JP2009235495A - アモルファス炭素成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アモルファス炭素成膜装置10は、グランドに接続され基板12を支持する支持電極14と、この支持電極14と対向する位置に設けられ混合ガスの噴射口である混合ガス噴射口16aを有する対向電極16と、支持電極14と対向電極16とを包含するチャンバ20と、支持電極14と対向電極16との間に直流パルス電圧を印加するパルス供給源を有する直流パルス発生回路22とを備えている。アモルファス炭素膜を生成するときには、対向電極16にパルス幅が0.1μsec以上5.0μsec以下の直流パルス電圧を印加した状態で、キャリアガスに対するアセチレンガスの割合が0.05体積%以上10体積%以下となるように混合ガスを支持電極14及び対向電極16との間に供給してプラズマを発生させることにより、アモルファス炭素膜を生成する。
【選択図】図1
Description
グランドに接続された支持電極と、該支持電極と対向する位置に設けられた対向電極と、を備えたアモルファス炭素成膜装置を用いて、10Torr以上常圧以下で被処理基材にアモルファス炭素膜を生成するアモルファス炭素成膜方法であって、
(a)前記被処理基材を前記対向電極から離間して前記支持電極に載置する工程と、
(b)前記対向電極にパルス幅が0.1μsec以上5.0μsec以下である直流パルス電圧を印加した状態で、アセチレンガスと該アセチレンガスを運搬するキャリアガスとの混合ガスを、該キャリアガスに対する該アセチレンガスの割合が0.05体積%以上10体積%以下となるように前記支持電極及び前記対向電極との間に供給してプラズマを発生させることにより、アモルファス炭素膜を生成する工程と、
を含むものである。
SUS440Cからなる直径30mm、厚さ5mmの基板12を支持電極14に載置した状態で、チャンバ20内の圧力が0.01気圧以下になるまで排気口20aから排気した。このとき、基材12と支持電極14は電気的に導通状態である。次いで、支持電極14と対向電極16との間にピークパルス電圧が1.8kV、パルス半値幅が0.8μsecの直流パルス電圧を印加した。次いで、ヘリウムガス及び水素ガスをチャンバ20内の圧力が0.2気圧となるまで混合ガス噴射口16aから2分間噴射した。次いで、支持電極14と対向電極16との間にピークパルス電圧が2.0kV、パルス半値幅が0.5μsecの直流パルス電圧を印加し、水素ガスをテトラメチルシランガスに切替えて1分間噴射した。なお、パルス半値幅とは、ピークパルス電圧値の半分の電圧における時間幅のことをいう。
比較例1〜3では、アセチレンガスの代わりにメタンガスを用いて、表1に示した条件で上述した実施例1に準ずる手順でプラズマを発生させてアモルファス炭素膜の生成を試みた。このとき、ピークパルス電圧が1.5kV〜1.2kV、パルス幅が1.0μsec〜1.4μsecの直流パルス電圧を印加した。その結果を表1に示す。表1から明らかなように、硬度18GPa〜25GPaという10GPa以上の硬度の炭素膜が得られた。なお、表1中、メタンガス割合とは、キャリアガスとしてのヘリウムガスに対するメタンガスの割合のことをいう。
実施例2〜6,比較例4,5では、アセチレンガス割合を0.08体積%〜12.5体積%に振り表1に示した条件で実施例1に準ずる手順でアモルファス炭素膜の生成を試みた。このとき、ピークパルス電圧が1.38kV〜1.0kV、パルス幅が0.9μsec〜1.5μsecの直流パルス電圧を印加した。その結果を表1に示す。実施例1〜6で、硬度が0.5GPa〜8.0GPaのアモルファス炭素膜が得られた。ここで、既述した摺動する金属部品のコートとしての応用に向くアモルファス炭素膜の硬度としては、1GPa以上8GPa未満の硬度が好ましく、2GPa以上8GPa未満の硬度がより好ましい。また、比較例4は、部分的な放電となり均一な膜ができず、膜の硬度は10GPaとなった。また、比較例5は、アーク放電が発生し、炭素膜の生成自体が不安定であった。また、表1から明らかなように、実施例1〜6,比較例4の中では、アセチレンガス割合が大きくなるに従って、成膜速度が速くなり、生成したアモルファス炭素膜の硬度も高くなる傾向にあることが分かった。
比較例6,実施例7〜10,比較例7では、直流パルス電圧のパルス幅を0.05〜7.5μsecに振り、それ以外は実施例5に準ずる手順でアモルファス炭素膜の生成を試みた。このとき、直流パルス電圧のピークパルス電圧は、2.5kV〜1.0kVであった。その結果を表2に示す。比較例6のときには放電が発生せず、実施例7〜10のときにはグロー様放電が観測され、比較例7のときにはアーク放電が発生した。パルス幅が実施例7〜10のときには、真空下での一般的な成膜速度0.01μm/minに比して速い0.7〜5.7μm/minの成膜速度が得られた。また、実施例5,7〜10の中では、パルス幅が大きくなるに従って、成膜速度が速くなる傾向にあることが分かった。
Claims (5)
- グランドに接続された支持電極と、該支持電極と対向する位置に設けられた対向電極と、を備えたアモルファス炭素成膜装置を用いて、10Torr以上常圧以下で被処理基材にアモルファス炭素膜を生成するアモルファス炭素成膜方法であって、
(a)前記被処理基材を前記対向電極から離間して前記支持電極に載置する工程と、
(b)前記対向電極にパルス幅が0.1μsec以上5.0μsec以下である直流パルス電圧を印加した状態で、アセチレンガスと該アセチレンガスを運搬するキャリアガスとの混合ガスを、該キャリアガスに対する該アセチレンガスの割合が0.05体積%以上10体積%以下となるように前記支持電極及び前記対向電極との間に供給してプラズマを発生させることにより、アモルファス炭素膜を生成する工程と、
を含むアモルファス炭素成膜方法。 - 前記工程(b)では、2GPa以上8GPa以下の硬度を有するアモルファス炭素膜を生成する、
請求項1に記載のアモルファス炭素成膜方法。 - 前記直流パルス電圧は正電圧である、
請求項1又は2に記載のアモルファス炭素成膜方法。 - 前記被処理基材は、SUS材、SKD材、SKH材、SS材、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のアモルファス炭素成膜方法。 - 前記工程(b)では、前記直流パルスの発生源として、直流電源の両端にインダクタ、第1半導体スイッチ及び第2半導体スイッチが直列接続され、前記インダクタは、一端が前記第1半導体スイッチのアノード端子に接続されると共に他端がダイオードを介して前記第1半導体スイッチのゲート端子に接続され、前記ダイオードは、アノード端子が前記第1半導体スイッチのゲート端子に接続されており、前記第2半導体スイッチがターンオンされると前記第1半導体スイッチの導通に伴って前記インダクタに誘導エネルギが蓄積され、前記第2半導体スイッチがターンオフされると前記第1半導体スイッチのターンオフに伴って前記インダクタでパルス電圧が発生し該インダクタと磁気的に結合された前記コイル素子に前記パルス電圧を昇圧して供給する装置を使用する、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のアモルファス炭素成膜方法。
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