(57)【要約】【課題】被処理体の表面の所望の位置に所望の密着強度を有する表面処理を行う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た光学素子成形用型、さらにこの光学素子成形用型から製造された光学素子を提供すること。【解決手段】絶縁物を介してトリガー電極と接続されたターゲットと、ターゲットの周囲にアーク放電を誘起させるアーク電極とを有し、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８をターゲットの先端方向に放出する蒸着源１０と、蒸着源１０近傍におけるプラズマ８の放出方向に対して傾いて配されたキュベット心金母材１１に向かって、プラズマ８の進行方向を偏向させる偏向部１３とを備え、偏向部１３が、キュベット心金母材１１の表面に可変の磁束密度分布を生じさせて、プラズマ８に空間磁場を与える磁場付与部２１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】
絶縁物を介してトリガー電極と接続されたターゲットと、該ターゲットの周囲にアーク放電を誘起させるアーク電極とを有し、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、
前記蒸着源近傍における前記プラズマの放出方向に対して傾いて配された被処理体に向かって、前記プラズマの進行方向を偏向させる偏向部とを備え、
該偏向部が、前記被処理体表面に可変の磁束密度分布を生じさせて、前記プラズマに空間磁場を与える磁場付与部を備えていることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記磁場付与部が、個別に出力が制御される複数の電磁石を備え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】
前記磁場付与部が、前記被処理体近傍又は前記蒸着源近傍に配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記偏向部が、前記蒸着源が配された一方の側部と、該一方の側部に対して略直交する方向に延びる他方の側部とを有して、前記磁場付与部が配されるＬ字状ヨークを備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の表面処理装置。
【請求項５】
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４の何れか一つに記載の表面処理装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一つに記載の表面処理装置によって表面処理された被処理体から製造されることを特徴とする光学素子成形用型。
【請求項７】
請求項６に記載の光学素子成形用型により製造されたことを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理装置、光学素子成形用型及び光学素子に関する。
【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して被処理体の表面に保護膜を形成させ、又はイオン注入を行うために表面処理装置が使用される。このような表面処理装置として、プラズマとともに放出されるドロップレット等の飛散粒子の被処理体への到達を規制するために、真空容器中にリング状又はコイル状の磁石を配して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るものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この表面処理装置によれば、偏向磁場によりプラズマの輸送経路のみを偏向させることができ、この方向に被処理体を配することによってドロップレット等の被処理体への飛来を規制するものが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２２５１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の表面処理装置にて光学素子成形用型の表面を処理しても、光学素子成形用型の成形面に変曲点による湾曲部分がある場合等には、光学素子成形時に、成形面の保護膜に強いせん断応力が発生しやすく、膜剥離が発生する場合が多い。特に、高温で成形する硝材では、このような現象が顕著となる。一方、キュベットのような光学素子の場合、その形状特性から成形後に心金を抜こうとしても心金が抜けづらいので、心金に保護膜を設けても剥離しやすく、心金の耐久性に問題を生じている。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、被処理体の表面の所望の位置に所望の密着強度を有する表面処理を行う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た光学素子成形用型、さらにこの光学素子成形用型から製造された光学素子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】
【０００５】
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、絶縁物を介してトリガー電極と接続されたターゲットと、該ターゲットの周囲にアーク放電を誘起させるアーク電極とを有し、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、前記蒸着源近傍における前記プラズマの放出方向に対して傾いて配された被処理体に向かって、前記プラズマの進行方向を偏向させる偏向部とを備え、該偏向部が、前記被処理体表面に可変の磁束密度分布を生じさせて、前記プラズマに空間磁場を与える磁場付与部を備えていることを特徴とする。
【０００６】
この発明は、磁場付与部により被処理体の表面の磁束密度分布を任意に設定することができる。そのため、被処理体表面の任意の場所に磁束密度の高い箇所を設けて、その場所により多くのプラズマを供給することができる。
【０００７】
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、前記磁場付与部が、個別に出力が制御される複数の電磁石を備えていることを特徴とする。
この発明は、個々の電磁石の出力を異ならせることによって、被処理体表面の磁束密度を所望の分布にすることができる。そのため、被処理体の形状に合わせて磁石を配置しなくても、所望の磁束密度分布に変化させることができる。
【０００８】
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、前記磁場付与部が、前記被処理体近傍又は前記蒸着源近傍に配されていることを特徴とする。
この発明は、プラズマが被処理体に到達するときに、又はプラズマが蒸着源から放出されるときに、プラズマを磁場付与部に基づく磁束密度分布に応じて分散させることができる。
【０００９】
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、前記蒸着源が配された一方の側部と、該一方の側部に対して略直交する方向に延びる他方の側部とを有して、前記磁場付与部が配されるＬ字状ヨークを備えていることを特徴とする。
この発明は、磁場付与部が一方の側部又は他方の側部の何れに配されても、磁場付与部により形成される磁場をより安定化することができ、プラズマの分布をより好適に制御することができる。
【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。
この発明は、被処理体にバイアス電圧を付加することにより、ターゲットイオンを加速して被処理体に衝突させることができる。この際、バイアス電圧の大きさを制御することにより、ターゲットイオンを被処理体に注入したり、高密度又はアモルファス状の成膜を行ったりすることができる。
【００１１】
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表面処理された被処理体から製造されることを特徴とする。
また、本発明に係る光学素子は、本発明に係る光学素子成形用型により製造されたことを特徴とする。
【００１２】
この発明は、光学素子成形用型及び光学素子の光学鏡面を高品質に維持させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被処理体の表面の所望の位置に所望の密着強度を有する表面処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図６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、筒状の絶縁物３を介してトリガー電極５と接続されたターゲット６と、ターゲット６の周囲にアーク放電を誘起させるアーク電極７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８をターゲット６の先端６ａ方向に放出する蒸着源１０と、略直方体状のキュベット心金母材（被処理体）１１を載置する支持台１２と、キュベット心金母材１１に向かってプラズマ８の進行方向を偏向させる偏向部１３とを備えている。
【００１５】
真空チャンバ２の外部には、内部を大気圧から所定の圧力まで調整する図示しない真空排気系、トリガー電源１５、アーク電源１６、及び後述するバイアス電源部２０がそれぞれ接続されている。
【００１６】
ターゲット６は、例えば、棒状のイリジウムから構成されている。
トリガー電極５及びアーク電極７はそれぞれトリガー電源１５及びアーク電源１６の陽極側に接続されており、ターゲット６がトリガー電源１５及びアーク電源１６の陰極側に接続されている。また、アーク電源１６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７とターゲット６とは電気的に接続されていない。
【００１７】
アーク電極７は、円筒形状のステンレス部材とされ、内部にターゲット６が挿通されている。アーク電極７は、支持台１２に載置したキュベット心金母材１１に対してターゲット６を遮蔽可能な長さに形成されている。アーク電極７の先端７ａ側は、ターゲット６の先端６ａよりも突出する一方、支持台１２の遠位側が半円筒状に切り欠かれて開口している。
【００１８】
支持台１２は、平板状に形成され、蒸着源１０近傍におけるプラズマ８の放出方向Ｄに対して略垂直方向に傾くように、後述するＬ字状ヨーク２２の他方の側部２２Ｂ側に配されている。キュベット心金母材１１は、支持台１２の略中心部に装着されている。この支持台１２には、ターゲット６に対して支持台１２を支持台１２の二軸方向に揺動させる揺動部１７が接続されている。揺動部１７は、図示しない支持台揺動用駆動系等を備えている。
【００１９】
支持台１２には、ケーブル１８を介してキュベット心金母材１１に負のバイアス電圧を印加するバイアス電源部２０が接続されている。バイアス電源部２０は、図示しないコンピュータによってターゲット６とアーク電極７との間にアーク放電が起こったことを検知してキュベット心金母材１１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。
【００２０】
偏向部１３は、キュベット心金母材１１の表面１１ａに可変の磁束密度分布を生じさせて、プラズマ８に空間磁場を与える磁場付与部２１と、磁場付与部２１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。
【００２１】
磁場付与部２１は、キュベット心金母材１１が配された位置とその近傍で、支持台１２に対向してＬ字状ヨーク２２に配された複数の電磁石２３と、各電磁石２３に電源ケーブル２５を介して接続され、各電磁石２３に対して図示しない制御部によって個別に制御された電力を出力する電源部２６とを備えている。各電磁石２３は、図３に示すように、複数の電磁石２３がキュベット心金母材１１に対向可能な大きさに形成されている。これら電磁石２３は、Ｌ字状ヨーク２２の後述する他方の側部２２Ｂに所定の間隔にて略一様に分布して配されている。
【００２２】
Ｌ字状ヨーク２２は、プラズマ８の放出方向Ｄに対して略直交する方向に延びる一方の側部２２Ａと、一方の側部２２Ａと直交する方向に、即ち、支持台１２と略平行に延びる他方の側部２２Ｂとを備えている。一方の側部２２Ａには、Ｌ字状ヨーク２２によって形成される磁力線の経路上となる位置に蒸着源１０が配されている。
【００２３】
次に、本実施形態に係る表面処理装置１の作用について、図４及び図５をさらに用いて説明する。
まず、支持台１２に表面処理を行うキュベット心金母材１１を装着し、真空チャンバ２内を真空排気系にて真空引きを行う。なお、必要に応じて揺動部１７を駆動する。
【００２４】
この状態で、例えば、磁場シミュレーション結果に基づき、例えば、図４に示すように、キュベット心金母材１１の長手方向に向かって、漸次磁力線Ｌが疎の状態から密の状態となるように予め決められた出力パターンに基づいて、各電磁石２３にそれぞれ所定の電力を電源部２６から供給する。このとき、各電磁石２３には、供給された電力に基づいた磁場が発生し、キュベット心金母材１１に図５に示すような傾斜した磁束密度Ｂ１の分布が生じる。
【００２５】
そして、トリガー電源１５によりトリガー電極５とターゲット６との間に高圧パルス電圧を印加する。このとき、絶縁物３の先端に瞬間的に沿面放電が発生し、トリガー電極５と絶縁物３から突出したターゲット６との間に電流が流れて、ターゲット６の表面にアークスポットＡが発生する。
【００２６】
アークスポットＡからターゲット６のプラズマが僅かに発生することによって、ターゲット６とアーク電極７との間に電気回路が形成され、アーク電極７とターゲット６との間でアーク放電が生じる。そして、アーク電源１６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７からターゲット６へ放電されてターゲット６の軸方向にアーク電流が流れ、プラズマ８が発生する。この際、アーク電極７がターゲット６の略全周面を覆っているので、アーク放電がターゲット６の全周面から均等に生じやすい。従って、ターゲット６から均一にプラズマ８が発生する。そして、プラズマ８が発生する度に、１０ｋＶのパルス状のバイアス電圧をバイアス電源部２０から印加する。
【００２７】
発生したプラズマ８は、ターゲット６を流れる電流によって生じる磁場によってターゲット６の先端６ａ側に電磁力を受け、プラズマ８が速度を持って移動して蒸着源１０から放出方向Ｄに放出され、偏向部１３の磁場によってプラズマ８の輸送経路が、放出方向Ｄから支持台１２の法線方向に偏向され、キュベット心金母材１１へと誘導される。
【００２８】
一方、アーク放電によって、ドロップレットもターゲット６から直線運動的に飛散する。このうち、支持台１２方向に飛散するものはアーク電極７に遮られてこれに付着又はアーク電極７の開口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１３による磁場の影響を受けない。従って、プラズマ８の輸送経路から外れて真空チャンバ２の内壁面等に衝突して付着し、又は反射して最終的に重力によって落下する。
【００２９】
こうして、清浄なプラズマ８がキュベット心金母材１１に到達する。この際、キュベット心金母材１１を貫通する磁力線Ｌが図４に示すような状態となっているので、プラズマ８も、図５に示すように、磁束密度Ｂ１に沿った勾配を有した分布を示している。
【００３０】
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８からイリジウムイオンが容易に取り出され、キュベット心金母材１１内に注入される。この際、バイアス電源部２０におけるバイアス電圧を漸次変化させることにより、イリジウム濃度が深さ方向に漸次変化する傾斜組成となる。その後、キュベット心金母材１１に印加されるパルス状のバイアス電圧を３００Ｖ程度まで低下させ、蒸着源１０を約３０００回動作させる。このとき、プラズマ８が磁束密度Ｂ１の分布に応じた濃度分布でキュベット心金母材１１に供給されて付着する。その結果、キュベット心金母材１１のイリジウムが注入された傾斜層の上に、図５に示す磁束密度Ｂ１の分布と同様の膜厚分布を有する保護膜が形成される。
【００３１】
同様の操作をキュベット心金母材１１の他の側面についても繰り返す。
キュベット心金母材１１の処理が終了した後は、真空チャンバ２を大気開放して支持台１２から処理後のキュベット心金母材１１を取り出す。こうして、図６に示すように、イリジウムよりなる傾斜層２７Ａの上にイリジウム合金よりなる保護膜２７Ｂが、長手方向に沿って漸次厚みが変化してテーパ状の側面が形成されたキュベット心金（光学素子成形用型）２８を得る。そして、このキュベット心金２８によって、キュベット（光学素子）３０を製造する。
【００３２】
この表面処理装置１によれば、磁場付与部２１の個々の電磁石２３の出力を異ならせることによって、キュベット心金母材１１の表面の磁束密度分布を所望の分布にすることができる。即ち、所望の分布を得るためにキュベット心金母材１１の形状に合わせて磁石や電磁石を配置する必要がない。従って、キュベット心金母材１１の表面にプラズマ８が到達する際に、プラズマ８にも所望の濃度分布を形成させることができる。これによって、所望の場所により多くのプラズマ８を供給することができ、キュベット心金母材１１の表面の所望の位置に、所望の密着強度及び所望の膜厚分布の保護膜を提供する表面処理を行うことができる。
【００３３】
この際、電磁石２３が、支持台１２と対向するＬ字状ヨーク２２の他方の側部２２Ｂに設けられているので、プラズマ８がキュベット心金母材１１に到達するときに、プラズマ８を磁場付与部２１に基づく磁束密度分布に応じて分散させることができる。
【００３４】
また、偏向部１３がＬ字状ヨーク２２を備え、磁場付与部２１の電磁石２３がＬ字状ヨーク２２に配されているので、磁場付与部２１により形成される磁場をより安定化することができ、プラズマ８の分布をより好適に制御することができる。
【００３５】
また、キュベット心金母材１１にバイアス電圧を付加することにより、ターゲットイオンを加速してキュベット心金母材１１に衝突させることができる。この際、バイアス電圧の大きさを制御することにより、ターゲットイオンをキュベット心金母材１１に注入したり、高密度又はアモルファス状の成膜を行ったりすることができる。
なお、成膜する工程に移行後は、例えば、バイアス電圧を０Ｖから数百Ｖの間の所定の直流電圧としても、一般的なプラズマ成膜を行うことができる。
【００３６】
そして、こうして得られたキュベット心金２８によれば、側面が長手方向に対してテーパ状に形成されているので、キュベット心金２８によって成形したキュベット３０からキュベット心金２８を引き抜く際、従来よりも容易に引き抜くことができ、キュベット心金２８の耐久性を向上させ、かつ、キュベット３０の表面の仕上げ精度を向上させることができる。
【００３７】
次に、第２の実施形態について図７から図１０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、本実施形態に係る被処理体が、図示しない凹レンズ（光学素子）を成形するための凹レンズ成形用型（光学素子成形用型）３１の凹レンズ成形用型母材３２であるとした点である。
【００３８】
凹レンズ成形用型母材３２の表面処理は、図７に示すように、第１の実施形態と同様の表面処理装置１を使用する。
この表面処理装置１による凹レンズ成形用型母材３２の表面処理について説明する。
まず、第１の実施形態と同様に、支持台１２に凹レンズ成形用型母材３２を装着し、真空チャンバ２内を真空引きする。
【００３９】
この状態で、磁場シミュレーション結果に基づき、例えば、図８に示すように、凹レンズ成形用型母材３２の中央部３２Ａ及び周縁部３２Ｂのそれぞれから成形面３２ａの変曲点Ｐに向かって、漸次磁力線Ｌが疎の状態から密の状態となるように予め決められた出力パターンに基づいて、各電磁石２３にそれぞれ所定の電力を電源部２６から供給する。このとき、各電磁石２３には、供給された電力に基づいた磁場が発生し、凹レンズ成形用型母材３２に図９に示すような高低を有する磁束密度Ｂ２の分布が生じる。
【００４０】
この凹レンズ成形用型母材３２に対して、凹レンズ成形用型母材３２を貫通する磁力線Ｌが図８に示す状態となっているので、プラズマ８も図９に示すような磁束密度Ｂ２に沿った勾配を有した分布を示している。
こうして、表面における注入濃度が、図９に示すように、磁束密度Ｂ２に沿って漸次変化した分布を有する傾斜層３１Ａが設けられた凹レンズ成形用型３１が得られる（図１０に図示）。
【００４１】
この表面処理装置１によって表面処理された凹レンズ成形用型母材３２によれば、成形面３２ａの変曲点Ｐ近傍でイオン注入密度が大きくなるので、さらに図示しない保護膜を成形面３２ａに成膜した際、従来よりも密着強度を向上させ、かつ、耐久性を向上させることができる。
【００４２】
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、磁場付与部２１の各電磁石２３が、Ｌ字状ヨーク２２の支持台１２と対向する面に配されているとしている。これに対して、図１１に示すように、真空チャンバ２の壁面と対向するＬ字状ヨーク２２の他方の側部２２Ｂに配されている表面処理装置３３としても構わない。この場合も、Ｌ字状ヨーク２２を介して所望の磁場を発生させることができる。
【００４３】
また、図１２に示すように、磁場付与部２１の複数の電磁石２３が、蒸着源１０近傍のＬ字状ヨーク２２の一方の側部２２Ａに配されている表面処理装置３５としても構わない。
この場合、プラズマ８が蒸着源１０から放出されるときに、プラズマ８を磁場付与部２１に基づく磁束密度分布に応じて分散させることができる。
【００４４】
さらに、図１３に示すように、複数の電磁石２３に覆われるように複数の被処理体３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄが並んで配された状態でもよい。この場合、被処理体毎に異なる磁束密度分布を形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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のキュベット心金母材に対する電磁石の配置の概略を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る表面処理装置のキュベット心金母材を通過する磁力線を示す説明図である。
【図５】図４における磁束密度分布を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る表面処理装置によって製造されたキュベット心金、及び、キュベット心金を使用して製造されたキュベットを示す概略断面図である。
【図７】本発明の第２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８】本発明の第２の実施形態に係る表面処理装置の凹レンズ成形用型母材を通過する磁力線を示す説明図である。
【図９】図８における磁束密度分布を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る表面処理装置によって製造された凹レンズ成形用型を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る表面処理装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る表面処理装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の他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。
【符号の説明】
【００４６】
１  表面処理装置
３  絶縁物
５  トリガー電極
６  ターゲット
７  アーク電極
１０  蒸着源
１１  キュベット心金母材（被処理体）
１３  偏向部
２０  バイアス電源部
２１  磁場付与部
２２  Ｌ字状ヨーク
２２Ａ  一方の側部
２２Ｂ  他方の側部
２８  キュベット心金（光学素子成形用型）
３０  キュベット（光学素子）
３１  凹レンズ成形用型（光学素子成形用型）
３２  凹レンズ成形用型母材（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008081797.tif 000012
【図１１】
2008081797.tif 000013
【図１２】
2008081797.tif 000014
【図１３】
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