JPH0638399Y2 - プラズマ発生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、ホローカソード形陰極を具えたプラズマ発生
装置に関し、低温でプラズマを発生できるようにして、
スパッタリングによるホローカソードの摩耗を減少させ
たものである。

〔従来の技術〕

従来から、筒状の空洞内を圧力10〜10^-3Torrで負の電位
に保ち、小孔からプラズマを持続して発生するホローカ
ソードを有したプラズマ発生装置がある。このプラズマ
発生装置の概略構造は第２図のようになっている。即
ち、円筒状のフレーム１の一端には、アルゴン等の放電
用ガス２を導入する導入口３を有したガス溜め４が設け
てある。ガス溜め４の側面孔５には、フレーム１内に位
置し、前記放電用ガス２が供給されるホローカソード６
が設けてある。

ホローカソード６はタンタル（Ta），モロブデン（M
o），タングステン（Ｗ）等からなる円筒状の筒部材７
と、中央に小径のプラズマ用ノズル孔８を穿設し筒部材
７と同一材質の円板状の正面円板９とで構成されてい
る。該ホローカソード６は本装置の陰極として作用す
る。

対向陽極10は、前記プラズマ用ノズル孔８と対向して、
所定距離離れた位置に配置され、ホローカソード６より
高電位になっており、本装置の陽極として作用する。

ホローカソード６の筒部材７の外周には該筒部材７を加
熱するヒータ11が設けてある。

尚、ホローカソード６と対向陽極10との間には放電電源
12が設けてある。

次に、この様な構造におけるプラズマ発生の動作を説明
する。

先ず、ガス導入口３から放電用ガス２をホローカソード
６の筒部材７内に供給する。それと同時に、ヒータ11に
より筒部材７を一次加熱（約2000〜2300℃）し、ホロー
カソード６と対向陽極板10との間に放電電源12によって
電圧を印加する。すると、ホローカソード６と対向陽極
板10との間で放電を生じ、放電用ガス２がプラズマ15と
なって、ホローカソード６のノズル孔８から噴出され
る。その後、ホローカソード６は放電による熱で自己加
熱されるので、ヒータ11による加熱は不要となる。

この様なプラズマ発生装置は例えば、第３図に示すよう
に蒸着めっき装置の一種であるイオンプレーティング装
置に使用される。

このイオンプレーティング装置Ａは、真空槽20内に、蒸
着材料21を電子ビーム22により加熱、蒸発して蒸発物質
23を得る蒸発源24が設けてある。又、真空槽20の左右壁
には、プラズマ発生装置のホローカソード部６と、対向
陽極10とが設けてある。

このような構造において、電子ビーム22によって加熱さ
れた蒸着材料21は蒸発物質23となって真空槽20内に蒸発
する。このとき、ホローカソード部６から噴出されるプ
ラズマ15の衝突により蒸発物質23は正イオン25になる。
このように、正イオン化された蒸発物質23は負電位の被
蒸着基材（ヒータ27によって加熱されている）26に引か
れて衝突し、蒸着膜を形成する。

このように、イオンプレーティング装置は、蒸発物質23
をイオン化するので、被蒸着基材26へ確実に付着し、長
期間使用しても剥離のない強固なめっきが得られる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

前述した第２図のプラズマ発生装置ではプラズマ用ノズ
ル孔８から噴出されたプラズマ15の中の正イオン14の一
部およびイオンプレーティング装置Ａに適用した場合の
正イオン化した蒸発物質23の一部が陰極の正面円板９に
引かれて逆戻りし、正面円板９に衝突して正面円板９を
摩耗する所謂スパッタリングが発生していた。

特に、従来のホローカソード６は動作温度が高く（約20
00〜2300℃）、材質が柔くなっており、摩耗が助長され
ることになり、数時間しか使用に耐えられない問題点が
あった。

この考案は、前記従来の技術における問題点を解決し
て、スパッタリングによるホローカソードの摩耗を減少
させるようにしたホローカソード形陰極を具えたプラズ
マ発生装置を提供しようとするものである。

〔問題を解決するための手段〕

本考案のプラズマ発生装置は、一端に陰極として正面円
板を有し放電用ガスが供給されるホローカソードと、陽
極の対向陽極板と、からなるプラズマ発生装置におい
て、ホローカソードの外周に一次加熱用高周波コイルを
巻設すると共に、前記正面円板の内側にランタンヘキサ
ボライド(LaB₆)等の低温で放電を持続できる材料からな
るリング状部材を離設して、前記の問題点を解決したも
のである。

〔作用〕

本考案のイオンプレーティング装置によると、高周波コ
イルによりホローカソードが一次加熱されると、ホロー
カソードから熱電子が防出されて対向陽極との間で放電
を生じる。これにより、放電用ガスがプラズマ化され
て、ホローカソードから放出され、対向陽極に向かい、
初期放電が行われる。

その後、放電による熱でリング状部材が加熱され、この
リング状部材からも熱電子が放出されるようになる。そ
して、リング状部材はランタンヘキサボライド等の低温
で放電が持続できる材料で作られているので、徐々にリ
ング状部材からの熱電子の放出量が増加し、ホローカソ
ードからの放出量は少なくなる。

従って、従来より低温（1300〜1600℃）でプラズマ放電
が持続されるので、ホローカソードも高温とならず、ス
パッタリングに対する耐摩耗性が高くなり、長期間の使
用に耐えられる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を第１図にもとずいて、従来と同
一部分は同一符号を用いて説明する。

真空槽20の側壁には、この槽20の内外を連通する円筒状
のフレーム１が取り付けられている。このフレーム１の
一端にはアルゴン等の放電用ガス２を導入する導入口３
を有したガス溜め４が設けてある。フレーム１の外周に
は、高周波コイル30が巻設してある。ガス溜め４の側面
孔５には、フレーム１内に位置し、前記放電用ガス２が
供給されるホローカソード31が取付けられている。

ホローカソード31は、ガス溜め５の側面孔５にはめ込ま
れた筒部材７と、正面円板９と、リング状部材32とで構
成され、本装置の陰極として作用する。

筒部材７はタンタル（Ta），モリブデン（Mo），タング
ステン（Ｗ）等からなり、円筒状をなしている。

正面円板９は筒部材７と同一材質で筒部材７の先端に取
り付けられ、中央に小径のプラズマ用ノズル孔８が穿設
してある。

リング状部材32はランタンヘキサボライド(LaB₆)等の低
温で放電を持続できる金属材料で形成され、正面円板９
の内側に離設してはめ込まれており、中央に小径のプラ
ズマ用ノズル孔33が穿設してある。

正面円板９のプラズマ用ノズル孔８と対向して所定距離
離れた位置には、放電電源12により、正電位に保持され
た対向陽極10が設けてある。

次に、この様な構造におけるプラズマ発生装置の動作を
説明する。

先ず、ガス導入口３から放電用ガス等２をホローカソー
ド31の筒部材７内に供給する。それと同時に、高周波加
熱コイル30により筒部材７を一次加熱（1300〜1600℃）
し、放電電源12によりホローカソード33と対向陽極10と
の間に電圧を印加する。

すると、ホローカソード33の筒状部７および正面円板９
と対向陽極10との間で放電が開始され、放電用ガス等２
がプラズマ化されて、ホローカソード33のノズル孔８か
ら噴出される。

その後、放電の熱によってリング状部材32が加熱される
と、筒部材７や正面円板９よりもリング状部材32の方が
熱電子を多く出すので、より低温で放電が持続できるよ
うになる。この状態になると、高周波加熱コイル30によ
る加熱は不要となる。

又、筒部材７の内部にランタンヘキサボライト等からな
る低温で放電を持続できるリング部材を設けるようにし
たので低温でプラズマ放電を持続出来る。したがって、
正面円板９が熱の影響により軟質となることなく、スパ
ッタリングに対する耐摩耗性が向上し、長期間の使用に
耐えることができる。

〔考案の効果〕

以上のように、本考案のプラズマ発生装置は、正面円板
の内側に低温で放電を持続できるリング状部材を離設し
たので、低温度でもリング状部材から放電を持続出来
る。したがって、ホローカソードのスパッタリングによ
る耐摩耗性が向上し、長期間の使用が可能となる。ま
た、ホローカソードの外周に初期加熱用の高周波加熱コ
イルを巻設したので初期加熱の熱効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の断面図、第２図は第１図に対
応した従来の実施例の断面図、第３図は従来のプラズマ
発生装置をイオンプレーティング装置に使用した場合の
概略断面図である。 Ａ……イオンプレーティング装置、Ｂ……プラズマ発生
装置、１……フレーム、２……放電用ガス、６……ホロ
ーカソード、７……筒部材、８……プラズマ用ノズル
孔、９……正面円板、10……対向陽極板、11……ヒー
タ、15……プラズマ、21……蒸着材料、23……蒸発物
質、24……蒸発源、26……被蒸着基材、30……高周波加
熱コイル、31……ホローカソード、32……リング状部
材、33……プラズマ用ノズル孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中央にプラズマ用ノズル孔が穿設された正
   面円板を有した金属製筒のホローカソードと、前記ノズ
   ル孔と対向して正面円板の外側に位置し前記ホローカソ
   ードより高電位の対向陽極とで構成し、ホローカソード
   内に放電用ガスを供給して前記ノズル孔から噴出させる
   ことにより、前記ノズル孔と前記対向陽極との間で放電
   を生じさせてプラズマを発生するプラズマ発生装置にお
   いて、 前記ホローカソードの外周に一次加熱用の高周波加熱コ
   イルを巻設すると共に、前記正面円板の内側に低温で放
   電を持続できる熱電子放出材料からなるリング状部材を
   離設したことを特徴とするプラズマ発生装置。