JP2008174793A

JP2008174793A - 成膜装置及び成膜方法。

Info

Publication number: JP2008174793A
Application number: JP2007009046A
Authority: JP
Inventors: Hideki Nakamori; 秀樹中森
Original assignee: Nanotec Corp
Current assignee: Nanotec Corp
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】成膜対象物たる中空体の内面に均一にＤＬＣ膜を形成することのできる成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】チャンバー内を減圧する減圧手段と、中空体内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、中空体を囲む空間を形成し、この空間内で発生した放電によって中空体内の原料ガスをプラズマ状態とする電極と、電極の外側に配置され、中間体を囲む空間内に磁場を発生させる磁場発生手段と、を備え、磁場発生手段が発生した磁場を用いて、プラズマ状態の原料ガスによって中空体の内面に膜厚が均一なダイアモンドライクカーボン膜を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイアモンドライクカーボン膜（以下、ＤＬＣ膜という）の成膜装置及び成膜方法に関する。

中空の成膜対象物の内面に対して、高硬度、高耐磨耗性、高耐食性その他の特性を付与すべくＤＬＣ膜を成膜することが提案されている（例えば特許文献１）

特許文献１記載のＤＬＣ膜コーティングプラスチック容器の製造装置では、成膜対象物としてのプラスチック容器を収容する減圧室の一部を形成する容器側電極と、プラスチック容器の開口部上方に配置する口側電極と、を減圧室の一部を形成する絶縁体を介して対向させている。この製造装置では、容器側電極に高周波電圧を与えることによって、プラスチック容器内に供給した原料ガスをプラズマ状態として、プラスチック容器の内面にＤＬＣ膜を成膜している。
特開２００３−３４１６７３号公報

しかしながら、特許文献１の製造装置では、プラスチック容器の内面全体に均一にＤＬＣ膜を成膜することができなかった。すなわち、有底で略管状のプラスチック容器の中央部分と周辺部分とでは、ＤＬＣ膜の膜厚が異なっていた。このため、例えば、硬度にばらつきが生じることにより、プラスチック容器の強度が低下して破損しやすくなるという問題があった。

そこで本発明は、成膜対象物たる中空体の内面に均一にＤＬＣ膜を形成することのできる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の成膜装置は、チャンバー内に配置された中空体の内面にダイアモンドライクカーボン膜を形成する成膜装置であって、チャンバー内を減圧する減圧手段と、中空体内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、中空体を囲む空間を形成し、この空間内で発生した放電によって中空体内の原料ガスをプラズマ状態とする電極と、電極の外側に配置され、中間体を囲む空間内に磁場を発生させる磁場発生手段と、を備え、磁場発生手段が発生した磁場を用いて、プラズマ状態の原料ガスによって中空体の内面に膜厚が均一なダイアモンドライクカーボン膜を形成することを特徴とする。

本発明の成膜装置において、中空体は中空の管体であることが好ましい。

本発明の成膜装置において、電極は中空の管状をなし、その軸方向が中空体の軸方向と略一致するように配置され、電極が形成する空間内にホロカソード放電を発生するとよい。

本発明の成膜装置において、磁場発生手段は、絶縁部材を介して、電極の外周に巻回されたコイルであることが好ましい。

本発明の成膜装置において、コイルは、中空体の内面への成膜範囲に対応した範囲に巻回されていることが好ましい。

本発明の成膜装置において、コイルには直流電流が印加されることが好ましい。

本発明の成膜方法は、中空体の内面にダイアモンドライクカーボン膜を形成する成膜方法であって、中空体内に原料ガスを供給する原料ガス供給ステップと、中空体を囲む空間を形成する電極によって、空間内に放電を発生させて中空体内の原料ガスをプラズマ状態とするステップと、電極の外側に配置された磁場発生手段によって、電極が形成する空間内に磁場を発生させ、この磁場を用いて、プラズマ状態の原料ガスによって中空体の内面に、膜厚が均一なダイアモンドライクカーボン膜を形成するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によると、チャンバー内を減圧する減圧手段と、中空体内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、中空体を囲む空間を形成し、この空間内で発生した放電によって中空体内の原料ガスをプラズマ状態とする電極と、電極の外側に配置され、中間体を囲む空間内に磁場を発生させる磁場発生手段と、を備えた構成により、磁場発生手段が発生した磁場を用いて、プラズマ状態の原料ガスによって中空体の内面に膜厚が均一なダイアモンドライクカーボン膜を形成することができる。

以下、本発明にかかる実施形態を図１を参照しつつ詳しく説明する。
第１実施形態にかかる成膜装置１０は、チャンバー２０内に配置された管体（中空体）４０の内面４４にＤＬＣ膜を成膜する装置であって、チャンバー２０内の圧力を調整する排気ポンプ（減圧手段）１２と、チャンバー２０内へ原料ガスを供給するガス発生源（原料ガス供給手段）１４と、中間部材２４を介して高周波電源２２に接続された管状の電極部材（電極）２６と、直流電源３２に接続されたコイル（磁場発生手段）３０と、を備える。ＤＬＣ膜生成の母材としての管体４０としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、超硬合金を用いることができる。

排気ポンプは、バルブ１３を介してチャンバー２０内部に連通しており、排気することによりチャンバー２０内を減圧することができる。

ガス発生源１４は、バルブ１５を介して、チャンバー２０内に連通しており、洗浄のためのアルゴン（Ａｒ）又は水素（Ｈ）、中間層形成用の炭化水素系ガス、及び、ＤＬＣ膜形成用の炭化水素系ガス（原料ガス）をチャンバー２０内に供給する。バルブ１５を調整して外部への排気量を変えることにより、チャンバー２０内へ供給するガス圧を設定することができる。ここで、中間層形成用の炭化水素系ガスとしては、例えば、チタン（Ｔｉ）、珪素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、硼素（Ｂ）を含むものがあり、ヘキサメチルジシロキサン（（ＣＨ_３）_３ＳｉＯＳｉ（ＣＨ_３）_３）が好ましい。また、ＤＬＣ膜形成用の炭化水素系ガスとしては、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）が好ましい。

管状の電極部材２６の外周面には、絶縁部材２８及びコイル３０を避けるような間隙２５を備えた、略長板状の中間部材２４が電気的に接続している。この中間部材２４は、高周波電源２２に電気的に接続されている。ここで、高周波電源２２に対して、チャンバー２０が接地されている。また、電極部材２６内には、電極部材２６の軸方向（図１の左右方向）が管体４０の軸方向と略一致するように、管体４０が配置される。管体４０は、外周面４２が電極部材２６の内面２７に接するように配置することが好ましい。なお、電極部材２６は、管体４０を囲むような形状であれば管状以外の形状（例えば球状）とすることができる。これにより、管体４０の形状が管状以外の形状（例えば瓶状）であっても、これを囲むように電極部材２６を配置することができる。

以上の構成では、高周波電源２２を駆動すると、中間部材２４を介して電極部材２６に交流電圧が印加されて、電極部材２６の内面２７が囲む空間（管体４０を囲む空間）にホロカソード放電が発生する。ガス発生源１４から電極部材２６内に原料ガスを導入した状態で、ホロカソード放電を発生させると、原料ガスはプラズマ状態となり、管体４０の内面４４にＤＬＣ膜が成膜される。なお、ＤＬＣ膜の成膜に関して周知の事項については詳細な説明は省略する。

電極部材２６の外側には、電極部材２６の軸方向が絶縁部材２８の軸方向と略一致するように、管状の絶縁部材２８（例えばガラス管）が配置されている。この絶縁部材２８は、内面が電極部材２６の外周面に接触した状態で配置されている。絶縁部材２８の外周面には、コイル３０が巻回されている。このコイル３０は、管体４０の軸方向長さ全体に対応する範囲、すなわち、管体４０の内面４４への成膜範囲、に対応した範囲に均一に巻回されている。コイル３０には直流電源３２が電気的に接続されている。この構成によれば、直流電源３２を駆動すると、コイル３０に直流電流が印加される。これにより、コイル３０内及び電極部材２６内に、磁場が発生する。この磁場により、電極部材２６内でプラズマ状態となった原料ガスが、管体４０内で分散されるため、管体４０の内面４４全体に渡って均一な厚さでＤＬＣ膜が形成される。

ここで、コイル３０の巻き方を変えることにより、管体４０の内面４４上に成膜されるＤＬＣ膜の膜厚分布を任意に制御することができる。例えば、コイル３０を巻回するところと、巻回しないところを設けることにより、又は、コイル３０の巻回密度の高低をつけることにより、膜厚分布を制御できる。

なお、電極部材２６内に磁場を発生することができれば、コイル３０以外の部材（例えば永久磁石）を用いることができる。また、コイル３０が磁場を発生することができれば、直流電源３２に代えて交流電源を用いることもできる。

また、ホロカソード放電に代えて、電極部材２６内に、棒状の電極部材を挿入して放電させた場合においても、コイル３０が形成する磁場によって、管体４０の内面４４上に膜厚が均一なＤＬＣ膜を形成することができる。

つづいて、第１実施形態によるＤＬＣ膜の成膜工程について説明する。成膜は、洗浄、中間層生成、及びＤＬＣ膜生成の順に行う。
まず、管体４０を電極部材２６内に挿入した後に、洗浄に先立ってチャンバー２０内を減圧する。減圧は、バルブ１３を開いて排気ポンプを動作させることにより行い、１０^−３Ｐａ以下まで減圧することが好ましい。

次に、洗浄のためのガスをチャンバー２０内に導入する。ガスは、バルブ１５を開いてガス発生源１４から導入し、チャンバー２０内が所定圧力となるように、排気ポンプを動作させて調整する。所定圧力としては、１０^−１〜１０Ｐａが好ましく、８×１０^−１Ｐａであるとなおよい。ここで用いるガスとしてはアルゴン又は水素が好ましい。チャンバー２０内が所定圧力となったところで、高周波電源２２を駆動して電極部材２６に高周波電圧を与えることによって、電極部材２６内にホロカソード放電を発生させる。さらに、直流電源３２を駆動してコイル３０に直流を印加して管体４０内に磁場を発生させる。ここで、高周波電源２２からの出力は、１〜３０００Ｗが好ましく、１５Ｗであるとより好ましい。一方、コイル３０に印加する電力は１〜１００Ｗが好ましく、印加電流が１８Ａであるとなおよい。

つづいて、中間層を生成する。中間層は管体４０の内面４４へのＤＬＣ膜の密着性を向上するために行う。初めに、チャンバー２０内のガス圧が所定圧となるように、バルブ１５を開いてガス発生源１４からチャンバー２０内へガスを導入する。所定圧としては、１０^−１〜１０Ｐａが好ましく、１０^−１Ｐａであるとなおよい。中間層生成用の炭化水素系ガスとしては、チタン（Ｔｉ）、珪素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、又は硼素（Ｂ）を含むものが好ましく、例えばヘキサメチルジシロキサン（（ＣＨ_３）_３ＳｉＯＳｉ（ＣＨ_３）_３）を用いることができる。チャンバー２０内が所定圧となったところで、高周波電源２２を駆動して電極部材２６に高周波電圧を与えることによって、電極部材２６内にホロカソード放電を発生させる。さらに、直流電源３２を駆動してコイル３０に直流を印加して管体４０内に磁場を発生させる。ここで、高周波電源２２からの出力は、１〜３０００Ｗが好ましく、１５Ｗであるとより好ましい。また、コイル３０に印加する電力は１〜１００Ｗが好ましく、印加電流が１８Ａであるとなおよい。

最後に、ＤＬＣ膜を生成する。
まず、チャンバー２０内のガス圧が所定の圧力となるように、バルブ１５を開いてガス発生源１４からチャンバー２０内へガスを導入する。所定の圧力としては、１０^−１〜１０Ｐａが好ましく、１０^−１Ｐａがより好ましい。ＤＬＣ膜生成用の炭化水素系ガス（原料ガス）としては、アセチレンが好ましい。チャンバー２０内が所定の圧力となったところで、高周波電源２２を駆動して電極部材２６に高周波電圧を与えることによって、電極部材２６内にホロカソード放電を発生させて、電極部材２６内に導入されたガスをプラズマ状態とする。これとともに、直流電源３２を駆動してコイル３０に直流を印加して管体４０内に磁場を発生させる。ここで、高周波電源２２からの出力は、１〜３０００Ｗが好ましく、１５Ｗであるとより好ましい。また、コイル３０に印加する電力は１〜１００Ｗが好ましく、印加電流が１８Ａであるとなおよい。このように、プラズマ状態となった原料ガスが存在する内面４４内に、コイル３０による磁場を形成することによって、原料ガスが管体４０内で分散され、コイル３０の巻回範囲に対応する管体４０の内面４４全体に、ＤＬＣ膜が均一な膜厚で生成される。

以下に、図２に示す第２実施形態について説明する。
第２実施形態に係る成膜装置５０においては、第１実施形態では一部材であった電極部材２６に代えて、２つの管状の電極部材（電極）６６、６７を用いている。また、管体４０は、外周面４２が絶縁部材２８の内面に接するように配置されている。その他の構成は第１実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。

電極部材６６、６７は、同一の外径及び内径を備えた同一材料で構成されており、それぞれの一つの端部が絶縁部材２８内に挿入される。挿入された端部は、管体４０の両端にそれぞれ当接する。また電極部材６６、６７は高周波電源２２に電気的に接続される。

この成膜装置５０では、高周波電源２２を動作させて電極部材６６、６７間に高周波の交流電圧を印加すると、電極部材６６、６７間の絶縁部材２８内でホロカソード放電が発生する。これにより、管体４０内に導入した原料ガスをプラズマ状態として内面４４上にＤＬＣ膜を生成する。このとき、第１実施形態と同様に、直流電源３２を駆動してコイル３０に直流電流を印加することにより管体４０内に磁場を形成すると、内面４４上に均一な膜厚のＤＬＣ膜を生成することができる。
なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係る成膜装置の構成を示す一部縦断面図である。本発明の第２実施形態に係る成膜装置の構成を示す一部縦断面図である。

符号の説明

１０成膜装置
１２排気ポンプ（減圧手段）
１４ガス発生源（原料ガス供給手段）
２０チャンバー
２２高周波電源
２６電極部材（電極）
３０コイル（磁場発生手段）
３２直流電源
４０管体（中空体）
４４内面
５０成膜装置
６６電極部材
６７電極部材

Claims

チャンバー内に配置された中空体の内面にダイアモンドライクカーボン膜を形成する成膜装置であって、
前記チャンバー内を減圧する減圧手段と、
前記中空体内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記中空体を囲む空間を形成し、この空間内で発生した放電によって前記中空体内の前記原料ガスをプラズマ状態とする電極と、
前記電極の外側に配置され、前記中間体を囲む空間内に磁場を発生させる磁場発生手段と、を備え、
前記磁場発生手段が発生した磁場を用いて、プラズマ状態の前記原料ガスによって前記中空体の内面に膜厚が均一なダイアモンドライクカーボン膜を形成することを特徴とする成膜装置。
前記中空体は中空の管体である請求項１に記載の成膜装置。
前記電極は中空の管状をなし、その軸方向が前記中空体の軸方向と略一致するように配置され、前記電極が形成する空間内にホロカソード放電を発生する請求項２に記載の成膜装置。
前記磁場発生手段は、絶縁部材を介して、前記電極の外周に巻回されたコイルである請求項３に記載の成膜装置。
前記コイルは、前記中空体の内面への成膜範囲に対応した範囲に巻回されている請求項４に記載の成膜装置。
前記コイルには直流電流が印加される請求項４又は請求項５に記載の成膜装置。
中空体の内面にダイアモンドライクカーボン膜を形成する成膜方法であって、
前記中空体内に原料ガスを供給する原料ガス供給ステップと、
前記中空体を囲む空間を形成する電極によって、前記空間内に放電を発生させて前記中空体内の前記原料ガスをプラズマ状態とするステップと、
前記電極の外側に配置された磁場発生手段によって、前記電極が形成する空間内に磁場を発生させ、この磁場を用いて、プラズマ状態の前記原料ガスによって前記中空体の内面に、膜厚が均一なダイアモンドライクカーボン膜を形成するステップと、
を備えることを特徴とする成膜方法。