CN102939404A

CN102939404A - 等离子体流生成方法、等离子体处理方法、等离子体发生装置和等离子体处理装置

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Publication number: CN102939404A
Application number: CN2011800246932A
Authority: CN
Inventors: 鹭坂圭亮; 野口义文
Original assignee: Ferrotec Corp
Current assignee: Ferrotec Material Technologies Corp
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2013-02-20
Also published as: US20130034668A1; JP2011225952A; US9426875B2; JP5606777B2; WO2011132700A1

Abstract

本发明的目的在于提供使利用转动等离子体进行的等离子体处理稳定且可以控制、并可以提高等离子体处理质量的等离子体流生成方法、等离子体处理方法、等离子体发生装置和使用它的等离子体处理装置。4个象限（Z1～Z4）中的各频率被设定为7、15、6、20Hz。利用该频率可变，可以使被分割成4个的转动角区域中的等离子体的转动速度不同。由于等离子体（P2、P4）的周向转动速度比等离子体（P1、P3）快，所以可以照射边描绘圆轨道（C）边从等离子体（P1）到（P2）、（P3）、（PB4）周期性变速转动的转动等离子体，可以在第一象限（Z1）～第四象限（Z4）中实施均匀的成膜处理。

Description

等离子体流生成方法、等离子体处理方法、等离子体发生装置和等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及等离子体流生成方法，以构成等离子体的物质的供应源为阴极，把阳极设在所述阴极的前方或周围，在所述阴极和所述阳极之间进行电弧放电，生成使从所述阴极表面产生的等离子体转动的等离子体流；还涉及利用所述转动的等离子体流的等离子体处理方法；还涉及产生所述等离子体流的等离子体发生装置；以及涉及使用所述等离子体发生装置产生的等离子体进行成膜等的等离子体处理的等离子体处理装置。

背景技术

公知的是，通常利用等离子体在固体材料表面上形成薄膜或注入离子，来改善固体的表面特性。利用含有金属离子或非金属离子的等离子体形成的膜来提高固体表面的耐磨性和耐蚀性，可以有效用作保护膜、光学薄膜、透明导电性膜等。特别是利用碳等离子体的碳膜作为由金刚石结构和石墨结构构成的类金刚石薄膜（称为DLC膜），有很高的利用价值。

产生含有金属离子或非金属离子的等离子体的方法有真空电弧等离子体法。真空电弧等离子体由阴极和阳极之间产生的电弧放电形成，是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。此外，在导入了反应气体作为气氛气体的情况下，反应气体也同时被离子化。也可以与所述反应气体一起导入惰性气体（称为稀有气体），此外，也可以导入所述惰性气体来替代所述反应气体。可以利用这样的等离子体，向固体表面上形成薄膜或进行离子注入，来进行表面处理。

通常，在真空电弧放电中，从阴极点释放出阴极材料离子、电子、阴极材料中性原子团（原子和分子）这样的真空电弧等离子体构成粒子，同时也释放出从亚微米以下到数百微米（0.01～1000μm）大小的、被称之为微滴的阴极材料微粒。如果该微滴附着在被处理物表面上，则有损于被处理物表面上形成的薄膜的均匀性，使薄膜产生缺陷，影响成膜等表面处理的结果。

采用真空电弧等离子体法的等离子体处理装置如本申请人已经在日本专利公开公报特开2008－91184号（专利文献1）中所公开的那样，在阴极和触发电极之间产生电火花，在阴极和阳极之间产生真空电弧，生成了等离子体。

专利文献1：日本专利公开公报特开2008－91184号

如专利文献1中记载的那样，在上述等离子体处理装置中，在等离子体输送管道的断面圆周方向产生偏转磁场，向阴极和阳极之间施加产生的真空电弧等离子体，使等离子体在转动的同时在等离子体输送管道中行进，向被处理物（工件）照射转动等离子体束，不扩散地有效地进行成膜处理。

图10示意性表示真空电弧等离子体的束形态。如图（10A）所示，等离子体束PB的束断面通常不是正圆形，等离子体密度分布产生偏差，变成被拉伸的大体椭圆形断面。即，如图（10B）所示，等离子体密度分布变成与短轴X方向相比向长轴Y方向扩展。因此，在照射到工件W上时，与短轴X方向相比长轴Y方向的束的照射区域变大。

以往的等离子体流转动控制生成边描绘圆轨道边转动的等离子体流，在等离子体行进方向周围的整个等离子体转动角区域中，等离子体的转动速度为等速。在假设等离子体密度分布成在X、Y方向相等的正态分布的情况下，利用描绘等速圆轨道的转动等离子体，应该可以沿圆周均匀成膜。可是如上所述，由于等离子体密度分布存在偏差，所以照射到工件上的束照射量沿圆周不同，存在有膜厚变得不均匀的问题。下面详细叙述该不均匀的问题。

图12示意性表示使等离子体束等速转动的等离子体转动的状况。图示的转动等离子体边描绘圆轨道C边按从等离子体PB1到PB2、PB3、PB4向顺时针方向转动。如果在圆轨道C的微小区间ΔR中对各转动角区域进行比较，则由于在等速圆轨道下，在微小区间ΔR中的照射时间是一定的，所以因等离子体密度分布的偏差造成沿短轴X方向或长轴Y方向的区域中的成膜厚度有很大差异。

在图12中，等离子体PB1和PB3位于短轴X方向在轨道上的转动角区域，并位于相互经过180°面对的位置。等离子体PB2和PB4位于长轴Y方向在轨道上的转动角区域，并相互经过180°面对，而且与等离子体PB1和PB3错开90°。在等离子体PB2和PB4照射到工件上时，由向长轴Y方向扩展的等离子体密度分布决定了等离子体照射量。另一方面，在等离子体PB1和PB3照射到工件上时，由比长轴Y方向窄的短轴X方向的等离子体密度分布决定了等离子体照射量。因此，在照射了边描绘圆轨道C边从等离子体PB1到PB2、PB3、PB4等速转动的转动等离子体的情况下，等离子体PB1和PB3、以及等离子体PB2和PB4产生了明显的成膜厚度的差异。当然，作为整个圆轨道C也在成膜部位产生了厚度不均，不能进行良好的等离子体处理。由于这样的成膜厚度不均受到等离子体密度分布偏差的影响而波动，为了执行所希望的等离子体处理的转动等离子体控制本身也变得困难。

发明内容

鉴于上述课题，本发明的目的在于提供可以使利用转动等离子体进行的等离子体处理稳定且可以控制、并可以提高等离子体处理质量的等离子体流生成方法、等离子体处理方法、等离子体发生装置和使用它的等离子体处理装置。

本发明第一方式是一种等离子体流生成方法，以构成等离子体的物质的供应源为阴极，在所述阴极的前方或周围设置阳极，通过产生电弧放电，在所述阴极和所述阳极之间产生电弧等离子体，利用转动磁场产生在等离子体行进方向周围转动的等离子体流，所述等离子体流生成方法的特征在于，把所述等离子体行进方向周围的等离子体的转动角区域分割成两个以上的区域，使各转动角区域中的等离子体的转动速度不同。

本发明第二方式是一种等离子体流生成方法，在第一方式的基础上，产生设于等离子体流动路径的X方向磁场，而且产生与所述X方向垂直的Y方向磁场，根据所述转动角区域使X方向磁场和/或Y方向磁场可变，使所述转动角区域中的等离子体的所述转动速度不同，生成描绘圆轨道、椭圆轨道或螺旋轨道的等离子体流。

本发明第三方式是一种等离子体流生成方法，在第一或第二方式的基础上，所述转动角区域分割成4n个区域，其中，n为正整数。

本发明第四方式是一种等离子体处理方法，向被处理物提供用第一、第二或第三方式所述的等离子体流生成方法生成的等离子体流，进行等离子体处理。

本发明第五方式是一种等离子体处理方法，在第四方式的基础上，在所述被处理物的内周部和外周部成膜时，利用具有所述转动速度不同的转动角区域的等离子体流，以所述内周部和所述外周部的膜厚不同的方式进行等离子体处理。

本发明第六方式是一种等离子体发生装置，以构成等离子体的物质的供应源为阴极，在所述阴极的前方或周围设置阳极，通过产生电弧放电，在所述阴极和所述阳极之间产生电弧等离子体，利用转动磁场使等离子体流在等离子体行进方向的周围转动，所述等离子体发生装置的特征在于，把所述等离子体行进方向周围的等离子体的转动角区域分割成两个以上区域，使各转动角区域中的等离子体的转动速度不同。

本发明第七方式是一种等离子体发生装置，在第六方式的基础上，包括：X方向磁场产生构件，产生设于等离子体流动路径的X方向磁场；以及Y方向磁场产生构件，产生与所述X方向垂直的Y方向磁场；根据所述转动角区域，使X方向磁场和/或Y方向磁场可变，使所述转动角区域中的等离子体的所述转动速度不同，产生描绘圆轨道、椭圆轨道或螺旋轨道的等离子体流。

本发明第八方式是一种等离子体发生装置，在第六或第七方式的基础上，所述转动角区域分割成4n个区域，其中，n为正整数。

本发明第九方式是一种等离子体处理装置，包括：第六、第七或第八方式所述的等离子体发生装置；等离子体输送管道，输送由所述等离子体发生装置产生的等离子体；以及等离子体处理部，利用从所述等离子体输送管道提供的等离子体，对被处理物进行处理。

本发明第十方式是一种等离子体处理装置，在第九方式的基础上，在所述被处理物的内周部和外周部成膜时，利用具有所述转动速度不同的转动角区域的等离子体流，使所述内周部和所述外周部的膜厚不同。

本发明对上述课题进行了专心的研究，其结果着眼于因等离子体密度分布偏差造成用描绘单纯的等速圆轨道的转动等离子体流不能实现膜生长均匀化的问题。即，按照本发明第一方式，由于把所述等离子体行进方向周围的等离子体的转动角区域分割成两个以上区域，使各转动角区域中的等离子体的转动速度不同，所以与以往的等速圆轨道（参照图12）不同，即使等离子体密度分布有偏差，也可以使被分割的转动角区域中的等离子体照射时间可变，可以稳定地控制成膜处理，可以提高等离子体处理的质量。

按照第二方式，由于产生设于等离子体流动路径的X方向磁场，而且产生与所述X方向垂直的Y方向磁场，根据所述转动角区域，使X方向磁场和/或Y方向磁场可变，使所述转动角区域中的等离子体的所述转动速度不同，生成描绘圆轨道、椭圆轨道或螺旋轨道的等离子体流，所以能够以与等离子体的照射条件对应的所希望的等离子体照射方式进行成膜处理。

按照本发明第三方式，由于把所述转动角区域分割成4n（n：正整数）个区域，所以例如通过在等离子体流动管道外周设置产生X方向磁场和与X方向垂直的Y方向磁场的磁场发生构件，使分割成4n（n：正整数）个区域的各转动角区域中的等离子体的转动速度不同，即使等离子体密度分布有偏差，也可以使分割成多个的转动角区域中的等离子体照射时间可变，可以稳定地控制成膜处理。

按照本发明第四方式，由于向被处理物提供用第一、第二或第三方式的等离子体流生成方法生成的等离子体流进行等离子体处理，所以作为用所述等离子体流生成方法使各转动角区域中的转动速度不同的转动等离子体流，向所述被处理物照射等离子体，不会产生成膜厚度不均，可以稳定地控制成膜处理，可以进行高质量的等离子体处理。

在本发明中，由于使分割成多个的转动角区域中的等离子体照射时间可变，可以稳定地控制成膜处理，所以不仅可以对整个被处理物进行质量均匀的成膜处理，还可以使被处理物的内外周之间的等离子体照射时间可变，可以在一个工序中进行正确地赋予成膜厚度所希望的高低差的等离子体处理。即，按照本发明第五方式，由于在所述被处理物的内周部和外周部成膜时，利用具有所述转动速度不同的转动角区域的等离子体流，使所述内周部和所述外周部的膜厚不同，所以例如以硬盘驱动器用的媒体为被处理物，在使与内周侧的数据区域相比要求耐久性的外周侧的装载和卸载区域形成厚膜的情况下，以往需要两个工序，在使整个硬盘暂时成膜后，再次对外周部进行加厚成膜，对此，本发明利用单一的等离子体处理工序，就能够进行以高质量使内外周的成膜厚度具有所希望的高低差的等离子体处理。

按照本发明第六方式，由于把所述等离子体行进方向周围的等离子体的转动角区域分割成两个以上的区域，使各转动角区域中的等离子体的转动速度不同，所以即使等离子体密度分布有偏差，也可以使被分割的转动角区域中的等离子体照射时间可变，可以稳定地控制成膜处理，可以提供能提高等离子体处理质量的等离子体发生装置。

按照本发明第七方式，由于具有产生设于等离子体流动路径的X方向磁场的X方向磁场产生构件、产生与所述X方向垂直的Y方向磁场的Y方向磁场产生构件，根据所述转动角区域，使X方向磁场和/或Y方向磁场可变，使所述转动角区域中的等离子体的所述转动速度不同，产生描绘圆轨道、椭圆轨道或螺旋轨道的等离子体流，所以可以提供用与等离子体的照射条件对应的所希望的等离子体照射方式进行成膜处理的等离子体发生装置。

按照本发明第八方式，由于把所述转动角区域分割成4n（n：正整数）个区域，所以例如通过使所述X方向磁场产生构件和所述Y方向磁场产生构件使用偏转磁场线圈，并在周向位置调整所述偏转线圈的通电控制，从而使分割成4n（n：正整数）个的各转动角区域中的等离子体的转动速度不同，即使等离子体密度分布有偏差，也可以使被分割成多个的转动角区域中的等离子体照射时间可变，可以实现能稳定控制成膜处理的等离子体发生装置。

按照本发明第九方式，利用第六、第七或第八方式的等离子体发生装置，产生与被分割成多个的转动角区域对应地使照射时间可变的转动等离子体，并经由所述等离子体输送管道提供给所述等离子体处理部，可以用该转动等离子体进行成膜处理等，所以可以进行高质量的等离子体处理。

按照本发明第十方式，由于在所述被处理物的内周部和外周部成膜时，利用具有所述转动速度不同的转动角区域的等离子体流，使所述内周部和所述外周部的膜厚不同，所以例如把硬盘驱动器用的媒体作为被处理物，在与内周侧的数据区域相比要求耐久性的外周侧的装载和卸载区域加厚形成膜的情况下，以往需要两个工序，在使整个硬盘暂时成膜后，再次对外周部进行加厚成膜，对此，本发明提供的等离子体处理装置利用单一的等离子体处理工序进行等离子体处理，就可以高质量地使内外周的成膜厚度具有所希望的高低差。

附图说明

图1是本发明实施方式的设置有等离子体发生装置的等离子体处理装置的简要剖面结构图。

图2是所述等离子体处理装置的控制框图。

图3是表示等离子体转动用磁场发生器37的结构和利用等离子体转动用磁场发生器37产生的转动磁场的图。

图4是用于描绘单纯的圆的电流控制波形图和圆形利萨如图。

图5是本实施方式的频率可变所产生的脉冲电流波形图。

图6是图5的分割成4个区域的圆形利萨如图。

图7是本发明的转动等离子体控制的基本流程图。

图8是螺旋轨道用脉冲电流的波形图和用它描绘螺旋轨道的转动等离子体的利萨如图。

图9是其他螺旋轨道用脉冲电流的波形图和用它描绘螺旋轨道的转动等离子体的利萨如图。

图10是示意性表示真空电弧等离子体的束形态的图。

图11是用于说明由等离子体转动用磁场发生器37产生的转动等离子体流的图。

图12是示意性表示以往的等离子体转动状况的图。

附图标记说明

1等离子体发生装置

2阴极

3阳极

4等离子体发生部

5撞针

6等离子体行进通道

7弯曲部

8弯曲磁场发生器

9微滴行进通道

10微滴收集部

11电弧电源

12阴极保护器

13等离子体稳定化磁场发生器

14连接行进通道

15挡板

16挡板

17挡板

18挡板

19磁场发生器

20等离子体行进通道

21扩径管

21a起始端

21b起始端

22导入侧缩径管

23磁场发生器

24磁场发生器

25孔径限制部件

26挡板

27排出侧缩径管

28等离子体处理室

29被处理物

30磁场发生器

31孔径限制部件

32内周管

33外周管

34台阶部

35台阶部

36磁场发生器

37磁场发生器

38等离子体流

39箭头

100PLC

101触摸屏显示器

102直流稳定化电源

103脉冲发生器

103a DC伺服放大器

103b DC伺服放大器

具体实施方式

下面参照附图对本发明实施方式的等离子体发生装置和等离子体处理装置进行详细说明。

图1是本发明的设置有等离子体发生装置1的等离子体处理装置的简要剖面结构图。在等离子体发生部4中，把阴极（靶）2作为构成等离子体的物质的供应源，把筒状的阳极3配置在阴极2的前方一侧。等离子体发生部4包括触发电极的撞针5、电弧电源11、阴极保护器12、等离子体稳定化磁场发生器（电磁线圈或磁铁）13。撞针5被配置成转动自如，可以相对于阴极2靠近或后退。在真空氛围下，在阴极2和撞针5之间产生电火花，在阴极2和阳极3之间产生真空电弧，从而生成等离子体。

在本实施方式的等离子体处理装置中，把按本发明的等离子体流生成方法生成的转动等离子体流导入等离子体处理室28，进行等离子体处理。把在阴极2和阳极3之间产生的等离子体，通过等离子体流动路径导向配置在等离子体处理室28的等离子体流入口上的排出侧缩径管27，并提供转动磁场使其在等离子体行进方向的周围转动，从而生成所述转动等离子体流。此时，通过控制转动磁场，把所述等离子体行进方向周围的等离子体的转动角区域分割成2个以上区域，生成使各转动角区域中的等离子体的转动速度不同的转动等离子体流，并如虚线C1所示朝向等离子体流入口导入到等离子体处理室28内。作为转动等离子体流的转动方式，根据转动磁场控制，可以产生描绘圆轨道、椭圆轨道或螺旋轨道的等离子体流，能够以与等离子体的照射条件对应的所希望的等离子体照射方式进行成膜处理。

阴极2是构成等离子体的物质的供应源，其形成材料只要是具有导电性的固体就没有特别的限定，可以单独使用金属单体、合金、无机单体、无机化合物（金属氧化物、氮化物）等，或把两种以上混合使用。阳极3的形成材料是即使在等离子体温度下也不蒸发的非磁性材料，可以使用导电性物质。利用在等离子体发生部4中的真空电弧放电，释放靶材料离子、电子、阴极材料中性粒子（原子和分子）这样的真空电弧等离子体构成粒子，同时也释放从亚微米以下到数百微米（0.01～1000μm）大小的阴极材料微粒（以下称为“微滴D”）。生成的等离子体在等离子体行进通道6中行进，并在弯曲部7中利用由弯曲磁场发生器8、8形成的磁场，向连接行进通道14弯曲角度θ，从而向连接行进通道14行进。此时，由于微滴D为电中性，不受磁场的影响，所以微滴D在微滴行进通道9中直行，被微滴收集部10收集。此外，在微滴行进通道9等各行进通道的内壁上设置有挡板15、16、17、18、26，微滴D碰撞并附着在上述挡板上。此外，在等离子体行进通道6起始端一侧设置有产生等离子体行进磁场的磁场发生器19。

连接行进通道14由在内壁设置了多个挡板16的管道构成，并与形成等离子体行进通道20的扩径管21连接。连接行进通道14包含导入侧缩径管22，该导入侧缩径管22与扩径管21的等离子体导入侧起始端21a连接，在连接行进通道14中央的与导入侧缩径管22的台阶部上，设置有微滴收集用孔径限制部件（aperture）25。在连接行进通道14的起始端一侧和导入侧缩径管22上，分别设置有产生等离子体行进磁场的磁场发生器23、24。在导入侧缩径管22的内壁上设置有多个挡板26。

排出侧缩径管27连接在扩径管21的等离子体排出侧终止端21b上。排出侧缩径管27的出口连接在等离子体处理室（等离子体处理部）28上，在连接部上设置有孔径限制部件31。排出侧缩径管27设置有产生等离子体行进磁场的磁场发生器30和等离子体转动用磁场发生器37。在等离子体处理室28内，在从排出侧缩径管27导入的等离子体照射的位置上，设置有被处理物29。

扩径管21由内周管32和外周管33构成，并相对于导入侧缩径管22和排出侧缩径管27倾斜配置。外周管33不参与等离子体流的行进，是内周管32的保护构件。内周管32通过绝缘环等绝缘材料安装在外周管33内，内周管32和外周管33电绝缘。在内周管32的壁面上设置有多个挡板17。在外周管33的外周上设置有产生等离子体行进磁场的直行磁场发生器36。直行磁场发生器36由卷绕在外周管33外周上的电磁线圈构成。

图1中虚线A表示等离子体的行进方向。通过了连接行进通道14的等离子体经过导入侧缩径管22后，在等离子体行进通道20的扩径管21内行进。此时，残存的微滴D碰撞并附着在挡板17上而被去除。然后，等离子体从等离子体行进通道20弯曲，被导入排出侧缩径管27，如虚线C1所示，通过排出侧缩径管27被导入等离子体处理室28。

从导入侧缩径管22导入扩径管21内的等离子体流，因扩径管21形成的等离子体行进通道的扩径作用而扩散。由于混入等离子体流中的微滴直行，所以与倾斜配置的扩径管21的管内壁面边碰撞边扩散。因该扩散，等离子体流中心部分的微滴减少，向大量微滴分布在等离子体流体外周的状态变化。因该分布变化使微滴向扩径管21前后的台阶部34、35附近和内周管32的内壁面碰撞附着而被回收。此外，向弯曲连接在等离子体排出侧终止端21b上的排出侧缩径管27排出时，向箭头B方向直行的微滴与挡板18碰撞附着而被去除。

根据需要由气体导入系统（图中没有表示）把反应气体导入等离子体处理室28，并用排气系统（图中没有表示）把反应气体和等离子体流排出。此外，本实施方式中，在等离子体发生部4和等离子体处理室28之间设置有多个弯曲的行进通道，构成等离子体流动路径，但本发明不限于此，也可以应用于具有大体L形的行进通道等的各种等离子体处理装置。

图2是表示本实施方式的等离子体处理装置的控制框图。在图2中主要表示本发明的等离子体转动所需要的控制电路，省略了撞针驱动控制电路、直行磁场控制电路等。

等离子体处理装置的控制部由可编程逻辑控制器（PLC）100构成。触摸屏显示器101连接在PLC100上，可以用触摸屏显示器101输出显示和输入设定。PLC100中存储有等离子体转动控制程序，并连接有根据该等离子体转动控制程序进行驱动控制的脉冲发生器103。脉冲发生器103的脉冲输出通过DC伺服放大器103a、103b，提供给振动磁场发生器37a和振动磁场发生器37b。此外，在PLC100上连接有直流稳定化电源102，把直流稳定化电源102的电源输出提供给直行磁场发生器30。

图3表示等离子体转动用磁场发生器37的结构和由等离子体转动用磁场发生器37产生的转动磁场。

磁场发生器37由产生X轴方向的振动磁场B_X的振动磁场发生器37a和产生Y轴方向的振动磁场B_Y的振动磁场发生器37b构成，这些磁场发生器被配置成振动磁场B_X和振动磁场B_Y相对于扩径管21垂直。由直行磁场发生器36形成Z轴方向的直行磁场B_Z。本发明的转动磁场发生构件的具体例子可以列举振动磁场发生器37a和振动磁场发生器37b的组合，转动磁场由振动磁场B_X和振动磁场B_Y的合成磁场构成。振动磁场发生器37a和振动磁场发生器37b由产生偏转磁场的电磁线圈（以下称为偏转线圈）构成。此外，直行磁场发生器30由卷绕在排出侧缩径管27外周上的电磁线圈构成。

图（3B）表示振动磁场发生器37a的时刻t的振动磁场B_X（t）、振动磁场发生器37b的时刻t的振动磁场B_Y（t）和时刻t的转动磁场B_R（t）的关系。图3中表示施加在扩径管21中的等离子体流通过的一个位置上的磁场，直行磁场B_Z采用了恒定磁场。也可以使直行磁场随时间变化。由时刻t＝t₁时的振动磁场B_X（t₁）和B_Y（t₁）合成为转动磁场B_R（t₁）。

如图（3B）和（3C）（省略了时刻标记（t））所示，由所述转动磁场B_R和直行磁场B_Z合成为合成磁场B，所述混合微滴的等离子体9向合成磁场B的方向弯曲，在所述排出侧缩径管27中行进。同样，在图（3A）中，由时刻t＝t₂时的振动磁场B_X（t₂）和B_Y（t₂）合成为转动磁场B_R（t₂）。即，时刻t从t₁到t₂时，振动磁场B_X（t₁）、B_Y（t₁）变成振动磁场B_X（t₂）、B_Y（t₂），所述转动磁场B_R（t）从B_R（t₁）向B_R（t₂）转动。因此，通过调整向振动磁场发生器37a、37b通电的脉冲电流的相位差、振动数和电流量，并控制振动磁场B_X（t）、B_Y（t），可以产生所希望的转动磁场B_R（t）。此外，下面省略了时刻标记（t），并标示成振动磁场B_X、B_Y和转动磁场B_R。

图（3B）和（3C）表示了振动磁场B_X、B_Y、直行磁场B_Z、转动磁场B_R和合成磁场B的关系。在图（3B）中，把振动磁场B_X的振幅B_X0和振动磁场B_Y的振幅B_Y0设定成相同的值，通过使相位差90°的振动磁场B_X、B_Y以相同的振动数振动，转动磁场B_R以一定强度转动。因此，等离子体流38边圆形转动边在排出侧缩径管27中行进。在图（3C）的情况下，把振幅B_Y0设定成比振幅B_X0小，与图（3B）相同，通过使相位差90°的振动磁场B_X、B_Y以相同的振动数振动，图（3C）的转动磁场B_R的矢量按椭圆形转动。

图11示意性表示排出侧缩径管27内的等离子体流38。

排出侧缩径管27内的等离子体流38受到上述转动磁场B_R的转动作用而弯曲，使微滴向箭头39所示的壁侧的方向分离，同时变成转动等离子体流，朝向导入等离子体处理室28的方向C1行进。

如图2所示，分别利用从基于脉冲发生器103产生的脉冲信号可以改变通电量的DC伺服放大器103a、103b提供的电流，对振动磁场发生器37a和振动磁场发生器37b的电磁线圈进行通电控制。脉冲发生器103伴随由PLC100执行等离子体转动控制程序，生成脉冲信号。利用由PLC100驱动控制的直流稳定化电源102提供的电源，对直行磁场发生器30的电磁线圈进行通电控制。

通过DC伺服放大器103a、103b向各偏转线圈提供正弦波电流。对提供正弦波电流进行等离子体转动控制的原理简单说明如下。如果正弦波电流用Amsin2πft（Am：振幅、f：频率、t：时间）表示，则在使该正弦波电流流过偏转线圈时，由偏转线圈形成的磁场以如下方式改变磁场的方向，在2πf＝nπ时为0，在2πf＝nπ/2时，如果n为奇数则为1，为偶数则为－1。如图4的（4A）所示，例如向各偏转线圈提供振幅相同但相位不同的sin2πft、cos2πft波形电流，则等离子体流为sin2πft、cos2πft的利萨如图形，即，如图4的（4B）所示，以描绘圆形的方式转动。此外，如已经作为现有问题指出的那样，在使频率f固定边描绘圆轨道边使等离子体转动的情况下，在等离子体行进方向周围的等离子体的整个转动角区域中，等离子体的转动速度为等速。

在本发明中，着眼于等离子体的周向转动速度由来自DC伺服放大器103a、103b的脉冲电流的频率f来决定，把等离子体行进方向周围的等离子体的转动角区域分割成2个以上区域，进行电流控制，使各转动角区域中的等离子体的转动速度不同。把所述转动角区域分割成4n（n：正整数）个进行电流控制。

本实施方式是把转动角区域分割成4个的情况。

图5表示本实施方式的频率可变所产生的脉冲电流波形。4个象限Z1～Z4的各频率设定为7、15、6、20Hz。通过该频率可变设定，可以使分割成4个的转动角区域中的等离子体的转动速度不同。由于以往在任何象限中都使脉冲电流的频率f为定值，例如为10Hz，所以如上所述，等离子体的转动速度为等速，但按照本实施方式，可以改变在被分割的转动角区域中的等离子体照射时间，即使等离子体密度分布有偏差，也可以稳定控制成膜处理，从而可以提高等离子体处理的质量。

图6表示图5的分割成4个所形成的利萨如图形。虽然等离子体流以描绘圆形的方式转动，但在4个象限Z1～Z4中的转动速度不同。即，在第一象限Z1、第三象限Z3中周向转动速度慢，在第二象限Z2、第四象限Z4中周向转动速度快。在图6中，把象限Z2、Z4的快的周向转动速度用点表示。

在图6中，P1～P4表示等离子体密度分布有偏差的等离子体流在各象限中的周向位置。P1和P3位于短轴X方向在轨道上的转动角区域，并位于经过180°相互面对的位置上。等离子体P2和P4位于长轴Y方向在轨道上的转动角区域，并经过180°相互面对，而且与等离子体P1和P3错开90°。在向工件照射等离子体P2和P4时，由向长轴Y方向扩展的等离子体密度分布决定等离子体照射量。另一方面，在向工件照射等离子体P1和P3时，由比长轴Y方向窄的短轴X方向的等离子体密度分布决定等离子体照射量。在本实施方式中，由于等离子体P2和P4的周向转动速度比等离子体P1和P3快，所以可以照射边描绘圆轨道C边从等离子体P1到P2、P3、PB4周期性变速转动的转动等离子体，可以在第一象限Z1～第四象限Z4中实施均匀的成膜处理。整个圆轨道也不会在成膜部位产生厚度不均，可以进行良好的等离子体处理。而且不受等离子体密度分布偏差的影响，不会造成成膜厚度不均，可以利用频率可变，简单地进行用于实施所希望的等离子体处理的转动等离子体控制。

图7是本发明的转动等离子体控制的基本流程图。

本发明的转动等离子体生成控制由PLC100和用PLC100执行的频率可变控制的执行工艺构成。

通过装置电源的输入（步骤ST1），在等离子体处理之前进行转动等离子体的各参数的设定处理（步骤ST2）。转动控制参数由频率f和振幅数据构成。振幅数据在后面叙述的多重轨道控制中是必要的。如果设定了这些参数，则可以用转动等离子体对被处理物执行照射处理（步骤ST3）。

在没有设定转动控制参数的情况下，进行频率f的设定（步骤ST4、ST5）。在设定频率f时，根据分割数4n设定各转动角区域的频率。随后转移到振幅数据的设定，根据多重轨道控制，输入并设定振幅数据（步骤ST6、ST7）。可以使用触摸屏显示器101进行各种参数的设定。

如图12说明的那样，以往的等速转动等离子体在被处理物上会产生成膜厚度不均，但如果使用本发明的转动等离子体的生成方法，则进行描绘多重轨道的转动等离子体控制，可以实现成膜的质量均匀化。可以通过使从DC伺服放大器103a、103b向各偏转线圈提供的脉冲电流的振幅随时间改变，来生成描绘多重轨道的转动等离子体。

图8是螺旋轨道用脉冲电流的波形和利用它描绘螺旋轨道的转动等离子体的利萨如图。如果把随时间可变振幅的脉冲电流用正弦波Am（t）sin2πft（Am（t）：随时间可变振幅、f：频率、t：时间）表示，则向各偏转线圈提供的X方向的脉冲电流、Y方向的脉冲电流分别为Ax（t）sin2πft、Ay（t）cos2πft。图8的（8A）表示Ax（t）sin2πft的一个周期的电流波形，反复提供该波形的脉冲电流。Ay（t）cos2πf的脉冲电流也仅仅是相位90°不同，用同样的波形进行。在图（8A）的情况下，振幅峰值的轨迹A1可以用αt近似描绘，振幅以直线方式变化。因此，使Ax（t）sin2πft、Ay（t）cos2πf的脉冲供给与上述频率可变控制一起进行的话，则周向转动速度在转动角区域中不同，而且可以生成描绘螺旋轨道的转动等离子体。即，通过提供图（8A）的随时间可变振幅的脉冲电流，如图8的（8B）的利萨如图所示，可以得到以一定时间间隔使内外周沿螺旋轨道转动的转动等离子体。

图9是其他螺旋轨道用脉冲电流的波形和利用它描绘螺旋轨道的转动等离子体的利萨如图。图9的（9A）与图（8A）相同，表示一个周期的正弦波的电流波形，反复提供该波形的脉冲电流。在图（9A）的情况下，振幅峰值的轨迹A2可以用logt近似描绘，振幅以曲线方式变化。因此，使这样的电流波形的Ax（t）sin2πft、Ay（t）cos2πf的脉冲供给与上述频率可变控制同时进行的话，则周向转动速度在转动角区域中不同，而且可以生成描绘与图8的情况不同的螺旋轨道的转动等离子体。即，图（8B）的转动等离子体以一定时间间隔使内外周沿螺旋轨道转动，但如图（9B）所示，可以得到在外周一侧描绘浓密的螺旋轨道的转动等离子体。如果使用描绘这样的螺旋轨道的转动等离子体，则能够以被处理物的内周部和外周部的膜厚不同的方式成膜。所以例如以硬盘驱动器用的媒体为被处理物，在使与内周侧的数据区域相比要求耐久性的外周侧的装载和卸载区域形成厚膜的情况下，以往需要两个工序，在使整个硬盘暂时成膜后，再次把外周部进行加厚成膜，对此，本发明利用单一的等离子体处理工序，就能够进行以高品质使内外周的成膜厚度具有所希望高低差的等离子体处理。

此外，为了使振幅以曲线方式变化，振幅峰值的轨迹也可以用exp（t）近似描绘。

本发明并限定于上述实施方式和变形例，不脱离本发明技术思想范围内的各种变形例、设计变更等当然也包括在其技术范围内。

工业实用性

按照本发明，可以对使用转动等离子体的等离子体处理进行控制，有助于提高等离子体处理的质量。因此，例如可以用等离子体在固体材料表面上质量均匀地形成缺陷和杂质非常少的高纯度的薄膜，不会赋予缺陷和杂质，可以对固体的表面特性均匀地改变质量，所以可以提供一种能高质量且高精度地在固体表面上形成耐磨性或耐蚀性强化膜、保护膜、光学薄膜、透明导电性膜等的等离子体处理装置。

Claims

1.一种等离子体流生成方法，以构成等离子体的物质的供应源为阴极，在所述阴极的前方或周围设置阳极，通过产生所述电弧放电，在所述阴极和所述阳极之间产生电弧等离子体，利用转动磁场产生在等离子体行进方向周围转动的等离子体流，所述等离子体流生成方法的特征在于，

把所述等离子体行进方向周围的等离子体的转动角区域分割成两个以上的区域，使各转动角区域中的等离子体的转动速度不同。

2.根据权利要求1所述的等离子体流生成方法，其特征在于，产生设于等离子体流动路径的X方向磁场，而且产生与所述X方向垂直的Y方向磁场，根据所述转动角区域使X方向磁场和/或Y方向磁场可变，使所述转动角区域中的等离子体的所述转动速度不同，生成描绘圆轨道、椭圆轨道或螺旋轨道的等离子体流。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体流生成方法，其特征在于，所述转动角区域分割成4n个区域，其中，n为正整数。

4.一种等离子体处理方法，其特征在于，向被处理物提供用权利要求1、2或3所述的等离子体流生成方法生成的等离子体流，进行等离子体处理。

5.根据权利要求4所述的等离子体处理方法，其特征在于，在所述被处理物的内周部和外周部成膜时，利用具有所述转动速度不同的转动角区域的等离子体流，以所述内周部和所述外周部的膜厚不同的方式进行等离子体处理。

6.一种等离子体发生装置，以构成等离子体的物质的供应源为阴极，在所述阴极的前方或周围设置阳极，通过产生所述电弧放电，在所述阴极和所述阳极之间产生电弧等离子体，利用转动磁场使等离子体流在等离子体行进方向的周围转动，所述等离子体发生装置的特征在于，

把所述等离子体行进方向周围的等离子体的转动角区域分割成两个以上区域，使各转动角区域中的等离子体的转动速度不同。

7.根据权利要求6所述的等离子体发生装置，其特征在于包括：

X方向磁场产生构件，产生设于等离子体流动路径的X方向磁场；以及

Y方向磁场产生构件，产生与所述X方向垂直的Y方向磁场；

根据所述转动角区域，使X方向磁场和/或Y方向磁场可变，使所述转动角区域中的等离子体的所述转动速度不同，产生描绘圆轨道、椭圆轨道或螺旋轨道的等离子体流。

8.根据权利要求6或7所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述转动角区域分割成4n个区域，其中，n为正整数。

9.一种等离子体处理装置，其特征在于包括：

权利要求6、7或8所述的等离子体发生装置；

等离子体输送管道，输送由所述等离子体发生装置产生的等离子体；以及

等离子体处理部，利用从所述等离子体输送管道提供的等离子体，对被处理物进行处理。

10.根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述被处理物的内周部和外周部成膜时，利用具有所述转动速度不同的转动角区域的等离子体流，使所述内周部和所述外周部的膜厚不同。