JP2002212709A - 高気圧マイクロ波放電成膜方法及びその装置 - Google Patents
高気圧マイクロ波放電成膜方法及びその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＶＤが主体であったマイクロ波の成膜方法
に代えて、マイクロ波電力を蒸発及び蒸気とガスとの反
応にも活用し、成膜を可能にする高気圧マイクロ波放電
成膜方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 同軸電極配位の内部導体６及び外部導体
７と、雰囲気のガスが封入された放電チャンバー１を備
え、高温に加熱されて発した内部導体金属が、反応性プ
ラズマと化学反応を起こして薄膜を形成する。
に代えて、マイクロ波電力を蒸発及び蒸気とガスとの反
応にも活用し、成膜を可能にする高気圧マイクロ波放電
成膜方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 同軸電極配位の内部導体６及び外部導体
７と、雰囲気のガスが封入された放電チャンバー１を備
え、高温に加熱されて発した内部導体金属が、反応性プ
ラズマと化学反応を起こして薄膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高気圧マイクロ波
放電成膜方法及びその装置に関するものである。
放電成膜方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からこの分野では、抵抗加熱るつぼ
や、電子ビーム等の加熱蒸発手段を有するＰＶＤ方式
や、導入ガス成分を電気炉加熱やＲＦ、マイクロ波でプ
ラズマ形成して成膜するＣＶＤ方式が知られている。
や、電子ビーム等の加熱蒸発手段を有するＰＶＤ方式
や、導入ガス成分を電気炉加熱やＲＦ、マイクロ波でプ
ラズマ形成して成膜するＣＶＤ方式が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来方法からなる成膜は、０．０００１から１０Ｔｏ
ｒｒ程度の比較的低圧下で成膜されるのが一般的であ
り、これら従来手法で反応性化合物、例えばＡｌと窒素
でＡｌＮ化合物を形成しようとすると、低圧であること
から窒素成分の供給速度に制限があるため、満足の行く
ＡｌＮ膜が必ずしも得られるわけではなかった。
た従来方法からなる成膜は、０．０００１から１０Ｔｏ
ｒｒ程度の比較的低圧下で成膜されるのが一般的であ
り、これら従来手法で反応性化合物、例えばＡｌと窒素
でＡｌＮ化合物を形成しようとすると、低圧であること
から窒素成分の供給速度に制限があるため、満足の行く
ＡｌＮ膜が必ずしも得られるわけではなかった。
【０００４】本発明は、上記状況に鑑みて、ＣＶＤが主
体であったマイクロ波の成膜方法に代えて、マイクロ波
電力を蒸発及び蒸気とガスとの反応にも活用し、成膜を
可能にする高気圧マイクロ波放電成膜方法及びその装置
を提供することを目的とする。
体であったマイクロ波の成膜方法に代えて、マイクロ波
電力を蒸発及び蒸気とガスとの反応にも活用し、成膜を
可能にする高気圧マイクロ波放電成膜方法及びその装置
を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、 〔１〕高気圧マイクロ波放電成膜方法において、同軸電
極配位の内部導体及び外部導体と、雰囲気のガスが封入
された放電チャンバー内で、高温に加熱されて発した内
部導体金属が、反応性プラズマと化学反応を起こして薄
膜を形成することを特徴とする。
達成するために、 〔１〕高気圧マイクロ波放電成膜方法において、同軸電
極配位の内部導体及び外部導体と、雰囲気のガスが封入
された放電チャンバー内で、高温に加熱されて発した内
部導体金属が、反応性プラズマと化学反応を起こして薄
膜を形成することを特徴とする。
【０００６】〔２〕上記〔１〕記載の高気圧マイクロ波
放電成膜方法において、前記内部導体がアルミニウムや
チタンであり、前記雰囲気のガスが窒素や酸素である場
合、前記薄膜としてＡｌＮ，ＴｉＯ，ＴｉＯ2 やＴｉＮ
の薄膜を形成することを特徴とする。
放電成膜方法において、前記内部導体がアルミニウムや
チタンであり、前記雰囲気のガスが窒素や酸素である場
合、前記薄膜としてＡｌＮ，ＴｉＯ，ＴｉＯ2 やＴｉＮ
の薄膜を形成することを特徴とする。
【０００７】〔３〕上記〔１〕記載の高気圧マイクロ波
放電成膜方法において、前記雰囲気のガスとして、炭化
水素ガスを混合した水素ガスを封入し、前記内部導体が
炭素電極であり、前記薄膜としてＤＬＣやダイヤモンド
薄膜を形成することを特徴とする。
放電成膜方法において、前記雰囲気のガスとして、炭化
水素ガスを混合した水素ガスを封入し、前記内部導体が
炭素電極であり、前記薄膜としてＤＬＣやダイヤモンド
薄膜を形成することを特徴とする。
【０００８】〔４〕上記〔１〕記載の高気圧マイクロ波
放電成膜方法において、前記内部導体がＦｅ、Ｎｉ、
Ｙ、Ｃｏ等を混合した炭素電極であり、カーボンナノチ
ューブの合成を行うことを特徴とする。
放電成膜方法において、前記内部導体がＦｅ、Ｎｉ、
Ｙ、Ｃｏ等を混合した炭素電極であり、カーボンナノチ
ューブの合成を行うことを特徴とする。
【０００９】〔５〕上記〔１〕記載の高気圧マイクロ波
放電成膜方法において、アクリル板や高分子不織布表面
に金属薄膜を生成することを特徴とする。
放電成膜方法において、アクリル板や高分子不織布表面
に金属薄膜を生成することを特徴とする。
【００１０】〔６〕上記〔１〕記載の高気圧マイクロ波
放電成膜方法において、前記封入ガス圧を調整するだけ
で、グロー放電から電極赤熱モードまで変化させ、材料
表面の改質と反応性蒸着を前記封入ガス圧の圧力の制御
のみで可能とすることを特徴とする。
放電成膜方法において、前記封入ガス圧を調整するだけ
で、グロー放電から電極赤熱モードまで変化させ、材料
表面の改質と反応性蒸着を前記封入ガス圧の圧力の制御
のみで可能とすることを特徴とする。
【００１１】〔７〕上記〔１〕記載の高気圧マイクロ波
放電成膜方法において、放電条件は１０Ｔｏｒｒ以上の
高気圧となし、排気系が簡略化されることを特徴とす
る。
放電成膜方法において、放電条件は１０Ｔｏｒｒ以上の
高気圧となし、排気系が簡略化されることを特徴とす
る。
【００１２】〔８〕高気圧マイクロ波放電成膜装置にお
いて、同軸電極配位の内部導体及び外部導体と、雰囲気
のガスが封入された放電チャンバーを備え、高温に加熱
されて発した内部導体金属が、反応性プラズマと化学反
応を起こして薄膜を形成する手段とを具備することを特
徴とする。
いて、同軸電極配位の内部導体及び外部導体と、雰囲気
のガスが封入された放電チャンバーを備え、高温に加熱
されて発した内部導体金属が、反応性プラズマと化学反
応を起こして薄膜を形成する手段とを具備することを特
徴とする。
【００１３】本発明は、マイクロ波によるＰＶＤ蒸発源
であり、このマイクロ波電力を、低気圧ではグロー放電
モード、高気圧（８００Ｔｏｒｒ）では内部電極の加熱
モードによる蒸発源となし、成膜活用範囲を拡大するこ
とができる。
であり、このマイクロ波電力を、低気圧ではグロー放電
モード、高気圧（８００Ｔｏｒｒ）では内部電極の加熱
モードによる蒸発源となし、成膜活用範囲を拡大するこ
とができる。
【００１４】このように、一つの装置システムで独自の
広い成膜領域を開拓することに成功した。特に、化合物
膜を形成するには最適の蒸発源が提供できるようになっ
た。
広い成膜領域を開拓することに成功した。特に、化合物
膜を形成するには最適の蒸発源が提供できるようになっ
た。
【００１５】蒸発電極部を炭素棒に置き換え、その先端
に設けたくぼみにＡｌやＴｉを装填することにより、Ａ
ｌＮ膜、ＴｉＮ膜、ＤＣＬ膜が容易に形成できることを
確認した。
に設けたくぼみにＡｌやＴｉを装填することにより、Ａ
ｌＮ膜、ＴｉＮ膜、ＤＣＬ膜が容易に形成できることを
確認した。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００１７】図１は本発明にかかる高気圧マイクロ波放
電成膜装置の模式図、図２はその放電室の概略断面図で
ある。
電成膜装置の模式図、図２はその放電室の概略断面図で
ある。
【００１８】これらの図において、１は同軸型電極配置
の放電管（放電チャンバー）、２は真空ポンプ、３は真
空ゲージ、４は封入ガス、５はＰＹＲＥＸ（登録商標）
板、６は内部導体（炭素棒）、７は外部導体（真鍮製の
外部電極）、８は石英シリンダ、９，１０は石英板、１
１は真鍮製のロッド、１２，１３は可動プランジャ、１
４はパワーモニタ、１５はアイソレータ、１６は２．４
５ＧＨｚマグネトロン、１７は基板ホルダー、１８はス
リータブチューナである。
の放電管（放電チャンバー）、２は真空ポンプ、３は真
空ゲージ、４は封入ガス、５はＰＹＲＥＸ（登録商標）
板、６は内部導体（炭素棒）、７は外部導体（真鍮製の
外部電極）、８は石英シリンダ、９，１０は石英板、１
１は真鍮製のロッド、１２，１３は可動プランジャ、１
４はパワーモニタ、１５はアイソレータ、１６は２．４
５ＧＨｚマグネトロン、１７は基板ホルダー、１８はス
リータブチューナである。
【００１９】そこで、２．４５ＧＨｚマグネトロン１６
からの２．４５ＧＨｚマイクロ波を内部導体（炭素棒）
６と真鍮製の外部電極７からなる同軸型電極配置の放電
管１に導入することにより、高気圧下でも安定なマイク
ロ波放電が維持される。真鍮製の外部電極７の内径は、
４５ｍｍ、高さ５８．８ｍｍの真鍮円筒であり、内部導
体６は直径２ｍｍまたは３ｍｍの炭素棒であり、高さは
マイクロ波の自由空間波長の１／４である３０ｍｍに選
ばれている。
からの２．４５ＧＨｚマイクロ波を内部導体（炭素棒）
６と真鍮製の外部電極７からなる同軸型電極配置の放電
管１に導入することにより、高気圧下でも安定なマイク
ロ波放電が維持される。真鍮製の外部電極７の内径は、
４５ｍｍ、高さ５８．８ｍｍの真鍮円筒であり、内部導
体６は直径２ｍｍまたは３ｍｍの炭素棒であり、高さは
マイクロ波の自由空間波長の１／４である３０ｍｍに選
ばれている。
【００２０】次に、高気圧同軸型電極マイクロ波放電の
特徴について述べる。
特徴について述べる。
【００２１】放電条件は、マイクロ波電力２００Ｗから
８００Ｗ、ヘリウム、アルゴン、水素または窒素を１０
０Ｔｏｒｒから８００Ｔｏｒｒ封入した。
８００Ｗ、ヘリウム、アルゴン、水素または窒素を１０
０Ｔｏｒｒから８００Ｔｏｒｒ封入した。
【００２２】封入ガスの種類と圧力、及び入射電力に応
じて、種々の放電モードが観測された。図３〜５に放電
の様子を示す。つまり、図３は水素における放電の様子
を示す図、図４はヘリウムにおける放電の様子を示す
図、図５はアルゴンにおける放電の様子を示す図であ
り、図３（ａ）は４０Ｔｏｒｒ、入射電力３９０Ｗ、反
射電力１Ｗの場合、図３（ｂ）は８０Ｔｏｒｒ、入射電
力４８０Ｗ、反射電力１Ｗの場合、図３（ｃ）は５２０
Ｔｏｒｒ、入射電力６００Ｗ、反射電力１Ｗの場合を示
している。
じて、種々の放電モードが観測された。図３〜５に放電
の様子を示す。つまり、図３は水素における放電の様子
を示す図、図４はヘリウムにおける放電の様子を示す
図、図５はアルゴンにおける放電の様子を示す図であ
り、図３（ａ）は４０Ｔｏｒｒ、入射電力３９０Ｗ、反
射電力１Ｗの場合、図３（ｂ）は８０Ｔｏｒｒ、入射電
力４８０Ｗ、反射電力１Ｗの場合、図３（ｃ）は５２０
Ｔｏｒｒ、入射電力６００Ｗ、反射電力１Ｗの場合を示
している。
【００２３】また、図４（ａ）は８０Ｔｏｒｒ、入射電
力２１０Ｗ、反射電力４Ｗの場合、図４（ｂ）は１６０
Ｔｏｒｒ、入射電力６００Ｗ、反射電力３１Ｗの場合、
図４（ｃ）は８００Ｔｏｒｒ、入射電力６００Ｗ、反射
電力５Ｗの場合を示している。
力２１０Ｗ、反射電力４Ｗの場合、図４（ｂ）は１６０
Ｔｏｒｒ、入射電力６００Ｗ、反射電力３１Ｗの場合、
図４（ｃ）は８００Ｔｏｒｒ、入射電力６００Ｗ、反射
電力５Ｗの場合を示している。
【００２４】更に、図５（ａ）は４０Ｔｏｒｒ、入射電
力２１０Ｗ、反射電力３Ｗの場合、図５（ｂ）は１２０
Ｔｏｒｒ、入射電力４５０Ｗ、反射電力２０Ｗの場合、
図５（ｃ）は８００Ｔｏｒｒ、入射電力３３０Ｗ、反射
電力９０Ｗの場合を示している。
力２１０Ｗ、反射電力３Ｗの場合、図５（ｂ）は１２０
Ｔｏｒｒ、入射電力４５０Ｗ、反射電力２０Ｗの場合、
図５（ｃ）は８００Ｔｏｒｒ、入射電力３３０Ｗ、反射
電力９０Ｗの場合を示している。
【００２５】質量の軽いヘリウムの場合には、図４に示
すように、圧力が３００Ｔｏｒｒ以上で主として内部電
極の先端附近にグロー状放電が球状に形成され、また、
電離電圧が低く質量の重いアルゴンの場合には、図５に
示すように、５０Ｔｏｒｒ以上で、内部電極先端部から
外部電極に向けて進展するフィラメント状の放電が観測
された。
すように、圧力が３００Ｔｏｒｒ以上で主として内部電
極の先端附近にグロー状放電が球状に形成され、また、
電離電圧が低く質量の重いアルゴンの場合には、図５に
示すように、５０Ｔｏｒｒ以上で、内部電極先端部から
外部電極に向けて進展するフィラメント状の放電が観測
された。
【００２６】一方、２原子分子ガスである水素（図３参
照）と窒素の場合には、低気圧下ではヘリウムと同様な
グロー状放電が生じたが、圧力が増すにつれて放電が弱
まり、ついには内部電極が赤熱状態となって放電が消失
した。これは、分子状ガスの場合にマイクロ波放電を維
持するには、分子の解離とその後の原子の励起と電離に
消費されるエネルギーが原子状ガスの場合に比べて高い
こと、内部電極の表面を流れる高周波電流によってジュ
ール加熱されて内部電極の温度が上昇しはじめると、電
極の表面抵抗がましてジュール加熱が促進され、結果と
してなお一層の内部電極の加熱が生じることに起因して
いる。
照）と窒素の場合には、低気圧下ではヘリウムと同様な
グロー状放電が生じたが、圧力が増すにつれて放電が弱
まり、ついには内部電極が赤熱状態となって放電が消失
した。これは、分子状ガスの場合にマイクロ波放電を維
持するには、分子の解離とその後の原子の励起と電離に
消費されるエネルギーが原子状ガスの場合に比べて高い
こと、内部電極の表面を流れる高周波電流によってジュ
ール加熱されて内部電極の温度が上昇しはじめると、電
極の表面抵抗がましてジュール加熱が促進され、結果と
してなお一層の内部電極の加熱が生じることに起因して
いる。
【００２７】その結果、放電を起こすためのマイクロ波
電力が不足するようになり、放電はしだいに弱まってい
き、遂には放電が消滅するものと考えられる。
電力が不足するようになり、放電はしだいに弱まってい
き、遂には放電が消滅するものと考えられる。
【００２８】すなわち、電離を起こすために大きなエネ
ルギーを要するガスでは、マイクロ波のエネルギーが内
部電極の加熱に消費され、放電は弱くなる。このため、
希ガスのような単原子ガスよりは、水素、窒素を始めと
する２原子分子ガス、メタン、エチレン、メタノールな
どの大きな分子ガス等で同様の現象が観測されると考え
られる。
ルギーを要するガスでは、マイクロ波のエネルギーが内
部電極の加熱に消費され、放電は弱くなる。このため、
希ガスのような単原子ガスよりは、水素、窒素を始めと
する２原子分子ガス、メタン、エチレン、メタノールな
どの大きな分子ガス等で同様の現象が観測されると考え
られる。
【００２９】図６に、入射電力と封入ガス圧に対する放
電モードの分類を示す。横軸は圧力（Ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ）（Ｔｏｒｒ）、縦軸は入射電力（Ｗ）を示してお
り、即ち、図６（ａ）は水素の場合、図６（ｂ）は窒素
の場合、図６（ｃ）は酸素の場合、図６（ｄ）はヘリウ
ムの場合、図６（ｅ）はアルゴンの場合をそれぞれ示し
ている。
電モードの分類を示す。横軸は圧力（Ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ）（Ｔｏｒｒ）、縦軸は入射電力（Ｗ）を示してお
り、即ち、図６（ａ）は水素の場合、図６（ｂ）は窒素
の場合、図６（ｃ）は酸素の場合、図６（ｄ）はヘリウ
ムの場合、図６（ｅ）はアルゴンの場合をそれぞれ示し
ている。
【００３０】図７は封入圧力と入射電力に対する反射電
力の比率との関係を示す図であり、横軸は圧力（Ｔｏｒ
ｒ）、縦軸は入射電力に対する反射電力の比を示してい
る。即ち、図７（ａ）は水素の場合、図７（ｂ）は窒素
の場合、図７（ｃ）はヘリウムの場合、図７（ｄ）はア
ルゴンの場合、図７（ｅ）は酸素の場合を示している。
力の比率との関係を示す図であり、横軸は圧力（Ｔｏｒ
ｒ）、縦軸は入射電力に対する反射電力の比を示してい
る。即ち、図７（ａ）は水素の場合、図７（ｂ）は窒素
の場合、図７（ｃ）はヘリウムの場合、図７（ｄ）はア
ルゴンの場合、図７（ｅ）は酸素の場合を示している。
【００３１】図７から明らかなように、安定なグロー状
の放電が得られる実験条件（数１００Ｔｏｒｒ以下でア
ルゴンガスを除く）では、反射電力は数％程度と低く、
エネルギー効率の良い放電が形成されている。
の放電が得られる実験条件（数１００Ｔｏｒｒ以下でア
ルゴンガスを除く）では、反射電力は数％程度と低く、
エネルギー効率の良い放電が形成されている。
【００３２】高気圧同軸型電極マイクロ波放電の応用 （１）内部電極の溶融と蒸着への応用 図８に示すように、内部電極を炭素棒（図２参照）６か
ら金属ロッド２１としての銅に代えて同様の実験を行っ
たところ、銅の内部電極２１は先端部から溶融・蒸発し
た。この様子を図９〜１１に示す。即ち、図９はＨ2 を
封入し外部導体の直径φは４５ｍｍ、長さＬは６０ｍｍ
の場合で、図９（ａ）はステンレスロッドの直径φは１
ｍｍ、長さＬは３０ｍｍと、ステンレスロッドの直径φ
は２ｍｍ、長さＬは３０ｍｍの場合、図９（ｂ）は銅ロ
ッドの直径φは１ｍｍ、長さＬは３０ｍｍと、銅ロッド
の直径φは２ｍｍ、長さＬは３０ｍｍの場合のそれぞれ
の圧力（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（Ｔｏｒｒ）と放射電力
〔Ｗ〕との関係を示している。
ら金属ロッド２１としての銅に代えて同様の実験を行っ
たところ、銅の内部電極２１は先端部から溶融・蒸発し
た。この様子を図９〜１１に示す。即ち、図９はＨ2 を
封入し外部導体の直径φは４５ｍｍ、長さＬは６０ｍｍ
の場合で、図９（ａ）はステンレスロッドの直径φは１
ｍｍ、長さＬは３０ｍｍと、ステンレスロッドの直径φ
は２ｍｍ、長さＬは３０ｍｍの場合、図９（ｂ）は銅ロ
ッドの直径φは１ｍｍ、長さＬは３０ｍｍと、銅ロッド
の直径φは２ｍｍ、長さＬは３０ｍｍの場合のそれぞれ
の圧力（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（Ｔｏｒｒ）と放射電力
〔Ｗ〕との関係を示している。
【００３３】また、図１０はＮ2 を封入し外部導体の直
径φは４５ｍｍ、長さＬは６０ｍｍの場合で、図１０
（ａ）はステンレスロッドの直径φは１ｍｍ、長さＬは
３０ｍｍと、ステンレスロッドの直径φは２ｍｍ、長さ
Ｌは３０ｍｍの場合、図１０（ｂ）は銅ロッドの直径φ
は１ｍｍ、長さＬは３０ｍｍと、銅ロッドの直径φは２
ｍｍ、長さＬは３０ｍｍの場合のそれぞれの圧力（Ｐｒ
ｅｓｓｕｒｅ）（Ｔｏｒｒ）と放射電力〔Ｗ〕との関係
を示している。
径φは４５ｍｍ、長さＬは６０ｍｍの場合で、図１０
（ａ）はステンレスロッドの直径φは１ｍｍ、長さＬは
３０ｍｍと、ステンレスロッドの直径φは２ｍｍ、長さ
Ｌは３０ｍｍの場合、図１０（ｂ）は銅ロッドの直径φ
は１ｍｍ、長さＬは３０ｍｍと、銅ロッドの直径φは２
ｍｍ、長さＬは３０ｍｍの場合のそれぞれの圧力（Ｐｒ
ｅｓｓｕｒｅ）（Ｔｏｒｒ）と放射電力〔Ｗ〕との関係
を示している。
【００３４】更に、図１１はＨｅを封入し外部導体の直
径φは４５ｍｍ、長さＬは６０ｍｍの場合で、図１１
（ａ）はステンレスロッドの直径φは１ｍｍ、長さＬは
３０ｍｍと、ステンレスロッドの直径φは２ｍｍ、長さ
Ｌは３０ｍｍの場合、図１１（ｂ）は銅ロッドの直径φ
は１ｍｍ、長さＬは３０ｍｍと、銅ロッドの直径φは２
ｍｍ、長さＬは３０ｍｍの場合のそれぞれの圧力（Ｐｒ
ｅｓｓｕｒｅ）（Ｔｏｒｒ）と放射電力〔Ｗ〕との関係
を示している。
径φは４５ｍｍ、長さＬは６０ｍｍの場合で、図１１
（ａ）はステンレスロッドの直径φは１ｍｍ、長さＬは
３０ｍｍと、ステンレスロッドの直径φは２ｍｍ、長さ
Ｌは３０ｍｍの場合、図１１（ｂ）は銅ロッドの直径φ
は１ｍｍ、長さＬは３０ｍｍと、銅ロッドの直径φは２
ｍｍ、長さＬは３０ｍｍの場合のそれぞれの圧力（Ｐｒ
ｅｓｓｕｒｅ）（Ｔｏｒｒ）と放射電力〔Ｗ〕との関係
を示している。
【００３５】これらの図中の右端の写真は放電前の、枠
内の写真は放電後の電極を示す。圧力の高い場合では数
秒で、低い方では３０秒程度で、図のような形状にまで
変化した。
内の写真は放電後の電極を示す。圧力の高い場合では数
秒で、低い方では３０秒程度で、図のような形状にまで
変化した。
【００３６】このような電極の溶融は、炭素とタングス
テンを始めとする高融点金属を除けば、ほとんどすべて
の金属で生じる。
テンを始めとする高融点金属を除けば、ほとんどすべて
の金属で生じる。
【００３７】応用例（Ａ）：薄膜の形成 （１）銅薄膜の形成 電極から１５ｍｍ離れた位置に、スライドガラス（水ガ
ラス）の基板を垂直に設置して、この表面への銅薄膜の
形成を試みた。その結果、 水素１００Ｔｏｒｒで３００Ｗのときに、３０秒程度
で銅薄膜が基板上に形成された。接着力は非常に強く、
爪でのひっかきテストでは、剥離は全く生じない。
ラス）の基板を垂直に設置して、この表面への銅薄膜の
形成を試みた。その結果、 水素１００Ｔｏｒｒで３００Ｗのときに、３０秒程度
で銅薄膜が基板上に形成された。接着力は非常に強く、
爪でのひっかきテストでは、剥離は全く生じない。
【００３８】水素で３００Ｔｏｒｒ以上になると銅電
極の溶融が早まるが、膜の密度が荒くなり、剥がれやす
くなった。
極の溶融が早まるが、膜の密度が荒くなり、剥がれやす
くなった。
【００３９】結論として、水素では１００Ｔｏｒｒ程
度でマイクロ波電力が低い場合に、良好な銅薄膜が形成
される。
度でマイクロ波電力が低い場合に、良好な銅薄膜が形成
される。
【００４０】（２）：窒化物薄膜の形成 窒素に水素を混入し、６００Ｗのマイクロ波を入射する
と、封入全ガス圧と混合比に応じて、ステンレス基板上
に金色から濃紫色の薄膜が生成された。これは、ＴｉＮ
固有の膜色である。なお、窒素のみではＴｉロッドの蒸
発速度が遅いのでこれを速めるために水素が混入され
る。蒸発速度は全圧力によっても変化する。これらは膜
質の重要なパラメータである。
と、封入全ガス圧と混合比に応じて、ステンレス基板上
に金色から濃紫色の薄膜が生成された。これは、ＴｉＮ
固有の膜色である。なお、窒素のみではＴｉロッドの蒸
発速度が遅いのでこれを速めるために水素が混入され
る。蒸発速度は全圧力によっても変化する。これらは膜
質の重要なパラメータである。
【００４１】これからの実験で調べていく事柄として、
内部電極をＡｌに代えて封入ガスに窒素を用いた場合に
は、ＡｌＮ膜の生成が期待される。
内部電極をＡｌに代えて封入ガスに窒素を用いた場合に
は、ＡｌＮ膜の生成が期待される。
【００４２】（３）：炭化物薄膜の形成 内部導体に多孔質炭素棒を用いると、温度が上昇し、蒸
発するようになる。水素または窒素雰囲気中では基板上
に炭化物や窒化炭素の膜の形成が期待される。炭化物と
しては、炭素棒の組成と構造を調整することによりＤＬ
Ｃ、ダイヤモンド、カーボンナノチューブの生成が期待
される。
発するようになる。水素または窒素雰囲気中では基板上
に炭化物や窒化炭素の膜の形成が期待される。炭化物と
しては、炭素棒の組成と構造を調整することによりＤＬ
Ｃ、ダイヤモンド、カーボンナノチューブの生成が期待
される。
【００４３】応用例（Ｂ）：使用済み注射針の溶融処理 医療現場では、使い捨ての注射針が大量に発生し、その
処理が問題となっている。本発明の装置を使えば、電子
レンジ並みに手軽に利用できる装置を組み立てることが
できる。
処理が問題となっている。本発明の装置を使えば、電子
レンジ並みに手軽に利用できる装置を組み立てることが
できる。
【００４４】応用例（Ｃ）：アクリル等のプラスチック
板表面への金属膜生成 窒素又は酸素雰囲気中でプラスチック表面をプラズマ処
理し、その後に生成される銅等の金属薄膜はプラスチッ
ク板と強く密着する。これは、新たなプリント基板とし
てのニーズが期待される。
板表面への金属膜生成 窒素又は酸素雰囲気中でプラスチック表面をプラズマ処
理し、その後に生成される銅等の金属薄膜はプラスチッ
ク板と強く密着する。これは、新たなプリント基板とし
てのニーズが期待される。
【００４５】上記したように、本発明は、高気圧中での
蒸着ならびにＣＶＤの相乗効果により、高速での成膜が
可能である。外部電極を大きくすれば、大面積化も可能
である。
蒸着ならびにＣＶＤの相乗効果により、高速での成膜が
可能である。外部電極を大きくすれば、大面積化も可能
である。
【００４６】図１２は本発明にかかる大面積化のための
高気圧マイクロ波放電成膜装置の構成図である。
高気圧マイクロ波放電成膜装置の構成図である。
【００４７】この図において、１０１は放電管（放電チ
ャンバー）、１０２はガス導入口、１０３は排気口、１
０４はＰＹＲＥＸ板、１０５は内部電極としての複数の
炭素棒、１０６は下面石英板、１０７はステンレス容
器、１０８は円環状スロットアンテナ、１０９は可動プ
ランジャ、１１０は真鍮製のロッドである。
ャンバー）、１０２はガス導入口、１０３は排気口、１
０４はＰＹＲＥＸ板、１０５は内部電極としての複数の
炭素棒、１０６は下面石英板、１０７はステンレス容
器、１０８は円環状スロットアンテナ、１０９は可動プ
ランジャ、１１０は真鍮製のロッドである。
【００４８】この図に示すように、直径Ｄ（例えば、３
００ｍｍ）、高さＨ（例えば、２００ｍｍ）のステンレ
ス容器１０７の下面を石英板１０６で覆い放電管１０１
とする。この面の任意の位置に円環状スロットアンテナ
１０８を配置し、その内側にマイクロ波の自由空間波長
の１／４の長さ（高さ３０ｍｍ）の内部導体としての複
数の炭素棒１０５を置くと、管内の圧力とマイクロ波入
射電力によって、図６および図７に示したものと類似し
て、グロー放電と炭素棒１０５の赤熱が生じる。複数の
スロットアンテナを石英板下面に配置し、各スロットア
ンテナの内部に複数の炭素棒を置くことにより大面積の
成膜を行うことができる。
００ｍｍ）、高さＨ（例えば、２００ｍｍ）のステンレ
ス容器１０７の下面を石英板１０６で覆い放電管１０１
とする。この面の任意の位置に円環状スロットアンテナ
１０８を配置し、その内側にマイクロ波の自由空間波長
の１／４の長さ（高さ３０ｍｍ）の内部導体としての複
数の炭素棒１０５を置くと、管内の圧力とマイクロ波入
射電力によって、図６および図７に示したものと類似し
て、グロー放電と炭素棒１０５の赤熱が生じる。複数の
スロットアンテナを石英板下面に配置し、各スロットア
ンテナの内部に複数の炭素棒を置くことにより大面積の
成膜を行うことができる。
【００４９】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
ものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００５０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５１】（Ａ）マイクロ波によるＰＶＤ蒸発源であ
り、このマイクロ波電力を、低気圧ではグロー放電モー
ド、高気圧（８００Ｔｏｒｒ）では内部電極の加熱モー
ドによる蒸発源となし、成膜形成範囲を拡大することが
できる。
り、このマイクロ波電力を、低気圧ではグロー放電モー
ド、高気圧（８００Ｔｏｒｒ）では内部電極の加熱モー
ドによる蒸発源となし、成膜形成範囲を拡大することが
できる。
【００５２】このように、一つの装置システムで独自の
広い成膜領域を開拓することができる。特に、化合物膜
を形成するには最適の蒸発源が提供できる。
広い成膜領域を開拓することができる。特に、化合物膜
を形成するには最適の蒸発源が提供できる。
【００５３】（Ｂ）内部電極（蒸発電極）を炭素棒に置
き換えることにより、ＤＬＣ膜を容易に形成することが
できる。
き換えることにより、ＤＬＣ膜を容易に形成することが
できる。
【００５４】（Ｃ）更に、以下のような態様が可能であ
る。
る。
【００５５】（イ）本発明の高気圧マイクロ波放電成膜
方法において、前記内部導体がＦｅ、Ｎｉ、Ｙ、Ｃｏ等
を混合した炭素電極となし、カーボンナノチューブの合
成を行うことができる。
方法において、前記内部導体がＦｅ、Ｎｉ、Ｙ、Ｃｏ等
を混合した炭素電極となし、カーボンナノチューブの合
成を行うことができる。
【００５６】（ロ）本発明の高気圧マイクロ波放電成膜
方法において、アクリル板や高分子不織布表面に金属薄
膜を生成することにより、安価で軽量なプリント基板や
電磁シールド材を作ることができる。
方法において、アクリル板や高分子不織布表面に金属薄
膜を生成することにより、安価で軽量なプリント基板や
電磁シールド材を作ることができる。
【００５７】（ハ）本発明の高気圧マイクロ波放電成膜
方法において、前記封入ガス圧を調整するだけで、グロ
ー放電から電極赤熱モードまで変化させ、材料表面の改
質と反応性蒸着を反応性蒸着を圧力の制御のみで可能と
なることができる。
方法において、前記封入ガス圧を調整するだけで、グロ
ー放電から電極赤熱モードまで変化させ、材料表面の改
質と反応性蒸着を反応性蒸着を圧力の制御のみで可能と
なることができる。
【００５８】（ニ）本発明の高気圧マイクロ波放電成膜
方法において、放電条件は１０Ｔｏｒｒ以上の高気圧と
なし、排気系が簡略化されることにより、装置の制作費
と維持費を低減化することができる。
方法において、放電条件は１０Ｔｏｒｒ以上の高気圧と
なし、排気系が簡略化されることにより、装置の制作費
と維持費を低減化することができる。
【図１】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装置
の模式図である。
の模式図である。
【図２】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装置
の放電室の概略断面図である。
の放電室の概略断面図である。
【図３】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装置
による水素における放電の様子を示す図である。
による水素における放電の様子を示す図である。
【図４】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装置
によるヘリウムにおける放電の様子を示す図である。
によるヘリウムにおける放電の様子を示す図である。
【図５】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装置
によるアルゴンにおける放電の様子を示す図である。
によるアルゴンにおける放電の様子を示す図である。
【図６】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装置
の入射電力と封入ガス圧に対する放電モードの分類を示
す図である。
の入射電力と封入ガス圧に対する放電モードの分類を示
す図である。
【図７】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装置
の入射および反射電力の圧力依存性を示す図である。
の入射および反射電力の圧力依存性を示す図である。
【図８】本発明にかかる他の実施例を示す高気圧マイク
ロ波放電成膜装置の模式図である。
ロ波放電成膜装置の模式図である。
【図９】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装置
による内部電極の先端部の溶融・蒸発の様子を示す図
（その１）である。
による内部電極の先端部の溶融・蒸発の様子を示す図
（その１）である。
【図１０】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装
置による内部電極の先端部の溶融・蒸発の様子を示す図
（その２）である。
置による内部電極の先端部の溶融・蒸発の様子を示す図
（その２）である。
【図１１】本発明にかかる高気圧マイクロ波放電成膜装
置による内部電極の先端部の溶融・蒸発の様子を示す図
（その３）である。
置による内部電極の先端部の溶融・蒸発の様子を示す図
（その３）である。
【図１２】本発明にかかる大面積化のための高気圧マイ
クロ波放電成膜装置の構成図である。
クロ波放電成膜装置の構成図である。
１，１０１ 同軸型電極配置の放電管（放電チャンバ
ー） ２ 真空ポンプ ３ 真空ゲージ ４ 封入ガス ５，１０４ ＰＹＲＥＸ板 ６ 内部導体（炭素棒） ７ 外部導体（真鍮製の外部電極） ８ 石英シリンダ ９，１０ 石英板 １１，１１０ 真鍮製のロッド １２，１３，１０９ 可動プランジャ １４ パワーモニタ １５ アイソレータ １６ ２．４５ＧＨｚマグネトロン １７ 基板ホルダー １８ スリータブチューナ ２１ 内部導体（金属ロッド） １０２ ガス導入口 １０３ 排気口 １０５ 内部導体（複数の炭素棒） １０６ 下面の石英板 １０７ ステンレス容器 １０８ 円環状スロットアンテナ
ー） ２ 真空ポンプ ３ 真空ゲージ ４ 封入ガス ５，１０４ ＰＹＲＥＸ板 ６ 内部導体（炭素棒） ７ 外部導体（真鍮製の外部電極） ８ 石英シリンダ ９，１０ 石英板 １１，１１０ 真鍮製のロッド １２，１３，１０９ 可動プランジャ １４ パワーモニタ １５ アイソレータ １６ ２．４５ＧＨｚマグネトロン １７ 基板ホルダー １８ スリータブチューナ ２１ 内部導体（金属ロッド） １０２ ガス導入口 １０３ 排気口 １０５ 内部導体（複数の炭素棒） １０６ 下面の石英板 １０７ ステンレス容器 １０８ 円環状スロットアンテナ
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） Ｃ２３Ｃ 14/32 Ｃ２３Ｃ 14/32 Ｂ Ｃ３０Ｂ 29/04 Ｃ３０Ｂ 29/04 Ｅ // Ｃ０８Ｌ 33:00 Ｃ０８Ｌ 33:00 Ｆターム(参考） 4F006 AA22 AB73 BA07 CA08 DA01 4G046 CB03 CC06 4G075 AA24 BA05 BC01 BD14 CA26 CA47 FC13 4G077 AA03 BA03 DB19 EA05 EG30 4K029 AA11 BA34 BA44 BA48 BA55 BA58 BA60 BB01 CA02 DA01 DB03 DB05 DB17 EA03
Claims (8)
- 【請求項１】 同軸電極配位の内部導体及び外部導体
と、雰囲気のガスが封入された放電チャンバー内で、高
温に加熱されて発した内部導体金属が、反応性プラズマ
と化学反応を起こして薄膜を形成することを特徴とする
高気圧マイクロ波放電成膜方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の高気圧マイクロ波放電成
膜方法において、前記内部導体がアルミニウムやチタン
であり、前記雰囲気のガスが窒素や酸素である場合、前
記薄膜としてＡｌＮ，ＴｉＯ，ＴｉＯ2 やＴｉＮの薄膜
を形成することを特徴とする高気圧マイクロ波放電成膜
方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の高気圧マイクロ波放電成
膜方法において、前記雰囲気のガスとして、炭化水素ガ
スを混合した水素ガスを封入し、前記内部導体が炭素電
極であり、前記薄膜としてＤＬＣやダイヤモンド薄膜を
形成することを特徴とする高気圧マイクロ波放電成膜方
法。 - 【請求項４】 請求項１記載の高気圧マイクロ波放電成
膜方法において、前記内部導体がＦｅ、Ｎｉ、Ｙ、Ｃｏ
等を混合した炭素電極であり、カーボンナノチューブの
合成を行うことを特徴とする高気圧マイクロ波放電成膜
方法。 - 【請求項５】 請求項１記載の高気圧マイクロ波放電成
膜方法において、アクリル板や高分子不織布表面に金属
薄膜を生成することを特徴とする高気圧マイクロ波放電
成膜方法。 - 【請求項６】 請求項１記載の高気圧マイクロ波放電成
膜方法において、前記封入ガス圧を調整するだけで、グ
ロー放電から電極赤熱モードまで変化させ、材料表面の
改質と反応性蒸着を前記封入ガス圧の圧力の制御のみで
可能とすることを特徴とする高気圧マイクロ波放電成膜
方法。 - 【請求項７】 請求項１記載の高気圧マイクロ波放電成
膜方法において、放電条件は１０Ｔｏｒｒ以上の高気圧
となし、排気系が簡略化されることを特徴とする高気圧
マイクロ波放電成膜方法。 - 【請求項８】（ａ）同軸電極配位の内部導体及び外部導
体と、雰囲気のガスが封入された放電チャンバーを備
え、（ｂ）高温に加熱されて発した内部導体金属が、反
応性プラズマと化学反応を起こして薄膜を形成する手段
とを具備することを特徴とする高気圧マイクロ波放電成
膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001014591A JP2002212709A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | 高気圧マイクロ波放電成膜方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001014591A JP2002212709A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | 高気圧マイクロ波放電成膜方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002212709A true JP2002212709A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18881263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001014591A Pending JP2002212709A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | 高気圧マイクロ波放電成膜方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002212709A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007048497A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Ehime Univ | プラズマ発生装置、プラズマ発生方法およびダイヤモンド生成方法 |
| US10767261B2 (en) | 2010-07-23 | 2020-09-08 | Leybold Optics Gmbh | Device and method for vacuum coating |
-
2001
- 2001-01-23 JP JP2001014591A patent/JP2002212709A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007048497A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Ehime Univ | プラズマ発生装置、プラズマ発生方法およびダイヤモンド生成方法 |
| US10767261B2 (en) | 2010-07-23 | 2020-09-08 | Leybold Optics Gmbh | Device and method for vacuum coating |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031031 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040129 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040428 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061218 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080205 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080610 |