特開 2024-67093 成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024067093

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/511 20060101AFI20240510BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

C23C16/511

H05H1/46 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022176925

(22)【出願日】2022-11-04

(71)【出願人】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】513099603

【氏名又は名称】兵庫県公立大学法人

(74)【代理人】

【識別番号】100104178

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100143960

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 早百合

(72)【発明者】

【氏名】田中 一平

(72)【発明者】

【氏名】吉本 悠里

(72)【発明者】

【氏名】篠田 健太郎

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

【Ｆターム（参考）】

2G084AA05

2G084BB02

2G084BB05

2G084BB07

2G084BB12

2G084BB14

2G084BB27

2G084CC04

2G084CC06

2G084CC08

2G084CC16

2G084CC33

2G084DD24

2G084DD38

2G084DD40

2G084DD42

2G084DD44

2G084DD51

2G084DD56

2G084DD62

2G084EE01

2G084FF23

2G084HH05

2G084HH06

2G084HH09

2G084HH22

2G084HH28

2G084HH30

2G084HH32

2G084HH35

2G084HH36

2G084HH45

2G084HH52

4K030AA09

4K030AA17

4K030BA28

4K030FA02

4K030JA01

4K030KA05

4K030KA16

4K030KA18

(57)【要約】

【課題】被加工材料の処理表面に対する成膜処理を従来よりも高速に行い、且つ、従来よりも広範囲に均一で高品質な皮膜を形成できる成膜装置を提供すること。
【解決手段】成膜装置１は処理容器２、ガス供給部５、導入部材２２、マイクロ波供給部９、電圧印加部２０、接続部材、シース拡大電極３０、絶縁部材２４、及び漏洩抑制部材４を備える。シース拡大電極３０は、導入部材２２の周囲に配置される。電圧印加部２０は被加工材料８の処理表面１０に沿うシース層を拡大させる正のバイアス電圧をシース拡大電極３０へ印加する。絶縁部材２４は、シース拡大電極３０と処理容器２との間に配置され、シース拡大電極３０と処理容器２とを電気的に絶縁する。漏洩抑制部材４は被加工材料８とは電気的に絶縁した位置に配置され、絶縁部材２４と当接する当接面と、当接面から絶縁部材２４から離れる側に延びる絶縁部を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性を有する被加工材料を収容する処理容器と、
前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、
前記被加工材料の周囲に設け、且つマイクロ波を導入する導入部材と、
前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを発生させるための前記マイクロ波を前記導入部材から前記被加工材料へ供給するマイクロ波供給部と、
前記導入部材の周囲に配置されたシース拡大電極と、
前記被加工材料の前記処理表面に沿うシース層を拡大させる正のバイアス電圧を前記シース拡大電極へ印加する電圧印加部と、
前記被加工材料を前記電圧印加部の接地電位と同電位に電気的に接続する接地部材と、
前記シース拡大電極と前記処理容器との間に配置され、前記シース拡大電極と前記処理容器とを電気的に絶縁する絶縁部材と、
前記被加工材料とは電気的に絶縁した位置に配置され、前記絶縁部材と当接する当接面と、前記当接面から前記絶縁部材から離れる側に延びる絶縁部とを有する漏洩抑制部材と
を備えることを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記絶縁部は、前記当接面において、前記被加工材料を囲む環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記絶縁部の前記当接面に垂直な方向における第一長さは、前記マイクロ波の波長又は前記マイクロ波の波長の偶数倍の長さの１／４である第二長さの±１ｍｍの範囲の長さであることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記漏洩抑制部材の前記当接面の外径の１／２が３０ｍｍ以上、且つ前記処理容器から離隔して配置される長さであることを特徴とする請求項２又は３に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記絶縁部は、前記当接面から前記絶縁部材から離れる側に延びる凹部であり、
前記漏洩抑制部材には、前記絶縁部と、前記処理容器内の空間とを連通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記漏洩抑制部材の前記当接面には、外径が互いに異なる複数の前記絶縁部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。

【請求項7】

前記絶縁部材の外径は、前記漏洩抑制部材の前記当接面の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＶＰ法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｓｈｅａｔｈ－Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ法、高密度励起プラズマ法）を用い、被加工材料の処理表面に皮膜を形成する成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼材等の導電性を有する被加工材料の処理表面に膜を形成する装置が知られている。例えば特許文献１に記載の成膜装置は、マイクロ波供給部、負電圧印加部、負電圧印加端子部材、及び補助電極を備える。マイクロ波供給部は、導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させる。負電圧印加部は、被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を被加工材料に印加する。マイクロ波供給口は、マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波を拡大されたシース層へ伝搬させる。負電圧印加端子部材は、マイクロ波供給口に対して突出して配置された被加工材料に、負電圧印加部によって印加される負のバイアス電圧を印加させる。補助電極は、マイクロ波供給口側と反対側に形成されるシース層の厚みを拡大させる。補助電極は、ＧＮＤに接続され、又は正電圧印加部から供給される正の電圧が印加され、且つ突出して配置された被加工材料の外側の周囲に配置される。成膜装置は、マイクロ波供給口側とは反対側のシース層の厚みを拡大させてプラズマの密度の減衰を低減し、成膜速度の低下を低減する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－６９６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の成膜装置は、被加工材料に負のバイアス電圧が印加されているため、ダイヤモンド等の導電性が比較的低い材料の皮膜を形成すると、成膜装置内に異常放電（所謂アーキング現象）が発生し、良好な品質の皮膜を形成できない。

【0005】

本発明の目的は、被加工材料の処理表面に対する成膜処理を従来よりも高速に行い、且つ、従来よりも広範囲に均一で高品質な皮膜を形成できる成膜装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の請求項１の成膜装置は導電性を有する被加工材料を収容する処理容器と、前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、前記被加工材料の周囲に設け、且つマイクロ波を導入する導入部材と、前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを発生させるための前記マイクロ波を前記導入部材から前記被加工材料へ供給するマイクロ波供給部と、前記導入部材の周囲に配置されたシース拡大電極と、前記被加工材料の前記処理表面に沿うシース層を拡大させる正のバイアス電圧を前記シース拡大電極へ印加する電圧印加部と、前記被加工材料を前記電圧印加部の接地電位と同電位に電気的に接続する接地部材と、前記シース拡大電極と前記処理容器との間に配置され、前記シース拡大電極と前記処理容器とを電気的に絶縁する絶縁部材と、前記被加工材料とは電気的に絶縁した位置に配置され、前記絶縁部材と当接する当接面と、前記当接面から前記絶縁部材から離れる側に延びる絶縁部とを有する漏洩抑制部材とを備える。成膜装置は、マイクロ波供給部がマイクロ波を供給し、電圧印加部によりバイアス電圧を印加することで、被加工材料表面にマイクロ波の伝搬をさせ、被加工材料近傍に高密度プラズマの生成する、公知のＭＶＰ法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｓｈｅａｔｈ－Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ法、高密度励起プラズマ法）を用いた成膜処理を実施できる。成膜装置は、接地部材により被加工材料の電位を接地電位とすることで、アーキング現象の発生を抑制し、高品質な皮膜を形成できる。成膜装置は、漏洩抑制部材を備えるので、絶縁部材の端面から処理容器内にマイクロ波が漏洩することを低減できる。故に成膜装置は、マイクロ波の漏洩に起因して、意図しない部分でプラズマ放電が生じたり、絶縁部材が損傷することでシース拡大電極と処理容器との絶縁を保てなくなる事態が生じたりすることを抑制できる。成膜装置は、シース拡大電極に正のバイアス電圧を印加することで、被加工材料の処理表面に形成されるシース層の厚みを拡大させ、処理表面に均一な皮膜を形成できる。

【0007】

本発明の請求項２の成膜装置の前記絶縁部は、前記当接面において、前記被加工材料を囲む環状に形成されている。請求項２の成膜装置は、絶縁部が加工材料を囲む環状に形成されていない場合に比べ、被加工材料周りの周方向に亘って、絶縁部材の端面から処理容器内にマイクロ波が漏洩することを低減できる。

【0008】

本発明の請求項３の成膜装置の前記絶縁部の前記当接面に垂直な方向における第一長さは、前記マイクロ波の波長又は前記マイクロ波の波長の偶数倍の長さの１／４である第二長さの±１ｍｍの範囲の長さである。請求項３の成膜装置では、絶縁部材から絶縁部に伝搬されて後に跳ね返るマイクロ波の位相は、絶縁部材中を伝搬するマイクロ波の位相の逆付近となる。故に成膜装置は、絶縁部材中を伝搬するマイクロ波を、絶縁部材から絶縁部に伝搬されて後に跳ね返るマイクロ波により打ち消すことで、絶縁部材の端面から処理容器内にマイクロ波が漏洩することを低減できる。

【0009】

本発明の請求項４の成膜装置の前記漏洩抑制部材の前記当接面の外径の１/２が３０ｍｍ以上、且つ前記処理容器から離隔して配置される長さである。請求項４の成膜装置は、漏洩抑制部材の当接面の外径の１/２が３０ｍｍ未満である場合に比べ、絶縁部材の端面から処理容器内にマイクロ波が漏洩することを低減できる。

【0010】

本発明の請求項５の成膜装置の前記絶縁部は、前記当接面から前記絶縁部材から離れる側に延びる凹部であり、前記漏洩抑制部材には、前記絶縁部と、前記処理容器内の空間とを連通する貫通孔が形成されている。請求項５の成膜装置は、成膜処理を行う時、大気等の意図しないガスが絶縁部に残ることを抑制し、処理容器内の排気時間を短縮できる。

【0011】

本発明の請求項６の成膜装置の前記漏洩抑制部材の前記当接面には、外径が互いに異なる複数の前記絶縁部が形成されている。請求項６の成膜装置は、漏洩抑制部材の当接面に被加工材料の周りを囲む一重の絶縁部が形成されている場合に比べ、絶縁部材の端面から処理容器内にマイクロ波が漏洩することを抑制できる。

【0012】

本発明の請求項７の成膜装置の前記絶縁部材の外径は、前記漏洩抑制部材の前記当接面の外径よりも大きい。請求項７の成膜装置は、絶縁部材の外径が漏洩抑制部材の当接面の外径以下である場合に比べ、絶縁部材の端面から処理容器内にマイクロ波が漏洩することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】成膜装置１の概略構成を示す図である。

【図2】導入部材２２、被加工材料８、シース拡大電極３０の配置を示す図である。

【図3】漏洩抑制部材４の斜視図である。

【図4】漏洩抑制部材４の斜視図である。

【図5】漏洩抑制部材４の断面図である。

【図6】評価試験条件を示す表である。

【図7】評価試験条件と結果とを示す表である。

【図8】成膜装置１における電界強度（Ｖ／ｍ）と絶縁部４２の第一長さＤ２（ｍｍ）との関係を示すシミュレーション結果を示すグラフである。

【図9】成膜装置１における電界強度（Ｖ／ｍ）と絶縁部４２の幅Ｄ１（ｍｍ）との関係を示すシミュレーション結果を示すグラフである。

【図10】成膜装置１における電界強度（Ｖ／ｍ）と漏洩抑制部材４の当接面４１の外径Ｄ４の１／２（ｍｍ）との関係を示すシミュレーション結果を示すグラフである。

【図11】変形例の漏洩抑制部材５４の斜視図である。

【図12】変形例の導入部材２２、被加工材料８、シース拡大電極１３０の配置を示す図である。

【0014】

図面を参照し本発明の一実施形態の成膜装置１を説明する。以下説明は、図中に矢印で示す左右、前後、及び上下を使用する。成膜装置１は、特開２００４－４７２０７号公報に開示されたＭＶＰ法を用い、被加工材料８の処理表面１０に皮膜を形成可能な装置である。本実施形態の被加工材料８は、棒状であり、例えば、穴加工用ドリルである。被加工材料８の材質は、皮膜が形成される領域である処理表面１０が導電性を有していれば、特に限定されるものではなく、例えば、超硬Ｋ１０である。超硬Ｋ１０は、ＪＩＳ Ｂ ４０５３：２０１３に記載される分類に基づく超硬合金である。被加工材料８は、セラミクス、又は樹脂に導電性の材料がコーティングされたものでもよいし、表面にスパッタリング法等により金属膜が成膜されたものでもよい。処理表面１０は、被加工材料８の表面のうちの皮膜を形成する対象とする領域である。処理表面１０は、被加工材料８の用途に応じて設定される。例えば、被加工材料８がドリルであれば、処理表面１０にはドリルの溝部が設定される。例えば、被加工材料８がエンドミルであれば、処理表面１０にはエンドミルの刃部が設定される。

【0015】

図１及び図２の如く、成膜装置１は、処理容器２、導入部材２２、カバー２３、シース拡大電極３０、絶縁部材２４、漏洩抑制部材４、ＤＣ電源１５、正電圧パルス発生部１６、真空ポンプ３、圧力調整バルブ７、リーク弁３３、ガス供給部５、放射温度計２９、制御部６、及びマイクロ波供給部９を備える。

【0016】

処理容器２は、ステンレス等の金属製であり、気密構造の容器である。処理容器２は、接地電位（ＧＮＤ）に電気的に接続される。処理容器２は、導入部材２２、カバー２３、シース拡大電極３０、絶縁部材２４、漏洩抑制部材４を収容する。導入部材２２は、処理容器２の底面の中央部に設けられる。

【0017】

導入部材２２は、石英等のマイクロ波を透過する誘電体等の部材で形成され、マイクロ波供給部９が発振したマイクロ波を処理容器２内に供給する。導入部材２２は、処理容器２内へ向けて突出する突出部２２１と、突出部２２１を支持する基部２２２とを有する。突出部２２１は、突出部２２１の上面である導入面２２４から下方に凹む凹部２２３が形成されている。凹部２２３は、マイクロ波の導入方向Ｊ、即ち上方に沿う向きに長い。凹部２２３の外周は、被加工材料８の外周よりもやや大きい。被加工材料８の下端部が凹部２２３に挿入されると、被加工材料８の下端部は、突出部２２１によって周囲が覆われる。導入方向Ｊに沿った方向、即ち上下方向おける被加工材料８の延設範囲は、突出部２２１の延設範囲と一部が重なる。これにより被加工材料８は、導入部材２２によって支持される。被加工材料８は、被加工材料８の長手方向が、マイクロ波の導入方向Ｊと一致する姿勢で処理容器２の内側に配置される。成膜装置１は、凹部２２３内に被加工材料８を支持する治具を設けてもよい。被加工材料８の上端には、電極１４が接続される。被加工材料８の上端は、マイクロ波の導入方向Ｊの端部であり、被加工材料８の内の導入部材２２から最も離れた部分である。電極１４は接地電位（ＧＮＤ）と電気的に接続される。即ち、被加工材料８の電位は、処理容器２と同電位の接地電位である。電極１４は、被加工材料８の上端よりも下方で被加工材料８と接続されてもよい。

【0018】

カバー２３は、金属製であり、処理容器２と電気的に接続されている。カバー２３は、処理容器２と一体であって処理容器２がカバー２３の役割を果たしていてもよい。カバー２３は、マイクロ波の導入方向Ｊ以外の方向において基部２２２の外周表面を覆うことで、マイクロ波が被加工材料８の径方向に伝播することを防ぐ。被加工材料８の径方向とは、被加工材料８の軸線Ｋから離れる方向に放射状に延びる方向である。軸線Ｋは上下方向に延びる。カバー２３は、導入部材２２を透過したマイクロ波パルスの伝播方向を上方向に限定する。

【0019】

シース拡大電極３０は、導入部材２２の突出部２２１の周囲を囲って、導入部材２２の周囲に配置される筒状の電極である。シース拡大電極３０は、金属材料から形成され、ガスは透過しない。シース拡大電極３０は、正電圧パルス発生部１６と電気的に接続し、正のバイアス電圧パルスが印加される。シース拡大電極３０の上下方向の長さは、シース拡大電極３０が処理容器２内に収まる範囲であればよく、シース拡大電極３０の上下方向の長さは５（ｍｍ）以上が好ましい。シース拡大電極３０の上下方向の長さが５（ｍｍ）未満の場合、プラズマがシース拡大電極３０を乗り越えて、導入面２２４よりも下方で皮膜が形成される可能性がある。シース拡大電極３０の上端３１の位置が、処理表面１０の導入部材２２側における下端と同じ位置になることを考慮して、シース拡大電極３０の上下方向の長さＤ６が設定される。本実施形態のシース拡大電極３０の上端３１は、導入部材２２の突出部２２１の導入面２２４よりも上下方向で上側に配置される。これにより導入面２２４はシース拡大電極３０と被加工材料８に囲まれるため原料ガスが到達しにくくなり、成膜工程における導入面２２４の汚れ付着を防止できる。シース拡大電極３０の下端部は、基部２２２を覆うカバー２３よりも上に位置する。

【0020】

絶縁部材２４は、カバー２３とシース拡大電極３０の下端部との間に設けられる。絶縁部材２４は、突出部２２１の周囲を囲い、且つマイクロ波パルスの導入方向Ｊに厚みを有する円板状である。絶縁部材２４は、シース拡大電極３０とカバー２３及び処理容器２とを電気的に絶縁する。絶縁部材２４の厚みは、マイクロ波パルスの波長の１／４以下であり、電力の印加によって絶縁破壊が起きない厚さであり、実施例では厚さ０．１２５（ｍｍ）である。この構成により、導入部材２２を透過するマイクロ波パルスがカバー２３とシース拡大電極３０との間にある絶縁部材２４を透過して、導入方向Ｊとは異なる方向に処理容器２内へ漏れ出すことが抑制される。なお、実施例において絶縁部材２４はポリイミドを用いたが、これに限るものではない。

【0021】

漏洩抑制部材４は、被加工材料８とは電気的に絶縁された位置に配置される。漏洩抑制部材４は、上下方向に延び且つ中央部に空洞４７を有する筒状である。漏洩抑制部材４は、空洞４７に被加工材料８及びシース拡大電極３０を配置する。漏洩抑制部材４とシース拡大電極３０は電気的に同電位となるよう配置されていてもよい。被加工材料８の下端部の外周は、導入部材２２及び漏洩抑制部材４によって囲まれる。漏洩抑制部材４は、少なくとも他の部材に対し露出する表面が、ステンレス等の導電性を有する材料で形成される。本実施形態の漏洩抑制部材４は、全体がステンレスで形成される。漏洩抑制部材４は、内側鍔部４５、外側鍔部４６、絶縁部材２４と当接する当接面４１と、内周面４４とを有する。内側鍔部４５は、漏洩抑制部材４の下端部において、軸線Ｋ側に向かって突出する。外側鍔部４６は、漏洩抑制部材４の下端部において、軸線Ｋから離れる側、即ち径方向に突出する。本実施形態の当接面４１は、漏洩抑制部材４の下面である。当接面４１には、絶縁部材２４から離れる側、即ち上側に凹んだ凹部である絶縁部４２が形成される。絶縁部４２は当接面４１において、被加工材料８を囲む環状に形成されており、絶縁部４２の表面は導電性を有する。

【0022】

当接面４１に垂直な方向における絶縁部４２の第一長さＤ２は、第二長さの±１（ｍｍ）の範囲の長さである。第一長さＤ２は、絶縁部４２の上下方向の長さである。第二長さは、導入部材２２から処理容器２内に導入されるマイクロ波の波長、又はマイクロ波の波長の偶数倍の長さの１／４である。例えば、マイクロ波の周波数が２．４５（ＧＨｚ）である場合、マイクロ波の波長は約１２２（ｍｍ）である。この場合、第一長さＤ２は、例えば、マイクロ波の波長の１／４である３０．５（ｍｍ）の±１（ｍｍ）の範囲、即ち、２９．５（ｍｍ）から３１．５（ｍｍ）の範囲であることが好ましい。この場合絶縁部４２は、マイクロ波が絶縁部材２４から処理容器２の内部の空間に漏洩することを防止するチョーク構造として機能する。

【0023】

当接面４１において、被加工材料８の径方向における、絶縁部４２の幅Ｄ１は、マイクロ波の波長の７／６０以下の範囲内にあることが好ましい。例えば、マイクロ波の周波数が２．４５（ＧＨｚ）である場合、絶縁部４２の幅Ｄ１は、１４（ｍｍ）以下であることが好ましい。

【0024】

絶縁部材２４の外径Ｄ５は、漏洩抑制部材４の当接面４１の外径Ｄ４よりも大きい。当接面４１の全面は絶縁部材２４と当接する。当接面４１の外側輪郭は、平面視円状である。当接面４１の外径Ｄ４は、マイクロ波の波長の１／２以上であることが好ましい。例えば、マイクロ波の周波数が２．４５（ＧＨｚ）である場合、当接面４１の外径Ｄ４の１／２、即ち当接面４１の外側輪郭の半径は、３０（ｍｍ）以上、且つ、処理容器２から離隔して配置される長さであることが好ましい。当接面４１の平面形状が円形以外の場合、当接面４１の外周において最も被加工材料８に近い位置と被加工材料８の中心との距離が３０（ｍｍ）以上であることが好ましい。平面視円状の当接面４１の外側輪郭の中心が、被加工材料８の中心と異なる場合も、当接面４１の外周において最も被加工材料８に近い位置と被加工材料８の中心との距離が３０（ｍｍ）以上であることが好ましい。

【0025】

内周面４４は、漏洩抑制部材４の内側鍔部４５の内周面である。内周面４４は、シース拡大電極３０と当接する。漏洩抑制部材４には、絶縁部４２と、処理容器２内の空間とを連通する貫通孔４３が形成されている。貫通孔４３は、漏洩抑制部材４の上面に、平面視円状に形成される。貫通孔４３は、絶縁部４２の上端から上方に延びる。

【0026】

電圧印加部２０は、被加工材料８の処理表面１０に沿うシース層を拡大させる正のバイアス電圧をシース拡大電極３０へ印加する。シース拡大電極３０と漏洩抑制部材４が電気的に同電位となるよう配置されている場合は、漏洩抑制部材４へ正のバイアス電圧を印加してもよい。電圧印加部２０はＤＣ電源１５及び正電圧パルス発生部１６を備える。ＤＣ電源１５は、制御部６の指示に従い、正電圧パルス発生部１６に正のバイアス電圧を供給する。ＤＣ電源１５の負極は、接地電位（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。正電圧パルス発生部１６は、ＤＣ電源１５から供給された正のバイアス電圧をパルス化する。このパルス化の処理は、正電圧パルス発生部１６が制御部６の指示に従い、正のバイアス電圧パルスの大きさ、周期、及びデューティ比を制御する処理である。正正のバイアス電圧は、例えば、＋３００～＋３９０（Ｖ）の範囲のバイアス電圧である。成膜装置１の電圧印加部２０は、正電圧パルス発生部１６を備えず、ＤＣ電源１５から、連続する正のバイアス電圧をシース拡大電極３０に印加してもよい。真空ポンプ３は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２の内部を真空排気可能なポンプである。

【0027】

ガス供給部５は、処理容器２の内部に成膜用の原料ガスを供給する。ガス供給部５は、例えばマスフローコントローラ（ＭＦＣ）が用いられる。原料ガスは、例えばＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２等の炭化水素系と水素ガス（Ｈ_２）とを含み、不活性ガスは、例えば窒素ガス（Ｎ_２）などを含む。ガス供給部５の制御により、適度に混合されて処理容器２内に供給される。図示しないが、処理容器２内には不活性ガスも供給されてもよい。

【0028】

放射温度計２９は、処理容器２の側壁に設けられた窓２７の外側近傍の位置に配置される。放射温度計２９は、制御部６に電気的に接続される。放射温度計２９は赤外線を受信し、受信した赤外線の強度を算出する。放射温度計２９は、算出した赤外線の強度から被加工材料８の表面温度を算出し、被加工材料８の温度情報を制御部６に出力する。

【0029】

制御部６は、装置全体の制御を司る。制御部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含む。制御部６は、マイクロ波供給部９と電圧印加部２０とに制御信号を出力してマイクロ波パルスの印加電力と正電圧パルスの印加電圧を制御する。制御部６は、放射温度計２９から入力された出力温度が予め設定された上限温度以下であることを確認したのち、正電圧パルス発生部１６及びマイクロ波パルス制御部１１に制御信号を出力する。制御部６は、上限温度以上の場合は制御信号の出力を停止し、自然冷却によって上限温度以下になる迄待機する。制御部６は、バイアス電圧パルスの印加タイミング、及び供給電圧と、マイクロ波発振器１２から発生されるマイクロ波パルスの供給タイミング、及び供給電力とを制御する。制御部６は、ガス供給部５に流量制御信号を出力して原料ガス及び不活性ガスの供給を制御する。処理容器２は処理容器２内の圧力を表す圧力信号を出力する真空計２６を有する。制御部６は、真空計２６から入力される圧力信号に基づいて、圧力調整バルブ７、リーク弁３３に制御信号を出力して、処理容器２内の圧力を制御する。

【0030】

マイクロ波供給部９は、被加工材料８の処理表面１０に沿ってプラズマを発生させるためのマイクロ波を導入部材２２から被加工材料８へ供給する。マイクロ波供給部９は、マイクロ波パルス制御部１１、マイクロ波発振器１２、マイクロ波電源１３、アイソレータ１７、チューナー１８、導波管１９、及び同軸導波管２１を備える。マイクロ波パルス制御部１１は制御部６の指示に従い、マイクロ波電源１３にパルス信号を供給する。マイクロ波電源１３は、制御部６の指示に従い、マイクロ波発振器１２へ電力を供給する。マイクロ波発振器１２は、制御部６の指示に従いパルス化した２．４５（ＧＨｚ）のマイクロ波を発振しアイソレータ１７にマイクロ波パルスを供給する。マイクロ波パルスはマイクロ波発振器１２からアイソレータ１７、チューナー１８、導波管１９、同軸導波管２１及び導入部材２２を経由し、被加工材料８の処理表面１０に供給される。なお、本実施形態のマイクロ波発振器１２は、パルス化したマイクロ波を発振したが、これに限らずパルス化しないマイクロ波を連続出力してもよい。

【0031】

アイソレータ１７は、マイクロ波の反射波がマイクロ波発振器１２へ戻ることを防ぐ。チューナー１８は、マイクロ波の反射波が最小になるようにチューナー１８前後のインピーダンスを整合する。同軸導波管２１は、図示しない同軸導波管変換器を介し、導波管１９から上方に円柱状に突設され、基部２２２と底面と勘合する。同軸導波管２１の軸心は、導入部材２２に支持された被加工材料８の軸線Ｋと一致する。

【0032】

上記成膜装置１を用いてＭＶＰ法を行う場合に生じる表面波励起プラズマについて説明する。通常、表面波励起プラズマを発生させる場合、ある程度以上の電子（イオン）密度におけるプラズマと、プラズマに接する誘電体との界面に沿ってマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は、プラズマと誘電体との界面に電磁波のエネルギーが集中した状態で表面波として伝播される。その結果、界面に接するプラズマは高エネルギー密度の表面波によって励起され、さらに増幅される。これにより高密度プラズマが生成されて維持される。ただし、この誘電体を導電性の被加工材料８に換えた場合、被加工材料８は表面波の導波路としては機能せず、好ましい表面波の伝播及びプラズマ励起を生ずることはできない。

【0033】

一方、プラズマに接する物体の表面近傍には、本質的に単一極性の荷電粒子層、所謂シース層が形成される。物体が、接地電位に接続された被加工材料８の場合、シース層とは電子密度が低い層、即ち、正極性であって、マイクロ波の周波数帯においては比誘電率ε≒１の層である。このため、被加工材料８の下端部の周囲にシース拡大電極３０を設け、被加工材料８を接地電位に接続し、シース拡大電極３０に、接地電位よりも高い正のバイアス電圧を印加することで、被加工材料８の処理表面１０に沿って形成されるシース層のシース厚さが厚くなり、即ちシース層が拡大する。このシース層が、プラズマとプラズマに接する物体との界面に表面波を伝播させる誘電体として作用する。尚、シース拡大電極３０に印加される正のバイアス電圧は、接地電位との電位差が、プラズマの生成に必要な電位差よりも低くなるように設定した電圧である。

【0034】

故に、被加工材料８の一端に近接して配置された導入部材２２から被加工材料８の他端に向けて、被加工材料８の処理表面１０に沿ってマイクロ波が供給され、被加工材料８及び導入部材２２の周囲に配置されたシース拡大電極３０に正のバイアス電圧が印加され、且つ被加工材料８が接地電位に接続されることによって、マイクロ波はシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝搬する。この結果、被加工材料８の処理表面１０に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。この高密度励起プラズマが、上記表面波励起プラズマである。

【0035】

上記実施形態の成膜装置１を用いたＭＶＰ法では、導入部材２２に密着させて被加工材料８を配置し、被加工材料８の処理表面１０に沿ってシース層が形成される。被加工材料８を接地電位に接続し、被加工材料８の下端部が配置される導入部材２２の周囲にシース拡大電極３０を配置して正のバイアス電圧を印加することにより拡大されたシース層に沿って、表面波として伝搬するマイクロ波によって高密度プラズマが生成される。このプラズマの密度が高いので、被加工材料８は高速成膜される。被加工材料８は、同軸導波管２１の中心導体と対向して配置されるので、マイクロ波が上方向に効率よく伝搬する。

【0036】

ＭＶＰ法を用いた成膜処理を簡単に説明する。作業者又は自動搬送機は、被加工材料８を処理容器２の凹部２２３に挿入して、被加工材料８を処理容器２にセットした後、被加工材料８の上端に電極１４を接続して、被加工材料８を接地電位に接続し、処理容器２を密閉する。制御部６は、真空ポンプ３を起動させた後、圧力調整バルブ７を全開に設定し、真空計２６から入力される圧力信号に基づいて、処理容器２の内部が、所定の真空度になる迄排気する。

【0037】

制御部６は、ガス供給部５、圧力調整バルブ７を制御して、処理容器２に不活性ガス及び原料ガスを、処理容器２内の圧力が所定値になる迄供給する。制御部６は、放射温度計２９から入力された出力温度が上限温度以下の条件で、マイクロ波発振器１２を制御して、２．４５（ＧＨｚ）のマイクロ波電力でマイクロ波パルスを生成して、生成されたマイクロ波パルスをアイソレータ１７、チューナー１８、導波管１９、同軸導波管２１及び導入部材２２を介して被加工材料８の処理表面１０に供給する。マイクロ波の周波数は０．３～５０（ＧＨｚ）の周波数であればよく、例えば、２．４５（ＧＨｚ）である。マイクロ波はパルス状のマイクロ波パルスの他、連続するマイクロ波でもよい。

【0038】

成膜装置１は、被加工材料８の表面のうち、シース拡大電極３０の上端３１よりも処理容器２内に突出する処理表面１０に皮膜を形成する。炭化水素系ガスを原料ガスとする場合、プラズマによって、グラファイト、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等、様々な構造の炭化物が生成される。被加工材料８に付着したグラファイト、ＣＮＴは水素プラズマによって選択的にエッチングされるため、被加工材料８の表面にはダイヤモンド薄膜が形成される。ダイヤモンドは導電性がなく、従来技術のように被加工材料８に負のバイアス電圧を印加した場合、ダイヤモンドの表面に電荷がたまる。このため、貯まった電荷と被加工材料８の電位差によって異常放電（アーキング現象）が発生し、ダイヤモンド皮膜を破壊する。本実施形態の成膜装置１は被加工材料８の電位を接地電位とすることで、貯まった電荷との電位差を小さくしアーキング現象の発生を抑制できるので、ダイヤモンド皮膜の破壊を防止し、高品質なダイヤモンド皮膜を形成できる。

【0039】

制御部６は、処理容器２内に残留している原料ガス及び不活性ガスを真空ポンプ３ですみやかに排気させたのち、圧力調整バルブ７を全閉動作させる。その後、制御部６は、リーク弁３３を開放し処理容器２の内部の圧力が外気圧と同じになった場合には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の報知部に成膜終了である旨を報知し、成膜処理を終了する。作業者又は自動搬送機は、被加工材料８から電極１４を取り外し、処理表面１０に皮膜が形成された被加工材料８を処理容器２から取り出す。

【0040】

図６及び図７を参照し、評価試験結果を説明する。被加工材料８は、直径１０（ｍｍ）、全長が８５（ｍｍ）で溝長５０（ｍｍ）の超硬Ｋ１０製切削工具とした。漏洩抑制部材４を備えない成膜装置１を比較例とし、漏洩抑制部材４を備える成膜装置１を実施例とした。処理表面１０として被加工材料８の先端から５０（ｍｍ）までの領域を設定した。図６の如く、成膜装置１のマイクロ波発振器１２が発振するマイクロ波は、ピーク電力が５００～１０００（Ｗ）、周波数が１（ｋＨｚ）、デューティ比が５０％に制御した。バイアス電圧パルスは、周波数が１ｋＨｚ、ピーク電圧の値が２００～３９０（Ｖ）に制御した。ガス流量は、Ｈ_２が２００（ｓｃｃｍ）、ＣＨ_４が２（ｓｃｃｍ）で供給され、圧力が１（ｋＰａ）に制御された。比較例と、実施例との各々について、同一の条件で試験を行い、絶縁部材２４付近で漏洩されたマイクロ波由来のプラズマの発生の有無を目視で確認した。図７において白丸は、プラズマの発生が確認されなかった場合を示し、バツ印はプラズマの発生が確認された場合を示す。

【0041】

図７の如く、比較例では、マイクロ波のピーク電力が５００Ｗ、且つ、バイアス電圧パルスのピーク電圧の値が３７０Ｖ又は３９０Ｖの条件と、マイクロ波のピーク電力が１０００Ｗ、且つ、バイアス電圧パルスのピーク電圧の値が３７０Ｖの条件との各々でプラズマの発生が確認された。比較例のその他の条件では、プラズマの発生が確認されなかった。一方実施例では、何れの条件でも、プラズマの発生が確認されなかった。以上より、漏洩抑制部材４を配置することで、マイクロ波の漏洩が抑制できることが確認された。

【0042】

図８から図１０を参照し、漏洩抑制部材４の構造が絶縁部材２４からマイクロ波が漏洩することが効果に与える影響の確認するシミュレーション結果を説明する。シミュレーターには有限要素解析ソフトのＣＯＭＳＯＬ（登録商標） Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ６．０を用い、ＲＦモジュールを使用した。マイクロ波の周波数を２．４５（ＧＨｚ）とし、周波数領域の解析を行った。モデル中では被加工材料８、導入部材２２、及び絶縁部材２４の比誘電率、非透磁率、及び導電率を設定した。プラズマは圧力を５０（Ｐａ）、プラズマ密度を１Ｅ１７（１／ｍ^３）、電子温度を２（ｅＶ）として算出した誘電率と導電率を使用した。漏洩抑制部材４の構造の内、絶縁部４２の第一長さＤ２（ｍｍ）、絶縁部４２の幅Ｄ１（ｍｍ）、及び当接面４１の外径Ｄ４の１／２（ｍｍ）の各々について、プラズマが発生しない条件をシミュレーション結果に基づき判断した。プラズマ放電を維持するために必要な最小電界強度は、絶縁破壊電圧の半分とされており、公知文献（Analysis of hydrogen plasma in a microwave plasma chemical vapor deposition reactor、G. Shivkumar et al.、Journal of Applied Physics 119、 113301 、2016）から、１．３３（ｋＰａ）の条件で７５００（Ｖ／ｍ）である条件を採用した。即ち、電界強度が７５００（Ｖ／ｍ）以下となる条件であれば、プラズマは発生しないことが想定される。絶縁部４２の第一長さＤ２（ｍｍ）、絶縁部４２の幅Ｄ１（ｍｍ）、及び当接面４１の外径Ｄ４の１／２（ｍｍ）の各々の値を変えた場合の電界強度を公知のシミュレーターを用いて計算した。絶縁部４２の内径は３６（ｍｍ）、漏洩抑制部材４の高さＤ３は３２．６（ｍｍ）とした。図８～図１０にある太線は電界強度の閾値７５００（Ｖ／ｍ）を示す。

【0043】

図８に示す電界強度（Ｖ／ｍ）と絶縁部４２の第一長さＤ２（ｍｍ）とに関するシミュレーションでは、絶縁部４２の幅Ｄ１を８（ｍｍ）、及び当接面４１の外径Ｄ４の１／２を３６（ｍｍ）に設定した。図８の如く、絶縁部４２の第一長さＤ２が２９．６（ｍｍ）の条件では、電界強度が７１２４（Ｖ／ｍ）であり、３０．６（ｍｍ）の条件では、電界強度が１９４４（Ｖ／ｍ）であり、３１．６（ｍｍ）の条件では、電界強度が３２３３（Ｖ／ｍ）であり、何れの場合も７５００（Ｖ／ｍ）を下回った。絶縁部４２の第一長さＤ２が２８．６（ｍｍ）の条件では、電界強度が１２３６７（Ｖ／ｍ）であり、絶縁部４２の第一長さＤ２が３２．６（ｍｍ）の条件では、電界強度が８４３１（Ｖ／ｍ）であり、何れも７５００（Ｖ／ｍ）を超えた。以上より、絶縁部４２の第一長さＤ２（ｍｍ）が、第二長さの±１（ｍｍ）の範囲にある場合に、絶縁部材２４から漏洩したマイクロ波に起因するプラズマの発生を好適に抑制できることが示唆された。

【0044】

図９に示す電界強度（Ｖ／ｍ）と絶縁部４２の幅Ｄ１（ｍｍ）とに関するシミュレーションでは、絶縁部４２の第一長さＤ２を３０．６（ｍｍ）、及び当接面４１の外径Ｄ４の１／２を３６（ｍｍ）に設定した。図９の如く、絶縁部４２の幅Ｄ１が１２（ｍｍ）以下の条件では、電界強度が７５００（Ｖ／ｍ）を下回り、絶縁部４２の幅Ｄ１が１（ｍｍ）以上の条件では絶縁部４２の幅Ｄ１と、電界強度とは単調増加傾向が確認された。絶縁部４２の幅Ｄ１が１４（ｍｍ）の条件では、電界強度が７５４３（Ｖ／ｍ）であり、絶縁部４２の幅Ｄ１が１６（ｍｍ）では、８６９７（Ｖ／ｍ）であった。以上より、絶縁部４２の幅Ｄ１が１４（ｍｍ）以下である場合に、絶縁部材２４から漏洩したマイクロ波に起因するプラズマの発生を好適に抑制できることが示唆された。

【0045】

図１０に示す電界強度（Ｖ／ｍ）と漏洩抑制部材４の当接面４１の外径Ｄ４の１／２（ｍｍ）とに関するシミュレーションでは、絶縁部４２の第一長さＤ２を３０．６（ｍｍ）、絶縁部４２の幅Ｄ１を８（ｍｍ）に設定した。図１０の如く、当接面４１の外径Ｄ４の１／２が２８（ｍｍ）以上の条件では当接面４１の外径Ｄ４の１／２と、電界強度とは単調減少傾向が確認された。当接面４１の外径Ｄ４の１／２が２９（ｍｍ）以下の条件では、電界強度が７５００（Ｖ／ｍ）を上回り、当接面４１の外径Ｄ４の１／２が２９（ｍｍ）の条件では、電界強度が８１３６（Ｖ／ｍ）であり、当接面４１の外径Ｄ４の１／２が３０（ｍｍ）では、７４５２（Ｖ／ｍ）であった。以上より、漏洩抑制部材４の当接面４１の外径Ｄ４の１/２が３０（ｍｍ）以上、且つ処理容器２から離隔して配置される長さである場合に、絶縁部材２４から漏洩したマイクロ波に起因するプラズマの発生を好適に抑制できることが示唆された。

【0046】

図１１及び図１２を参照して変形例の成膜装置１を説明する。図１１及び図１２では、上記実施形態の成膜装置１と同様の構成には同じ符号を付与している。変形例の成膜装置１は、導入部材２２とシース拡大電極３０と漏洩抑制部材４とに替えて、導入部材１２２とシース拡大電極１３０と漏洩抑制部材５４とを備える点で上記実施形態の成膜装置１と互いに異なり、他の構成は上記実施形態の成膜装置１と互いに同じである。以下、導入部材１２２とシース拡大電極１３０と漏洩抑制部材５４とについて説明する。変形例の導入部材１２２は、処理容器２内へ向けて突出する突出部２２５と、突出部２２５を支持する基部２２２とを有する。突出部２２５は、突出部２２５の上面である導入面２２６から下方に凹む凹部２２７が形成されている。凹部２２８は、マイクロ波の導入方向Ｊ、即ち上方に沿う向きに長い。凹部２２７の外周は、被加工材料８の外周よりもやや大きい。シース拡大電極１３０は、上端１３１が導入部材１２２の導入面２２６よりも下方にある。シース拡大電極１３０の上端１３１が導入面２２６よりも突出方向の下方側にある場合、突出方向における上端１３１の位置から導入面２２６の位置までの範囲において、被加工材料８は突出部２２５に覆われるので皮膜は形成されないが、導入面２２６から上側には十分な品質の皮膜を形成できる。シース拡大電極１３０は、上端１３１が上下方向において導入部材１２２の導入面２２６と同じ位置でもよい。

【0047】

漏洩抑制部材５４は、被加工材料８とは電気的に絶縁された位置に配置される。漏洩抑制部材５４は、上下方向に延び且つ中央部に空洞４７を有する筒状である。空洞４７に被加工材料８及びシース拡大電極１３０を配置する。漏洩抑制部材５４は、絶縁部材２４と当接する当接面５１と、上記実施形態と同様の内周面４４とを有する。漏洩抑制部材５４は、少なくとも表面が、ステンレス等の導電性を有する材料で形成される。本実施形態の漏洩抑制部材５４は、全体がステンレスで形成される。本実施形態の当接面５１は、漏洩抑制部材５４の下面である。当接面５１には、絶縁部材２４から離れる側、即ち上側に凹んだ凹部である絶縁部５２、５３が形成される。絶縁部５２、５３は当接面４１において、被加工材料８を囲む環状に形成されている。絶縁部５２、５３は、外径が互いに異なる。絶縁部５２、５３の幅及び第一長さは、互いに同じである。漏洩抑制部材５４は、絶縁部５２、５３の各々について、処理容器２と連通させる貫通孔が形成されてもよい。

【0048】

上記実施形態において、成膜装置１、処理容器２、漏洩抑制部材４、ガス供給部５、被加工材料８、電極１４、マイクロ波供給部９、処理表面１０、導入部材２２、絶縁部材２４、シース拡大電極３０、当接面４１、絶縁部４２、及び貫通孔４３は各々、本発明の成膜装置、処理容器、漏洩抑制部材、ガス供給部、被加工材料、接地部材、マイクロ波供給部、処理表面、導入部材、絶縁部材、シース拡大電極、当接面、絶縁部、及び貫通孔の一例である。電圧印加部２０は本発明の電圧印加部の一例である。変形例の導入部材１２２、シース拡大電極１３０、漏洩抑制部材５４、及び当接面５１は、本発明の導入部材、シース拡大電極、漏洩抑制部材、及び当接面の一例である。絶縁部５２、５３は、本発明の複数の絶縁部の一例である。

【0049】

上記実施形態の成膜装置１は、処理容器２、ガス供給部５、マイクロ波供給部９、シース拡大電極３０、電圧印加部２０、電極１４、絶縁部材２４、及び漏洩抑制部材４を備える。ガス供給部５は、処理容器２にガスを供給する。処理容器２は、導電性を有する被加工材料８を収容する。導入部材２２は、処理容器２の周囲に設け、且つマイクロ波を導入する。マイクロ波供給部９は、被加工材料８の処理表面１０に沿ってプラズマを発生させるためのマイクロ波を導入部材２２から被加工材料８へ供給する。シース拡大電極３０は、導入部材２２の周囲に配置される。電圧印加部２０は、被加工材料８の処理表面１０に沿うシース層を拡大させる正のバイアス電圧をシース拡大電極３０へ印加する。電極１４は、被加工材料８を電圧印加部２０の接地電位と同電位に電気的に接続する。絶縁部材２４は、シース拡大電極３０と処理容器２との間に配置され、シース拡大電極３０と処理容器２とを電気的に絶縁する。漏洩抑制部材４は、被加工材料８とは電気的に絶縁した位置に配置され、絶縁部材２４と当接する当接面４１と、当接面４１から絶縁部材２４から離れる側に延びる絶縁部４２とを有する。成膜装置１は、マイクロ波供給部９がマイクロ波を供給し、電圧印加部２０によりバイアス電圧を印加することで、被加工材料８の処理表面１０にマイクロ波の伝搬をさせ、被加工材料８近傍に高密度プラズマの生成する、公知のＭＶＰ法を用いた成膜処理を実施できる。成膜装置１は、電極１４により被加工材料８の電位を接地電位とすることで、アーキング現象の発生を抑制し、高品質な皮膜を形成できる。成膜装置１は、漏洩抑制部材４を備えるので、絶縁部材２４の端面から処理容器２内にマイクロ波が漏洩することを低減できる。故に成膜装置１は、マイクロ波の漏洩に起因して、意図しない部分でプラズマ放電が生じたり、絶縁部材２４が損傷することでシース拡大電極３０と処理容器２との絶縁を保てなくなる事態が生じたりすることを抑制できる。成膜装置１は、シース拡大電極３０に正のバイアス電圧を印加することで、被加工材料８の処理表面１０に形成されるシース層の厚みを拡大させ、処理表面１０に均一な皮膜を形成できる。

【0050】

絶縁部４２は、当接面４１において、被加工材料８を囲む環状に形成されている。成膜装置１は、絶縁部４２が被加工材料８を囲む環状に形成されていない場合に比べ、被加工材料８周りの周方向に亘って、絶縁部材２４の端面から処理容器２内にマイクロ波が漏洩することを低減できる。

【0051】

絶縁部４２の当接面４１に垂直な方向における第一長さＤ２は、マイクロ波の波長又はマイクロ波の波長の偶数倍の長さの１／４である第二長さの±１（ｍｍ）の範囲の長さである。成膜装置１では、絶縁部材２４から絶縁部４２に伝搬されて後に跳ね返るマイクロ波の位相は、絶縁部材２４中を伝搬するマイクロ波の位相の逆付近となる。故に成膜装置１は、絶縁部材２４中を伝搬するマイクロ波を、絶縁部材２４から絶縁部４２に伝搬されて後に跳ね返るマイクロ波により打ち消すことで、絶縁部材２４の端面から処理容器２内にマイクロ波が漏洩することを低減できる。

【0052】

漏洩抑制部材４の当接面４１の外径の１/２が３０（ｍｍ）以上、且つ処理容器２から離隔して配置される長さである。成膜装置１は、被加工材料８から当接面４１の外径の１/２が３０（ｍｍ）未満である場合に比べ、絶縁部材２４の端面から処理容器２内にマイクロ波が漏洩することを低減できる。

【0053】

絶縁部４２は、当接面４１から絶縁部材２４から離れる側に延びる凹部である。漏洩抑制部材４には、絶縁部４２と、処理容器２内の空間とを連通する貫通孔４３が形成されている。成膜装置１は、成膜処理を行う時、大気等の意図しないガスが絶縁部４２に残ることを抑制し、処理容器２内の排気時間を短縮できる。

【0054】

絶縁部材２４の外径Ｄ５は、漏洩抑制部材４の当接面４１の外径Ｄ４よりも大きい。成膜装置１は、絶縁部材２４の外径Ｄ５が漏洩抑制部材４の当接面４１の外径Ｄ４以下である場合に比べ、絶縁部材２４の端面から処理容器２内にマイクロ波が漏洩することを抑制できる。

【0055】

シース拡大電極３０は、導入部材２２の導入面２２４の周囲を囲う。故に導入面２２４から被加工材料８に導入されるマイクロ波がシース拡大電極３０の外側に漏れることがなく、成膜装置１は、広範囲に均一で高品質な皮膜を高速に形成できる。導入部材２２の周囲をシース拡大電極３０が囲う部分には成膜されない。故に、シース拡大電極３０の上端３１の位置を設定することにより、成膜装置１は、処理表面１０に確実に成膜処理を行うことができる。被加工材料８の電位を接地電位としたことで、成膜装置１は導電性の低い皮膜を形成する場合に問題となるアーキング現象の発生を抑制できる。故に成膜装置１は、ダイヤモンド等の導電性の低い皮膜であっても、広範囲に均一で高品質に、且つ高速に形成できる。

【0056】

変形例の漏洩抑制部材５４の当接面４１には、外径が互いに異なる複数の絶縁部５２、５３が形成されている。成膜装置１は、当接面４１に被加工材料８の周りを囲む一重の絶縁部４２が形成されている場合に比べ、絶縁部材２４の端面から処理容器２内にマイクロ波が漏洩することを抑制できる。

【0057】

本発明の成膜装置は上記実施形態の他に種々変更できる。下記変形例は矛盾がない範囲で適宜組み合わされてもよい。被加工材料８は接地されなくてもよい。漏洩抑制部材４は、少なくとも表面が導電性を有すればよく、例えば、表面に導電性コーティングを行ったセラミクス等でもよい。絶縁部材２４及び漏洩抑制部材４の平面形状は各々リング状でなくてもよい。導入部材２２、シース拡大電極３０、１３０、漏洩抑制部材４、５４の形状、大きさ、及び配置は各々適宜変更されてよい。漏洩抑制部材４の当接面４１は、絶縁部材２４の下面と当接してもよい。マイクロ波の導入方向Ｊは、上方でなくてもよく、マイクロ波の導入方向Ｊに応じて各部材の配置は変更されてよい。

【0058】

漏洩抑制部材４の絶縁部４２の形状及び大きさは、導入部材２２、シース拡大電極３０、及び絶縁部材２４の構成、並びに被加工材料８の皮膜形成条件等を考慮して適宜変更されてよい。絶縁部は、当接面４１から絶縁部材２４から離れる側に延びる凹部の他、セラミクス等の絶縁材料で形成された、当接面４１から絶縁部材２４から離れる側に延びる絶縁層であってもよい。漏洩抑制部材４の絶縁部４２は、当接面４１において被加工材料８を囲む環状に形成されなくてもよく、当接面４１において被加工材料８周りの周方向の一部に円状、円弧状及び線分状等の任意の形状に形成されてもよい。漏洩抑制部材４の絶縁部４２の当接面４１に垂直な方向における第一長さＤ２は、第二長さの±１（ｍｍ）の範囲の長さでなくてもよい。漏洩抑制部材に絶縁部が複数形成されている場合、一の絶縁部が、漏洩抑制部材の当接面において被加工材料８を囲む環状に形成されなくてもよく、他の絶縁部が円弧状又は線分状に形成されてもよいし、各絶縁部の第一長さは互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。漏洩抑制部材４の当接面４１の外径Ｄ４の１/２は３０（ｍｍ）未満でもよい。漏洩抑制部材４は、絶縁部４２と処理容器２内の空間とを連通する貫通孔４３が形成されなくてもよい。貫通孔４３の配置、形状、数は適宜変更されてよい。被加工材料８の周りを囲む複数の絶縁部が形成される場合、絶縁部の数は適宜変更されてよい。絶縁部材２４の外径Ｄ５は、漏洩抑制部材４の当接面４１の外径Ｄ４以下でもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ ：成膜装置
２ ：処理容器
４ ：漏洩抑制部材
５ ：ガス供給部
８ ：被加工材料
９ ：マイクロ波供給部
１０ ：処理表面
１１ ：マイクロ波パルス制御部
１２ ：マイクロ波発振器
１３ ：マイクロ波電源
１４ ：電極
１５ ：ＤＣ電源
１７ ：アイソレータ
１８ ：チューナー
１９ ：導波管
２０ ：電圧印加部
２１ ：同軸導波管
２２ ：導入部材
２４ ：絶縁部材
３０ ：シース拡大電極
４１ ：当接面
４２ ：絶縁部
４３ ：貫通孔
４４ ：内周面
４５ ：内側鍔部
４６ ：外側鍔部
４７ ：空洞

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】