JPH10251855A - ダイヤモンド様炭素膜堆積装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導波管を長くする必要がなく、確実にマイクロ
波導入窓への生成物の堆積を防止することの可能なダイ
ヤモンド様炭素膜堆積装置を提供する。 【解決手段】ダイヤモンド様炭素膜が堆積される基板２
を収容した反応容器１内のプラズマ発生領域１ｂと内面
が対面した導入窓４を介してマイクロ波をプラズマ発生
領域に供給してダイヤモンド様炭素膜堆積用のプラズマ
を発生させるように、導波管５が反応容器に接続されて
いる。前記導入窓の外面に加熱された空気を供給して導
入窓を所定温度に維持することにより、プラズマの生成
物が導入窓の内面に堆積するのが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマにより、
切削工具、金型、磁気記録媒体等の表面に堆積されて、
この表面の化学的安定化、低摩擦化、長寿命化を図るた
めのダイヤモンド様炭素膜を形成するためのダイヤモン
ド様炭素膜堆積装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このようにな装置では、一般に、高周波
源からのマイクロ波を導波管を介して反応容器内に供給
して、ダイヤモンド様炭素膜を堆積させるためのプラズ
マを形成している。この場合、導波管と反応容器とは、
誘電体板で形成されたマイクロ波導入窓により区分され
ており、従って、マイクロ波はこの導入窓を介して反応
容器内のプラズマ発生領域に供給される。このために、
プラズマにより発生された生成物が、導入窓にも堆積し
てしまい、この結果、マイクロ波の伝送特性が変化して
しまい、甚だしい場合には、放電停止となる場合があ
る。

【０００３】このために、従来より、導入窓へのプラズ
マ生成物の堆積を防止するために、以下のような技術が
提案されている。第１の方法は、反応容器と離れた所で
折曲された導波管を使用し、導入窓を導波管の折曲され
た箇所に設けることにより、この窓が、反応容器内のプ
ラズマからかなり離れかつ直接にプラズマと対面しない
ようにした方法である。この方法によれば、プラズマに
よる生成物は、導入窓までに達する前に、導波管の折曲
部に付着するので、導入窓への堆積は原則的に生じな
い。

【０００４】第２の方法は、マイクロ波導入窓を覆うよ
うに反応容器の上壁の内面に誘電体板を取り付け、この
板を上壁の外面に設けられた温度コントロール・ユニッ
トを使用して生成物が付着し難い温度に制御する方法で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の方法で
は、導入窓近くの導波管内に、意図しないプラズマが発
生する恐れがあり、このようなプラズマが発生した場合
には、効果がほとんど得られなくなる。また、導入窓
は、反応容器よりもかなり離間されて配置されるため
に、導波管を長くする必要がある。

【０００６】第２の方法では、誘電体板は、反応容器の
上壁を介して間接的に温度が制御されるので、応答速度
が遅く、導入窓を所定の温度範囲に正確に維持すること
が難しい。

【０００７】従って、本発明の目的は、導波管を長くす
る必要がなく、確実にマイクロ波導入窓への生成物の堆
積を防止することの可能なダイヤモンド様炭素膜堆積装
置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる請求項１
に記載のダイヤモンド様炭素膜堆積装置は、ダイヤモン
ド様炭素膜が堆積される基板を収容し、プラズマ発生領
域を有する反応容器と、このプラズマ発生領域と内面が
対面した導入窓を介してマイクロ波をプラズマ発生領域
に供給してダイヤモンド様炭素膜堆積用のプラズマを発
生させるように、反応容器に接続された導波管と、前記
導入窓の外面に温度制御流体を供給して、プラズマの生
成物が導入窓の内面に堆積するのを防止するように、導
入窓を所定の温度に維持する温度制御手段とを具備する
ことを特徴とする。

【０００９】このような構成によれば、導波管を長くす
る必要が無く、導入窓を精度良く温度制御できるので、
プラズマ生成物が導入窓の内面に堆積、付着するのを確
実に防止することができる。

【００１０】

【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態に係るダイ
ヤモンド様炭素膜堆積装置を添付図面を参照して説明す
る。第１の実施の形態を示す図１において、符号１は、
アルミ等の金属で形成された反応容器を示す、この反応
容器１の下壁には、上面にダイヤモンド様炭素膜が堆積
される基板２が載置される基板ホルダー３が固定されて
いる。このホルダー１の、基板２と対向した上壁には、
基板と相似形、例えば円形の開口１ａが形成されてい
る。そして、この開口１ａは、マイクロ波導入窓４によ
り覆われており、この結果、反応容器１内は気密に保た
れている。この導入窓４の内面は、導入窓と基板２との
間のプラズマ発生領域１ｂと直接に対面している。ま
た、この導入窓４は、部分球形状の中央部と、水平な周
縁部とよりなる誘電体板により構成されている。そし
て、この導入窓４の周縁部は、反応容器１の上壁の上面
と、導波管５の下面との間で挟持されている。この導波
管５は、反応容器１の上壁よりほぼ垂直に延びた（一部
もしくは全部）円筒管により構成されており、図示しな
い高周波源に接続されている。

【００１１】また、この装置には、前記導入窓４の外面
に温度制御流体を供給して、プラズマの生成物が導入窓
の内面に堆積するのを防止するように、導入窓を所定の
温度に維持する温度制御手段が以下に説明するように設
けられている。

【００１２】前記導波管５の下部外周面には環状の分配
管６が導波管と一体的かつ同軸的に形成されている。勿
論、この分配管６と、導波管５とは夫々別々に形成し
て、一緒に接続しても良い。この分配管６の断面形状
は、特に、限定されないが、この好ましい実施の形態で
は、矩形になっている。また、この分配管６と導波管５
内とは、導波管の周壁に形成された多数の透孔５ａによ
り連通している。これら透孔５ａは、導波管の周方向に
互いに等間隔で配置され、導入窓４の外面の下端近くに
開口しているのが好ましい。また、分配管６には、導入
管７の一端が接続され、この導入管の他端は、空気等の
流体を供給する手段、例えば、送風機８に接続されてい
る。この導入管７内には、加熱手段、例えば、電熱線９
が配置されており、導入管を流れる流体（この実施の形
態では空気）を加熱可能となっている。この電熱線９
は、電源１０に接続されており、この電源１０は、流体
の加熱温度を制御できるように、電熱線９への電流を任
意に制御できるようになっている。

【００１３】図示していないが、前記導入窓４には、こ
の温度を感知する温度センサー並びに、このセンサーか
らの出力信号により前記電源１０を制御するコントロー
ラが設けられており、ダイヤモンド様炭素膜の堆積処理
中は、導入窓４が一定の温度範囲内、例えば、３００℃
ないし５００℃に維持されるようになっている。

【００１４】また、図示していないが、この反応容器１
には、プラズマ発生源となる、処理ガスである炭化水素
ガスを反応容器内に供給するためのガス供給ポート、反
応容器内を真空にするために排気装置に接続された排気
ポート、基板の出し入れをするためのゲート等、この分
野で良く知られた手段が設けられている。

【００１５】以下に、上記構成の装置の作用を説明す
る。まず、基板ホルダー３上に、被処理体である基板２
をこれの被処理面が上になるように載置させる。次に、
反応容器１内を所定圧力に、例えば、１０ｍＴｏｒｒ以
下に減圧すると共に、導波管５から導入窓４を介してマ
イクロ波を反応容器１のプラズマ発生領域１ｂに供給し
てプラズマを発生させる。そして、これと同時か、少し
前後して、送風機８より空気を導入管７に送ると共に、
電源１０より電熱線９に電流を流し、この電熱線を加熱
することにより、導入管７を流れる空気を加熱する。こ
の加熱された空気は、分配管７を介して、透孔５ａより
導波管５内の導入窓４の外面下部に供給される。この加
熱された空気は、矢印で示すように、導入窓４の外面に
沿って中心方向に流れ、この後、導波管５より排出され
る。そして、このように加熱された空気が、導入窓４の
外面に沿って流れるのに従って、導入窓４、即ち、その
内面は、所定の温度、例えば、３００℃ないし５００℃
に加熱される。尚、図示していないが、導波管５からの
空気の排気は、導波管の開口を介する自然の排気でも良
いし、また排気ポンプを使用した強制的な排気でも良
い。

【００１６】上記のようにして、導入窓４を加熱しなが
ら、炭化水素のプラズマによりダイヤモンド様炭素膜の
堆積が基板２の上面に果たされる。この処理中に、プラ
ズマにより、導入窓４が加熱されて所定の温度以上にな
りそうになったときには、温度センサーがこれを感知
し、電源１０を制御して、電熱線９による空気の加熱を
弱めるか停止する。そして、導入窓４が所定の温度以下
になりそうになったときには、逆に電熱線９による加熱
を強める。

【００１７】上記のようにして、ダイヤモンド様炭素膜
の堆積中は、常時、導入窓４がプラズマ生成物が堆積し
難い温度、例えば３００℃ないし５００℃に保たれてい
る。この結果、導波管を長くする必要がなく、確実にマ
イクロ波導入窓の内面への生成物の堆積を防止すること
ができる。

【００１８】次に、図２並びに図３を参照して、第２並
びに第３の実施の形態を順次説明する。尚、これら実施
の形態において、前記第１の実施の形態と実質的に同じ
部材には同じ参照符号を付して詳しい説明を省略する。

【００１９】第２の実施の形態を示す図２において、符
号１１は誘電体材料もしくは金属で形成されたパイプを
示す。このパイプ１１の一端は、図示するように、導入
窓４の中心近くに開口しており、また、他端には、図示
しない排気ポンプが接続されている。また、導波管５内
の導入窓４の近くには、導波管５の内部を上下に、即
ち、導入窓側と高周波源側とに分ける仕切り板１２が水
平に設けられている。この仕切り板１２は、誘電体材料
で形成されており、中心に前記パイプ１１を通す開口が
形成されている。

【００２０】このような構成の堆積装置においては、導
波管５内に供給された加熱空気は、導波管５の上部に流
れることはなく、矢印で示すようにパイプ１１を通って
効率良く導波管の外部に排出される。

【００２１】上記実施の形態では、いずれも導入窓を加
熱する場合につき説明したが、以下に、導入窓を冷却す
る装置を図３を参照して説明する。図３において、符号
２０は導入管７に設けらたクーラを示し、このクーラに
より、送風機８から導入管７内を流れる空気は冷却され
て、導波管５内の導入窓４の外面に吹き付けられる。こ
の結果、基板２へのダイヤモンド様炭素膜の堆積工程中
に、この導入窓４は、前述した温度センサー、コントロ
ーラとの併用により任意の温度範囲に冷却され、また維
持される。

【００２２】尚、上記実施の形態では、温度制御流体と
して、空気を使用したが、他の気体でも良く、また、気
体に限られず、シリコン油のような液体でも良い。ま
た、導入窓として、部分球状のものを使用したが、形状
はこれに限定されるものでは無く、例えば、通常の平板
状のものでもよい。しかし、実施の形態のように部分球
状の導入窓は、大気圧に対する耐久性が大きいので、薄
く形成することができ、このために熱効率が向上して、
より正確な導入窓の熱制御をすることができる。

【００２３】尚、上記実施の形態では、温度制御流体を
導入窓の外面の近くから導波管に供給し、導入窓から離
れた側で排気するようにしたが、この流体の流れは逆で
も良い。例えば、導波管の中心線に沿って温度制御流体
を導入窓に供給し、導入窓の周縁部より排気するように
しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のダイヤモンド様炭
素膜堆積装置を概略的に示す図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態のダイヤモンド様炭
素膜堆積装置を概略的に示す図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態のダイヤモンド様炭
素膜堆積装置を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１…反応容器、２…基板、４…導入窓、５ａ…透孔、６
…分配管、７…導入管、８…送風機、９…電熱線、１０
…電源。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤモンド様炭素膜が堆積される基板
   を収容し、プラズマ発生領域を有する反応容器と、この
   プラズマ発生領域と内面が対面した導入窓を介してマイ
   クロ波をプラズマ発生領域に供給してダイヤモンド様炭
   素膜堆積用のプラズマを発生させるように、反応容器に
   接続された導波管と、前記導入窓の外面に温度制御流体
   を供給して、プラズマの生成物が導入窓の内面に堆積す
   るのを防止するように、導入窓を所定の温度に維持する
   温度制御手段とを具備することを特徴とするダイヤモン
   ド様炭素膜堆積装置。
2. 【請求項２】 前記温度制御手段は、前記導入窓の外面
   に向けて加熱した空気を吹き付ける手段であることを特
   徴とする請求項１のダイヤモンド様炭素膜堆積装置。
3. 【請求項３】 前記温度制御手段は、前記導波管内に設
   けられ、この中を導入窓側と高周波源側とに区分する誘
   電体仕切り板と、この仕切り板を貫通し、一端が導入窓
   の外面近くに開口した誘電体もしくは金属のパイプと、
   このパイプを介して前記開口より導入窓に温度制御流体
   を供給する手段と、この温度制御流体を導波管より排気
   する手段とを有することを特徴とする請求項１もしくは
   ２のダイヤモンド様炭素膜堆積装置。
4. 【請求項４】 前記導入窓は、内面が凹の部分球状であ
   ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１のダ
   イヤモンド様炭素膜堆積装置。