円形の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節
することにより、プラズマを照射する対象の基体の表面
を所望の高温に加熱することができるようになる。ま
た、放電用電源を用いてアノードとカソード間にプラズ
マを発生させるための電場を印加する構造とし、発熱電
線の円形の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節
し、アノードの直径を調節することにより、所望の高密
度のプラズマを生成することができるようになる。According to the invention set forth in claim 4, according to claim 1,
In addition to the effects described in any one of (3) to (3), in a state where the central axis is coaxial with the central axis of the anode while surrounding the anode with a spiral diameter larger than the diameter of the anode and surrounding the anode, A structure in which a heating power source is connected to both ends of a spiral structure cathode composed of a plurality of heating wires having a circular cross-sectional shape wound at a pitch and a heating current is applied to the cathode to heat the cathode and emit thermoelectrons. By adjusting the circular cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire, the surface of the substrate to be irradiated with plasma can be heated to a desired high temperature. In addition, a structure for applying an electric field for generating plasma between the anode and the cathode using a discharge power source is used, and the circular cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire are adjusted to adjust the diameter of the anode. As a result, a desired high-density plasma can be generated.
【0076】請求項5に記載の発明によれば、請求項1
乃至3のいずれか一項に記載の効果に加えて、アノード
の直径よりも大きな螺旋直径でアノードの外側にこのア
ノードを囲んだ状態でアノードの中心軸に対して中心軸
が同軸的に所定螺旋ピッチで巻回される棒状の断面形状
を有する複数の発熱電線から構成される螺旋体構造のカ
ソードの両端に加熱用電源を接続して加熱電流を与えて
カソードを加熱して熱電子を放出させる構造とし、発熱
電線の棒状の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節
することにより、プラズマを照射する対象の基体の表面
を所望の高温に加熱することができるようになる。ま
た、放電用電源を用いてアノードとカソード間にプラズ
マを発生させるための電場を印加する構造とし、発熱電
線の棒状の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節
し、アノードの直径を調節することにより、所望の高密
度のプラズマを生成することができるようになる。特
に、棒状の断面形状を有する発熱電線は、円形の断面形
状を有する発熱電線に比較して大きな加熱電流を流すこ
とができ、更に加えて、機械的に丈夫であるため耐久性
に優れるといったメリットを有している。According to the invention described in claim 5, claim 1 is provided.
In addition to the effects described in any one of (3) to (3), in a state where the central axis is coaxial with the central axis of the anode while surrounding the anode with a spiral diameter larger than the diameter of the anode and surrounding the anode, A structure in which a heating power source is connected to both ends of a spiral structure cathode composed of a plurality of heating wires having a rod-shaped cross-sectional shape wound at a pitch and a heating current is applied to heat the cathode to emit thermoelectrons. By adjusting the rod-shaped cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire, the surface of the substrate to be irradiated with plasma can be heated to a desired high temperature. In addition, the discharge power source is used to apply an electric field for generating plasma between the anode and the cathode. The diameter of the anode is adjusted by adjusting the rod-shaped cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire. As a result, a desired high-density plasma can be generated. In particular, a heating wire having a rod-shaped cross-section allows a larger heating current to flow compared to a heating wire having a circular cross-section, and in addition, has excellent mechanical durability and excellent durability. have.
【0077】請求項6に記載の発明によれば、請求項1
乃至3のいずれか一項に記載の効果に加えて、アノード
の直径よりも大きな螺旋直径でアノードの外側にこのア
ノードを囲んだ状態でアノードの中心軸に対して中心軸
が同軸的に所定螺旋ピッチで巻回される板状の断面形状
を有する複数の発熱電線から構成される螺旋体構造のカ
ソードの両端に加熱用電源を接続して加熱電流を与えて
カソードを加熱して熱電子を放出させる構造とし、発熱
電線の板状の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節
することにより、プラズマを照射する対象の基体の表面
を所望の高温に加熱することができるようになる。ま
た、放電用電源を用いてアノードとカソード間にプラズ
マを発生させるための電場を印加する構造とし、発熱電
線の板状の断面形状や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節
し、アノードの直径を調節することにより、所望の高密
度のプラズマを生成することができるようになる。特
に、板状の断面形状を有する発熱電線は、円形の断面形
状を有する発熱電線に比較して大きな加熱電流を流すこ
とができ、更に加えて、機械的に丈夫であるため耐久性
に優れるといったメリットを有している。According to the invention set forth in claim 6, according to claim 1,
In addition to the effects described in any one of (3) to (3), in a state where the central axis is coaxial with the central axis of the anode while surrounding the anode with a spiral diameter larger than the diameter of the anode and surrounding the anode, A heating power source is connected to both ends of a spiral-structured cathode composed of a plurality of heating wires having a plate-like cross-sectional shape wound at a pitch, and a heating current is applied to heat the cathode to emit thermoelectrons. By adjusting the plate-like cross-sectional shape and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire, the surface of the substrate to be irradiated with plasma can be heated to a desired high temperature. In addition, the power supply for discharge is used to apply an electric field for generating plasma between the anode and the cathode, and the diameter of the anode is adjusted by adjusting the plate-shaped cross-section and the number of spiral turns (spiral pitch) of the heating wire. By doing so, a desired high-density plasma can be generated. In particular, a heating wire having a plate-shaped cross-section allows a larger heating current to flow compared to a heating wire having a circular cross-section, and in addition, has excellent durability because it is mechanically strong. Has merits.
【0078】請求項7に記載の発明によれば、請求項4
乃至6のいずれか一項に記載の効果に加えて、アノード
の直径よりも大きな螺旋直径でアノードの外側にこのア
ノードを囲んだ状態でアノードの中心軸に対して中心軸
が同軸的に螺設される所定線径を有する複数の発熱電線
から構成される螺旋体構造のカソードの両端に直流加熱
用電源を接続して直流加熱電流を与えてカソードを直流
加熱して熱電子を放出させ、放出された熱電子を用いた
熱陰極放電による気体の電離に基づいてアノード近傍に
プラズマを発生させる構造とし、発熱電線の線径や螺旋
回数(螺旋ピッチ)を調節することにより、直流プラズ
マを照射する対象の基体の表面を所望の高温に加熱する
ことができるようになる。また、直流放電用電源を用い
てアノードとカソード間に直流プラズマを発生させるた
めの直流電場を印加する構造とし、発熱電線の線径や螺
旋回数(螺旋ピッチ)を調節し、アノードの直径を調節
することにより、所望の高密度の直流プラズマを生成す
ることができるようになる。According to the invention of claim 7, according to claim 4,
7. In addition to the effects described in any one of the above items 6, the central axis is screwed coaxially with respect to the central axis of the anode while surrounding the anode with a spiral diameter larger than the diameter of the anode. A DC heating power source is connected to both ends of the spiral structure cathode composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter, and a DC heating current is applied to the cathode to heat the cathode to emit thermoelectrons. A structure that generates plasma near the anode based on ionization of gas by hot cathode discharge using hot electrons, and adjusts the diameter of heating wires and the number of spiral turns (spiral pitch) to irradiate DC plasma The surface of the substrate can be heated to a desired high temperature. In addition, a DC electric power source is used to apply a DC electric field to generate DC plasma between the anode and the cathode, and the diameter of the heating wire is adjusted by adjusting the wire diameter and the number of spiral turns (spiral pitch). By doing so, a desired high-density DC plasma can be generated.
【0079】更に加えて、直流加熱源であるカソードを
螺旋構造として弾性を持たせることにより、熱陰極放電
による熱電子が反応性気体をプラズマ状態にする際に発
生する熱によってカソードが熱膨張した場合や、熱陰極
放電によるジュール熱によってカソードが熱膨張した場
合であっても、熱陰極放電による熱膨張に起因するカソ
ードの変形量を弾性を有する螺旋体構造によって吸収す
ることができるようになり、カソードに熱応力が発生す
ることを緩和でき、その結果、熱陰極放電による構造上
の変形や機械的破壊がカソードに発生することを抑制で
きるようになる。これにより、熱陰極放電による構造上
の変形や機械的破壊に起因してカソードの寿命が短くな
ることを防ぐことができるようになる。In addition, by making the cathode, which is a DC heating source, a spiral structure to have elasticity, the cathode thermally expands due to heat generated by thermionic electrons generated by hot cathode discharge when the reactive gas is turned into a plasma state. Even if the cathode thermally expands due to Joule heat due to hot cathode discharge, the amount of deformation of the cathode due to thermal expansion due to hot cathode discharge can be absorbed by the spiral structure having elasticity, The generation of thermal stress in the cathode can be reduced, and as a result, it is possible to suppress the structural deformation and the mechanical destruction due to the hot cathode discharge from occurring in the cathode. Thus, it is possible to prevent the life of the cathode from being shortened due to structural deformation or mechanical destruction due to hot cathode discharge.
【0080】請求項8に記載の発明によれば、請求項7
に記載の効果に加えて、アノードの直径よりも大きな螺
旋直径でアノードの外側にこのアノードを囲んだ状態で
アノードの中心軸に対して中心軸が同軸的に螺設される
所定線径を有する複数の発熱電線から構成される螺旋体
構造のカソードの両端に加熱用電源を接続して加熱電流
を与えてカソードを加熱して熱電子を放出させ、放出さ
れた熱電子を用いた熱陰極放電による気体の電離に基づ
いてアノード近傍にプラズマを発生させる構造とし、発
熱電線の線径や螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節すること
により、プラズマを照射する対象の基体の表面を所望の
高温に加熱することができるようになる。また、放電用
電源を用いてアノードとカソード間にプラズマを発生さ
せるための電場を印加する構造とし、発熱電線の線径や
螺旋回数(螺旋ピッチ)を調節し、アノードの直径を調
節することにより、所望の高密度のプラズマを生成する
ことができるようになる。According to the invention of claim 8, according to claim 7,
In addition to the effect described in the above, the helical diameter is larger than the diameter of the anode and has a predetermined wire diameter such that the central axis is screwed coaxially with the central axis of the anode in a state surrounding the anode outside the anode. A heating power supply is connected to both ends of a spiral structure cathode composed of a plurality of heating wires to apply a heating current to heat the cathode to emit thermoelectrons, and the hot cathode discharge using the emitted thermoelectrons is performed. Plasma is generated in the vicinity of the anode based on ionization of gas, and the surface of the substrate to be irradiated with plasma is heated to a desired high temperature by adjusting the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch). Will be able to do it. In addition, by using an electric power source for discharge to apply an electric field for generating plasma between the anode and the cathode, by adjusting the diameter of the heating wire and the number of spiral turns (spiral pitch), and by adjusting the diameter of the anode. As a result, a desired high-density plasma can be generated.
【図1】本発明の一実施形態にかかる直流プラズマ生成
装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a DC plasma generator according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の直流プラズマ生成装置における中心軸に
沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a central axis in the DC plasma generating apparatus of FIG.
【図3】図1の直流プラズマ生成装置におけるカソード
の螺旋体構造の第1実施形態を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of a spiral structure of a cathode in the DC plasma generating apparatus of FIG. 1;
【図4】図1の直流プラズマ生成装置におけるカソード
の螺旋体構造の第2実施形態を示した図である。FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the spiral structure of the cathode in the DC plasma generating apparatus of FIG. 1;
【図5】赤外線スペクトルの比較図であって、同図
(1)は、原料ガスの一例であるヘキサメチルジシラン
の赤外線スペクトルであり、同図(2)は、図3の直流
プラズマ生成装置を用いた分解されたガスの赤外線スペ
クトルであり、同図(3)は、図4の直流プラズマ生成
装置を用いた分解されたガスの赤外線スペクトルであ
る。5A and 5B are comparison diagrams of an infrared spectrum. FIG. 5A is an infrared spectrum of hexamethyldisilane which is an example of a raw material gas, and FIG. 5B is a diagram of the DC plasma generator of FIG. FIG. 3C is an infrared spectrum of the gas decomposed using the DC plasma generator of FIG. 4.
【図6】従来の直流プラズマ生成装置におけるカソード
の形状を示した斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a shape of a cathode in a conventional DC plasma generator.
10…直流プラズマ生成装置 102…直流プラズマ 104…電界放出電圧 105…電界放出電子 107…加熱電流 108…加速電圧 109…熱電子 12…カソード 121…螺旋中心軸(カソード中心軸) 122…螺旋直径(カソード直径) 14…アノード 142…円筒中心軸(アノード中心軸) 144…円筒直径(アノード直径) 145…ワイヤ直径 16…放電用電源 18…加熱用電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... DC plasma generating apparatus 102 ... DC plasma 104 ... Field emission voltage 105 ... Field emission electron 107 ... Heating current 108 ... Acceleration voltage 109 ... Thermoelectron 12 ... Cathode 121 ... Helix center axis (cathode center axis) 122 ... Helix diameter ( 14 ... Anode 142 ... Cylinder central axis (Anode central axis) 144 ... Cylinder diameter (Anode diameter) 145 ... Wire diameter 16 ... Discharge power supply 18 ... Heating power supply
Claims (8)
ラズマを発生させる直流プラズマ生成装置において、 中心軸上に設けられ、当該中心軸に対して回転対象な筒
体構造を有する網状のアノードと、 前記アノードを囲んだ状態で、当該アノードの中心軸に
対して中心軸が同軸的に設けられ、当該網状筒体構造の
アノードの筒直径よりも大きな螺旋直径で当該アノード
の外側に螺設される所定線径を有する複数の発熱電線か
ら構成される螺旋体構造のカソードと、 当該アノードと当該カソード間に接続され、当該アノー
ドと当該カソード間にプラズマを発生させるための電場
を印加する放電用電源と、 当該カソードを加熱して熱電子を放出させるための加熱
電流を当該カソードの両端に与えるための加熱用電源と
を有することを特徴とする直流プラズマ生成装置。1. A direct-current plasma generating apparatus for generating plasma near an anode based on ionization of a gas, comprising: a mesh-shaped anode provided on a central axis and having a cylindrical structure that is rotated about the central axis; In a state surrounding the anode, the central axis is provided coaxially with respect to the central axis of the anode, and is screwed outside the anode with a helical diameter larger than the cylindrical diameter of the anode of the mesh tubular structure. A cathode having a spiral structure composed of a plurality of heating wires having a predetermined wire diameter, a discharge power supply connected between the anode and the cathode, and applying an electric field for generating plasma between the anode and the cathode; A heating power supply for applying a heating current to both ends of the cathode to heat the cathode to emit thermoelectrons. Flow plasma generating apparatus.
ラズマを発生させる直流プラズマ生成装置において、 中心軸上に設けられ、円筒形状を有するアノードと、 前記アノードを囲んだ状態で、当該アノードの中心軸に
対して中心軸が同軸的に設けられ、当該網状筒体構造の
アノードの筒直径よりも大きな螺旋直径で当該アノード
の外側に螺設される所定線径を有する複数の発熱電線か
ら構成される螺旋体構造のカソードと、 当該アノードと当該カソード間に接続され、当該アノー
ドと当該カソード間にプラズマを発生させるための電場
を印加する放電用電源と、 当該カソードを加熱して熱電子を放出させるための加熱
電流を当該カソードの両端に与えるための加熱用電源と
を有することを特徴とする直流プラズマ生成装置。2. A direct current plasma generating apparatus for generating plasma near an anode based on ionization of a gas, comprising: an anode provided on a central axis, having a cylindrical shape; and a center of the anode surrounding the anode. A central axis is provided coaxially with respect to the axis, and is constituted by a plurality of heating wires having a predetermined diameter and screwed outside the anode with a helical diameter larger than the cylinder diameter of the anode of the mesh tubular structure. A spiral-structured cathode, a discharge power supply connected between the anode and the cathode and applying an electric field for generating plasma between the anode and the cathode, and heating the cathode to emit thermoelectrons And a heating power supply for supplying a heating current to both ends of the cathode.
カソード間に直流プラズマを発生させるための直流電場
を印加する直流電源であり、 前記加熱用電源が、前記カソードを加熱して熱電子を放
出させるための直流加熱電流を当該カソードの両端に与
えるための直流電源であることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の直流プラズマ生成装置。3. The power supply for discharging is a DC power supply for applying a DC electric field for generating a DC plasma between the anode and the cathode, and the heating power supply heats the cathode to generate thermoelectrons. The DC plasma generator according to claim 1 or 2, wherein the DC power supply is a DC power supply for applying a DC heating current for discharging to both ends of the cathode.
面形状を有する導体が、前記螺旋中心軸上に前記螺旋直
径に従って螺旋状に所定螺旋ピッチで巻回されて構成さ
れていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一
項に記載の直流プラズマ生成装置。4. The helical structure cathode is characterized in that a conductor having a circular cross-sectional shape is configured to be spirally wound at a predetermined helical pitch on the helical central axis according to the helical diameter. The DC plasma generator according to any one of claims 1 to 3.
面形状を有する導体が、前記螺旋中心軸上に前記螺旋直
径に従って螺旋状に所定螺旋ピッチで巻回されて構成さ
れていることを有することを特徴とする請求項1乃至3
のいずれか一項に記載の直流プラズマ生成装置。5. The spiral structured cathode according to claim 1, wherein a conductor having a rod-shaped cross-sectional shape is formed by spirally winding a conductor having a rod-shaped cross-sectional shape on the central axis of the spiral at a predetermined spiral pitch according to the spiral diameter. 4. The method according to claim 1, wherein:
The direct-current plasma generator according to any one of the above.
面形状を有する導体が、前記螺旋中心軸上に前記螺旋直
径に従って螺旋状に所定螺旋ピッチで巻回されて構成さ
れていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一
項に記載の直流プラズマ生成装置。6. A cathode having a spiral structure, wherein a conductor having a plate-like cross-sectional shape is configured by being spirally wound at a predetermined spiral pitch on the central axis of the spiral according to the spiral diameter. The direct-current plasma generator according to any one of claims 1 to 3.
とを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項に記載の
直流プラズマ生成装置。7. The DC plasma generator according to claim 4, wherein the cathode has a hot cathode structure.
放出させるために必要な加熱電流を当該カソードに印加
すると共に、前記アノードと当該カソードとの間に熱電
子を加速するための加速電圧を印加し、当該放出された
熱電子を用いた熱陰極放電による気体の電離に基づいて
当該アノード近傍にプラズマを発生させるように構成さ
れていることを特徴とする請求項7に記載の直流プラズ
マ生成装置。8. A heating current necessary for emitting thermoelectrons from the cathode having the spiral structure is applied to the cathode, and an accelerating voltage for accelerating thermoelectrons is applied between the anode and the cathode. The DC plasma generation apparatus according to claim 7, wherein the apparatus is configured to generate plasma near the anode based on ionization of gas by hot cathode discharge using the emitted thermoelectrons. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10001638A JPH11195498A (en) | 1998-01-07 | 1998-01-07 | Dc plasma generating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10001638A JPH11195498A (en) | 1998-01-07 | 1998-01-07 | Dc plasma generating device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11195498A true JPH11195498A (en) | 1999-07-21 |
Family
ID=11507079
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10001638A Pending JPH11195498A (en) | 1998-01-07 | 1998-01-07 | Dc plasma generating device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH11195498A (en) |
-
1998
- 1998-01-07 JP JP10001638A patent/JPH11195498A/en active Pending
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