JPH08134656A - マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマｃｖｄ装置Info
- Publication number
- JPH08134656A JPH08134656A JP6303245A JP30324594A JPH08134656A JP H08134656 A JPH08134656 A JP H08134656A JP 6303245 A JP6303245 A JP 6303245A JP 30324594 A JP30324594 A JP 30324594A JP H08134656 A JPH08134656 A JP H08134656A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microwave
- plasma
- vacuum container
- vacuum
- plasma torch
- 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.)
- Granted
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基体上に安定した均一なプラズマトーチを形
成せしめ、ダイヤモンドなどの硬質皮膜を高効率で形成
させる。 【構成】 マグネトロンに全波整流後平滑化した直流電
圧を印加してマイクロ波を発生させ、マイクロ波導波管
から石英窓２６を通過して真空容器２７内に形成される
マイクロ波３４の定在波の、石英窓面から数えて最初の
０．５波長を除き、それ以降に生成する定在波の腹の部
分３４ｂに相当するように基体支持体２８を設ける。さ
らに、真空容器内で基体支持体２８と真空容器２７との
なす空間に、プラズマトーチ形状制御手段３２を設け
る。
成せしめ、ダイヤモンドなどの硬質皮膜を高効率で形成
させる。 【構成】 マグネトロンに全波整流後平滑化した直流電
圧を印加してマイクロ波を発生させ、マイクロ波導波管
から石英窓２６を通過して真空容器２７内に形成される
マイクロ波３４の定在波の、石英窓面から数えて最初の
０．５波長を除き、それ以降に生成する定在波の腹の部
分３４ｂに相当するように基体支持体２８を設ける。さ
らに、真空容器内で基体支持体２８と真空容器２７との
なす空間に、プラズマトーチ形状制御手段３２を設け
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、改善されたマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置に関する。より詳細にはダイヤモン
ド皮膜の成膜効率が大幅に改善されたマイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置に関する。
プラズマＣＶＤ装置に関する。より詳細にはダイヤモン
ド皮膜の成膜効率が大幅に改善されたマイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドなど硬質物質の気相合成法
の開発により、その高い硬度を利用した切削工具や耐摩
耗部品が広く用いられている。なかでもマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法によるダイヤモンドの気相合成は、高純度
のダイヤモンド皮膜が比較的容易に得られるために広く
行われている。図３に従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ
法によるダイヤモンドの気相合成の概略を示す。マグネ
トロン１から発振されたマイクロ波はアイソレーター
２、パワーモニター３、チューナー４、マイクロ波導波
管５を経て石英チューブ製の反応容器７内に設けられた
基体支持体８に置かれた基体９に導かれ照射される。反
応容器７内には、給気方向１０から所定の割合で混合さ
れた水素ガスとメタンガスが導入される。導入された混
合ガスは排気方向１１から排気され、反応容器７内は所
定の圧力に保たれる。マイクロ波のエネルギーにより反
応容器７内に定常的にプラズマ１２が発生し、基体９上
にダイヤモンド膜が形成される。上記のようなプロセス
からなるマイクロ波プラズマＣＶＤ法においては、マイ
クロ波の半波長の周期で定在波が生じ、この定在波の腹
の部分において電界が最も強くなるためこの部分にプラ
ズマを発生させるが、広い面積に均一にプラズマを発生
させ、効率よく高純度のダイヤモンド皮膜を生成させる
ことは極めて困難である。また石英製の反応容器を用い
る場合、高温のプラズマを生成させると石英が破損する
ため、プラズマの温度を抑制せねばならず、高エネルギ
ーのプラズマを生成させ高効率でダイヤモンド皮膜を生
成させることは極めて困難である。さらに、マイクロ波
を発生させるマグネトロンには通常半波整流された直流
電圧が印加されるが、マイクロ波は脈流のパルスにした
がって間欠的に発振されるため、エネルギー効率に欠け
ている。
の開発により、その高い硬度を利用した切削工具や耐摩
耗部品が広く用いられている。なかでもマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法によるダイヤモンドの気相合成は、高純度
のダイヤモンド皮膜が比較的容易に得られるために広く
行われている。図３に従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ
法によるダイヤモンドの気相合成の概略を示す。マグネ
トロン１から発振されたマイクロ波はアイソレーター
２、パワーモニター３、チューナー４、マイクロ波導波
管５を経て石英チューブ製の反応容器７内に設けられた
基体支持体８に置かれた基体９に導かれ照射される。反
応容器７内には、給気方向１０から所定の割合で混合さ
れた水素ガスとメタンガスが導入される。導入された混
合ガスは排気方向１１から排気され、反応容器７内は所
定の圧力に保たれる。マイクロ波のエネルギーにより反
応容器７内に定常的にプラズマ１２が発生し、基体９上
にダイヤモンド膜が形成される。上記のようなプロセス
からなるマイクロ波プラズマＣＶＤ法においては、マイ
クロ波の半波長の周期で定在波が生じ、この定在波の腹
の部分において電界が最も強くなるためこの部分にプラ
ズマを発生させるが、広い面積に均一にプラズマを発生
させ、効率よく高純度のダイヤモンド皮膜を生成させる
ことは極めて困難である。また石英製の反応容器を用い
る場合、高温のプラズマを生成させると石英が破損する
ため、プラズマの温度を抑制せねばならず、高エネルギ
ーのプラズマを生成させ高効率でダイヤモンド皮膜を生
成させることは極めて困難である。さらに、マイクロ波
を発生させるマグネトロンには通常半波整流された直流
電圧が印加されるが、マイクロ波は脈流のパルスにした
がって間欠的に発振されるため、エネルギー効率に欠け
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ため、高密度のプラズマを広い範囲に発生させ、大面積
の基体に高い成長速度でダイヤモンドなどの硬質物質を
得ることを目的として特開平3-174397号公報などの方法
が開示されている。この方法はマイクロ波の電界に垂直
に少なくとも２枚の平板電極を平行に対向させ、これら
の平板電極の間でプラズマを励起させて硬質物質の気相
合成を行わせるもので、対向した平板電極の間には均一
にかつ強力な電界を安定に分布させることが可能で、こ
の電界によって発生したプラズマは高い反応圧力でも安
定で、広い面積にわたって均一である、とされている。
しかし、この方法においては少なくとも２枚の基板（対
向電極）を必要とし、かつ安定した均一なプラズマを発
生させるためには基板の面積に応じて基板間の距離を最
適に調節しなくてはならないこと、およびこの方法をも
ってしても最大10μm/h.程度の製膜速度しか得られな
い、といった問題を有している。
ため、高密度のプラズマを広い範囲に発生させ、大面積
の基体に高い成長速度でダイヤモンドなどの硬質物質を
得ることを目的として特開平3-174397号公報などの方法
が開示されている。この方法はマイクロ波の電界に垂直
に少なくとも２枚の平板電極を平行に対向させ、これら
の平板電極の間でプラズマを励起させて硬質物質の気相
合成を行わせるもので、対向した平板電極の間には均一
にかつ強力な電界を安定に分布させることが可能で、こ
の電界によって発生したプラズマは高い反応圧力でも安
定で、広い面積にわたって均一である、とされている。
しかし、この方法においては少なくとも２枚の基板（対
向電極）を必要とし、かつ安定した均一なプラズマを発
生させるためには基板の面積に応じて基板間の距離を最
適に調節しなくてはならないこと、およびこの方法をも
ってしても最大10μm/h.程度の製膜速度しか得られな
い、といった問題を有している。
【０００４】本発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置においては、基体上に安定した均一なプラズマトーチ
を形成せしめ、かつ高効率のマイクロ波発生電源を用い
て高効率で基体にダイヤモンドなどの硬質皮膜を形成さ
せることを課題とする。
置においては、基体上に安定した均一なプラズマトーチ
を形成せしめ、かつ高効率のマイクロ波発生電源を用い
て高効率で基体にダイヤモンドなどの硬質皮膜を形成さ
せることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置は、マイクロ波導波管と、石英の窓を隔
てて該マイクロ波導波管に連結された真空容器と、真空
容器内に配設された基体支持手段と、真空容器にガスを
供給するガス供給手段と、真空容器内のガスを排気する
真空排気手段と、真空容器内にプラズマを生成させるプ
ラズマ生成手段とからなり、プラズマトーチ制御手段
が、プラズマトーチが形成される側とは反対側の、基体
支持手段と真空容器とのなす空間に、設けられているこ
とを特徴とする。また、本発明のマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置は、マイクロ波導波管と、石英の窓を隔てて該
マイクロ波導波管に連結された真空容器と、真空容器内
に配設された基体支持手段と、真空容器にガスを供給す
るガス供給手段と、真空容器内のガスを排気する真空排
気手段と、真空容器内にプラズマを生成させるプラズマ
生成手段とからなり、基体支持手段が、真空容器内に形
成されるマイクロ波の定在波の、石英窓面から数えて最
初の０．５波長を除いたそれ以降に生成する腹の部分に
相当する位置に設けられており、このようなプラズマＣ
ＶＤ装置は、真空容器内に、プラズマトーチ制御手段が
設けられていることが好ましい。さらに、このようなプ
ラズマＣＶＤ装置においては、プラズマ生成手段に用い
られるマイクロ波を発振するマグネトロンに印加する直
流電圧が、全波整流後平滑化された直流電圧であること
が望ましい。
ズマＣＶＤ装置は、マイクロ波導波管と、石英の窓を隔
てて該マイクロ波導波管に連結された真空容器と、真空
容器内に配設された基体支持手段と、真空容器にガスを
供給するガス供給手段と、真空容器内のガスを排気する
真空排気手段と、真空容器内にプラズマを生成させるプ
ラズマ生成手段とからなり、プラズマトーチ制御手段
が、プラズマトーチが形成される側とは反対側の、基体
支持手段と真空容器とのなす空間に、設けられているこ
とを特徴とする。また、本発明のマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置は、マイクロ波導波管と、石英の窓を隔てて該
マイクロ波導波管に連結された真空容器と、真空容器内
に配設された基体支持手段と、真空容器にガスを供給す
るガス供給手段と、真空容器内のガスを排気する真空排
気手段と、真空容器内にプラズマを生成させるプラズマ
生成手段とからなり、基体支持手段が、真空容器内に形
成されるマイクロ波の定在波の、石英窓面から数えて最
初の０．５波長を除いたそれ以降に生成する腹の部分に
相当する位置に設けられており、このようなプラズマＣ
ＶＤ装置は、真空容器内に、プラズマトーチ制御手段が
設けられていることが好ましい。さらに、このようなプ
ラズマＣＶＤ装置においては、プラズマ生成手段に用い
られるマイクロ波を発振するマグネトロンに印加する直
流電圧が、全波整流後平滑化された直流電圧であること
が望ましい。
【０００６】
【作用】本発明においては、真空容器内で基体支持手段
としての基体支持体上にマイクロ波の電界方向と垂直と
なるように配置された基体のプラズマトーチが形成され
る側とは反対側の、基体支持体と真空容器とのなす空間
に、プラズマトーチの形状を制御するためのプラズマト
ーチ制御手段を設けることにより、基体上に安定した均
一なプラズマを発生させることが可能となり、本装置を
用いることにより、高効率で基体にダイヤモンドなどの
硬質皮膜を形成させることが可能となる。
としての基体支持体上にマイクロ波の電界方向と垂直と
なるように配置された基体のプラズマトーチが形成され
る側とは反対側の、基体支持体と真空容器とのなす空間
に、プラズマトーチの形状を制御するためのプラズマト
ーチ制御手段を設けることにより、基体上に安定した均
一なプラズマを発生させることが可能となり、本装置を
用いることにより、高効率で基体にダイヤモンドなどの
硬質皮膜を形成させることが可能となる。
【０００７】
【実施例】以下、実施例にて本発明をさらに詳しく説明
する。 （実施例）図１は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置法によるダイヤモンドの気相合成の概略を模式的に
示す断面図であり、図２は、本発明の真空容器内の細部
を模式的に示す断面図であり、図４は、本発明の全波整
流後平滑化した直流電圧を印加するマグネトロンの回路
の概略図であり、図５は、本発明の真空容器内における
基体支持手段およびプラズマトーチ制御手段の位置関係
の一例を模式的に示す断面図である。
する。 （実施例）図１は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置法によるダイヤモンドの気相合成の概略を模式的に
示す断面図であり、図２は、本発明の真空容器内の細部
を模式的に示す断面図であり、図４は、本発明の全波整
流後平滑化した直流電圧を印加するマグネトロンの回路
の概略図であり、図５は、本発明の真空容器内における
基体支持手段およびプラズマトーチ制御手段の位置関係
の一例を模式的に示す断面図である。
【０００８】まず、図１および図２でマイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置法によるダイヤモンドの気相合成の概略を
説明する。図４に概略示すような回路で、全波整流後平
滑化した直流電圧を印加するマグネトロン２１から連続
的に一定の出力で発振されたマイクロ波は、アイソレー
ター２２、反射波パワーモニター２３、チューナー２
４、入射波パワーモニター２３ａ、マイクロ波導波管２
５を経て石英窓２６を介してマイクロ波導波管に連結さ
れた真空容器２７内に導かれて真空容器２７内に設けら
れた基体支持手段である基体支持体２８上に置かれた基
体２９に照射される。
マＣＶＤ装置法によるダイヤモンドの気相合成の概略を
説明する。図４に概略示すような回路で、全波整流後平
滑化した直流電圧を印加するマグネトロン２１から連続
的に一定の出力で発振されたマイクロ波は、アイソレー
ター２２、反射波パワーモニター２３、チューナー２
４、入射波パワーモニター２３ａ、マイクロ波導波管２
５を経て石英窓２６を介してマイクロ波導波管に連結さ
れた真空容器２７内に導かれて真空容器２７内に設けら
れた基体支持手段である基体支持体２８上に置かれた基
体２９に照射される。
【０００９】次に、図２で真空容器２７内の細部を説明
する。マイクロ波導波管２５内を矢印３３方向に進行し
てきたマイクロ波３４は、真空容器２７の後部壁３１に
矢印３３方向と平行に摺動自在に設けられた基体支持体
保持体３０先端に取り付けられた基体支持体２８上に置
かれた基体２９に照射される。基体支持体保持体３０は
反射板３０ａを有しており、マイクロ波３４を反射板３
０ａで反射させ、定在波を生ぜしめることができる。図
２においては、基体支持体保持体３０を矢印３３方向と
平行に摺動させてマイクロ波３４の定在波を生ぜしめ、
発生した定在波の、石英窓２６から数えて４番目の腹の
部分３４ｂ（節の部分に対する意味である）の内部に、
基体支持体２８が位置するように調節されている。基体
２９の皮膜形成面２９ａは、マイクロ波３４の電界方向
３４ａに対して垂直に配置される。プラズマトーチ制御
手段３２は、紙面に対して垂直方向に長手方向を有する
棒状体で、基体支持体２８の直下に位置するように真空
容器２７に取り付けられる。 原料ガスはガス供給用手
段３５から真空容器２７内に導入され、真空排気手段３
６から真空容器２７外へ排出される。真空容器２７の周
囲には冷却管３７が当接して設けられ、この内部に冷却
水を供給することにより、真空容器２７が過度に加熱さ
れるのを防止している。また、図示しないが基体支持手
段３０内部も冷却水が供給されるようになっている。
する。マイクロ波導波管２５内を矢印３３方向に進行し
てきたマイクロ波３４は、真空容器２７の後部壁３１に
矢印３３方向と平行に摺動自在に設けられた基体支持体
保持体３０先端に取り付けられた基体支持体２８上に置
かれた基体２９に照射される。基体支持体保持体３０は
反射板３０ａを有しており、マイクロ波３４を反射板３
０ａで反射させ、定在波を生ぜしめることができる。図
２においては、基体支持体保持体３０を矢印３３方向と
平行に摺動させてマイクロ波３４の定在波を生ぜしめ、
発生した定在波の、石英窓２６から数えて４番目の腹の
部分３４ｂ（節の部分に対する意味である）の内部に、
基体支持体２８が位置するように調節されている。基体
２９の皮膜形成面２９ａは、マイクロ波３４の電界方向
３４ａに対して垂直に配置される。プラズマトーチ制御
手段３２は、紙面に対して垂直方向に長手方向を有する
棒状体で、基体支持体２８の直下に位置するように真空
容器２７に取り付けられる。 原料ガスはガス供給用手
段３５から真空容器２７内に導入され、真空排気手段３
６から真空容器２７外へ排出される。真空容器２７の周
囲には冷却管３７が当接して設けられ、この内部に冷却
水を供給することにより、真空容器２７が過度に加熱さ
れるのを防止している。また、図示しないが基体支持手
段３０内部も冷却水が供給されるようになっている。
【００１０】プラズマトーチ制御手段３２は耐熱性を有
する材料から構成されていることが好ましく、銅あるい
は銅合金、アルミニウムあるいはアルミニウム合金、ス
テンレスなどの金属（電導体）などが適しているが、セ
ラミックス（非電導体）などでもよい。また、プラズマ
トーチ制御手段３２は、基体２９の中心とプラズマトー
チ制御手段３２の中心とが概ね垂直上下関係に位置する
ように配置されることが好ましいが、基体２９の形状な
どに応じて互いの中心が少々ずれた位置に配置されてい
ても差し支えない。プラズマトーチ制御手段３２は真空
容器２７に当接して設けられてもよいし、基体支持体２
８に当接して設けられてもよい。あるいは真空容器２７
もしくは基体支持体２８から固定用治具を介して離れて
設けられてもよい。プラズマトーチ制御手段３２はマイ
クロ波の進行方向に対して長手方向が垂直となるように
配置される棒状の形状を呈するものが好ましく、断面形
状が円、半円、楕円、一部切欠き円、４個以上の角を有
する多角形およびその角を丸めたもの、あるいはこれら
の図形を部分的に組み合わせたものであってもよい。
する材料から構成されていることが好ましく、銅あるい
は銅合金、アルミニウムあるいはアルミニウム合金、ス
テンレスなどの金属（電導体）などが適しているが、セ
ラミックス（非電導体）などでもよい。また、プラズマ
トーチ制御手段３２は、基体２９の中心とプラズマトー
チ制御手段３２の中心とが概ね垂直上下関係に位置する
ように配置されることが好ましいが、基体２９の形状な
どに応じて互いの中心が少々ずれた位置に配置されてい
ても差し支えない。プラズマトーチ制御手段３２は真空
容器２７に当接して設けられてもよいし、基体支持体２
８に当接して設けられてもよい。あるいは真空容器２７
もしくは基体支持体２８から固定用治具を介して離れて
設けられてもよい。プラズマトーチ制御手段３２はマイ
クロ波の進行方向に対して長手方向が垂直となるように
配置される棒状の形状を呈するものが好ましく、断面形
状が円、半円、楕円、一部切欠き円、４個以上の角を有
する多角形およびその角を丸めたもの、あるいはこれら
の図形を部分的に組み合わせたものであってもよい。
【００１１】本発明においては反応容器として製作上大
きさや形状に制限を受けにくいステンレス鋼製の真空容
器を用い、真空容器に設けられた石英窓を介してマイク
ロ波が真空容器内に導かれる。従来のように反応容器を
石英チューブとした場合は、プラズマトーチにより石英
チューブが加熱され破損するためプラズマ温度を低く抑
制せねばならない。従来はこれを避けるために大径の石
英チューブを作成し、石英チューブから十分に離れた位
置にプラズマトーチを生成させる必要があったが、その
ような大径の石英チューブを作成することは工業上困難
であり、かつ経済的ではない。そのため従来においても
マイクロ波が生成する付近を冷却した小径の石英チュー
ブを用い、導波管から出てくるマイクロ波の最初の０．
５波長の定在波の腹でプラズマトーチを生成させてい
た。そのためプラズマトーチで石英チューブの壁が加熱
されないように生成するプラズマ温度を低く抑制せねば
ならず、基体上に皮膜の析出する速度が遅くなり、析出
効率が極めて不良であった。
きさや形状に制限を受けにくいステンレス鋼製の真空容
器を用い、真空容器に設けられた石英窓を介してマイク
ロ波が真空容器内に導かれる。従来のように反応容器を
石英チューブとした場合は、プラズマトーチにより石英
チューブが加熱され破損するためプラズマ温度を低く抑
制せねばならない。従来はこれを避けるために大径の石
英チューブを作成し、石英チューブから十分に離れた位
置にプラズマトーチを生成させる必要があったが、その
ような大径の石英チューブを作成することは工業上困難
であり、かつ経済的ではない。そのため従来においても
マイクロ波が生成する付近を冷却した小径の石英チュー
ブを用い、導波管から出てくるマイクロ波の最初の０．
５波長の定在波の腹でプラズマトーチを生成させてい
た。そのためプラズマトーチで石英チューブの壁が加熱
されないように生成するプラズマ温度を低く抑制せねば
ならず、基体上に皮膜の析出する速度が遅くなり、析出
効率が極めて不良であった。
【００１２】本発明において、基体２９上にプラズマト
ーチを生成させるマイクロ波の定在波の腹は、マイクロ
波の真空容器２７内への侵入口である石英窓２６から数
えて最初の０．５波長を除いたそれ以降に生成する定在
波の腹、すなわち石英窓２６から数えて２番目以降の腹
であることが好ましい。石英窓２６から数えて最初の
０．５波長に生成する定在波の腹でプラズマトーチを生
成させると、プラズマトーチ５０が石英窓２６に接触し
石英窓２６が加熱され破損する恐れが大となる。一方石
英窓２６から遠く離れた位置の定在波の腹においては、
より安定したプラズマトーチ５０を生成させることがで
きるが、真空容器２７を大きくせねばならず経済的では
ない。より安定したプラズマトーチを生成させ、かつ真
空容器２７を可能な限りコンパクトにするためには石英
窓２６から数えて２〜４番目の腹であることが好まし
い。
ーチを生成させるマイクロ波の定在波の腹は、マイクロ
波の真空容器２７内への侵入口である石英窓２６から数
えて最初の０．５波長を除いたそれ以降に生成する定在
波の腹、すなわち石英窓２６から数えて２番目以降の腹
であることが好ましい。石英窓２６から数えて最初の
０．５波長に生成する定在波の腹でプラズマトーチを生
成させると、プラズマトーチ５０が石英窓２６に接触し
石英窓２６が加熱され破損する恐れが大となる。一方石
英窓２６から遠く離れた位置の定在波の腹においては、
より安定したプラズマトーチ５０を生成させることがで
きるが、真空容器２７を大きくせねばならず経済的では
ない。より安定したプラズマトーチを生成させ、かつ真
空容器２７を可能な限りコンパクトにするためには石英
窓２６から数えて２〜４番目の腹であることが好まし
い。
【００１３】さらに、本発明においてはプラズマ生成手
段として用いられるマイクロ波を発生させるマグネトロ
ンに印加する直流電圧として、図４にその回路を示す全
波整流後平滑化し脈動を排除した直流電圧を印加するマ
グネトロンを用いることを特徴としている。この場合、
図６(ａ)に示すようにマイクロ波は一定の電圧を保持し
て連続的に発振され、エネルギーは斜線で示すように一
定レベルで途切れることなく発生し、高効率で硬質皮膜
が生成する。一方、図５にその回路を示す半波整流した
脈流の直流電圧を印加するマグネトロンを用いた場合
は、図６(ｂ)に示すように、パルス状のマイクロ波が発
生し電流の半周期で電圧が０になり、かつ波形に応じて
変動するためにエネルギーは斜線で示すように低レベル
で間欠的に発生し、硬質皮膜の生成する出力効率に劣
る。このように、全波整流後平滑化した直流電圧をマグ
ネトロンに印加した場合は、半波整流された脈流の直流
電圧を印加した場合の３倍以上の極めて高い効率で硬質
皮膜を生成させることが可能である。
段として用いられるマイクロ波を発生させるマグネトロ
ンに印加する直流電圧として、図４にその回路を示す全
波整流後平滑化し脈動を排除した直流電圧を印加するマ
グネトロンを用いることを特徴としている。この場合、
図６(ａ)に示すようにマイクロ波は一定の電圧を保持し
て連続的に発振され、エネルギーは斜線で示すように一
定レベルで途切れることなく発生し、高効率で硬質皮膜
が生成する。一方、図５にその回路を示す半波整流した
脈流の直流電圧を印加するマグネトロンを用いた場合
は、図６(ｂ)に示すように、パルス状のマイクロ波が発
生し電流の半周期で電圧が０になり、かつ波形に応じて
変動するためにエネルギーは斜線で示すように低レベル
で間欠的に発生し、硬質皮膜の生成する出力効率に劣
る。このように、全波整流後平滑化した直流電圧をマグ
ネトロンに印加した場合は、半波整流された脈流の直流
電圧を印加した場合の３倍以上の極めて高い効率で硬質
皮膜を生成させることが可能である。
【００１４】（実施例１）上述した装置を用いて、以下
に述べる条件によりダイヤモンドの合成を実施した。 真空容器の内径：１６０mm 基体：シリコン板のサイズ、２５mm×２５mm、厚さ０．
６２５mm プラズマトーチ制御手段：直径５０mm、長さ４０mmの銅
棒を図２に示す断面形状に切削加工したものを使用し
た。 原料ガス：水素９５sccm、メタン５sccm 作動圧力：５０torr 基体温度：９００℃ マグネトロン：周波数６０Hzの単相交流を全波整流し並
列コンデンサーで平滑化した直流電圧を印加してマイク
ロ波を発生させる。 マイクロ波：周波数２．４５GHz、出力１１５０w プラズマを生成させる定在波の腹の位置：石英窓から数
えて４番目 上記の条件で成膜した結果、基体上に４μmの成膜速度
でダイヤモンド皮膜を形成させることができた。
に述べる条件によりダイヤモンドの合成を実施した。 真空容器の内径：１６０mm 基体：シリコン板のサイズ、２５mm×２５mm、厚さ０．
６２５mm プラズマトーチ制御手段：直径５０mm、長さ４０mmの銅
棒を図２に示す断面形状に切削加工したものを使用し
た。 原料ガス：水素９５sccm、メタン５sccm 作動圧力：５０torr 基体温度：９００℃ マグネトロン：周波数６０Hzの単相交流を全波整流し並
列コンデンサーで平滑化した直流電圧を印加してマイク
ロ波を発生させる。 マイクロ波：周波数２．４５GHz、出力１１５０w プラズマを生成させる定在波の腹の位置：石英窓から数
えて４番目 上記の条件で成膜した結果、基体上に４μmの成膜速度
でダイヤモンド皮膜を形成させることができた。
【００１５】（実施例２）上述した装置を用いて、下記
の条件以外は実施例１と同一の条件によりダイヤモンド
の合成を実施した。 原料ガス： 水素８５sccm、メタン１５sccm 作動圧力： １００torr 基体温度： ９５０℃ マイクロ波： 周波数 ２．４５GHz、出力１５００w その結果、基体上に１５μmの成膜速度でダイヤモンド
皮膜を形成させることができた。
の条件以外は実施例１と同一の条件によりダイヤモンド
の合成を実施した。 原料ガス： 水素８５sccm、メタン１５sccm 作動圧力： １００torr 基体温度： ９５０℃ マイクロ波： 周波数 ２．４５GHz、出力１５００w その結果、基体上に１５μmの成膜速度でダイヤモンド
皮膜を形成させることができた。
【００１６】（実施例３）上述した装置を用いて、下記
の条件以外は実施例１と同一の条件によりダイヤモンド
の合成を実施した。 プラズマトーチ制御手段：直径６０mm、長さ２５mmの銅
棒の円断面の外周から円の中心へ向かって１０mmの深さ
で切削加工し、一部切欠き円状の断面形状を有する棒状
体としたもの。その結果、基体上に４μmの成膜速度で
ダイヤモンド皮膜を形成させることができた。 （実施例４）プラズマトーチ制御手段の材質をアルミナ
セラミックス（直径６０mm、長さ２５mmの円筒状）に代
えたものを使用した。その他の条件は実施例３と同様で
ある。その結果、基体上に４μmの成膜速度でダイヤモ
ンド皮膜を形成させることができた。
の条件以外は実施例１と同一の条件によりダイヤモンド
の合成を実施した。 プラズマトーチ制御手段：直径６０mm、長さ２５mmの銅
棒の円断面の外周から円の中心へ向かって１０mmの深さ
で切削加工し、一部切欠き円状の断面形状を有する棒状
体としたもの。その結果、基体上に４μmの成膜速度で
ダイヤモンド皮膜を形成させることができた。 （実施例４）プラズマトーチ制御手段の材質をアルミナ
セラミックス（直径６０mm、長さ２５mmの円筒状）に代
えたものを使用した。その他の条件は実施例３と同様で
ある。その結果、基体上に４μmの成膜速度でダイヤモ
ンド皮膜を形成させることができた。
【００１７】（比較例１）石英窓２６から数えて最初の
定在波の腹にプラズマトーチを生成させるようにした以
外は実施例１と同一の装置を用い、同一の条件によりダ
イヤモンドの合成を実施したが、プラズマトーチが石英
窓２６に接触し、合成開始後１時間で石英窓２６に亀裂
が生じたため、合成を中止した。
定在波の腹にプラズマトーチを生成させるようにした以
外は実施例１と同一の装置を用い、同一の条件によりダ
イヤモンドの合成を実施したが、プラズマトーチが石英
窓２６に接触し、合成開始後１時間で石英窓２６に亀裂
が生じたため、合成を中止した。
【００１８】（比較例２）真空容器２７内にプラズマト
ーチ制御手段３２を設けない以外は実施例１と同一の装
置を用い、同一の条件によりダイヤモンドの合成を実施
したが、基体２９上に安定した均一なプラズマトーチを
生成させることができず、合成を中止した。
ーチ制御手段３２を設けない以外は実施例１と同一の装
置を用い、同一の条件によりダイヤモンドの合成を実施
したが、基体２９上に安定した均一なプラズマトーチを
生成させることができず、合成を中止した。
【００１９】（比較例３）図５に回路の概略を示す単相
半波整流した直流電圧を印加してマイクロ波を発生させ
るマグネトロンを用いた以外は実施例１と同一の装置を
用いて、同一の条件によりダイヤモンドの合成を実施し
た。その結果、基体上に１μmの成膜速度でしかダイヤ
モンド皮膜を形成させることができなかった。
半波整流した直流電圧を印加してマイクロ波を発生させ
るマグネトロンを用いた以外は実施例１と同一の装置を
用いて、同一の条件によりダイヤモンドの合成を実施し
た。その結果、基体上に１μmの成膜速度でしかダイヤ
モンド皮膜を形成させることができなかった。
【００２０】
【発明の効果】本発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置を用いることにより、基体上に安定した均一なプラ
ズマトーチを形成せしめることが可能となり、高効率で
基体にダイヤモンドなどの硬質皮膜を形成させることが
可能となる。
装置を用いることにより、基体上に安定した均一なプラ
ズマトーチを形成せしめることが可能となり、高効率で
基体にダイヤモンドなどの硬質皮膜を形成させることが
可能となる。
【図１】本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置法によ
るダイヤモンドの気相合成の概略を模式的に示す断面図
である。
るダイヤモンドの気相合成の概略を模式的に示す断面図
である。
【図２】本発明の真空容器内の細部を模式的に示す断面
図である。
図である。
【図３】従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイ
ヤモンドの気相合成の概略を模式的に示す断面図であ
る。
ヤモンドの気相合成の概略を模式的に示す断面図であ
る。
【図４】本発明の全波整流後平滑化した直流電圧を印加
するマグネトロンの回路の概略図である。
するマグネトロンの回路の概略図である。
【図５】本発明の真空容器内における基体支持手段およ
びプラズマトーチ制御手段の位置関係の一例を模式的に
示す断面図である。
びプラズマトーチ制御手段の位置関係の一例を模式的に
示す断面図である。
【図６】従来の単相半波整流した直流電圧を印加するマ
グネトロンの回路の概略図である。
グネトロンの回路の概略図である。
１２・・・プラズマ ２１・・・マグネトロン ２６・・・石英窓 ２７・・・真空容器 ２８・・・基体支持体 ２９・・・基体 ３０・・・基体支持体保持体 ３０ａ・・・反射板 ３２・・・プラズマトーチ制御手段 ３３・・・マイクロ波が進行する方向 ３４・・・マイクロ波 ３４ａ・・・マイクロ波の電界方向 ５０・・・プラズマトーチ
Claims (4)
- 【請求項１】 マイクロ波導波管と、石英の窓を隔てて
該マイクロ波導波管に連結された真空容器と、該真空容
器内に配設された基体支持手段と、該真空容器にガスを
供給するガス供給手段と、該真空容器内のガスを排気す
る真空排気手段と、該真空容器内にプラズマを生成させ
るプラズマ生成手段とからなるマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置において、プラズマトーチが形成される側とは反
対側の、上記基体支持手段と真空容器とのなす空間に、
プラズマトーチ制御手段を設けたことを特徴とするマイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項２】 マイクロ波導波管と、石英の窓を隔てて
該マイクロ波導波管に連結された真空容器と、該真空容
器内に配設された基体支持手段と、該真空容器にガスを
供給するガス供給手段と、該真空容器内のガスを排気す
る真空排気手段と、該真空容器内にプラズマを生成させ
るプラズマ生成手段とからなるマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置において、前記基体支持手段が、前記真空容器内
に形成されるマイクロ波の定在波の、前記石英窓面から
数えて最初の０．５波長を除いたそれ以降に生成する腹
の部分に相当する位置に設けられていることを特徴とす
るマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項３】前記真空容器内に、請求項１のプラズマト
ーチ制御手段が設けられていることを特徴とする請求項
２に記載のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項４】 前記プラズマ生成手段に用いられるマイ
クロ波を発振するマグネトロンに印加する直流電圧が、
全波整流後平滑化された直流電圧であることを特徴とす
る請求項１〜３記載のいずれかのマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30324594A JP3149326B2 (ja) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30324594A JP3149326B2 (ja) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08134656A true JPH08134656A (ja) | 1996-05-28 |
| JP3149326B2 JP3149326B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=17918629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30324594A Expired - Fee Related JP3149326B2 (ja) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3149326B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001213419A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-08-07 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | 被覆プラスチック容器及びその製法 |
| JP2002275635A (ja) * | 2000-12-25 | 2002-09-25 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | マイクロ波プラズマ処理方法及び装置 |
| JP2010249033A (ja) * | 2009-04-16 | 2010-11-04 | Daihatsu Motor Co Ltd | 火花点火式内燃機関 |
| JPWO2016135899A1 (ja) * | 2015-02-25 | 2017-12-07 | 国立大学法人大阪大学 | マイクロ波プラズマ気相反応装置 |
| CN111785603A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-10-16 | 中国计量大学 | 一种微波等离子清洗机 |
-
1994
- 1994-11-10 JP JP30324594A patent/JP3149326B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001213419A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-08-07 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | 被覆プラスチック容器及びその製法 |
| JP4505923B2 (ja) * | 2000-02-04 | 2010-07-21 | 東洋製罐株式会社 | 被覆プラスチック容器 |
| JP2002275635A (ja) * | 2000-12-25 | 2002-09-25 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | マイクロ波プラズマ処理方法及び装置 |
| JP2010249033A (ja) * | 2009-04-16 | 2010-11-04 | Daihatsu Motor Co Ltd | 火花点火式内燃機関 |
| JPWO2016135899A1 (ja) * | 2015-02-25 | 2017-12-07 | 国立大学法人大阪大学 | マイクロ波プラズマ気相反応装置 |
| CN111785603A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-10-16 | 中国计量大学 | 一种微波等离子清洗机 |
| CN111785603B (zh) * | 2020-07-20 | 2023-06-13 | 中国计量大学 | 一种微波等离子清洗机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3149326B2 (ja) | 2001-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6417390B2 (ja) | Ｃｖｄプラズマ処理の方法 | |
| US4973883A (en) | Plasma processing apparatus with a lisitano coil | |
| JPH02296796A (ja) | ダイヤモンド被膜の作製法 | |
| JP2004244298A (ja) | ダイヤモンド気相合成用基板ホルダ及びダイヤモンド気相合成方法 | |
| US3437864A (en) | Method of producing high temperature,low pressure plasma | |
| CA2207655A1 (en) | Plasma treatment apparatus and methods | |
| EP0402867A2 (en) | Apparatus for microwave processing in a magnetic field | |
| US10704161B2 (en) | Toroidal plasma processing apparatus with a shaped workpiece holder | |
| JP3149326B2 (ja) | マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 | |
| JP2010062318A (ja) | ガス供給部材およびプラズマ処理装置 | |
| KR930005010B1 (ko) | 마이크로파 증강 cvd장치 및 방법 | |
| JPH08274067A (ja) | プラズマ発生装置 | |
| JPH08337497A (ja) | ダイヤモンド薄膜の気相合成法 | |
| US6677001B1 (en) | Microwave enhanced CVD method and apparatus | |
| WO2004079812A1 (en) | Improved method and apparatus for removing contaminants from the surface of a substrate | |
| JP2697464B2 (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
| JP2805506B2 (ja) | マイクロ波プラズマｃｖｄ法によるダイヤモンド膜合成装置 | |
| JPH0822981A (ja) | 減圧ｃｖｄ装置のクリーニング方法 | |
| JP2010021243A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JPS6265997A (ja) | ダイヤモンド合成方法およびその装置 | |
| JPH07150358A (ja) | マイクロ波プラズマｃｖｄによるダイヤモンド被覆方法 | |
| JPH05295544A (ja) | ダイヤモンド膜合成装置 | |
| JP2995339B2 (ja) | 薄膜の作成方法 | |
| JP2676091B2 (ja) | 薄膜の作成方法 | |
| JPH0283202A (ja) | 表面にａ１ｎの層を生成させるアルミナ基板の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001226 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |