JP5424744B2 - 分割環状リブ型プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空雰囲気下においてプラズマ発生部でアーク放電を行って発生させるプラズマにより被処理物を処理するプラズマ処理装置に関し、更に詳細には、真空アーク放電時に陰極から副生する陰極材料粒子（以下、「ドロップレット」と称する）を除去するドロップレット除去部を装備したプラズマ処理装置に関する。

物質をプラズマ化した後に被処理物上に堆積させるプラズマ処理を行うことにより、前記被処理物上に強固な薄膜を形成することができる。特に、前記物質として炭素を使用した場合は、被処理物上に、ダイア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（ＤＬＣ）膜を得ることができ、このＤＬＣ膜は機械的・化学的・光学的に良好な性質を有する。

前記物質をプラズマ化する方法としては、前記物質を陰極として、陽極であるトリガ電極との間に真空状態でアーク放電を発生させることにより、前記陰極からプラズマを形成させる方法がある。この様にして形成されたプラズマは、プラズマ処理装置内においてプラズマ発生部からプラズマ流としてプラズマ進行管へ導かれ、更にプラズマ処理部へ導入されて被処理物の被膜処理に使用される。

このアーク放電においては、プラズマ発生と同時に、サブミクロン以下から数百ミクロンの大きさのドロップレットと称される陰極物質微粒子も副生される。このドロップレットが前記プラズマ処理部まで到達して被処理物に付着した場合には、前記被処理物の薄膜に欠陥が生ずる。従って、前記薄膜の品質を保つ為には、このドロップレットを除去する手段が必要となる。

ドロップレット捕獲手段として、プラズマ進行管内に配置される環状リブが特開２００８−９１１８４号公報（特許文献１）及び特開２００８−２４８３４７号公報（特許文献２）に開示されている。図１９は、この環状リブ１４０の斜視図である。環状リブ１４０はプラズマ進行管接合部１４１及びリブ部１４２を有し、プラズマ進行管接合部１４１をプラズマ進行管に接合して環状リブ１４０を配置する。プラズマ発生部において発生したドロップレットがリブ部１４２に衝突して捕獲される。その一方、プラズマ流は環状リブ１４０の中心の中空部を通過して、プラズマ処理部へ進行する。

通常は、リブ部１４２は、前記プラズマ進行管の中心軸に対して、前記プラズマ流の上流方への傾斜を有し、この傾斜により前記ドロップレット捕獲の効率が向上される。

前記環状リブには、前記ドロップレットが堆積されるが、この堆積物は、構成物質であるドロップレット同士の結合力が弱いので、極めて脆い。従って、前記環状リブから落下しても、落下時の衝撃により破砕されるので、大型破片としてプラズマ発生部内に残置することは無い。

この環状リブ１４０は、ドロップレットの除去に大いに貢献することが確認され、環状リブ１４０を装備したプラズマ処理装置は工業的な成功を収めている。

特開２００８−９１１８４号公報 特開２００８−２４８３４７号公報

しかし、この環状リブは改善されるべき特性を有する。それは、この環状リブにプラズマ流の物質が凝集して堆積物を形成し、この堆積物がプラズマ発生部へ落下して、プラズマ発生部内において短絡を発生させるということである。

前記環状リブは、ドロップレットに曝露されるだけでなく、プラズマ流にも曝露される。このプラズマ流の物質がこの環状リブに凝集して、堆積物が形成される。この堆積物は、プラズマ状態にある物質が再結晶して生成されるので、脆さを生じる粒界が非常に少ない。この為、この堆積物は強度が高く、従って前記環状リブから落下する際に大きな破片となる可能性が高い。

図２０は、従来型プラズマ処理装置１０１における堆積物破片１９１による短絡発生を示す概念透視図である。このプラズマ処理装置１０１のプラズマ発生部１１０においては、トリガ電極１１２に陽電圧が印加され、陰極１１１に陰電圧が印加される。トリガ電極１１２と陰極１１１の間に真空アーク放電が発生し、陰極１１１を構成する物質がプラズマ化する。このプラズマがプラズマ流としてプラズマ通行管１３０に導通され、折曲部１５０を通じて水平プラズマ進行管１６０に導通され、更に被処理物が配置されたプラズマ処理部へ導通される。

真空アーク放電時において、前記プラズマ発生と同時にドロップレットが副生されるが、このドロップレットは環状リブ１４０に捕獲される。この環状リブ１４０は前記プラズマ流に曝露されているので、（２０Ａ）に示されるように、このプラズマ流の物質が環状リブ１４０上に凝集して堆積物１９０を形成する。この堆積物１９０の大型破片１９１が、（２０Ｂ）に示されるように、プラズマ発生部１１０に落下する。

プラズマ発生部１１０の壁面１１３はトリガ電極１１２と電通状態になっている。従って、壁面１１３にも陽電圧が印加される。この為、もし前記堆積物により壁面１１３と陰極１１１が架橋されれば、短絡が発生する。最悪の場合には、この短絡によりプラズマ処理装置１０１の電気的破損がおこる。前記破損が起こらない場合においても、大型破片１９１の急激な加熱分解により大量のドロップレットが発生し、被処理物のプラズマ処理が不均一となってしまう。陰極１１１と壁面１１３の間には溝部１１４が設けられ、この溝部１１４に入り込んだ物質は陰極１１１と壁面１１３を短絡させない。しかし、前記堆積物の破片１９１が溝部１１３に入りきれない大きさであれば、前記短絡が起こる。

本発明は、上記問題を解決する為に為されたものであり、本発明においては、ドロップレット捕集用の環状リブを複数のリブ片に分割することにより、プラズマ流の物質の凝集により前記環状リブ上に形成する堆積物の、形成当初からの細分化が達成される。この堆積物の細分化により、この堆積物が破片としてプラズマ発生部に落下する際に、この破片が陰極と前記プラズマ発生部の壁面の間に設けられる溝部に入り込み、前記陰極と前記壁面の電気短絡が防止される。

従って、本発明の第１の形態は、プラズマ発生部において放電により発生されたプラズマをドロップレット捕集用の複数の環状リブを内面に配置したプラズマ進行管を介してプラズマ処理部まで輸送するプラズマ処理装置において、前記環状リブの中で前記プラズマに曝露される最先端の第１環状リブを複数の切目を介して複数のリブ片に分割した多分割型環状リブから少なくとも構成することを特徴とする分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第２の形態は、第１の形態において、前記第１環状リブよりもプラズマ流の下流側に隣接される第２環状リブを前記多分割型環状リブから構成し、前記第１環状リブの全ての切目を前記第２環状リブのリブ片で遮蔽するように前記第２環状リブを配置する分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第３の形態は、第２の形態において、前記第２環状リブよりもプラズマ流の下流側に配置される複数の環状リブの内、プラズマに曝露され易い位置に配置される環状リブを前記多分割型環状リブから構成する分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第４の形態は、第２の形態において、前記第２環状リブよりもプラズマ流の下流側に配置される全ての環状リブを前記多分割型環状リブから構成する分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第５の形態は、第２〜４の形態のいずれかにおいて、前記第１環状リブと前記第２環状リブの間隔は、他の環状リブの相互の間隔よりも、長短自在に調整できる分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第６の形態は、第２〜５の形態のいずれかにおいて、前記分割型環状リブの少なくとも２個が異なる形状を有する分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第７の形態は、第１〜６の形態のいずれかにおいて、前記切目が前記多分割型環状リブの全幅に亘って形成される分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第８の形態は、第１〜６の形態のいずれかにおいて、前記切目が前記多分割型環状リブの内部から前記多分割型環状リブの幅の一部に亘って形成される分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第９の形態は、第１〜８の形態のいずれかにおいて、前記多分割型環状リブが外部から内部に向かって下方へ斜行する分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第１０の形態は、第１〜８の形態のいずれかにおいて、前記多分割型環状リブが前記プラズマ進行管の中心軸に垂直である分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第１１の形態は、第１〜８の形態のいずれかにおいて、前記多分割型環状リブの前記リブ片及び／又は前記切目の面積、形状及び／又は傾斜角度が不均一である分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第１２の形態は、第１〜１１の形態のいずれかにおいて、前記プラズマ進行管の内部に内周管が配置され、前記内周管の内部に前記多分割型環状リブ部が配置される分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第１３の形態は、第１２の形態において、前記プラズマ進行管と前記内周管の間に絶縁部を介装して、前記プラズマ進行管と前記内周管を相互に電気的に独立させた分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第１４の形態は、第１〜１３の形態のいずれかにおいて、前記プラズマ発生部と前記プラズマ進行管の間に始端絶縁プレートを介装して、前記プラズマ発生部と前記プラズマ進行管を相互に電気的に独立させた分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第１５の形態は、第１〜１４の形態のいずれかにおいて、前記プラズマ進行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と前記プラズマ進行管の間に終端絶縁プレートを介装して、前記プラズマ処理部と前記プラズマ進行管を相互に電気的に独立させた分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第１６の形態は、第１〜１５の形態のいずれかにおいて、前記分割環状リブ型プラズマ処理装置における、前記プラズマ発生部の放電位置に配設される前記陰極と、前記放電位置から隔離された待機位置に配置される交換用陰極と、前記交換用陰極の表面を研磨する陰極研磨部と、前記陰極と前記交換用陰極を交換する陰極交換機構を具備する分割環状リブ型プラズマ処理装置である。

本発明の第１の形態によれば、プラズマ流に曝露される環状リブが多数の切目により多数のリブ片に分割されるので、前記プラズマ流の物質が前記環状リブの先端に堆積する際に、形成する堆積物が前記リブ片よりも大きくならない。従って、前記堆積物が前記リブ片から剥離して落下しても、陰極とプラズマ発生部の壁面の間の溝部に入り込むので、前記陰極と前記壁面の間に短絡が発生しない。

プラズマ流による環状リブ上の堆積物形成は、前記環状リブが複数配置される場合は、プラズマ流の上流に配置される環状リブにおいて大となり、下流に配置される環状リブにおいて小となる。従って、プラズマ流の最上流に配置される第１環状リブのみを多分割型環状リブとすることにより、充分な堆積物細分化効果が得られる。

本発明の多分割型環状リブにおいては、ドロップレット捕獲面積を高める為に、表面に無数の凹凸を形成する粗面処理を行っても良い。又、ドロップレットの捕獲効率を高める為に、多分割型環状リブをプラズマ進行管の中心軸に向かって下方に傾斜させても良い。

本発明の多分割型環状リブにおいては、複数切目及び前記切目により形成される複数リブ片の面積傾斜角度などがリブ全体に亘って均一である必要はない。例えばプラズマ進行管内においてドロップレットの濃度がプラズマ流の垂直断面において不均一である場合は、前記複数リブ片の傾斜角度及び面積などを、高濃度のドロップレットに曝露されるリブ片において最適化することにより、ドロップレット捕獲効率を高めることができる。

本発明の多分割型環状リブにおいて充分なリブ片の枚数は最小で２枚であり、最大は無限である。しかし、堆積物の細分化を達成する為には、リブ片の枚数は多い方が有利であり、好ましい最小枚数は６枚である。又、リブ片の実質的な最大枚数は、作成の実現性及び容易性により決定され、好ましい最大枚数は１００枚程度である。

本発明の第２の形態によれば、第１環状リブの全ての切目を第２環状リブのリブ片で遮蔽するので、第１環状リブの切目をすり抜けるドロップレットを第２環状リブのリブ片により捕獲することができる。従って、ドロップレット捕獲効果が向上する。又、第２環状リブを本発明の多分割型環状リブとすることにより、堆積物破片の小型化を更に徹底させることができる。

本発明の第３の形態によれば、前記第２環状リブよりもプラズマ流の下流側に本発明の多分割型環状リブが配置されるので、堆積物の細分化を更に徹底させることができる。又、多数の多分割型環状リブの切目を通過してプラズマ処理部まで到達するドロップレットの割合を低めることができる。

ここにおける「曝露され易い位置」とは、通常は第２環状リブの下流側にに隣接される１つまたは複数の環状リブを示す。しかし、プラズマ処理装置の設計上、第１及び第２環状リブより離れた位置にプラズマ流が高濃度となる場合は、その位置がここにおける「曝露されやすい位置」である。

本発明の第４の形態によれば、全ての環状リブを前記多分割型環状リブとするので、前記堆積物破片の小型化を極限までに徹底させることができる。又、多数の多分割型環状リブの切目を通過してプラズマ処理部まで到達するドロップレットの割合を低めることができる。

本発明の第５の形態によれば、前記第１環状リブと前記第２環状リブの間隔と長短自在に調整できるので、ドロップレットの捕獲効率及び作成の容易度などの条件を最適化するために間隔を調整することができる。間隔を短くすれば、曲進するドロップレットが第１環状リブの切目と第２環状リブの切目を両方通過する可能性が低くなるので、ドロップレットの捕獲効率を高めることができる。その反面、間隔を長くすれば第１環状リブと第２環状リブの配置が容易になるので、本発明のプラズマ処理装置の製造が容易になる。

本発明の第６の形態によれば、複数配置される前記分割型環状リブの内、少なくとも２つの形状が異なるので、前記プラズマ処理装置内の条件に応じて、適切な分割型環状リブの形状を使用できる。例えば、第２環状リブの切目を第１環状リブの切目よりも浅くして、第２環状リブ上において分割されない部位を残すことにより、第１環状リブの切目をすり抜ぬけて曲進するドロップレットを、第２環状リブの前記部位により捕獲することができる。

本発明の第７の形態によれば、前記切目が前記多分割型環状リブの全幅に亘って形成されるので、前記リブ片が相互に完全に分離され、前記リブ片に形成する堆積物の小型化が完璧に達成できる。

本発明の第８の形態によれば、前記切目が前記多分割型環状リブの幅の一部に亘って形成されるので、前記多分割型環状リブの連続的な基端リブ部が前記プラズマ進行管の内壁に沿って形成され、従って前記リブ片による堆積物の細分化を達成できると同時に、ドロップレットの捕獲機能を確保できる。

後に図２及び３の説明において記述する通り、ドロップレットは環状リブの外側に捕獲され易い。その反面、プラズマ流による堆積物は環状リブの内側に形成されやすい。従って、内側に分割されたリブ片を配置し、外側に連続的な基端リブ部を配置することにより、堆積物の細分化とドロップレットの捕獲を両立させることができる。本形態における部分的切目と環状リブの幅の比率は１０％〜９０％が好ましく、更に好ましくは２５％〜７５％である。

本発明の第９の形態によれば、前記多分割環状リブが下方へ傾斜しているので、ドロップレットが前記リブと前記プラズマ進行管の内壁の間で連続反射し易い。この連続反射によりドロップレットが停止させられ、前記リブ上に捕獲される。従って、ドロップレット捕獲が効率的になる。普通に使用される傾斜角度は、前記プラズマ進行管の中心軸を基準にして１５〜９０°である。経験的には、最適な傾斜角度は同基準で３０〜６０°である。

本発明の第１０の形態によれば、前記多分割環状リブが前記プラズマ進行管の中心軸に垂直なので、前記環状リブが前記環上リブの環面に水平になる。この形状により、前記分割リブ部の製造が容易になる。

本発明の第１１の形態によれば、前記リブ片及び／又は前記切目の面積、形状及び／又は傾斜角度が不均一なので、プラズマ流やドロップレット濃度などが不均一である場合に、プラズマ進行管の各部位における堆積物形成やドロップレット捕獲などの必要性に応じてリブ片の形状などを変化させることができる。

本発明の第１２の形態によれば、内周管が形成されているので、前記多分割型環状リブを前記内周管に予め配置し、後に前記内周管を前記プラズマ進行管へ嵌め込むことができる。従って、前記プラズマ進行管への前記多分割型環状リブの配置工作を省くことができ、前記プラズマ処理装置の作成工程の簡易化及び前記プラズマ進行管の強度確保に繋がる。

本発明の第１３の形態によれば、前記内周管と前記プラズマ進行管の間に絶縁部が介装されているので、前記内周管の内部が電気的に浮動状態になる。従って前記内周管の内部における電界の制御が容易となり、前記プラズマ流の制御を緻密に行うことができる。

本発明の第１４の形態によれば、前記プラズマ発生部と前記プラズマ進行管の間に始端絶縁プレートを介装するので、前記プラズマ進行管への前記プラズマ発生部の電界による影響を低減できる。従って、前記プラズマ進行管における前記プラズマ流の制御がより容易になる。

本発明の第１５の形態によれば、プラズマ処理部と前記プラズマ進行管の間に終端絶縁プレートを介装するので、前記プラズマ処理部への前記プラズマ発生部及び前記プラズマ進行管の電界による影響を低減できる。本形態における終端絶縁プレートと第１４の形態における始端絶縁プレートが両方とも介装される場合は、二つの絶縁部により前記プラズマ進行管が電気的に遊離されるので、前記内周管の内部が電気的に浮動状態になる。従って前記内周管の内部における電界の制御が容易となり、前記プラズマ流の制御を緻密に行うことができる。

本発明の第１６の形態によれば、２つの陰極が装備され、１つは使用状態にあり、残る１つは待機状態において研磨され、前記陰極交換手段により交換されるので、前記プラズマ処理装置の内部を真空状態を保ったまま前記陰極を交換できる。従って、使用により表面が消耗した陰極を、前記プラズマ処理装置作動中に、表面が研磨された陰極と交換することができるので、被処理物の被膜処理を高能率的に行うことができる。この交換手段は前記堆積物破片により生じる短絡により破損され易く、またこの交換手段の機構などが前記破片により妨害され易いが、本発明の多分割環状リブは前記破片を細分化することにより、この破損及び妨害を防止することができる。

本願における多分割型環状リブの斜視図である。 本願におけるプラズマ処理装置における堆積物の破片による無影響を示す概念透視図である。 環状リブにおけるドロップレットの堆積を示す概念図である。 環状リブにおけるプラズマ流物質の堆積を示す概念図である。 部分的切目を有する多分割型環状リブの斜視図である。 水平に配置されたリブ片を有する多分割型環状リブの斜視図である。 リブ片及び切目の面積、形状及び傾斜角度が不均一な多分割型環状リブの斜視図である。 切目が存在しない非分割リブ部が一部形成された多分割型環状リブの斜視図である。 プラズマ進行管において多分割型環状リブが１個のみ配置された状態を示す透視斜視図である。 プラズマ進行管において多分割型環状リブが２個配置された状態を示す透視斜視図である。 プラズマ進行管において多分割型環状リブが各々の分割リブ部が回転方向にずらされて２個配置された状態を示す透視下面図である。 第１環状リブ及び第２環状リブの上方に多分割型環状リブが配置された状態を示す透視斜視図である。 プラズマ進行管内の環状リブを全て多分割型環状リブとした状態を示す透視斜視図である。 プラズマ進行管内の複数の多分割型環状リブを形状の異なる多分割型環状リブとした状態を示す透視斜視図である。 第１環状リブと第２環状リブの間隔が狭められた状態を示す透視斜視図である。 プラズマ進行管の内部に内周管が位置され、前記内周管の内部に多分割型環状リブが配置された状態を示す透視斜視図である。 水平プラズマ進行管に終端部絶縁プレートが配置されたプラズマ処理装置を示す透視斜視図である。 陰極交換部が配置されたプラズマ処理装置の正面透視図である。 従来型環状リブの斜視図である。 従来型プラズマ処理装置において堆積物破片による短絡発生を示す概念透視図である。

以下において、本発明の実施形態を図面に従って詳細に説明する。図１は、本願における多分割型環状リブ４０の斜視図である。図１においては、この環状リブ４０はプラズマ進行管接合部４１及びリブ片４２から構成され、リブ片４２同士が切目４４により完全に分断されている。この分断により、リブ片４２に堆積する堆積物の大きさがリブ片４２の大きさ以上にはならない。図１における環状リブ４０のリブ片４２は、内側に向かって下方に傾斜している。この傾斜は、図３の説明において記述する通り、ドロップレットを連続反射させて捕獲するのに役立つ。

リブ片４２の表面は、平滑であってもよく、また表面面積を増加するために凹凸を設けてもよい。凹凸を設けた場合は、リブ片４２のドロップレット捕獲効率が、リブ片４２が平滑である場合よりも高くなる。その反面、リブ片４２が平滑である場合は、清掃がより容易になる。

図２は、本願におけるプラズマ処理装置１における堆積物の破片９１による無影響を示す概念透視図である。プラズマ処理装置１においては、プラズマ発生部１０内に配置されるトリガ電極１２と陰極１１のアーク放電により陰極１１を構成する物質をプラズマ化して、プラズマ流としてプラズマ進行管３０へ導通する。このプラズマ流は更に折曲部５０を通じてプラズマ水平進行管６０へ導通され、プラズマ水平進行管の終端部に設置されるプラズマ処理部に達し、前記プラズマ処理部に配置される被処理物をプラズマ処理するのに使用される。アーク放電時には、プラズマと同時にドロップレットが副生する。このドロップレットは散乱して、プラズマ進行管３０内に配置された多分割型環状リブ４０により捕獲される。

環状リブ４０は前記プラズマ流に曝露され、（２Ａ）に示されるように、プラズマ流物質の一部が環状リブ４０のリブ片４２に凝集して堆積物９０を形成する。しかし、図１の説明において記述した通り、堆積物９０の大きさはリブ片４２の大きさより大きくならない。従って、（２Ｂ）に示されるように、堆積物９０が破片９１としてプラズマ発生部１０に落下しても、破片９１は溝部１４に入り込み、トリガ電極１２と同様に陽電圧が印加される壁面１３と陰極１１の電気短絡を発生しない。

図２におけるプラズマ処理装置１には、プラズマ発生部１０とプラズマ進行管３０の間に、始端絶縁プレートである絶縁プレート２０が装備されている。この絶縁プレート２０は、プラズマ進行管３０を、陽電圧が印加されているプラズマ発生部１０の壁面１３から電気的に独立させる。プラズマ発生部１０からの電気的影響を除くことにより、プラズマ進行管３０内の電界制御且つプラズマ流制御が容易になる。

図３は、環状リブにおけるドロップレット２２の堆積を示す概念図である。（３Ａ）に示される通り、プラズマ流２１が直進するのに対して、ドロップレット２２は散乱するので、プラズマ進行管３０の内壁へ飛散する。飛散したドロップレット２２は環状リブ４０に衝突して前記壁面及び環状リブ４０に反射した後に環状リブ４０に捕獲される。ドロップレット２２は、（３Ｂ）に示される通りに、前記壁面に近い場所（環状リブ４０のいわゆる外側）に捕獲され易い。

ドロップレット２２は環状リブ４０上に捕獲されてドロップレット堆積物９２を形成する。このドロップレット堆積物９２は、ドロップレット２２間の分子力が弱いので、極めて脆い。従って、環状リブ４０から落下してプラズマ発生部１０へ落下しても、落下の衝撃力により砕かれ、溝部１４に入り込むので、陰極１１と壁面１３を架橋して短絡させることは無い。

図３における環状リブは、内側に向かって下方に傾斜する。この下方傾斜は、（３Ａ）に示されたドロップレット２２の前記壁面及び環状リブ４０の間における連続反射を促進する。この連続反射によりドロップレット２２が停止させられ、環状リブ４０上に捕獲される。従って、ドロップレット２２の捕獲が効率的になる。普通に使用される傾斜角度は、プラズマ進行管３０の中心軸を基準にして１５〜９０°である。経験的には、最適な傾斜角度は同基準で３０〜６０°である。

図４は、環状リブにおけるプラズマ流物質の堆積を示す概念図である。（４Ａ）に示されるように、プラズマ流２１はプラズマ進行管３０内を直進するので、プラズマ進行管３０の軸中心付近におけるプラズマ流２１は、進行管３０の壁面には接近しない。しかし、前記壁面付近におけるプラズマ流２１は、環状リブ４０の内側に接近して、（４Ｂ）に示されるように、プラズマ流２１の物質が環状リブ４０に凝集することにより堆積物９０を形成する。

この堆積物９０は、プラズマ流２１の物質が再結晶またはそれに近い状態で凝集して形成されるので、強度が高い。従って、環状リブ４０から剥離して落下した際に、衝撃力に耐え易い。

（４Ｂ）に示されるように、この堆積物９０は環状リブ４０の内側に形成されやすい。従って、環状リブ４０の内側のみを分割して、外側を分割させずに連続的に保つことにより、堆積物９０の細分化を達成することができることが示される。この形状を有する環状リブ４０は、図５に記載される。

図５は、部分的な切目４４を有する多分割型環状リブ４０の斜視図である。この部分的な切目４４が環状リブ４０を分割する際に、リブ片４２が相互に完全に分離されないと同時に、連続した基端リブ部４３が形成される。

図４の説明において記述した通り、プラズマ流による堆積物生成は、環状リブ４０の内側において起こりやすい。従って、内側のみに形成されたリブ片４２は、堆積物の細分化を充分に行うことができる。その一方、図３の説明において記述した通り、ドロップレットの堆積は環状リブ４０の外側において起こりやすい。従って、基端リブ部を非分割とすることにより、ドロップレットの捕獲を確実にすることができる。図５の環状リブ４０における部分的切目４４と環状リブ４０の幅の比率は１０％〜９０％が好ましく、更に好ましくは２５％〜７５％である。

図６は、水平に配置されたリブ片４２を有する多分割型環状リブ４０の斜視図である。図１及び図５における環状リブ４０は、内側に向かって下方に傾斜している。その反面、ここにおける環状リブ４０は、中心軸に対して垂直であり、環状リブ４０の環面に対して水平である。このように前記環面と比較して環状リブ４０が水平である場合は、環状リブ４０が傾斜を有する場合と比較して、製造が行い易くなり、また清掃が容易になる。

図６に記載された環状リブ４０のリブ片４２は、切目４４により相互に完全に分断されている。しかし、リブ片４２が完全に相互に分断されず、図５に記載されているものと相似する基端リブ部が形成されても良い。

図７は、リブ片４２及び切目４４の面積、形状及び傾斜角度が不均一な多分割型環状リブ４０の斜視図である。ここにおける環状リブ４０においては、傾斜を有するリブ片４２と環状リブ４０の環面に水平なリブ片が混在している。又、基端リブ部４３が環状リブ部４０の環上における一部のみに形成されている。更に、面積が異なるリブ片４２が混在している。このように形状などが異なる複数のリブ片４２を混在させることにより、プラズマ進行管３０内において密度及び／又は速度が不均一なプラズマ流が存在する場合、不均一な堆積物形成に対応できる。

図８は、切目４４が存在しない非分割リブ部４５が一部形成された多分割型環状リブ４０の斜視図である。ここにおいては、非分割リブ部４５は、面積が比較的大きいリブ片と見なすこともできる。従って、ここにおける多分割型環状リブ４０は、図７に示される面積、形状及び／又は傾斜角度が不均一な多分割型環状リブ４０の変形と見なすことができる。図７における多分割型環状リブ４０と同様に、ここにおける環状リブ４０を使用することにより、プラズマ進行管３０内において密度及び／又は速度が不均一なプラズマ流が存在する場合、不均一な堆積物形成に対応できる。

図９は、プラズマ進行管３０において多分割型環状リブである第１環状リブ４０ａが１個のみ配置された状態を示す透視斜視図である。図４の説明において記述した通り、プラズマ流の再凝集による環状リブへの堆積物形成は、プラズマ流の上流において起こりやすい。従って、最上流に配置される環状リブを本発明の多分割型環状リブとすることにより、堆積物破片の細分化の為、最も効果的な配置形状が得られる。

図１０は、プラズマ進行管において多分割型環状リブである第１環状リブ４０ａ及び第２環状リブ４０ｂが配置された状態を示す透視斜視図である。第１環状リブ４０ａには切目４４が形成されている。この切目４４をドロップレットが通過することにより、第１環状リブ４０ａを透過する。このドロップレットを捕獲する為に、第２環状リブ４０ｂを配置する。第２環状リブ４０ｂのリブ片４２は、第１環状リブ４０ａの切目４４を覆被するように配置される。従って、第１環状リブ４０ａの切目４４を通過するドロップレットを第２環状リブ４０ｂのリブ片４２により捕獲することができる。

図１０においては、第１環状リブ４０ａと第２環状リブ４０ｂの形状は同じである。しかし、ドロップレット通過を低減する為には、第１環状リブ４０ａの全ての切目４４を第２環状リブ４０ｂのリブ片４２で遮蔽すれば十分であるので、第２環状リブ４０ｂにおけるリブ片４２の面積及び形状は、第１環状リブ４０ａにおけるリブ片４２の面積及び形状と同一である必要は全くない。

図１１は、プラズマ進行管において第１環状リブ４０ａ及び第２環状リブ４０ｂの各々のリブ片４２が回転方向にずらされて配置された状態を示す透視下面図である。この様に、第２環状リブ４０ｂのリブ片４２は、第１環状リブ４０ａの切目４４を覆被するように配置される。この様な配置により、プラズマ物質の凝集による堆積物の細分化を達成すると同時に、ドロップレットの捕獲を確実にすることができる。

図１２は、第１環状リブ４０ａ及び第２環状リブ４０ｂのプラズマ流下流側に多分割型環状リブ４０が配置された状態を示す透視斜視図である。この様に多分割型環状リブ４０を第１環状リブ４０ａと第２環状リブ４０ｂの下流側に配置することにより、プラズマ物質の凝集による堆積物９０の細分化を更に達成することができる。

これらの多分割環状リブ４０、第１環状リブ４０ａ及び第２環状リブ４０ｂは同一の形状を有さなくても良い。又、多分割環状リブ４０を第２環状リブ４０ｂに隣接する必要は無く、プラズマ流の凝集による堆積物が形成されやすい部位であれば、第２環状リブ４０ｂから離れた部位に配設してもよい。

図１３は、プラズマ進行管３０内の環状リブを全て多分割型環状リブとした状態を示す透視斜視図である。この様に全ての環状リブとして多分割型環状リブを使用することにより、堆積物９０の細分化を確実にすることができる。図１１における配置と同様に、これらの多分割環状リブ４０、第１環状リブ４０ａ及び第２環状リブ４０ｂは、同一の形状を有さなくても良い。

図１４は、プラズマ進行管３０内の複数の多分割型環状リブを形状の異なる多分割型環状リブとした状態を示す透視斜視図である。この様に形状のことなる多分割型環状リブを混在させることにより、プラズマ進行管３０内において密度及び／又は速度が不均一なプラズマ流が存在する場合、不均一な堆積物形成に対応できる。

図１５は、第１環状リブ４０ａと第２環状リブ４０ｂの間隔が狭められた状態を示す透視斜視図である。ドロップレット２２は固体物質なので、比重がプラズマと比較して大きく、従ってドロップレット２２の経路は重力などの影響により曲線となる。この為、ドロップレットが第１環状リブ４０ａ及び第２環状リブ４０ｂの切目４４を通過する可能性がある。ここにおけるように、第１環状リブ４０ａと第２環状リブ４０ｂの間隔を狭めることにより、ドロップレットによる２つの多分割型環状リブの透過の可能性を低減することができる。

又、第１環状リブ４０ａと第２環状リブ４０ｂの間隔を広げても良い。この場合には、これらの環状リブのプラズマ処理装置１への配置工作がより容易になる。

図１６は、プラズマ進行管３０の内部に内周管３１が位置され、内周管３１の内部に第１環状リブ４０ａとして多分割型環状リブ４０が配置された状態を示す透視斜視図である。プラズマ進行管３０はプラズマ処理装置１の外部と内部の圧力差による応力に耐える必要がある。この様なプラズマ進行管３０に多分割型環状リブなどの配置などの加工を行うことにより、プラズマ進行管３０の強度及び気密性などの低下が起こる可能性がある。ここにおける通り、内周管３１内に予め多分割型環状リブを配置し、後に内周管３１をプラズマ進行管３０内に配置することにより、工作が単純化され、またプラズマ進行管３０の強度及び気密性などを確実に確保することができる。

図１６においては、多分割型環状リブとして第１環状リブ４０ａのみが配置されている。しかし、多分割型環状リブの配置を図１０〜１５の様に行っても良いことは、言うまでもない。

又、図１６においては、内周管３１とプラズマ進行管３０の間に絶縁部３２が設けられている。この絶縁部３２は、本発明においては無くても良いし、無ければプラズマ処理装置１の製造がより容易になる。しかし、絶縁部３２を配置した場合には、内周管３１をプラズマ発生部１０等から電気的に独立させることができるので、内周管３０内の電界制御をより簡単に行うことができるという長所を有する。

図１７は、水平プラズマ進行管６０に終端部絶縁プレート６１が配置されたプラズマ処理装置１を示す透視斜視図である。図１７においては、先端部絶縁プレートである絶縁プレート２０及び終端部絶縁プレート６１を設置されているが、絶縁プレート２０が省かれた状態においても、水平プラズマ進行管の末部に設置されたプラズマ処理部へのプラズマ発生部１０の電気的影響を除去することができ、被処理物の薄膜の品質向上に繋がる。

図１７に示される通り、２つの絶縁プレートを設置することにより、プラズマ進行管３０をプラズマ処理装置１の他の部分から電気的に完全に独立させることができる。従って、プラズマ進行管３０内の電界を自由自在に設定することが可能となり、プラズマ流制御の自由度が高まる。

図１８は、陰極交換部８０が設置されたプラズマ処理装置１の正面透視図である。ここにおける陰極交換部８０は、交換用陰極８１、モータ８２、陰極交換台８３、２つの陰極昇降台８４、グラインダ８５及び前記グラインダ駆動の為のグラインダ用モータ８６から構成される。交換用陰極８１は、放電位置から隔離された待機位置に配置され、陰極研磨部であるグラインダ８５により表面を研磨される。陰極１１及び交換用陰極８１は、それぞれ陰極昇降台８４上に設置される。放電位置に配置される陰極１１と交換用陰極８１を交換する為には、２つの陰極昇降台８４を降下させ、モータ８２により陰極交換台８３を１８０°回転させ、２つの陰極昇降台８４を上昇させる。この陰極交換部８０により、プラズマ処理装置１の内部を真空状態に保ったまま、使用により表面が消耗した陰極１１を、表面が研磨された交換用陰極８１と交換することができる。

陰極交換部８０は、陰極１１とプラズマ発生部１０の壁面１４の間の短絡により破損されやすい。しかし、第１環状リブ４０ａ、第２環状リブ４０ｂ及び他の多分割型環状リブ４０により堆積物９０を細分化させて、堆積物の破片９１が溝部１４に入り込めるようにすることにより、前記短絡を防止することができる。

本発明の分割環状リブ型プラズマ処理装置により、ドロップレット除去手段である環状リブにおける、プラズマ流物質の凝集による堆積物の細分化が達成できるので、前記堆積物によるプラズマ発生部内の短絡を防止することができる。この短絡防止により、プラズマ処理装置の長寿命化及び信頼性の改善を達成でき、またプラズマ流の安定化による処理加工の安定化及び水準の改善を達成できるので、被膜加工された被処理物の品質向上及び価格低下を達成できる。

１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ発生部
１１ 陰極
１２ トリガ電極
１３ プラズマ発生部の壁面
１４ 溝部
２０ 絶縁プレート
２１ プラズマ流
２２ ドロップレット
３０ プラズマ進行管
３１ 内周管
３２ 絶縁部
４０ 多分割型環状リブ
４０ａ 第１環状リブ
４０ｂ 第２環状リブ
４１ プラズマ進行管接合部
４２ リブ片
４３ 基端リブ部
４４ 切目
４５ 非分割リブ部
５０ 折曲部
６０ プラズマ水平進行管
６１ 終端部絶縁プレート
８０ 陰極交換部
８１ 交換用陰極
８２ モータ
８３ 陰極交換台
８４ 陰極昇降台
８５ グラインダ
８６ グラインダ用モータ
９０ 堆積物
９１ 堆積物の小型破片
９２ ドロップレット堆積物
１０１ 従来型のプラズマ処理装置
１１０ プラズマ発生部
１１１ 陰極
１１２ トリガ電極
１１３ プラズマ発生部の壁面
１１４ 溝部
１２０ 絶縁プレート
１３０ プラズマ進行管
１４０ 環状リブ
１４０ 従来型の環状リブ
１４１ プラズマ進行管接合部
１５０ 折曲部
１６０ プラズマ水平進行管
１９０ 堆積物
１９１ 堆積物の大型破片

Claims (16)

1. プラズマ発生部において放電により発生されたプラズマをドロップレット捕集用の複数の環状リブを内面に配置したプラズマ進行管を介してプラズマ処理部まで輸送するプラズマ処理装置において、前記環状リブの中で前記プラズマに曝露される最先端の第１環状リブを複数の切目を介して複数のリブ片に分割した多分割型環状リブから少なくとも構成することを特徴とする分割環状リブ型プラズマ処理装置。
2. 前記第１環状リブよりもプラズマ流の下流側に隣接される第２環状リブを前記多分割型環状リブから構成し、前記第１環状リブの全ての切目を前記第２環状リブのリブ片で遮蔽するように前記第２環状リブを配置する請求項１に記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
3. 前記第２環状リブよりもプラズマ流の下流側に配置される複数の環状リブの内、プラズマに曝露され易い位置に配置される環状リブを前記多分割型環状リブから構成する請求項２に記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
4. 前記第２環状リブよりもプラズマ流の下流側に配置される全ての環状リブを前記多分割型環状リブから構成する請求項２に記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
5. 前記第１環状リブと前記第２環状リブの間隔は、他の環状リブの相互の間隔よりも、長短自在に調整できる請求項２〜４のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
6. 前記分割型環状リブの少なくとも２個が異なる形状を有する請求項２〜５のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
7. 前記切目が前記多分割型環状リブの全幅に亘って形成される請求項１〜６のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
8. 前記切目が前記多分割型環状リブの内部から前記多分割型環状リブの幅の一部に亘って形成される請求項１〜６のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
9. 前記多分割型環状リブが外部から内部に向かって下方へ斜行する請求項１〜８のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
10. 前記多分割型環状リブが前記プラズマ進行管の中心軸に垂直である請求項１〜８のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
11. 前記多分割型環状リブの前記リブ片及び／又は前記切目の面積、形状及び／又は傾斜角度が不均一である請求項１〜８のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
12. 前記プラズマ進行管の内部に内周管が配置され、前記内周管の内部に前記多分割型環状リブ部が配置される請求項１〜１１のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
13. 前記プラズマ進行管と前記内周管の間に絶縁部を介装して、前記プラズマ進行管と前記内周管を相互に電気的に独立させた請求項１２に記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
14. 前記プラズマ発生部と前記プラズマ進行管の間に始端絶縁プレートを介装して、前記プラズマ発生部と前記プラズマ進行管を相互に電気的に独立させた請求項１〜１３のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
15. 前記プラズマ進行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と前記プラズマ進行管の間に終端絶縁プレートを介装して、前記プラズマ処理部と前記プラズマ進行管を相互に電気的に独立させた請求項１〜１４に記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。
16. 前記分割環状リブ型プラズマ処理装置において、前記プラズマ発生部の放電位置に配設される前記陰極と、前記放電位置から隔離された待機位置に配置される交換用陰極と、前記交換用陰極の表面を研磨する陰極研磨部と、前記陰極と前記交換用陰極を交換する陰極交換機構を具備する請求項１〜１５のいずれかに記載の分割環状リブ型プラズマ処理装置。

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