JP5916581B2 - Ｐｖｄ処理方法及びｐｖｄ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＶＤ処理方法及びＰＶＤ処理装置に関する。

従来、切削工具の耐磨耗性の向上や、機械部品の摺動面の摺動特性の向上を目的として、基材（成膜対象物）に対して、物理的蒸着（ＰＶＤ）法による硬質皮膜（ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ等）の成膜が行われてきた。このような硬質皮膜の成膜に用いられる装置としては、アークイオンプレーティング装置やスパッタリング装置などの成膜装置がある。

例えば、特許文献１には、上下方向を向くロッド型のターゲットを陰極として、このターゲットの周囲に陽極とされた電極（リング電極）を配置したアークイオンプレーティング装置が開示されている。このアークイオンプレーティング装置において陽極とされた電極は、ターゲットの周囲を取り囲むように配備されていて、ターゲットの上端から外周側の上方に距離をおいて設けられる上部リング電極と、陰極の下端から外周側の下方に距離をおいて設けられる下部リング電極と、これら上下のリング電極同士を上下方向に結ぶ複数のロッド状電極とを組み合わせたものとなっている。

特許第３１９５４９２号公報

ところで、一般のＰＶＤ処理装置では、陰極であるターゲットや、このターゲットとの間で放電を起こす陽極とされた電極に表面温度ムラがあると、高温部の電気抵抗が高くなるため、温度が低い部分だけに放電が優先的に発生し、電極面内で放電が均一に発生しなくなることが知られている。このような放電の偏りが起こると、電極の一部だけに放電が起こってターゲットが局部的に減ってゆく偏消耗を起こしやすい。偏消耗すればターゲットの利用効率が低下すると共に、早期に寿命に達して、交換作業の頻度および処理コストが増大する。ターゲットの偏消耗は、ワークの膜厚分布のバラツキや再現性の低下などの原因にもなる。

それゆえ、上述したＰＶＤ処理装置でも、陽極とされた電極や陰極とされた電極（ターゲット）を可能な限り均一に冷却することが好ましい。
上述した特許文献１のＰＶＤ処理装置でも、ターゲットの内部を空洞としておいて、この空洞からなる冷却流路に冷却水を流通させれば、ターゲットの冷却作用が期待できることが開示されている（例えば、特許文献１の図６など）。

ただ、特許文献１のようなターゲット内の冷却流路に実際に冷却水を案内しようとすると、流路の入側と出側とで冷却水の温度に大きな差が発生してしまい、この入側と出側との温度差が冷却能の違いを生み、ターゲットの偏消耗の原因となってしまうことがある。
例えば、冷却流路の入側に近い部分では、冷却水の温度が低い故に冷却能が高く、電極の温度が局部的に低くなって放電が促進される。その一方で、冷却流路の出側に近い部分では、冷却水の温度が高くなるため冷却能が下がり、電極の温度が高温となって放電が少なく、結果的にターゲットに偏消耗が起きてしまう。

つまり、単に冷却流路を設けただけで冷却水の循環方向や循環経路までは配慮していない従来のＰＶＤ処理装置では、電極の冷却が部分的に不十分となり、ターゲットの偏消耗は確実に抑制することができなかったのである。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ターゲットの偏消耗を確実に抑制しつつＰＶＤ処理を行うことができるＰＶＤ処理方法及びＰＶＤ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のＰＶＤ処理方法は、内部が真空とされた真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられた陽極及び陰極と、を備え、陽極と陰極との間にアーク放電を生起して陰極とされた電極を蒸発させることでＰＶＤ処理を行うに際しては、前記陽極とされた電極及び陰極とされた電極のうち少なくとも一方に、冷却媒体を流通させて電極を冷却する冷却流路を設けておき、前記電極に設けられた冷却流路における冷却媒体の流通方向を、一方側から他方側又は他方側から一方側へ交互に切り替えつつ、前記電極を冷却して、ＰＶＤ処理を行うことを特徴とする。

なお、前記冷却しようとする電極内で冷却流路を複数の分岐流路に分けておき、前記冷却媒体を、複数の分岐流路のそれぞれに分配して流通させつつ冷却を行うとよい。
なお、前記ＰＶＤ処理をバッチ処理にて行うに際しては、各バッチ処理ごとに、前記冷却流路における冷却媒体の流通方向を交互に切り替え、前記電極を冷却するとよい。
なお、前記陰極とされた電極の使用寿命を複数の期間に分割し、分割された期間ごとに、前記冷却流路における冷却媒体の流通方向を交互に切り替えるとよい。

また、本発明のＰＶＤ処理装置は、内部が真空とされた真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられた陽極及び陰極と、を備え、陽極と陰極との間にアーク放電を生起して陰極とされた電極を蒸発させることでＰＶＤ処理を行うＰＶＤ処理装置であって、前記陽極とされた電極及び陰極とされた電極のうち少なくとも一方を冷却する冷却機構が設けられており、前記冷却機構は、前記電極に冷却媒体を流通させて電極を冷却する冷却流路と、前記冷却流路における冷却媒体の流通方向を交互に切り替える流通方向切替部と、を備えていることを特徴とする。

なお、前記冷却流路は、前記電極の一端側から他端側に向かって冷却媒体を流通させて当該電極の冷却を行う第１冷却流路と、前記電極の他端側から一端側に向かって冷却媒体を流通させて当該電極の冷却を行う第２冷却流路と、有しており、前記流通方向切替部は、冷却媒体の流通を第１冷却流路と第２冷却流路との間で切り替えるように構成されているとよい。

なお、前記陰極とされた電極は、上下方向に沿って配備された円柱体から形成されており、前記陽極とされた電極は、前記陰極の上端から径外側に距離をあけて配備された上部リング電極と、前記陰極の下端から径外側に距離をあけて配備された下部リング電極と、前記上部リング電極と下部リング電極とを上下に連結する複数のロッド電極と、を備えており、前記冷却流路は、上部リング電極の内部に環状に形成された中空部と下部リング電極の内部に環状に形成された中空部とを、ロッド電極の軸心に沿って形成された中空部により連通させて構成されているとよい。
また、本発明に係るＰＶＤ処理方法の最も好ましい形態は、内部が真空とされた真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられた陽極及び陰極と、を備え、陽極と陰極との間にアーク放電を生起して陰極とされた電極を蒸発させることでＰＶＤ処理を行うに際しては、前記陽極とされた電極に、前記陰極の上端から径外側に距離をあけて配備された上部リング電極と、前記陰極の下端から径外側に距離をあけて配備された下部リング電極と、前記上部リング電極と下部リング電極とを上下に連結する複数のロッド電極と、を備えたものを用い、前記陽極とされた電極に、前記上部リング電極の内部に環状に形成された中空部と下部リング電極の内部に環状に形成された中空部とを、複数のロッド電極の軸心に沿ってそれぞれ形成された中空部により連通する冷却流路を設けておき、前記陽極とされた電極に設けられた冷却流路における冷却媒体の流通方向を、一方側から他方側又は他方側から一方側へ交互に切り替えつつ、前記陽極とされた電極を冷却して、ＰＶＤ処理を行うことを特徴とする。
さらに、本発明に係るＰＶＤ処理装置の最も好ましい形態は、内部が真空とされた真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられた陽極及び陰極と、を備え、陽極と陰極との間にアーク放電を生起して陰極とされた電極を蒸発させることでＰＶＤ処理を行うＰＶＤ処理装置であって、前記陽極とされた電極は、前記陰極の上端から径外側に距離をあけて配備された上部リング電極と、前記陰極の下端から径外側に距離をあけて配備された下部リング電極と、前記上部リング電極と下部リング電極とを上下に連結する複数のロッド電極と、を備えており、前記陽極とされた電極を冷却する冷却機構が設けられており、前記冷却機構は、前記陽極とされた電極に冷却媒体を流通させて電極を冷却する冷却流路と、前記冷却流路における冷却媒体の流通方向を交互に切り替える流通方向切替部と、を備えていて、前記陽極とされた電極には、前記上部リング電極の内部に環状に形成された中空部と下部リング電極の内部に環状に形成された中空部とを、複数のロッド電極の軸心に沿ってそれぞれ形成された中空部により連通する冷却流路が設けられており、前記陽極とさ
れた電極を冷却して、ＰＶＤ処理を行う構成とされていることを特徴とする。

本発明のＰＶＤ処理方法及びＰＶＤ処理装置を用いることで、ターゲットの偏消耗を確実に抑制しつつＰＶＤ処理を行うことができる。

ＰＶＤ処理装置の全体構成を示す図である。 ターゲットを冷却する冷却機構を示す図である（第１実施形態）。 冷却機構の流通方向切替部を示す図である（第１実施形態）。 リング電極を冷却する冷却機構を示す図である（第２実施形態）。 従来のＰＶＤ処理装置に設けられるリング電極を冷却する冷却機構を示す図である。

［第１実施形態］
本発明のＰＶＤ処理装置１は、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法を利用して、ワークＷの表面に成膜を行う装置である。ＰＶＤ法は、成膜しようとする物質をアークを用いて蒸発させたりイオンを衝突させて弾き飛ばしたりするといった物理的手段により、ワークＷ上に成膜しようとする物質を堆積させて皮膜を成膜する方法である。

このＰＶＤ法を行うＰＶＤ処理装置１には、アークイオンプレーティング法により成膜を行うＡＩＰ装置（Arc Ion Plating）や、スパッタ装置などがある。以降では、ＡＩＰ装置を念頭に置きつつ、本発明のＰＶＤ処理装置１を説明する。なお、以下の説明においては、「陽極」、「陰極」は、電位が高い側の意味で「陽極」、電位が低い側の意味で「陰極」としており、アノードやカソードと同義である。「ターゲット４」は構成物で表される陰極とし、「リング電極３」は構成物で表される陽極としている。また、「電極」はターゲット４およびリング電極３の総称として用いる。

図１に示すように、第１実施形態のＰＶＤ処理装置１は、内部が空洞とされた真空チャンバ２と、この真空チャンバ２中に配設されたリング電極３と、同じく真空チャンバ２中に配設されたターゲット４と、を備えている。
このリング電極３はアーク電源５のプラス極に接続され陽極、言い換えればアノードとなっており、またターゲット４はアーク電源５のマイナス極に電気的に接続され陰極、言い換えればカソードとなっており、両極間にアーク放電を発生可能な電位差を与えられるようになっている。また、リング電極３の外側にはワークＷが配備されており、上述したアーク放電で蒸発したターゲット４の成膜物質をワークＷの表面に成膜できるようになっている。

第１実施形態のＰＶＤ処理装置１におけるターゲット４（言い換えれば、陰極とされた電極）は、真空チャンバ２の中心に配備されると共に上下方向に沿って配備された長尺円柱状の部材であり、上述したアーク電源５のマイナス極に接続されている。ターゲット４はワークＷの表面に成膜しようとする成膜物質から形成されている。このターゲット４を構成する物質にはＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒなどの金属が挙げられ、ワークＷ表面にＴｉＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮなどの硬質皮膜を形成できるようになっている。ターゲット４は中空状に形成されており、軸心に沿った中空部４ａを有している。この中空部４ａには冷却媒体が流通可能とされている。

リング電極３（すなわち、陽極とされた電極）は、ターゲット４の周囲を取り囲むように配備された円筒かご状の電極である。具体的には、リング電極３は、ターゲット４の上端から径外側上方に距離をあけて配備された上部リング電極６と、ターゲット４の下端から径外側下方に距離をあけて配備された下部リング電極７と、これら上部リング電極６と下部リング電極７とを上下に連結する複数のロッド電極８と、を備えている。

上部リング電極６及び下部リング電極７は、上下方向を向く軸回りに円環状に形成された電極であり、内部には環状に形成された中空部が設けられている。また、ロッド電極８は、上下方向に沿って配備された棒状の電極であり、ターゲット４の周囲を環状に取り囲むように複数（図例では８本）配備されている。これらのロッド電極８は、ターゲット４の回りに互いに等間隔を空けて配備されている。ロッド電極８の内部にも軸心に沿って中空部が形成されている。

ところで、ＰＶＤ処理装置１では、ターゲット４の放電面や、ターゲット４との間で放電を起こすリング電極３の放電面に表面温度のムラがあると、温度が高い部分は電気抵抗が上昇するために低温部において優先的に放電が発生し、電極面内で放電が均一に発生しなくなることが知られている。このような放電の偏りが起こると、ターゲット４の一部だけに放電が起こってターゲット４が局部的に消耗する偏消耗を起こしやすい。それゆえ、上述したリング電極３の内部やターゲット４の内部に冷却媒体を通させれば、リング電極３やターゲット４を冷却することは可能になる。冷却媒体としては、安価に入手可能な冷却水が好ましい。

しかしながら、上述したリング電極３やターゲット４、特にリング電極３は、非常に複雑な構造をしていて、冷却水を流通させても、十分な冷却効果が得られないことがある。
例えば、参考として示す図５においては、陽極とされた電極１０３は、上部リング電極１０６及び下部リング電極１０７に対してまずその内部を周方向に複数の区画に仕切っておき、それぞれ仕切られた区画に対して隣り合う２本のロッド電極１０８を接続するようにして構成されている。そして、複数に仕切られたられた区画の一つに冷却水を供給すると、供給された冷却水は、ロッド電極（Ａ）、下部リング電極、ロッド電極（Ｂ）、上部リング電極、ロッド電極（Ｃ）、下部リング電極、ロッド電極（Ｄ）、上部リング電極、ロッド電極（Ｅ）、下部リング電極、ロッド電極（Ｆ）、上部リング電極、ロッド電極（Ｇ）、下部リング電極（Ｈ）という順番で蛇行しながら電極内を流れ、冷却水を用いて陽極とされた電極１０３を冷却することが可能になる。

ただ、図５に示すような流路に沿って実際に冷却水を案内しようとすると、流路の入側と出側とで冷却水の温度に大きな差が発生してしまい、この入側と出側との温度差が冷却能の違いを生み、放電状態の偏りが発生し、ひいてはターゲット１０４の偏消耗の原因となってしまうことがある。
例えば、上述した図５の冷却流路を採用した場合、冷却流路の入側では、冷却水の温度が低いが故に冷却能が高く、ロッド電極（Ａ）やロッド電極（Ｂ）などの温度が局部的に低くなって、放電が促進される。その一方で、冷却流路の出側では、冷却水の温度が高くなるため冷却能が下がり、ロッド電極（Ｇ）やロッド電極（Ｈ）などの温度が高温となって放電が少なくなる。結果的に、ターゲット１０４のうち、ロッド電極（Ａ）やロッド電極（Ｂ）に近い部分だけが大きく凹んだような偏消耗が起きてしまうという問題が発生する。

そこで、本発明のＰＶＤ処理装置１では、リング電極３やターゲット４を冷却する冷却機構を設けており、この冷却機構は、リング電極３またはターゲット４のうち少なくとも一方の電極に冷却水（冷却媒体）を流通させて電極を冷却する冷却流路１１と、冷却流路１１における冷却水の流通方向を交互に切り替える流通方向切替部２４と、を備える。
さらに、冷却流路１１は、電極の一方側から他方側に向かって冷却水を流通させて電極の冷却を行う第１冷却流路１２と、電極の他方側から一方側に向かって冷却水を流通させて電極の冷却を行う第２冷却流路１３と有する。

言い換えれば、電極の一方側から他方側に冷却水が流れる状態の冷却流路１１を「第１冷却流路１２」と考え、電極の他方側から一方側に冷却水が流れる状態の冷却流路１１を「第２冷却流路１３」と考えている。第１冷却流路１２と第２冷却流路１３の２つの流路が独立して存在するものではない。
なお、冷却水の流通方向の切り替え、言い換えれば、第１冷却流路１２と第２冷却流路１３との切り換えは、流通方向切替部２４にて行われる。

この冷却機構は、リング電極３またはターゲット４のうち、いずれか一方の電極を冷却するものであっても良いし、双方冷却するものであっても良い。以降では、まず第１実施形態として、長尺円柱状に形成されたターゲット４を冷却する冷却機構の例を挙げて、本発明のＰＶＤ処理装置１を説明する。
図３に示すように、ターゲット４を冷却する第１実施形態の冷却機構は、ターゲット４の上部へ繋がる上部配管１４と、ターゲット４の下部から延びる下部配管１５とを有する。上部配管１４及び下部配管１５は、ターゲット４内の中空部４ａに連通している。また、冷却機構は、冷却水の供給部（図示しない）から延びる供給配管１６を備えると共に、冷却水の排水部（図示しない）へ延びる排水配管１７を有している。

冷却水の供給部から延びる供給配管１６は、第１の切替弁１８（三方弁）を介して、一方側と他方側とに分岐されるようになっている。第１の切替弁１８の一方側から延びる配管は、第２の切替弁１９の一方側を介して、ターゲット４の上部へ繋がる上部配管１４へと繋がっている。第２の切替弁１９の他方側には排水配管１７が連結されており、冷却水の排水部へ延びている。

また、第１の切替弁１８の他方側から延びる配管は、第３の切替弁２０の一方側を介して、ターゲット４の下部へ繋がる下部配管１５へと繋がっている。第３の切替弁２０の他方側には排水配管１７が連結されており、冷却水の排水部へ延びている。
以上述べた、上部配管１４、下部配管１５、供給配管１６、排水配管１７により、冷却流路１１が構成されており、この冷却流路１１には第１の切替弁１８〜第３の切替弁２０、すなわち流通方向切替部２４が設けられている。

これら第１の切替弁１８〜第３の切替弁２０を操作することで、リング電極３又はターゲット４における冷却水の流通方向を反対方向に切り替えることができるようになる。
具体的には、第１の切替弁１８、第２の切替弁１９を操作し、供給配管１６から供給される冷却水が上部配管１４に流れるようにする。上部配管１４を介しターゲット４に供給された冷却水はターゲット４内の中空部４ａを流下し、下部配管１５へと流れ出す。その際、第３の切替弁２０を切り替えておき、下部配管１５の冷却水を排水配管１７へと導くようにする。

以上述べた冷却水の流れる経路は、第１冷却流路１２（図３中黒矢印で示される）である。この第１冷却流路１２を冷却水が流れることで、ターゲット４内を上端側から下端側に向かって下方に冷却水を案内して、ターゲット４を冷却するものとなっている。
一方、第１の切替弁１８、第３の切替弁２０を切り替え、供給配管１６から供給される冷却水が下部配管１５に流れるようにする。下部配管１５を介してターゲット４に供給された冷却水はターゲット４内の中空部４ａを流上し、上部配管１４へと流れ出す。その際、第２の切替弁１９を切り替えておき、上部配管１４の冷却水を排水配管１７へと導くようにする。

以上述べた冷却水の流れる経路が第２冷却流路１３（図３中白抜き矢印で示される）である。この第２冷却流路１３を冷却水が流れることで、ターゲット４内を下端側から上端側に向かって上方（反対方向）に冷却水を案内して、ターゲット４を冷却するものとなっている。
上述した第１冷却流路１２を連続して用いてターゲット４を冷却する場合は冷却水の入側に近い冷却流路１１の上端側が下端側より効果的に冷却され、第２冷却流路１３を連続して用いてターゲット４を冷却する場合は冷却流路１１の下端側が上端側より効果的に冷却される。

それゆえ、第１冷却流路１２と第２冷却流路１３とを交互に用いれば、ターゲット４が均一に冷却され、ターゲット４の消耗量が均一となるため、その利用効率が上がり、ターゲット４の交換周期を延ばすことができる。また、ターゲット４での放電集中などによる異常放電の危険性も低減され、ワークＷにおける均一な膜厚分布も実現できるようになる。

ところで、上記した冷却流路１１での冷却水の流通方向の切り換えのタイミングは、ＰＶＤ処理などの内容によって適宜選択可能である。
例えば、ＰＶＤ処理をバッチ処理にて行う場合には、バッチごとに、第１冷却流路１２と第２冷却流路１３を切り替えて使用し、リング電極３又はターゲット４における冷却水の流通方向を交互に反対とするとよい。例として、奇数回目のバッチ処理では第１冷却流路１２を使い、偶数回目のバッチ処理では第２冷却流路１３を使用するように、第１の切替弁１８〜第３の切替弁２０を操作するとよい。

また、陰極とされたターゲット４の使用寿命が予め判っている、あるいは推定できる際は、ターゲット４の寿命を複数の期間（例えば、２期間）に分割し、各期間で、第１冷却流路１２と第２冷却流路１３を切り替えて使用し、リング電極３又はターゲット４における冷却水の流通方向を交互に反対とするとよい。例として、第１期間では第１冷却流路１２を使い、第２期間では第２冷却流路１３を使用するように、第１の切替弁１８〜第３の切替弁２０を操作するとよい。なお、ターゲット４の使用寿命は、アーク電極であれば放電電流の積算値、スパッタ電極であれば放電電力の積算値から予測することができる。

このようにすることで、ターゲット４の偏消耗を確実に抑制しつつＰＶＤ処理を行うことができるようになる。
例えば、アークイオンプレーティング法ではターゲット４からのドロップレット（溶融粒子）の放出が不可避であるが、ターゲット４の温度上昇により、その数や大きさが急激に増大することが知られている。しかしながら、第１実施形態の技術によれば、ターゲット４を均一に冷却することによりドロップレットの増大を防ぐことができる。また、アークイオンプレーティング法、スパッタリング法いずれでも、ターゲット４に温度ムラがあると不均一に変形して温度ムラを増長したり、脆い材料を使用した場合などは割れが生じることもあるが、第１実施形態の技術を用い、ターゲット４を均一に冷却することで、斯かる不都合を防止することができる。
［第２実施形態］
次に、図４を用いて第２実施形態のＰＶＤ処理装置１を説明する。

上述した第１実施形態の冷却機構は、陰極であるターゲット４を直接冷却するものであったが、第２実施形態の冷却機構は、陽極であるリング電極３を冷却することで、リング電極３自体の損耗防止を行いつつターゲット４を間接的に冷却する。冷却機構を用いてターゲット４の放電面の温度ムラだけでなくリング電極３の放電面の温度ムラをもなくすことで、アークを両電極間でより均一に発生させることが可能となり、ターゲット４の偏消耗をさらに確実に抑制できるようになる。

図４に示すように、第２実施形態の冷却機構は、リング電極３に対して冷却水を流通させる冷却流路１１を有している。このリング電極３は、上述したように上部リング電極６と下部リング電極７と複数のロッド電極８とを備えており、これらの電極の内部はいずれも冷却水の流通を可能とするように中空とされている。特に、上部リング電極６と下部リング電極７とは、内部に仕切りを備えていない。

それゆえ、上部リング電極６に流入した冷却水は、上部リング電極６の内部に流通し、上下に延びるロッド電極８のそれぞれを均等に流下して、下部リング電極７の内部に流れ込むようになる。つまり、第２実施形態の冷却機構は、冷却しようとする電極内で冷却流路１１を複数の分岐流路に分けておき、冷却水を、複数の分岐流路のそれぞれに分配して流通させる構成となっている。

より具体的に説明すると、第２実施形態の冷却機構では、上部リング電極６の内部に周方向に亘って連続した円環状の冷却流路１１が形成されている。この上部リング電極６の上面には、当該上部リング電極６内に冷却水を供給したり排出したりする上部接続管２２が設けられている。
また、上部リング電極６の下側には周方向に等しい間隔を空けて複数のロッド電極８が接続されていて、円環状の冷却流路１１の冷却水を複数のロッド電極８（分岐流路）のそれぞれに分配したり、複数のロッド電極８のそれぞれに分配されていた冷却水を円環状の冷却流路１１に集積したりする構造になっている。

一方、下部リング電極７は、上部リング電極６を上下で反転させたような配置となっている。つまり、下部リング電極７の上側にも、上部リング電極６と同様に周方向に等しい間隔を空けて複数のロッド電極８が接続されていて、複数のロッド電極８のそれぞれに冷却水を分配したり、複数のロッド電極８のそれぞれに分配されていた冷却水を集積したりすることを可能としている。下部リング電極７の下面には、当該下部リング電極７内に冷却水を供給したり排出したりする下部接続管２３が設けられている。

このような構造を有するリング電極３を、図３に示すような配管経路に接続する。つまり、第２の切替弁１９から延びる上部配管１４と上部接続管２２を接続すると共に、第３の切替弁２０へ延びる下部配管１５と下部接続管２３を接続する。
その上で、第１実施形態と略同様に、第１の切替弁１８〜第３の切替弁２０、すなわち流通方向切替部２４を切り替えることで、例えば、冷却水が第１冷却流路１２を流通する際には、上部リング電極６内の冷却水を複数のロッド電極８（分岐流路）のそれぞれに分配して流通させて、下部リング電極７で再び集積するように流下させることができ、リング電極３を確実に冷却可能となる。逆に、第１の切替弁１８〜第３の切替弁２０を切り替えて、冷却水が第２冷却流路１３を流通するようにすると、下部リング電極７内の冷却水を複数のロッド電極８（分岐流路）のそれぞれに分配して流通させて、上部リング電極６で再び集積するように流上させ、リング電極３を確実に冷却可能となる。

このように、第１実施形態と同様な流通方向切替部２４を用いて、第１冷却流路１２と第２冷却流路１３とを交互に切り替えてリング電極３を冷却すれば、ターゲット４と同様にリング電極３を冷却することが可能となる。
なお、下部リング電極７の下側に設けられた下部接続管２３に関し、この下部接続管２３が設けられた位置は、上部リング電極６の上部接続管２２の位置に対して、リングの中心を挟んで反対側となっている。つまり、上述したリング電極３は、冷却流路１１の配置が上下方向・左右方向において対称な配置となっており、上部リング電極６から下部リング電極７に冷却水を流通させる第１冷却流路１２を用いた場合の流れと、下部リング電極７から上部リング電極６に冷却水を流通させる第２冷却流路１３を用いた場合の流れとが互いにほぼ等しくなるようになっている。すなわち、リング電極３に形成された冷却流路１１の配置を上下方向・左右方向で対称な配置とすることで、冷却流路１１内での冷却水の流量を均一化することが可能となる。

第２実施形態の他の構成は、第１実施形態と略同様であるため、その詳細な説明は省略する。
以上述べた、第２実施形態の技術を用いることで、リング電極３自体の損耗防止を行いつつターゲット４を間接的に冷却することができ、ターゲット４の偏消耗を確実に抑制しつつＰＶＤ処理を行うことができるようになる。

また、図１に示す如く、陽極の放電面（すなわち、リング電極３）は、陰極の放電面（すなわち、ターゲット４）よりもワークＷに近い側に設置されることが多く、リング電極３の温度が処理中のワークＷの温度に影響する可能性が大である。処理中のワーク温度の変動は膜質に影響するので、リング電極３の温度の均一化は膜質の均一化に寄与することとなる。

ところで、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ ＰＶＤ処理装置
２ 真空チャンバ
３ リング電極
４ ターゲット
４ａ ターゲットの中空部
５ アーク電源
６ 上部リング電極
７ 下部リング電極
８ ロッド電極
１１ 冷却流路
１２ 第１冷却流路
１３ 第２冷却流路
１４ 上部配管
１５ 下部配管
１６ 供給配管
１７ 排水配管
１８ 第１の切替弁
１９ 第２の切替弁
２０ 第３の切替弁
２１ 第４の切替弁
２２ 上部接続管
２３ 下部接続管
２４ 流通方向切替部
１０３ 参考例の電極（陽極）
１０４ 参考例の電極（陰極）
１０６ 参考例の上部リング電極
１０７ 参考例の下部リング電極
１０８ 参考例のロッド電極

Claims (5)

1. 内部が真空とされた真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられた陽極及び陰極と、を備え、陽極と陰極との間にアーク放電を生起して陰極とされた電極を蒸発させることでＰＶＤ処理を行うに際しては、
   前記陽極とされた電極に、前記陰極の上端から径外側に距離をあけて配備された上部リング電極と、前記陰極の下端から径外側に距離をあけて配備された下部リング電極と、前記上部リング電極と下部リング電極とを上下に連結する複数のロッド電極と、を備えたものを用い、
   前記陽極とされた電極に、前記上部リング電極の内部に環状に形成された中空部と下部リング電極の内部に環状に形成された中空部とを、複数のロッド電極の軸心に沿ってそれぞれ形成された中空部により連通する冷却流路を設けておき、
   前記陽極とされた電極に設けられた冷却流路における冷却媒体の流通方向を、一方側から他方側又は他方側から一方側へ交互に切り替えつつ、前記陽極とされた電極を冷却して、ＰＶＤ処理を行うことを特徴とするＰＶＤ処理方法。
2. 前記冷却しようとする電極内で冷却流路を複数の分岐流路に分けておき、
   前記冷却媒体を、複数の分岐流路のそれぞれに分配して流通させつつ冷却を行うことを特徴とする請求項１に記載のＰＶＤ処理方法。
3. 前記ＰＶＤ処理をバッチ処理にて行うに際しては、
   各バッチ処理ごとに、前記冷却流路における冷却媒体の流通方向を交互に切り替え、前記電極を冷却することを特徴とする請求項１または２に記載のＰＶＤ処理方法。
4. 前記陰極とされた電極の使用寿命を複数の期間に分割し、
   分割された期間ごとに、前記冷却流路における冷却媒体の流通方向を交互に切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載のＰＶＤ処理方法。
5. 内部が真空とされた真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられた陽極及び陰極と、を備え、陽極と陰極との間にアーク放電を生起して陰極とされた電極を蒸発させることでＰＶＤ処理を行うＰＶＤ処理装置であって、
   前記陽極とされた電極は、前記陰極の上端から径外側に距離をあけて配備された上部リング電極と、前記陰極の下端から径外側に距離をあけて配備された下部リング電極と、前記上部リング電極と下部リング電極とを上下に連結する複数のロッド電極と、を備えており、
   前記陽極とされた電極を冷却する冷却機構が設けられており、
   前記冷却機構は、前記陽極とされた電極に冷却媒体を流通させて電極を冷却する冷却流路と、前記冷却流路における冷却媒体の流通方向を交互に切り替える流通方向切替部と、を備えていて、
   前記陽極とされた電極には、前記上部リング電極の内部に環状に形成された中空部と下部リング電極の内部に環状に形成された中空部とを、複数のロッド電極の軸心に沿ってそれぞれ形成された中空部により連通する冷却流路が設けられており、
   前記陽極とされた電極を冷却して、ＰＶＤ処理を行う構成とされている
   ことを特徴とするＰＶＤ処理装置。