JPH029787A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JPH029787A JPH029787A JP16053788A JP16053788A JPH029787A JP H029787 A JPH029787 A JP H029787A JP 16053788 A JP16053788 A JP 16053788A JP 16053788 A JP16053788 A JP 16053788A JP H029787 A JPH029787 A JP H029787A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、特に有磁場マイクロ波CVD法により、ダ
イヤモンド又はダイヤモンド状カーボン(以下、これら
をダイヤモンド等と記す)を基体上に形成するプラズマ
処理装置に関するものである。
イヤモンド又はダイヤモンド状カーボン(以下、これら
をダイヤモンド等と記す)を基体上に形成するプラズマ
処理装置に関するものである。
r従来の技術〕
従来、ダイヤモンド等の薄膜を形成する方法としては、
熱フイラメントCVD法、マイクロ波CVD法等がある
。熱フイラメントCVD法では、フィラメント及び基体
としての基板が設けられた反応室内を数+Torrに保
持するとともに、この反応室内に反応ガスを導入し、こ
れらを外部の電気炉及び前記フィラメントにより加熱し
、成膜を行うようにしている。
熱フイラメントCVD法、マイクロ波CVD法等がある
。熱フイラメントCVD法では、フィラメント及び基体
としての基板が設けられた反応室内を数+Torrに保
持するとともに、この反応室内に反応ガスを導入し、こ
れらを外部の電気炉及び前記フィラメントにより加熱し
、成膜を行うようにしている。
また、マイクロ波CVD法では、基板の設置された反応
室内にマイクロ波及び反応ガスを導入し、前記マイクロ
波を用いて発生させたプラズマにより反応ガスの分解を
行い、成膜を行うようにしている。
室内にマイクロ波及び反応ガスを導入し、前記マイクロ
波を用いて発生させたプラズマにより反応ガスの分解を
行い、成膜を行うようにしている。
ところが、前記の熱フイラメントCVD法ではフィラメ
ントの作成技術の点から、またマイクロ波CVD法では
プラズマが発生する部分が限定されるという点から、そ
れぞれ大面積の基板にダイヤモンド等を形成することが
非常に困難であった。
ントの作成技術の点から、またマイクロ波CVD法では
プラズマが発生する部分が限定されるという点から、そ
れぞれ大面積の基板にダイヤモンド等を形成することが
非常に困難であった。
プラズマCVD法において成膜領域の大面積化を図る場
合、1つの方法として、反応室内をより低圧にし、プラ
ズマが発生する領域を広くすることが考えられる。しか
し、通常のプラズマCVD法では、反応室内をあまり低
圧にするとプラズマが発生しなくなる。
合、1つの方法として、反応室内をより低圧にし、プラ
ズマが発生する領域を広くすることが考えられる。しか
し、通常のプラズマCVD法では、反応室内をあまり低
圧にするとプラズマが発生しなくなる。
そこで最近は、ECRプラズマCVD法を用いてダイヤ
モンド等を形成することが研究されている。このECR
プラズマCVD法は、反応室内に導入されたマイクロ波
に対して電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を形
成し、低圧状態で効率よくプラズマが発生できるように
したものである。
モンド等を形成することが研究されている。このECR
プラズマCVD法は、反応室内に導入されたマイクロ波
に対して電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を形
成し、低圧状態で効率よくプラズマが発生できるように
したものである。
ところが、前記ECRプラズマCVD法によりダイヤモ
ンド等を形成する場合、次のような問題点があることが
判明した。
ンド等を形成する場合、次のような問題点があることが
判明した。
即ち、特にECRプラズマCVD法のように、磁場を利
用して低圧下(10Torr以下)で成膜を行う場合、
基板(基板ホルダ)を電気的にフローティングしたまま
で成膜すると、プラズマ中で基板が負に帯電してしまう
。したがって基板に対して、電子は反発し、イオンが引
き寄せられる。そしてダイヤモンド等の合成上、基板へ
の電子照射による衝撃は好ましいものであるが、イオン
照射による衝撃は好ましいものではなく、このイオン衝
撃により良好なダイヤモンド等が形成されず、基板がエ
ツチングされ、例えば基板としてシリコンウェハを使用
した場合ではシリコンカーバイト(S i C)が発生
してしまう。
用して低圧下(10Torr以下)で成膜を行う場合、
基板(基板ホルダ)を電気的にフローティングしたまま
で成膜すると、プラズマ中で基板が負に帯電してしまう
。したがって基板に対して、電子は反発し、イオンが引
き寄せられる。そしてダイヤモンド等の合成上、基板へ
の電子照射による衝撃は好ましいものであるが、イオン
照射による衝撃は好ましいものではなく、このイオン衝
撃により良好なダイヤモンド等が形成されず、基板がエ
ツチングされ、例えば基板としてシリコンウェハを使用
した場合ではシリコンカーバイト(S i C)が発生
してしまう。
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、磁場を
利用し、低圧力下でダイヤモンド等の合成を行う場合、
このダイヤモンド等の合成に有害なイオンの衝撃を減ら
し、逆に電子衝撃を増大させて良好なダイヤモンド等の
薄膜を形成できるプラズマ処理装置を得ることを目的と
する。
利用し、低圧力下でダイヤモンド等の合成を行う場合、
このダイヤモンド等の合成に有害なイオンの衝撃を減ら
し、逆に電子衝撃を増大させて良好なダイヤモンド等の
薄膜を形成できるプラズマ処理装置を得ることを目的と
する。
この発明に係るプラズマ処理装置は、反応室内に所定の
反応ガス及びマイクロ波を導入し、かつ磁場によりプラ
ズマを発生させてダイヤモンド等を基体上に形成するよ
うにしたものにおいて、前記基体に0又は正のバイアス
電圧を印加するようにしたものである。
反応ガス及びマイクロ波を導入し、かつ磁場によりプラ
ズマを発生させてダイヤモンド等を基体上に形成するよ
うにしたものにおいて、前記基体に0又は正のバイアス
電圧を印加するようにしたものである。
この発明においては、特に有磁場マイクロ波CVD法に
より低圧下でプラズマを発生させ、ダイヤモンド等を合
成する場合に有効となる。即ち、平均自由工程の長くな
る低圧下では、基体は負に帯電してしまい、このような
状態では、前述のように基体に対するイオンの衝撃が大
きくなり、ダイヤモンド等の合成に有害となる。
より低圧下でプラズマを発生させ、ダイヤモンド等を合
成する場合に有効となる。即ち、平均自由工程の長くな
る低圧下では、基体は負に帯電してしまい、このような
状態では、前述のように基体に対するイオンの衝撃が大
きくなり、ダイヤモンド等の合成に有害となる。
そこでこの発明のように、基体に正のバイアス電圧を印
加したり、また基板を接地すると、低圧下においても基
体が負に帯電することはなく、これによりイオンによる
衝撃が減少し、逆にダイヤモンド等の合成に有益な電子
衝撃が増大する。
加したり、また基板を接地すると、低圧下においても基
体が負に帯電することはなく、これによりイオンによる
衝撃が減少し、逆にダイヤモンド等の合成に有益な電子
衝撃が増大する。
なお、圧力の高い状JIS(例えば約50Torr)で
は、基体は前記とは逆に正に帯電され、この場合は特に
基体に正のバイアスを印加する必要はない。
は、基体は前記とは逆に正に帯電され、この場合は特に
基体に正のバイアスを印加する必要はない。
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
第1図は本発明の一実施例によるプラズマ処理装置とし
ての成膜装置を示す断面構成図である。図において、1
は空洞共振器(キャビティ)構造となった反応室であり
、この反応室1には、導波管2を介してマイクロ波源と
してのマグネトロン3(周波数2.45GHz)が接続
されている。また前記反応室1には反応ガス供給口1a
が設けられ、この反応ガス供給口1aを介して反応ガス
が導入されるようになっている。ここで、前記反応ガス
としては、−酸化炭素ガス(CO)、二酸化炭素ガス(
COz)、メタンガスと酸素の混合ガス(CHa +O
t ) 、メタンガスと一酸化炭素ガスあるいは二酸化
炭素ガスとの混合ガス(CH,+Co、CH,+CO□
)のうちのいずれか1つと、水素ガス(H2)とを用い
る。
ての成膜装置を示す断面構成図である。図において、1
は空洞共振器(キャビティ)構造となった反応室であり
、この反応室1には、導波管2を介してマイクロ波源と
してのマグネトロン3(周波数2.45GHz)が接続
されている。また前記反応室1には反応ガス供給口1a
が設けられ、この反応ガス供給口1aを介して反応ガス
が導入されるようになっている。ここで、前記反応ガス
としては、−酸化炭素ガス(CO)、二酸化炭素ガス(
COz)、メタンガスと酸素の混合ガス(CHa +O
t ) 、メタンガスと一酸化炭素ガスあるいは二酸化
炭素ガスとの混合ガス(CH,+Co、CH,+CO□
)のうちのいずれか1つと、水素ガス(H2)とを用い
る。
前記反応室1の周囲には電磁石4a及び4bが配置され
ており、この電磁石4a及び4bによる磁界の強度は、
マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の条件が前記
反応室1内部で成立するように設定されている。この磁
場分布を第2図に示す。ここで、前記周波数2.45G
Hzのマイクロ波に対して電子サイクロトロン共鳴を起
こすための磁束密度は875Gである。
ており、この電磁石4a及び4bによる磁界の強度は、
マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の条件が前記
反応室1内部で成立するように設定されている。この磁
場分布を第2図に示す。ここで、前記周波数2.45G
Hzのマイクロ波に対して電子サイクロトロン共鳴を起
こすための磁束密度は875Gである。
また、前記反応室lの磁束密度が875Gとなる位r、
即ち高密度のプラズマ領域が形成される位置には、成膜
すべき基板5が配置されており、この基板5は基板ホル
ダ6に保持されている。基板ホルダ6にはヒータ7が設
けられ、このためのヒータ電源が反応室1の外部に設け
られている(図示せず)。さらに、8は前記反応室1に
隣接し、かつ連通して設けられた試料準備室であり、そ
の一部には排気系に接続される排気口8aが形成されて
いる。
即ち高密度のプラズマ領域が形成される位置には、成膜
すべき基板5が配置されており、この基板5は基板ホル
ダ6に保持されている。基板ホルダ6にはヒータ7が設
けられ、このためのヒータ電源が反応室1の外部に設け
られている(図示せず)。さらに、8は前記反応室1に
隣接し、かつ連通して設けられた試料準備室であり、そ
の一部には排気系に接続される排気口8aが形成されて
いる。
また前記基板5には、基板ホルダ6を介して直流電源9
が接続されており、これにより前記基板5に正のバイア
ス電圧が印加できるようになっている。なお、基板5に
直接直流電源9を印加するようにしてもよい。
が接続されており、これにより前記基板5に正のバイア
ス電圧が印加できるようになっている。なお、基板5に
直接直流電源9を印加するようにしてもよい。
次に作用について説明する。
反応室1内を真空排気後、前述の一酸化炭素ガス等のう
ちのいずれかひとつと、水素ガスとを導入し、圧力を一
定にする(10〜10−’ Torr)。
ちのいずれかひとつと、水素ガスとを導入し、圧力を一
定にする(10〜10−’ Torr)。
次にマグネトロン3からマイクロ波を発生させ、これを
導波管2を介して前記反応室1内に導入するとともに、
電磁石4a及び4bに電流を流して磁場を形成する。こ
のとき、前記反応室1内の磁場強度が875Gの位置で
は、電子サイクロトロン共鳴を起こし、電子はマイクロ
波から効率よくエネルギを吸収し、低圧下にて高密度の
プラズマ領域が形成される。
導波管2を介して前記反応室1内に導入するとともに、
電磁石4a及び4bに電流を流して磁場を形成する。こ
のとき、前記反応室1内の磁場強度が875Gの位置で
は、電子サイクロトロン共鳴を起こし、電子はマイクロ
波から効率よくエネルギを吸収し、低圧下にて高密度の
プラズマ領域が形成される。
このとき、基板5には直流電源9により正のバイアス電
圧が印加されているので、低圧下にもかかわらず基板5
は負に帯電しない。これにより基板5へのイオンの衝撃
が減少し、また電子衝撃が増大し、該基板5上に良好な
ダイヤモンド等の薄膜が形成される。
圧が印加されているので、低圧下にもかかわらず基板5
は負に帯電しない。これにより基板5へのイオンの衝撃
が減少し、また電子衝撃が増大し、該基板5上に良好な
ダイヤモンド等の薄膜が形成される。
また、反応ガスとして前述のようなガスを使用している
ので、低圧下においても成膜速度を高くすることができ
る。
ので、低圧下においても成膜速度を高くすることができ
る。
この反応ガスの作用について、より詳細に説明すると、
従来のダイヤモンド等の合成に使用される一般的な反応
ガスは、メタンガス(CHイ)と水素ガス(H2)であ
る、しかし、このメタンガスを使用する場合、圧力が下
がるほどメタンガスの絶対量が減り、成膜速度が下がっ
ていく、この成膜速度の低下を防ぐためにメタンガスの
濃度を上げると、相対的に水素ガスの量が減少し、この
ためダイヤモンドと同時に発生するグラファイトやアモ
ルファスカーボンの除去が不十分となり、結晶性の悪い
、質の良くないダイヤモンド膜が形成される、 そこで、反応ガスとして例えば−酸化炭素ガス(CO)
を用いると、C元素はダイヤモンド、アモルファスカー
ボン、グラファイトを生成する機能を有し、またC元素
はアモルファスカーボン。
従来のダイヤモンド等の合成に使用される一般的な反応
ガスは、メタンガス(CHイ)と水素ガス(H2)であ
る、しかし、このメタンガスを使用する場合、圧力が下
がるほどメタンガスの絶対量が減り、成膜速度が下がっ
ていく、この成膜速度の低下を防ぐためにメタンガスの
濃度を上げると、相対的に水素ガスの量が減少し、この
ためダイヤモンドと同時に発生するグラファイトやアモ
ルファスカーボンの除去が不十分となり、結晶性の悪い
、質の良くないダイヤモンド膜が形成される、 そこで、反応ガスとして例えば−酸化炭素ガス(CO)
を用いると、C元素はダイヤモンド、アモルファスカー
ボン、グラファイトを生成する機能を有し、またC元素
はアモルファスカーボン。
グラフフィトをエツチングする機能を有すると考えられ
るので、このco:a度を濃くシても、かなり結晶性の
良いダイヤモンド等を形成することができ、成膜速度が
高く、しかも結晶性の良いダイヤモンド等の形成が可能
となる。
るので、このco:a度を濃くシても、かなり結晶性の
良いダイヤモンド等を形成することができ、成膜速度が
高く、しかも結晶性の良いダイヤモンド等の形成が可能
となる。
なお、前記−酸化炭素ガスはCと0とが1対1で、その
割合を変化させることができない。そこで、0の量を加
減するために、CHa + Ot + H!。
割合を変化させることができない。そこで、0の量を加
減するために、CHa + Ot + H!。
CHa + CO+ Hz 、あルイはCH4+o、+
)1゜等の混合ガスを使用すれば、ガスの種類は増える
ものの、0の量を加減して最適な量で成膜を行うことが
できることになる。
)1゜等の混合ガスを使用すれば、ガスの種類は増える
ものの、0の量を加減して最適な量で成膜を行うことが
できることになる。
以下に、具体的な実施条件を示す。
基板への印加バイアス
電圧 :+40V
電流 :300IIIA
反応ガス : Co 5secm、 Hz 95
secl′1反応圧力 :0.ITorr 一定 基板温度 =650〜750°C 基板:φ30m+a、 シリコンウェハマイクロ波電
力 :800W 以上の条件で8時間成膜を行ったところ、膜厚5000
人の結晶性の良いダイヤモンド膜が得られた。
secl′1反応圧力 :0.ITorr 一定 基板温度 =650〜750°C 基板:φ30m+a、 シリコンウェハマイクロ波電
力 :800W 以上の条件で8時間成膜を行ったところ、膜厚5000
人の結晶性の良いダイヤモンド膜が得られた。
また、反応ガスの一部に前記−酸化炭素ガスを使用した
場合の効果として、以下のことがあげられる。即ち、反
応ガスにCOを含み、基板をSiウェハとした場合、基
板−ダイヤモンド膜間に5iOtが形成されやすい。こ
の5intが形成された場合は、ダイヤモンドを基板か
ら取り外して使用する場合、例えば生成されたダイヤモ
ンドを砥粒として、あるいはこのダイヤモンド膜を他へ
接着して工具として使用する場合等において、Si基板
全てを溶かす必要がなく、フッ酸に浸して前記SiO□
の薄い層のみを除去すればよい、これによりSi基板は
再利用でき、また除去時間の短縮化が図れる。
場合の効果として、以下のことがあげられる。即ち、反
応ガスにCOを含み、基板をSiウェハとした場合、基
板−ダイヤモンド膜間に5iOtが形成されやすい。こ
の5intが形成された場合は、ダイヤモンドを基板か
ら取り外して使用する場合、例えば生成されたダイヤモ
ンドを砥粒として、あるいはこのダイヤモンド膜を他へ
接着して工具として使用する場合等において、Si基板
全てを溶かす必要がなく、フッ酸に浸して前記SiO□
の薄い層のみを除去すればよい、これによりSi基板は
再利用でき、また除去時間の短縮化が図れる。
なお、前記実施例では基板に正のバイアス電圧を印加し
たが、これは基板を接地してOボルトとしてもよい。
たが、これは基板を接地してOボルトとしてもよい。
また、前記実施例ではECRプラズマCVD法に本発明
を適用したが、本発明は低圧下でプラズマを発生させて
ダイヤモンド等を形成する有磁場マイクロ波CVD法の
全てに適用でき、その場合も前記実施例と同様の効果を
奏する。
を適用したが、本発明は低圧下でプラズマを発生させて
ダイヤモンド等を形成する有磁場マイクロ波CVD法の
全てに適用でき、その場合も前記実施例と同様の効果を
奏する。
以上のように、本発明によれば、有磁場マイクロ波CV
D法を用い、低圧下でダイヤモンド等を形成する際、基
体に0又は正のバイアス電圧を印加するようにしたので
、ダイヤモンド等を形成する際に有害となる基体へのイ
オン衝撃を減少させることができ、膜質の良好なダイヤ
モンド等の薄膜を形成できる効果がある。
D法を用い、低圧下でダイヤモンド等を形成する際、基
体に0又は正のバイアス電圧を印加するようにしたので
、ダイヤモンド等を形成する際に有害となる基体へのイ
オン衝撃を減少させることができ、膜質の良好なダイヤ
モンド等の薄膜を形成できる効果がある。
第1図は本発明の一実施例によるプラズマ処理装置の断
面構成図、第2図は該装置において形成される磁場特性
を示す図である。 1・・・反応室、3・・・マグネトロン、4a、4b・
・・を磁石、5・・・基板、6・・・基板ホルダ、9・
・・バイアス電源。 特許出願人 株式会社島津製作所髪′iコy+
+”5−
面構成図、第2図は該装置において形成される磁場特性
を示す図である。 1・・・反応室、3・・・マグネトロン、4a、4b・
・・を磁石、5・・・基板、6・・・基板ホルダ、9・
・・バイアス電源。 特許出願人 株式会社島津製作所髪′iコy+
+”5−
Claims (1)
- (1)反応室内に所定の反応ガス及びマイクロ波を導入
するとともに、この反応室内に磁界を形成してプラズマ
を発生させ、ダイヤモンドあるいはダイヤモンド状カー
ボンを基体上に形成するようにしたプラズマ処理装置に
おいて、前記基体に0又は正のバイアス電圧を印加する
手段を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63160537A JP2564895B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63160537A JP2564895B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH029787A true JPH029787A (ja) | 1990-01-12 |
| JP2564895B2 JP2564895B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=15717122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63160537A Expired - Fee Related JP2564895B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2564895B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5169676A (en) * | 1991-05-16 | 1992-12-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Control of crystallite size in diamond film chemical vapor deposition |
| US5181986A (en) * | 1990-04-02 | 1993-01-26 | Fuji Electric Co., Ltd. | Plasma processing apparatus |
| JPH06183890A (ja) * | 1992-12-15 | 1994-07-05 | Nippon Seiko Kk | 人工ダイヤモンド被覆材 |
| JP2000045071A (ja) * | 1998-06-24 | 2000-02-15 | Commiss Energ Atom | 電子サイクロトロン共鳴プラズマによる電子放出カ―ボンフィルムの蒸着方法 |
| JP2003504512A (ja) * | 1999-07-01 | 2003-02-04 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | ファブリック形態のカーボンナノファイバー層のサイクロトロン共鳴プラズマによる蒸着方法と装置及び得られたファブリック層 |
| JP2006089359A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Kochi Univ Of Technology | ナノ構造材料製造装置及び製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63265890A (ja) * | 1987-04-21 | 1988-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法 |
| JPS6469598A (en) * | 1987-09-11 | 1989-03-15 | Toyo Kohan Co Ltd | Synthesis of diamond by low-pressure vapor-phase synthesis |
-
1988
- 1988-06-28 JP JP63160537A patent/JP2564895B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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| JPS63265890A (ja) * | 1987-04-21 | 1988-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法 |
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| JP2006089359A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Kochi Univ Of Technology | ナノ構造材料製造装置及び製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2564895B2 (ja) | 1996-12-18 |
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