JPH0512312B2 - - Google Patents
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- JPH0512312B2 JPH0512312B2 JP10562289A JP10562289A JPH0512312B2 JP H0512312 B2 JPH0512312 B2 JP H0512312B2 JP 10562289 A JP10562289 A JP 10562289A JP 10562289 A JP10562289 A JP 10562289A JP H0512312 B2 JPH0512312 B2 JP H0512312B2
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
ａ 産業上の利用分野
本発明はマイクロ波プラズマCVD法を利用し
てダイヤモンド膜を合成する装置に関し、特に、
多数個のドリル刃などの棒状の工具にダイヤモン
ド膜を気相合成する装置に関する。
てダイヤモンド膜を合成する装置に関し、特に、
多数個のドリル刃などの棒状の工具にダイヤモン
ド膜を気相合成する装置に関する。
ｂ 従来の技術とその課題
プラズマCVD（Chemical Vapor Deposition：
化学気相合成）法は、減圧（約100〜１×10-4
torr）した反応ガス中で直流放電やマイクロ波放
電を発生させ、反応ガスを励起してプラズマ化
し、このプラズマ化した原子や分子を基板上に析
出させて薄膜を形成するようにしたものである。
化学気相合成）法は、減圧（約100〜１×10-4
torr）した反応ガス中で直流放電やマイクロ波放
電を発生させ、反応ガスを励起してプラズマ化
し、このプラズマ化した原子や分子を基板上に析
出させて薄膜を形成するようにしたものである。
第３図は、この方法を応用してダイヤモンド膜
を合成する装置の概念図である。同図において、
マイクロ波発振器ａからの出力されたマイクロ波
は、導波管ｂを経て石英ガラス製の反応室ｃ内に
導入される。この反応室ｃには図示しないガス供
給管から、主として炭化水素ガスと水素ガスとの
混合ガスが供給されると共に、図示しない排気管
から所定流量で排気することにより、反応室ｃ内
は常に一定の圧力に維持される。一方、上記導波
管ｂの末端部に配設されたプランジヤｆの調整に
より、反応室ｃの中央位置でマイクロ波電界E1
（矢印はその方向、矢印の長さはその強度を示す）
が最も強くなり、上記混合ガスは励起されてプラ
ズマ化され、上記反応室ｃの中央に配設された基
板台ｄの上に載置された基板ｅ上にダイヤモンド
膜が形成される。
を合成する装置の概念図である。同図において、
マイクロ波発振器ａからの出力されたマイクロ波
は、導波管ｂを経て石英ガラス製の反応室ｃ内に
導入される。この反応室ｃには図示しないガス供
給管から、主として炭化水素ガスと水素ガスとの
混合ガスが供給されると共に、図示しない排気管
から所定流量で排気することにより、反応室ｃ内
は常に一定の圧力に維持される。一方、上記導波
管ｂの末端部に配設されたプランジヤｆの調整に
より、反応室ｃの中央位置でマイクロ波電界E1
（矢印はその方向、矢印の長さはその強度を示す）
が最も強くなり、上記混合ガスは励起されてプラ
ズマ化され、上記反応室ｃの中央に配設された基
板台ｄの上に載置された基板ｅ上にダイヤモンド
膜が形成される。
しかしながら、従来の上記合成装置において
は、反応室ｃは導波管ｂをマイクロ波進行方向
W1に対して、垂直方向に貫通する構造であるた
め、反応室ｃ内のマイクロ波が入射する範囲は導
波管２の断面寸法により制限されるという問題点
があつた。すなわち、通常用いられる2.45GHz帯
においては、反応室ｃの寸法は直径で約60mm以下
となる。従つて、このような構造の装置では、大
面積を有する基板ｅ上にダイヤモンド膜を合成さ
せることは不可能であつた。
は、反応室ｃは導波管ｂをマイクロ波進行方向
W1に対して、垂直方向に貫通する構造であるた
め、反応室ｃ内のマイクロ波が入射する範囲は導
波管２の断面寸法により制限されるという問題点
があつた。すなわち、通常用いられる2.45GHz帯
においては、反応室ｃの寸法は直径で約60mm以下
となる。従つて、このような構造の装置では、大
面積を有する基板ｅ上にダイヤモンド膜を合成さ
せることは不可能であつた。
また、ドリルや超硬切削工具のような棒状の被
加工物についても、それを複数個同時に加工する
ことは困難であつた。さらに、プラズマ領域が狭
く、密度も不均一であるため、鋭いエツジを有す
る立体的構造の被加工物の場合、先端部にプラズ
マが集中し、ダイヤモンドの膜厚が不均一になり
易いという欠点もあつた。
加工物についても、それを複数個同時に加工する
ことは困難であつた。さらに、プラズマ領域が狭
く、密度も不均一であるため、鋭いエツジを有す
る立体的構造の被加工物の場合、先端部にプラズ
マが集中し、ダイヤモンドの膜厚が不均一になり
易いという欠点もあつた。
ｃ 課題を解決するための手段
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、多数の棒状被加工物に対
して同時加工が行え、しかも立体的構造の被加工
物についても膜厚のばらつきが生じないダイヤモ
ンド膜合成装置を提供することにあり、その要旨
は、反応室内の炭化水素と水素の混合ガスにマイ
クロ波を放射して該混合ガスをプラズマ化し、上
記反応室内に配置した被加工物の表面にダイヤモ
ンド膜を気相合成するようにした装置において、
TEモードのマイクロ波を伝搬する導波管の末端
部を拡開してマイクロ波チヤンバーを構成すると
ともに、該チヤンバー内に上記反応室を配置し、
該反応室内に多数の孔を有する反射板をマイクロ
波進行方向と垂直に配置するとともに、該反射板
をマイクロ波進行方向に沿つて移動調整できるよ
うに構成し、上記孔と同数の棒状の被加工物を立
設できる手段を備え、かつマイクロ波進行方向に
沿つて往復動できるようにした基台を上記反応室
内に配置して成り、上記基台をマイクロ波進行方
向と逆に移動して上記反射板の各孔から被加工物
を突出させるようにしたことにある。
の目的とするところは、多数の棒状被加工物に対
して同時加工が行え、しかも立体的構造の被加工
物についても膜厚のばらつきが生じないダイヤモ
ンド膜合成装置を提供することにあり、その要旨
は、反応室内の炭化水素と水素の混合ガスにマイ
クロ波を放射して該混合ガスをプラズマ化し、上
記反応室内に配置した被加工物の表面にダイヤモ
ンド膜を気相合成するようにした装置において、
TEモードのマイクロ波を伝搬する導波管の末端
部を拡開してマイクロ波チヤンバーを構成すると
ともに、該チヤンバー内に上記反応室を配置し、
該反応室内に多数の孔を有する反射板をマイクロ
波進行方向と垂直に配置するとともに、該反射板
をマイクロ波進行方向に沿つて移動調整できるよ
うに構成し、上記孔と同数の棒状の被加工物を立
設できる手段を備え、かつマイクロ波進行方向に
沿つて往復動できるようにした基台を上記反応室
内に配置して成り、上記基台をマイクロ波進行方
向と逆に移動して上記反射板の各孔から被加工物
を突出させるようにしたことにある。
ｄ 作用
本発明の装置においては、導波管の末端部を拡
開してマイクロ波チヤンバーを形成するととも
に、その内部に配設された反応室内に、マイクロ
波の進行方向と垂直に反射板が配置してある。そ
して、導波管から例えばTEモードのマイクロ波
を反応室に放射しながら、反射板をマイクロ波進
行方向に沿つて移動させることにより、入射マイ
クロ波と反射板により反射する反射波とが合成さ
れて定在波が発生し、該反射基板から約1/4波長
離れた地点でマイクロ波の電界強度が最大とな
る。このとき、反射板のマイクロ波照射面に隣接
して大形のプラズマが発生することとなる。次い
で、反射板に設けた多数の孔より被加工物を突出
させ、その先端部をプラズマに接触させることに
より、被加工物の先端部にダイヤモンド膜が生成
されることとなる。
開してマイクロ波チヤンバーを形成するととも
に、その内部に配設された反応室内に、マイクロ
波の進行方向と垂直に反射板が配置してある。そ
して、導波管から例えばTEモードのマイクロ波
を反応室に放射しながら、反射板をマイクロ波進
行方向に沿つて移動させることにより、入射マイ
クロ波と反射板により反射する反射波とが合成さ
れて定在波が発生し、該反射基板から約1/4波長
離れた地点でマイクロ波の電界強度が最大とな
る。このとき、反射板のマイクロ波照射面に隣接
して大形のプラズマが発生することとなる。次い
で、反射板に設けた多数の孔より被加工物を突出
させ、その先端部をプラズマに接触させることに
より、被加工物の先端部にダイヤモンド膜が生成
されることとなる。
なお、プラズマの大きさは上述のごとく反射板
の位置調整によりコントロールされるため、ドリ
ル刃のような立体的構造を有する被加工物が多数
基台に取付けてあつても、プラズマ密度の均一性
はほとんど影響を受けず、各被加工物に均一な成
膜を行うことができる。
の位置調整によりコントロールされるため、ドリ
ル刃のような立体的構造を有する被加工物が多数
基台に取付けてあつても、プラズマ密度の均一性
はほとんど影響を受けず、各被加工物に均一な成
膜を行うことができる。
ｅ 実施例
以下、本発明の一実施例を、添付図面を参照し
ながら詳細に説明する。
ながら詳細に説明する。
第１図は本発明のダイヤモンド膜合成装置の要
部を概念的に示す図である。
部を概念的に示す図である。
マイクロ波発振器１により励振出力されたマイ
クロ波は導波管２を伝搬し、その末端部を拡開し
て成るマイクロ波チヤンバー３に至り、石英ガラ
ス等で成形された反応室４に導入される。なお導
波管２は、TEモードのマイクロ波を伝搬するよ
うにマイクロ波発振器１と接続してある。この反
応室４には、ガス供給管５から主として炭化水素
ガスと水素ガスの混合ガスが供給されると共に、
排気管６から所定の流量で排気することにより、
反応室４内は常に一定の圧力に維持されるように
なつている。なお、炭化水素ガスに代えて他の有
機化合物のガスを用いてもよい。また、ダイヤモ
ンド合成を促進するような添加ガスを上述の混合
ガスに加えて供給しても良い。
クロ波は導波管２を伝搬し、その末端部を拡開し
て成るマイクロ波チヤンバー３に至り、石英ガラ
ス等で成形された反応室４に導入される。なお導
波管２は、TEモードのマイクロ波を伝搬するよ
うにマイクロ波発振器１と接続してある。この反
応室４には、ガス供給管５から主として炭化水素
ガスと水素ガスの混合ガスが供給されると共に、
排気管６から所定の流量で排気することにより、
反応室４内は常に一定の圧力に維持されるように
なつている。なお、炭化水素ガスに代えて他の有
機化合物のガスを用いてもよい。また、ダイヤモ
ンド合成を促進するような添加ガスを上述の混合
ガスに加えて供給しても良い。
反応室４内には、反射板７と基台８がそれぞれ
マイクロ波進行方向W2と垂直に配置してあり、
これらは位置調整手段９と連結されてマイクロ波
進行方向W2に沿つて一体となつて往復動できる
ようになつている。また、反射板７と基台８はそ
れぞれ単独で移動できるようにもなつている。基
台８には、多数の孔８ａが設けてあり、これら孔
８ａにドリルＡの基部が嵌入できるようになつて
いる。また反射板７にも、これら孔８ａと対応す
る位置に孔７ａが設けてある。
マイクロ波進行方向W2と垂直に配置してあり、
これらは位置調整手段９と連結されてマイクロ波
進行方向W2に沿つて一体となつて往復動できる
ようになつている。また、反射板７と基台８はそ
れぞれ単独で移動できるようにもなつている。基
台８には、多数の孔８ａが設けてあり、これら孔
８ａにドリルＡの基部が嵌入できるようになつて
いる。また反射板７にも、これら孔８ａと対応す
る位置に孔７ａが設けてある。
ところで、マイクロ波チヤンバ３は、その断面
が一辺約2λ（λ：マイクロ波の波長）の方形、あ
るいは直径約2λ以下の円形であれば、マイクロ
波の基本の伝搬モードはTE10（矩形）、あるいは
TE11（円筒形）となり、その電界E2の方向は反射
板７と平行であり、その強度は反射板７上でほぼ
一様になる。
が一辺約2λ（λ：マイクロ波の波長）の方形、あ
るいは直径約2λ以下の円形であれば、マイクロ
波の基本の伝搬モードはTE10（矩形）、あるいは
TE11（円筒形）となり、その電界E2の方向は反射
板７と平行であり、その強度は反射板７上でほぼ
一様になる。
なお、プラズマの発生を効果的に行わせるため
には、反射板７の材質としてタングステン（Ｗ）、
モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）等の高融点
金属、もしくは炭化ケイ素（SiC）、カーボン
（Ｃ）等の抵抗体を用いるのが好ましい。誘電体
材料の使用は、マイクロ波を吸収し、プラズマの
制御が十分に行えなくなるので、好ましくない。
また、基台８の材質についても基板７ａと同等の
ものを用いるのが好ましい。
には、反射板７の材質としてタングステン（Ｗ）、
モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）等の高融点
金属、もしくは炭化ケイ素（SiC）、カーボン
（Ｃ）等の抵抗体を用いるのが好ましい。誘電体
材料の使用は、マイクロ波を吸収し、プラズマの
制御が十分に行えなくなるので、好ましくない。
また、基台８の材質についても基板７ａと同等の
ものを用いるのが好ましい。
本実施例はこのように構成してあるので、ドリ
ルＡに対する加工処理は以下の要領で行えばよ
い。
ルＡに対する加工処理は以下の要領で行えばよ
い。
まず、基台８の各孔８ａにドリルＡを嵌入し、
基台８を反射板７側へ移動してドリルＡを所定の
長さだけ反射板７の孔７ａから突出させる。次い
で、反応室４に炭化水素と水素の混合ガスを流入
しながら、導波管２よりマイクロ波を反応室４に
入射させる。そして、上述の如くプラズマＢの大
きさが最大になるように反射板７の位置を調整
し、その状態でドリルＡの先端部にダイヤモンド
膜を生成する。その際、基台８の位置を微調整し
て、ドリルＡの先端部がプラズマＢに効果的に接
触するようにすればよい。なお、反射板７の位置
調整は、導波管２に設けた電力計（図示せず）の
指示を見ながら行い、反射電力が最小となるよう
にその位置を設定してプラズマＢを最適状態にす
ればよい。
基台８を反射板７側へ移動してドリルＡを所定の
長さだけ反射板７の孔７ａから突出させる。次い
で、反応室４に炭化水素と水素の混合ガスを流入
しながら、導波管２よりマイクロ波を反応室４に
入射させる。そして、上述の如くプラズマＢの大
きさが最大になるように反射板７の位置を調整
し、その状態でドリルＡの先端部にダイヤモンド
膜を生成する。その際、基台８の位置を微調整し
て、ドリルＡの先端部がプラズマＢに効果的に接
触するようにすればよい。なお、反射板７の位置
調整は、導波管２に設けた電力計（図示せず）の
指示を見ながら行い、反射電力が最小となるよう
にその位置を設定してプラズマＢを最適状態にす
ればよい。
なお、各ドリルＡに均一なダイヤモンド膜が生
成されるようにするためには、第２図に示すよう
に反射板７より突出するドリルＡの長さを、場所
により異なるようにするとよい。これは、プラズ
マＢが円または楕円状をなし、反射板７の中央部
と周辺部ではドリルＡのプラズマＢとの接触度合
が異るからである。また、位置調整手段９は反射
板７と基台８を往復動させるのみでなく、これら
を回転させるようにしてもよい。このようにする
と、各ドリルＡがプラズマＢとより均一に接触す
るようになり、ダイヤモンド膜の均一性が向上す
ることとなる。なお、ドリルＡの温度を最適に維
持するため、反射板７と基台８に加熱あるいは冷
却する手段を設けてもよい。
成されるようにするためには、第２図に示すよう
に反射板７より突出するドリルＡの長さを、場所
により異なるようにするとよい。これは、プラズ
マＢが円または楕円状をなし、反射板７の中央部
と周辺部ではドリルＡのプラズマＢとの接触度合
が異るからである。また、位置調整手段９は反射
板７と基台８を往復動させるのみでなく、これら
を回転させるようにしてもよい。このようにする
と、各ドリルＡがプラズマＢとより均一に接触す
るようになり、ダイヤモンド膜の均一性が向上す
ることとなる。なお、ドリルＡの温度を最適に維
持するため、反射板７と基台８に加熱あるいは冷
却する手段を設けてもよい。
反応室４には石英製ベルジヤー（直径約200mm、
高さ約250mm）を、反射板７にはMo製の直径約
150mmのものを、また基台８にはステンレス製の
同寸法のものを使用した。なお、反射板７には約
50個の貫通孔が開けてあつた。ドリルＡには、先
端部の直径が１mm、柄の部分の直径が3.175mmの
超硬合金製の市販のドリルを使用した。そして、
ドリルＡの先端を数mm反射板７から突出させてプ
ラズマＢに接触するようにした。ここで、ガス供
給管５より水素ガス（H2）を500sccm、メタン
ガス（CH4）を5sccmの比率で混合して反応室４
に送り込み、排気管６より図示されない真空ポン
プで該混合ガスを排気して反応室４の圧力を
40Torrに設定した。次に、1.5〜2kWのマイクロ
波（2.45GHz）を、マイクロ波チヤンバー３を通
して反応室４に放射した。なお、ドリルＡの温度
は他の加熱手段を用いなくとも約800℃に維持さ
れた。この状態で約５時間の加工を施したとこ
ろ、ドリルＡの先端より約５mmの長さに亘り約
7μｍのダイヤモンド膜が成膜した。得られたダ
イヤモンド結晶膜はSEM、ラマン分光分析によ
りグラフアイト分の少ない良質のものであること
を確認した。また、この膜はドリルＡの切刃およ
び側面に均一にコーテイングされ、個々のドリル
Ａにおけるばらつきも小さかつた。このドリルを
プリント基板の穴あけ加工に用いた結果、摩耗の
少ない良好な結果を得た。
高さ約250mm）を、反射板７にはMo製の直径約
150mmのものを、また基台８にはステンレス製の
同寸法のものを使用した。なお、反射板７には約
50個の貫通孔が開けてあつた。ドリルＡには、先
端部の直径が１mm、柄の部分の直径が3.175mmの
超硬合金製の市販のドリルを使用した。そして、
ドリルＡの先端を数mm反射板７から突出させてプ
ラズマＢに接触するようにした。ここで、ガス供
給管５より水素ガス（H2）を500sccm、メタン
ガス（CH4）を5sccmの比率で混合して反応室４
に送り込み、排気管６より図示されない真空ポン
プで該混合ガスを排気して反応室４の圧力を
40Torrに設定した。次に、1.5〜2kWのマイクロ
波（2.45GHz）を、マイクロ波チヤンバー３を通
して反応室４に放射した。なお、ドリルＡの温度
は他の加熱手段を用いなくとも約800℃に維持さ
れた。この状態で約５時間の加工を施したとこ
ろ、ドリルＡの先端より約５mmの長さに亘り約
7μｍのダイヤモンド膜が成膜した。得られたダ
イヤモンド結晶膜はSEM、ラマン分光分析によ
りグラフアイト分の少ない良質のものであること
を確認した。また、この膜はドリルＡの切刃およ
び側面に均一にコーテイングされ、個々のドリル
Ａにおけるばらつきも小さかつた。このドリルを
プリント基板の穴あけ加工に用いた結果、摩耗の
少ない良好な結果を得た。
ｆ 発明の効果
本発明によれば、上述の如く反射板の位置を調
整することにより、そのマイクロ波照射面に隣接
して大きなプラズマが発生するので、多数の棒状
の被加工物を同時に加工処理することができる。
整することにより、そのマイクロ波照射面に隣接
して大きなプラズマが発生するので、多数の棒状
の被加工物を同時に加工処理することができる。
また、プラズマ密度も均一になるので、ドリル
刃のような立体的構造を有する被加工物について
も、ダイヤモンド膜が均一に生成できるという効
果もある。
刃のような立体的構造を有する被加工物について
も、ダイヤモンド膜が均一に生成できるという効
果もある。
第１図は本発明の一実施例を示すダイヤモンド
膜合成装置の主要部断面の概念図、第２図は本発
明の他の実施例を示す図で、反射板と基台を拡大
して示す図、第３図は従来のダイヤモンド膜合成
装置の概念図である。 ２……導波管、３……マイクロ波チヤンバー、
４……反応室、７……反射板、７ａ……反射板の
孔、８……基台、８ａ……基台の孔、９……位置
調整手段、Ａ……ドリル、Ｂ……プラズマ。
膜合成装置の主要部断面の概念図、第２図は本発
明の他の実施例を示す図で、反射板と基台を拡大
して示す図、第３図は従来のダイヤモンド膜合成
装置の概念図である。 ２……導波管、３……マイクロ波チヤンバー、
４……反応室、７……反射板、７ａ……反射板の
孔、８……基台、８ａ……基台の孔、９……位置
調整手段、Ａ……ドリル、Ｂ……プラズマ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 反応室内の炭化水素と水素の混合ガスにマイ
クロ波を放射して該混合ガスをプラズマ化し、上
記反応室内に配置した被加工物の表面にダイヤモ
ンド膜を気相合成するようにした装置において、
TEモードのマイクロ波を伝搬する導波管の末端
部を拡開してマイクロ波チヤンバーを構成すると
ともに、該チヤンバー内に上記反応室を配置し、
該反応室内に多数の孔を有する反射板をマイクロ
波進行方向と垂直に配置するとともに、該反射板
をマイクロ波進行方向に沿つて移動調整できるよ
うに構成し、上記孔と同数の棒状の被加工物を立
設できる手段を備え、かつマイクロ波進行方向に
沿つて往復動できるようにした基台を上記反応室
内に配置して成り、上記基台をマイクロ波進行方
向と逆に移動して上記反射板の各孔から被加工物
を突出させるようにしたことを特徴とするダイヤ
モンド膜合成装置。 ２ 上記反射板が高融点の電気的良導体であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダイ
ヤモンド膜合成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10562289A JPH02283698A (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | ダイヤモンド膜合成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10562289A JPH02283698A (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | ダイヤモンド膜合成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02283698A JPH02283698A (ja) | 1990-11-21 |
| JPH0512312B2 true JPH0512312B2 (ja) | 1993-02-17 |
Family
ID=14412591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10562289A Granted JPH02283698A (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | ダイヤモンド膜合成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02283698A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3001872U (ja) * | 1994-03-09 | 1994-09-06 | センサー・テクノロジー株式会社 | 乗員保護装置 |
-
1989
- 1989-04-25 JP JP10562289A patent/JPH02283698A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3001872U (ja) * | 1994-03-09 | 1994-09-06 | センサー・テクノロジー株式会社 | 乗員保護装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02283698A (ja) | 1990-11-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |