CN102471869B

CN102471869B - 阳极壁多分割型等离子发生装置及等离子处理装置

Info

Publication number: CN102471869B
Application number: CN201080028939.9A
Authority: CN
Inventors: 椎名祐一; 渡边岩
Original assignee: Ferrotec Corp
Current assignee: Ferrotec Material Technologies Corp
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-05-06
Also published as: WO2011001739A1; CN102471869A; US20120037504A1; JP2011012307A; JP4690477B2; SG176927A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种阳极壁多分割型等离子发生装置及使用该阳极壁多分割型等离子发生装置的等离子处理装置，该阳极壁多分割型等离子发生装置能够防止由扩散等离子在阳极内壁上附着、堆积而形成了的堆积物剥落而导致阴极与阳极间短路。在阴极(2)与阳极(3)之间发生了的等离子(P)从阴极(2)朝前方放出、扩散时，扩散物质(41)在电极筒体内壁上再结晶化而附着、堆积，作为碳薄片(40)剥落。由纵横的槽(37、38)将电极筒体内壁多分割成矩阵状。借助于多个突部(35)的堆积物分离作用，即使扩散等离子在阳极(3)上附着、堆积，堆积物也微细化，不产生大型乃至长形的堆积物。从小片的突部(39)剥落作为微细片的碳薄片(40)，不会发生堆积物剥落而跨在阴极(2)与阳极(3)上桥接的情形，能够防止两极间的短路现象的发生。

Description

阳极壁多分割型等离子发生装置及等离子处理装置

技术领域

本发明涉及一种等离子发生装置及等离子处理装置，该离子发生装置将等离子构成物质的供给源作为阴极，在上述阴极的前方或周围设置筒状的阳极，在真空气氛下在上述阴极与上述阳极间进行真空电弧放电，从上述阴极表面发生等离子，该等离子处理装置使用由上述等离子发生装置产生的等离子对上述阳极进行成膜等等离子处理。详细地说，本发明涉及一种阳极壁多分割型等离子发生装置及使用该阳极壁多分割型等离子发生装置的等离子处理装置。

背景技术

已经得知，一般情况下，通过在等离子中在固体材料的表面形成薄膜，或注入离子，使固体的表面特性得到改善。利用包含金属离子、非金属离子的等离子形成了的膜对固体表面的耐磨性、耐腐蚀性进行强化，作为保护膜、光学薄膜、透明导电性膜等有用。特别是利用了碳等离子的碳膜作为由金刚石构造和石墨构造的无定形混晶构成的类金刚石材料膜(称为DLC膜)，利用价值高。

作为发生包含金属离子、非金属离子的等离子的方法，具有真空电弧等离子法。真空电弧等离子由在阴极与阳极之间产生的电弧放电形成，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该等离子。另外，在作为气氛气体将反应性气体导入了的场合，反应性气体也同时离子化。可与上述反应性气体一起将惰性气体(称为稀有气体)导入，也可将上述惰性气体导入，代替上述反应性气体。利用这样的等离子，能够在固体表面形成薄膜，进行离子的注入而实施表面处理。

一般情况下，在真空电弧放电中，在从阴极点放出阴极材料离子、电子、阴极材料中性原子团(原子及分子)这样的真空电弧等离子构成粒子的同时，还放出亚微米以下到数百微米(0.01～1000μm)的大小的被称为小滴的阴极材料微粒。如该小滴附着在被处理物表面上，则形成在被处理物表面上的薄膜的均匀性失去，产生薄膜的缺陷，对成膜等的表面处理结果产生影响。

在日本特开2002-8893号公报(专利文献1)中公开了以往的等离子加工装置。图21为专利文献1的以往的等离子加工装置的构成概略图。在等离子发生部200中，在阴极201与触发电极202之间产生电火花，在阴极201与阳极203之间产生真空电弧，生成等离子204。在等离子发生部200连接用于产生电火花及真空电弧放电的电源205，配置有使等离子204稳定化的等离子稳定化磁场发生器206、207。等离子204被从等离子发生部200引导至等离子处理部208，配置在等离子处理部208的被处理物209由等离子204进行表面处理。另外，由连接到等离子处理部208的气体导入系统210根据需要导入反应性气体，由气体排出系统211将反应气体、等离子流排出。

从等离子发生部200放出的等离子204在磁场的作用下被朝不与等离子发生部200面对的方向折曲成T状，流入到等离子处理部208。在与等离子发生部200面对的位置，配置小滴捕集部212，该小滴捕集部212将在等离子204发生时从阴极副生的阴极材料微粒(小滴)213捕集。不受磁场影响的小滴213行进到小滴捕集部212而被捕集，防止小滴213进入到等离子处理部208内。

专利文献1：日本特开2002-8893号公报

发明内容

发明要解决的问题

在以往的等离子加工装置中，使用由筒状的电极筒体214构成的阳极203，该筒状的电极筒体214延伸设置到阴极201的前方侧。

图22表示以往的电极筒体214的内壁面。如阳极203为管内面整体，则在与阴极201之间难以发生真空电弧，为了使得容易在与阴极201之间顺利地发生真空电弧，在电极筒体214的内壁上刻设多个环状的槽215，设置多个圈形的突部216。

在阴极201与阳极203的电极筒体214之间发生了的等离子朝比阴极201更前方放出、扩散时，真空电弧等离子构成粒子中的、主要是碳(C)粒子等扩散物质218在电极筒体214的内壁再结晶化而不断附着、堆积。特别是如再结晶化在突部216表面上不断进行，则堆积物以薄片状剥离，剥落到阴极201侧。然而，由于突部216具有环状形状，所以，图22所示那样，从突部216的圆弧部分219剥落按长形堆积了的碳薄片220，当落下到阴极201侧时，碳薄片220的一端按桥接状挂在阴极201的上表面217上，另一端接触到阳极203，产生使阴极201与阳极203间短路的问题。

本发明的目的在于，鉴于上述问题，提供一种阳极壁多分割型等离子发生装置及使用该阳极壁多分割型等离子发生装置的等离子处理装置，该阳极壁多分割型等离子发生装置能够防止由扩散等离子在阳极内壁上附着、堆积而形成了的堆积物剥落而导致阴极与阳极间短路。

用于解决问题的手段

本发明人为了消除由上述环状突部造成的大型碳薄片的剥落现象所产生的短路问题，进行了认真的研究，结果，通过使阳极内壁多分割化，成功地将碳薄片微细化，解决了该问题。

本发明的第1方式的等离子发生装置将等离子构成物质的供给源作为阴极，在上述阴极的前方或周围设置筒状的阳极，在真空气氛下在上述阴极与上述阳极间之间进行真空电弧放电，从上述阴极表面产生等离子；其中：在形成上述阳极的筒内壁设置多个凹凸，当从上述阴极向上述阳极侧放出了的上述等离子的一部分在上述凹凸上附着而堆积了时，上述堆积物作为微细片从上述阳极剥落。

本发明的第2方式的等离子发生装置在第1方式的基础上，使上述凹凸的突部的最大长度比上述筒内壁与上述阴极外周之间的间隙的宽度短。

本发明的第3方式的等离子发生装置在第1或第2方式的基础上，由格子状、斜交状、岛状的图案中的任一个形成多个上述凹凸。

本发明的第4方式的等离子发生装置在第1、第2或第3方式的基础上，将形成上述阳极的筒内壁中的、接近上述阴极的区域作为上述凹凸图案的形成区域，在余下的筒内壁上形成朝上述阴极的前方方向刻设了多个环状槽的环状槽图案。

本发明的第5方式的等离子发生装置在第1～第4方式的任一个的基础上，在上述阴极的周围形成环状凹坑，将从上述阳极剥落了的上述微细片贮存、回收在上述凹坑中。

本发明的第6方式的等离子发生装置在上述第1～第5方式的任一个的基础上，在上述阴极的下方设置上述微细片的贮存部，并且，在上述阴极的周围形成与上述贮存部连通的开放部，从上述阳极剥落了的上述微细片通过上述开放部贮存、回收到上述贮存部中。

本发明的第7方式的等离子处理装置具有第1～第6方式的任一个的等离子发生装置、输送由上述等离子发生装置发生了的等离子的等离子输送管、以及由从上述等离子输送管供给的等离子对被处理物进行处理的等离子处理部。

本发明的第8方式的等离子处理装置在第7方式的基础上，在上述阳极的筒体的等离子出口与上述等离子输送管之间夹装始端侧绝缘体，在上述等离子输送管与上述等离子处理部之间夹装终端侧绝缘体，使上述等离子发生装置、上述等离子输送管及上述等离子处理部相互电独立(日语：電気的に独立)，隔断上述等离子发生装置及上述等离子处理部在电的方面对上述等离子输送管的影响。

本发明的第9方式的等离子处理装置在第7或第8方式的基础上，上述等离子输送管由连接到上述等离子发生部的等离子直进管、以折曲状连接到上述等离子直进管的第1等离子行进管、在上述第1等离子行进管的终端按相对于其管轴以规定折曲角倾斜配置的方式与其连接的第2等离子行进管、以及在上述第2等离子行进管的终端以折曲状连接并且从等离子出口将等离子排出的第3等离子行进管构成，以使上述等离子从上述靶表面到达被处理物的总长度L满足900mm≤L≤1350mm的方式进行设定。

本发明的第10方式的等离子处理装置在第7、第8或第9方式的基础上，在不能从上述第3等离子行进管的等离子出口以直线状透视上述第1等离子行进管的等离子出口侧的位置，按几何学的方式配置上述第2等离子行进管。

本发明的第11方式的等离子处理装置在在第9或第10方式的基础上，当设从上述第3等离子行进管的等离子入口侧的管截面上端相对于上述第1等离子行进管的等离子出口侧的管截面下端的仰角为θ、设从上述第3等离子行进管的等离子出口侧的管截面下端相对于上述第2等离子行进管的等离子出口侧的管截面上端的仰角为θ₀时，满足θ≥θ₀。

本发明的第12方式等离子处理装置在第8～第11方式的任一个的基础上，在上述等离子直进管、上述第1等离子行进管、上述第2等离子行进管及上述第3等离子行进管上分别设有发生等离子输送用磁场的等离子输送用磁场发生单元，在上述第1等离子行进管及/或上述第2等离子行进管上附设有使上述等离子输送用磁场偏向的偏向磁场发生单元，借助于由上述偏向磁场发生单元发生的偏向磁场使等离子流朝管中心侧偏向。

发明的效果

按照本发明的第1方式，在形成上述阳极的筒内壁设置多个上述凹凸而进行多分割，借助于多个上述凹凸的堆积物分离作用，即使扩散等离子在上述阳极上附着、堆积，也不产生大型乃至长形的堆积物，作为微细片的上述堆积物从上述阳极剥落，所以，不会发生上述堆积物剥落而跨在上述阴极与上述阳极上桥接的情况，能够防止两极间的短路现象的发生，对等离子发生装置的稳定驱动和运行效率的提高作出贡献。

本发明的阳极的配置能够在位于阴极的前方的场合或包围阴极的一部分或全部的配置状态下实施。另外，阳极的筒体构造不限于内径一定的管状的构造，在圆锥梯形的内壁构造的场合也能够适用本发明。

碳薄片的堆积物按与上述凹凸的突部表面的大小相关的方式成长。因此，按照本发明的第2方式，使上述凹凸的突部的最大长度比上述筒内壁与上述阴极外周之间的间隙的宽度更短，所以，不剥落比上述间隙更大的堆积物，不会发生由上述堆积物导致的桥接现象，能够防止阴极与阳极间的短路现象的发生。

按照本发明的第3方式，按格子状、斜交状、岛状的图案的任一个形成了多个上述凹凸，所以，能够实现形成上述阳极的筒内壁的多分割化，由各图案的堆积物分离作用使上述堆积物微细化，不会产生由上述堆积物导致的桥接现象，能够防止阴极与阳极间的短路现象的发生。

由扩散等离子形成的堆积量具有在作为等离子构成物质的供给源的上述阴极周边变多的倾向。因此，按照本发明的第4方式，着眼于该堆积倾向，将形成上述阳极的筒内壁中的、接近上述阴极的区域作为上述凹凸图案的形成区域，实现堆积物的微细化，在余下的筒内壁形成朝上述阴极的前方方向刻设了多个环状槽的环状槽图案，确保由上述环状槽图案形成的阳极突部的区域，高效率地诱发真空电弧的发生，所以，能够防止阴极与阳极间的短路现象的发生，并且实现等离子发生效率的提高。

按照本发明的第5方式，在上述阴极的周围形成环状凹坑，在上述凹坑中贮存、回收从上述阳极剥落了的上述微细片，不会发生剥落了的上述微细片在上述阴极周边堆积而与上述阴极接触的情况，能够确实地预防阴极与阳极间的短路现象的发生。

按照本发明的第6方式，在上述阴极的下方设置上述微细片的贮存部，并且在上述阴极的周围形成与上述贮存部连通的开放部，从上述阳极剥落了的上述微细片通过上述开放部贮存、回收到上述贮存部，所以，剥落了的上述微细片完全不会堆积到上述阴极周边，能够确实地防止阴极与阳极间的短路现象的发生。

按照本发明的第7方式，将由第1～第6方式的任一个的等离子发生装置发生了的等离子经由上述等离子输送管供给到上述等离子处理部，由该等离子进行成膜处理等时，不会发生阴极与阳极间的短路现象，能够进行上述等离子发生装置的稳定运行，实现成膜等的处理效率的提高。

在等离子处理中，需要使用高纯度等离子进行成膜等，提高表面处理精度。在妨碍高纯度等离子的生成的原因中，存在由从靶(阴极)发生的小滴混入到等离子而引起的原因。在这种小滴中，存在带正电及/或负电的带电小滴(正小滴及负小滴)和不带电的中性小滴。

在本发明的等离子处理装置中，具有等离子发生装置，该等离子发生装置设置有形成了多个上述凹凸的阳极，不降低等离子发生效率，能够防止大的碳薄片的剥落，提高运行效率，而且，按照第8～第12方式，实施中性小滴及带电小滴的除去对策，能够实现发生等离子的高纯度化。

按照本发明的第8方式，在上述等离子发生部与上述等离子输送管之间夹装始端侧绝缘体，在上述等离子输送管与上述等离子处理部之间夹装终端侧绝缘体，上述等离子发生部、上述等离子输送管、上述等离子处理部成为完全的电独立状态。结果，从上述等离子发生部和上述等离子处理部在电的方面对等离子输送管的影响完全被隔断，一般用金属形成的等离子输送管整体上成为相同电位，在等离子输送管上不存在电位差。由于没有电位差，所以，不发生基于电位差的作用于带电粒子的电力。带电小滴为带电粒子的一种，所以，在处于同电位状态的等离子输送管内，在带电小滴不作用电力，带电小滴能够与中性小滴同样地处理。因此，按照后述的中性小滴的几何学的除去方法，带电小滴也能够与中性小滴一起在经过等离子输送管的途中被除去。为此，从等离子输送管供给的等离子成为由中性小滴除去构造将中性小滴和带电小滴除去了的高纯度等离子，由该高纯度等离子能够对于等离子处理部内的被处理物进行高纯度等离子处理。

按照本发明的第9方式，提供一种等离子生成装置，在该等离子生成装置中，上述等离子输送管由等离子直进管、第1等离子行进管、第2等离子行进管、以及第3等离子行进管按3阶段折曲构成，从靶面到被处理物的总长度L满足900mm≤L≤1350mm地被设定；该等离子直进管连接到上述等离子发生部；该第1等离子行进管按折曲状连接到上述等离子直进管；该第2等离子行进管在上述第1等离子行进管的终端相对于其管轴按规定折曲角倾斜配置地与其连接；该第3等离子行进管以折曲状连接到上述第2等离子行进管的终端，从等离子出口将等离子排出。更详细地说，上述总长度L由从靶面到上述等离子直进管的出口的长度L0、上述第1等离子行进管的长度L1、上述第2等离子行进管的长度L2、上述第3等离子行进管的长度L3、以及从上述第3等离子行进管的等离子出口到等离子到达被处理物的有效距离L4相加获得的总长度，即L＝L0+L1+L2+L3+L4来定义，在后述的图7中表示其详细情况。这样，上述总长度L被设定为满足900mm≤L≤1350mm，所以，如后述的图20所示那样，能够使等离子行进路的等离子输送距离比以往的T型等离子行进路、弯曲等离子行进路更短，提高成膜速率，而且，并不是简单地使直进路径缩短，而是借助于上述3阶段的折曲路径化的几何学的构造高效率地将中性小滴除去，而且如上述那样带电小滴也能够由上述几何学的构造高效率地除去，能够生成提高了成膜等的表面处理精度的高纯度等离子。

上述第2等离子行进管按上述折曲角(倾斜角)倾斜，在倾斜角大的场合，小滴能够被隔断，但等离子密度下降，所以，在被处理物表面的成膜速度下降。相反，在倾斜角小的场合，小滴进入到处理室内，但由于等离子密度的下降小，所以，在被处理物表面的成膜速度不下降。因此，能够按成膜速度与小滴的容许度的关系适当地选择上述倾斜角。

由本发明的上述等离子直进管、上述第1等离子行进管、上述第2等离子行进管及上述第3等离子行进管形成的上述3阶段的折曲路径通过在同一平面上连接各管而构成，或在空间上进行3维配置而构成。

按照本发明的第10方式，在不能从上述第3等离子行进管的等离子出口以直线状透视上述第1等离子行进管的等离子出口侧的位置，按几何学的方式配置上述第2等离子行进管，所以，从上述第1等离子行进管导出的小滴不直接地从上述第3等离子行进管的等离子出口排出，而是在上述3阶段的折曲路径过程中冲撞到路径内壁进行附着而被除去，所以，能够大幅度地减少附着到被处理物的小滴，能够由高效率地除去了小滴的高纯度等离子进行等离子处理。

上述第3等离子行进管的出口可与等离子处理部的外壁面直接连接，也可没入到上述外壁面的内部进行配置。另外，也可保持着上述第3等离子行进管的出口与上述外壁面的位置关系，使整流管、偏向振动管处在第2等离子行进管与第3等离子行进管之间。

按照本发明的第11方式，当设从上述第3等离子行进管的等离子入口侧的管截面上端相对于上述第1等离子行进管的等离子出口侧的管截面下端的仰角为θ、设从上述第3等离子行进管的等离子出口侧的管截面下端相对于上述第2等离子行进管的等离子出口侧的管截面上端的仰角为θ₀时，满足θ≥θ₀，所以，能够在不能从上述第3等离子行进管的等离子出口以直线状地透视上述第1等离子行进管的等离子出口侧的位置配置上述第2等离子行进管。因此，例如在按在同一平面上连接上述3阶段的折曲路径的方式构成的场合等，能够实现从上述第1等离子行进管导出的小滴不被直接从上述第3等离子行进管的等离子出口排出的管路结构，能够使用高效率地除去了小滴的高纯度等离子进行等离子处理。

当然，如上述那样，上述第3等离子行进管的出口可与等离子处理部的外壁面直接连接，也可没入到上述外壁面的内部进行配置。另外，当然也可在第2等离子行进管与第3等离子行进管之间设置整流管、偏向振动管。

按照本发明的第12方式，在上述等离子直进管、上述第1等离子行进管、上述第2等离子行进管及上述第3等离子行进管上分别设置发生等离子输送用磁场的等离子输送用磁场发生单元，在上述第1等离子行进管及/或上述第2等离子行进管上附设使上述等离子输送用磁场偏向的偏向磁场发生单元，借助于由上述偏向磁场发生单元发生的偏向磁场使等离子流朝管中心侧偏向，所以，能够针对上述第1等离子行进管及/或上述第2等离子行进管的连接部分处的上述等离子输送用磁场的不均匀，即上述等离子输送用磁场发生用磁场线圈的结构所造成的使在折曲部的内侧附加磁场变强的问题由上述偏向磁场进行偏向调整，向管路中心引导等离子流，将等离子密度维持为高密度，使用高密度而且高纯度的等离子进行等离子处理。

附图说明

图1为设置了本发明的实施方式的等离子发生装置1的等离子处理装置的剖视概略构成图。

图2为等离子发生装置1的等离子发生部4周边的剖视概略图。

图3为表示用于等离子发生装置1的阳极3的电极筒体的纵剖视图。

图4为表示阳极3的电极筒体的详细情况的纵剖视图。

图5为表示本发明的电极筒体的多分割图案例的图案的图。

图6为表示在阳极内壁的一部分实施了多分割化的变型例的纵剖视图。

图7为本实施方式的等离子处理装置的概略构成图。

图8为本发明的另一实施方式的等离子处理装置的概略构成图。

图9为本发明的再另一实施方式的等离子处理装置的概略构成图。

图10为用于本发明的偏压电源的构成图。

图11为本发明的第4实施方式的等离子处理装置的概略构成图。

图12为表示第4实施方式的可动轭铁129的配置状态的配置图。

图13为表示可动轭铁129的转动调整机构的构成图。

图14为可动轭铁129的滑动调整及摆动调整机构的构成图。

图15为第4实施方式的等离子输送用磁场发生用磁场线圈的模式构成图。

图16为第4实施方式的内周管161的部分放大剖视图。

图17为第4实施方式的可动窗孔板170的俯视图和窗孔板170的安装状态图。

图18为第5实施方式的等离子处理装置的概略构成图。

图19为在第5实施方式的圆锥梯形管(偏向振动管)1108中形成的扫描用磁场的说明图。

图20为表示等离子输送距离与成膜速率的关系的关系图。

图21为以往的等离子加工装置的构成概略图。

图22为表示以往的电极筒体214的内壁面的纵剖视图。

符号的说明

1 等离子发生装置

2 阴极

3 阳极

4 等离子发生部

5 触发电极

6 等离子行进路

7 折曲部

8 折曲磁场发生器

9 小滴行进路

10 小滴捕集部

11 挡板

12 挡板

13 扩径管

14 磁场发生器

15 等离子处理部

16 被处理物

17 挡板

18 磁场发生器

19 挡板

20 磁场发生器

21 靶线圈

22 过滤线圈

23 缩径管

24 转动轴

25 电源

26 通电线

27 通电线

28 阳极内壁

29 外壁

30 绝缘构件

31 绝缘构件

32 放电面

33 管路端

34 空隙

35 突部

36 贮存部

37 槽

38 槽

39 小片的突部

40 碳薄片

41 扩散物质

42 环状凹坑

43 突部

44 斜向槽

45 横槽

46 六角形状的突部

47 蜂窝状槽

48 阳极

49 格子状的凹凸图案

50 环状槽图案

101 等离子处理部

102 等离子发生部

103 等离子直进管

104 第1等离子行进管

105 第2等离子行进管

106 第3等离子行进管

107 等离子出口

108 箭头

108a X方向振动磁场发生器

108b Y方向振动磁场发生器

109 箭头

110 阴极

111 触发电极

112 阳极

113 电弧电源

114 阴极保护器

115 等离子稳定化磁场发生器

116 绝缘板

117 磁场线圈

118 磁场线圈

119 磁场线圈

121 磁场线圈

122 偏向磁场发生单元

123 偏向磁场发生单元

124 偏向磁场发生单元

125a 气体流入口

125b 排气口

127 磁极

128 磁极

129 可动轭铁

130 偏向磁场发生线圈

131 导向体

132 导向槽

133 销

134 连接螺母

135 滑动构件

136 间隔构件

137 调整部主体

138 滑动槽

139 销

140 连接螺母

141 小滴捕集板(挡板)

142 小滴捕集板(挡板)

143 小滴捕集板(挡板)

144 小滴捕集板(挡板)

160 小滴捕集板(挡板的一部分)

161 内周管

162 开口部

163 偏压电源

170 窗孔板

171 开口部

172 限位构件

173 小螺钉

174 突出部分

175 管

176 卡定凹部

177 箭头

200 等离子发生部

201 阴极

202 触发电极

203 阳极

204 等离子

205 电源

206 等离子稳定化磁场发生器

207 等离子稳定化磁场发生器

208 等离子处理部

209 被处理物

210 气体导入系统

211 气体排出系统

212 小滴捕集部

213 阴极材料微粒

214 电极筒体

215 环状的槽

216 突部

217 上表面

218 扩散物质

219 圆弧部分

220 碳薄片

1109 出口管

1100 等离子直进管

1101 第1等离子行进管

1102 第2等离子行进管

1103 第3等离子行进管

1104 连接口

1105 等离子出口

1106 等离子出口

1107 整流管

1108 圆锥梯形管

1110 等离子出口

1111 箭头

1112 箭头

1113 扫描用磁场线圈

1114 整流磁场线圈

A 等离子发生部

A1 等离子发生部容器

A2 靶交换部

B 等离子输送管

B01 T输送管

B2 第2输送管

B23 折曲输送管

B3 第3输送管

C 等离子处理部

C1 设置位置

C2 靶位置

C3 处理部容器

CT 连接端子

E 偏压电源

EA1 容器用偏压电源

EA2 交换部容器用偏压电源

EB 输送管用偏压电源

EB01 T输送管用偏压电源

EB2 第2输送管用偏压电源

EB23 折曲输送管用偏压电源

EB3 第3输送管用偏压电源

EC 处理部用偏压电源

EW 被处理物用偏压电源

FT 浮动端子

GND 接地

GNDT 接地端子

IF 终端侧绝缘体

II1 第1中间绝缘体

IS 始端侧绝缘体

IA 容器间绝缘体

II2 第2中间绝缘体

NVT 可变负电位端子

P0 等离子直进管

P1 第1等离子行进管

P2 第2等离子行进管

P3 第3等离子行进管

P4 扩径管

PVT 可变正电位端子

S1 等离子出口

S2 等离子入口

S3 等离子出口

VT 可动端子

W 工件

具体实施方式

下面，根据附图详细说明本发明的实施方式的阳极壁多分割型等离子发生装置及等离子处理装置。

图1为设置了本发明的等离子发生装置1的等离子处理装置的剖视概略构成图。在等离子发生部4中，将等离子构成物质的供给源作为阴极2(靶)，在阴极2的前方侧配置筒状的阳极3。触发电极5按能够相对于阴极2接近和后退的方式转动自如地设置。阳极3由将筒内壁形成为多分割结构的电极筒体构成。在真空气氛下在阴极2与触发电极5之间产生电火花，在阴极2与阳极3之间发生真空电弧，生成等离子P。借助于在等离子发生部4的真空电弧放电，放出靶材料离子、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构成粒子，同时，还放出从亚微米以下到数百微米(0.01～1000μm)的大小的阴极材料微粒(以下称为“小滴D”)。生成了的等离子P沿等离子行进路6行进，借助于在折曲部7由折曲磁场发生器8、8形成了的磁场的作用，朝第2行进路行进。此时，小滴D为电中性，不受磁场影响，所以，沿小滴行进路9直进，被小滴捕集部10捕集。在折曲部7设置与第2行进路连接的直进管路，在小滴行进路9等的等离子P的各行进路的内壁上设置使小滴D冲撞而附着的挡板11、12及17。而且，在上述直进管路上设有产生等离子行进磁场的磁场发生器18。

第2行进路由在内壁上设置了多个挡板12的扩径管13构成，在扩径管13上设置发生等离子行进磁场的磁场发生器20。当等离子P在扩径管13内行进时，残存的小滴D冲撞到上述挡板12而附着在其上，小滴D被除去。扩径管13相对于上述直进管路倾斜配置。扩径管13的终端通过缩径管23连接到等离子处理部15。除去了小滴D的等离子P由磁场发生器14、14的磁场供给到等离子处理部15，能够对被处理物16进行等离子处理。在缩径管23内也设有挡板19。

图2为等离子发生部4周边的剖视概略图。如该图的(2A)所示那样，触发电极5由以转动轴24为中心摆动自如地受到枢支的撞针构成。由电源25通过通电线26、27在阳极内壁28及撞针的触发电极5与阴极2的靶之间施加电压。等离子发生部外壁29借助于安装在外壁29的上下端的绝缘构件30、31，不与阳极内壁28接触，保持电中性。在等离子发生部外壁29的等离子出口侧连接等离子行进路6的管路端33。阳极3的电极筒体在阴极2侧开放，形成空隙34。绝缘构件30与后述的始端侧绝缘体IS对应。

朝离开方向将处在用实线表示的接触位置的撞针拉开，从而在阴极2的放电面32与阳极内壁28之间诱发真空电弧放电。在撞针受到旋转驱动源(图中未表示)的旋转驱动而进行摆动，使处在离开了的位置的撞针与放电面32接触的场合，对在旋转驱动源的作用下接触了的撞针的转矩反力进行检测，判断处于接触状态。另外，在等离子发生部4的等离子出口侧配置过滤线圈22，形成等离子行进磁场B2。由靶线圈21发生的稳定化磁场B1形成为与等离子行进磁场B2反相(会切(日语：カプス))，能够稳定地生成等离子。可以得知，在如图2的(2B)所示那样由靶线圈21发生的稳定化磁场B1为同相(反射(日语：ミラ一))的场合，电弧点的稳定性下降，但等离子的生成效率提高。

图3为表示阳极3的电极筒体的纵剖视图。图4为表示上述电极筒体的详细情况的纵剖视图。

在阳极3的电极筒体的内壁，由纵横的槽37、38以矩阵状刻设凹凸，形成多个突部35。突部35具有弯曲的薄型长方体形状。在设于电极筒体下方的空隙34的下侧，配置用于回收碳薄片的比筒径更大的贮存部36。

如图4所示那样，在阴极2与阳极3之间发生了的等离子P朝比阴极2更前方放出、扩散时，扩散物质41在电极筒体内壁上再结晶化而附着、堆积，作为碳薄片40剥落。在本实施方式中，电极筒体内壁由纵横的槽37、38按矩阵状进行多分割，所以，即使扩散等离子在阳极3上附着、堆积，也借助于多个突部35的堆积物分离作用使堆积物微细化，完全不产生大型乃至长形的堆积物。因此，例如仅是从小片的突部39剥落碳薄片40的微细片，所以，不会发生堆积物剥落而跨在阴极2与阳极3上进行桥接的情况，能够防止两极间的短路现象的发生，对等离子发生装置的稳定驱动和运行效率的提高作出贡献。微细的碳薄片40从阴极2周边的空隙34朝箭头的下方落下，被回收到贮存部36。

图5表示电极筒体上的多分割图案例。该图的(5A)为用于本实施方式的格子状的矩阵图案。碳薄片按与突部表面的大小相关联的方式成长，为了提高堆积物分离作用，突部35最好尽可能为小片。如过剩地进行多分割，则有效电极表面积减少，所以，只要突部35的最大长度L至少比筒内壁与阴极外周之间的间隙的宽度R(参照图4)更短即可。即使与其长度对应的碳薄片剥落，也能够确实地从空隙34的开放部落下，回收到下方。

阳极电极筒体的多分割图案不限于格子状的矩阵图案，例如，也可为图5的(5B)的例所示斜交状图案、该图(5C)的例所示岛状的图案。斜交状图案的一例相对于横槽45在筒内壁上刻设斜向槽44，从而能够形成具有弯曲状变形长方体形状的突部43。作为岛状的图案的一例，在筒内壁上刻设蜂窝状槽47，从而能够形成六角形状的突部46。在岛状的图案中包含圆型突部的水珠状图案。

借助于本实施方式的多分割阳极的使用，仅是被微细化了的碳薄片剥落，所以，也可如图3的虚线表示的那样，在空隙34的下方设置将阴极2的周围围住的环状凹坑42，以代替贮存部36，对微细化了的碳薄片进行回收。虽然与大型的贮存部36相比回收频度增加，但具有能够紧凑地构成阴极2周边的优点。

扩散等离子在阳极内壁的附着量具有在作为等离子构成物质的供给源的阴极2周边变多的倾向。因此，不一定非要对阳极内壁全面实施多分割化，只要相应于阳极面积、阳极筒体的大小等对内壁整体或一部分实施多分割化即可。

图6表示使阳极内壁的一部分多分割化了的变型例。在该变型例中，阳极48的电极筒体的内壁中的、接近阴极2的一半区域为与上述同样的格子状的凹凸图案49的形成区域，在余下的一半的筒内壁上形成朝阴极2的前方方向刻设了多个环状槽的环状槽图案50。因此，能够在接近阴极2的一半区域中由凹凸图案49实现堆积物的微细化，在余下的筒内壁上确保由环状槽图案50形成的阳极突部的表面积大的区域，高效率地诱发真空电弧的发生，防止阴极与阳极间的短路现象的发生，并且实现等离子发生效率的提高。

在本实施方式的等离子处理装置中，具有设置了多分割阳极的等离子发生装置1，不使等离子发生效率下降，能够防止大的碳薄片的剥落，提高运行效率，另外，具有能够以更高的效率将中性小滴及带电小滴除去的等离子高纯度化构成。下面说明本实施方式的等离子处理装置中的等离子高纯度化构成。在图7～图9中，以等离子输送路径为主体进行说明，简化等离子输送路径以外的构成进行图示。

图7表示本实施方式的等离子处理装置中的等离子输送路径的概略构成。在本实施方式的等离子处理装置中，在阳极3的筒体的等离子出口与等离子输送管之间夹装始端侧绝缘体IS，在等离子输送管与等离子处理部15之间夹装终端侧绝缘体IF，使等离子发生装置1、等离子输送管及等离子处理部15相互电独立，隔断来自等离子发生装置1及等离子处理部15的对等离子输送管的电影响。

由使被供给到等离子处理部(腔室)C的等离子发生的等离子发生部A及等离子输送管B构成。等离子发生部A与等离子发生部4对应。在等离子处理部C中设置工件(等离子被处理物)W，借助于连接到腔室内的气体导入系统根据需要从气体流入口G1导入反应性气体，借助于气体排出系统将反应气体、等离子流从排气口G2排出。等离子发生部A具有在真空气氛下进行真空电弧放电而使等离子发生的阴极(靶)。等离子输送路B由使等离子流通的管路构成，等离子输送路B还具有借助于几何学的构造将从阴极副生的小滴除去的小滴除去部的构造。该等离子输送路B也为等离子流通管路，由连接到等离子发生部A的等离子直进管P0、按折曲状与等离子直进管P0连接的第1等离子行进管P1、在第1等离子行进管P1的终端按相对于其管轴以规定折曲角倾斜配置的方式与其连接的第2等离子行进管P2、以及以折曲状连接到第2等离子行进管P2的终端并且从等离子出口将等离子排出的第3等离子行进管P3构成。第2等离子行进管P2与图1中的由扩径管13构成的上述第2行进路对应。上述第3等离子行进管P3的出口S3没入到上述等离子处理部C的外壁面的内部中延伸设置，但也可如后述的图11所示那样通过凸缘(图中未表示)在上述外壁面上直接连接上述出口S3等，连接形式能够自如地调整。

等离子直进管P0使从等离子发生部A直进的小滴冲撞到与等离子发生部A相向的终端部E或管内壁而附着、除去。设从等离子发生部A的上述靶位置C2到等离子直进管P0的出口，即，等离子直进管P0与第1等离子行进管P1的连接点的等离子行进长度为L0。第1等离子行进管P1在等离子直进管P0的终端侧侧壁按垂直的方向连通地连接。设第1等离子行进管P1的等离子行进长度为L1。第2等离子行进管P2在第1等离子行进管P1与第3等离子行进管P3之间倾斜配置，设其等离子行进长度为L2。第3等离子行进管P3按与第1等离子行进管P1平行的方向配置，设其等离子行进长度为L3。第3等离子行进管P3的等离子出口延伸设置到等离子处理部C内部。设从第3等离子行进管P3的等离子出口排出的等离子到达等离子处理部C内的被处理物的设置位置C1的等离子有效距离为L4。由等离子直进管P0、第1等离子行进管P1、第2等离子行进管P2及第3等离子行进管P3构成按3阶段折曲形成的等离子行进路。

在各等离子行进管的外周，卷绕用于发生等离子输送用磁场的磁场线圈(图中未表示)，该等离子输送用磁场用于沿管路输送等离子流。借助于由磁场线圈构成的等离子输送用磁场发生单元，在上述3阶段的折曲路径整体发生等离子输送用磁场，提高等离子输送效率。另外，在管内壁上设置小滴除去用挡板(图中未表示)。

在上述构成的等离子行进路中，从靶面到等离子直进管P0的出口面的距离、第1等离子行进管P1、第2等离子行进管P2及第3等离子行进管P3的各个的等离子行进长度L0～L3与等离子有效距离L4相加获得的总长度(等离子输送距离)L(＝L0+L1+L2+L3+L4)满足900mm≤L≤1350mm地被设定。

图20为表示等离子输送距离与成膜速率的关系的关系图。在本实施方式中，如图20的A3所示那样，设L为1190mm。在该等离子输送距离的设定下，当对1片的基片进行等离子照射，实施了3nm的厚度的成膜时，获得约1.5nm/sec的成膜速率。

按照本实施方式，能够使上述等离子行进路的等离子输送距离比以往的T字等离子行进路(图20的A1)、弯曲等离子行进路(图20的A2)更短，提高成膜速率，而且，不是简单地缩短直进路径，而是借助于上述3阶段的折曲路径化高效率地将小滴除去，生成能够提高成膜等的表面处理精度的高纯度等离子。即，与按T字状折曲了的等离子行进路的场合(A1)、使用弯曲了的等离子行进路的场合(A2)进行比较，等离子输送距离短缩，而且，作为用于半导体基片等的良好的成膜条件，能够获得高成膜速率(约1.5nm/sec)。

在本实施方式中，等离子行进路由上述3阶段的折曲路径构成，再借助于图7或11所示的管路配置获得极为良好的小滴除去效果。借助于该小滴除去效果，对宽度d1为2.5in(英寸)、长度D2为2.5in(英寸)、任意厚度t的尺寸的基片(工件W)按4秒照射了等离子时的小滴的附着量成为10个～不足100个。

在不能从第3等离子行进管P3的等离子出口S3以直线状透视第1等离子行进管P1的等离子出口S1侧的位置，按几何学的方式配置第2等离子行进管P2。即，当设从第3等离子行进管P3的等离子入口S2侧的管截面上端相对于第1等离子行进管P1的等离子出口S1侧的管截面下端的仰角为θ，设从第3等离子行进管P3的等离子出口S3侧的管截面下端相对于第2等离子行进管P2的等离子出口S2侧的管截面上端的仰角为θ₀时，满足θ≥θ₀。

按照上述的几何学的管路配置，能够避免从第1等离子行进管P1导出的直进小滴直接侵入到第3等离子行进管P3，使得该小滴不从第3等离子行进管P3的等离子出口S3排出。因此，能够在上述3阶段的折曲路径过程中使小滴冲撞到路径内壁而附着除去，如上述那样大幅度减少小滴在被处理物上的附着量，能够用高效率地除去了小滴的高纯度等离子进行等离子处理。

在本实施方式中，在同一平面上连接而构成上述3阶段的折曲路径，但在形成了在空间上以3阶段折曲的管路构成的场合，也能够借助于上述同样的几何学的配置实现直进等离子不直接地从第3等离子行进管的等离子出口排出的管路构成。

第2等离子行进管P2也可如用虚线表示的那样，形成为内径比第1等离子行进管P1及第3等离子行进管P3更大的扩径管P4。即，使第2等离子行进管P2为扩径管P4，使第1等离子行进管P1为连接到扩径管P4的等离子导入侧始端的导入侧缩径管，使第3等离子行进管P3为连接到扩径管P4的等离子排出侧终端的排出侧缩径管。如将扩径管P4配置在中间，则从导入侧缩径管导入到了扩径管内的等离子流在由扩径管P4产生的等离子行进路的扩径作用下扩散。借助于该等离子流的扩散，混入到了等离子中的小滴也向扩径管P4内扩散，冲撞到扩径管P4的内侧壁进行附着而被回收。另外，当扩径管P4内的等离子流被排出时，借助于从扩径管P4向排出侧缩径管的缩径作用，向扩径管内壁面侧飞散的小滴冲撞到台阶部进行附着而被回收，不会与等离子流汇合，能够防止小滴的再混入。因此，能够使小滴附着在扩径管P4的内侧壁上而充分地回收，能够在第1等离子行进管P1、第2等离子行进管P2及第3等离子行进管P3的管路中高效率地将小滴除去。另外，如不使扩径管P4与导入侧缩径管及/或排出侧缩径管的中心轴一致地使其偏心，则容易从等离子流将小滴分离，小滴的捕集效果进一步提高。而且，仅是在等离子行进路上形成扩径管P4，能够简单而且廉价地构成小滴除去部。

上述的3段折曲构造及角度关系θ≥θ₀主要用于提供为了将如中性小滴那样直进的小滴除去而设置的等离子输送路B的几何学的构造。带电小滴受到来自环境的电作用和磁作用的影响，所以，在电磁场中受到电场和磁场的作用而从直进偏移。因此，为了将带电小滴除去，需要设置从等离子输送路有意识地特别是将电位差消除的机构。这是因为，等离子输送用的磁场肯定是需要的，所以，消除磁场对于等离子装置来说比较困难。如消除电位差，则能够消除对带电小滴的电力，所以，在该场合带电小滴也具有与中性小滴同样地直进的性质，借助于上述几何学的构造，带电小滴也能够被除去。

本实施方式的等离子处理装置具有带电小滴的除去构造。等离子发生部A与等离子输送管B由始端侧绝缘体IS相互地电绝缘，而且等离子输送管B与等离子处理部C由终端侧绝缘体IF相互地电绝缘。结果，等离子输送管B完全不受到来自等离子发生部A和等离子处理部C的电影响，等离子输送管B整体上被设定为相同电位。如上述那样，等离子输送管B由等离子直进管P0、第1等离子行进管P1、第2等离子行进管P2、以及第3等离子行进管P3构成，这些配管全部成为相同电位，所以，在等离子输送管B中完全没有电位差，带电小滴在等离子输送管B中完全不受基于电位差的电力的影响。因此，带电小滴在等离子输送管B中也与中性小滴同样地被借助于上述3段折曲构造及角度关系θ≥θ₀确实地除去。

也可在本等离子处理装置的各构成部分附设偏压电源。在图7中，在等离子发生部容器A1附设容器用偏压电源EA1，在等离子输送管上附设输送管用偏压电源EB，在作为等离子处理部C的箱体的处理部容器C3上附设处理部用偏压电源EC，在工件W上附设被处理部用偏压电源EW。

各偏压电源EA1、EB、EC、EW具有相同的构造，下面根据图10说明其构造。图10为偏压电源的构成图。连接端子CT为与本等离子处理装置的各构成部分连接的端子。连接到了连接端子CT的可动端子VT可按4阶段动作。4阶段的受侧端子由浮动端子FT、可变正电位端子PVT、可变负电位端子NVT以及接地端子GNDT构成。如可动端子VT连接到浮动端子FT，则浮动端子FT处于电浮动状态，与哪个部分都不连接。如可动端子VT连接到可变正电位端子PVT，则相对于GND(接地侧)为正的电位按大小可变(0～+50V)的方式施加在构成部分。如可动端子VT被连接到可变负电位端子NVT，则相对于GND(接地侧)为负的电位按大小可变(0～-50V)的方式施加在构成部分。如可动端子VT连接到接地端子GNDT，则构成部分接地到GND。

图7表示适当的电位配置，等离子发生部容器A1由上述容器用偏压电源EA1设置为GND，等离子输送管B由输送管用偏压电源EB设定为电浮动状态，处理部容器C3由处理部用偏压电源EC设置为GND，工件W由被处理部用偏压电源EW设定为电浮动状态。等离子发生部容器A1与等离子发生用的电弧电源绝缘，所以，接地到了GND的等离子发生部容器A1实施了即使作业者接触也安全的设计。处理部容器C3也接地到GND，所以，即使作业者接触也安全。等离子输送管B处于电浮动状态，整体上为相同电位，所以，如上述那样，在等离子输送管B内也没有电位差，带电小滴也能够借助于小滴除去的几何学的构造与中性小滴同样确实地除去。设定为电浮动状态的工件W也整体处于相同电位，对于等离子的电作用不出现不均匀，能够在整个表面均匀地接受等离子。

图8为本发明的另一实施方式的等离子处理装置的概略构成图。与图7的实施方式的第1不同点为，在等离子发生部容器A1的下侧隔着容器间绝缘体IA设置靶交换部容器A2，在靶交换部容器A2上附设交换部容器用偏压电源EA2。在靶交换部容器A2中，内装有当等离子发生部A的靶消耗了时用于补充的预备靶(图中未表示)，同时还内装了交换机构(图中未表示)。第2不同点在于，借助于第1中间绝缘体II1将等离子输送管B分割成T输送管B01和折曲输送管B23，在折曲输送管B23上附设折曲输送管用偏压电源EB23，在T输送管B01上附设T输送管用偏压电源EB01。其它与图7完全相同，以下特别对不同点的作用效果进行说明。

交换部容器用偏压电源EA2被接地到GND，按即使作业者接触也安全的方式设计。等离子发生部A的容器用偏压电源EA1被设定为电浮动状态，消除了对等离子的电作用，促进稳定的等离子发生。T输送管用偏压电源被连接到图10的可变负电位端子NVT，使T输送管B01下降为负电位。从实验得知，如该负电位在-5～-10V的范围调整，则带电小滴的除去效率增大。折曲输送管用偏压电源EB23被连接到GND。在该第2方式中，从现在的实验例可以得知，随着偏压电源的配置成为EA2→EA1→EB01→EB23，其配管的电位按GND→浮动→(-5～-10V)→GND进行变化，该电位变化对带电小滴的除去有效。其理由虽然不明确，但也可以认为，如电位按GND→负电位→GND变化，则在最初的GND→负电位的情况下，正小滴被电吸附到输送管，在接下来的负电位→GND的情况下，负小滴被电吸附到输送管。

图9为再另一个的第3实施方式的等离子处理装置的概略构成图。与图8的不同点在于，借助于第2中间绝缘体II2将折曲输送管B23分割成第2输送管B2和第3输送管B3。结果，在第2输送管B2上附设第2输送管用偏压电源EB2，在第3输送管B3上附设第3输送管用偏压电源EB3。其它与图8完全相同，以下特别对不同点的作用效果进行说明。

在图9中，第2输送管用偏压电源EB2被接地到GND，第3输送管用偏压电源EB3被连接到图10的可变负电位端子NVT，设定为负电位。从实验得知，第3输送管用偏压电源EB3的负电位最好在0～-15V的范围内调整。在该第3实施方式中，从现在的实验例可以得知，随着偏压电源的配置成为EA2→EA1→EB01→EB2→EB3，其配管的电位按GND浮动→(-5～-10V)→GND→负电位进行变化，该电位变化对带电小滴的除去有效。其理由虽然不明确，但可以认为，如电位按GND→负电位→GND→负电位进行变化，则在最初的GND负电位的情况下，正小滴被电吸附到输送管，在接下来的负电位→GND的情况下，负小滴被电吸附到输送管，在再接下来的GND→负电位的情形，余下的正小滴被电吸附到输送管。

如上述那样，各偏压电源EW、EC、EB3、EB2、EA1、EA2、EB01的可变正电位能够在0～+50V的范围调整，可变负电位能够在0～-50V的范围调整。在这些电压范围中使得整体装置的小滴除去效率成为最大地对各偏压电源的电位个别地进行可变调整。

下面，说明适合于本发明的等离子处理装置的磁场线圈的设置例及小滴除去用挡板(捕集板)的设置例。

图11为本发明的第4实施方式的等离子处理装置的概略构成图。图11的装置表示这样的等离子处理装置，该等离子处理装置在图8的装置中在管外周设置了发生等离子输送用磁场的磁场线圈，另外，在管内壁配置了小滴除去用挡板。在该实施方式中，采用将第3等离子行进管的出口直接连接到等离子处理部1的外壁面的连接形式。与图8同样，配置有容器间绝缘体IA、始端侧绝缘体IS、第1中间绝缘体II1及终端侧绝缘体IF，构成全体装置的电绝缘。另外，在图8中，构件符号用字母记号进行表示，而在图11中构件符号用数字进行表示，但没有实质的不同。另外，同一字母符号在图8和图11中表示同一构件，其构成和作用效果在图8中已进行了说明，所以，在图11中省略同一部分的说明，以下主要对小滴除去的几何学的构造进行说明。

图11的等离子处理装置由等离子处理部(腔室)101和等离子处理装置构成；该等离子处理部(腔室)101具有气体流入口125a及排气口125b；该等离子处理装置由使供给到等离子处理部101的等离子发生的等离子发生部102及等离子输送管构成。等离子输送管与图8的场合同样，由配置了将小滴除去的小滴除去部的等离子流通管路构成。以下，由于等离子输送管B的构造自身构成小滴除去部，所以，小滴除去部意味着具有小滴除去构造的等离子输送管B。本第4实施方式的小滴除去部由等离子直进管103、第1等离子行进管104、第2等离子行进管105、以及第3等离子行进管106构成；该等离子直进管103连接到等离子发生部102；该第1等离子行进管104以折曲状连接到等离子直进管3；该第2等离子行进管105在第1等离子行进管4的终端相对于其管轴以规定折曲角倾斜配置的方式与其连接；该第3等离子行进管106以折曲状连接到第2等离子行进管105的终端，从等离子出口107将等离子排出。

由等离子直进管103、第1等离子行进管104、第2等离子行进管105及第3等离子行进管106构成的等离子输送管与图8的等离子输送管同样，按3阶段折曲形成。第3等离子行进管106的等离子出口107连接到等离子处理部101的等离子导入口。

另外，在不能从第3等离子行进管106的等离子出口107以直线状透视第1等离子行进管104的等离子出口侧的位置，与图8同样地按几何学的的方式配置第2等离子行进管105。即，当如用箭头108表示的那样设从第3等离子行进管106的等离子出口107侧的管截面下端相对于第2等离子行进管105的等离子出口侧的管截面上端的仰角为θ₀时，如用一点划线的箭头109表示的那样从第3等离子行进管106的等离子入口侧的管截面上端相对于第1等离子行进管104的等离子出口侧的管截面下端的仰角(θ)满足θ≥θ₀。借助于与图8同样的几何学的管路配置，能够避免从第1等离子行进管104导出的直进小滴直接地侵入到第3等离子行进管106中，使得该小滴不从第3等离子行进管106的等离子出口107排出。

等离子发生部102具有阴极(cathode)110、触发电极111、内壁多分割型阳极(anode)112、电弧电源113、阴极保护器114、等离子稳定化磁场发生器(电磁线圈或磁铁)115。阴极110为等离子构成物质的供给源，其形成材料只要为具有导电性的固体，则不特别限定，可单独使用金属单体、合金、无机单体、无机化合物(金属氧化物、氮化物)等或混合使用它们的2种以上。阴极保护器114用于把进行蒸发的阴极表面以外电绝缘，防止在阴极110与阳极112之间发生的等离子向后方扩散。阳极112的形成材料只要在等离子温度下也不蒸发，为非磁性的材料，为具有导电性的固体，则不特别限定。另外，阳极112的形状只要不为挡住电弧等离子的整体的行进的形状，则不特别限定。另外，等离子稳定化磁场发生器115配置在等离子发生部102的外周，使等离子稳定化。在使作用于等离子的磁场相互成为反方向(会切形)地配置了电弧稳定化磁场发生器115的场合，等离子更加稳定化。另外，在使作用于等离子的磁场相互为同方向(反射形)地配置了电弧稳定化磁场发生器115的场合，能够进一步提高由等离子进行的成膜速度。另外，按这样的方式构成，即，等离子发生部102与各等离子管路由等离子发生部侧绝缘板116电绝缘，即使在等离子发生部102施加高电压，前方部也从等离子直进管103处于电浮动状态，等离子在等离子行进路内不受到电影响。另外，按这样的方式构成，即，在第3等离子行进管106与等离子处理部1之间也安装有处理部侧绝缘板(终端侧绝缘体IF)，从等离子直进管103到第3等离子行进管106的等离子输送用的管道部整体被设定为电浮动状态，被输送的等离子不受到外部电源(高电压、GND)的影响。

在等离子发生部102中，在阴极110与触发电极111之间产生电火花，在阴极110与阳极112之间发生真空电弧而生成等离子。该等离子的构成粒子除了来自阴极110的蒸发物质、以蒸发物质和反应气体为起源的带电粒子(离子、电子)外，还包含等离子前状态的分子、原子的中性粒子。另外，在放出等离子构成粒子的同时，放出从亚微米以下到数百微米(0.01～1000μm)尺寸的小滴。该小滴形成与等离子流126的混合状态，作为小滴混合等离子在等离子行进路内移动。

在由等离子直进管103、第1等离子行进管104、第2等离子行进管105及第3等离子行进管106构成的等离子输送管上，设置由卷绕在各管外周上的磁场线圈117、118、119、120构成的等离子输送用磁场发生单元。在上述3阶段的折曲路径整体发生等离子输送用磁场，从而能够提高等离子输送效率。

等离子行进路由于按3阶段折曲形成，所以，在第1等离子行进管104及第2等离子行进管105的管连接部附设用于发生折曲磁场的磁场线圈121及偏向磁场发生单元123，用折曲磁场对等离子流进行折曲引导。在第1等离子行进管104及第2等离子行进管105的连接部分，由于折曲磁场用线圈不能均匀地卷绕，折曲磁场在折曲部的内侧变强，磁场变得不均匀。为了消除该不均匀磁场，在第1等离子行进管104及第2等离子行进管105上附设偏向磁场发生单元122、124。

偏向磁场发生单元122、124由偏向磁场发生线圈130和可动轭铁129构成。图12表示将可动轭铁129配置在第2等离子行进管105外周的状态。可动轭铁129卷绕有偏向磁场发生线圈130，具有一对磁极127、128。在磁极127、128间发生偏向磁场，施加在第2等离子行进管105内的等离子上。

偏向磁场发生单元122、124包含对可动轭铁129在管轴方向上进行滑动调整、在周向进行转动调整以及在管轴方向上进行摆动调整的调整机构。

图13表示在第1等离子行进管104外周配置的可动轭铁129的转动调整机构。转动调整机构由在4个部位设置了圆弧状导向槽132的导向体131构成，该圆弧状导向槽132在周向上对可动轭铁129进行转动调整。在导向槽132中插入被设在可动轭铁129上的销133，使销133在管圆周方向上滑动，能够在90度以下的角度调整范围θ1内对可动轭铁129进行转动调整。调整后用连接螺母134将销133紧固在导向体131上，从而能够保持其调整角度。

图14表示对配置在第2等离子行进管105外周的可动轭铁129在管轴方向进行滑动调整及在管轴方向上进行摆动调整的调整机构。导向体131在隔着间隔构件136对可动轭铁129进行了固定保持的状态下支承在滑动构件135上。滑动构件135具有沿第2等离子行进管105的管轴方向的直线状滑动槽138，固定在调整部主体137上。滑动槽138平行于第2等离子行进管105的倾斜中心线地形成。设置在第1等离子行进管104上的滑动槽沿第1等离子行进管104的中心线水平地形成。在导向槽138中插入被设在导向体131上的销139，使销139在管轴方向上滑动，从而能够在第2等离子行进管的大体管长的范围对导向体131上的可动轭铁129进行滑动调整。调整后用连接螺母140将销139紧固在滑动构件135上，能够保持其调整位置。另外，导向体131在对可动轭铁129进行了固定保持的状态下绕销139的轴旋转自如地支承在滑动构件135上。通过绕销139的轴进行旋转，能够对可动轭铁129在管轴方向进行摆动调整(倾角调整)。调整后用连接螺母140将销139紧固在滑动构件135上，能够保持其调整倾角。能够调整的倾角在第1等离子行进管104侧为5°，在其相反侧为30°。

偏向磁场发生单元122、124能够对可动轭铁129在管轴方向上进行滑动调整，在周向上进行转动调整，在管轴方向上进行摆动调整，所以，借助于可动轭铁129的位置乃至角度的调整，由上述偏向磁场进行微调，能够消除等离子输送用磁场的不均匀，能够实现由上述3阶段的折曲路径的几何学配置构成的、最佳的等离子行进路。

图15的(15A)模式地表示在倾斜配置的第2等离子行进管105上沿倾斜轴将等离子输送用磁场发生用磁场线圈卷绕成圆形状M1的状态119A。在该场合，如用图中的斜线表示的那样，在与其它的管(104或106)的连接部附近产生未卷绕线圈的空隙，产生不均匀磁场，导致等离子输送效率下降。

在本实施方式中，卷绕在第2等离子行进管105的管外周的磁场线圈119由相对于其管外周沿倾斜轴被卷绕成椭圆状的磁场线圈构成。图15的(15B)模式地表示在倾斜配置的第2等离子行进管105上沿倾斜轴将等离子输送用磁场发生用磁场线圈119卷绕成椭圆形状M2的状态119B。通过将卷绕成椭圆形状M2的磁场线圈119设置在第2等离子行进管105上，不产生(15A)的斜线区域的那样的空隙，所以，在第2等离子行进管5的倾斜面上紧密地卷绕磁场线圈，不发生不均匀磁场，能够提高等离子输送效率，能够使用高密度而且高纯度的等离子进行等离子处理。

在由等离子直进管103、第1等离子行进管104、第2等离子行进管105及第3等离子行进管106构成的等离子输送管中，在各个的管内壁面上植设小滴捕集板(挡板)141、142、143、144。下面详细说明各捕集板的构造。

图16为具有小滴捕集板160的内周管161的部分放大剖视图。内周管161收容在各等离子管路(103～106)中进行设置，在其内壁上植设有多片小滴捕集板160。在小滴捕集板160的中央形成等离子流通用开口部162。等离子从图的上方流入，通过开口部162。小滴捕集板160的倾斜角α在15～90°的范围中设定，但根据经验，最好为30～60°，在该实施例中，设定为α＝60°。在该倾斜角下，从等离子流分离了的小滴能够一边在小滴捕集板160上进行多重反射，一边确实地附着回收。

由多片的小滴捕集板160使内周管161内的小滴附着表面积增大，能够大量而且确实地附着、回收飞散小滴。在等离子输送管中，由内周管161的管长带来的限制对小滴捕集板160的设置片数产生了制约，所以，为了增大小滴除去面积，最好对小滴捕集板160的表面实施粗面加工，形成具有无数的凹凸的粗面。即，通过使小滴捕集板160的表面粗面化，使小滴捕集板160的捕集面积增加，能够使捕集效率提高。另外，冲撞到了凹部的小滴在凹部确实地粘着，小滴捕集效率进一步增加。在粗面加工中，可使用痕纹加工、梨皮面加工。作为痕纹加工方法，例如使用由砂纸进行的研磨处理。在梨皮面加工方法中，使用例如由铝氧粉、铁丸、砂粒、玻璃球等进行的喷丸处理，特别是借助于由压缩空气等对数微米粒子进行加速而使其从喷嘴喷射的微喷丸加工，能够对小滴捕集板160的狭窄的表面实施微细凹凸加工。

小滴捕集板160的植设区域最好为管内壁面积的70％以上。在图8的场合，设植设区域为管内壁面积的约90％，增大在等离子行进路用管内的小滴附着表面积，能够大量而且确实地对飞散小滴进行附着、回收，实现等离子流的高纯度化。

小滴捕集板160被与各等离子行进管的管壁进行电隔断。在内周管161连接作为偏压电压施加单元的内周管偏压电源163，能够将内周管161设定为+电位，或设定为-电位，或接地到GND。在内周管161的偏压电位为+电位的场合，具有朝输送方向将等离子中的+离子推出的效果，在-电位的场合，具有朝输送方向将等离子中的电子推出的效果。选择+-中的哪一个，按不使等离子输送效率下降的方向进行选择，根据等离子的状态加以判断。电位强度也可变，通常，从输送效率的观点，选择将内周管161设定为+15V。通过在各小滴捕集板施加上述偏压电压，对其偏压电位进行调整，能够抑制等离子的衰减，能够增加等离子输送效率。

在第2等离子行进管105内，也可配置1个以上的沿管轴方向可动的窗孔板170。上述窗孔板170具有能够沿第2等离子行进管105内的管轴方向改变设置位置的构造，可为能够向前后移动的构造，也可为仅能够朝一个方向移动的构造。由于能够移动，所以，能够对窗孔板的设置位置进行调整，还能够取出进行清洗。该窗孔板170在中央具有规定面积的开口部，在该开口部的周围壁面对小滴进行冲撞捕获，通过了上述开口部的等离子继续行进。上述开口部可设在中心，也可设在偏心位置，可进行多种设计。因此，如在第2等离子行进管105内以能够移动的方式设置多个窗孔板170，则小滴的除去效率增加，能够提高等离子纯度。以下表示利用了板簧的单向移动的窗孔板。

图17的(17A)为可动窗孔板170的俯视图，图17的(17B)表示窗孔板170的安装状态。窗孔板170具有在中央设置规定面积的开口部171的圆环形状。此时，上述开口部的形状根据配置方式可设置成圆形、椭圆形等各种形状。在窗孔板170面的3个部位，用小螺钉173固定了由朝外侧突出的弹性片(例如，板簧)构成的限位构件172，但可任意地采用焊接等固定方式。弹性片的突出部分174朝下方折曲。如图17的(17B)所示那样，在第2等离子行进管105的管175内壁预先按圆状刻设窗孔板170保持用的卡定凹部176。卡定凹部176沿管175的纵向设置了多个。如在使弹性片的突出部分174朝着下方的状态下朝箭头177的方向将窗孔板170插入到管175内，则限位构件172一边压弯一边沿管内周面移动。等离子流的方向为箭头177的反方向。如进一步朝箭头177的方向将窗孔板170推入，则限位构件172的突出部分174在卡定凹部176中由弹性恢复力扩展，嵌入、卡定到卡定凹部176中。在该卡定状态下不能使限位构件172返回，能够在其卡定位置布置窗孔板170。在改变布置位置的场合，如朝箭头177的方向将窗孔板170进一步推入，则限位构件172的卡定被解除，能够将突出部分174再次嵌入到下一卡定凹部176而卡定。

窗孔板170为可移动到第2等离子行进管105内的任意的布置位置的构造，所以，能够由窗孔板170使第2等离子行进管105内缩径，捕集小滴，而且能够适当地改变其布置位置，将捕集量调整为最佳，对小滴除去效率的提高作出贡献。窗孔板170的布置数为1或2以上。而且，开口部171不仅可设置在窗孔板170的中心，而且也可使其偏心，赋予使管内等离子流弯曲行进的功能。

也可在由等离子直进管103、第1等离子行进管104、第2等离子行进管105及第3等离子行进管106构成等离子行进路的连接部配置圆环形状的窗孔板。与窗孔板170同样，借助于该连接部用窗孔板的配置，能够使等离子行进路的管径缩小或偏心，或缩小并偏心，更多地捕集包含在等离子流中的小滴，使小滴除去效率提高。

在图7及图11的等离子生成装置中，用一样的管径构成最终段的第3等离子行进管106，但最好在第3等离子行进管106使经由折曲路径从第2等离子行进管105排出的等离子流进一步高密度化。下面表示在第3等离子行进管106进一步赋予高密度化功能的实施方式。

图18表示第5的实施方式的等离子处理装置的概略构成。图18的等离子处理装置与图11同样地具有这样的等离子生成装置，该等离子生成装置由使供给到等离子处理部101的等离子发生的等离子发生部(图中未表示)及等离子输送管构成。设于等离子输送管的小滴除去部与图8同样地由等离子直进管1100、第1等离子行进管1101、第2等离子行进管1102、以及第3等离子行进管1103构成；该等离子直进管1100连接到等离子发生部；该第1等离子行进管1101通过连接口1104以折曲状连接到等离子直进管1100；该第2等离子行进管1102在第1等离子行进管1101的终端按相对于其管轴以规定折曲角倾斜配置的方式与其连接；该第3等离子行进管1103以折曲状连接到第2等离子行进管1102的终端，从等离子出口1106排出等离子。而且，虽然图中未表示，但实际上在等离子输送管上配置了小滴捕集板及等离子输送磁场形成用磁场线圈。

由等离子直进管1100、第1等离子行进管1101、第2等离子行进管1102及第3等离子行进管1103构成的等离子输送管与图7及图11的等离子行进路同样地按3阶段折曲形成。第3等离子行进管1103由连接到第2等离子行进管1102的终端的整流管1107、连接到了整流管1107的成为偏向振动管的圆锥梯形管1108及出口管1109构成。圆锥梯形管(偏向振动管)1108朝出口管1109侧扩径。出口管1109的等离子出口1110连接到等离子处理部1的等离子导入口。出口管1109具有一样的管径。在本实施方式的等离子输送管中，第1等离子行进管1101、第2等离子行进管1102及第3等离子行进管1103各个的等离子行进长度L1～L3与图7的各等离子行进管同样地设定。另外，在不能从出口管1109的等离子出口1110以直线状透视第1等离子行进管1101的等离子出口1105侧的位置，与图7及图11同样地按几何学的方式配置第2等离子行进管1102。即，当如用箭头1111表示的那样设从出口管1109的等离子出口1110侧的管截面下端相对于第2等离子行进管1102的等离子出口1106侧的管截面上端的仰角为θ₀时，与图7同样地，从整流管1107的等离子入口侧的管截面上端相对于第1等离子行进管1101的等离子出口1105侧的管截面下端的仰角(θ)如用箭头1112表示的那样，满足θ≥θ₀。借助于与图7及图11同样的几何学的管路配置，能够避免从第1等离子行进管1101导出的直进小滴直接侵入到第3等离子行进管1103内，使得该小滴不从第3等离子行进管1103的等离子出口1110排出。

在倾斜配置的第2等离子行进管1102的终端处的与第3等离子行进管1103的连接部，等离子流弯曲行进、扩散，为了防止朝第3等离子行进管1103侧的等离子行进效率下降，在与第2等离子行进管连接的整流管1107设置整流磁场线圈1114，在管内发生整流磁场，该整流磁场一边强制地使从第2等离子行进管1102供给到整流管1107的等离子流集束，一边对其进行整流。借助于该整流磁场，能够使流到第2等离子行进管1102的等离子以集束状引出到第3等离子行进管1103侧，能够生成高密度而且高纯度的等离子。

图19为在第5实施方式的圆锥梯形管(偏向振动管)1108(在图18中表示)中形成的扫描用磁场的说明图。如图18及图19所示那样，为了使得在整流磁场作用下集束整流了的等离子流向左右、上下振动而如CRT显示器那样使等离子流扫描，在与整流管1107连接的圆锥梯形管(偏向振动管)1108上附设扫描用磁场线圈1113。扫描用磁场线圈1113由一组X方向振动磁场发生器108a、108a和一组Y方向振动磁场发生器108b、108b构成。

表示了由X方向振动磁场发生器108a、108a形成的时刻t的X方向振动磁场B_X(t)、由Y方向振动磁场发生器108b、108b形成的时刻t的Y方向振动磁场B_Y(t)及时刻t的扫描磁场B_R(t)的关系。扫描磁场B_R(t)为X方向振动磁场B_X(t)与Y方向振动磁场B_Y(t)的合成磁场。详细地说，一边由X方向振动磁场使等离子流左右摆动，一边由Y方向振动磁场使等离子流上下扫描，重复进行该动作，能够在等离子处理部1上进行大面积等离子照射。在等离子流的截面积比配置在等离子处理室1内的被处理物的截面积更小的场合，使等离子流朝上下左右进行扫描，能够对被处理物的整个表面进行等离子照射。例如，利用与CRT显示器同样的原理，CRT显示器的电子束一边左右振动一边上下移动，重复该动作，显示器画面的整个面发光。在图19中，从时刻t＝t₁的振动磁场B_X(t₁)及B_Y(t₁)合成扫描用磁场B_R(t₁)，该扫描用磁场B_R(t₁)一边左右振动，一边在时刻t＝t2从振动磁场B_X(t₂)及B_Y(t₂)形成扫描用磁场B_R(t₂)，等离子流能够在管内的几乎整个面进行偏向振动。

本发明不限于上述实施方式、变型例，当然不脱离本发明的技术思想的范围内的各种变型例、设计变更等包含在其技术范围内。

产业上利用的可能性

按照本发明，能够提供一种阳极壁多分割型等离子发生装置，该阳极壁多分割型等离子发生装置不使等离子发生效率下降，能够防止大的碳薄片的剥落，提高运行效率。另外，按照本发明的等离子处理装置，搭载阳极壁多分割型等离子发生装置，实现运行效率的提高，并且进行中性小滴及带电小滴的除去对策，能够实现发生等离子的高纯度化，所以，能够提供这样的等离子处理装置，该等离子处理装置在等离子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，不发生缺陷、杂质并且均匀地将固体的表面特性进行改性，例如能够高质量而且高精度地形成固体表面的耐磨性、耐腐蚀性强化膜、保护膜、光学薄膜、透明导电性膜等。

Claims

1.一种等离子发生装置，将等离子构成物质的供给源作为阴极，在所述阴极的前方或周围设置筒状的阳极，在真空气氛下在所述阴极与所述阳极之间进行真空电弧放电，从所述阴极表面发生等离子；其特征在于：在形成所述阳极的筒内壁设置多个凹凸，当从所述阴极向所述阳极侧放出了的所述等离子的一部分在所述凹凸上附着而堆积了时，所堆积的堆积物作为微细片从所述阳极剥落，

将形成所述阳极的筒内壁中的、接近所述阴极的区域作为凹凸图案的形成区域，在余下的筒内壁上形成朝所述阴极的前方方向刻设了多个环状槽的环状槽图案。

2.根据权利要求1所述的等离子发生装置，其特征在于：使所述凹凸的突部的最大长度比所述筒内壁与所述阴极外周之间的间隙的宽度短。

3.根据权利要求1或2所述的等离子发生装置，其特征在于：由格子状、斜交状、岛状的图案中的任一个形成多个所述凹凸。

4.根据权利要求1或2所述的等离子发生装置，其特征在于：在所述阴极的周围形成环状凹坑，将从所述阳极剥落了的所述微细片贮存、回收在所述凹坑中。

5.根据权利要求1或2所述的等离子发生装置，其特征在于：在所述阴极的下方设置所述微细片的贮存部，并且，在所述阴极的周围形成与所述贮存部连通的开放部，从所述阳极剥落了的所述微细片通过所述开放部贮存、回收到所述贮存部中。

6.一种等离子处理装置，具有权利要求1或2所述的等离子发生装置、输送由所述等离子发生装置发生了的等离子的等离子输送管、以及由从所述等离子输送管供给的等离子对被处理物进行处理的等离子处理部。

7.根据权利要求6所述的等离子处理装置，其特征在于：在所述阳极的筒体的等离子出口与所述等离子输送管之间夹装始端侧绝缘体，在所述等离子输送管与所述等离子处理部之间夹装终端侧绝缘体，使所述等离子发生装置、所述等离子输送管及所述等离子处理部相互电独立，隔断所述等离子发生装置及所述等离子处理部在电的方面对所述等离子输送管的影响。

8.根据权利要求6所述的等离子处理装置，其特征在于：所述等离子输送管由连接到等离子发生部的等离子直进管、以折曲状连接到所述等离子直进管的第1等离子行进管、在所述第1等离子行进管的终端按相对于其管轴以规定折曲角倾斜配置的方式连接的第2等离子行进管、以及在所述第2等离子行进管的终端以折曲状连接并且从等离子出口将等离子排出的第3等离子行进管构成，以使所述等离子从所述阴极的表面到达被处理物的总长度L满足900mm≤L≤1350mm的方式进行设定。

9.根据权利要求8所述的等离子处理装置，其特征在于：所述第2等离子行进管，按几何学的方式被配置在不能从所述第3等离子行进管的等离子出口以直线状透视所述第1等离子行进管的等离子出口侧的位置。

10.根据权利要求8所述的等离子处理装置，其特征在于：当从所述第3等离子行进管的等离子入口侧的管截面上端相对于所述第1等离子行进管的等离子出口侧的管截面下端的仰角为θ、从所述第3等离子行进管的等离子出口侧的管截面下端相对于所述第2等离子行进管的等离子出口侧的管截面上端的仰角为θ₀时，满足θ≥θ₀。

11.根据权利要求8所述的等离子处理装置，其特征在于：在所述等离子直进管、所述第1等离子行进管、所述第2等离子行进管及所述第3等离子行进管上分别设有发生等离子输送用磁场的等离子输送用磁场发生单元，在所述第1等离子行进管及／或所述第2等离子行进管上附设有使所述等离子输送用磁场偏向的偏向磁场发生单元，借助于由所述偏向磁场发生单元发生的偏向磁场使等离子流朝管中心侧偏向。