JP2000096250A

JP2000096250A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2000096250A
Application number: JP26943498A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Terayama; 暢之寺山
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2000-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマの形状を制御しつつ、非対称のパル
ス電源によりチャージアップを防止するようにして被処
理物上に高硬度の被膜を形成する。【解決手段】回転可能な被処理物１５が装填されてい
る真空槽１と、この真空槽１に結合していてプラズマを
発生するとともにこのプラズマを真空槽１内に供給する
プラズマ室３と、発生したプラズマの形状を制御するた
めの主コイル２６、補助コイル２７および材料ガスノズ
ル１３を備えていて、上記被処理物１５に、電圧が接地
電位を基準として非対称であり、その負電圧の絶対値が
正電圧の絶対値よりも大きく、その周波数が１０ｋＨｚ
乃至２５０ｋＨｚで、正電圧に維持される時間の最小値
が０．１μｓであって、最大値がデューティー比で表し
て４０％であるパルス電圧をパルス電源１８から印加す
ることでチャージアップを防止して被処理物上に高硬度
の被膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被処理物の表面
に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に係り、特にダイ
ヤモンド状炭素（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂ
ｏｎ：以下ＤＬＣという）膜のような非常に高硬度で電
気絶縁性を有する被膜を形成するに好適な熱陰極ＰＩＧ
（ＰｅｎｎｉｎｇＩｏｎｉｚａｔｉｏｎＧａｕｇ
ｅ）プラズマＣＶＤ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマＣＶＤ装置としては、種
々のものが提案されているが、例えば特開平７−３３１
４４７号公報に示されるプラズマＣＶＤ装置をその概略
を示す図４を参照して説明すると、この装置は真空槽５
１を備え、排気管５２を介して真空ポンプ（図示せず）
に結合されている。真空槽５１には、その開口部５１ａ
を覆うように絶縁板５４を介してプラズマ室５３が設け
られ、このプラズマ室５３内にはフィラメント加熱電源
５９から２０Ｖ、１００Ａの直流または交流電力が供給
される熱陰極５５、その近傍には陽極電源６０を介して
熱陰極５５に接続される環状の陽極５６が配置されてい
る。そして、この陽極５６に近接して電子注入電源６１
を介して熱陰極５５に接続される環状の電子注入電極５
７が接地電位に維持されて配置されている。さらに、上
記熱陰極５５の近傍には、Ａｒ、Ｎｅ、Ｎ₂などの不活
性ガスを放電発生用の放電ガスとして、プラズマ室５３
内に導入するためのガスノズル５８が設けられている。

【０００３】上記プラズマ室５３に対向して、真空槽５
１内には絶縁電位に維持された反射電極６４が設けら
れ、さらに上記プラズマ室５３の中心から反射電極６４
の中心に向かう中心軸線６２に対して平行な方向にホル
ダー６６によって支持されている被処理物（基板）６５
が、上記軸線６２から等間隔で複数配置されている。そ
して、この被処理物６５は、ホルダー６６がギア機構６
８を介して公転体６９、公転軸７１に接続され、さらに
この公転軸７１がチェーン７０によって駆動モータ７２
に接続されていて、回転（自公転）するようになってい
る。

【０００４】また、上記被処理物６５は、ホルダ６６、
公転体６９、公転軸７１からマッチングボックス７３を
介して高周波電源７４に接続されている。６３は真空槽
５１内に材料ガスを導入するための環状パイプからなる
ガスノズルであり、そのパイプ部分には複数のガス噴出
孔６３ａがあけられている。７５は被処理物６５を所定
温度に加熱するヒータである。

【０００５】上記プラズマ室５３の周囲には磁界発生用
電源７６ａに接続された磁界発生体である主コイル７６
が設けられ、また反射電極６４の周囲には磁界発生用電
源７７ａに接続された補助コイル７７が設けられてい
て、真空槽５１内で磁束密度が０〜３０ｍＴの磁界を発
生させる。

【０００６】かくして、図４のプラズマＣＶＤ装置で
は、真空槽内に発生させたプラズマを中心として被処理
物を回転させ、成膜表面でのイオン入射によるチャージ
アップを防止する目的で被処理物に高周波電圧を印加
し、プラズマの形状を制御しながら被処理物上に高硬度
の被膜を形成するというものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記図４のプラズマＣ
ＶＤ装置で絶縁性で硬質なＤＬＣ膜等を被処理物に形成
する場合、成膜表面でのイオン入射によるチャージアッ
プを防止するために、被処理物６５に高周波電源７４に
よって１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加している。
しかし、被処理物６５に効率よく電力を供給するために
は、マッチングボックス７３が必要である。このマッチ
ングボックス７３は、真空槽５１の外部の被処理物６５
の近傍に配置される。高周波電源７４に例えば電力容量
が５ｋＷのものを使用した場合、マッチングボックス７
３の大きさは、２００×３５０×５００ｍｍとなり、広
大な設置空間が必要である。従って、このようなマッチ
ングボックスを用いることは、プラズマＣＶＤ装置のス
リム化、小型化にとって大きなマイナスとなる。

【０００８】特に、高周波電源を使用する場合には、制
御機器のノイズ対策も必要であって、真空槽５１の高周
波導入端子とマッチングボックスとの間はアルミニウム
の板により遮蔽しなければならず、コストが高くなる。
さらに、高周波電源自身の価格は、後述するこの発明で
高周波電源に代えて使用する非対称パルス電源の価格に
比べて４倍と高価である。このような理由から、高周波
電源の使用は望ましくない。

【０００９】上記図４のプラズマＣＶＤ装置にて被処理
物６５上にＤＬＣ膜を成膜する場合について説明する
と、ホルダー６６に支持されて被処理物６５を配置した
真空槽５１内に放電用ガスノズル５８からアルゴン（Ａ
ｒ）ガスを導入し、まずＡｒプラズマを発生させる。そ
して、被処理物６５には高周波電源７４により高周波電
力を印加する。この際、高周波電圧を被処理物６５に効
率よく印加するために、マッチングボックス７３によっ
て整合させる。これは、被処理物表面をＡｒイオンでス
パッタエッチングを行って、被処理物表面に付着してい
る酸化物、有機物等の汚染物質を除去する放電洗浄とい
われる工程である。

【００１０】この放電洗浄後、ＤＬＣ膜の成膜を行う。
即ち、Ａｒプラズマが発生していて、かつ被処理物に高
周波電圧を印加した状態で、材料ガスノズル６３からア
セチレン（Ｃ₂Ｈ₂）ガスを導入する。このＣ₂Ｈ₂ガ
スを導入した直後からＤＬＣ膜の成膜工程が開始される
が、上記に示した放電洗浄の工程で印加する高周波電圧
のマッチングを行っていても、成膜工程の開始時に再度
マッチングの取り直しを行わねばならず、この再調整を
している間は完全な成膜を行うことはできないこと、ま
た成膜を行うたびにマッチングの調整を行わなければな
らない、という問題がある。

【００１１】上記に鑑みて、この発明は、真空槽内に発
生させたプラズマを中心として被処理物を回転させ、プ
ラズマの形状を制御しながら、被処理物に高硬度の被膜
を与えるに際し、被処理物に非対称パルス電圧を印加す
ることで、成膜表面でのイオン入射によるチャージアッ
プを防止しようとするものであり、これによって高価な
高周波電源を不要とし、従って大型なマッチングボック
スを使用する必要もなく、全体に小型で低コストのプラ
ズマＣＶＤ装置を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載のプラズマＣＶＤ装置は、排気手段によって内部が排
気されている真空槽と、上記真空槽に結合されていてプ
ラズマを発生すると共に該プラズマを上記真空槽内に供
給するプラズマ室と、上記真空槽内において上記プラズ
マの供給部分の中心から上記プラズマの供給方向に真っ
直ぐに伸びる軸線に対して平行な方向に所定の間隔を隔
てて少なくとも１つ以上設けられた被処理物をその所定
の部分が上記軸線に対向する状態に支持する支持部と、
上記プラズマ室内に上記軸線を中心に対称な分布である
と共に上記プラズマ室から上記真空槽内に向かう方向の
第１の磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、上記支
持部を挟んで上記プラズマ室とは反対側の上記真空槽内
に上記軸線を中心に対称な分布であると共に上記第１の
磁界と同方向あるいは逆方向の第２の磁界を発生させる
第２の磁界発生手段と、上記真空槽内に材料ガスを供給
する材料ガス供給手段とを具備し、上記第１及び第２の
磁界発生手段が上記第１及び第２の磁界の強さを各々独
立して可変できる状態に構成され、かつ上記被処理物
に、接地電位を基準として非対称のパルス電圧が印加さ
れ、このパルス電圧は、その負電圧の絶対値が正電圧の
絶対値よりも大きく、その周波数が１０ｋＨｚ乃至２５
０ｋＨｚで、上記正電圧に維持される時間の最小値が
０．１μｓであって、最大値がデューティ比で表して４
０％のものであることを特徴とするものである。

【００１３】請求項２に記載の発明は、排気手段によっ
て内部が排気されている真空槽と、上記真空槽に結合さ
れていてプラズマを発生すると共に該プラズマを上記真
空槽内に供給するプラズマ室と、上記真空槽内において
上記プラズマの供給部分の中心から上記プラズマの供給
方向に真っ直ぐに伸びる軸線に対して平行な方向に所定
の間隔を隔てて少なくとも１つ以上設けられた被処理物
を支持する支持部と、上記軸線に対して上記被処理物の
表面が順次移動する状態に上記支持部自体を回転させる
自動駆動手段と、上記プラズマ室内に上記軸線を中心に
対称な分布であると共に上記プラズマ室から上記真空槽
内に向かう方向の第１の磁界を発生させる第１の磁界発
生手段と、上記支持部を挟んで上記プラズマ室とは反対
側の上記真空槽内に上記軸線を中心に対称な分布である
と共に上記第１の磁界と同方向あるいは逆方向の第２の
磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、上記真空槽内
に材料ガスを供給する材料ガス供給手段とを具備し、上
記第１及び第２の磁界発生手段が上記第１及び第２の磁
界の強さを各々独立して可変できる状態に構成され、か
つ上記被処理物に、接地電位を基準として非対称のパル
ス電圧が印加され、このパルス電圧は、その負電圧の絶
対値が正電圧の絶対値よりも大きく、その周波数が１０
ｋＨｚ乃至２５０ｋＨｚで、上記正電圧に維持される時
間の最小値が０．１μｓであって、最大値がデューティ
比で表して４０％のものであることを特徴とするもので
ある。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のプラズマＣＶＤ装置において、上記軸線を中心
として上記支持部を回転させる公転駆動手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
の何れかに記載のプラズマＣＶＤ装置において、上記支
持部を挟んで上記プラズマ室とは反対側の上記真空槽内
の上記軸線上に上記プラズマ室に対向する状態に反射電
極を設け、上記真空槽の壁部を基準電位に接続すると共
に、上記プラズマ室と上記反射電極とを電気的に浮遊さ
せる状態に構成したことを特徴とする。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３
の何れかに記載のプラズマＣＶＤ装置において、上記支
持部を挟んで上記プラズマ室とは反対側の上記真空槽内
の上記軸線上に上記プラズマ室に対向する状態に反射電
極を設け、上記真空槽の壁部を基準電位に接続すると共
に、上記真空槽にこれと電気的に絶縁された状態で結合
すると共に上記真空槽内と連通する空間を形成している
上記プラズマ室の空間内に、熱電子を放出する熱陰極
と、上記熱陰極を基準にして正電位が印加される陽極
と、上記熱陰極を基準にして正電位が印加されると共に
上記基準電位に接続されている電子注入電極と、上記空
間内に放電発生用のガスを供給する放電ガス供給手段が
設けられ、上記プラズマ室と上記反射電極とを電気的に
浮遊させる状態、または上記熱陰極の電位に維持する状
態に構成したことを特徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、この発明のプラズマＣＶＤ
装置について図１を参照して説明する。同図は、このプ
ラズマＣＶＤ装置の概略を示す構成図である。この装置
は、真空槽１を備え、この真空槽１は排気管２を介して
真空ポンプ（図示せず）に結合されており、真空槽１の
内部は減圧されている。また、この真空槽１の壁部は接
地電位に接続されている。

【００１８】真空槽１には、その開口部１ａを覆うよう
にプラズマ室３が設けられており、フッ素樹脂、アルミ
ナ等からなる絶縁板４によって浮遊電位（絶縁電位）に
維持されている。上記のプラズマ室３内部には、熱陰極
５、陽極６、電子注入電極７、そしてガスノズル８が配
置されている。熱陰極５は、直径が０．８〜１．０ｍｍ
程度のタングステンフィラメントで構成されており、フ
ィラメント加熱電源９により熱電子が放出される温度
（２０００℃以上）に維持されている。このフィラメン
ト加熱電源９は、直流あるいは交流で、容量は２０Ｖ、
１００Ａのものである。

【００１９】陽極６と電子注入電極７は、モリブデンを
用いて環状に作られている。そして、熱陰極５の近傍に
配置されている陽極６は、アノード電源（容量１００
Ｖ、３０Ａ、直流）１０によって、熱陰極５に対して正
の電圧が印加される。また、上記の陽極６に近接して配
置されている電子注入電極７は、電子注入電源１１（容
量１００Ｖ、３０Ａ、直流）を介して熱陰極５に接続さ
れているとともに、真空槽１の壁部と同様に接地電位に
維持されている。従って、熱陰極５の電位は、電子注入
電圧により制御されて、その値は接地電位に対して０〜
−１００Ｖの範囲である。なお、これら熱陰極５、陽極
６、電子注入電極７は、プラズマ室３の壁部から浮遊し
ており、このプラズマ室３は絶縁電位に維持されてい
る。

【００２０】また、熱陰極５の近傍に設けられているガ
スノズル８は、放電発生用のガスをプラズマ室３内に導
入するノズルであり、放電ガスとしては、例えばＡｒ、
Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎｅ、Ｈ₂、Ｎ₂などの不活性ガスが主に
用いられる。

【００２１】上記真空槽１内には、上記プラズマ室３に
対向した状態で反射電極１４が設けられている。この反
射電極１４は、真空槽１の壁部から浮遊した状態、即ち
絶縁電位に維持されている。そして、プラズマ室３の中
心から反射電極１４の中心に向かって真っ直ぐに伸びる
中心軸線１２に対して平行な方向に被処理物１５がホル
ダ１６に支持されて配置されている。このホルダ１６は
ギア機構２１を介して公転体２０の円周部分に結合さ
れ、公転体２０はその中心を中心軸線１２に一致させた
状態で公転軸２２に結合され、公転軸２２はチェーン２
４を介して駆動モータ２３に回転自在に連結しているの
で、上記ホルダ１６に支持されて配置されている被処理
物１５は、駆動モーター２３により中心軸線１２に対し
て自公転するようになっている。

【００２２】また、上記被処理物１５には、ホルダ１
６、公転体２０、公転軸２２を介して真空槽１の外部に
設けられた非対称パルス電源１８が接続され、この電源
１８により負電圧の絶対値が正電圧の絶対値よりも大き
いパルス電圧が、周波数１０〜２５０ｋＨｚの範囲で印
加されるようになっている。

【００２３】１３は、真空槽１内に材料ガスを導入する
ガスノズルであって、このガスノズル１３は、環状に形
成したパイプで構成されており、このパイプ部分にはガ
ス噴出口として直径約０．５ｍｍ程度の複数の小孔１３
ａが穿設されていて、この小孔から材料ガスが被処理物
１５に吹きつけられる。材料ガスとしては、分解して膜
になるガスとして、ＳｉＨ₄、Ｓｉ（ＣＨ₃）₄、Ｔｉ
Ｃｌ₄、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂などが用いられる。１９は、
被処理物１５を所定の温度に加熱するヒータである。

【００２４】２６、２７は電磁コイルであり、２６が主
コイル、２７が補助コイルである。主コイル２６は、プ
ラズマ室３の周囲に配置され、補助コイル２７は、反射
電極１４の周囲に配置されている。そして、主コイル２
６、補助コイル２７は磁界発生用電源（容量１００Ｖ、
５Ａ、直流）２６ａ、２７ａにそれぞれ接続されてお
り、流す電流の向きにより、ミラー磁場およびカスプ磁
場を真空槽１の内部で発生させるのである。真空槽１の
中心での磁束密度は０〜３０ｍＴ程度である。磁場は、
プラズマの形状を制御するものであって、ミラー磁場の
場合は、中心軸線１２の向きにプラズマを閉じ込める。
一方、カスプ磁場の場合は、中心軸線１２から真空槽１
の内壁へと発散するプラズマ形状が得られる。このよう
に、プラズマの形状を制御することで皮膜の膜質および
被処理物に対する成膜領域を制御することができる。

【００２５】この発明のプラズマＣＶＤ装置は、上記に
示した従来のプラズマＣＶＤ装置において基板に印加す
る電圧を高周波電圧に代えて、非対称パルス電圧を用い
たことに特徴を有している。

【００２６】このパルス電圧は、負電圧の絶対値が正電
圧の絶対値よりも大きく、その周波数が１０〜２５０ｋ
Ｈｚで、正電圧に維持される時間の最小値が０．１μｓ
であって、最大値がデューティー比で表して４０％のも
のである。そして、熱陰極ＰＩＧ放電で生成されたＡｒ
−Ｃ₂Ｈ₂プラズマガス中のイオンは、被処理物に印加
されたパルス電圧が負のときに被処理物に入射する。被
処理物に印加された電圧が正のときには、プラズマ中の
電子が被処理物に入射し、この電子が被処理物の表面に
滞在しているイオン化粒子と衝突して電荷の中和が行わ
れる。従って、作製される皮膜が絶縁性の膜であって
も、このような電荷中和の過程により電荷の蓄積を抑え
て、被処理物表面にイオンを入射することができるの
で、緻密で密着性のよい反応膜を作製することができる
のである。

【００２７】上記の非対称パルス電源において、負電圧
の絶対値よりも正電圧の絶対値が大きくなると、被処理
物に入射するイオンの量よりも電子の量が多くなる。こ
のため、パルス負電圧の絶対値よりも正電圧の絶対値を
小さくして電荷の中和が行えるようにしてある。また、
周波数を１０〜２５０ｋＨｚとするのは、１０ｋＨｚよ
りも低いと、周波数が低いので、チャージアップの充分
な効果が得られず、また２５０ｋＨｚを超えると、ノイ
ズを発生しやすくなって好ましくないためである。

【００２８】正電圧に維持される時間を０．１μｓ以上
とするのは、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を被処理物
に印加した時には、チャージアップを防止できることが
わかっており、この１３．５６ＭＨｚに近い周波数であ
る１０ＭＨｚの周期が０．１μｓであり、少なくとも
０．１μｓ以上の期間にわたって正電圧を印加すると、
チャージアップを防止できると考えられるからである。
また、デューティー比を４０％以下としたのは、デュー
ティー比を大きくすると、その間には被処理物にはイオ
ンが入射しなくなるし、緻密で高性能を有した反応膜を
作製するためには、低エネルギーで大電流のイオン照射
が有効であることが判明しており、デューティー比を必
要以上に大きくすると、これに反することになるからで
ある。

【００２９】なお、このプラズマＣＶＤ装置によるＤＬ
Ｃ膜の生成においては、被処理物との密着性が最重要課
題である。特性のよい膜であっても、被処理物から剥離
するようでは使用することはできない。ＤＬＣ膜は、シ
リコン、アルミニウム、ゲルマニウムなどの材料表面に
は比較的に良く付着するが、鉄系材料やガラス、プラス
チック等の表面への付着性に劣っている。この場合に
は、付着性向上のために被処理物とＤＬＣ膜との間にＳ
ｉＣ膜を介在させればよい。即ち、ＤＬＣ膜の形成に先
立って、被処理物表面にＳｉＣ膜を形成させればよい。
そして、ＳｉＣ膜の成膜には、テトラメチルシラン〔Ｓ
ｉ（ＣＨ₃）₄〕ガスを用いればよく、また真空槽１内
に材料ガスノズル１３から導入するガスを〔Ｓｉ（ＣＨ
₃）₄〕ガス、Ｃ₂Ｈ₂ガスと切り替えることで、連続
してＳｉＣ膜／ＤＬＣ膜を積層することもできる。さら
に、〔Ｓｉ（ＣＨ₃）₄〕ガスとＣ₂Ｈ₂ガスの比率を
変えることで傾斜機能を持たせることも可能である。

【００３０】上記のようにして、表面に高硬度のＤＬＣ
膜を密着性よく形成した被処理物は、ピストンリング、
剃刀、摺動部品、サングラス、レンズ金型、混合栓アル
ミナバルブ、ノングリスのオイルシール、エアコンコン
プレッサー部品などとして有用である。

【００３１】

【実施例】以下、このプラズマＣＶＤ装置によって、基
板（被処理物）にＤＬＣ膜を形成させる実施例を図１に
ついて説明する。

【００３２】実施例１真空槽１内に基板１５として高速度鋼（ＳＫＨ５１）を
ホルダー１６に支持させて装填し、まず、プラズマを発
生させる放電用Ａｒガスを流量１０ｍＬ／ｍｉｎで放電
用ガスノズル８から供給し、また材料ガスノズル１３か
ら材料ガスとして、〔Ｓｉ（ＣＨ₃）₄〕ガスを８０ｍ
Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、圧力：８×１０^-2Ｐａ、主
コイル電流：０．４Ａ、補助コイル電流：１．２Ａ、陽
極電圧：６０Ｖ、電子注入電圧：４０Ｖ、放電電流：２
０Ａ、基板へのパルス電圧：−３００Ｖ、周波数：１０
０ｋＨｚ、デューティー比：２０％、の条件で基板１５
上に０．１μｍ厚さのＳｉＣ膜を形成した。

【００３３】上記で基板１５上に０．１μｍ厚さのＳｉ
Ｃ膜を形成した後、引き続いてＡｒガスを流量１０ｍＬ
／ｍｉｎで、また材料ガスとしてＣ₂Ｈ₂ガスを流量１
８０ｍＬ／ｍｉｎでそれぞれ供給し、圧力を８×１０^-2
Ｐａ、陽極電圧を６０Ｖ、電子注入電極電圧を４０Ｖ、
放電電流を３０Ａ、主コイル２６、補助コイル２７に対
してそれぞれ磁界発生用電源２６ａ、２７ａから０．４
Ａ、１．２Ａの直流電流が供給され、基板パルス電圧−
３００Ｖ、周波数１００ｋＨｚ、デューティー比２０％
の条件でＤＬＣ膜の形成を行った。

【００３４】上記において、パルス電源１８から基板１
５に印加されるパルス電圧の電位は、２μｓの期間は＋
１００Ｖに維持され、８μｓの期間は−４００Ｖに維持
されている。そして、負の電圧が基板に印加されている
８μｓの期間には、ＡｒガスイオンおよびＣ₂Ｈ₂ガス
イオンが基板の成膜表面に向かって加速され、入射す
る。一方、正の電圧が基板に印加されている２μｓの期
間には、基板方向に向かうイオンは減速され、代わりに
プラズマ中の電子が成膜表面に向かって加速され、成膜
表面に入射する。これによって、基板の成膜表面に滞在
しているイオンと電子が衝突し、イオンと電子との電荷
の中和が起こる。このような電荷中和過程により、成膜
表面における正電荷蓄積によるチャージアップを防止で
き、イオンを安定に基板の膜成長表面に入射することが
できる。

【００３５】上記において、基板に入射するときのイオ
ンエネルギーの平均値は、プラズマ電位（ここでは２０
Ｖ）と負の基板電位（−４００Ｖ）との差で表され、４
２０ｅＶとなる。このような高いイオンエネルギーによ
り、緻密で硬質な８μｍ厚さのＤＬＣ膜が得られた。こ
のＤＬＣ成膜時における基板１５のオシロスコープで観
察した電圧波形を図２に示した。

【００３６】実施例２図１のプラズマＣＶＤ装置により、基板１５を高速度鋼
（ＳＫＨ−４）とし、Ａｒガス流量：１０ｍＬ／ｍｉ
ｎ、Ｓｉ（ＣＨ₃）₄ガス流量：８０ｍＬ／ｍｉｎ、圧
力：８×１０^-2Ｐａ、主コイル電流：０．４Ａ、補助コ
イル電流：１．２Ａ、陽極電圧：６０Ｖ、電子注入電
圧：４０Ｖ、放電電流：２０Ａ、基板パルス電圧：−３
００Ｖ、周波数：１００ｋＨｚ、デューティー比：２０
％、のＳｉＣ膜の成膜条件と、Ａｒガス流量：１０ｍＬ
／ｍｉｎ、Ｃ₂Ｈ₂ガス流量：１００ｍＬ／ｍｉｎ、圧
力：８×１０^-2Ｐａ、主コイル電流：０．４Ａ、補助コ
イル電流：１．２Ａ、陽極電圧：６０Ｖ、電子注入電
圧：４０Ｖ、放電電流：２０Ａ、基板パルス電圧：０〜
−３００Ｖ、周波数：１００ｋＨｚ、デューティー比：
２０％、のＤＬＣ膜の成膜条件にて、上記した実施例１
と同様の操作を行って、基板１５上に０．１μｍ厚のＳ
ｉＣ膜、さらに２．５μｍ厚さのＤＬＣ膜を形成した。
この実施例２で、ＤＬＣ膜の成膜時における基板パルス
電圧を０〜−３００Ｖと変えることで、得られるＤＬＣ
膜の硬度とパルス電圧との関係を調べたところ、図３の
結果が得られた。この図から、イオンの入射エネルギー
は、パルス電圧の負の値によって制御することができ、
基板に印加するパルス電圧が高いほど、硬質なＤＬＣ膜
が得られることが認められた。また、基板からのＤＬＣ
膜の剥離も見られなかった。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のプラズ
マＣＶＤ装置は、回転可能に被処理物が装填されている
真空槽と、この真空槽に結合していてプラズマを発生す
るとともにこのプラズマを真空槽内に供給するプラズマ
室と、発生したプラズマの形状を制御する磁界発生手段
および材料ガス供給手段とを備えていて、被処理物に非
対称のパルス電圧を印加することにより、被処理物上に
ＤＬＣ膜のような絶縁性で高硬度の被膜を形成するとい
うものであって、被処理物に印加されたパルス電圧が負
のときにＡｒ−Ｃ₂Ｈ₂プラズマ中のイオンが被処理物
に入射する。被処理物に印加された電圧が正のときにプ
ラズマ中の電子が被処理物に入射し、この電子が被処理
物の表面に滞在しているイオン化粒子と衝突して電荷の
中和が起こり、高周波電源を使用する場合と同様にＤＬ
Ｃ膜のような絶縁性被膜を安定して得ることができるの
である。

【００３８】高周波電源を用いる場合、大型のマッチン
グボックスが必要であるし、そのマッチングをとる作業
が面倒であり、しかも高周波電源は高価である。しか
し、パルス電源を用いることにより、高周波電源及びマ
ッチングボックスを使用しなくてもよく、小型で低コス
トのプラズマＣＶＤ装置を実現できるし、またマッチン
グをとる作業が不要になるので、効率的に作業が行え
る。さらに、非対称パルスは、高周波電源の１／４の価
格であるので、上記のような特徴を有するプラズマＣＶ
Ｄ装置を低コストで市場に提供できるという効果も有す
るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図で
ある。

【図２】実施例１のＤＬＣ膜成膜時における基板電圧の
オシロスコープ波形である。

【図３】実施例２における基板パルス電圧とＤＬＣ膜の
硬度との関係を示す線図である。

【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１真空槽３プラズマ室５熱陰極６陽極７電子注入電極８ガスノズル９熱陰極加熱電源１０陽極電源１１電子注入電極電源１３材料ガス導入ノズル１４反射電極１５被処理物（基板）１８パルス電源２６主コイル２７補助コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 AA06 AA09 BA28 BA37 BB13 CA02 FA01 GA02 HA01 HA06 JA17 JA18 KA08 KA19 KA30 KA34 LA02 5F045 AA08 AA14 AB06 AB07 AC01 AC03 AC07 AE13 AF02 AF10 DP27 EF04 EH04 EH06 EH16 EH18 EH19 EH20 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気手段によって内部が排気されている
真空槽と、上記真空槽に結合されていてプラズマを発生
すると共に該プラズマを上記真空槽内に供給するプラズ
マ室と、上記真空槽内において上記プラズマの供給部分
の中心から上記プラズマの供給方向に真っ直ぐに伸びる
軸線に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて少なくと
も１つ以上設けられた被処理物をその所定の部分が上記
軸線に対向する状態に支持する支持部と、上記プラズマ
室内に上記軸線を中心に対称な分布であると共に上記プ
ラズマ室から上記真空槽内に向かう方向の第１の磁界を
発生させる第１の磁界発生手段と、上記支持部を挟んで
上記プラズマ室とは反対側の上記真空槽内に上記軸線を
中心に対称な分布であると共に上記第１の磁界と同方向
あるいは逆方向の第２の磁界を発生させる第２の磁界発
生手段と、上記真空槽内に材料ガスを供給する材料ガス
供給手段とを具備し、上記第１及び第２の磁界発生手段
が上記第１及び第２の磁界の強さを各々独立して可変で
きる状態に構成され、かつ上記被処理物に、接地電位を
基準として非対称のパルス電圧が印加され、このパルス
電圧は、その負電圧の絶対値が正電圧の絶対値よりも大
きく、その周波数が１０ｋＨｚ乃至２５０ｋＨｚで、上
記正電圧に維持される時間の最小値が０．１μｓであっ
て、最大値がデューティ比で表して４０％のものである
ことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】排気手段によって内部が排気されている
真空槽と、上記真空槽に結合されていてプラズマを発生
すると共に該プラズマを上記真空槽内に供給するプラズ
マ室と、上記真空槽内において上記プラズマの供給部分
の中心から上記プラズマの供給方向に真っ直ぐに伸びる
軸線に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて少なくと
も１つ以上設けられた被処理物を支持する支持部と、上
記軸線に対して上記被処理物の表面が順次移動する状態
に上記支持部自体を回転させる自動駆動手段と、上記プ
ラズマ室内に上記軸線を中心に対称な分布であると共に
上記プラズマ室から上記真空槽内に向かう方向の第１の
磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、上記支持部を
挟んで上記プラズマ室とは反対側の上記真空槽内に上記
軸線を中心に対称な分布であると共に上記第１の磁界と
同方向あるいは逆方向の第２の磁界を発生させる第２の
磁界発生手段と、上記真空槽内に材料ガスを供給する材
料ガス供給手段とを具備し、上記第１及び第２の磁界発
生手段が上記第１及び第２の磁界の強さを各々独立して
可変できる状態に構成され、かつ上記被処理物に、接地
電位を基準として非対称のパルス電圧が印加され、この
パルス電圧は、その負電圧の絶対値が正電圧の絶対値よ
りも大きく、その周波数が１０ｋＨｚ乃至２５０ｋＨｚ
で、上記正電圧に維持される時間の最小値が０．１μｓ
であって、最大値がデューティ比で表して４０％のもの
であることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載のプラズマＣＶＤ
装置において、上記軸線を中心として上記支持部を回転
させる公転駆動手段を設けたことを特徴とするプラズマ
ＣＶＤ装置。
【請求項４】請求項１乃至３の何れかに記載のプラズ
マＣＶＤ装置において、上記支持部を挟んで上記プラズ
マ室とは反対側の上記真空槽内の上記軸線上に上記プラ
ズマ室に対向する状態に反射電極を設け、上記真空槽の
壁部を基準電位に接続すると共に、上記プラズマ室と上
記反射電極とを電気的に浮遊させる状態に構成したこと
を特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】請求項１乃至３の何れかに記載のプラズ
マＣＶＤ装置において、上記支持部を挟んで上記プラズ
マ室とは反対側の上記真空槽内の上記軸線上に上記プラ
ズマ室に対向する状態に反射電極を設け、上記真空槽の
壁部を基準電位に接続すると共に、上記真空槽にこれと
電気的に絶縁された状態で結合すると共に上記真空槽内
と連通する空間を形成している上記プラズマ室の空間内
に、熱電子を放出する熱陰極と、上記熱陰極を基準にし
て正電位が印加される陽極と、上記熱陰極を基準にして
正電位が印加されると共に上記基準電位に接続されてい
る電子注入電極と、上記空間内に放電発生用のガスを供
給する放電ガス供給手段が設けられ、上記プラズマ室と
上記反射電極とを電気的に浮遊させる状態、または上記
熱陰極の電位に維持する状態に構成したことを特徴とす
るプラズマＣＶＤ装置。