JP2011138671A - Striker-type plasma generation device and plasma processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ構成物質の供給源を陰極とし、前記陰極の前方又は周囲に陽極を設け、前記陰極と前記陽極間においてアーク放電を行って前記陰極表面からプラズマを発生させるプラズマ発生装置及び前記プラズマ発生装置による発生プラズマを用いて成膜等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。詳細には、本発明は、アーク放電用ストライカ機構を備えたストライカ式プラズマ発生装置及びそれを用いたプラズマ処理装置に関する。 The present invention provides a plasma generating apparatus in which a plasma source is provided as a cathode, an anode is provided in front of or around the cathode, and arc discharge is performed between the cathode and the anode to generate plasma from the cathode surface, and The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs plasma processing such as film formation using plasma generated by a plasma generator. More specifically, the present invention relates to a striker type plasma generator having an arc discharge striker mechanism and a plasma processing apparatus using the same.
一般に、プラズマ中で固体材料の表面に薄膜を形成したり、イオンを注入することにより、固体の表面特性が改善されることが知られている。金属イオンや非金属イオンを含むプラズマを利用して形成した膜は、固体表面の耐磨耗性・耐食性を強化し、保護膜、光学薄膜、透明導電性膜などとして有用なものである。特に、カーボンプラズマを利用した炭素膜はダイヤモンド構造とグラファイト構造のアモルファス混晶からなるダイヤモンドライクカーボン膜(DLC膜という)として利用価値が高い。 In general, it is known that the surface characteristics of a solid can be improved by forming a thin film on the surface of the solid material or implanting ions in a plasma. A film formed using a plasma containing metal ions or non-metal ions enhances the wear resistance and corrosion resistance of the solid surface, and is useful as a protective film, an optical thin film, a transparent conductive film, and the like. In particular, a carbon film using carbon plasma has a high utility value as a diamond-like carbon film (referred to as a DLC film) made of an amorphous mixed crystal having a diamond structure and a graphite structure.
金属イオンや非金属イオンを含むプラズマを発生する方法として、真空アークプラズマ法がある。真空アークプラズマは、陰極と陽極の間に生起するアーク放電で形成され、陰極表面上に存在する陰極点から陰極材料が蒸発し、この陰極蒸発物質により形成されるプラズマである。また、雰囲気ガスとして反応性ガスを導入した場合には、反応性ガスも同時にイオン化される。前記反応性ガスと共に不活性ガス(希ガスという)を導入しても良いし、また前記反応性ガスに代えて前記不活性ガスを導入することもできる。このようなプラズマを用いて、固体表面への薄膜形成やイオンの注入を行って表面処理を行うことができる。 As a method for generating plasma containing metal ions and non-metal ions, there is a vacuum arc plasma method. The vacuum arc plasma is a plasma formed by an arc discharge generated between the cathode and the anode, and the cathode material evaporates from the cathode spot existing on the cathode surface. Moreover, when reactive gas is introduce | transduced as atmospheric gas, reactive gas is also ionized simultaneously. An inert gas (referred to as a rare gas) may be introduced together with the reactive gas, or the inert gas may be introduced instead of the reactive gas. Using such plasma, surface treatment can be performed by forming a thin film on a solid surface or implanting ions.
一般に、真空アーク放電では、陰極点から陰極材料イオン、電子、陰極材料中性原子団(原子及び分子)といった真空アークプラズマ構成粒子が放出されると同時に、サブミクロン以下から数百ミクロン(0.01〜1000μm)の大きさのドロップレットと称される陰極材料微粒子も放出される。このドロップレットが被処理物表面に付着すると、被処理物表面に形成される薄膜の均一性が失われ、薄膜の欠陥を生じさせ、成膜等の表面処理結果に影響を与える。 In general, in vacuum arc discharge, vacuum arc plasma constituent particles such as cathode material ions, electrons, and cathode material neutral atomic groups (atoms and molecules) are emitted from the cathode spot, and at the same time, from sub-micron to several hundred microns (0. 0). Cathode material fine particles called droplets having a size of 01 to 1000 μm are also emitted. When the droplets adhere to the surface of the object to be processed, the uniformity of the thin film formed on the surface of the object to be processed is lost, causing defects in the thin film, which affects the result of surface treatment such as film formation.
特開2002−8893号公報(特許文献1)及び特開2002−25794号公報(特許文献2)には従来のプラズマ加工装置が開示されている。
従来、プラズマ加工装置のプラズマ発生部においては、陰極とトリガ電極の間に電気スパークを生起し、陰極と陽極の間に真空アークを発生させてプラズマが生成される。トリガ電極には、ストライカと呼ばれる回動式電気スパーク発生機構が使用されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-8893 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 2002-25794 (Patent Document 2) disclose conventional plasma processing apparatuses.
Conventionally, in a plasma generation unit of a plasma processing apparatus, an electric spark is generated between a cathode and a trigger electrode, and a plasma is generated by generating a vacuum arc between the cathode and the anode. A rotating electric spark generating mechanism called a striker is used for the trigger electrode.
図11は特許文献2に開示された、従来の回動式電気スパーク発生機構の一例を示す。プラズマ発生部200には、アーク用電源201に接続された陰極202が配設され、陰極202上にはプラズマ構成物質の供給源(以下、ターゲットと称する)203が設置されている。ストライカ204がターゲット203に対して接触・離反するように回動軸205の回りに回動自在に配置されている。即ち、ストライカ204のストライカアームを所定角度回動させてターゲット203に接触させた後、ストライカアームを反転駆動して離反させている。
FIG. 11 shows an example of a conventional rotating electric spark generating mechanism disclosed in
アーク用電源201からアーク電流を流し、約−30Vのアーク電圧をストライカ204に印加してターゲット203に接触させることにより、陰極202を介して陰極202とストライカ204との間でアーク放電を行なわせてプラズマ206が生成される。プラズマ206はプラズマ発生部200から、湾曲型磁場ダクト207及び直進型磁場ダクト208を通じてプラズマ処理室209に誘導されていく。湾曲型磁場ダクト207及び直進型磁場ダクト208の夫々には磁場発生用直流電源210、211が接続されている。プラズマ処理室209内のステージ212には直流電源214又は高周波電源215による印加電圧が付与される。ステージ212に設置された被処理物213は磁場ダクトを通じて導入されたプラズマ206が照射されて表面処理される。プラズマ処理室209は排気ポンプ216により反応ガスやプラズマ流が室外に排気される。
An arc current is passed from the
上記回動式電気スパーク発生機構においては、ストライカ先端部の接触によりアーク放電を繰り返していくうちに、徐々にターゲット材料が摩耗し、接触位置が変化する。しかしながら、従来のストライカ回動駆動は、ストライカアームの回動限度角を予め所定角度に設定して行っていたため、前記摩耗が進行しているときにはストライカの先端がターゲットに的確に接触せず、アーク放電が不十分となったり、不発になったりするといった問題があった。 In the rotating electric spark generating mechanism, the target material gradually wears and the contact position changes as the arc discharge is repeated due to the contact of the tip of the striker. However, since the conventional striker rotation drive is performed by setting the rotation limit angle of the striker arm to a predetermined angle in advance, the tip of the striker does not contact the target accurately when the wear progresses, and the arc There have been problems such as insufficient discharge or failure.
本発明の目的は、上記課題に鑑み、ストライカによる接触作用を長期に亘って安定的に行わせて、ターゲット材料を最大限に利用可能にし、且つ生成プラズマの高品質化を実現することのできるストライカ式プラズマ発生装置及びそれを用いたプラズマ処理装置を提供することである。 In view of the above problems, the object of the present invention is to make the contact action by the striker stable over a long period of time, to make the target material available to the maximum, and to realize high quality of the generated plasma. A striker type plasma generator and a plasma processing apparatus using the same are provided.
本発明の第1の形態は、プラズマ構成物質の供給源を陰極とし、前記陰極の前方又は周囲に陽極を設け、回転駆動源により回動自在に軸支されたアームの先端部を前記供給源に接触させてアーク放電を生じさせるストライカと、前記ストライカを前記供給源に対し接触又は離反させる方向に前記回転駆動源を回動制御する回動制御装置を備え、前記アーク放電の発生により前記陰極と前記陽極間にアークプラズマを発生させるプラズマ発生装置において、前記回動制御装置は、前記アームの回動により前記先端部を前記供給源に接触させたとき、前記ストライカに加わる負荷量が所定量を超える反転条件が成立するまで前記接触方向への回動を継続し、前記反転条件が成立したときに前記離反方向に前記アームを反転回動させる回動制御手段からなるプラズマ発生装置である。 According to a first aspect of the present invention, a plasma constituent material supply source is a cathode, an anode is provided in front of or around the cathode, and the tip of an arm pivotally supported by a rotary drive source is provided as the supply source. A striker that causes arc discharge by contacting the striker, and a rotation control device that controls rotation of the rotation drive source in a direction in which the striker is brought into contact with or separated from the supply source, and the cathode is generated by the occurrence of the arc discharge. In the plasma generating apparatus for generating arc plasma between the anode and the anode, the rotation control device has a predetermined amount of load applied to the striker when the tip is brought into contact with the supply source by rotation of the arm. Rotation control means for continuing the rotation in the contact direction until the reversal condition exceeding is satisfied, and for reversing and rotating the arm in the separation direction when the reversal condition is satisfied It is a Ranaru plasma generating device.
本発明の第2の形態は、第1形態において、前記回転駆動源の出力軸に過負荷が生じたとき、前記アームに対するトルクの伝達を遮断するトルクリミッタを前記出力軸に設け、前記アームの回動開始からの回動継続時間を計時する計時手段を備え、前記回動制御手段は、前記トルクリミッタによる遮断が生じた後、前記計時手段による計時時間が所定時間に達したことに基づき前記反転条件が成立したと判断する時間経過判断手段を有するプラズマ発生装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, when an overload occurs in the output shaft of the rotary drive source, a torque limiter that interrupts transmission of torque to the arm is provided in the output shaft, A timing means for measuring a rotation continuation time from the start of the rotation, and the rotation control means is based on the fact that the time measured by the time measuring means reaches a predetermined time after the interruption by the torque limiter has occurred. It is a plasma generator having a time passage judging means for judging that the inversion condition is satisfied.
本発明の第3の形態は、第1形態において、前記回転駆動源の出力軸に過負荷が生じたとき、前記アームに対するトルクの伝達を遮断するトルクリミッタを前記出力軸に設け、前記アームの回動開始からの回動角度を計測する角度計測手段を備え、前記回動制御手段は、前記トルクリミッタによる遮断が生じた後、前記角度計測手段による計測角度が所定角度に達したことに基づき前記反転条件が成立したと判断する回動角度判断手段を有するプラズマ発生装置である。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, when an overload occurs in the output shaft of the rotary drive source, a torque limiter that interrupts transmission of torque to the arm is provided in the output shaft, An angle measuring means for measuring a rotation angle from the start of rotation, wherein the rotation control means is based on the fact that the angle measured by the angle measuring means has reached a predetermined angle after being interrupted by the torque limiter; It is a plasma generator having a rotation angle determination means for determining that the inversion condition is satisfied.
本発明の第4の形態は、第1形態において、前記アームの回動開始からの単位時間当たりのトルク変化量を逐次、抽出して計測するトルク変化量計測手段を備え、前記回動制御手段は、予め定めた規定値を超えるトルク変化量が所定回数以上、連続して計測されたとき前記反転条件が成立したと判断するトルク変化量判断手段を有するプラズマ発生装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the rotation control unit includes a torque change amount measuring unit that sequentially extracts and measures a torque change amount per unit time from the start of the rotation of the arm. Is a plasma generator having a torque change amount judging means for judging that the reversal condition is satisfied when a torque change amount exceeding a predetermined value is continuously measured a predetermined number of times or more.
本発明の第5の形態は、第4形態において、前記回動制御手段は、前記反転条件が成立するまでに、予め定めた規定値を超えるトルク変化量が計測され、且つトルク変化量の超過回数が規定回数に達したとき、トルク変化量の超過分を上乗せした規定値を新たな規定値として更新し、その規定値に基づいて前記反転条件の成立有無を判断する規定値更新処理手段を有するプラズマ発生装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the rotation control unit is configured to measure a torque change amount exceeding a predetermined specified value and to exceed the torque change amount before the inversion condition is satisfied. When the number of times reaches the specified number of times, a specified value update processing means for updating the specified value added with an excess of the torque change amount as a new specified value and determining whether or not the inversion condition is satisfied based on the specified value. It has a plasma generator.
本発明の第6の形態は、第5形態において、前記回動制御手段は、前記更新された規定値が上限値に達したか否か判断する上限到達判断手段と、前記更新された規定値が前記上限値に達したと判断したときアラームを発生させるアラーム発生手段とを含むプラズマ発生装置である。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the rotation control means includes an upper limit reaching determination means for determining whether or not the updated specified value has reached an upper limit value, and the updated specified value. Is a plasma generator including alarm generating means for generating an alarm when it is determined that the upper limit has been reached.
本発明の第7の形態は、第4、第5又は第6形態のいずれかにおいて、前記トルク変化量計測手段は、前記回動駆動源用モータの電流値を計測してトルク変化量を求めるモータ電流計測手段からなるプラズマ発生装置である。 According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the fourth, fifth, and sixth aspects, the torque change amount measuring unit measures a current value of the rotation drive source motor to obtain a torque change amount. It is a plasma generator comprising motor current measuring means.
本発明の第8の形態は、第1〜第7形態のいずれかにおいて、前記アームの素材をステンレス鋼材より高耐熱性を有した耐熱金属材から形成したプラズマ発生装置である。 An eighth aspect of the present invention is the plasma generator according to any one of the first to seventh aspects, wherein the material of the arm is formed from a heat-resistant metal material having higher heat resistance than a stainless steel material.
本発明の第9の形態は、第1〜第7形態のいずれかにおいて、前記アームの素材をステンレス鋼材より高いヤング率を有した金属材から形成したプラズマ発生装置である。 A ninth aspect of the present invention is the plasma generator according to any one of the first to seventh aspects, wherein the material of the arm is formed from a metal material having a Young's modulus higher than that of a stainless steel material.
本発明の第10の形態は、第8又は第9形態において、前記アームの素材をモリブデン、タングステン、チタン、インコネル又はこれらのうち2種以上からなる耐熱合金のいずれかから形成したプラズマ発生装置である。 A tenth aspect of the present invention is the plasma generator according to the eighth or ninth aspect, wherein the material of the arm is made of any one of molybdenum, tungsten, titanium, inconel, or a heat resistant alloy composed of two or more of these. is there.
本発明の第11の形態は、第1〜第10形態のいずれかにおいて、前記アームの一端に形成した嵌合孔に前記出力軸の軸端部を軸着して前記アームと前記出力軸を連結し、前記嵌合孔及び前記軸端部の断面形状を非円形にしたプラズマ発生装置である。 In an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects, a shaft end of the output shaft is attached to a fitting hole formed in one end of the arm, and the arm and the output shaft are connected. The plasma generator is connected and the fitting hole and the shaft end have a non-circular cross-sectional shape.
本発明の第12の形態は、第1〜第10形態のいずれかにおいて、前記嵌合孔及び前記軸端部の夫々の軸方向の中間部に互いに係合する抜け止め係合部を形成したプラズマ発生装置である。 According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects, a retaining engagement portion that engages with each other is formed at an intermediate portion of each of the fitting hole and the shaft end portion in the axial direction. It is a plasma generator.
本発明の第13の形態は、第1〜第12形態のいずれかに係るプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生装置により発生されたプラズマを輸送するプラズマ輸送管と、前記プラズマ輸送管から供給されるプラズマにより被処理物を処理するプラズマ処理部を有するプラズマ処理装置である。 A thirteenth aspect of the present invention is supplied from the plasma generator according to any one of the first to twelfth aspects, a plasma transport pipe for transporting plasma generated by the plasma generator, and the plasma transport pipe A plasma processing apparatus includes a plasma processing unit that processes an object to be processed with plasma.
本発明の第1の形態によれば、ストライカ式プラズマ発生装置において、前記回動制御手段により、前記アームの回動により前記先端部を前記供給源に接触させたとき、前記ストライカに加わる負荷量が所定量を超える反転条件が成立するまで前記接触方向への回動を継続し、前記反転条件が成立したときに前記離反方向に前記アームを反転回動させるので、前記供給源(ターゲット)に接触してから前記反転条件が成立した時点で前記ストライカを離反させ、過負荷を与える危険性を排除することができる。従って、本形態においては、前記ストライカによる接触作用を長期に亘って的確に行わせ、ターゲット材料を最大限に有効利用することができる。前記ストライカに加わる負荷量の検出には、前記回転駆動源用モータの駆動電流、トルク変化量やストライカのアーム角度、アーム回動時間等を直接ないし間接的に計測して行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, in the striker-type plasma generator, the amount of load applied to the striker when the tip is brought into contact with the supply source by the rotation of the arm by the rotation control means. Rotation in the contact direction is continued until a reversal condition exceeding a predetermined amount is satisfied, and when the reversal condition is satisfied, the arm is reversed and rotated in the separation direction, so that the supply source (target) When the reversal condition is satisfied after contact, the striker can be separated to eliminate the risk of overloading. Therefore, in this embodiment, the contact action by the striker can be accurately performed over a long period of time, and the target material can be effectively utilized to the maximum extent. The load applied to the striker can be detected by directly or indirectly measuring the drive current, torque change amount, striker arm angle, arm rotation time, and the like of the rotary drive source motor.
従来の回動角度の設定範囲を固定する方式では、狭く固定してしまうと、アーク放電の不発や不十分な放電しか生じないといったトラブルを招来する。本発明においては、前記ストライカの接触状態を経てから離反させる前記反転条件を設けているので、アーク放電の不発や不十分な放電が生ずることなく、適切なタイミングでストライカを離反させることができる。 In the conventional method of fixing the setting range of the rotation angle, if it is fixed narrowly, troubles such as non-occurrence of arc discharge and insufficient discharge are caused. In the present invention, since the inversion condition for separating after the contact state of the striker is provided, the striker can be separated at an appropriate timing without occurrence of arc discharge or insufficient discharge.
本発明に係る所定量は、ストライカ回動の繰り返しに伴ってターゲット材料が消耗する変化を実測して決定するのが好ましい。このとき、実測データにはターゲット材料の種別毎に求めておくことも離反タイミングの精度向上の観点から有効となる。また、前記回転駆動源にはサーボモータ、パルスモータ等の電動機を使用することができる。 The predetermined amount according to the present invention is preferably determined by actually measuring a change in which the target material is consumed with repeated striker rotation. At this time, obtaining actual measurement data for each type of target material is also effective from the viewpoint of improving the accuracy of separation timing. Further, an electric motor such as a servo motor or a pulse motor can be used as the rotational drive source.
例えば、新品のターゲットを使用し始める初期の段階では、ストライカの接触後、離反するまで接触し続けるため、ストライカアームの回転モータへの負荷が増大して、モータ破損を生じたりストライカが傷んだり、更にターゲット自体が損傷する危険性が生ずる。そこで、第2形態によれば、回転モータのトルク過負荷を瞬断可能な負荷制限手段として好適なトルクリミッタを前記出力軸に設けて、前記時間経過判断手段により、前記トルクリミッタによる遮断が生じた後、前記計時手段による計時時間が所定時間に達したことに基づき前記反転条件が成立したと判断するので、例えば、前記ストライカの回動開始時からの経過時間をタイマ監視することによって、前記反転条件を正確に把握して前記ストライカによる接触作用を長期に亘って的確に行わせることができる。 For example, in the initial stage of starting to use a new target, since the contact continues until the striker comes off, the load on the rotary motor of the striker arm increases, causing motor breakage or damage to the striker, Furthermore, there is a risk of damage to the target itself. Therefore, according to the second embodiment, a torque limiter suitable as a load limiting unit capable of instantaneously interrupting the torque overload of the rotary motor is provided on the output shaft, and the time lapse determining unit interrupts the torque limiter. After that, since it is determined that the reversal condition is satisfied based on the time measured by the time measuring means reaching a predetermined time, for example, by monitoring the elapsed time from the start of the rotation of the striker, It is possible to accurately grasp the reversal condition and accurately perform the contact action by the striker over a long period of time.
本発明の第3の形態によれば、前記回動角度判断手段により、前記トルクリミッタによる遮断が生じた後、前記角度計測手段による計測角度が所定角度に達したことに基づき前記反転条件が成立したと判断するので、例えば、前記ストライカの回動開始時からの回動角度を角度検出センサにより計測することによって、前記反転条件を正確に把握して前記ストライカによる接触作用を長期に亘って的確に行わせることができる。前記角度検出センサには、ストライカアームの変位を検出する光学センサ、磁気センサ、接触センサ等を使用することができる。 According to the third aspect of the present invention, the reversal condition is satisfied based on the fact that the angle measured by the angle measuring means reaches a predetermined angle after the turning by the torque limiter is caused by the turning angle determining means. Therefore, for example, by measuring the rotation angle from the start of rotation of the striker with an angle detection sensor, the reversing condition can be accurately grasped and the contact action by the striker can be accurately determined over a long period of time. Can be done. As the angle detection sensor, an optical sensor, a magnetic sensor, a contact sensor, or the like that detects the displacement of the striker arm can be used.
本発明の第4の形態によれば、前記トルク変化量計測手段により前記アームの回動開始からの単位時間当たりのトルク変化量(微分変化量)を逐次、抽出して計測し、前記トルク変化量判断手段により、予め定めた規定値を超えるトルク変化量が所定回数以上、連続して計測されたとき前記反転条件が成立したと判断するので、何らかの原因に起因して発生した外乱ノイズの影響でトルク変化量が検出されてしまっても、前記規定値を超えるトルク変化量が所定回数以上、連続して計測されない限りノイズによるものとして排除することができ、反転条件としてトルクの設定を行った場合の誤作動を防止することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the torque change amount measuring means sequentially extracts and measures the torque change amount (differential change amount) per unit time from the start of rotation of the arm, and the torque change Since the amount determining means determines that the reversal condition is satisfied when the amount of torque change exceeding a predetermined specified value is continuously measured a predetermined number of times or more, it is determined that the reversal condition is satisfied. Even if the amount of torque change is detected at, it can be excluded as noise unless the amount of torque change exceeding the specified value is measured continuously for a predetermined number of times or more, and torque is set as an inversion condition. Malfunction can be prevented.
反転条件としてトルクの設定を行う場合には、前記規定値を経験値等から予め想定して定めたとしても、長期稼働による経時変化を十分に予測して定めるには困難を伴う。そこで、本発明の第5の形態によれば、前記規定値更新処理手段により、前記反転条件が成立するまでに、予め定めた規定値を超えるトルク変化量が計測され、且つトルク変化量の超過回数が規定回数、例えば全体の70%に達したとき、トルク変化量の超過分を上乗せした規定値を新たな規定値として更新し、その規定値に基づいて前記反転条件の成立有無を判断するので、最初に定めた規定値を超えるトルク変化量が計測される事態が生じたとき、トルク変化量の超過分を上乗せした規定値を新たな規定値として更新して、経時変化に追随させることができ、より長期に亘り高精度に反転条件の成立判断を行うことができる。上乗せされる超過分は予め定めた上乗せ値を用いてもよいし、複数検出した値のうちの最大値を選択して決定されてもよい。 When torque is set as a reversal condition, it is difficult to sufficiently predict and determine a change with time due to long-term operation even if the predetermined value is determined in advance based on experience values or the like. Therefore, according to the fifth aspect of the present invention, the specified value update processing means measures a torque change amount exceeding a predetermined specified value until the inversion condition is satisfied, and exceeds the torque change amount. When the number of times reaches a prescribed number, for example, 70% of the total, the prescribed value obtained by adding an excess of the torque change amount is updated as a new prescribed value, and whether or not the inversion condition is satisfied is determined based on the prescribed value. Therefore, when a situation occurs in which the amount of torque change exceeding the initially specified value occurs, the specified value with the excess amount of torque change added is updated as a new specified value to follow the change over time. Therefore, the inversion condition can be determined with high accuracy over a longer period of time. A predetermined additional value may be used as the excess to be added, or may be determined by selecting the maximum value among a plurality of detected values.
本発明の第6の形態によれば、前記更新された規定値が上限値に達したか否かを前記上限到達判断手段により判断して、前記更新された規定値が前記上限値に達したと判断したとき前記アラーム発生手段によりアラームを発生させるので、必要以上に規定値の更新を行うことなく、前記上限値への到達により装置異常やトラブルの発生の可能性等をアラーム報知することができ、ストライカ式プラズマ発生装置の安全性の向上と長期安定稼働の維持、促進に寄与する。 According to the sixth aspect of the present invention, the upper limit reaching determination means determines whether or not the updated specified value has reached an upper limit value, and the updated specified value has reached the upper limit value. Since the alarm is generated by the alarm generation means when it is determined that the device reaches the upper limit value without updating the specified value more than necessary, it is possible to notify an alarm of the possibility of device abnormality or trouble occurrence by reaching the upper limit value. This contributes to improving the safety of striker-type plasma generators and maintaining and promoting long-term stable operation.
本発明の第7の形態によれば、前記モータ電流計測手段により、前記回動駆動源用モータの電流値を計測してトルク変化量を求めるので、微小時間当たりのトルクの微分変化量を安定且つ精密に行って前記反転条件を正確に把握でき、前記ストライカによる接触作用を長期に亘って的確に行わせることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the motor current measuring means measures the current value of the rotational drive source motor to obtain the torque change amount, the differential change amount of the torque per minute time is stabilized. In addition, the reversal condition can be accurately grasped by performing precisely, and the contact action by the striker can be accurately performed over a long period of time.
ストライカ式プラズマ発生装置において、ストライカ回動動作を繰り返し行うと、アーク放電による発熱のためにストライカアームの温度が高くなる。従来のストライカにはステンレス鋼(SUS)を使用していたため、高温により析出物が表面に生じて、プラズマ発生装置の装置特性に悪影響を与えていた。従って、本発明の実施によって前記ストライカによる接触作用を長期化したときに、係るストライカ材質が生成プラズマの品質に及ぼす影響は少なくない。そこで、本発明の第8の形態によれば、前記アームの素材をステンレス鋼材より高耐熱性を有した耐熱金属材から形成したので、前記ストライカ回動動作の繰り返しに伴う高温化による析出物の生成を抑制でき、高品質のプラズマ生成を行うことができる。 In the striker-type plasma generator, when the striker rotating operation is repeated, the temperature of the striker arm becomes high due to heat generated by arc discharge. Since stainless steel (SUS) is used for the conventional striker, precipitates are generated on the surface due to high temperature, which adversely affects the device characteristics of the plasma generator. Therefore, when the contact action by the striker is prolonged by implementing the present invention, the striker material has a considerable influence on the quality of the generated plasma. Therefore, according to the eighth embodiment of the present invention, since the material of the arm is formed of a heat-resistant metal material having higher heat resistance than stainless steel material, the precipitates due to the high temperature accompanying the repetition of the striker rotation operation Generation can be suppressed and high-quality plasma generation can be performed.
従来、ストライカには例えばSUS304使用していたが、例えばSUS304のヤング率が193〜197GPaであるため、ストライカアームを約90°回動して接触動作させるハンマリング操作時に発生するアーム振幅が大きくなる傾向にあった。そのため、ストライカによる初期放電の制御性の低下を招いていた。そこで、本発明の第9の形態によれば、前記アームの素材をステンレス鋼材より高いヤング率を有した金属材から形成したので、上記接触動作させる時に発生するアーム振幅が小さくなり、ストライカによる初期放電の制御性を向上させることができる。 Conventionally, for example, SUS304 was used for the striker. However, for example, since the Young's modulus of SUS304 is 193 to 197 GPa, the arm amplitude generated during the hammering operation in which the striker arm is rotated by about 90 ° to perform contact operation becomes large. There was a trend. Therefore, the controllability of the initial discharge by the striker is reduced. Therefore, according to the ninth aspect of the present invention, since the material of the arm is formed of a metal material having a higher Young's modulus than the stainless steel material, the arm amplitude generated when the contact operation is performed is reduced, and the initial by the striker is reduced. Controllability of discharge can be improved.
本発明の第10の形態によれば、モリブデン、タングステン、チタン、インコネル又はこれらのうち2種以上からなる耐熱合金のいずれかの高融点金属材から形成した前記アームにより、耐熱性及びアーム振幅の抑制性に問題のあるSUSに代えて、耐熱性及びアーム振幅の抑制機能に優れたストライカアームを構成でき、ストライカの繰り返し使用に対する耐久性を具備させることができる。 According to the tenth aspect of the present invention, the arm formed of a refractory metal material of any one of molybdenum, tungsten, titanium, inconel or a heat-resistant alloy composed of two or more of these, provides heat resistance and arm amplitude. Instead of SUS which has a problem in restraint, a striker arm excellent in heat resistance and arm amplitude restraining function can be configured, and durability against repeated use of the striker can be provided.
ストライカアームは、従来、前記出力軸の丸材をアームの軸穴に挿着していたが、丸材の為固定の際に回転方向の位置合わせが困難である欠点があった。そこで、本発明の第11の形態によれば、前記アームの一端に形成した嵌合孔に前記出力軸の軸端部を軸着して前記アームと前記出力軸を連結し、前記嵌合孔及び前記軸端部の断面形状を非円形にしたので、回転方向への位置が一意且つ正確に決まり回動精度の向上、メンテナンス性の向上に寄与する。 Conventionally, the striker arm has had the round member of the output shaft inserted into the shaft hole of the arm. However, the striker arm has a drawback in that it is difficult to align the rotational direction when fixing because of the round member. Therefore, according to an eleventh aspect of the present invention, a shaft end portion of the output shaft is attached to a fitting hole formed at one end of the arm to connect the arm and the output shaft, and the fitting hole In addition, since the cross-sectional shape of the shaft end is made non-circular, the position in the rotational direction is uniquely and accurately determined, which contributes to improved rotation accuracy and improved maintainability.
本発明の第12の形態によれば、前記嵌合孔及び前記軸端部の夫々の軸方向の中間部に互いに係合する抜け止め係合部を形成したので、前記ストライカ回動動作の繰り返しに伴って前記出力軸の軸方向へのずれが生じず、安定的に初期放電を行わせることができ、生成プラズマの品質向上に寄与する。 According to the twelfth aspect of the present invention, since the retaining engagement portion that engages with each other is formed at each of the axially intermediate portions of the fitting hole and the shaft end portion, the striker rotation operation is repeated. Accordingly, the output shaft is not displaced in the axial direction, and the initial discharge can be stably performed, which contributes to the quality improvement of the generated plasma.
本発明の第13の形態によれば、第1〜第12形態のいずれかに係るプラズマ発生装置により安定的に初期放電を行わせて発生されたプラズマを、前記プラズマ輸送管を経由して前記プラズマ処理部に供給して該プラズマによる成膜処理等を行えるので、アーク放電不良を起こすことなく安定稼働を行って成膜等の処理効率の向上を図ることができる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, the plasma generated by performing the initial discharge stably by the plasma generator according to any one of the first to twelfth aspects is transferred to the plasma via the plasma transport tube. Since the film can be supplied to the plasma processing unit to perform the film forming process or the like using the plasma, stable operation can be performed without causing an arc discharge defect, and the processing efficiency of the film forming can be improved.
以下、本発明の実施形態に係るストライカ式プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置を添付図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a striker type plasma generating apparatus and a plasma processing apparatus according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係るストライカ回動式のプラズマ発生装置1が設置されたプラズマ処理装置の断面概略構成図である。プラズマ発生部4には、プラズマ構成物質の供給源を陰極(ターゲット)2とし、陰極2の前方側には筒状の陽極3が配設されている。トリガ電極のストライカ5は陰極2に対し接近・後退可能に、回動自在に設けられている。ストライカ5のアーム素材にはモリブデンを使用している。陽極3は筒内壁を多分割構成とした電極筒体からなる。真空雰囲気下で陰極2とストライカ5の間に電気スパークを生起し、陰極2と陽極3の間に真空アークを発生させてプラズマPが生成される。陰極2は、プラズマ構成物質の供給源であり、その形成材料は、導電性を有する固体なら特に限定されず、金属単体、合金、無機単体、無機化合物(金属酸化物・窒化物)等を単独又は2種以上混合して用いることができる。プラズマ発生部4における真空アーク放電によりターゲット材料イオン、電子、陰極材料中性粒子(原子及び分子)といった真空アークプラズマ構成粒子が放出されると同時に、サブミクロン以下から数百ミクロン(0.01〜1000μm)の大きさの陰極材料微粒子(以下「ドロップレットD」と称する)も放出される。生成されたプラズマPは、プラズマ進行路6を進行し、屈曲部7において屈曲磁場発生器8、8により形成された磁場によって第2進行路へ進行する。このとき、ドロップレットDは、電気的に中性であり磁場の影響を受けないため、ドップレット進行路9を直進し、ドロップレット捕集部10に捕集される。屈曲部7には第2進行路に接続する直進管路が設けられ、ドップレット進行路9等のプラズマPの各進行路の内壁には、ドロップレットDが衝突して付着するバッフル11、12及び17が設けられている。なお、前記直進管路にプラズマ進行磁場を発生させる磁場発生器18が設置されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus in which a striker rotation type plasma generator 1 according to the present invention is installed. In the
第2進行路は内壁に複数のバッフル12が設けられた拡径管13からなり、拡径管13にはプラズマ進行磁場を発生させる磁場発生器20が設置されている。プラズマPが拡径管13内を進行するとき、残存するドロップレットDが前記バッフル12に衝突して付着し、更にドロップレットDが除去される。拡径管13は前記直進管路に対して傾斜配置されている。拡径管13の終端は縮径管23を介してプラズマ処理部15に接続されている。ドロップレットDが除去されたプラズマPは磁場発生器14、14の磁場によりプラズマ処理部15に供給され、被処理物16をプラズマ処理することができる。縮径管23内にもバッフル19が設置されている。プラズマ処理部15には、ガス導入システム(図示せず)により必要に応じて反応性ガスが導入され、ガス排気システム(図示せず)により反応ガスやプラズマ流が排気される。なお、本実施形態では、プラズマ発生部4とプラズマ処理部15の間に複数に屈曲した進行路を設けているが、本発明はこれに限らず略L字状の進行路等を備えた各種プラズマ処理装置に適用することができる。
The second traveling path is composed of a
図2はプラズマ発生部4周辺の断面概略図である。同図の(2A)に示すように、ストライカ5は回動軸24を中心に揺動自在に軸支されたストライカアームからなる。電源25により通電26、27を介して陽極内壁28及びストライカ5と陰極2のターゲットの間に電圧が印加される。プラズマ発生部外壁29は陽極内壁28と接触しておらず、外壁29の上下端に取着した絶縁部材30、31により電気的中性が保たれている。プラズマ発生部外壁29のプラズマ出口側にはプラズマ進行路6の管路端33が接続されている。陽極3の電極筒体は陰極2側にて開放され空隙34が形成されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the periphery of the
実線で示す接触位置にあるストライカを破線で示す離反方向へ引き離すことにより、陰極2の放電面32と陽極内壁28の間に真空アーク放電が誘起される。ストライカ5は回転駆動源(図示せず)の回転駆動を受けて揺動し、離反した位置にあるストライカ5を放電面32に接触させる場合、回転駆動源(後述の図5のモータ40)により接触したストライカのトルク反力を検出し、接触状態にあることが判断される。更に、プラズマ発生部4のプラズマ出口側には、フィルタコイル22が配設されており、プラズマ進行磁場B2が形成される。ターゲットコイル21により発生する安定化磁場B1は、プラズマ進行磁場B2とは逆相(カプス)に形成されており、安定したプラズマの生成が可能になる。図2の(2B)に示すように、ターゲットコイル21により発生する安定化磁場B1が同相(ミラー)の場合、アークスポットの安定性は低下するが、プラズマの生成効率が向上することが分かっている。
A vacuum arc discharge is induced between the
図3はプラズマ発生装置1に用いるストライカ回動式電気スパーク発生機構の概略構成を示す。図4は同ストライカ回動式電気スパーク発生機構のストライカ5の構造を示す。図4(4A)はストライカ5の側面を示し、同図(4B)はストライカ5の正面を示す。図5はストライカ5のモータ駆動機構を示す。
ストライカ5は約90°(最大95°)の範囲で回動自在に軸支されていて、起立待機状態から揺動して陰極ターゲット面を叩く長さを備えたストライカアームからなる。起立待機状態では、ストライカ5は陽極3の出入り口(図示せず)より陽極壁の外側に退避する位置に保持される。ストライカアームの駆動側端部はモータ40の出力軸36に連結されている。ストライカアームの作用端部にはストライカチップ35が取着されている。ストライカチップ35には陰極2と同種又は異種の導電性物質が使用される。本実施形態ではカーボン陰極に対してカーボンチップをストライカチップ35に使用している。陽極3もカーボン製であり、陰極2と陽極3の間にアーク電源37が接続されている。プラズマ発生部4全体は電気的中性状態に保持されている。ストライカ5にもアーク電源37が印加される。陰極ターゲット面を叩く初期放電時には150Vが印加され、初期放電後は25Vに印加電圧が切り換えられる。
FIG. 3 shows a schematic configuration of a striker rotation type electric spark generating mechanism used in the plasma generator 1. FIG. 4 shows the structure of the
The
図4の(4A)に示すように、モータ40の出力軸36は半円と三角形状を組み合わせた非円形の断面形状を有する。これに合わせて、ストライカアームの駆動側端部にも同様の形状の嵌合孔が穿設されている。従って、該駆動側端部に形成した非円形嵌合孔に同形状の非円形出力軸36の軸端部を軸着して、ストライカアームと出力軸36を連結したので、回転方向への位置が一意且つ正確に決まり回動精度の向上、メンテナンス性の向上に寄与する。係る非円形形状に限らず、多角形状、非対称四辺形等の断面形状にすれば同様の効果を奏する。
As shown in FIG. 4 (4A), the
図4の(4B)に示すように、モータ40の出力軸36の先端中間には前記嵌合孔内中間の突起38に嵌合する穴39が穿設されている。従って、突起38に穴39が嵌合する構造によって、ストライカアームと出力軸36の軸方向の中間部に互いに係合する抜け止め係合部を形成したので、ストライカ回動動作の繰り返しに伴って出力軸36の軸方向へのずれが生じず、安定的に初期放電を行わせることができ、生成プラズマの品質向上を寄与させることができる。
図5に示すように、モータ40の出力軸36にはトルクリミッタ41が取着されている。トルクリミッタ41は固定部42に固定されている。
As shown in FIG. 4 (4B), a
As shown in FIG. 5, a
図6は本実施形態のプラズマ処理装置の制御ブロック図を示す。
プラズマ処理装置の制御部はマイクロプロセッサで構成されており、CPU100、各種制御プログラムが格納されたROM101、制御データのワークメモリであるRAM102を有する。CPU100には、モータ40のコントローラ103が接続されている。モータ40はモータ本体105と、モータ本体105に直結されたエンコーダ106からなる。コントローラ103には、エンコーダ106から発生するパルスをカウントするカウンタ104が内蔵されている。コントローラ103はカウンタ104により読み取ったエンコーダパルスの進み具合に応じてサーボモータの駆動制御を行う。コントローラ103は、モータ本体105のモータ駆動に応じて供給する駆動電流値をCPU100に出力する。また、CPU100にはインターフェース111を介して角度検出センサ112、タイマ113等の外部出力が入力可能になっている。更に、CPU100にはインターフェース107を介してキー設定手段108の入力データが入力可能になっており、また、インターフェース109を介して各種データをディスプレイ108に表示出力可能になっている。
FIG. 6 shows a control block diagram of the plasma processing apparatus of this embodiment.
The control unit of the plasma processing apparatus is configured by a microprocessor, and includes a
上記構成のストライカ回動式電気スパーク発生機構を用いたストライカ回動駆動制御処理を以下に説明する。
本発明に係る回動制御装置はCPU100及びCPU100により実行されるストライカ回動駆動制御の実行プロセスにより構成される。
A striker rotation drive control process using the striker rotation type electric spark generating mechanism having the above configuration will be described below.
The rotation control device according to the present invention includes a
図7は本発明に係るストライカ回動駆動制御の基本フローチャートを示す。
ストライカ回動駆動制御はまず、接触後のストライカ離反タイミングを規定する反転条件の設定を行ってから行われる(ステップS1)。反転条件の設定にはキー設定手段108を用いて行うことができる。プラズマ処理の開始により、モータ40を正転起動してストライカアームが起立待機状態から回動動作に移る(ステップS2、S3)。ストライカの回動が進行していくと、陰極2にストライカチップ35が当接する。更にモータ40が駆動し続けて回動動作が継続していく。反転条件が成立すると、モータ40に逆転駆動を指示し、ストライカチップ35を陰極2から離反させる離反動作に移行し、待機位置に戻ったときモータ40の駆動を停止する(ステップS4〜S6)。
FIG. 7 shows a basic flowchart of the striker rotation drive control according to the present invention.
The striker rotation drive control is first performed after setting a reversal condition that defines the striker separation timing after contact (step S1). The inversion condition can be set using the key setting means 108. When the plasma processing is started, the
図8は本実施形態におけるトルク変化量(微分変化量)管理方式のストライカ駆動制御処理を示す。トルク変化量管理方式では、モータ40の駆動電流値変化から、一定時間間隔(例えば、1秒)で、モータトルクの微分変化値を逐次、計測する。反転条件としてモータトルク変化量の初期規定値D0の設定を行う(ステップS11)。本実施形態では、規定値Diを初期規定値D0から上限値まで随時更新処理していく更新処理を行う。プラズマ処理の開始により、モータ40を正転起動してストライカアームが起立待機状態から回動動作に移る(ステップS12、S13)。このとき、トルク変化量の逐次計測を開始し、ストライカ駆動停止まで逐次計測を上記一定時間ごとに繰り返す。ついでトルク変化量が規定値に達したか否か判断する。計測したトルク変化量が規定値を超過している場合にはその連続回数がカウントされる(ステップS16)。計測したトルク変化量が連続して3回、規定値を超過しているときには反転条件の成立として、モータ40に逆転駆動を指示し、ストライカチップ35を陰極2から離反させる離反動作に移行し、待機位置に戻ったときモータ40の駆動を停止する(ステップS17〜S19)。
FIG. 8 shows the striker drive control process of the torque change amount (differential change amount) management method in this embodiment. In the torque change amount management method, the differential change value of the motor torque is sequentially measured at a constant time interval (for example, 1 second) from the change in the drive current value of the
トルク変化量管理方式によれば、ストライカアームの回動開始からの単位時間当たりのトルク変化量(微分変化量)を逐次、抽出して計測し、予め定めた規定値を超えるトルク変化量が3回数以上、連続して計測されたとき反転条件が成立したと判断する。従って、何らかの原因に起因して発生した外乱ノイズの影響でトルク変化量が検出されてしまっても、規定値を超えるトルク変化量が3回以上、連続して計測されない限りノイズによるものとして排除することができ、反転条件としてトルクの設定を行った場合の誤作動を防止することができる。特に、回動駆動源用モータの電流値を計測してトルク変化量を求めるので、微小時間当たりのトルクの微分変化量を安定且つ精密に行って前記反転条件を正確に把握でき、前記ストライカによる接触作用を長期に亘って的確に行わせることができる。 According to the torque change amount management system, the torque change amount (differential change amount) per unit time from the start of the rotation of the striker arm is sequentially extracted and measured, and the torque change amount exceeding a predetermined specified value is 3 It is determined that the reversal condition is satisfied when the measurement is continuously performed more than the number of times. Therefore, even if the amount of torque change is detected due to the influence of disturbance noise caused by some cause, it will be excluded as a result of noise unless the amount of torque change exceeding the specified value is continuously measured three times or more. It is possible to prevent malfunction when the torque is set as the inversion condition. In particular, the torque change amount is obtained by measuring the current value of the rotational drive source motor, so that the differential change amount of the torque per minute time can be stably and precisely determined to accurately grasp the inversion condition, and the striker The contact action can be accurately performed over a long period of time.
規定値Diを初期規定値D0から上限値まで随時更新処理していく更新処理はステップS20〜S21にて行われる。反転条件としてトルクの設定を行う場合には、規定値を経験値等から予め想定して定めたとしても、長期稼働による経時変化を十分に予測して定めるには困難を伴うので、上記更新処理を行って随時、補正する。即ち、3回連続して発生していないが、超過計測が3回連続でなく非連続的に4回行われたとき、その時点での規定値Diに超過分ΔDが上乗せされて、新たな規定値としてRAM102に記憶、更新される(ステップS14)。上乗せされる超過分ΔDは複数検出した値のうちの最大値を選択して決定される。なお、超過分ΔDには、予め定めた固定の上乗せ値を用いてもよい。 Update processing will from time to time update process specified value Di to the upper limit value from the initial predetermined value D 0 is performed in step S20~S21. When setting the torque as the reversal condition, it is difficult to sufficiently predict and determine the change over time due to long-term operation, even if the specified value is determined in advance based on experience values, etc. To correct as needed. In other words, when the excess measurement is not performed three times continuously but is performed four times discontinuously instead of three times continuously, the excess ΔD is added to the specified value Di at that time, and a new The specified value is stored and updated in the RAM 102 (step S14). The excess ΔD to be added is determined by selecting the maximum value among a plurality of detected values. Note that a predetermined fixed addition value may be used for the excess ΔD.
上記規定値更新処理によれば、反転条件が成立するまでに、規定値を超えるトルク変化量が計測され、且つトルク変化量の超過回数が規定回数4に達したとき、トルク変化量の超過分を上乗せした規定値を新たな規定値として更新し、その規定値に基づいて反転条件の成立有無を判断するので、最初に定めた規定値を超えるトルク変化量が計測される事態が生じたとき、トルク変化量の超過分を上乗せした規定値を新たな規定値として更新して、経時変化に追随させることができ、より長期に亘り高精度に反転条件の成立判断を行うことができる。
According to the specified value update process, when the torque change amount exceeding the specified value is measured and the torque change amount exceeds the specified number of
トルク変化量を計測することにより、トルク異常に関係した異常検出が可能になることに着目し、上記規定値更新処理にアラーム処理を付加している。即ち、更新された規定値が上限値に達したか否かを判断して(ステップS22)、更新された規定値が上限値に達したと判断したとき、ブザー(図示せず)による警報音やディスプレイ108画面の警告表示によってアラームを発生させる。従って、必要以上に規定値の更新を行うことなく、上限値への到達により装置異常やトラブルの発生の可能性等をアラーム報知することができ、ストライカ式プラズマ発生装置の安全性の向上と長期安定稼働の維持、促進に寄与する。
Focusing on the fact that the abnormality detection related to the torque abnormality can be detected by measuring the torque change amount, an alarm process is added to the specified value update process. That is, it is determined whether or not the updated specified value has reached the upper limit value (step S22), and when it is determined that the updated specified value has reached the upper limit value, an alarm sound is generated by a buzzer (not shown). An alarm is generated by a warning display on the
各種反転条件に応じたストライカ回動駆動制御例を以下に示す。図9はタイマ監視方式のストライカ駆動制御処理を示す。
タイマ監視方式では、タイマ113の計時時間に基づいて駆動制御が行われ、反転条件として回動開始からの回動継続時間の上限値T0の設定を行う(ステップS41)。上限値T0は、平均的に90°を超えて回動した時点でターゲット消耗と判断されるとき、その継続時間の平均値に1秒を上積みして決定される。プラズマ処理の開始により、サーボモータ40を正転駆動してストライカアームが起立待機状態から回動動作に移る(ステップS42、S43)。ついで、トルクリミッタ41が働いて過負荷を遮断した後(ステップS44)、タイマ113による回動継続時間が設定時間T0に達したか否か判断され、設定時間T0に達したとき反転条件の成立として、サーボモータ40に逆転駆動を指示し、ストライカチップ35を陰極2から離反させる離反動作に移行し、待機位置に戻ったときサーボモータ40の駆動を停止する(ステップS45〜S47)。トルクリミッタ41は電動機のトルク過負荷を瞬断可能な負荷制限手段として好適であり、トルクリミッタ41を出力軸36に設けることにより、前記反転条件の成立までの期間、モータトルクの負担を確実に解消することができるので、プラズマ発生機構の安定動作を維持して長寿命化を図ることができる。
Examples of striker rotation drive control according to various inversion conditions are shown below. FIG. 9 shows a timer monitoring type striker drive control process.
The timer monitoring system, the drive control is performed based on the time measured by the
タイマ監視方式によれば、ステップS45、S46に対応する時間経過判断手段により、トルクリミッタ41による遮断が生じた後、タイマ113による計時時間が設定時間T0に達したことに基づき反転条件が成立したと判断するので、ストライカ5の回動開始時からの経過時間をタイマ監視して反転条件を正確に把握でき、ストライカ5による接触作用を長期に亘って安定的に行うことができる。
According to the timer monitoring method, the inversion condition is established based on the fact that the time measured by the
図10はストライカ回動角度検出方式のストライカ駆動制御処理を示す。
ストライカ回動角度検出方式では、図3に示すように、ストライカアーム起立待機位置より右側に配置された角度検出センサ112の出力に基づいて駆動制御が行われ、反転条件としてストライカアーム起立待機位置からの回転角度A0の設定を行う(ステップS31)。角度検出センサ112の設置位置は、ストライカアーム起立待機位置から僅か右方に設定される。図8及び図9の場合と同様に、プラズマ処理の開始により、モータ40を正転駆動してストライカアームが起立待機状態から回動動作に移る(ステップS32、S33)。ついで、トルクリミッタ41が働いて過負荷を遮断した後(ステップS34)、設定回転角度A0に達したか否かが判断され、A0に達したとき反転条件が成立したと判断されて、モータ40に逆転駆動を指示し、ストライカチップ35を陰極2から離反させる離反動作に移行し、待機位置に戻ったときサーボモータ40の駆動を停止する(ステップS35〜S37)。
FIG. 10 shows the striker drive control process of the striker rotation angle detection method.
In the striker rotation angle detection method, as shown in FIG. 3, drive control is performed based on the output of the
ストライカ回動角度検出方式によれば、ステップS35、S36に対応する回動角度判断手段により、トルクリミッタ41による遮断が生じた後、角度検出センサ112の出力に基づく計測回動角度が設定角度に達したとき反転条件の成立と判断するので、ストライカ5の回動開始時からの回動角度を角度検出センサにより計測することによって、反転条件を正確に把握してストライカ5による接触作用を長期に亘って安定的に行うことができる。前記角度検出センサには、ストライカアームの変位を検出する光学センサの他に、磁気センサ、接触センサ等を使用することができる。
According to the striker rotation angle detection method, after the interruption by the
図1のプラズマ処理装置においては、ストライカアーム素材にモリブデンを使用している。従って、従来のSUSアームと比較して、高耐熱性で高ヤング率の構成とし、しかも高融点材からなるストライカアームを用いているので、アーク放電に伴う高温化による析出物の生成を抑制でき、高品質のプラズマ生成を行うことができる。更に、モリブデンアームでは、ストライカ5を陰極2に接触動作させるハンマリング操作時に発生するアーム振幅が小さくなり、ストライカ5による初期放電の制御性を向上させることができる。
In the plasma processing apparatus of FIG. 1, molybdenum is used for the striker arm material. Therefore, compared to the conventional SUS arm, it has a high heat resistance and a high Young's modulus, and because it uses a striker arm made of a high melting point material, it can suppress the formation of precipitates due to the high temperature accompanying arc discharge. High quality plasma generation can be performed. Furthermore, in the molybdenum arm, the arm amplitude generated during the hammering operation in which the
本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and includes various modifications and design changes within the technical scope without departing from the technical idea of the present invention. Needless to say.
本発明によれば、ストライカによる接触作用を長期に亘って安定的に行わせて、ターゲット材料を最大限に利用可能にし、且つ生成プラズマの高品質化を実現することのできるストライカ式プラズマ発生装置を提供することができる。また、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、前記ストライカ式プラズマ発生装置を搭載して、安定稼働を実現でき、しかも高品質プラズマによるプラズマ処理が行えるので、プラズマ中で固体材料の表面に欠陥や不純物が格段に少ない高純度の薄膜を形成したり、プラズマを照射することにより、固体の表面特性を欠陥や不純物を付与することなく、均一に改質することができ、例えば固体表面における耐磨耗性・耐食性強化膜、保護膜、光学薄膜、透明導電性膜などを高品質かつ高精度に形成することができるプラズマ処理装置を提供することができる。 According to the present invention, a striker-type plasma generator capable of stably performing a contact action by a striker over a long period of time, making the target material available to the maximum and realizing high quality of the generated plasma. Can be provided. In addition, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the striker type plasma generator is mounted, stable operation can be realized, and plasma processing with high quality plasma can be performed, so that the surface of the solid material in the plasma is defective. By forming a high-purity thin film with significantly less impurities and irradiating with plasma, the surface characteristics of the solid can be uniformly modified without imparting defects or impurities. It is possible to provide a plasma processing apparatus capable of forming a wear / corrosion resistance enhanced film, a protective film, an optical thin film, a transparent conductive film, and the like with high quality and high accuracy.
1 プラズマ発生装置
2 陰極
3 陽極
4 プラズマ発生部
5 ストライカ
6 プラズマ進行路
7 屈曲部
8 屈曲磁場発生器
9 ドップレット進行路
10 ドロップレット捕集部
11 バッフル
12 バッフル
13 拡径管
14 磁場発生器
15 プラズマ処理部
16 被処理物
17 バッフル
18 磁場発生器
19 バッフル
20 磁場発生器
21 ターゲットコイル
22 フィルタコイル
23 縮径管
24 回動軸
25 電源
26 通電
27 通電
28 陽極内壁
29 外壁
30 絶縁部材
31 絶縁部材
32 放電面
33 管路端
34 空隙
35 ストライカチップ
36 出力軸
37 アーク電源
38 突起
39 穴
40 モータ
41 トルクリミッタ
42 固定部
100 CPU
101 ROM
102 RAM
103 コントローラ
104 カウンタ
105 モータ本体
106 エンコーダ
107 インターフェース
108 キー設定手段
109 インターフェース
110 ディスプレイ
111 インターフェース
112 角度検出センサ
113 タイマ
200 プラズマ発生部
201 アーク用電源
202 陰極
203 ターゲット
204 ストライカ
205 回動軸
206 プラズマ
207 湾曲型磁場ダクト
208 直進型磁場ダクト
209 プラズマ処理室
210 直流電源
211 直流電源
212 ステージ
213 被処理物
214 直流電源
215 高周波電源
216 排気ポンプ
P プラズマ
B1 安定化磁場
B2 プラズマ進行磁場
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101 ROM
102 RAM
103
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