CN101146926A - 等离子体生成装置中的微滴除去装置和微滴除去方法 - Google Patents

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Abstract

能可靠地分离从电弧放电部行进的等离子体与微滴，能可靠地除去微滴。提供可防止微滴到达被处理物的等离子体生成装置中的微滴除去装置。形成等离子体(P)与微滴(D)在混合状态下行进的筒状行进路(3)，在筒状行进路(3)内设置了1个以上的在偏心位置上具有通过孔(6a)的孔窗(6)，在筒状行进路(3)的外周配置了用于使等离子体(P)通过孔窗(6)的偏心通过孔(6a)的磁场发生单元，利用基于该磁场发生单元的磁场，使等离子体(P)在筒状行进路(3)内弯曲地通过孔窗(6)的偏心通过孔(6a)，在弯曲时使微滴(D)与孔窗(6)的壁面碰撞而将其除去。

Description

等离子体生成装置中的微滴除去装置和微滴除去方法
技术领域
本发明涉及等离子体生成装置中的微滴除去装置，其中，在设置在真空环境下的电弧放电部进行真空电弧放电以产生等离子体，并除去在产生等离子体时从阴极附带地产生的阴极材料粒子(以下称为「微滴(droplet)」)。
背景技术
一般来说，已知通过在等离子体中在固体材料的表面上形成薄膜或注入离子来改善固体的表面特性。利用包含金属离子或非金属离子的等离子体形成的膜强化了固体表面的耐磨性、耐蚀性，作为保护膜、光学薄膜、透明导电性膜等是有用的。作为发生金属离子或非金属离子的方法，有真空电弧等离子体法等。真空电弧等离子体是由在阴极与阳极之间引起的电弧放电形成、阴极材料从在阴极表面上存在的阴极点蒸发、利用该阴极蒸发物质形成的等离子体。此外，在作为环境气体而导入了反应性气体和/或惰性气体(稀有气体)的情况下，反应性气体和/或惰性气体也同时被离子化。使用这样的等离子体，可进行对固体表面的薄膜形成或离子的注入，以进行表面处理加工。
一般来说，在真空电弧放电中，在从阴极点放出阴极材料离子、电子、阴极材料中性粒子(包含原子和分子)那样的真空电弧等离子体构成粒子的同时，也放出从纳米数量级至几百微米(0.01～1000μm)的被称为微滴的阴极材料微粒子。如果该微滴附着于基体材料表面上，则在基体材料表面上形成的薄膜的均匀性就丧失了，成为薄膜的缺陷品。
作为解决微滴的问题的一种方法，有磁过滤法(非专利文献1)。该磁过滤器法，如表示图12的内部结构的概略结构图中所示，从等离子体发生部101将真空电弧等离子体通过弯曲成大致S字状的蛇腹状的导管102输送给等离子体加工部103。按照该方法，所发生的微滴D被蛇腹状的导管102的内周壁捕获(捕集)。此外，利用由沿导管102配置的线圈构成的电磁铁104形成弯曲磁场，利用该弯曲磁场使等离子体流弯曲，使等离子体P高效地移动到等离子体加工部103中。
但是，在上述磁过滤器法中存在下述的问题。由于微滴D淀积在蛇腹状的导管102内壁，故有必要定期地将其除去。但是，由于将导管102形成为蛇腹状，故该作业是不容易的。此外，大的微滴D被导管102捕集，但小的微滴D伴随等离子体P流入等离子体加工部103，存在附着于被处理物105的表面上的危险。而且，不附着于壁面的微滴D在蛇腹状的导管102的内面上重复进行乱反射而到达等离子体加工部103，在被处理物105的表面上造成同样的损伤。此外，如果微滴D在导管102的内壁上淀积到约0.5mm的厚度，则该淀积物从内壁剥离，存在作为杂质混入等离子体P内的危险。再者，将钢材形成为蛇腹状的导管102在技术上是困难的，而且存在价格高的缺点。
为了解决该问题，公开了特开2002-8893号(专利文献1)，提出了在图13的结构概略图中表示的等离子体加工装置。此外，在图13中，符号Gt是气体导入系统，Gh是气体排出系统，符号V表示了电源。在该以前的等离子体加工法中，如图13中所示，在根据需要导入了反应性气体的真空环境下进行真空电弧放电使等离子体P发生，使该等离子体P流入到等离子体加工部M中。利用上述等离子体P对在该等离子体加工部M中配置的被处理物230进行表面处理加工。
利用弯曲磁场使从等离子体发生部E放出的等离子体流在与等离子体发生部E不对置的大致正交的方向上弯曲，流入到等离子体加工部M中。在与等离子体发生部E对置的位置上配置了捕集微滴的微滴捕集部H。在该等离子体加工法中，利用弯曲磁场使等离子体流在与微滴流大致正交的方向上分支，微滴捕集部H与等离子体流路完全分离。因而，可容易地进行微滴D的捕集除去，以防止微滴D的朝向等离子体加工部M的混入。
专利文献1：特开2002-8893号公报
非专利文献1：A.Anders and R.A.MacGill，Surface and CoatingTechnology 133-134(2000)96-100
发明的公开
发明打算解决的问题
但是，在该等离子体加工法中，从电弧放电部朝向微滴捕集部H行进的微滴D有时与等离子体P行进的等离子体行进路的侧壁201碰撞。该微滴D被侧壁201反射而进入等离子体行进路，有时附着于被处理物230的表面上。此外，即使大的微滴D直进而被微滴捕集部H捕集，小的微滴伴随等离子体流流入等离子体加工部103的情况也较多。这样，在以前的等离子体加工装置中，不能完全分离等离子体流与微滴流。因此，微滴D有进入等离子体行进路中的可能性，难以形成高纯度的覆盖膜。
本发明是鉴于上述的以前的问题而进行的，其目的在于提供能可靠地分离从电弧放电部行进的等离子体与微滴、可防止微滴到达被处理物的等离子体生成装置中的微滴除去装置。
用于解决课题的方法
本发明是为了解决上述课题而提出的，本发明的第1方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去装置：所述等离子体生成装置在设置在真空环境下的电弧放电部进行真空电弧放电以产生等离子体，并除去在产生等离子体时从阴极附带地产生的阴极材料粒子即微滴，所述微滴除去装置的特征在于：
形成上述等离子体与上述微滴在混合状态下行进的筒状行进路，在上述筒状行进路内设置有1个以上的在偏心位置上具有通过孔的孔窗，且在上述筒状行进路的外周配置有用于使上述等离子体通过上述孔窗的偏心通过孔的磁场发生单元，利用基于该磁场发生单元的磁场，使上述等离子体在上述筒状行进路内弯曲地通过上述孔窗的偏心通过孔，构成为在上述弯曲时使上述微滴从上述等离子体分离，并使上述微滴与上述孔窗的壁面碰撞而将其除去。
本发明的第2方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去装置：在上述第1方式中，在上述筒状行进路内设置了多个上述孔窗，使其位置互相错开地配置了相邻的上述偏心通过孔，构成为使伴随上述等离子体通过了始端侧的孔窗的偏心通过孔的上述微滴与下一个孔窗的壁面碰撞而被除去，而上述等离子体则通过上述下一个孔窗的偏心通过孔。
本发明的第3方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去装置：在上述第1或第2方式中，由斜行磁场发生器构成了上述磁场发生单元，该斜行磁场发生器在从上述筒状行进路的轴向斜行的方向上形成斜行磁场，并利用该斜行磁场使上述等离子体通过上述孔窗的偏心通过孔。
本发明的第4方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去装置：在上述第3方式中，由在上述筒状行进路的外周面上斜行地配置的电磁铁或永久磁铁形成了上述斜行磁场发生器。
本发明的第5方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去装置：在上述第3方式中，由在上述筒状行进路中发生直进磁场的直进磁场发生器和发生径向磁场的径向磁场发生器构成上述斜行磁场发生器，利用上述直进磁场和上述径向磁场的合成形成斜行磁场，利用该斜行磁场使上述等离子体弯曲地通过上述孔窗的偏心通过孔。
本发明的第6方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去装置：在上述第5方式中，在上述筒状行进路的外周与X-X轴向和Y-Y轴向成直角或大致直角地配置了2组上述径向磁场发生器。
本发明的第7方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去装置：在上述第5或第6方式中，由在上述筒状行进路的外周面上配置的电磁铁形成了上述直进磁场发生器，由永久磁铁形成了上述径向磁场发生器。
本发明的第8方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去装置：在上述第5或第6方式中，由在上述筒状行进路的外周面上配置的电磁铁形成了上述直进磁场发生器，由卷绕了线圈的马蹄形磁性体形成了上述径向磁场发生器。
本发明的第9方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去装置：在上述第1～第8的任一方式中，在上述筒状行进路的基端侧设置了主行进路，从该主行进路起附设了微滴在直进方向上行进的微滴行进路，同时在上述主行进路与上述筒状行进路之间附设了弯曲地连通的副行进路，构成为上述等离子体利用磁场朝向上述筒状行进路弯曲地在上述副行进路中行进。
本发明的第10方式是下述的等离子体生成装置中的微滴除去方法：所述等离子体生成装置在设置在真空环境下的电弧放电部进行真空电弧放电以产生等离子体，并除去在产生等离子体时从阴极附带地产生的阴极材料粒子即微滴，所述微滴除去方法的特征在于：
在等离子体与微滴在混合状态下行进的筒状行进路的中途配置具有偏心通过孔的孔窗，形成从该筒状行进路的轴向斜行的斜行磁场，利用该斜行磁场使上述等离子体弯曲地通过上述孔窗的偏心通过孔，以使上述等离子体与上述微滴分开，从而使上述微滴与上述孔窗的壁面碰撞而将其除去。
发明的效果
按照本发明的第1方式，在筒状行进路内设置了1个以上的孔窗，在该孔窗的偏心位置上设置了通过孔。利用在筒状行进路的外周配置的磁场发生单元，形成磁力线以弯曲状通过上述偏心通过孔那样的磁场。因为等离子体是带电粒子，故该等离子体一边缠绕着磁力线、一边弯曲地通过偏心通过孔。由于伴随等离子体的微滴不具有电荷，故在等离子体弯曲地通过偏心通过孔时因其惯性的缘故而直进，向外侧飞出，与孔窗的壁面碰撞而被除去。因而，通过除去微滴，可用几乎不混入微滴的等离子体处理在筒状行进路的前方配置的被处理物的表面。这样，因为可只用几乎不混入微滴的等离子体处理被处理物的表面，故可在被处理物的表面上形成高纯度的覆盖膜。
此外，由于在筒状行进路内只配置了孔窗，故可容易地全面检修附着微滴的孔窗的壁面或筒状行进路的壁面，可简单地进行除去所附着的微滴的作业。此外，因为在筒状行进路内只配置孔窗，故可使微滴除去装置整体的结构变得简单，可廉价地、容易地制作装置。
按照本发明的第2方式，在筒状行进路内设置了多个孔窗，使其互相错开地配置了相邻的孔窗的偏心通过孔。因而，伴随等离子体通过了第1级的孔窗的偏心通过孔的小的微滴在等离子体弯曲地通过偏心通过孔时因其惯性的缘故而直进，向外侧飞出，与第2级的孔窗的壁面碰撞而被除去。在等离子体弯曲地通过第3级的孔窗时，可进一步除去伴随等离子体的小的微滴。这样，通过设置多级孔窗，可减少伴随等离子体的微滴，可用纯度更高的等离子体处理在筒状行进路的前方配置的被处理物的表面。再者，在筒状行进路内配置的孔窗的数目越多，越可减少伴随等离子体的小的微滴，越可提高等离子体的纯度。此外，当然可在圆周方向上错开180度位置地配置相邻的孔窗的偏心通过孔，但也可任意地选择错开90度或60度等的角度。此外，也可在径向上错开地形成孔窗的偏心通过孔的位置。
按照本发明的第3方式，由于由斜行磁场发生器构成了磁场发生单元，故形成磁力线因该斜行磁场发生器而以弯曲状通过偏心通过孔那样的斜行磁场。因为由斜行磁场发生器形成斜行磁场，故可以按照孔窗的偏心通过孔自由地调整该斜行磁场，从而可以可靠地将等离子体流感应到该偏心通过孔中。
按照本发明的第4方式，因为由在筒状行进路的外周面上斜行地配置的电磁铁或永久磁铁形成了上述斜行磁场发生器，故用该斜行地配置的电磁铁或永久磁铁形成磁力线以弯曲状通过偏心通过孔的斜行磁场。在由电磁铁形成斜行磁场的情况下，通过增加线圈的匝数，可形成强力的斜行磁场。再者，只通过改变线圈的匝数使线圈电流可变，就可简单地对磁场的强度进行大小控制。此外，通过使电磁铁的斜度变化，可简易地变更、调整斜行磁场的角度。再者，通过使用超导磁铁(将超导线作成线圈的电磁铁)作为上述电磁铁，可配置几乎没有能量的损失且可发生强磁场的斜行磁场发生器，故可提供功耗尽可能少的微滴除去装置。此外，在用永久磁铁形成斜行磁场的情况下，通过调整永久磁铁的方向，可形成与孔窗的偏心通过孔一致的位置的斜行磁场。再者，通过使用磁力为强力的永久磁铁，也可形成强力的斜行磁场。再者，可自由地选择在筒状行进路的外周配置的永久磁铁的N极和S极的位置，可简单地安装该永久磁铁的N极和S极。
按照本发明的第5方式，利用由直进磁场发生器发生的直进磁场和由径向磁场发生器发生的径向磁场的合成形成了斜行磁场。在磁力线以弯曲状通过偏心通过孔的位置上形成该斜行磁场。通过增加径向磁场，可形成较大地弯曲的等离子体流，可使较大地弯曲的等离子体流通过偏心通过孔。在该情况下，由于等离子体较大地弯曲，故伴随该等离子体的小的微滴因其惯性导致的直进的缘故可大量地飞出，可更多地除去伴随等离子体的微滴。
按照本发明的第6方式，因为在筒状行进路的外周与X-X轴向和Y-Y轴向成直角或大致直角地配置了2组径向磁场发生器，故通过将X-X轴向和Y-Y轴向的磁场设定为既定的强度，可形成具有所希望的方向和强度的合成磁场。因而，可形成将等离子体感应到孔窗的偏心通过孔中的合成磁场。此外，在由电磁铁形成2组径向磁场发生器的情况下，通过增加电磁铁的匝数或调整线圈电流，可自由地控制合成磁场的方向和强度。因而，可适当地设定孔窗的偏心通过孔的位置，可容易地形成适合于该偏心通过孔的位置的合成磁场。
按照本发明的第7方式，由于用永久磁铁形成了径向磁场发生器，故可使其结构变得简单。此外，因为永久磁铁从N极朝向S极发生径向磁场，故按照在筒状行进路内配置的孔窗的偏心通过孔的位置配置N极和S极的永久磁铁就可容易地形成斜行磁场。
按照本发明的第8方式，因为由卷绕了线圈的马蹄形磁性体形成了径向磁场发生器，故可高效地发生斜行磁场。再者，通过在圆周方向上移动在上述筒状行进路中设置的马蹄形磁性体，可自由地调整斜行磁场的方向。因而，可根据在筒状行进路内的孔窗的偏心通过孔的位置调整马蹄形磁性体的方向，可形成将等离子体感应到偏心通过孔的位置的斜行磁场。此外，通过增加在马蹄形磁性体上卷绕的线圈的匝数，可形成强力的斜行磁场。通过使线圈电流可变，可自由地控制斜行磁场的强度。
按照本发明的第9方式，可以使微滴从主行进路朝向微滴行进路直进，从而可以从等离子体中分离并捕集与等离子体混合的大的微滴。因而，可减少伴随在副行进路中弯曲地行进的等离子体的微滴。再者，利用筒状行进路内的孔窗可几乎全部地除去该减少的小的微滴。因而，可得到纯度更高的等离子体，可用该纯度高的等离子体处理被处理物的表面。
按照本发明的第10方式，在偏心通过孔的位置上形成从筒状行进路的轴向斜行的斜行磁场。磁力线以弯曲状通过偏心通过孔，等离子体一边缠绕着该磁力线、一边弯曲地通过偏心通过孔。小的微滴在等离子体弯曲地通过偏心通过孔时，因其惯性的缘故而直进、飞出，与孔窗的壁面碰撞而被除去。即，使该等离子体与小的微滴分开，使该小的微滴与孔窗的壁面碰撞，能可靠地除去。因而，可将通过孔窗的偏心通过孔的等离子体作成不与微滴混合的纯度高的等离子体。因为弯曲地通过偏心通过孔的等离子体不与微滴混合，故可进一步提高其纯度。再者，可用该纯度高的等离子体高精度地处理被处理物的表面。
附图的简单的说明
图1是与本发明有关的包含微滴除去装置的等离子体生成装置的第1实施方式的剖面结构图。
图2是表示等离子体通过在筒状行进路内配置的孔窗的偏心通过孔的状态的说明图。
图3表示在筒状行进路内配置的孔窗，(3A)是在左侧具有偏心通过孔的孔窗的立体图，(3B)是在右侧具有偏心通过孔的孔窗的立体图。
图4是由筒状行进路内的直进磁场和径向磁场合成的斜行磁场的说明图。
图5A是由卷绕了线圈的马蹄形磁性体形成的径向磁场的说明图，图5B是与X-X轴向和Y-Y轴向成直角或大致直角地配置了形成径向磁场的2组马蹄形磁性体的筒状行进路的剖面概略图。
图6是与X-X轴向和Y-Y轴向成直角或大致直角地配置了形成径向磁场的2组径向电磁铁的筒状行进路的剖面概略图。
图7是与X-X轴向和Y-Y轴向成直角或大致直角地配置了形成径向磁场的2组永久磁铁的筒状行进路的剖面概略图。
图8是表示第2实施方式的包含微滴除去装置的等离子体生成装置的剖面结构图。
图9是表示第3实施方式的包含微滴除去装置的等离子体生成装置的剖面结构图。
图10是表示第4实施方式的包含微滴除去装置的等离子体生成装置的剖面结构图。
图11是表示第5实施方式的包含微滴除去装置的等离子体生成装置的剖面结构图。
图12是表示在以前的磁过滤器法中使用的等离子体生成装置的内部结构的剖面结构图。
图13是表示在以前的等离子体加工法中使用的等离子体加工装置的结构概略图。
符号的说明
T被处理物
P  等离子体
D  微滴
K  容器本体
B1 直进磁场
B2 径向磁场
B  斜行磁场
BX 径向磁场
BY 径向磁场
BA 合成磁场
1  电弧放电部
1a 阴极
1b 阴极保护器
1c 阳极
1d 触发电极
1e 电弧稳定化磁场发生器
1f 电弧稳定化磁场发生器
1h 绝缘导入端子
1i 电弧电源
1m 限制用电阻
2  主行进路
3  筒状行进路
4  微滴除去装置
5  等离子体加工部
6  孔窗
6a 偏心通过孔
6A 孔窗
6b 中心通过孔
7  斜行磁场发生器
8  电磁铁
9  永久磁铁
10 电磁铁
10A电磁铁
11 马蹄形磁性体
11a本体部
11b线圈
12 斜行电磁铁
12a斜行电磁铁
12b斜行电磁铁
12c斜行电磁铁
13 微滴行进路
14 副行进路
15 弯曲用电磁铁
16 微滴缓冲板
17 直进用电磁铁
用于实施发明的最佳方式
以下，根据图1～图9详细地说明与本发明有关的等离子体生成装置中的微滴除去装置的实施方式。图1是与本发明有关的包含微滴除去装置的等离子体生成装置的第1实施方式的剖面结构图。在本装置中通过附设等离子体加工部而成为等离子体加工装置。
该第1实施方式的包含微滴除去装置的等离子体生成装置，如图1中所示，通过与包含被处理物T的等离子体加工部5一体化，作为等离子体加工装置来组装。使用了该等离子体加工装置的等离子体加工法是一般在真空环境下进行真空电弧放电使等离子体P发生、使等离子体P移动到等离子体加工部5、利用等离子体P对在该等离子体加工部5中配置的被处理物T进行表面处理加工的方法。再者，在上述等离子体加工法中根据需要也可导入反应性气体。此外，该等离子体加工法即使对于后述的的第2～第5实施方式中说明的包含微滴除去装置的等离子体生成装置也具有基本上同样的结构，也将包含等离子体加工部5的等离子体加工装置称为等离子体生成装置。
等离子体P的构成粒子不仅包含来自电弧放电部1的阴极1a的蒸发物质或以蒸发物质和导入气体为起源的等离子化了带电粒子(离子、电子)、而且也包含等离子体前状态的分子、原子等中性粒子。等离子体加工法(真空电弧蒸镀法)中的蒸镀条件是，电流：1～600A(较为理想的是5～500A、更为理想的是10～150A)。再者，电压5～100V(较为理想的是10～80V、更为理想的是10～50V)、压力10-10～102Pa(较为理想的是10-6～102Pa、更为理想的是10-5～101Pa)。
图1的包含微滴除去装置的等离子体生成装置基本上具有在真空室K内形成的电弧放电部1以及在该电弧放电部1中发生的等离子体P和微滴D在混合状态下行进的主行进路2。再者，具有具备与该主行进路2连通的筒状行进路3的微滴除去装置4。再者，具有利用在微滴除去装置4的筒状行进路3中前进的等离子体P进行被处理物T的表面处理加工的等离子体加工部5。
电弧放电部1具备阴极1a、阴极保护器1b、阳极1c、触发电极1d、电弧稳定化磁场发生器(电磁线圈或磁铁)1e和1f。阴极1a是供给等离子体P的主构成物质的源，其形成材料只要是具有导电性的固体，就不作特别限定。可以是金属单体、合金、无机单体、无机化合物(金属氧化物、氮化物)等，可单独地或混合2种以上的这些物质来使用。
作为金属单体，有Al、Ti、Zn、Cr、Sb、Ag、Au、Zr、Cu、Fe、Mo、W、Nb、Ni、Mg、Cd、Sn、V、Co、Y、Hf、Pd、Rh、Pt、Ta、Hg、Nd、Pb等。此外，作为合金(金属化合物)，有TiAI、AlSi、NdFe等。此外，作为无机单体，有C、Si等。此外，作为无机化合物(陶瓷)，有TiO2、ZnO、SnO2、ITO(铟锡氧化物：混入锡的氧化铟)、In2O3、Cd2SnO4、CuO等的氧化物。再者，也可分别举出TiN、TiAlC、TiC、CrN、TiCN等的碳化物、氮化物等。
阴极保护器1b对打算使之蒸发的阴极表面以外的部分进行电绝缘并进行覆盖，而且，防止在阴极1a与阳极1c之间发生的真空电弧等离子体扩散到后方。作为该阴极保护器1b，可使用通用的耐热陶瓷等。此外，在与阴极1a之间形成电绝缘层(单单是空隙或插入陶瓷或氟树脂)的情况下，可使用通用的不锈钢、铝合金等。此外，阴极保护器1b可以是低导电率的碳材料(处理温度约800～2000℃的非晶碳或含有特氟隆(登录商标)的碳)。
此外，在上述中也可用铁、铁氧体等的耐热性的强磁性材料代替不锈钢来形成阴极保护器1b。如果这样做，则利用从在真空室K的外侧配置的电弧稳定化磁场发生器1e和/或1f施加的磁场，阴极保护器1b自身也被磁化，直接作用于等离子体P。根据这一点，所发生的等离子体分布的调整变得容易。
关于阳极1c的形成材料，只要是在等离子体P的温度下不蒸发、是非磁性的材料且具有导电性的固体，就不作特别限定。可以是金属单体、合金、无机单体、无机化合物(金属氧化物、氮化物)等，可单独地或混合2种以上的这些物质来使用。可适当地选择并使用在上述的阴极中使用的材料。在第1实施方式中，阳极1c由不锈钢、铜或碳材料(黑铅：石墨)等形成，希望在该阳极1c中附设水冷式或空冷式等的冷却机构。
此外，关于阳极1c的形状，只要不遮挡电弧等离子体的整体的行进即可，不作特别限定。在图例中，是筒状体(可以是圆筒、方筒)，但也可以是线圈状、U字形，进而可在上下、左右平行地配置、形成为一对。此外，也可在上下、左右的1个部位或多个部位上配置、形成。
触发电极1d是用于在阴极1a与阳极1c之间激励起真空电弧的电极。即，使上述触发电极1d暂时地与阴极1a的表面接触，其后通过将其拉开，在该阴极1a与触发电极1d之间发生电火花。如果电火花发生，则阴极1a与阳极1c之间的电阻减小，在阴极-阳极之间发生真空电弧。触发电极1d的形成材料可使用作为高熔点金属的通用的Mo(熔点：2610℃)或W(熔点：3387℃)等。此外，可由碳材料、较为理想的是黑铅(石墨)形成触发电极1d。
在电弧放电部1中的真空室K的外周配置电弧稳定化磁场发生器1e和1f，使真空电弧的阴极点和利用电弧放电发生的等离子体P变得稳定。在将电弧稳定化磁场发生器1e和1f配置成对于等离子体P的施加磁场为彼此方向相反(尖端形)的情况下，等离子体P更为稳定。在使等离子体P的引出效率优先的情况或在与阴极面对置且不妨碍等离子体P的行进的位置上配置了阳极的情况下，也可将施加磁场配置成彼此方向相同(镜子形)。此外，在图1中在容器本体K的外周配置了电弧稳定化磁场发生器1e，但也可配置在容器本体K的端部中的阴极1a的绝缘导入端子1h附近。
利用该尖端形的施加磁场，在控制电弧阴极点的运动的同时，通过使等离子体P在发射方向上扩散(即扁平圆柱状)以确保阴极与阳极间的电流路径，使电弧放电变得稳定。再有，作为该磁场发生器1e和1f，通常使用电磁铁(电磁线圈)或永久磁铁。阴极1a、阳极1c和触发电极1d分别经绝缘导入端子1h与外部的电弧电源1i连接了。电弧电源1i使用通用的直流、脉冲或直流重叠脉冲电源。此外，在触发电极1d与电弧电源1i之间通常插入用于限制(调整)流过触发电极1d的电流的限制用电阻(1～10Ω)1m。
在等离子体加工部(处理部)5中也有不进行气体导入的情况，但也可连接气体导入系统(省略图示)和气体排出系统(省略图示)。作为这些系统，可使用通用的系统。将气体导入流量控制为恒定且控制排气流量，从而将容器整体的真空度(压力)控制为恒定。
导入气体可从电弧放电部1或等离子体加工部5导入，也可从等离子体加工部5和电弧放电部1这两者导入。在从等离子体加工部5和电弧放电部1这两者导入的情况下，可使气体的种类不同。而且，在不使用反应性气体作为导入气体的情况下，除了用于使压力保持为恒定的稀有气体(通常是Ar、He)之外，适当地使用反应性气体。
该反应性气体与以阴极材料等为源的蒸发粒子(等离子体P粒子)反应，可容易地形成复化合物膜。作为反应性气体，可从氮(N2)、氧(O2)、氢(H2)、碳化氢气体(C2H2、C2H4、CH4、C2H6等)、氧化碳气体(CO、CO2)的组适当地选择、使用1种或几种。为了控制反应性，也可混合上述稀有气体来调整反应性气体的浓度。此外，可将氩的蒸汽、有机金属气体或有机金属液体的蒸汽等作为反应性气体来使用。
在该等离子体加工装置中，在上述的基本结构中，刚放出之后的等离子体P通过磁场感应朝向等离子体加工部5在具备筒状行进路3的微滴除去装置4内弯曲地移动。与此同时，使等离子体P的发生时从阴极1a附带地产生的微滴D与在筒状行进路3内设置的孔窗6的壁面碰撞而除去。
从阴极发生的微滴D是电中性的，通常由于不受磁场的影响，故具有直进移动的特性。在该第1实施方式中，如图1中所示，在微滴除去装置4的筒状行进路3内在前后配置了2个在偏心的位置上具有通过孔6a的孔窗6。此外，在筒状行进路3中的始端侧和终端侧分别配置了具有中心通过孔6b的孔窗6A。再者，在连通主行进路2与筒状行进路3的连通路中配置了用于使等离子体P朝向筒状行进路3前进的电磁铁10A。此外，在筒状行进路3内的壁面上配置了多个微滴缓冲板16。
在等离子体P从主行进路2朝向筒状行进路3直进的情况下，混入等离子体P中的微滴D的一部分与在筒状行进路3的始端部设置的孔窗6A的壁面碰撞而被除去。此外，进入筒状行进路3内等离子体P被由斜行磁场发生器7产生的斜行磁场所感应，弯曲地通过孔窗6的偏心通过孔6a而前进，大的微滴D直进，与孔窗6的壁面碰撞而被除去。此外，伴随等离子体P的小的微滴D在等离子体P弯曲地通过孔窗6的偏心通过孔6a时向外侧飞出，与孔窗6的壁面碰撞而被除去。
斜行磁场发生器7在该第1实施方式中由在筒状行进路3的外周面上配置并发生直进磁场的电磁铁8和在电磁铁8的外周配置并发生径向磁场的永久磁铁9构成。用由电磁铁8产生的直进磁场和由永久磁铁9产生的径向磁场的合成得到的斜行磁场的合成形成斜行磁场，被该斜行磁场所感应，等离子体P弯曲地通过孔窗6的偏心通过孔6a而前进。
在图1中，在始端侧的孔窗6中，在左侧形成了偏心通过孔6a，在终端侧的孔窗6中，在右侧形成了偏心通过孔6a。此外，始端侧的永久磁铁9在图中在右侧配置了N极、在左侧配置了S极，终端侧的永久磁铁9在图中在左侧配置了N极、在右侧配置了S极。因而，在筒状行进路3的始端侧，形成从右侧朝向左侧的径向磁场，在终端侧形成从左侧朝向右侧的径向磁场。利用这些径向磁场与由电磁铁8产生的直进磁场的合成，在筒状行进路3的始端侧发生靠左的斜行磁场，在终端侧发生靠右的斜行磁场。从主行进路2直进的等离子体P在筒状行进路3的始端侧被靠左的斜行磁场所感应，向左弯曲以通过始端侧的孔窗6的偏心通过孔6a。在终端侧，被靠右的斜行磁场所感应，向右弯曲以通过终端侧的孔窗6的偏心通过孔6a。
从主行进路2经在筒状行进路3的始端部设置的孔窗6A的中心通过孔6b直进的大的微滴D与始端侧的孔窗6的壁面碰撞而被除去。此外，伴随等离子体P的小的微滴D因等离子体P的弯曲而向外飞出，与始端侧的孔窗6和终端侧的孔窗6的壁面碰撞而被除去。因而，可用不包含微滴D的纯度高的等离子体P处理等离子体加工部5的被处理物T的表面。此外，在连通筒状行进路3与等离子体加工部5的连通路中配置了用于使等离子体P朝向等离子体加工部5前进的电磁铁10。
图2是表示等离子体通过在筒状行进路内配置的孔窗的偏心通过孔的状态的说明图。如图2中所示，在等离子体P弯曲地通过在筒状行进路3内配置的孔窗6的偏心通过孔6a时，伴随等离子体P的小的微滴D在等离子体P的弯曲时向外飞出。在始端侧飞出的小的微滴D与孔窗6的表面碰撞而被除去。在终端侧飞出的小的微滴D与未图示的终端侧的孔窗6的表面碰撞而被除去。
图3表示在筒状行进路内配置的孔窗，(3A)是在左侧具有偏心通过孔的孔窗的立体图，(3B)是在右侧具有偏心通过孔的孔窗的立体图。如(3A)中所示，在筒状行进路3的始端侧配置的孔窗6中在图中在左侧形成了偏心通过孔6a，在始端侧等离子体P弯曲地通过该左侧的偏心通过孔6a。如(3B)中所示，在筒状行进路3的终端侧配置的孔窗6中在图中在右侧形成了偏心通过孔6a，在终端侧等离子体P弯曲地通过该右侧的偏心通过孔6a。
图4是由筒状行进路内的直进磁场和径向磁场合成的斜行磁场的说明图。如图4中所示，利用在筒状行进路3的外周面上配置的电磁铁8发生直进磁场B1，利用永久磁铁9发生径向磁场B2。利用这些直进磁场B1与径向磁场B2的合成形成斜行磁场B。等离子体P被该斜行磁场B所感应，通过孔窗6的偏心通过孔6a。
图5是由卷绕了线圈的马蹄形磁性体形成的径向磁场的说明图。(5A)表示了由1个马蹄形磁性体形成的径向磁场的说明图，(5B)表示了由2组马蹄形磁性体形成的径向磁场的说明图。如(5A)中所示，该马蹄形磁性体11由大致形成为圆弧状U字形的本体部11a和在该本体部11a的圆周方向中央部上卷绕的线圈11b形成。如果对线圈11b通电，则在本体部11a的一侧产生N极，在另一侧产生S极。通过使用该马蹄形磁性体11来代替永久磁铁9，可在筒状行进路3内发生径向磁场。如(5B)中所示，由2个马蹄形磁性体11、11产生的彼此的磁场正交的情况下，在X-X轴向和Y-Y轴向上分别发生径向磁场BX、BY。利用这些径向磁场BX、BY的合成形成斜行的合成磁场BA。因而，利用该合成磁场BA可将等离子体感应到上述孔窗6的偏心通过孔6a中。
图6是与X-X轴向和Y-Y轴向成直角或大致直角地配置了形成径向磁场的2组径向电磁铁的筒状行进路的剖面概略图。如图6中所示，在X-X轴向和Y-Y轴向上以彼此正交或大致正交的方式发生由2组径向电磁铁12A、12B产生的径向磁场BX、BY。利用使这些径向电磁铁12A、12B通电的电流和电流的方向调整上述径向磁场BX、BY的方向和强度以设定合成磁场BA的斜行角度和强度。因而，可形成适合于将等离子体感应到上述孔窗6的偏心通过孔6a中的合成磁场BA。例如通过使一方的电磁铁12A或12B的线圈的匝数增加或增大线圈电流，可使合成磁场BA的方向接近于电磁铁12A的径向磁场BX或电磁铁12B的径向磁场BY。因而，可使合成磁场的方向、强度的变更、调整变得容易，根据上述孔窗6的偏心通过孔6a的位置，可容易地形成合适的合成磁场BA。
图7是与X-X轴向和Y-Y轴向成直角或大致直角地配置了形成径向磁场的2组永久磁铁的筒状行进路的剖面概略图。如图7中所示，在2组永久磁铁9A、9B的磁极正交或大致正交的情况下，在X-X轴向和Y-Y轴向上分别发生径向磁场BX、BY。利用这些径向磁场BX、BY的合成形成斜向的合成磁场BA。因而，由合成磁场BA形成将等离子体感应到上述孔窗6的偏心通过孔6a中的磁场。
图8是表示第2实施方式的包含微滴除去装置的等离子体生成装置的剖面结构图。对上述第1实施方式中的同一构件、同一部位附以同一符号，省略其说明。如图8中所示，在该第2实施方式中，在构成微滴除去装置的筒状行进路3的外周面上配置的电磁铁8的外侧斜行地配置了斜行电磁铁12。将始端侧的斜行电磁铁12a形成为在始端侧配置其左侧、在终端侧配置其右侧。此外，对于终端侧的斜行电磁铁12b来说，在始端侧配置其右侧、在终端侧配置其左侧。
因而，在始端侧，在图中靠左地形成斜行磁场，在终端侧，在图中靠右地形成斜行磁场。伴随于此，在筒状行进路3的始端侧配置了在左侧具有偏心通过孔6a的孔窗6，在终端侧配置了在右侧具有偏心通过孔6a的孔窗6。此外，由于等离子体P的行进和微滴D的除去作用与上述的第1实施方式是同样的，故省略其说明。
图9是表示第3实施方式的包含微滴除去装置的等离子体生成装置的剖面结构图。此外，对上述第1实施方式和第2实施方式中的同一构件、同一部位附以同一符号，省略其说明。如图9中所示，在该第3实施方式中，在3个部位上配置了孔窗，在上述的第2实施方式的筒状行进路3的进一步的终端侧，配置了在左侧具有偏心通过孔6a的另一个孔窗6。此外，在该终端侧的配置了孔窗6的筒状行进路3的外周配置了斜行电磁铁12c。伴随弯曲地通过中央的孔窗6的等离子体P的小的微滴D随等离子体P的弯曲通过而向外侧飞出，与终端侧的孔窗6的壁面碰撞而被除去。因而，可用不包含微滴D的纯度更高的等离子体P处理等离子体加工部5的被处理物T的表面。
图10是表示包含第4实施方式的微滴除去装置的等离子体生成装置的剖面结构图。此外，对上述第1实施方式和第2实施方式中的同一构件、同一部位附以同一符号，省略其说明。如图10中所示，在该第4实施方式中，在主行进路2的前方连通地设置了微滴行进路13，在主行进路2与筒状行进路3之间设置了向垂直方向弯曲地连通的副行进路14。此外，在副行进路14的始端侧的外周面上和在微滴行进路13的始端侧的外周面上斜行地配置了弯曲用电磁铁15。此外，在副行进路14的外周面上配置了直进用电磁铁17。再者，在筒状行进路3的外周配置了斜行电磁铁12a、12b。
因而，从主行进路2直进的大的微滴D在微滴行进路13内行进而被除去，伴随在副行进路14中行进的等离子体P的小的微滴D与筒状行进路3内的2个孔窗6的壁面碰撞而被除去。按照该第4实施方式，因为大的微滴D朝向微滴行进路13直进而被除去，故通过筒状行进路3到达等离子体加工部5的被处理物T的表面的等离子体P的纯度非常高。因而，能以非常高的精度处理被处理物T的表面。
图11是表示包含第5实施方式的微滴除去装置的等离子体生成装置的剖面结构图。此外，对上述第1实施方式中的同一构件、同一部位附以同一符号，省略其说明。如图11中所示，在该第5实施方式中，在主行进路2的前方连通地设置了微滴行进路13，在主行进路2与筒状行进路3之间设置了向垂直方向弯曲地连通的副行进路14。此外，在副行进路14的始端侧的外周面上和在微滴行进路13的始端侧的外周面上斜行地配置了弯曲用电磁铁15。再者，在筒状行进路3的外周，在始端侧和终端侧配置了永久磁铁9。
因而，从主行进路2直进的大的微滴D在微滴行进路13内行进而被除去，伴随在副行进路14中行进的等离子体P的小的微滴D与筒状行进路3内的2个孔窗6的壁面碰撞而被除去。按照该第5实施方式，因为大的微滴D朝向微滴行进路13直进而被除去，故通过筒状行进路3到达等离子体加工部5的被处理物T的表面的等离子体P的纯度非常高。因而，能以非常高的精度处理被处理物T的表面。
本发明不限定于上述实施方式或变形例，在其技术的范围内包含不脱离本发明的技术的思想的范围中的各种变形例、设计变更等。
产业上利用的可能性
与本发明有关的等离子体生成装置中的微滴除去装置主要可在用于工业的等离子体加工装置中使用。例如，可合适地使用于在金属制或非金属制的被处理物表面上形成覆盖膜的表面处理加工。这些被处理物的材质、形状可以是任意的，可在该被处理物表面上漂亮地形成保护覆盖膜。

Claims (10)

1.一种等离子体生成装置中的微滴除去装置，所述等离子体生成装置在设置在真空环境下的电弧放电部进行真空电弧放电以产生等离子体，并除去在产生等离子体时从阴极附带地产生的阴极材料粒子即微滴，所述微滴除去装置的特征在于：
形成上述等离子体与上述微滴在混合状态下行进的筒状行进路，在上述筒状行进路内设置有1个以上的在偏心位置上具有通过孔的孔窗，且在上述筒状行进路的外周配置有用于使上述等离子体通过上述孔窗的偏心通过孔的磁场发生单元，利用基于该磁场发生单元的磁场，使上述等离子体在上述筒状行进路内弯曲地通过上述孔窗的偏心通过孔，构成为在上述弯曲时使上述微滴从上述等离子体分离，并使上述微滴与上述孔窗的壁面碰撞而将其除去。
2.如权利要求1所述的等离子体生成装置中的微滴除去装置，其特征在于：
在上述筒状行进路内设置了多个上述孔窗，使其位置互相错开地配置了相邻的上述偏心通过孔，构成为使伴随上述等离子体通过了始端侧的孔窗的偏心通过孔的上述微滴与下一个孔窗的壁面碰撞而被除去，而上述等离子体则通过上述下一个孔窗的偏心通过孔。
3.如权利要求1或2所述的等离子体生成装置中的微滴除去装置，其特征在于：
由斜行磁场发生器构成了上述磁场发生单元，该斜行磁场发生器在从上述筒状行进路的轴向斜行的方向上形成斜行磁场，并利用该斜行磁场使上述等离子体通过上述孔窗的偏心通过孔。
4.如权利要求3所述的等离子体生成装置中的微滴除去装置，其特征在于：
由在上述筒状行进路的外周面上斜行地配置的电磁铁或永久磁铁形成了上述斜行磁场发生器。
5.如权利要求3所述的等离子体生成装置中的微滴除去装置，其特征在于：
由在上述筒状行进路中发生直进磁场的直进磁场发生器和发生径向磁场的径向磁场发生器构成上述斜行磁场发生器，利用上述直进磁场和上述径向磁场的合成形成斜行磁场，利用该斜行磁场使上述等离子体弯曲地通过上述孔窗的偏心通过孔。
6.如权利要求5所述的等离子体生成装置中的微滴除去装置，其特征在于：
在上述筒状行进路的外周与X-X轴向和Y-Y轴向成直角或大致直角地配置了2组上述径向磁场发生器。
7.如权利要求5或6所述的等离子体生成装置中的微滴除去装置，其特征在于：
由在上述筒状行进路的外周面上配置的电磁铁形成了上述直进磁场发生器，由永久磁铁形成了上述径向磁场发生器。
8.如权利要求5或6所述的等离子体生成装置中的微滴除去装置，其特征在于：
由在上述筒状行进路的外周面上配置的电磁铁形成了上述直进磁场发生器，由卷绕了线圈的马蹄形磁性体形成了上述径向磁场发生器。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的等离子体生成装置中的微滴除去装置，其特征在于：
在上述筒状行进路的基端侧设置了主行进路，从该主行进路起附设了微滴在直进方向上行进的微滴行进路，同时在上述主行进路与上述筒状行进路之间附设了弯曲地连通的副行进路，构成为上述等离子体利用磁场朝向上述筒状行进路弯曲地在上述副行进路中行进。
10.一种等离子体生成装置中的微滴除去方法，所述等离子体生成装置在设置在真空环境下的电弧放电部进行真空电弧放电以产生等离子体，并除去在产生等离子体时从阴极附带地产生的阴极材料粒子即微滴，所述微滴除去方法的特征在于：
在等离子体与微滴在混合状态下行进的筒状行进路的中途配置具有偏心通过孔的孔窗，形成从该筒状行进路的轴向斜行的斜行磁场，利用该斜行磁场使上述等离子体弯曲地通过上述孔窗的偏心通过孔，以使上述等离子体与上述微滴分开，从而使上述微滴与上述孔窗的壁面碰撞而将其除去。
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