JP2007009303A - プラズマ表面処理方法、プラズマ処理装置及び被処理物 - Google Patents
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Abstract
【構成】2種類の第1プラズマ16及び第2プラズマ17を使用する。各プラズマは、第1プラズマ発生部2、第2プラズマ発生部3において真空雰囲気下に設定されたアーク放電部で真空アーク放電を行って発生させる真空アークプラズマである。各プラズマ発生に伴って生じるドロップレット23を分離、除去して、第1プラズマ16及び第2プラズマ17を共通輸送ダクト10を経由してプラズマ処理部1に誘導する。このとき、第1プラズマ16及び第2プラズマ17を共通輸送ダクト10に導入するタイミングを制御して、プラズマ処理部1内のワークW表面に対して積層膜形成等の表面処理加工が行われる。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明に係るプラズマ処理装置の断面構成図である。本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理物(ワーク)を設置するプラズマ処理部と一体化されることによりプラズマ加工装置として組み立てられるものである。このプラズマ加工装置を用いるプラズマ表面処理方法においては、2種類の第1プラズマ16及び第2プラズマ17を使用する。各プラズマは、第1プラズマ発生部2、第2プラズマ発生部3において真空雰囲気下に設定されたアーク放電部で真空アーク放電を行って発生させる真空アークプラズマである。各プラズマ発生に伴って生じるドロップレット23を分離、除去して、第1プラズマ16及び第2プラズマ17を共通輸送ダクト10を経由してプラズマ処理部1に誘導する。このとき、第1プラズマ16及び第2プラズマ17を共通輸送ダクト10に導入するタイミングを制御することにより、プラズマ処理部1内のワークW表面に対して積層膜形成等の表面処理加工が行われる。なお、このプラズマ表面処理に際しては必要に応じて反応性ガス又は非反応性ガスを導入することもできる。
図8は、本発明に係るドロップレット捕集部11周辺の概略構成図である。(8A)はドロップレット捕集部11周辺を示す。このドロップレット捕集部11は、第1プラズマ発生部2と接続されている第1プラズマ輸送経路のダクト径と同径のドロップレット捕集口11Aとドロップレット捕集ダクトを備えている。第1プラズマ輸送経路のダクトの全形は略T字形であり、第1プラズマ発生部2で発生したプラズマは磁界発生部の磁界の作用によって、略T字状ダクト(第2プラズマの接続を無視した場合)のT部で該直角に屈曲され、プラズマ処理部1方向へ輸送される。一方、磁界の作用を受けないドロップレットや中性粒子(原子や分子)は矢印23に示すように直進しドロップレット捕集部11へ進行する。このとき、矢印23Aに示すように、ドロップレットの放出角度によってはドロップレット捕集部11へ向かわず、プラズマ処理部1方向へ進入するものも存在する。これは、ドロップレット捕集口11Aが第1プラズマ輸送経路のダクトと同径(同一断面)に形成されていることに起因すると考えられる。そこで、このようなドロップレットの成膜チャンバ1への進入を防ぐ構造にしたものを図8の(8B)に示す。
2 第1プラズマ発生部
3 第2プラズマ発生部
4 真空チャンバ(成膜チャンバ)
5 圧力計及び真空制御装置
6 処理用ガスの導入制御系開閉装置
7 ワーク配設テーブル
8 真空排気口
9 プラズマ輸送経路
10 共通輸送ダクト
11A ドロップレット捕集口
11B ドロップレット捕集口
11C ドロップレット捕獲部
11D ドロップレット回収容器
11E バッフル
12 陽極
13 陰極
14 陽極
15 陰極
16 第1プラズマ
17 第2プラズマ
18 スキャナー装置
19 ドロップレット用反射板
20 オリフィス
21 バッフル
22 シャッター
22a 捕集ポケット
23 ドロップレット
24 アーク安定化磁界発生器
25 第1プラズマ引き出し用コイル(電磁コイル)
26 第1プラズマ屈曲コイル(電磁コイル)
27 プラズマ収束コイル(電磁コイル)
34 プラズマ導入口
36 プラズマ導入経路
37 プラズマ導入口
38 溶接ライン
39 ドロップレット回収口
50 シャッター口
52 シャッター
53 ドロップレット
62 スキャナーコイル(電磁コイル)
63 X方向電磁石(電磁コイル)
64 Y方向電磁石(電磁コイル)
71 電流
72 電流
80 抵抗蒸発源
81 蒸発用ボート
82 蒸発材料
83 容量結合プラズマ源電極
84 電子ビーム蒸発源
86 蒸発ターゲット
87 誘導結合プラズマ源コイル
90 高圧電源
91 ターゲット材
92 永久磁石
94 スパッタターゲット
95 永久磁石
96 スパッタ蒸発源
97 スパッタ蒸発源
100 成膜チャンバ
101 第1プラズマ発生部
102 第2プラズマ発生部
103 陰極
104 陽極
105 安定化電磁コイル
108 ドロップレット
109 ドロップレット
200 成膜チャンバ
201 第2プラズマ発生部
202 第1プラズマ発生部
203 第2プラズマ
204 第1プラズマ
205 プラズマ輸送コイル(電磁コイル)
206 ドロップレット
207 ドロップレット
209 トーラス型プラズマ磁気輸送ダクト
208 T字形状プラズマ輸送ダクト
300 プラズマ発生部
301 プラズマ発生部
302 チャンバ
303 導入管部
401 ダクト壁内面
402 第2プラズマ輸送経路
500 バイアス電源
600 真空チャンバ
Bx 磁界
By 磁界
Bz 磁界
L1 DLC膜
L2 バッファ膜
L3 遷移混合膜
L4 DLC膜
L5 バッファ膜
L6 遷移混合膜
L8 バッファ膜
L7 遷移混合膜
P1 真空アークプラズマ
P3 プラズマ
P4 第2プラズマ
S1〜S3 斜行壁
W ワーク
Claims (21)
- 真空雰囲気下に設定されたアーク放電部で真空アーク放電を行って第1プラズマを発生させ、前記第1プラズマに含有される前記アーク放電部の陰極から発生する陰極材料粒子(以後、ドロップレットと言う)を分離させ、固体・液体をプラズマ源として又は気体をプラズマ作動ガスとして第2プラズマを発生させ、前記ドロップレットを分離させた前記第1プラズマ及び前記第2プラズマを共通輸送ダクトに導入経由してプラズマ処理部に電磁的に誘導し、前記第1プラズマ及び前記第2プラズマを前記共通輸送ダクトに導入するタイミングを制御し、前記第1プラズマ及び前記第2プラズマにより前記プラズマ処理部内の被処理物を表面処理加工することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
- 真空雰囲気下に設定されたアーク放電部で真空アーク放電を行って第1プラズマを発生させる第1プラズマ発生手段と、前記第1プラズマに含有される前記アーク放電の陰極から発生するドロップレットを前記第1プラズマから分離させるドロップレット分離手段と、固体・液体をプラズマ源として又は気体をプラズマ作動ガスとして第2プラズマを発生させる第2プラズマ発生手段と、前記ドロップレット分離手段により前記ドロップレットを分離させた前記第1プラズマ及び前記第2プラズマを電磁的に導入する共通輸送ダクトと、前記共通輸送ダクトを経由して電磁的に誘導された前記第1プラズマ及び前記第2プラズマにより被処理物を表面処理加工するプラズマ処理部と、前記第1プラズマ及び前記第2プラズマを前記共通輸送ダクトに導入するタイミングを制御する制御手段とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
- 前記制御手段は前記ドロップレットを分離させた前記第1プラズマ及び前記第2プラズマの前記共通輸送ダクトへの導入を同時に、あるいは時間的に別々に、又は部分的に同時に行うタイミングで制御する請求項2記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1プラズマを前記共通輸送ダクトに非直線的に輸送する輸送経路と、前記ドロップレット分離手段により前記第1プラズマから分離させたドロップレットを捕集するドロップレット捕集部とを備え、前記ドロップレット捕集部の捕集口が前記第1プラズマ発生手段のプラズマ発生部と直面する方向に配設され、且つ前記捕集口の断面積が前記輸送経路の輸送断面積と等しいか若しくは大きい請求項2又は3に記載のプラズマ処理装置。
- 前記ドロップレット捕集部及び前記捕集口の断面がトラック形状である請求項2、3又は4に記載のプラズマ処理装置。
- 前記ドロップレット捕集部の終端部にドロップレットを反射する反射板を配設し、且つ前記反射板によるドロップレットの反射方向にドロップレットを捕獲するドロップレット捕獲部を配設した請求項2〜5のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記ドロップレット分離手段は前記輸送経路に設けた磁界発生部を含み、前記磁界発生部により発生させた磁界と輸送経路によってドロップレットを分離した前記第1プラズマを前記共通輸送ダクトに輸送する請求項4、5又は6に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1プラズマのプラズマ発生部から前記共通輸送ダクトに至る第1プラズマ輸送経路と前記共通輸送ダクトとのなす角度が略90°である請求項7に記載のプラズマ処理装置。
- 固体から直接プラズマを得るプラズマ発生方法により前記第2プラズマを発生させる請求項2〜8のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 固体を蒸発させてプラズマを得るプラズマ発生方法により前記第2プラズマを発生させる請求項2〜8のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 気体、又は気化あるいはミスト化した液体によりプラズマを得るプラズマ発生方法により前記第2プラズマを発生させる請求項2〜8のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記第2プラズマ発生手段は陰極をプラズマ源物質として用いた真空アークプラズマを発生させるプラズマ発生手段であり、前記第2プラズマのプラズマ発生部及びその発生部から前記共通輸送ダクトに至る第2プラズマ輸送経路が前記プラズマ処理部と直面しない位置に設けられている請求項2〜8のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記第2プラズマ輸送経路が略クランク状である請求項12に記載のプラズマ処理装置。
- 前記ドロップレット捕集部の一部が前記第2プラズマ輸送経路の一部を兼ねる請求項12又は13に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第2プラズマ発生手段と前記第2プラズマ輸送経路との接続部に開閉手段を配設した請求項12、13又は14に記載のプラズマ処理装置。
- 前記開閉手段が、ドロップレットを前記共通輸送ダクト側に再進入しない角度に反射させる形状を備え、かつ前記開閉手段の下方に前記ドロップレットを貯留する貯留部を配設した請求項15に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1プラズマ発生手段及び/又は、前記第2プラズマ発生手段及び/又は前記共通輸送ダクトに、ドロップレットの進行を防止するバッフル及び/又はオリフィスを配設している請求項2〜16のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1プラズマ発生手段及び/又は、前記第2プラズマ発生手段及び/又は前記共通輸送ダクトに、バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を有する請求項2〜16のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1プラズマ発生手段の陽極及び/又は前記第2プラズマ発生手段の陽極を電気的にバイアスするバイアス手段を有する請求項2〜16のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記共通輸送ダクトの最終部のプラズマ進行方向をz軸方向、垂直な平面をxy平面とし、前記共通輸送ダクトに、プラズマをx方向及び/又はy方向に走査する偏向コイルを配設した請求項2〜19のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 請求項2〜20のいずれかに記載のプラズマ処理装置により発生された前記第1プラズマ及び前記第2プラズマを用いて前記プラズマ処理部内で表面処理加工されたことを特徴とする被処理物。
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