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SURFACE TREATMENT METHOD, AND SURFACE TREATMENT APPARATUS

Patent code P120007148
File No. 2011-061
Posted date Apr 2, 2012
Application number P2012-061001
Publication number P2013-194265A
Patent number P5984110
Date of filing Mar 16, 2012
Date of publication of application Sep 30, 2013
Date of registration Aug 12, 2016
Inventor
  • (In Japanese)田中 康規
  • (In Japanese)藤本 健太
  • (In Japanese)春多 洋佑
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人金沢大学
Title SURFACE TREATMENT METHOD, AND SURFACE TREATMENT APPARATUS
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress thermal damage to an object to be treated, and to more rapidly perform surface treatment by thermal plasma.
SOLUTION: A surface treatment method for performing surface treatment of a sample with thermal plasma, includes a first application step S202 of applying a first magnetic field to the thermal plasma by passing an AC current having a first amplitude through a coil, and a second application step S203 of applying a second magnetic field to the thermal plasma by passing an AC current having a second amplitude different from the first amplitude through the coil. The first application step S202 and the second application step S203 are repeated in such a way that the surface temperature of the sample arranged in the thermal plasma is maintained within the predetermined range, and the intensity of the first wavelength component included in an emission spectrum of the thermal plasma is different by the predetermined value or more between the first application step S202 and the second application step S203.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

高周波誘導熱プラズマICTP(Inductively Coupled Thermal Plasma)は、ガス温度が数千から数万K(ケルビン)となり、エンタルピーが極めて高く反応性が高い。さらに無電極でクリーンな熱プラズマ空間を形成でき、不純物の混入が極めて少ない。これらの利点を生かして、炭素膜の生成、または、浸炭処理などのような様々な表面処理への応用が期待される。

熱プラズマは高い重粒子温度と熱容量とを有することから被処理物に熱的ダメージを与えるという問題がある。従来の熱プラズマによる浸炭処理方法として、マイクロパルス電源を用いて被処理物の温度を制御する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。特許文献1に示される技術によれば、被処理物が過熱されない温度に維持しながらプラズマ浸炭処理を行うことができる。また、浸炭処理と時効硬化とが同時に行われることで生産効率が高い。

また、ICTPを維持するコイル電流をミリ秒程度の周期で矩形波的に振幅変調させることにより、熱プラズマを過渡状態にするパルス変調誘導熱プラズマPMITP(Pulse-Modulated Induction Thermal Plasma)が開発されている。PMITPにより、ICTPのガス温度及び電子温度の高温状態と低温状態とを交互に起こすことができる。この高温状態と低温状態とを利用して、微粒子の製造に活用されている(例えば、特許文献2)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、表面処理方法、及び、表面処理装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
熱プラズマによって試料の表面処理を行うための表面処理方法であって、
コイルに第一の振幅を有する交流電流を流すことによって第一の磁界を前記熱プラズマに印加する第一印加ステップと、
前記コイルに前記第一の振幅とは異なる第二の振幅を有する交流電流を流すことによって第二の磁界を前記熱プラズマに印加する第二印加ステップと
前記熱プラズマの発光スペクトルを計測する計測ステップとを含み、
前記熱プラズマ中に配置された前記試料の表面温度を所定範囲内に維持し、かつ、前記計測ステップで計測される前記熱プラズマの発光スペクトルに含まれる第一の波長成分の強さが、当該第一印加ステップと、当該第二印加ステップとでは、所定値以上異なるように、当該第一印加ステップと当該第二印加ステップとが繰り返される
表面処理方法。

【請求項2】
 
前記表面処理方法において、
前記試料の表面温度を970℃~1030℃に維持するように、前記第一印加ステップと前記第二印加ステップとが繰り返される
請求項1に記載の表面処理方法。

【請求項3】
 
前記表面処理方法において、
前記第一の振幅をA1とし、前記第二の振幅をA2とするとき、0.35≦A2/A1<1となるように、前記第一印加ステップと前記第二印加ステップとが繰り返される
請求項1または請求項2に記載の表面処理方法。

【請求項4】
 
前記表面処理方法において、
前記第一の波長成分は、熱プラズマ中のH原子の輝線に対応する波長成分である
請求項1~3のいずれか1項に記載の表面処理方法。

【請求項5】
 
前記試料としてシリコンを用い、Ar、H2及びCH4の混合ガス雰囲気中で、請求項1~4のいずれか1項に記載の表面処理方法を施すことにより、前記試料の表面に炭素膜を生成する
炭素膜生成方法。

【請求項6】
 
前記試料としてチタンを用い、Ar、H2及びCH4の混合ガス雰囲気中で、請求項1~4のいずれか1項に記載の表面処理方法を施すことにより、前記試料の表面を浸炭処理する
浸炭処理方法。

【請求項7】
 
熱プラズマによって試料の表面処理を行うための表面処理装置であって、
電流を流すことで前記熱プラズマに磁界を印加するコイルと、
前記コイルに前記電流として第一の振幅の交流電流を流すことにより生ずる第一の磁界と、前記コイルに前記電流として第二の振幅の交流電流を流すことにより生ずる第二の磁界とが交互に前記熱プラズマに印加されるように、前記コイルに流れる電流値を制御する電流制御部と
前記熱プラズマの発光スペクトルを計測する分光器とを備え、
前記電流制御部は、前記熱プラズマ中に配置された試料の表面温度を所定範囲内に維持し、かつ、前記分光器により計測される前記熱プラズマの発光スペクトルに含まれる第一の波長成分の強さが、前記熱プラズマに前記第一の磁界を印加する期間と、前記熱プラズマに前記第二の磁界を印加する期間とでは、所定値以上異なるように、前記コイルに流れる電流値を制御する
表面処理装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2012061001thum.jpg
State of application right Registered
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