JP2004300536A

JP2004300536A - Surface treatment apparatus and surface treatment method

Info

Publication number: JP2004300536A
Application number: JP2003095891A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Terayama; 暢之寺山; Akitaka Kashiwabara; 哲隆柏原; Nobuyuki Shimizu; 信行清水
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformly apply the surface-treatment to the inner wall surface of a tubular treating material. <P>SOLUTION: Plasma 20 generated from a plasma gun 18 is shaped like beam with a magnetic field generated from magnetic coils 24 and 26. Then, the treating material 64 is supported with a supporting base 56 so that the plasma 20 is passed into a hollow part 66 of the treating material 64. In this way, the action of the plasma 20 to the inner wall surface 76 of the treating material 64 can be uniformized by inserting the plasma 20 into the hollow part 66 of the treating material 64, and as a result, the inner wall surface 76 can be subjected to uniform surface treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面処理装置および表面処理方法に関し、特に例えばプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式の表面処理装置および表面処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の表面処理装置として、従来、例えば特許文献１に示すようなものがある。この従来技術によれば、プラズマ源から発生されたプラズマは、真空槽内に供給される。そして、この真空槽内におけるプラズマの形状は、第１の磁界発生手段から発生される第１の磁界および第２の磁界発生手段から発生される第２の磁界によって制御される。さらに、プラズマの外側に所定の間隔を置いた所に１以上の支持部が配置されており、この支持部によって被処理物が支持される。第１の磁界および第２の磁界の各々は、独立して可変できるので、被処理物に対するプラズマの影響を制御でき、ひいては当該被処理物に対する成膜領域および被膜の膜質を制御できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３３１４４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来技術は、基板などの平板状の被処理物の表面に被膜を形成するのには適しているが、表面が入り組んだ物、特に管状の被処理物の内壁面に被膜を形成するのには、適さない。このように内壁面に被膜を形成することが要求される被処理物としては、例えば半導体製造用のドライエッチング装置に用いられる真空配管やベローズがある。これらは、ハロゲン系ガスなどの腐食性ガスを輸送するのに用いられるため、かかる腐食性ガスから真空配管およびベローズの内壁面を保護するのに、当該内壁面にＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）膜などの耐腐食性に優れた被膜を均一に形成する必要があるからである。また、粉体を輸送するのに用いられる配管においても、その内壁面をＤＬＣ膜などの耐磨耗性に優れた被膜で均一に覆うことが要求される。
【０００５】
そこで、この発明は、管状の被処理物の内壁面に成膜処理などの表面処理を均一に施すことのできる表面処理装置および表面処理方法を提供することを、目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、真空槽と、真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、プラズマがビーム状に整形されるように真空槽内に磁界を発生させる磁界発生手段と、管状の被処理物の中空部内にプラズマが挿通されるように当該被処理物を支持する支持手段とを具備する、表面処理装置である。
【０００７】
この第１の発明では、プラズマ発生手段によって、真空槽内にプラズマが発生される。そして、このプラズマは、磁界発生手段から発生される磁界によって、ビーム状に整形される。さらに、このビーム状のプラズマが管状の被処理物の中空部内に挿通されるように、支持手段が、当該被処理物を支持する。
【０００８】
なお、磁界発生手段は、プラズマの直径が被処理物の中空部の直径よりも小さくなるように磁界を発生させるのが、望ましい。すなわち、被処理物がプラズマ内に置かれると、当該プラズマのエネルギによって被処理物の温度が上昇する。従って、かかる温度上昇を抑制するために、プラズマの直径を被処理物の直径よりも小さくする、つまり被処理物の内壁面をプラズマから離すのが、望ましい。
【０００９】
また、プラズマを中心に被処理物の内壁面が回転するように支持手段を回転させる回転手段を、設けてもよい。このようにプラズマを中心として被処理物の内壁面を回転させることによって、当該内壁面に対するプラズマの作用をさらに均一化できる。
【００１０】
そして、被処理物の中空部に挿通されかつ当該中空部内において所定のガス、例えば被膜の材料となる材料ガスを噴出するノズルを、さらに設けてもよい。このように被処理物の中空部内において所定のガスを噴出させるようにすれば、当該所定のガスによる表面処理を効率よく行うことができ、つまり処理速度を向上させることができる。
【００１１】
第２の発明は、真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生過程と、プラズマがビーム状に整形されるように真空槽内に磁界を発生させる磁界発生過程と、管状の被処理物の中空部内にプラズマが挿通されるように当該被処理物を支持する支持過程とを具備する、表面処理方法である。
【００１２】
すなわち、この第２の発明は、第１の発明に対応する方法発明である。従って、第１の発明と同様の作用を奏する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１に示すように、この実施形態の表面処理装置１０は、真空槽１２を備えている。この真空槽１２は、例えば直径が約１［ｍ］、高さ寸法が約０．８［ｍ］の概略円筒形のものであり、その壁部は、基準電位としての接地電位に接続されている。
【００１４】
真空槽１２の側壁（図１において左側の壁部）には、排気口１４が設けられており、この排気口１４は、真空槽１２の外部に設置された図示しない排気手段、例えば真空ポンプに結合されている。さらに、真空槽１２の上壁の略中央には、開口部１６が設けられており、この開口部１６を覆うようにプラズマガン１８が設けられている。
【００１５】
プラズマガン１８は、真空槽１２内に後述するプラズマ２０を発生させるためのものであり、反射電極２２，１対の電磁コイル２４および２６と共に、熱陰極ＰＩＧ（ＰｅｎｎｉｎｇＩｏｎｉｚａｔｉｏｎＧａｕｇｅ）方式のプラズマ発生源を構成する。具体的には、プラズマガン１８は、概略円筒形の形状をしており、その壁部は、真空槽１２の壁部と電気的に絶縁されている。そして、このプラズマガン１８の底壁の略中央には、円形のプラズマ出力口２８が設けられており、このプラズマ出力口２８の外側（図１において下側）には、筒状のノズル３０が設けられている。なお、このノズル３０（プラズマ出力口２８）の内径（アパーチャ寸法）は、後述する被処理物６４の中空部６６の直径（内径）よりも若干（数［ｍｍ］〜数十［ｍｍ］程度）小さめの寸法とされている。一方、プラズマガン１８の上壁は、閉鎖されている。そして、プラズマガン１８の内部空間には、熱陰極３２，陽極３４および電子注入電極３６が設けられている。
【００１６】
このうち、熱陰極３２は、プラズマガン１８の上壁の近傍に設けられている。この熱陰極３２は、直径が０．８［ｍｍ］〜１．０［ｍｍ］程度のタングステンフィラメントで構成されており、その両端は、プラズマガン１８の外部に設けられた直流電源装置３８に接続されている。熱陰極３２は、この直流電源装置３８からの直流電力の供給によって千数百［℃］〜二千数百［℃］に加熱され、熱電子を放出する。
【００１７】
一方、陽極３４は、モリブデン製の環状体であり、その中空部をプラズマ出力口２８に対向させた状態で、熱陰極３２の下方に設けられている。この陽極３４は、熱陰極３２から放出された熱電子を加速させるためのものであり、プラズマガン１８の外部に設けられた別の直流電源装置４０によって、熱陰極３２に対して＋４０［Ｖ］〜＋７０［Ｖ］の電位に維持される。この陽極３４の電位（陽極電圧）および当該陽極３４に流れる電流（放電電流：厳密には電子注入電極３６に流れる電流を含む）Ｉａの大きさ、および上述の熱陰極３２に供給される直流電力の大きさ（熱陰極３２の温度）によって、プラズマ２０のパワー、つまりプラズマガン出力が決定される。この実施形態では、最大で３［ｋＷ］のプラズマガン出力が得られる。
【００１８】
電子注入電極３６は、陽極３４と同様のモリブデン製の環状体であり、その中空部をプラズマ出力口２８に対向させた状態で、当該陽極３４の下方に設けられている。この電子注入電極３６は、プラズマガン１８内の空間電位を安定させ、ひいては真空槽１２内の異常放電を抑制するためのものであり、プラズマガン１８の外部に設けられたさらに別の直流電源装置４２によって、陽極３４よりも１０［Ｖ］ほど低い電位に維持される。なお、電子注入電極３４は、プラズマガン１８の外部において接地電位に接続されている。
【００１９】
さらに、プラズマガン１８の側壁には、当該プラズマガン１８内に不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスおよび水素ガスを個別に導入するためのガス供給口４４が設けられている。すなわち、このガス供給口４４には、アルゴンガス導入用のガス供給管４６と、水素ガス導入用のガス供給管４８とが、並列に結合されている。そして、これらのガス供給管４６および４８には、それぞれを流れるガスの流量を調整するための流量調整手段、例えばマスフローコントローラ５０および５２が設けられている。
【００２０】
そして、プラズマガン１８のプラズマ出力口２８（ノズル３０）と対向するように、真空槽１２内の底壁の近傍に、円盤状の反射電極２２が設けられている。より具体的には、反射電極２２の中心は、プラズマ出力口２８の中心に対向している。この反射電極２２は、プラズマガン１８から流れてくる電子を反射させるためのものであり、電気的に絶縁電位とされている。
【００２１】
そして、真空槽１２の外部であって、当該真空槽１２の上壁の上方に、２つの電磁コイル２４および２６のうちの一方２４が、プラズマガン１８の周囲を取り巻くように設けられている。この電磁コイル２４は、プラズマガン１８内におけるガスの放電を助長させるためのものである。すなわち、電磁コイル２４は、これに真空槽１２の外部に設けられた図示しない磁界発生用電源装置から直流電力が供給されると、プラズマガン１８内に、陽極３４の中空部および電子注入電極３６の中空部を貫通する方向に沿う方向の磁界を発生させる。この磁界が発生することによって、プラズマガン１８内に導入されたアルゴンガスおよび水素ガスは放電（電離）し易くなり、つまりプラズマ２０が発生し易くなる。なお、この電磁コイル２４から発生される磁界と、次に説明する他方の電磁コイル２６から発生される磁界とによって、真空槽１２内に後述するミラー磁場が形成される。
【００２２】
他方の電磁コイル２６は、真空槽１２の外部であって、当該真空槽１２の底壁の下方に、上述した一方の電磁コイル２４と対向するように設けられている。この電磁コイル２６は、プラズマ２０を真空槽１２の中央にビーム状に閉じ込めるためのものである。すなわち、この電磁コイル２６に上述の磁界発生用電源装置から直流電力が供給されると、真空槽１２内に、電磁コイル２４による磁界と同じ方向、つまりプラズマガン１８（プラズマ出力口２８）から反射電極２２に向かう方向に沿う方向の磁界が発生する。この磁界が発生することによって、上述のミラー磁場が形成され、プラズマ２０がビーム状に閉じ込められる。なお、このミラー磁場の強さ、具体的には真空槽１２の中央の磁束密度は、磁界発生用電源装置から各電磁コイル２４および２６に供給される直流電力の大きさによって２０［Ｇ］〜１００［Ｇ］の範囲で可変できる。
【００２３】
このような構成の熱陰極ＰＩＧ方式のプラズマ発生源によれば、真空ポンプによって真空槽１２内およびプラズマガン１８内が減圧され、そして、ガス供給口４４を介してプラズマガン１８内にアルゴンガスまたは水素ガスが導入された状態で、熱陰極３２，陽極３４，電子注入電極３６，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力が供給されると、プラズマ２０が発生する。具体的には、熱陰極３０から熱電子が放出され、この熱電子は陽極３２に向かって加速される。そして、加速された熱電子は、プラズマガン１８内に導入されたアルゴンガスおよび水素ガスの各分子（原子）に衝突し、その衝撃によって当該ガス分子が放電（電離）して、アルゴンガス，アルゴンラジカル，水素イオンおよび水素ラジカルが発生し、つまりプラズマ２０が発生する。
【００２４】
さらに、プラズマ２０内の電子は、上述の熱電子と共に、反射電極２２に向かって流れる。しかし、反射電極２２は絶縁電位とされているため、当該反射電極２２に向かって流れる電子は、ここで反射されて、当該反射電極２２とプラズマガン１８との間で電界振動する。これによって、電子とガス分子とが衝突する確率および回数が増大し、プラズマ２０の発生効率が向上する。また、このプラズマ２０は、上述のミラー磁場によってビーム状に整形されるので、その密度が向上する。この実施形態では、例えばプラズマガン１８内を含む真空槽１２内の圧力が０．１［Ｐａ］であるときに、１０^１１［ｃｍ^−３］台という高密度のプラズマ２０が得られる。なお、上述したように、プラズマガン１８内の空間電位は電子注入電極３６によって一定に保たれているので、当該プラズマガン１８内、ひいては真空槽１２内での異常放電が抑制される。従って、高密度でありながら、安定したプラズマ２０が得られる。
【００２５】
そして、真空槽１２内における反射電極２２の下方には、円盤状の回転テーブル５４が、当該反射電極２２と平行を成し、かつ反射電極２２と同心となるように設けられている。
【００２６】
さらに、回転テーブル５４の上面（図１において上側の面）には、丈の低い湯呑茶碗を逆さに置いたような形状の支持台５６が配置されている。具体的には、支持台５６は、その内径が反射電極２２の直径よりも大きく、かつ回転テーブル５４の上面と垂直を成す円筒状の側壁部５６と、この側壁部５６の上端に設けられた円盤状の上壁部５８と、この上壁部５８の上面（図１において上側の面）に設けられた概略糸底状の突起部６２とを、有している。また、上壁部５８の中央には、円形の貫通孔６３が設けられている。この貫通孔６３の直径は、後述する被処理物６４の中空部６６の直径（内径）以上、かつ当該被処理物６４の外径未満とされている。また、この貫通孔６３の直径は、反射電極２２の直径と略同じ、または当該反射電極２２の直径よりも若干（数［ｍｍ］〜数十［ｍｍ］程度）小さめとされている。さらに、突起部６２の内側の直径は、被処理物６４の外径よりも若干（数分の１［ｍｍ］〜数［ｍｍ］程度）大きめとされている。このような構成によって、被処理物６４の一端側と嵌合される嵌合溝６８が形成される。そして、この支持台５６は、貫通孔６３の中心、ひいては被処理物６４の中空部６６の中心が、回転テーブル５４（反射電極２２）の中心と一致するように、当該回転テーブル５４上に配置される。
【００２７】
被処理物６４は、その長さ方向を横切る断面が円形の中空部６６を有し、かつ両端が開口された金属製の直伸管であり、その一端（図１において下側の端部）を上述した支持台５６の嵌合溝６８に嵌合させた状態で、当該支持台５６上に載置されている。これによって、上述したプラズマ２０が被処理物６４の中空部６６内にその長さ方向に沿って挿通される、という位置関係が形成される。なお、この被処理物６４の長さ寸法（図１において上下方向の寸法）は、プラズマガン１８のノズル３０の先端から支持台５６の上壁部５８の上面までの距離よりも、短い。
【００２８】
さらに、回転テーブル５４の下面（図１において下側の面）の中央には、回転軸６８の一端が固定されている。そして、この回転軸６８の他端は、真空槽１２の外部に設けられたモータ７０のシャフト７２に結合されている。つまり、モータ７０が駆動されて、シャフト７２が図１に矢印７４で示す方向に回転すると、回転テーブル５４も同方向に回転する。そして、この回転テーブル５４の回転に伴って、プラズマ２０を中心に被処理物６４の中空部６６の壁面、つまり内壁面７６が、矢印７４で示す方向に回転する。
【００２９】
また、被処理物６４には、支持台５６，回転テーブル５４および回転軸６８を介して、真空槽１２の外部に設けられたパルス電源装置７８から、図２に示すような非対称パルス電圧が、バイアス電圧として印加される。このパルス電源装置７２の最大出力は、１０［ｋＷ］であり、その調整によって、当該非対称パルス電圧の周波数ｆ（周期Ｔ），デューティ比（周期Ｔに対するパルス幅（Ｌ（ロー）レベル時の時間）Ｔｗの比率），Ｌレベル電圧ＶａおよびＨ（ハイ）レベル電圧Ｖｂを、任意に設定することができる。
【００３０】
さらに、真空槽１２内には、概略Ｌ字状のガスノズル８０が設けられている。すなわち、このガスノズル８０の一端側は、被処理物６４の中空部６６内に、当該中空部６６の長さ方向（図１において上下方向）に沿って挿通されている。そして、ガスノズル８０の他端側は、真空槽１２の壁部に設けられたジョイント８１を介して当該真空槽１２の外部に設けられた２本のガス供給管８２および８４に結合されている。このうち、一方のガス供給管８２は、後述する炭化珪素（ＳｉＣ）膜を形成するときに真空槽１２内に材料ガスとしてのＴＭＳ（ＴｅｔｒａＭｅｔｈｙｌＳｉｌａｎｅ）を導入するためのものである。他方のガス供給管８４は、後述する珪素含有ＤＬＣ膜を形成するときに材料ガスとして上述のＴＭＳガスと共にアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）を導入するためのものである。これらのガス供給管８２および８４にも、流量調整手段としてのマスフローコントローラ８６および８８が設けられている。
【００３１】
このように構成された表面処理装置１０によれば、プラズマガン１８から発生されたプラズマ２０は、被処理物６４の中空部６６に挿通される。このとき、電磁コイル２４および２６から発生される磁界によって、当該プラズマ２０の直径が被処理物６４の中空部６６の直径よりも小さくなるように、上述した磁界発生用電源装置が制御される。従って、プラズマの外側に被処理物が配置されるという上述した従来技術とは異なり、被処理物６４の内壁面７６に対して、プラズマ２０を均一に作用（影響）させることができる。よって、当該内壁面７６に対し、後述する成膜処理などの表面処理を均一に施すことができる。
【００３２】
そして、モータ７０を駆動させることによって、プラズマ２０を中心に被処理物６４の内壁面７６を回転させることができる。従って、当該内壁面７６に対するプラズマ２０の作用をより一層均一化することができる。
【００３３】
さらに、上述した炭化珪素（ＳｉＣ）膜または珪素含有ＤＬＣ膜を形成するときに用いられる材料ガスとしてのＴＭＳガスまたはアセチレンガスは、ガスノズル８０を介して被処理物６４の中空部６６内において噴出される。従って、当該炭化珪素膜または珪素含有ＤＬＣ膜を効率よく形成することができる。つまり、成膜速度（コーティングレート）を向上させることができる。また、膜厚の均一性も向上する。このことは、被処理物６４の長さ寸法が長いほど、また被処理物６４の内径に対する当該長さ寸法（アスペクト比）が大きいほど、顕著になる。
【００３４】
【実施例】
この発明の実施例として、次のような実験を行った。
【００３５】
すなわち、今、全てのマスフローコントローラ５０，５２，８６および８８が閉じられているとする。そして、熱陰極３２，陽極３４，電子注入電極３６，電磁コイル２４および２６のいずれにも直流電力が供給されていないものとする。さらに、パルス電源装置７８もまた、出力オフの状態にあり、モータ７０も、未だ駆動されていない状態にあるとする。そして、被処理物６４として、長さ寸法が４４０［ｍｍ］、内径が１１４［ｍｍ］のステンレス製パイプが、真空槽１２内（支持台５６上）に設置されているとする。なお、プラズマガン１８のプラズマ排出口２８（ノズル３０）の内径は、３６［ｍｍ］とされている。
【００３６】
このような状態で、まず、当該真空槽１２内を５×１０^−４［Ｐａ］まで減圧させる。その後、マスフローコントローラ５０および５２を開いて、アルゴンガスおよび水素ガスを、それぞれ４０［ｍＬ／ｍｉｎ］および２０［ｍＬ／ｍｉｎ］の流量でプラズマガン１８内に供給させる。そして、熱陰極３２，陽極３４，電子注入電極３６，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力を供給して、プラズマ２０を発生させる。このとき、プラズマガン出力を７００［Ｗ］に設定する。また、真空槽１２内の略中央において、磁束密度が５０［Ｇ］になるようにする。これによって、プラズマ２０の直径が、プラズマ出力口２８（ノズル３０）の内径と略同等になり、つまり被処理物６４の直径よりも小さくなる。なお、真空槽１２内の圧力は、０．１［Ｐａ］一定とする。また、５０［Ｇ］という磁束密度は、上述した従来技術において基板などの平板状の被処理物が処理されるときの磁束密度よりも大きい。
【００３７】
さらに、パルス電源装置７８を調整して、被処理物６４に対し、バイアス電圧として次のような非対称パルス電圧を印加させる。すなわち、図２において、周期Ｔを１０［μｓ］（周波数ｆ＝１００［ｋＨｚ］），デューティ比（Ｔｗ／Ｔ）を０．７，Ｌレベル電圧Ｖａを−７３０［Ｖ］，およびＨレベル電圧Ｖｂを＋３７［Ｖ］とする。これによって、平均電圧Ｖｃが約−５００［Ｖ］の非対称パルス電圧を、被処理物６４に印加する。そして、モータ７０を駆動させて、被処理物６４を１［ｒｐｍ］で回転させる。
【００３８】
かかる条件によるボンバード処理を、１０分間行う。これは、被処理物６４の表面に化学吸着している有機汚染物質を除去するためである。すなわち、このボンバード処理によれば、アルゴンイオンおよび水素イオンが、被処理物６４の表面に衝突する。これによって、当該表面に吸着している有機汚染物質がスパッタされ、つまり除去される。
【００３９】
そして、このボンバード処理後、被処理物６４の表面に中間層としての炭化珪素膜を形成するべく、マスフローコントローラ８６を開いて、ＴＭＳガスを３０［ｍＬ／ｍｉｎ］の流量で真空槽１２内に供給させる。これ以外の条件は、上述のボンバード処理時と同じである。かかる条件下での成膜処理を、１０分間行う。これによって、厚さが約１５０［ｎｍ］の炭化珪素膜が形成されたことが確認された。
【００４０】
さらに、この炭化珪素膜の形成後、珪素含有ＤＬＣ膜を形成するべく、マスフローコントローラ５２を閉じて、プラズマガン１８内への水素ガスの供給を停止させる。そして、マスフローコントローラ５０を調整して、プラズマガン１８内に供給されるアルゴンガスの流量を４０［ｍＬ／ｍｉｎ］とすると共に、マスフローコントローラ８６を調整して、真空槽１２内に供給されるＴＭＳガスの流量を５［ｍＬ／ｍｉｎ］とする。さらに、マスフローコントローラ８８を開いて、真空槽１２内にアセチレンガスを５０［ｍＬ／ｍｉｎ］の流量で供給させる。そして、プラズマガン出力を９００［Ｗ］とし、上述した図２におけるＬレベル電圧Ｖａのみを調整することで、バイアス電圧の平均電圧Ｖｃを−１００［Ｖ］とする。これ以外の条件は、炭化珪素膜の形成時と同様である。
【００４１】
かかる条件下での成膜処理を３０分間行うことで、厚さが約２［μｍ］の珪素含有ＤＬＣ膜が形成された。具体的には、被処理物６４の長さ方向において、当該珪素含有ＤＬＣ膜の膜厚分布として、図３に示すような結果が得られた。
【００４２】
すなわち、図３に実線Ｘで示すように、被処理物６４の長さ方向において、２［μｍ］という厚さを基準として±２３［％］という膜厚の均一性が得られた。具体的には、被処理物６４の端部において膜厚が最大の約２．４［μｍ］となり、当該被処理物６４の中空部６６内で膜厚が最小の約１．５［μｍ］となった。
【００４３】
また、上述の珪素含有ＤＬＣ膜の成膜処理をさらに６０分間延長して実施することで、膜厚が３．２［μｍ］〜４［μｍ］の珪素含有ＤＬＣ膜が形成された。そして、この珪素含有ＤＬＣ膜の機械的特性を調べたところ、ビッカーズ硬度が１７８０［ＨＶ］、摩擦係数が０．０６という、高硬度かつ高潤滑性を示す結果が得られた。さらに、スクラッチ試験による密着力も、２６［Ｎ］という高密着性を示した。
【００４４】
なお、上述した従来技術によって同じ条件でボンバード処理，炭化珪素膜の成膜処理およびシリコン含有ＤＬＣ膜の成膜処理を施した結果を、図３の点線Ｙで示す。この点線Ｙからも判るように、従来技術では、均一な膜厚を得ることができず、特に中空部６６内においては成膜しないことが判る。この傾向は、被処理物６４の長さ寸法が長いほど、厳密には被処理物６４の内径に対する当該長さ寸法が大きいほど、顕著になる。
【００４５】
この実施形態では、プラズマ発生手段として、熱陰極ＰＩＧ方式のプラズマ発生源を採用したが、これに限らない。高周波方式などの他の方式のプラズマ発生源を用いてもよい。また、周知の圧力勾配型のプラズマ発生源を用いることもできるが、この圧力勾配型プラズマ発生源では、少なくとも２つの排気手段（例えば真空ポンプ）、およびプラズマ（被処理物）の長さに応じた数の磁界発生手段（例えば磁気コイル）が必要になるので、その分、この実施形態における表面処理装置１０よりも構成が複雑かつ高コスト化する。従って、簡単な構成かつ低コストでこの実施形態における表面処理装置１０と同様の機能を実現するには、熱陰極ＰＩＧ方式のプラズマ発生源を採用するのが、望ましい。
【００４６】
また、アルゴンガスは、いわゆる放電用ガスとして機能するが、このアルゴンガスに代えて、ヘリウム（Ｈｅ）やキセノン（Ｘｅ）などの他の不活性ガスを用いてもよい。
【００４７】
そして、被処理物６４は、その長さ方向を横切る断面が円形であるものに限らない。例えば、当該断面が四角形などの多角形状のものであってもよい。
【００４８】
また、支持台５６は、被処理物６４の中空部６６内にその長さ方向に沿ってプラズマ２０が挿通されるように当該被処理物６４を支持するものであればよく、図１に示す形状のものに限定されない。
【００４９】
さらに、この実施形態では、この発明を成膜装置に適用する場合について説明したが、エッチング処理やイオン窒化処理などの他の表面処理を施す装置にこの発明を適用してもよい。
【００５０】
そして、磁界発生手段としての磁気コイル２４および２６の形状や配置、個数などの態様も、この実施形態で説明したものに限定されない。
【００５１】
【発明の効果】
この発明によれば、ビーム状のプラズマが被処理物の中空部内に挿通されるので、当該被処理物の内壁面に対してプラズマが均一に作用する。従って、当該内壁面に対して成膜処理などの表面処理を均一に施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】同実施形態において被処理物に印加されるバイアス電圧の形態を示す図解図である。
【図３】同実施形態における実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０表面処理装置
１２真空槽
１８プラズマガン
２０プラズマ
２２反射電極
２４，２６電磁コイル
５６支持台
６４被処理物[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method, and more particularly to, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) system surface treatment apparatus and a surface treatment apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of surface treatment apparatus, for example, there is an apparatus as shown in Patent Document 1. According to this conventional technique, plasma generated from a plasma source is supplied into a vacuum chamber. The shape of the plasma in the vacuum chamber is controlled by the first magnetic field generated by the first magnetic field generating means and the second magnetic field generated by the second magnetic field generating means. Further, one or more supporting portions are arranged at predetermined intervals outside the plasma, and the object to be processed is supported by the supporting portions. Since each of the first magnetic field and the second magnetic field can be independently varied, the influence of plasma on the object to be processed can be controlled, and the film formation region and film quality of the film to the object can be controlled.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-331447
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described prior art is suitable for forming a coating on the surface of a flat object to be processed such as a substrate, but the coating is applied to the inner wall surface of an intricate object, particularly a tubular object to be processed. Not suitable for forming. The object to be processed which is required to form a coating on the inner wall surface is, for example, a vacuum pipe or a bellows used in a dry etching apparatus for manufacturing a semiconductor. Since these are used for transporting corrosive gas such as halogen-based gas, in order to protect the inner wall surface of the vacuum pipe and the bellows from such corrosive gas, a DLC (Diamond Like Carbon) film or the like is provided on the inner wall surface. This is because it is necessary to uniformly form a film having excellent corrosion resistance. In addition, the piping used for transporting the powder is required to uniformly cover the inner wall surface with a coating having excellent wear resistance such as a DLC film.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus and a surface treatment method capable of uniformly performing a surface treatment such as a film forming treatment on an inner wall surface of a tubular workpiece.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A first invention provides a vacuum chamber, plasma generating means for generating plasma in the vacuum chamber, magnetic field generating means for generating a magnetic field in the vacuum chamber so that the plasma is shaped into a beam, and a tubular processing target. And a supporting means for supporting the object to be processed such that plasma is inserted into a hollow portion of the object.
[0007]
In the first aspect, the plasma is generated in the vacuum chamber by the plasma generating means. The plasma is shaped into a beam by the magnetic field generated by the magnetic field generating means. Further, the supporting means supports the workpiece so that the beam-shaped plasma is inserted into the hollow portion of the tubular workpiece.
[0008]
Preferably, the magnetic field generating means generates the magnetic field such that the diameter of the plasma is smaller than the diameter of the hollow portion of the object. That is, when an object to be processed is placed in the plasma, the temperature of the object to be processed increases due to the energy of the plasma. Therefore, in order to suppress such a rise in temperature, it is desirable that the diameter of the plasma be smaller than the diameter of the object, that is, the inner wall surface of the object be separated from the plasma.
[0009]
In addition, a rotation unit that rotates the support unit so that the inner wall surface of the object to be processed rotates around the plasma may be provided. By rotating the inner wall surface of the processing object around the plasma as described above, the action of the plasma on the inner wall surface can be further uniformed.
[0010]
Further, a nozzle may be further provided which is inserted into the hollow portion of the object to be processed and ejects a predetermined gas, for example, a material gas serving as a material of the coating, in the hollow portion. If a predetermined gas is ejected in the hollow portion of the object to be processed, surface treatment with the predetermined gas can be performed efficiently, that is, the processing speed can be improved.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a plasma generating step of generating plasma in a vacuum chamber, a magnetic field generating step of generating a magnetic field in the vacuum chamber so that the plasma is shaped into a beam, and a method of generating a magnetic field in a hollow portion of a tubular workpiece. And a supporting step of supporting the object to be processed so that the plasma is passed through the surface processing method.
[0012]
That is, the second invention is a method invention corresponding to the first invention. Therefore, the same operation as that of the first invention is achieved.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the surface treatment apparatus 10 of this embodiment includes a vacuum chamber 12. The vacuum chamber 12 is, for example, a substantially cylindrical one having a diameter of about 1 [m] and a height of about 0.8 [m], and its wall is connected to a ground potential as a reference potential. I have.
[0014]
An exhaust port 14 is provided on the side wall (the left wall in FIG. 1) of the vacuum chamber 12, and the exhaust port 14 is connected to an exhaust unit (not shown) installed outside the vacuum chamber 12, for example, a vacuum pump. Are combined. Further, an opening 16 is provided substantially at the center of the upper wall of the vacuum chamber 12, and a plasma gun 18 is provided so as to cover the opening 16.
[0015]
The plasma gun 18 is for generating plasma 20 described later in the vacuum chamber 12, and includes a reflective electrode 22, a pair of electromagnetic coils 24 and 26, and a hot cathode PIG (Penning Ionization Gauge) type plasma source. Is composed. Specifically, the plasma gun 18 has a substantially cylindrical shape, and its wall is electrically insulated from the wall of the vacuum chamber 12. At the approximate center of the bottom wall of the plasma gun 18, a circular plasma output port 28 is provided. Outside the plasma output port 28 (the lower side in FIG. 1), a cylindrical nozzle 30 is provided. Is provided. The inner diameter (aperture dimension) of the nozzle 30 (plasma output port 28) is slightly (about several [mm] to several tens [mm]) smaller than the diameter (inner diameter) of a hollow portion 66 of the processing target 64 described later. The dimensions are smaller. On the other hand, the upper wall of the plasma gun 18 is closed. In the internal space of the plasma gun 18, a hot cathode 32, an anode 34, and an electron injection electrode 36 are provided.
[0016]
The hot cathode 32 is provided near the upper wall of the plasma gun 18. The hot cathode 32 is made of a tungsten filament having a diameter of about 0.8 [mm] to 1.0 [mm], and both ends thereof are connected to a DC power supply 38 provided outside the plasma gun 18. Have been. The hot cathode 32 is heated to a thousand and several hundred [° C.] to 2,000 and several hundred [° C.] by the supply of the DC power from the DC power supply device 38, and emits thermoelectrons.
[0017]
On the other hand, the anode 34 is a ring-shaped body made of molybdenum, and is provided below the hot cathode 32 with its hollow portion facing the plasma output port 28. The anode 34 is for accelerating the thermoelectrons emitted from the hot cathode 32, and is +40 [V] with respect to the hot cathode 32 by another DC power supply 40 provided outside the plasma gun 18. It is maintained at a potential of +70 [V]. The potential of the anode 34 (anode voltage), the magnitude of the current Ia flowing through the anode 34 (discharge current: strictly including the current flowing through the electron injection electrode 36), and the DC power supplied to the hot cathode 32 described above. (The temperature of the hot cathode 32) determines the power of the plasma 20, that is, the plasma gun output. In this embodiment, a maximum plasma gun output of 3 [kW] is obtained.
[0018]
The electron injection electrode 36 is a ring-shaped body made of molybdenum similar to the anode 34, and is provided below the anode 34 with its hollow portion facing the plasma output port 28. The electron injection electrode 36 stabilizes the space potential in the plasma gun 18 and suppresses abnormal discharge in the vacuum chamber 12, and further includes another DC power supply device provided outside the plasma gun 18. The potential of the anode 34 is lower than that of the anode 34 by about 10 [V]. The electron injection electrode 34 is connected to a ground potential outside the plasma gun 18.
[0019]
Further, a gas supply port 44 for individually introducing an inert gas, for example, an argon (Ar) gas and a hydrogen gas into the plasma gun 18 is provided on a side wall of the plasma gun 18. That is, a gas supply pipe 46 for introducing an argon gas and a gas supply pipe 48 for introducing a hydrogen gas are connected in parallel to the gas supply port 44. The gas supply pipes 46 and 48 are provided with flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the gas flowing therethrough, for example, mass flow controllers 50 and 52.
[0020]
A disk-shaped reflective electrode 22 is provided near the bottom wall in the vacuum chamber 12 so as to face the plasma output port 28 (nozzle 30) of the plasma gun 18. More specifically, the center of the reflective electrode 22 faces the center of the plasma output port 28. The reflective electrode 22 is for reflecting electrons flowing from the plasma gun 18 and is electrically at an insulating potential.
[0021]
One of the two electromagnetic coils 24 and 26 is provided outside the vacuum chamber 12 and above the upper wall of the vacuum chamber 12 so as to surround the periphery of the plasma gun 18. The electromagnetic coil 24 is for promoting gas discharge in the plasma gun 18. That is, when DC power is supplied to the electromagnetic coil 24 from a power supply device (not shown) for magnetic field generation provided outside the vacuum chamber 12, the hollow portion of the anode 34 and the electron injection electrode 36 A magnetic field is generated in a direction along a direction penetrating through the hollow portion of the above. When this magnetic field is generated, the argon gas and the hydrogen gas introduced into the plasma gun 18 are easily discharged (ionized), that is, the plasma 20 is easily generated. Note that a magnetic field generated from the electromagnetic coil 24 and a magnetic field generated from the other electromagnetic coil 26 described below form a mirror magnetic field described later in the vacuum chamber 12.
[0022]
The other electromagnetic coil 26 is provided outside the vacuum chamber 12 and below the bottom wall of the vacuum chamber 12 so as to face the one electromagnetic coil 24 described above. The electromagnetic coil 26 is for confining the plasma 20 in a beam shape at the center of the vacuum chamber 12. That is, when DC power is supplied to the electromagnetic coil 26 from the above-described power supply for generating a magnetic field, the DC power is reflected in the vacuum chamber 12 in the same direction as the magnetic field by the electromagnetic coil 24, that is, from the plasma gun 18 (plasma output port 28). A magnetic field is generated in a direction along the direction toward the electrode 22. When this magnetic field is generated, the above-described mirror magnetic field is formed, and the plasma 20 is confined in a beam shape. The strength of the mirror magnetic field, specifically, the magnetic flux density at the center of the vacuum chamber 12 depends on the magnitude of DC power supplied from the magnetic field generating power supply to each of the electromagnetic coils 24 and 26 from 20 [G] to It can be varied in the range of 100 [G].
[0023]
According to the hot cathode PIG type plasma generation source having such a configuration, the inside of the vacuum chamber 12 and the inside of the plasma gun 18 are depressurized by the vacuum pump, and the argon gas or the argon gas is introduced into the plasma gun 18 through the gas supply port 44. When DC power is supplied to each of the hot cathode 32, the anode 34, the electron injection electrode 36, and the electromagnetic coils 24 and 26 in a state where the hydrogen gas is introduced, the plasma 20 is generated. Specifically, thermoelectrons are emitted from the hot cathode 30, and the thermoelectrons are accelerated toward the anode 32. The accelerated thermionic electrons collide with the molecules (atoms) of the argon gas and the hydrogen gas introduced into the plasma gun 18, and the gas molecules are discharged (ionized) by the impact, and the argon gas and the argon gas are discharged. Radicals, hydrogen ions and hydrogen radicals are generated, that is, plasma 20 is generated.
[0024]
Further, the electrons in the plasma 20 flow toward the reflective electrode 22 together with the above-mentioned thermoelectrons. However, since the reflective electrode 22 is at an insulating potential, the electrons flowing toward the reflective electrode 22 are reflected here and vibrate in an electric field between the reflective electrode 22 and the plasma gun 18. As a result, the probability and the number of collisions between electrons and gas molecules are increased, and the generation efficiency of the plasma 20 is improved. Further, since the plasma 20 is shaped into a beam by the above-described mirror magnetic field, its density is improved. In this embodiment, for example, when the pressure in the vacuum chamber 12 including the inside of the plasma gun 18 is 0.1 [Pa], 10 ¹¹ [Cm ^-3 ] And a high-density plasma 20 is obtained. As described above, since the space potential in the plasma gun 18 is kept constant by the electron injection electrode 36, abnormal discharge in the plasma gun 18 and thus in the vacuum chamber 12 is suppressed. Therefore, a stable plasma 20 can be obtained while having a high density.
[0025]
Below the reflective electrode 22 in the vacuum chamber 12, a disk-shaped rotary table 54 is provided so as to be parallel to the reflective electrode 22 and concentric with the reflective electrode 22.
[0026]
Further, on the upper surface of the rotary table 54 (the upper surface in FIG. 1), a support base 56 having a shape such that a short cup of teacup is placed upside down is arranged. Specifically, the support base 56 has a cylindrical side wall 56 having an inner diameter larger than the diameter of the reflective electrode 22 and perpendicular to the upper surface of the turntable 54, and is provided at an upper end of the side wall 56. It has a disk-shaped upper wall 58 and a substantially thread-bottomed projection 62 provided on the upper surface (upper surface in FIG. 1) of the upper wall 58. A circular through hole 63 is provided at the center of the upper wall portion 58. The diameter of the through hole 63 is equal to or larger than the diameter (inner diameter) of a hollow portion 66 of the processing target 64 described later and smaller than the outer diameter of the processing target 64. The diameter of the through hole 63 is substantially the same as the diameter of the reflective electrode 22 or slightly smaller (about several [mm] to several tens [mm]) than the diameter of the reflective electrode 22. Further, the inner diameter of the protrusion 62 is slightly larger (about a fraction [mm] to several [mm]) than the outer diameter of the processing object 64. With such a configuration, the fitting groove 68 to be fitted to one end side of the processing object 64 is formed. The support table 56 is arranged on the rotary table 54 such that the center of the through hole 63 and, consequently, the center of the hollow portion 66 of the processing object 64 coincide with the center of the rotary table 54 (the reflective electrode 22). Is done.
[0027]
The object to be processed 64 is a straight metal pipe having a hollow portion 66 having a circular cross section crossing its length direction and having both ends opened, and having one end (a lower end in FIG. 1). The support 56 is placed on the support 56 in a state of being fitted in the fitting groove 68 of the support 56. Accordingly, a positional relationship is formed in which the above-described plasma 20 is inserted into the hollow portion 66 of the workpiece 64 along the length direction. The length of the object 64 (the vertical dimension in FIG. 1) is shorter than the distance from the tip of the nozzle 30 of the plasma gun 18 to the upper surface of the upper wall 58 of the support 56.
[0028]
Further, one end of a rotating shaft 68 is fixed to the center of the lower surface (the lower surface in FIG. 1) of the rotating table 54. The other end of the rotating shaft 68 is connected to a shaft 72 of a motor 70 provided outside the vacuum chamber 12. That is, when the motor 70 is driven and the shaft 72 rotates in the direction indicated by the arrow 74 in FIG. 1, the turntable 54 also rotates in the same direction. Then, with the rotation of the turntable 54, the wall surface of the hollow portion 66 of the processing target 64, that is, the inner wall surface 76 rotates around the plasma 20 in the direction indicated by the arrow 74.
[0029]
In addition, an asymmetric pulse voltage as shown in FIG. 2 is applied to the object 64 from a pulse power supply 78 provided outside the vacuum chamber 12 via the support 56, the rotary table 54, and the rotary shaft 68. It is applied as a bias voltage. The maximum output of the pulse power supply 72 is 10 [kW], and the frequency f (cycle T) and the duty ratio of the asymmetric pulse voltage (the time at the pulse width (L (low) level with respect to the cycle T) ) Tw ratio), L level voltage Va and H (high) level voltage Vb can be arbitrarily set.
[0030]
Further, a substantially L-shaped gas nozzle 80 is provided in the vacuum chamber 12. That is, one end side of the gas nozzle 80 is inserted into the hollow portion 66 of the workpiece 64 along the length direction of the hollow portion 66 (vertical direction in FIG. 1). The other end of the gas nozzle 80 is connected to two gas supply pipes 82 and 84 provided outside the vacuum chamber 12 via a joint 81 provided on the wall of the vacuum chamber 12. One of the gas supply pipes 82 is for introducing TMS (Tetra Methyl Silane) as a material gas into the vacuum chamber 12 when forming a silicon carbide (SiC) film described later. The other gas supply pipe 84 serves as a material gas when forming a silicon-containing DLC film to be described later together with the above-mentioned TMS gas and acetylene (C ₂ H ₂ ). These gas supply pipes 82 and 84 are also provided with mass flow controllers 86 and 88 as flow rate adjusting means.
[0031]
According to the surface treatment apparatus 10 configured as described above, the plasma 20 generated from the plasma gun 18 is inserted into the hollow portion 66 of the workpiece 64. At this time, the above-described power supply for generating a magnetic field is controlled by the magnetic fields generated by the electromagnetic coils 24 and 26 such that the diameter of the plasma 20 is smaller than the diameter of the hollow portion 66 of the workpiece 64. Therefore, unlike the above-described related art in which the object is disposed outside the plasma, the plasma 20 can uniformly act on (influence) the inner wall surface 76 of the object 64. Therefore, the inner wall surface 76 can be uniformly subjected to a surface treatment such as a film forming process described later.
[0032]
Then, by driving the motor 70, the inner wall surface 76 of the workpiece 64 can be rotated around the plasma 20. Therefore, the effect of the plasma 20 on the inner wall surface 76 can be further uniformed.
[0033]
Further, a TMS gas or an acetylene gas as a material gas used when forming the above-described silicon carbide (SiC) film or the silicon-containing DLC film is jetted through the gas nozzle 80 into the hollow portion 66 of the workpiece 64. You. Therefore, the silicon carbide film or the silicon-containing DLC film can be efficiently formed. That is, the film forming speed (coating rate) can be improved. Further, the uniformity of the film thickness is also improved. This becomes more remarkable as the length of the object 64 is longer and the length (aspect ratio) of the object 64 relative to the inner diameter is larger.
[0034]
【Example】
The following experiment was performed as an example of the present invention.
[0035]
That is, it is assumed that all the mass flow controllers 50, 52, 86, and 88 are now closed. It is assumed that no DC power is supplied to any of the hot cathode 32, the anode 34, the electron injection electrode 36, and the electromagnetic coils 24 and 26. Further, it is assumed that the output of the pulse power supply 78 is also off and the motor 70 is not yet driven. Then, it is assumed that a stainless steel pipe having a length of 440 [mm] and an inner diameter of 114 [mm] is installed in the vacuum chamber 12 (on the support base 56) as the processing object 64. The inner diameter of the plasma discharge port 28 (nozzle 30) of the plasma gun 18 is 36 [mm].
[0036]
In such a state, first, 5 × 10 ^-4 The pressure is reduced to [Pa]. Thereafter, the mass flow controllers 50 and 52 are opened to supply argon gas and hydrogen gas into the plasma gun 18 at flow rates of 40 [mL / min] and 20 [mL / min], respectively. Then, DC power is supplied to each of the hot cathode 32, the anode 34, the electron injection electrode 36, and the electromagnetic coils 24 and 26 to generate the plasma 20. At this time, the plasma gun output is set to 700 [W]. Further, the magnetic flux density is set to 50 [G] substantially at the center in the vacuum chamber 12. As a result, the diameter of the plasma 20 becomes substantially equal to the inner diameter of the plasma output port 28 (nozzle 30), that is, smaller than the diameter of the workpiece 64. The pressure in the vacuum chamber 12 is constant at 0.1 [Pa]. Further, the magnetic flux density of 50 [G] is larger than the magnetic flux density when a flat object such as a substrate is processed in the above-described related art.
[0037]
Further, the pulse power supply device 78 is adjusted to apply the following asymmetric pulse voltage as a bias voltage to the object 64 to be processed. That is, in FIG. 2, the period T is 10 [μs] (frequency f = 100 [kHz]), the duty ratio (Tw / T) is 0.7, the L level voltage Va is -730 [V], and the H level voltage Vb is set to +37 [V]. As a result, an asymmetric pulse voltage having an average voltage Vc of about -500 [V] is applied to the object 64. Then, the motor 70 is driven to rotate the object 64 at 1 [rpm].
[0038]
The bombarding process under such conditions is performed for 10 minutes. This is to remove organic contaminants chemically adsorbed on the surface of the processing object 64. That is, according to the bombardment process, argon ions and hydrogen ions collide with the surface of the processing object 64. As a result, the organic contaminants adsorbed on the surface are sputtered, that is, removed.
[0039]
Then, after this bombardment process, the mass flow controller 86 is opened to form a silicon carbide film as an intermediate layer on the surface of the object 64, and the TMS gas is supplied into the vacuum chamber 12 at a flow rate of 30 [mL / min]. Let it be supplied. Other conditions are the same as in the above-described bombarding process. The film forming process under such conditions is performed for 10 minutes. Thereby, it was confirmed that a silicon carbide film having a thickness of about 150 [nm] was formed.
[0040]
Further, after the formation of the silicon carbide film, the mass flow controller 52 is closed to stop the supply of the hydrogen gas into the plasma gun 18 in order to form the silicon-containing DLC film. Then, the mass flow controller 50 is adjusted to adjust the flow rate of the argon gas supplied to the plasma gun 18 to 40 [mL / min], and the mass flow controller 86 is adjusted to adjust the TMS supplied to the vacuum chamber 12. The flow rate of the gas is set to 5 [mL / min]. Further, the mass flow controller 88 is opened, and acetylene gas is supplied into the vacuum chamber 12 at a flow rate of 50 [mL / min]. Then, by setting the plasma gun output to 900 [W] and adjusting only the L level voltage Va in FIG. 2 described above, the average voltage Vc of the bias voltage is set to -100 [V]. Other conditions are the same as in forming the silicon carbide film.
[0041]
By performing a film forming process under such conditions for 30 minutes, a silicon-containing DLC film having a thickness of about 2 [μm] was formed. Specifically, a result as shown in FIG. 3 was obtained as the film thickness distribution of the silicon-containing DLC film in the length direction of the object 64 to be processed.
[0042]
That is, as shown by the solid line X in FIG. 3, the uniformity of the film thickness of ± 23% based on the thickness of 2 μm was obtained in the length direction of the workpiece 64. Specifically, the film thickness at the end portion of the object 64 is about 2.4 [μm], which is the maximum, and the film thickness in the hollow portion 66 of the object 64 is about 1.5 [μm], which is the minimum. It became.
[0043]
Further, the silicon-containing DLC film having a thickness of 3.2 [μm] to 4 [μm] was formed by further performing the above-described silicon-containing DLC film forming process for 60 minutes. When the mechanical properties of the silicon-containing DLC film were examined, it was found that the Vickers hardness was 1780 [HV] and the friction coefficient was 0.06, indicating high hardness and high lubricity. Furthermore, the adhesive strength by a scratch test also showed a high adhesiveness of 26 [N].
[0044]
The result of performing the bombarding process, the silicon carbide film forming process, and the silicon-containing DLC film forming process under the same conditions by the above-described conventional technique is indicated by a dotted line Y in FIG. As can be seen from the dotted line Y, in the conventional technique, a uniform film thickness cannot be obtained, and in particular, no film is formed in the hollow portion 66. This tendency becomes more conspicuous as the length of the workpiece 64 is longer, or strictly speaking, as the length of the workpiece 64 with respect to the inner diameter is larger.
[0045]
In this embodiment, a hot cathode PIG type plasma generation source is employed as the plasma generation means, but the invention is not limited to this. Another type of plasma generation source such as a high frequency type may be used. A well-known pressure gradient type plasma generation source can be used. However, in this pressure gradient type plasma generation source, at least two evacuation means (for example, a vacuum pump) and a length of plasma (object to be processed) depend on the length. Since many magnetic field generating means (for example, magnetic coils) are required, the configuration is more complicated and more expensive than the surface treatment apparatus 10 in this embodiment. Therefore, in order to realize the same function as the surface treatment apparatus 10 in this embodiment with a simple configuration and at low cost, it is desirable to employ a hot cathode PIG type plasma generation source.
[0046]
Further, the argon gas functions as a so-called discharge gas, but another inert gas such as helium (He) or xenon (Xe) may be used instead of the argon gas.
[0047]
And the to-be-processed object 64 is not limited to what has a circular cross section across the length direction. For example, the cross section may be a polygon such as a quadrangle.
[0048]
The support 56 may be any as long as it supports the workpiece 64 so that the plasma 20 is inserted into the hollow portion 66 of the workpiece 64 along the length direction thereof, and is shown in FIG. It is not limited to a shape.
[0049]
Further, in this embodiment, the case where the present invention is applied to a film forming apparatus has been described, but the present invention may be applied to an apparatus that performs another surface treatment such as an etching process or an ion nitriding process.
[0050]
The shape, arrangement, number, and the like of the magnetic coils 24 and 26 as the magnetic field generating means are not limited to those described in this embodiment.
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the beam-shaped plasma is inserted into the hollow portion of the object, the plasma uniformly acts on the inner wall surface of the object. Therefore, it is possible to uniformly perform a surface treatment such as a film forming process on the inner wall surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an illustrative view showing a form of a bias voltage applied to an object to be processed in the embodiment.
FIG. 3 is a graph showing experimental results in the same embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Surface treatment equipment
12 vacuum chamber
18 Plasma gun
20 Plasma
22 reflective electrode
24,26 electromagnetic coil
56 support
64 Workpiece

Claims

A vacuum chamber,
Plasma generating means for generating plasma in the vacuum chamber,
Magnetic field generating means for generating a magnetic field in the vacuum chamber in a state where the plasma is shaped into a beam,
A surface treatment apparatus comprising: a support unit configured to support the object in a state where the plasma is inserted into a hollow portion of the tubular object.

2. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein said magnetic field generation means generates said magnetic field in a state where a diameter of said plasma is smaller than a diameter of a hollow portion of said workpiece.

The surface treatment apparatus according to claim 1, further comprising a rotating unit configured to rotate the support unit in a state where an inner wall surface of the workpiece rotates around the plasma.

The surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a nozzle that is inserted into a hollow portion of the workpiece and ejects a predetermined gas in the hollow portion.

A plasma generation process for generating plasma in a vacuum chamber,
A magnetic field generating step of generating a magnetic field in the vacuum chamber in a state where the plasma is shaped into a beam,
A supporting step of supporting the workpiece in a state where the plasma is inserted into the hollow portion of the tubular workpiece.