JP2000096247A - Surface treating device - Google Patents

Surface treating device

Info

Publication number
JP2000096247A
JP2000096247A JP10268405A JP26840598A JP2000096247A JP 2000096247 A JP2000096247 A JP 2000096247A JP 10268405 A JP10268405 A JP 10268405A JP 26840598 A JP26840598 A JP 26840598A JP 2000096247 A JP2000096247 A JP 2000096247A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plug
gas
plasma
nozzle
surface treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10268405A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masamitsu Kitahashi
正光 北橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP10268405A priority Critical patent/JP2000096247A/en
Publication of JP2000096247A publication Critical patent/JP2000096247A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the distribution of radicals of gaseous raw material uniform on a substrate, to make the film thickness on the substrate uniform and to eliminate trouble, such as unnecessary heat transfer to a reduction/expansion nozzle which can occur in the structure of the nozzle and film formation in the nozzle, by surely ejecting supersonic flow from the nozzle. SOLUTION: The gaseous raw material 7 and carrier gas 8 which are formed as plasma and are excited from the blowout port 10a of the plug nozzle 10 is ejected toward a plug slope 2a and are expanded along the conical slope of the plug 1. The streams of the gases 7, 8 intersect with each other at one point at the front end of the plug 2 and thereafter, the gases are introduced in the form of the supersonic plasma flow 11 uniform in the distribution of pressure into the substrate 5 arranged downstream of the plug nozzle 10. This flow collides against the substrate 5 and a film 6 is deposited thereon.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は多結晶シリコン、ダ
イヤモンド、CBN等の機能性薄膜を基板上に成膜した
り、エッチングしたりするなど、基板等の被処理物を表
面処理する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for surface-treating an object to be processed such as a substrate by forming or etching a functional thin film such as polycrystalline silicon, diamond, or CBN on the substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
より、原料ガスをプラズマ化し、これを縮小拡大ノズル
(ラバルノズル)を介して、プラズマジェットとして基
板に噴射させることにより、基板上にダイヤモンド薄膜
を成膜するなどの表面処理を行う技術が、成膜加工の分
野で採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a raw material gas is converted into a plasma, and the plasma is jetted onto a substrate as a plasma jet through a reduction / enlargement nozzle (Laval nozzle), thereby forming a diamond thin film on the substrate. Techniques for performing surface treatment such as film formation have been adopted in the field of film formation processing.

【0003】この場合に、多結晶シリコン、ダイヤモン
ド、CBN等の機能性多結晶薄膜を高成膜速度で高品質
に成膜するためには、薄膜の原料となる原料ガスを、励
起状態を維持したまま短時間で基板まで到達させること
が必要となる。
In this case, in order to form a functional polycrystalline thin film of polycrystalline silicon, diamond, CBN, or the like at a high film forming rate with a high quality, a raw material gas as a raw material of the thin film is maintained in an excited state. It is necessary to reach the substrate in a short time while keeping it.

【0004】そのために、まずたとえば直流アーク放電
によりアーク放電経路を生成し、このアーク放電経路で
発生する熱エネルギーを、プラズマ形成用ガスに与え
る。このプラズマ形成用ガス(プラズマ化されるべきガ
ス)はたとえば、原料ガス(たとえばダイヤモンドの原
料となる炭素を含んだメタンガス)と、キャリアガス
(原料ガスを搬送するガスであり、たとえば水素ガスが
使用される)とから成るガスである。原料ガスは加熱、
プラズマ化されることで、高反応性状態のラジカルにな
る。またキャリアガスは原子状ガスとなる。そしてこの
アーク放電により励起されたプラズマ形成用ガスが縮小
拡大ノズルから超音速の流れになって基板上まで到達さ
れる。この結果、基板上でダイヤモンド薄膜などが成膜
される。
[0004] For this purpose, an arc discharge path is first generated by, for example, DC arc discharge, and thermal energy generated in the arc discharge path is given to a plasma forming gas. The plasma forming gas (gas to be converted into plasma) is, for example, a raw material gas (for example, a methane gas containing carbon which is a raw material for diamond) and a carrier gas (a gas for transporting the raw material gas. ). The raw material gas is heated,
By being converted into plasma, radicals in a highly reactive state are formed. The carrier gas is an atomic gas. The plasma forming gas excited by the arc discharge flows from the reduction / enlargement nozzle at a supersonic flow and reaches the substrate. As a result, a diamond thin film or the like is formed on the substrate.

【0005】ここで基板上の各部分でダイヤモンド薄膜
の膜厚を均一に生成するためには、縮小拡大ノズルから
超音速流を確実に噴出させることによって、基板上での
圧力分布(基板に超音速流が衝突したときの基板上の圧
力分布)を基板上の各部分で均一にして原料ガスのラジ
カルの密度を基板上の各部分で均一にする必要がある。
Here, in order to uniformly generate the thickness of the diamond thin film in each part on the substrate, the pressure distribution on the substrate (the super It is necessary to make the pressure distribution on the substrate when the sonic flow collides) uniform at each part on the substrate, and to make the radical density of the source gas uniform at each part on the substrate.

【0006】仮に縮小拡大ノズルの出口から亜音速流
(音速以下の流れ)が噴出されると、基板上での圧力分
布は、ノズル中心では圧力がきわめて高くなるもののノ
ズル中心から離間されるにつれて圧力が徐々に低下する
という不均一な分布になってしまう。このため原料ガス
のラジカルの密度も同様の不均一な分布になってしま
い、ノズル中心付近では膜厚が厚く形成されるもののノ
ズル中心から離間された基板端部では膜厚が薄くなると
いう、きわめて不均一な膜厚しか得られなくなる。つま
り成膜品質は悪化する。さらに原料ガスのラジカルの密
度が低い基板端部では、その密度が低くなっている分だ
け原料ガスが拡散によって失われていることになる。つ
まり原料ガスが拡散によって失われるため成膜速度が低
下するという問題が発生する。
If a subsonic flow (a flow below the sonic speed) is ejected from the outlet of the contraction / expansion nozzle, the pressure distribution on the substrate is such that the pressure becomes extremely high at the center of the nozzle, but increases as the distance from the nozzle center increases Is gradually reduced, resulting in a non-uniform distribution. For this reason, the radical density of the source gas also has the same non-uniform distribution, and although the film thickness is formed near the center of the nozzle, the film thickness is extremely small at the end of the substrate separated from the center of the nozzle. Only a non-uniform film thickness can be obtained. That is, the film formation quality deteriorates. Furthermore, at the end of the substrate where the radical density of the source gas is low, the source gas is lost by diffusion to the extent that the density is low. That is, there is a problem that the film formation rate is reduced because the source gas is lost by diffusion.

【0007】特公平3−16188号公報には、縮小拡
大ノズルの上流側の圧力P0と下流側の圧力P1の比P1/
P0を臨界圧力比、つまり で表される圧力比以下にして成膜などの表面処理を行う
技術が開示されている。
[0007] Japanese Patent Publication No. 3-16188 discloses a ratio P1 / P1 of the pressure P0 on the upstream side and the pressure P1 on the downstream side of the reduction / enlargement nozzle.
P0 is the critical pressure ratio, that is, A technique for performing a surface treatment such as film formation at a pressure ratio equal to or lower than the pressure ratio is disclosed.

【0008】しかし上記(1)式の臨界圧力比以下の条
件は、ノズルのスロート部における流れを音速にするた
めの必要条件に過ぎない。(1)式の条件では、ノズル
内で垂直衝撃波が形成されることによってノズル出口に
おける流れが亜音速になることもある。このため薄膜の
膜厚は不均一な分布となるとともに、拡散によって原料
ガスが失われて成膜速度が低下してしまう。
However, the condition below the critical pressure ratio in the above equation (1) is only a necessary condition for making the flow in the throat portion of the nozzle sonic. Under the condition of equation (1), the flow at the nozzle outlet may become subsonic due to the formation of a vertical shock wave in the nozzle. For this reason, the film thickness of the thin film becomes unevenly distributed, and the source gas is lost due to diffusion, so that the film forming speed is reduced.

【0009】そこで本件出願に係る出願人は、特願平7
−220497号において、圧力比P1/P0を、下記
(2)式で表される条件となるように圧力P1、P0を調
整する発明を出願している。ただしMは縮小拡大ノズル
の出口面におけるマッハ数であり、γはガスの比熱比で
ある。
Accordingly, the applicant of the present application filed Japanese Patent Application No.
Japanese Patent Application No. 220204/97 filed an invention in which the pressures P1 and P0 are adjusted so that the pressure ratio P1 / P0 satisfies the condition represented by the following equation (2). Here, M is the Mach number at the exit surface of the reduction / enlargement nozzle, and γ is the specific heat ratio of the gas.

【0010】 上記(2)式の条件が満たされれば、理論的には垂直衝
撃波はノズル内には存在できずノズル出口において超音
速流を得ることができる。
[0010] If the condition of the above equation (2) is satisfied, the vertical shock wave cannot theoretically exist in the nozzle, and a supersonic flow can be obtained at the nozzle outlet.

【0011】しかし縮小拡大ノズルで、上記超音速流を
得るための圧力比の条件の設定は難しく安定性がよくな
いという問題がある。すなわち、少しでも上記(2)式
の条件を外れてしまうと垂直衝撃波が形成されノズル出
口における流れは亜音速流になってしまう。
However, there is a problem that it is difficult to set the condition of the pressure ratio for obtaining the above-mentioned supersonic flow with the reduction / expansion nozzle, and the stability is not good. That is, if the condition of the above equation (2) is slightly deviated, a vertical shock wave is formed, and the flow at the nozzle outlet becomes a subsonic flow.

【0012】また縮小拡大ノズルは、断面積が徐々に小
さくなる縮小部と、断面積が最小となるスロート部と、
その下流の断面積が徐々に大きくなる拡大部とから構成
されている。拡大部では所定の膨脹角をもって断面積が
徐々に拡大される。
The reduction / enlargement nozzle includes a reduction portion having a gradually decreasing cross-sectional area, a throat portion having a minimum cross-sectional area,
And an enlarged portion whose downstream cross-sectional area gradually increases. In the enlarged portion, the cross-sectional area is gradually enlarged with a predetermined expansion angle.

【0013】しかし縮小拡大ノズルでは、スロート部に
おける断面積とノズル出口における断面積の比で超音速
の条件が定まるので、ノズル出口としては一定の断面積
を確保する必要がある。しかもノズル内部を流れるガス
の剥離を防止するためには拡大部における膨脹角は一定
以上に大きくすることはできない。このため縮小拡大ノ
ズルの拡大部の長さは、長くならざるを得ないことにな
っていた。
However, in the case of the reduced-expanded nozzle, the condition of supersonic speed is determined by the ratio of the cross-sectional area at the throat portion to the cross-sectional area at the nozzle outlet. Therefore, it is necessary to secure a constant cross-sectional area at the nozzle outlet. Moreover, in order to prevent separation of the gas flowing inside the nozzle, the expansion angle in the enlarged portion cannot be made larger than a certain value. For this reason, the length of the enlarged portion of the reduction / enlargement nozzle has to be increased.

【0014】こうした長い拡大部をガスが通過するため
に、プラズマ化したガスがノズル内壁に接触する面積は
大きくなってしまう。このためプラズマ化したガスから
ノズルへの不要な熱移動が発生してしまい、せっかく活
性化されたプラズマ化ガスの活性度が低下することにな
る。この結果基板に到達するまでに原料ガスが励起状態
から基底状態に戻ってしまうことがあり、効率的に成膜
処理等を行うことができない。
Since the gas passes through such a long enlarged portion, the area where the plasma gas contacts the inner wall of the nozzle becomes large. As a result, unnecessary heat transfer from the plasma gas to the nozzle occurs, and the activity of the plasma gas that has been activated is reduced. As a result, the source gas may return from the excited state to the ground state before reaching the substrate, so that the film forming process or the like cannot be performed efficiently.

【0015】しかもノズルが長くなりプラズマ化ガスが
ノズル内壁に接触する面積が大きくなるに伴い、ノズル
内壁に膜が形成される機会が多くなる。このためプラズ
マ化されたガスが浪費されるとともにノズルのメンテナ
ンスに費用、時間を取られるという問題が発生する。
Further, as the area of the nozzle becomes longer and the area where the plasma gas contacts the inner wall of the nozzle becomes larger, the chance of forming a film on the inner wall of the nozzle increases. For this reason, there is a problem in that the plasma gas is wasted, and the maintenance and maintenance of the nozzle requires time and cost.

【0016】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、ノズルから超音速流を確実に噴出させること
によって、原料ガスのラジカルの分布を基板上で均一に
して基板上の膜厚を均一にするとともに、縮小拡大ノズ
ルの構造上起こり得るノズルへの不要な熱移動、ノズル
内における膜形成等の不具合を解消することを解決課題
とするものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and by uniformly ejecting a supersonic flow from a nozzle, the distribution of radicals of the raw material gas is made uniform on the substrate to make the film thickness on the substrate uniform. It is an object of the present invention to solve the problem of unnecessary heat transfer to the nozzle, which may occur due to the structure of the reduction / enlargement nozzle, and a problem such as film formation in the nozzle.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段および作用効果】そこで、
本発明の第1発明では、プラズマ形成用ガスをプラズマ
化し、このプラズマ化したプラズマ形成用ガスをノズル
を介して超音速流として被処理物に向けて噴出させるこ
とにより、当該被処理物を表面処理する表面処理装置に
おいて、前記ノズルを、流れが下流になるほど先細とな
るように斜面が形成されたプラグと、前記プラグの外周
に設けられ前記プラグの斜面に沿って流れが形成される
ように前記プラズマ形成用ガスを前記プラグ斜面に向け
て噴出する噴出口とを備えたプラグノズルとし、前記噴
出口から前記プラズマ形成用ガスを噴出させ、プラズマ
化したプラズマ形成用ガスを前記プラグの斜面に沿って
膨脹させることにより、超音速流を前記被処理物に導く
ようにしている。
Means for Solving the Problems and Action and Effect
In the first aspect of the present invention, a plasma-forming gas is turned into a plasma, and the plasma-forming gas is ejected as a supersonic flow through a nozzle toward the processing object, so that the processing object has a surface. In the surface treatment apparatus for processing, the nozzle is formed such that a flow is formed along a slope provided on an outer periphery of the plug and a plug having a slope formed so that the nozzle is tapered as the flow becomes downstream. A plug nozzle having an ejection port for ejecting the plasma-forming gas toward the plug slope; ejecting the plasma-forming gas from the ejection port; and forming the plasma-formed gas on the slope of the plug. The supersonic flow is guided to the object by expansion along.

【0018】また第2発明では、第1発明において、前
記プラズマ形成用ガスは、表面処理の原料を含むガスで
あるとしている。
According to a second aspect, in the first aspect, the plasma forming gas is a gas containing a raw material for surface treatment.

【0019】また第3発明では、第1発明において、前
記プラズマ形成用ガスは、キャリアガスであり、プラズ
マ化されたキャリアガスの持つエネルギーを、表面処理
の原料となる原料ガスに与えることにより、前記原料ガ
スを活性化して前記被処理物に導くようにしている。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the plasma forming gas is a carrier gas, and the energy of the plasmatized carrier gas is given to a raw material gas serving as a raw material for surface treatment. The source gas is activated and guided to the object.

【0020】また第4発明では第3発明において、前記
原料ガスを、前記プラグの斜面よりプラグ外部に向けて
噴出させる原料ガス噴出口を、前記プラグの斜面に形成
したことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, a raw material gas outlet for discharging the raw material gas from the slope of the plug toward the outside of the plug is formed on the slope of the plug.

【0021】また第5発明では、第3発明において、前
記原料ガスを、前記プラグの流れ下流側の先端部よりプ
ラグ外部に向けて噴出させる原料ガス噴出口を、前記プ
ラグの下流側先端部に形成したことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, a source gas jet port for jetting the source gas toward the outside of the plug from a downstream end portion of the plug is provided at a downstream end portion of the plug. It is characterized by having been formed.

【0022】また第6発明では、第1発明において、前
記プラズマ化されたプラズマ形成用ガスのもつ熱が前記
プラグ側に移動しないように前記プラグを加熱する加熱
手段を具えるようにしたことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect, a heating means for heating the plug is provided so that heat of the plasma-forming gas does not move to the plug side. Features.

【0023】また第7発明では、第3発明において、前
記原料ガスが前記キャリアガスに混入する前に、当該原
料ガスを予め加熱する加熱手段を具えるようにしてい
る。
According to a seventh aspect, in the third aspect, a heating means for heating the source gas in advance before the source gas is mixed with the carrier gas is provided.

【0024】また第8発明では、第4発明または第5発
明において、前記原料ガスが前記キャリアガスに混入す
る前に、当該原料ガスを予め加熱する加熱手段を、前記
プラグ内部に設けたことを特徴とする。
According to an eighth invention, in the fourth invention or the fifth invention, a heating means for preheating the raw material gas is provided inside the plug before the raw material gas is mixed with the carrier gas. Features.

【0025】また第9発明では、第8発明において、前
記原料ガス噴出口に連通するプラグ内部の原料ガス通路
に、原料ガスとの接触面積を増加させるフィンを形成す
るようにしたことを特徴とする。
According to a ninth aspect, in the eighth aspect, a fin for increasing a contact area with the source gas is formed in a source gas passage inside the plug communicating with the source gas jet port. I do.

【0026】また第10発明では、第1発明において、
前記プラグを高耐熱材料で形成するようにしたことを特
徴とする。
According to a tenth aspect, in the first aspect,
The plug is formed of a high heat resistant material.

【0027】また第11発明では、第1発明において、
前記プラグノズルは、外側の筒状の部材と内側のプラグ
とからなり、前記外側の筒状部材と前記内側のプラグと
の間の環状の空隙を、前記噴出口とする環状型プラグノ
ズルであり、前記環状の噴出口の環方向に沿って前記プ
ラズマ形成用ガスを旋回させる旋回手段を具えたことを
特徴とする。
According to an eleventh aspect, in the first aspect,
The plug nozzle is an annular plug nozzle including an outer cylindrical member and an inner plug, and an annular gap between the outer cylindrical member and the inner plug as the ejection port. A swirling means for swirling the plasma forming gas along the annular direction of the annular jet port.

【0028】また第12発明では、前記プラズマ形成用
ガスを、陽極と陰極間のアーク放電により、プラズマ化
し、このプラズマ化したプラズマ形成用ガスをノズルを
介して超音速流として被処理物に向けて噴出させること
により、当該被処理物を表面処理する表面処理装置にお
いて、前記ノズルを、流れが下流になるほど先細となる
ように斜面が形成されたプラグと、前記プラグの外周に
設けられ前記プラグの斜面に沿って流れが形成されるよ
うに前記プラズマ形成用ガスを前記プラグ斜面に向けて
噴出する噴出口とを備えたプラグノズルとし、前記噴出
口から前記プラズマ形成用ガスを噴出させ、プラズマ化
したプラズマ形成用ガスを前記プラグの斜面に沿って膨
脹させることにより、超音速流を前記被処理物に導くよ
うにしている。
In the twelfth invention, the plasma-forming gas is converted into plasma by arc discharge between an anode and a cathode, and the plasma-formed gas is directed to a workpiece as a supersonic flow through a nozzle. In the surface treatment apparatus for performing surface treatment on the object to be treated by jetting the nozzle, the nozzle is provided with a plug having a slope formed so as to be tapered as the flow becomes downstream, and the plug provided on the outer periphery of the plug. A jet nozzle for jetting the plasma-forming gas toward the plug slope so that a flow is formed along the slope of the plug nozzle, and jetting the plasma-forming gas from the jet port, By expanding the converted plasma forming gas along the slope of the plug, a supersonic flow is guided to the object.

【0029】また第13発明では、第12発明におい
て、前記アーク放電用の陽極、陰極の一方の極を、前記
プラグの上流側に配置するとともに、他方の極を、前記
プラグとしている。
According to a thirteenth aspect, in the twelfth aspect, one of the anode and the cathode for the arc discharge is disposed upstream of the plug, and the other pole is the plug.

【0030】また第14発明では、第12発明におい
て、前記プラグノズルは、外側の筒状の部材と内側のプ
ラグとからなり、前記外側の筒状部材と前記内側のプラ
グとの間の環状の空隙を、前記噴出口とする環状型プラ
グノズルであり、前記アーク放電用の陽極、陰極の一方
の極を、前記外側の筒状部材とし、他方の極を、前記内
側のプラグとして、前記外側の筒状部材と前記内側のプ
ラグとの間の前記環状の噴出口に、アーク放電経路を形
成し、前記アーク放電経路を、前記環状の噴出口の環方
向に沿って回転させる回転手段を具えるようにしたこと
を特徴とする。
According to a fourteenth aspect, in the twelfth aspect, the plug nozzle comprises an outer cylindrical member and an inner plug, and an annular member between the outer cylindrical member and the inner plug. An annular plug nozzle having an air gap as the ejection port, wherein one pole of the arc discharge anode and the cathode is the outer tubular member, and the other pole is the inner plug, Rotating means for forming an arc discharge path in the annular outlet between the cylindrical member and the inner plug, and rotating the arc discharge path along the annular direction of the annular outlet. It is characterized by being able to obtain.

【0031】また第15発明では、第14発明におい
て、前記アーク放電経路を回転させる回転手段は、磁力
を用いて前記アーク放電経路に対して垂直の力を加える
ことにより当該アーク放電経路を回転させるものである
としている。
According to a fifteenth aspect, in the fourteenth aspect, the rotating means for rotating the arc discharge path rotates the arc discharge path by applying a perpendicular force to the arc discharge path using a magnetic force. And things.

【0032】また第16発明では、第14発明におい
て、前記アーク放電経路を回転させる回転手段は、前記
環状の噴出口の環方向に沿って前記外側の筒状部材また
は前記内側のプラグを複数の電極に分割して、前記複数
の電極を順次通電することによりアーク放電経路を前記
環状の噴出口の環方向に沿って順次形成するものである
としている。
In a sixteenth aspect based on the fourteenth aspect, in the fourteenth aspect, the rotating means for rotating the arc discharge path includes a plurality of the outer cylindrical members or the inner plugs arranged along a ring direction of the annular outlet. By dividing the electrodes into electrodes and sequentially energizing the plurality of electrodes, an arc discharge path is sequentially formed along the annular direction of the annular ejection port.

【0033】また第17発明では、第12発明におい
て、前記プラグノズルは、外側の筒状の部材と内側のプ
ラグとからなり、前記外側の筒状部材と前記内側のプラ
グとの間の環状の空隙を、前記噴出口とする環状型プラ
グノズルであり、前記アーク放電用の陽極、陰極の一方
の極を、前記外側の筒状部材とし、他方の極を、前記内
側のプラグとするとともに、前記環状の噴出口の環方向
に沿って前記外側の筒状部材または前記内側のプラグを
複数の電極に分割して、前記複数の電極を同時に通電す
ることによりアーク放電経路を、前記環状の噴出口の環
方向に沿って複数箇所に形成するようにしたことを特徴
とする。
[0033] In a seventeenth aspect based on the twelfth aspect, the plug nozzle comprises an outer tubular member and an inner plug, and an annular plug between the outer tubular member and the inner plug. An air gap is an annular plug nozzle serving as the ejection port, wherein the anode for the arc discharge, one of the cathodes is the outer cylindrical member, and the other is the inner plug, The outer cylindrical member or the inner plug is divided into a plurality of electrodes along the annular direction of the annular ejection port, and the plurality of electrodes are simultaneously energized to cause an arc discharge path to extend along the annular injection port. It is characterized in that it is formed at a plurality of locations along the ring direction of the outlet.

【0034】また第18発明では、第12発明におい
て、前記プラグノズルは、外側の筒状の部材と内側のプ
ラグとからなり、前記外側の筒状部材と前記内側のプラ
グとの間の環状の空隙を、前記噴出口とする環状型プラ
グノズルであり、前記環状の噴出口の環方向に沿って前
記プラズマ形成用ガスを旋回させる旋回手段を具えたこ
とを特徴とする。
In an eighteenth aspect based on the twelfth aspect, in the twelfth aspect, the plug nozzle comprises an outer cylindrical member and an inner plug, and an annular member between the outer cylindrical member and the inner plug. An annular plug nozzle having an air gap as the ejection port, further comprising a swirl means for swirling the plasma forming gas along a ring direction of the annular ejection port.

【0035】また第19発明では、第12発明におい
て、前記原料ガスを前記アーク放電経路が形成される部
位よりも下流から噴出させるようにしたことを特徴とす
る。
According to a nineteenth aspect, in the twelfth aspect, the source gas is ejected from a position downstream of a portion where the arc discharge path is formed.

【0036】また第20発明では、第19発明におい
て、前記原料ガスを、前記プラグの斜面よりプラグ外部
に向けて噴出させる原料ガス噴出口を、前記プラグの斜
面に形成したことを特徴とする。
According to a twentieth aspect, in the nineteenth aspect, a source gas outlet for discharging the source gas from the slope of the plug toward the outside of the plug is formed on the slope of the plug.

【0037】また第21発明では、第19発明におい
て、前記原料ガスを、前記プラグの流れ下流側の先端部
よりプラグ外部に向けて噴出させる原料ガス噴出口を、
前記プラグの下流側先端部に形成したことを特徴とす
る。
According to a twenty-first aspect, in the nineteenth aspect, a source gas jet port for jetting the source gas from a front end portion on the downstream side of the plug toward the outside of the plug is provided.
The plug is formed at the downstream end portion.

【0038】また第22発明では、プラズマ形成用ガス
をプラズマ化し、このプラズマ化したプラズマ形成用ガ
スをノズルを介して超音速流として被処理物に向けて噴
出させることにより、当該被処理物を表面処理する表面
処理装置において、前記ノズルを、流れが下流になるほ
ど先細となるように斜面が形成されたプラグと、前記プ
ラグの外周に沿って環状に配置され前記プラグの斜面に
沿って流れが形成されるように前記プラズマ形成用ガス
を前記プラグ斜面に向けてそれぞれ噴出する複数のクラ
スタノズルとを備えたクラスタ型プラグノズルとし、前
記複数のクラスタノズルから前記プラズマ形成用ガスを
それぞれ噴出させ、プラズマ化したプラズマ形成用ガス
を前記プラグの斜面に沿って膨脹させることにより、超
音速流を前記被処理物に導くようにしている。
In the twenty-second aspect, the plasma-forming gas is turned into a plasma, and the plasma-formed gas is ejected through a nozzle as a supersonic flow toward the workpiece, whereby the workpiece is processed. In a surface treatment apparatus for performing a surface treatment, the nozzle is provided with a plug having a slope formed so as to be tapered as the flow becomes downstream, and a flow along the slope of the plug which is annularly arranged along the outer periphery of the plug. A cluster-type plug nozzle having a plurality of cluster nozzles each of which ejects the plasma-forming gas toward the plug slope so as to be formed, and ejects the plasma-forming gas from the plurality of cluster nozzles, By expanding the plasma-forming gas along the slope of the plug, the supersonic flow can be treated. So that leads to things.

【0039】また第23発明では、第22発明におい
て、前記複数のクラスタノズルからそれぞれ噴出される
プラズマ形成用ガスは、キャリアガスであり、表面処理
の原料となる原料ガスを、前記プラグの流れ下流側の先
端部よりプラグ外部に向けて噴出させる原料ガス噴出口
を、前記プラグの下流側先端部に形成し、プラズマ化さ
れたキャリアガスの持つエネルギーを、前記プラグの流
れ下流側の先端部から噴出された原料ガスに与えること
により、当該原料ガスを活性化して前記被処理物に導く
ようにしている。
According to a twenty-third aspect, in the twenty-second aspect, the plasma-forming gas ejected from each of the plurality of cluster nozzles is a carrier gas, and a source gas serving as a raw material for surface treatment is supplied downstream of the plug. A raw material gas ejection port to be ejected toward the outside of the plug from the tip of the plug is formed at the tip of the downstream side of the plug, and the energy of the carrier gas converted into plasma is transferred from the tip of the plug at the downstream side of the flow. By giving the ejected source gas, the source gas is activated and guided to the object to be processed.

【0040】また第24発明では、第22発明におい
て、前記プラズマ化されたプラズマ形成用ガスのもつ熱
が前記プラグ側に移動しないように前記プラグを加熱す
る加熱手段を具えるようにしたことを特徴とする。
According to a twenty-fourth aspect, in the twenty-second aspect, a heating means for heating the plug is provided so that heat of the plasma-forming gas does not move to the plug side. Features.

【0041】また第25発明では、第22発明におい
て、前記原料ガスが前記キャリアガスに混入する前に、
当該原料ガスを予め加熱する加熱手段を、前記プラグ内
部に設けたことを特徴とする。
According to a twenty-fifth aspect, in the twenty-second aspect, before the raw material gas is mixed with the carrier gas,
A heating means for preheating the source gas is provided inside the plug.

【0042】また第26発明では、第22発明におい
て、前記プラズマ形成用ガスは、陽極と陰極間のアーク
放電により、プラズマ化されるものであり、前記アーク
放電用の陽極、陰極の一方の極を、前記クラスタノズル
内に配置するとともに、他方の極を、前記プラグとして
いる。
According to a twenty-sixth aspect, in the twenty-second aspect, the plasma forming gas is converted into plasma by an arc discharge between the anode and the cathode, and one of the anode and the cathode for the arc discharge is used. Are arranged in the cluster nozzle, and the other pole is the plug.

【0043】また第27発明では、第22発明におい
て、前記プラズマ形成用ガスは、陽極と陰極間のアーク
放電により、プラズマ化されるものであり、前記アーク
放電用の陽極、陰極の一方の極を、前記クラスタノズル
とするとともに、他方の極を、前記プラグとしている。
According to a twenty-seventh aspect, in the twenty-second aspect, the plasma forming gas is turned into plasma by arc discharge between the anode and the cathode, and one of the anode and the cathode for the arc discharge is used. Is the cluster nozzle, and the other pole is the plug.

【0044】また第28発明では、第22発明におい
て、前記プラズマ形成用ガスは、陽極と陰極間のアーク
放電により、プラズマ化されるものであり、アーク放電
経路を前記クラスタノズル内で形成するようにしてい
る。
In a twenty-eighth aspect based on the twenty-second aspect, the plasma forming gas is converted into plasma by arc discharge between an anode and a cathode, and an arc discharge path is formed in the cluster nozzle. I have to.

【0045】また第29発明では、プラズマ形成用ガス
をプラズマ化し、このプラズマ化したプラズマ形成用ガ
スをノズルを介して超音速流として被処理物に向けて噴
出させることにより、当該被処理物を表面処理する表面
処理装置において、前記ノズルを、膨脹偏向ノズルとし
たことを特徴とする。
In the twenty-ninth aspect, the plasma-forming gas is turned into plasma, and the plasma-forming gas is ejected as a supersonic flow through a nozzle toward the processing object, whereby the processing object is processed. In a surface treatment apparatus for performing a surface treatment, the nozzle is an expansion deflection nozzle.

【0046】第1発明によれば、図1に示すように、流
れが下流になるほど先細となるように斜面2aが形成さ
れたプラグ2と、プラグ2の外周に設けられプラグ2の
斜面2aに沿って流れが形成されるようにプラズマ形成
用ガス7、8をプラグ斜面2aに向けて噴出する噴出口
10aとを備えたプラグノズル10が使用される。
According to the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, a plug 2 having a slope 2a formed so as to be tapered so that the flow becomes more downstream, and a slope 2a of the plug 2 provided on the outer periphery of the plug 2 A plug nozzle 10 having an ejection port 10a for ejecting the plasma forming gases 7, 8 toward the plug slope 2a so as to form a flow along the plug nozzle 10 is used.

【0047】このため噴出口10aからプラズマ形成用
ガス7、8が噴出され、プラズマ化したプラズマ形成用
ガス7、8がプラグ2の斜面2aに沿って膨脹され、超
音速流11となって被処理物5に導かれる。
For this reason, the plasma forming gases 7 and 8 are jetted from the jet port 10 a, and the plasma forming gases 7 and 8 are expanded along the slope 2 a of the plug 2 to form a supersonic flow 11. It is led to the processing object 5.

【0048】すなわちプラグノズル10では、外気の圧
力に応じて超音速プラズマ流11と外気との境界層が変
化するが、垂直衝撃波は発生せずに常にノズル出口で超
音速流が得られる。つまり従来の縮小拡大ノズルのよう
に超音速流を得るために厳重に条件を管理することな
く、容易に超音速流が得られ安定性がよい。このため基
板5の中心位置5cから基板5の端部5eまでの各部に
おける圧力(基板5に超音速流11が衝突したときの基
板5上の圧力分布)は均一になり、原料ガス7のラジカ
ルの密度を基板5上の各部分で均一にすることができ
る。この結果、基板5上に成膜されるダイヤモンド薄膜
6の厚さを、基板5の各部において均一にすることがで
き成膜品質を飛躍的に向上させることができる。また原
料ガス7のラジカルの密度が基板5の端部5eで低くな
り、その分だけ原料ガス7が拡散によって失われるよう
なことはなくなる。この結果原料ガス7が拡散によって
失われることによる成膜速度の低下を防ぐことができ
る。さらに基板5の表面の熱負荷についても均一になり
基板5の熱歪みが防止される。
That is, in the plug nozzle 10, the boundary layer between the supersonic plasma flow 11 and the outside air changes according to the pressure of the outside air, but the supersonic flow is always obtained at the nozzle outlet without generating a vertical shock wave. In other words, the supersonic flow can be easily obtained and the stability is good without strictly managing the conditions for obtaining the supersonic flow as in the conventional reduction / enlargement nozzle. Therefore, the pressure (the pressure distribution on the substrate 5 when the supersonic flow 11 collides with the substrate 5) in each part from the central position 5c of the substrate 5 to the end 5e of the substrate 5 becomes uniform, Can be made uniform at each portion on the substrate 5. As a result, the thickness of the diamond thin film 6 formed on the substrate 5 can be made uniform in each part of the substrate 5, and the film formation quality can be significantly improved. In addition, the radical density of the source gas 7 decreases at the end 5e of the substrate 5, so that the source gas 7 is not lost by diffusion. As a result, it is possible to prevent a decrease in the film forming rate due to the loss of the source gas 7 due to diffusion. Further, the thermal load on the surface of the substrate 5 is also uniform, and thermal distortion of the substrate 5 is prevented.

【0049】また縮小拡大ノズルと異なり、プラズマ化
されたガス7、8は、ノズル10の周囲の環状の噴出口
10aからノズル10の中心軸方向へ膨脹するので、比
較的大面積の基板5に膜を成膜することが可能となる。
Also, unlike the contraction / expansion nozzle, the plasma gas 7, 8 expands from the annular jet port 10 a around the nozzle 10 in the direction of the center axis of the nozzle 10, so that the gas 5, 8 A film can be formed.

【0050】また超音速流11となってガス7、8が基
板5まで短時間で到達するため、プラズマ状態を失活さ
せることなく励起状態を維持したままでガス7、8を基
板5に導くことができる。このため高成膜速度で高品質
に成膜することが可能となる。
Since the gas 7 and 8 reach the substrate 5 in a short time as the supersonic flow 11, the gas 7 and 8 are guided to the substrate 5 while maintaining the excited state without deactivating the plasma state. be able to. Therefore, a high-quality film can be formed at a high film-forming speed.

【0051】また縮小拡大ノズルに比較してノズルの長
さを短くすることができるので、ノズル10のプラグ2
にプラズマ化ガスが接触する面積を小さくすることがで
きる。このためノズル2がプラズマ化ガスから熱が奪わ
れることによってプラズマ化ガスの活性度が低下してし
まうという不都合を防止することができ原料から膜への
変換効率を高めることができる。
Further, since the length of the nozzle can be made shorter than that of the reduced / enlarged nozzle, the plug 2
The area where the plasma gas is brought into contact with the substrate can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the inconvenience that the activity of the plasma gas is reduced due to the heat taken from the plasma gas by the nozzle 2, and the conversion efficiency from the raw material to the film can be increased.

【0052】さらにスロート部である噴出口10aより
下流のプラグ部分は、外部に露出しているので、たとえ
噴出口10aより下流のプラグ部分に、膜が形成された
としても容易にメンテナンスを実施することが可能とな
る。
Further, since the plug portion downstream of the ejection port 10a, which is the throat portion, is exposed to the outside, even if a film is formed on the plug portion downstream of the ejection port 10a, maintenance can be easily performed. It becomes possible.

【0053】第2発明では、図1に示すように、プラズ
マ形成用ガス7を、表面処理の原料を含むガスとしてい
る。
In the second invention, as shown in FIG. 1, the plasma forming gas 7 is a gas containing a raw material for surface treatment.

【0054】また第3発明によれば、図2に示すよう
に、キャリアガス8がプラズマ形成用ガスとされ、プラ
ズマ化されたキャリアガス8の持つエネルギーが、表面
処理の原料となる原料ガス7に与えられ、原料ガス7が
活性化されて被処理物5に導かれる。
According to the third aspect of the present invention, as shown in FIG. 2, the carrier gas 8 is used as a plasma forming gas, and the energy of the plasmatized carrier gas 8 is converted into the raw material gas 7 serving as a raw material for surface treatment. And the source gas 7 is activated and guided to the object 5.

【0055】また第4発明によれば、図7に示すよう
に、原料ガス7が、プラグ2の斜面2aに形成された原
料ガス噴出口10bからプラグ外部に向けて噴出され
る。
According to the fourth invention, as shown in FIG. 7, the source gas 7 is jetted from the source gas jet port 10b formed on the slope 2a of the plug 2 toward the outside of the plug.

【0056】また第5発明によれば、図8(a)に示す
ように、原料ガス7が、プラグ2の流れ下流側の先端部
2bに形成された原料ガス噴出口10bから被処理物5
に向けて噴出される。
According to the fifth aspect of the present invention, as shown in FIG. 8A, the source gas 7 is supplied from the source gas jet port 10b formed at the tip 2b on the downstream side of the flow of the plug 2.
Spouted towards.

【0057】このときのガスの流れを図8(b)に示
す。同図8(b)に示すように、噴出口10bから噴出
される原料ガス7の流れGは、その外側のキャリアガス
8の超音速プラズマ流11の流れIに閉じこめられてい
る。したがって原料ガス7は外方に拡散することなく効
率よく基板5上に到達する。
FIG. 8B shows the gas flow at this time. As shown in FIG. 8B, the flow G of the source gas 7 jetted from the jet port 10b is confined by the flow I of the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8 on the outside. Therefore, the source gas 7 efficiently reaches the substrate 5 without diffusing outward.

【0058】原料ガス7が基板5に衝突すると図中横方
向の流れHを形成しながら基板5の表面5aに沿って基
板外方に拡散していく。このとき基板5の端部Jにおい
て超音速プラズマ流11の流れIに、原料ガス7が衝突
する。したがって基板5の中心部Lのみならず端部Jに
おいても原料ガス7を十分に励起することができる。
When the source gas 7 collides with the substrate 5, it diffuses outward along the surface 5 a of the substrate 5 while forming a horizontal flow H in the figure. At this time, the source gas 7 collides with the flow I of the supersonic plasma flow 11 at the end J of the substrate 5. Therefore, the source gas 7 can be sufficiently excited not only at the center portion L of the substrate 5 but also at the end portion J.

【0059】以上のように第5発明によれば、原料ガス
7の流れGが外側の超音速プラズマ流11の流れIに包
み込まれるように基板5に到達するので、原料ガス7の
基板外方への拡散をより一層防止することができる
(「包み込み効果」)。つまり拡散が防止されることに
よって原料が膜生成に寄与する機会が増加し原料が膜に
変換される成膜率が高まる。従来の縮小拡大ノズルを使
用した場合には、上記包み込み効果は得られないので、
原料ガス7(原料ガス7のラジカル)が基板5に衝突し
た後に基板5に付着せずに反射してしまい多くの原料が
成膜に寄与しないという問題があったが、このような問
題は本第5発明によれば解決される。またアークジェッ
トの特徴であるサーマルピンチ効果を防止できるので、
大面積の基板5を成膜することが可能となる。
As described above, according to the fifth aspect, the flow G of the source gas 7 reaches the substrate 5 so as to be wrapped in the flow I of the supersonic plasma flow 11 on the outside. Diffusion can be further prevented ("wrapping effect"). That is, the prevention of the diffusion increases the chance that the raw material contributes to film formation, and increases the film formation rate at which the raw material is converted into a film. When the conventional reduction / enlargement nozzle is used, the above-mentioned wrapping effect cannot be obtained,
Although the source gas 7 (radicals of the source gas 7) collides with the substrate 5 and is reflected instead of adhering to the substrate 5 and there is a problem that many sources do not contribute to film formation. According to the fifth invention, this is solved. Also, since the thermal pinch effect, which is a feature of arc jets, can be prevented,
A large-area substrate 5 can be formed.

【0060】なお上記「包み込み効果」を得るには、図
8(b)の矢印Zに示すように、基板5の表面5a位置
が、プラグ2の仮想的な円錐頂点F位置以上の高さにあ
ることが望ましい。
In order to obtain the above-mentioned "wrapping effect", the position of the surface 5a of the substrate 5 is set at a height higher than the position of the virtual cone vertex F of the plug 2 as shown by the arrow Z in FIG. Desirably.

【0061】また本第5発明によれば、基板5の中心部
Lのみならず端部Jにおいても原料ガス7が十分に励起
されるので、基板5の各部のラジカル密度を均一にする
ことができる。このため膜6の厚さを基板5の各部で均
一にすることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the source gas 7 is sufficiently excited not only at the center portion L of the substrate 5 but also at the end portion J, so that the radical density in each portion of the substrate 5 can be made uniform. it can. For this reason, the thickness of the film 6 can be made uniform in each part of the substrate 5.

【0062】また第6発明によれば、図1(a)に示す
ように、加熱手段14によってプラグ2が加熱され、プ
ラズマ化されたプラズマ形成用ガス7、8のもつ熱がプ
ラグ2側に移動することが防止される。
According to the sixth aspect of the present invention, as shown in FIG. 1A, the plug 2 is heated by the heating means 14, and the heat of the plasma-forming gases 7, 8 is converted to the side of the plug 2. Movement is prevented.

【0063】また第7発明によれば、図8(a)に示す
ように、原料ガス7がキャリアガス8に混入する前に、
加熱手段14によって原料ガス7が予め加熱される。こ
れによって原料からラジカルへの変換効率が向上する。
According to the seventh aspect, as shown in FIG. 8A, before the raw material gas 7 is mixed with the carrier gas 8,
The source gas 7 is previously heated by the heating means 14. This improves the conversion efficiency of the raw materials into radicals.

【0064】また第8発明によれば、図8(a)に示す
ように、プラグ2の内部に設けられた加熱手段14によ
って、原料ガス7がキャリアガス8に混入する前に、当
該原料ガス7が予め加熱される。
According to the eighth aspect of the present invention, as shown in FIG. 8A, before the raw material gas 7 is mixed with the carrier gas 8 by the heating means 14 provided inside the plug 2, 7 is preheated.

【0065】また第9発明によれば、図8(a)、図9
に示すように、原料ガス噴出口10bに連通するプラグ
2の内部の原料ガス通路21にフィン21aが形成され
ており、原料ガス7との接触面積が増加される。これに
より加熱手段14から原料ガス7への熱伝達効率が向上
する。
According to the ninth invention, FIGS.
As shown in FIG. 7, a fin 21a is formed in the source gas passage 21 inside the plug 2 communicating with the source gas outlet 10b, and the contact area with the source gas 7 is increased. Thereby, the efficiency of heat transfer from the heating means 14 to the source gas 7 is improved.

【0066】また第10発明では、プラグ2が高耐熱材
料で形成される。これによりノズル出口で高温になった
としても変形や溶損が生じることを回避することができ
る。
In the tenth aspect, the plug 2 is formed of a high heat-resistant material. As a result, even if the temperature becomes high at the nozzle outlet, it is possible to avoid the deformation and the erosion.

【0067】また第11発明によれば、図4(a)、
(b)、(c)に示すように、プラグノズル10は、外
側の筒状の部材3と内側のプラグ2とからなり、外側の
筒状部材3と内側のプラグ2との間の環状の空隙を、噴
出口10aとする環状型プラグノズルとされる。そして
旋回手段20によって、環状の噴出口10aの環方向D
に沿ってプラズマ形成用ガス7、8が旋回される。ガス
7、8が環状の噴出口10aの環方向Dに沿って旋回す
ることによって同環方向各部のガス7、8の密度を均一
にすることができる。
According to the eleventh invention, FIG.
As shown in (b) and (c), the plug nozzle 10 includes an outer tubular member 3 and an inner plug 2, and has an annular shape between the outer tubular member 3 and the inner plug 2. An annular plug nozzle having an opening as the ejection port 10a is formed. Then, by the turning means 20, the annular direction D of the annular ejection port 10a is set.
The plasma forming gases 7, 8 are swirled along. The density of the gas 7, 8 in each part in the same annular direction can be made uniform by the gas 7, 8 turning along the annular direction D of the annular ejection port 10a.

【0068】第12発明によれば第1発明と同様にプラ
グノズル10を用いて超音速流11が被処理物5に導か
れる。
According to the twelfth aspect, the supersonic flow 11 is guided to the workpiece 5 using the plug nozzle 10 as in the first aspect.

【0069】さらに図2に示すように、陽極3と陰極2
間のアーク放電12により、プラズマ形成用ガス8がプ
ラズマ化される。
Further, as shown in FIG.
The arc discharge 12 in between converts the plasma forming gas 8 into plasma.

【0070】また第13発明によれば、図3に示すよう
に、アーク放電用の陽極、陰極の一方の極15が、プラ
グ2の上流側に配置され、他方の極が、プラグ2とされ
て、プラグ2の上流でアーク放電経路12が形成され
る。
According to the thirteenth aspect, as shown in FIG. 3, one pole 15 of the anode and the cathode for arc discharge is arranged on the upstream side of the plug 2 and the other pole is the plug 2. Thus, an arc discharge path 12 is formed upstream of the plug 2.

【0071】また第14発明によれば、図4(a)、図
5(b)に示すように、プラグノズル10は、外側の筒
状の部材3と内側のプラグ2とからなり、外側の筒状部
材3と内側のプラグ2との間の環状の空隙を、噴出口1
0aとする環状型プラグノズルとされる。そしてアーク
放電用の陽極、陰極の一方の極が、外側の筒状部材3と
され、他方の極が、内側のプラグ2とされ、外側の筒状
部材3と内側のプラグ2との間の環状の噴出口10a
に、アーク放電経路12が形成される。
According to the fourteenth aspect, as shown in FIGS. 4 (a) and 5 (b), the plug nozzle 10 comprises the outer cylindrical member 3 and the inner plug 2, The annular gap between the cylindrical member 3 and the inner plug 2 is formed by
0a, which is an annular plug nozzle. One of the anode and cathode for arc discharge is an outer cylindrical member 3, and the other is an inner plug 2, between the outer cylindrical member 3 and the inner plug 2. Annular spout 10a
Then, an arc discharge path 12 is formed.

【0072】そして回転手段16によってアーク放電経
路12が、環状の噴出口10aの環方向Eに沿って回転
される。これによって環状の噴出口10aの環方向各部
においてガス7、8を均一に加熱することができプラズ
マ化の度合いを均一にすることができノズル10の中心
からみて対称なプラズマジェット流を形成することがで
きる。
Then, the arc discharge path 12 is rotated by the rotating means 16 along the annular direction E of the annular ejection port 10a. This makes it possible to uniformly heat the gases 7 and 8 at each part in the annular direction of the annular jet port 10a, to make the degree of plasma uniform, and to form a symmetrical plasma jet flow from the center of the nozzle 10. Can be.

【0073】また第15発明によれば、図4(a)、図
5(b)に示すように、磁力を用いた回転手段16によ
って、アーク放電経路12(電流)に対して垂直の力E
が加えられ、当該アーク放電経路12が回転される。
According to the fifteenth aspect, as shown in FIGS. 4 (a) and 5 (b), a force E perpendicular to the arc discharge path 12 (current) is generated by the rotating means 16 using magnetic force.
Is added, and the arc discharge path 12 is rotated.

【0074】また第16発明によれば、図5(a)、
(b)に示すように、環状の噴出口10aの環方向に沿
って外側の筒状部材3または内側のプラグ2が複数の電
極3a、3b、3c、3dに分割され、複数の電極3
a、3b、3c、3dが順次通電されることによりアー
ク放電経路12a、12b、12c、12dが環状の噴
出口10aの環方向Eに沿って順次形成される。
According to the sixteenth aspect, FIG.
As shown in (b), the outer cylindrical member 3 or the inner plug 2 is divided into a plurality of electrodes 3a, 3b, 3c, 3d along the annular direction of the annular ejection port 10a.
The arc discharge paths 12a, 12b, 12c, and 12d are sequentially formed along the ring direction E of the annular ejection port 10a by sequentially energizing the electrodes a, 3b, 3c, and 3d.

【0075】また第17発明によれば、図6に示すよう
に、アーク放電用の陽極、陰極の一方の極が、外側の筒
状部材3とされ、他方の極が、内側のプラグ2とされ
る。そして環状の噴出口10aの環方向に沿って外側の
筒状部材3または内側のプラグ2が複数の電極3a、3
b、3c、3dに分割され、複数の電極3a、3b、3
c、3dが同時に通電されることによりアーク放電経路
12a、12b、12c、12dが、環状の噴出口10
aの環方向に沿って複数箇所に形成される。
According to the seventeenth aspect, as shown in FIG. 6, one of the anode and the cathode for arc discharge is the outer cylindrical member 3, and the other is the inner plug 2 and the inner plug 2. Is done. Then, the outer cylindrical member 3 or the inner plug 2 is connected to the plurality of electrodes 3a, 3a along the annular direction of the annular ejection port 10a.
b, 3c, 3d and a plurality of electrodes 3a, 3b, 3
The arc discharge paths 12a, 12b, 12c, and 12d are formed by the energization of the c.
It is formed at a plurality of places along the ring direction of a.

【0076】また第18発明によれば、図4(a)、
(b)、(c)に示すように、プラグノズル10は、外
側の筒状の部材3と内側のプラグ2とからなり、外側の
筒状部材3と内側のプラグ2との間の環状の空隙を、噴
出口10aとする環状型プラグノズルとされる。そして
旋回手段20によって、環状の噴出口10aの環方向D
に沿ってプラズマ形成用ガス7、8が旋回される。ガス
7、8が環状の噴出口10aの環方向Dに沿って旋回す
ることによって同環方向各部のガス7、8の密度を均一
にすることができアーク放電条件を環方向各部で同じに
することができる。
According to the eighteenth aspect, FIG.
As shown in (b) and (c), the plug nozzle 10 includes an outer tubular member 3 and an inner plug 2, and has an annular shape between the outer tubular member 3 and the inner plug 2. An annular plug nozzle having an opening as the ejection port 10a is formed. Then, by the turning means 20, the annular direction D of the annular ejection port 10a is set.
The plasma forming gases 7, 8 are swirled along. The gas 7, 8 is swirled in the annular direction D of the annular ejection port 10a, so that the density of the gas 7, 8 in each part in the annular direction can be made uniform, and the arc discharge condition is made the same in each part in the annular direction. be able to.

【0077】また第19発明によれば、図7に示すよう
に、原料ガス7はアーク放電経路12が形成される部位
10aよりも下流(10b)から噴出される。このよう
に活性化された原料ガス7を放電点に存在させないよう
にしたので活性化された原料ガス7が放電点に存在する
ことによる放電電極材料(たとえばタングステン)の急
速な浸食、消耗を防止することができる。
According to the nineteenth aspect, as shown in FIG. 7, the source gas 7 is jetted from the downstream (10b) of the portion 10a where the arc discharge path 12 is formed. Since the activated source gas 7 is not present at the discharge point, rapid erosion and consumption of the discharge electrode material (for example, tungsten) due to the activated source gas 7 being present at the discharge point are prevented. can do.

【0078】また第20発明によれば、図7に示すよう
に、図7に示すように、原料ガス7が、プラグ2の斜面
2aに形成された原料ガス噴出口10bからプラグ外部
に向けて噴出される。
According to the twentieth aspect, as shown in FIG. 7, as shown in FIG. 7, the source gas 7 flows from the source gas jet port 10b formed on the slope 2a of the plug 2 toward the outside of the plug. It is gushing.

【0079】また第21発明によれば、図8(a)に示
すように、原料ガス7が、プラグ2の流れ下流側の先端
部2bに形成された原料ガス噴出口10bから被処理物
5に向けて噴出される。
According to the twenty-first aspect, as shown in FIG. 8 (a), the source gas 7 is supplied from the source gas jet port 10b formed at the tip 2b on the downstream side of the flow of the plug 2. Spouted towards.

【0080】また第22発明によれば、第1発明と同様
にプラグノズル10を用いて超音速流11が被処理物5
に導かれる。
According to the twenty-second aspect, similarly to the first aspect, the supersonic flow 11 is generated by using the plug nozzle
It is led to.

【0081】ただし図10に示すようにプラグノズル1
0としてクラスタ型プラグノズルが使用される。クラス
タ型プラグノズル10は、図11(a)、(b)に示す
ように、流れが下流になるほど先細となるように斜面2
aが形成されたプラグ2と、プラグ2の外周に沿って環
状に配置されプラグ2の斜面2aに沿って流れが形成さ
れるようにプラズマ形成用ガス8をプラグ斜面2aに向
けてそれぞれ噴出する複数のクラスタノズル24とを備
えたプラグノズルのことである。
However, as shown in FIG.
As 0, a cluster type plug nozzle is used. As shown in FIGS. 11A and 11B, the cluster type plug nozzle 10 has a slope 2 that is tapered toward the downstream side.
The plasma forming gas 8 is ejected toward the plug slope 2a such that a flow is formed along the slope 2a of the plug 2 and the plug 2 on which the "a" is formed. The plug nozzle includes a plurality of cluster nozzles 24.

【0082】ここで環状型プラグノズルとクラスタ型プ
ラグノズルとを比較する。
Here, the annular plug nozzle and the cluster plug nozzle will be compared.

【0083】図1に示す環状型プラグノズルでは、外側
のノズル部材3と内側のプラグ2とによって幅d(たと
えば0.5mm)の環状の空隙を形成して幅dの環状の
噴出口10aを形成している。しかし正確な値dを環方
向各部で均等に得るためには、プラグ2とノズル部材3
との間隔を高精度に管理する必要がありきわめて高度な
加工が必要となる。実際上は加工精度に制約があるため
幅dの値を環方向各部で均等に得ることができない。
In the annular plug nozzle shown in FIG. 1, an annular gap having a width d (for example, 0.5 mm) is formed by the outer nozzle member 3 and the inner plug 2, so that the annular ejection port 10a having the width d is formed. Has formed. However, in order to obtain an accurate value d uniformly in each part in the ring direction, the plug 2 and the nozzle member 3 are required.
It is necessary to control the gap with the high precision, and extremely sophisticated processing is required. In practice, the value of the width d cannot be obtained uniformly in each part in the ring direction because of the restriction on the processing accuracy.

【0084】これに対してクラスタ型プラグノズルで
は、クラスタノズル24の噴出口10aは小円形状であ
るのでクラスタノズル24の噴出口10aの直径を値d
に正確に加工することはきわめて容易である。このため
クラスタ型プラグノズルでは、プラグ2の周囲の環方向
に、直径dの各噴出口10aを誤差なく均等に得ること
ができる。
On the other hand, in the cluster type plug nozzle, since the ejection port 10a of the cluster nozzle 24 has a small circular shape, the diameter of the ejection port 10a of the cluster nozzle 24 is set to a value d.
It is very easy to process accurately. For this reason, in the cluster type plug nozzle, each ejection port 10a having a diameter d can be uniformly obtained without error in the ring direction around the plug 2.

【0085】よってクラスタ型プラグノズルを使用すれ
ば、プラグ2の周囲の各噴出口10aの直径dが均等に
なるので、プラグ2の中心からみて対称なプラズマジェ
ット流を形成することができる。つまりプラズマ化によ
るガス励起が均一になり均一なプラズマ流が得られると
ともに、プラズマ流の方向が正確に定まるので超音速プ
ラズマ流11を表面処理させたい場所に正確に噴射させ
ることができる。
Thus, if a cluster type plug nozzle is used, the diameter d of each of the ejection ports 10a around the plug 2 becomes uniform, so that a symmetric plasma jet flow can be formed when viewed from the center of the plug 2. In other words, gas excitation by plasma is uniform, and a uniform plasma flow can be obtained. In addition, since the direction of the plasma flow is accurately determined, the supersonic plasma flow 11 can be accurately jetted to a place where surface treatment is desired.

【0086】またプラグ2の周囲の各噴出口10aの直
径dが正確に得られるので、プラグノズル10のスロー
ト部の断面積A1を精度よく調整することができる。こ
のため目標とする性能が得られ安定した超音速プラズマ
流11を噴射させることができる。
Further, since the diameter d of each ejection port 10a around the plug 2 can be accurately obtained, the sectional area A1 of the throat portion of the plug nozzle 10 can be adjusted with high accuracy. For this reason, the target performance can be obtained and the stable supersonic plasma flow 11 can be injected.

【0087】さらにクラスタ型プラグノズル10は、個
々のクラスタノズル24を集合させたものであるので、
クラスタノズル24を単独で使用する場合に比較して大
面積を同時に成膜することができるという利点が得られ
る。
Further, since the cluster type plug nozzle 10 is an assembly of the individual cluster nozzles 24,
There is an advantage that a large area can be simultaneously formed as compared with the case where the cluster nozzle 24 is used alone.

【0088】また第23発明によれば、図10に示すよ
うに、複数のクラスタノズル24からそれぞれプラズマ
形成用ガスとしてキャリアガス8が噴出される。そして
表面処理の原料となる原料ガス7が、プラグ2の流れ下
流側の先端部2bに形成された原料ガス噴出口10bか
らプラグ外部に向けて噴出される。
According to the twenty-third aspect, as shown in FIG. 10, the carrier gas 8 is ejected from each of the plurality of cluster nozzles 24 as a plasma forming gas. Then, a raw material gas 7 serving as a raw material for the surface treatment is jetted toward the outside of the plug from a raw gas jet port 10b formed at the distal end 2b on the downstream side of the flow of the plug 2.

【0089】このためプラズマ化されたキャリアガス8
の持つエネルギーが、プラグ2の流れ下流側の先端部2
bから噴出された原料ガス7に与えられ、当該原料ガス
7が活性化されて被処理物5に導かれる。
For this reason, the carrier gas 8 converted into plasma
Energy of the plug 2 at the downstream end 2 of the plug 2
The raw material gas 7 is supplied to the raw material gas 7 ejected from b, and the raw material gas 7 is activated and guided to the processing object 5.

【0090】また第24発明によれば、図10に示すよ
うに、加熱手段14によってプラグ2が加熱され、プラ
ズマ化されたプラズマ形成用ガス8のもつ熱がプラグ2
側に移動することが防止される。
According to the twenty-fourth aspect, as shown in FIG. 10, the plug 2 is heated by the heating means 14, and the heat of the plasma-forming gas 8 which has been turned into plasma is
Side movement is prevented.

【0091】また第25発明によれば、図10に示すよ
うに、プラグ2の内部に設けられた加熱手段14によっ
て、原料ガス7がキャリアガス8に混入される前に、当
該原料ガス7が予め加熱される。
According to the twenty-fifth aspect, as shown in FIG. 10, before the source gas 7 is mixed with the carrier gas 8 by the heating means 14 provided inside the plug 2, the source gas 7 is Preheated.

【0092】また第26発明によれば、図10に示すよ
うに、アーク放電用の陽極、陰極の一方の極25が、ク
ラスタノズル24内に配置されるとともに、他方の極が
プラグ2とされて、プラズマ形成用ガス8は、これらプ
ラグ2とクラスタノズル24内の電極25間のアーク放
電12によりプラズマ化される。
According to the twenty-sixth aspect, as shown in FIG. 10, one pole 25 of the anode and the cathode for arc discharge is disposed in the cluster nozzle 24, and the other pole is the plug 2. Thus, the plasma forming gas 8 is turned into plasma by the arc discharge 12 between the plug 2 and the electrode 25 in the cluster nozzle 24.

【0093】また第27発明によれば、アーク放電用の
陽極、陰極の一方の極が、クラスタノズル24とされる
とともに、他方の極がプラグ2とされて、プラズマ形成
用ガス8は、これらクラスタノズル24とプラグ2との
間のアーク放電12によりプラズマ化される。
According to the twenty-seventh aspect, one of the anode and the cathode for arc discharge is used as the cluster nozzle 24, and the other is used as the plug 2, so that the plasma forming gas 8 Plasma is generated by the arc discharge 12 between the cluster nozzle 24 and the plug 2.

【0094】また第28発明によれば、アーク放電経路
12をクラスタノズル24内で形成し、プラズマ形成用
ガス8は、クラスタノズル24内のアーク放電12によ
りプラズマ化される。
According to the twenty-eighth aspect, the arc discharge path 12 is formed in the cluster nozzle 24, and the plasma forming gas 8 is turned into plasma by the arc discharge 12 in the cluster nozzle 24.

【0095】また第29発明によれば、図12に示すよ
うに、第1発明のプラグノズル10の代わりに膨脹偏向
ノズル40が使用され、膨脹偏向ノズル40を用いて超
音速流11が被処理物5に導かれる。
According to the twenty-ninth aspect, as shown in FIG. 12, an expansion deflection nozzle 40 is used in place of the plug nozzle 10 of the first aspect, and the supersonic flow 11 is processed using the expansion deflection nozzle 40. Guided to object 5.

【0096】[0096]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る表面処理装置の実施の形態について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a surface treatment apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0097】なお、本実施形態では、表面処理として、
ダイヤモンド薄膜を成膜する場合を想定している図1は
第1の実施形態の全体構成図であり、ダイヤモンド多結
晶薄膜(あるいはDLC膜)を気相成長させる装置を示
している。図1(a)は縦断面図であり、図1(b)は
図1(a)を矢視Cでみた図を示している。
In this embodiment, as the surface treatment,
FIG. 1 assuming that a diamond thin film is formed is an overall configuration diagram of the first embodiment, and shows an apparatus for vapor-phase growing a polycrystalline diamond thin film (or DLC film). FIG. 1A is a longitudinal sectional view, and FIG. 1B is a view of FIG.

【0098】同図1に示すように、基板5に、薄膜の原
料Cとなる原料ガス7およびキャリアガス8(メタンC
H4と水素H2の混合ガス)を導くノズルとして、プラグ
ノズル10が使用される。なおキャリアガス8としてア
ルゴン(Ar)ガスを使用してもよい。
As shown in FIG. 1, a raw material gas 7 serving as a raw material C of a thin film and a carrier gas 8 (methane C
A plug nozzle 10 is used as a nozzle for introducing a mixed gas of H4 and hydrogen H2). Note that an argon (Ar) gas may be used as the carrier gas 8.

【0099】ここで、プラグノズル10とは、流れが下
流になるほど先細となるように斜面2aが形成されたプ
ラグ2と、プラグ2の外周に設けられプラグ2の斜面2
aに沿って流れが形成されるようにプラズマ形成用ガス
7、8をプラグ斜面2aに向けて噴出する噴出口10a
とからなるノズルのことである。
Here, the plug nozzle 10 includes a plug 2 having a slope 2a formed so as to be tapered as the flow becomes more downstream, and a plug nozzle 2 provided on the outer periphery of the plug 2 to form the slope 2 of the plug 2.
outlet 10a for jetting plasma forming gases 7, 8 toward plug slope 2a so that a flow is formed along
This is a nozzle consisting of

【0100】プラグノズルには、環状型のプラグノズル
と、後述するクラスタ型のプラグノズルとがあるが、本
第1の実施形態では、環状型プラグノズルが使用され
る。
The plug nozzle includes an annular plug nozzle and a cluster type plug nozzle described later. In the first embodiment, an annular plug nozzle is used.

【0101】環状型プラグノズルとは、内側のプラグ2
と、外側の円筒状のノズル部材3とで構成されたノズル
であり、外側のノズル部材3と内側のプラグ2とによっ
て形成される幅dの環状の空隙の最下流位置の部分(図
1(b)参照)を、ガス噴出口10aとするノズルのこ
とである。
The annular plug nozzle is defined as the inner plug 2
And an outer cylindrical nozzle member 3, a portion at the most downstream position of an annular gap having a width d formed by the outer nozzle member 3 and the inner plug 2 (FIG. 1 ( b)) is a nozzle having a gas ejection port 10a.

【0102】この実施形態のプラグノズル10では、流
れ下流方向の先端部が円錐形状となっているプラグ2が
使用される。
In the plug nozzle 10 of this embodiment, a plug 2 having a conical tip at the downstream side of the flow is used.

【0103】ここで、プラグ2とノズル部材3は導電体
の材質が使用される。
The plug 2 and the nozzle member 3 are made of a conductive material.

【0104】RF(高周波)電源13からは、プラグ
2、ノズル部材3をそれぞれ電極とするように、所定周
波数の交流電圧がそれぞれ印加される。このためプラグ
2とノズル部材3との間の空隙に、高周波放電30が発
生される。
An AC voltage of a predetermined frequency is applied from an RF (high frequency) power supply 13 so that the plug 2 and the nozzle member 3 serve as electrodes. Therefore, a high-frequency discharge 30 is generated in a gap between the plug 2 and the nozzle member 3.

【0105】プラグ2とノズル部材3との間に形成され
た通路には、上流から原料ガス7およびキャリアガス8
が供給される。
In the passage formed between the plug 2 and the nozzle member 3, the raw material gas 7 and the carrier gas 8
Is supplied.

【0106】以上のようにプラグノズル10が構成され
ているので、原料ガス7およびキャリアガス8が上流か
ら供給されると、これらガス7、8は上記高周波放電3
0による放電エネルギーによって加熱され、プラズマ化
される。
Since the plug nozzle 10 is configured as described above, when the raw material gas 7 and the carrier gas 8 are supplied from the upstream, these gases 7, 8
It is heated by the discharge energy of 0 and turned into plasma.

【0107】そしてプラグノズル10の噴出口10aか
らプラズマ化され励起された原料ガス7およびキャリア
ガス8がプラグ斜面2aに向けて噴出され、プラグ2の
円錐状の斜面2aに沿って膨脹する。そしてプラグ2の
先端点においてガス7、8の流れが一点で交わり、以
後、圧力の分布が均一な超音速プラズマ流11となって
プラグノズル10の下流に配置された基板5に導かれ基
板5に衝突する。
The raw material gas 7 and the carrier gas 8, which have been turned into plasma and excited, are ejected toward the plug slope 2 a from the ejection port 10 a of the plug nozzle 10, and expand along the conical slope 2 a of the plug 2. At the tip of the plug 2, the flows of the gases 7 and 8 intersect at a single point. Thereafter, a supersonic plasma flow 11 having a uniform pressure distribution is led to the substrate 5 disposed downstream of the plug nozzle 10 and the substrate 5. Collide with

【0108】なおプラグノズル10では、噴出口10a
をスロート部として、このスロート部10aにおけるガ
ス通過面積A1と、ノズル10の出口のガス通過面積A2
の比で圧力比が定まる。圧力比が定まると超音速プラズ
マ流11の膨張率が定まる。膨張率が大きくなると、超
音速プラズマ流11はノズル10の外側に拡張してい
き、膨張率が小さくなると、超音速プラズマ流11はノ
ズル10の内側に絞り込まれる。
In the plug nozzle 10, the ejection port 10a
Is the throat portion, the gas passage area A1 at the throat portion 10a and the gas passage area A2 at the outlet of the nozzle 10
The pressure ratio is determined by the ratio of When the pressure ratio is determined, the expansion rate of the supersonic plasma flow 11 is determined. When the expansion rate increases, the supersonic plasma flow 11 expands outside the nozzle 10, and when the expansion rate decreases, the supersonic plasma flow 11 is narrowed inside the nozzle 10.

【0109】プラグノズル10では、外気の圧力に応じ
て超音速プラズマ流11と外気との境界層が変化する
が、垂直衝撃波は発生せずに常にノズル出口で超音速流
が得られる。つまり従来の縮小拡大ノズルのように超音
速流を得るために厳重に条件を管理することなく、容易
に超音速流が得られ安定性がよい。このため基板5の中
心位置5cから基板5の端部5eまでの各部における圧
力(基板5に超音速流11が衝突したときの基板5上の
圧力分布)は均一になり、原料ガス7のラジカルの密度
を基板5上の各部分で均一にすることができる。この結
果、基板5上に成膜されるダイヤモンド薄膜6の厚さ
を、基板5の各部において均一にすることができ成膜品
質を飛躍的に向上させることができる。また原料ガス7
のラジカルの密度が基板5の端部5eで低くなり、その
分だけ原料ガス7が拡散によって失われるようなことは
なくなる。この結果原料ガス7が拡散によって失われる
ことによる成膜速度の低下を防ぐことができる。さらに
基板5の表面の熱負荷についても均一になり基板5の熱
歪みが防止される。
In the plug nozzle 10, the boundary layer between the supersonic plasma flow 11 and the outside air changes according to the pressure of the outside air, but a supersonic flow is always obtained at the nozzle outlet without generating a vertical shock wave. In other words, the supersonic flow can be easily obtained and the stability is good without strictly controlling the conditions for obtaining the supersonic flow as in the conventional reduction / enlargement nozzle. For this reason, the pressure (the pressure distribution on the substrate 5 when the supersonic flow 11 collides with the substrate 5) in each part from the center position 5c of the substrate 5 to the end 5e of the substrate 5 becomes uniform, Can be made uniform at each portion on the substrate 5. As a result, the thickness of the diamond thin film 6 formed on the substrate 5 can be made uniform in each part of the substrate 5, and the quality of film formation can be drastically improved. Source gas 7
Is reduced at the end 5e of the substrate 5, so that the source gas 7 is not lost by diffusion. As a result, it is possible to prevent a decrease in the film forming rate due to the loss of the source gas 7 due to the diffusion. Further, the thermal load on the surface of the substrate 5 is also uniform, and thermal distortion of the substrate 5 is prevented.

【0110】また縮小拡大ノズルと異なり、プラズマ化
されたガス7、8は、ノズル10の周囲の環状の噴出口
10aからノズル10の中心軸方向へ膨脹するので、比
較的大面積の基板5に膜を成膜することが可能となる。
Also, unlike the reduction / enlargement nozzles, the gasified gas 7, 8 expands from the annular jet port 10 a around the nozzle 10 in the direction of the center axis of the nozzle 10, so that the gas 5, 8 A film can be formed.

【0111】また超音速流11となってガス7、8が基
板5まで短時間で到達するため、プラズマ状態を失活さ
せることなく励起状態を維持したままでガス7、8を基
板5に導くことができる。このため高成膜速度で高品質
に成膜することが可能となる。
Since the gas 7, 8 reaches the substrate 5 in a short time as the supersonic flow 11, the gas 7, 8 is led to the substrate 5 while maintaining the excited state without deactivating the plasma state. be able to. Therefore, a high-quality film can be formed at a high film-forming speed.

【0112】また縮小拡大ノズルに比較してノズルの長
さを短くすることができるので、ノズル10のプラグ2
にプラズマ化ガスが接触する面積を小さくすることがで
きる。このためノズル2がプラズマ化ガスから熱が奪わ
れることによってプラズマ化ガスの活性度が低下してし
まうという不都合を防止することができ原料から膜への
変換効率を高めることができる。
Since the length of the nozzle can be made shorter than that of the reduced / enlarged nozzle, the plug 2
The area where the plasma gas is brought into contact with the substrate can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the inconvenience that the activity of the plasma gas is reduced due to the heat taken from the plasma gas by the nozzle 2, and the conversion efficiency from the raw material to the film can be increased.

【0113】さらにスロート部である噴出口10aより
下流のプラグ部分は、外部に露出しているので、たとえ
噴出口10aより下流のプラグ部分に、膜が形成された
としても容易にメンテナンスを実施することが可能とな
る。
Further, since the plug portion downstream of the ejection port 10a, which is the throat portion, is exposed to the outside, even if a film is formed on the plug portion downstream of the ejection port 10a, maintenance can be easily performed. It becomes possible.

【0114】また本実施形態では、プラグ2の先端の円
錐状の部分の内部に、プラズマ化されたガス7、8の持
つ熱をプラグ2側に移動させないように当該プラグ2を
加熱するヒータ14が内蔵されている。
In the present embodiment, the heater 14 for heating the plug 2 is provided inside the conical portion at the tip of the plug 2 so as to prevent the heat of the plasma gases 7 and 8 from being transferred to the plug 2. Is built-in.

【0115】すなわち高周波放電30の発生により原料
ガス7およびキャリアガス8はプラズマ化されガスの温
度は非常に高温になっている。このため仮にプラグ2の
温度が低いままであるとすればプラズマ化ガス7、8か
らプラグ2への熱伝達が発生して、プラズマ化ガス7、
8の持つエネルギーが減少してしまう。
That is, the source gas 7 and the carrier gas 8 are turned into plasma by the generation of the high-frequency discharge 30, and the temperature of the gas becomes extremely high. For this reason, if the temperature of the plug 2 is kept low, heat transfer from the plasma gas 7, 8 to the plug 2 occurs, and the plasma gas 7,
The energy of 8 will decrease.

【0116】しかし本実施形態ではヒータ14によりプ
ラグ2の温度が上昇しておりプラズマ化ガス7、8との
温度差が小さくなるかほぼ零になっている。よってプラ
ズマ化ガス7、8からプラグ2への熱移動を最小限に抑
制することができる。この結果プラグ2への熱移動に伴
うプラズマ化ガスの活性度の低下を最小限に抑えること
ができる。なおヒータ14はプラグ2の内部ではなくて
プラグ2の表面に設けることもできる。
However, in this embodiment, the temperature of the plug 2 is increased by the heater 14, and the temperature difference between the plug 2 and the plasma gas 7 or 8 becomes small or almost zero. Therefore, heat transfer from the plasma gas 7, 8 to the plug 2 can be minimized. As a result, it is possible to minimize a decrease in the activity of the plasma gas due to the heat transfer to the plug 2. The heater 14 can be provided not on the inside of the plug 2 but on the surface of the plug 2.

【0117】なお基板5上にシリコン膜を成膜する場合
には、原料ガス7、キャリアガス8としてモノシランS
iH4と水素H2の混合ガスを上流からノズル10内に供
給すればよい。
When a silicon film is formed on the substrate 5, monosilane S is used as the source gas 7 and the carrier gas 8.
What is necessary is just to supply the mixed gas of iH4 and hydrogen H2 into the nozzle 10 from the upstream.

【0118】さらにエッチング処理を施す場合には、上
流からノズル10内にエッチング用のガスを供給すれば
よい。エッチングガスは、プラグノズル10によって方
向性を持った高速プラズマ流になっているので異方性を
もったエッチング処理が可能となる。
In the case of performing an etching process, an etching gas may be supplied into the nozzle 10 from the upstream. Since the etching gas is a high-speed plasma flow having directionality by the plug nozzle 10, anisotropic etching can be performed.

【0119】なお以下に説明する各実施形態では、基板
5にダイヤモンド薄膜6を成膜する場合を想定するが、
もちろん上述した第1の実施形態と同様に、ダイヤモン
ド以外の成膜を行う場合に適用してもよく、その他エッ
チングなどの各種表面処理を行う場合にも適用すること
ができる。
In each of the embodiments described below, it is assumed that the diamond thin film 6 is formed on the substrate 5.
Of course, similarly to the first embodiment described above, the present invention may be applied to the case where a film other than diamond is formed, or to the case where various surface treatments such as etching are performed.

【0120】つぎに、図2を参照して第2の実施形態に
ついて説明する。なお以下すでに説明した第1の実施形
態と共通する構成要素についてはその重複した説明は省
略する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. It should be noted that the description of the same components as those of the first embodiment already described will not be repeated.

【0121】この第2の実施形態の環状型プラグノズル
10では、ノズル部材3の外側に更に円筒状のキャップ
4が配設されている。このためノズル部材3とキャップ
4との間に空隙が形成される。つまり本実施形態のプラ
グノズル10は3重の円筒構造となっている。
In the annular plug nozzle 10 of the second embodiment, a cylindrical cap 4 is further provided outside the nozzle member 3. Therefore, a gap is formed between the nozzle member 3 and the cap 4. That is, the plug nozzle 10 of the present embodiment has a triple cylindrical structure.

【0122】本実施形態では、プラグ2とノズル部材3
との間に形成された通路に上流よりキャリアガス8が供
給される。一方、ノズル部材3とキャップ4との間に形
成された通路に上流より原料ガス7が供給される。原料
ガス7はノズル部材3とキャップ4との間に形成された
通路の最下流位置の噴出口10bからプラグ2の斜面2
aに向けて噴出される。
In this embodiment, the plug 2 and the nozzle member 3
The carrier gas 8 is supplied from the upstream to the passage formed between them. On the other hand, the raw material gas 7 is supplied from the upstream to the passage formed between the nozzle member 3 and the cap 4. The raw material gas 7 is supplied from the ejection port 10 b at the most downstream position of the passage formed between the nozzle member 3 and the cap 4 to the slope 2 of the plug 2.
It is jetted toward a.

【0123】本実施形態では、ノズル部材3を陽極とし
プラグ2を陰極としてこれらノズル部材3、プラグ2間
に直流電源9から直流電圧が印加される。このためプラ
グ2とノズル部材3との間であって噴出口10aの近傍
にアーク放電経路12が形成される。
In this embodiment, a DC voltage is applied between the nozzle member 3 and the plug 2 by the DC power supply 9 between the nozzle member 3 as the anode and the plug 2 as the cathode. Therefore, an arc discharge path 12 is formed between the plug 2 and the nozzle member 3 and near the ejection port 10a.

【0124】また、プラグノズル10の外周であってア
ーク放電経路12が形成される鉛直方向位置近傍に、環
状に磁石16が配設されている。
A magnet 16 is annularly disposed on the outer periphery of the plug nozzle 10 and near the vertical position where the arc discharge path 12 is formed.

【0125】以上のようにプラグノズル10が構成され
ているので、キャリアガス8が上流から供給されると、
これらキャリアガス8は上記直流アーク放電による放電
エネルギーによって加熱され、プラズマ化される。
Since the plug nozzle 10 is configured as described above, when the carrier gas 8 is supplied from the upstream,
These carrier gases 8 are heated by the discharge energy of the DC arc discharge and turned into plasma.

【0126】そしてプラグノズル10の噴出口10aか
らプラズマ化され励起されたキャリアガス8がプラグ斜
面2aに向けて噴出され、プラグ2の円錐状の斜面2a
に沿って膨脹する。そしてプラグ2の先端点においてガ
ス8の流れが一点で交わり、以後、均一な超音速プラズ
マ流11となってプラグノズル10の下流に配置された
基板5に導かれ基板5に衝突する。一方原料ガス7はノ
ズル10の上流から供給され、噴出口10bからプラグ
斜面2aに向けて上記キャリアガス8の超音速プラズマ
流11に吹き付けられるように噴出される。
The carrier gas 8 which is turned into plasma and excited from the outlet 10a of the plug nozzle 10 is ejected toward the plug slope 2a, and the conical slope 2a of the plug 2 is formed.
Inflates along. Then, the flow of the gas 8 crosses at one point at the tip of the plug 2, and thereafter becomes a uniform supersonic plasma flow 11, is guided to the substrate 5 disposed downstream of the plug nozzle 10, and collides with the substrate 5. On the other hand, the source gas 7 is supplied from the upstream of the nozzle 10 and is jetted from the jet port 10b toward the plug slope 2a so as to be blown onto the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8.

【0127】この結果原料ガス7はキャリアガス8の超
音速プラズマ流11に混入され、これによりプラズマ化
されたキャリアガス8の持つエネルギーが原料ガス7に
与えられる。このため原料ガス7は高温となり活性化さ
れる。そしてラジカル化した原料ガス7が基板5に導か
れ原料ガス7のラジカルが基板5上で化学反応を起こす
ことによって基板5上でダイヤモンド薄膜6が成膜され
る。
As a result, the source gas 7 is mixed into the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8, whereby the energy of the carrier gas 8 which has been turned into plasma is given to the source gas 7. Therefore, the temperature of the source gas 7 becomes high and the source gas 7 is activated. Then, the radicalized source gas 7 is guided to the substrate 5, and radicals of the source gas 7 cause a chemical reaction on the substrate 5, whereby a diamond thin film 6 is formed on the substrate 5.

【0128】本実施形態でも前述した第1の実施形態と
同様にプラグノズル10を使用しているので、垂直衝撃
波は発生せずに常にノズル出口で超音速流が得られる。
このためダイヤモンド膜6を均一の厚さに成膜すること
ができるとともに原料ガス7の拡散に伴う成膜速度の低
下を防ぐことができる。
Since the plug nozzle 10 is used in the present embodiment as in the first embodiment, a supersonic flow can always be obtained at the nozzle outlet without generating a vertical shock wave.
For this reason, the diamond film 6 can be formed to have a uniform thickness, and a reduction in the film formation rate due to the diffusion of the source gas 7 can be prevented.

【0129】さらに本実施形態では、磁石16の磁力に
よってアーク放電経路12を、環状の噴出口10aの環
方向に沿って回転させることができ、これによって環状
の噴出口10aの環方向各部においてプラズマ化の度合
いを均一にすることができる。
Further, in the present embodiment, the arc discharge path 12 can be rotated along the ring direction of the annular ejection port 10a by the magnetic force of the magnet 16, whereby the plasma is generated at each part of the annular ejection port 10a in the ring direction. The degree of formation can be made uniform.

【0130】すなわち図5(b)は図2を矢視C方向か
らみた図である。
That is, FIG. 5B is a view of FIG. 2 viewed from the direction of arrow C.

【0131】ここで仮に磁石16がないものとすると直
流アーク放電によって形成されるアーク放電経路12は
噴出口10aの環方向に沿ってアークの形成しやすい1
箇所でしか形成されない。
Here, assuming that the magnet 16 is not provided, the arc discharge path 12 formed by the DC arc discharge is likely to form an arc along the ring direction of the ejection port 10a.
It is formed only at the point.

【0132】本実施形態では、磁石16が噴出口10a
の環方向に沿って周設されているため、アーク放電経路
12(電流の経路)に対して垂直方向の向き、つまり環
方向の向きに力が加えられる。このためアーク放電経路
12は矢印Eに示すように環状の噴出口10aの環方向
に沿って回転される。よって、環状の噴出口10aの環
方向の各部において多数のアーク放電経路12が形成さ
れたのと同等の効果が得られ、環状の噴出口10aの環
方向の各部においてガス8を均一に加熱することができ
ガス8のプラズマ化の度合いを均一にすることができ
る。つまりキャリアガス8を確実に加熱し熱プラズマ化
することができノズル10の中心からみて対称なプラズ
マジェット流を形成することができる。なお磁石16と
しては永久磁石でも電磁石でもよく磁石の種類は問わな
いまたこの実施形態では磁石16をプラグノズル10の
外部に配設しているが、プラグノズル10の内部に配設
してもよく、プラグノズル10の外部と内部の両方に配
設してもよい。
In this embodiment, the magnet 16 is connected to the ejection port 10a.
Are applied in the direction perpendicular to the arc discharge path 12 (current path), that is, in the direction of the ring. Therefore, the arc discharge path 12 is rotated along the annular direction of the annular ejection port 10a as shown by the arrow E. Therefore, an effect equivalent to the formation of a large number of arc discharge paths 12 in each part of the annular outlet 10a in the ring direction is obtained, and the gas 8 is uniformly heated in each part of the annular outlet 10a in the ring direction. Thus, the degree of gasification of the gas 8 can be made uniform. That is, the carrier gas 8 can be reliably heated and turned into thermal plasma, and a symmetrical plasma jet flow can be formed when viewed from the center of the nozzle 10. The magnet 16 may be a permanent magnet or an electromagnet, regardless of the type of magnet. In this embodiment, the magnet 16 is provided outside the plug nozzle 10, but may be provided inside the plug nozzle 10. , May be arranged both outside and inside the plug nozzle 10.

【0133】またこの実施形態では、直流電源9を使用
しているが、直流電源の代わりに交流電源を使用しても
よい。
Although the DC power supply 9 is used in this embodiment, an AC power supply may be used instead of the DC power supply.

【0134】またこの図2に示す第2の実施形態と第1
の実施形態を適宜組み合わせた構成にして実施すること
も可能である。図2の直流アーク放電によるガスをプラ
ズマ化する構成のものにおいて図1と同様に原料ガス7
とキャリアガス8を同じ通路に供給してもよい。
Further, the second embodiment shown in FIG.
It is also possible to carry out the configuration by appropriately combining the embodiments. In the configuration shown in FIG. 2 in which the gas is converted into plasma by the DC arc discharge, the raw material gas 7 is formed in the same manner as in FIG.
And the carrier gas 8 may be supplied to the same passage.

【0135】また図2のキャップ4の内面やノズル部材
3の外面に図1と同様のヒータ14を設けてもよい。こ
のヒータ14は、原料ガス7をキャリアガス8に混入す
る前に原料ガス7を予め加熱するために使用される。原
料ガス7にキャリアガス8の持つエネルギーが与えられ
る前に原料ガス7を予め加熱してエネルギーを与えてお
けば原料からラジカルへの変換効率が向上し更に成膜効
率を向上させることができる。以下、アーク放電によっ
てガスをプラズマ化する各実施形態について更に説明す
る。
A heater 14 similar to that shown in FIG. 1 may be provided on the inner surface of the cap 4 or the outer surface of the nozzle member 3 shown in FIG. The heater 14 is used to heat the source gas 7 before mixing the source gas 7 into the carrier gas 8. If the raw material gas 7 is heated and given energy before the energy of the carrier gas 8 is applied to the raw material gas 7, the conversion efficiency of the raw material into radicals is improved, and the film formation efficiency can be further improved. Hereinafter, each embodiment for converting a gas into plasma by arc discharge will be further described.

【0136】図3は、アーク放電をプラグ2の上流側で
発生させる第3の実施形態を示している。なお以下すで
に説明した実施形態と共通する構成要素についてはその
重複した説明は省略する。
FIG. 3 shows a third embodiment in which an arc discharge is generated on the upstream side of the plug 2. It should be noted that the description of the same components as those of the above-described embodiment will not be repeated.

【0137】この第3の実施形態では、プラグ2の上流
であって、ノズル部材3の内側に、アーク放電の陰極と
なる電極部材15が配設されている。またノズル部材3
とプラグ2は連結部材17によって電気的に接続されて
いる。そして電極部材15を陰極とし、電気的に接続さ
れたノズル部材3およびプラグ2を陽極としてこれらノ
ズル部材3およびプラグ2と電極部材15との間に直流
電源9から直流電圧が印加される。このためプラグ2と
電極部材15との間にアーク放電経路12が形成され
る。なお上記連結部材17はプラグ2とノズル部材3と
を機械的に連結してノズル部材3にプラグ2を接続して
固定する部材としても機能する。
In the third embodiment, an electrode member 15 serving as a cathode for arc discharge is disposed upstream of the plug 2 and inside the nozzle member 3. Nozzle member 3
The plug 2 is electrically connected to the plug 2 by a connecting member 17. Then, a DC voltage is applied from the DC power source 9 between the nozzle member 3 and the plug 2 and the electrode member 15 with the electrode member 15 serving as a cathode and the electrically connected nozzle member 3 and plug 2 serving as an anode. Therefore, an arc discharge path 12 is formed between the plug 2 and the electrode member 15. The connecting member 17 also functions as a member that mechanically connects the plug 2 and the nozzle member 3 to connect and fix the plug 2 to the nozzle member 3.

【0138】本実施形態では、プラグ2の上流に形成さ
れた通路より原料ガス7およびキャリアガス8が供給さ
れる。
In this embodiment, the source gas 7 and the carrier gas 8 are supplied from a passage formed upstream of the plug 2.

【0139】以上のようにプラグノズル10が構成され
ているので、原料ガス7およびキャリアガス8がプラグ
2の上流から供給されると、これらガス7、8は電極部
材15とノズル部材3との間に形成された通路を通り、
プラグ2と電極部材15との間に達し直流アーク放電に
よる放電エネルギーによって加熱され、プラズマ化され
る。
Since the plug nozzle 10 is configured as described above, when the source gas 7 and the carrier gas 8 are supplied from the upstream of the plug 2, these gases 7, 8 are generated between the electrode member 15 and the nozzle member 3. Through the passage formed between them,
It reaches between the plug 2 and the electrode member 15 and is heated by the discharge energy of the DC arc discharge and turned into plasma.

【0140】そしてプラズマ化されたガス7、8は、プ
ラグ2とノズル部材3とで形成された、図中矢視C方向
からみて環状の通路に導かれ同環状の噴出口10aから
噴出される。
The gasified gases 7 and 8 are led to an annular passage formed by the plug 2 and the nozzle member 3 and viewed from the direction of arrow C in FIG.

【0141】ここで本実施形態によれば、ガス7、8
は、プラグ2の上流でプラズマ化されているので、ガス
7、8のプラズマ化の度合いを均一にすることができ
る。
Here, according to the present embodiment, the gases 7, 8
Is converted into plasma upstream of the plug 2, so that the degree of plasma conversion of the gases 7, 8 can be made uniform.

【0142】仮にプラグ2およびノズル部材3の一方を
陽極とし他方を陰極としてこれら陽極、陰極間に直流電
圧を印加した場合には、前述したように環状の噴出口1
0aの環方向の1箇所でしかアーク放電経路12が形成
されない。このため環状の噴出口10aの環方向の一部
でしかガス7、8は十分にプラズマ化されないことにな
りプラズマ化の度合いの不均一が生じることになる。
If one of the plug 2 and the nozzle member 3 is used as an anode and the other is used as a cathode and a DC voltage is applied between the anode and the cathode, as described above, the annular ejection port 1 is used.
The arc discharge path 12 is formed only at one point in the ring direction of 0a. Therefore, the gas 7, 8 is sufficiently converted into plasma only in a part of the annular ejection port 10a in the ring direction, and the degree of plasma generation is non-uniform.

【0143】しかし本実施形態ではガス7、8の通路が
環状の通路になる前の段階で、つまりプラグ2の上流の
通路でアーク放電経路12を形成してガス7、8をプラ
ズマ化しているので、ガス7、8を均一に加熱すること
ができプラズマ化の度合いの不均一を避けることができ
る。つまりキャリアガス8および原料ガス7を確実に加
熱し熱プラズマ化することができノズル10の中心から
みて対称なプラズマジェット流を形成することができ
る。
In this embodiment, however, the gas 7, 8 is turned into plasma by forming the arc discharge path 12 before the passage of the gas 7, 8 becomes an annular passage, that is, in the passage upstream of the plug 2. Therefore, the gases 7 and 8 can be uniformly heated, and the degree of plasma generation can be prevented from being uneven. In other words, the carrier gas 8 and the source gas 7 can be reliably heated and turned into thermal plasma, and a symmetrical plasma jet flow can be formed when viewed from the center of the nozzle 10.

【0144】プラグノズル10の噴出口10aからプラ
ズマ化され励起された原料ガス7およびキャリアガス8
がプラグ斜面2aに向けて噴出され、プラグ2の円錐状
の斜面2aに沿って膨脹する。そしてプラグ2の先端点
においてガス7、8の流れが一点で交わり、以後、均一
な超音速プラズマ流11となってプラグノズル10の下
流に配置された基板5に導かれ基板5に衝突する。
The raw material gas 7 and the carrier gas 8 which are turned into plasma and excited from the ejection port 10a of the plug nozzle 10
Is ejected toward the plug slope 2 a and expands along the conical slope 2 a of the plug 2. Then, the flows of the gases 7 and 8 intersect at one point at the tip of the plug 2, and thereafter become a uniform supersonic plasma flow 11, are guided to the substrate 5 disposed downstream of the plug nozzle 10, and collide with the substrate 5.

【0145】この結果ラジカル化した原料ガス7を基板
5に導くことができ原料ガス7のラジカルが基板5上で
化学反応を起こすことによって基板5上でダイヤモンド
薄膜6が成膜される。
As a result, the radicalized source gas 7 can be guided to the substrate 5, and the radical of the source gas 7 causes a chemical reaction on the substrate 5 to form a diamond thin film 6 on the substrate 5.

【0146】本実施形態でも、プラグノズル10を使用
しているので、前述した各実施形態と同様に、垂直衝撃
波は発生せずに常にノズル出口で超音速流が得られる。
このためダイヤモンド膜6の厚さを均一にすることがで
きるとともに原料ガス7の拡散に伴う成膜速度の低下を
防ぐことができる。
Also in this embodiment, since the plug nozzle 10 is used, a supersonic flow can always be obtained at the nozzle outlet without generating a vertical shock wave, as in the above-described embodiments.
For this reason, the thickness of the diamond film 6 can be made uniform, and a decrease in the film formation rate due to the diffusion of the source gas 7 can be prevented.

【0147】なお本第3の実施形態では、原料ガス7お
よびキャリアガス8を混合したガスをノズル10の上流
よりノズル10内の同一通路に供給するようにしている
が、キャリアガス8のみをノズル10の上流よりノズル
内通路に供給するようにして、別の通路を通過した原料
ガス7を、プラズマ化したキャリアガス8中に混入させ
てもよい。すなわち原料ガス7はキャリアガス8の超音
速プラズマ流11に混入されることで、プラズマ化され
たキャリアガス8の持つエネルギーが原料ガス7に与え
られる。このため原料ガス7は高温となり活性化され
る。そしてラジカル化した原料ガス7が基板5に導かれ
原料ガス7のラジカルが基板5上で化学反応を起こすこ
とによって基板5上でダイヤモンド薄膜6が成膜され
る。
In the third embodiment, the mixed gas of the source gas 7 and the carrier gas 8 is supplied from the upstream of the nozzle 10 to the same passage in the nozzle 10. The raw material gas 7 that has passed through another passage may be mixed into the carrier gas 8 that has been turned into plasma by supplying the gas into the nozzle passage from upstream of the carrier gas 10. That is, the source gas 7 is mixed with the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8, so that the energy of the carrier gas 8 that has been turned into plasma is given to the source gas 7. Therefore, the temperature of the source gas 7 becomes high and the source gas 7 is activated. Then, the radicalized source gas 7 is guided to the substrate 5, and radicals of the source gas 7 cause a chemical reaction on the substrate 5, whereby a diamond thin film 6 is formed on the substrate 5.

【0148】またこの実施形態では、直流電源9を使用
しているが、直流電源の代わりに交流電源を使用しても
よい。
Although the DC power supply 9 is used in this embodiment, an AC power supply may be used instead of the DC power supply.

【0149】またこの図3に示す第3の実施形態と前述
した各実施形態を適宜組み合わせた構成にして実施する
ことも可能である。たとえば図3のプラグ2の内部に図
1と同様のヒータ14を設けてもよい。
It is also possible to implement the third embodiment shown in FIG. 3 and the above-described embodiments by appropriately combining them. For example, a heater 14 similar to that of FIG. 1 may be provided inside the plug 2 of FIG.

【0150】図4は、アーク放電経路を磁石を用いて回
転させるとともにガスを同回転方向に旋回させる第4の
実施形態を示している。なお以下すでに説明した実施形
態と共通する構成要素についてはその重複した説明は省
略する。
FIG. 4 shows a fourth embodiment in which the arc discharge path is rotated using a magnet and the gas is swirled in the same rotation direction. It should be noted that the description of the same components as those of the above-described embodiment will not be repeated.

【0151】図4(a)は縦断面図であり、図4(b)
は図4(a)のA−A横断面図であり、図4(c)は図
4(a)を矢視C方向からみた図である。なお図4
(a)は、図4(b)のB−B断面図である。
FIG. 4A is a longitudinal sectional view, and FIG.
4A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4A, and FIG. 4C is a view of FIG. FIG. 4
(A) is BB sectional drawing of FIG.4 (b).

【0152】これら図に示すように、第4の実施形態の
プラグノズル10は、図1に示す第1の実施形態と同様
に、内側のプラグ2と外側の円筒状のノズル部材3とで
構成されている。
As shown in these figures, the plug nozzle 10 of the fourth embodiment comprises an inner plug 2 and an outer cylindrical nozzle member 3 as in the first embodiment shown in FIG. Have been.

【0153】図4(a)、(b)に示すようにプラグ2
とノズル部材3との間には円筒状の絶縁体18が介在さ
れており、プラグ2とノズル部材3とを電気的に遮断し
ている。そしてプラグ2を陰極としノズル部材3を陽極
としてこれらノズル部材3、プラグ2間に直流電源9か
ら直流電圧が印加される。このためノズル部材3とプラ
グ2との間であって絶縁体18が存在しないガス噴出口
10a近傍にアーク放電経路12が形成される。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the plug 2
A cylindrical insulator 18 is interposed between the plug member 2 and the nozzle member 3, and electrically disconnects the plug 2 from the nozzle member 3. Then, a DC voltage is applied from a DC power supply 9 between the nozzle member 3 and the plug 2 using the plug 2 as a cathode and the nozzle member 3 as an anode. Therefore, an arc discharge path 12 is formed between the nozzle member 3 and the plug 2 and in the vicinity of the gas ejection port 10a where the insulator 18 does not exist.

【0154】図4(b)に示すように円筒状の絶縁体1
8には、その円筒周方向に沿った数箇所(たとえば4箇
所)に、原料ガス7およびキャリアガス8を上流から下
流に通過させる通路19が形成されている。通路19と
噴出口10aは通路20によって連通されている。通路
20は、その通路から流れるガス7、8が、環状の噴出
口10aの環方向に沿って旋回するような傾きを以て形
成されている。
As shown in FIG. 4B, a cylindrical insulator 1
At 8, passages 19 for passing the source gas 7 and the carrier gas 8 from upstream to downstream are formed at several places (for example, four places) along the circumferential direction of the cylinder. The passage 19 and the ejection port 10a are connected by a passage 20. The passage 20 is formed with an inclination such that the gases 7 and 8 flowing from the passage are swirled along the annular direction of the annular ejection port 10a.

【0155】本実施形態では、ノズル10の上流より通
路19内に原料ガス7およびキャリアガス8が供給され
る。
In the present embodiment, the source gas 7 and the carrier gas 8 are supplied into the passage 19 from the upstream of the nozzle 10.

【0156】以上のようにプラグノズル10が構成され
ているので、原料ガス7およびキャリアガス8がノズル
10の上流から供給されると、これらガス7、8は通路
19、通路20を介して噴出口10aに到達する。そし
てガス7、8は直流アーク放電による放電エネルギーに
よって加熱され、プラズマ化される。そしてプラズマ化
されたガス7、8は、噴出口10aから噴出される。
Since the plug nozzle 10 is configured as described above, when the source gas 7 and the carrier gas 8 are supplied from upstream of the nozzle 10, these gases 7 and 8 are injected through the passages 19 and 20. It reaches the exit 10a. Then, the gases 7 and 8 are heated by the discharge energy by the DC arc discharge and are turned into plasma. Then, the gasified gas 7, 8 is jetted from the jet port 10a.

【0157】ここで通路10から流れるガス7、8は、
図4(c)の矢印Dに示すように、環状の噴出口10a
の環方向に沿って旋回する。ガス7、8が環状の噴出口
10aの環方向に沿って旋回することによって同環方向
各部のガス7、8の密度を均一にすることができ同環方
向各部のアーク放電条件を均一にすることができる。こ
の結果噴出口10aにおいてアーク放電が安定して生成
される。
Here, the gases 7, 8 flowing from the passage 10 are:
As shown by an arrow D in FIG.
Turns along the ring direction. The gas 7, 8 is swirled along the annular direction of the annular ejection port 10a, whereby the density of the gas 7, 8 in each part in the annular direction can be made uniform, and the arc discharge conditions in each part in the annular direction can be made uniform. be able to. As a result, arc discharge is stably generated at the ejection port 10a.

【0158】さらに本実施形態では、図2に示す第2の
実施形態と同様に、プラグノズル10の外周であってア
ーク放電経路12が形成されるノズル鉛直方向位置近傍
に、環状に磁石16が配設されている。このため磁石1
6の磁力によってアーク放電経路12が、環状の噴出口
10aの環方向に沿って回転される(図5(b)参
照)。これによって環状の噴出口10aの環方向各部に
おいてガス7、8を均一に加熱することができプラズマ
化の度合いを均一にすることができノズル10の中心か
らみて対称なプラズマジェット流を形成することができ
る。
Further, in the present embodiment, similarly to the second embodiment shown in FIG. 2, the magnet 16 is annularly formed on the outer periphery of the plug nozzle 10 and near the vertical position of the nozzle where the arc discharge path 12 is formed. It is arranged. Therefore, magnet 1
The magnetic force of 6 causes the arc discharge path 12 to rotate along the annular direction of the annular ejection port 10a (see FIG. 5B). This makes it possible to uniformly heat the gases 7 and 8 at each part in the annular direction of the annular jet port 10a, to make the degree of plasma uniform, and to form a symmetrical plasma jet flow from the center of the nozzle 10. Can be.

【0159】すなわち本実施形態によれば噴出口10a
においてアーク放電を安定して生成させるとともにアー
ク放電経路12を回転させるようにしているので、噴出
口10aから均一にプラズマ化されたプラズマ流を確実
に噴出させることができる。
That is, according to the present embodiment, the ejection port 10a
In this case, the arc discharge is generated stably and the arc discharge path 12 is rotated, so that a uniform plasma flow can be reliably ejected from the ejection port 10a.

【0160】プラグノズル10の噴出口10aからプラ
ズマ化され励起された原料ガス7およびキャリアガス8
がプラグ斜面2aに向けて噴出され、プラグ2の円錐状
の斜面2aに沿って膨脹する。そしてプラグ2の先端点
においてガス7、8の流れが一点で交わり、以後、均一
な超音速プラズマ流11となってプラグノズル10の下
流に配置された基板5に導かれ基板5に衝突する。
The source gas 7 and the carrier gas 8 which are turned into plasma and excited from the ejection port 10a of the plug nozzle 10
Is ejected toward the plug slope 2 a and expands along the conical slope 2 a of the plug 2. Then, the flows of the gases 7 and 8 intersect at one point at the tip of the plug 2, and thereafter become a uniform supersonic plasma flow 11, are guided to the substrate 5 disposed downstream of the plug nozzle 10, and collide with the substrate 5.

【0161】この結果ラジカル化した原料ガス7を基板
5に導くことができ原料ガス7のラジカルが基板5上で
化学反応を起こすことによって基板5上でダイヤモンド
薄膜6が成膜される。
As a result, the radicalized source gas 7 can be guided to the substrate 5, and the radical of the source gas 7 causes a chemical reaction on the substrate 5 to form a diamond thin film 6 on the substrate 5.

【0162】本実施形態でも、プラグノズル10を使用
しているので、前述した各実施形態と同様に、垂直衝撃
波は発生せずに常にノズル出口で超音速流が得られる。
このためダイヤモンド膜6の厚さを均一にすることがで
きるとともに原料ガス7の拡散に伴う成膜速度の低下を
防ぐことができる。
Also in this embodiment, since the plug nozzle 10 is used, a supersonic flow is always obtained at the nozzle outlet without generating a vertical shock wave, as in the above-described embodiments.
For this reason, the thickness of the diamond film 6 can be made uniform, and a decrease in the film formation rate due to the diffusion of the source gas 7 can be prevented.

【0163】なお本第4の実施形態では、原料ガス7お
よびキャリアガス8を混合したガスをノズル10の上流
よりノズル10内の同一通路19に供給するようにして
いるが、キャリアガス8のみをノズル10の上流よりノ
ズル内通路19に供給するようにして、別の通路を通過
した原料ガス7をキャリアガス8中に混入させてもよ
い。すなわち原料ガス7はキャリアガス8の超音速プラ
ズマ流11に混入されることで、プラズマ化されたキャ
リアガス8の持つエネルギーが原料ガス7に与えられ
る。このため原料ガス7は高温となり活性化される。そ
してラジカル化した原料ガス7が基板5に導かれ原料ガ
ス7のラジカルが基板5上で化学反応を起こすことによ
って基板5上でダイヤモンド薄膜6が成膜される。
In the fourth embodiment, the mixed gas of the source gas 7 and the carrier gas 8 is supplied from the upstream of the nozzle 10 to the same passage 19 in the nozzle 10, but only the carrier gas 8 is supplied. The raw material gas 7 that has passed through another passage may be mixed into the carrier gas 8 by supplying the gas from the upstream of the nozzle 10 to the passage 19 inside the nozzle. That is, the source gas 7 is mixed with the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8, so that the energy of the carrier gas 8 that has been turned into plasma is given to the source gas 7. Therefore, the temperature of the source gas 7 becomes high and the source gas 7 is activated. Then, the radicalized source gas 7 is guided to the substrate 5, and radicals of the source gas 7 cause a chemical reaction on the substrate 5, whereby a diamond thin film 6 is formed on the substrate 5.

【0164】またこの実施形態では、直流電源9を使用
しているが、直流電源の代わりに交流電源を使用しても
よい。
Further, in this embodiment, the DC power supply 9 is used, but an AC power supply may be used instead of the DC power supply.

【0165】またこの図4に示す第4の実施形態と前述
した各実施形態を適宜組み合わせた構成にして実施する
ことも可能である。たとえば図4のプラグ2の内部に図
1と同様のヒータ14を設けてもよい。
Further, the fourth embodiment shown in FIG. 4 and each of the above-described embodiments can be appropriately combined and implemented. For example, a heater 14 similar to that of FIG. 1 may be provided inside the plug 2 of FIG.

【0166】この第4の実施形態では、アーク放電経路
12を磁石16の磁力によって回転させているが、図5
(a)に示すように電気回路を構成してスイッチの切り
換えによってアーク放電経路12を回転させてもよい。
In the fourth embodiment, the arc discharge path 12 is rotated by the magnetic force of the magnet 16;
As shown in (a), an electric circuit may be configured to rotate the arc discharge path 12 by switching a switch.

【0167】図5(a)は図4(a)の矢視C図であ
る。
FIG. 5A is a view taken in the direction of arrow C in FIG. 4A.

【0168】同図5(a)に示すように、ノズル部材3
は、4つの絶縁体18a、18b、18c、18dを介
して、4つの電極3a、3b、3c、3dに分割されて
いる。各電極3a、3b、3c、3d毎にスイッチSW
1、SW2、SW3、SW4が設けられている。電極3
aにはスイッチSW1が閉成されることによって電源9
から電圧が印加され、電極3bにはスイッチSW2が閉
成されることによって電源9から電圧が印加され、電極
3cにはスイッチSW3が閉成されることによって電源
9から電圧が印加され、電極3dにはスイッチSW4が
閉成されることによって電源9から電圧が印加される。
As shown in FIG. 5A, the nozzle member 3
Is divided into four electrodes 3a, 3b, 3c, 3d via four insulators 18a, 18b, 18c, 18d. Switch SW for each electrode 3a, 3b, 3c, 3d
1, SW2, SW3, and SW4 are provided. Electrode 3
a is connected to the power supply 9 by closing the switch SW1.
, A voltage is applied from the power supply 9 by closing the switch SW2 to the electrode 3b, and a voltage is applied from the power supply 9 by closing the switch SW3 to the electrode 3c. , A voltage is applied from the power supply 9 by closing the switch SW4.

【0169】そして図示せぬスイッチ制御装置によって
スイッチSW1、SW2、SW3、SW4は順次閉成さ
れる。
The switches SW1, SW2, SW3 and SW4 are sequentially closed by a switch control device (not shown).

【0170】このため環状の噴出口10aの環方向各部
でアーク放電経路12a、12b、12c、12dが順
次形成され、図5(b)の矢印Eに示すように図中環方
向に沿って右回りにアーク放電経路12が回転される。
For this reason, arc discharge paths 12a, 12b, 12c, and 12d are sequentially formed in each part of the annular ejection port 10a in the ring direction, and clockwise in the ring direction in the figure as shown by the arrow E in FIG. 5B. The arc discharge path 12 is rotated.

【0171】なお図5(a)に示す回路では、ノズル部
材3を複数の電極に分割しているが、プラグ2を複数の
電極に分割して同様にプラグ2側の複数の電極を順次通
電することでアーク放電経路12を回転させてもよい。
Although the nozzle member 3 is divided into a plurality of electrodes in the circuit shown in FIG. 5A, the plug 2 is divided into a plurality of electrodes and the plurality of electrodes on the plug 2 side are similarly energized sequentially. By doing so, the arc discharge path 12 may be rotated.

【0172】また図6に示すように電気回路を構成して
複数のアーク放電経路12を環状の噴出口10aの環方
向各部に同時に形成してもよい。
As shown in FIG. 6, an electric circuit may be formed to simultaneously form a plurality of arc discharge paths 12 in each part of the annular ejection port 10a in the annular direction.

【0173】図6は図4(a)の矢視C図である。FIG. 6 is a view taken in the direction of arrow C in FIG.

【0174】同図6に示すように、ノズル部材3は、4
つの絶縁体18a、18b、18c、18dを介して、
4つの電極3a、3b、3c、3dに分割されている。
各電極3a、3b、3c、3d毎に直流電源9a、9
b、9c、9dが設けられている。よって電極3aには
電源9aから電圧が印加され、電極3bには電源9bか
ら電圧が印加され、電極3cには電源9cから電圧が印
加され、電極3dには電源9dから電圧が印加される。
As shown in FIG. 6, the nozzle member 3
Via two insulators 18a, 18b, 18c, 18d,
It is divided into four electrodes 3a, 3b, 3c, 3d.
DC power supplies 9a, 9 for each of the electrodes 3a, 3b, 3c, 3d
b, 9c and 9d are provided. Therefore, a voltage is applied to the electrode 3a from the power supply 9a, a voltage is applied to the electrode 3b from the power supply 9b, a voltage is applied to the electrode 3c from the power supply 9c, and a voltage is applied to the electrode 3d from the power supply 9d.

【0175】このため環状の噴出口10aの環方向各部
でアーク放電経路12a、12b、12c、12dが同
時に形成され、図5(b)の矢印Eに示すようにアーク
放電経路12が回転されたのと同等の効果が得られる。
For this reason, arc discharge paths 12a, 12b, 12c, and 12d are simultaneously formed in each part of the annular ejection port 10a in the ring direction, and the arc discharge path 12 is rotated as shown by an arrow E in FIG. 5B. An effect equivalent to the above is obtained.

【0176】なお図6に示す回路では、ノズル部材3を
複数の電極に分割しているが、プラグ2を複数の電極に
分割して同様にプラグ2側の複数の電極毎に電源を設け
ることによって複数のアーク放電経路12を環方向各部
に形成させてもよい。
In the circuit shown in FIG. 6, the nozzle member 3 is divided into a plurality of electrodes. However, the plug 2 is divided into a plurality of electrodes and a power supply is similarly provided for each of the plurality of electrodes on the plug 2 side. Thus, a plurality of arc discharge paths 12 may be formed in each part in the ring direction.

【0177】つぎに、原料ガス7の通路をプラグ2に設
けた第5の実施形態について図7を参照して説明する。
Next, a fifth embodiment in which a passage for the source gas 7 is provided in the plug 2 will be described with reference to FIG.

【0178】図7のプラグノズル10の構成は、基本的
には図4の構成と同じである。ただしキャリアガス8が
通路18内に上流より供給される一方で、プラグ2の中
心軸に沿って設けられた通路21内に上流より原料ガス
7が供給される点が異なる。以下図4のプラグノズル1
0と異なる部分のみ説明する。
The configuration of the plug nozzle 10 in FIG. 7 is basically the same as the configuration in FIG. The difference is that the carrier gas 8 is supplied from the upstream into the passage 18, while the source gas 7 is supplied from the upstream into the passage 21 provided along the central axis of the plug 2. The plug nozzle 1 shown in FIG.
Only parts different from 0 will be described.

【0179】通路21はプラグ2の円錐部で複数の通路
に分岐される。これら複数の分岐通路は、プラグ2の斜
面2aの鉛直方向各位置に形成された複数(たとえば5
個)の噴出口10b、10b…に連通されている。
The passage 21 is branched into a plurality of passages at the conical portion of the plug 2. These plurality of branch passages are formed at a plurality of positions (e.g., 5
) Are connected to the ejection ports 10b, 10b,.

【0180】以上のようにプラグノズル10が構成され
ているので、キャリアガス8がノズル10の上流から通
路19内に供給されると、キャリアガス8は通路19、
通路20を介して噴出口10aに到達する。そしてガス
8は直流アーク放電による放電エネルギーによって加熱
され、プラズマ化される。そしてプラズマ化されたガス
8は、噴出口10aから噴出される。
Since the plug nozzle 10 is configured as described above, when the carrier gas 8 is supplied into the passage 19 from the upstream of the nozzle 10, the carrier gas 8 is supplied to the passage 19,
It reaches the ejection port 10 a via the passage 20. The gas 8 is heated by the discharge energy of the DC arc discharge and turned into plasma. Then, the gas 8 converted into plasma is ejected from the ejection port 10a.

【0181】プラグノズル10の噴出口10aからプラ
ズマ化され励起されたキャリアガス8がプラグ斜面2a
に向けて噴出され、プラグ2の円錐状の斜面2aに沿っ
て膨脹する。そしてプラグ2の先端点においてガス8の
流れが一点で交わり、以後、均一な超音速プラズマ流1
1となってプラグノズル10の下流に配置された基板5
に導かれ基板5に衝突する。
The carrier gas 8 which is turned into plasma and excited from the ejection port 10a of the plug nozzle 10 is supplied to the plug slope 2a.
And expands along the conical slope 2 a of the plug 2. The flow of the gas 8 intersects at one point at the tip of the plug 2, and thereafter, the uniform supersonic plasma flow 1
1 and the substrate 5 disposed downstream of the plug nozzle 10
And collides with the substrate 5.

【0182】ここで原料ガス7は、プラグ斜面2aに形
成された各噴出口10bからプラグ2外部に噴出されて
いる。
Here, the source gas 7 is jetted out of the plug 2 from each jet port 10b formed on the plug slope 2a.

【0183】このため原料ガス7はプラグ斜面2a上に
おいて、プラズマ化したキャリアガス8中に混入され
る。すなわち原料ガス7はキャリアガス8の超音速プラ
ズマ流11に混入されることで、プラズマ化されたキャ
リアガス8の持つエネルギーが原料ガス7に与えられ
る。このため原料ガス7は高温となり活性化される。そ
してラジカル化した原料ガス7が基板5に導かれ原料ガ
ス7のラジカルが基板5上で化学反応を起こすことによ
って基板5上でダイヤモンド薄膜6が成膜される。
For this reason, the source gas 7 is mixed into the carrier gas 8 which has been turned into plasma on the plug slope 2a. That is, the source gas 7 is mixed with the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8, so that the energy of the carrier gas 8 that has been turned into plasma is given to the source gas 7. Therefore, the temperature of the source gas 7 becomes high and the source gas 7 is activated. Then, the radicalized source gas 7 is guided to the substrate 5, and radicals of the source gas 7 cause a chemical reaction on the substrate 5, whereby a diamond thin film 6 is formed on the substrate 5.

【0184】しかも原料ガス7はプラグ斜面2aの鉛直
方向各位置から噴出されているので、プラズマ化された
キャリアガス8がプラグ斜面2aに沿って膨脹する過程
で原料が均等に混入されていく。
In addition, since the raw material gas 7 is jetted from each position in the vertical direction of the plug slope 2a, the raw material gas is uniformly mixed in the process of expanding the plasmatized carrier gas 8 along the plug slope 2a.

【0185】よって図4の構成のものよりも、より一層
ダイヤモンド膜6の厚さを均一にすることができるとと
もに原料ガス7の拡散に伴う成膜速度の低下を防ぐこと
ができる。
Therefore, it is possible to make the thickness of the diamond film 6 more uniform than that of the structure of FIG. 4 and to prevent a decrease in the film forming speed due to the diffusion of the source gas 7.

【0186】また本実施形態では、原料ガス7を、アー
ク放電経路12が形成される位置(噴出口10a)から
離れた下流のプラグ斜面2aから噴出させるようにして
いる。すなわち本実施形態では、活性化された原料ガス
7は放電点に存在しない。このため活性化された原料ガ
ス7が放電点に存在することによる放電電極材料(たと
えばタングステン)の急速な浸食、消耗を防止すること
ができる。
In the present embodiment, the source gas 7 is ejected from the plug slope 2a downstream from the position where the arc discharge path 12 is formed (the ejection port 10a). That is, in the present embodiment, the activated source gas 7 does not exist at the discharge point. Therefore, rapid erosion and consumption of the discharge electrode material (for example, tungsten) due to the presence of the activated source gas 7 at the discharge point can be prevented.

【0187】なおこの実施形態では、プラグ斜面2aに
複数のガス噴出口10bを設けるようにしているが、噴
出口10bを単一の噴出口としてもよい。
In this embodiment, a plurality of gas outlets 10b are provided on the plug slope 2a, but the outlet 10b may be a single outlet.

【0188】またこの実施形態では、直流電源9を使用
しているが、直流電源の代わりに交流電源を使用しても
よい。
Although the DC power supply 9 is used in this embodiment, an AC power supply may be used instead of the DC power supply.

【0189】またこの図7に示す第5の実施形態と前述
した各実施形態を適宜組み合わせた構成にして実施する
ことも可能である。たとえば図7のプラグ2の内部に図
1と同様のヒータ14を設けてもよい。
It is also possible to implement the fifth embodiment shown in FIG. 7 and the above-described embodiments by appropriately combining them. For example, a heater 14 similar to that of FIG. 1 may be provided inside the plug 2 of FIG.

【0190】つぎに、原料ガス7をプラグ2の先端から
噴出させるようにした第6の実施形態について図8を参
照して説明する。
Next, a sixth embodiment in which the source gas 7 is ejected from the tip of the plug 2 will be described with reference to FIG.

【0191】図8(a)のプラグノズル10の構成は、
基本的には図7の構成と同じである。ただしプラグ2の
先端には、基板5に対して平行な平面2bが形成されて
おり、この先端部の平面2bに原料ガス7の噴出口10
bが形成されている点が異なる。以下図7のプラグノズ
ル10と異なる部分のみ説明する。
The structure of the plug nozzle 10 shown in FIG.
It is basically the same as the configuration in FIG. However, a flat surface 2 b parallel to the substrate 5 is formed at the tip of the plug 2.
The difference is that b is formed. Hereinafter, only portions different from the plug nozzle 10 of FIG. 7 will be described.

【0192】プラグ2の中心軸に沿って形成された通路
21は、プラグ2の先端の噴出口10bに連通されてい
る。
The passage 21 formed along the center axis of the plug 2 communicates with the ejection port 10b at the tip of the plug 2.

【0193】以上のようにプラグノズル10が構成され
ているので、キャリアガス8がノズル10の上流から通
路19内に供給されると、キャリアガス8は通路19、
通路20を介して噴出口10aに到達する。そしてガス
8は直流アーク放電による放電エネルギーによって加熱
され、プラズマ化される。そしてプラズマ化されたガス
8は、噴出口10aから噴出される。
Since the plug nozzle 10 is configured as described above, when the carrier gas 8 is supplied into the passage 19 from the upstream of the nozzle 10, the carrier gas 8 is supplied to the passage 19,
It reaches the ejection port 10 a via the passage 20. The gas 8 is heated by the discharge energy of the DC arc discharge and turned into plasma. Then, the gas 8 converted into plasma is ejected from the ejection port 10a.

【0194】プラグノズル10の噴出口10aからプラ
ズマ化され励起されたキャリアガス8がプラグ斜面2a
に向けて噴出され、プラグ2の円錐状の斜面2aに沿っ
て膨脹する。そしてプラグ2の仮想的な円錐頂点Fにお
いてガス8の流れが一点で交わり、以後、均一な超音速
プラズマ流11となってプラグノズル10の下流に配置
された基板5に導かれ基板5に衝突する。
The carrier gas 8 which is turned into plasma and excited from the ejection port 10a of the plug nozzle 10 is supplied to the plug slope 2a.
And expands along the conical slope 2 a of the plug 2. Then, the flow of the gas 8 intersects at one point at the virtual conical apex F of the plug 2, and thereafter becomes a uniform supersonic plasma flow 11, is guided to the substrate 5 disposed downstream of the plug nozzle 10, and collides with the substrate 5. I do.

【0195】ここで原料ガス7は、プラグ2の先端の噴
出口10bから基板5に向けて噴出されている。
Here, the source gas 7 is jetted toward the substrate 5 from the jet port 10 b at the tip of the plug 2.

【0196】このため原料ガス7の一部はプラグ2の下
流で、プラズマ化したキャリアガス8中に混入される。
すなわち原料ガス7はキャリアガス8の超音速プラズマ
流11に混入されることで、プラズマ化されたキャリア
ガス8の持つエネルギーが原料ガス7に与えられる。こ
のため原料ガス7は高温となり活性化される。そしてラ
ジカル化した原料ガス7が基板5に導かれ原料ガス7の
ラジカルが基板5上で化学反応を起こすことによって基
板5上でダイヤモンド薄膜6が成膜される。
For this reason, a part of the raw material gas 7 is mixed into the carrier gas 8 which has been turned into plasma downstream of the plug 2.
That is, the source gas 7 is mixed with the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8, so that the energy of the carrier gas 8 that has been turned into plasma is given to the source gas 7. Therefore, the temperature of the source gas 7 becomes high and the source gas 7 is activated. Then, the radicalized source gas 7 is guided to the substrate 5, and radicals of the source gas 7 cause a chemical reaction on the substrate 5, whereby a diamond thin film 6 is formed on the substrate 5.

【0197】このときのガスの流れを図8(b)に示
す。同図8(b)に示すように、噴出口10bから噴出
される原料ガス7の流れGは、その外側のキャリアガス
8の超音速プラズマ流11の流れIに閉じこめられてい
る。したがって原料ガス7は外方に拡散することなく効
率よく基板5上に到達する。
FIG. 8B shows the gas flow at this time. As shown in FIG. 8B, the flow G of the source gas 7 jetted from the jet port 10b is confined by the flow I of the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8 on the outside. Therefore, the source gas 7 efficiently reaches the substrate 5 without diffusing outward.

【0198】原料ガス7が基板5に衝突すると図中横方
向の流れHを形成しながら基板5の表面5aに沿って基
板外方に拡散していく。このとき基板5の端部Jにおい
て超音速プラズマ流11の流れIに、原料ガス7が衝突
する。したがって基板5の中心部Lのみならず端部Jに
おいても原料ガス7を十分に励起することができる。
When the source gas 7 collides with the substrate 5, it diffuses outward along the surface 5 a of the substrate 5 while forming a horizontal flow H in the figure. At this time, the source gas 7 collides with the flow I of the supersonic plasma flow 11 at the end J of the substrate 5. Therefore, the source gas 7 can be sufficiently excited not only at the center portion L of the substrate 5 but also at the end portion J.

【0199】以上のように本実施形態によれば、原料ガ
ス7の流れGが外側の超音速プラズマ流11の流れIに
包み込まれるように基板5に到達するので、原料ガス7
の基板外方への拡散をより一層防止することができる
(以下、これを「包み込み効果」という)。つまり拡散
が防止されることによって原料が膜生成に寄与する機会
が増加し原料が膜に変換される成膜率が高まる。従来の
縮小拡大ノズルを使用した場合には、上記包み込み効果
は得られないので、原料ガス7(原料ガス7のラジカ
ル)が基板5に衝突した後に基板5に付着せずに反射し
てしまい多くの原料が成膜に寄与しないという問題があ
ったが、このような問題は本実施形態によれば解決され
る。またアークジェットの特徴であるサーマルピンチ効
果を防止できるので、大面積の基板5を成膜することが
可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the flow G of the source gas 7 reaches the substrate 5 so as to be wrapped in the flow I of the supersonic plasma flow 11 on the outside.
Can be further prevented from spreading to the outside of the substrate (hereinafter, this is referred to as a “wrapping effect”). That is, the prevention of the diffusion increases the chance that the raw material contributes to film formation, and increases the film formation rate at which the raw material is converted into a film. When the conventional reduction / enlargement nozzle is used, the above-described wrapping effect cannot be obtained, so that the source gas 7 (radicals of the source gas 7) is reflected without adhering to the substrate 5 after colliding with the substrate 5 in many cases. There is a problem that the raw material does not contribute to film formation, but such a problem is solved according to the present embodiment. Further, since the thermal pinch effect, which is a feature of the arc jet, can be prevented, a large-area substrate 5 can be formed.

【0200】なお上記「包み込み効果」を得るには、図
8(b)の矢印Zに示すように、基板5の表面5a位置
が、プラグ2の仮想的な円錐頂点F位置以上の高さにあ
ることが望ましい。
In order to obtain the above-mentioned “wrapping effect”, the position of the surface 5a of the substrate 5 is set at a height higher than the position of the virtual conical vertex F of the plug 2 as shown by the arrow Z in FIG. Desirably.

【0201】また本実施形態によれば、基板5の中心部
Lのみならず端部Jにおいても原料ガス7が十分に励起
されるので、基板5の各部のラジカル密度を均一にする
ことができる。このため膜6の厚さを基板5の各部で均
一にすることができる。
Further, according to the present embodiment, the source gas 7 is sufficiently excited not only at the center portion L of the substrate 5 but also at the end portion J, so that the radical density of each portion of the substrate 5 can be made uniform. . For this reason, the thickness of the film 6 can be made uniform in each part of the substrate 5.

【0202】また本実施形態においても、図7の実施形
態と同様に、原料ガス7が、アーク放電経路12が形成
される位置(噴出口10a)から離れた下流のプラグ先
端面2bから噴出されているので、放電電極材料の急速
な浸食、消耗を防止することができる。
Also in this embodiment, similarly to the embodiment of FIG. 7, the source gas 7 is ejected from the plug tip surface 2b downstream from the position (ejection port 10a) where the arc discharge path 12 is formed. Therefore, rapid erosion and consumption of the discharge electrode material can be prevented.

【0203】また本実施形態ではヒータ14がプラグ2
の内部(先端円錐部の内部)に、原料ガス7の通路21
(原料ガス噴出口10b近傍)を囲むように配設されて
いる。このヒータ14は、原料ガス7をキャリアガス8
に混入する前に原料ガス7を予め加熱するために使用さ
れる。原料ガス7にキャリアガス8の持つエネルギーが
与えられる前に原料ガス7を予め加熱してエネルギーを
与えておけば原料からラジカルへの変換効率が向上し更
に成膜効率を向上させることができる。またヒータ14
によってプラグ2の円錐部が加熱されるので、プラグ斜
面2a上に存在するプラズマ化ガス7、8の持つ熱のプ
ラグ2側への移動を最小限に抑えることができプラズマ
の活性度の低下を最小限に抑制することができる。なお
ヒータ14をプラグ2の表面に配設してもよい。
In this embodiment, the heater 14 is connected to the plug 2
Of the raw material gas 7 inside the tip cone (inside the tip cone).
(In the vicinity of the raw material gas ejection port 10b). The heater 14 converts the source gas 7 into the carrier gas 8
It is used to preheat the raw material gas 7 before being mixed into the raw material gas. If the raw material gas 7 is heated and given energy before the energy of the carrier gas 8 is applied to the raw material gas 7, the conversion efficiency of the raw material into radicals is improved, and the film formation efficiency can be further improved. The heater 14
As a result, the conical portion of the plug 2 is heated, so that the transfer of the heat of the plasma gas 7, 8 present on the plug slope 2 a to the plug 2 side can be minimized, and the decrease in the plasma activity is reduced. It can be minimized. Note that the heater 14 may be provided on the surface of the plug 2.

【0204】また原料ガス7の通路21に、原料ガス7
との接触面積を、より増加させるためにフィンを形成し
てもよい。
In the passage 21 for the source gas 7, the source gas 7
A fin may be formed to further increase the contact area with the fin.

【0205】図9は、このように通路21を形成したと
きの図8のA−A断面図である。
FIG. 9 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 8 when the passage 21 is formed as described above.

【0206】同図9に示すように、原料ガス7の通路2
1にはフィン21aが形成されている。このため通路2
1を通過する原料ガス7が通路21に接触する面積が増
加する。よってヒータ14で発生した熱を通路21を介
して原料ガス7に効率よく伝達することができる。つま
り熱伝達率が向上することによって原料ガス7の予熱を
促進することができ、より一層原料からラジカルへの変
換効率が向上し成膜効率を向上させることができる。
[0206] As shown in FIG.
A fin 21a is formed on 1. Therefore, passage 2
The area in which the source gas 7 passing through 1 contacts the passage 21 increases. Therefore, heat generated by the heater 14 can be efficiently transmitted to the source gas 7 via the passage 21. That is, the preheating of the raw material gas 7 can be promoted by improving the heat transfer coefficient, and the conversion efficiency from the raw material to the radical can be further improved, and the film forming efficiency can be improved.

【0207】なお図8に示す第6の実施形態と前述した
各実施形態を適宜組み合わせた構成にして実施すること
も可能である。
It is also possible to implement the sixth embodiment shown in FIG. 8 and the above-described embodiments by appropriately combining them.

【0208】またこの実施形態では、直流電源9を使用
しているが、直流電源の代わりに交流電源を使用しても
よい。
Although the DC power supply 9 is used in this embodiment, an AC power supply may be used instead of the DC power supply.

【0209】以上がプラグノズル10を環状型プラグノ
ズルとした実施形態である。なお上述した実施形態で
は、直流電源9を使用する場合、プラグ2側を陰極(カ
ソード)とし、ノズル部材3側を陽極(アノード)とし
ているが、もちろんプラグ2側を陽極(アノード)と
し、ノズル部材3側を陰極(カソード)としてもよい。
The above is an embodiment in which the plug nozzle 10 is an annular plug nozzle. In the above-described embodiment, when the DC power supply 9 is used, the plug 2 side is used as a cathode (cathode), and the nozzle member 3 side is used as an anode (anode). The member 3 may be used as a cathode (cathode).

【0210】また図1に示す第1の実施形態では、高周
波放電によりガスを熱プラズマ化しているが、アーク放
電によりガスを熱プラズマ化してもよい。更に他のプラ
ズマ化装置を使用してもよい。たとえば誘導コイルに高
周波電流を通電し誘導電磁場を形成し、この誘導電磁場
のエネルギーによりガスを加熱しプラズマ化してもよ
い。
Further, in the first embodiment shown in FIG. 1, the gas is converted into thermal plasma by high frequency discharge, but the gas may be converted into thermal plasma by arc discharge. Still another plasma generator may be used. For example, a high-frequency current may be applied to the induction coil to form an induction electromagnetic field, and the gas may be heated and converted into plasma by the energy of the induction electromagnetic field.

【0211】同様に図2〜図9に示す第2の実施形態〜
第6の実施形態では、アーク放電によりガスを熱プラズ
マ化しているが、他のプラズマ化装置(高周波放電、誘
導電磁場、マイクロ波加熱等)を用いてもよい。
Similarly, the second embodiment shown in FIGS.
In the sixth embodiment, the gas is converted into thermal plasma by arc discharge. However, another plasma forming apparatus (high-frequency discharge, induction electromagnetic field, microwave heating, or the like) may be used.

【0212】つぎに図10、図11を併せ参照してプラ
グノズル10としてクラスタ型プラグノズルを使用した
第7の実施形態について説明する。
Next, a seventh embodiment using a cluster type plug nozzle as the plug nozzle 10 will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

【0213】図10は第7の実施形態の全体構成図であ
り、ダイヤモンド多結晶薄膜(あるいはDLC膜)を気
相成長させる装置を示している。図11はクラスタ型プ
ラグノズルの構造を説明する図である。図11(a)は
図11(b)をA−A断面でみた縦断面図であり、図1
1(b)は図11(a)を矢視Cでみた図である。
FIG. 10 is an overall configuration diagram of the seventh embodiment, and shows an apparatus for vapor-phase growing a polycrystalline diamond thin film (or DLC film). FIG. 11 is a diagram illustrating the structure of a cluster plug nozzle. FIG. 11A is a longitudinal sectional view of FIG. 11B taken along the line AA.
FIG. 1B is a view of FIG.

【0214】同図11に示すように、クラスタ型プラグ
ノズル10とは、プラグ2の外周に沿って、複数(たと
えば8個)のクラスタノズル24が環状に配置されたプ
ラグノズルのことである。上記複数のクラスタノズル2
4毎に小円形状の噴出口10aが設けられている。これ
ら複数の小円形状の噴出口10aからプラズマ形成用ガ
スがプラグ斜面2aに向けて噴出される。
As shown in FIG. 11, the cluster type plug nozzle 10 is a plug nozzle in which a plurality (for example, eight) of cluster nozzles 24 are annularly arranged along the outer periphery of the plug 2. The plurality of cluster nozzles 2
A small circular outlet 10a is provided for every four. The plasma forming gas is ejected from the plurality of small circular ejection ports 10a toward the plug slope 2a.

【0215】クラスタノズル24は音速以上の速度をも
つジェットを噴出するノズルが使用される。
As the cluster nozzle 24, a nozzle which jets a jet having a speed higher than the speed of sound is used.

【0216】ここで環状型プラグノズルとクラスタ型プ
ラグノズルとを比較する。
Here, the annular plug nozzle and the cluster plug nozzle will be compared.

【0217】図1に示す環状型プラグノズルでは、外側
のノズル部材3と内側のプラグ2とによって幅d(たと
えば0.5mm)の環状の空隙を形成して幅dの環状の
噴出口10aを形成している。しかし正確な値dを環方
向各部で均等に得るためには、プラグ2とノズル部材3
との間隔を高精度に管理する必要がありきわめて高度な
加工が必要となる。実際上は加工精度に制約があるため
幅dの値を環方向各部で均等に得ることができない。
In the annular plug nozzle shown in FIG. 1, an annular gap having a width d (for example, 0.5 mm) is formed by the outer nozzle member 3 and the inner plug 2, so that the annular jet port 10a having the width d is formed. Has formed. However, in order to obtain an accurate value d uniformly in each part in the ring direction, the plug 2 and the nozzle member 3 are required.
It is necessary to control the gap with the high precision, and extremely sophisticated processing is required. In practice, the value of the width d cannot be obtained uniformly in each part in the ring direction because of the restriction on the processing accuracy.

【0218】これに対してクラスタ型プラグノズルで
は、クラスタノズル24の噴出口10aは小円形状であ
るのでクラスタノズル24の噴出口10aの直径を値d
に正確に加工することはきわめて容易である。このため
クラスタ型プラグノズルでは、プラグ2の周囲の環方向
に、直径dの各噴出口10aを誤差なく均等に得ること
ができる。
On the other hand, in the cluster type plug nozzle, since the ejection port 10a of the cluster nozzle 24 has a small circular shape, the diameter of the ejection port 10a of the cluster nozzle 24 is set to a value d.
It is very easy to process accurately. For this reason, in the cluster type plug nozzle, each ejection port 10a having a diameter d can be uniformly obtained without error in the ring direction around the plug 2.

【0219】よってクラスタ型プラグノズルを使用すれ
ば、プラグ2の周囲の各噴出口10aの直径dが均等に
なるので、プラグ2の中心からみて対称なプラズマジェ
ット流を形成することができる。つまりプラズマ化によ
るガス励起が均一になり均一なプラズマ流が得られると
ともに、プラズマ流の方向が正確に定まるので超音速プ
ラズマ流11を表面処理させたい場所に正確に噴射させ
ることができる。なおクラスタノズル24の個数として
は、プラグ2の周囲に6個以上あることが望ましい。
Therefore, if a cluster type plug nozzle is used, the diameter d of each of the ejection ports 10a around the plug 2 becomes uniform, so that a symmetric plasma jet flow can be formed when viewed from the center of the plug 2. In other words, gas excitation by plasma is uniform, and a uniform plasma flow can be obtained. In addition, since the direction of the plasma flow is accurately determined, the supersonic plasma flow 11 can be accurately jetted to a place where surface treatment is desired. The number of cluster nozzles 24 is preferably six or more around the plug 2.

【0220】またプラグ2の周囲の各噴出口10aの直
径dが正確に得られるので、プラグノズル10のスロー
ト部の断面積A1を精度よく調整することができる。こ
のため目標とする性能が得られ安定した超音速プラズマ
流11を噴射させることができる。
Further, since the diameter d of each ejection port 10a around the plug 2 can be accurately obtained, the sectional area A1 of the throat portion of the plug nozzle 10 can be adjusted with high accuracy. For this reason, the target performance can be obtained and the stable supersonic plasma flow 11 can be injected.

【0221】さらにクラスタ型プラグノズル10は、個
々のクラスタノズル24を集合させたものであるので、
クラスタノズル24を単独で使用する場合に比較して大
面積を同時に成膜することができるという利点が得られ
る。
Further, since the cluster type plug nozzle 10 is an assembly of the individual cluster nozzles 24,
There is an advantage that a large area can be simultaneously formed as compared with the case where the cluster nozzle 24 is used alone.

【0222】もちろんクラスタ型プラグノズルを使用し
た場合には、環状型プラグノズルを使用した場合と同等
の効果が得られる。前述したように超音速流を常に得る
ことができるので、圧力分布が均一な超音速プラズマ流
11が得られ基板5の膜厚の分布を均一にすることがで
きるとともに成膜速度を向上させることができる。さら
に基板5の表面の熱負荷についても均一になり基板5の
熱歪みが防止される。
Of course, when the cluster type plug nozzle is used, the same effect as when the annular type plug nozzle is used can be obtained. As described above, since a supersonic flow can always be obtained, a supersonic plasma flow 11 having a uniform pressure distribution can be obtained, and the distribution of the film thickness of the substrate 5 can be made uniform and the film forming speed can be improved. Can be. Further, the thermal load on the surface of the substrate 5 is also uniform, and thermal distortion of the substrate 5 is prevented.

【0223】図10に示すように本実施形態のクラスタ
型プラグノズル10では、プラグ2の先端から原料ガス
7を噴出させ、クラスタノズル24からキャリアガス8
を噴出させるようにしている。
As shown in FIG. 10, in the cluster type plug nozzle 10 of this embodiment, the source gas 7 is jetted from the tip of the plug 2 and the carrier gas 8 is injected from the cluster nozzle 24.
To make it squirt.

【0224】すなわちクラスタ型プラグノズル10のプ
ラグ2の先端には、基板5に対して平行な平面2bが形
成されている(図11(b)参照)。この先端部の平面
2bに原料ガス7の噴出口10bが形成されている。プ
ラグ2の中心軸に沿って形成された通路21は、プラグ
2の先端の噴出口10bに連通されている。また通路2
1内には、当該通路21を通過する原料ガス7をたとえ
ば2000゜C程度まで加熱するヒータ14が配設され
ている。ヒータ14はたとえば熱フィラメントが使用さ
れる。
That is, a flat surface 2b parallel to the substrate 5 is formed at the tip of the plug 2 of the cluster type plug nozzle 10 (see FIG. 11B). A jet port 10b for the source gas 7 is formed on the flat surface 2b at the tip. The passage 21 formed along the center axis of the plug 2 communicates with the ejection port 10 b at the tip of the plug 2. Passage 2
A heater 14 for heating the raw material gas 7 passing through the passage 21 to, for example, about 2000 ° C. is provided in 1. As the heater 14, for example, a hot filament is used.

【0225】プラグ2とクラスタノズル24との間には
円筒状の絶縁体18が介在されており、プラグ2とクラ
スタノズル24とを電気的に遮断している。クラスタノ
ズル24内には電極25(以下クラスタ電極という)が
配設されている。そしてプラグ2を陽極としクラスタ電
極25を陰極として、これら陽極、陰極間に直流電源9
から電圧が印加されている。よってクラスタノズル24
の噴出口10aを通るように、クラスタ電極25とプラ
グ2との間にアーク放電経路12が形成される。なおク
ラスタ電極25を陽極としプラグ2を陰極としてもよ
い。
A cylindrical insulator 18 is interposed between the plug 2 and the cluster nozzle 24, and electrically disconnects the plug 2 from the cluster nozzle 24. An electrode 25 (hereinafter, referred to as a cluster electrode) is provided in the cluster nozzle 24. A DC power supply 9 is connected between the anode and the cathode by using the plug 2 as an anode and the cluster electrode 25 as a cathode.
Is applied. Therefore, the cluster nozzle 24
The arc discharge path 12 is formed between the cluster electrode 25 and the plug 2 so as to pass through the ejection port 10a of the nozzle. The cluster electrode 25 may be used as an anode and the plug 2 may be used as a cathode.

【0226】なお本実施形態では、クラスタノズル24
内のクラスタ電極25とプラグ2との間でアーク放電経
路12を形成しているが、クラスタノズル24とプラグ
2の一方を陽極とし他方を陰極とすることでクラスタノ
ズル24とプラグ2との間にアーク放電経路12を形成
してもよい。
In this embodiment, the cluster nozzle 24
The arc discharge path 12 is formed between the cluster electrode 25 and the plug 2 inside, and the cluster nozzle 24 and the plug 2 are connected between the cluster nozzle 24 and the plug 2 by using one of the cluster nozzle 24 and the plug 2 as an anode and the other as a cathode. The arc discharge path 12 may be formed at the end.

【0227】また、クラスタノズル24とクラスタ電極
25の一方を陽極とし他方を陰極とすることでクラスタ
ノズル24内にアーク放電経路12を形成してもよい。
The arc discharge path 12 may be formed in the cluster nozzle 24 by using one of the cluster nozzle 24 and the cluster electrode 25 as an anode and the other as a cathode.

【0228】以上のようにプラグノズル10が構成され
ているので、キャリアガス8がクラスタノズル24の上
流からクラスタノズル24内に供給されると、キャリア
ガス8は噴出口10aに到達する。そしてガス8は直流
アーク放電による放電エネルギーによって加熱され、プ
ラズマ化される。そしてプラズマ化されたガス8は、噴
出口10aから超音速のプラズマジェット26となって
噴出される。なおクラスタノズル24を、音速のプラズ
マ流を噴出させるノズルとして設計してもよい。
Since the plug nozzle 10 is configured as described above, when the carrier gas 8 is supplied into the cluster nozzle 24 from the upstream of the cluster nozzle 24, the carrier gas 8 reaches the ejection port 10a. The gas 8 is heated by the discharge energy of the DC arc discharge and turned into plasma. Then, the gasified gas 8 is ejected from the ejection port 10a as a supersonic plasma jet 26. The cluster nozzle 24 may be designed as a nozzle for ejecting a sonic plasma flow.

【0229】クラスタノズル24の噴出口10aからプ
ラズマ化され励起されたキャリアガス8がプラグ斜面2
aに向けて噴出され、プラグ2の円錐状の斜面2aに沿
って膨脹する。そしてプラグ2の仮想的な円錐頂点Fに
おいてガス8の流れが一点で交わり、以後、均一な超音
速プラズマ流11となってプラグノズル10の下流に配
置された基板5に導かれ基板5に衝突する。
The carrier gas 8 which is turned into plasma and excited from the ejection port 10a of the cluster nozzle 24 is
a, and expands along the conical slope 2 a of the plug 2. Then, the flow of the gas 8 intersects at one point at the virtual conical apex F of the plug 2, and thereafter becomes a uniform supersonic plasma flow 11, is guided to the substrate 5 disposed downstream of the plug nozzle 10, and collides with the substrate 5. I do.

【0230】このときノズル10の出口におけるガス流
が軸に平行で一様な流れになる場合の流速とノズル形状
との関係は、次式で表される。
At this time, the relationship between the flow velocity and the nozzle shape when the gas flow at the outlet of the nozzle 10 is uniform and parallel to the axis is expressed by the following equation.

【0231】 ただし、A1はスロート部の断面積(クラスタノズル2
4の噴出口10aの面積の合計)であり、Rnはノズル
半径であり、Mはマッハ数であり、κは気体の比熱比で
ある。
[0231] However, A1 is the cross-sectional area of the throat part (cluster nozzle 2
4, Rn is the nozzle radius, M is the Mach number, and κ is the specific heat ratio of the gas.

【0232】一方原料ガス7は、プラグ2の上流より通
路21内に供給されプラグ2の先端の噴出口10bから
基板5に向けて噴出されている。
On the other hand, the source gas 7 is supplied into the passage 21 from the upstream of the plug 2 and is jetted toward the substrate 5 from the jet port 10 b at the tip of the plug 2.

【0233】このため原料ガス7の一部はプラグ2の下
流で、プラズマ化したキャリアガス8中に混入される。
すなわち原料ガス7はキャリアガス8の超音速プラズマ
流11に混入されることで、プラズマ化されたキャリア
ガス8の持つエネルギーが原料ガス7に与えられる。こ
のため原料ガス7は高温となり活性化される。そしてラ
ジカル化した原料ガス7が基板5に導かれ原料ガス7の
ラジカルが基板5上で化学反応を起こすことによって基
板5上でダイヤモンド薄膜6が成膜される。
For this reason, a part of the raw material gas 7 is mixed into the carrier gas 8 which has been turned into plasma downstream of the plug 2.
That is, the source gas 7 is mixed with the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8, so that the energy of the carrier gas 8 that has been turned into plasma is given to the source gas 7. Therefore, the temperature of the source gas 7 becomes high and the source gas 7 is activated. Then, the radicalized source gas 7 is guided to the substrate 5, and radicals of the source gas 7 cause a chemical reaction on the substrate 5, whereby a diamond thin film 6 is formed on the substrate 5.

【0234】このときのガスの流れは図8(b)で説明
したとおりである。
The gas flow at this time is as described with reference to FIG.

【0235】すなわち本実施形態によれば、原料ガス7
の流れGが外側の超音速プラズマ流11の流れIに包み
込まれるように基板5に到達するので、原料ガス7の基
板外方への拡散をより一層防止することができる(包み
込み効果)。つまり拡散が防止されることによって原料
が膜生成に寄与する機会が増加し原料が膜に変換される
成膜率が高まる。またアークジェットの特徴であるサー
マルピンチ効果を防止できるので、大面積の基板5を成
膜することが可能となる。
That is, according to the present embodiment, the source gas 7
Flow G reaches the substrate 5 so as to be wrapped in the flow I of the supersonic plasma flow 11 on the outside, so that the diffusion of the source gas 7 to the outside of the substrate can be further prevented (wrapping effect). That is, the prevention of the diffusion increases the chance that the raw material contributes to film formation, and increases the film formation rate at which the raw material is converted into a film. Further, since the thermal pinch effect, which is a feature of the arc jet, can be prevented, a large-area substrate 5 can be formed.

【0236】なお上記「包み込み効果」を得るには、基
板5を一点鎖線で示すように位置させてプラグ2の仮想
的な円錐頂点F位置以上の高さにもっていくことが望ま
しい。
In order to obtain the above-mentioned "wrapping effect", it is desirable that the substrate 5 is positioned as shown by a dashed line and is raised to a height higher than the position of the virtual conical vertex F of the plug 2.

【0237】また本実施形態によれば、基板5の中心部
Lのみならず端部Jにおいても原料ガス7が十分に励起
されるので、基板5の各部のラジカル密度を均一にする
ことができる。このため膜6の厚さを基板5の各部で均
一にすることができる。
According to the present embodiment, the source gas 7 is sufficiently excited not only at the center portion L of the substrate 5 but also at the end portion J, so that the radical density of each portion of the substrate 5 can be made uniform. . For this reason, the thickness of the film 6 can be made uniform in each part of the substrate 5.

【0238】また本実施形態では、原料ガス7が、アー
ク放電経路12が形成される位置(噴出口10a)から
離れた下流のプラグ先端面2bから噴出されているの
で、放電電極材料の急速な浸食、消耗を防止することが
できる。
Further, in this embodiment, since the source gas 7 is jetted from the plug tip surface 2b downstream from the position where the arc discharge path 12 is formed (the jet port 10a), the rapid discharge of the discharge electrode material takes place. Erosion and wear can be prevented.

【0239】また本実施形態ではヒータ14が、原料ガ
ス7の通路21内に配設されている。このヒータ14
は、原料ガス7をキャリアガス8に混入する前に原料ガ
ス7を予め加熱するために使用される。原料ガス7にキ
ャリアガス8の持つエネルギーが与えられる前に原料ガ
ス7を予め加熱してエネルギーを与えておけば原料から
ラジカルへの変換効率が向上し更に成膜効率を向上させ
ることができる。またヒータ14によってプラグ2の円
錐部が加熱されるので、プラグ斜面2a上に存在するプ
ラズマ化ガス7、8の持つ熱のプラグ2側への移動を最
小限に抑えることができプラズマの活性度の低下を最小
限に抑制することができる。なおヒータ14をプラグ2
の表面に配設してもよい。
In this embodiment, the heater 14 is provided in the passage 21 for the source gas 7. This heater 14
Is used to preheat the source gas 7 before mixing the source gas 7 into the carrier gas 8. If the raw material gas 7 is heated and given energy before the energy of the carrier gas 8 is applied to the raw material gas 7, the conversion efficiency of the raw material into radicals is improved, and the film formation efficiency can be further improved. In addition, since the conical portion of the plug 2 is heated by the heater 14, the transfer of the heat of the plasma gas 7, 8 present on the plug slope 2a to the plug 2 side can be minimized, and the plasma activity Can be minimized. The heater 14 is connected to the plug 2
May be disposed on the surface.

【0240】なおこの図10に示す第7の実施形態で
は、アーク放電を直流電源によって発生させているが交
流電源によってアーク放電を発生させてもよい。またこ
の第7の実施形態では、アーク放電によりガスを熱プラ
ズマ化しているが、他のプラズマ化装置(高周波放電、
誘導電磁場、マイクロ波加熱等)を用いてもよい。
Although the arc discharge is generated by the DC power supply in the seventh embodiment shown in FIG. 10, the arc discharge may be generated by the AC power supply. In the seventh embodiment, the gas is converted into a thermal plasma by arc discharge.
Induction electromagnetic field, microwave heating, etc.) may be used.

【0241】さらに上述した第1〜第7の実施形態で
は、プラグ2を高耐熱材料で形成することが望ましい。
これによりノズル出口で高温になったとしても変形や溶
損が生じることを回避することができる。
Further, in the above-described first to seventh embodiments, it is desirable that the plug 2 is formed of a highly heat-resistant material.
As a result, even if the temperature becomes high at the nozzle outlet, it is possible to avoid the deformation and the erosion.

【0242】以上プラグノズルを使用して成膜等の表面
処理を行う場合について説明したが、図12に示すよう
に膨脹偏向ノズル40を使用して成膜等の表面処理を行
うようにしてもよい。
The case where the surface treatment such as film formation is performed using the plug nozzle has been described above, but the surface treatment such as film formation may be performed using the expansion deflection nozzle 40 as shown in FIG. Good.

【0243】図12は、膨脹偏向ノズル40から超音速
プラズマ流11を噴出させることによって基板5上に膜
6を成膜する第8の実施形態を示す。
FIG. 12 shows an eighth embodiment in which the film 6 is formed on the substrate 5 by ejecting the supersonic plasma stream 11 from the expansion / deflection nozzle 40.

【0244】膨脹偏向ノズル40は、内側のプラグ41
と外側のノズル部材42とから構成されている。プラグ
41とノズル部材42との間に、プラズマ形成用ガス
(キャリアガス8)の通路43が形成されている。プラ
グ41とノズル部材42との間の間隔が最小になった位
置がノズルのスロート部40aである。スロート部40
aの形状は、前述したプラグノズル10と同様に矢視C
からみて環状になっている。
The expansion deflecting nozzle 40 is connected to the inner plug 41.
And an outer nozzle member 42. A passage 43 for a plasma forming gas (carrier gas 8) is formed between the plug 41 and the nozzle member 42. The position where the interval between the plug 41 and the nozzle member 42 is minimized is the throat portion 40a of the nozzle. Throat part 40
The shape of a is the same as that of the plug nozzle 10 described above.
It is annular when viewed.

【0245】スロート部40aより下流ではノズル断面
積が徐々に拡大されノズル出口部40cで断面積が最大
となる。
The cross-sectional area of the nozzle is gradually increased downstream of the throat section 40a, and becomes maximum at the nozzle outlet section 40c.

【0246】本実施形態では、プラグ41とノズル部材
42との間の通路43に上流よりプラズマ形成用ガスと
してキャリアガス8が供給される。またプラグ41の中
心軸に沿って通路21が形成されており、この通路21
に上流より原料ガス7が供給される。通路21はプラグ
2の先端の噴出口40bに連通している。
In this embodiment, the carrier gas 8 is supplied from the upstream to the passage 43 between the plug 41 and the nozzle member 42 as a gas for forming plasma. A passage 21 is formed along the central axis of the plug 41, and the passage 21
The raw material gas 7 is supplied from upstream. The passage 21 communicates with the ejection port 40 b at the tip of the plug 2.

【0247】またプラグ41、ノズル部材42をそれぞ
れ電極として、RF電源13からこれら両電極に交流電
圧が印加されている。したがってプラグ41とノズル部
材42との間に高周波放電30が発生する。
The plug 41 and the nozzle member 42 are used as electrodes, respectively, and an AC voltage is applied from the RF power source 13 to these two electrodes. Therefore, the high-frequency discharge 30 is generated between the plug 41 and the nozzle member 42.

【0248】以上のように膨脹偏向ノズル40が構成さ
れているので、キャリアガス8がノズル40の上流から
供給されると、キャリアガス8は通路43を通過する。
そしてガス8は高周波放電30による放電エネルギーに
よって加熱され、プラズマ化される。そしてプラズマ化
されたガス8は、スロート部40aを通過し以後ノズル
壁に制約されながら膨脹してノズル出口40cから噴出
される。こうして均一な超音速プラズマ流11となって
膨脹偏向ノズル40の下流に配置された基板5に導かれ
基板5に衝突する。
Since the expansion / deflection nozzle 40 is configured as described above, when the carrier gas 8 is supplied from upstream of the nozzle 40, the carrier gas 8 passes through the passage 43.
Then, the gas 8 is heated by the discharge energy of the high-frequency discharge 30 and turned into plasma. Then, the gas 8 converted into plasma passes through the throat portion 40a and thereafter expands while being restricted by the nozzle wall, and is ejected from the nozzle outlet 40c. In this way, a uniform supersonic plasma flow 11 is guided to the substrate 5 disposed downstream of the expansion / deflection nozzle 40 and collides with the substrate 5.

【0249】一方原料ガス7は、プラグ2の上流より通
路21内に供給されプラグ2の先端の噴出口10bから
基板5に向けて噴出されている。
On the other hand, the source gas 7 is supplied into the passage 21 from the upstream of the plug 2 and is jetted toward the substrate 5 from the jet port 10 b at the tip of the plug 2.

【0250】このため原料ガス7の一部はプラグ2の下
流で、プラズマ化したキャリアガス8中に混入される。
すなわち原料ガス7はキャリアガス8の超音速プラズマ
流11に混入されることで、プラズマ化されたキャリア
ガス8の持つエネルギーが原料ガス7に与えられる。こ
のため原料ガス7は高温となり活性化される。そしてラ
ジカル化した原料ガス7が基板5に導かれ原料ガス7の
ラジカルが基板5上で化学反応を起こすことによって基
板5上でダイヤモンド薄膜6が成膜される。
For this reason, a part of the source gas 7 is mixed into the carrier gas 8 which has been turned into plasma downstream of the plug 2.
That is, the source gas 7 is mixed with the supersonic plasma flow 11 of the carrier gas 8, so that the energy of the carrier gas 8 that has been turned into plasma is given to the source gas 7. Therefore, the temperature of the source gas 7 becomes high and the source gas 7 is activated. Then, the radicalized source gas 7 is guided to the substrate 5, and radicals of the source gas 7 cause a chemical reaction on the substrate 5, whereby a diamond thin film 6 is formed on the substrate 5.

【0251】なお上述した図1〜図12に示す各実施形
態は組み合わせることが可能であれば適宜組み合わせて
実施してもよい。
The above-described embodiments shown in FIGS. 1 to 12 may be appropriately combined with each other as long as they can be combined.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は環状型プラグノズルを使用した第1の実
施形態の全体構成図であり、図1(a)は縦断面図であ
り、図1(b)は図1(a)を矢視Cでみた図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a first embodiment using an annular plug nozzle, FIG. 1 (a) is a longitudinal sectional view, and FIG. 1 (b) is the same as FIG. 1 (a). It is the figure seen from arrow C.

【図2】図2は環状型プラグノズルを使用した第2の実
施形態の全体構成図である。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a second embodiment using an annular plug nozzle.

【図3】図3は環状型プラグノズルを使用した第3の実
施形態の全体構成図である。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a third embodiment using an annular plug nozzle.

【図4】図4は環状型プラグノズルを使用した第4の実
施形態の全体構成図であり、図4(a)は縦断面図であ
り、図4(b)は図4(a)のA−A断面図であり、図
4(c)は図4(a)を矢視Cでみた図である。
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a fourth embodiment using an annular plug nozzle, FIG. 4 (a) is a longitudinal sectional view, and FIG. 4 (b) is that of FIG. 4 (a). 4A is a cross-sectional view, and FIG. 4C is a view of FIG.

【図5】図5(a)はアーク放電経路を環方向に回転さ
せる電気回路を示す図で、図5(b)はアーク放電経路
が環方向に回転される様子を示す図である。
5 (a) is a diagram showing an electric circuit for rotating an arc discharge path in a ring direction, and FIG. 5 (b) is a diagram showing a state in which the arc discharge path is rotated in a ring direction.

【図6】図6はアーク放電経路を環方向の各部に形成す
る電気回路を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an electric circuit for forming an arc discharge path in each part in a ring direction.

【図7】図7は環状型プラグノズルを使用した第5の実
施形態の全体構成図である。
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a fifth embodiment using an annular plug nozzle.

【図8】図8は環状型プラグノズルを使用した第6の実
施形態の全体構成図であり、図8(a)は縦断面図であ
り、図8(b)は図8(a)におけるガスの流れを説明
する図である。
8 is an overall configuration diagram of a sixth embodiment using an annular plug nozzle, FIG. 8 (a) is a longitudinal sectional view, and FIG. 8 (b) is a view in FIG. 8 (a). It is a figure explaining the flow of gas.

【図9】図9はガスの通路の断面形状を例示する図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of a gas passage.

【図10】図10はクラスタ型プラグノズルを使用した
第7の実施形態の全体構成図である。
FIG. 10 is an overall configuration diagram of a seventh embodiment using a cluster type plug nozzle.

【図11】図11はクラスタ型プラグノズルの構造を説
明する図であり、図11(a)は図11(b)のA−A
断面図であり、図11(b)は図11(a)を矢視Cか
らみた図である。
FIG. 11 is a view for explaining the structure of a cluster type plug nozzle, and FIG. 11 (a) is a view taken on line AA of FIG. 11 (b).
11B is a sectional view, and FIG. 11B is a view of FIG.

【図12】図12は膨脹偏向ノズルを使用した第8の実
施形態の全体構成図である。
FIG. 12 is an overall configuration diagram of an eighth embodiment using an expansion deflection nozzle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2、41 プラグ 3、43 ノズル部材 5 基板 7 原料ガス 8 キャリアガス 10 プラグノズル 10a 噴出口 12 アーク放電経路 40 膨脹偏向ノズル 2, 41 plug 3, 43 nozzle member 5 substrate 7 raw material gas 8 carrier gas 10 plug nozzle 10a jet port 12 arc discharge path 40 expansion deflection nozzle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05H 1/34 H05H 1/34 Fターム(参考) 4D075 AA01 BB45X 4G077 AA03 BA03 BA04 BE12 DB04 DB07 DB11 DB16 DB17 DB18 DB19 TA04 TA11 TG06 4K030 AA06 AA10 AA16 AA17 BA28 BA29 BB03 EA05 FA01 FA03 FA04 JA12 KA30 5F045 AA08 AA16 AB07 AC01 AC16 BB02 BB09 BB10 EC09 EF01 EF04 EF08 EF11 EH10 EH16──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05H 1/34 H05H 1/34 F term (Reference) 4D075 AA01 BB45X 4G077 AA03 BA03 BA04 BE12 DB04 DB07 DB11 DB16 DB17 DB18 DB19 TA04 TA11 TG06 4K030 AA06 AA10 AA16 AA17 BA28 BA29 BB03 EA05 FA01 FA03 FA04 JA12 KA30 5F045 AA08 AA16 AB07 AC01 AC16 BB02 BB09 BB10 EC09 EF01 EF04 EF08 EF11 EH10 EH16

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ形成用ガスをプラズマ化
し、このプラズマ化したプラズマ形成用ガスをノズルを
介して超音速流として被処理物に向けて噴出させること
により、当該被処理物を表面処理する表面処理装置にお
いて、 前記ノズルを、 流れが下流になるほど先細となるように斜面が形成され
たプラグと、前記プラグの外周に設けられ前記プラグの
斜面に沿って流れが形成されるように前記プラズマ形成
用ガスを前記プラグ斜面に向けて噴出する噴出口とを備
えたプラグノズルとし、 前記噴出口から前記プラズマ形成用ガスを噴出させ、プ
ラズマ化したプラズマ形成用ガスを前記プラグの斜面に
沿って膨脹させることにより、超音速流を前記被処理物
に導くようにした表面処理装置。
1. A surface for surface-treating an object to be processed by converting the plasma-forming gas into a plasma and jetting the plasma-formed plasma-forming gas as a supersonic flow through a nozzle toward the object to be processed. In the processing apparatus, the nozzle may include: a plug having a slope formed so as to be tapered as the flow becomes downstream; and the plasma forming so that a flow is formed along the slope of the plug provided on an outer periphery of the plug. A jet nozzle for jetting a forming gas toward the plug slope, causing the plasma forming gas to be jetted from the jet port, and expanding the plasma-forming plasma gas along the slope of the plug. A surface treatment apparatus that guides a supersonic flow to the object to be processed.
【請求項2】 前記プラズマ形成用ガスは、表面処
理の原料を含むガスである請求項1記載の表面処理装
置。
2. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the plasma forming gas is a gas containing a material for surface treatment.
【請求項3】 前記プラズマ形成用ガスは、キャリ
アガスであり、プラズマ化されたキャリアガスの持つエ
ネルギーを、表面処理の原料となる原料ガスに与えるこ
とにより、前記原料ガスを活性化して前記被処理物に導
くようにした請求項1記載の表面処理装置。
3. The plasma-forming gas is a carrier gas, and the energy of the plasma-converted carrier gas is applied to a raw material gas serving as a raw material for surface treatment, thereby activating the raw material gas and causing the carrier gas to be activated. 2. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the surface treatment apparatus guides the object to be processed.
【請求項4】 前記原料ガスを、前記プラグの斜面よ
りプラグ外部に向けて噴出させる原料ガス噴出口を、前
記プラグの斜面に形成したことを特徴とする請求項3記
載の表面処理装置。
4. The surface treatment apparatus according to claim 3, wherein a source gas jet port for jetting the source gas from the slope of the plug toward the outside of the plug is formed on the slope of the plug.
【請求項5】 前記原料ガスを、前記プラグの流れ下
流側の先端部よりプラグ外部に向けて噴出させる原料ガ
ス噴出口を、前記プラグの下流側先端部に形成したこと
を特徴とする請求項3記載の表面処理装置。
5. A raw material gas ejection port for ejecting the raw material gas from a distal end on the downstream side of the plug toward the outside of the plug is formed at a downstream distal end of the plug. 3. The surface treatment apparatus according to 3.
【請求項6】 前記プラズマ化されたプラズマ形成用
ガスのもつ熱が前記プラグ側に移動しないように前記プ
ラグを加熱する加熱手段を具えるようにしたことを特徴
とする請求項1記載の表面処理装置。
6. The surface according to claim 1, further comprising a heating means for heating said plug so that heat of said plasma forming gas does not move to said plug side. Processing equipment.
【請求項7】 前記原料ガスが前記キャリアガスに混
入する前に、当該原料ガスを予め加熱する加熱手段を具
えるようにした請求項3記載の表面処理装置。
7. The surface treatment apparatus according to claim 3, further comprising a heating means for preheating the raw material gas before the raw material gas is mixed with the carrier gas.
【請求項8】 前記原料ガスが前記キャリアガスに混
入する前に、当該原料ガスを予め加熱する加熱手段を、
前記プラグ内部に設けたことを特徴とする請求項4また
は5記載の表面処理装置。
8. A heating means for preheating the source gas before the source gas is mixed with the carrier gas,
The surface treatment device according to claim 4, wherein the surface treatment device is provided inside the plug.
【請求項9】 前記原料ガス噴出口に連通するプラグ
内部の原料ガス通路に、原料ガスとの接触面積を増加さ
せるフィンを形成するようにしたことを特徴とする請求
項8記載の表面処理装置。
9. The surface treatment apparatus according to claim 8, wherein a fin for increasing a contact area with the source gas is formed in a source gas passage inside the plug communicating with the source gas outlet. .
【請求項10】 前記プラグを高耐熱材料で形成する
ようにしたことを特徴とする請求項1記載の表面処理装
置。
10. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein said plug is formed of a high heat resistant material.
【請求項11】 前記プラグノズルは、外側の筒状の
部材と内側のプラグとからなり、前記外側の筒状部材と
前記内側のプラグとの間の環状の空隙を、前記噴出口と
する環状型プラグノズルであり、 前記環状の噴出口の環方向に沿って前記プラズマ形成用
ガスを旋回させる旋回手段を具えたことを特徴とする請
求項1記載の表面処理装置。
11. The plug nozzle includes an outer cylindrical member and an inner plug, and has an annular gap between the outer cylindrical member and the inner plug as the discharge port. The surface treatment apparatus according to claim 1, further comprising a swirl unit configured to swirl the plasma forming gas along a ring direction of the annular ejection port. 7.
【請求項12】 前記プラズマ形成用ガスを、陽極
と陰極間のアーク放電により、プラズマ化し、このプラ
ズマ化したプラズマ形成用ガスをノズルを介して超音速
流として被処理物に向けて噴出させることにより、当該
被処理物を表面処理する表面処理装置において、 前記ノズルを、 流れが下流になるほど先細となるように斜面が形成され
たプラグと、前記プラグの外周に設けられ前記プラグの
斜面に沿って流れが形成されるように前記プラズマ形成
用ガスを前記プラグ斜面に向けて噴出する噴出口とを備
えたプラグノズルとし、 前記噴出口から前記プラズマ形成用ガスを噴出させ、プ
ラズマ化したプラズマ形成用ガスを前記プラグの斜面に
沿って膨脹させることにより、超音速流を前記被処理物
に導くようにした表面処理装置。
12. The plasma-forming gas is turned into plasma by arc discharge between an anode and a cathode, and the plasma-formed gas is jetted toward a workpiece as a supersonic flow through a nozzle. In the surface treatment apparatus for performing surface treatment on the object to be treated, a plug having an inclined surface formed so as to be tapered as the flow becomes downstream, and a plug provided on the outer periphery of the plug along the inclined surface of the plug And a jet nozzle for jetting the plasma forming gas toward the plug slope so that a flow is formed. The plasma forming gas is jetted from the jet port to form plasma. A surface treatment apparatus in which a supersonic flow is guided to the object by expanding a working gas along a slope of the plug.
【請求項13】 前記アーク放電用の陽極、陰極の一
方の極を、前記プラグの上流側に配置するとともに、他
方の極を、前記プラグとした請求項12記載の表面処理
装置。
13. The surface treatment apparatus according to claim 12, wherein one of the anode and the cathode for the arc discharge is disposed upstream of the plug, and the other pole is the plug.
【請求項14】 前記プラグノズルは、外側の筒状の
部材と内側のプラグとからなり、前記外側の筒状部材と
前記内側のプラグとの間の環状の空隙を、前記噴出口と
する環状型プラグノズルであり、 前記アーク放電用の陽極、陰極の一方の極を、前記外側
の筒状部材とし、他方の極を、前記内側のプラグとし
て、前記外側の筒状部材と前記内側のプラグとの間の前
記環状の噴出口に、アーク放電経路を形成し、 前記アーク放電経路を、前記環状の噴出口の環方向に沿
って回転させる回転手段を具えるようにしたことを特徴
とする請求項12記載の表面処理装置。
14. The plug nozzle includes an outer cylindrical member and an inner plug, and has an annular gap between the outer cylindrical member and the inner plug as the discharge port. A plug plug nozzle, wherein one pole of the arc discharge anode and the cathode is the outer cylindrical member, and the other pole is the inner plug, and the outer cylindrical member and the inner plug are provided. An arc discharge path is formed in the annular discharge port between the annular discharge port and a rotating means for rotating the arc discharge path along a ring direction of the annular discharge port. The surface treatment device according to claim 12.
【請求項15】 前記アーク放電経路を回転させる回
転手段は、磁力を用いて前記アーク放電経路に対して垂
直の力を加えることにより当該アーク放電経路を回転さ
せるものである請求項14記載の表面処置装置。
15. The surface according to claim 14, wherein the rotating means for rotating the arc discharge path rotates the arc discharge path by applying a perpendicular force to the arc discharge path using a magnetic force. Treatment device.
【請求項16】 前記アーク放電経路を回転させる回
転手段は、前記環状の噴出口の環方向に沿って前記外側
の筒状部材または前記内側のプラグを複数の電極に分割
して、前記複数の電極を順次通電することによりアーク
放電経路を前記環状の噴出口の環方向に沿って順次形成
するものである請求項14記載の表面処置装置。
16. The rotating means for rotating the arc discharge path divides the outer cylindrical member or the inner plug into a plurality of electrodes along an annular direction of the annular ejection port, and The surface treatment apparatus according to claim 14, wherein an arc discharge path is sequentially formed along a ring direction of the ring-shaped jet port by sequentially energizing the electrodes.
【請求項17】 前記プラグノズルは、外側の筒状の
部材と内側のプラグとからなり、前記外側の筒状部材と
前記内側のプラグとの間の環状の空隙を、前記噴出口と
する環状型プラグノズルであり、 前記アーク放電用の陽極、陰極の一方の極を、前記外側
の筒状部材とし、他方の極を、前記内側のプラグとする
とともに、前記環状の噴出口の環方向に沿って前記外側
の筒状部材または前記内側のプラグを複数の電極に分割
して、前記複数の電極を同時に通電することによりアー
ク放電経路を、前記環状の噴出口の環方向に沿って複数
箇所に形成するようにしたことを特徴とする請求項12
記載の表面処理装置。
17. The plug nozzle includes an outer cylindrical member and an inner plug, and has an annular gap between the outer cylindrical member and the inner plug as the discharge port. A plug plug nozzle, wherein one pole of the arc discharge anode and the cathode is the outer cylindrical member, and the other pole is the inner plug, in the ring direction of the annular jet port. The outer cylindrical member or the inner plug is divided into a plurality of electrodes along the plurality of electrodes, and the plurality of electrodes are simultaneously energized to form an arc discharge path at a plurality of locations along the annular direction of the annular outlet. 13. The method according to claim 12, wherein
The surface treatment apparatus as described in the above.
【請求項18】 前記プラグノズルは、外側の筒状の
部材と内側のプラグとからなり、前記外側の筒状部材と
前記内側のプラグとの間の環状の空隙を、前記噴出口と
する環状型プラグノズルであり、 前記環状の噴出口の環方向に沿って前記プラズマ形成用
ガスを旋回させる旋回手段を具えたことを特徴とする請
求項12記載の表面処理装置。
18. The plug nozzle includes an outer cylindrical member and an inner plug, and has an annular gap between the outer cylindrical member and the inner plug as the discharge port. 13. The surface treatment apparatus according to claim 12, further comprising a swirl unit configured to swirl the plasma forming gas along an annular direction of the annular ejection port.
【請求項19】 前記原料ガスを前記アーク放電経路
が形成される部位よりも下流から噴出させるようにした
ことを特徴とする請求項12記載の表面処理装置。
19. The surface treatment apparatus according to claim 12, wherein said source gas is ejected from a position downstream of a portion where said arc discharge path is formed.
【請求項20】 前記原料ガスを、前記プラグの斜面
よりプラグ外部に向けて噴出させる原料ガス噴出口を、
前記プラグの斜面に形成したことを特徴とする請求項1
9記載の表面処理装置。
20. A raw material gas jet port for jetting the raw material gas from the slope of the plug to the outside of the plug,
2. The plug according to claim 1, wherein the plug is formed on a slope.
10. The surface treatment apparatus according to 9.
【請求項21】 前記原料ガスを、前記プラグの流れ
下流側の先端部よりプラグ外部に向けて噴出させる原料
ガス噴出口を、前記プラグの下流側先端部に形成したこ
とを特徴とする請求項19記載の表面処理装置。
21. A raw material gas jet port for jetting the raw material gas from a downstream end portion of the plug toward the outside of the plug is formed at a downstream end portion of the plug. 20. The surface treatment apparatus according to 19.
【請求項22】 プラズマ形成用ガスをプラズマ化
し、このプラズマ化したプラズマ形成用ガスをノズルを
介して超音速流として被処理物に向けて噴出させること
により、当該被処理物を表面処理する表面処理装置にお
いて、 前記ノズルを、 流れが下流になるほど先細となるように斜面が形成され
たプラグと、前記プラグの外周に沿って環状に配置され
前記プラグの斜面に沿って流れが形成されるように前記
プラズマ形成用ガスを前記プラグ斜面に向けてそれぞれ
噴出する複数のクラスタノズルとを備えたクラスタ型プ
ラグノズルとし、 前記複数のクラスタノズルから前記プラズマ形成用ガス
をそれぞれ噴出させ、プラズマ化したプラズマ形成用ガ
スを前記プラグの斜面に沿って膨脹させることにより、
超音速流を前記被処理物に導くようにした表面処理装
置。
22. A surface for subjecting the object to be treated by converting the plasma-forming gas into plasma and jetting the plasma-formed gas as a supersonic flow through a nozzle toward the object. In the processing apparatus, the nozzle may be configured such that a slope is formed so that the flow is tapered as the flow becomes downstream, and a flow is formed along the slope of the plug which is annularly arranged along the outer periphery of the plug. A plurality of cluster nozzles each of which ejects the plasma-forming gas toward the plug slope, and the plasma-forming gas is ejected from each of the plurality of cluster nozzles to form a plasma. By expanding the forming gas along the slope of the plug,
A surface treatment apparatus configured to guide a supersonic flow to the object.
【請求項23】 前記複数のクラスタノズルからそれ
ぞれ噴出されるプラズマ形成用ガスは、キャリアガスで
あり、 表面処理の原料となる原料ガスを、前記プラグの流れ下
流側の先端部よりプラグ外部に向けて噴出させる原料ガ
ス噴出口を、前記プラグの下流側先端部に形成し、 プラズマ化されたキャリアガスの持つエネルギーを、前
記プラグの流れ下流側の先端部から噴出された原料ガス
に与えることにより、当該原料ガスを活性化して前記被
処理物に導くようにした請求項22記載の表面処理装
置。
23. A plasma forming gas ejected from each of the plurality of cluster nozzles is a carrier gas, and a raw material gas serving as a raw material for surface treatment is directed to the outside of the plug from a downstream end of the flow of the plug. Forming a raw material gas ejection port at the downstream end of the plug, and applying the energy of the plasmatized carrier gas to the raw material gas ejected from the downstream end of the plug. 23. The surface treatment apparatus according to claim 22, wherein the raw material gas is activated and guided to the object.
【請求項24】 前記プラズマ化されたプラズマ形成
用ガスのもつ熱が前記プラグ側に移動しないように前記
プラグを加熱する加熱手段を具えるようにしたことを特
徴とする請求項22記載の表面処理装置。
24. The surface according to claim 22, further comprising heating means for heating the plug so that heat of the plasma-forming gas does not move to the plug side. Processing equipment.
【請求項25】 前記原料ガスが前記キャリアガスに
混入する前に、当該原料ガスを予め加熱する加熱手段
を、前記プラグ内部に設けたことを特徴とする請求項2
2記載の表面処理装置。
25. The plug according to claim 2, wherein a heating means for preheating the source gas is provided inside the plug before the source gas is mixed with the carrier gas.
3. The surface treatment apparatus according to 2.
【請求項26】 前記プラズマ形成用ガスは、陽極と
陰極間のアーク放電により、プラズマ化されるものであ
り、 前記アーク放電用の陽極、陰極の一方の極を、前記クラ
スタノズル内に配置するとともに、他方の極を、前記プ
ラグとした請求項22記載の表面処理装置。
26. The plasma forming gas is turned into plasma by arc discharge between an anode and a cathode, and one of the anode and the cathode for the arc discharge is arranged in the cluster nozzle. 23. The surface treatment apparatus according to claim 22, wherein the other pole is the plug.
【請求項27】 前記プラズマ形成用ガスは、陽極と
陰極間のアーク放電により、プラズマ化されるものであ
り、 前記アーク放電用の陽極、陰極の一方の極を、前記クラ
スタノズルとするとともに、他方の極を、前記プラグと
した請求項22記載の表面処理装置。
27. The plasma forming gas is turned into plasma by an arc discharge between an anode and a cathode, and one of the anode and the cathode for the arc discharge is used as the cluster nozzle. 23. The surface treatment device according to claim 22, wherein the other pole is the plug.
【請求項28】 前記プラズマ形成用ガスは、陽極と
陰極間のアーク放電により、プラズマ化されるものであ
り、 アーク放電経路を前記クラスタノズル内で形成するよう
にした請求項1記載の表面処理装置。
28. The surface treatment according to claim 1, wherein the plasma forming gas is turned into plasma by arc discharge between an anode and a cathode, and an arc discharge path is formed in the cluster nozzle. apparatus.
【請求項29】 プラズマ形成用ガスをプラズマ化
し、このプラズマ化したプラズマ形成用ガスをノズルを
介して超音速流として被処理物に向けて噴出させること
により、当該被処理物を表面処理する表面処理装置にお
いて、 前記ノズルを、膨脹偏向ノズルとしたことを特徴とする
表面処理装置。
29. A surface for processing a surface of an object to be processed by converting the gas for plasma formation into plasma and ejecting the plasma-formed gas as a supersonic flow through a nozzle toward the object to be processed. In the processing apparatus, the nozzle is an expansion deflection nozzle.
JP10268405A 1998-09-22 1998-09-22 Surface treating device Withdrawn JP2000096247A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10268405A JP2000096247A (en) 1998-09-22 1998-09-22 Surface treating device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10268405A JP2000096247A (en) 1998-09-22 1998-09-22 Surface treating device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000096247A true JP2000096247A (en) 2000-04-04

Family

ID=17458029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10268405A Withdrawn JP2000096247A (en) 1998-09-22 1998-09-22 Surface treating device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000096247A (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010147028A (en) * 2001-01-30 2010-07-01 Rapt Industries Inc Apparatus and method for atmospheric pressure reactive atom plasma processing for surface modification
CN102019253A (en) * 2010-08-18 2011-04-20 济南德佳玻璃机器有限公司 Flexible followup device of sealant outlet nozzle
JP2012153932A (en) * 2011-01-25 2012-08-16 Aisin Seiki Co Ltd Nozzle
KR101394912B1 (en) * 2013-02-21 2014-05-14 주식회사 테스 Thin film deposition apparatus
WO2015030191A1 (en) * 2013-08-30 2015-03-05 独立行政法人産業技術総合研究所 Microwave plasma processing device
CN108342713A (en) * 2017-01-25 2018-07-31 馗鼎奈米科技股份有限公司 Normal pressure plasma coating device
KR20180086668A (en) * 2017-01-23 2018-08-01 에드워드 코리아 주식회사 Plasma generating apparatus and gas treating apparatus
TWI666339B (en) * 2018-08-21 2019-07-21 馗鼎奈米科技股份有限公司 Plasma coating device
JP2020140794A (en) * 2019-02-27 2020-09-03 立山マシン株式会社 Atmospheric pressure plasma device
JP2021034209A (en) * 2019-08-23 2021-03-01 東京エレクトロン株式会社 Plasma spraying apparatus and plasma spraying method
JP2021173483A (en) * 2020-04-27 2021-11-01 大陽日酸株式会社 Oxygen burner
WO2022097361A1 (en) * 2020-11-05 2022-05-12 ウシオ電機株式会社 Activated gas generation device and activated gas generation method
JP7102045B1 (en) 2022-02-16 2022-07-19 株式会社金星 Plasma torch, plasma sprayer, and plasma torch control method
JP2022184838A (en) * 2017-01-23 2022-12-13 エドワーズ コリア リミテッド Nitrogen oxide reduction apparatus and gas treating apparatus

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010147028A (en) * 2001-01-30 2010-07-01 Rapt Industries Inc Apparatus and method for atmospheric pressure reactive atom plasma processing for surface modification
CN102019253A (en) * 2010-08-18 2011-04-20 济南德佳玻璃机器有限公司 Flexible followup device of sealant outlet nozzle
JP2012153932A (en) * 2011-01-25 2012-08-16 Aisin Seiki Co Ltd Nozzle
KR101394912B1 (en) * 2013-02-21 2014-05-14 주식회사 테스 Thin film deposition apparatus
WO2015030191A1 (en) * 2013-08-30 2015-03-05 独立行政法人産業技術総合研究所 Microwave plasma processing device
JPWO2015030191A1 (en) * 2013-08-30 2017-03-02 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Microwave plasma processing equipment
JP7065885B2 (en) 2017-01-23 2022-05-12 エドワーズ コリア リミテッド Plasma generator and gas processing equipment
KR20180086668A (en) * 2017-01-23 2018-08-01 에드워드 코리아 주식회사 Plasma generating apparatus and gas treating apparatus
US11985754B2 (en) 2017-01-23 2024-05-14 Edwards Korea Ltd. Nitrogen oxide reduction apparatus and gas treating apparatus
KR102646623B1 (en) * 2017-01-23 2024-03-11 에드워드 코리아 주식회사 Plasma generating apparatus and gas treating apparatus
JP2020507196A (en) * 2017-01-23 2020-03-05 エドワーズ コリア リミテッド Plasma generator and gas processing device
JP7357735B2 (en) 2017-01-23 2023-10-06 エドワーズ コリア リミテッド Nitrogen oxide reduction equipment and gas treatment equipment
JP2022184838A (en) * 2017-01-23 2022-12-13 エドワーズ コリア リミテッド Nitrogen oxide reduction apparatus and gas treating apparatus
US11430638B2 (en) 2017-01-23 2022-08-30 Edwards Limited Plasma generating apparatus and gas treating apparatus
CN108342713A (en) * 2017-01-25 2018-07-31 馗鼎奈米科技股份有限公司 Normal pressure plasma coating device
JP2018119206A (en) * 2017-01-25 2018-08-02 馗鼎奈米科技股▲分▼有限公司 Atmospheric pressure plasma coating apparatus
TWI666339B (en) * 2018-08-21 2019-07-21 馗鼎奈米科技股份有限公司 Plasma coating device
JP2020140794A (en) * 2019-02-27 2020-09-03 立山マシン株式会社 Atmospheric pressure plasma device
JP2021034209A (en) * 2019-08-23 2021-03-01 東京エレクトロン株式会社 Plasma spraying apparatus and plasma spraying method
JP7278174B2 (en) 2019-08-23 2023-05-19 東京エレクトロン株式会社 PLASMA SPRAYING APPARATUS AND PLASMA SPRAYING METHOD
JP7091386B2 (en) 2020-04-27 2022-06-27 大陽日酸株式会社 Oxygen burner
JP2021173483A (en) * 2020-04-27 2021-11-01 大陽日酸株式会社 Oxygen burner
WO2022097361A1 (en) * 2020-11-05 2022-05-12 ウシオ電機株式会社 Activated gas generation device and activated gas generation method
JP7102045B1 (en) 2022-02-16 2022-07-19 株式会社金星 Plasma torch, plasma sprayer, and plasma torch control method
JP2023119343A (en) * 2022-02-16 2023-08-28 株式会社金星 Plasma torch, plasma spray device, and method for controlling plasma torch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4082905B2 (en) Plasma coating surface finishing method and apparatus
JP2000096247A (en) Surface treating device
US6986471B1 (en) Rotary plasma spray method and apparatus for applying a coating utilizing particle kinetics
JP4541460B2 (en) Arc spraying device and gas cap for arc spraying device
US6861101B1 (en) Plasma spray method for applying a coating utilizing particle kinetics
US10730063B2 (en) Plasma transfer wire arc thermal spray system
US5144110A (en) Plasma spray gun and method of use
EP0368547B1 (en) Plasma generating apparatus and method
US20080185366A1 (en) Plasma spraying device and method
JP3007895B2 (en) Single cathode plasma gun and anode attachment for use therein
US5744777A (en) Small particle plasma spray apparatus, method and coated article
US5225656A (en) Injection tube for powder melting apparatus
US20020185473A1 (en) Single-wire arc spray apparatus and methods of using same
EP2116112A1 (en) Plasma spraying device and method
JPH03150341A (en) Conjugate torch type plasma generator and plasma generating method using the same
JP6854628B2 (en) Plasma spraying device and thermal spraying control method
US10475628B2 (en) Plasma beam penetration of millimeter scale holes with high aspect ratios
US5239161A (en) Plasma flux spraying method of treating the surface of a substrate, for example, and apparatus for implementing the method
EP3105363B1 (en) Plasma-kinetic spray apparatus&method
US3114826A (en) High-temperature spray apparatus
WO1997008361A1 (en) Surface treatment apparatus using gas jet
EP1552728B1 (en) A thermal spraying device
JPH11293469A (en) Surface treating device and surface treating method
JPS60249300A (en) Method and device for generating plasma flow having heated and expanded plasma jet
JPH08990A (en) Surface treatment method by gas jet and apparatus therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060110