(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード部、第１中間電極、第２中間電極およびこの第２中間電極の前方に延びる取付け用短管部を備えた圧力勾配型プラズマガンにおいて、前記カソード部の前方に位置する前記第１中間電極およびこの前方に位置する前記第２中間電極のそれぞれの前面の中心部に耐スパッタ性を有する材料からなる部材を交換可能に設けるとともに、前記第１中間電極と前記第２中間電極の間、およびこの第２中間電極と第２中間電極の前方に延びる取付け用短管部との間に介設した電気的絶縁材料からなる筒状のシールカラーの内側に、耐熱性を有する電気的絶縁性材料からなる筒状の絶縁カラーを介設し、前記絶縁カラーの内周面に環状溝を設けたことを特徴とする圧力勾配型プラズマガン。
【請求項２】
前記第１中間電極および前記第２中間電極の内周部に黒鉛製のスリーブを嵌挿したことを特徴とする請求項１に記載の圧力勾配型プラズマガン。
【請求項３】
前記耐スパッタ性を有する材料からなる部材を当該中間電極前面を覆う抑え板をネジで取り付けることにより交換可能に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力勾配型プラズマガン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空容器内でアーク放電を生じさせるのに好適な圧力勾配型プラズマガンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばイオンプレーティング法、或はプラズマＣＶＤ法を採用した真空成膜装置に、図１２および１３に示すようにカソード部１０およびその前方に中間電極部２０を備えた圧力勾配型プラズマガン２Ａが用いられている。
カソード部１０は放電ガス、例えばＡｒガスを流入させる放電ガス導入口１１を中心部に有するカソードマウント１２に突設され、中間電極部２０に向けて延在し、放電ガス導入口１１に続く放電ガス流路１３を形成するカソード１４を有している。また、このカソード１４はカソードマウント１２と中間電極部２０との間に介設された絶縁材、例えば耐熱ガラスやセラミックスからなる筒状の絶縁管１５により囲まれ、気密に保たれた空間部内に位置している。
【０００３】
中間電極部２０は永久磁石を内蔵した環状の第１中間電極２１およびその前方に空芯コイルを内蔵した環状の第２中間電極２２を備えており、これらの両電極は導電性金属、例えばステンレス鋼により形成されている。また、両電極の間には環状の絶縁材、例えばフルオロカーボン樹脂（例：テフロン：商標名）からなるシールカラー２３が介設され、第２中間電極２２の前面部にはシールカラー２３と同様なシールカラー２４を介して短管部３１が突設されており、この短管部３１にて例えば前述した真空成膜装置の真空処理室に取付けられる。図１３に示すように、シールカラー２４の両端面にはシール部材２4ａ、例えばＯリングが嵌挿してあり、シールカラー２３についても同様である。
【０００４】
そして、放電ガス導入口１１からカソード部１０の放電ガス流路１３を介して導入された放電ガスは、第１中間電極２１および第２中間電極２２の中心部を通過して、短管部３１から図示しないアノード部が設けられた真空処理室へと導かれる。このカソード部１０と前記アノード部との間には所定の電位差が与えられており、この電位差により前記真空処理室内の放電ガスはプラズマ状態になる。例えば、前記真空成膜装置の場合、各部の電位は、前記アノード部を０Ｖ、カソード部を−９０Ｖとすると、第１中間電極を−５０Ｖ、第２中間電極を−１５Ｖ程度とされる。
図１４は従来公知の別の圧力勾配型プラズマガン２Ｂを示し、この圧力勾配型プラズマガン２Ｂでは、放電ガスがプラズマ状態になり、高熱に晒される第１中間電極２１および第２中間電極２２のそれぞれの内周側に、耐熱性を向上させるためにタングステンのような高融点金属からなるスリーブ４１が配設されている。なお、図１４において図１２と互いに共通する部分には同一番号が付してある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記圧力勾配型プラズマガン２Ａの場合、プラズマ中のプラスイオン、例えば放電ガスがＡｒガスの場合、Ａｒイオンはアノード部に比して低電位の部分に引付けられ、その電位が低い程引付けられる傾向は強くなり、負電位である第１中間電極２１および第２中間電極２２、さらにカソード部１０に向かって逆流しようとする。そして、この逆流過程でＡｒイオンは第１中間電極２１および第２中間電極２２のそれぞれの中心部に衝突し、この衝突エネルギによって前記中心部でスパッタリングが引起される。このため、圧力勾配型プラズマガン２Ａの使用を続けるうちに、図１５に示すように前記中心部、特に角部がえぐられてゆき、第１中間電極２１および第２中間電極２２は損傷を受ける。このため、第１中間電極２１および第２中間電極２２の耐久性が悪くなるという問題がある。なお、図１５において図１２と互いに共通する部分には同一番号が付してある。
【０００６】
また、前述したスパッリングの結果、飛散した金属粒子が第１中間電極２１と第２中間電極２２との間および第２中間電極２２と短管部３１との間に介設された各シールカラー２３，２４の内周面に付着してゆき、堆積物Ｄを形成する。そして、この各シールカラー２３，２４による絶縁作用がこの堆積物Ｄにより徐々に阻害されてゆき、やがて第１中間電極２１と第２中間電極２２および第２中間電極２２と短管部３１のそれぞれが完全に導通した状態となり、プラズマを正常に発生させることができなくなる。また、プラズマによって生じる熱によって各シールカラー２３，２４が徐々に劣化してゆき、さらにこの劣化が進行するとＯリングのようなシール部材２４ａの劣化を招くこととなる。この結果、各シールカラー２３，２４部からのガスの漏れが生じ、内部の気密性が損なわれ、プラズマを連続的に持続させることが不可能になるという問題がある。
【０００７】
図１４に示す圧力勾配型プラズマガン２Ｂの場合、前述した問題は幾分改善されるものの、徐々に生じる点で変わりはない。
本発明は、斯る従来の問題点をなくすことを課題としてなされたもので、耐久性の向上およびプラズマの安定的かつ連続的持続時間を延ばすことを可能とした圧力勾配型プラズマガンを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、カソード部、第１中間電極、第２中間電極およびこの第２中間電極の前方に延びる取付け用短管部を備えた圧力勾配型プラズマガンにおいて、前記カソード部の前方に位置する前記第１中間電極およびこの前方に位置する前記第２中間電極のそれぞれの前面の中心部に耐スパッタ性を有する材料からなる部材を交換可能に設けるとともに、前記第１中間電極と前記第２中間電極の間、およびこの第２中間電極と第２中間電極の前方に延びる取付け用短管部との間に介設した電気的絶縁材料からなる筒状のシールカラーの内側に、耐熱性を有する電気的絶縁性材料からなる筒状の絶縁カラーを介設し、前記絶縁カラーの内周面に環状溝を設けた構成とした。
【０００９】
また、第２発明は、第１発明の構成に加えて、前記第１中間電極および前記第２中間電極の内周部に黒鉛製のスリーブを嵌挿した構成とした。
【００１０】
さらに、第３発明は、第１または第２発明の構成に加えて、前記耐スパッタ性を有する材料からなる部材を当該中間電極前面を覆う抑え板をネジで取り付けることにより交換可能に設けた構成とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１〜３は、本願第１発明の第１実施形態に係る圧力勾配型プラズマガン１Ａを示し、前述した圧力勾配型プラズマガン２Ａと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この圧力勾配型プラズマガン１Ａでは、中間電極部２０は第１中間電極２１および第２中間電極２２を有し、第１中間電極２１と第２中間電極２２との間および第２中間電極２２と短管部３１との間にはシールカラー２３，２４が介設されている。さらに、第１中間電極２１および第２電極２２の前面の中心部に耐スパッタ性を有する材料、例えば電気的絶縁性材料であるセラミック（例：SiN, AlN, BN, Al2O3）或は導電性材料である黒鉛からなる部材２５が交換可能に設けられている。具体的には、例えば図２および３に示すように、第１中間電極２１の前面の内周側角部に形成した環状の凹所内に環状の部材２５を嵌入させ、前記各前面にねじ２６により固定した押え板２７により押圧した状態で取付けられる。第２中間電極２２の部材２５についてもこれと同様にねじ２６、押え板２７により取付けられる。
なお、前記部材２５は、一体環状物に限らず、複数分割片から形成されたものであっても良い。
【００１２】
前述したように、カソード部１０と図示しないアノード部との間に生じるプラズマ中のプラスイオン、例えばＡｒイオンはアノード部に比して低電位の部分に向かって、かつ磁場に沿って加速されつつ逆流し、第１中間電極２１および第２中間電極２２のそれぞれの中心部に飛来してゆくが、ここでＡｒイオンは耐スパッタ性を有する材料からなる部材２５に衝突するため、この衝突による部材２５でのスパッタリングの発生は、抑制されるとともに、部材２５により第１中間電極２１および第２中間電極２２、特にそれらの中心部が保護されるため、第１中間電極２１および第２中間電極２２の耐久性が向上する。
【００１３】
また、長時間の使用により部材２５の損傷が著しくなった場合でも、押え板２７を取外すことにより容易に部材２５を新規なものと交換できる故、前記プラズマを利用した作業の中断時間も短縮できる。
また、このようにスパッタングの発生が抑えられ、スパッタリングにより周囲に飛散する金属粒子が少なくなり、各シールカラー２３，２４での絶縁性も長時間良好な状態に保たれる。このようにして、この圧力勾配型プラズマガン１Ａでは、プラズマの安定的かつ長時間の連続持続が達成されるようになっている。
【００１４】
図４は、本願第１発明の第２実施形態に係る圧力勾配型プラズマガン１Ｂを示し、前述した各圧力勾配型プラズマガンと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この圧力勾配型プラズマガン１Ｂでは、第１中間電極２１および第２中間電極２２の前面の中心部から内周側の前部にわたって、即ち中心部の角部に鍔付き円筒形状の耐スパッタ性を有する材料からなる部材２５が交換可能に設けられている。さらに、この内周側の部材２５の部分から後方に前述した高融点金属からなるスリーブ４１が嵌挿されている。
そして、斯かる構成により第１中間電極２１および第２中間電極２２の前面の中心部が逆流イオンから保護されるようになっている。
なお、図１および図４では、第１中間電極２１および第２中間電極２２の中心部に同一形状の部材２５を採用したものを示したが、本願発明はこれに限定するものではなく、図１に示す平坦な形状の部材２５と図４に示す鍔付き円筒形状の部材２５とを組合せて用いた圧力勾配型プラズマガンを含むものである。
【００１５】
図５は、本願第２発明の第１実施形態に係る圧力勾配型プラズマガン１Ｃを示し、前述した各圧力勾配型プラズマガンと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この圧力勾配型プラズマガン１Ｃでは、第１中間電極２１および第２中間電極２２の前面の中心部から内周側の前部に設けられた耐スパッタ性を有する材料からなる部材２５の内周側部から後方に黒鉛製のスリーブ４１ａが嵌挿されている。
なお、前記部材２５として黒鉛を使用する場合、この部材２５とスリーブ４１ａとを一体物で構成してもよいものである。
【００１６】
図６は、本願第２発明の第２実施形態に係る圧力勾配型プラズマガン１Ｄを示し、前述した圧力勾配型プラズマガン１Ｂと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この圧力勾配型プラズマガン１Ｄは、圧力勾配型プラズマガン１Ｂの第１中間電極２１および第２中間電極２２の内周部に嵌挿されたスリーブ４１に代えて黒鉛製のスリーブ４１ａを設けたものである。
そして、タングステン等の金属製スリーブ４１の場合にはこれが第１中間電極２１および第２中間電極２２の内周部に溶着し、スリーブ４１の取替えが不可能になることがあるが、前述した第３および第４実施形態のように、高熱に晒される第１中間電極２１および第２中間電極２２の内周部に黒鉛製スリーブ４１ａを用いることにより前記溶着は防止でき、メンテナンスが容易になる。
【００１７】
図７，８は、本願第３発明に係る圧力勾配型プラズマガン１Ｅを示し、前述した圧力勾配型プラズマガン１Ａと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この圧力勾配型プラズマガン１Ｅでは、各シールカラー２３，２４の内側に耐熱性を有する電気的絶縁性材料からなる筒状の絶縁カラー２８を介設してある。
このように絶縁カラー２８を設けることにより、プラズマによって生じる熱からシール部材２４ａを含め、シールカラー２３，２４が有効に保護され、それぞれ高熱にさらされることによる劣化の進行を遅延させ得るようになる。この結果、各シールカラー２３，２４による気密性が保たれ、長時間にわたって安定的かつ連続的にプラズマを維持することできるようになる。
【００１８】
図７，８では平坦な内周面を有する絶縁カラー２８を示したが、本発明はこれに限定するものではなく、図９に示すように内周面に１本の環状溝２８ａを形成した絶縁カラー２８、図１０に示すように複数本、例えば２本の環状溝２８ａを形成した絶縁カラー２８、或は図１１に示すように断面Ｔ字形の環状溝２８ｂを形成した絶縁カラー２８のいずれを採用してもよく、斯かる環状溝２８ａ、２８ｂにより絶縁カラー２８の内周面での前述した前記金属粒子の堆積物Ｄの形成を有効に抑制できるようになる。
なお、本願発明が図７における部材２５に代えて図６に示す鍔付き円筒形状の部材２５を採用した圧力勾配型プラズマガンを含むことは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本願第１発明によれば、第１中間電極およびこの前方に位置する第２中間電極のそれぞれの前面の中心部に耐スパッタ性を有する材料からなる部材を交換可能に設けた構成としてあるため、プラズマ中のプラスイオンの逆流による第１中間電極および第２中間電極、特にそれらの中心部の損傷を極力抑制することができるとともに、耐スパッタ性を有する材料からなる前記部材も交換可能である故、長時間にわたって第１中間電極および第２中間電極を良好な状態に保ち易く、安定的かつ連続的にプラズマを維持することが可能になる。
また、第１中間電極と第２中間電極の間、およびこの第２中間電極と第２中間電極の前方に延びる取付け用短管部との間に介設した電気的絶縁材料からなる筒状のシールカラーの内側に、耐熱性を有する電気的絶縁性材料からなる筒状の絶縁カラーを介設したので、プラズマによって生じる熱からシール部材を含め、前記シールカラーが有効に保護され、それぞれ高熱にさらされることによる劣化の進行を遅延させ得るようになる。この結果、シールカラーによる気密性が保たれ、長時間にわたって安定的かつ連続的にプラズマを維持することに寄与でき、作業性の向上が可能になる。
さらに、絶縁カラーの内周面に環状溝を設けたので、絶縁カラーの内周面で金属粒子の堆積物の形成を有効に抑制できるという効果を奏する。
【００２０】
また、本願第２発明によれば、前記第１発明の前記第１中間電極および前記第２第２中間電極の高熱に晒される内周部に黒鉛製のスリーブを設けてあるため、スリーブが前記内周部に溶着することが防止され、スリーブの取替えを含むメンテナンスが容易になるという効果を奏する。
さらに、本願第３発明によれば、耐スパッタ性を有する材料からなる部材を当該中間電極前面を覆う抑え板をネジで取り付けることにより交換可能に設けたので、交換作業が容易になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願第１発明の第１実施形態に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図である。
【図２】  図１に示す第１中間電極の詳細を示す断面図である。
【図３】  図２に示す第１中間電極の詳細を示す正断面図である。
【図４】  本願第１発明の第２実施形態に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図である。
【図５】  本願第２発明の第１実施形態に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図である。
【図６】  本願第２発明の第２実施形態に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図である。
【図７】  本願第３発明に係る圧力勾配型プラズマガンの断面図である。
【図８】  図７に示す絶縁カラーを拡大して示す断面図である。
【図９】  本願第３発明に適用される別の絶縁カラーを拡大して示す断面図である。
【図１０】  本願第３発明に適用されるさらに別の絶縁カラーを拡大して示す断面図である。
【図１１】  本願第３発明に適用されるさらに別の絶縁カラーを拡大して示す断面図である。
【図１２】  従来の圧力勾配型プラズマガンの断面図である。
【図１３】  図１２に示すシールカラーおよび両側の部分を拡大して示す断面図である。
【図１４】  従来の圧力勾配型プラズマガンの断面図である。
【図１５】  図１２に示す圧力勾配型プラズマガンの継続使用後の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｅ  圧力勾配型プラズマガン        １０  カソード部
１１  放電ガス導入口                      １２  カソードマウント
１３  放電ガス流路                        １４  カソード
１５  絶縁管                              ２０  中間電極部
２１  第１中間電極                        ２２  第２中間電極
２３  シールカラー                        ２４  シールカラー
２５  部材                                ３１  短管部
４１，４１ａ  スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0004358962.tif 000015
【図１５】
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