放電安定性に優れた中空カソード放電ガン
【課題】 長時間の放電維持が可能で、安定的な放電維持特性を有する中空カソード放電ガンを提供する。
【解決手段】 放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、前記金属チューブに長手方向に挿入されるフィラメントと、前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生し、所定間隔で離隔される少なくとも二つ以上の電子放射部材とを含む。
【解決手段】 放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、前記金属チューブに長手方向に挿入されるフィラメントと、前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生し、所定間隔で離隔される少なくとも二つ以上の電子放射部材とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空カソード放電ガン（ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｇｕｎ）に係り、より詳しくは、長時間の放電維持が可能な中空カソード放電ガンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中空カソード放電ガンは１９８２年名古屋核融合研究所でプラズマの生成を補助する補助装置として開発されたもので、主に核融合研究に使用されて来た。最近には、イオンプレーティング装置の放電ガス生成源として中空カソード放電ガンを使おうとする試みがあった。
【０００３】
図１はこのような従来のイオンプレーティング装置に使用される中空カソード放電ガンの構造を示す断面図である。
【０００４】
図１を参照すれば、中空カソード放電ガン１００は、支持体１１０に付着され、中空を有し、Ｍｏのような材質から製作された金属チューブ１２０と、前記金属チューブ１２０に軸方向に挿入されるＴａのような材質の棒１３０とを具備している。また、前記棒１３０の端部付近には、前記棒１３０を取り囲む円盤型電子放射部材１４０が設けられている。前記電子放射部材１４０は通常ＬａＢ６のような材質から製造される。
【０００５】
前記支持体１１０の周囲には、放電ガン１００の冷却のために、流入口１１２および流出口１１４を有する冷却水ライン１１６が設けられている。前記棒１３０は、前記支持体１１０を貫通する孔１１８と連結され、前記孔１１８と前記棒１３０の内部がなす流路を通じて、Ａｒガスのような不活性ガスが金属チューブ内に流入する。
【０００６】
さらに、前記支持体１１０と隣接した前記金属チューブ１２０の中空には、前記金属チューブ１２０内で発生した熱を遮断するための遮熱部材１２２が取り付けられる。前記遮熱部材１２２はモリブデンのような材質から製作できる。
【０００７】
以上のような構造を有する中空カソード放電ガン１００は次のように動作する。
外部から前記棒１３０に電源が供給されれば、前記棒１３０は熱を発生し、前記電子放射部材１４０はこれを吸収して高温に加熱される。前記金属チューブ内部の放電領域Ａがおよそ１８００℃以上の温度に維持されれば、前記円盤型電子放射部材１４０から２次電子が放出され始める。２次電子の放出によって前記金属チューブ端部の放電領域Ａは高い電流密度、例えばおよそ４０Ａ／ｃｍ２の電流密度を有する。
【０００８】
前記放電領域Ａで発生した電子は前記放電領域Ａに流入するＡｒのような不活性ガスと衝突して放電が起こる。放電によって形成された放電ガスは前記金属チューブ１２０の端部に形成された開口部１５０を通じて放出される。このために、前記放電ガン１００の外部の適切な地点には、生成される放電ガスを所望地点に誘導するための制御システム（図示せず）が具備されている。
【０００９】
このような中空カソード放電ガンをイオンプレーティングの放電ガス生成源として利用するためには、イオンプレーティングが行われる間、前記中空カソード放電ガンでの放電が安定に維持されなければならない。しかし、従来の中空カソード放電ガンは、イオンプレーティング蒸着途中に放電がオフされてしまうことが頻繁に発生するという問題点を持っている。
【００１０】
特に、イオンプレーティング法の適用が有望なプラズマディスプレイパネル（ｐｌａｓｍａ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ、ＰＤＰ）の酸化マグネシウム保護膜蒸着工程の場合、放電ガンの不安定のため、生産ラインに及ぶ影響は深刻である。ＰＤＰ生産ラインにおいて、放電ガンの再稼動には通常１５時間以上がかかり、よって、この期間には生産ラインが止めなければならないので、生産性の面で莫大な損失が招来される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、長時間にわたって安定的に放電を維持する中空カソード放電ガンを提供することを目的とする。
また、本発明は、前記中空カソード放電ガンを放電ガス発生源として採用することで、従来に比べて高い生産性を有する蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の一観点によれば、放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、前記チューブに長手方向に挿入されるフィラメントと、前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生し、一つ、または所定間隔で離隔する二つ以上の電子放射部材とを含む中空カソード放電ガンを提供する。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明のほかの観点によれば、放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、前記金属チューブに長手方向に挿入されるタングステンフィラメントと、前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生する電子放射部材とを含む中空カソード放電ガンを提供する。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明のさらにほかの観点によれば、前記中空カソード放電ガンと、気密維持が可能であり、内部にアノードを具備する蒸着チャンバーと、前記中空カソード放電ガンから発生する放電ガスを前記蒸着チャンバー内のアノードに誘導するための制御システムと、前記中空カソード放電ガンと前記アノードにバイアス電圧を印加するための電源回路部とを含む蒸着装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の中空カソード放電ガンは、タングステンフィラメントを採用することで、より大きい熱容量を提供し、前記中空カソード放電ガン内部の放電空間の容積をより広く維持することができることになってより安定的な放電維持特性を有する。また、本発明の中空カソード放電ガンは、前記放電ガンの内部の放電空間に二つ以上の電子放射部材を採用することで、電子の放射表面積を広げることができることになって放電維持特性をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。添付図面において、同一参照番号は同一または類似の構成要素を示す。また、添付図面は、放電ガンの内部構造を把握し易くするように断面図として示したが、構成の一部、例えばフィラメントの場合は断面図で示していない。
【００１７】
本発明は、前述した従来の放電ガン１００の放電維持安全性の低下する理由が、放電に使用されるタンタル棒の熱容量が低くて放電空間の温度を安定に維持することができないという事実に着目したものである。また、本発明者らは、より広い放電空間を確保することが放電の維持に有利であることに注目し、後述する本発明の放電ガンの構成はこのような発見に基づいてなされたものである。
【００１８】
図２は本発明の好適な実施形態による中空カソード放電ガン２００の構造を概略的に示す図である。
図２を参照すれば、本発明の放電ガン２００は、Ｍｏのような材質の中空チューブ２２０内にフィラメント２３０が前記金属チューブの長手方向に挿入され、前記金属チューブ２２０の一端はステンレススチールのような金属材質の支持体２１０に付着されている。前記金属チューブ２２０は、両端に、不活性ガスの流入のための第１開口部、および内部の放電領域Ｂでの放電による放電ガスを流出するための第２開口部２５０を含んでいる。図示のように、前記第１開口部は、前記金属チューブの一端に付着された前記支持体２１０を貫通して前記金属チューブの中空と連通する流入パイプ２１８によって具現できる。
【００１９】
本発明は、より大きな熱容量を有するフィラメントを使用して安定的に放電を維持することを特徴とする。このため、本発明において、前記フィラメント２３０はタングステンまたはタングステン合金材質からなることが望ましい。タングステンフィラメントは同一の放電電流密度および放電空間温度条件で、タンタルより大きい容積の放電空間での放電を維持することができるようにする。このように、放電空間の容積が大きくなるによって、安定的な放電が維持される確率を従来に比べて高めることができる。
【００２０】
本発明において、前記フィラメント２３０は図示のように巻線された形態として提供できるが、これとは異なり、巻線されないＵ字形フィラメントの使用も可能である。前記フィラメント２３０は、２本の導電リード２３２を介して、外部の電源（図示せず）と連結される。このために、図示のように、前記導電リード２３２はみんな前記支持体２１０を貫通して外部へ露出しており、露出した導電リード２３２の外部は、支持体２１０との絶縁のために、アルミナのような絶縁物質２３４で保護される。
【００２１】
前記金属チューブ内部の前記フィラメント２３０の周囲には電子放射部材２４２が装着される。前記電子放射部材２４２は、前記第２開口部２５０との間に放電領域Ｂを形成する。本発明において、前記電子放射部材２４２の装着位置は、所望の放電空間の大きさを考慮して決定することができる。本発明において、前記電子放射部材２４２として、フィラメント２３０の加熱によって２次電子を放射する物質が使用され、望ましくは、前記電子放射部材はＬａＢ６である。
【００２２】
これに加え、本発明の前記支持体２１０の外周には冷却水ライン２１６が備えられることができる。
【００２３】
図２を参照して説明した本発明の放電ガンの動作は次のようである。数百アンペアの交流または直流電流がリード２３２を介してタングステンフィラメント２３０に印加されれば、タングステンフィラメントの加熱によって、金属チューブ２２０の内部温度が１８００℃以上に維持される。ＬａＢ６のような電子放射部材２４２は、この温度で２次電子を放出して放電領域Ｂの電流密度をおよそ４０Ａ／ｃｍ２に維持する。この際、流入パイプ２１８を通じてＡｒのようなガスが放電ガン内に流入すれば、放電領域Ｂで生成された電子は流入した中性原子と衝突してプラズマ放電ガスを形成することで、放電が開始される。放電領域に形成された放電ガスは、第２開口部２５０を通じて、後述する電極（図４の３５１、３５３）およびコンバーゼンスコイル（図４の３２０）のような制御システムによって、アノード（図４の３４０）に誘導される。
【００２４】
前記制御システムで発生する磁場（Ｂｚ）は電子放射部材２４２の表面に対して垂直方向に発生するようにすることにより、マグネトロンカットオフ（ｃｕｔ ｏｆｆ）の影響を排除することができる。
【００２５】
図３は本発明のほかの実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
図３を参照すれば、前記中空カソード放電ガン２００は、第１放射部材２４２および第２電子放射部材２４４を具備し、放電領域が二つの放電領域Ｂ１、Ｂ２に分割されている点を除き、残りの構成は図２の中空カソード放電ガンと同一である。
【００２６】
本実施形態において、放電領域Ｂ１、Ｂ２の容積では図２の放電ガンと実質的に同一であるが、２次電子を提供する電子放射部材２４４をさらに備えて電子放射部材の電子放射表面積が実質的に増加することになる。これにより、放電領域がより安定的に放電維持されることができる。
【００２７】
一方、図３は二つの電子放射部材２４２、２４４が使用された場合を例示しているが、本発明において、前記電子放射部材２４２、２４４の数は、放電空間の容積などを考慮して適切に選択することができることは、本発明が属する技術分野の当業者であれば誰も易しく分かる。
【００２８】
図４は本発明のさらにほかの実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
図４を参照すれば、前記中空カソード放電ガン２００は、フィラメント２３０後方に電子放射部材２４２、２４４が配置される点を除き、残りの構成は図３の中空カソード放電ガンと同一である。図面には電子放射部材が二つ配置されるものとして示されているが、これに限定されなく、一つまたは三つ以上の電子放射部材が配置されることもできる。
【００２９】
図２および図３に示す実施形態の場合には、電子放射部材２４２を貫通する孔の内側にフィラメント２３０が配置されているから、フィラメント２３と電子放射部材２４２間の接触による電気回路の短絡事故の危険があるが、本実施形態のように、フィラメント２３０の方向に電子放射部材２４２、２４４が配置される場合には、電気回路の短絡による不時の事故を防止することができる。
【００３０】
図５は本発明の中空カソード放電ガン２００を採用したイオンプレーティング装置３００の構造を概略的に示す図である。
図５を参照すれば、イオンプレーティング装置は、蒸着チャンバー３１０と、前記蒸着チャンバー３１０の一側に装着された中空カソード放電ガン２００とを含んでなる。前記蒸着チャンバー３１０の内部にはアノード３４０が備えられている。
【００３１】
前記中空カソード放電ガン２００はチューブ状の装着具３３０に装着される。前記装着具３３０は、例えばガラス材質から製作可能である。前記中空カソード放電ガン２００と前記アノード３４０との間には、前記中空カソード放電ガン２００から放出される放電ガスをアノード３４０に誘導するための一連の制御装置が具備される。前記制御装置は、環状永久磁石３４２を内部に備える第１電極３５１、電磁気コイル３５４を内部に備える第２電極３５３、および前記蒸着チャンバーの外部で前記蒸着チャンバーの外周に沿って装着されたコンバーゼンスコイル３２０を含む。
【００３２】
前記イオンプレーティング装置３００は、前記第１電極３５１および第２電極３５３、前記中空カソード放電ガン２００、および前記アノード３４０にバイアス電圧を供給する電源供給回路３５０を含む。また、図示しないが、前記電磁気コイル３５４および前記コンバーゼンスコイル３２０に電流を供給する別途の電源が前記イオンプレーティング装置３００内に具備されることができる。
【００３３】
また、前記イオンプレーティング装置３００は、放電ガン開口部から放出される放電ガスの拡散を防止し、放電ガスをアノード３４０に直進させるための通路を形成する第１電極３５１および第２電極３５３の内側にタングステンから製作された放電ガス通路３５５を挿入することもできる。前記放電ガス通路３５５を、従来の炭素の代りに、材料の蒸発係数が１００倍以上大きいタングステンで製作する場合には、高温に一層よく耐えることができ、これにより、半永久的に長い寿命を有することができる利点がある。また、放電ガス通路３５５をタングステンで製作する場合、一般に１０、０００〜２０、０００℃程度の高温の放電ガスによってタングステンが溶けないように、タングステンの融点以下の温度に調節するための冷却水ライン３５６のような冷却装置をさらに含むこともできる。
【００３４】
以上説明したイオンプレーティング装置３００の詳細な構成は例示的なものに過ぎなく、当業者に広く知られているほかの構成によって本発明のイオンプレーティング装置３００を提供することができることはもちろんである。また、本発明の中空カソード放電ガンはイオンプレーティング装置だけでなく、放電ガスを用いるほかの蒸着装置にも適用されることができることは、この分野の当業者であれば誰も分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の中空カソード放電ガンは、放電が終了するなどの問題が発生されないので、蒸着工程のように、持続的な放電維持が要求される産業分野に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の中空カソード放電ガンの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
【図３】本発明のほかの実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
【図４】本発明のさらにほかの実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
【図５】本発明の中空カソード放電ガンが装着されたイオンプレーティング装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００、２００： 中空カソード放電ガン
１１０、２１０： 支持体
１１６、２１６： 冷却水ライン
１２０、２２０： チューブ
１３０： タンタル棒
１４０、２４２、２４４： 電子放射部材
１５０、２５０： 開口部
２３０： フィラメント
３１０： 蒸着チャンバー
３２０： コンバーゼンスコイル
３３０： 装着具
３４０： アノード
３５０： 電源回路部
３５１： 第１電極
３５２： 永久磁石
３５３： 第２電極
３５４： 電磁気コイル
３５５： 放電ガス通路
３５６： 冷却水ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空カソード放電ガン（ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｇｕｎ）に係り、より詳しくは、長時間の放電維持が可能な中空カソード放電ガンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中空カソード放電ガンは１９８２年名古屋核融合研究所でプラズマの生成を補助する補助装置として開発されたもので、主に核融合研究に使用されて来た。最近には、イオンプレーティング装置の放電ガス生成源として中空カソード放電ガンを使おうとする試みがあった。
【０００３】
図１はこのような従来のイオンプレーティング装置に使用される中空カソード放電ガンの構造を示す断面図である。
【０００４】
図１を参照すれば、中空カソード放電ガン１００は、支持体１１０に付着され、中空を有し、Ｍｏのような材質から製作された金属チューブ１２０と、前記金属チューブ１２０に軸方向に挿入されるＴａのような材質の棒１３０とを具備している。また、前記棒１３０の端部付近には、前記棒１３０を取り囲む円盤型電子放射部材１４０が設けられている。前記電子放射部材１４０は通常ＬａＢ６のような材質から製造される。
【０００５】
前記支持体１１０の周囲には、放電ガン１００の冷却のために、流入口１１２および流出口１１４を有する冷却水ライン１１６が設けられている。前記棒１３０は、前記支持体１１０を貫通する孔１１８と連結され、前記孔１１８と前記棒１３０の内部がなす流路を通じて、Ａｒガスのような不活性ガスが金属チューブ内に流入する。
【０００６】
さらに、前記支持体１１０と隣接した前記金属チューブ１２０の中空には、前記金属チューブ１２０内で発生した熱を遮断するための遮熱部材１２２が取り付けられる。前記遮熱部材１２２はモリブデンのような材質から製作できる。
【０００７】
以上のような構造を有する中空カソード放電ガン１００は次のように動作する。
外部から前記棒１３０に電源が供給されれば、前記棒１３０は熱を発生し、前記電子放射部材１４０はこれを吸収して高温に加熱される。前記金属チューブ内部の放電領域Ａがおよそ１８００℃以上の温度に維持されれば、前記円盤型電子放射部材１４０から２次電子が放出され始める。２次電子の放出によって前記金属チューブ端部の放電領域Ａは高い電流密度、例えばおよそ４０Ａ／ｃｍ２の電流密度を有する。
【０００８】
前記放電領域Ａで発生した電子は前記放電領域Ａに流入するＡｒのような不活性ガスと衝突して放電が起こる。放電によって形成された放電ガスは前記金属チューブ１２０の端部に形成された開口部１５０を通じて放出される。このために、前記放電ガン１００の外部の適切な地点には、生成される放電ガスを所望地点に誘導するための制御システム（図示せず）が具備されている。
【０００９】
このような中空カソード放電ガンをイオンプレーティングの放電ガス生成源として利用するためには、イオンプレーティングが行われる間、前記中空カソード放電ガンでの放電が安定に維持されなければならない。しかし、従来の中空カソード放電ガンは、イオンプレーティング蒸着途中に放電がオフされてしまうことが頻繁に発生するという問題点を持っている。
【００１０】
特に、イオンプレーティング法の適用が有望なプラズマディスプレイパネル（ｐｌａｓｍａ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ、ＰＤＰ）の酸化マグネシウム保護膜蒸着工程の場合、放電ガンの不安定のため、生産ラインに及ぶ影響は深刻である。ＰＤＰ生産ラインにおいて、放電ガンの再稼動には通常１５時間以上がかかり、よって、この期間には生産ラインが止めなければならないので、生産性の面で莫大な損失が招来される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、長時間にわたって安定的に放電を維持する中空カソード放電ガンを提供することを目的とする。
また、本発明は、前記中空カソード放電ガンを放電ガス発生源として採用することで、従来に比べて高い生産性を有する蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の一観点によれば、放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、前記チューブに長手方向に挿入されるフィラメントと、前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生し、一つ、または所定間隔で離隔する二つ以上の電子放射部材とを含む中空カソード放電ガンを提供する。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明のほかの観点によれば、放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、前記金属チューブに長手方向に挿入されるタングステンフィラメントと、前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生する電子放射部材とを含む中空カソード放電ガンを提供する。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明のさらにほかの観点によれば、前記中空カソード放電ガンと、気密維持が可能であり、内部にアノードを具備する蒸着チャンバーと、前記中空カソード放電ガンから発生する放電ガスを前記蒸着チャンバー内のアノードに誘導するための制御システムと、前記中空カソード放電ガンと前記アノードにバイアス電圧を印加するための電源回路部とを含む蒸着装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の中空カソード放電ガンは、タングステンフィラメントを採用することで、より大きい熱容量を提供し、前記中空カソード放電ガン内部の放電空間の容積をより広く維持することができることになってより安定的な放電維持特性を有する。また、本発明の中空カソード放電ガンは、前記放電ガンの内部の放電空間に二つ以上の電子放射部材を採用することで、電子の放射表面積を広げることができることになって放電維持特性をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。添付図面において、同一参照番号は同一または類似の構成要素を示す。また、添付図面は、放電ガンの内部構造を把握し易くするように断面図として示したが、構成の一部、例えばフィラメントの場合は断面図で示していない。
【００１７】
本発明は、前述した従来の放電ガン１００の放電維持安全性の低下する理由が、放電に使用されるタンタル棒の熱容量が低くて放電空間の温度を安定に維持することができないという事実に着目したものである。また、本発明者らは、より広い放電空間を確保することが放電の維持に有利であることに注目し、後述する本発明の放電ガンの構成はこのような発見に基づいてなされたものである。
【００１８】
図２は本発明の好適な実施形態による中空カソード放電ガン２００の構造を概略的に示す図である。
図２を参照すれば、本発明の放電ガン２００は、Ｍｏのような材質の中空チューブ２２０内にフィラメント２３０が前記金属チューブの長手方向に挿入され、前記金属チューブ２２０の一端はステンレススチールのような金属材質の支持体２１０に付着されている。前記金属チューブ２２０は、両端に、不活性ガスの流入のための第１開口部、および内部の放電領域Ｂでの放電による放電ガスを流出するための第２開口部２５０を含んでいる。図示のように、前記第１開口部は、前記金属チューブの一端に付着された前記支持体２１０を貫通して前記金属チューブの中空と連通する流入パイプ２１８によって具現できる。
【００１９】
本発明は、より大きな熱容量を有するフィラメントを使用して安定的に放電を維持することを特徴とする。このため、本発明において、前記フィラメント２３０はタングステンまたはタングステン合金材質からなることが望ましい。タングステンフィラメントは同一の放電電流密度および放電空間温度条件で、タンタルより大きい容積の放電空間での放電を維持することができるようにする。このように、放電空間の容積が大きくなるによって、安定的な放電が維持される確率を従来に比べて高めることができる。
【００２０】
本発明において、前記フィラメント２３０は図示のように巻線された形態として提供できるが、これとは異なり、巻線されないＵ字形フィラメントの使用も可能である。前記フィラメント２３０は、２本の導電リード２３２を介して、外部の電源（図示せず）と連結される。このために、図示のように、前記導電リード２３２はみんな前記支持体２１０を貫通して外部へ露出しており、露出した導電リード２３２の外部は、支持体２１０との絶縁のために、アルミナのような絶縁物質２３４で保護される。
【００２１】
前記金属チューブ内部の前記フィラメント２３０の周囲には電子放射部材２４２が装着される。前記電子放射部材２４２は、前記第２開口部２５０との間に放電領域Ｂを形成する。本発明において、前記電子放射部材２４２の装着位置は、所望の放電空間の大きさを考慮して決定することができる。本発明において、前記電子放射部材２４２として、フィラメント２３０の加熱によって２次電子を放射する物質が使用され、望ましくは、前記電子放射部材はＬａＢ６である。
【００２２】
これに加え、本発明の前記支持体２１０の外周には冷却水ライン２１６が備えられることができる。
【００２３】
図２を参照して説明した本発明の放電ガンの動作は次のようである。数百アンペアの交流または直流電流がリード２３２を介してタングステンフィラメント２３０に印加されれば、タングステンフィラメントの加熱によって、金属チューブ２２０の内部温度が１８００℃以上に維持される。ＬａＢ６のような電子放射部材２４２は、この温度で２次電子を放出して放電領域Ｂの電流密度をおよそ４０Ａ／ｃｍ２に維持する。この際、流入パイプ２１８を通じてＡｒのようなガスが放電ガン内に流入すれば、放電領域Ｂで生成された電子は流入した中性原子と衝突してプラズマ放電ガスを形成することで、放電が開始される。放電領域に形成された放電ガスは、第２開口部２５０を通じて、後述する電極（図４の３５１、３５３）およびコンバーゼンスコイル（図４の３２０）のような制御システムによって、アノード（図４の３４０）に誘導される。
【００２４】
前記制御システムで発生する磁場（Ｂｚ）は電子放射部材２４２の表面に対して垂直方向に発生するようにすることにより、マグネトロンカットオフ（ｃｕｔ ｏｆｆ）の影響を排除することができる。
【００２５】
図３は本発明のほかの実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
図３を参照すれば、前記中空カソード放電ガン２００は、第１放射部材２４２および第２電子放射部材２４４を具備し、放電領域が二つの放電領域Ｂ１、Ｂ２に分割されている点を除き、残りの構成は図２の中空カソード放電ガンと同一である。
【００２６】
本実施形態において、放電領域Ｂ１、Ｂ２の容積では図２の放電ガンと実質的に同一であるが、２次電子を提供する電子放射部材２４４をさらに備えて電子放射部材の電子放射表面積が実質的に増加することになる。これにより、放電領域がより安定的に放電維持されることができる。
【００２７】
一方、図３は二つの電子放射部材２４２、２４４が使用された場合を例示しているが、本発明において、前記電子放射部材２４２、２４４の数は、放電空間の容積などを考慮して適切に選択することができることは、本発明が属する技術分野の当業者であれば誰も易しく分かる。
【００２８】
図４は本発明のさらにほかの実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
図４を参照すれば、前記中空カソード放電ガン２００は、フィラメント２３０後方に電子放射部材２４２、２４４が配置される点を除き、残りの構成は図３の中空カソード放電ガンと同一である。図面には電子放射部材が二つ配置されるものとして示されているが、これに限定されなく、一つまたは三つ以上の電子放射部材が配置されることもできる。
【００２９】
図２および図３に示す実施形態の場合には、電子放射部材２４２を貫通する孔の内側にフィラメント２３０が配置されているから、フィラメント２３と電子放射部材２４２間の接触による電気回路の短絡事故の危険があるが、本実施形態のように、フィラメント２３０の方向に電子放射部材２４２、２４４が配置される場合には、電気回路の短絡による不時の事故を防止することができる。
【００３０】
図５は本発明の中空カソード放電ガン２００を採用したイオンプレーティング装置３００の構造を概略的に示す図である。
図５を参照すれば、イオンプレーティング装置は、蒸着チャンバー３１０と、前記蒸着チャンバー３１０の一側に装着された中空カソード放電ガン２００とを含んでなる。前記蒸着チャンバー３１０の内部にはアノード３４０が備えられている。
【００３１】
前記中空カソード放電ガン２００はチューブ状の装着具３３０に装着される。前記装着具３３０は、例えばガラス材質から製作可能である。前記中空カソード放電ガン２００と前記アノード３４０との間には、前記中空カソード放電ガン２００から放出される放電ガスをアノード３４０に誘導するための一連の制御装置が具備される。前記制御装置は、環状永久磁石３４２を内部に備える第１電極３５１、電磁気コイル３５４を内部に備える第２電極３５３、および前記蒸着チャンバーの外部で前記蒸着チャンバーの外周に沿って装着されたコンバーゼンスコイル３２０を含む。
【００３２】
前記イオンプレーティング装置３００は、前記第１電極３５１および第２電極３５３、前記中空カソード放電ガン２００、および前記アノード３４０にバイアス電圧を供給する電源供給回路３５０を含む。また、図示しないが、前記電磁気コイル３５４および前記コンバーゼンスコイル３２０に電流を供給する別途の電源が前記イオンプレーティング装置３００内に具備されることができる。
【００３３】
また、前記イオンプレーティング装置３００は、放電ガン開口部から放出される放電ガスの拡散を防止し、放電ガスをアノード３４０に直進させるための通路を形成する第１電極３５１および第２電極３５３の内側にタングステンから製作された放電ガス通路３５５を挿入することもできる。前記放電ガス通路３５５を、従来の炭素の代りに、材料の蒸発係数が１００倍以上大きいタングステンで製作する場合には、高温に一層よく耐えることができ、これにより、半永久的に長い寿命を有することができる利点がある。また、放電ガス通路３５５をタングステンで製作する場合、一般に１０、０００〜２０、０００℃程度の高温の放電ガスによってタングステンが溶けないように、タングステンの融点以下の温度に調節するための冷却水ライン３５６のような冷却装置をさらに含むこともできる。
【００３４】
以上説明したイオンプレーティング装置３００の詳細な構成は例示的なものに過ぎなく、当業者に広く知られているほかの構成によって本発明のイオンプレーティング装置３００を提供することができることはもちろんである。また、本発明の中空カソード放電ガンはイオンプレーティング装置だけでなく、放電ガスを用いるほかの蒸着装置にも適用されることができることは、この分野の当業者であれば誰も分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の中空カソード放電ガンは、放電が終了するなどの問題が発生されないので、蒸着工程のように、持続的な放電維持が要求される産業分野に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の中空カソード放電ガンの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
【図３】本発明のほかの実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
【図４】本発明のさらにほかの実施形態による中空カソード放電ガンの構造を概略的に示す図である。
【図５】本発明の中空カソード放電ガンが装着されたイオンプレーティング装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００、２００： 中空カソード放電ガン
１１０、２１０： 支持体
１１６、２１６： 冷却水ライン
１２０、２２０： チューブ
１３０： タンタル棒
１４０、２４２、２４４： 電子放射部材
１５０、２５０： 開口部
２３０： フィラメント
３１０： 蒸着チャンバー
３２０： コンバーゼンスコイル
３３０： 装着具
３４０： アノード
３５０： 電源回路部
３５１： 第１電極
３５２： 永久磁石
３５３： 第２電極
３５４： 電磁気コイル
３５５： 放電ガス通路
３５６： 冷却水ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、
前記チューブに長手方向に挿入されるフィラメントと、
前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生し、一つ、または所定間隔で離隔する二つ以上の電子放射部材と、
を含むことを特徴とする、中空カソード放電ガン。
【請求項２】
前記フィラメントはタングステンフィラメントであることを特徴とする、請求項１に記載の中空カソード放電ガン。
【請求項３】
前記電子放射部材はＬａＢ６であることを特徴とする、請求項１に記載の中空カソード放電ガン。
【請求項４】
前記二つ以上の電子放射部材は、前記中空内の放電空間を二つ以上の放電領域に分割することを特徴とする、請求項１に記載の中空カソード放電ガン。
【請求項５】
前記二つ以上の電子放射部材は、円盤型部材であることを特徴とする、請求項１に記載の中空カソード放電ガン。
【請求項６】
放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、
前記金属チューブに長手方向に挿入されるタングステンフィラメントと、
前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生する電子放射部材と、
を含むことを特徴とする、中空カソード放電ガン。
【請求項７】
気密維持が可能であり、内部にアノードを具備する蒸着チャンバーと、
前記蒸着チャンバーに装着され、放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空から放電ガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブ、前記金属チューブに長手方向に挿入されるフィラメント、および前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生し、一つ、または所定間隔で離隔される二つ以上の電子放射部材を含む中空カソード放電ガンと、
前記中空カソード放電ガンから発生する放電ガスを前記蒸着チャンバー内のアノードに誘導するための制御システムと、
前記中空カソード放電ガンと前記アノードにバイアス電圧を印加するための電源回路部と、
を含むことを特徴とする、蒸着装置。
【請求項８】
気密維持が可能であり、内部にアノードを具備する蒸着チャンバーと、
前記蒸着チャンバーに装着され、放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブ、前記金属チューブに長手方向に挿入されるタングステンフィラメント、および前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生する電子放射部材を含む中空カソード放電ガンと、
前記中空カソード放電ガンから発生する放電ガスを前記蒸着チャンバー内のアノードに誘導するための制御システムと、
前記中空カソード放電ガンと前記アノードにバイアス電圧を印加するための電源回路部と、
を含むことを特徴とする、蒸着装置。
【請求項９】
前記制御システムは少なくとも一つ以上の電極とコンバーゼンスコイルをさらに含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の蒸着装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一つ以上の電極の内側にタングステンからなった放電ガス通路をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の蒸着装置。
【請求項１１】
前記放電ガス通路の周囲に配置される冷却装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の蒸着装置。
【請求項１】
放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、
前記チューブに長手方向に挿入されるフィラメントと、
前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生し、一つ、または所定間隔で離隔する二つ以上の電子放射部材と、
を含むことを特徴とする、中空カソード放電ガン。
【請求項２】
前記フィラメントはタングステンフィラメントであることを特徴とする、請求項１に記載の中空カソード放電ガン。
【請求項３】
前記電子放射部材はＬａＢ６であることを特徴とする、請求項１に記載の中空カソード放電ガン。
【請求項４】
前記二つ以上の電子放射部材は、前記中空内の放電空間を二つ以上の放電領域に分割することを特徴とする、請求項１に記載の中空カソード放電ガン。
【請求項５】
前記二つ以上の電子放射部材は、円盤型部材であることを特徴とする、請求項１に記載の中空カソード放電ガン。
【請求項６】
放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブと、
前記金属チューブに長手方向に挿入されるタングステンフィラメントと、
前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生する電子放射部材と、
を含むことを特徴とする、中空カソード放電ガン。
【請求項７】
気密維持が可能であり、内部にアノードを具備する蒸着チャンバーと、
前記蒸着チャンバーに装着され、放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空から放電ガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブ、前記金属チューブに長手方向に挿入されるフィラメント、および前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生し、一つ、または所定間隔で離隔される二つ以上の電子放射部材を含む中空カソード放電ガンと、
前記中空カソード放電ガンから発生する放電ガスを前記蒸着チャンバー内のアノードに誘導するための制御システムと、
前記中空カソード放電ガンと前記アノードにバイアス電圧を印加するための電源回路部と、
を含むことを特徴とする、蒸着装置。
【請求項８】
気密維持が可能であり、内部にアノードを具備する蒸着チャンバーと、
前記蒸着チャンバーに装着され、放電空間をなす中空を有し、一端に、前記中空にガスを流入するための第１開口部を有し、他端に、前記中空からガスを流出するための第２開口部を有する金属チューブ、前記金属チューブに長手方向に挿入されるタングステンフィラメント、および前記金属チューブ内の前記フィラメントの周囲に装着され、前記フィラメントの加熱によって２次電子を発生する電子放射部材を含む中空カソード放電ガンと、
前記中空カソード放電ガンから発生する放電ガスを前記蒸着チャンバー内のアノードに誘導するための制御システムと、
前記中空カソード放電ガンと前記アノードにバイアス電圧を印加するための電源回路部と、
を含むことを特徴とする、蒸着装置。
【請求項９】
前記制御システムは少なくとも一つ以上の電極とコンバーゼンスコイルをさらに含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の蒸着装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一つ以上の電極の内側にタングステンからなった放電ガス通路をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の蒸着装置。
【請求項１１】
前記放電ガス通路の周囲に配置される冷却装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の蒸着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１９３９５０（Ｐ２００７−１９３９５０Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８２１０（Ｐ２００６−８２１０）
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【出願人】（５０６０１８４５５）コリア エレクトロテクノロジィ リサーチ インスティテュート (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【出願人】（５０６０１８４５５）コリア エレクトロテクノロジィ リサーチ インスティテュート (2)
【Ｆターム（参考）】
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