JP5457132B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5457132B2 JP5457132B2 JP2009240217A JP2009240217A JP5457132B2 JP 5457132 B2 JP5457132 B2 JP 5457132B2 JP 2009240217 A JP2009240217 A JP 2009240217A JP 2009240217 A JP2009240217 A JP 2009240217A JP 5457132 B2 JP5457132 B2 JP 5457132B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- plasma processing
- counter electrode
- processing apparatus
- processed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
望ましい実施形態のプラズマ処理装置は、被処理物の表面の一部を占める被処理領域にプラズマ化された処理ガスを作用させ、被処理領域を選択的に窒化する。当該プラズマ処理装置は、窒化により硬質化された被処理領域に、水素原子を含有したアモルファスの炭化ケイ素(SiC)膜を形成し、その後に、ダイアモンドライクカーボン(DLC)膜を形成する。被処理領域の窒化のみを行うために当該プラズマ処理装置を使用してもよい。当該プラズマ処理装置は、グロー状の放電を狭い範囲に発生させることによりプラズマ化されたガスを狭い範囲に発生させ、雰囲気の圧力を高くすることによりプラズマ化されたガスの拡散を抑制し、プラズマ化されたガスを被処理領域に選択的に作用させる。
図1は、望ましい実施形態のプラズマ処理装置1002の模式図である。図1は、プラズマ処理装置1002のリアクタ1004の断面を示すとともに、リアクタ1004に接続される電気回路及び気体回路を示す。
接地電極1010は、導電体からなる。接地電極1010は、鉄、アルミニウム、鉄を主成分とする合金(例えば、ステンレス鋼、ダイス鋼、ハイスピード鋼等)又はアルミニウムを主成分とする合金からなることが特に望ましい。接地電極1010の表面をタングステン、クロム、ニッケル等で被覆してもよい。
図2及び図3は、対向電極1012の模式図である。図2は、斜め下方から見た斜視図、図3は、対向面1014に垂直な断面を示す縦断面図である。
ガス供給回路1026は、対向電極1012の供給孔1112に接続され、対向電極1012の噴射孔1110を経由してガスをチャンバ1020の内部の空間1022へ供給する。ガス供給回路1026が供給する供給ガスは、プラズマ処理装置1002が行う処理によって変化する。
ガス排出回路1028は、チャンバ1020の下面又は側面に設けられた排出口からドライポンプ1302の吸入口へ排ガスを導く排ガス配管1304と、チャンバ1020の下面又は側面に設けられた排出口から排ガス配管1304へ圧力制御弁1306を経由せずに排ガスを導く排ガス配管1308と、排ガスを吸入して排出するドライポンプ1302と、ドライポンプ1302の排出口から外部へ排ガスを導く排ガス配管1310と、排気ガスを希釈する希釈ガスを排ガス配管1310へ導く希釈ガス配管1312と、1次側の圧力を制御する圧力制御弁1306と、排ガス配管1308を排ガスが流れることを許容又は阻止するバルブ1314と、希釈ガス配管1312を希釈ガスが流れることを許容又は阻止するバルブ1316と、希釈ガス配管1312を流れる希釈ガスの流量を制御する流量制御弁1318と、を備える。
チャンバ1020の内部の空間1022の雰囲気は、ガス供給回路1026及びガス排出回路1028により調整される。
ヒータ1016は、例えば、被処理物POから離れて被処理物POに波長が3〜10μmを主体とする遠赤外線を照射し被処理物POを加熱するセラミックヒータである。セラミックヒータに代えて、被処理物POに接触して被処理物POを加熱するステージヒータ、シーズヒータ等を用いてもよい。被処理物POの温度は、温度センサ1032の測定結果を監視しながらヒータ1016の動作を制御することにより調整される。
回転機構1018は、接地電極1010とともに被処理物POを軸の周りに回転させ、対向電極1012に対して被処理領域PRを被処理領域PRの延在方向に沿って相対移動させる。これにより、延在する被処理領域PRが連続して処理され、処理の効率が向上する。対向電極1012を動かさずに被処理物POを動かすことに代えて、被処理物POを動かさずに対向電極1012を動かしてもよいし、被処理物PO及び対向電極1012の両方を動かしてもよい。被処理領域PRが平歯車の歯の部分である場合のように被処理領域PRが円周方向に延在する場合は、被処理物POが自転させられ、被処理領域PRが周回運動させられるが、被処理領域PRがラックの歯の部分である場合のように被処理領域PRが直線方向に延在する場合は、被処理物POが直線運動させられ、被処理領域POも直線運動させられる。より一般的に言えば、プラズマ処理装置1002には、対向電極1012に対して被処理領域PRを相対移動させる相対移動機構が設けられる。
パルス電源1024には、誘導性素子に磁界として蓄積されたエネルギーを短時間で放出し直流パルス電圧を発生する誘導エネルギー蓄積型電源(以下では「IES電源」という。)を採用することが望ましい。これは、IES電源は、容量性素子に電界の形で蓄積したエネルギーを短時間で放出する静電エネルギー蓄積型電源(以下では「CES電源」という。)と比較して、著しく大きいエネルギーを高い繰り返し頻度で出力できるからである。典型的には、負荷が同じならば、IES電源を採用した場合、プラズマを発生させる反応に使われる1パルスあたりの投入エネルギーは、CES電源を採用した場合よりも、概ね1桁大きくなる。IES電源とCES電源とのこの相違は、IES電源が発生する直流パルス電圧は電圧の上昇が急激であるのに対して、CES電源が発生する直流パルス電圧は電圧の上昇が緩慢であることにより生じる。すなわち、IES電源を採用した場合、電圧が十分に上昇してから放電が始まり、1パルスあたりの投入エネルギーが十分に大きくなるとともに、面内の放電均一性が高くなるのに対して、CES電源を採用した場合、電圧が十分に上昇しないうちに放電が始まり、1パルスあたりの投入エネルギーが十分に大きくならないとともに、面内の放電均一性が必ずしも高くならない。
IES電源において誘導性素子へ流れ込む電流をスイッチングするスイッチング素子は、ターンオン時間及びターンオフ時間が短い静電誘導サイリスタ(以下では「SIサイリスタ」という。)であることが望ましい。これにより、パルス電源1024が立ち上がりの早い直流パルス電圧を発生する。IES電源の動作原理は、飯田克ニ、佐久間健著「SIサイリスタによる極短パルス発生回路(IES電源)」(第15回SIデバイスシンポジウム講演論文集)等に記載されている。
図5は、パルス電源1024の回路図である。図5に示すように、パルス電源1024は、直流電源1402と、コンデンサ1404と、パルストランス1406と、SIサイリスタ1408と、ダイオード1410と、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)1412と、ゲート駆動回路1414と、を備える。
被処理物POは特に制限されない。したがって、歯車以外の部品、工具等、特に、硬質化が望まれる摺動部、接触部を有する部品、工具等もプラズマ処理装置1002により処理しうる。
図6は、被処理物POの処理の流れを示す流れ図である。プラズマ処理装置1002の運転は、手動運転であってもよいし、コントローラによる自動運転であってもよいし、手動運転及びコントローラによる自動運転の混在であってもよい。なお、下述する処理以外の処理、例えば、窒化処理に先立つ洗浄処理等を行ってもよい。
被処理物POの処理においては、被処理物POの被処理領域PRを窒化する窒化処理が行われる(工程S101)。
窒化処理の後には、被処理物POの被処理領域PRにSiC膜を形成するSiC膜形成処理が行われる(工程S102)。
SiC膜形成処理の後には、被処理物POの被処理領域PRにDLC膜を形成するDLC膜形成処理が行われる(工程S103)。
1010 接地電極
1012 対向電極
1014 対向面
1016 ヒータ
1018 回転機構
1020 チャンバ
1024 パルス電源
1026 処理ガス供給回路
1028 排ガス排出回路
PO 被処理物
PR 被処理領域
Claims (9)
- 被処理物の表面を処理するプラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバの内部に収容され、被処理物に接地電位を与える接地電極と、
前記チャンバの内部に収容され、面積が10cm2以下であって導電体が露出する対向面を有し、被処理物の表面の一部を占める被処理領域に前記対向面が対向させられた対向電極と、
前記接地電極の電位より前記対向電極の電位が高くなる直流パルス電圧を前記接地電極と前記対向電極との間に繰り返し印加するパルス電源と、
前記チャンバの内部の雰囲気を調整する雰囲気調整機構と、
を備え、
被処理領域を選択的に窒化する窒化処理が行われ、
前記雰囲気調整機構は、
窒化処理が行われるときに、窒素ガス又は窒素化合物ガスを含有する処理ガスを前記チャンバの内部へ供給し、圧力が50Torr以上常圧以下となり窒素ガスの分圧が全圧の50%以下となる状態に前記チャンバの内部の雰囲気を調整し、
前記パルス電源は、
前記窒化処理が行われるときに、前記接地電極と前記対向電極との間に直流パルス電圧を印加し、前記接地電極と前記対向電極との間隙にある処理ガスをプラズマ化する、
プラズマ処理装置。 - 請求項1のプラズマ処理装置において、
前記雰囲気調整機構は、
窒化処理が行われるときに、処理ガスにヘリウムガスを含有させる、
プラズマ処理装置。 - 請求項1又は請求項2のプラズマ処理装置において、
被処理領域に対して前記対向電極を被処理領域の延在方向に沿って相対移動させる相対移動機構、
をさらに備えるプラズマ処理装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれかのプラズマ処理装置において、
2個以上の前記対向電極が設けられる、
プラズマ処理装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれかのプラズマ処理装置において、
窒化処理が行われるときに被処理物を200℃以上600℃以下に加熱するヒータ、
をさらに備えるプラズマ処理装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれかのプラズマ処理装置において、
前記パルス電源は、
パルス幅が半値全幅で300ns以上5000ns以下であってパルス周波数が1kHz以上100kHz以下の直流パルス電圧を印加する、
プラズマ処理装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれかのプラズマ処理装置において、
被処理領域にダイアモンドライクカーボン膜を形成するダイアモンドライクカーボン膜形成処理が窒化処理の後に行われ、
前記雰囲気調整機構は、
ダイアモンドライクカーボン膜形成処理が行われるときに、ダイアモンドライクカーボン膜の原料ガスを前記チャンバの内部へ供給し、
前記パルス電源は、
ダイアモンドライクカーボン膜形成処理が行われるときに、前記接地電極と前記対向電極との間に直流パルス電圧を印加し、前記接地電極と前記対向電極との間隙にある原料ガスをプラズマ化する、
プラズマ処理装置。 - 請求項7のプラズマ処理装置において、
水素原子を含有したアモルファスの炭化ケイ素膜を被処理領域に形成する炭化ケイ素膜形成処理が窒化処理の後であってダイアモンドライクカーボン膜形成処理の前に行われ、
前記雰囲気調整機構は、
炭化ケイ素膜形成処理が行われるときに、炭化ケイ素膜の原料ガスを前記チャンバの内部へ供給し、
前記パルス電源は、
炭化ケイ素膜形成処理が行われるときに、前記接地電極と前記対向電極との間に直流パルス電圧を印加し、前記接地電極と前記対向電極との間隙にある原料ガスをプラズマ化する、
プラズマ処理装置。 - 請求項1から請求項8までのいずれかのプラズマ処理装置において、
前記対向面にガスの噴射孔が形成され、
前記雰囲気調整機構は、
前記噴射孔を経由して前記チャンバの内部へガスを供給する、
プラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009240217A JP5457132B2 (ja) | 2009-10-19 | 2009-10-19 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009240217A JP5457132B2 (ja) | 2009-10-19 | 2009-10-19 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011084793A JP2011084793A (ja) | 2011-04-28 |
JP5457132B2 true JP5457132B2 (ja) | 2014-04-02 |
Family
ID=44077957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009240217A Expired - Fee Related JP5457132B2 (ja) | 2009-10-19 | 2009-10-19 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5457132B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6354149B2 (ja) | 2013-12-18 | 2018-07-11 | 株式会社Ihi | プラズマ窒化装置 |
JP6789562B2 (ja) * | 2016-02-26 | 2020-11-25 | 国立大学法人 大分大学 | 誘電体バリア放電による金属表層の硬化方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004204355A (ja) * | 1999-11-10 | 2004-07-22 | Semu:Kk | 鉄族系合金基材の窒化加工方法および窒化鉄族系合金基材ならびにエンジンバルブ |
JP2005257550A (ja) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Kiyoto Matsuyuki | 土砂移動検知装置 |
EP1739732A1 (en) * | 2004-03-26 | 2007-01-03 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Method and apparatus for forming oxynitride film and nitride film, oxynitride film, nitride film and base material |
-
2009
- 2009-10-19 JP JP2009240217A patent/JP5457132B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011084793A (ja) | 2011-04-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6224266B2 (ja) | 放電発生器とその電源装置 | |
KR101152406B1 (ko) | 아크 플라즈마 토치 | |
EP2107135B1 (en) | Method for mass-producing DLC films | |
JP5457132B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
US8961888B2 (en) | Plasma generator | |
WO2011007653A1 (ja) | ダイアモンドライクカーボン膜形成体の製造方法 | |
JP5024667B2 (ja) | ラジカル発生装置 | |
JP5198114B2 (ja) | アモルファス炭素成膜方法 | |
RU2402098C2 (ru) | Установка для плазменной обработки бесконечного материала | |
JP5469395B2 (ja) | ダイアモンドライクカーボン膜形成装置 | |
JP2010182553A (ja) | プラズマ処理装置 | |
TWI523972B (zh) | Plasma processing apparatus and method | |
JPH08170162A (ja) | パルス状に運転されるプラズマ放電装置を用いて浸炭可能な材料から成る構造部材を浸炭する方法 | |
WO2016009779A1 (ja) | プラズマ処理装置、及びそのプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法 | |
JP5208554B2 (ja) | Dlc成膜方法 | |
KR100485816B1 (ko) | 상압 플라즈마 발생장치 | |
Ihara et al. | Improving the efficiency of a water-treatment system based on water cavitation and plasma using a nozzle-less reactor | |
Borisov et al. | Effective processes for arc-plasma treatment in large vacuum chambers of technological facilities | |
JP2009144237A (ja) | 成膜装置 | |
Schitz et al. | Nonthermal plasma jet for biomedical applications | |
JP5485619B2 (ja) | 表面処理装置および表面処理方法 | |
JPH0657404A (ja) | 鋼からなる工作材の硬化法 | |
JP2009084591A (ja) | Dlc成膜装置 | |
JP2006127925A (ja) | プラズマプロセス装置 | |
WO2010035516A1 (ja) | 成膜装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120907 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140107 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140109 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5457132 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |