JP2023140709A - Negative ion irradiation device - Google Patents

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JP2023140709A JP2022046683A JP2022046683A JP2023140709A JP 2023140709 A JP2023140709 A JP 2023140709A JP 2022046683 A JP2022046683 A JP 2022046683A JP 2022046683 A JP2022046683 A JP 2022046683A JP 2023140709 A JP2023140709 A JP 2023140709A
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雅仁 一色
Masahito Isshiki
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Abstract

To provide a negative ion irradiation device which can irradiate a granular material with negative ions.SOLUTION: A negative ion irradiation device 1 includes: a plasma gun 14 which generates plasma; and a chamber 2 which has a space which can supply plasma p generated by the plasma gun 14 to a raw material of negative ions. Therefore, negative ions are generated by allowing the plasma P to react with the raw material of the negative ions in the chamber 2. In this case, a granular material 11 is stored in a container 20 arranged in the chamber 2. The container 20 has an opening 21c which can irradiate the stored granular material 11 with negative ions. Therefore, the granular material 11 stored in the container 20 is irradiated with the negative ions generated in the chamber 2 through the opening 21c. Thus, the granular material 11 can be irradiated with the negative ions.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、負イオン照射装置に関する。 The present invention relates to a negative ion irradiation device.

従来、負イオン照射装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この負イオン照射装置は、チャンバ内へ負イオンの原料となるガスを供給するガス供給部と、チャンバ内において、プラズマを生成することで負イオンを生成する負イオン生成部と、を備えている。負イオン生成部は、プラズマによってチャンバ内で負イオンを生成することで、当該負イオンを対象物へ照射している。 Conventionally, as a negative ion irradiation device, one described in Patent Document 1 is known. This negative ion irradiation device includes a gas supply unit that supplies gas as a raw material for negative ions into a chamber, and a negative ion generation unit that generates negative ions by generating plasma in the chamber. . The negative ion generation unit generates negative ions in the chamber using plasma, and irradiates the object with the negative ions.

特開２０１７－０２５４０７号公報JP2017-025407A

ここで、負イオンを照射する対象物は、基板のように所定の大きさを有するもののみならず、粉粒材料のように微細で流動性を有するものである場合もある。従って、粉粒材料へ負イオンを照射可能とすることが求められていた。 Here, the object to be irradiated with negative ions may not only have a predetermined size such as a substrate, but may also be a fine and fluid object such as a powder material. Therefore, it has been desired to be able to irradiate negative ions to powdered materials.

そこで本発明は、粉粒材料に対する負イオンの照射を可能とする負イオン照射装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a negative ion irradiation device that makes it possible to irradiate granular materials with negative ions.

上記課題を解決するため、本発明に係る負イオン照射装置は、粉粒材料に負イオンを照射する負イオン照射装置であって、プラズマを生成するプラズマ源と、プラズマ源から生成されるプラズマを負イオンの原料へ供給可能な空間を有するチャンバと、チャンバ内に配置され、粉粒材料を収容可能な容器と、を備え、容器は、収容した粉粒材料への負イオンの照射を可能とする第１の開口を有する。 In order to solve the above problems, a negative ion irradiation device according to the present invention is a negative ion irradiation device that irradiates powder material with negative ions, and includes a plasma source that generates plasma, and a plasma source that generates plasma. A chamber having a space in which negative ions can be supplied to the raw material, and a container disposed within the chamber and capable of accommodating the powdered material, the container capable of irradiating the contained powdered material with negative ions. The first opening has a first opening.

本発明に係る負イオン照射装置は、プラズマを生成するプラズマ源と、プラズマ源から生成されるプラズマを負イオンの原料へ供給可能な空間を有するチャンバと、を備える。そのため、チャンバ内では、プラズマと負イオンの原料とが反応することにより、負イオンが生成される。ここで、粉粒材料は、チャンバ内に配置される容器に収容される。この容器は、収容した粉粒材料への負イオンの照射を可能とする第１の開口を有する。従って、チャンバ内で生成された負イオンは、第１の開口を介して、容器に収容された粉粒材料に照射される。以上により、粉粒材料に対する負イオンの照射を可能とする。 A negative ion irradiation device according to the present invention includes a plasma source that generates plasma, and a chamber that has a space that can supply the plasma generated from the plasma source to a raw material for negative ions. Therefore, in the chamber, negative ions are generated by the reaction between the plasma and the negative ion raw material. Here, the granular material is contained in a container placed within the chamber. The container has a first opening that allows irradiation of the contained granular material with negative ions. Therefore, the negative ions generated within the chamber are irradiated onto the granular material contained in the container through the first opening. The above makes it possible to irradiate the powder material with negative ions.

容器は気体を通過可能な複数の第２の開口が形成されたフィルタ部を有してよい。チャンバに対して真空引きやガスパージを行う際、チャンバ内に空気の流れが形成される。容器は、フィルタ部で粉粒材料の舞い上がりを抑制する一方、第２の開口で気体の通過を可能とする。そのため、第２の開口は、真空引きの際には容器の内部の真空引きを可能とし、ガスパージの際は容器の内部へのガスパージを可能とする。 The container may have a filter portion formed with a plurality of second openings through which gas can pass. When a chamber is evacuated or purged with gas, an air flow is created within the chamber. The container suppresses the floating of powder material in the filter part, while allowing gas to pass through the second opening. Therefore, the second opening allows the inside of the container to be evacuated during evacuation, and allows gas to be purged into the inside of the container during gas purge.

容器は第１の開口を有する容器本体部と、容器本体部の第１の開口を覆う蓋部を備え、蓋部はフィルタ部を有してよい。この場合、容器本体部の第１の開口をフィルタ部で覆う状態と、第１の開口からフィルタ部を退避させる状態を、状況に応じて容易に切り替えることができる。 The container includes a container body having a first opening and a lid that covers the first opening of the container body, and the lid may have a filter. In this case, it is possible to easily switch between a state in which the first opening of the container main body is covered with the filter part and a state in which the filter part is retracted from the first opening depending on the situation.

容器本体部に蓋部を近づけた後、チャンバの真空引きを行ってよい。この場合、真空引きを行う際は、容器本体部に蓋部を近づけて覆うことで粉粒材料の舞い上がりを抑制することができる。 After bringing the lid close to the container body, the chamber may be evacuated. In this case, when vacuuming is performed, flying up of the powder material can be suppressed by bringing the lid close to the container body and covering it.

容器は容器本体部を有し、容器本体部は多孔性の材料で構成されることで、容器本体部が複数の第２の開口を有してよい。この場合、容器本体部は、粉粒材料を収容しながら、複数の第２の開口を介して、内部の真空引き等を行うことができる。 The container may have a container body, and the container body may be made of a porous material so that the container body has a plurality of second openings. In this case, the container body can perform vacuuming inside the container body through the plurality of second openings while accommodating the powder material.

チャンバ内を真空に保った状態で、粉粒材料を供給してよい。この場合、粉粒材料を繰り返しチャンバ内に供給する際に、毎回チャンバを大気圧に戻す手間を省略することができる。 The granular material may be supplied while maintaining a vacuum inside the chamber. In this case, when repeatedly supplying powdered material into the chamber, it is possible to omit the effort of returning the chamber to atmospheric pressure each time.

本発明によれば、粉粒材料に対する負イオンの照射を可能とする負イオン照射装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a negative ion irradiation device that makes it possible to irradiate a powder material with negative ions.

本実施形態に係る負イオン照射装置の構成を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a negative ion irradiation device according to the present embodiment. 容器の詳細な構成を示す図である。It is a figure showing the detailed structure of a container. 負イオン照射装置の動作の手順を示す概略断面図である。It is a schematic sectional view showing the procedure of operation of a negative ion irradiation device. 負イオン照射装置の動作の手順を示す概略断面図である。It is a schematic sectional view showing the procedure of operation of a negative ion irradiation device. 負イオン照射装置の動作の手順を示す概略断面図である。It is a schematic sectional view showing the procedure of operation of a negative ion irradiation device. 負イオン照射装置の動作の手順を示す概略断面図である。It is a schematic sectional view showing the procedure of operation of a negative ion irradiation device. 負イオン照射装置の動作の手順を示す概略断面図である。It is a schematic sectional view showing the procedure of operation of a negative ion irradiation device. 変形例に係る負イオン照射装置を示す図である。It is a figure showing a negative ion irradiation device concerning a modification. 変形例に係る負イオン照射装置を示す図である。It is a figure showing a negative ion irradiation device concerning a modification.

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る負イオン照射装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A negative ion irradiation device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, in the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る負イオン照射装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る負イオン照射装置の構成を示す概略断面図である。なお、説明の便宜上、図１には、ＸＹＺ座標系を示す。Ｘ軸方向は、対象物である粉粒材料の厚さ方向である。Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、Ｘ軸方向と直交すると共に互いに直交する方向である。 First, with reference to FIG. 1, the configuration of a negative ion irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a negative ion irradiation device according to this embodiment. Note that for convenience of explanation, FIG. 1 shows an XYZ coordinate system. The X-axis direction is the thickness direction of the powder material that is the object. The Y-axis direction and the Z-axis direction are directions that are orthogonal to the X-axis direction and mutually orthogonal.

図１に示すように、本実施形態の負イオン照射装置１は、チャンバ２、対象物配置部３、負イオン生成部４、ガス供給部６、真空引き部７、ガスパージ部８、容器２０、及び移動機構３０と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the negative ion irradiation device 1 of this embodiment includes a chamber 2, an object placement section 3, a negative ion generation section 4, a gas supply section 6, a vacuum evacuation section 7, a gas purge section 8, a container 20, and a moving mechanism 30.

チャンバ２は、粉粒材料１１を収納し負イオンの照射処理を行うための部材である。チャンバ２は、内部で負イオンの生成が行われる部材である。チャンバ２は、プラズマガン１４から生成されるプラズマを負イオンの原料へ供給可能な空間を有する。チャンバ２は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。 The chamber 2 is a member for storing the powder material 11 and performing negative ion irradiation treatment. The chamber 2 is a member in which negative ions are generated. The chamber 2 has a space in which plasma generated from the plasma gun 14 can be supplied to the raw material of negative ions. Chamber 2 is made of conductive material and is connected to ground potential.

チャンバ２は、Ｘ軸方向に対向する一対の壁部２ａ，２ｂと、Ｙ軸方向に対向する一対の壁部２ｃ，２ｄと、Ｚ軸方向に対向する一対の壁部（不図示）と、を備える。なお、Ｘ軸方向の負側に壁部２ａが配置され、正側に壁部２ｂが配置される。Ｙ軸方向の負側に壁部２ｃが配置され、正側に壁部２ｄが配置される。なお、チャンバ２のＺ軸方向の正側の壁部は、開閉扉として構成される。 The chamber 2 includes a pair of walls 2a and 2b facing each other in the X-axis direction, a pair of walls 2c and 2d facing each other in the Y-axis direction, and a pair of walls (not shown) facing each other in the Z-axis direction. Equipped with Note that the wall portion 2a is placed on the negative side in the X-axis direction, and the wall portion 2b is placed on the positive side. The wall portion 2c is arranged on the negative side in the Y-axis direction, and the wall portion 2d is arranged on the positive side. Note that the wall portion on the positive side of the chamber 2 in the Z-axis direction is configured as an opening/closing door.

対象物配置部３は、負イオンの照射対象物となる粉粒材料１１を配置させる。対象物配置部３は、粉粒材料１１を収容する容器２０の容器本体部２１を配置させる。対象物配置部３は、チャンバ２の壁部２ａに設けられる。対象物配置部３は、導電性の材料によって構成される。対象物配置部３は、壁部２ａに取り付けられて、Ｘ軸方向の正側に延びて、上端側で容器本体部２１を支持する。対象物配置部３は、負イオンが粉粒材料１１に導かれるように、電圧が印加されてよい。 The object arrangement unit 3 arranges a powder material 11 that becomes an object to be irradiated with negative ions. The object arrangement section 3 arranges the container body section 21 of the container 20 that accommodates the powdered material 11 . The object placement section 3 is provided on the wall 2 a of the chamber 2 . The object placement section 3 is made of a conductive material. The object arrangement section 3 is attached to the wall section 2a, extends toward the positive side in the X-axis direction, and supports the container main body section 21 at the upper end side. A voltage may be applied to the object placement section 3 so that negative ions are guided to the powder material 11.

負イオン照射の対称となる粉粒材料１１として、例えば、シリカ粉末、カーボンブラックなどが採用される。粉粒材料１１の粒径は特に限定されないが、後述の蓋部２２で容器本体部２１を覆わない場合に、真空引きによって粉粒の巻き上げが起こり得る大きさであると、本発明の効果がより顕著となる。従って、粉粒材料１１の粒径は、例えば５～２０μｍであってよい。 For example, silica powder, carbon black, etc. are used as the powder material 11 to which negative ion irradiation is applied. The particle size of the powdered material 11 is not particularly limited, but the effect of the present invention can be improved if the particle size is such that the powder particles may be rolled up by vacuuming when the container body 21 is not covered with the lid 22 described below. It becomes more noticeable. Therefore, the particle size of the powder material 11 may be, for example, 5 to 20 μm.

続いて、負イオン生成部４の構成について詳細に説明する。負イオン生成部４は、チャンバ２内において、プラズマ及び電子を生成し、これによって負イオン及びラジカル等を生成する。負イオン生成部４は、プラズマガン１４（プラズマ源）と、陽極１６と、を有している。 Next, the configuration of the negative ion generation section 4 will be explained in detail. The negative ion generation unit 4 generates plasma and electrons in the chamber 2, thereby generating negative ions, radicals, and the like. The negative ion generation unit 4 includes a plasma gun 14 (plasma source) and an anode 16.

プラズマガン１４は、例えば圧力勾配型のプラズマガンであり、その本体部分がチャンバ２の壁部２ｃに設けられて、チャンバ２の内部空間に接続されている。プラズマガン１４は、チャンバ２内でプラズマＰを生成する。プラズマガン１４において生成されたプラズマＰは、プラズマ口からチャンバ２の内部空間へビーム状に出射される。これにより、チャンバ２の内部空間にプラズマＰが生成される。なお、図１は、蓋部２２が閉じられた状態であるためプラズマＰは生成されず、プラズマＰは仮想線で示されている。 The plasma gun 14 is, for example, a pressure gradient type plasma gun, and its main body is provided on the wall 2c of the chamber 2 and connected to the internal space of the chamber 2. The plasma gun 14 generates plasma P within the chamber 2 . The plasma P generated in the plasma gun 14 is emitted into the interior space of the chamber 2 from the plasma port in the form of a beam. As a result, plasma P is generated in the internal space of the chamber 2. In addition, in FIG. 1, since the lid portion 22 is in a closed state, plasma P is not generated, and the plasma P is shown by a virtual line.

陽極１６は、プラズマガンからのプラズマＰを所望の位置へ導く機構である。陽極１６は、プラズマＰを誘導するための電磁石もしくは磁石を有する機構である。陽極１６は、チャンバの壁部２ｄに設けられて、プラズマガン１４とＹ軸方向に向かい合う位置に配置されている。これにより、プラズマＰは、プラズマガン１４から出射されてＹ軸方向の正側へ向かいながらチャンバ２の内部空間で広がった後、収束しながら陽極１６へ導かれる。なお、プラズマガン１４と陽極１６との位置関係は、上述のものに限定されず、負イオンを生成することができる限り、どのような位置関係が採用されてもよい。 The anode 16 is a mechanism that guides plasma P from the plasma gun to a desired position. The anode 16 is a mechanism having an electromagnet or a magnet for inducing plasma P. The anode 16 is provided on the wall 2d of the chamber and is disposed at a position facing the plasma gun 14 in the Y-axis direction. Thereby, the plasma P is emitted from the plasma gun 14, spreads in the internal space of the chamber 2 while heading toward the positive side in the Y-axis direction, and is then guided to the anode 16 while converging. Note that the positional relationship between the plasma gun 14 and the anode 16 is not limited to that described above, and any positional relationship may be adopted as long as negative ions can be generated.

ガス供給部６は、チャンバ２の外部に配置されている。ガス供給部６は、壁部２ｄに形成されたガス供給口６ａを通し、チャンバ２内へガスを供給する。ガス供給口６ａは、負イオン生成部４と対象物配置部３との間に形成される。ここでは、ガス供給口６ａは、壁部２ｄのＸ軸方向の負側の端部と、陽極１６との間の位置に形成される。ただし、ガス供給口６ａの位置は、特に限定されない。ガス供給部６は、負イオンの原料となるガスを供給する。ガスとして、例えば、Ｏ－などの負イオンの原料となるＯ２、ＮＨ－などの窒化物の負イオンの原料となるＮＨ２、ＮＨ４、その他、Ｃ－やＳｉ－などの負イオンの原料となるＣ２Ｈ６、ＳｉＨ４などが採用される。つまり、電子親和力が正である原料が採用されると言える。なお、ガスは、放電を安定されるキャリアガスとしてＡｒなどの希ガスも含む。 Gas supply unit 6 is arranged outside chamber 2 . The gas supply section 6 supplies gas into the chamber 2 through a gas supply port 6a formed in the wall section 2d. The gas supply port 6 a is formed between the negative ion generation section 4 and the object placement section 3 . Here, the gas supply port 6a is formed at a position between the negative end of the wall portion 2d in the X-axis direction and the anode 16. However, the position of the gas supply port 6a is not particularly limited. The gas supply unit 6 supplies gas that is a raw material for negative ions. Gases include, for example, O 2 which is a raw material for negative ions such as O - , NH 2 and NH 4 which are raw materials for negative ions of nitrides such as NH - , and other raw materials for negative ions such as C - and Si - . C 2 H 6 , SiH 4 and the like are used. In other words, it can be said that raw materials with positive electron affinity are used. Note that the gas also includes a rare gas such as Ar as a carrier gas that stabilizes the discharge.

真空引き部７は、チャンバ２内の真空引きを行うことによって、チャンバ２の内部空間を真空に保つ。真空引き部７は、真空ポンプ７ａと、真空引き口７ｂと、を有する。ここでは、真空引き口７ｂは、壁部２ｄのＸ軸方向の負側の端部と、陽極１６との間の位置に形成される。真空引き口７ｂは、容器本体部２１よりもＸ軸方向の負側に配置されている。ただし、真空引き口７ｂの位置は、特に限定されない。 The evacuation unit 7 maintains the internal space of the chamber 2 in a vacuum by evacuating the inside of the chamber 2 . The evacuation section 7 includes a vacuum pump 7a and a vacuum evacuation port 7b. Here, the vacuum outlet 7b is formed at a position between the negative end of the wall portion 2d in the X-axis direction and the anode 16. The vacuum outlet 7b is arranged on the negative side of the container main body 21 in the X-axis direction. However, the position of the vacuum outlet 7b is not particularly limited.

ガスパージ部８は、チャンバ２内をパージすることで、チャンバ２の内部空間を大気圧まで加圧する。ガスパージ部８は、窒素などをパージガスとして供給する。ここで、ガスパージ部８のパージ口８ａは、壁部２ｃのＸ軸方向の負側の端部と、プラズマガン１４との間の位置に形成される。パージ口８ａは、容器本体部２１よりもＸ軸方向の負側に配置されている。ただし、パージ口８ａの位置は、特に限定されない。 The gas purge unit 8 pressurizes the internal space of the chamber 2 to atmospheric pressure by purging the inside of the chamber 2 . The gas purge unit 8 supplies nitrogen or the like as a purge gas. Here, the purge port 8a of the gas purge section 8 is formed at a position between the negative end of the wall section 2c in the X-axis direction and the plasma gun 14. The purge port 8a is arranged on the negative side of the container body 21 in the X-axis direction. However, the position of the purge port 8a is not particularly limited.

容器２０は、チャンバ２内に配置され、粉粒材料１１を収容可能な部材である。容器２０は、容器本体部２１と、蓋部２２と、を備える。容器本体部２１は、対象物配置部３上に配置される。容器本体部２１は、Ｘ軸方向の負側においてＹＺ平面と平行に広がる底壁部２１ａと、底壁部２１ａの外周縁からＸ軸方向の正側へ立ち上がる側壁部２１ｂと、を有する。容器本体部２１は、底壁部２１ａ及び側壁部２１ｂで形成される内部空間内に粉粒材料１１を収容する。容器本体部２１のＸ軸方向の正側の端部には壁部が設けられておらず、開口２１ｃ（第１の開口）が形成されている。開口２１ｃは、負イオン生成部４で負イオンが生成された場合に、粉粒材料１１への負イオンの照射を可能とする。開口２１ｃは、負イオンを通過させるための通路となる（図６参照）。容器本体部２１の材質は特に限定されないが、例えば、タングステン、カーボンなどが採用されてよい。 The container 20 is a member that is disposed within the chamber 2 and is capable of accommodating the granular material 11. The container 20 includes a container body 21 and a lid 22. The container main body part 21 is arranged on the object arrangement part 3. The container main body part 21 has a bottom wall part 21a that extends parallel to the YZ plane on the negative side of the X-axis direction, and a side wall part 21b that rises from the outer peripheral edge of the bottom wall part 21a toward the positive side of the X-axis direction. The container main body part 21 accommodates the granular material 11 in an internal space formed by a bottom wall part 21a and a side wall part 21b. A wall is not provided at the positive end of the container main body 21 in the X-axis direction, and an opening 21c (first opening) is formed. The opening 21c enables irradiation of the powder material 11 with negative ions when negative ions are generated in the negative ion generating section 4. The opening 21c becomes a passage for passing negative ions (see FIG. 6). Although the material of the container body 21 is not particularly limited, for example, tungsten, carbon, etc. may be used.

蓋部２２は、容器本体部２１のＸ軸方向の正側の端部に着脱可能に取り付けられる部材である。蓋部２２は、容器本体部２１の開口２１ｃを覆う部材である。ここで、容器２０は複数の開口２３（第２の開口）によって構成されるフィルタ部２４を有する。本実施形態では、蓋部２２が複数のフィルタ部２４を有する。フィルタ部２４の複数の開口２３は、チャンバ２内の気体が通過可能であって、粉粒材料１１を通過させない大きさを有している。複数の開口２３の目の大きさは、粉粒材料１１の粒子一つ分よりも小さいことが好ましい。そのため、容器本体部２１の開口２１ｃを蓋部２２で閉じた場合、フィルタ部２４は、真空引きの際に容器２０内部の空気をチャンバ２の内部空間へ排出し、粉粒材料１１がチャンバ２の内部空間に巻き上がることを抑制できる。このようなフィルタ部２４の材料として、例えば高融点金属繊維かセラミックなどの繊維状フィルタ材料、タングステン、モリブデンなどの焼結体などが採用されてよい。また、粉粒材料１１の粒子の粒径は、例えば５～２０μｍである。従って、フィルタ部２４は、当該粉粒材料１１の粒子よりも細かい目の開口２３を有する。 The lid portion 22 is a member that is detachably attached to the positive end of the container body portion 21 in the X-axis direction. The lid portion 22 is a member that covers the opening 21c of the container body portion 21. Here, the container 20 has a filter section 24 formed by a plurality of openings 23 (second openings). In this embodiment, the lid part 22 has a plurality of filter parts 24. The plurality of openings 23 of the filter section 24 have a size that allows the gas in the chamber 2 to pass therethrough, but does not allow the granular material 11 to pass therethrough. The size of the plurality of openings 23 is preferably smaller than one particle of the powdered material 11. Therefore, when the opening 21c of the container main body part 21 is closed with the lid part 22, the filter part 24 discharges the air inside the container 20 into the internal space of the chamber 2 when vacuuming, and the particulate material 11 enters the chamber 2. It is possible to prevent the material from rolling up into the internal space. As a material for such a filter portion 24, for example, a fibrous filter material such as high melting point metal fiber or ceramic, a sintered body of tungsten, molybdenum, etc. may be employed. Further, the particle size of the powder material 11 is, for example, 5 to 20 μm. Therefore, the filter section 24 has openings 23 that are finer than the particles of the powder material 11.

図２を参照して、容器２０の構成についてより詳細に説明する。図２に示すように、容器本体部２１は、円板状の底壁部２１ａと、円筒状の側壁部２１ｂと、を備える。また、容器本体部２１は、円形の開口２１ｃを有する。蓋部２２は、円環状のフレーム２６と、円板状のフィルタ部２４を有する。フレーム２６は、容器本体部２１と同様な材料で構成される。フレーム２６は上面側に、フィルタ部２４を保持するための円形の溝部２６ａを有する。また、フレーム２６は、容器本体部２１に対しての、フィルタ部２４を搭載したフレーム２６の位置決めを行う円筒状のストッパ部２６ｂを有する。なお、ストッパ部２６ｂの形状は限定されず、テーパ形状などであってもよい。蓋部２２は、ストッパ部２６ｂよりも外周側の下面が側壁部２１ｂの上面と接触することで、容器本体部２１の開口２１ｃを塞ぐ。 With reference to FIG. 2, the configuration of the container 20 will be described in more detail. As shown in FIG. 2, the container body 21 includes a disk-shaped bottom wall 21a and a cylindrical side wall 21b. Further, the container main body portion 21 has a circular opening 21c. The lid part 22 has an annular frame 26 and a disc-shaped filter part 24. The frame 26 is made of the same material as the container body 21. The frame 26 has a circular groove 26a on the upper surface side for holding the filter section 24. Further, the frame 26 has a cylindrical stopper portion 26b that positions the frame 26 on which the filter portion 24 is mounted with respect to the container body portion 21. Note that the shape of the stopper portion 26b is not limited, and may be a tapered shape or the like. The lid part 22 closes the opening 21c of the container main body part 21 by having the lower surface on the outer peripheral side of the stopper part 26b contacting the upper surface of the side wall part 21b.

図１に戻り、移動機構３０は、蓋部２２をチャンバ２内で移動させる機構である。移動機構３０は、蓋部２２による容器本体部２１の開口２１ｃの開閉を切り替えるように、蓋部２２を移動させる。本実施形態では、移動機構３０は、蓋部２２をＸ軸方向に沿って往復移動させる。具体的に、移動機構３０は、蓋部２２をＸ軸方向の正側の壁部２ｂ付近へ退避させる退避位置ＰＧ１と、蓋部２２で容器本体部２１の開口２１ｃを塞ぐ閉位置ＰＧ２と、の間で蓋部２２を往復移動させる。本実施形態では、移動機構３０は、壁部２ｂと蓋部２２とを連結する多節のリンク機構によって構成される。移動機構３０は、図示されない駆動源によってリンク機構をＸ軸方向に伸縮させることで、蓋部２２をＸ軸方向に往復移動させる。移動機構３０の端部は、蓋部２２のうち、フレーム２６に接続される（図２（ｂ）参照）。 Returning to FIG. 1, the moving mechanism 30 is a mechanism that moves the lid part 22 within the chamber 2. The moving mechanism 30 moves the lid 22 so that the lid 22 opens and closes the opening 21c of the container body 21. In this embodiment, the moving mechanism 30 reciprocates the lid portion 22 along the X-axis direction. Specifically, the moving mechanism 30 has a retracted position PG1 in which the lid 22 is retracted to the vicinity of the positive side wall 2b in the X-axis direction, and a closed position PG2 in which the lid 22 closes the opening 21c of the container body 21. The lid portion 22 is moved back and forth between the two locations. In this embodiment, the moving mechanism 30 is configured by a multi-joint link mechanism that connects the wall portion 2b and the lid portion 22. The moving mechanism 30 moves the lid part 22 back and forth in the X-axis direction by expanding and contracting the link mechanism in the X-axis direction by a drive source (not shown). An end portion of the moving mechanism 30 is connected to the frame 26 of the lid portion 22 (see FIG. 2(b)).

なお、蓋部２２のフィルタ部２４の材料によっては、退避位置ＰＧ１に退避しても、プラズマＰの熱を受けることで許容温度を超えてしまう可能性がある。従って、蓋部２２自体や退避位置ＰＧ１付近に熱保護カバーや冷却構造を設け、フィルタ部２４を冷却してもよい。 Note that depending on the material of the filter section 24 of the lid section 22, even if the filter section 24 is evacuated to the evacuation position PG1, the temperature may exceed the allowable temperature due to the heat of the plasma P. Therefore, the filter section 24 may be cooled by providing a thermal protection cover or a cooling structure on the lid section 22 itself or in the vicinity of the retracted position PG1.

次に、負イオン照射装置１の動作の一例について説明する。装置駆動前においては、チャンバ２内は大気開放された状態である。また、容器２０には粉粒材料１１が収容されていない状態である。まず、チャンバ２のＺ軸方向の正側の開閉扉を開放し、図３に示すように、容器本体部２１に粉粒材料１１を収容する。このとき、蓋部２２は退避位置ＰＧ１に退避されている。 Next, an example of the operation of the negative ion irradiation device 1 will be described. Before the device is driven, the inside of the chamber 2 is open to the atmosphere. Further, the container 20 is in a state where the powder material 11 is not accommodated. First, the opening/closing door on the positive side in the Z-axis direction of the chamber 2 is opened, and the powder material 11 is accommodated in the container body 21 as shown in FIG. At this time, the lid portion 22 is retracted to the retracted position PG1.

次に、チャンバ２の開閉扉を閉じる。また、図４に示すように、移動機構３０によって蓋部２２をＸ軸方向の負側へ移動させ、蓋部２２を閉位置ＰＧ２へ配置する。これにより、容器本体部２１の開口２１ｃが蓋部２２によって閉じられる。そして、真空引き部７は、バルブ７ｃを開いて真空ポンプ７ａを動作させることで、チャンバ２の内部空間の真空引きを行う。チャンバ２内の空気Ｇ１は、真空引き口７ｂから排出される。このとき、容器２０内の空気もフィルタ部２４を通過して真空引き口７ｂへ吸引される。その一方、容器２０内の粉粒材料１１は、フィルタ部２４で堰き止められることで、容器２０内からチャンバ２内へ舞い上がることが抑制される。 Next, the door of chamber 2 is closed. Further, as shown in FIG. 4, the moving mechanism 30 moves the lid portion 22 toward the negative side in the X-axis direction, and the lid portion 22 is placed in the closed position PG2. As a result, the opening 21c of the container body 21 is closed by the lid 22. Then, the evacuation section 7 evacuates the internal space of the chamber 2 by opening the valve 7c and operating the vacuum pump 7a. Air G1 in the chamber 2 is exhausted from the vacuum outlet 7b. At this time, the air within the container 20 also passes through the filter section 24 and is sucked into the vacuum port 7b. On the other hand, the particulate material 11 in the container 20 is dammed up by the filter part 24, so that it is suppressed from rising from the inside of the container 20 into the chamber 2.

チャンバ２の内部空間の圧力が設計到達圧力に達したら、図５に示すように、移動機構３０は、蓋部２２をＸ軸方向の正側へ移動させて、蓋部２２を退避位置ＰＧ１へ配置する。これにより、蓋部２２のフィルタ部２４は、プラズマに晒される空間から退避することができる。なお、その後も真空引き部７による真空引きは継続する。 When the pressure in the internal space of the chamber 2 reaches the designed ultimate pressure, as shown in FIG. 5, the moving mechanism 30 moves the lid 22 to the positive side in the X-axis direction to move the lid 22 to the retracted position PG1. Deploy. Thereby, the filter section 24 of the lid section 22 can be evacuated from the space exposed to plasma. Note that the evacuation by the evacuation section 7 continues even after that.

次に、図６に示すように、負イオン生成部４は、プラズマガン１４でプラズマＰを発生させると共に、陽極１６で導く。また、ガス供給部６が、チャンバ２内に負イオンの原料となるガスＧ２を供給する。これにより、容器本体部２１の上側の空間にプラズマＰが通過すると共に、当該位置にて負イオンＮが発生する。これにより、負イオンＮは、開口２１ｃを介して容器本体部２１に収容された粉粒材料１１に照射される。 Next, as shown in FIG. 6, the negative ion generation unit 4 generates plasma P with the plasma gun 14 and guides it with the anode 16. Further, the gas supply section 6 supplies gas G2, which is a raw material for negative ions, into the chamber 2. As a result, the plasma P passes through the space above the container body 21, and negative ions N are generated at the position. Thereby, the negative ions N are irradiated onto the granular material 11 accommodated in the container body 21 through the opening 21c.

図７に示すように、負イオンＮの照射によって粉粒材料１１への照射が完了したら、プラズマＰの生成及び負イオンＮの照射を停止する。また、真空引き部７は、バルブ７ｃを閉じて真空ポンプ７ａを停止することで、真空引きを終了する。また、移動機構３０によって蓋部２２をＸ軸方向の負側へ移動させ、蓋部２２を閉位置ＰＧ２へ配置する。これにより、容器本体部２１の開口２１ｃが蓋部２２によって閉じられる。 As shown in FIG. 7, when the irradiation of the powder material 11 with the negative ions N is completed, the generation of the plasma P and the irradiation of the negative ions N are stopped. Further, the evacuation unit 7 completes evacuation by closing the valve 7c and stopping the vacuum pump 7a. Further, the moving mechanism 30 moves the lid portion 22 to the negative side in the X-axis direction, and the lid portion 22 is placed in the closed position PG2. As a result, the opening 21c of the container body 21 is closed by the lid 22.

更に、ガスパージ部８は、バルブ８ｂを開け、Ｎ２ガスなどのパージガスＧ３をチャンバ２の内部空間へパージする。これにより、チャンバ２内を大気圧まで加圧する。このとき、パージガスＧ３は、フィルタ部２４を通過して容器２０内へパージされる。その一方、容器２０内の粉粒材料１１は、フィルタ部２４で堰き止められることで、容器２０内からチャンバ２内へ舞い上がることが抑制される。チャンバ２内が大気圧まで加圧されたら、ガスパージ部８は、バルブ８ｂを閉じてパージを停止する。その後、移動機構３０が蓋部２２を退避位置ＰＧ１まで退避させて、再び図３から処理を繰り返す。 Furthermore, the gas purge unit 8 opens the valve 8b and purges the internal space of the chamber 2 with a purge gas G3 such as N 2 gas. This pressurizes the inside of the chamber 2 to atmospheric pressure. At this time, the purge gas G3 passes through the filter section 24 and is purged into the container 20. On the other hand, the particulate material 11 in the container 20 is blocked by the filter part 24, so that it is suppressed from floating up from the inside of the container 20 into the chamber 2. When the inside of the chamber 2 is pressurized to atmospheric pressure, the gas purge section 8 closes the valve 8b and stops purging. Thereafter, the moving mechanism 30 retracts the lid portion 22 to the retracted position PG1, and the process is repeated from FIG. 3 again.

次に、本実施形態に係る負イオン照射装置１の作用・効果について説明する。 Next, the functions and effects of the negative ion irradiation device 1 according to this embodiment will be explained.

本実施形態に係る負イオン照射装置１は、プラズマを生成するプラズマガン１４と、プラズマガン１４から生成されるプラズマＰを負イオンの原料へ供給可能な空間を有するチャンバ２と、を備える。そのため、チャンバ２内では、プラズマＰと負イオンの原料とが反応することにより、負イオンが生成される。ここで、粉粒材料１１は、チャンバ２内に配置される容器２０に収容される。この容器２０は、収容した粉粒材料１１への負イオンの照射を可能とする開口２１ｃを有する。従って、チャンバ２内で生成された負イオンは、開口２１ｃを介して、容器２０に収容された粉粒材料１１に照射される。以上により、粉粒材料１１に対する負イオンの照射を可能とする。 The negative ion irradiation device 1 according to the present embodiment includes a plasma gun 14 that generates plasma, and a chamber 2 that has a space that can supply plasma P generated from the plasma gun 14 to a raw material for negative ions. Therefore, in the chamber 2, negative ions are generated by the reaction between the plasma P and the negative ion raw material. Here, the granular material 11 is accommodated in a container 20 disposed within the chamber 2 . This container 20 has an opening 21c that allows negative ions to be irradiated onto the contained particulate material 11. Therefore, the negative ions generated within the chamber 2 are irradiated onto the granular material 11 housed in the container 20 through the opening 21c. The above makes it possible to irradiate the powder material 11 with negative ions.

容器２０は気体を通過可能な複数の開口２３が形成されたフィルタ部２４を有してよい。チャンバ２に対して真空引きやガスパージを行う際、チャンバ２内に空気の流れが形成される。容器２０は、フィルタ部２４で粉粒材料１１の舞い上がりを抑制する一方、開口２３で気体の通過を可能とする。そのため、開口２３は、真空引きの際には容器２０の内部の真空引きを可能とし、ガスパージの際は容器２０の内部へのガスパージを可能とする。 The container 20 may have a filter section 24 formed with a plurality of openings 23 through which gas can pass. When the chamber 2 is evacuated or gas purged, an air flow is formed within the chamber 2. In the container 20, the filter part 24 suppresses the floating of the powder material 11, while the opening 23 allows gas to pass through. Therefore, the opening 23 allows the inside of the container 20 to be evacuated during evacuation, and allows gas to be purged into the inside of the container 20 during gas purging.

容器２０は開口２１ｃを有する容器本体部２１と、容器本体部２１の開口２１ｃを覆う蓋部２２を備え、蓋部２２はフィルタ部２４を有してよい。この場合、容器本体部２１の開口２１ｃをフィルタ部２４で覆う状態と、開口２１ｃからフィルタ部２４を退避させる状態を、状況に応じて容易に切り替えることができる。 The container 20 includes a container body 21 having an opening 21c and a lid 22 that covers the opening 21c of the container body 21, and the lid 22 may have a filter 24. In this case, the state in which the opening 21c of the container body 21 is covered by the filter part 24 and the state in which the filter part 24 is retracted from the opening 21c can be easily switched depending on the situation.

容器本体部２１に蓋部２２を近づけた後、チャンバ２の真空引きを行ってよい。この場合、真空引きを行う際は、容器本体部２１に蓋部２２を近づけて覆うことで粉粒材料１１の舞い上がりを抑制することができる。 After bringing the lid 22 close to the container body 21, the chamber 2 may be evacuated. In this case, when vacuuming is performed, the powder material 11 can be suppressed from flying up by bringing the lid 22 closer to the container body 21 to cover it.

容器２０は容器本体部２１を有し、容器本体部２１は高融点材料であって多孔性の材料で構成されることで、容器本体部２１が複数の開口２３を有してよい。この場合、容器本体部２１は、粉粒材料１１を収容しながら、複数の開口２３を介して、内部の真空引き等を行うことができる。なお、容器本体部２１は、高融点材料に限られるものではなく、容器本体部２１を冷却可能な冷却構造を備えてもよい。 The container 20 has a container body 21, and the container body 21 is made of a porous material with a high melting point, so that the container body 21 may have a plurality of openings 23. In this case, the container main body 21 can perform internal evacuation or the like through the plurality of openings 23 while accommodating the powder material 11 . In addition, the container main body part 21 is not limited to a high melting point material, and may be provided with a cooling structure capable of cooling the container main body part 21.

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 The invention is not limited to the embodiments described above.

上述の実施形態では、新たな粉粒材料１１を容器２０に供給する時には、チャンバ２内を大気圧に戻している。これに対し、チャンバ２内を真空に保った状態で、粉粒材料１１を供給してよい。この場合、粉粒材料１１を繰り返しチャンバ２内に供給する際に、毎回チャンバ２を大気圧に戻す手間を省略することができる。 In the embodiment described above, when supplying new powder material 11 to container 20, the inside of chamber 2 is returned to atmospheric pressure. On the other hand, the powder material 11 may be supplied while the chamber 2 is kept in a vacuum. In this case, when repeatedly supplying the granular material 11 into the chamber 2, it is possible to omit the effort of returning the chamber 2 to atmospheric pressure each time.

例えば、上記実施形態では、プラズマガン１４を圧力勾配型のプラズマガンとしたが、プラズマガン１４は、チャンバ２内にプラズマを生成できればよく、圧力勾配型のものには限られない。 For example, in the above embodiment, the plasma gun 14 is a pressure gradient type plasma gun, but the plasma gun 14 is not limited to a pressure gradient type as long as it can generate plasma within the chamber 2.

また、上記実施形態では、プラズマガン１４とプラズマＰを導く陽極１６の組がチャンバ２内に一組だけ設けられていたが、複数組設けてもよい。また、一箇所に対して、複数のプラズマガン１４からプラズマＰを供給してもよい。 Further, in the above embodiment, only one set of the plasma gun 14 and the anode 16 for guiding the plasma P is provided in the chamber 2, but a plurality of sets may be provided. Alternatively, plasma P may be supplied to one location from a plurality of plasma guns 14.

気体を通過可能な複数の開口２３を容器２０のどこに設けるかは特に限定されない。図８に示すように、例えば、容器本体部２１自体が、フィルタ部２４を構成してもよい。この場合、図８（ａ）に示すように、容器本体部２１は高融点材料であって多孔性の材料（モリブデン、タングステンなど）で構成されることで、容器本体部２１がフィルタ部２４を有する。容器本体部２１は、側壁部２１ｂの先端部から外周へ広がるフランジ部２２ｄを有する。図８（ｂ）に示すように、蓋部２２は、円板状の本体部２２ａと、本体部２２ａの外周部に設けられた爪部２２ｂと、を有する。これにより、移動機構３０が蓋部２２を閉位置ＰＧ２まで移動させたら、蓋部２２の爪部２２ｂが容器本体部２１のフランジ部２１ｄと係合する。当該状態で移動機構３０が蓋部２２を退避位置ＰＧ１まで移動させたら、容器本体部２１も退避位置ＰＧ１まで移動する。この場合、容器本体部２１自体が、真空引き部７の真空引きの影響を受けない位置まで退避できる。これにより、容器本体部２１からの粉粒材料１１の舞い上がりを抑制できる。また、容器本体部２１自体がフィルタ部２４を有しているため、容器本体部２１の内部空間の真空引きが行われる。 There is no particular limitation on where in the container 20 the plurality of openings 23 through which gas can pass are provided. As shown in FIG. 8, for example, the container main body part 21 itself may constitute the filter part 24. In this case, as shown in FIG. 8(a), the container body 21 is made of a porous material (molybdenum, tungsten, etc.) that has a high melting point, so that the container body 21 can cover the filter part 24. have The container body 21 has a flange 22d that extends from the tip of the side wall 21b to the outer periphery. As shown in FIG. 8(b), the lid part 22 has a disc-shaped main body part 22a and a claw part 22b provided on the outer periphery of the main body part 22a. Thereby, when the moving mechanism 30 moves the lid part 22 to the closed position PG2, the claw part 22b of the lid part 22 engages with the flange part 21d of the container body part 21. When the moving mechanism 30 moves the lid part 22 to the retracted position PG1 in this state, the container main body part 21 also moves to the retracted position PG1. In this case, the container body 21 itself can be retracted to a position where it is not affected by the evacuation of the evacuation unit 7. Thereby, it is possible to suppress the powder material 11 from flying up from the container main body part 21. Furthermore, since the container body 21 itself has the filter portion 24, the internal space of the container body 21 is evacuated.

また、移動機構３０は、蓋部２２を移動可能なものであれば、上述のようなリンク機構に限定されない。例えば、シリンダなどのアクチュエータを用いて移動機構３０を構成してもよい。 Furthermore, the moving mechanism 30 is not limited to the link mechanism described above as long as it is capable of moving the lid portion 22. For example, the moving mechanism 30 may be configured using an actuator such as a cylinder.

また、上述の実施形態では、移動機構３０は、蓋部２２をＸ軸方向に移動させていたが、移動機構が蓋部２２をどのように移動させるかも特に限定されない。例えば、図９に示すように、移動機構は、蓋部２２をＹ軸方向へスライド移動させてもよい。移動機構は、蓋部２２をチャンバ２の端部側の退避位置ＰＧ３まで移動させてよい。更に、折り畳み可能な蓋部２２である場合は、折り畳んでコンパクトにした上で、負イオン照射や真空引きの邪魔にならない退避位置ＰＧ４へ退避させてよい。 Furthermore, in the above embodiment, the moving mechanism 30 moves the lid 22 in the X-axis direction, but there is no particular limitation on how the moving mechanism moves the lid 22. For example, as shown in FIG. 9, the moving mechanism may slide the lid 22 in the Y-axis direction. The moving mechanism may move the lid part 22 to the retracted position PG3 on the end side of the chamber 2. Furthermore, if the lid part 22 is foldable, it may be folded to make it compact and then evacuated to the retraction position PG4 where it does not interfere with negative ion irradiation or evacuation.

１…負イオン照射装置、２…チャンバ、１１…粉粒材料、１４…プラズマガン（プラズマ源）、２０…容器、２１…容器本体部、２１ｃ…開口（第１の開口）、２２…蓋部、２３．．．開口（第２の開口）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Negative ion irradiation device, 2... Chamber, 11... Powder material, 14... Plasma gun (plasma source), 20... Container, 21... Container body part, 21c... Opening (1st opening), 22... Lid part , 23. ．． ．． Aperture (second aperture).

Claims (6)

粉粒材料に負イオンを照射する負イオン照射装置であって、
プラズマを生成するプラズマ源と、
前記プラズマ源から生成される前記プラズマを負イオンの原料へ供給可能な空間を有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置され、前記粉粒材料を収容可能な容器と、を備え、
前記容器は、収容した前記粉粒材料への前記負イオンの照射を可能とする第１の開口を有する、負イオン照射装置。 A negative ion irradiation device that irradiates powder material with negative ions,
a plasma source that generates plasma;
a chamber having a space capable of supplying the plasma generated from the plasma source to a raw material for negative ions;
a container disposed within the chamber and capable of accommodating the powder material;
A negative ion irradiation device, wherein the container has a first opening that enables irradiation of the negative ions to the contained powder material. 前記容器は気体を通過可能な複数の第２の開口が形成されたフィルタ部を有する、請求項１に記載の負イオン照射装置。 The negative ion irradiation device according to claim 1, wherein the container has a filter portion in which a plurality of second openings through which gas can pass are formed. 前記容器は前記第１の開口を有する容器本体部と、前記容器本体の前記第１の開口を覆う蓋部を備え、前記蓋部は前記フィルタ部を有する、請求項２に記載の負イオン照射装置。 Negative ion irradiation according to claim 2, wherein the container includes a container main body having the first opening, and a lid that covers the first opening of the container main body, and the lid has the filter part. Device. 前記容器本体部に前記蓋部を近づけた後、前記チャンバの真空引きを行う、請求項３に記載の負イオン照射装置。 The negative ion irradiation device according to claim 3, wherein the chamber is evacuated after the lid is brought close to the container body. 前記容器は容器本体部を有し、前記容器本体部は多孔性の材料で構成されることで、前記容器本体部が複数の前記第２の開口を有する、請求項２に記載の負イオン照射装置。 The negative ion irradiation method according to claim 2, wherein the container has a container body, and the container body is made of a porous material, and the container body has a plurality of the second openings. Device. 前記チャンバ内を真空に保った状態で、前記粉粒材料を供給する、請求項１～５の何れか一項に記載の負イオン照射装置。
The negative ion irradiation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the powder material is supplied while the inside of the chamber is kept in a vacuum.
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