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COAXIAL MAGNETIZED PLASMA PRODUCTION DEVICE AND FILM FORMING DEVICE USING COAXIAL MAGNETIZED PLASMA PRODUCTION DEVICE

Patent code P07A013197
File No. NUBIC-2005000007
Posted date Mar 14, 2008
Application number P2005-131611
Publication number P2006-310101A
Patent number P4769014
Date of filing Apr 28, 2005
Date of publication of application Nov 9, 2006
Date of registration Jun 24, 2011
Inventor
  • (In Japanese)浅井 朋彦
  • (In Japanese)高橋 努
Applicant
  • (In Japanese)学校法人日本大学
Title COAXIAL MAGNETIZED PLASMA PRODUCTION DEVICE AND FILM FORMING DEVICE USING COAXIAL MAGNETIZED PLASMA PRODUCTION DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To stably and continuously produce plasmoid by a coaxial magnetized plasma production device.
SOLUTION: An outer conductor 23 and an inner conductor 24 are coaxially arranged, and an electromagnetic coil 27 of a cylindrical shape for generating bias magnetic field in the vicinity of a ring-shaped convex part 231 of the outer conductor 23. A power crowbar circuit 25 (consisting of a capacitor C1 with a small capacity and a capacitor C2 with a large capacitor) is connected to the outer conductor 23 and the inner conductor 24. Charged voltage of the capacitor C1 is set higher than that of the capacitor C2. When plasma-producing gas is supplied from a gas supply tube 22 and the charged voltage of the power crowbar circuit 25 is impressed on the outer conductor 23 and the inner conductor 24, discharge takes place between the ring-shaped convex part 231 and the inner conductor 24 to produce plasma P. The plasma P is accelerated by Rorentz force to move toward an open end and is released as the plasmoid PM. The power crowbar circuit 25 is able to generate a load current with precipitous startup and slow attenuation by combination of the capacitors C1, C2.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


図5を用いて従来の同軸磁化プラズマ生成装置を説明する(例えば非特許文献1参照)。
図5(a)は、同軸磁化プラズマ生成装置の軸方向の断面図を示し、図5(b)は、図5(a)のX1部分の矢印方向の断面図を示す。
外部導体23と内部導体24を同軸状に配置し、内部導体24は、ガス供給管22と一体的に形成或いはガス供給管22に固着してある。ガス供給管22は、絶縁部材26によって外部導体23内に固定されている。ガス供給管22は、中空部221、ガス噴出孔222を介してプラズマ生成ガスG(例えばヘリュウムガス、アルゴンガス等)を、外部導体23と内部導体24の間の空間に供給する。外部導体23と内部導体24(ガス供給管22)には、充電したコンデンサCとスイッチSを接続してある。



スイッチSを閉じると、外部導体23と内部導体24(ガス供給管22)にコンデンサCの電圧が印加され、外部導体23と内部導体24の間(例えば孔222の付近)に放電が発生して放電電流が流れ、プラズマPが生成する。その際プラズマPは、放電電流とその放電電流により発生する磁界とのローレンツ力により加速されて外部導体23の開放端へ向かって移動し、開放端からプラズマ塊PMとなって放出される。
図5の場合、コンデンサCが放電するとき負荷(外部導体23と内部導体24)にインダクタンスがあると、負荷を流れる電流は、減衰振動となり、所定の周期で極性が反転する。そこで極性を反転させずに非振動の単極電流を発生して放電を継続するクローバ回路が提案されている。



図6により従来のクローバ回路について説明する(例えば特許文献1参照)。
図6(a)は、回路構成を示し、図6(b)は、負荷電流の時間的変化を示す。
コンデンサ41の充電電圧Vcを半導体スイッチ42を介して負荷43(インダクタンス431、抵抗432)に印加する例で、負荷43と並列にクローバ回路44を接続してある。クローバ回路44は、逆流防止用ダイオード441、クローバスイッチ442、抵抗433からなる。
制御部46の制御によって半導体スイッチ42が導通すると、コンデンサ41は放電し、負荷電流ILが流れる。制御部46は、検流検出部16の検出する負荷電流ILが所定値(例えば図6(b)の時間t1の最大値)になると、半導体スイッチ42を非導通にし、クローバスイッチ442を導通する。その結果負荷電流ILはクローバ回路44を介して流れ、図6(b)の時間t1以降のように減衰する。
次に図7により従来の膜形成装置の一つであるイオンプレーティング装置について説明する(例えば特許文献2参照)。



真空室51内には、プラズマ発生部61、対向電極62、膜形成材料531を入れたルツボ52、基板551を装着する基板保持部54を配置してある。プラズマ生成部61と対向電極62には、直流電源Eを接続し、基板保持部54には、高周波電源56を接続してある。
プラズマ生成部61に発生したプラズマ63は、対向電極62へ引き寄せられる。一方ルツボ52の膜形成材料531は、電子銃561の放出する電子562により加熱されて蒸発し、蒸発した粒子(蒸気)532は、加速されて基板551に付着し堆積して膜552を形成する。その際蒸発した粒子532は、プラズマ63によりイオン化或いは活性化されて基板551を照射する。



【特許文献1】
特開2003-153555号公報
【特許文献2】
特開平7-268614号公報
【非特許文献1】
2002年3月20日産業図書株式会社発行の「プラズマ工学の基礎(改訂版)」、赤崎正則、村岡克紀、渡辺征夫、蛯原健治著、第208~209頁

Field of industrial application (In Japanese)


本願発明は、外部導体と内部導体を同軸状に配置してプラズマ塊(スフェロマックプラズマ)を生成する同軸磁化プラズマ生成装置とその同軸磁化プラズマ生成装置が放出するプラズマ塊を用いて基板に膜を形成する膜形成装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
同軸状に配置した外部導体と内部導体、外部導体と内部導体の間の空間にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給部を備え、外部導体と内部導体のいずれか一方の対向面、又は双方の対向面にリング状凸部を形成してあり、外部導体と内部導体の間にパワークローバ回路を接続してあることを特徴とする同軸磁化プラズマ生成装置。

【請求項2】
 
請求項1に記載の同軸磁化プラズマ生成装置において、前記外部導体の外周に前記リング状凸部を囲むようにバイアス磁界を発生する電磁コイルを配置してあることを特徴とする同軸磁化プラズマ生成装置。

【請求項3】
 
請求項1又は請求項2に記載の同軸磁化プラズマ生成装置において、前記パワークローバ回路は、充電用の容量の小さいコンデンサと充電用の容量の大きいコンデンサを備え、放電の開始時は容量の小さいコンデンサが放電し、容量の小さいコンデンサの電圧が所定値よりも低くなると容量の大きいコンデンサが放電を開始するように構成してあることを特徴とする同軸磁化プラズマ生成装置。

【請求項4】
 
請求項3に記載の同軸磁化プラズマ生成装置において、前記容量の大きいコンデンサにクローバスイッチ用のダイオードを直列に接続してあることを特徴とする同軸磁化プラズマ生成装置。

【請求項5】
 
請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4に記載の同軸磁化プラズマ生成装置の放出するプラズマ塊を膜形成材料を塗布した基板に照射することを特徴とする膜形成装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2005131611thum.jpg
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