JP2002069664A - プラズマ加工方法及びプラズマ加工装置 - Google Patents
プラズマ加工方法及びプラズマ加工装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ドロップレットの発生を抑制した真空アーク
放電によるプラズマ加工方法及びプラズマ加工装置を提
供することである。 【解決手段】 プラズマ加工装置は、被加工体（例えば
基板）１０，１１が配置されると共に圧力１０-4〜１０
Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバ１と、チャンバ１内
に対向配置される第１電極２及び第２電極３と、第１電
極２と第２電極３に放電電力（例えば両極性パルス電
圧）を印加する電源４と、第１電極２と第２電極３との
間隔ｄを調整するために第１電極２に設けられた電極移
動手段７と、第１電極２と第２電極３にそれぞれ近接し
て設けられた電磁コイル５，６と、チャンバ１に対して
所定ガスの導出入を行うガス導出入手段２０，２１とを
備える。
放電によるプラズマ加工方法及びプラズマ加工装置を提
供することである。 【解決手段】 プラズマ加工装置は、被加工体（例えば
基板）１０，１１が配置されると共に圧力１０-4〜１０
Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバ１と、チャンバ１内
に対向配置される第１電極２及び第２電極３と、第１電
極２と第２電極３に放電電力（例えば両極性パルス電
圧）を印加する電源４と、第１電極２と第２電極３との
間隔ｄを調整するために第１電極２に設けられた電極移
動手段７と、第１電極２と第２電極３にそれぞれ近接し
て設けられた電磁コイル５，６と、チャンバ１に対して
所定ガスの導出入を行うガス導出入手段２０，２１とを
備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ加工方法
及びプラズマ加工装置に関し、特に真空アークにより発
生させたプラズマを利用して薄膜形成や表面改質等を行
うのに好適なプラズマ加工方法及びプラズマ加工装置に
関する。
及びプラズマ加工装置に関し、特に真空アークにより発
生させたプラズマを利用して薄膜形成や表面改質等を行
うのに好適なプラズマ加工方法及びプラズマ加工装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】各種機械材料の表面機能の改質や、電子
デバイス、光学フィルタ、光・磁気記憶媒体等の製造に
は、当該材料表面への薄膜形成、イオン注入、エッチン
グ等のプラズマ技術が必要不可欠である。
デバイス、光学フィルタ、光・磁気記憶媒体等の製造に
は、当該材料表面への薄膜形成、イオン注入、エッチン
グ等のプラズマ技術が必要不可欠である。
【０００３】この技術に必要な金属イオンを含むプラズ
マを発生させる手法として、真空アークプラズマがあ
る。真空アークプラズマは、真空中で陰極と陽極に直流
電流を流し、陰極と陽極との間でアーク放電を発生させ
て、ターゲット（陰極：カソード）を蒸発・イオン化さ
せるものである。また、雰囲気ガスがある場合には、該
ガスを同時にイオン化することができる。例えば、陰極
にＴｉ、雰囲気ガスにＮ 2 を用いると、真空アークプラ
ズマ中に配置した基板表面にＴｉＮ膜を形成したり、注
入したりすることが可能である。
マを発生させる手法として、真空アークプラズマがあ
る。真空アークプラズマは、真空中で陰極と陽極に直流
電流を流し、陰極と陽極との間でアーク放電を発生させ
て、ターゲット（陰極：カソード）を蒸発・イオン化さ
せるものである。また、雰囲気ガスがある場合には、該
ガスを同時にイオン化することができる。例えば、陰極
にＴｉ、雰囲気ガスにＮ 2 を用いると、真空アークプラ
ズマ中に配置した基板表面にＴｉＮ膜を形成したり、注
入したりすることが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
真空アーク蒸着装置においては、陰極からイオンが放出
されると同時に、直径数百ミクロンからサブミクロンの
大きさの陰極材料微粒子が放出される。この微粒子は、
一般にドロップレットと呼ばれる。ドロップレットが発
生し、該ドロップレットが基板表面に付着すると、基板
表面の幾何学的な均一性及び構造的な均一性が失われ、
基板に対する所望の特性改善若しくは機能付与ができな
くなる。
真空アーク蒸着装置においては、陰極からイオンが放出
されると同時に、直径数百ミクロンからサブミクロンの
大きさの陰極材料微粒子が放出される。この微粒子は、
一般にドロップレットと呼ばれる。ドロップレットが発
生し、該ドロップレットが基板表面に付着すると、基板
表面の幾何学的な均一性及び構造的な均一性が失われ、
基板に対する所望の特性改善若しくは機能付与ができな
くなる。
【０００５】本発明は、そのような従来の問題点に着目
してなされたもので、ドロップレットの発生を抑制した
真空アーク放電によるプラズマ加工方法及びプラズマ加
工装置を提供することを目的とする。
してなされたもので、ドロップレットの発生を抑制した
真空アーク放電によるプラズマ加工方法及びプラズマ加
工装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載のプラズマ加工方法は、圧力
１０-4〜１０Ｐａの雰囲気中で、対向配置した第１電極
と第２電極に放電電力を印加して第１電極と第２電極と
の間で真空放電を発生させ、第１及び第２電極から蒸発
する物質からなるプラズマを発生させ、その蒸発物質を
同雰囲気中に配置した被加工体に導くことを特徴とす
る。
に、本発明の請求項１記載のプラズマ加工方法は、圧力
１０-4〜１０Ｐａの雰囲気中で、対向配置した第１電極
と第２電極に放電電力を印加して第１電極と第２電極と
の間で真空放電を発生させ、第１及び第２電極から蒸発
する物質からなるプラズマを発生させ、その蒸発物質を
同雰囲気中に配置した被加工体に導くことを特徴とす
る。
【０００７】このプラズマ加工方法では、第１及び第２
電極を極めて接近させて放電電力を印加することによ
り、第１及び第２電極の表面が相互加熱され、熱電子放
出が活性化され、更に加熱される。その結果、陰極点が
大きくなり、ドロップレットの発生が極端に減少する。
この結果、被加工体が例えば基板である場合、基板表面
の幾何学的な均一性及び構造的な均一性が保持され、基
板に対する所望の特性改善若しくは機能付与を行うこと
ができる。
電極を極めて接近させて放電電力を印加することによ
り、第１及び第２電極の表面が相互加熱され、熱電子放
出が活性化され、更に加熱される。その結果、陰極点が
大きくなり、ドロップレットの発生が極端に減少する。
この結果、被加工体が例えば基板である場合、基板表面
の幾何学的な均一性及び構造的な均一性が保持され、基
板に対する所望の特性改善若しくは機能付与を行うこと
ができる。
【０００８】この加工方法において、第１電極と第２電
極との間隔を１０ｍｍ以下とすること（請求項２）によ
り、ドロップレットの発生がより一層少なくなる。
極との間隔を１０ｍｍ以下とすること（請求項２）によ
り、ドロップレットの発生がより一層少なくなる。
【０００９】また、雰囲気中に所定ガスを加えること
（請求項３）で、例えば薄膜を形成する場合は、第１及
び第２電極から蒸発する物質に所定ガスの元素を混合し
てなる薄膜を形成すること（請求項４）が可能となる。
（請求項３）で、例えば薄膜を形成する場合は、第１及
び第２電極から蒸発する物質に所定ガスの元素を混合し
てなる薄膜を形成すること（請求項４）が可能となる。
【００１０】なお、第１及び第２電極は、金属固体、導
電性固体（グラファイト、シリコン等）、合金固体（Ｔ
ｉＡｌ、ＡｌＳｉ等）、導電性セラミック（ＴｉＯ2 、
ＺｎＯ等）、又はそれらの混合物である。
電性固体（グラファイト、シリコン等）、合金固体（Ｔ
ｉＡｌ、ＡｌＳｉ等）、導電性セラミック（ＴｉＯ2 、
ＺｎＯ等）、又はそれらの混合物である。
【００１１】所定ガスは、希ガス（Ａｒ、Ｈｅ等）、窒
素、酸素、水素、炭化水素ガス（Ｃ 2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ
4 等）、炭酸ガス（ＣＯ、ＣＯ2 等）、又はそれらの混
合ガスである。
素、酸素、水素、炭化水素ガス（Ｃ 2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ
4 等）、炭酸ガス（ＣＯ、ＣＯ2 等）、又はそれらの混
合ガスである。
【００１２】一方、本発明の請求項８記載のプラズマ加
工装置は、被加工体が配置されると共に圧力１０-4〜１
０Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバと、このチャンバ
内に対向配置される第１電極及び第２電極と、この第１
電極と第２電極に放電電力を印加する電源とを備え、前
記第１及び第２電極に電源からの放電電力を印加して第
１電極と第２電極との間で真空放電を発生させ、第１及
び第２電極から蒸発する物質からなるプラズマを発生さ
せ、その蒸発物質を被加工体に導くようにしたことを特
徴とする。
工装置は、被加工体が配置されると共に圧力１０-4〜１
０Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバと、このチャンバ
内に対向配置される第１電極及び第２電極と、この第１
電極と第２電極に放電電力を印加する電源とを備え、前
記第１及び第２電極に電源からの放電電力を印加して第
１電極と第２電極との間で真空放電を発生させ、第１及
び第２電極から蒸発する物質からなるプラズマを発生さ
せ、その蒸発物質を被加工体に導くようにしたことを特
徴とする。
【００１３】また、本発明の請求項９記載のプラズマ加
工装置は、被加工体が配置されると共に圧力１０-4〜１
０Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバと、このチャンバ
内に対向配置される第１電極及び第２電極と、この第１
電極と第２電極に両極性パルス電圧を印加する電源とを
備え、前記第１及び第２電極に電源からの両極性パルス
電圧を印加して第１電極と第２電極を交互に放電加熱、
均等放電させるようにしたことを特徴とする。
工装置は、被加工体が配置されると共に圧力１０-4〜１
０Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバと、このチャンバ
内に対向配置される第１電極及び第２電極と、この第１
電極と第２電極に両極性パルス電圧を印加する電源とを
備え、前記第１及び第２電極に電源からの両極性パルス
電圧を印加して第１電極と第２電極を交互に放電加熱、
均等放電させるようにしたことを特徴とする。
【００１４】これらのプラズマ加工装置は、上記加工方
法を実施するためのものである。
法を実施するためのものである。
【００１５】この加工装置において、第１電極と第２電
極との間隔を調整するための電極移動手段を備えること
（請求項１０）により、アーク放電の誘起を行うことが
できるだけでなく、放電中の電極間距離を一定に保つこ
とができる。
極との間隔を調整するための電極移動手段を備えること
（請求項１０）により、アーク放電の誘起を行うことが
できるだけでなく、放電中の電極間距離を一定に保つこ
とができる。
【００１６】また、同装置において、第１電極と第２電
極の近傍に磁界発生手段を備えること（請求項１１）に
より、真空アークを安定化すると共に、プラズマ及びイ
オンの放出方向を制御できる。磁界発生手段としては、
永久磁石、電磁コイル等を用いればよい。
極の近傍に磁界発生手段を備えること（請求項１１）に
より、真空アークを安定化すると共に、プラズマ及びイ
オンの放出方向を制御できる。磁界発生手段としては、
永久磁石、電磁コイル等を用いればよい。
【００１７】更に、同装置において、チャンバに対して
所定ガスの導出入を行うガス導出入手段を備えること
（請求項１２）により、前記したように、第１及び第２
電極から蒸発した物質とガスの元素との合成膜が得られ
る。
所定ガスの導出入を行うガス導出入手段を備えること
（請求項１２）により、前記したように、第１及び第２
電極から蒸発した物質とガスの元素との合成膜が得られ
る。
【００１８】なお、本発明において、第１及び第２電極
に放電電力を印加する電源としては、直流、交流、パル
ス電源又はそれらを併用すればよい。パルス電源は、単
発パルス、連続パルス、バーストパルス、直流重畳パル
ス、バイポーラ（正負両極性）パルスのいずれでも利用
できる。中でも、バイポーラパルス電源を用いた場合
は、第１及び第２電極が蒸発により均一に消耗するた
め、電極材料の利用効率が良い。また特に、直流重畳バ
イポーラパルス電源や直流重畳交流電源を利用した場
合、第１電極と第２電極の蒸発比率を制御することが可
能となる。
に放電電力を印加する電源としては、直流、交流、パル
ス電源又はそれらを併用すればよい。パルス電源は、単
発パルス、連続パルス、バーストパルス、直流重畳パル
ス、バイポーラ（正負両極性）パルスのいずれでも利用
できる。中でも、バイポーラパルス電源を用いた場合
は、第１及び第２電極が蒸発により均一に消耗するた
め、電極材料の利用効率が良い。また特に、直流重畳バ
イポーラパルス電源や直流重畳交流電源を利用した場
合、第１電極と第２電極の蒸発比率を制御することが可
能となる。
【００１９】ここで、プラズマ加工方法とは、放電によ
って発生するイオンを含む粒子を、被加工体表面に堆積
させて蒸着膜を形成したり、被加工体表面に注入するこ
とにより表面硬化や構造変化等の表面改質を行ったり、
被加工体のエッチングを行ったり、又はそられを同時若
しくは繰り返し行ったりすることを言う。これに則し
て、本発明の請求項１，８における“蒸発物質を被加工
体に導く”とは、上記事項を意味する。
って発生するイオンを含む粒子を、被加工体表面に堆積
させて蒸着膜を形成したり、被加工体表面に注入するこ
とにより表面硬化や構造変化等の表面改質を行ったり、
被加工体のエッチングを行ったり、又はそられを同時若
しくは繰り返し行ったりすることを言う。これに則し
て、本発明の請求項１，８における“蒸発物質を被加工
体に導く”とは、上記事項を意味する。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００２１】その実施形態に係るプラズマ加工装置の概
略構成図を図１に示す。このプラズマ加工装置は、被加
工体（例えば基板）１０，１１が配置されると共に圧力
１０ -4〜１０Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバ１と、
このチャンバ１内に対向配置される第１電極２及び第２
電極３と、この第１電極２と第２電極３に放電電力を印
加する電源４と、第１電極２と第２電極３との間隔ｄを
調整するために第１電極２に設けられた電極移動手段７
と、第１電極２と第２電極３にそれぞれ近接して設けら
れた電磁コイル（磁界発生手段）５，６と、チャンバ１
に対して所定ガスの導出入を行うガス導出入手段２０，
２１とを備える。
略構成図を図１に示す。このプラズマ加工装置は、被加
工体（例えば基板）１０，１１が配置されると共に圧力
１０ -4〜１０Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバ１と、
このチャンバ１内に対向配置される第１電極２及び第２
電極３と、この第１電極２と第２電極３に放電電力を印
加する電源４と、第１電極２と第２電極３との間隔ｄを
調整するために第１電極２に設けられた電極移動手段７
と、第１電極２と第２電極３にそれぞれ近接して設けら
れた電磁コイル（磁界発生手段）５，６と、チャンバ１
に対して所定ガスの導出入を行うガス導出入手段２０，
２１とを備える。
【００２２】この加工装置は、第１及び第２電極２，３
に電源４からの放電電力を印加して第１電極２と第２電
極３との間で真空放電（アーク放電）を発生させ、第１
及び第２電極２，３から蒸発する物質からなるプラズマ
を発生させ、その蒸発物質を被加工体１０，１１に導
き、前記定義したプラズマ加工を施すものである。発生
したプラズマは、図１に点々で示すように第１及び第２
電極２，３の回りに環状に拡散する態様で被加工体１
０，１１に導かれる。このプラズマ加工において、プラ
ズマの構成粒子は、第１及び第２電極２，３から蒸発し
た粒子、及びチャンバ１内に導入された反応性ガスの粒
子である。このプラズマの構成粒子には、荷電粒子（イ
オン、電子）ばかりでなく、分子、原子の中性粒子も含
まれる。
に電源４からの放電電力を印加して第１電極２と第２電
極３との間で真空放電（アーク放電）を発生させ、第１
及び第２電極２，３から蒸発する物質からなるプラズマ
を発生させ、その蒸発物質を被加工体１０，１１に導
き、前記定義したプラズマ加工を施すものである。発生
したプラズマは、図１に点々で示すように第１及び第２
電極２，３の回りに環状に拡散する態様で被加工体１
０，１１に導かれる。このプラズマ加工において、プラ
ズマの構成粒子は、第１及び第２電極２，３から蒸発し
た粒子、及びチャンバ１内に導入された反応性ガスの粒
子である。このプラズマの構成粒子には、荷電粒子（イ
オン、電子）ばかりでなく、分子、原子の中性粒子も含
まれる。
【００２３】第１及び第２電極２，３は、チャンバ１と
は絶縁されるように電流導入端子を介してチャンバ１外
部の電源４に接続されている。この第１及び第２電極
２，３の構成材料は、導電性を有する固体なら特に限定
されない。例えば、金属単体、合金、無機単体、無機化
合物（金属酸化物、窒化物）等、特に問わず、それらは
単独又は２種以上混合して使用することができる。第１
及び第２電極２，３の寸法、形状、種類は同一であって
も、異なっていても構わない。例えば、第１電極２にＴ
ｉ、第２電極３にＡｌ、雰囲気中への導入ガスにＮ2 を
用いれば、基板１０，１１の表面上にＴｉＡｌＮ膜を形
成でき、プラズマ加工の多様性を図れる。なお、第１及
び第２電極２，３全体の温度が上昇しないように、放電
表面以外の部分を冷却してもよい。
は絶縁されるように電流導入端子を介してチャンバ１外
部の電源４に接続されている。この第１及び第２電極
２，３の構成材料は、導電性を有する固体なら特に限定
されない。例えば、金属単体、合金、無機単体、無機化
合物（金属酸化物、窒化物）等、特に問わず、それらは
単独又は２種以上混合して使用することができる。第１
及び第２電極２，３の寸法、形状、種類は同一であって
も、異なっていても構わない。例えば、第１電極２にＴ
ｉ、第２電極３にＡｌ、雰囲気中への導入ガスにＮ2 を
用いれば、基板１０，１１の表面上にＴｉＡｌＮ膜を形
成でき、プラズマ加工の多様性を図れる。なお、第１及
び第２電極２，３全体の温度が上昇しないように、放電
表面以外の部分を冷却してもよい。
【００２４】第１及び第２電極２，３は、上下方向への
配置、左右方向（図１参照）への配置、又は角度を持た
せた配置のいずれでもよく、チャンバ１内に自由に配置
することが可能である。特に上下方向に配置した場合に
は、下部電極をるつぼ形状としてもよい。るつぼ形状の
電極を用いた場合には、その電極の中に非導電性材料
（誘電体）や各種粒子、粉末、チップ状材料を入れ、こ
れらを蒸発させプラズマ化することができる。
配置、左右方向（図１参照）への配置、又は角度を持た
せた配置のいずれでもよく、チャンバ１内に自由に配置
することが可能である。特に上下方向に配置した場合に
は、下部電極をるつぼ形状としてもよい。るつぼ形状の
電極を用いた場合には、その電極の中に非導電性材料
（誘電体）や各種粒子、粉末、チップ状材料を入れ、こ
れらを蒸発させプラズマ化することができる。
【００２５】電源４は、第１及び第２電極２，３間にア
ーク放電を発生させるのに必要十分な電流及び電圧を供
し、チャンバ１内の圧力１０-4〜１０Ｐａ下において、
アーク電流（交流及びパルスの場合、ピーク値）が数十
から数百Ａ、電圧が１０〜１５０Ｖである。
ーク放電を発生させるのに必要十分な電流及び電圧を供
し、チャンバ１内の圧力１０-4〜１０Ｐａ下において、
アーク電流（交流及びパルスの場合、ピーク値）が数十
から数百Ａ、電圧が１０〜１５０Ｖである。
【００２６】アークの点弧は例えば接触点弧法によって
行う。即ち、第１及び第２電極２，３を接触させた状態
で両電極２，３に電流を流し、その後に両電極２，３を
引き離すことでアーク放電を誘起する。この場合、電極
移動手段７によって第１電極２を移動させて接触点弧法
を実施する。その他、両電極２，３を離した状態でアー
ク放電を誘起するには、両電極２，３に高電圧を印加す
る方法や、レーザで誘起する方法も利用できる。
行う。即ち、第１及び第２電極２，３を接触させた状態
で両電極２，３に電流を流し、その後に両電極２，３を
引き離すことでアーク放電を誘起する。この場合、電極
移動手段７によって第１電極２を移動させて接触点弧法
を実施する。その他、両電極２，３を離した状態でアー
ク放電を誘起するには、両電極２，３に高電圧を印加す
る方法や、レーザで誘起する方法も利用できる。
【００２７】電磁コイル５，６は、第１及び第２電極
２，３の近傍に磁界を印加して、真空アークを安定化す
ると共に、プラズマ及びイオンの放出方向を制御するた
めのものである。図１のように第１及び第２電極２，３
に電磁コイル５，６を設けた場合、両電極２，３間に高
密度プラズマを形成する補助を行うと共に、その高密度
プラズマから拡散するプラズマを両電極２，３領域外部
でより均一に拡散する補助を行うことができる。また、
片方の電極２又は電極３とチャンバ１とを直接若しくは
抵抗を介して電気的に接続することで、プラズマの拡散
を更に補助することができる。
２，３の近傍に磁界を印加して、真空アークを安定化す
ると共に、プラズマ及びイオンの放出方向を制御するた
めのものである。図１のように第１及び第２電極２，３
に電磁コイル５，６を設けた場合、両電極２，３間に高
密度プラズマを形成する補助を行うと共に、その高密度
プラズマから拡散するプラズマを両電極２，３領域外部
でより均一に拡散する補助を行うことができる。また、
片方の電極２又は電極３とチャンバ１とを直接若しくは
抵抗を介して電気的に接続することで、プラズマの拡散
を更に補助することができる。
【００２８】電極移動手段７は、アーク放電の誘起を行
うためと放電中の両電極２，３間の距離ｄを一定（１０
ｍｍ以下）に保つためのもので、第１電極２を矢印方向
に移動させることができる。この電極移動手段７はチャ
ンバ１外部から駆動できるようにしてもよいし、或いは
チャンバ１内部に全てを収めてもよい。また、電極移動
手段７は第２電極３に設けてもよいし、両電極２，３に
設けてもよい。
うためと放電中の両電極２，３間の距離ｄを一定（１０
ｍｍ以下）に保つためのもので、第１電極２を矢印方向
に移動させることができる。この電極移動手段７はチャ
ンバ１外部から駆動できるようにしてもよいし、或いは
チャンバ１内部に全てを収めてもよい。また、電極移動
手段７は第２電極３に設けてもよいし、両電極２，３に
設けてもよい。
【００２９】ガス導出入手段２０，２１のうち、ガス導
入手段２０は、例えば汎用の送気システムにより一定流
量のガスをチャンバ１内に導入し、ガス導出手段２１
は、汎用の排気システムによりチャンバ１内のガスを排
気する。ガス導出入手段２０，２１を制御することで、
チャンバ１内の圧力を任意に保つことができる。
入手段２０は、例えば汎用の送気システムにより一定流
量のガスをチャンバ１内に導入し、ガス導出手段２１
は、汎用の排気システムによりチャンバ１内のガスを排
気する。ガス導出入手段２０，２１を制御することで、
チャンバ１内の圧力を任意に保つことができる。
【００３０】このガス導出入手段２０，２１によって、
所定ガスとしてＨｅ、Ａｒ等の非反応性ガスを導入すれ
ば、チャンバ１内に配置した基板１０，１１の表面にお
いて、第１及び第２電極２，３の蒸発物質からなる膜が
得られる。また、Ｎ2 ，Ｏ2やＣ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ4 等の
炭化水素ガス、ＣＯ，ＣＯ2 等の炭酸ガスを導入すれ
ば、第１電極２から蒸発した反応性物質、第２電極３か
ら蒸発した反応性物質及び雰囲気ガスが合成された膜が
得られる。或いはまた、硬質ダイヤモンドライクカーボ
ン膜を形成するような場合には、ガスを導入しなくても
よい。更に、傾斜膜を形成するためにガスの導入タイミ
ングを変化させてもよい。
所定ガスとしてＨｅ、Ａｒ等の非反応性ガスを導入すれ
ば、チャンバ１内に配置した基板１０，１１の表面にお
いて、第１及び第２電極２，３の蒸発物質からなる膜が
得られる。また、Ｎ2 ，Ｏ2やＣ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ4 等の
炭化水素ガス、ＣＯ，ＣＯ2 等の炭酸ガスを導入すれ
ば、第１電極２から蒸発した反応性物質、第２電極３か
ら蒸発した反応性物質及び雰囲気ガスが合成された膜が
得られる。或いはまた、硬質ダイヤモンドライクカーボ
ン膜を形成するような場合には、ガスを導入しなくても
よい。更に、傾斜膜を形成するためにガスの導入タイミ
ングを変化させてもよい。
【００３１】なお、上記加工装置では、基板１０，１１
は単にチャンバ１内に配置してあるに過ぎないが、生成
膜の膜質を制御するために、基板１０，１１に直流バイ
アス、ＲＦバイアス又はパルスバイアスを印加してもよ
い。特に、高電圧パルスバイアスを印加することで、プ
ラズマ中のイオンが基板表層に注入され、基板表面の高
度な改質処理が可能となる。但し、電源４としてパルス
電源を用いた場合、電源４とバイアスのタイミングを制
御するのが望ましい。
は単にチャンバ１内に配置してあるに過ぎないが、生成
膜の膜質を制御するために、基板１０，１１に直流バイ
アス、ＲＦバイアス又はパルスバイアスを印加してもよ
い。特に、高電圧パルスバイアスを印加することで、プ
ラズマ中のイオンが基板表層に注入され、基板表面の高
度な改質処理が可能となる。但し、電源４としてパルス
電源を用いた場合、電源４とバイアスのタイミングを制
御するのが望ましい。
【００３２】また、第１及び第２電極２，３は、一対で
ある必要はなく、チャンバ１内に複数個配置してもよ
い。電極対を複数化することで、生産性が向上する。
ある必要はなく、チャンバ１内に複数個配置してもよ
い。電極対を複数化することで、生産性が向上する。
【００３３】また、プラズマ発生源に対する被加工体
（基板）の配置関係を図２に示すようにしてもよい。図
２では、プラズマ発生源３０を中心として周囲の円周上
に複数個の被加工体（基板）３１を配置してある。この
場合、成膜をより平均化するために、円周上に配置した
被加工体（基板）３１をプラズマ発生源３０の周囲で回
転させてもよい。
（基板）の配置関係を図２に示すようにしてもよい。図
２では、プラズマ発生源３０を中心として周囲の円周上
に複数個の被加工体（基板）３１を配置してある。この
場合、成膜をより平均化するために、円周上に配置した
被加工体（基板）３１をプラズマ発生源３０の周囲で回
転させてもよい。
【００３４】次に、具体的な実験結果の一例について説
明する。図１のような加工装置を用い、第１及び第２電
極２，３の構成材料としてＡｌ、チャンバ１内に導入す
る雰囲気ガスとしてＮ2 を用い、基板１０，１１の表面
にＡｌＮ膜を形成した。膜表面の光学顕微鏡写真をコピ
ーした図を図３に示す。一方、従来の真空アーク蒸着装
置を用いて形成した同様のＡｌＮ膜表面の写真をコピー
した図を図４に示す。図３及び図４の比較から、本発明
の加工装置で形成した膜には、ドロップレットが殆ど無
く、平滑度の高い膜が得られることが分かる。
明する。図１のような加工装置を用い、第１及び第２電
極２，３の構成材料としてＡｌ、チャンバ１内に導入す
る雰囲気ガスとしてＮ2 を用い、基板１０，１１の表面
にＡｌＮ膜を形成した。膜表面の光学顕微鏡写真をコピ
ーした図を図３に示す。一方、従来の真空アーク蒸着装
置を用いて形成した同様のＡｌＮ膜表面の写真をコピー
した図を図４に示す。図３及び図４の比較から、本発明
の加工装置で形成した膜には、ドロップレットが殆ど無
く、平滑度の高い膜が得られることが分かる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の加工方法及び請求項８記載の加工装置によれば、
第１電極及び第２電極を極めて接近させる（対向配置す
る）ことにより、アーク放電時の電極表面が相互加熱さ
れることになり、熱電子放出が活性化され、更に加熱さ
れる。その結果、陰極点が大きくなり、ドロップレット
が減少する。
記載の加工方法及び請求項８記載の加工装置によれば、
第１電極及び第２電極を極めて接近させる（対向配置す
る）ことにより、アーク放電時の電極表面が相互加熱さ
れることになり、熱電子放出が活性化され、更に加熱さ
れる。その結果、陰極点が大きくなり、ドロップレット
が減少する。
【００３６】また、請求項９記載の加工装置によれば、
両極性パルス電圧を用いているので、更に陰極集中が少
なくなり、ドロップレット減少の効果が増大する。
両極性パルス電圧を用いているので、更に陰極集中が少
なくなり、ドロップレット減少の効果が増大する。
【００３７】更に、これらの加工方法及び加工装置によ
れば、安価で且つ大面積にわたる薄膜形成及び表面加工
を施すことが可能となる。
れば、安価で且つ大面積にわたる薄膜形成及び表面加工
を施すことが可能となる。
【００３８】請求項２の構成とすれば、ドロップレット
の発生がより一層少なくなる。
の発生がより一層少なくなる。
【００３９】請求項３，４の構成とすれば、例えば薄膜
を形成する場合は、第１及び第２電極から蒸発する物質
に所定ガスの元素を混合してなる薄膜を形成することが
可能となる。
を形成する場合は、第１及び第２電極から蒸発する物質
に所定ガスの元素を混合してなる薄膜を形成することが
可能となる。
【００４０】請求項１０の構成とすれば、アーク放電の
誘起を行うことができるだけでなく、放電中の電極間距
離を一定に保つことができる。
誘起を行うことができるだけでなく、放電中の電極間距
離を一定に保つことができる。
【００４１】請求項１１の構成とすれば、真空アークを
安定化すると共に、プラズマ及びイオンの放出方向を制
御できる。
安定化すると共に、プラズマ及びイオンの放出方向を制
御できる。
【００４２】請求項１２の構成とすれば、第１及び第２
電極から蒸発した物質とガスの元素との合成膜が得られ
る。
電極から蒸発した物質とガスの元素との合成膜が得られ
る。
【図１】実施形態に係るプラズマ加工装置の概略構成図
である。
である。
【図２】同プラズマ加工装置におけるプラズマ発生源に
対する被加工体の他の配置例を示す図である。
対する被加工体の他の配置例を示す図である。
【図３】同プラズマ加工装置を用いて基板表面に形成し
たＡｌＮ膜表面の光学顕微鏡写真をコピーした図であ
る。
たＡｌＮ膜表面の光学顕微鏡写真をコピーした図であ
る。
【図４】従来の真空アーク蒸着装置を用いて基板表面に
形成したＡｌＮ膜表面の光学顕微鏡写真をコピーした図
である。
形成したＡｌＮ膜表面の光学顕微鏡写真をコピーした図
である。
１ チャンバ ２ 第１電極 ３ 第２電極 ４ 電源 ５，６ 電磁コイル（磁界発生手段） ７ 電極移動手段 １０，１１ 基板（被加工体） ２０，２１ ガス導出入手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 芳実 京都府綴喜郡宇治田原町大字湯屋谷小字西 塔ヶ谷１番33 株式会社栗田製作所内 Ｆターム(参考） 4K029 AA24 BA03 BA58 CA01 CA09 DB03 DB05 DD06 4K044 AB02 BA02 BA10 BA11 BA12 BA18 BB01 CA36
Claims (12)
- 【請求項１】圧力１０-4〜１０Ｐａの雰囲気中で、対向
配置した第１電極と第２電極に放電電力を印加して第１
電極と第２電極との間で真空放電を発生させ、第１及び
第２電極から蒸発する物質からなるプラズマを発生さ
せ、その蒸発物質を同雰囲気中に配置した被加工体に導
くことを特徴とするプラズマ加工方法。 - 【請求項２】前記第１電極と第２電極との間隔は１０ｍ
ｍ以下の短小とし、前記第１電極及び第２電極ともに相
互加熱させることを特徴とする請求項１記載のプラズマ
加工方法。 - 【請求項３】前記雰囲気中に所定ガスを加えることを特
徴とする請求項１又は請求項２記載のプラズマ加工方
法。 - 【請求項４】前記被加工体は基板であり、この基板表面
に、前記第１及び第２電極から蒸発した物質からなる
膜、又はそれらの蒸発物質に前記所定ガスの元素を混合
してなる膜を形成することを特徴とする請求項１、請求
項２又は請求項３記載のプラズマ加工方法。 - 【請求項５】前記第１及び第２電極は、金属固体、導電
性固体、合金固体、導電性セラミック、又はそれらの混
合物であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求
項３又は請求項４記載のプラズマ加工方法。 - 【請求項６】前記所定ガスは、希ガス、窒素、酸素、水
素、炭化水素ガス、炭酸ガス、又はそれらの混合ガスで
あることを特徴とする請求項３、請求項４又は請求項５
記載のプラズマ加工方法。 - 【請求項７】前記真空放電はアーク放電であることを特
徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請
求項５又は請求項６記載のプラズマ加工方法。 - 【請求項８】被加工体が配置されると共に圧力１０-4〜
１０Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバと、このチャン
バ内に対向配置される第１電極及び第２電極と、この第
１電極と第２電極に放電電力を印加する電源とを備え、
前記第１及び第２電極に電源からの放電電力を印加して
第１電極と第２電極との間で真空放電を発生させ、第１
及び第２電極から蒸発する物質からなるプラズマを発生
させ、その蒸発物質を被加工体に導くようにしたことを
特徴とするプラズマ加工装置。 - 【請求項９】被加工体が配置されると共に圧力１０-4〜
１０Ｐａの雰囲気を形成できるチャンバと、このチャン
バ内に対向配置される第１電極及び第２電極と、この第
１電極と第２電極に両極性パルス電圧を印加する電源と
を備え、前記第１及び第２電極に電源からの両極性パル
ス電圧を印加して第１電極と第２電極を交互に放電加
熱、均等放電させるようにしたことを特徴とするプラズ
マ加工装置。 - 【請求項１０】前記第１電極と第２電極との間隔を調整
するための電極移動手段を備えることを特徴とする請求
項８又は請求項９記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項１１】前記第１電極と第２電極の近傍に磁界発
生手段を備えることを特徴とする請求項８、請求項９又
は請求項１０記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項１２】前記チャンバに対して所定ガスの導出入
を行うガス導出入手段を備えることを特徴とする請求項
８、請求項９、請求項１０又は請求項１１記載のプラズ
マ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000257117A JP2002069664A (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | プラズマ加工方法及びプラズマ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000257117A JP2002069664A (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | プラズマ加工方法及びプラズマ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002069664A true JP2002069664A (ja) | 2002-03-08 |
Family
ID=18745632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000257117A Pending JP2002069664A (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | プラズマ加工方法及びプラズマ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002069664A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004111302A1 (ja) * | 2003-06-11 | 2004-12-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 放電表面処理方法および放電表面処理装置 |
| WO2007148396A1 (ja) | 2006-06-22 | 2007-12-27 | Shinmaywa Industries, Ltd. | アーク蒸発源および真空蒸着装置 |
| JP2008533311A (ja) * | 2005-03-24 | 2008-08-21 | エリコン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト，トリュープバッハ | パルスアーク蒸着ソースの操作方法ならびにパルスアーク蒸着ソースを有する真空処理装置 |
| WO2009096543A1 (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-06 | Ihi Corporation | 放電表面処理方法及び放電表面処理用コーティングブロック |
| JP2009543951A (ja) * | 2006-07-19 | 2009-12-10 | エーリコン・トレイディング・アーゲー・トリューバッハ | 電気絶縁皮膜の堆積方法 |
| KR101235393B1 (ko) * | 2005-03-24 | 2013-02-22 | 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 | 펄스 아크 증발원의 동작 방법 및 펄스 아크 증발원을구비한 진공 공정 시스템 |
| CN110284109A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-09-27 | 兰州空间技术物理研究所 | 径向等离子体射流脉冲真空电弧蒸发源及薄膜沉积装置 |
-
2000
- 2000-08-28 JP JP2000257117A patent/JP2002069664A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US9478325B2 (en) | 2008-01-30 | 2016-10-25 | Ihi Corporation | Discharge surface treatment method and coating block for discharge surface treatments |
| CN110284109A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-09-27 | 兰州空间技术物理研究所 | 径向等离子体射流脉冲真空电弧蒸发源及薄膜沉积装置 |
| CN110284109B (zh) * | 2019-05-16 | 2021-09-21 | 兰州空间技术物理研究所 | 径向等离子体射流脉冲真空电弧蒸发源及薄膜沉积装置 |
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