(57)【要約】【課題】  プラズマ処理の際に生じるドロップレットや飛散粒子の被処理体への到達を抑えることができる表面処理装置及びそれによって表面処理される光学素子成形用型を提供すること。【解決手段】  表面処理装置１は、真空チャンバ２と、陰極とされるターゲット３と、ターゲット３から離間して配され、ターゲット３との間に形成される空間にアーク放電を誘起するアーク電極（陽極部）５とを有し、アーク放電によって生じるターゲットイオンを含むプラズマ６をターゲット３の先端方向に放出する蒸着源７と、光学素子成形用型母材（被処理体）８を載置する支持台１０と、蒸着源７から放出されるプラズマ６の進行方向を支持台１０の中心軸線Ｃ方向に変える偏向部１１と、支持台１０表面をターゲット３に対して回転移動させる移動部１２とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極とされるターゲットと、該ターゲットから離間して配され、前記ターゲットとの間に形成される空間にアーク放電を誘起する陽極部とを有し、前記アーク放電によって生じるターゲットイオンを含むプラズマを前記ターゲットの先端方向に放出する蒸着源と、
該蒸着源近傍における前記プラズマの放出方向に対して前記ターゲットイオンが到達する被処理体を載置する表面の法線が傾いて配される支持台と、
前記蒸着源から放出される前記プラズマの進行方向を前記支持台表面の法線方向に変える偏向部とを備え、
前記陽極部の少なくとも一部が、前記支持台と前記ターゲットとの間に延びて配されていることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記陽極部の少なくとも一部が、前記支持台に載置した前記被処理体に対して前記ターゲットを遮蔽可能な長さに前記ターゲットの先端よりも突出して配されていることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記陽極部が、前記支持台と対向する方向と逆の方向に開口部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記陽極部の少なくとも一部が半円筒状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記偏向部が、磁場又は電場の発生源を備えていることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の表面処理装置。
【請求項６】
前記偏向部が、前記磁場の発生源から生じる磁力線の方向を調整するＬ字状ヨークを備えていることを特徴とする請求項５に記載の表面処理装置。
【請求項７】
前記被処理体にバイアス電圧を付加するバイアス電源部を備えていることを特徴とする請求項１から６の何れか一つに記載の表面処理装置。
【請求項８】
前記バイアス電圧がパルス状とされていることを特徴とする請求項７に記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記支持台表面を前記ターゲットに対して移動させる移動部を備えていることを特徴とする請求項１から８の何れか一つに記載の表面処理装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか一つに記載の表面処理装置によって製造されることを特徴とする光学素子成形用型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理装置及び光学素子成形用型に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターゲットを含む固体アークプラズマ源を有する表面処理装置において被処理体の表面処理を行う場合、アーク放電によってプラズマとともに磁場の影響を受けずに直進する電気的に中性なドロップレットや飛散粒子が発生する。これらが被処理体の表面まで飛散した場合には，被処理体表面の欠陥原因となる。
そこで、ドロップレットや飛散粒子の被処理体面への到達を規制するための方法が種々提案されている（例えば、特許文献１、２、３、４参照。）。
【０００３】
特許文献１及び２に記載の表面処理装置は、アークプラズマ源の近傍から曲率及び磁場を有して延びるダクトを有し、磁場誘導されてダクト内を進むプラズマに含まれるドロップレットや飛散粒子を途中のダクト内壁に固着させ、プラズマのみを取り出すことによって清浄なプラズマを被処理体に輸送するものとされている。
また、特許文献３に記載の表面処理装置は、ダクトの出口に遮蔽板を設けて、ダクトで除去しきれずに漏れ出てくるドロップレットや飛散粒子を遮蔽板に当接させて除去するものとされている。
【０００４】
特許文献４に記載の表面処理装置は、真空容器中にリング状又はコイル状の磁石を配し、固体アークプラズマ源と被処理体との間に偏向磁場をかけてプラズマを誘導するとともに、ドロップレットや飛散粒子を磁石の隙間から外部へ飛散させて被処理体への到達を阻止するものとされている。
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、高融点金属のドロップレットの場合、発生及び飛散した瞬間から表面の固化が始まり、ダクト内壁や磁場誘導用磁石と衝突するときには既に表面が固化しているため、付着せずに磁石内に再び反射してしまう。また、特に炭素をターゲット材料とする場合に顕著に発生するが、ターゲットとアーク電極間でアーク放電を発生させたとき、その衝撃によって溶融していないターゲット材料が飛散粒子となって飛散する。この場合も上述と同様に磁石の内壁に衝突して反射してしまう。
【０００６】
このように反射したドロップレットや飛散粒子は、被処理体の方向に経路を変えるものもあって、これらが被処理体表面に付着する可能性がある。その場合、被処理体表面に成膜された膜にミクロ的な欠陥を生じてしまい、特に、耐熱膜、耐腐食膜、光学鏡面膜の場合には、機能低下をもたらす可能性がある。
【特許文献１】特開２００２−１０５６２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１６０８５８号公報
【特許文献３】特開２００３−１６６０５０号公報
【特許文献４】特開２００３−３２１７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、プラズマ処理の際に生じるドロップレットや飛散粒子の被処理体への到達を抑えることができる表面処理装置及びそれによって表面処理される光学素子成形用型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る表面処理装置は、陰極とされるターゲットと、該ターゲットから離間して配され、前記ターゲットとの間に形成される空間にアーク放電を誘起する陽極部とを有し、前記アーク放電によって生じるターゲットイオンを含むプラズマを前記ターゲットの先端方向に放出する蒸着源と、該蒸着源近傍における前記プラズマの放出方向に対して前記ターゲットイオンが到達する被処理体を載置する表面の法線が傾いて配される支持台と、前記蒸着源から放出される前記プラズマの進行方向を前記支持台表面の法線方向に変える偏向部とを備え、前記陽極部の少なくとも一部が、前記支持台と前記ターゲットとの間に延びて配されていることを特徴とする。
【０００９】
この表面処理装置は、陽極部の少なくとも一部が、支持台とターゲットとの間に延びて配されているので、プラズマに含まれるドロップレットや飛散粒子を陽極部の少なくとも一部に衝突させて支持台と異なる方向に反射させることができる。従って、ドロップレットや飛散粒子が直接支持台方向へ進行するのを抑えて支持台やそれに載置された被処理体以外に衝突又は付着させることができ、清浄なプラズマを蒸着源から放出させることができる。また、偏向部によってプラズマを支持台の方向に効率良く誘導することができる。
【００１０】
また、本発明に係る表面処理装置は、前記表面処理装置であって、前記陽極部の少なくとも一部が、前記支持台に載置した前記被処理体に対して前記ターゲットを遮蔽可能な長さに前記ターゲットの先端よりも突出して配されていることを特徴とする。
【００１１】
この表面処理装置は、ターゲットの先端から支持台の被処理体方向に直線的に飛散するドロップレットや飛散粒子であっても陽極部に当てて反射させ、経路を変えることができる。
【００１２】
また、本発明に係る表面処理装置は、前記表面処理装置であって、前記陽極部が、前記支持台と対向する方向と逆の方向に開口部を備えていることを特徴とする。
この表面処理装置は、陽極部の少なくとも一部に反射したドロップレットや飛散粒子を開口部から支持台とは逆の方向に放出させることができ、再度陽極部に反射して支持台方向に向かわせてしまうのを抑えることができる。
【００１３】
また、本発明に係る表面処理装置は、前記表面処理装置であって、前記陽極部の少なくとも一部が半円筒状に形成されていることを特徴とする。
この表面処理装置は、ターゲットから支持台方向に直線的に向かうドロップレットや飛散粒子を半円筒状部分の内壁面に当ててターゲット方向に反射して、開口部から外部へ放出させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る表面処理装置は、前記表面処理装置であって、前記偏向部が、磁場又は電場の発生源を備えていることを特徴とする。
この表面処理装置は、蒸着源から放出されたプラズマ経路を磁場又は電場の発生源からの電磁力によって支持台の方向に偏向することができる。
【００１５】
また、本発明に係る表面処理装置は、前記表面処理装置であって、前記偏向部が、前記磁場の発生源から生じる磁力線の方向を調整するＬ字状ヨークを備えていることを特徴とする。
この表面処理装置は、Ｌ字状ヨークの大きさを調整することによって、磁力線の方向を変えることができ、プラズマ経路を支持台方向に精度よく誘導することができる。
【００１６】
また、本発明に係る表面処理装置は、前記表面処理装置であって、前記被処理体にバイアス電圧を付加するバイアス電源部を備えていることを特徴とする。
この表面処理装置は、被処理体にバイアス電圧が印加されるので、プラズマに含まれる帯電したターゲットイオンをより容易に被処理体側にひきつけることができる。
【００１７】
また、本発明に係る表面処理装置は、前記表面処理装置であって、前記バイアス電圧がパルス状とされていることを特徴とする。
この表面処理装置は、プラズマ粒子をより加速させることができ、ターゲットイオンを被処理体表面から内部まで注入させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る表面処理装置は、前記表面処理装置であって、前記支持台表面を前記ターゲットに対して移動させる移動部を備えていることを特徴とする。
この表面処理装置は、被処理体表面におけるプラズマの照射位置を変えることができ、被処理体の表面全体にわたって均等に処理することができる。
【００１９】
本発明に係る光学素子成形用型は、本発明に係る表面処理装置によって製造されることを特徴とする。
この光学素子成形用型は、本発明に係る表面処理装置によって表面処理されるので、ドロップレットや飛散粒子によるミクロ的な表面欠陥が好適に抑えられ、高密度、高密着強度のものを得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ターゲットから被処理体表面に飛散するドロップレットや飛散粒子を排除することができ、被処理体表面のミクロ的欠陥を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態に係る表面処理装置１は、図１及び図２に示すように、真空チャンバ２と、陰極とされるターゲット３と、ターゲット３から離間して配され、ターゲット３との間に形成される空間にアーク放電を誘起するアーク電極（陽極部）５とを有し、アーク放電によって生じるターゲットイオンを含むプラズマ６をターゲット３の先端３ａ方向に放出する蒸着源７と、光学素子成形用型母材（被処理体）８を載置する支持台１０と、蒸着源７から放出されるプラズマ６の進行方向を支持台１０の中心軸線Ｃ方向に変える偏向部１１と、支持台１０表面をターゲット３に対して回転移動させる移動部１２とを備えている。
【００２２】
ターゲット３は、例えば、棒状のイリジウムから構成されている。このターゲット３の基端側には、筒状の絶縁部材１３を介してトリガー電極１５が配され、さらにその周囲に板状のアーク電極５が配されている。
トリガー電極１５及びアーク電極５はそれぞれトリガー電源１６及びアーク電源１７の陽極側に接続されており、トリガー電源１６及びアーク電源１７の陰極側にはターゲット３が接続されている。また、アーク電源１７には、図示しないコンデンサが、電気が貯められた状態で配線されている。なお、アーク電極５とターゲット３とは電気的に接続されていないので、この状態でも両者間に電流は流れない状態とされている。
【００２３】
アーク電極５は、支持台１０とターゲット３との間に延びて配されており、支持台１０に載置した光学素子成形用型母材８に対してターゲット３を遮蔽可能な長さになるように、先端５ａ側がターゲット３の先端３ａよりも突出して配されている。
アーク電極５は板状に形成されているので、支持台１０と対向する方向と逆の方向にはターゲット３を遮蔽するものがなく開口部１８とされている。
【００２４】
偏向部１１は、磁石（磁場の発生源）２０と、磁石２０から生じる磁力線の方向を調整する鉄製のＬ字状ヨーク２２とを備えている。磁石２０は、Ｌ字状ヨーク２２の一方の側部２２Ａに配されている。
蒸着源７は、この一方の側部２２Ａ側のＬ字状ヨーク２２の先端側に配されている。
【００２５】
支持台１０は、略円板状に形成され、光学素子成形用型母材８を載置する表面の法線が中心軸線Ｃと同一方向とされている。そして、支持台１０は、蒸着源７近傍におけるプラズマ６の放出方向に対して中心軸線Ｃが傾くように、Ｌ字状ヨーク２２の他方の側部２２Ｂに配されている。本実施形態においては、プラズマの放出方向と中心軸線Ｃとは略直交している。
【００２６】
光学素子成形用型母材８は直径２０ｍｍとされている。ここで、本実施形態では光学素子成形用型母材８上のプラズマ６は直径１０ｍｍ程度とされており、光学素子成形用型母材８の直径の半分程度となる。従って、光学素子成形用型母材８の表面全体を均一に処理するため、支持台１０の中心軸線Ｃから１０ｍｍ径方向外方に離間した位置に載置されている。
移動部１２は、支持台１０を中心軸線Ｃ回りに回転駆動させるステッピングモータ２３と、両者をつなぐ回転軸２５とを備えている。
【００２７】
次に、本実施形態に係る表面処理装置１による表面処理方法、及び、作用・効果を説明する。
まず、真空チャンバ２内を真空引きした後、ステッピングモータ２３を回転して回転軸２５とともに光学素子成形用型母材８が載置された支持台１０を回転する。
【００２８】
この状態で、トリガー電源１６によりトリガー電極１５とターゲット３間に高圧パルス電圧を印加する。このとき、絶縁部材１３の先端１３ａに瞬間的に沿面放電が発生し、トリガー電極１５と絶縁部材１３から突出したターゲット３との間に電流が流れて、ターゲット３の表面にアークスポット３Ａが発生する。
【００２９】
アークスポット３Ａからターゲット３のプラズマが僅かに発生することによって、ターゲット３とアーク電極５との間に電気回路ＥＣを形成する。その結果、アーク電極５とターゲット３との間でアーク放電が生じ、アーク電源１７に配線されている図示しないコンデンサに貯められた電気が一瞬でアーク電極５からターゲット３へ放電されてターゲット３のプラズマが発生する。
【００３０】
発生したプラズマは、ターゲット３を流れる電流によって生じる磁場によって蒸着源７の先端側に電磁力を受け、プラズマが速度を持って移動して蒸着源７から外部に放出される。その後、偏向部１１の磁場によって経路が変更されて光学素子成形用型母材８へと誘導される。
【００３１】
一方、アーク放電によって、ドロップレット及び飛散粒子２６もターゲット３から直線運動的に飛散する。
しかし、支持台１０方向に飛散するものはアーク電極５に遮られてこれに付着又は開口部１８の方向に反射してしまう。これらは電気的に中性であるので、偏向部１１による磁場の影響を受けない。従って、支持台１０以外の方向に飛散したものと同様に真空チャンバ２の内壁面等に衝突して付着又は反射してチャンバ下方側に落下する。
こうして、清浄なプラズマ６のみが偏向部１１によって経路が変えられ、光学素子成形用型母材８に到達して、図３に示すように、膜体２７が形成された光学素子成形用型２８を製造する。
【００３２】
この表面処理装置１によれば、アーク電極５が、支持台１０とターゲット３との間に延びて配されているので、プラズマ６に含まれるドロップレットや飛散粒子２６をアーク電極５に衝突させて支持台１０と異なる方向に反射させることができる。従って、ドロップレットや飛散粒子２６が直接支持台１０方向へ進行するのを抑えて支持台１０やそれに載置された光学素子成形用型母材８以外の部分に衝突又は付着させることができ、清浄なプラズマ６を蒸着源７から放出させることができる。また、偏向部１１によってプラズマを支持台の方向に効率良く誘導することができる。
【００３３】
この際、支持台１０に載置した光学素子成形用型母材８に対してターゲット３を遮蔽可能な長さになるように、アーク電極５がターゲット３の先端３ａよりも突出して配されているので、ターゲット３の先端３ａから支持台１０の方向に直線的に飛散するドロップレットや飛散粒子２６であってもアーク電極５に当てて反射させ、支持台１０とは逆の方向の開口部１８側に経路を変えることができる。
【００３４】
また、Ｌ字状ヨーク２２の大きさを調整することによって磁力線の方向を変えることができ、蒸着源７から放出されるプラズマ６の経路を支持台１０方向に精度よく誘導することができる。
このとき、移動部１２によって支持台１０が回転移動されるので、光学素子成形用型母材８表面におけるプラズマ６の照射位置を変えることができ、プラズマ６が光学素子成形用型母材８の表面全体にわたって均等に照射されるので、表面を均等に処理することができる。
【００３５】
また、光学素子成形用型母材８から表面処理装置１によって表面処理される光学素子成形用型２８によれば、ドロップレットや飛散粒子２６によるミクロ的な表面欠陥が好適に抑えられ、高密度、高密着強度、かつ、欠陥の極めて少ない表面を得ることができる。
【００３６】
次に、第２の実施形態について図４を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る表面処理装置３０の蒸着源３１に係るアーク電極３２が、図４（ａ）に示すように、円筒形状のステンレス部材とされ、先端３２ａ側が半円筒状に形成されているとした点である。
【００３７】
この表面処理装置３０も第１の実施形態と同様の方法にて使用する。
このとき、アーク電極３２が上述の構成とされているので、図４（ｂ）に示すように、アーク放電によって発生したドロップレット又は飛散粒子２６のうち、アーク電極３２の先端３２ａで開口部１８の方向に直線的に飛散したものはそのままその方向に飛散する一方、支持台１０の方向に飛散したものは、アーク電極３２の半円筒壁面に衝突して反射し、異なる経路にて飛散する。
【００３８】
この際、アーク電極３２がターゲット３の周囲略全体を覆っているので、アーク放電がターゲット３の全周面から均等に生じやすい。従って、ターゲット３から均一にプラズマ６を発生させることができ、ターゲット３の損傷をより少なくすることができる。
【００３９】
次に、第３の実施形態について図５及び図７を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第３の実施形態と第２の実施形態との異なる点は、図５に示すように、本実施形態に係る表面処理装置３５が、フィードスルー３６を介して支持台１０に接続されて光学素子成形用型母材８に負のバイアス電圧を印加するバイアス電源部３７を備えているとした点である。
【００４０】
バイアス電源部３７は、図示しないコンピュータによってターゲット３とアーク電極３２との間にアーク放電が起こったことを検知して光学素子成形用型母材８にバイアス電圧を印加するように制御されている。
このバイアス電圧はパルス状とされている。
【００４１】
次に、本実施形態に係る表面処理装置３５の使用方法、及び、作用・効果について説明する。
上述と同様の操作によって、ターゲット３とアーク電極３２との間にアーク放電を起こさせ、蒸着源３１からプラズマ６を発生させる。そして、図６に示すように、プラズマが発生する度にパルス状のバイアス電圧をバイアス電源部３７から印加する。このとき、プラズマイオンが正に帯電しているので、プラズマ６からイリジウムイオンが容易に取り出され、光学素子成形用型母材８内に注入される。
この際、電圧を漸次変化することによって、イリジウム濃度が漸次変化する傾斜組成とすることができる。
【００４２】
例えば、アーク放電が約６００μ秒の長さで起こる場合、バイアス電圧のパルス幅を１２μ秒、インターバルを１３μ秒、バイアス電圧を−１０ｋＶとして印加する。これを２５０回繰り返し、その後電圧を−７．５ｋＶ、―５ｋＶ、−３ｋＶと変化させ、かつ、それぞれ２５０回の繰り返し数にて印加する。このとき、図６に示すように、アーク放電の放電の電流パターンと注入時の電流パターンが同期して行われる。
【００４３】
さらに、その後、光学素子成形用型母材８に印加するバイアス電圧を−３００Ｖとし、ターゲット３をイリジウム合金に変えて上述と同様の方法によってプラズマを発生させて８０００回のプラズマ照射を行う。
こうして、図７に示すように、イリジウムよりなる傾斜層３８の上に約６００ｎｍの厚さのイリジウム合金よりなる保護膜４０が形成された光学素子成形用型４１を得る。
【００４４】
この表面処理装置３５によれば、負のバイアス電圧を印加することによって、清浄となったプラズマ６の粒子を光学素子成形用型母材８の表面のみならずその内部に注入させることができる。この際、バイアス電源部３７からのバイアス電圧がパルス状とされているので、プラズマ６の粒子をより加速して光学素子成形用型母材８に衝突させて所望の表面処理を行うことができる。
【００４５】
また、この結果得られた光学素子成形用型４１によれば、ドロップレットや飛散粒子によるミクロ的な表面欠陥が好適に抑えられ、高密度、高密着強度の表面処理を行うことができる。
なお、この光学素子成形用型４１を用いて、例えば、ガラス成形を２００００回繰り返し行っても、光学素子成形用型母材８の表面の膜剥離等の異常は見られなかった。
【００４６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、ターゲット３の形状を棒状としているが、ペレット状、線状、円筒状であっても構わない。
また、偏向部１１が磁石２０とＬ字状ヨーク２２とを備えて磁場によりプラズマ６の経路を偏向させるものとしているが、９０度以外の角度のヨークや電磁石であっても構わない。また、磁場でなく電場を発生させてこの電磁力によってプラズマの経路を偏向させても構わない。
【００４７】
さらに、アーク電極の形状は板状、円筒状に限らず、楕円形状や多角形状であっても構わない。
また、バイアス電圧の波形等の条件は処理の目的に合わせて自由に設定してもよく、例えば、正電圧と負電圧とを交互に混ぜ合わせた波形や、定常電圧を正の低電圧として引き寄せられるプラズマイオンの速度を低下させてもよい。
【００４８】
また、ターゲットはイリジウムのみならず、金や白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム等の貴金属類、又は炭素であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表面処理装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る表面処理装置の蒸着源を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る表面処理装置により得られる光学素子成形用型を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る表面処理装置の（ａ）蒸着源に係るアーク電極を示す斜視図、（ｂ）蒸着源を示す概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る表面処理装置を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る表面処理装置のバイアス電圧を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る表面処理装置により得られる光学素子成形用型を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、３０、３５  表面処理装置
３  ターゲット
５、３２  アーク電極（陽極部）
６  プラズマ
７、３１  蒸着源
８  光学素子成形用型（被処理体）
１０  支持台
１１  偏向部
１２  移動部
２０  磁石（磁場の発生源）
２２  Ｌ字状ヨーク
２６  ドロップレット及び飛散粒子
２８、４１  光学素子成形用型
３７  バイアス電源部
【図１】
2006161063.tif 000003
【図２】
2006161063.tif 000004
【図３】
2006161063.tif 000005
【図４】
2006161063.tif 000006
【図５】
2006161063.tif 000007
【図６】
2006161063.tif 000008
【図７】
2006161063.tif 000009