特許 6994446 熱フィラメントＣＶＤ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-15

(45)【発行日】2022-01-14

(54)【発明の名称】熱フィラメントＣＶＤ装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/44 20060101AFI20220106BHJP

   C30B 29/04 20060101ALI20220106BHJP

【ＦＩ】

C23C16/44 Z

C30B29/04

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018168447

(22)【出願日】2018-09-10

(65)【公開番号】P2020041180

(43)【公開日】2020-03-19

【審査請求日】2020-11-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100178582

【弁理士】

【氏名又は名称】行武 孝

(72)【発明者】

【氏名】高橋 哲也

(72)【発明者】

【氏名】廣田 悟史

(72)【発明者】

【氏名】ライナー クレーマ

【審査官】神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１０２３６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２０９４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２２２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１１７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８０１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０１８９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０３８２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０２６４３８３６（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開平４－００６２７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／４４

Ｃ３０Ｂ ２９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基材に被覆処理を行う熱フィラメントＣＶＤ装置であって、
開口部が形成されているチャンバ本体と、前記開口部を封止および開放可能なように前記チャンバ本体に装着される扉部と、を有するチャンバと、
前記チャンバの内部に配置され、前記複数の基材を支持する基材支持体と、
前記開口部を通じて所定の挿入方向に沿って前記チャンバの内部に挿入可能な少なくとも一つのフィラメントカートリッジであって、
それぞれ第１方向に延びるとともに前記第１方向と交差する第２方向に互いに間隔をおいて配置される複数のフィラメントと、
前記第２方向に延びるとともに前記複数のフィラメントの前記第１方向における一端部をそれぞれ支持する第１枠部と、
前記第２方向に延びるとともに前記複数のフィラメントの前記第１方向における他端部をそれぞれ支持する第２枠部と、
前記第１枠部および前記第２枠部の前記第２方向における両端部をそれぞれ前記第１方向に沿って連結する一対の連結部材と、
を有する少なくとも一つのフィラメントカートリッジと、
前記複数のフィラメントに電流を流入させる電源と、
前記開口部を通じて前記挿入方向に沿って前記チャンバの内部に挿入される前記少なくとも一つのフィラメントカートリッジを前記挿入方向に沿ってそれぞれガイドするとともに、前記複数のフィラメントが前記第１方向および前記第２方向を含む平面と交差する第３方向において前記複数の基材に対向するように前記フィラメントカートリッジをそれぞれ保持する形状を有する一対の保持部と、
を備える、熱フィラメントＣＶＤ装置。

【請求項2】

前記少なくとも一つのフィラメントカートリッジは、複数のフィラメントカートリッジを有し、
前記一対の保持部は、前記挿入方向に沿って前記チャンバの内部に挿入される前記複数のフィラメントカートリッジをそれぞれガイドするとともに、前記複数のフィラメントカートリッジがそれぞれ有する前記複数のフィラメント同士が前記第３方向において互いに間隔をおいて配置されるように、前記複数のフィラメントカートリッジをそれぞれ保持する形状を有する、請求項１に記載の熱フィラメントＣＶＤ装置。

【請求項3】

前記一対の保持部は、前記第１枠部および前記第２枠部をそれぞれ保持する形状を有し、
前記第１枠部と前記第２枠部との前記第１方向における距離を変化させるように前記一対の保持部のうちの少なくとも一方の保持部を前記第１方向に移動させる保持部移動機構を更に備え、
前記一対の連結部材は、前記第１枠部と前記第２枠部との距離の変化を許容するように伸縮可能な伸縮部をそれぞれ有している、請求項１または２に記載の熱フィラメントＣＶＤ装置。

【請求項4】

前記チャンバの内部において、前記基材支持体の前記第１方向および前記第２方向における位置をそれぞれ規制するとともに、前記基材支持体を保持するステージを更に備え、
前記基材支持体には、複数の前記基材がそれぞれ挿入されることを許容する複数の孔部が開口されており、
前記第３方向から見て、前記一対の保持部に保持された前記少なくとも一つのフィラメントカートリッジの前記複数のフィラメント同士の間に前記複数の基材がそれぞれ配置される位置に前記基材支持体における前記複数の孔部の開口位置が設定されている、請求項１に記載の熱フィラメントＣＶＤ装置。

【請求項5】

前記複数の基材が前記複数のフィラメントに近接して配置される被覆処理位置と前記被覆処理位置よりも前記複数のフィラメントから前記第３方向に離間して配置される離間位置との間で移動するように、前記ステージを前記第３方向に移動させるステージ移動機構を更に備える、請求項４に記載の熱フィラメントＣＶＤ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材に被膜を形成する熱フィラメントＣＶＤ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、基材の表面にダイヤモンド薄膜などの被膜を形成する被覆装置として、熱フィラメントＣＶＤ装置が知られている。このような熱フィラメントＣＶＤ装置では、炭化水素（メタン）と水素との混合ガスが１０００度以上に加熱されたフィラメントによって予備加熱され、当該加熱ガスが基板表面に導入されることで、炭化水素の熱分解によってダイヤモンドが析出する。

【0003】

特許文献１には、立体形状を有する被加工物の表面に均一なダイヤモンド膜を析出するために、円筒状に配索されたフィラメントの内部に被加工物（基材）が配置される技術が開示されている。当該技術では、複数の支柱と当該複数の支柱を連結するリング状の梁とを備える骨格部材が備えられる。骨格部材の支柱および梁に、１本のフィラメントが張り巡らされることで、円筒状の加熱領域が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平４－６２７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された技術では、被覆処理が繰り返されることでフィラメントが破断した場合、破断したフィラメントが支柱および梁から順に取り外されるとともに、新たなフィラメントが支柱および梁に張り巡らされる必要がある。この結果、熱フィラメントＣＶＤ装置においてフィラメントの着脱、交換の作業時間が増大するという問題があった。

【0006】

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、フィラメントの着脱、交換作業を容易に行うことが可能な熱フィラメントＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一の局面に係る熱フィラメントＣＶＤ装置は、複数の基材に被覆処理を行う熱フィラメントＣＶＤ装置であって、開口部が形成されているチャンバ本体と、前記開口部を封止および開放可能なように前記チャンバ本体に装着される扉部と、を有するチャンバと、前記チャンバの内部に配置され、前記複数の基材を支持する基材支持体と、前記開口部を通じて所定の挿入方向に沿って前記チャンバの内部に挿入可能な少なくとも一つのフィラメントカートリッジであって、それぞれ第１方向に延びるとともに前記第１方向と交差する第２方向に互いに間隔をおいて配置される複数のフィラメントと、前記第２方向に延びるとともに前記複数のフィラメントの前記第１方向における一端部をそれぞれ支持する第１枠部と、前記第２方向に延びるとともに前記複数のフィラメントの前記第１方向における他端部をそれぞれ支持する第２枠部と、前記第１枠部および前記第２枠部の前記第２方向における両端部をそれぞれ前記第１方向に沿って連結する一対の連結部材と、を有する少なくとも一つのフィラメントカートリッジと、前記複数のフィラメントに電流を流入させる電源と、前記開口部を通じて前記挿入方向に沿って前記チャンバの内部に挿入される前記少なくとも一つのフィラメントカートリッジを前記挿入方向に沿ってそれぞれガイドするとともに、前記複数のフィラメントが前記第１方向および前記第２方向を含む平面と交差する第３方向において前記複数の基材に対向するように前記フィラメントカートリッジをそれぞれ保持する形状を有する一対の保持部と、を備える。

【0008】

本構成によれば、複数のフィラメントを支持するフィラメントカートリッジが、開口部を通じてチャンバの内部に挿入される。この際、一対の保持部がフィラメントカートリッジをガイドするため、フィラメントカートリッジをチャンバ内に容易に挿入することができる。また、一対の保持部は、複数のフィラメントが複数の基材に対向するようにチャンバ内においてフィラメントカートリッジを保持する。このため、複数のフィラメントをチャンバの内部における被覆処理位置に容易に配置することができる。また、複数のフィラメントの一部が破断した場合には、フィラメントカートリッジを交換することで、破断したフィラメントを容易に取り除くことができる。

【0009】

上記の構成において、前記少なくとも一つのフィラメントカートリッジは、複数のフィラメントカートリッジを有し、前記一対の保持部は、前記挿入方向に沿って前記チャンバの内部に挿入される前記複数のフィラメントカートリッジをそれぞれガイドするとともに、前記複数のフィラメントカートリッジがそれぞれ有する前記複数のフィラメント同士が前記第３方向において互いに間隔をおいて配置されるように、前記複数のフィラメントカートリッジをそれぞれ保持する形状を有することが望ましい。

【0010】

本構成によれば、チャンバの内部に対して複数のフィラメントカートリッジを容易に着脱することができる。また、複数のフィラメントカートリッジのフィラメントが第３方向に間隔をおいて配置されるため、第２方向において隣接するフィラメント間に基材を挿入可能な被覆処理空間を形成することができる。

【0011】

上記の構成において、前記一対の保持部は、前記第１枠部および前記第２枠部をそれぞれ保持する形状を有し、前記第１枠部と前記第２枠部との前記第１方向における距離を変化させるように前記一対の保持部のうちの少なくとも一方の保持部を前記第１方向に移動させる保持部移動機構を更に備え、前記一対の連結部材は、前記第１枠部と前記第２枠部との距離の変化を許容するように伸縮可能な伸縮部をそれぞれ有していることが望ましい。

【0012】

本構成によれば、被覆処理中に複数のフィラメントが熱膨張した場合であっても、保持部移動機構によって第１枠部と第２枠部との距離を変化させることで、複数のフィラメントの変形を抑止することができる。また、フィラメントカートリッジの一対の連結部材がそれぞれ伸縮部を有しているため、複数のフィラメントのカートリッジ構造を維持しながら、上記の変形を抑止することが可能となる。

【0013】

上記の構成において、前記チャンバの内部において、前記基材支持体の前記第１方向および前記第２方向における位置をそれぞれ規制するとともに、前記基材支持体を保持するステージを更に備え、前記基材支持体には、複数の前記基材がそれぞれ挿入されることを許容する複数の孔部が開口されており、前記第３方向から見て、前記一対の保持部に保持された前記少なくとも一つのフィラメントカートリッジの前記複数のフィラメント同士の間に前記複数の基材がそれぞれ配置される位置に前記基材支持体における前記複数の孔部の開口位置が設定されていることが望ましい。

【0014】

本構成によれば、基材支持体の複数の孔部に基材がそれぞれ挿入されるとともに、基材支持体がステージに保持されることで、複数のフィラメントに対する複数の基材の位置を合わせることができる。

【0015】

上記の構成において、前記複数の基材が前記複数のフィラメントに近接して配置される被覆処理位置と前記被覆処理位置よりも前記複数のフィラメントから前記第３方向に離間して配置される離間位置との間で移動するように、前記ステージを前記第３方向に移動させるステージ移動機構を更に備えることが望ましい。

【0016】

本構成によれば、ステージ移動機構がステージを第３方向に移動させることで、複数の基材を被覆処理位置と離間位置との間で移動させることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、フィラメントの着脱、交換作業を容易に行うことが可能な熱フィラメントＣＶＤ装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す正面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す平面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の電気的なブロック図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の複数のフィラメントカートリッジの斜視図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の複数のフィラメントカートリッジの斜視図である。

【図8】本発明の一実施形態に係るフィラメントカートリッジの連結部材の断面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す正面図であって、フィラメントカートリッジが脱離された状態の正面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す斜視図であって、フィラメントカートリッジが装着される様子を示す斜視図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す斜視図であって、フィラメントカートリッジが装着された状態の斜視図である。

【図12】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の保持部の断面図である。

【図13】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の保持部にフィラメントカートリッジが支持された状態の断面図である。

【図14】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す斜視図であって、基材支持体が装着される様子を示す斜視図である。

【図15】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す平面図であって、基材支持体が装着される様子を示す平面図である。

【図16】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す正面図であって、ステージが上昇する様子を示す正面図である。

【図17】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す斜視図であって、ステージが上昇した状態を示す斜視図である。

【図18】本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置の内部構造を示す正面図であって、ステージが上昇した状態を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置１について説明する。図１は、本実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置１の斜視図である。図２乃至図４は、それぞれ、熱フィラメントＣＶＤ装置１の内部構造を示す斜視図、正面図および平面図である。なお、図２では、後記のチャンバ２の一部の図示を省略している。

【0020】

熱フィラメントＣＶＤ装置１は、複数のワーク５（基材）に対して被覆処理を行う。本実施形態では、一例として、ワーク５はドリル刃である。ワーク５の材料としては、一般的に、超硬合金が用いられる。熱フィラメントＣＶＤ法は、熱分解による生成物や化学反応によって、薄膜を形成する方法である。熱フィラメントＣＶＤ法は化学気相成長法（ＣＶＤ）の一種であり、フィラメントが放出する熱エネルギーによる原料ガスの分解生成物や化学反応を利用する。熱フィラメントＣＶＤ装置１は、炭素系薄膜、特にダイヤモンド薄膜（多結晶ダイヤモンド薄膜）の成膜のために好適に用いることができる。本実施形態では、熱フィラメントＣＶＤ装置１は、熱フィラメントＣＶＤ法によってワーク５の表面にダイヤモンド薄膜を形成する。このようなダイヤモンド薄膜の成膜のための原料ガスとして、炭化水素等の炭素化合物ガスと、水素ガスとを混合した混合ガスが用いられる。本実施形態では、体積比率で１％のメタンと９９％の水素とからなる混合ガスが用いられる。

【0021】

熱フィラメントＣＶＤ装置１は、内部空間を有するチャンバ２を備える。チャンバ２は、チャンバ本体２Ｓと、不図示の扉部と、を有する。チャンバ本体２Ｓは、上記の内部空間を画定する。チャンバ本体２Ｓは、底部２０と、４本（複数）の脚部２１と、前フランジ２２と、右側壁２３と、天板２４と、左側壁２５と、後壁２６と、を有する（図１、図２）。前フランジ２２には、開口部２Ｈが形成されている。不図示の扉部は、チャンバ本体２Ｓに対して開閉可能に装着されている。閉状態の扉部は、開口部２Ｈを封止する。また、開状態の扉部は、開口部２Ｈを開放する。４本の脚部２１の下端部は、底部２０から下方に延びている。なお、各脚部２１は、エアシリンダ構造を有し、伸縮可能とされている。脚部２１の上端部は、チャンバ２の内部に配置され、後記のステージ３に接続されている。チャンバ２の内部空間は、不図示の真空ポンプに連通しており、被覆処理時には、チャンバ２の内部空間が真空または略真空状態とされる。

【0022】

更に、熱フィラメントＣＶＤ装置１は、ステージ３と、複数のワーク５をそれぞれ支持する複数のワーク支持ブロック４（基材支持体）と、フィラメント電極ユニット６（フィラメントユニット）と、固定電極７１（第１電極）と、可動電極７２（第２電極）と、左支持部７３と、右支持部７４と、を備える。

【0023】

ステージ３は、チャンバ２の内部において水平に配置され、複数のワーク支持ブロック４を支持する。ステージ３は平面視で矩形形状を有しており、ステージ３の下面部の四隅には、前述の脚部２１がそれぞれ接続されている。なお、後記のステージ駆動部８３によって、各脚部２１が伸縮されると、ステージ３が上下に移動する。ステージ３は、上面視で矩形状のテーブル３１を有する。テーブル３１には、複数のワーク支持ブロック４が左右方向において隙間なく配設されるように、凹状の固定部３１Ｓが形成されている。

【0024】

複数のワーク支持ブロック４は、それぞれ、前後方向に長く延びる直方体形状（短冊形状）を備えている。ワーク支持ブロック４の上面部には、ワーク５が挿入可能な複数の支持穴４Ｈ（図９参照）（支持部）が開口されている。詳しくは、各ワーク支持ブロック４には、左右方向に間隔をおいて２列の支持穴４Ｈ群が形成されており、各支持穴４Ｈ群は、前後方向に間隔をおいて配置される複数の支持穴４Ｈを含む。この際、複数の支持穴４Ｈの前後方向における間隔は均等に設定されている。

【0025】

フィラメント電極ユニット６は、図２、図３に示すように、チャンバ２の内部において、ステージ３（複数のワーク５）の上方に配置される。フィラメント電極ユニット６は、複数のフィラメント６０を有する（図４）。なお、フィラメント電極ユニット６の構造については、後記で更に詳述する。

【0026】

固定電極７１および可動電極７２は、チャンバ２の内部にそれぞれ配置される。図２、図４に示すように、固定電極７１および可動電極７２は、前後方向に延びるように配置されている。固定電極７１は、複数のフィラメント６０の左端部（第１方向の一端部）に電気的に接続される。一方、可動電極７２は、複数のフィラメント６０の右端部（第１方向の他端部）に電気的に接続される。固定電極７１および可動電極７２は、後記の加熱電源８１に電気的に接続されている。加熱電源８１の電力を受けて固定電極７１および可動電極７２は、複数のフィラメント６０の左端部と右端部との間に所定の電流を流す。この結果、複数のフィラメント６０が加熱される。

【0027】

左支持部７３および右支持部７４は、それぞれ、固定電極７１および可動電極７２を支持する。また、左支持部７３および右支持部７４は、加熱電源８１とフィラメント電極ユニット６とを電気的に接続する。このため、左支持部７３および右支持部７４の内部には、不図示の電気配線が配設されている。左支持部７３は、チャンバ２の外部に露出した左外側支持部７３１と、チャンバ２の内部に位置する左内側支持部７３２と、を有する（図３）。同様に、右支持部７４は、チャンバ２の外部に露出した右外側支持部７４１と、チャンバ２の内部に位置する右内側支持部７４２と、を有する。本実施形態では、右支持部７４の右内側支持部７４２は、伸縮可能なシリンダ構造を備えている。右内側支持部７４２は、後記の電極駆動部８２（図５）が発生する駆動力を受けて、チャンバ２の内部で伸縮する。この結果、可動電極７２がチャンバ２の内部において左右方向に移動可能とされる（図４の矢印ＤＲ参照）。

【0028】

なお、図３、図４に示すように、チャンバ２の右側壁２３および左側壁２５には、それぞれ左支持部７３および右支持部７４が貫通する貫通孔２３Ｈ、２５Ｈが開口されている。これらの貫通孔と各支持部との隙間は、不図示のシール材によって封止されている。

【0029】

図５は、本実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置１の電気的なブロック図である。熱フィラメントＣＶＤ装置１は、更に、制御部８０を備える。制御部８０は、熱フィラメントＣＶＤ装置１の動作を統括的に制御するもので、制御信号の送受先として、加熱電源８１、電極駆動部８２（保持部移動機構）、ステージ駆動部８３（ステージ移動機構）、操作部８４および表示部８５などに電気的に接続されている。なお、制御部８０は、熱フィラメントＣＶＤ装置１に備えられたその他のユニットにも電気的に接続されている。なお、熱フィラメントＣＶＤ装置１は、ガス流量の制御部なども備えている（不図示）。

【0030】

加熱電源８１は、固定電極７１および可動電極７２に所定の電流を流すことで、複数のフィラメント６０を約２０００℃から２５００℃に加熱する。加熱電源８１には、安定した直流特性を備えた高周波パルス電源が用いられることが望ましい。

【0031】

電極駆動部８２は、不図示のモータおよびギア機構を備える。電極駆動部８２は、チャンバ２の内部で可動電極７２を移動させる駆動力を発生する。電極駆動部８２は、右支持部７４に連結されている。

【0032】

ステージ駆動部８３は、不図示のモータおよびギア機構を備える。ステージ駆動部８３は、チャンバ２の内部でステージ３を上下移動させる駆動力を発生する。ステージ駆動部８３は、４本の脚部２１に連結されている。

【0033】

操作部８４は、不図示の操作パネルからなり、熱フィラメントＣＶＤ装置１を制御するための各種操作を受け付ける。

【0034】

表示部８５は、不図示の液晶パネルからなり、熱フィラメントＣＶＤ装置１の各種動作情報などを表示する。

【0035】

制御部８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、ＣＰＵが前記制御プログラムを実行することにより、電源制御部８０１、駆動制御部８０２、演算部８０３、判定部８０４、記憶部８０５および出力部８０６を機能的に有するように動作する。

【0036】

電源制御部８０１は、操作部８４に入力された操作情報に応じて加熱電源８１を制御する。電源制御部８０１は、加熱電源８１の出力（ｋＷ）、加熱時間などを制御する。

【0037】

駆動制御部８０２は、操作部８４に入力された操作情報に応じて電極駆動部８２を制御し、可動電極７２を左右に移動させる。また、駆動制御部８０２は、操作部８４に入力された操作情報に応じてステージ駆動部８３を制御し、ステージ３を上下に移動させる。

【0038】

演算部８０３は、フィラメント６０の加熱時間に応じて、フィラメント６０の熱膨張量を演算する。また、演算部８０３は、当該熱膨張量に基づいて可動電極７２の移動設定量を演算する。

【0039】

判定部８０４は、加熱電源８１の電流値の変化に基づいて、フィラメント６０の断線を判定する。判定部８０４によってフィラメント６０が断線したと判定されると、断線情報が表示部８５に表示される。

【0040】

記憶部８０５は、熱フィラメントＣＶＤ装置１を制御するための各種パラメータ、閾値情報などを格納している。一例として、記憶部８０５は、演算部８０３がフィラメント６０の熱膨張量を演算するためのパラメータを格納している。

【0041】

出力部８０６は、電源制御部８０１および駆動制御部８０２による加熱電源８１および電極駆動部８２の制御に応じて、各種の指令信号を出力する。

【0042】

＜フィラメント電極ユニットの構造について＞
次に、本実施形態に係る複数のフィラメントカートリッジの構造について、更に詳述する。図６および図７は、本実施形態に係る複数のカートリッジを含むフィラメント電極ユニット６の斜視図である。図８は、フィラメント電極ユニット６の連結部材６３の断面図である。

【0043】

本実施形態では、フィラメント電極ユニット６は、第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃ（複数のフィラメントカートリッジ）を有する。なお、第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃは、同じ構造を備えている。各カートリッジは、前記扉部が開放された状態で、開口部２Ｈ（図１）を通じてチャンバ２の内部に装着可能とされる。以下では、第１カートリッジ６Ａを例にして、その構造について説明する。第１カートリッジ６Ａは、複数のフィラメント６０と、左枠部６１（第１枠部）と、右枠部６２（第２枠部）と、一対の連結部材６３と、を有する。なお、各カートリッジは、左右反転させてもチャンバ２内に装着することができる。

【0044】

複数のフィラメント６０（図４）は、それぞれ左右方向（第１方向）に延びるとともに前後方向（第１方向と交差する第２方向）に互いに間隔をおいて配置される。フィラメント６０には、その線径が０．０５～１．０ｍｍのタングステン又はタンタル等の高融点金属のワイヤが用いられる。なお、各フィラメントカートリッジには、それぞれ２０本のフィラメント６０が配設される。

【0045】

左枠部６１は、前後方向に延びる部材であって複数のフィラメント６０の左端部をそれぞれ支持する。左枠部６１は、左枠前端部６１１と、左枠後端部６１２と、複数のフィラメント係止部６１３と、を有する。左枠前端部６１１は、左枠部６１の前端部に配置され、前側の連結部材６３の左端部を支持する。左枠後端部６１２は、左枠部６１の後端部に配置され、後側の連結部材６３の左端部を支持する。複数のフィラメント係止部６１３は、フィラメント６０の左端部をそれぞれ係止する（図１３参照）。なお、左枠部６１が固定電極７１に支持されると、フィラメント係止部６１３を通じて、フィラメント６０の左端部と加熱電源８１とが導通する。

【0046】

同様に、右枠部６２は、前後方向に延びる部材であって複数のフィラメント６０の右端部をそれぞれ支持する。右枠部６２は、右枠前端部６２１と、右枠後端部６２２と、複数のフィラメント係止部（不図示、上記のフィラメント係止部６１３と同様）と、を有する。右枠前端部６２１は、右枠部６２の前端部に配置され、前側の連結部材６３の右端部を支持する。右枠後端部６２２は、右枠部６２の後端部に配置され、後側の連結部材６３の右端部を支持する。複数のフィラメント係止部は、フィラメント６０の右端部をそれぞれ係止する。なお、右枠部６２が可動電極７２に支持されると、フィラメント係止部を通じて、フィラメント６０の右端部と加熱電源８１とが導通する。

【0047】

一対の連結部材６３は、左枠部６１および右枠部６２の前後方向における両端部をそれぞれ左右方向に沿って連結する。図７および図８を参照して、連結部材６３は、金属製の第１支持ロッド６３１および第２支持ロッド６３２と、絶縁ブッシュ６３３と、を有する。また、第１支持ロッド６３１は、小径部６３１Ａと、大径部６３１Ｂと、を含む。第２支持ロッド６３２は、先端部６３２Ａを含む。第１支持ロッド６３１の大径部６３１Ｂには、図８に示すように、円筒状の空洞部が形成されている。絶縁ブッシュ６３３は、円筒形状を有しており、大径部６３１Ｂの空洞部に予め嵌め込まれている。図８に示すように、第２支持ロッド６３２の先端部６３２Ａが、第１支持ロッド６３１内の絶縁ブッシュ６３３に挿入されている。なお、絶縁ブッシュ６３３は、セラミックなどの絶縁材料から構成されており、第１支持ロッド６３１と第２支持ロッド６３２との間での放電を阻止する。また、絶縁ブッシュ６３３は、金属製の先端部６３２Ａに対する摺動性が高いため、連結部材６３の伸縮動作に伴って電極駆動部８２に係る駆動負荷を低減することができる。前述のように、電極駆動部８２が発生する駆動力によって、可動電極７２が左右に移動すると、可動電極７２に接続された右枠部６２および前後一対の第２支持ロッド６３２が可動電極７２に追従して移動する。この際、絶縁ブッシュ６３３の内部で第２支持ロッド６３２の先端部６３２Ａがスライド移動する。このように、本実施形態では、第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃが、複数のフィラメント６０を平行に保持するとともに、フィラメント６０が延びる方向に連結部材６３が伸縮可能とされている。なお、第１支持ロッド６３１の大径部６３１Ｂおよび第２支持ロッド６３２の先端部６３２Ａは、本発明の伸縮部６３Ｈ（図８）を構成する。伸縮部６３Ｈは、電極駆動部８２の駆動力を右支持部７４から受けることで、左枠部６１と右枠部６２との距離の変化を許容するように伸縮する。

【0048】

＜保持部について＞
図９は、本実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置１の内部構造を示す正面図であって、フィラメント電極ユニット６が脱離された状態の正面図である。図１０は、フィラメント電極ユニット６の各カートリッジが固定電極７１および可動電極７２に装着される様子を示す斜視図である。図１１は、フィラメント電極ユニット６の各カートリッジが固定電極７１および可動電極７２に保持された状態の斜視図である。更に、図１２は、熱フィラメントＣＶＤ装置１の固定電極７１の断面図であり、図１３は、固定電極７１にフィラメント電極ユニット６の各カートリッジが保持された状態の断面図である。

【0049】

本実施形態では、固定電極７１および可動電極７２がフィラメント電極ユニット６を保持する保持部を有している。なお、固定電極７１および可動電極７２は、左右対称の形状を備えているため、以下では固定電極７１を例に説明する。固定電極７１は、図１２に示すように、右側に開放された断面コの字形状を有する。換言すれば、固定電極７１は、係合凹部７１Ｈ（保持部）を有する。係合凹部７１Ｈは、固定電極７１の前後方向全域に亘って形成されている。係合凹部７１Ｈの上端部には、電極上側係合部７１Ｊが形成されており、係合凹部７１Ｈの下端部には、電極下側係合部７１Ｋが形成されている。電極上側係合部７１Ｊの断面は、三角形状を有し、上側傾斜部７１Ｊ１および上内側部７１Ｊ２によって画定されている。同様に、電極下側係合部７１Ｋの断面は、三角形状を有し、下側傾斜部７１Ｋ１および下内側部７１Ｋ２によって画定されている。なお、図１２に示すように、上側傾斜部７１Ｊ１と下側傾斜部７１Ｋ１は互いに平行とされ、係合凹部７１Ｈの内部に向かって（左方向に向かって）先下がりに傾斜している。

【0050】

一方、図１３を参照して、第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃの左枠部６１は、固定電極７１の係合凹部７１Ｈに嵌合可能な形状を有している。すなわち、左枠部６１は、左上端部に形成された上凸部６１Ａと、左下端部に形成された下凸部６１Ｂと、を有する。下凹部６１Ｂの右側には下凹部６１Ｃが形成されている。上凸部６１Ａおよび下凹部６１Ｂは、それぞれ、上側傾斜部７１Ｊ１および下側傾斜部７１Ｋ１に当接する傾斜面を有している（図１３）。

【0051】

図７に示すように、第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃが予め上下に重なるように組み合わされ、フィラメント電極ユニット６が一体的に固定電極７１および可動電極７２に装着される場合について説明する。図１３に示すように、第１カートリッジ６Ａの上凸部６１Ａが第２カートリッジ６Ｂの下凹部６１Ｃに嵌まり込むとともに、第２カートリッジ６Ｂの上凸部６１Ａが第３カートリッジ６Ｃの下凹部６１Ｃに嵌まり込むことで、３つのカートリッジが互いに連結される。なお、可動電極７２および右枠部６２側も同様である。そして、フィラメント電極ユニット６のうち最も下方に位置する第１カートリッジ６Ａの下凸部６１Ｂが、固定電極７１の電極下側係合部７１Ｋ（図１２）に嵌合しながら、第１カートリッジ６Ａが、固定電極７１に沿ってチャンバ２内に挿入される。この際、第１カートリッジ６Ａの右枠部６２も、同様の構造によって、可動電極７２に沿ってチャンバ内に挿入される。一方、フィラメント電極ユニット６のうち最も上方に位置する第３カートリッジ６Ｃの上凸部６１Ａは、固定電極７１の電極上側係合部７１Ｊ（図１２）に嵌合しながら、第３カートリッジ６Ｃが、固定電極７１に沿ってチャンバ２内に挿入される。この際、第３カートリッジ６Ｃの右枠部６２も、同様の構造によって、可動電極７２に沿ってチャンバ内に挿入される。なお、フィラメント電極ユニット６の第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃは、図６、図１０に示すように、下から順にチャンバ２内に挿入されてもよい。

【0052】

このように、本実施形態では、固定電極７１および可動電極７２が、開口部２Ｈを通じて前後方向と平行な装着方向（図１０の矢印ＤＳ）に沿ってチャンバ２の内部空間に挿入される第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃをガイドする形状を有する。また、固定電極７１および可動電極７２は、複数のフィラメント６０が複数のワーク５に対して上下方向（第１方向および第２方向を含む平面と交差する第３方向）において対向するように各カートリッジの左枠部６１および右枠部６２を保持する（図３、図４）。そして、チャンバ２内に装着された第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃの複数のフィラメント６０は、上下方向において互いに間隔をおいて配置される。この結果、左右方向において隣接するフィラメント６０同士の間には、上下方向において第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃを貫くような空間が形成される。当該空間には、被覆処理時に、後記のようにワーク支持ブロック４に支持されたワーク５が挿入される。

【0053】

図１４は、本実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置１の内部構造を示す斜視図であって、ワーク支持ブロック４がステージ３に装着される様子を示す斜視図である。また、図１５は、熱フィラメントＣＶＤ装置１の内部構造を示す平面図であって、ワーク支持ブロック４がステージ３に装着される様子を示す平面図である。前述のように、ステージ３は、テーブル３１を備える。テーブル３１には、凹状の固定部３１Ｓが形成されている（図３）。固定部３１Ｓの左右方向における幅は、複数（１０個）のワーク支持ブロック４の左右方向の幅の和に僅かな隙間嵌め公差を含めた長さに相当する。ワーク５がドリル刃である場合、重量が大きいため多くのワーク５を一度にテーブル３１上に載置することが難しい。本実施形態では、図１４および図１５に示すように、複数のワーク支持ブロック４が前後方向に延びる直方体形状からなるため、テーブル３１全体に分布する複数のワーク５（図１５）をテーブル３１上に分割して載置することができる。また、凹状の固定部３１Ｓは、複数のワーク支持ブロック４を左右方向において位置決めする機能を有している。更に、テーブル３１は、固定部３１Ｓの後端部に配置された規制部３１Ｔ（図４、図１４）を有する。規制部３１Ｔは、左右方向に延びる壁部であり、複数のワーク支持ブロック４に当接することで、ワーク支持ブロック４の後端位置を規制する。この結果、複数のワーク支持ブロック４上に支持される複数のワーク５の前後および左右方向における位置が規制される。換言すれば、各ワーク支持ブロック４に形成された複数の支持穴４Ｈ（図９）は、上下方向（第３方向）から見て、固定電極７１および可動電極７２に保持されたフィラメント電極ユニット６の各カートリッジの複数のフィラメント６０同士の間に複数のワーク５をそれぞれ配置させるように、ワーク支持ブロック４上に開口されている。そして、テーブル３１の固定部３１Ｓは、複数のフィラメント６０同士の間に複数のワーク５をそれぞれ配置させるように、ワーク支持ブロック４の位置を規制する。

【0054】

図１６は、本実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置１の内部構造を示す正面図であって、テーブル３１（ステージ３）が上昇する様子を示す正面図である。図１７は、熱フィラメントＣＶＤ装置１の内部構造を示す斜視図であって、テーブル３１が上昇した状態を示す斜視図である。更に、図１８は、熱フィラメントＣＶＤ装置１の内部構造を示す正面図であって、テーブル３１が上昇した状態を示す正面図である。

【0055】

複数のワーク５に対する被覆処理の準備として、前述のように、固定電極７１および可動電極７２にフィラメント電極ユニット６が装着されるとともに、複数のワーク５を支持した複数のワーク支持ブロック４がそれぞれテーブル３１に装着される。そして、不図示の扉部が閉止されると、真空ポンプによってチャンバ２内が略真空状態とされるとともに、混合ガスが導入される。作業者が操作部８４（図５）を操作するとステージ駆動部８３がステージ３を上方に移動させる（図１６、図１７の矢印ＤＴ）。この結果、前後方向および左右方向を含む平面内において、複数のワーク５が複数のフィラメント６０同士の間にそれぞれ位置する。なお、本実施形態では、図１８に示すように、第３カートリッジ６Ｃのフィラメント６０と第２カートリッジ６Ｂのフィラメント６０との間に、ワーク５の先端が位置するように、ステージ３の上方移動が制御される。

【0056】

次に、作業者による操作に応じて、電源制御部８０１が加熱電源８１を制御し、固定電極７１および可動電極７２に電流が流入すると、複数のフィラメント６０の加熱が開始される。この際、各フィラメント６０は加熱とともに熱膨張する。本実施形態では、前述のように、電極駆動部８２が可動電極７２を左右方向（フィラメント６０の延び方向）に移動させることが可能である。演算部８０３は、式１から、フィラメント６０の熱膨張量ΔＬ（ｍｍ）を演算する。
ΔＬ＝α×（Ｔ２－Ｔ１）×Ｌ ・・・（式１）
なお、式１において、αは材料ごとの熱膨張係数であり、Ｔ１は室温（℃）、Ｔ２は放射温度計で測定するフィラメント６０の温度であり、Ｌ（ｍｍ）はフィラメント６０の元の長さである。

【0057】

そして、駆動制御部８０２は、電極駆動部８２を制御して、演算部８０３によって演算された熱膨張量分だけ可動電極７２を右方（フィラメント６０を引っ張る方向）に移動させる。この際、本実施形態では、フィラメント６０の熱膨張量分だけ可動電極７２が移動されるため、フィラメント６０に余分な張力が付与されることがない。この結果、各フィラメント６０の熱膨張に伴って、フィラメント６０の中央部が下方に垂れること（変形）が抑止される。このような可動電極７２の移動制御（フィラメント６０の姿勢制御）は、フィラメント６０の温度が上昇する加熱初期段階で主に実行される。なお、ワーク５に対する被覆処理時間の全体に亘って、このような制御が継続されてもよい。

【0058】

やがて、各フィラメント６０が、加熱電源８１の入力電力に応じた所定の加熱温度に至ると、チャンバ２内において、フィラメント６０が原料ガスを加熱し、グラファイトおよび他の非ダイヤモンド炭素が、原子状水素と反応し蒸発する。ここで、原子状水素は、反応性の高い炭素－水素種を形成するために、元の炭化水素ガス（メタン）と反応する。この種が分解するときに、水素が放出され、純粋な炭素すなわちダイヤモンドが形成され、ワーク５にダイヤモンド膜が形成される。

【0059】

このように、本実施形態では、被覆処理に際して、フィラメント６０の中央部が下方に垂れることが抑止されるため、フィラメント６０の長手方向（左右方向）においてフィラメント６０とワーク５との距離が変動することが抑止される。このため、テーブル３１上の位置に応じて、ワーク５の成膜速度が変動することや成膜結果（膜厚、均一性）にばらつきが生じることが抑止される。なお、本実施形態のように、チャンバ２内で上下および前後方向に複数のフィラメント６０が隣接して配置される場合、従来のような放射温度計を用いてフィラメント６０の温度を直接測定すると、測定精度が低くなりやすい。また、フィラメント６０の径が小さいため、放射される赤外線、電磁波の計測が困難であるとともに、測定設備が高額となる。一方、本実施形態では、加熱電源８１の出力電力に応じて、フィラメント６０の熱膨張量が演算されるとともに、当該熱膨張量に応じて可動電極７２が移動される。したがって、フィラメント６０の温度が直接測定される場合と比較して、制御バラつきが抑制され、フィラメント６０の姿勢が安定して保持されるとともに、ワーク５に対する被覆品質が向上する。

【0060】

以上のように、本実施形態では、複数のフィラメント６０を支持するフィラメントカートリッジ６Ａ、６Ｂおよび６Ｃが、開口部２Ｈを通じてチャンバ２の内部に挿入される。この際、固定電極７１および可動電極７２が各フィラメントカートリッジをガイドするため、フィラメントカートリッジをチャンバ２内に容易に挿入することができる。また、固定電極７１および可動電極７２は、複数のフィラメント６０が複数のワーク５に対向するようにチャンバ２内において各フィラメントカートリッジを保持する。このため、複数のフィラメント６０をチャンバ２の内部における被覆処理位置に容易に配設することができる。また、複数のフィラメント６０の一部が破断した場合には、フィラメントカートリッジを交換することで、破断したフィラメント６０を容易に取り除くことができる。

【0061】

また、本実施形態では、チャンバ２の内部に対して複数のフィラメントカートリッジを容易に着脱することができる。また、複数のフィラメントカートリッジのフィラメント６０が上下方向に間隔をおいて配置されるため、前後方向において隣接するフィラメント６０間にワーク５を挿入可能な被覆処理空間を形成することができる。

【0062】

また、本実施形態では、被覆処理中に複数のフィラメント６０が熱膨張した場合であっても、電極駆動部８２によって左枠部６１と右枠部６２との距離を変化させることで、複数のフィラメント６０の垂れ、変形を抑止することができる。また、フィラメントカートリッジの一対の連結部材６３がそれぞれ伸縮部６３Ｈを有しているため、複数のフィラメント６０のカートリッジ構造を維持しながら、熱膨張による上記の変形を抑止することが可能となる。

【0063】

更に、本実施形態では、ワーク支持ブロック４の複数の支持穴４Ｈにワーク５がそれぞれ挿入されるとともに、ワーク支持ブロック４がステージ３のテーブル３１に保持されることで、複数のフィラメント６０に対する複数のワーク５の被覆処理位置を合わせることができる。

【0064】

また、本実施形態では、ステージ駆動部８３がステージ３を上下方向に移動させることで、複数のワーク５を複数のフィラメント６０に近接して配置される被覆処理位置と被覆処理位置よりも複数のフィラメント６０から下方向に離間して配置される離間位置との間で移動させることができる。

【0065】

以上、本発明の一実施形態に係る熱フィラメントＣＶＤ装置１について説明したが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。本発明に係る熱フィラメントＣＶＤ装置として、以下のような変形実施形態が可能である。

【0066】

（１）上記の実施形態では、複数のフィラメント６０が延びる方向（左右方向）と交差（直交）する前後方向（図１０の矢印ＤＳ）に沿って、第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃがチャンバ２内に挿入される態様にて説明したが、各カートリッジは複数のフィラメント６０が延びる方向に沿ってチャンバ２内に挿入される態様でもよい。この場合、図１０の固定電極７１および可動電極７２がチャンバ２の前側および後側にそれぞれ配置されればよい。また、カートリッジの着脱時には前側に配置される電極が下方または上方に待避し、カートリッジの着脱を妨げないように配置されることが望ましい。また、チャンバ２のテーブル３１、各フィラメントカートリッジは、鉛直方向に沿って配置される態様でもよい。すなわち、図１における熱フィラメントＣＶＤ装置１が水平な軸回りに９０度回転された構造が採用されてもよい。更に、第１カートリッジ６Ａ、第２カートリッジ６Ｂおよび第３カートリッジ６Ｃにおけるフィラメント６０の長手方向とワーク支持ブロック４の長手方向とは互いに交差（直交）するように配置されてもよい。

【0067】

（２）また、上記の実施形態では、固定電極７１および可動電極７２が本発明の保持部を構成する態様にて説明したが、複数のフィラメント６０に電圧を印加する電極構造は他の態様でもよい。この場合、上記の実施形態と同様の係合凹部７１Ｈをそれぞれ備える一対の保持部がチャンバ２内に備えられるとともに、当該保持部とは別の経路からフィラメント６０に電圧が印加されてもよい。

【0068】

（３）また、上記の実施形態では、フィラメント６０の熱膨張に応じて電極駆動部８２が可動電極７２を移動させる態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。熱フィラメントＣＶＤ装置１は、電極（保持部）を移動させる機構を備えることなく、フィラメント電極ユニット６のカートリッジ構造のみを備えるものでもよい。また、ワーク支持ブロック４は、複数のブロックに分割されることなく、テーブル３１上に載置される１つのブロックからなるものでもよい。

【0069】

（４）また、上記の実施形態では、複数のフィラメント６０の熱膨張に応じて可動電極７２が移動される際に、式１を用いて可動電極７２の移動量が演算される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。加熱電源８１の出力およびフィラメント６０の加熱時間（電圧印加時間）に応じたフィラメント６０の熱膨張量が予め実験によって測定され（実験データ）、記憶部８０５に格納される態様でもよい。この場合、駆動制御部８０２（図５）が、実際の被覆処理中の加熱電源８１の出力および加熱時間から、対応する熱膨張量を記憶部８０５から参照し、当該熱膨張量にあわせて可動電極７２を移動させてもよい。また、上記の式１および実験データが組み合わされることで、式１によって導出される熱膨張量が実験データによって補正され、フィラメント６０の熱膨張に対してより高い精度を備えた可動電極７２の移動制御が行われてもよい。

【符号の説明】

【0070】

１ 熱フィラメントＣＶＤ装置１
２ チャンバ
２Ｈ 開口部
３ ステージ
３１ テーブル
４ ワーク支持ブロック（基板支持体）
４Ｈ 支持穴（孔部）
５ ワーク
６ フィラメント電極ユニット
６０ フィラメント
６１ 左枠部（第１枠部）
６２ 右枠部（第２枠部）
６３ 連結部材
６３１ 第１支持ロッド
６３１Ａ 小径部
６３１Ｂ 大径部（伸縮部）
６３２ 第２支持ロッド
６３２Ａ 先端部（伸縮部）
６３３ 絶縁ブッシュ
６Ａ 第１カートリッジ（フィラメントカートリッジ）
６Ｂ 第２カートリッジ（フィラメントカートリッジ）
６Ｃ 第３カートリッジ（フィラメントカートリッジ）
７１ 固定電極（保持部）
７１Ｈ 係合凹部
７２ 可動電極（保持部）
８０ 制御部
８０１ 電源制御部
８０２ 駆動制御部
８０３ 演算部
８０４ 判定部
８０５ 記憶部
８０６ 出力部
８１ 加熱電源（電源）
８２ 電極駆動部（保持部移動機構）
８３ ステージ駆動部（ステージ移動機構）
８４ 操作部
８５ 表示部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】