WO2009122846A1 - ターゲット交換式プラズマ発生装置 - Google Patents

ターゲット交換式プラズマ発生装置 Download PDF

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WO2009122846A1
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祐一 椎名
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株式会社フェローテック
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • C23C14/3464—Sputtering using more than one target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32055—Arc discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3435—Target holders (includes backing plates and endblocks)

Definitions

  • the present invention relates to a plasma generator for generating plasma by vacuum arc discharge, and more specifically, a plurality of vacuum arc plasma supply sources (hereinafter referred to as “targets”) are arranged and arranged as electrodes at discharge positions.
  • targets vacuum arc plasma supply sources
  • the present invention relates to a target exchange type plasma generating apparatus comprising a target exchange mechanism for exchanging the position of a target whose discharge surface has been polished at the polishing position.
  • 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.
  • a vacuum arc plasma method As a method for generating plasma containing metal ions and non-metal ions, there is a vacuum arc plasma method. In this vacuum arc plasma method, an arc spot is formed in the vicinity of the discharge surface by arc discharge generated between the discharge surface of the target, which is the cathode, and the anode.
  • the arc spot By maintaining a predetermined arc current, the arc spot is self-sustained, and a vacuum arc plasma (hereinafter also simply referred to as “plasma”) composed of ions of the target material is emitted from the arc spot.
  • a vacuum arc plasma (hereinafter also simply referred to as “plasma”) composed of ions of the target material is emitted from the arc spot.
  • holes On the discharge surface (hereinafter referred to as “holes”) formed by evaporation / erosion (erosion) of the target material, the arc spot becomes unstable, and a larger arc is required to maintain the arc spot. A current is required. Therefore, in the conventional plasma generator, when the discharge surface of the target is consumed due to the formation of the hole, it is necessary to temporarily interrupt the intermittent generation of the plasma, open the vacuum chamber, and replace the target. It could take more than a day to achieve again.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional target exchange type plasma generator described in Patent Document 1.
  • first target t 1 is disposed in the plasma generating portion 104 striker 120 is installed, the target polishing portion 108 where a polishing machine is installed with a grinder g has the Two targets t 2 are arranged.
  • the holder 132 includes a rotation shaft 148 and can be rotated by a rotation mechanism m. Therefore, it is possible to exchange the position of the target T 1 that has been consumed due to the generation of plasma and the second target t 2 in which trimming such as polishing is applied to the unused or discharge surface TS 2 .
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2005-240182 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-240182
  • the position of the holder 132 installed on the rotating shaft 148 is changed up and down by one height adjuster 149, and the first target t 1 and the second target are changed. the height position of the t 2 has been adjusted. Further, even when the first target t 1 and the second target t 2 are rotated, the conventional target exchange type plasma generating apparatus same as that in FIG. 10 is performed by one driving means. That is, it is impossible to independently change the height of the two targets at the discharge position and the polishing position, the contact position of the striker 120 with respect to the discharge surface T S1 , and the trimming position of the discharge surface T S2. Fine adjustments according to the amount and required arc current could not be made.
  • an object of the present invention is to provide a target exchange type plasma generator capable of exchanging the position of the target at the discharge position and the target at the polishing position and capable of independently adjusting the positions of the two targets. is there.
  • the present invention has been proposed in order to solve the above-described problems.
  • the first aspect of the present invention is a plasma in which plasma is generated by vacuum arc discharge between a target which becomes a cathode under a vacuum atmosphere and an anode.
  • the target exchange mechanism includes a main holder that is driven half-rotation by a main motor, and two accommodating portions provided at opposing positions in the diameter direction of the main holder, Two sub-holders rotatably housed in the two housing portions, two sub-motors for rotating the two sub-holders, two It consists of two sliders that raise and lower the auxiliary holder in the direction of its rotation axis, and two targets that are fitted to the two auxiliary holders,
  • a connecting means that can be attached to and detached from the auxiliary holder is provided at the tip of the rotating shaft, and the auxiliary motor and the slider are connected to the main motor when the connecting means is detached. Only the main holder that is separated from the holder and accommodates the sub-holder is half-rotated and the position of the target is exchanged, and when the connecting means is engaged, the rotation shaft is raised and the sub-holder is moved to the main holder. And a target exchange type plasma generating apparatus in which each of the two targets is disposed independently at a discharge position and a polishing position.
  • a third aspect of the present invention is the target exchange type plasma generation apparatus according to the second aspect, wherein the connecting means is a chuck mechanism.
  • the sub-holder is fixed to the tip of the rotation shaft, the rotation shaft is raised to separate the sub-holder from the main holder, and the two Each of the targets is disposed independently at a discharge position and a polishing position, the rotation shaft is lowered, the sub-holder is housed in the housing portion of the main holder, and the main holder is rotated halfway to position the target.
  • This is a target exchange type plasma generating apparatus that integrally rotates the sub motor and the slider half a half when exchanging the gas.
  • the plasma generation unit is disposed in a plasma generation chamber sealed by a discharge partition when the target is disposed at the discharge position.
  • the target polishing unit comprising a polishing machine is disposed in a target polishing chamber sealed by a polishing partition when the target is disposed at the polishing position, and the polishing powder discharged from the target by the polishing machine is It is a target exchange type plasma generating apparatus sealed in a polishing chamber.
  • the plasma generating portion is formed inside an electrically neutral outer wall and an anode inner wall provided inside the outer wall. This is a target exchange type plasma generating apparatus.
  • a target coil is disposed on an outer periphery of the outer wall tube in the vicinity of the target, a filter coil is disposed on a plasma outlet side of the plasma generation unit, and the target coil
  • This is a target exchange type plasma generating apparatus that forms the stabilizing magnetic field generated by the filter in the opposite phase (caps) or the same phase (mirror) as the plasma traveling magnetic field generated by the filter coil.
  • a striker that induces arc discharge on the discharge surface of the target in the vicinity of the target disposed at the discharge position of the plasma generation unit.
  • the target exchange-type plasma generator is configured to detect that the striker tip is in contact with the discharge surface by measuring the torque reaction force of the striker by rotating the striker around a fulcrum by rotating means. It is.
  • the target replacement mechanism includes a main holder that is driven half-rotation by a main motor, two accommodating portions provided at opposing positions in the diameter direction of the main holder, and two Two sub-holders rotatably housed in the housing portion, two sub-motors that rotate the two sub-holders, two sliders that move the two sub-holders up and down in the direction of the rotation axis, and two Since it consists of the two targets fitted to the sub-holder, the main holder is rotated halfway to exchange the positions of the two targets, and when the main holder is stationary, the two targets are discharged. It is possible to drive up and down rotation independently of the position and the polishing position.
  • the main holder and the sub-holder are configured to be driven independently, and the positional relationship with the striker in the plasma generation unit, the glider of the target polishing unit, or the like can be set to a suitable position for each target.
  • each target can be rotated independently, and the contact position between the striker and the discharge surface and the trimming position can be appropriately adjusted.
  • various driving means such as an electric motor or an actuator using an air cylinder can be used. Therefore, even when there is a deviation in the amount of wear due to the polishing of the two targets, the targets are moved up and down independently to adjust the height, and the two targets are arranged at positions suitable for vacuum arc discharge and polishing processing. can do.
  • the polishing process is trimming the discharged discharge surface of the target to a predesigned shape, and includes various methods. For example, electropolishing can be used in addition to the grinder.
  • a connecting means detachably attached to the auxiliary holder is provided at the tip of the rotating shaft, and the auxiliary motor and the slider are separated from the main holder when the connecting means is detached. Then, only the main holder containing the sub holder is rotated halfway so that the position of the target is exchanged, and when the connecting means is engaged, the rotation shaft is raised to separate the sub holder from the main holder. Can do. Therefore, the target can be exchanged without half-rotating the rotation shaft, sub motor and slider together with the main holder, and the structure of the main holder can be made relatively simple, so that the durability of the apparatus can be improved. .
  • the connecting means is composed of a chuck mechanism
  • the auxiliary holder can be more reliably attached to and detached from the tip of the rotation shaft. That is, by opening and closing the chuck mechanism, the auxiliary holder and the rotation shaft can be attached and detached with a relatively simple operation.
  • the sub-holder is fixed to the tip of the rotation shaft, the rotation shaft is raised to separate the sub-holder from the main holder, and each of the two targets Are disposed independently at the discharge position and the polishing position, the rotation shaft is lowered, the sub-holder is installed in the housing portion of the main holder, and the position of the target is exchanged by half-rotating the main holder. Further, the sub motor and the slider can be integrally rotated half a turn. Since the auxiliary holder is fixed to the tip of the rotating shaft, it is possible to suppress wear of components and generation of impurities due to the attachment and detachment of the rotating shaft and the auxiliary holder. Similarly to the first embodiment, when the main holder is not moved, the two targets can be driven to rotate up and down independently to the discharge position and the polishing position.
  • the plasma generating unit is disposed in a plasma generating chamber that is sealed by a discharge partition when the target is disposed at the discharge position, and the target polishing unit that includes a polishing machine. Is generated in a target polishing chamber sealed by a polishing partition when the target is positioned at the polishing position, and the polishing powder discharged from the target by the polishing machine is sealed in the polishing chamber, so that plasma is generated.
  • the part can be kept in a cleaner state. That is, it is shielded twice by the discharge barrier and the polishing barrier, and the clean state can be kept longer.
  • the receiving part which collects polishing powder can also be provided in the upper surface of a main holder.
  • the plasma generator is formed inside the electrically neutral outer wall and the anode inner wall provided inside the outer wall, so that the safety of the plasma generator is improved. Can be made. That is, no voltage is applied to the outer wall of the plasma generator, and the apparatus can be handled relatively safely.
  • the target coil is disposed on the outer periphery of the outer wall tube in the vicinity of the target, the filter coil is disposed on the plasma outlet side of the plasma generating unit, and the stable generated by the target coil.
  • the activating magnetic field is formed in the opposite phase (caps) or the same phase (mirror) as the plasma traveling magnetic field generated by the filter coil, it is possible to appropriately stabilize the plasma or improve the plasma generation efficiency.
  • the generated vacuum arc may oscillate on the discharge surface and become unstable.
  • applying a magnetic field that is opposite to the plasma traveling magnetic field (caps) results in stabilization of the vacuum arc. Therefore, plasma can be generated more stably.
  • the in-phase (mirror) magnetic field is formed, plasma generation efficiency can be improved.
  • a striker that induces arc discharge on the discharge surface of the target is disposed in the vicinity of the target that is disposed at the discharge position of the plasma generation unit, and the striker is rotated by rotating means. Is rotated around a fulcrum, and the torque reaction force of the striker is measured to detect that the tip of the striker is in contact with the discharge surface. Therefore, the polishing process can be performed with high efficiency.
  • strikers often touched the discharge surface due to gravity or inertia of the force applied during driving, but by maintaining the constant torque and measuring the torque reaction force during contact, the striker contact Can be detected with high accuracy.
  • the target exchange type plasma generator concerning the present invention it is a device schematic sectional view in case two subholders are stored in a main holder. It is an apparatus schematic sectional drawing in case two holders are being fixed to each rotation axis in the target exchange type plasma generator concerning the present invention. It is an apparatus schematic sectional drawing in case the sub-holder is accommodated in the main holder in the target exchange type plasma generator of FIG. It is the cross-sectional schematic of the plasma generation part 4 periphery of the target exchange type plasma generation apparatus which concerns on this invention. It is the cross-sectional schematic of the plasma processing apparatus in which the target exchange type plasma generator concerning this invention was installed.
  • FIG. 1 is a sectional view of a target exchange type plasma generator 2 according to the present invention.
  • Target exchange type plasma generating apparatus 2 according to the present invention, the target to exchange first plasma generating portion 4 there is a discharge surface of the target, the second target T 2 of the discharge surface T S2 target polishing portion 8, and those targets that are It consists of an exchange mechanism 6.
  • the plasma generation unit 4 as a stage before generating the vacuum arc plasma between the discharge surface T S1 of the target T 1 and the anode inner wall 24, when the striker 20 is separated from the discharge surface T S1 of the target T 1, an electric spark is generated. To induce the generation of plasma.
  • the striker 20, the striker 20 is rotated around the fulcrum is installed measurement means for measuring the torque reaction force that the tip of the striker 20 is in contact with the discharge surface T S1 Can be detected.
  • the plasma is generated, a hole is formed in the discharge surface TS1 . That is, the target material in the hole is evaporated to form plasma.
  • the plasma generating unit 4 is covered with an outer wall 26, and a target coil 28 for generating a stabilizing magnetic field described later is attached.
  • grinder 34 is connected to the glider motor M G is a drive means via a grinder rotating shaft 36, it is possible to polish the discharge surface T S2 of the target T 2 by grinder 34.
  • the target polishing unit 8 is covered with the polishing unit outer wall 12 and the polishing partition wall 38. Even if the discharge surface TS2 is subjected to polishing processing, the polishing powder or the like is removed from the target polishing unit 8 to other places in the vacuum chamber. Can be prevented or suppressed.
  • the target exchange mechanism 6 in FIG. 1 is provided in the outer wall 33 of the vacuum chamber, and is driven by a main motor M by a half rotation, and a first storage portion provided at a diametrically opposed position of the main holder 32. 32a, the 2nd accommodating part 32b, and the 1st subholder and the 2nd holder which can be accommodated rotatably in these accommodating parts. Further, a first rotation shaft 42 is connected to the first auxiliary motor M1, a second rotation shaft is connected to the second auxiliary motor M2, and two auxiliary holders can be attached to and detached from the ends of these rotation shafts. A first chuck 42a and a second chuck 44a are provided.
  • a first chuck 42a is inserted into the first joint 30 of the first sub-holder 16, and a chuck 44a is inserted into the second joint 31 of the second sub-holder, and each sub-holder and each rotation shaft are coupled. I am letting. Accordingly, if rotating the first rotation axis 32a by the first auxiliary motor M1, the first target T 1 that is fitted to the first sub-holder 16 is rotated, similarly, first by driving the second sub motor M1 2 target T 2 can be rotated. Further, a first slider S 1 that moves up and down the first rotation shaft 42 and a second slider S 2 that moves up and down the second rotation shaft 44 are provided, and the first target T 1 and the second target T 2 are moved up and down independently. be able to.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the apparatus when two sub-holders 16 and 18 are accommodated in the main holder 32 in the target exchange type plasma generating apparatus 2 according to the present invention.
  • the description of the reference numerals already described is omitted.
  • the main holder 32 can be rotated half by the main motor M as shown by an arrow, and the target position can be exchanged. These operation processes will be described later.
  • 3 and 4 are sectional views of the apparatus in the case where two holders 16 and 18 are fixed to the respective rotation shafts 42 and 44 in the target exchange type plasma generating apparatus 2 according to the present invention.
  • the two auxiliary holders 16 and 18 are fixed to the respective rotation shafts 42 and 44.
  • the first and second rotation shafts 42. , 44 also rotate with the main holder 32. Therefore, the rotation shaft outer walls 31a and 31b are also formed in a tubular shape so that the rotation shafts 42 and 44 can rotate.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the periphery of the plasma generation unit 4 of the target exchange type plasma generation apparatus 2 according to the present invention.
  • Voltage between the anode inner wall 24 and the striker 20a and first target T 1 via the wires 39 and 40 is applied by the power source 37.
  • the outer wall 26 is not in contact with the anode inner wall 24 and is electrically neutral by the insulating members 35a and 35b.
  • a vacuum arc discharge is induced between the discharge surface TS1 and the anode inner wall 24 by separating the striker 20a at the contact position in the position direction of the striker 20b.
  • the striker 20a (or 20b) is attached to the rotating means 21, and when the striker 20b at a distant position is brought into contact with the discharge surface Ts, the torque reaction force of the striker 20a contacted by the rotating means 21 is detected and contacted. It is determined that it is in a state. Further, a filter coil 50 is disposed on the plasma outlet side of the plasma generating unit 4 to form a plasma traveling magnetic field B1.
  • the stabilizing magnetic field B1 generated by the target coil 28 is formed in a phase (caps) opposite to the plasma traveling magnetic field B2, so that stable plasma can be generated. As shown in (5B), it is known that when the stabilizing magnetic field B1 generated by the target coil 28 is in-phase (mirror), the stability of the arc spot is lowered, but the plasma generation efficiency is improved.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus in which the target exchange type plasma generator 2 according to the present invention is installed.
  • the plasma generation unit 4 vacuum arc plasma constituent particles such as target material ions, electrons, and cathode material neutral particles (atoms and molecules) are released by vacuum arc discharge, and at the same time, sub-micron to several hundred microns (0.01).
  • Cathode material fine particles (hereinafter referred to as “droplet D”) having a size of ⁇ 1000 ⁇ m are also emitted.
  • the generated plasma P travels in the plasma traveling path 54 and travels to the second traveling path by the magnetic field formed by the bending magnetic field generators 52 and 52 in the bending portion 51.
  • the droplet D since the droplet D is electrically neutral and not affected by the magnetic field, the droplet D travels straight through the Dopplet traveling path 56 and is collected by the droplet collecting unit 56a. Further, baffles 59 and 66a to which the droplets D collide and adhere are provided on the inner walls of the Dopplet traveling path 56 and the plasma traveling path.
  • a second magnetic field generator for generating a plasma traveling magnetic field is installed, and the plasma P travels.
  • the plasma P from which the droplets D have been removed is supplied to the plasma processing unit 74 by the magnetic fields of the third magnetic field generators 71 and 71, and the workpiece 3 can be plasma processed.
  • the plasma generation and the polishing of the discharge surface can be intermittently repeated by exchanging two targets, so that the plasma treatment can be performed with high efficiency.
  • 7 and 9 are explanatory views showing an operation process when the targets T 1 and T 2 are in the discharge position and the polishing position in the target exchange type plasma generating apparatus 2 according to the present invention.
  • the first target T 1 is the plasma P is generated in a discharge position of plasma generating portion 4 is in the polishing position of the second target T 2 is the target polishing portion 8, is flat discharge surface T S2 The surface is polished by the grinder G until the surface is obtained.
  • the target polishing portion 8 grinder G is able to change the position in contact with the discharge surface T S2 by the rotation of the second target T 2, even if a plurality of holes are formed in the second target T 2, By polishing with the grinder G, the hole can be eliminated.
  • (8A) of FIG. 8 the slider S 1, S 2, a target T 2 that is fixed is lowered into the target T 1 Metropolitan and second holder 18 is fixed to the first holder 16, the housing of the main holder 32 The parts 32a and 32b are accommodated.
  • (8B) shows a state in which the respective rotating shafts are further lowered from the state of (8A) and the main holder 32 is rotated halfway by the main motor M, and the positions of the respective targets and sub-holders are exchanged.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an operation process in the case where the present invention is fixed to each rotation shaft and the sub-holder.
  • the embodiment shown in FIG. 9 corresponds to the target exchange type plasma generator shown in FIGS. 3 and 4, and each target is driven by the sliders S 1 and S 2 from the discharge position and the polishing position shown in (9A). T 1 and T 2 are lowered, accommodated in the main holder 32, and half-rotated. In this case, the positions of the rotary shafts 42 and 44, the sub motors M 1 and M 2 and the sliders S 1 and S 2 are also exchanged.
  • the target exchange type plasma generator it is possible to exchange the positions of a target that has been consumed by forming a plurality of holes due to generation of plasma and a target that has been polished, It is possible to provide a target exchange type plasma generator capable of independently adjusting the contact position and the like. For example, even when two types of targets having different compositions are arranged, the target can be installed at a suitable position according to the consumption amount. Therefore, according to the present invention, the vacuum arc plasma can be generated continuously or intermittently more stably for a long time without opening the vacuum chamber, and the film formation on the object to be processed and the plasma processing can be enhanced. An efficient plasma processing apparatus or the like can be provided.

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Abstract

　本発明は、２つのターゲットの位置を独立に調整することができるターゲット交換式プラズマ発生装置を提供することを目的とする。 　本発明は、真空アーク放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置に具備されるターゲット交換機構６が、主モータＭにより半回転駆動される主ホルダ３２と、これらの直径方向の対向位置に設けられた収容部３２ａ、３２ｂと、収容部３２ａ、３２ｂに回転自在に収納された副ホルダ１６、１８と、これらを自転させる２つの副モータＭ１、Ｍ２と、副ホルダ１６、１８をその自転軸方向に昇降させるスライダＳ１、Ｓ２と、副ホルダ１６、１８に嵌合されるターゲットＴ１、Ｔ２から構成され、主ホルダ３２を半回転させてターゲットＴ１、Ｔ２の位置を交換し、主ホルダ３２の不動時にターゲットＴ１、Ｔ２を放電位置と研磨位置に独立に昇降自転駆動するターゲット交換式プラズマ発生装置である。       

Description

ターゲット交換式プラズマ発生装置
　本発明は、真空アーク放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置に関し、更に詳細には、真空アークプラズマの供給源（以下、「ターゲット」と称す）が複数配設され、放電位置に電極として配設されたターゲットと研磨位置で放電面が研磨されたターゲットの位置を交換するターゲット交換機構を具備するターゲット交換式プラズマ発生装置に関する。
　プラズマ中で固体材料の表面に薄膜を形成したり、イオンを注入したりすることにより、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。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。この真空アークプラズマ法では、陰極であるターゲットの放電面と陽極の間に生起されたアーク放電により放電面近傍にアークスポットが形成される。所定のアーク電流が保持されることにより、アークスポットは自己持続性を有し、ターゲット材料のイオンからなる真空アークプラズマ（以下、単に「プラズマ」とも称す）がアークスポットから放出される。ターゲット材料の蒸発・侵食（エロージョン）などによって形成された放電面の孔（以下「孔部」と称す）が存在すると、アークスポットは不安定となり、アークスポットを維持するためには、より大きなアーク電流が必要となる。従って、従来のプラズマ発生装置では、孔部の形成によりターゲットの放電面が消耗した場合、プラズマの断続的生成を一時中断して真空チャンバを開け、ターゲットを交換する必要があり、必要な真空度を再び達成するのに１日を超える時間がかかることがあった。
　特開２００５－２４０１８２号公報（特許文献１）には、長期間の連続使用を可能にするため、２つのターゲットが併設され、真空アークプラズマの生成により放電面が消耗したターゲットと放電面の研磨が完了したターゲットの位置を同一の真空チャンバ内で交換することが可能な従来のターゲット交換式プラズマ発生装置が記載されている。図１０は、特許文献１に記載される従来のターゲット交換式プラズマ発生装置の断面図である。従来のターゲット交換式プラズマ発生装置１０２では、ストライカ１２０が設置されたプラズマ発生部１０４に第１ターゲットｔ１が配設され、グラインダｇを有する研磨機が設置されたターゲット研磨部１０８には、第２ターゲットｔ２が配設されている。第１ターゲットｔ１の放電面ＴＳ１とこれと接触状態にあるストライカ１２０に電流を流した状態で、ストライカ１２０を放電面ＴＳ１から引き離すことによって、プラズマの発生が誘起される。即ち、第１ターゲットｔ１と第２ターゲットｔ２はターゲット交換手段１０６を構成するホルダ１３２上に載置されており、第１ターゲットｔ１は放電位置に、そして第２ターゲットｔ２は研磨位置にある。前記ホルダ１３２は回転軸１４８を備えており、回転機構ｍによって回転することができる。従って、プラズマの生成により消耗したターゲットＴ１と未使用又は放電面ＴＳ２に研磨処理等のトリミングが施された第２ターゲットｔ２の位置を交換することができる。
特開２００５－２４０１８２号公報
　図１０に示した従来のターゲット交換式プラズマ発生装置は、１つの高さ調節器１４９により回転軸１４８上に設置されたホルダ１３２の位置を上下に変化させ、第１ターゲットｔ１と第２ターゲットｔ２の高さ位置が調節されていた。また、第１ターゲットｔ１と第２ターゲットｔ２の自転させる場合においても、図１０と同じ従来のターゲット交換式プラズマ発生装置では、１つの駆動手段によって行われていた。即ち、放電位置と研磨位置にある２つのターゲットの高さやストライカ１２０の放電面ＴＳ１に対する接触位置や放電面ＴＳ２のトリミングの位置を独立に変更することが不可能であり、各ターゲットの消耗量や必要なアーク電流等に応じた微調整を行うことができなかった。しかしながら、必ずどちらか一方のターゲットを用いてプラズマの生成が行われること、２つのターゲットの研磨処理による消耗量にはずれが生じることから、複数のターゲットを独立に昇降して高さを調整したり、ターゲットの自転を制御することが求められていた。特に、異なる組成を有する２種のターゲットを配設する場合、ターゲットの消耗量には、大きな差異が生じる場合があった。
　従って、本発明の目的は、放電位置にあるターゲットと研磨位置にあるターゲットの位置を交換できると共に、２つのターゲットの位置を独立に調整することができるターゲット交換式プラズマ発生装置を提供することである。
　本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第１の形態は、真空雰囲気下で陰極となるターゲットと陽極の間に真空アーク放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記ターゲットの放電面を研磨するターゲット研磨部と、前記プラズマ発生部の放電位置に配設されるターゲットと前記ターゲット研磨部の研磨位置に配設されるターゲットの位置を交換するターゲット交換機構を具備するターゲット交換式プラズマ発生装置において、前記ターゲット交換機構は、主モータにより半回転駆動される主ホルダと、前記主ホルダの直径方向の対向位置に設けられた２つの収容部と、２つの前記収容部に回転自在に収納された２つの副ホルダと、２つの前記副ホルダを自転させる２つの副モータと、２つの前記副ホルダをその自転軸方向に昇降させる２つのスライダと、２つの前記副ホルダに嵌合される２つの前記ターゲットから構成され、前記主ホルダを半回転させて２つの前記ターゲットの位置を交換し、前記主ホルダの不動時に２つの前記ターゲットを前記放電位置と前記研磨位置に独立に昇降自転駆動するターゲット交換式プラズマ生成装置である。
　本発明の第２の形態は、第１の形態において、前記自転軸の先端に前記副ホルダと着脱可能な接続手段が設けられ、前記接続手段が脱離時に前記副モータと前記スライダは前記主ホルダから分離されて、前記副ホルダを収納した前記主ホルダだけが半回転して前記ターゲットの位置が交換され、前記接続手段の係着時に前記自転軸を上昇させて前記副ホルダを前記主ホルダから分離させ、前記２つのターゲットの各々を放電位置及び研磨位置に独立に配置させるターゲット交換式プラズマ生成装置である。
　本発明の第３の形態は、第２の形態において、前記接続手段がチャック機構からなるターゲット交換式プラズマ生成装置である。
　本発明の第４の形態は、第１の形態において、前記自転軸の先端に前記副ホルダが固着され、前記自転軸を上昇させて前記副ホルダを前記主ホルダから分離させて、前記２つの前記ターゲットの各々を放電位置及び研磨位置に独立に配置し、前記自転軸を下降させて前記副ホルダを前記主ホルダの前記収容部に内装し、前記主ホルダを半回転して前記ターゲットの位置を交換する際に前記副モータと前記スライダを一体に半回転させるターゲット交換式プラズマ生成装置である。
　本発明の第５の形態は、第１～第４のいずれかの形態において、前記プラズマ発生部は、前記ターゲットが前記放電位置に配置されたときに放電隔壁により密閉されたプラズマ発生室内に配置され、研磨機からなる前記ターゲット研磨部は前記ターゲットが前記研磨位置に配置されたときに研磨隔壁により密閉されたターゲット研磨室内に配置され、前記研磨機により前記ターゲットから放出される研磨粉が前記研磨室内に密封されるターゲット交換式プラズマ生成装置である。
　本発明の第６の形態は、第１～第５のいずれかの形態において、前記プラズマ発生部は、電気的中性の外壁と前記外壁の内側に設けられた陽極内壁の内部に形成されるターゲット交換式プラズマ生成装置である。
　本発明の第７の形態は、第６の形態において、前記ターゲット近傍位置の前記外壁管の外周にターゲットコイルを配置し、前記プラズマ発生部のプラズマ出口側にフィルタコイルを配置し、前記ターゲットコイルにより発生する安定化磁場を前記フィルタコイルにより発生するプラズマ進行磁場と逆相（カプス）又は同相（ミラー）に形成するターゲット交換式プラズマ生成装置である。
　本発明の第８の形態は、前記第１～７のいずれかの形態において、前記プラズマ発生部の前記放電位置に配置されるターゲットの近傍に前記ターゲットの前記放電面にアーク放電を誘起するストライカを配置し、回動手段により前記ストライカを支点の周りに回動させ、前記ストライカのトルク反力を測定して前記ストライカ先端が前記放電面に当接したことを検出するターゲット交換式プラズマ生成装置である。
　本発明の第１の形態によれば、前記ターゲット交換機構が、主モータにより半回転駆動される主ホルダと、前記主ホルダの直径方向の対向位置に設けられた２つの収容部と、２つの前記収容部に回転自在に収納された２つの副ホルダと、２つの前記副ホルダを自転させる２つの副モータと、２つの前記副ホルダをその自転軸方向に昇降させる２つのスライダと、２つの前記副ホルダに嵌合される２つの前記ターゲットから構成されるから、前記主ホルダを半回転させて２つの前記ターゲットの位置を交換すると共に、前記主ホルダの不動時に２つの前記ターゲットを前記放電位置と前記研磨位置に独立に昇降自転駆動することができる。即ち、主ホルダと副ホルダが独立に駆動されるよう構成され、ターゲット毎にプラズマ発生部にあるストライカやターゲット研磨部のグライダ等との位置関係を好適な位置に設定することができる。また、各ターゲットを独立に自転させ、ストライカと放電面の接触位置やトリミングの位置を適宜に調整することができる。尚、モータとしては、電気モータやエアシリンダによるアクチュエータ等の種々の駆動手段を用いることができる。従って、２つターゲットの研磨処理による消耗量にずれが生じる場合においても、ターゲットを独立に昇降して高さを調整して、真空アーク放電や研磨処理に適した位置に２つのターゲットを配設することができる。尚、研磨処理とは、消耗したターゲットの放電面を予め設計された形状にトリミングすることであり、種々の方法を含み、例えば、グラインダ以外に電気研磨などを利用することができる。
　本発明の第２の形態によれば、前記自転軸の先端に前記副ホルダと着脱可能な接続手段が設けられ、前記接続手段が脱離時に前記副モータと前記スライダは前記主ホルダから分離されて、前記副ホルダを収納した前記主ホルダだけが半回転して前記ターゲットの位置が交換され、前記接続手段の係着時に前記自転軸を上昇させて前記副ホルダを前記主ホルダから分離させることができる。従って、前記自転軸、副モータ及びスライダを主ホルダと共に半回転させること無く、ターゲットを交換することができ、主ホルダの構造を比較的簡単にできるから、装置の耐久性を向上させることができる。
　本発明の第３の形態によれば、前記接続手段がチャック機構からなるから、前記自転軸の先端に前記副ホルダをより確実に着脱することができる。即ち、チャック機構の開閉により、比較的簡単な操作で副ホルダと自転軸の着脱を行うことができる。
　本発明の第４の形態によれば、前記自転軸の先端に前記副ホルダが固着され、前記自転軸を上昇させて前記副ホルダを前記主ホルダから分離させて、前記２つの前記ターゲットの各々を放電位置及び研磨位置に独立に配置し、前記自転軸を下降させて前記副ホルダを前記主ホルダの前記収容部に内装し、前記主ホルダを半回転して前記ターゲットの位置を交換する際に前記副モータと前記スライダを一体に半回転させることができる。前記自転軸の先端に前記副ホルダが固着されているから、自転軸と記副ホルダの着脱に伴う部品の磨耗や不純物の発生を抑制することができる。また第１の形態と同様に、前記主ホルダの不動時に２つの前記ターゲットを前記放電位置と前記研磨位置に独立に昇降自転駆動することができる。
　本発明の第５の形態によれば、前記プラズマ発生部は、前記ターゲットが前記放電位置に配置されたときに放電隔壁により密閉されたプラズマ発生室内に配置され、研磨機からなる前記ターゲット研磨部は前記ターゲットが前記研磨位置に配置されたときに研磨隔壁により密閉されたターゲット研磨室内に配置され、前記研磨機により前記ターゲットから放出される研磨粉が前記研磨室内に密封されるから、プラズマ発生部をよりクリーンな状態に保持することができる。即ち、放電障壁と研磨障壁により２重に遮蔽され、清浄な状態をより長く保持することができる。また、主ホルダの上面に研磨粉を捕集する受部を設けることもできる。
　本発明の第６の形態によれば、前記プラズマ発生部は、電気的中性の外壁と前記外壁の内側に設けられた陽極内壁の内部に形成されるから、プラズマ発生装置の安全性を向上させることができる。即ち、プラズマ発生装置の外壁に電圧が印かさせることが無く、本装置の取扱いを比較的安全に行うことができる。
　本発明の第７の形態によれば、前記ターゲット近傍位置の前記外壁管の外周にターゲットコイルを配置し、前記プラズマ発生部のプラズマ出口側にフィルタコイルを配置し、前記ターゲットコイルにより発生する安定化磁場を前記フィルタコイルにより発生するプラズマ進行磁場と逆相（カプス）又は同相（ミラー）に形成するから、適宜にプラズマの安定化又はプラズマの生成効率を向上させることができる。発生する真空アークは、放電面上で振動して不安定となる場合があるが、プラズマの進行磁場とは逆相（カプス）の磁場を印加することにより、真空アークが安定化する結果が得られており、より安定にプラズマを生成することができる。また、同相（ミラー）の磁場を形成した場合、プラズマの生成効率を向上させることができる。
　本発明の第８の形態によれば、前記プラズマ発生部の前記放電位置に配置されるターゲットの近傍に前記ターゲットの前記放電面にアーク放電を誘起するストライカを配置し、回動手段により前記ストライカを支点の周りに回動させ、前記ストライカのトルク反力を測定して前記ストライカ先端が前記放電面に当接したことを検出するから、高効率に研磨処理を行うことができる。従来、ストライカは、重力又は駆動時に加えられた力の慣性により、放電面に接触する場合が多かったが、一定のトルクを維持して接触時のトルク反力を測定することにより、ストライカの接触を高精度に検出することができる。
本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置の断面概略図である。 本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置において、２つの副ホルダが主ホルダに収容される場合の装置概略断面図である。 本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置において２つのホルダが各自転軸に固定されている場合の装置概略断面図である。 図３のターゲット交換式プラズマ発生装置において副ホルダが主ホルダに収容されている場合の装置概略断面図である。 本発明に係るターゲット交換式プラズマ生成装置のプラズマ発生部４周辺の断面概略図である。 本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置が設置されたプラズマ処理装置の断面概略図である。 本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置における動作過程の説明図である。 本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置における動作過程の説明図である。 本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置における動作過程の説明図である。 従来のターゲット交換式プラズマ発生装置の断面図である。
符号の説明
　　２　　　　ターゲット交換式プラズマ発生装置
　　３　　　　被処理物
　　４　　　　プラズマ発生部
　　６　　　　ターゲット交換機構
　　８　　　　ターゲット研磨部
　　１０　　　研磨機
　　１２　　　研磨部外壁
　　１６　　　第１副ホルダ
　　１８　　　第２副ホルダ
　　２０　　　ストライカ
　　２０ａ　　ストライカ
　　２０ｂ　　ストライカ
　　２１　　　揺動機構
　　２３　　　ストライカ収容部
　　２４　　　陽極内壁
　　２５　　　放電隔壁
　　２６　　　外壁
　　２８　　　ターゲットコイル
　　３０　　　第１接続部
　　３１　　　第２接続部
　　３２　　　主ホルダ
　　３２ａ　　第１収容部
　　３２ｂ　　第２収容部
　　３３　　　外壁
　　３４　　　グラインダ
　　３５ａ　　絶縁部材
　　３５ｂ　　絶縁部材
　　３６　　　グラインダ回転軸
　　３７　　　電源
　　３８　　　研磨隔壁
　　３９　　　電線
　　４０　　　電線
　　４２　　　第１自転軸
　　４２ａ　　第１チャック
　　４３　　　第１自転軸機構
　　４４　　　第２自転軸
　　４４ａ　　第２チャック
　　４５　　　第２自転軸機構
　　４８　　　回転軸
　　５０　　　フィルタコイル
　　５１　　　屈曲部
　　５２　　　屈曲磁場発生器
　　５３　　　アパーチャ
　　５４　　　プラズマ進行路
　　５５　　　進行路外壁
　　５６　　　ドロップレット進行路
　　５６ａ　　ドロップレット捕集部
　　５８　　　第２進行路
　　５９　　　バッフル
　　６２　　　第１磁場発生器
　　６６　　　拡径管
　　６６ａ　　バッフル
　　６８　　　第２磁場発生器　　
　　７０　　　第３進行路
　　７１　　　第３磁場発生器
　　７４　　　プラズマ処理部
　　１０２　　ターゲット交換式プラズマ発生装置
　　１０４　　プラズマ発生部
　　１０６　　ターゲット交換機構
　　１０８　　ターゲット研磨部
　　１１６　　第１副ホルダ
　　１１８　　第２副ホルダ
　　１２０　　ストライカ
　　１３２　　主ホルダ
　　１４２　　第１自転軸
　　１４４　　第２自転軸
　　１４８　　回転軸
　　Ｂ１　　　安定化磁場
　　Ｂ２　　　プラズマ進行磁場
　　Ｄ　　　　ドロップレット
　　Ｇ　　　　グラインダ
　　ｇ　　　　グラインダ
　　Ｍ　　　　主モータ
　　Ｍ１ 　　　第１副モータ
　　Ｍ２ 　　　第２副モータ
　　ＭＧ 　　　グラインダ用モータ
　　ｍ　　　　回転機構
　　Ｐ　　　　プラズマ　　
　　Ｓ１ 　　　第１スライダ
　　Ｓ１ 　　　第１スライダ
　　Ｔ１ 　　　第１ターゲット
　　Ｔ２ 　　　第２ターゲット
　　ＴＳ１　　　放電面
　　ＴＳ２　　　放電面
　　ｔ１ 　　　第１ターゲット
　　ｔ２ 　　　第２ターゲット
　　ｔＳ１ 　　放電面
　　ｔＳ１ 　　放電面
　図１は、本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置２の断面図である。本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置２は、第１ターゲットの放電面があるプラズマ発生部４、第２ターゲットＴ２の放電面ＴＳ２があるターゲット研磨部８及びこれらのターゲットを交換するターゲット交換機構６から構成される。プラズマ発生部４では、ターゲットＴ１の放電面ＴＳ１と陽極内壁２４の間に真空アークプラズマを発生させる前段階として、ストライカ２０をターゲットＴ１の放電面ＴＳ１から引き離すと電気スパークを生起してプラズマの発生を誘起する。図示しないが、ストライカ２０には、このストライカ２０を支点の周りに回動させてトルク反力を測定する測定手段が設置されており、ストライカ２０の先端が放電面ＴＳ１に当接したことを検出することができる。尚、プラズマが発生すると放電面ＴＳ１には、孔部が形成される。即ち、孔部内のターゲット材料が蒸発してプラズマを形成する。更に、プラズマ発生部４は、外壁２６で覆われ、後述の安定化磁場を発生させるターゲットコイル２８が付設されている。
　前記ターゲット研磨部８では、グラインダ３４がグラインダ回転軸３６を介して駆動手段であるグライダ用モータＭＧに接続されており、グラインダ３４によりターゲットＴ２の放電面ＴＳ２を研磨することができる。ターゲット研磨部８で放電面ＴＳ２に研磨処理を施すことにより、プラズマの生成により形成された放電面ＴＳ２の孔部を消失させることができる。更に、ターゲット研磨部８は、研磨部外壁１２と研磨隔壁３８で覆われており、放電面ＴＳ２に研磨処理を施しても、研磨粉等がターゲット研磨部８から真空チェンバ内の他の場所に放出されることを防止又は抑制することができる。
　図１のターゲット交換機構６は、真空チャンバの外壁３３内に設けられ、主モータＭにより半回転駆動される主ホルダ３２、この主ホルダ３２の直径方向の対向位置に設けられた第１収容部３２ａと第２収容部３２ｂ、これらの収容部に回転自在に収納され得る第１副ホルダと第２ホルダから構成されている。更に、第１副モータＭ１には第１自転軸４２が接続され、第２副モータＭ２には第２自転軸が接続され、これらの自転軸の先端には、２つの副ホルダと着脱自在な第１チャック４２ａと第２チャック４４ａが設けられている。図中では、第１副ホルダ１６の第１接合部３０に第１チャック４２ａが挿入され、第２副ホルダの第２接合部３１にチャック４４ａが挿入され、各副ホルダと各自転軸を結合させている。従って、第１副モータＭ１により第１自転軸３２ａを回転させれば、第１副ホルダ１６に嵌合される第１ターゲットＴ１を回転させ、同様に、第２副モータＭ１の駆動により第２ターゲットＴ２を回転させることができる。更に、第１自転軸４２を昇降する第１スライダＳ１と第２自転軸４４を昇降する第２スライダＳ２が設けられ、各々独立に第１ターゲットＴ１と第２ターゲットＴ２を昇降することができる。
　図２は、本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置２において２つの副ホルダ１６、１８が主ホルダ３２に収容される場合の装置断面図である。以下、既に説明した符号については、その説明を省略する。第１チャック４２ａと第２チャック４４ａが閉じた状態で、第１スライダＳ１及び第２スライダＳ２により第１自転軸４２と第２自転軸４４を降下させている。各チャックは、第１接合部３０と第２接合部から抜かれ、第１副ホルダ１６が第１収容部３２ａに、第２副ホルダ１８が第２収容部３２ｂに収容されている。各チャック４２ａ、４４ａが主ホルダ３２の最下部より下方に位置することにより、主ホルダ３２は、矢印のように、主モータＭにより半回転させることができ、ターゲット位置を交換することができる。これらの動作過程については後述する。
　図３及び図４は、本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置２において２つのホルダ１６、１８が各自転軸４２、４４に固定されている場合の装置断面図である。図３及び図４では、２つの副ホルダ１６、１８が各自転軸４２、４４に固定されている。図４に示すように、副ホルダ１６、１８が各収容部３２ａ、３２ｂに収容され、第１ターゲットＴ１と第２ターゲットＴ２の位置が交換される場合、第１及び第２自転軸４２、４４も主ホルダ３２と共に回転することになる。従って、各自転軸４２、４４の回転できるよう、自転軸外壁３１ａ、３１ｂも管状に形成されている。
　図５の（５Ａ）は、本発明に係るターゲット交換式プラズマ生成装置２のプラズマ発生部４周辺の断面概略図である。電源３７により電線３９、４０を介して陽極内壁２４及びストライカ２０ａと第ターゲットＴ１の間に電圧が印加される。外壁２６は、陽極内壁２４と接触しておらず、絶縁部材３５ａ、３５ｂにより電気的中性が保たれている。接触位置にあるストライカ２０ａをストライカ２０ｂの位置方向へ引き離すことにより、放電面ＴＳ１と陽極内壁２４の間に真空アーク放電が誘起される。ストライカ２０ａ（又は２０ｂ）は、回転手段２１に取り付けられており、離れた位置にあるストライカ２０ｂを放電面Ｔｓに接触させる場合、回転手段２１により接触したストライカ２０ａ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５０が配設されてプラズマ進行磁場Ｂ１が形成される。ターゲットコイル２８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。（５Ｂ）に示すように、ターゲットコイル２８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。
　図６は、本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置２が設置されたプラズマ処理装置の断面概略図である。プラズマ発生部４では、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５４を進行し、屈曲部５１において屈曲磁場発生器５２、５２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５６を直進し、ドロップレット捕集部５６ａに捕集される。また、ドップレット進行路５６及びプラズマ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５９及び６６ａが設けられている。
　第２進行路には、プラズマ進行磁場を発生させる第２磁場発生器が設置されており、プラズマＰが進行する。内壁に複数のバッフル６６ａが設けられた拡径管６６内を進行し、残存するドロップレットＤが前記バッフル６６ａに衝突して付着し、さらにドロップレットＤが除去される。ドロップレットＤが除去されたプラズマＰは第３磁場発生器７１、７１の磁場によりプラズマ処理部７４に供給され、被処理物３をプラズマ処理することができる。本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置２では、２つのターゲットを交換してプラズマの生成と放電面の研磨を断続的に繰り返すことができるから、高効率にプラズマ処理を行うことができる。
　図７及び９は、本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置２において各ターゲットＴ１、Ｔ２が放電位置と研磨位置にある場合の動作過程を示す説明図である。（７Ａ）では、第１ターゲットＴ１がプラズマ発生部４の放電位置にあってプラズマＰが生成され、第２ターゲットＴ２がターゲット研磨部８の研磨位置にあり、放電面ＴＳ２が平坦な面となるまで、グラインダＧにより研磨される。プラズマＰの生成により形成される放電面Ｔｓの孔部が大きくなり、真空アーク放電によるプラズマの生成効率が低下すると、（７Ｂ）に示すように、モータＭ１の駆動により第１自転軸が回転し、第１副ホルダを介して第１ターゲットも回転し、放電面ＴＳ１の新たな位置にストライカ２０が接触できるようになる。従って、プラズマの生成効率が回復し、所定量のプラズマＰを発生させることができる。従って、第１ターゲットＴ１の放電面には、複数の孔部が形成される。一方、ターゲット研磨部８では、第２ターゲットＴ２の回転によりグラインダＧが放電面ＴＳ２に接触する位置を変えることができ、第２ターゲットＴ２に複数の孔部が形成されていても、グラインダＧで研磨することにより孔部を消失させることができる。
　図８の（８Ａ）では、スライダＳ１、Ｓ２により、第１ホルダ１６に固定されたターゲットＴ１と及び第２ホルダ１８に固定されたターゲットＴ２を降下させ、主ホルダ３２の各収容部３２ａ、３２ｂに収容している。（８Ｂ）は、（８Ａ）の状態から各自転軸を更に降下させ、主モータＭにより主ホルダ３２を半回転させた状態を示しており、各ターゲット及び副ホルダの位置が交換されている。
　図９は、本発明において各自転軸と副ホルダに固定されている場合の動作過程を示す説明図である。図９に示した実施形態は、図３及び４に示したターゲット交換式プラズマ発生装置に対応しており、（９Ａ）に示した放電位置及び研磨位置から各スライダＳ１、Ｓ２により各ターゲットＴ１、Ｔ２を降下させ、主ホルダ３２に収容して半回転させたものである。この場合、各回転軸４２、４４、各副モータＭ１、Ｍ２及び各スライダＳ１、Ｓ２の位置も交換される。
　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。
　本発明に係るターゲット交換式プラズマ発生装置によれば、プラズマの生成により孔部が複数形成されて消耗したターゲットと研磨処理されたターゲットの位置を交換できると共に、２つのターゲットの高さ位置やストライカとの接触位置等を独立に調整することができるターゲット交換式プラズマ発生装置を提供することができる。例えば、異なる組成を有する２種のターゲットを配設する場合においても、消耗量に応じて好適な位置にターゲットを設置することができる。従って、本発明によれば、真空チャンバを開けること無く、長時間に亘り連続的に又は断続的により安定に真空アークプラズマを生成することができ、被処理物への膜形成やプラズマ処理を高効率に行うプラズマ処理装置等を提供することができる。

Claims (8)

  1. 真空雰囲気下で陰極となるターゲットと陽極の間に真空アーク放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記ターゲットの放電面を研磨するターゲット研磨部と、前記プラズマ発生部の放電位置に配設されるターゲットと前記ターゲット研磨部の研磨位置に配設されるターゲットの位置を交換するターゲット交換機構を具備するターゲット交換式プラズマ発生装置において、前記ターゲット交換機構は、主モータにより半回転駆動される主ホルダと、前記主ホルダの直径方向の対向位置に設けられた２つの収容部と、２つの前記収容部に回転自在に収納された２つの副ホルダと、２つの前記副ホルダを自転させる２つの副モータと、２つの前記副ホルダをその自転軸方向に昇降させる２つのスライダと、２つの前記副ホルダに嵌合される２つの前記ターゲットから構成され、前記主ホルダを半回転させて２つの前記ターゲットの位置を交換し、前記主ホルダの不動時に２つの前記ターゲットを前記放電位置と前記研磨位置に独立に昇降自転駆動することを特徴とするターゲット交換式プラズマ発生装置。
  2. 前記自転軸の先端に前記副ホルダと着脱可能な接続手段が設けられ、前記接続手段が脱離時に前記副モータと前記スライダは前記主ホルダから分離されて、前記副ホルダを収納した前記主ホルダだけが半回転して前記ターゲットの位置が交換され、前記接続手段の係着時に前記自転軸を上昇させて前記副ホルダを前記主ホルダから分離させ、前記２つのターゲットの各々を放電位置及び研磨位置に独立に配置させる請求項１に記載のターゲット交換式プラズマ発生装置。
  3. 前記接続手段がチャック機構からなる請求項２に記載のターゲット交換式プラズマ発生装置。
  4. 前記自転軸の先端に前記副ホルダが固着され、前記自転軸を上昇させて前記副ホルダを前記主ホルダから分離させて、前記２つの前記ターゲットの各々を放電位置及び研磨位置に独立に配置し、前記自転軸を下降させて前記副ホルダを前記主ホルダの前記収容部に内装し、前記主ホルダを半回転して前記ターゲットの位置を交換する際に前記副モータと前記スライダを一体に半回転させる請求項１に記載のターゲット交換式プラズマ発生装置。
  5. 前記プラズマ発生部は、前記ターゲットが前記放電位置に配置されたときに放電隔壁により密閉されたプラズマ発生室内に配置され、研磨機からなる前記ターゲット研磨部は前記ターゲットが前記研磨位置に配置されたときに研磨隔壁により密閉されたターゲット研磨室内に配置され、前記研磨機により前記ターゲットから放出される研磨粉が前記研磨室内に密封される請求項１～４のいずれかに記載のターゲット交換式プラズマ発生装置。
  6. 前記プラズマ発生部は、電気的中性の外壁と前記外壁の内側に設けられた陽極内壁の内部に形成される請求項１～５のいずれかに記載のターゲット交換式プラズマ発生装置。
  7. 前記ターゲット近傍位置の前記外壁管の外周にターゲットコイルを配置し、前記プラズマ発生部のプラズマ出口側にフィルタコイルを配置し、前記ターゲットコイルにより発生する安定化磁場を前記フィルタコイルにより発生するプラズマ進行磁場と逆相（カプス）又は同相（ミラー）に形成する請求項６に記載のターゲット交換式プラズマ発生装置。
  8. 前記プラズマ発生部の前記放電位置に配置されるターゲットの近傍に前記ターゲットの前記放電面にアーク放電を誘起するストライカを配置し、回動手段により前記ストライカを支点の周りに回動させ、前記ストライカのトルク反力を測定して前記ストライカ先端が前記放電面に当接したことを検出する請求項１～７のいずれかに記載のターゲット交換式プラズマ発生装置。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4576476B1 (ja) * 2009-12-28 2010-11-10 株式会社フェローテック ストライカ式プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置
WO2013099059A1 (ja) * 2011-12-28 2013-07-04 キヤノンアネルバ株式会社 成膜装置
JP6155796B2 (ja) * 2013-04-23 2017-07-05 株式会社島津製作所 アークプラズマ成膜装置
CN106029941B (zh) 2014-03-18 2019-06-18 佳能安内华股份有限公司 沉积装置
SG11202006091UA (en) 2017-12-27 2020-07-29 Canon Anelva Corp Deposition method and deposition apparatus
JP6753425B2 (ja) * 2018-03-30 2020-09-09 Ｊｆｅスチール株式会社 ターゲット供給装置および表面処理設備

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62167874A (ja) * 1986-01-17 1987-07-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 蒸着るつぼ交換装置
JPH03173767A (ja) * 1989-11-30 1991-07-29 Mitsubishi Electric Corp 薄膜形成装置
JP2005240182A (ja) 2004-02-27 2005-09-08 Nanofilm Technologies Internatl Pte Ltd 複数の利用可能なターゲットによる連続的アーク蒸着の装置および方法
JP2007016269A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Sumitomo Heavy Ind Ltd ハース機構及び成膜装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5409587A (en) * 1993-09-16 1995-04-25 Micron Technology, Inc. Sputtering with collinator cleaning within the sputtering chamber
GB9503305D0 (en) * 1995-02-20 1995-04-12 Univ Nanyang Filtered cathodic arc source
JP4036928B2 (ja) * 1996-09-18 2008-01-23 松下電器産業株式会社 成膜装置とそのターゲット交換方法
JP2003147519A (ja) * 2001-11-05 2003-05-21 Anelva Corp スパッタリング装置
CN1175124C (zh) * 2002-09-30 2004-11-10 哈尔滨工业大学 滚珠全方位离子注入与沉积表面强化处理方法及装置
US7381311B2 (en) * 2003-10-21 2008-06-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Filtered cathodic-arc plasma source
US7883632B2 (en) * 2006-03-22 2011-02-08 Tokyo Electron Limited Plasma processing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62167874A (ja) * 1986-01-17 1987-07-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 蒸着るつぼ交換装置
JPH03173767A (ja) * 1989-11-30 1991-07-29 Mitsubishi Electric Corp 薄膜形成装置
JP2005240182A (ja) 2004-02-27 2005-09-08 Nanofilm Technologies Internatl Pte Ltd 複数の利用可能なターゲットによる連続的アーク蒸着の装置および方法
JP2007016269A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Sumitomo Heavy Ind Ltd ハース機構及び成膜装置

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