(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスが導入される反応室と該反応室内に配置された陽極と棒状の陰極とが少なくとも備えられ、前記陰極と前記陽極との放電により生成したプラズマを前記反応ガスに作用させて前記陽極上の基体に炭素膜を形成するプラズマ成膜装置であり、
前記陰極は、熱電子放出特性の異なる複数の放電部から構成され、前記の各放電部は前記陽極に接近するにつれて熱電子放出特性が低下する順に配列されていることを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記陰極は、電源に接続される端子部と、該端子部に接続される第１放電部と、該第１放電部に接続される第２放電部と、該第２放電部に接続される第３放電部とからなり、
少なくとも各放電部の表面が熱電子放出特性の異なる材料によりそれぞれ構成され、各放電部の熱電子放電特性が、第１放電部、第２放電部、第３放電部の順に低下するものであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記陰極は、電源に接続される端子部と、該端子部に接続される第１放電部と、該第１放電部に接続される第２放電部と、該第２放電部に接続される第３放電部とからなり、
前記第２放電部が第１放電部に隣接する高抵抗部と該高抵抗部に連結する放電基部とから構成されるとともに、前記第３放電部が第２放電部に隣接する高抵抗部と該高抵抗部に連結する放電基部とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項４】
反応ガスが導入される反応室と該反応室内に配置された陽極と棒状の陰極とが少なくとも備えられ、該陰極は、熱電子放出特性の異なる複数の放電部から構成されるとともに、前記の各放電部は前記陽極に接近するにつれて熱電子放出特性が低下する順に配列されてなり、
前記陰極と前記陽極との放電により生成したプラズマを前記反応ガスに作用させて前記陽極上の基体に炭素膜を形成することを特徴とする炭素膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ成膜装置及び炭素膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ダイヤモンド膜を含む炭素膜の形成方法として、平行平板からなる一対の電極を用いてグロー放電を行うことでプラズマを形成し、このプラズマによって、陽極上に設置した基板に炭素膜を形成する方法が提案されている。
このグロー放電による形成方法では、比較的大きなプラズマが均一に形成するため、大面積の炭素膜を形成できるという利点がある一方で、放電電流が低いためにプラズマ密度が低くなって炭素膜の成膜速度が遅いという欠点がある。
【０００３】
また、炭素膜の別の形成方法として、棒状の陰極の先端からアーク放電を行ってプラズマを形成し、このプラズマにより陽極上の基板に炭素膜を形成する方法が提案されている。
このアーク放電による形成方法では、放電電流が大きいためにプラズマ密度が高く、炭素膜の成膜速度が速いという利点がある一方で、陰極の先端のみから放電が起きるために、プラズマの照射面積が陰極自体の断面積より小さくなり、均一な炭素膜を広い面積で形成することが困難であるという欠点があった。
また上記の陰極を複数個配列したとしても、プラズマの照射面積が陰極自体の断面積より小さいため、隣接する陰極同士の間でプラズマの分布が生じて均一な炭素膜の形成が困難であった。
【０００４】
そこで最近では、棒状の陰極と陽極上の基板との間に中間グリッドを設け、中間グリッドにバイアス電圧を印加してプラズマの照射範囲を拡大させることにより、均一かつ大面積な炭素膜を得る方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、中間グリッドを設けたとしても、期待したほどプラズマの照射面積が拡大されず、依然として均一かつ大面積の炭素膜の形成が困難な状況であった。
また、プラズマにより中間グリッド自体がスパッタリングされて炭素膜に不純物が混入するいわゆるコンタミネーションが発生する場合があった。
更に、中間グリッドの設置によってプラズマ成膜装置の構造が複雑化し、プラズマ成膜装置自体のメンテナンスが煩雑になるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で均一かつ大面積の炭素膜の形成が可能なプラズマ成膜装置及び炭素膜の形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のプラズマ成膜装置は、反応ガスが導入される反応室と該反応室内に配置された陽極と棒状の陰極とが少なくとも備えられ、前記陰極と前記陽極との放電により生成したプラズマを前記反応ガスに作用させて前記陽極上の基体に炭素膜を形成するプラズマ成膜装置であり、前記陰極は、熱電子放出特性の異なる複数の放電部から構成され、前記の各放電部は前記陽極に接近するにつれて熱電子放出特性が低下する順に配列されていることを特徴とする。
【０００８】
係るプラズマ成膜装置によれば、陰極を構成する各放電部が前記陽極に接近するにつれて熱電子放出特性の低下する順に配列されているので、陽極に近接する部分のみならず陽極から離れた部分からも熱電子を放出させることができ、これにより均一で大きなプラズマを形成することができ、均一かつ大面積な炭素膜の形成が可能になる。
また、中間グリッド等が設けられていないため、構造が複雑にならず、メンテナンス等を容易に行うことができる。
【０００９】
また本発明のプラズマ成膜装置は、先に記載のプラズマ成膜装置であって、前記陰極は、電源に接続される端子部と、該端子部に接続される第１放電部と、該第１放電部に接続される第２放電部と、該第２放電部に接続される第３放電部とからなり、少なくとも各放電部の表面が熱電子放出特性の異なる材料によりそれぞれ構成され、各放電部の熱電子放電特性が、第１放電部、第２放電部、第３放電部の順に低下するものであることを特徴とする。
【００１０】
係るプラズマ成膜装置によれば、陰極を構成する各放電部の表面が、熱電子特性の異なる材料から構成されているため、陽極から離れて位置する第１放電部からも熱電子を放出させることができ、これにより均一で大きなプラズマを形成することができ、均一かつ大面積な炭素膜の形成が可能になる。
【００１１】
更に本発明のプラズマ成膜装置は、先に記載のプラズマ成膜装置であって、前記陰極は、電源に接続される端子部と、該端子部に接続される第１放電部と、該第１放電部に接続される第２放電部と、該第２放電部に接続される第３放電部とからなり、前記第２放電部が第１放電部に隣接する高抵抗部と該高抵抗部に連結する放電基部とから構成されるとともに、前記第３放電部が第２放電部に隣接する高抵抗部と該高抵抗部に連結する放電基部とから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
係るプラズマ成膜装置によれば、第１放電部と第２放電部、及び第２放電部と第３放電部とがそれぞれ高抵抗部を介して隣接するため、第１放電部から第３放電部に至るまでの間に電気抵抗が高くなる。これにより熱電子放出特性は、第３放電部よりも第２放電部が、第２放電部よりも第１放電部が大きくなり、陽極から離れて位置する第１放電部からも熱電子を放出させることができ、これにより均一で大きなプラズマを形成することができ、均一かつ大面積な炭素膜の形成が可能になる。
【００１３】
次に、本発明の炭素膜の形成方法は、反応ガスが導入される反応室と該反応室内に配置された陽極と棒状の陰極とが少なくとも備えられ、該陰極は、熱電子放出特性の異なる複数の放電部から構成されるとともに、前記の各放電部は前記陽極に接近するにつれて熱電子放出特性が低下する順に配列されてなり、前記陰極と前記陽極との放電により生成したプラズマを前記反応ガスに作用させて前記陽極上の基体に炭素膜を形成することを特徴とする。
【００１４】
係る炭素膜の形成方法によれば、陰極を構成する各放電部が前記陽極に接近するにつれて熱電子放出特性の低下する順に配列されているので、陽極に近接する部分のみならず陽極から離れた部分からも熱電子を放出させることができ、これによりこれにより均一で大きなプラズマを形成することができ、均一かつ大面積な炭素膜の形成が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。
図１には本発明の第１の実施形態であるプラズマ成膜装置の模式図を示す。
このプラズマ成膜装置１は、反応ガスが導入される反応室２と、反応室２内に配置された陽極３及び棒状の陰極４と、直流電源５とを主体として構成されている。
反応室２には反応ガス導入部６が設けられており、メタン、水素等の反応ガスを内部に導入できるようになっている。また、反応室２には排気口７が設けられ、この排気口７には図示しない真空ポンプ等の排気手段が接続されていて、反応室２内を減圧雰囲気とすることが可能になっている。
【００１６】
次に陽極３は、直流電源５の正極側に接続されるとともに、反応室２内部に設置されている。また陽極３は試料ステージを兼ねており、陽極３上に基板８が載置されている。また陽極３と基板８とは電気的に接続された状態になっている。
【００１７】
次に陰極４は熱電子放出特性の異なる複数の放電部から構成されている。即ち、直流電源５の負極側に接続される端子部４ａと、端子部４ａに隣接する第１放電部４ｂと、第１放電部４ｂに隣接して第１放電部４ｂよりも熱電子放電特性が小さな第２放電部４ｃと、第２放電部４ｃに隣接して第２放電部４ｃよりも熱電子放電特性が小さな第３放電部４ｄとから構成されている。
この棒状の陰極４は、その長手方向が陽極３の電極面３ａ及び基板８に対してほぼ垂直方向に一致するように配置されている。そして第３放電部４ｄが陽極４及び基板８に最も近接している。即ち、第１〜第３放電部４ｂ、４ｃ、４ｄは、陽極３に接近するにつれて熱電子放出特性が低下する順に配列されている。
【００１８】
図２には陰極４の具体的な構造を示す。この陰極４は、例えば熱電子特性が比較的小さなＴａ等の金属棒４ｅの表面に、熱電子特性が異なる材料を被覆させた構造を例示できる。即ち図２に示すように、Ｔａ等の金属棒４ｅの表面に対し、第１放電部４ｂに相当する部分には１０００Ｋ以上で熱電子放出が起きるＢａＯ、ＳｒＯ等からなる層４ｆを被覆させ、第２放電部４ｃに相当する部分には１９００Ｋ以上で熱電子放出が起きるＴｈＯ2を含むＷ等からなる層４ｇを被覆させ、第３放電部４ｄに相当する部分にはＴａ等からなる金属棒４ｅを露出させる。尚、Ｔａは２６００Ｋ以上で熱電子放出が起きる性質がある。
従って、第１放電部４ｂの熱電子特性が最も大きく、ついで第２放電部４ｃ、第３放電部の順に熱電子特性が小さくなる。
【００１９】
図３〜図５には陰極４の放電によるプラズマ形成の様子を示す。
上記の陽極３及び陰極４に対し、直流電源５から電流が一定の直流を印加すると、陰極４の温度が徐々に上昇し、図３に示すように、最も熱電子放出特性が大きな第１放電部４ｂから熱電子が放出され、陽極３との間でプラズマｐ１が形成される。
更に直流の印加を継続すると、陰極４の温度が更に上昇し、図４に示すように、第１放電部４ｂに次いで熱電子放出特性が大きな第２放電部４ｃから熱電子が放出され、陽極３との間でプラズマｐ２が形成される。
更に直流の印加を継続すると、陰極４の温度が更に上昇し、図５に示すように、第３放電部４ｄから熱電子が放出され、陽極３との間でプラズマｐ３が形成される。
このように本発明に係る陰極４においては、第１〜第３放電部４ｂ、４ｃ、４ｄから熱電子が放出されてプラズマｐ１，ｐ２，ｐ３が形成されるので、従来のように陰極の先端のみから放電させる場合よりもプラズマを大きくすることができる。
【００２０】
次に、上記のプラズマ成膜装置１を用いて炭素膜を形成する方法について説明する。
この方法は、前記の陰極４と前記の陽極３との放電により生成したプラズマを、反応室２内に導入した反応ガスに作用させて、陽極３上に載置した基板８に炭素膜を形成する方法である。
反応室２内部に導入する反応ガスとしては、例えば、メタン、エタン等の炭化水素ガスと水素の混合ガスが好ましい。また炭化水素ガス以外に、分子内に酸素、窒素、ハロゲン元素等を含む炭化水素ガスであっても良い。
反応室２内の圧力は０．５〜５００Ｔｏｒｒの範囲が好ましい。特に、炭素膜としてダイヤモンド膜を形成する場合は６０〜２００Ｔｏｒｒの範囲とすることが好ましい。
【００２１】
また、陽極３、陰極４に印加する直流は０．５〜１０Ａ程度の電流とすることがが好ましい。即ち、異常グロー放電領域で放電を行うことが好ましい。電流が０．５Ａ未満では放電がグロー放電となり、炭素膜の成膜速度が低下し、またダイヤモンド膜の形成が困難になるので好ましくない。また電流が１０Ａを越えると放電がアーク放電に移行し、陰極４の先端のみから放電が生じ、プラズマの照射範囲が著しく狭くなるので好ましくない。
【００２２】
炭素膜を形成するには、陽極３上に基板を設置し、反応室２内部に反応ガスを導入した上で減圧雰囲気とし、直流電源５から陰極４及び陽極３に直流を印加して放電させる。
放電を開始すると、上述したように、まず第１放電部４ｂから熱電子の放電が開始され、陰極４の温度が上昇するにつれて第２放電部４ｃ及び第３放電部４ｄからも熱電子の放出が開始され、陰極４の先端のみならず、陰極４のほぼ全面から熱電子が放出される。
放出された熱電子が反応ガスに衝突してプラズマが形成され、このプラズマが基板８に照射されて基板８上に炭素膜が形成される。尚、反応ガス種類や圧力等の条件によってはダイヤモンド膜が形成される。
【００２３】
上記の炭素膜の形成方法によれば、陰極４のほぼ全面から熱電子が放出させることにより、容積が大きなプラズマを形成することができるので、均一かつ大面積な炭素膜を形成することができる。
また上記の炭素膜の形成方法によれば、異常グロー放電の領域で放電を行うため、成膜速度を早くできるとともに大きなプラズマを形成することができ、均一な炭素膜を素早く形成することができる。
【００２４】
［第２実施形態］
次に本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。
図６には本発明の第２の実施形態であるプラズマ成膜装置１１を示す。
このプラズマ成膜装置１１は、反応ガスが導入される反応室２と、反応室２内に配置された陽極３及び棒状の陰極１４と、直流電源５とを主体として構成されている。
なお、図６に示す反応室２と、陽極３及び直流電源５は、第１の実施形態で説明した反応室、陽極及び直流電源と同一の構成であるので、図１と同一符号を伏してその説明を省略する。
【００２５】
図６に示す陰極１４は、第１の実施形態の陰極４と同様に、熱電子放出特性の異なる複数の放電部から構成されている。即ち、直流電源５の負極側に接続される端子部１４ａと、端子部１４ａに隣接する第１放電部１４ｂと、第１放電部１４ｂに隣接して第１放電部１４ｂよりも熱電子放電特性が小さな第２放電部１４ｃと、第２放電部１４ｃに隣接して第２放電部１４ｃよりも熱電子放電特性が小さな第３放電部１４ｄとから構成されている。
【００２６】
この棒状の陰極１４は、その長手方向が陽極３の電極面３ａ及び基板８に対してほぼ垂直方向に一致するように配置されている。そして第３放電部１４ｄが陽極４及び基板８に最も近接している。即ち、第１〜第３放電部１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、陽極３に接近するにつれて熱電子放出特性が低下する順に配列されている。
【００２７】
第２放電部１４ｃは、第１放電部に隣接する第２高抵抗部１４ｅと、ここの第２高抵抗部に隣接する第２放電基部１４ｆとから構成されている。更に第３放電部１４ｄは、第２放電部１４ｃに隣接する第３高抵抗部１４ｇと、この第３高抵抗部１４ｇに隣接する第３放電基部１４ｈとから構成されている。
【００２８】
第１放電部１４ｂ、第２放電基部１４ｆ及び第３放電基部１４ｈはいずれも、同一の材質からなることが好ましく、例えば、熱電子放電特性が比較的低いＷ等から形成される。
また、第２，第３高抵抗部１４ｅ、１４ｇも同一の材料からなることが好ましく、特に第１放電部１４ｂ、第２放電基部１４ｆ及び第３放電基部１４ｈよりも高抵抗な材質からなることが好ましく、例えば、Ｔａ等を例示できる。
【００２９】
この陰極１４においては、第１放電部１４ｂと第２放電基部１４ｆとの間に第２高抵抗部１４ｅが配置され、第２放電基部１４ｆと第３放電基部１４ｈとの間に第３高抵抗部１４ｇが配置されているため、第１放電部１４ｂから第３放電基部１４ｈ（第３放電部１４ｄ）に至るまでに電気抵抗が徐々に増加する構造になっている。従って、第１放電部１４ｂの熱電子特性が最も大きく、ついで第２放電部１４ｃ、第３放電部１４ｄの順に熱電子特性が小さくなる。
【００３０】
図７〜図９には陰極１４の放電によるプラズマ形成の様子を示す。
上記の陽極３及び陰極１４に対し、直流電源５から電流が一定の直流を印加すると、陰極１４の温度が徐々に上昇し、図７に示すように、最も熱電子放出特性が大きな第１放電部１４ｂから熱電子が放出され、陽極３との間でプラズマｐ１が形成される。
更に直流の印加を継続すると、陰極１４の温度が更に上昇し、図８に示すように、第１放電部１４ｂに次いで熱電子放出特性が大きな第２放電部１４ｃから熱電子が放出され、陽極３との間でプラズマｐ２が形成される。
更に直流の印加を継続すると、陰極１４の温度が更に上昇し、図９に示すように、第３放電部１４ｄから熱電子が放出され、陽極３との間でプラズマｐ３が形成される。
このように本発明に係る陰極１４においては、第１〜第３放電部１４ｂ、１４ｃ、１４ｄから熱電子が放出されてプラズマｐ１。ｐ２、ｐ３が形成されるので、従来のように陰極の先端のみから放電させる場合よりもプラズマを大きくすることができる。
【００３１】
次に、上記のプラズマ成膜装置１１を用いて炭素膜を形成する方法について説明する。
この方法は、前記の陰極１４と前記の陽極３との放電により生成したプラズマを、反応室２内に導入した反応ガスに作用させて、陽極３上に載置した基板８に炭素膜を形成する方法である。
反応室２内部に導入する反応ガスとしては、第１の実施形態と同様、炭化水素ガスと水素の混合ガスが好ましい。また炭化水素ガス以外に、分子内に酸素、窒素、ハロゲン元素等を含む炭化水素ガスであっても良い。
また、反応室２内の圧力、陽極３、陰極１４に印加する直流の大きさは、第１の実施形態の場合とほぼ同等である。
【００３２】
炭素膜を形成するには、陽極３上に基板を設置し、反応室内部に反応ガスを導入した上で減圧雰囲気とし、直流電源から陰極１４及び陽極３に直流を印加して放電させる。
放電を開始すると、上述したように、まず第１放電部１４ａから熱電子の放電が開始され、陰極４の温度が上昇するにつれて第２放電部１４ｃ及び第３放電部１４ｄからも熱電子の放出が開始され、陰極４の先端のみならず、陰極４のほぼ全面から熱電子が放出される。
放出された熱電子が反応ガスに衝突してプラズマが形成され、このプラズマが基板８に照射されて基板８上に炭素膜が形成される。尚、反応ガス種類や圧力等の条件によってはダイヤモンド膜が形成される。
【００３３】
上記の炭素膜の形成方法によれば、第１の実施形態の炭素膜の形成方法と同じ効果が得られる。
【００３４】
【実施例】
次に実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００３５】
（実施例１）
直径１２ｍｍ、長さ１００ｍｍのＴａよりなる電極棒を用意し、この電極棒の基端側に外部電源に接続するための端子部を設けた。そして、端子部に近い側の電極棒の表面にＢａＯ層を形成して第１放電部とし、第１放電部より電極棒の先端側にＴｈＯ２を２％含むＷ層を形成して第２電極部とし、電極棒の先端部はＴａを露出させて第３放電部とした。このようにして、図２に示す陰極を作成した。
【００３６】
作成した陰極を図１に示すプラズマ成膜装置に組み込み、基板としてＳｉ板を用意し、直流電源から陰極に直流を印加してプラズマを発生させることにより、基板上に炭素膜を形成した。
炭素膜の形成条件は次の通りである。まず、反応ガスは水素とメタンの混合ガスとし、ガスの供給量は水素を３００sccm、メタンを９sccmとし、反応室内の圧力は６０Ｔｏｒｒ（８．０ｋＰａ）とした。基板は直径２インチ（約５ｃｍ）で厚さ１ｍｍのＳｉ基板とし、陰極の先端と基板との距離は５０ｍｍとし、陰極に印加する電流は５Ａの定電流とし、成膜時間は５時間とした。
【００３７】
直流電流を１０００Ｖで印加したところ、第１放電部から電子の放出が開始するとともに陰極の温度が１０００Ｋ以上になり、更に電圧が７００Ｖまで低下した。更に電流を印加すると陰極先端部の温度が２６００Ｋに達し、電圧は４００Ｖに低下して異常グロー放電状態になった。この状態で陰極の第１〜第３放電部の全ての領域で電子の放出が見られた。また、放電により生成したプラズマは基板の全面に広がり、発光強度もプラズマ全体で均一であった。また基板の中心部の温度は約７８０℃まで上昇した。
【００３８】
得られた炭素膜はダイヤモンド膜であって基板全面に形成され、基板中心部で厚さ４μｍ、基板の周辺部で厚さが３．７μｍであった。即ち、ダイヤモンド膜の膜厚分布は最大で１０％以内の範囲であった。
【００３９】
（実施例２）
直径１２ｍｍ、長さ３０ｍｍのＷよりなる電極棒を３本用意し、各電極棒の間に厚さ１ｍｍのＴａ板をそれぞれ挟むことにより図６に示す陰極を作成した。なお、Ｗの電気抵抗は５×１０-8Ω・ｍであり、Ｔａの電気抵抗は１３×１０-8Ω・ｍであった。これにより、陰極の端子部から先端に向けて抵抗値が高くなるように構成された。
【００４０】
作成した陰極を図６に示すプラズマ成膜装置に組み込み、基板としてＳｉ板を用意し、直流電源から陰極に直流を印加してプラズマを発生させることにより、基板上に炭素膜を形成した。尚、炭素膜の形成条件は実施例１と同じであった。
【００４１】
直流電流を１２５０Ｖで印加したところ、第１放電部から電子の放出が開始するとともに陰極の温度が１０００Ｋ以上になり、更に電圧が８００Ｖまで低下した。更に電流を印加すると陰極先端部の温度が２６００Ｋに達し、電圧は６００Ｖに低下して異常グロー放電状態になった。この状態で陰極の第１〜第３放電部の全ての領域で電子の放出が見られた。また、放電により生成したプラズマは基板の全面に広がり、発光強度もプラズマ全体で均一であった。また基板の中心部の温度は約８００℃まで上昇した。
【００４２】
得られた炭素膜はダイヤモンド膜であって基板全面に形成され、基板中心部で厚さ４．２μｍ、基板の周辺部で厚さが３．６μｍであった。即ち、ダイヤモンド膜の膜厚分布は最大で１５％以内の範囲であった。
【００４３】
（比較例１）
直径１２ｍｍ、長さ１００ｍｍのＷ（タングステン）よりなる電極棒を用意し、これを陰極とした。
上記の陰極を図１に示すプラズマ成膜装置に組み込み、基板としてＳｉ板を用意し、直流電源から陰極に直流を印加してプラズマを発生させることにより、基板上に炭素膜を形成した。
炭素膜の形成条件は、実施例１の場合と同様であった。
【００４４】
直流電流を１０００Ｖで印加したところ、陰極の先端から放電が開始され、電極の先端の温度は放電開始から５秒で２８００Ｋまで達した。先端部の温度上昇とともに放電電圧が低下し、７００Ｖで一定になった。放電により生成したプラズマは陰極の断面積とほぼ同じ大きさに広がり、発光強度もプラズマの周辺部と中心部で分布が見られた。また、時折アーク放電状態になった。
【００４５】
得られた炭素膜はダイヤモンド膜であるが、大きさが直径約５０ｍｍ程度の円形状の膜であり、実施例１，２のように基板全面には形成されなかった。
またダイヤモンド膜の膜厚は、膜の中心部で６μｍ、膜の周辺部で０μｍであり、膜厚分布が極めて大きいものとなった。更に、アーク放電の発生により、ダイヤモンド膜の一部に損傷が発生した。
【００４６】
以上のように、実施例１及び実施例２のプラズマ成膜装置では、放電が陰極の全体で発生したため、プラズマが大きくなり、ダイヤモンド膜を直径５０ｍｍ以上の大きさで形成することができ、しかもその膜厚分布が１０〜１５％の範囲となり、均一かつ大面積のダイヤモンド膜の形成が可能であった。
一方、比較例１においては、放電が陰極の先端部のみで発生したため、プラズマが小さくなってダイヤモンド膜の大きさが２５ｍｍ程度になり、しかもその膜厚分布は極めて大きく、更にダイヤモンド膜の一部に損傷が発生し、均一かつ大面積のダイヤモンド膜の形成が困難であった。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のプラズマ成膜装置によれば、陰極を構成する各放電部が前記陽極に接近するにつれて熱電子放出特性の低下する順に配列されているので、陽極に近接する部分のみならず陽極から離れた部分からも熱電子を放出させることができ、これによりプラズマの分布が小さくなって均一かつ大面積な炭素膜を形成することができる。
また、中間グリッド等が設けられていないため、構造が複雑にならず、メンテナンス等を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明の第１の実施形態であるプラズマ成膜装置を示す模式図である。
【図２】   図１のプラズマ成膜装置に用いられる陰極を示す部分断面図である。
【図３】   図１のプラズマ成膜装置における陰極の放電状態を示す模式図である。
【図４】   図１のプラズマ成膜装置における陰極の放電状態を示す模式図である。
【図５】   図１のプラズマ成膜装置における陰極の放電状態を示す模式図である。
【図６】   本発明の第２の実施形態であるプラズマ成膜装置を示す模式図である。
【図７】   図６のプラズマ成膜装置における陰極の放電状態を示す模式図である。
【図８】   図６のプラズマ成膜装置における陰極の放電状態を示す模式図である。
【図９】   図６のプラズマ成膜装置における陰極の放電状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１  プラズマ成膜装置
２  反応室
３  陽極
４、１４  陰極
４ａ  端子部
４ｂ、１４ｂ  第１放電部（放電部）
４ｃ、１４ｃ  第２放電部（放電部）
４ｄ、１４ｄ  第３放電部（放電部）
５  直流電源（電源）
８  基板（基体）
１４ｅ  第２高抵抗部（高抵抗部）
１４ｆ  第２放電基部（放電基部）
１４ｇ  第３高抵抗部（高抵抗部）
１４ｈ  第３放電基部（放電基部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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