JP2000054142A - マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極上に載置される基体の厚みや形状の大き
さが変わった場合でも基体の表面に適正厚みの皮膜を均
一に形成することができるマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置を提供する。 【解決手段】 マイクロ波導波管２０と、誘電体窓１３
を隔ててマイクロ波導波管２０に連結された真空容器１
０と、真空容器１０内に配設されると共に基体１１を支
持する基体支持手段１２と、真空容器１０に原料ガスを
供給するガス供給手段１５と、真空容器１０内のガスを
排気する真空排気手段１６と、真空容器１０内にプラズ
マ４７を発生させるプラズマ発生手段１４とを具備する
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置Ａにおいて、基体支持手
段１２とプラズマ発生手段１４が真空容器１０内の上下
部にそれぞれ配設され、基体支持手段１２をプラズマ発
生手段１４に対して昇降することによって基体支持手段
１２とプラズマ発生手段１４との間の間隔を変え、プラ
ズマ４７の形状を自由に調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波によっ
てプラズマを発生させ、基体の表面にダイヤモンド皮膜
等を形成することができるマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記した目的に供されるマイクロ
波プラズマＣＶＤ装置として米国特許第５５５６４７５
号明細書に記載されているマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置があり、その構成を図４に示す。図示するように、
上、下プレート６０、６１及び環状リング６３から形成
される反応チャンバー６４内には、平板状の電極６５が
同心円的に配置されており、電極６５は環状の誘電体バ
リア６６によって下プレート６１に支持されている。誘
電体バリア６６の下部空間の中央部はマイクロ波導波管
６７に連通しており、その周縁部は誘電体バリア６６を
介して反応チャンバー６４内の周縁部６８を介して、電
極６５と頂板６９との間に介設されるプラズマ発生空間
７０に連通している。また、反応チャンバー６４には、
原料ガスを反応チャンバー６４内に流入するためのガス
供給口７１と、反応チャンバー６４内を真空にすると共
に余剰ガスを流出するためのガス流出口７２が設けられ
ている。かかる構成によって、マイクロ波導波管６７を
通してマイクロ波を反応チャンバー６４内に送り原料ガ
スを励起することによって、電極６５の表面上に偏平な
円盤状のプラズマ７３を形成することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したマイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置は、未だ、以下の解決すべき
課題を有していた。即ち、電極６５上に載置される基体
７４の厚みや形状の大きさが変わった場合でも、基体７
４の表面に適正厚みの皮膜を均一に形成するためには、
基体７４の厚みや形状の大きさに応じて電極６５の表面
上に形成されるプラズマ７３の形状を調整する必要があ
る。

【０００４】しかし、上記したマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置においては、電極６５が反応チャンバー６４の下
方に固定設置されているため、頂板６９を上プレート６
０に支持する支持プレート７５の厚みを変えるしかな
く、かかる作業は煩雑であると共に、プラズマ７３の形
状を自由に調整することができなかった。本発明は、上
記した課題を解決することができる、即ち、電極上に載
置される基体の厚みや形状の大きさが変わった場合でも
基体の表面に適正厚みの皮膜を均一に形成することがで
きるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、
マイクロ波導波管と、誘電体窓を隔てて前記マイクロ波
導波管に連結された真空容器と、該真空容器内に配設さ
れると共に基体を支持する基体支持手段と、前記真空容
器に原料ガスを供給するガス供給手段と、前記真空容器
内のガスを排気する真空排気手段と、前記真空容器内に
プラズマを発生させるプラズマ発生手段とを具備するマ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置において、前記プラズマ発
生手段によって発生される前記プラズマの形状を無段階
で調整可能としている。

【０００６】本発明に係るマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置は、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を以下の構成とし
たことにも特徴を有する。 基体支持手段とプラズマ発生手段が、真空容器内の
上下部にそれぞれ配設され、基体支持手段をプラズマ発
生手段に対して昇降することによって基体支持手段とプ
ラズマ発生手段との間の間隔を調整可能としている。 真空容器内に、プラズマを囲むようにしてプラズマ
規制リングが同心円的に配設されている。 プラズマ発生手段の電極が、端面が下方に向けて突
出する小径部とその環状端面が小径部の端面より上方に
位置する大径部とから形成されている。 マイクロ波導波管が上流側水平管と下流側垂直管と
を直交状態に連設することによって形成され、直交部に
マイクロ波の曲がりを促進するブロックが取り付けられ
ている。

【０００７】

【発明を実施するための形態】以下、添付図に示す一実
施の形態を参照して、本発明を具体的に説明する。ま
ず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るマイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置Ａの全体構成について説明す
る。図示するように、真空状態に保持されている真空容
器１０の内部において、その下部には基体１１を載置し
た基体支持手段の一例である基体支持台１２が配設され
ており、その上部には、石英ガラス等の誘電体からなる
誘電体窓１３とプラズマ発生手段の要部を形成する電極
１４とが積層状態に配列されている。また、真空容器１
０の側壁には、真空容器１０内に原料ガス（例えば、水
素とメタンの混合ガス）を供給するガス流入口１５と、
真空容器１０内を真空にすると共に余剰ガスを流出する
ためのガス流出口１６が設けられている。

【０００８】また、誘電体窓１３の内部に形成される空
間１７は、上流側水平管１８と下流側垂直管１９とから
構成されるマイクロ波導波管２０の下流側端に連通連結
されている。一方、マイクロ波導波管２０の上流側端
は、入射波パワーモニター２１、チューナー２２、反射
波パワーモニター２３、アイソレータ２４を介して、マ
イクロ波を発生するマグネトロン２５に連通連結されて
いる。

【０００９】次に、図２及び図３を参照して、上記した
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置Ａの各部の構成について
詳細に説明する。図示するように、真空容器１０は、水
冷構造を有する上部壁２６と、下部壁２７とを、水冷構
造を有する環状側壁２８によって連結することによって
構成されており、その内部には真空空間２９が形成され
ている。真空容器１０の真空空間２９の下部中央部に
は、基体支持台１２が、下部壁２７に設けた貫通孔３０
を通して昇降自在に配設されている。基体支持台１２
は、その下方に位置する昇降装置３１に連動連結されて
おり、昇降装置３１を駆動することによって基体支持台
１２及び基体支持台１２の頂面に載置支持されている基
体１１を無段階に昇降することができる。基体支持台１
２も高熱を受けるため水冷構造を有しており、その頂面
には、基体１１を載置支持するための基体載置板３２が
固着されている。なお、貫通孔３０の内周面と基体支持
台１２の外周面との間には、真空空間２９の気密性を維
持するためのＯリング等の気密シール３３が装着されて
いる。

【００１０】真空装置１０の真空空間２９の上部中央部
には、中空円板状の電極１４が、基体支持台１２と垂直
方向に対峙した状態で配置されている。電極１４は、端
面が下方に向けて突出する小径部３４と、その環状端面
が小径部３４の端面より上方に位置する大径部３５とか
ら形成されている。また、電極１４も高熱を受けるため
冷却構造を有する。即ち、電極１４の大径部３５に内部
には冷却水流入空間３６が形成されており、冷却水流入
空間３６には、冷却水供給管３７と冷却水還流管３８の
二重管構造を有する冷却パイプ３９の先部が開口してい
る。

【００１１】冷却パイプ３９は、真空容器１０の上部壁
２６に設けた貫通孔４０を通して外部に導出され、その
後、マイクロ波導波管２０の下流側垂直管１９及び上流
側水平管１８の端部を挿通して外部に導出されている。

【００１２】貫通孔４０の内周面と冷却パイプ３９の外
周面との間には環状連通孔４１が形成されている。環状
連通孔４１の下端開口は誘電体窓１３の内部に形成され
る空間１７に連通連結されている。一方、環状連通孔４
１の上端開口は、マイクロ波導波管２０の下流側垂直管
１９の内周面と冷却パイプ３９の外周面との間に形成さ
れる垂直導波流路４２を通して、上流側水平管１８内に
形成される水平導波流路４３に連通連結されている。

【００１３】マイクロ波導波管２０の上流側水平管１８
と下流側垂直管１９が直交状態に連通連結される個所に
は、水平方向に流れるマイクロ波の直交方向への曲がり
を促進するためのブロック４４が取り付けられている。

【００１４】即ち、上流側水平管１８と下流側垂直管１
９の直交部において、上流側水平管１８の上面には、冷
却パイプ３９を同心円的に囲繞する状態で、厚肉円板状
のブロック４４が取りつけられており、ブロック４４の
外周面は、下方に向けて直径が漸次小さくなるテーパ状
に形成されている。なお、ブロック４４は好ましくはア
ルミニウム製とする。

【００１５】真空容器１０の真空空間２９の上部には、
積層状態の誘電体窓１３と電極１４とを同心円的に囲繞
する環状の第１のプラズマ規制リング４５が配設されて
おり、その上端面は真空容器１０の上部壁２６に連結さ
れている。一方、第１のプラズマ規制リング４５の下端
面は、電極１４の下端面よりわずか上方をなす位置まで
伸延している。なお、第１のプラズマ規制リング４５
は、好ましくはアルミニウム製とする。

【００１６】また、真空容器１０の真空空間２９の下部
には、基体支持台１２を同心円的に囲繞する環状の第２
のプラズマ規制リング４６が配設されており、その上端
面は真空容器１０の下部壁２７に連結されている。一
方、第２のプラズマ規制リング４６の下端面は、電極１
４上に最大厚みのプラズマ４７を形成する際に電極１４
が取る位置における電極１４上の基体１１の表面と略同
じ位置まで上方に伸延している。なお、第２のプラズマ
規制リング４６も、好ましくはアルミニウム製とする。

【００１７】次に、上記した構成を有するマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置Ａを用いて基体１１の表面に硬質物質
からなる皮膜を形成する方法について説明する。全波整
流後平滑化した直流電圧をマグネトロン２５に印加する
ことによって、マグネトロン２５から連続的に一定の出
力で発振されたマイクロ波は、アイソレーター２４、反
射波パワーモニター２３、チューナー２２、入射波パワ
ーモニター２１、マイクロ波導波管２０を経て、誘電体
窓１３を介して真空容器１０内に導かれて、基体支持台
１２上に支持されている基体１１に照射される。そし
て、原料ガスの分解によって、基体１１の表面にダイヤ
モンド等の硬質物質からなる皮膜を形成することができ
る。

【００１８】この際、基体１１の表面に形成される皮膜
の厚さは、基体１１の厚みや形状の大きさに基づいて調
整することが必要になるが、このような調整は、基体１
１の表面と電極１４との間のプラズマ形成空間に形成さ
れるプラズマの形状を自由に変えることによって達成さ
れる。

【００１９】本実施の形態では、図２及び図３に示すよ
うに、基体支持台１２は、昇降装置３１を駆動すること
によって無段階に昇降することができるので、所望の形
状のプラズマ４７を基体１１の表面と電極１４との間の
プラズマ形成空間に形成することができ、基体１１の厚
みや形状の大きさ如何にかかわらず、所定の厚みを全体
にわたって有する皮膜を基体１１の表面にすることがで
きる。特に、図３に示すように、プラズマ４７を可及的
に偏平化することによって、広い面積を有する基体１１
にも皮膜を形成することが可能となり、しかも、皮膜を
均一な厚みとすることができる。

【００２０】本実施の形態では、図２及び図３に示すよ
うに、真空容器１０内に、プラズマ４７を囲むようにし
て第１及び第２のプラズマ規制リング４５、４６が同心
円的に配設されているので、プラズマ４７が片方によっ
たり分割されたりするのを防止することができ、所定の
形状を有するプラズマ４７をプラズマ形成空間に容易か
つ確実に形成することができる。本実施の形態では、電
極１４が、端面が下方に向けて突出する小径部３４とそ
の環状端面が小径部の端面より上方に位置する大径部３
５とから形成されているので、この面からもプラズマ４
７の偏平化を助長することができる。

【００２１】本実施の形態では、マイクロ波導波管２０
が上流側水平管１８と下流側垂直管１９とを直交状態に
連設することによって形成され、直交部にマイクロ波の
曲がりを促進する節を形成できるブロック４４が取り付
けられている。従って、マグネトロン２５によって発振
したマイクロ波を、上流側水平管１８から下流側垂直管
１９に円滑に移送してマイクロ波を円滑に真空容器１０
に移送することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明では、
真空容器内の下部に設けた基体支持台は、昇降装置を駆
動することによって無段階に昇降することができるの
で、所望の形状のプラズマを基体の表面と電極との間の
プラズマ形成空間に形成することができ、基体の厚みや
形状の大きさ如何にかかわらず、所定の厚みを全体にわ
たって有する皮膜を基体の表面にすることができる。特
に、プラズマを可及的に偏平化することによって、広い
面積を有する基体にも皮膜を形成することが可能とな
り、しかも、皮膜を均一な厚みとすることができる。

【００２１】真空容器内に、プラズマを囲むようにして
プラズマ規制リングが同心円的に配設されているので、
プラズマが片方によったり分割されたりするのを防止す
ることができ、所定の形状を有するプラズマをプラズマ
形成空間に容易かつ確実に形成することができる。

【００２２】電極が、端面が下方に向けて突出する小径
部とその環状端面が小径部の端面より上方に位置する大
径部とから形成されているので、この面からもプラズマ
の偏平化を助長することができる。

【００２３】マイクロ波導波管が上流側水平管と下流側
垂直管とを直交状態に連設することによって形成され、
直交部にマイクロ波の曲がりを促進するブロックが取り
付けられているので、マイクロ波導波管を通してマイク
ロ波を円滑に真空容器に送ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るマイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置の全体構成を示す概念的説明図である。

【図２】同要部拡大断面正面図である。

【図３】昇降装置を駆動して電極と基体間の間隔を異な
らせた場合の同要部拡大断面正面図である。

【図４】従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の構成説
明図である。

【符号の説明】

Ａ・・・ マイクロ波プラズマＣＶＤ装置 １０・・・ 真空容器 １１・・・ 基体 １２・・・ 基体支持台 １３・・・ 誘電体窓 １４・・・ 電極 １５・・・ ガス流入口 １６・・・ ガス流出口 ２０・・・ マイクロ波導波管 ４７・・・ プラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 勝 山口県下松市東豊井1296番地の１ 東洋鋼 鈑株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K030 BA28 FA01 GA02 JA03 KA12 KA15 KA30 KA45

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波導波管と、誘電体窓を隔てて
   前記マイクロ波導波管に連結された真空容器と、該真空
   容器内に配設されると共に基体を支持する基体支持手段
   と、前記真空容器に原料ガスを供給するガス供給手段
   と、前記真空容器内のガスを排気する真空排気手段と、
   前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手
   段とを具備するマイクロ波プラズマＣＶＤ装置におい
   て、 前記プラズマ発生手段によって発生される前記プラズマ
   の形状を無段階で調整可能としたことを特徴とするマイ
   クロ波プラズマＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】 前記基体支持手段と前記プラズマ発生手
   段が、前記真空容器内の上下部にそれぞれ配設され、前
   記基体支持手段を前記プラズマ発生手段に対して昇降す
   ることによって前記基体支持手段と前記プラズマ発生手
   段との間の間隔を調整可能としたことを特徴とする請求
   項１記載のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】 前記真空容器内に、前記プラズマを囲む
   ようにしてプラズマ規制リングが同心円的に配設される
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ波プラ
   ズマＣＶＤ装置。
4. 【請求項４】 前記プラズマ発生手段の電極が、端面が
   下方に向けて突出する小径部とその環状端面が前記小径
   部の端面より上方に位置する大径部とからなることを特
   徴とする請求項１〜３のうちいずれかの請求項記載のマ
   イクロ波プラズマＣＶＤ装置。
5. 【請求項５】 前記マイクロ波導波管が上流側水平管と
   下流側垂直管とを直交状態に連設することによって形成
   され、直交部にマイクロ波の曲がりを促進するブロック
   が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４の
   うちいずれかの請求項記載のマイクロ波プラズマＣＶＤ
   装置。