ターゲット交換式プラズマ発生装置
【目的】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。
【構成】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。
【構成】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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開２００５−２４０１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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】
【００３６】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開２００５−２４０１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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】
【００３６】
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
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２４２９２９（Ｐ２００９−２４２９２９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９４４１８（Ｐ２００８−９４４１８）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００２２９８３０）株式会社フェローテック (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００２２９８３０）株式会社フェローテック (25)
【Ｆターム（参考）】
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