JP2012087330A - Dlc film deposition method and dlc film deposition apparatus - Google Patents

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Masahiro Suzuki
雅裕 鈴木
Toshiyuki Saito
利幸 齊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DLC (Diamond Like Carbon) film deposition method and a DLC film deposition apparatus, capable of reducing the film deposition cost of a DLC by using inexpensive raw material gas.SOLUTION: A Sabatier reaction chamber 20 is stored inside a processing chamber 3. A catalyst is stored in the Sabatier reaction chamber 20. Carbon dioxide gas and hydrogen gas is filled in the reaction part 22, and when the temperature in the reaction part 22 is high, the Sabatier reaction is executed in the reaction part 22 to generate methane gas and steam. The methane gas generated in the Sabatier reaction chamber 20 is supplied into the processing chamber 3, and used as raw material gas for DLC film deposition.

Description

この発明は、DLCを成膜するためのDLC成膜方法およびDLC成膜装置に関する。   The present invention relates to a DLC film forming method and a DLC film forming apparatus for forming a DLC film.

たとえば自動車の燃費を低減させるために、自動車に搭載される各種摺動部材のもとになる基材表面の少なくとも一部を、低摩擦性および耐摩耗性(高硬度性)を有するDLC(Diamond Like Carbon)膜によって被覆することがある(たとえば特許文献1)。   For example, in order to reduce the fuel consumption of automobiles, DLC (Diamond) having low friction and wear resistance (high hardness) is applied to at least a part of the surface of a base material used as various sliding members mounted on automobiles. (Like Carbon) film may be covered (for example, Patent Document 1).

特開平5−117856号公報JP-A-5-117856

DLCの成膜は、たとえばプラズマCVD法を用いて行われる。この場合、プラズマCVD装置が用いられ、メタンなどの炭化水素ガスが原料ガスの1つとして用いられる。プラズマCVD装置の処理室内で原料ガスがプラズマ化され、気相合成した炭化水素が基材の表面に蒸着されることにより、DLCが基材の表面に成膜される。
DLCを成膜するための装置では、原料ガスはガスボンベなどの容器に充填されて用意されている。この原料ガスが導入管を介して処理室内に供給される。炭化水素ガスは比較的高価である。DLCの成膜には多量の炭化水素ガスが必要であり、そのため、DLCの成膜コストが高くなるおそれがある。
The DLC film is formed by using, for example, a plasma CVD method. In this case, a plasma CVD apparatus is used, and a hydrocarbon gas such as methane is used as one of the source gases. The source gas is turned into plasma in the processing chamber of the plasma CVD apparatus, and hydrocarbons synthesized in a vapor phase are deposited on the surface of the base material, whereby DLC is formed on the surface of the base material.
In an apparatus for depositing DLC, a raw material gas is prepared by being filled in a container such as a gas cylinder. This source gas is supplied into the processing chamber through the introduction pipe. Hydrocarbon gas is relatively expensive. A large amount of hydrocarbon gas is required for the film formation of DLC, which may increase the film formation cost of DLC.

そこで、この発明の目的は、安価な原料ガスを用いることにより、DLCの成膜コストを下げることができるDLC成膜方法およびDLC成膜装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a DLC film forming method and a DLC film forming apparatus capable of reducing the DLC film forming cost by using an inexpensive source gas.

前記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、DLCを成膜するためのDLC成膜方法であって、二酸化炭素と水素とをサバティエ反応(第1反応)させてメタンを生成するメタン生成ステップと、前記メタン生成ステップにより生成されたメタンをプラズマ化してDLCを成膜するDLC成膜ステップとを含む、DLC成膜方法である。
この発明の方法によれば、二酸化炭素を原料ガスとしてメタンが生成され、その生成されたメタンを用いてDLCが成膜される。そのため、安価な二酸化炭素を用いてDLCを得ることができ、別途メタンを当該装置に供給する必要がない。これにより、DLCの成膜コストを下げることができる。
The invention according to claim 1 for achieving the above object is a DLC film forming method for forming DLC, wherein carbon dioxide and hydrogen are subjected to a Sabatier reaction (first reaction) to generate methane. A DLC film forming method including a methane generation step and a DLC film formation step for forming a DLC film by converting the methane generated in the methane generation step into plasma.
According to the method of the present invention, methane is generated using carbon dioxide as a raw material gas, and a DLC film is formed using the generated methane. Therefore, DLC can be obtained using inexpensive carbon dioxide, and it is not necessary to supply methane to the apparatus separately. Thereby, the film formation cost of DLC can be reduced.

前記の目的を達成するための請求項2記載の発明は、DLCを成膜するためのDLC成膜装置(1)であって、成膜対象である基材を収容することができる処理室(3)と、前記処理室にメタンを供給するメタン供給手段(20,26,31,25,29)と、前記メタン供給手段によって前記処理室に供給されたメタンを、前記処理室内でプラズマ化させるプラズマ発生手段(2,5,8)とを含み、前記メタン供給手段は、二酸化炭素と水素とをサバティエ反応させてメタンを生成するサバティエ反応室(20)を含む、DLC成膜装置である。   The invention according to claim 2 for achieving the above object is a DLC film forming apparatus (1) for forming a DLC film, which can accommodate a substrate to be film-formed ( 3), methane supply means (20, 26, 31, 25, 29) for supplying methane to the processing chamber, and methane supplied to the processing chamber by the methane supply means is converted into plasma in the processing chamber. A DLC film forming apparatus including a Sabatier reaction chamber (20) for generating methane by causing a Sabatier reaction between carbon dioxide and hydrogen.

なお、括弧内の数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
この構成によれば、請求項1に関連して述べた作用効果と同様の作用効果を奏する。
この場合、請求項3に示すように、前記サバティエ反応室の少なくとも一部が、前記処理室内に収容されていてもよい。この構成によれば、サバティエ反応室が処理室内に収容されている。処理室内でプラズマが発生すると、これに伴って処理室内の温度が上昇し、処理室内の温度上昇に伴ってサバティエ反応室内の温度も上昇する。そのため、二酸化炭素と水素とのサバティエ反応のために必要な熱を、処理室(内の雰囲気)から得ることができる。したがって、サバティエ反応室に、当該サバティエ反応室を加熱するための熱源を別途設ける必要がない。そのため、より簡易な構造のDLC成膜装置を用いてDLCを成膜することができ、これにより、DLCの成膜コストをより一層下げることができる。
The numbers in parentheses represent corresponding components in the embodiments described later, but are not intended to limit the scope of the claims to the embodiments.
According to this structure, there exists an effect similar to the effect described in relation to Claim 1.
In this case, as shown in claim 3, at least a part of the Sabatier reaction chamber may be accommodated in the processing chamber. According to this configuration, the Sabatier reaction chamber is accommodated in the processing chamber. When plasma is generated in the processing chamber, the temperature in the processing chamber increases accordingly, and the temperature in the Sabatier reaction chamber also increases as the temperature in the processing chamber increases. Therefore, the heat required for the Sabatier reaction between carbon dioxide and hydrogen can be obtained from the processing chamber (inside atmosphere). Therefore, it is not necessary to separately provide a heat source for heating the Sabatier reaction chamber in the Sabatier reaction chamber. Therefore, it is possible to form a DLC film using a DLC film forming apparatus having a simpler structure, thereby further reducing the DLC film forming cost.

本発明の一実施形態にかかるDLC成膜装置が適用されるプラズマCVD装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the plasma CVD apparatus with which the DLC film-forming apparatus concerning one Embodiment of this invention is applied. 図1に示すプラズマCVD装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the plasma CVD apparatus shown in FIG.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態にかかるDLC成膜装置が適用されるプラズマCVD装置1の構成を模式的に示す断面図である。
プラズマCVD装置1は、隔壁2で取り囲まれた処理室3と、処理室3内で基材200を保持する基台5と、処理室3内に原料ガスを導入するためのガス導入管6と、処理室3内を真空排気するための排気系7と、処理室3内に導入されたガスをプラズマ化させるための直流パルス電圧を発生させるプラズマ電源8とを備えている。プラズマCVD装置1は、直流パルスプラズマCVD(Direct Current Plasma Chemical Vapor Deposition)法を実施するための装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a plasma CVD apparatus 1 to which a DLC film forming apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
The plasma CVD apparatus 1 includes a processing chamber 3 surrounded by a partition wall 2, a base 5 that holds a substrate 200 in the processing chamber 3, and a gas introduction pipe 6 for introducing a source gas into the processing chamber 3. An exhaust system 7 for evacuating the inside of the processing chamber 3 and a plasma power source 8 for generating a direct-current pulse voltage for converting the gas introduced into the processing chamber 3 into plasma are provided. The plasma CVD apparatus 1 is an apparatus for performing a direct current plasma chemical vapor deposition (Direct Current Plasma Chemical Vapor Deposition) method.

基台5は、水平姿勢をなす支持プレート9と、鉛直方向に延び、支持プレート9を支持する支持軸10とを備えている。この実施形態では、基台5として、支持プレート9が上下方向に3つ並んで配置された3段式のものが採用されている。基台5は、全体が銅などの導電材料を用いて形成されている。基台5にはプラズマ電源8の負極が接続されている。基材200は、支持プレート9上に載置される。   The base 5 includes a support plate 9 in a horizontal posture and a support shaft 10 that extends in the vertical direction and supports the support plate 9. In this embodiment, a three-stage type in which three support plates 9 are arranged in the vertical direction is adopted as the base 5. The base 5 is entirely formed using a conductive material such as copper. A negative electrode of a plasma power source 8 is connected to the base 5. The substrate 200 is placed on the support plate 9.

また、処理室3の隔壁2は、ステンレス鋼等の導電材料を用いて形成されている。隔壁2には、プラズマ電源8の正極が接続されている。また隔壁2はアース接続されている。隔壁2と基台5とは絶縁部材11によって絶縁されている。そのため隔壁2はアース電位に保たれている。プラズマ電源8がオンされて直流パルス電圧が発生されると、隔壁2と基台5との間に電位差が生じる。   Further, the partition wall 2 of the processing chamber 3 is formed using a conductive material such as stainless steel. A positive electrode of a plasma power source 8 is connected to the partition wall 2. The partition wall 2 is grounded. The partition wall 2 and the base 5 are insulated by an insulating member 11. Therefore, the partition wall 2 is kept at the ground potential. When the plasma power supply 8 is turned on and a DC pulse voltage is generated, a potential difference is generated between the partition wall 2 and the base 5.

処理室3の内部には、サバティエ反応室20が収容されている。サバティエ反応室20の周囲は隔壁2によって取り囲まれている。サバティエ反応室20には、二酸化炭素ガス供給源から二酸化炭素ガス(CO)が供給されるようになっているとともに、サバティエ反応室20には、水素ガス供給源から水素ガス(H)が供給されるようになっている。また、サバティエ反応室20は、供給された二酸化炭素ガスおよび水素ガスを混合するための混合部21と、混合部21において混合された二酸化炭素ガスおよび水素ガスを、サバティエ反応させる反応部22とを備えている。反応部22内には触媒が収容されている。触媒として、たとえば、酸化アルミニウム上にルテニウムを担持させたものやニッケル、ロジウムなどを例示することができる。 A Sabatier reaction chamber 20 is accommodated in the processing chamber 3. The periphery of the Sabatier reaction chamber 20 is surrounded by the partition wall 2. Carbon dioxide gas (CO 2 ) is supplied from the carbon dioxide gas supply source to the Sabatier reaction chamber 20, and hydrogen gas (H 2 ) is supplied from the hydrogen gas supply source to the Sabatier reaction chamber 20. It comes to be supplied. The Sabatier reaction chamber 20 includes a mixing unit 21 for mixing the supplied carbon dioxide gas and hydrogen gas, and a reaction unit 22 for causing the Sabatier reaction of the carbon dioxide gas and hydrogen gas mixed in the mixing unit 21. I have. A catalyst is accommodated in the reaction unit 22. Examples of the catalyst include those in which ruthenium is supported on aluminum oxide, nickel, rhodium, and the like.

反応部22内に二酸化炭素ガスおよび水素ガスが充填され、かつ反応部22内の温度が高温(たとえば300〜350℃)であるとき、反応部22では、次式(1)で表されるサバティエ反応(サバティエ第1反応)が実行される。つまり、反応部22で、メタンガス(CH)および水(HO。ここでは水蒸気)が生成される。
CO+4H→2HO+CH ・・・(1)
サバティエ反応室20には、反応部22におけるサバティエ反応により生成したメタンガスおよび水蒸気を処理室3外に排出するための排気液管23の一端が接続されている。排気液管23の他端は隔壁2を貫通して処理室3外に露出している。
When the reaction unit 22 is filled with carbon dioxide gas and hydrogen gas and the temperature in the reaction unit 22 is high (for example, 300 to 350 ° C.), the reaction unit 22 has a Sabatier expressed by the following formula (1). The reaction (Sabatier first reaction) is performed. That is, methane gas (CH 4 ) and water (H 2 O. Here, water vapor) is generated in the reaction unit 22.
CO 2 + 4H 2 → 2H 2 O + CH 4 (1)
One end of an exhaust liquid pipe 23 for discharging methane gas and water vapor generated by the Sabatier reaction in the reaction unit 22 to the outside of the processing chamber 3 is connected to the Sabatie reaction chamber 20. The other end of the exhaust liquid pipe 23 penetrates the partition wall 2 and is exposed outside the processing chamber 3.

サバティエ反応室20外における排気液管23の途中部には、気液分離器24が介装されている。気液分離器24には、メタンガスを回収するためのメタンガス回収管26の一端が接続されている。メタンガス回収管26の他端は、メタンガスを貯留するためのメタンガス貯留部31に接続されている。
サバティエ反応室20外において、排気液管23の外壁が常温雰囲気に晒されているので、排気液管23を流通する水蒸気は凝縮して水になり、気体であるメタンガスと混在した状態で流通する。また、気液分離器24により分離されたメタンガスは、メタンガス回収管26を通ってメタンガス貯留部31に導かれ、メタンガス貯留部31に貯留される。
A gas-liquid separator 24 is interposed in the middle of the exhaust liquid pipe 23 outside the Sabatier reaction chamber 20. One end of a methane gas recovery pipe 26 for recovering methane gas is connected to the gas-liquid separator 24. The other end of the methane gas recovery pipe 26 is connected to a methane gas storage unit 31 for storing methane gas.
Since the outer wall of the exhaust pipe 23 is exposed to a normal temperature atmosphere outside the Sabatier reaction chamber 20, the water vapor flowing through the exhaust pipe 23 is condensed into water and flows in a mixed state with methane gas, which is a gas. . The methane gas separated by the gas-liquid separator 24 is guided to the methane gas storage unit 31 through the methane gas recovery pipe 26 and stored in the methane gas storage unit 31.

また、ガス導入管6は、処理室3内における基台5の上方を水平方向に延びている。ガス導入管6の基台5に対向する部分には、ガス導入管6の長手方向に沿って配列された多数のガス吐出孔12が形成されている。ガス吐出孔12から原料ガスが吐出されることにより、処理室3内に原料ガスが導入される。
ガス導入管6には混合ガスバルブ28を介して混合部27が接続されている。混合部27には、アルゴンガス供給源からのアルゴンガス(Ar)が供給されている。また、混合部27には、水素ガス供給源からの水素ガスが供給されている。さらに、混合部27には、メタンガス貯留部31に貯留されているメタンガスを供給するメタンガス供給管25が接続されている。メタンガス供給管25の途中部には、メタンガス供給管25を開閉するためのメタンガスバルブ29が介装されている。すなわち、メタンガスバルブ29の開成により、サバティエ反応室20で生成されたメタンガスが混合部27に供給される。
Further, the gas introduction pipe 6 extends in the horizontal direction above the base 5 in the processing chamber 3. A number of gas discharge holes 12 arranged along the longitudinal direction of the gas introduction pipe 6 are formed in a portion of the gas introduction pipe 6 facing the base 5. By discharging the source gas from the gas discharge hole 12, the source gas is introduced into the processing chamber 3.
A mixing unit 27 is connected to the gas introduction pipe 6 through a mixed gas valve 28. The mixing unit 27 is supplied with argon gas (Ar) from an argon gas supply source. The mixing unit 27 is supplied with hydrogen gas from a hydrogen gas supply source. Furthermore, a methane gas supply pipe 25 that supplies methane gas stored in the methane gas storage unit 31 is connected to the mixing unit 27. A methane gas valve 29 for opening and closing the methane gas supply pipe 25 is interposed in the middle of the methane gas supply pipe 25. That is, the methane gas generated in the Sabatier reaction chamber 20 is supplied to the mixing unit 27 by opening the methane gas valve 29.

排気系7は、処理室3に連通する第1排気管13および第2排気管14と、第1開閉バルブ15、第2開閉バルブ16、および第3開閉バルブ19と、第1ポンプ17および第2ポンプ18とを備えている。
第1排気管13の途中部には、第1開閉バルブ15および第1ポンプ17が、処理室3側からこの順で介装されている。第1ポンプ17としては、たとえば油回転真空ポンプ(ロータリポンプ)やダイヤフラム真空ポンプなどの低真空ポンプが採用される。油回転真空ポンプは、油によってロータ、ステータおよび摺動翼板などの部品の間の気密空間および無効空間の減少を図る容積移送式真空ポンプである。第1ポンプ17として採用される油回転真空ポンプとしては、回転翼型油回転真空ポンプや揺動ピストン型真空ポンプが挙げられる。
The exhaust system 7 includes a first exhaust pipe 13 and a second exhaust pipe 14 that communicate with the processing chamber 3, a first on-off valve 15, a second on-off valve 16, a third on-off valve 19, a first pump 17, and a first pump 17. 2 pump 18.
A first opening / closing valve 15 and a first pump 17 are interposed in this order from the processing chamber 3 side in the middle of the first exhaust pipe 13. As the first pump 17, for example, a low vacuum pump such as an oil rotary vacuum pump (rotary pump) or a diaphragm vacuum pump is employed. The oil rotary vacuum pump is a positive displacement vacuum pump that reduces an airtight space and an ineffective space between components such as a rotor, a stator, and a sliding blade with oil. Examples of the oil rotary vacuum pump adopted as the first pump 17 include a rotary blade type oil rotary vacuum pump and a swing piston type vacuum pump.

また第2排気管14の先端は、第1排気管13における第1開閉バルブ15と第1ポンプ17との間に接続されている。第2排気管14の途中部には、第2開閉バルブ16、第2ポンプ18、および第3開閉バルブ19が、処理室3側からこの順で介装されている。第2ポンプ18としては、たとえばターボ分子ポンプ、油拡散ポンプなどの高真空ポンプが採用される。   The tip of the second exhaust pipe 14 is connected between the first opening / closing valve 15 and the first pump 17 in the first exhaust pipe 13. A second opening / closing valve 16, a second pump 18, and a third opening / closing valve 19 are interposed in this order from the processing chamber 3 side in the middle of the second exhaust pipe 14. As the second pump 18, for example, a high vacuum pump such as a turbo molecular pump or an oil diffusion pump is employed.

図2は、図1に示すプラズマCVD装置の電気的構成を示すブロック図である。プラズマCVD装置1は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置30を備えている。この制御装置30には、プラズマ電源8、第1開閉バルブ15、第2開閉バルブ16、第3開閉バルブ19、混合ガスバルブ28、メタンガスバルブ29、第1ポンプ17、第2ポンプ18などが制御対象として接続されている。   FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the plasma CVD apparatus shown in FIG. The plasma CVD apparatus 1 includes a control device 30 having a configuration including a microcomputer. The control device 30 includes a plasma power source 8, a first opening / closing valve 15, a second opening / closing valve 16, a third opening / closing valve 19, a mixed gas valve 28, a methane gas valve 29, a first pump 17, a second pump 18, and the like. Connected as.

次に、図1を参照して、プラズマCVD装置1を用いて基材200の表面にDLCを成膜する(DLC膜を形成する)成膜処理の一例について説明する。
先ず、処理室3内の基台5の支持プレート9上に基材200をセットした後処理室3を閉じる。
次いで、制御装置30は第1、第2および第3開閉バルブ15,16,19を閉じた状態で第1ポンプ17を駆動させた後、第1開閉バルブ15を開くことにより処理室3内を排気する。処理室3内が第1ポンプ17によって所定の第1低圧まで排気された時点で第1開閉バルブ15を閉じるとともに第3開閉バルブ19を開いて第2ポンプ18を駆動させた後、第2開閉バルブ16を開くことにより、第1および第2ポンプ17,18によって処理室3内をさらに排気する。
Next, an example of a film forming process for forming a DLC film (forming a DLC film) on the surface of the substrate 200 using the plasma CVD apparatus 1 will be described with reference to FIG.
First, after setting the base material 200 on the support plate 9 of the base 5 in the processing chamber 3, the processing chamber 3 is closed.
Next, the control device 30 drives the first pump 17 with the first, second and third on-off valves 15, 16, 19 closed, and then opens the first on-off valve 15 to open the inside of the processing chamber 3. Exhaust. When the inside of the processing chamber 3 is evacuated to a predetermined first low pressure by the first pump 17, the first opening / closing valve 15 is closed and the third opening / closing valve 19 is opened to drive the second pump 18, and then the second opening / closing is performed. By opening the valve 16, the inside of the processing chamber 3 is further exhausted by the first and second pumps 17 and 18.

処理室3内が所定の第2低圧(第2低圧<第1低圧)に達した時点で、制御装置30は、第2および第3開閉バルブ16,19を閉じ、第2ポンプ18を停止させるとともに第1開閉バルブ15を開く。その後、第1ポンプ17だけで排気が続行される。また、制御装置30は混合ガスバルブ28を開き、アルゴンガスおよび水素ガスを処理室3内に導入する。   When the inside of the processing chamber 3 reaches a predetermined second low pressure (second low pressure <first low pressure), the control device 30 closes the second and third on-off valves 16 and 19 and stops the second pump 18. At the same time, the first opening / closing valve 15 is opened. Thereafter, exhaust is continued only by the first pump 17. Further, the control device 30 opens the mixed gas valve 28 to introduce argon gas and hydrogen gas into the processing chamber 3.

次いで、制御装置30はプラズマ電源8をオンして、負の直流パルス電圧(例えば、−1000V)を基台5に印加する。これにより、隔壁2と基台5との間に電位差が生じ、処理室3内にプラズマが発生する。このプラズマの発生により、処理室3内において原料ガスからイオンやラジカルが生成するとともに、このイオンやラジカルが電位差に基づいて基材200の表面に打ち付けられて、基材200の表面に微細な凹凸(原子レベルの凹凸)が形成される(前処理工程)。また、イオンやラジカルが基材200の表面に打ち付けられることにより、基材200の表面に吸着された異分子等をスパッタリング除去したり、表面を活性化したり、原子配列等を改質したりできる(イオンボンバード処理)。   Next, the control device 30 turns on the plasma power supply 8 and applies a negative DC pulse voltage (for example, −1000 V) to the base 5. Thereby, a potential difference is generated between the partition wall 2 and the base 5, and plasma is generated in the processing chamber 3. Due to the generation of the plasma, ions and radicals are generated from the source gas in the processing chamber 3, and the ions and radicals are struck against the surface of the base material 200 based on the potential difference. (Atomic level irregularities) are formed (pretreatment step). Further, by bombarding the surface of the substrate 200 with ions or radicals, foreign molecules adsorbed on the surface of the substrate 200 can be removed by sputtering, the surface can be activated, or the atomic arrangement can be modified ( Ion bombardment).

また、プラズマの発生により処理室3内の雰囲気が高温(300〜350℃)になり、処理室3内に収容されているサバティエ反応室20内の雰囲気も、これと同程度の高温(300〜350℃)になっている。また、サバティエ反応室20の混合部21には、成膜処理の開始から、二酸化炭素ガスおよび水素ガスが供給されている。この二酸化炭素ガスおよび水素ガスの供給は、成膜処理の終了まで継続される。そのため、反応部22におけるサバティエ反応が促進され、この反応部22でメタンガスおよび水蒸気が生成される。   In addition, the atmosphere in the processing chamber 3 becomes high temperature (300 to 350 ° C.) due to the generation of plasma, and the atmosphere in the Sabatier reaction chamber 20 accommodated in the processing chamber 3 is also a high temperature (300 to 350 ° C.). 350 ° C.). In addition, carbon dioxide gas and hydrogen gas are supplied to the mixing unit 21 of the Sabatier reaction chamber 20 from the start of the film forming process. The supply of carbon dioxide gas and hydrogen gas is continued until the film formation process is completed. Therefore, the Sabatier reaction in the reaction unit 22 is promoted, and methane gas and water vapor are generated in the reaction unit 22.

このメタンガスおよび水蒸気は、排気液管23を冷却されながら流通し、気液分離器24に供給される。水と分離されたメタンガスは、メタンガス回収路26を通ってメタンガス貯留部31に導かれ、そのメタンガス貯留部31に貯留される。すなわち、処理室3の温度が高温に達した後はサバティエ反応室20でメタンガスが生成され、その生成されたメタンガスがメタンガス貯留部31に貯留される。   The methane gas and water vapor flow while being cooled in the exhaust liquid pipe 23 and are supplied to the gas-liquid separator 24. The methane gas separated from the water is guided to the methane gas storage part 31 through the methane gas recovery path 26 and stored in the methane gas storage part 31. That is, after the temperature of the processing chamber 3 reaches a high temperature, methane gas is generated in the Sabatier reaction chamber 20, and the generated methane gas is stored in the methane gas storage unit 31.

プラズマ電源8をオンにしてから予め定める処理時間が経過すると、制御装置30はプラズマ電源8をオフにするとともに、混合ガスバルブ28を閉じて処理室3への水素ガスおよびアルゴンガスの供給を停止する。次いで、制御装置30は処理室3内の減圧状態を維持した状態で、メタンガスガスバルブ29を開くとともに混合ガスバルブ28を開く。これにより、メタンガス貯留部31に貯留されたメタンガス、言い換えれば反応部22で生成されたメタンガスが、アルゴンガスおよび水素ガスとともに処理室3内に導入される。   When a predetermined processing time elapses after the plasma power source 8 is turned on, the control device 30 turns off the plasma power source 8 and closes the mixed gas valve 28 to stop the supply of hydrogen gas and argon gas to the processing chamber 3. . Next, the control device 30 opens the methane gas gas valve 29 and the mixed gas valve 28 while maintaining the reduced pressure state in the processing chamber 3. Thereby, the methane gas stored in the methane gas storage unit 31, in other words, the methane gas generated in the reaction unit 22 is introduced into the processing chamber 3 together with the argon gas and the hydrogen gas.

次いで、制御装置30はプラズマ電源8をオンにし、隔壁2と基台5との間に電位差を生じさせることにより、処理室3内にプラズマを発生させる。このプラズマの発生により、処理室3内の水素ガスおよびメタンガスがプラズマ化し、気相合成した炭化水素が基材200の表面に蒸着される。これにより、基材200の表面にDLCの堆積膜(DLC膜)が形成(DLCが成膜)される(DLC成膜工程)。   Next, the control device 30 turns on the plasma power source 8 to generate a potential difference between the partition wall 2 and the base 5, thereby generating plasma in the processing chamber 3. Due to the generation of the plasma, the hydrogen gas and methane gas in the processing chamber 3 are turned into plasma, and the vapor-phase synthesized hydrocarbon is deposited on the surface of the substrate 200. Thus, a DLC deposition film (DLC film) is formed on the surface of the substrate 200 (DLC is formed) (DLC film forming step).

また、プラズマの発生により処理室3内の雰囲気が高温(300〜350℃)になり、
処理室3内に収容されているサバティエ反応室20内の雰囲気も、これと同程度の高温(300〜350℃)になっている。そのため、サバティエ反応室20の反応部22におけるサバティエ反応が促進され、反応部22でメタンガスが生成されるとともに、その生成されたメタンガスがメタンガス貯留部31に貯留される。
Moreover, the atmosphere in the processing chamber 3 becomes high temperature (300 to 350 ° C.) due to generation of plasma,
The atmosphere in the Sabatier reaction chamber 20 accommodated in the processing chamber 3 is also at a high temperature (300 to 350 ° C.) that is about the same. Therefore, the Sabatier reaction in the reaction unit 22 of the Sabatier reaction chamber 20 is promoted, methane gas is generated in the reaction unit 22, and the generated methane gas is stored in the methane gas storage unit 31.

以上によりこの実施形態によれば、二酸化炭素ガスを原料ガスとしてメタンガスが生成され、その生成されたメタンガスを用いてDLCが成膜される。そのため、安価な二酸化炭素ガスを用いてDLCを得ることができるので、別途メタンガスをプラズマCVD装置1に供給する必要がない。これにより、DLCの成膜コストを下げることができる。
また、サバティエ反応室20が処理室3内に収容されている。処理室3内でプラズマが発生すると、これに伴って処理室3内の温度が上昇し、処理室3内の温度上昇に伴ってサバティエ反応室20内の雰囲気温度も上昇する。そのため、二酸化炭素ガスと水素ガスとのサバティエ反応のために必要な熱を処理室3内の雰囲気から得ることができる。したがって、サバティエ反応室20に、当該サバティエ反応室20を加熱するための熱源を別途設ける必要がない。そのため、より簡易な構造のプラズマCVD装置1を用いてDLCを成膜することができ、これにより、DLCの成膜コストをより一層下げることができる。
As described above, according to this embodiment, methane gas is generated using carbon dioxide gas as a raw material gas, and a DLC film is formed using the generated methane gas. Therefore, since DLC can be obtained using inexpensive carbon dioxide gas, it is not necessary to supply methane gas to the plasma CVD apparatus 1 separately. Thereby, the film formation cost of DLC can be reduced.
Further, the Sabatier reaction chamber 20 is accommodated in the processing chamber 3. When plasma is generated in the processing chamber 3, the temperature in the processing chamber 3 rises along with this, and the ambient temperature in the Sabatier reaction chamber 20 also rises as the temperature in the processing chamber 3 rises. Therefore, heat necessary for the Sabatier reaction between carbon dioxide gas and hydrogen gas can be obtained from the atmosphere in the processing chamber 3. Therefore, it is not necessary to separately provide a heat source for heating the Sabatie reaction chamber 20 in the Sabatier reaction chamber 20. Therefore, it is possible to form a DLC film using the plasma CVD apparatus 1 having a simpler structure, thereby further reducing the DLC film forming cost.

以上、この発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態を用いて実施することもできる。
たとえば、気液分離器24によりメタンガスと分離された水を、排気液管23を冷却するための冷却水として再利用してもよい。
また、メタンガスと分離された水を電気分解し、この電気分解で発生した水素ガスをサバティエ反応室20の混合部21に供給して、メタンガスの生成のための原料ガスとして用いてもよい。また、電気分解で発生した水素ガスを混合部27に供給して、DLCの成膜のための原料ガスとして用いてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented using another form.
For example, water separated from methane gas by the gas-liquid separator 24 may be reused as cooling water for cooling the exhaust liquid pipe 23.
Alternatively, water separated from the methane gas may be electrolyzed, and the hydrogen gas generated by the electrolysis may be supplied to the mixing unit 21 of the Sabatier reaction chamber 20 and used as a raw material gas for generating methane gas. Alternatively, hydrogen gas generated by electrolysis may be supplied to the mixing unit 27 and used as a source gas for DLC film formation.

また、サバティエ反応室20の全部が処理室3内に収容されておらず、サバティエ反応室20の一部のみが処理室3内に収容された構成であってもよい。この場合、少なくとも反応部22が隔壁2によって取り囲まれていれば、処理室3内の雰囲気温度の上昇に伴って反応部22室内の雰囲気温度を上昇させることができる。
また、前述の処理工程において、DLCの成膜に先立って、基材200の表面を覆う中間層を形成してもよい。この中間層の形成を、処理室3内をプラズマ化して行う場合には、中間層の形成の際にも、反応部22でサバティエ反応を行わせることによりメタンガスを生成することができる。
Further, the configuration may be such that not all of the Sabatier reaction chamber 20 is accommodated in the processing chamber 3 but only a part of the Sabatier reaction chamber 20 is accommodated in the processing chamber 3. In this case, if at least the reaction unit 22 is surrounded by the partition wall 2, the atmospheric temperature in the reaction unit 22 can be increased as the atmospheric temperature in the processing chamber 3 increases.
Further, in the above-described processing steps, an intermediate layer covering the surface of the substrate 200 may be formed prior to the DLC film formation. In the case where the formation of the intermediate layer is performed by converting the inside of the processing chamber 3 into plasma, methane gas can be generated by causing the reaction unit 22 to perform a Sabatier reaction even when forming the intermediate layer.

また、DLCの成膜の原料ガスに用いられるメタンガスが全て、反応部22で生成したメタンガスである必要はなく、反応部22で生成したメタンガスと、メタンガス供給源からのメタンガスとを併用することもできる。
また、混合部21への水素ガスおよび二酸化炭素ガスの供給は、処理工程の全期間を通じて行う必要はなく、前工程の期間だけ行うものであってもよいし、逆に、DLC成膜工程の期間だけ行うものであってもよい。また、メタンガス貯留部31のメタンガスの貯留量が予め定める量以下である場合にだけ、混合部21に水素ガスおよび二酸化炭素ガスを供給するものであってもよい。
Further, it is not necessary that all the methane gas used as the source gas for forming the DLC film is the methane gas generated in the reaction unit 22, and the methane gas generated in the reaction unit 22 and the methane gas from the methane gas supply source may be used in combination. it can.
In addition, the supply of hydrogen gas and carbon dioxide gas to the mixing unit 21 does not have to be performed throughout the entire process, and may be performed only during the previous process. It may be performed only for a period. Moreover, hydrogen gas and carbon dioxide gas may be supplied to the mixing unit 21 only when the amount of methane gas stored in the methane gas storage unit 31 is equal to or less than a predetermined amount.

また、基材200の表面に、添加物が何も添加されていないDLCの堆積層を形成する場合を例に挙げて説明したが、むろん、Si(ケイ素)、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ti(チタン)などの元素のうち少なくとも1つの元素が添加されていてもよい。たとえばDLCにSiを添加する場合には、DLC成膜工程時に、テトラメチルシランガス(Si(CH)やシロキサンなどの有機ケイ素化合物ガスを、水素ガスおよびメタンガスとともに、原料ガスとして処理室3内に導入することができる。 Moreover, although the case where a DLC deposition layer to which no additive is added is formed on the surface of the base material 200 is described as an example, of course, Si (silicon), Fe (iron), Co (cobalt) ), At least one element among elements such as Ti (titanium) may be added. For example, when Si is added to DLC, an organic silicon compound gas such as tetramethylsilane gas (Si (CH 3 ) 4 ) or siloxane is used as a raw material gas together with hydrogen gas and methane gas during the DLC film forming process. Can be introduced in.

また、DLCの成膜は、直流パルスプラズマCVD法ではなく、他のプラズマCVD法(直流プラズマCVD法や高周波プラズマCVD法)を用いて形成することもできる。この場合、プラズマCVD装置1は、それらのプラズマCVD法を実施するために必要な機構が追加・変更により設けられてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
Further, the DLC film can be formed not by the direct-current pulse plasma CVD method but by using another plasma CVD method (direct-current plasma CVD method or high-frequency plasma CVD method). In this case, the plasma CVD apparatus 1 may be provided with a mechanism necessary for performing these plasma CVD methods by addition or change.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

1…プラズマCVD装置,2…隔壁,3…処理室,5…基台,8…プラズマ電源,20…サバティエ反応室,25…メタンガス供給管,26…メタンガス回収管,29…メタンガスバルブ,31…メタンガス貯留部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma CVD apparatus, 2 ... Partition, 3 ... Processing chamber, 5 ... Base, 8 ... Plasma power supply, 20 ... Sabatier reaction chamber, 25 ... Methane gas supply pipe, 26 ... Methane gas recovery pipe, 29 ... Methane gas valve, 31 ... Methane gas storage

Claims (3)

DLCを成膜するためのDLC成膜方法であって、
二酸化炭素ガスと水素ガスとをサバティエ反応させてメタンガスを生成するメタンガス生成ステップと、
前記メタンガス生成ステップにより生成されたメタンガスをプラズマ化してDLCを成膜するDLC成膜ステップとを含む、DLC成膜方法。
A DLC film forming method for forming a DLC film,
A methane gas generation step of generating methane gas by reacting carbon dioxide gas and hydrogen gas with a Sabatier reaction;
A DLC film forming method comprising: forming a DLC film by converting the methane gas generated in the methane gas generating step into plasma.
DLCを成膜するためのDLC成膜装置であって、
成膜対象である基材を収容することができる処理室と、
前記処理室にメタンガスを供給するメタンガス供給手段と、
前記メタンガス供給手段によって前記処理室に供給されたメタンガスを、前記処理室内でプラズマ化させるプラズマ発生手段とを含み、
前記メタンガス供給手段は、二酸化炭素ガスと水素ガスとをサバティエ反応させてメタンガスを生成するサバティエ反応室を含む、DLC成膜装置。
A DLC film forming apparatus for forming a DLC film,
A processing chamber capable of accommodating a substrate to be deposited;
Methane gas supply means for supplying methane gas to the processing chamber;
Plasma generating means for converting the methane gas supplied to the processing chamber by the methane gas supplying means into plasma in the processing chamber,
The said methane gas supply means is a DLC film-forming apparatus containing the Sabatier reaction chamber which produces | generates methane gas by making Sabatier reaction of carbon dioxide gas and hydrogen gas.
前記サバティエ反応室の少なくとも一部が、前記処理室内に収容されている、請求項2記載のDLC成膜装置。


The DLC film forming apparatus according to claim 2, wherein at least a part of the Sabatier reaction chamber is accommodated in the processing chamber.


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