CN101518161B - 扩径管型等离子体生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种有效率地除去混入到等离子体中的微滴，而且能够简单并且廉价地构成微滴除去部，可望由高纯度等离子体提高成膜等的表面处理精度的等离子体生成装置。在等离子体行进路(5)中配置用来除去在产生等离子体时从阴极(4)副生的微滴的微滴除去部。该微滴除去部由形成等离子体行进路(5)的扩径管(3)、与扩径管(3)的等离子体导入侧始端连接的导入侧缩径管(34)、与扩径管(3)的等离子体排出侧终端连接的排出侧缩径管(39)和形成在扩径管(3)的始端及终端的阶梯部(40)构成。

Description

扩径管型等离子体生成装置
技术领域
本发明涉及通过在设定为真空环境下的电弧放电部进行真空电弧放电而产生等离子体，具备将在产生等离子体时从阴极副生的阴极材料粒子(以下称为“微滴”)除去的微滴除去部的等离子体生成装置。
背景技术
一般，在等离子体中，通过在固体材料的表面形成薄膜、或注入离子来改善固体的表面特性的技术已被公知。利用含有金属离子、非金属离子的等离子体形成的膜强化了固体表面的耐磨损性、耐腐蚀性，作为保护膜、光学薄膜、透明导电性膜等是有用的膜。特别是，利用了碳等离子体的炭素膜作为由金刚石结构和石墨结构的非晶形混合晶构成的类金刚石膜(称为DLC(Diamond-like carbon)膜)，利用价值很高。
作为产生含有金属离子、非金属离子的等离子体的方法，有真空电弧等离子体法。真空电弧等离子体是由在阴极和阳极之间生出的电弧放电所形成，阴极材料从存在于阴极表面上的阴极点蒸发，由该阴极蒸发物质形成的等离子体。另外，在作为环境气体导入了反应性气体或/及不活泼气体(称为惰性气体)的情况下，反应性气体或/及不活泼气体也同时被离子化。使用这样的等离子体，能够进行对固体表面的薄膜形成、离子的注入，进行表面处理。
一般，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(原子及分子)这样的真空电弧等离子体构成粒子的同时，还放出从亚微米以下到几百微米(0.01～1000μm)大小的被称为微滴的阴极材料微粒。但是，在成膜等表面处理中，成为问题的是微滴的产生。若该微滴附着在被处理物表面，则在被处理物表面形成的薄膜的均匀性丧失，成为薄膜的残次品。
作为解决微滴的问题的一个方法，具有磁过滤法(P.J.Martin，R.P.Netterfield and T.J.Kinder，Thin Solid Films 193/194(1990)77)(非专利文献1)。该磁过滤法是使真空电弧等离子体穿过弯曲的微滴捕集管路向处理部输送的方法。根据该方法，产生的微滴被附着捕获(捕集)在管路内周壁，在管路出口能够得到基本不含微滴的等离子体流。另外被构成为，通过沿管路配置的磁铁形成弯曲磁场，通过该弯曲磁场使等离子体流弯曲，将等离子体有效地引导至等离子体加工部。
在日本特开2002-8893号公报(专利文献1)中公开了具有微滴捕集部的等离子体加工装置。图13是以往的等离子体加工装置的构成概略图。在等离子体产生部102中，在阴极104和触发电极106之间生出电火花，使阴极104和阳极108之间产生真空电弧，生成等离子体109。在等离子体产生部102，连接用于产生电火花及真空电弧放电的电源110，配设使等离子体109稳定化的等离子体稳定化磁场产生器116a、116b。等离子体109从等离子体产生部102被引导至等离子体加工部112，通过上述等离子体109，对配置在等离子体加工部112的被处理物114进行表面处理。另外，通过与等离子体加工部112连接的气体导入系统Gt，根据需要导入反应性气体，通过气体排出系统Gh排出反应气体、等离子体流。
从等离子体产生部102放出的等离子体109在磁场作用下向与等离子体产生部102不面对的方向弯曲，流入等离子体加工部112。在与等离子体产生部102面对的位置，配设对产生等离子体109时从阴极副生的阴极材料微粒(微滴)118进行捕集的微滴捕集部120。因此，未受磁场的影响的微滴118向微滴捕集部120行进而被捕集，防止微滴118进入等离子体加工部112内。
专利文献1：日本特开2002-8893号公报
非专利文献1：P.J.Martin，R.P.Netterfield and T.J.Kinder，ThinSolid Films 193/194(1990)77
发明内容
虽然在图13所示的以往的等离子体加工装置中，未受上述磁场的影响的微滴118被微滴捕集部120捕集，但是，存在由于与等离子体109的相互作用等被附加了电荷的带电微滴被磁场向等离子体加工部112引导的情况。再有，未被微滴捕集部120捕集的、粒径小的微滴伴随着等离子体流，被引导到等离子体加工部112。因此，因为未被捕集而是混入到等离子体流的带电微滴、微小的微滴等微滴附着在被处理物表面，所以，产生了相对于被处理物表面的薄膜形成、表面改性的均匀性丧失，被处理物的表面特性降低的问题。
另外，即使是在非专利文献1记载的磁过滤法中，如上所述，由于是通过弯曲磁场，使等离子体流弯曲，有效地使等离子体向等离子体加工部移动的方法，所以，混入等离子体流的带电微滴、微小的微滴未被除去，而是被引导至等离子体加工部，不能防止对被处理物表面的碰撞或附着。
在最近的等离子体成膜技术中，虽然进行使用各种的材料的成膜，但是，要求提高成膜装置的平滑性等成膜精度。如上所述，由于微滴附着对成膜精度有很大的影响，所以，需要提高等离子体生成装置的微滴除去效率。另外，如图13所示，若大量设置微滴除去用磁场产生装置等，则产生了装置的复杂化，而且，还存在导致装置、成膜处理费用的成本提高的问题。
因此，本发明的目的是提供一种有效地除去混入到在等离子体生成装置中生成的等离子体中的微滴，而且能够简单并且廉价地构成微滴除去部，能够谋求高纯度等离子体所产生的成膜等的表面处理精度的提高的等离子体生成装置。
本发明是为了解决上述课题而提出的，本发明的第一方式是一种等离子体生成装置，所述等离子体生成装置具备在真空环境下进行真空电弧放电而产生等离子体的等离子体产生部，和供上述等离子体产生部产生的等离子体向被等离子体处理部侧行进的等离子体行进路，所述等离子体生成装置在上述等离子体行进路配置用来除去在产生等离子体时从阴极副生的微滴的微滴除去部，该微滴除去部由扩径管、与上述扩径管的等离子体导入侧始端连接的导入侧缩径管、与上述扩径管的等离子体排出侧终端连接的排出侧缩径管和形成在上述扩径管的上述始端及上述终端的阶梯部构成。
本发明的第二方式是在上述第一方式中，使上述导入侧缩径管及/或上述排出侧缩径管的管轴相对于上述扩径管的管轴以规定弯曲角倾斜配置，将上述导入侧缩径管及/或上述排出侧缩径管与上述扩径管的等离子体生成装置连接。
本发明的第三方式是在上述第一或第二方式中，上述导入侧缩径管及上述排出侧缩径管的管轴以相对于上述扩径管相互交叉的方式配置的等离子体生成装置。
本发明的第四方式是在上述第二或第三方式中，上述等离子体行进路具有连接在上述等离子体产生部的直行管，将上述导入侧缩径管相对于上述直行管垂直或大致垂直地连接，在上述直行管的终端配设微滴捕集部的等离子体生成装置。
本发明的第五方式是在上述第二至第四的任意一个方式中，上述扩径管由内周管和外周管构成，使上述内周管相对于上述外周管插拔自如的等离子体生成装置。
本发明的第六方式是在上述第五方式中，在上述内周管的内壁植设多个微滴捕集板的等离子体生成装置。
本发明的第七方式是在上述第六方式中，上述微滴捕集板的表面被实施了粗面加工的等离子体生成装置。
本发明的第八方式是在上述第七方式中，将上述微滴捕集板朝向上述导入侧缩径管斜行配置的等离子体生成装置。
本发明的第九方式是在上述第一至第八的任意一个方式中，在上述导入侧缩径管及上述排出侧缩径管配设微滴捕集用孔径限制部件(アパ一チヤ一)的等离子体生成装置。
本发明的第十方式是在上述第一至第九的任意一个方式中，通过缩径管连接多个上述扩径管的等离子体生成装置。
本发明的第十一方式是在上述第一至第十的任意一个方式中，在上述扩径管的截面周向至少设置一个以上产生旋转磁场的旋转磁场施加构件，通过该旋转磁场施加构件，对上述等离子体施加旋转磁场，一面使上述等离子体旋转，一面使上述扩径管行进，通过离心力除去上述微滴的等离子体生成装置。
本发明的第十二方式是在上述第十一方式中，上述旋转磁场施加构件由产生振动磁场的多个振动磁场产生器构成，通过这些振动磁场产生器产生相位及振动方向不同的多个振动磁场，由这些振动磁场合成上述旋转磁场的等离子体生成装置。
本发明的第十三方式是在上述第一至第十的任意一个方式中，被构成为，在上述扩径管内设置一个以上的在偏心位置具有通过孔的孔径限制部件，在上述扩径管的外周配设用于使上述等离子体通过上述孔径限制部件的偏心通过孔的磁场产生构件，在基于该磁场产生构件的磁场的作用下，上述等离子体在上述扩径管内弯曲而通过上述孔径限制部件的偏心通过孔，使上述微滴在上述弯曲时从上述等离子体分离，使上述微滴碰撞上述孔径限制部件的壁面而除去的等离子体生成装置。
本发明的第十四方式是在上述第十三方式中，被构成为，上述孔径限制部件在上述扩径管内设置多个，相邻的上述偏心通过孔位置相互错开地配置着，伴随上述等离子体通过了始端侧的孔径限制部件的偏心通过孔的上述微滴与下一个孔径限制部件的壁面碰撞而被除去，上述等离子体通过上述下一个孔径限制部件的偏心通过孔的等离子体生成装置。
本发明的第十五方式是在上述第十三或第十四方式中，上述磁场产生构件由斜行磁场产生器构成，该斜行磁场产生器在从上述扩径管的轴向开始斜行的方向形成斜行磁场，在该斜行磁场的作用下，使上述等离子体通过上述孔径限制部件的偏心通过孔的等离子体生成装置。
本发明的第十六方式是在上述第一至第十五的任意一个方式中，至少包含上述导入侧缩径管、上述扩径管及上述排出侧缩径管的等离子体运送用的管路部与上述等离子体产生部及上述被等离子体处理部电绝缘的等离子体生成装置。
本发明的第十七方式是在上述第一至第十六的任意一个方式中，对上述管路部施加偏压电压的等离子体生成装置。
本发明的第十八方式是在上述第一至第十七的任意一个方式中，将探针插入上述管路部内，或将上述管路部用作探针来测定等离子体的物理参量的等离子体生成装置。
本发明的第十九方式是在上述第一至第十八的任意一个方式中，上述等离子体行进路的有效全长、直径、弯曲数及弯曲角的总和的任意一个或其组合被设定成满足微滴降低条件的等离子体生成装置。
本发明的第二十方式是在上述第十九方式中，上述有效全长被设定为1600～900mm的等离子体生成装置。
本发明的第二十一方式是在上述第十九方式中，上述直径被设定为200～90mm的等离子体生成装置。
本发明的第二十二方式是在上述第十九方式中，上述弯曲数设定为3～1的等离子体生成装置。
本发明的第二十三方式是在上述第十九方式中，上述弯曲角的总和设定为150～90°的等离子体生成装置。
本发明的第二十四方式是在上述第一至第二十三的任意一个方式中，上述等离子体产生部中的电弧电流值被调整为140～30A的范围的等离子体生成装置。
根据本发明的第一方式，因为配置在上述等离子体行进路的微滴除去部由扩径管、与上述扩径管的等离子体导入侧始端连接的导入侧缩径管、与上述扩径管的等离子体排出侧终端连接的排出侧缩径管和形成在上述扩径管的上述始端及上述终端的阶梯部构成，所以，从上述导入侧缩径管导入到上述扩径管内的等离子体流由于上述扩径管的对上述等离子体行进路的扩径作用而被扩散。因为由于该等离子体流的扩散，混入到等离子体的微滴也在上述扩径管内扩散，所以，与上述阶梯部附近及上述扩径管的内侧壁碰撞，附着并被回收。另外，在上述扩径管内的等离子体流被排出时，通过从上述扩径管向上述排出侧缩径管的缩径作用，飞散到上述扩径管内壁面侧的微滴碰撞阶梯部，被附着、回收，不会合流到等离子体流，能够防止微滴的再混入。因此，能够使微滴附着在上述阶梯部附近及上述扩径管的内侧壁，充分地回收，能够在上述等离子体行进路中有效地除去微滴。另外，若使扩径管和导入侧缩径管及/或排出侧缩径管的中心轴不一致，而是偏心，则微滴容易从等离子体流分离，进一步提高了微滴的捕集效果。而且，仅通过在上述等离子体行进路上形成上述扩径管，就能够简单且廉价地构成微滴除去部，再有，使用通过提高微滴除去效率而得到的高纯度等离子体，能够提高成膜等的表面处理精度，显著提高被处理物表面的表面改性、所形成膜的均匀性。
在本发明中，即使不使上述导入侧缩径管及/或上述排出侧缩径管的管轴沿上述扩径管的管轴弯曲，而是配置成线状，也能够通过使用了上述扩径管的上述等离子体行进路的扩径作用及缩径作用，有效地回收、除去在上述扩径管内扩散的微滴。但是，根据本发明的第二方式，因为使上述导入侧缩径管及/或上述排出侧缩径管的管轴相对于上述扩径管的管轴以规定弯曲角倾斜配置，将上述导入侧缩径管及/或上述排出侧缩径管连接在上述扩径管，所以，通过等离子体行进路的弯曲，微滴直行，从等离子体流分离，碰撞上述扩径管的内壁面及/或上述排出侧缩径管的内壁面，能够附着、回收。在上述扩径管的内壁未被吸附，而是反射的微滴碰撞到阶梯部，能够附着回收，能够有效地进行微滴的除去。根据及/或这样的用语，上述弯曲可以仅设置在导入侧、仅设置在排出侧或设置在导入侧和排出侧这两侧。因此，能够高效率地将混入到等离子体流的微滴分离，能够通过上述排出侧缩径管，排出高纯度化的等离子体流，谋求提高微滴除去效率。另外，通过使导入例缩径管和扩径管的管轴偏心，或使排出侧缩径管和扩径管的管轴偏心，与管轴一致的情况相比，提高了微滴回收效率，这正如前面所述。
在使上述导入侧缩径管及上述排出侧缩径管的管轴向相互平行或大致平行地平行配置的情况下，存在不能将混入到在上述扩径管内流通的等离子体流的中心附近的微滴分离，而是使之通过上述排出侧缩径管，一直流通到被等离子体处理部侧的可能性。但是，根据本发明的第三方式，因为上述导入侧缩径管及上述排出侧缩径管的管轴以相对于上述扩径管相互交叉的方式配置，所以，由上述扩径管排出的等离子体流碰撞与上述导入侧缩径管交叉的朝向的上述排出侧缩径管内壁，一面曲折行进，一面逐渐在上述排出侧缩径管内流通。因此，因为即使在碰撞到上述阶梯部附近及上述扩径管的内侧壁，附着、回收了微滴后，混入到等离子体流的中心附近的微滴被上述扩径管排出，微滴直行碰撞到上述排出侧缩径管内壁，附着，被回收，所以，能够更高效率地除去微滴。
根据本发明的第四方式，因为上述等离子体行进路具有连接在上述等离子体产生部的直行管，将上述导入侧缩径管相对于上述直行管垂直或大致垂直地连接，在上述直行管的终端配设微滴捕集部，所以，在上述等离子体产生部产生的微滴的一部分沿上述直行管直行，被上述微滴捕集部捕集、回收。因此，因为除去了微滴的一部分的等离子体流通过等离子体行进路的弯曲作用流入在相对于上述直行管垂直或大致垂直地连接的上述导入侧缩径管，所以，通过与有关本发明的等离子体行进路的微滴除去部产生的微滴除去的累加效果，能够高效率地除去微滴。
在将微滴除去部设置在等离子体行进路的情况下，需要进行附着在内壁的微滴的剥离回收导致的清扫，在清扫时，伴随有等离子体行进路的分解等，产生了等离子体生成装置的工作效率降低的可能性。因此，根据本发明的第五方式，因为在上述扩径管中，使上述内周管相对于上述外周管插拔自如，所以，能够随时更换被微滴污染的上述内周管，提高了微滴清扫作业性，不会降低等离子体生成装置的工作效率，能够顺畅地进行等离子体生成处理。在上述内周管的内面形成多个微滴捕集板，拔出内周管，容易进行微滴捕集板的清扫、修理。虽然也可以使内周管与外周管电导通，但是，若隔着绝缘环等绝缘材料，将内周管固定在外周管，则内周管和外周管被电绝缘。
根据本发明的第六方式，因为在上述内周管的内壁植设多个微滴捕集板，所以，增大了在上述扩径管内的微滴附着表面积，能够大量且切实地附着、回收飞散微滴，能够实现等离子体流的高纯度化。
虽然若在等离子体行进路设置多个有关上述第六方式的微滴捕集板，就能够增大微滴除去面积，但是，由于行进路形状、内径等形态条件，产生了在设置数量上产生界限的课题。针对该课题，本发明者认真研究的结果是，着眼于通过对上述微滴捕集板的表面进行粗面加工，能够使微滴容易附着在该粗面上，谋求提高微滴的捕集率这一点。即，根据本发明的第七方式，因为上述微滴捕集板的表面被实施了粗面加工，所以，上述微滴捕集板的捕集面积和附着强度增大，可望提高捕集效率、提高微滴除去效率。
虽然将上述微滴捕集板以与管轴正交的方式相对于上述内周管的内壁植设，也有捕集效果，但是，根据本发明的第八方式，因为将上述微滴捕集板朝向上述导入侧缩径管斜行配置，所以，在微滴捕集板间增加了微滴的再反射捕集概率，逃散的微滴减少，另外，接受流入到上述扩径管内的微滴的面积增多，上述微滴捕集板的捕集效率提高，更进一步有助于微滴除去效率的提高。
根据本发明的第九方式，因为在上述导入侧缩径管及上述排出侧缩径管配设微滴捕集用孔径限制部件，所以，例如缩小等离子体行进路的管径，或使用通过偏心使开口形状变形的孔径限制部件，在等离子体行进路的始端及终端捕集直行的微滴，有助于微滴除去效率的提高。
根据本发明的第十方式，因为通过缩径管，连接多个上述扩径管，所以，能够遍及多个阶段除去微滴，能够生成高纯度的等离子体流。在该情况下，若使扩径管和扩径管的管轴偏心，则提高微滴捕集效率的情况如上所述。
根据本发明的第十一方式，因为在混合了微滴的等离子体所行进的扩径管内的截面周向配置产生旋转磁场的旋转磁场施加构件，通过上述旋转磁场，上述微滴混合等离子体一面旋转，一面行进，所以，能够通过离心力，从该微滴混合等离子体分离出上述带电微滴、微小的微滴。上述微滴混合等离子体一面旋转，一面在上述筒状行进路的截面周向弯曲地行进，旋转半径逐渐扩大。再有，若行进到没有施加上述旋转磁场的区域，则通过施加给上述扩径管的终端侧或整体的直行方向的磁场，靠近上述扩径管的中心轴，或向上述扩径管的终端直行。上述微滴由于质量比等离子体构成粒子大，所以，不能追循急剧的等离子体流的行进方向的变化，因此，能够通过惯性力，使上述微滴碰撞上述扩径管内的壁面，进行除去。即，从固定在上述旋转磁场的旋转坐标系来看，由于上述微滴受到与旋转磁场和质量成比例的离心力，所以，通过该离心力，能够将上述微滴从上述微滴混合等离子体分离，形成高纯度的等离子体流。
另外，通过增大磁场，能够除去微小的微滴，具有大的质量的带电微滴也能够通过上述离心力高效率地除去。因此，有关本发明的微滴除去装置能够在被处理物表面形成高纯度的薄膜，能够对上述被处理物表面进行均匀的表面改性。另外，由于通过调整磁场强度，能够将上述微滴混合等离子体所行进的路径设定成所希望的尺寸，所以，能够使微滴除去装置小型化。
再有，在通过与由扩径管外周的直行磁场产生器产生的直行磁场的电磁相互作用，使等离子体流沿直行磁场的方向一面描绘螺旋轨道一面行进的情况下，通过将向上述等离子体的旋转方向旋转的旋转磁场施加给上述微滴混合等离子体，能够增大作用于上述微滴的离心力。因此，能够高效率地从上述微滴混合等离子体分离并除去上述微滴。
根据本发明的第十二方式，因为上述旋转磁场施加构件由产生振动磁场的多个振动磁场产生器构成，通过这些振动磁场产生器产生相位及振动方向不同的多个振动磁场，由这些振动磁场合成上述旋转磁场，所以，能够高精度地控制该旋转磁场。上述振动磁场产生器由电磁铁构成，通过调整安装位置和施加电压，能够自由地调节振动磁场的相位、振幅、振动频度及振动方向，通过将多个振动磁场组合，能够合成所希望的旋转磁场。即，能够根据上述扩径管的形状、大小或等离子体、微滴的特性、状态，施加合适的旋转磁场，能够自由地设定旋转磁场的旋转方向、强度等。因此，在等离子体流一面沿行进方向描绘螺旋轨道，一面行进的情况下，能够根据上述等离子体流的旋转方向，自由地选择旋转磁场的旋转方向。另外，各振动磁场产生器的配置只要是能合成所希望的旋转磁场即可，若将振动磁场产生器沿等离子体行进方向配置成多段，则能够通过离心力，更有效率地除去微滴。
在上述旋转磁场施加构件由两个振动磁场产生器构成的情况下，由于能够以这些振动磁场正交或大致正交的方式配设上述振动磁场产生器，所以，若将两个振动磁场分别作为X轴成分及Y轴成分，则能够合成各种旋转磁场。
在上述正交或大致正交的两个振动磁场的相位差被设定在90°或大致90°的情况下，能够通过上述两个振动磁场，轻易地控制旋转磁场，能够产生稳定的旋转磁场。若将上述两个振动磁场的振幅设定为相同，则能够将旋转磁场的强度维持在一定，能够使上述微滴混合等离子体一面圆形旋转，一面在筒状行进路内行进。在沿上述微滴混合等离子体的行进方向，将多个旋转磁场施加构件配设在上述筒状行进路的情况下，能够遍及多个段，除去微滴，能够供给高纯度的等离子体流。
若由上述多个旋转磁场施加构件施加的各旋转磁场的相位被设定成相同相位，则能够简单地控制多个旋转磁场施加构件。即，能够将与上述多个旋转磁场施加构件连接的控制装置都设定成相同条件，能够简单地调整多个旋转磁场。
因为若将由上述多个旋转磁场施加构件施加的各旋转磁场的相位设定成沿上述微滴混合等离子体的行进方向交互地相差180°或大致180°，则上述微滴混合等离子体弯曲的方向交互地为相反方向，所以，能够使由离心力分离的微滴的放出方向交互反转，能够防止被分离的微滴再次混入上述微滴混合等离子体。
在上述振动磁场产生器由卷绕了线圈的马蹄形磁性体形成的情况下，由于能够向扩径管内施加从线圈的两端产生的磁场，能够通过卷绕在上述磁性体来增强磁场，所以，能够高效率地产生振动磁场。因此，能够将线圈本身的感应系数设定得小，能够增大振动磁场的最大振动频度。再有，能够通过上述马蹄形磁性体，放出从线圈产生的热量。
根据本发明的第十三方式，在扩径管内设置一个以上的孔径限制部件，在该孔径限制部件的偏心位置设置通过孔。通过配设在扩径管的外周的磁场产生构件，形成磁力线弯曲状地通过上述偏心通过孔的磁场。由于构成等离子体的+离子、电子是电荷粒子，所以，该等离子体一面卷绕在磁力线上，一面弯曲通过偏心通过孔。因为与等离子体相伴的微滴不具有电荷，所以，在等离子体弯曲通过孔径限制部件的偏心通过孔时，因其惯性而直行，向外侧飞出，碰撞到孔径限制部件的壁面，被除去。因此，仅通过基本没有混入微滴的等离子体，就能够对配置在扩径管的前方的被处理物的表面进行处理。象这样，由于仅通过基本没有混入微滴的等离子体，对被处理物的表面进行处理，所以，能够在被处理物的表面形成高纯度的覆膜。
另外，由于仅仅是在扩径管内配设孔径限制部件，所以，能够对附着了微滴的孔径限制部件的壁面、筒状行进路的壁面轻易地进行拆修，能够简单地进行去除附着的微滴的作业。象这样，能够使微滴除去装置整体的结构简单化，能够廉价且容易地制作装置。
根据本发明的第十四方式，在扩径管内设置多个孔径限制部件，使相邻的孔径限制部件的偏心通过孔的位置相互错开地配置。因此，伴随着等离子体通过了第一段孔径限制部件的偏心通过孔的小的微滴在等离子体弯曲通过偏心通过孔时，因其惯性而直行，向外侧飞出，碰撞到第二段的孔径限制部件的壁面，被除去。能够在等离子体弯曲通过第三段的孔径限制部件时，进一步除去伴随着等离子体的小的微滴。象这样，通过多段设置孔径限制部件，能够减少伴随着等离子体的微滴，能够通过纯度更进一步高的等离子体，对配置在筒状行进路的前方的被处理物的表面进行处理。再有，相邻孔径限制部件的偏心通过孔当然可以在周向错开180度位置配置，但也可以任意选择错开90度或60度等的角度。另外，还可以在径向错开地形成孔径限制部件的偏心通过孔的位置。
根据本发明的第十五方式，因为磁场产生构件由斜行磁场产生器构成，所以，通过该斜行磁场产生器，形成磁力线弯曲状地通过偏心通过孔那样的斜行磁场。由于是通过斜行磁场产生器形成斜行磁场，所以，能够将该斜行磁场与孔径限制部件的偏心通过孔吻合，自由地进行调整，能够切实地将等离子体流向该偏心通过孔引导。
在上述斜行磁场产生器由斜行配置在筒状行进路的外周面的电磁铁或永久磁铁形成的情况下，形成磁力线弯曲状地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，能够通过增多线圈的卷数，形成强力的斜行磁场。通过改变线圈的卷数，来改变线圈电流，仅以此能够简单地对磁场的强度进行大小控制。通过使电磁铁的倾斜发生变化，能够简单地变更、调整斜行磁场的角度。通过作为上述电磁铁使用超导磁铁(将超导线作成线圈的电磁铁)，能够基本没有能损耗地产生强磁场。另外，在由永久磁铁形成斜行磁场的情况下，通过调整永久磁铁的朝向，能够形成与孔径限制部件的偏心通过孔一致的位置的斜行磁场。再有，能够自由地选择在扩径管的外周配置的永久磁铁的N极和S极的位置，能够简单地安装该永久磁铁的N极和S极。
若通过由直行磁场产生器产生的直行磁场和由径向磁场产生器产生的径向磁场的合成来形成斜行磁场，则该斜行磁场形成在磁力线弯曲状地通过偏心通过孔的位置。通过增大径向磁场，能够形成弯曲大的等离子体流，在通过偏心通过孔时，能够切实地遮蔽除去微滴。若上述径向磁场产生器在筒状行进路的外周，与X-X轴向和Y-Y轴向呈直角或大致直角配设两组，则能够通过将X-X轴向和Y-Y轴向的磁场设定在规定的强度，来形成具有希望的朝向和强度的合成磁场。因此，能够形成将等离子体向孔径限制部件的偏心通过孔引导的合成磁场。另外，在两组径向磁场产生器由电磁铁形成的情况下，通过增加电磁线圈的卷数或调整线圈电流，能够自由地控制合成磁场的朝向及强度。因此，能够恰当地设定孔径限制部件的偏心通过孔的位置，轻易地形成适合该偏心通过孔的位置的合成磁场。
根据本发明的第十六方式，至少包含有上述导入侧缩径管和上述扩径管及上述排出侧缩径管的等离子体运送用的管路部与上述等离子体产生部及上述被等离子体处理部电绝缘。即，管路部是指除上述等离子体产生部及上述被等离子体处理部以外的本装置的等离子体运送用配管的整个区域，在大多情况下，管路部的整体具有电导通性。然而，虽然在通过绝缘材料，将内周管插入扩径管的内部的情况下，内周管与其它的管路部为电浮动状态，但在该情况下，也是内周管构成管路部。被等离子体处理部是对等离子体处理物进行表面处理的加工部。在管路部的始端侧和等离子体产生部之间夹装绝缘用板，在管路部的终端侧和被等离子体处理部之间夹装绝缘用板，仅以此实现电绝缘。通过该电绝缘，能够使管路部(等离子体运送部)电浮动。通常，由于等离子体产生部被设定在高电位，被等离子体处理部接地，所以，通过上述电绝缘，管路部能够保持在离开高电位及GND的浮动状态。通过该电浮动性，针对等离子体的电磁作用被消去，针对等离子体的运送效率的影响消失，即使管路部的全长增长，也能够抑制管路部的等离子体量及等离子体密度的降低，能够防止等离子体运送效率的降低。
根据本发明的第十七方式，由于对上述管路部施加偏压电压，所以，通过调整管路部的偏压电位，可以抑制等离子体的衰减，能够增加等离子体运送效率。管路部的电位有为+的情况和为-的情况。另外，插入到扩径部中的内周管也包含在管路部。在对扩径部施加偏压电位的情况下，最好对与等离子体接触的内周管施加。尤其是在内周管和外周管电绝缘的情况下，向内周管施加偏压电位。施加方式可以恰当地选择，可以对内周管和外周管之间施加偏压电压，还可以向内周管和GND之间施加偏压电压等。在为+电位的情况下，+离子被排斥而向运送方向被推出，在为-电位的情况下，电子被排斥而向运送方向被推出。施加+、-哪个电位，是以增加等离子体运送效率的方式进行选择的。另外，对电位的大小也进行各种调节，选择使等离子体运送效率增加的电位强度。
根据本发明的第十八方式，能够将探针插入上述管路部内或将上述管路部作为探针使用，测定等离子体的物理参量。等离子体物理参量是离子密度、电子密度、等离子体移动速度、等离子体温度等等离子体参数。若将上述探针插入管路部内，则存在着在等离子体流引起扰乱的情况，尽量调整至难以引起扰乱的探针的大小。插入的探针的个数可以进行一根、两根等各种选择。为了避免该扰乱，也可以不插入上述探针，而是将管路部本身作为探针使用。施加给上述探针或作为探针被使用的管路部的电位的极性可选择+或-，对该电位强度也可以进行各种调整。另外，由于等离子体具有导通性，所以，等离子体电位被施加在与该等离子体接触的管路部。因此，能够完全不施加外部电压，通过测量管路部和GND之间的电压，从施加在上述管路部的等离子体电位测定等离子体参数。也有从探针输出的波形、峰值等值与上述等离子体参数直接对应的情况，另外，也可以通过规定的计算，导出等离子体参数。探针测量中应用的技术手段当然可以根据等离子体的状态进行调节。
在直至本发明的实现的过程中，本发明者获得了为实现微滴降低条件的目标，上述等离子体行进路的有效全长、直径、弯曲数及弯曲角的总和的任意一个或其组合等形态因素为有效要素这样的知识。因此，根据本发明的第十九方式，因为上述等离子体行进路的有效全长、直径、弯曲数及弯曲角的总和的任意一个或其组合被设定成满足微滴降低条件，所以，能够进一步提高设置在上述等离子体行进路的上述微滴除去部的微滴除去效果。
根据本发明的第二十方式，通过将作为上述有效要素之一的上述有效全长设定为1600～900mm，能够进一步提高设置在上述等离子体行进路的上述微滴除去部的微滴除去效果。
根据本发明的第二十一方式，通过将作为上述有效要素之一的上述直径设定为200～90mm，能够进一步提高设置在上述等离子体行进路的上述微滴除去部的微滴除去效果。
根据本发明的第二十二方式，通过将作为上述有效要素之一的上述弯曲数设定为3～1，能够进一步提高设置在上述等离子体行进路的上述微滴除去部的微滴除去效果。
根据本发明的第二十三方式，通过将作为上述有效要素之一的上述弯曲角的总和设定为150～90°，能够进一步提高设置在上述等离子体行进路的上述微滴除去部的微滴除去效果。
本发明者获知，在上述有效要素的形态因素之外，上述等离子体产生部中的电弧电流值也能在微滴除去时成为有效要素。即，根据本发明的第二十四方式，通过将上述等离子体产生部的电弧电流值在140～30A的范围进行调整，能够进一步提高设置在上述等离子体行进路的上述微滴除去部的微滴除去效果。
附图说明
图1是有关本发明的等离子体生成装置的实施例的概略构成图。
图2是具有微滴捕集板38的内周管36的局部放大剖视图。
图3是微滴捕集板38及其构造体的概略说明图。
图4是表示等离子体行进路的有效全长L(mm)、直径D(mm)、弯曲数NB和微滴向每单位面积的被处理物的附着数的关系的图表。
图5是表示等离子体行进路的弯曲角的总和θ(°)及电弧电流值I(A)和微滴除去率的相关关系的图表。
图6是多个扩径管的概略配置构成图。
图7是表示两个扩径管的更多样的连接形态的概念图。
图8是有关本发明的等离子体生成装置的其它实施例的概略构成图。
图9是形成在扩径管3的旋转磁场的说明图。
图10是有关本发明的等离子体生成装置的另外的其它的实施例的概略构成图。
图11是表示等离子体通过配设在扩径管内的孔径限制部件的偏心通过孔的状态的说明图。
图12是具有配设在扩径管内的偏心通过孔的孔径限制部件的说明图。
图13是以往的等离子体加工装置的构成概略图。
符号说明
1   等离子体生成装置
2   等离子体产生部
3   扩径管
3a  壁面
4   阴极
5   等离子体行进路
6   触发电极
7   连结行进路
7a  主折曲部
7b  导入折曲部
7c  排出折曲部
8   阳极
9   微滴混合等离子体
9a  等离子体流
9b  等离子体流
10  电弧电源
12  等离子体加工部
14  被处理物
16  等离子体稳定化磁场产生器
18  微滴
20  微滴捕集部
22  振动磁场产生器
22a 振动磁场产生器
23  径向磁场产生器
23a 径向磁场产生器
24  直行磁场产生器
25  孔径限制部件
25a 偏心通过孔
26  第一磁场产生器
27  阴极保护器
28  弯曲磁场产生器
30  第二磁场产生器
31  第三磁场产生器
32  微滴行进路
33  微滴捕集板
34  导入侧缩径管
35  外周管
36  内周管
37  缩径管用微滴捕集板
38  微滴捕集板
38a 粗面
39  排出侧缩径管
40  阶梯部
41  直行管
42  等离子体产生部侧绝缘板
44  加工部侧绝缘板
46  绝缘材料
48  偏压电源
49  探针电源
50  孔径限制部件
51  孔径限制部件
102 等离子体产生部
104 阴极
106  触发电极
108  阳极
109  等离子体
110  电源
112  等离子体加工部
114  被处理物
116a 等离子体稳定化磁场产生器
116b 等离子体稳定化磁场产生器
118  阴极材料微粒(微滴)
120  微滴捕集部
200  扩径管
201  扩径管
202  中继缩径管
203  导入侧缩径管
204  排出侧缩径管
具体实施方式
下面，根据附图，详细说明有关本发明的等离子体生成装置的实施方式。在本发明中，附设了对被处理物进行加工的等离子体加工部(被等离子体处理部)的装置和没有附设等离子体加工部的装置这两者都作为等离子体生成装置被包含。也可以将具有等离子体加工部的等离子体生成装置称为等离子体加工装置。
图1是有关本发明的等离子体生成装置的概略构成图。图示的等离子体生成装置1由等离子体产生部2、等离子体加工部12及等离子体行进路5构成。在等离子体行进路5配置除去在产生等离子体时从阴极4副生的微滴的微滴除去部。该微滴除去部由形成等离子体行进路5的扩径管3、连接在扩径管3的等离子体导入侧始端的导入侧缩径管34、与扩径管3的等离子体排出侧终端连接的排出侧缩径管39、形成在扩径管3的始端及终端的阶梯部40构成。在导入侧缩径管34的前段，连接着连结行进路7。
从等离子体产生部2开始在前方配设直行管41，从该直行管41开始通过90°的弯曲角θ1的主折曲部7a设置上述连结行进路7。从该连结行进路7的主折曲部7a开始，在前方在上述直行管41内形成微滴行进路32。扩径管3和导入侧缩径管34通过导入折曲部7b以交叉的方式连接，在该实施例中，上述导入折曲部7b的弯曲角θ2为30°。另外，排出侧缩径管39和扩径管3的弯曲角θ3也设定为30°，弯曲角的总和θ(＝θ1+θ2+θ3)为150°。扩径管3由内周管36和外周管35构成。外周管35与等离子体流的行进无关，是内周管36的保护部件，内周管36隔着绝缘环等绝缘材料46安装在外周管35内，内周管36和外周管35电绝缘。内周管36的构成是与绝缘材料46一体地从外周管35分离并被取出，相对于外周管35插拔自如地被安装。
等离子体产生部2具备阴极(负极)4、触发电极6、阳极(正极)8、电弧电源10、阴极保护器27、等离子体稳定化磁场产生器(电磁线圈或磁铁)16。阴极4是等离子体构成物质的供给源，其形成材料只要是具有导电性的固体，就没有特别限定，能够将金属单体、合金、无机单体、无机化合物(金属氧化物、氮化物)等单独或混合两种以上使用。阴极保护器27是对蒸发的阴极表面以外进行电绝缘，防止在阴极4和阳极8之间产生的等离子体向后方扩散的部件。阳极8的形成材料只要是即使在等离子体温度也不会蒸发、非磁性的材料的具有导电性的固体，就没有特别限定。另外，阳极8的形状只要不是隔断电弧等离子体的整体的行进的形状，就没有特别限定。再有，等离子体稳定化磁场产生器16配置在等离子体产生部2的外周，使等离子体稳定化。在以针对等离子体的施加磁场互为相反方向(尖形)的方式配置电弧稳定化磁场产生器16的情况下，等离子体更加稳定化。另外，等离子体产生部2和直行管41被构成为，由等离子体产生部侧绝缘板42电绝缘，即使对等离子体产生部2施加高电压，从直行管41开始前方部也为电浮动状态，等离子体在等离子体行进路内没有受到电的影响。另外，在排出侧缩径管39和等离子体加工部12之间也夹装加工部侧绝缘板44。其结果为，从直行管41到排出侧缩径管39的等离子体运送用的管路部的整体被设定为电浮动状态，以运送的等离子体不受外部电源(高电压、GND)的影响的方式被构成。
在内周管36连接偏压电源48，能将内周管36设定为+电位或设定为-电位。在内周管36的偏压电位为+电位的情况下，有将等离子体中的+离子向运送方向推出的效果，在为-电位的情况下，有将等离子体中的电子向运送方向推出的效果。选择+、-哪一个是按不使等离子体运送效率降低的方向进行选择的，根据等离子体的状态判断。电位强度也是可变的，通常，从运送效率的观点出发，选择将内周管36设定为+15V。
另外，在外周管35连接探针电源49，与外周管35导通的上述管路部的电位被调节。因为等离子体本身具有等离子体电位，所以，管路部的电位成为上述探针电位与等离子体电位重叠的合成电位。若在管路部和GND之间连接示波器，则上述合成电位的波形被测定，能够从该峰值、周期等测定等离子体参数。在没有连接探针电源的情况下，管路部的电位成为上述等离子体电位，通过在管路部和GND之间连接示波器，能够测量等离子体电位。由于等离子体本身具有导通性，所以，管路部的电位反映了等离子体电位，因此，能够理解上述内容。
在等离子体产生部2中，在阴极4和触发电极6之间生出电火花，在阴极4和阳极8之间产生真空电弧，生成等离子体。该等离子体的构成粒子与来自上述阴极4的蒸发物质、以蒸发物质和反应气体为起源的荷电粒子(离子、电子)一起，包含等离子体前状态的分子、原子的中性粒子。另外，在放出等离子体构成粒子的同时，还放出从亚微米以下到几百微米(0.01～1000μm)大小的微滴18。该微滴18形成与等离子体流的混合形态，作为微滴混合等离子体9，在等离子体行进路7内移动。
在配置于等离子体行进路5的微滴除去部，通过从导入侧缩径管34导入到扩径管3内的等离子体流通过扩径管3产生的等离子体行进路的扩径作用被扩散。虽然该等离子体流9b扩散，但是，混入到等离子体的微滴由于直行，所以，一面碰撞扩径管3的管内壁面，一面向扩径管3的内部扩散。通过该扩散，在等离子体流的中心部分微滴减少，转变为大量微滴分布在等离子体流体的外周的状态。通过该分布变化，微滴18碰撞阶梯部40附近及内周管36的内壁面，被附着、回收。另外，在排出内周管36内的等离子体流时，通过从内周管36到排出侧缩径管39的缩径作用，能够防止飞散到内周管36内侧壁侧的微滴合流在等离子体流9b，再次混入的情况。虽然从排出折曲部7c飞出的微滴18直行，碰撞排出侧缩径管39的内壁面被回收，但是，等离子体流9b由于磁场沿排出折曲部7c弯曲，与微滴18分离。其结果为，由于大部分微滴18从等离子体流9b分离被捕集，所以，纯粹的等离子体9a向等离子体加工部12供给。因此，使微滴附着在阶梯部40附近及内周管36的内侧壁，能够充分回收，能够在等离子体行进路5中有效率地除去微滴。而且，仅通过在等离子体行进路5形成扩径管3，就能够简单且廉价地构成微滴除去部，再有，能够将通过微滴除去效率的提高所得到的高纯度等离子体向等离子体加工部12导入，提高成膜等的表面处理的加工精度，进一步提高被处理物表面的表面改性、形成膜的均匀性。导入侧缩径管34及排出侧缩径管39的内径相同，扩径管3的内周管36相对于它们的扩径程度，相对于前者为大约1.2～3倍程度即可。
因为在扩径管3中使内周管36相对于外周管35插拔自如，所以，能够随时更换被微滴污染的内周管36，能够提高微滴清扫作业性，不会降低等离子体生成装置的工作效率，能够顺畅地进行等离子体生成处理。
导入侧缩径管34及排出侧缩径管39各自的管轴相对于扩径管3的管轴以规定弯曲角θ(θ2+θ3＝60°)倾斜配置，各自的针对扩径管3的接合面为椭圆形状。据此，因为形成由导入侧缩径管34、排出侧缩径管39及扩径管3产生的弯曲型等离子体行进路，所以，能够使在扩径管3内扩散的微滴更有效地碰撞阶梯部40附近及扩径管3的内侧壁，进行附着、回收。因此，能够高效率地将混入到等离子体流的微滴分离，使高纯度化的等离子体流从上述排出侧缩径管排出，能够谋求提高微滴除去效率。
在本实施方式中，是将导入侧缩径管34及排出侧缩径管39的管轴相对于扩径管3的始端及终端以相同的朝向连接的平行配置(θ2＝30°、θ3＝30°)的情况。另外，因为例如若使排出侧缩径管39的管轴相对于扩径管3的管轴向反方向30°倾斜(θ3＝-30°)，则成为将导入侧缩径管34及排出侧缩径管39的管轴相对于扩径管3的始端及终端相互交叉的交叉配置(θ2＝30°、θ3＝-30°)，所以，由扩径管3排出的等离子体流碰撞相对于导入侧缩径管34交叉的朝向的排出侧缩径管39内壁，能够一面曲折行进，一面在排出侧缩径管内流通。因此，与上述平行配置的情况相比，即使在碰撞到阶梯部40附近及内周管36的内侧壁，附着、回收了微滴后，混入等离子体流的中心附近的微滴由内周管36排出，也因为微滴直行，碰撞排出侧缩径管内壁39，被附着回收，所以，能够更高效率地除去微滴。
图2是具有微滴捕集板38的内周管36的局部放大剖视图。在内周管36的内壁植设多张微滴捕集板38。虽然微滴捕集板38的倾斜角α在15～90°的范围设定，但根据经验，30～60°合适，在该实施例中，设定为α＝45°。在该倾斜角中，从等离子体流9b分离的微滴18如图所示那样，能够一面在微滴捕集板38多重反射，一面切实地附着回收。
图3是微滴捕集板38的结构的一部分的剖视图，(3A)是其局部剖视图，(3B)是一张微滴捕集板38的外观图。通过多张的微滴捕集板38，增大在内周管36内的微滴附着表面积，能够大量且切实地附着、回收飞散微滴。因为在等离子体行进路中，由于内周管36的管长造成的限制，微滴捕集板38的设置张数受到制约，所以，为了增大微滴除去面积，而对微滴捕集板38的表面进行粗面加工，形成具有无数的凹凸的粗面38a。由于微滴捕集板38的表面成为粗面38a，所以，微滴捕集板38的捕集面积增大，能够提高捕集效率。另外，与凹部碰撞的微滴18被切实地固定在凹部，明显增加了微滴捕集效率。粗面加工38a可以使用折痕加工、皱纹加工。作为折痕加工方法，例如使用利用研磨纸进行的研磨处理。皱纹加工方法例如使用利用氧化铝、硬粒、网格、玻璃珠等进行的喷丸处理，特别是利用压缩空气等使数微米粒子加速，进行喷嘴喷射的微喷丸(マイクロブラスト)加工能够对微滴捕集板38的狭窄的表面进行细微凹凸加工。
如上所述，由于微滴捕集板重要，所以，在这里再次记述。微滴捕集板38的捕集面如图3所示，相对于内周管36的内壁倾斜大约45°。因此，因为在将微滴捕集板38安装到内周管36的状态下，捕集面向导入侧缩径管34斜行配置，所以，对流入内周管36内的微滴进行接收的面积增多。因此，通过提高微滴捕集板38的捕集效率，能够进一步提高微滴除去效率。另外，由于倾斜大约45°，捕集的微滴碰撞、反射在捕集面，能够通过捕集板再次防止飞出。在图1中，在导入侧缩径管34及排出侧缩径管39上也植设很多同样的缩径管用微滴捕集板37。虽然该缩径管用微滴捕集板37相对于缩径管内面以90°直立配置，但是，当然也可以与上述微滴捕集板18同样，以恰当的倾斜角倾斜配置。另外，在连结行进管7及微滴行进路32的管壁内面也配设很多微滴捕集板33，省略图示。有关这些微滴捕集板33的倾斜配置也与上述同样。
在图1中，在连结着连结行进路7的直行管32上配设第一磁场产生器26、弯曲磁场产生器28，另外，在连结行进路7和导入侧缩径管34的外周配设第二磁场产生器30、30。在扩径管3的外周配置直行磁场产生器24，在排出侧缩径管39的外周还配置第三磁场产生器31。第一磁场产生器26、第二磁场产生器30、第三磁场产生器31及直行磁场产生器24是为使等离子体前进而设置。由斜行配置在折曲部7a的弯曲磁场产生器28施加弯曲磁场，从等离子体产生部2放出的微滴混合等离子体9在折曲部7a被弯曲。此时，电气中性的微滴18未受弯曲磁场的影响，由于惯性力，在微滴行进路32行进，被设置在微滴行进路32的终端的微滴捕集部20捕集。因此，因为通过等离子体行进路的弯曲作用，能够使预先除去了一部分微滴的等离子体流流入在相对于微滴行进路32，通过连结行进路7垂直或大致垂直地连接的导入侧缩径管34，所以，通过与在上述等离子体行进路5上设置的微滴除去部产生的微滴除去的累加效果，能够高效率地除去微滴。另外，通过将导入侧缩径管34和排出侧缩径管39相对于扩径管3倾斜配置，能够进一步增加微滴捕集效率。
导入侧缩径管34相对于连结行进路7略微缩径，虽然通过该缩径作用，也能够进行微滴的除去，但是在与连结行进路7的连结部附近，配设微滴捕集用孔径限制部件50。在排出侧缩径管39的等离子体加工部12侧开口附近，配设微滴捕集用孔径限制部件51。孔径限制部件51、52例如能使用通过将等离子体行进路的管径缩小，或偏心，或缩小、偏心，来使开口形状变形的圆板型孔径限制部件。通过设置这些孔径限制部件50、51，在等离子体行进路的始端及终端捕集直行的微滴，有助于微滴除去效率的提高。
在有关上述构成的等离子体生成装置1中，由微滴捕集部20及等离子体行进路5的微滴除去部、孔径限制部件50、51除去了微滴的高纯度的等离子体9a被配设在排出侧缩径管39的第三磁场产生器31的磁场引导、行进，被导入等离子体加工部12，进行被处理物14的表面处理。因此，能够通过高纯度等离子体，对被处理物表面进行均匀的表面改性，或形成缺陷、杂质少的高品质的薄膜。
根据本发明者获得的知识，为了实现微滴降低条件的目标，等离子体行进路的有效全长、直径、弯曲数及弯曲角的总和的任意一个或其组合等的形态因素为有效要素。图4及图5的(5A)是表示对这些形态因素的有效性进行了验证的结果。在该验证中，由遍及全长直径相同的管路形成等离子体行进路。
图4是表示等离子体行进路的有效全长L(mm)、直径D(mm)、弯曲数NB和微滴除去率的相关关系的图表。图5的(5A)是表示等离子体行进路的弯曲角的总和(＝θ1+θ2+θ3)和微滴除去率的相关关系的图表。图4中的纵轴的N是表示向每单位面积(2.5inch×2.5inch)的被处理物的微滴附着数。在以成膜速度为10A/sec(A＝0.1nm)，进行例如10nm膜的形成的情况下，将N＜100作为等离子体加工部12的表面处理能力的目标值，即，作为微滴降低条件的目标值设定。
从图4中可以看出，通过在1600～900mm设定有效全长，另外，通过在200～90mm设定管直径，进而通过在3～1设定弯曲数，能够满足上述微滴降低条件。
图5的(5A)中的纵轴的N/N0表示与仅仅是直行等离子体行进路的情况下的向被处理物的微滴附着数N0进行比较。因为N/N0越是在1以下，越是能够提高在等离子体加工部12的表面处理能力，所以，将它作为微滴降低条件的目标值设定。弯曲角是相对于等离子体流的行进的管路被弯曲的角度。从图5的(5A)可以看出，通过在150～90°设定弯曲角的总和，能够满足上述微滴降低条件。
根据上述的验证结果，通过将等离子体行进路的有效全长、直径、弯曲数及弯曲角的总和的任意一个或其组合设定成满足微滴降低条件，能够进一步提高设置在等离子体行进路的微滴除去部的微滴除去效果。在上述实施方式中，分别使等离子体行进路的有效全长、直径、弯曲数及弯曲角的总和为1500mm、200mm、3(主折曲部7a、导入折曲部7b、排出折曲部7c这三个部位)、150°(90°+30°+30°)，使之包含上述的形态因素的有效要素。
根据本发明者获得的知识，不同于上述有效要素的形态因素，等离子体产生部2的电弧电流值也能够成为对微滴除去为有效的要素。
图5的(5B)是表示与相对于纵轴的N/N0的等离子体产生部2的电弧电流值的关系。即，通过在140～30A的范围，调整等离子体产生部2的电弧电流值，与上述有效要素的形态因素同样，能够满足上述微滴降低条件，通过与有关本实施方式的微滴除去部一并使用，能够进一步提高微滴除去效率。
通过借助缩径管，连接多个扩径管，能够谋求微滴除去效率的提高。
图6是多个扩径管配置的一个例子，表示通过中继缩径管202直线状地连接了两个扩径管200、201的等离子体行进路。导入侧缩径管203相对于扩径管201倾斜配置，扩径管201通过中继缩径管202连接扩径管200，再有，在扩径管200连接着排出侧缩径管204。通过这些被连接的扩径管200、201，能够遍及多个阶段除去微滴，能够生成高纯度的等离子体流。而且，如图所示，使被连接的管路的管轴以不一致的方式偏心，提高形成在扩径管200、201的阶梯部的微滴的除去效果。另外，也可以弯曲形成中继缩径管202，在外部设置等离子体引导磁场产生部，沿等离子体行进路一边进一步提高弯曲程度，一边连接多个扩径管。
图7是表示两个扩径管的更多样的连接形态的概念图。在(7A)中，表示使扩径管200、201的管轴一致的情况。在该情况下，等离子体流P直线状行进，微滴D在扩径管的阶梯部和内周面被捕集。在(7B)中，表示的是扩径管200、201的管轴错开的情况。在该情况下，等离子体流P大致曲折行进，由于通过该曲折行进，微滴D从等离子体流P分离，所以，微滴D的阶梯部捕集得到增强。(7C)是使导入侧缩径管203和排出侧缩径管204平行配置(θ2＝0、θ3＝0)的情况。倾斜角θ2、θ3定义为与图1所示的倾斜角相同。在该情况下，等离子体流P直行，微滴D在扩径管的阶梯部被捕集。在(7D)中，相当于使导入侧缩径管203和排出侧缩径管204斜行配置(θ2＝-30°、θ3＝-30°)的情况。结果是导入侧缩径管203和排出侧缩径管204平行。在该情况下，等离子体流P以S字状曲折行进，通过该S字曲折行进，微滴D从等离子体流P强制分离，增强了微滴D的由扩径管阶梯部产生的捕集效果。在(7E)中，表示使导入侧缩径管203和排出侧缩径管204斜行配置(θ2＝30°、θ3＝-30°)的情况。在该情况下，导入侧缩径管203和排出侧缩径管204的管轴交叉。等离子体流P弯曲状曲折行进，通过该弯曲曲折行进，微滴D从等离子体流P分离，增强了微滴D的由扩径管阶梯部产生的捕集效果。有(7A)和(7B)的选择，还有(7C)～(7E)的选择，通过两者的组合，多样性扩大。另外，若扩径管为三个以上，则多样性进一步增加，但是，选择的基准是使微滴的捕集效率最大化，同时，最大地抑制等离子体运送效率的降低。若利用本发明，则能够扩大各种各样的选择范围。
图8是有关本发明的等离子体生成装置的其它实施例的概略构成图。与图1相同的部分使用相同的符号，由于其作用效果相同，所以，省略了其记述。下面，针对不同的符号部分，阐述作用效果。
产生X轴向的振动磁场BX的振动磁场产生器22a、22a及产生Y轴向的振动磁场BY的振动磁场产生器22、22(参照图9)以振动磁场BX和振动磁场BY正交的方式配设在扩径部3。Z轴向的直行磁场BZ由直行磁场产生器24形成。旋转磁场由振动磁场BX和振动磁场BY的合成磁场构成，作为本发明的旋转磁场产生构件的具体例，能够列举出振动磁场产生器22a、22a及振动磁场产生器22、22的组合。通过上述旋转磁场和上述直行磁场的合成，形成螺旋磁场。直行磁场产生器24由卷绕在上述扩径部3的外周的电磁线圈构成。因此，上述微滴混合等离子体通过上述旋转磁场和直行磁场，在上述筒状行进路一面螺旋旋转，一面行进。通过以该旋转为基础的离心力，微滴18从等离子体流9b被强力分离，被微滴捕集板38及阶梯部40有效地捕获。在倾斜角θ2、θ3产生的微滴分离的基础上，在该实施例中，还要加上离心力分离，进一步增强了微滴的分离效率。
图9是形成在扩径管3上的旋转磁场的说明图。(9A)是表示振动磁场产生器22a、22a产生的时刻t的振动磁场BX(t)、振动磁场产生器22、22产生的时刻t的振动磁场BY(t)及时刻t的旋转磁场BR(t)的关系。在(9A)中，表示施加在上述扩径管的等离子体流通过的一个位置上的磁场，直行磁场BZ作为恒定磁场。但是，能够使上述直行磁场与时间一起变化。由时刻t＝t1时的振动磁场BX(t1)及BY(t1)合成旋转磁场BR(t1)。
如(9B)及(9C)(省略时刻标记(t))所示，由上述旋转磁场BR和直行磁场BZ合成合成磁场B，上述微滴混合等离子体9在合成磁场B的方向弯曲，在上述扩径管3行进。同样，在(9A)中，由时刻t＝t2时的振动磁场BX(t2)及BY(t2)合成旋转磁场BR(t2)。即，若时刻t从t1进到t2，则振动磁场BX(t1)、BY(t1)改变为振动磁场BX(t2)、BY(t2)，上述旋转磁场BR(t)从BR(t1)向BR(t2)旋转。因此，能够通过调整向振动磁场产生器22a、22a、22、22通电的交流电流的相位差、振动频度及电流量，控制振动磁场BX(t)、BY(t)，来产生所希望的旋转磁场BR(t)。另外，下面省略了时刻标记(t)，标记成振动磁场BX、BY及旋转磁场BR。
(9B)及(9C)是表示振动磁场BX、BY、直行磁场BZ、旋转磁场BR及合成磁场B的关系。在(9B)中，将振动磁场BX的振幅BX0和振动磁场BY的振幅BY0设定为相同的值，相位差90°的振动磁场BX、BY以相同的振动频度振动，据此，旋转磁场BR以一定强度旋转。因此，上述等离子体流一面圆形旋转，一面在上述扩径管3行进。在(9C)中，将振幅BY0设定得比振幅BX0小，与(9B)同样，使相位差90°的振动磁场BX、BY以相同的振动频度振动，据此，(9C)的旋转磁场BR的矢量椭圆形旋转。因此，上述等离子体流由于向Y方向弯曲的力减小，所以，一面椭圆状旋转，一面在上述扩径管3行进。
象上述那样，根据本实施例，实际验证了通过正圆旋转、椭圆旋转产生的离心力，能够有效率地除去微滴。
图10是有关本发明的等离子体生成装置的另外的其它的实施例的概略构成图。与图1相同的部分使用相同的符号，由于其作用效果相同，所以，省略了其记述。下面，针对不同的符号部分，阐述作用效果。
如图10所示，在扩径管3内，在偏心的位置前后配设两个具有通过孔25a的孔径限制部件25。大致地进行说明，在等离子体流9b一面在扩径管3曲折行进，一面通过偏心通过孔25a时，从等离子体流9b(也写作P)分离除去微滴18(也写作D)。即，与等离子体P相伴的小的微滴D在等离子体P弯曲地通过孔径限制部件25的偏心通过孔25a时，飞出到外侧，碰撞孔径限制部件25的壁面，被除去。
斜行磁场产生器由配设在扩径管3的外周面的直行磁场产生器24和配置在其外周的径向磁场产生器23、23a构成。通过直行磁场和径向磁场的合成，形成斜行磁场，等离子体P被该斜行磁场引导，在孔径限制部件25的偏心通过孔25a弯曲地前进。
在图10中，在始端侧的孔径限制部件25，在左侧形成偏心通过孔25a，在终端侧的孔径限制部件25，在右侧形成偏心通过孔25a。另外，始端侧的径向磁场产生器23在图的右侧配置N极，在左侧配置S极，终端侧的径向磁场产生器23在图的左侧配置N极，在右侧配置S极。因此，在扩径管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。通过这些径向磁场和由直行磁场产生器24产生的直行磁场的合成，在扩径管3的始端侧产生靠左的斜行磁场，在终端侧产生靠右的斜行磁场。等离子体P在扩径管3的始端侧被靠左的斜行磁场引导，向左弯曲，通过始端侧的孔径限制部件25的偏心通过孔25a。等离子体在终端侧被靠右的斜行磁场引导，向右弯曲，通过终端侧的孔径限制部件25的偏心通过孔25a。
与等离子体P相伴的小的微滴D由于等离子体P的弯曲，向外飞出，碰撞始端侧的孔径限制部件25及终端侧的孔径限制部件25的壁面，被除去。因此，等离子体加工部12的被处理物14的表面能够由不含微滴D的纯度高的等离子体P处理。另外，在排出侧缩径管39配置用于使等离子体9a向等离子体加工部12前进的第三磁场产生器31。
图11是表示等离子体通过配设在扩径管内的孔径限制部件的偏心通过孔的状态的说明图。如图11所示，在等离子体P弯曲地通过配设在扩径管3内的孔径限制部件25的偏心通过孔25a时，与该等离子体P相伴的小的微滴D在等离子体P弯曲时，向外飞出。飞出到始端侧的小的微滴D碰撞孔径限制部件25的壁面，被除去。飞出到终端侧的小的微滴D碰撞未图示出的终端侧的孔径限制部件25的壁面，被除去。
图12是表示配设在扩径管内的孔径限制部件，(12A)是在左侧具有偏心通过孔25a的孔径限制部件25的立体图，(12B)是在右侧具有偏心通过孔25a的孔径限制部件25的立体图。如(12A)所示，在配设于扩径管3的始端侧的孔径限制部件25，在图的左侧形成偏心通过孔25a，在始端侧，等离子体P弯曲地通过该左侧的偏心通过孔25a。如(12B)所示，配设在扩径管3的终端侧的孔径限制部件25在图的右侧形成偏心通过孔25a，在终端侧，等离子体P弯曲地通过该右侧的偏心通过孔25a。
实际验证了在上述倾斜角θ2、θ3产生的微滴分离的基础上，本实施例中还加上了曲折行进分离，可以进一步增强微滴的分离效率、有效率地除去微滴。
本发明不限于上述实施方式、变型例，没有脱离本发明的技术思想的范围内的各种变型例、设计变更等当然也包含在其技术范围内。
产业上利用的可能性
有关本发明的等离子体生成装置在等离子体行进路设置微滴除去部，能够高纯度地将均匀的等离子体流导入被等离子体处理部。另外，仅通过在等离子体行进路形成扩径管，就能够简单且廉价地构成微滴除去部。再有，若使用由有关本发明的等离子体生成装置生成的高纯度的等离子体，则能够在等离子体中，在固体材料的表面形成缺陷、杂质非常少的高纯度的薄膜，或通过照射等离子体，进行均匀地改性，而不会给固体的表面特性带来缺陷、杂质，例如，能够高品质且高精度地形成固体表面的耐磨损性、耐腐蚀性强化膜、保护膜、光学薄膜、透明导电性膜等。

Claims (23)

1.一种等离子体生成装置，所述等离子体生成装置具备在真空环境下进行真空电弧放电而产生等离子体的等离子体产生部，和供所述等离子体产生部产生的等离子体向被等离子体处理部侧行进的等离子体行进路，其特征在于，在所述等离子体行进路配置用来除去在产生等离子体时从阴极副生的阴极材料粒子即微滴的微滴除去部，该微滴除去部由扩径管、与所述扩径管的等离子体导入侧始端连接的导入侧缩径管、与所述扩径管的等离子体排出侧终端连接的排出侧缩径管，和形成在所述扩径管的所述始端及所述终端的阶梯部构成，
所述导入侧缩径管及/或所述排出侧缩径管的管轴相对于所述扩径管的管轴以规定弯曲角倾斜配置，所述导入侧缩径管及/或所述排出侧缩径管与所述扩径管连接，
在所述扩径管的外周配设有直行磁场产生器，于所述导入侧缩径管及/或所述排出侧缩径管的外周配设有磁场产生器。
2.如权利要求1所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述导入侧缩径管及所述排出侧缩径管的管轴以相对于所述扩径管相互交叉的方式配置着。
3.如权利要求1所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述等离子体行进路具有连接在所述等离子体产生部的直行管，所述导入侧缩径管相对于所述直行管垂直或大致垂直地连接，在所述直行管的终端配设有微滴捕集部。
4.如权利要求1所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述扩径管由内周管和外周管构成，所述内周管相对于所述外周管插拔自如。
5.如权利要求4所述的等离子体生成装置，其特征在于，在所述内周管的内壁植设了多个微滴捕集板。
6.如权利要求5所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述微滴捕集板的表面被实施了粗面加工。
7.如权利要求6所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述微滴捕集板朝向所述导入侧缩径管斜行配置着。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的等离子体生成装置，其特征在于，在所述导入侧缩径管及所述排出侧缩径管配设有微滴捕集用孔径限制部件。
9.如权利要求1至7中的任一项所述的等离子体生成装置，其特征在于，通过缩径管连接着多个所述扩径管。
10.如权利要求1至7中的任一项所述的等离子体生成装置，其特征在于，在所述扩径管的截面周向至少设置有一个以上产生旋转磁场的旋转磁场施加构件，通过该旋转磁场施加构件，对所述等离子体施加旋转磁场，使所述等离子体一面旋转一面在所述扩径管内行进，通过离心力除去所述微滴。
11.如权利要求10所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述旋转磁场施加构件由产生振动磁场的多个振动磁场产生器构成，通过这些振动磁场产生器产生相位及振动方向不同的多个振动磁场，由这些振动磁场合成所述旋转磁场。
12.如权利要求1至7中的任一项所述的等离子体生成装置，其特征在于，被构成为，在所述扩径管内设置一个以上的在偏心位置具有通过孔的孔径限制部件，在所述扩径管的外周配设用于使所述等离子体通过所述孔径限制部件的偏心通过孔的磁场产生构件，在基于该磁场产生构件的磁场的作用下，所述等离子体在所述扩径管内弯曲，通过所述孔径限制部件的偏心通过孔，使所述微滴在所述弯曲时从所述等离子体分离，使所述微滴碰撞所述孔径限制部件的壁面而除去。
13.如权利要求12所述的等离子体生成装置，其特征在于，被构成为，所述孔径限制部件在所述扩径管内设置有多个，相邻的所述偏心通过孔位置相互错开地配置着，随着所述等离子体通过了始端侧的孔径限制部件的偏心通过孔的所述微滴与下一个孔径限制部件的壁面碰撞而被除去，所述等离子体通过所述下一个孔径限制部件的偏心通过孔。
14.如权利要求12所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述磁场产生构件由斜行磁场产生器构成，该斜行磁场产生器在从所述扩径管的轴向开始斜行的方向形成斜行磁场，在该斜行磁场的作用下，使所述等离子体通过所述孔径限制部件的偏心通过孔。
15.如权利要求1至7中的任一项所述的等离子体生成装置，其特征在于，至少包含所述导入侧缩径管、所述扩径管及所述排出侧缩径管的等离子体运送用的管路部，与所述等离子体产生部及所述被等离子体处理部电绝缘。
16.如权利要求1至7中的任一项所述的等离子体生成装置，其特征在于，对所述管路部施加偏压电压。
17.如权利要求1至7中的任一项所述的等离子体生成装置，其特征在于，将探针插入所述管路部内，或将所述管路部用作探针来测定等离子体的物理参量。
18.如权利要求1至7中的任一项所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述等离子体行进路的有效全长、构成所述等离子体行进路的所述导入侧缩径管和所述扩径管以及所述排出侧缩径管各自的直径、所述等离子体行进路的弯曲数、及所述等离子体行进路的弯曲角的总和的任意一个或其组合被设定成满足微滴降低条件。
19.如权利要求18所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述有效全长被设定为1600～900mm。
20.如权利要求18所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述各自的直径被设定在200～90mm的范围。
21.如权利要求18所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述弯曲数设定为3～1。
22.如权利要求18所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述弯曲角的总和设定为150～90°。
23.如权利要求1至7中的任一项所述的等离子体生成装置，其特征在于，所述等离子体产生部中的电弧电流值被调整为140～30A的范围。
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