JP3348865B2 - ダイヤモンド層の形成方法、その装置、及びホルダの温度調節方法 - Google Patents
ダイヤモンド層の形成方法、その装置、及びホルダの温度調節方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ支援の反応性
コーティング方法を用いて材料の上にダイヤモンド層を
形成する方法、真空容器と、この真空容器に連通し容器
内で少なくとも部分的に反応する操作ガスを導入する導
入装置と、ガス状の反応生成物を吸引する吸引装置とを
備えたダイヤモンド層を形成する真空処理装置、並びに
プラズマコーティング室内でダイヤモンドコーティング
すべき物品を保持する保持部材の温度を調節する方法に
関する。
コーティング方法を用いて材料の上にダイヤモンド層を
形成する方法、真空容器と、この真空容器に連通し容器
内で少なくとも部分的に反応する操作ガスを導入する導
入装置と、ガス状の反応生成物を吸引する吸引装置とを
備えたダイヤモンド層を形成する真空処理装置、並びに
プラズマコーティング室内でダイヤモンドコーティング
すべき物品を保持する保持部材の温度を調節する方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】過去数年間にダイヤモンドコーティング
を行う多数の方法が提案され、かつ試験されている。そ
れについては、Ｓ．マツモトの概論“Proceeding First
International ECS Symposium on Diamond and diamon
d-like films”（１９８９年ロスアンジェルス）を挙げ
ておく。
を行う多数の方法が提案され、かつ試験されている。そ
れについては、Ｓ．マツモトの概論“Proceeding First
International ECS Symposium on Diamond and diamon
d-like films”（１９８９年ロスアンジェルス）を挙げ
ておく。
【０００３】個々の公知の方法には、ダイヤモンド層コ
ーティングを大規模に行える装置を形成するという重要
な課題があり、これは発明者らの知る範囲ではまだ成功
していない。公知の多くの方法において、基板の近傍に
設けられた白熱の巻線が使用されている。この場合に、
直径１ｍｍより小さい非常に細いワイヤの位置をコーテ
ィングすべき物品から１〜２ｃｍの距離に定めて、ワイ
ヤを約２０００℃に維持しなければならない。
ーティングを大規模に行える装置を形成するという重要
な課題があり、これは発明者らの知る範囲ではまだ成功
していない。公知の多くの方法において、基板の近傍に
設けられた白熱の巻線が使用されている。この場合に、
直径１ｍｍより小さい非常に細いワイヤの位置をコーテ
ィングすべき物品から１〜２ｃｍの距離に定めて、ワイ
ヤを約２０００℃に維持しなければならない。
【０００４】引抜き型あるいは加工スタンプなどのよう
な装置によって延伸された表面にコーティングを行うこ
とに関する大きな問題は別として、上述の白熱巻線は操
作ガスとの反応プロセスに関与することにより寿命が短
い。
な装置によって延伸された表面にコーティングを行うこ
とに関する大きな問題は別として、上述の白熱巻線は操
作ガスとの反応プロセスに関与することにより寿命が短
い。
【０００５】マイクロ波あるいは高周波放射によりプラ
ズマを発生させる他の方法においても、特にかなり大き
な表面（例えば４００平方ミリメートルより大きい）に
ダイヤモンドコーティングを行おうとする場合に問題が
生じる。
ズマを発生させる他の方法においても、特にかなり大き
な表面（例えば４００平方ミリメートルより大きい）に
ダイヤモンドコーティングを行おうとする場合に問題が
生じる。
【０００６】プラズマを発生させるために直流コロナ放
電を使用する場合には、形材の表面で常に均一なプラズ
マ密度分布を得ることは不可能であり、あるいは非常に
困難であるという、このような技術につきまとう問題が
生じる。しかしダイヤモンド層を形成することに関して
は、その品質はコーティングすべき表面のすぐ近傍のプ
ラズマ密度の分布に著しく関係する。
電を使用する場合には、形材の表面で常に均一なプラズ
マ密度分布を得ることは不可能であり、あるいは非常に
困難であるという、このような技術につきまとう問題が
生じる。しかしダイヤモンド層を形成することに関して
は、その品質はコーティングすべき表面のすぐ近傍のプ
ラズマ密度の分布に著しく関係する。
【０００７】米国特許第４８５１２５４号明細書より、
ダイヤモンド層を形成する方法及び装置が知られてい
る。真空容器内でプラズマを発生させるためにアノード
／カソード間に直流アーク放電が形成され、カソード／
アノード区間の外側に処理すべき物品が配置される。反
応性のプラズマ支援コーティングプロセスのための操作
ガスは、アノード／カソード区間に関して処理すべき物
品とは反対側から点状に導入される。
ダイヤモンド層を形成する方法及び装置が知られてい
る。真空容器内でプラズマを発生させるためにアノード
／カソード間に直流アーク放電が形成され、カソード／
アノード区間の外側に処理すべき物品が配置される。反
応性のプラズマ支援コーティングプロセスのための操作
ガスは、アノード／カソード区間に関して処理すべき物
品とは反対側から点状に導入される。
【０００８】物品がカソード／アノード区間に関して、
従ってその間にある最大のプラズマ密度に関して変位し
ていることにより、物品は低い温度に維持されるので、
さらに加熱しないとコーティングを行う間の８００℃と
いう物品温度を得ることができない。
従ってその間にある最大のプラズマ密度に関して変位し
ていることにより、物品は低い温度に維持されるので、
さらに加熱しないとコーティングを行う間の８００℃と
いう物品温度を得ることができない。
【０００９】アーク放電は、アノード／カソード距離が
短かいので約２０Ｖの低電圧と、４０Ａの大きな電流で
行われる。しかし上記のような配置では、物品はこのア
ークによって発生される大きな出力密度のプラズマの外
側に離れて位置する。
短かいので約２０Ｖの低電圧と、４０Ａの大きな電流で
行われる。しかし上記のような配置では、物品はこのア
ークによって発生される大きな出力密度のプラズマの外
側に離れて位置する。
【００１０】従って、このようにして発生されたプラズ
マ密度をコーティングプロセスに全部利用することはで
きない。このプロセスは約３５００Ｐａのプロセス圧力
で行われる。
マ密度をコーティングプロセスに全部利用することはで
きない。このプロセスは約３５００Ｐａのプロセス圧力
で行われる。
【００１１】この装置においては、高い圧力にも拘らず
短いプラズマ室のため極めて短いアノード／カソード区
間しか利用できず、放電区間の外側に配置された大きな
物品は小さい範囲だけでしか均一にコーティングでき
ず、あるいはほとんど点状の放電区間からずっと離れて
配置しなければならなくて、加熱しなければならないと
いう欠点がある。
短いプラズマ室のため極めて短いアノード／カソード区
間しか利用できず、放電区間の外側に配置された大きな
物品は小さい範囲だけでしか均一にコーティングでき
ず、あるいはほとんど点状の放電区間からずっと離れて
配置しなければならなくて、加熱しなければならないと
いう欠点がある。
【００１２】さらに米国特許第４８５９４９０号明細書
によれば、プラズマ支援の反応性コーティングによっ
て、真空容器内に白熱巻線を配置し、その白熱巻線をグ
リッドに関してカソードの直流電圧電位に接続してダイ
ヤモンド層を形成することが知られている。グリッドに
関して反対側の白熱巻線に物品ホルダが設けられ、物品
ホルダはアノード操作されるグリッドに関してカソード
電位に接続される。
によれば、プラズマ支援の反応性コーティングによっ
て、真空容器内に白熱巻線を配置し、その白熱巻線をグ
リッドに関してカソードの直流電圧電位に接続してダイ
ヤモンド層を形成することが知られている。グリッドに
関して反対側の白熱巻線に物品ホルダが設けられ、物品
ホルダはアノード操作されるグリッドに関してカソード
電位に接続される。
【００１３】操作ガスは白熱巻線の中央を通過するの
で、白熱巻線とグリッドによって形成されるカソード／
アノード区間には最大密度のプラズマが形成される。物
品はカソードに接続されたホルダによって本来のアノー
ド／カソード区間の外側に位置し、従って最大のプラズ
マ密度の領域の外側に位置するので、６００℃〜１２０
０℃の比較的低い処理温度が得られる。処理圧力は７０
０〜２８，０００Ｐａである。
で、白熱巻線とグリッドによって形成されるカソード／
アノード区間には最大密度のプラズマが形成される。物
品はカソードに接続されたホルダによって本来のアノー
ド／カソード区間の外側に位置し、従って最大のプラズ
マ密度の領域の外側に位置するので、６００℃〜１２０
０℃の比較的低い処理温度が得られる。処理圧力は７０
０〜２８，０００Ｐａである。
【００１４】この方法には次のような欠点がある。すな
わち、すでに冒頭で述べたように、ここでも白熱巻線は
操作ガスにさらされ、それによって寿命が著しく短縮さ
れると共に、範囲の小さいカソード面が生じるので、プ
ラズマはアノードグリッドを通って初めて円錐状に延
び、それに従って特に物品の場所でプラズマ密度も低下
する。
わち、すでに冒頭で述べたように、ここでも白熱巻線は
操作ガスにさらされ、それによって寿命が著しく短縮さ
れると共に、範囲の小さいカソード面が生じるので、プ
ラズマはアノードグリッドを通って初めて円錐状に延
び、それに従って特に物品の場所でプラズマ密度も低下
する。
【００１５】ナオト・オオタケとマサノリ・ヨシカワの
論文“DiamondFilm Preparation by Arc Dicharge Plaz
ma Jet, Chemical Vapor Depositionin the Methane At
mosphere”J.Electrochem. Soc., 第１３７巻第２号
（１９９０年２月）により、プラズマ噴射を用いてダイ
ヤモンドコーティングを形成することが知られている。
ノズルカソードにおいてガスが超音速で噴射され、カソ
ード／アノード区間においてカソードに対して直角に変
位されたアノードによってプラズマが形成され、ノズル
パルスによって物品に対して線形に噴射が行われる。物
品は集中的に冷却される。というのはそうしないと高い
プラズマ噴射温度によって溶けてしまうからである。
論文“DiamondFilm Preparation by Arc Dicharge Plaz
ma Jet, Chemical Vapor Depositionin the Methane At
mosphere”J.Electrochem. Soc., 第１３７巻第２号
（１９９０年２月）により、プラズマ噴射を用いてダイ
ヤモンドコーティングを形成することが知られている。
ノズルカソードにおいてガスが超音速で噴射され、カソ
ード／アノード区間においてカソードに対して直角に変
位されたアノードによってプラズマが形成され、ノズル
パルスによって物品に対して線形に噴射が行われる。物
品は集中的に冷却される。というのはそうしないと高い
プラズマ噴射温度によって溶けてしまうからである。
【００１６】この方法においては、冷却を行う他に、プ
ラズマ光線を発生させるために大きな経費が必要であ
り、プラズマ噴射の範囲が限定されるために、物品の比
較的小さい表面領域しかコーティングできない。
ラズマ光線を発生させるために大きな経費が必要であ
り、プラズマ噴射の範囲が限定されるために、物品の比
較的小さい表面領域しかコーティングできない。
【００１７】B.Singh, O.R.Mesker らの論文“Diamond
Synthesis by Hollow Cathode Plasma Assisted Chemic
al Vapor Deposition ”SPIE Vol.877 Micro-Optoelect
ronic Materials （１９８８）からは、真空容器内でプ
ラズマ支援の反応性コーティングによりダイヤモンド層
が次のようにして形成されることが知られている。すな
わち、中空カソードとアノードグリッドの間に米国特許
第４８５９４９５号明細書に示す方法と同様に拡幅され
たプラズマ円錐が形成され、コーティングすべき物品は
アノードグリッドに関してカソードと反対側に配置さ
れ、アノード電位に接続される。
Synthesis by Hollow Cathode Plasma Assisted Chemic
al Vapor Deposition ”SPIE Vol.877 Micro-Optoelect
ronic Materials （１９８８）からは、真空容器内でプ
ラズマ支援の反応性コーティングによりダイヤモンド層
が次のようにして形成されることが知られている。すな
わち、中空カソードとアノードグリッドの間に米国特許
第４８５９４９５号明細書に示す方法と同様に拡幅され
たプラズマ円錐が形成され、コーティングすべき物品は
アノードグリッドに関してカソードと反対側に配置さ
れ、アノード電位に接続される。
【００１８】ここで、米国特許第４８５９４９０号明細
書とは異なり、前述の文献との関連において論じた欠点
を有する白熱巻線が使用されていないことは別として、
この方法もプラズマ密度に関しては同一の欠点を有す
る。というのは物品がアノード電位に接続され、放電電
流が大きい場合には物品を冷却しなければならないから
である。
書とは異なり、前述の文献との関連において論じた欠点
を有する白熱巻線が使用されていないことは別として、
この方法もプラズマ密度に関しては同一の欠点を有す
る。というのは物品がアノード電位に接続され、放電電
流が大きい場合には物品を冷却しなければならないから
である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、冒頭
で述べた種類の方法と、そのための、安価であって、確
実に制御することができ、かつ、大面積のコーティング
のために改造できかつ三次元の物品コーティングができ
る装置を提供することである。
で述べた種類の方法と、そのための、安価であって、確
実に制御することができ、かつ、大面積のコーティング
のために改造できかつ三次元の物品コーティングができ
る装置を提供することである。
【００２０】
【発明の開示】上記の課題に関して、 ａ）アノード／カソード区間で直流アーク放電によりプ
ラズマを発生させ、この区間に電荷担体を供給し、 ｂ）コーティングすべき物品を当該カソード／アノード
区間に挿入し、 ｃ）プロセス圧力ｐを ５Ｐａ＜ｐ＜１０００Ｐａ であるように選択し、 ｄ）当該カソード／アノード区間に対して垂直に見て、
コーティングすべき物品の面積当りの放電電流Ｉを ０．８ｋＡ／ｍ2 ≦Ｉ であるように選択することを特徴とす方法が優れてい
る。
ラズマを発生させ、この区間に電荷担体を供給し、 ｂ）コーティングすべき物品を当該カソード／アノード
区間に挿入し、 ｃ）プロセス圧力ｐを ５Ｐａ＜ｐ＜１０００Ｐａ であるように選択し、 ｄ）当該カソード／アノード区間に対して垂直に見て、
コーティングすべき物品の面積当りの放電電流Ｉを ０．８ｋＡ／ｍ2 ≦Ｉ であるように選択することを特徴とす方法が優れてい
る。
【００２１】また、そのための本発明の処理装置は、真
空容器と、それに連通して少なくとも部分的に当該容器
内で反応する操作ガスを導入する導入装置と、ガス状の
反応生成物を吸引する吸引装置とを備えたダイヤモンド
層を形成する処理装置であって、容器内に直流アーク放
電を発生させるアノード／カソード区間と、この区間に
荷電粒子流を供給するための開口接続装置と、コーティ
ングすべき物品をカソード／アノード区間に保持するホ
ルダが設けられ、このホルダが浮動電位化され、あるい
は抵抗によって分離されて基準電位に接続されるという
特徴を有する。
空容器と、それに連通して少なくとも部分的に当該容器
内で反応する操作ガスを導入する導入装置と、ガス状の
反応生成物を吸引する吸引装置とを備えたダイヤモンド
層を形成する処理装置であって、容器内に直流アーク放
電を発生させるアノード／カソード区間と、この区間に
荷電粒子流を供給するための開口接続装置と、コーティ
ングすべき物品をカソード／アノード区間に保持するホ
ルダが設けられ、このホルダが浮動電位化され、あるい
は抵抗によって分離されて基準電位に接続されるという
特徴を有する。
【００２２】ここに記載された特徴によって原則的に次
のようなことが達成される。 ａ）電荷担体の導入により、電荷担体の投入なしの直流
アーク放電の場合とほぼ同じ低い放電電圧で、かつ同じ
圧力状態で、しかしずっと長いアノード／カソード区間
を用いてアーク放電を行うことができ、それによってす
でに、大きな表面領域のダイヤモンドコーティングを行
う基礎が形成される。
のようなことが達成される。 ａ）電荷担体の導入により、電荷担体の投入なしの直流
アーク放電の場合とほぼ同じ低い放電電圧で、かつ同じ
圧力状態で、しかしずっと長いアノード／カソード区間
を用いてアーク放電を行うことができ、それによってす
でに、大きな表面領域のダイヤモンドコーティングを行
う基礎が形成される。
【００２３】ｂ）処理すべき物品をアノードとカソード
の間に配置することによって、プラズマ密度の最も大き
い領域を充分に利用することができ、さらに８００℃の
領域の処理温度で、プラズマの均質性の最も大きい領域
を利用することができる。場合によっては、物品を介し
て流出する電流を所望の値に制御することによって、物
品温度を調節ないし制御することができる。
の間に配置することによって、プラズマ密度の最も大き
い領域を充分に利用することができ、さらに８００℃の
領域の処理温度で、プラズマの均質性の最も大きい領域
を利用することができる。場合によっては、物品を介し
て流出する電流を所望の値に制御することによって、物
品温度を調節ないし制御することができる。
【００２４】ｃ）物品をカソード／アノード区間に挿入
することによって、そこのプラズマ密度を大面積の物品
で利用することができる。
することによって、そこのプラズマ密度を大面積の物品
で利用することができる。
【００２５】本発明によるダイヤモンドコーティング方
法の好ましい態様が、請求項２から３２までに具体的に
記載されている。
法の好ましい態様が、請求項２から３２までに具体的に
記載されている。
【００２６】スイス国特許出願公開第６６４７６８号明
細書によれば、一般的なコーティング方法並びにそのた
めに設けられる装置が知られており、それによれば開口
接続装置が設けられ、それを通して荷電粒子流がアノー
ド／カソード区間へ供給されることによって低電圧アー
ク放電が形成され、当該区間においてアーク放電が維持
される。
細書によれば、一般的なコーティング方法並びにそのた
めに設けられる装置が知られており、それによれば開口
接続装置が設けられ、それを通して荷電粒子流がアノー
ド／カソード区間へ供給されることによって低電圧アー
ク放電が形成され、当該区間においてアーク放電が維持
される。
【００２７】ここに示すプラズマ支援の反応性コーティ
ング方法においては、操作ガスは反応するガス成分と共
に処理容器内へ線状に噴射される。処理すべき物品又は
材料を支持する支持体は、アノード／カソード区間の外
側に配置される。
ング方法においては、操作ガスは反応するガス成分と共
に処理容器内へ線状に噴射される。処理すべき物品又は
材料を支持する支持体は、アノード／カソード区間の外
側に配置される。
【００２８】本発明の基礎になる真空コーティング装置
は、コーティングすべき物品がアノード／カソード区間
に挿入され、従ってプラズマ密度が最大の領域に挿入さ
れる場合には、この公知の種類のアーク放電発生が上述
の課題を解決するのに優れているという認識に基づいて
いる。
は、コーティングすべき物品がアノード／カソード区間
に挿入され、従ってプラズマ密度が最大の領域に挿入さ
れる場合には、この公知の種類のアーク放電発生が上述
の課題を解決するのに優れているという認識に基づいて
いる。
【００２９】本発明によるこの基本的な改変によって、
スイス国特許出願公開第６６４７６８号明細書に記載さ
れているコーティング装置がダイヤモンドコーティング
に適したものとなる。
スイス国特許出願公開第６６４７６８号明細書に記載さ
れているコーティング装置がダイヤモンドコーティング
に適したものとなる。
【００３０】この種の装置の他の好ましい態様が、請求
項３４から５０までに記載されている。
項３４から５０までに記載されている。
【００３１】次に、図面に示すコーティング装置とダイ
ヤモンド層を形成するための実施例でもって、本発明を
詳細に説明する。
ヤモンド層を形成するための実施例でもって、本発明を
詳細に説明する。
【００３２】図１には、ダイヤモンドコーティングを行
う処理室の第一の態様が概略的に示されている。真空処
理容器１内のホルダ３の上にはコーティングすべき物品
又は材料５が、一つあるいは図に示すように複数の加工
物として載置されている。ホルダ３は、コーティングす
べき物品のための載置面（この態様では載置平面ＥG ）
を形成する。ホルダ３と、従って面ＥG と対向して、容
器１には反応ガスもしくは混合反応ガスと共に操作ガス
ないし混合操作ガスＲを導入する導入装置７が設けられ
ている。
う処理室の第一の態様が概略的に示されている。真空処
理容器１内のホルダ３の上にはコーティングすべき物品
又は材料５が、一つあるいは図に示すように複数の加工
物として載置されている。ホルダ３は、コーティングす
べき物品のための載置面（この態様では載置平面ＥG ）
を形成する。ホルダ３と、従って面ＥG と対向して、容
器１には反応ガスもしくは混合反応ガスと共に操作ガス
ないし混合操作ガスＲを導入する導入装置７が設けられ
ている。
【００３３】導入装置７には流入開口部９を平面的に分
配して形成されたプレート１１が備えられており、流入
開口部には圧力平衡室１３から給気が行われ、プレート
１１に関して容器１の反応区域Ｖと反対側にある圧力平
衡室には一つあるいは複数の供給管１５を通して給気が
行われる。
配して形成されたプレート１１が備えられており、流入
開口部には圧力平衡室１３から給気が行われ、プレート
１１に関して容器１の反応区域Ｖと反対側にある圧力平
衡室には一つあるいは複数の供給管１５を通して給気が
行われる。
【００３４】この図に示した態様においては、ホルダ３
はテーブル状に形成され、絶縁材１７によって容器の殻
に支持されている。ホルダ３の下方には、容器１の排気
を行い、かつ処理工程の間ガス状の反応生成物ないし使
用済みの操作ガスを吸引する吸引管１９が設けられてい
る。
はテーブル状に形成され、絶縁材１７によって容器の殻
に支持されている。ホルダ３の下方には、容器１の排気
を行い、かつ処理工程の間ガス状の反応生成物ないし使
用済みの操作ガスを吸引する吸引管１９が設けられてい
る。
【００３５】マスク開口部２１を通して容器１の反応区
域Ｖと連通する高温カソード室２３が設けられており、
その中に直接あるいは間接的に加熱される高温カソード
２５が配置されている。容器１内には、マスク開口部２
１と対向してアノード２７が設けられている。
域Ｖと連通する高温カソード室２３が設けられており、
その中に直接あるいは間接的に加熱される高温カソード
２５が配置されている。容器１内には、マスク開口部２
１と対向してアノード２７が設けられている。
【００３６】この図に概略図示するように、高温カソー
ド２５とアノード２７の間に、アーク放電Ｂを維持する
のに必要な直流電圧が直流電圧発生器２９によって印加
される。電気的に加熱する場合には、発電器３１によっ
て高温カソード２５の加熱が行われる。この発電器は直
流あるいは交流発電器でよく、場合によってはその後段
に分離変圧器が設けられる。
ド２５とアノード２７の間に、アーク放電Ｂを維持する
のに必要な直流電圧が直流電圧発生器２９によって印加
される。電気的に加熱する場合には、発電器３１によっ
て高温カソード２５の加熱が行われる。この発電器は直
流あるいは交流発電器でよく、場合によってはその後段
に分離変圧器が設けられる。
【００３７】圧力平衡室１３の容積は、管１５を通して
供給されるガスの圧力が流入開口部９に関して均一に分
配されるような大きさであって、流入開口部の分布によ
り、また流動断面及び軸方向の長さによって、従って流
れの抵抗と連通方向によって、容器１へのガスの流入を
ほぼ指向性をもって所望のように分配することができる
ように設定される。
供給されるガスの圧力が流入開口部９に関して均一に分
配されるような大きさであって、流入開口部の分布によ
り、また流動断面及び軸方向の長さによって、従って流
れの抵抗と連通方向によって、容器１へのガスの流入を
ほぼ指向性をもって所望のように分配することができる
ように設定される。
【００３８】この図に示した態様においては、プレート
１１の開口部９を均一に分配しかつ同一に形成すること
によって、ホルダ３に向けてほぼ均一にガスを流出させ
ることができる。反応区域Ｖに導入された操作ガスの一
部は、その中で時間が経つにつれて反応する割合が大き
くなり、使用済みの操作ガスは管１９を通して吸引され
る。
１１の開口部９を均一に分配しかつ同一に形成すること
によって、ホルダ３に向けてほぼ均一にガスを流出させ
ることができる。反応区域Ｖに導入された操作ガスの一
部は、その中で時間が経つにつれて反応する割合が大き
くなり、使用済みの操作ガスは管１９を通して吸引され
る。
【００３９】操作ガスを分配して流入させ、この入口に
対して中央に吸引管１９を設けることによって、反応区
域Ｖ内に一点鎖線で記載した面Ｅ2 に沿って、未使用の
操作ガスと使用済みの操作ガスの割合がほぼ等しくな
る。コーティングすべき物品がホルダ３によってこのよ
うな面上に位置決めされることによって、少なくともこ
の面に対して等距離の物品の表面領域ではコーティング
効率が均一になる。
対して中央に吸引管１９を設けることによって、反応区
域Ｖ内に一点鎖線で記載した面Ｅ2 に沿って、未使用の
操作ガスと使用済みの操作ガスの割合がほぼ等しくな
る。コーティングすべき物品がホルダ３によってこのよ
うな面上に位置決めされることによって、少なくともこ
の面に対して等距離の物品の表面領域ではコーティング
効率が均一になる。
【００４０】流入開口部９を上述のような方向に向けか
つ上述のように形成することと、吸引管の配置とによっ
て、上述の等分布面Ｅ2 の形態が決定され、これらの面
はこの図に示した態様においては互いに平行な平面であ
る。この図の態様においては、アーク放電Ｂは小さい容
積の領域だけに維持されるので、その作用は反応区域Ｖ
全体で同じにはならない。
つ上述のように形成することと、吸引管の配置とによっ
て、上述の等分布面Ｅ2 の形態が決定され、これらの面
はこの図に示した態様においては互いに平行な平面であ
る。この図の態様においては、アーク放電Ｂは小さい容
積の領域だけに維持されるので、その作用は反応区域Ｖ
全体で同じにはならない。
【００４１】容器１は、好ましくはその全面がコーティ
ングプロセスによって障害を受けない材料、例えば石英
ガラスから形成される。
ングプロセスによって障害を受けない材料、例えば石英
ガラスから形成される。
【００４２】一つの変形においてホルダ３とそれに伴い
加工物品とは、好ましくは、図に示すように絶縁支柱１
７で所定の電位に接続されず、浮動電位で運転されるの
で、電位は反応区域Ｖ内の電位分布に一致することがで
きる。それによって物品がアノード電位に維持される場
合とは異なり、物品のコーティング温度が低下する。
加工物品とは、好ましくは、図に示すように絶縁支柱１
７で所定の電位に接続されず、浮動電位で運転されるの
で、電位は反応区域Ｖ内の電位分布に一致することがで
きる。それによって物品がアノード電位に維持される場
合とは異なり、物品のコーティング温度が低下する。
【００４３】このようにして第一の段階においてすで
に、アークプラズマ支援の反応方法を用いて、大面積の
物品のダイヤモンドコーティングが可能である。例示の
アーク放電は、距離の長い低電圧放電であって、この低
電圧放電はわずか数Ｐａの圧力で例えば１５０Ｖ以下の
低い直流電圧（混合操作ガスのイオン化エネルギーの大
きさの電圧）で維持される。
に、アークプラズマ支援の反応方法を用いて、大面積の
物品のダイヤモンドコーティングが可能である。例示の
アーク放電は、距離の長い低電圧放電であって、この低
電圧放電はわずか数Ｐａの圧力で例えば１５０Ｖ以下の
低い直流電圧（混合操作ガスのイオン化エネルギーの大
きさの電圧）で維持される。
【００４４】反応区域内で反応するガスが高温カソード
２５と接触して、その材料がコーティングプロセスに影
響を与えて一緒に反応し、それによって寿命が著しく短
縮されるのを防止するために、カソード室２３には好ま
しくは導管３３を介して洗浄ガスが導入される。その場
合に、カソード室２３内の圧力は、反応区域Ｖ内の操作
圧力よりわずかに高く調節され、それによってカソード
室２３からガスが流出する。
２５と接触して、その材料がコーティングプロセスに影
響を与えて一緒に反応し、それによって寿命が著しく短
縮されるのを防止するために、カソード室２３には好ま
しくは導管３３を介して洗浄ガスが導入される。その場
合に、カソード室２３内の圧力は、反応区域Ｖ内の操作
圧力よりわずかに高く調節され、それによってカソード
室２３からガスが流出する。
【００４５】高温カソードを用いて低電圧放電を行う場
合に重要なことは、中性のプラズマ流がイオン化室から
処理室へ流入し、従ってイオンと電子の数が同一になる
ことである。いずれの場合にも洗浄ガスとしては、プロ
セスに適合したガスが導入され、通常はＡｒあるいはＨ
ｅなどの貴ガスである。
合に重要なことは、中性のプラズマ流がイオン化室から
処理室へ流入し、従ってイオンと電子の数が同一になる
ことである。いずれの場合にも洗浄ガスとしては、プロ
セスに適合したガスが導入され、通常はＡｒあるいはＨ
ｅなどの貴ガスである。
【００４６】このようにして発生される低電圧アークに
よって、高い電子温度で、２００℃〜１０００℃の比較
的ガス温度の低いプラズマが得られる。それによって物
品をカソードとアノードの間に配置することが可能とな
り、このことは物品温度が低い場合に大きなプラズマ密
度を必要とするダイヤモンドコーティングプロセスにと
っては著しく好ましいことである。
よって、高い電子温度で、２００℃〜１０００℃の比較
的ガス温度の低いプラズマが得られる。それによって物
品をカソードとアノードの間に配置することが可能とな
り、このことは物品温度が低い場合に大きなプラズマ密
度を必要とするダイヤモンドコーティングプロセスにと
っては著しく好ましいことである。
【００４７】図２には図１のホルダの一部が示されてい
る。すでに説明したように、好ましい態様においてはホ
ルダ３の周りは浮動電位で支配されるために、反応区域
Ｖ内の電位の分布に従って電位Φ3 が発生する。図１に
示す装置の変形例において、ホルダ３は好ましくは分岐
回路３５によって、抵抗素子３７を介して基準電位（例
えばアノード電位）と接続される。それによって、反応
区域Ｖ内のインピーダンス関係と抵抗素子３７の値とに
従って抵抗素子を介して電位差が発生し、それによって
運転される電流Ｉはホルダと物品の温度を制御する温度
制御量として使用される。
る。すでに説明したように、好ましい態様においてはホ
ルダ３の周りは浮動電位で支配されるために、反応区域
Ｖ内の電位の分布に従って電位Φ3 が発生する。図１に
示す装置の変形例において、ホルダ３は好ましくは分岐
回路３５によって、抵抗素子３７を介して基準電位（例
えばアノード電位）と接続される。それによって、反応
区域Ｖ内のインピーダンス関係と抵抗素子３７の値とに
従って抵抗素子を介して電位差が発生し、それによって
運転される電流Ｉはホルダと物品の温度を制御する温度
制御量として使用される。
【００４８】あるいは、アーク電流から分離して、物品
の電位を調節可能な電圧源３９によって反応区域Ｖ内の
アノード電位とカソード電位の間で調節することができ
る。この二つの方法は特に物品温度を微調整あるいは制
御するのに適しており、このことは本発明によるコーテ
ィング方法にとっては重要なことである。「熱電流」値
Ｉを調節するために、所定の操作点を中心に抵抗値が調
節される。又は、放電から分離して物品電位を調節する
ことによって、物品温度を調節することもできる。
の電位を調節可能な電圧源３９によって反応区域Ｖ内の
アノード電位とカソード電位の間で調節することができ
る。この二つの方法は特に物品温度を微調整あるいは制
御するのに適しており、このことは本発明によるコーテ
ィング方法にとっては重要なことである。「熱電流」値
Ｉを調節するために、所定の操作点を中心に抵抗値が調
節される。又は、放電から分離して物品電位を調節する
ことによって、物品温度を調節することもできる。
【００４９】当業者には自明のように、温度制御するた
めには、ホルダ３の温度を検出し、それに相当する電気
信号を目標値と比較し、抵抗素子３７の抵抗値及び／又
は電圧源３９の電圧値をそれぞれ調節変数として制御す
る。
めには、ホルダ３の温度を検出し、それに相当する電気
信号を目標値と比較し、抵抗素子３７の抵抗値及び／又
は電圧源３９の電圧値をそれぞれ調節変数として制御す
る。
【００５０】処理プロセスの間の目標値の変更により、
物品温度を所定の時間特性に従って制御することができ
る。
物品温度を所定の時間特性に従って制御することができ
る。
【００５１】図１に示す配置に基づいて、ダイヤモンド
コーティングを行う装置に関して次のように発展させる
ことが可能である。すなわち、・操作ガスの流入を所定
のように配分する代わりに、あるいはそれに加えて、長
い低電圧アーク放電を所定の分布で発生させること。・
コーティングすべき物品を複数の分配面Ｅ2 上に配置す
ることによって反応区域Ｖの容積の利用率を著しく増大
させること。１９での吸引は必ずしも中央で行う必要は
なく、周辺で及び／又は分配して行うこともできる。
コーティングを行う装置に関して次のように発展させる
ことが可能である。すなわち、・操作ガスの流入を所定
のように配分する代わりに、あるいはそれに加えて、長
い低電圧アーク放電を所定の分布で発生させること。・
コーティングすべき物品を複数の分配面Ｅ2 上に配置す
ることによって反応区域Ｖの容積の利用率を著しく増大
させること。１９での吸引は必ずしも中央で行う必要は
なく、周辺で及び／又は分配して行うこともできる。
【００５２】図３には別の装置が概略図示されている。
ここではガスの導入ではなくアーク放電が所定のように
配分される。図３に示す構成部品で、すでに図１の態様
で説明されているものには同一の番号が付されている。
ここではガスの導入ではなくアーク放電が所定のように
配分される。図３に示す構成部品で、すでに図１の態様
で説明されているものには同一の番号が付されている。
【００５３】コーティング容器１（この態様では立方体
として形成されている）には孔あきの供給管４１を介し
て操作ガスＲが供給され（この場合には平面状に配分さ
れない）、このコーティング容器には容器の直方体の壁
に沿って延びる高温カソード室２３ａが設けられてい
る。その中には、平面状に配分できるように、一つある
いは複数の高温カソード２５が設けられている。
として形成されている）には孔あきの供給管４１を介し
て操作ガスＲが供給され（この場合には平面状に配分さ
れない）、このコーティング容器には容器の直方体の壁
に沿って延びる高温カソード室２３ａが設けられてい
る。その中には、平面状に配分できるように、一つある
いは複数の高温カソード２５が設けられている。
【００５４】個々の分離された室からなり、従って分割
されているカソード室２３ａは、多数のマスク開口部２
１ａを介して容器１の反応区域Ｖと接続されている。容
器内には、マスク２１ａと対向して長方形あるいは正方
形のアノード２７ａが配置されている。放電方向に対し
て横方向に、コーティングすべき物品５を保持するホル
ダ格子３が設けられており、吸引管１９は操作ガス供給
管４１に面した直方体側面に設けられている。ここでは
平面的に分配された複数のアーク放電により面ＥB に沿
って、操作ガス供給パイプが平面的に配分されていない
にも拘らず幾つかのコーティング必要条件にとって充分
に均一なコーティングが得られる。ここでも放電を所定
のように配分することによって、コーティングの均一性
に影響を与えることができる。符号Ｅ3 で示すものは、
アノード／カソード区間が均一に分配されかつ同一に運
転される場合にプラズマ密度がほぼ一定になる面であ
る。
されているカソード室２３ａは、多数のマスク開口部２
１ａを介して容器１の反応区域Ｖと接続されている。容
器内には、マスク２１ａと対向して長方形あるいは正方
形のアノード２７ａが配置されている。放電方向に対し
て横方向に、コーティングすべき物品５を保持するホル
ダ格子３が設けられており、吸引管１９は操作ガス供給
管４１に面した直方体側面に設けられている。ここでは
平面的に分配された複数のアーク放電により面ＥB に沿
って、操作ガス供給パイプが平面的に配分されていない
にも拘らず幾つかのコーティング必要条件にとって充分
に均一なコーティングが得られる。ここでも放電を所定
のように配分することによって、コーティングの均一性
に影響を与えることができる。符号Ｅ3 で示すものは、
アノード／カソード区間が均一に分配されかつ同一に運
転される場合にプラズマ密度がほぼ一定になる面であ
る。
【００５５】個々のあるいは群を形成したアノード／カ
ソード区間を平面的にあるいは立体的に所定どおりに配
分し及び／又は作動させることによって、反応区域Ｖ内
の立体的なプラズマ分布を変化させることができる。従
って上述の距離の長い低電圧アーク放電によって、操作
ガスの流入を大面積で所定のように配分することによ
り、あるいはアーク放電を立体的に所定のように配分す
ることによって、立体的なダイヤモンド層の分布が得ら
れるので、大面積の材料あるいは同時に多数の材料を処
理することができ、三次元でも行える。
ソード区間を平面的にあるいは立体的に所定どおりに配
分し及び／又は作動させることによって、反応区域Ｖ内
の立体的なプラズマ分布を変化させることができる。従
って上述の距離の長い低電圧アーク放電によって、操作
ガスの流入を大面積で所定のように配分することによ
り、あるいはアーク放電を立体的に所定のように配分す
ることによって、立体的なダイヤモンド層の分布が得ら
れるので、大面積の材料あるいは同時に多数の材料を処
理することができ、三次元でも行える。
【００５６】説明するまでもなく、ガスの導入を平面的
に所定のように配分し、アーク放電を立体的に所定のよ
うに配分することによって、図１と図３に示す二つの方
法を好ましく組み合わせることができる。以下におい
て、この種の好ましい装置を説明する。
に所定のように配分し、アーク放電を立体的に所定のよ
うに配分することによって、図１と図３に示す二つの方
法を好ましく組み合わせることができる。以下におい
て、この種の好ましい装置を説明する。
【００５７】図１ないし図３に従って得られた上述の、
まず二次元の同一のコーティング分布は、アノード／カ
ソード区間と導入及び排出により実質的に規定されるガ
ス消費方向とが同一ないし反対向きの場合には、三次元
の同一分布へ移行することが明らかにされている。
まず二次元の同一のコーティング分布は、アノード／カ
ソード区間と導入及び排出により実質的に規定されるガ
ス消費方向とが同一ないし反対向きの場合には、三次元
の同一分布へ移行することが明らかにされている。
【００５８】図４にはこの方法の原理が示されており、
同図においてアーク放電Ｂは容器１ｂの反応区域Ｖb の
主要な容積領域において高温カソード部２３ｂとアノー
ド部２７ｂの間で、操作ガスの導入と吸引の間に形成さ
れる反応ガスの消費方向ＶR と同一方向Ｃに行われる。
次に図１と３及び４に示す方法を組み合わせた好ましい
態様を示す。
同図においてアーク放電Ｂは容器１ｂの反応区域Ｖb の
主要な容積領域において高温カソード部２３ｂとアノー
ド部２７ｂの間で、操作ガスの導入と吸引の間に形成さ
れる反応ガスの消費方向ＶR と同一方向Ｃに行われる。
次に図１と３及び４に示す方法を組み合わせた好ましい
態様を示す。
【００５９】図５には、第一の変形例の構成が概略的に
示されている。容器１には石英からなる円筒壁２が設け
られる。壁２によって画される反応区域Ｖは、新しい操
作ガスＲ用の開口部９を有する導入装置７によって一方
の範囲を定められている。流出方向に関して上流側で、
電気的に絶縁を行う壁部分８とアノードプレート２７ｃ
とによって圧力平衡室１３が形成され、新しい操作ガス
Ｒはアノードプレート２７ｃに形成された中央の連通部
１６を有する供給導管１５ａを通って圧力平衡室１３へ
導入される。
示されている。容器１には石英からなる円筒壁２が設け
られる。壁２によって画される反応区域Ｖは、新しい操
作ガスＲ用の開口部９を有する導入装置７によって一方
の範囲を定められている。流出方向に関して上流側で、
電気的に絶縁を行う壁部分８とアノードプレート２７ｃ
とによって圧力平衡室１３が形成され、新しい操作ガス
Ｒはアノードプレート２７ｃに形成された中央の連通部
１６を有する供給導管１５ａを通って圧力平衡室１３へ
導入される。
【００６０】容器の軸線Ａに対してほぼ垂直に設けられ
た平面上に複数の物品支持体ないし基材支持体３ａが配
置されている。反応区域Ｖへの導入装置７に関して反対
の側は、概略図示するアーク放電Ｂの出口マスク２１ｃ
を有するマスクプレート２４によって範囲を定められて
いる。
た平面上に複数の物品支持体ないし基材支持体３ａが配
置されている。反応区域Ｖへの導入装置７に関して反対
の側は、概略図示するアーク放電Ｂの出口マスク２１ｃ
を有するマスクプレート２４によって範囲を定められて
いる。
【００６１】マスクプレート２４に連続して高温カソー
ド室２３ｃが設けられ、その中の例えば周辺には熱電流
ＩH で直接加熱される高温カソード巻線２５ｃが巻かれ
ている。ここではこれ以上示さないが、低電圧発生器が
アノードプレート２７ｃと高温カソード２５ｃの間に接
続されている。高温カソード２５ｃの領域には洗浄ガス
導管３３ｃが接続され、それによってアルゴンやヘリウ
ムなどの洗浄ガスが高温カソード領域へ導入される。
ド室２３ｃが設けられ、その中の例えば周辺には熱電流
ＩH で直接加熱される高温カソード巻線２５ｃが巻かれ
ている。ここではこれ以上示さないが、低電圧発生器が
アノードプレート２７ｃと高温カソード２５ｃの間に接
続されている。高温カソード２５ｃの領域には洗浄ガス
導管３３ｃが接続され、それによってアルゴンやヘリウ
ムなどの洗浄ガスが高温カソード領域へ導入される。
【００６２】高温カソード２５ｃの領域に導入されたガ
スによって、カソードはコーティングプロセスの影響か
ら保護される。それによって高温カソードの寿命が延長
される。
スによって、カソードはコーティングプロセスの影響か
ら保護される。それによって高温カソードの寿命が延長
される。
【００６３】この図に示す態様においては、高温カソー
ド２５ｃは、径方向に向けられた開口部４２を有する同
軸のマスク４０によって包囲されている。それによっ
て、中央に向かって圧力差をつけることが可能となる。
ド２５ｃは、径方向に向けられた開口部４２を有する同
軸のマスク４０によって包囲されている。それによっ
て、中央に向かって圧力差をつけることが可能となる。
【００６４】カソード室２３ｃの端面は中央に吸引導管
１９ｃを有するカバー部材４４によって閉鎖されてい
る。マスクプレート２４は冷却される（図示せず）。マ
スク４０は好ましくはタンタルあるいはセラミックから
形成される。
１９ｃを有するカバー部材４４によって閉鎖されてい
る。マスクプレート２４は冷却される（図示せず）。マ
スク４０は好ましくはタンタルあるいはセラミックから
形成される。
【００６５】すでに説明したように、操作ガスＲは好ま
しくは均一に配分された導入開口部９を通して反応区域
Ｖへ導入される。アーク放電は、例えば等しく配分され
たマスク開口部２１ｃから、ガス導入装置７の開口部９
を介してアノード２７ｃまで維持される。同時に、ガス
状の反応生成物はマスク開口部２１ｃを通り、アーク放
電の電子流に逆流して、かつカソード室２３ｃの中央領
域を通って吸引導管１９ｃから流出する。
しくは均一に配分された導入開口部９を通して反応区域
Ｖへ導入される。アーク放電は、例えば等しく配分され
たマスク開口部２１ｃから、ガス導入装置７の開口部９
を介してアノード２７ｃまで維持される。同時に、ガス
状の反応生成物はマスク開口部２１ｃを通り、アーク放
電の電子流に逆流して、かつカソード室２３ｃの中央領
域を通って吸引導管１９ｃから流出する。
【００６６】加工物は、例えば無電位で運転され、ある
いは図２を用いて説明したように温度制御のために分岐
回路を介して基準電位あるいは制御電圧源に接続され
る、基板支持体格子３ａ上に載置される。
いは図２を用いて説明したように温度制御のために分岐
回路を介して基準電位あるいは制御電圧源に接続され
る、基板支持体格子３ａ上に載置される。
【００６７】図６は、本発明で使用されるコーティング
室の現時点で好ましい態様の詳細を示すものである。以
下の説明において、すでに説明した部品ないし集成体に
は同一の参照符号が用いられている。
室の現時点で好ましい態様の詳細を示すものである。以
下の説明において、すでに説明した部品ないし集成体に
は同一の参照符号が用いられている。
【００６８】石英ガラス壁２を有する本来の容器１の片
側はガス導入装置７によって閉鎖されている。操作ガス
を導入する導入開口部９を有する導入プレート１１（こ
の態様ではこのプレートも石英で形成される）の後方に
は、比較的口径の大きな孔を有する冷却されるアノード
プレート５０が、プレート１１に対して距離をおいてか
つ絶縁されて配置されている。アノードプレート５０か
ら離れて、ガスをよりよく分配するための別の孔あきプ
レート５２が設けられている。中央の操作ガス供給管１
５ａの中央には、アノードに給電する導線５４が設けら
れている。
側はガス導入装置７によって閉鎖されている。操作ガス
を導入する導入開口部９を有する導入プレート１１（こ
の態様ではこのプレートも石英で形成される）の後方に
は、比較的口径の大きな孔を有する冷却されるアノード
プレート５０が、プレート１１に対して距離をおいてか
つ絶縁されて配置されている。アノードプレート５０か
ら離れて、ガスをよりよく分配するための別の孔あきプ
レート５２が設けられている。中央の操作ガス供給管１
５ａの中央には、アノードに給電する導線５４が設けら
れている。
【００６９】圧力の均衡は、この態様では二つの分配プ
レート５２と１１の間の二段階の圧力差によって作り出
される。アノードプレート５０は、操作ガスをできるだ
け妨げないよう「透過性」に形成され、それによって流
れが妨げられず、ないしは邪魔されずにコーティングす
ることができ、かつこれらのガスによってできるだけ損
傷を受けない。
レート５２と１１の間の二段階の圧力差によって作り出
される。アノードプレート５０は、操作ガスをできるだ
け妨げないよう「透過性」に形成され、それによって流
れが妨げられず、ないしは邪魔されずにコーティングす
ることができ、かつこれらのガスによってできるだけ損
傷を受けない。
【００７０】この配置によって、この態様では等しく形
成されたガス導入開口部９において最適な均一のガス配
分が行われ、同時にアノード５０の冷却が保証される。
場合によっては、容器１の外部に加熱棒５８を設けるこ
とも可能である。
成されたガス導入開口部９において最適な均一のガス配
分が行われ、同時にアノード５０の冷却が保証される。
場合によっては、容器１の外部に加熱棒５８を設けるこ
とも可能である。
【００７１】さらに、磁気コイル６０を容器の外側に、
かつアノード／カソード区間に対して同軸に設けて、直
流磁場あるいは交流磁場を用いて物品支持体３ａのある
反応区域Ｖ内のプラズマ分布を最適にすることができ
る。加熱器５８を有する本来の容器は外壁６２によって
包囲されている。
かつアノード／カソード区間に対して同軸に設けて、直
流磁場あるいは交流磁場を用いて物品支持体３ａのある
反応区域Ｖ内のプラズマ分布を最適にすることができ
る。加熱器５８を有する本来の容器は外壁６２によって
包囲されている。
【００７２】図７には、本発明の方法に使用される他の
コーティング室が概略図示されており、この態様におい
ては洗浄ガス（概略図示する入口６８から導入される）
と操作ガス（すでに説明したように供給管１５を通して
導入される）の吸引は周辺で行われる。すでに使用した
参照符号を使用し、それによってここに示す装置は当業
者には容易に理解できるものとなる。
コーティング室が概略図示されており、この態様におい
ては洗浄ガス（概略図示する入口６８から導入される）
と操作ガス（すでに説明したように供給管１５を通して
導入される）の吸引は周辺で行われる。すでに使用した
参照符号を使用し、それによってここに示す装置は当業
者には容易に理解できるものとなる。
【００７３】マスク及び分配プレート２４に開口部を所
定のように形成することによって、イオン化室ないしカ
ソード室内に処理室より高い圧力が形成される。それに
よって特に効果的にガスをイオン化することができる。
イオン化室２３ｃ内のガスが大体において貴ガスである
ことによって、カソードの寿命は劇的に増大する。
定のように形成することによって、イオン化室ないしカ
ソード室内に処理室より高い圧力が形成される。それに
よって特に効果的にガスをイオン化することができる。
イオン化室２３ｃ内のガスが大体において貴ガスである
ことによって、カソードの寿命は劇的に増大する。
【００７４】符号４で概略図示するものは、物品格子３
ａ上に配置されたコーティングすべき物品で、７０で示
すものは、供給管１５から供給される操作ガスと供給管
６８を介して供給される洗浄ガスの流量調整器である。
吸引は吸引管７２で行われる。
ａ上に配置されたコーティングすべき物品で、７０で示
すものは、供給管１５から供給される操作ガスと供給管
６８を介して供給される洗浄ガスの流量調整器である。
吸引は吸引管７２で行われる。
【００７５】比較的臨界的なものとして、次に示す寸法
が現時点で優れていることが明らかにされている。 ・マスクプレート２４の開口部２１ｃの分布密度Ｄ21： Ｄ21≧１０／ｍ2 、好ましくはＤ21≧５０／ｍ2 ・マスクプレート２４の開口部２１ｃの直径Φ21： １ｍｍ≦Φ21≦８ｍｍ ・プレート７の開口部９の密度Ｄ9 ： Ｄ9 ≧５００／ｍ2 、好ましくはＤ9 ≧２０００／ｍ2 ・分配プレート７の開口部９の直径Φ9 ： ０. ５ｍｍ≦Φ9 ≦１０ｍｍ
が現時点で優れていることが明らかにされている。 ・マスクプレート２４の開口部２１ｃの分布密度Ｄ21： Ｄ21≧１０／ｍ2 、好ましくはＤ21≧５０／ｍ2 ・マスクプレート２４の開口部２１ｃの直径Φ21： １ｍｍ≦Φ21≦８ｍｍ ・プレート７の開口部９の密度Ｄ9 ： Ｄ9 ≧５００／ｍ2 、好ましくはＤ9 ≧２０００／ｍ2 ・分配プレート７の開口部９の直径Φ9 ： ０. ５ｍｍ≦Φ9 ≦１０ｍｍ
【００７６】図８には、本発明の装置の電気的に運転さ
れる装置部分が概略的に示されている。この装置部分に
は、一つあるいは図に示すように複数の高温カソード２
５、一つあるいは複数のアノード２７、処理すべき物品
を支持する一つあるいは複数の物品支持体３が設けられ
ている。
れる装置部分が概略的に示されている。この装置部分に
は、一つあるいは図に示すように複数の高温カソード２
５、一つあるいは複数のアノード２７、処理すべき物品
を支持する一つあるいは複数の物品支持体３が設けられ
ている。
【００７７】次に示す一つあるいは複数の量を、処理プ
ロセスを最適にするために調節する。・複数の高温カソ
ード２５が設けられている場合には、その運転温度（高
温カソードが直接加熱される場合にはその熱電流）を、
例えば選択的に調節してアーク放電の分布を最適にする
ことができる。これは運転温度制御ユニット４６によっ
て行われる。・複数のアノード２７と複数の高温カソー
ド２５が設けられている場合、並びに一つの高温カソー
ドと複数のアノード、ないし一つのアノードと複数の高
温カソードが設けられている場合も同様に、アノード／
カソード電圧ＵKAのそれぞれの低電圧値を、制御ユニッ
ト４８で例えば選択的に調節して、アーク放電分布を最
適にすることができる。・この態様では少なくとも部分
的に導電材料からなる物品支持体３の運転電位を、選択
的な調節ユニット５４において（例えば図２に示す電圧
源３９及び／又は同図に示す分岐回路３５の抵抗値の調
節によって）少なくとも変化させて、特に物品支持体温
度ないし成長する層の電子照射の微調節を行う。
ロセスを最適にするために調節する。・複数の高温カソ
ード２５が設けられている場合には、その運転温度（高
温カソードが直接加熱される場合にはその熱電流）を、
例えば選択的に調節してアーク放電の分布を最適にする
ことができる。これは運転温度制御ユニット４６によっ
て行われる。・複数のアノード２７と複数の高温カソー
ド２５が設けられている場合、並びに一つの高温カソー
ドと複数のアノード、ないし一つのアノードと複数の高
温カソードが設けられている場合も同様に、アノード／
カソード電圧ＵKAのそれぞれの低電圧値を、制御ユニッ
ト４８で例えば選択的に調節して、アーク放電分布を最
適にすることができる。・この態様では少なくとも部分
的に導電材料からなる物品支持体３の運転電位を、選択
的な調節ユニット５４において（例えば図２に示す電圧
源３９及び／又は同図に示す分岐回路３５の抵抗値の調
節によって）少なくとも変化させて、特に物品支持体温
度ないし成長する層の電子照射の微調節を行う。
【００７８】低電圧アークプラズマ支援の反応性ダイヤ
モンドコーティングを行う、図に示したコーティング装
置は、低いアノード／カソード電圧（例えば１５０Ｖ以
下）と物品支持体面積当り大きな放電電流（例えば４０
００Ａ／ｍ2 以上）で運転し、ほぼ９００℃以下の低い
処理温度が生じる。低い処理温度で大きなプラズマ密度
が得られる。
モンドコーティングを行う、図に示したコーティング装
置は、低いアノード／カソード電圧（例えば１５０Ｖ以
下）と物品支持体面積当り大きな放電電流（例えば４０
００Ａ／ｍ2 以上）で運転し、ほぼ９００℃以下の低い
処理温度が生じる。低い処理温度で大きなプラズマ密度
が得られる。
【００７９】図６あるいは７に示す処理装置を用いて実
施された本発明のダイヤモンドコーティング方法の例を
幾つか紹介する。
施された本発明のダイヤモンドコーティング方法の例を
幾つか紹介する。
【００８０】例１ ダイヤモンドペーストで前処理したシリコン基板（寸法
２０×１０×１ｍｍ）を、カソードとアノード間に配置
された直径３６０ｍｍの基板格子上に載置する。この基
板格子は、基板も含めてカソード及びアノードと電気的
に絶縁されている。コーティング容器は、０．１Ｐａよ
り小さい圧力に排気される。純粋なアルゴン雰囲気内で
プラズマを発生させた後に（なお、アルゴンの２０％は
イオン化室ないし高温カソード室を通し、８０％はアノ
ードを通して導入され、またＡｒ流は全体流の９０％で
ある）、９％のＨ2 をアノードを通して加えれる。アル
ゴン流がイオン化室を通して導入され、さらに高温カソ
ード室ではそのカバーに設けたマスクによってコーティ
ング室より大きな圧力が支配しているので、高温カソー
ドはアルゴンによって取り巻かれ、直接Ｈ2 流にさらさ
れることはない。それによって高温カソードの寿命が長
くなる。すなわちこの高温カソードは、１０時間のコー
ティングに２０回使用することができた。この場合に、
基板はアノードとカソード間のプラズマ内に直接配置さ
れた。アーク電流は約６５０Ａに調節され、これは基板
支持体面積当りの電流約６．４ｋＡ／ｍ2 に相当して、
プラズマ内の基板は８００℃の温度に加熱された。アー
ク電圧は７０Ｖであって、基板の浮動電位はアノード電
位の３５Ｖ下である。この温度に達した後に、１％のＣ
Ｈ4 をプロセスガスに混合した。異なるガス流の混合は
質量流量調節器によって行った。真空ポンプの吸引能力
を制御することによって、コーティング圧力を４００Ｐ
ａに調節した。アーク電流を微調節することによって
（図２）、コーティング温度を８００℃に維持した（熱
電対で測定）。５時間のコーティング時間の後に、基板
を冷却し、容器から取り出した。
２０×１０×１ｍｍ）を、カソードとアノード間に配置
された直径３６０ｍｍの基板格子上に載置する。この基
板格子は、基板も含めてカソード及びアノードと電気的
に絶縁されている。コーティング容器は、０．１Ｐａよ
り小さい圧力に排気される。純粋なアルゴン雰囲気内で
プラズマを発生させた後に（なお、アルゴンの２０％は
イオン化室ないし高温カソード室を通し、８０％はアノ
ードを通して導入され、またＡｒ流は全体流の９０％で
ある）、９％のＨ2 をアノードを通して加えれる。アル
ゴン流がイオン化室を通して導入され、さらに高温カソ
ード室ではそのカバーに設けたマスクによってコーティ
ング室より大きな圧力が支配しているので、高温カソー
ドはアルゴンによって取り巻かれ、直接Ｈ2 流にさらさ
れることはない。それによって高温カソードの寿命が長
くなる。すなわちこの高温カソードは、１０時間のコー
ティングに２０回使用することができた。この場合に、
基板はアノードとカソード間のプラズマ内に直接配置さ
れた。アーク電流は約６５０Ａに調節され、これは基板
支持体面積当りの電流約６．４ｋＡ／ｍ2 に相当して、
プラズマ内の基板は８００℃の温度に加熱された。アー
ク電圧は７０Ｖであって、基板の浮動電位はアノード電
位の３５Ｖ下である。この温度に達した後に、１％のＣ
Ｈ4 をプロセスガスに混合した。異なるガス流の混合は
質量流量調節器によって行った。真空ポンプの吸引能力
を制御することによって、コーティング圧力を４００Ｐ
ａに調節した。アーク電流を微調節することによって
（図２）、コーティング温度を８００℃に維持した（熱
電対で測定）。５時間のコーティング時間の後に、基板
を冷却し、容器から取り出した。
【００８１】このようにして得られた層は、走査電子顕
微鏡において０．５〜５μｍの粒度を有する密な層に成
長した、エッジの鋭い結晶を示し、その場合に結晶は特
に［１００］面を有する。層厚は５μｍであった。ラマ
ンスペクトルでは、１３３３ｃｍ-1にダイヤモンドピー
クのあることが証明された。基板から剥がした層の電子
回折像から得られた格子面間隔は、ダイヤモンド構造の
格子面間隔に相当する。
微鏡において０．５〜５μｍの粒度を有する密な層に成
長した、エッジの鋭い結晶を示し、その場合に結晶は特
に［１００］面を有する。層厚は５μｍであった。ラマ
ンスペクトルでは、１３３３ｃｍ-1にダイヤモンドピー
クのあることが証明された。基板から剥がした層の電子
回折像から得られた格子面間隔は、ダイヤモンド構造の
格子面間隔に相当する。
【００８２】別の実験において、他のパラメータはその
ままで、ＣＨ4 ガス流を０．７％に減少させた。この場
合、コーティング速度は０．８μｍ／ｈと少し低く、層
は特に［１１１］面を有する。
ままで、ＣＨ4 ガス流を０．７％に減少させた。この場
合、コーティング速度は０．８μｍ／ｈと少し低く、層
は特に［１１１］面を有する。
【００８３】ＣＨ4 ガス流が０．３％の場合には、シリ
コン基板は５時間のコーティングではコーティングされ
なかったが、シリコン表面に著しいエッチングが認めら
れた。これは、ＣＨ4 流が少なすぎて、生じた核が再び
エッチングされてしまったことを示すものである。
コン基板は５時間のコーティングではコーティングされ
なかったが、シリコン表面に著しいエッチングが認めら
れた。これは、ＣＨ4 流が少なすぎて、生じた核が再び
エッチングされてしまったことを示すものである。
【００８４】ＣＨ4 流は、他のダイヤモンドコーティン
グ方法に比較してかなり多い。と言うのは、アノード側
からガスを導入することによりガスの一部が大面積のア
ノードで消費されてしまうからである。アノード上に
は、集中的な冷却によってコーティング温度が低くなる
ので無定形の炭素層が堆積する。
グ方法に比較してかなり多い。と言うのは、アノード側
からガスを導入することによりガスの一部が大面積のア
ノードで消費されてしまうからである。アノード上に
は、集中的な冷却によってコーティング温度が低くなる
ので無定形の炭素層が堆積する。
【００８５】２．５％のＣＨ4 流の場合には、ラマンス
ペクトルでもって無定形炭素のピークのみが観察され
た。層自体にＲＥＭで識別可能な結晶は見られなかっ
た。この層をＡｒ／Ｈ2 雰囲気で１時間エッチングした
後にはＲＥＭでは再び［１００］面を有するエッジの鋭
い結晶が見られた。これは、層の無定形炭素分がダイヤ
モンド結晶より急速にエッチングされたことを示すもの
であり、ダイヤモンド結晶はラマン散乱に対する感度が
小さいのでスペクトルでは分らなかった。
ペクトルでもって無定形炭素のピークのみが観察され
た。層自体にＲＥＭで識別可能な結晶は見られなかっ
た。この層をＡｒ／Ｈ2 雰囲気で１時間エッチングした
後にはＲＥＭでは再び［１００］面を有するエッジの鋭
い結晶が見られた。これは、層の無定形炭素分がダイヤ
モンド結晶より急速にエッチングされたことを示すもの
であり、ダイヤモンド結晶はラマン散乱に対する感度が
小さいのでスペクトルでは分らなかった。
【００８６】例２ 前処理したシリコン基板を、オーム抵抗を介してアノー
ドと接続された基板支持体上に載置した。Ａｒ／Ｈ2 雰
囲気で高温に加熱した後に、１％のＣＨ4 を加えた。約
５．９ｋＡ／ｍ2 の電流密度に相当する約６００Ａのア
ーク電流を流し、そして抵抗（図２）を介して１平方セ
ンチメートルのコーティング面積当り約０．５Ａの電流
Ｉを基板と基板支持体格子を介して取出した。
ドと接続された基板支持体上に載置した。Ａｒ／Ｈ2 雰
囲気で高温に加熱した後に、１％のＣＨ4 を加えた。約
５．９ｋＡ／ｍ2 の電流密度に相当する約６００Ａのア
ーク電流を流し、そして抵抗（図２）を介して１平方セ
ンチメートルのコーティング面積当り約０．５Ａの電流
Ｉを基板と基板支持体格子を介して取出した。
【００８７】それによって浮動電位の基板電位がアノー
ド電位方向へ高められ、可変抵抗を介して電流を調節す
ることによって基板の温度を調節することができた。基
板電位をアノード方向へ高めることによって、基板に衝
突するイオンのエネルギーが低下された。
ド電位方向へ高められ、可変抵抗を介して電流を調節す
ることによって基板の温度を調節することができた。基
板電位をアノード方向へ高めることによって、基板に衝
突するイオンのエネルギーが低下された。
【００８８】ラングミュアセンサ測定によれば、発生電
子エネルギーは１５ｅＶであり、プラズマ内のイオンエ
ネルギーはずっと小さかった。
子エネルギーは１５ｅＶであり、プラズマ内のイオンエ
ネルギーはずっと小さかった。
【００８９】８００℃のコーティング温度で、処理時間
は５時間であった。層はまた［１００］面を有する結晶
を示した。基板電流によって正確に温度制御できること
により、より正確なプロセス管理が可能になった。
は５時間であった。層はまた［１００］面を有する結晶
を示した。基板電流によって正確に温度制御できること
により、より正確なプロセス管理が可能になった。
【００９０】例３ コーティングプロセスは例２の場合と同様に行ったが、
基板の電位は可変抵抗の代わりにカソードとアノード間
に設けた別の直流電圧発生器によって調節した。この構
成の利点は、プラズマ出力をコーティング温度から切離
すことにある。すなわち、ガス粒子の励起を決定するア
ークのパラメータが一定である場合に、それとは無関係
にコーティング温度を調節することができる。
基板の電位は可変抵抗の代わりにカソードとアノード間
に設けた別の直流電圧発生器によって調節した。この構
成の利点は、プラズマ出力をコーティング温度から切離
すことにある。すなわち、ガス粒子の励起を決定するア
ークのパラメータが一定である場合に、それとは無関係
にコーティング温度を調節することができる。
【００９１】アーク電流が５５０Ａでアーク電圧が６０
Ｖである場合に、８００℃のコーティング温度を得るた
めには、コーティング面積１cm2 当り０．５Ａの電流が
必要である。このようにして堆積された層は［１００］
面を有する。
Ｖである場合に、８００℃のコーティング温度を得るた
めには、コーティング面積１cm2 当り０．５Ａの電流が
必要である。このようにして堆積された層は［１００］
面を有する。
【００９２】別の実験において、上方の基板支持体格子
上に１５×２０×１ｍｍの寸法を有するシリコン基板を
載置し、その下にある基板支持体格子上には１２．７×
１２．７×２ｍｍの通常寸法を有する超硬合金の回転切
削プレートを載置した。小さい基板はプラズマ内で大面
積のものよりも強く加熱されるので、両方の基板面で同
一の温度を得るためには異なる電流Ｉ（図２）が必要で
あって、この電流は個々の基板格子に別々に電圧を印加
することによって得られた。シリコン基板上にも回転切
削プレート上にも、［１００］面を有するダイヤモンド
層が堆積した。
上に１５×２０×１ｍｍの寸法を有するシリコン基板を
載置し、その下にある基板支持体格子上には１２．７×
１２．７×２ｍｍの通常寸法を有する超硬合金の回転切
削プレートを載置した。小さい基板はプラズマ内で大面
積のものよりも強く加熱されるので、両方の基板面で同
一の温度を得るためには異なる電流Ｉ（図２）が必要で
あって、この電流は個々の基板格子に別々に電圧を印加
することによって得られた。シリコン基板上にも回転切
削プレート上にも、［１００］面を有するダイヤモンド
層が堆積した。
【００９３】例４ 基板として、シリコン基板を研磨手段で前処理せずに使
用した。例１に示すようなプロセス管理の場合には、ダ
イヤモンド層を堆積させることはできるが、核密度は前
処理した基板の場合よりも小さい。しかし、その代わり
に大きい結晶が生じる。
用した。例１に示すようなプロセス管理の場合には、ダ
イヤモンド層を堆積させることはできるが、核密度は前
処理した基板の場合よりも小さい。しかし、その代わり
に大きい結晶が生じる。
【００９４】例５ コーティング処理を、６０％Ａｒ、３３％Ｈ2 及び７％
ＣＨ4 のガス組成で、８００℃のコーティング温度で行
った。４５０Ａのアーク電流の場合に、アーク電圧は１
００Ｖであった。プロセス圧力は４００Ｐａで、シリコ
ン基板は浮動電位に接続された。プラズマ内のＨ2 の割
合が大きいと、アーク電圧は上昇するが、ＣＨ4 の量が
多くなるとアークは不安定になるので、何回もアークを
発生させ直さなければならなかった。
ＣＨ4 のガス組成で、８００℃のコーティング温度で行
った。４５０Ａのアーク電流の場合に、アーク電圧は１
００Ｖであった。プロセス圧力は４００Ｐａで、シリコ
ン基板は浮動電位に接続された。プラズマ内のＨ2 の割
合が大きいと、アーク電圧は上昇するが、ＣＨ4 の量が
多くなるとアークは不安定になるので、何回もアークを
発生させ直さなければならなかった。
【００９５】例６ セラミックの回転切削プレートを、２０Ｐａの圧力と７
８０℃の温度でコーティングした。ガス組成は９％
Ｈ2 、２％ＣＨ4 、８９％Ａｒであった。アーク電流は
６２０Ａで、アーク電圧は７０Ｖである。１０時間のコ
ーティングでもって１１μｍの厚さの層が堆積した。こ
の層は文献から知られている「ボール状」のダイヤモン
ド結晶からなり、これはＣＨ4 流が多い場合に生じるも
のである。
８０℃の温度でコーティングした。ガス組成は９％
Ｈ2 、２％ＣＨ4 、８９％Ａｒであった。アーク電流は
６２０Ａで、アーク電圧は７０Ｖである。１０時間のコ
ーティングでもって１１μｍの厚さの層が堆積した。こ
の層は文献から知られている「ボール状」のダイヤモン
ド結晶からなり、これはＣＨ4 流が多い場合に生じるも
のである。
【００９６】例７ コーティング処理は例２と同様に行ったが、追加のコー
ティングガスとしてＣＯ2 を使用した（Ａｒ８８％、Ｈ
2 ９％、ＣＨ4 １％、ＣＯ2 ２％）。それによって８０
０℃のコーティング温度で、ラマンスペクトルから明ら
かなように層内のダイヤモンドの割合が増加した。この
ようにして得られた層は、はっきりとした［１１１］面
を有する。
ティングガスとしてＣＯ2 を使用した（Ａｒ８８％、Ｈ
2 ９％、ＣＨ4 １％、ＣＯ2 ２％）。それによって８０
０℃のコーティング温度で、ラマンスペクトルから明ら
かなように層内のダイヤモンドの割合が増加した。この
ようにして得られた層は、はっきりとした［１１１］面
を有する。
【００９７】例８ コーティング処理は例７と同様に行ったが、追加のコー
ティングガスとしてＣＯ2 の代わりにＯ2 を使用した。
ガス組成は、８９％Ａｒ、９％Ｈ2 、１．５％ＣＨ4 、
０．５％Ｏ2 である。この層ははっきりとした［１１
１］面を有する。
ティングガスとしてＣＯ2 の代わりにＯ2 を使用した。
ガス組成は、８９％Ａｒ、９％Ｈ2 、１．５％ＣＨ4 、
０．５％Ｏ2 である。この層ははっきりとした［１１
１］面を有する。
【００９８】例９ コーティング処理は例１と同様に行ったが、Ｈ2 ガスと
ＣＨ4 ガスはアノードを通してではなく、浮動電位を印
加されたガス導管を通して直接コーティング室へ導入さ
れた。この構成においてもシリコン基板上にダイヤモン
ド層が堆積した。ＣＨ4 流はわずかしか必要とされなか
った。と言うのは、アノードにおいてＣＨ4 をアノード
から導入する場合のようにはっきりとしたガスの消費が
行われなかったからである。
ＣＨ4 ガスはアノードを通してではなく、浮動電位を印
加されたガス導管を通して直接コーティング室へ導入さ
れた。この構成においてもシリコン基板上にダイヤモン
ド層が堆積した。ＣＨ4 流はわずかしか必要とされなか
った。と言うのは、アノードにおいてＣＨ4 をアノード
から導入する場合のようにはっきりとしたガスの消費が
行われなかったからである。
【００９９】例１０ 例１と同様な構成を選択し、同様なパラメータを採用し
た。しかしアーク電流は７５０Ａに制御され、アーク電
圧は８０Ｖであるので、コーティング温度は９００℃に
なった。このようにして堆積させた層はエッジの鋭い結
晶を持たず、軟らかいグラファイト状の黒い層である。
た。しかしアーク電流は７５０Ａに制御され、アーク電
圧は８０Ｖであるので、コーティング温度は９００℃に
なった。このようにして堆積させた層はエッジの鋭い結
晶を持たず、軟らかいグラファイト状の黒い層である。
【０１００】例１１ プロセス管理は例３と同様に行ったが、コーティング処
理の開始時のコーティング温度はコーティング処理中よ
りも低く維持した。それによって、基板近傍でより良質
な結晶が得られ、このことはＲＥＭの測定で証明され
た。この例は、核生成段階における最適なコーティング
温度は次の成長プロセスの場合とは異なることを示して
いる。核生成段階におけるコーティング温度が結晶成長
段階におけるのと等しい場合には、基板近傍の結晶の構
造は基板表面から少し離れた場合ほどエッジが鋭くなら
ない。
理の開始時のコーティング温度はコーティング処理中よ
りも低く維持した。それによって、基板近傍でより良質
な結晶が得られ、このことはＲＥＭの測定で証明され
た。この例は、核生成段階における最適なコーティング
温度は次の成長プロセスの場合とは異なることを示して
いる。核生成段階におけるコーティング温度が結晶成長
段階におけるのと等しい場合には、基板近傍の結晶の構
造は基板表面から少し離れた場合ほどエッジが鋭くなら
ない。
【０１０１】例１２ この例においては、プラズマは基板格子全体にわたって
均一には配分されない。アークの軸線方向に磁場をか
け、アノードとイオン化室をそのように構成することに
よって、アークの径方向におけるプラズマ密度は外側へ
行くに従って著しく減少する。プラズマ密度の小さい領
域では（最大プラズマ密度の約５０％）、ダイヤモンド
層が堆積したが、ダイヤモンド構造の堆積に必要なパラ
メータは、プラズマ密度が異なるので基板の径方向の位
置に著しく関係する。従ってダイヤモンド層は小さな領
域では堆積するが、大きな面積全体にわたって均一なコ
ーティングは不可能である。
均一には配分されない。アークの軸線方向に磁場をか
け、アノードとイオン化室をそのように構成することに
よって、アークの径方向におけるプラズマ密度は外側へ
行くに従って著しく減少する。プラズマ密度の小さい領
域では（最大プラズマ密度の約５０％）、ダイヤモンド
層が堆積したが、ダイヤモンド構造の堆積に必要なパラ
メータは、プラズマ密度が異なるので基板の径方向の位
置に著しく関係する。従ってダイヤモンド層は小さな領
域では堆積するが、大きな面積全体にわたって均一なコ
ーティングは不可能である。
【図１】本発明によるダイヤモンドコーティング方法を
実施するための本発明の装置の第一の態様を概略的に示
す断面図である。
実施するための本発明の装置の第一の態様を概略的に示
す断面図である。
【図２】コーティングすべき物品のホルダを用いての、
それ自体発明性を有するダイヤモンドコーティングの際
の温度制御方法を示す図である。
それ自体発明性を有するダイヤモンドコーティングの際
の温度制御方法を示す図である。
【図３】本発明で使用される第二の装置を概略的に示す
部分破断斜視図である。
部分破断斜視図である。
【図４】図１と図３に示す方法の組合せを概略的に説明
する図である。
する図である。
【図５】図４の方法による好ましいダイヤモンドコーテ
ィング装置を概略的に示す断面図である。
ィング装置を概略的に示す断面図である。
【図６】現在のところダイヤモンドコーティングに好適
な態様である、図５に示す装置の詳細な断面図であっ
る。
な態様である、図５に示す装置の詳細な断面図であっ
る。
【図７】図４に示す原理に基づく、一部は図５と６の態
様と同一である、ダイヤモンドコーティングに使用され
る装置の別の態様を概略的に示す図である。
様と同一である、ダイヤモンドコーティングに使用され
る装置の別の態様を概略的に示す図である。
【図８】本発明により使用される装置において電気的に
運転されるユニットと、その調節ないし制御方式を概略
的に示す図である。
運転されるユニットと、その調節ないし制御方式を概略
的に示す図である。
７…ガス導入装置 ９…導入開口部 １１…プレート １３…圧力平衡室 １９、１９ｃ、７２…吸引装置 ２１、２１ａ、２１ｃ…開口マスク ２３、２３ａ、２３ｃ…カソード室 ２４…マスクプレート ２５、２５ｃ…高温カソード ２７、２７ａ、２７ｃ…アノード ３３…洗浄ガス導管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダイクシンガー ヘルムート スイス国， ツェハー−7323 バンク ス，メルサーシュトラーセ（番地なし) (56)参考文献 特開 平２−167891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−118693（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−188496（ＪＰ，Ａ) 米国特許4851254（ＵＳ，Ａ) 米国特許4731255（ＵＳ，Ａ) 米国特許4859490（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 C23C 26/26 C23C 16/50 ＥＵＲＯＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (47)
- 【請求項１】 プラズマ支援の反応性コーティング方法
を用いて物品上にダイヤモンド層を形成する方法であっ
て、 ａ）アノード／カソード区間で直流アーク放電によって
プラズマを発生させ、この区間に電荷担体源により電荷
担体を供給し、 ｂ）物品を当該カソード／アノード区間に、コーティン
グすべき表面に沿ったプラズマ密度がアノード／カソー
ド区間のプラズマ最大密度の２０％以上になるようにし
て挿入し、 ｃ）プロセス圧力ｐを ５Ｐａ＜ｐ＜１０００Ｐａ であるように選択し、 ｄ）当該カソード／アノード区間に対して垂直に見て、
コーティングすべき物品の面積当りの放電電流Ｉを ０．８ｋＡ／ｍ2≦Ｉ であるように選択することを特徴とするダイヤモンド層
の形成方法。 - 【請求項２】 プロセス圧力ｐを １０Ｐａ≦ｐ≦１００Ｐａ であるように選択することを特徴とする請求項１記載の
方法。 - 【請求項３】 放電電流Ｉを ４ｋＡ／ｍ2≦Ｉ であるように選択することを特徴とする請求項１又は２
記載の方法。 - 【請求項４】 １５０Ｖ以下のカソード／アノード電圧
を選択することを特徴とする請求項１から３までのいず
れか一つに記載の方法。 - 【請求項５】 ６０Ｖ以下のアノード／カソード電圧を
選択することを特徴とする請求項１から４までのいずれ
か一つに記載の方法。 - 【請求項６】 コーティングすべき表面に沿ったプラズ
マ密度が前記最大密度の６０％以上であることを特徴と
する請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項７】 物品の好ましくは調節可能である基準電
位に対する抵抗を物品を介して流出する電流Ｉが放電電
流の２０％以下であるように選択することを特徴とする
請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項８】 物品の処理温度を、物品を介して流出す
る電流Ｉを変化させることによって調節することを特徴
とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方
法。 - 【請求項９】 物品が浮動電位化され、あるいは所定の
抵抗を介して基準電位から分離されることを特徴とする
請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１０】 電荷担体が熱エミッタの熱的な電子放
出によって形成されることを特徴とする請求項１から９
までのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１１】 熱エミッタがカソード／アノード区間
のカソードとして接続されることを特徴とする請求項１
０記載の方法。 - 【請求項１２】 プロセス雰囲気に５０％以上の貴ガス
が含まれることを特徴とする請求項１から１１までのい
ずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１３】 貴ガスの割合が９０％以上であること
を特徴とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 熱エミッタで放出される電子の温度が
ガス温度の２倍以上であることを特徴とする請求項１０
又は１１記載の方法。 - 【請求項１５】 電子温度がガス温度の１０倍以上であ
ることを特徴とする請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 反応区域の少なくとも所定の面に沿っ
た処理効率の分布が、操作ガス導入の面積的な分布を設
定することによって少なくとも部分的に決定されること
を特徴とする請求項１０から１５までのいずれか一つに
記載の方法。 - 【請求項１７】 反応区域の少なくとも所定の面に沿っ
た処理効率の分布が、容器内のアーク放電の二次元的な
分布を設定することによって決定されることを特徴とす
る請求項１から１６までのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１８】 所定の面が面積的な導入分布に対して
等距離になるよう選択され、この面積的な導入分布が実
質的に均一の分布であることを特徴とする請求項１６記
載の方法。 - 【請求項１９】 面積的な導入分布が平面であることを
特徴とする請求項１６又は１８記載の方法。 - 【請求項２０】 導入分布が供給管部分を有する複数の
導入開口部で行われ、その断面積及び／又は管部分の長
さ及び／又は供給圧及び／又は流出方向を選択すること
によって導入分布が決定されることを特徴とする請求項
１６、１８又は１９記載の方法。 - 【請求項２１】 導入装置と吸引装置が、コーティング
方法の非実施時においてその間に強制的に流されるガス
流が容器内部容積の主要部分にわたり実質的に平行かつ
好ましくは均質であるように配置されることを特徴とす
る請求項１６及び１８〜２０のいずれか一つに記載の方
法。 - 【請求項２２】 物品を処理容積の主要な領域に配分し
て配置することを特徴とする請求項１から２１までのい
ずれか一つに記載の方法。 - 【請求項２３】 アーク放電が複数の開口部を通して発
生され、そしてそれらの開口部に面し処理容器内に少な
くとも１つの電極が配置されることを特徴とする請求項
１から２２までのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項２４】 電荷担体が熱的な電子放出によって形
成され、熱電子放出装置の領域でガス流を発生させるこ
とにより、処理プロセスによる被害の少なくとも大部分
が減少されることを特徴とする請求項１から２３までの
いずれか一つに記載の方法。 - 【請求項２５】 アノード／カソード区間の放電に関す
る方向が、導入と吸引によって実質的に決定される操作
ガスの方向に対して同一に選択されることを特徴とする
請求項１から２４までのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項２６】 ガスの吸引が平面的に配分されて行わ
れることを特徴とする請求項１から２５までのいずれか
一つに記載の方法。 - 【請求項２７】 操作ガスの流入及び／又は流出を容器
に関して平面的に配分する装置がアーク放電の電極とし
て使用されることを特徴とする請求項１から２６までの
いずれか一つに記載の方法。 - 【請求項２８】 アーク放電の少なくとも一つの電極が
操作ガスの流出入を配分する装置によって処理容器の内
部空間から分離されることを特徴とする請求項１から２
７までのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項２９】 物品の温度をそれを介して流出する電
流Ｉを変化させることによって制御し、あるいは温度制
御回路で調節することを特徴とする請求項１から２８ま
でのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項３０】 真空容器と、それに連通して少なくと
も部分的に当該容器内で反応する操作ガスを導入する導
入装置と、ガス状の反応生成物を吸引する吸引装置とを
備えたダイヤモンド層を形成する真空処理装置であっ
て、容器内に直流アーク放電を発生させるアノード／カ
ソード区間と、この区間に荷電粒子流を供給するための
開口接続装置と、コーティングすべき物品をカソード／
アノード区間に保持するホルダが設けられ、操作時に、
このホルダがアーク放電の最大プラズマ密度の２０％以
上のプラズマ密度の領域に配置され、このホルダは浮動
電位化され、あるいは抵抗要素によって分離されて基準
電位に接続されることを特徴とするダイヤモンド層形成
真空処理装置。 - 【請求項３１】 操作ガスの導入装置（７）に平面的に
配分された複数の導入開口部（９）が設けられているこ
とを特徴とする請求項３０記載の装置。 - 【請求項３２】 前記粒子流用の開口接続装置に当該容
器内部空間（Ｖ）に至る複数の分配開口部（２１ａ、２
１ｃ）が設けられ、二次元に配分されたアーク放電を発
生させることを特徴とする請求項３０又は３１記載の装
置。 - 【請求項３３】 開口接続装置（２１、２１ａ、２１
ｃ）を介して容器内部空間（Ｖ）から分離され、粒子流
を発生させる熱電子放出装置（２５、２５ｃ）が設けら
れることを特徴とする請求項３０から３２までのいずれ
か一つに記載の装置。 - 【請求項３４】 電子放出装置が直接あるいは間接に加
熱される高温カソードであることを特徴とする請求項３
１記載の装置。 - 【請求項３５】 高温カソードがアノード／カソード区
間のカソードであることを特徴とする請求項３２記載の
装置。 - 【請求項３６】 放出装置がカソード室（２３、２３
ｃ）内に配置され、カソード室にガス導入装置（３３、
３３ｃ）が連通することを特徴とする請求項３３から３
５までのいずれか一つに記載の装置。 - 【請求項３７】 導入装置（７、４１）及び吸引装置
（１９、１９ｃ、７２）と、アーク放電の電極（２５
ｃ、２７ｃ、５０）との配置が、操作時に導入装置と吸
引装置間のガス流とアノード／カソード区間とが実質的
に同一方向になるようにされることを特徴とする請求項
３０から３６までのいずれか一つに記載の装置。 - 【請求項３８】 導入装置（７）あるいは吸引装置に、
同時に電極の１つである多孔プレート（１１）が設けら
れることを特徴とする請求項３０から３７までのいずれ
か一つに記載の装置。 - 【請求項３９】 導入装置（７）あるいは吸引装置に、
室（１３）の片側を閉鎖する多孔プレート（１１）が設
けられ、放電電極（５０）の一方がその中あるいはそれ
に接して配置されることを特徴とする請求項３０から３
８までのいずれか一つに記載の装置。 - 【請求項４０】 前記粒子流用の開口接続装置に多孔プ
レート（２４）が設けられることを特徴とする請求項３
０から３９までのいずれか一つに記載の装置。 - 【請求項４１】 多孔プレート（２４）が導入あるいは
吸引装置の少なくとも一部であって、操作時に多孔プレ
ートを通して粒子流とガスの両方が流れることを特徴と
する請求項４０記載の装置。 - 【請求項４２】 当該装置が軸対称、好ましくは円筒状
に構成され、それぞれの端面側に導入装置と吸引装置が
設けられ、同様に放電用の電極装置が設けられることを
特徴とする請求項３０から４１までのいずれか一つに記
載の装置。 - 【請求項４３】 電位と接続された装置部分に関して絶
縁された、処理物品を保持する少なくとも１つのホルダ
が設けられることを特徴とする請求項３０から４２まで
のいずれか一つに記載の装置。 - 【請求項４４】 抵抗素子を介して電位に接続された、
処理物品を保持する少なくとも１つのホルダが設けられ
ることを特徴とする請求項３０から４２までのいずれか
一つに記載の装置。 - 【請求項４５】 抵抗素子が調節可能であることを特徴
とする請求項３０から４４までのいずれか一つに記載の
装置。 - 【請求項４６】 抵抗素子が物品の温度制御回路内の調
節部品であることを特徴とする請求項４５記載の装置。 - 【請求項４７】 物品を載置するホルダからの単一の分
岐回路を所定の電位へ接続し、この分岐回路の電流を調
節してホルダ温度を調節することを特徴とする、プラズ
マ処理室内でダイヤモンドコーティングすべき物品を保
持するホルダの温度調節方法。
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