[发明专利]等离子体流生成方法、等离子体处理方法、等离子体发生装置和等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体流生成方法，以构成等离子体的物质的供应源为阴极，把阳极设在所述阴极的前方或周围，在所述阴极和所述阳极之间进行电弧放电，生成使从所述阴极表面产生的等离子体转动的等离子体流；还涉及利用所述转动的等离子体流的等离子体处理方法；还涉及产生所述等离子体流的等离子体发生装置；以及涉及使用所述等离子体发生装置产生的等离子体进行成膜等的等离子体处理的等离子体处理装置。

背景技术

公知的是，通常利用等离子体在固体材料表面上形成薄膜或注入离子，来改善固体的表面特性。利用含有金属离子或非金属离子的等离子体形成的膜来提高固体表面的耐磨性和耐蚀性，可以有效用作保护膜、光学薄膜、透明导电性膜等。特别是利用碳等离子体的碳膜作为由金刚石结构和石墨结构构成的类金刚石薄膜（称为DLC膜），有很高的利用价值。

产生含有金属离子或非金属离子的等离子体的方法有真空电弧等离子体法。真空电弧等离子体由阴极和阳极之间产生的电弧放电形成，是阴极材料从存在于阴极表面上的阴极点蒸发，由该阴极蒸发物质形成的等离子体。此外，在导入了反应气体作为气氛气体的情况下，反应气体也同时被离子化。也可以与所述反应气体一起导入惰性气体（称为稀有气体），此外，也可以导入所述惰性气体来替代所述反应气体。可以利用这样的等离子体，向固体表面上形成薄膜或进行离子注入，来进行表面处理。

通常，在真空电弧放电中，从阴极点释放出阴极材料离子、电子、阴极材料中性原子团（原子和分子）这样的真空电弧等离子体构成粒子，同时也释放出从亚微米以下到数百微米（0.01～1000μm）大小的、被称之为微滴的阴极材料微粒。如果该微滴附着在被处理物表面上，则有损于被处理物表面上形成的薄膜的均匀性，使薄膜产生缺陷，影响成膜等表面处理的结果。

采用真空电弧等离子体法的等离子体处理装置如本申请人已经在日本专利公开公报特开2008－91184号（专利文献1）中所公开的那样，在阴极和触发电极之间产生电火花，在阴极和阳极之间产生真空电弧，生成了等离子体。

专利文献1：日本专利公开公报特开2008－91184号

如专利文献1中记载的那样，在上述等离子体处理装置中，在等离子体输送管道的断面圆周方向产生偏转磁场，向阴极和阳极之间施加产生的真空电弧等离子体，使等离子体在转动的同时在等离子体输送管道中行进，向被处理物（工件）照射转动等离子体束，不扩散地有效地进行成膜处理。

图10示意性表示真空电弧等离子体的束形态。如图（10A）所示，等离子体束PB的束断面通常不是正圆形，等离子体密度分布产生偏差，变成被拉伸的大体椭圆形断面。即，如图（10B）所示，等离子体密度分布变成与短轴X方向相比向长轴Y方向扩展。因此，在照射到工件W上时，与短轴X方向相比长轴Y方向的束的照射区域变大。

以往的等离子体流转动控制生成边描绘圆轨道边转动的等离子体流，在等离子体行进方向周围的整个等离子体转动角区域中，等离子体的转动速度为等速。在假设等离子体密度分布成在X、Y方向相等的正态分布的情况下，利用描绘等速圆轨道的转动等离子体，应该可以沿圆周均匀成膜。可是如上所述，由于等离子体密度分布存在偏差，所以照射到工件上的束照射量沿圆周不同，存在有膜厚变得不均匀的问题。下面详细叙述该不均匀的问题。

图12示意性表示使等离子体束等速转动的等离子体转动的状况。图示的转动等离子体边描绘圆轨道C边按从等离子体PB1到PB2、PB3、PB4向顺时针方向转动。如果在圆轨道C的微小区间ΔR中对各转动角区域进行比较，则由于在等速圆轨道下，在微小区间ΔR中的照射时间是一定的，所以因等离子体密度分布的偏差造成沿短轴X方向或长轴Y方向的区域中的成膜厚度有很大差异。