(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電室内壁に複数の電極片を薄膜状の絶縁シートを介して密着して固定し、各々の電極片に位相制御多出力交流電源を供給してなる位相制御多電極型交流放電装置において、
前記電極片の側面に凹凸を形成し、隣り合う電極片どうしが非接触で且つ重なり合うようにこれらの凹凸を組み合わせ、しかして前記電極片間の間隙に露出する前記絶縁シートを前記電極片により覆うことを特徴とする壁密着型電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度で大容量の弱電離低温プラズマを効率的に安定して発生する新しい放電装置に関し、特にその放電電極に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
低ガス圧力下の弱電離低温プラズマにおいて、中性ガス温度が室温程度であることが、種々の材料に熱的な変形、変質を伴わせずにプラズマによる処理を可能ならしめている。この特徴は、繊維やプラスチックなどの特に熱に弱い材料の処理や表面への被膜形成において、大変有用である。
【０００３】
低温プラズマを利用するこれら被膜形成技術において、低温プラズマの高密度化は重要な位置を占める。高密度プラズマが得られれば、より低い圧力下での放電維持が可能となり、各種被膜の膜質改善や堆積速度の向上などを図ることができるからである。
【０００４】
そこで従来では、マグネトロン放電装置に見られるように、低温プラズマを高密度化するため、別途に磁界を加えることが行われていた。
マグネトロン放電装置は、電界と直交する磁界を加えることで電子にドリフト運動を起こさせ、ガス原子との衝突確率を上げてイオン化効率の向上を意図するものであり、これによって低圧力下でも安定して放電を維持することが可能となり、被膜形成の高速化と低温化を実現する。
【０００５】
このマグネトロン放電装置を含め、従来の放電装置における低温プラズマを発生させるための電極の形状や配置は、応用対象の要求によって異なるが、形状が平板あるいは円柱状の電極群を円周あるいは直線状に配置するのが一般的であった。
【０００６】
これらの電極は、その形状や配置のために冷却効率が低く、あまり冷却されないので大きなパワーを投入することができず、放電面積も小さいので電極間に高密度なプラズマを広範囲にわたって均一に発生させることが困難であった。
【０００７】
マグネトロン放電装置の場合は、電極に装着した磁石が放電によって電極が加熱されても、磁石の温度をキュリー温度以下に保つように冷却する必要がある。また、磁石を移動させて円周状に配置した電極の外周を回転させたり、直線状に配置した電極の背後を摺動させるとプラズマを均一化する効果があるが、従来の電極に磁石を装着する方法では磁石を移動させることが困難であった。
【０００８】
そこで、本出願人は放電電極を複数の電極片に分割し、放電室内壁に薄膜状の絶縁シートを介して密着して固定することにより、電極の冷却効率を高め、放電面積を大きくして、磁石の利用を容易にする特徴を持つ壁密着型電極を先に出願した。
【０００９】
この壁密着型電極は、壁に密着して取り付けた電極へ位相制御（配列）交流電源を供給するので、隣り合う電極間には電位差が存在する。
もし、電極間間隙における絶縁シート上に導電性の薄膜などが放電中にスパッタなどにより付着すると、電極間がショートしてしまう。
従って、間隙における絶縁シート上の電気的絶縁性を、放電時において常に保つために、何らかの保護をこの間隙に施すことが必要である。
【００１０】
そこで本発明は、放電電極の形状と配置を工夫することにより、電極間間隙に露出する絶縁シートをスパッタ粒子などの付着から保護することを目的になされたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は以下のように構成した。
【００１２】
すなわち、放電室内壁に複数の電極片を薄膜状の絶縁シートを介して密着して固定し、各々の電極片に位相制御多出力交流電源を供給してなる位相制御多電極型交流放電装置において、
前記電極片の側面に凹凸を形成し、隣り合う電極片どうしが非接触で且つ重なり合うようにこれらの凹凸を組み合わせ、しかして前記電極片間の間隙に露出する前記絶縁シートを前記電極片により覆うことを特徴とする壁密着型電極である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１と図２に、本発明を実施した円筒形放電装置の横断面図（図２のＡ−Ａ´面）と縦断面図（図１のＢ−Ｂ´面）を示す。
放電装置１は、６片の断面円弧形分割電極２を僅かな間隙２ａを設けて同心円上に配列し、絶縁シート３を介して円筒状の真空容器４の内壁に密着して固定する。
図１に示すように、分割電極２の側面を傾斜させて間隙２ａに露出する絶縁シート３が直接放電領域に対面しないようにする。
これにより、間隙２ａに露出する絶縁シート３をスパッタ粒子などの付着から保護する。
【００１５】
真空容器４は水冷式二重管を形成し、冷却水５を流して真空容器４の内壁に密着する６片の分割電極２を冷却する。
真空容器４の外壁には、隣り合う極性を逆にして配列した６本の棒状磁石６を間隙２ａの後方の外壁に沿って密着して固定し、さらにその外周を円筒状の磁気シールド管７で覆う。
【００１６】
６片の分割電極２には、位相が１／６周期ずつずれていて振幅が同じ大きさの６個の位相制御交流電源（図示しない）を給電線（図示しない）を介して接続する。
【００１７】
本発明の放電装置は以上のような構成で、真空容器４内を排気装置（図示しない）によって真空排気し、６片の分割電極２に位相制御交流を給電して放電電気エネルギーを供給する。
これにより、図３に示すように、真空容器４の内壁に沿って安定な交流グロー放電が生じる。
【００１８】
図３は、本発明の円筒形放電装置の横断面（図２のＡ−Ａ´面）における磁力線と放電（プラズマ）の閉じ込めの様子を示す。
図中の矢印付き直線および上下方向を示す記号は、分割電極２中央部の近傍における円周方向の磁場と径方向の電場の向きを表し、ａは放電（プラズマ）領域を表す。
隣り合う磁石６の極性が反対なので、磁力線が分割電極２を覆うようにできる。
従って、放電は各々の分割電極２表面近傍の中央部に閉じ込められる。
分割電極２近傍における交流電界の向きは、対辺の位置にある分割電極２との電位差が最も大きいので、分割電極２表面に略垂直な正あるいは負の方向（径方向）になる。
【００１９】
図４に、本発明の壁密着型電極の断面図の一例を示す。
この壁密着型電極は、隣り合う電極２どうしが非接触で且つ重なり合うように電極２側面に設けた凹凸を組み合わせ、電極２間の間隙に露出する絶縁シート３を電極２により覆う。
これにより、平面視電極２間の間隙２ａに露出する絶縁シート３が直接放電領域に対面しないようにする。
【００２０】
この壁密着型電極は、放電領域中央部から放電室４壁面を見たとき、電極２間に隙間がないように見えるので、壁面積に対する電極２の総面積の割合を実質的に１００％にできる。従って、電極２表面に沿って一様に放電を発生させたり、電極２をターゲットとして電極２の放電室４側に一様にスパッタ粒子を放出させることができる。
【００２１】
ここで、狭い電極２の隙間２ａにおける放電（持続）の発生が懸念されるが、この隙間２ａ間距離において電子電離雪崩が充分成長できなければ、その心配はない。
一般的に、電子電離雪崩が充分成長し、持続放電が発生する隙間２ａ間距離はガス圧力に依存し、パッシェンの実験則から求められる。
低ガス圧力の場合、持続放電が発生するための隙間２ａ間距離は大きくなるので、図４における、隣り合う電極２間の隙間２ａが狭い程この間での放電は発生しにくい。
【００２２】
ガス圧力が高く、電極２の隙間２ａでの放電が問題になる場合は、隙間２ａの両側の電極２表面に絶縁膜（ＳｉＯ2 など）を施し、放電の発生を防止する。
【００２３】
図５、図６および図７に、実用的な電極２の変形例を示す。
放電領域から絶縁シート３に至る間隙２ａの凹凸を複雑にすればするほど、スパッタ粒子やラジカル粒子の絶縁シート３への流入を抑えることができるが、製作に手間が掛り実用的でない。
【００２４】
図５（ａ）は、電極２側面の中央にコの字形の凹凸を設けた例であり、（ｂ）は、電極２側面を階段状に出し入れさせた例である。
図６（ａ）は、電極２側面の中央にくの字形の凹凸を設けた例であり、（ｂ）は、電極２側面を傾斜状に出し入れさせた例である。
図７（ａ）は、電極２側面の中央に半円形の凹凸を設けた例であり、（ｂ）は、電極２側面を円弧状に出し入れさせた例である。
但し、電極２の角張った部分へは適当に丸み加工を施し、電界が集中しないようにする。
以上の電極２の内、加工および組み立ての容易さから、図６（ｂ）の電極２の隙間２ａを傾斜させる形の実用性は高い。
【００２５】
図８に、電極２の間隙２ａの絶縁シート３から装置内部へガスを供給し、その供給流により放電領域から電極２の間隙２ａへ流入しようとするスパッタ粒子やラジカル粒子を追い返し（阻止し）、間隙２ａにおける絶縁シート３を保護する方法を示す。
この方法は、表面に等間隔の小孔を明けた絶縁性のパイプ（セラミックなど）２ｂを、間隙２ａの絶縁シート３上に取り付け、パイプ２ｂの小孔からガスを流出させて放電容器４内部にガスを供給する。このとき、ポンプでガスを放電容器４外部に排気し、放電容器４内部のガス圧力を必要な圧力に保つ。
この方法は、ガスの噴出流がある程度大きく、かつ、電極２の間隙２ａに沿って一様にガスを供給する装置の設置が容易である場合に有効である。
【００２６】
図９に、隣り合う電極２との間に台座２ｃを設けて覆い２ｄを設置し、間隙２ａにおける絶縁シート３を保護する方法を示す。
この方法は直接的な方法で、覆い２ｄが導電性あるいは非導電性の材質に拘らず、覆い２ｄと電極２との間に隙間を保ち、覆い２ｄと電極２との間の電気的絶縁性を保つ。これは、非導電性の覆い２ｄの場合でも、その表面に導電性の薄膜などが付着する可能性があるからである。
【００２７】
覆い２ｄは、スパッタ粒子などがある程度堆積したら、取り外して交換できるように、着脱自在に構成する。
電極２との間に設置した覆い２ｄは１本ずつ取り外してもよいが、例えば、図１０に示すように、複数本の覆い２ｄをセットにして籠状に形成し、着脱自在に電極２の間隙２ａに取り付けてもよい。
【００２８】
覆い２ｄの材質として、放電に晒されてもガス放出やスパッタなどが発生しにくい耐熱性の素材（モリブデンなど）を使用する。ここで、覆い２ｄの構造をメッシュ状（網状）にすれば、間隙２ａの真空排気を容易にでき、さらに、メッシュの隙間に装置内部で発生するダスト（塵）を取り込むことができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の壁密着型電極は以上のような構成で、電極片の側面に凹凸を形成し、隣り合う電極片どうしが非接触で且つ重なり合うようにこれらの凹凸を組み合わせて電極片間の間隙に露出する絶縁シートをこの電極片により覆う。
従って、本発明によれば、電極間の間隙に露出する絶縁シートが平面視直接放電領域に対面しないので、電極間間隙に露出する絶縁シートをスパッタ粒子などの付着から保護する。
また、本発明の壁密着型電極は、放電領域中央部から放電室壁面を見たとき、電極間に隙間がないように見えるので、壁面積に対する電極の総面積の割合を実質的に１００％にできる。
このため、電極表面に沿って一様に放電を発生させたり、電極をターゲットとして電極の放電室側に一様にスパッタ粒子を放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の円筒形放電装置の横断面図である。
【図２】本発明の円筒形放電装置の縦断面図である。
【図３】円筒形放電装置の磁力線と放電の様子を示す図である。
【図４】本発明の壁密着型電極の断面図である。
【図５】本発明の壁密着型電極の変形例の断面図である。
【図６】本発明の壁密着型電極のその他の変形例の断面図である。
【図７】本発明の壁密着型電極のその他の変形例の断面図である。
【図８】ガス流により電極間隙の絶縁シートを保護する方法を示す図である。
【図９】覆いにより電極間隙の絶縁シートを保護する方法を示す図である。
【図１０】籠状に形成した覆いを示す図である。
【符号の説明】
１          放電装置
２          分割電極
３          絶縁シート
４          真空容器
５          冷却水
６          磁石
７          磁気シールド
【図１】
0003772192.tif 000002
【図２】
0003772192.tif 000003
【図３】
0003772192.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003772192.tif 000006
【図６】
0003772192.tif 000007
【図７】
0003772192.tif 000008
【図８】
0003772192.tif 000009
【図９】
0003772192.tif 000010
【図１０】
0003772192.tif 000011