JP2023504812A - Ｄｌｃ製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

ＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供する。前記ＤＬＣ製造装置は、基材を配置するための反応チャンバ（１００）を有する本体（１０）と、プラズマ源ユニット（５０）と、前記反応チャンバ（１００）に反応ガスを供給するための少なくとも１つのガス供給部（２０）とを備え、前記プラズマ源ユニット（５０）は前記本体（１０）の外部に設けられ、前記反応チャンバ（１００）に無線周波数電界を印加してプラズマの発生を促し、前記反応ガスをＰＥＣＶＤ法により前記基材の表面に堆積させてＤＬＣ膜を成膜する。

Description

本発明は、ダイヤモンドライクカーボン膜の製造分野に関し、さらに、透明かつ硬質なＤＬＣの製造装置及び製造方法に関するものであり、前記ＤＬＣは、防護のために電子デバイス及びその付属品の表面に堆積されるのに適している。

ダイヤモンドライクカーボン膜（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ,ＤＬＣ）は、ｓｐ３およびｓｐ２炭素結合を含む準安定材料であり、ダイヤモンドとグラファイトの優れた特性に兼ね備え、高硬度、高抵抗率、良好な光学特性および優れたトライボロジー特性を有する。ダイヤモンドライクカーボン膜は様々に異なる構造形態があり、特殊構造をもつカーボンナノ材料（フラーレン様構造カーボン、ナノアモルファスカーボン、グラフェン）は、極めて低い摩擦係数、高硬度、良好な弾性回復性及び優れた耐摩耗性を有することから、高性能固体潤滑材料として科学界や工業界から大きく注目を集めている。

ダイヤモンドライクカーボン膜を製造するための従来の方法の一つは、例えばマグネトロンスパッタリングによってコーティング膜を成膜し、それによってＤＬＣ膜を得るような物理気相堆積法である。もう一つは、例えばプラズマ励起化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）によってＤＬＣ膜を堆積させ、即ち炭素源としてメタン、エタン、アセチレン、ベンゼン、ブタンなどの炭化水素ガスを使用し、プラズマによって、炭化水素ガスを活性化、解離、堆積など複雑なプロセスを経て、水素を所定量で含有させるＤＬＣ膜を製造するような化学気相堆積法である。

一方、ＤＬＣの製造過程は複雑な反応プロセスを伴い、形成されたＤＬＣ膜の特性は、原材料の組成比や具体的なプロセス条件の制御など諸要因につながる。そのうち、同じ原料プロセス条件に対する制御も、形成されたＤＬＣ膜の特性に大きく影響を与え、かつその影響方式が比較的複雑である。一方、異なるコーティング製品によって、求められるＤＬＣ膜の性能も異なる。電子デバイスの分野において、例えばスマートフォンのスクリーンに適用される場合は、表面の剛性を向上させるだけでなく、電子デバイスのスクリーンの視覚的効果に影響することなく良好な光透過性も望まれている。

本発明の一の利点は、内、外部に設けられた無線周波数電界及び高電圧パルス電界の相乗作用によって、プラズマ励起化学堆積反応（ＰＥＣＶＤ）を行いＤＬＣ膜を成膜するＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の別の利点は、誘導結合によって形成された無線周波数電界及び高電圧パルス電界が協調してプラズマ励起化学堆積反応条件を提供し、当該反応条件下で反応ガスによりＤＬＣ膜を製造するＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の別の利点は、異なる方向の無線周波数電界及び高電圧パルス電界の相乗作用によって、プラズマ励起化学堆積反応を行い前記ＤＬＣ膜を成膜するＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の別の利点は、低電力無線周波数放電によりプラズマ環境を維持し、高電圧放電過程でのアーク放電を抑制し、これで化学堆積効率を向上させるＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の別の利点は、バイアス電圧値を制御することによってＤＬＣ膜の性能を制御し、高い堆積効率を維持し、高い表面硬度及び高い透過率を有するＤＬＣ膜を得るＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の別の利点は、無線周波数電力を制御してイオン濃度を変化させることで、コーティング効率を向上させるＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の別の利点は、チャンバ内圧を制御することによってグロー現象を調整し、これで成膜速度及び膜層品質を調整するＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。
本発明の別の利点は、無線周波数と高圧パルスの放電特性、反応ガスの流量及びコーティング時間などのプロセスパラメータを制御することにより、目標のＤＬＣを得ることができるＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の別の利点は、一実施例では、前記無線周波数電界及び高電圧パルス電界の方向が互いに垂直であるＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の別の利点は、電子デバイス及びその付属品の表面に堆積されるのに適し、かつ良好な光透過性を保つことができるＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の別の利点は、ＰＥＣＶＤ堆積過程の反応時間が短く堆積効率が高いため、全体的な生産効率が高く、大量生産応用に適しているＤＬＣ製造装置及び製造方法を提供することにある。

一局面では、本発明は、
基材を配置するための反応チャンバを有する本体と、
プラズマ源ユニットと、
前記反応チャンバに反応ガスを供給するための少なくとも１つのガス供給部と
を備え、
前記プラズマ源ユニットは前記本体の外部に設けられ、前記反応チャンバに無線周波数電界を供給してプラズマの発生を促し、前記反応ガスをＰＥＣＶＤ法により前記基材の表面に堆積させてＤＬＣ膜を成膜する、ＤＬＣ製造装置を提供する。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記プラズマ源ユニットと電気的に接続され、前記プラズマ源ユニットに電源を供給する無線周波数電源を備える。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記プラズマ源ユニットは、前記本体の外部に気密に設けられたガス導入枠と、誘導コイルと、前記ガス導入枠と前記誘導コイルとの間に設けられた遮断板とを備える。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記ガス導入枠は、前記本体の前記反応チャンバと前記ガス供給部とを連通させる連通経路を有する。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記ガス導入枠は少なくとも１つの連通孔とメイン経路とを有し、前記本体は前記反応チャンバに連通する窓部を有し、前記本体の前記窓部と前記ガス導入枠の前記連通孔及び前記メイン経路を連通して前記連通経路を形成する。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記連通口と前記メイン経路は互いに垂直な方向に設けられている。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記ガス導入枠は、外部と連通してガスを注入するための少なくとも１つの連通孔と、前記ガス導入枠の内側に設けられかつ前記メイン経路に連通する空気分配孔と、前記連通孔と前記空気分配孔とを連通させる内側連通経路と、メイン経路とを有し、前記本体の前記窓部、前記ガス導入枠の前記連通孔、前記内側連通経路、前記空気分配孔及び前記メイン経路を連通して前記連通経路を形成する。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、複数の前記内側連通経路同士を互いに連通して内側環状経路を形成する。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記プラズマ源ユニットは、さらに外部カバープレートを備え、前記誘導コイルは前記遮断板と前記外部カバープレートとの間に挟持されている。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記ガス導入枠は、前記本体の外部に気密に設けられたメイン枠体と、前記メイン枠体の外部に配置されるとともに、前記遮断板、前記誘導コイル及び前記外部カバープレートが挿着される挿着部材とを備える。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記遮断板はセラミック製封止板である。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記プラズマ源ユニットは、誘導結合電界を印加する無線周波数誘導結合プラズマ源である。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記ＤＬＣ製造装置は載置極板とパネル電源とを備え、前記載置極板は前記反応チャンバに収容されるとともに、前記パルス電源と電気的に接続され、前記反応チャンバにパルス電界を印加するものであり、前記基材は前記載置極板に好適に配置されている。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記載置極板は、前記載置極板の両側を連通させる空気孔を有する。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、隙間を置いて平行に配置されている複数の載置極板を備える。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記パルス電源の電圧制御範囲は、－２００Ｖ～－５０００Ｖである。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記ガス供給部は、プラズマ源供給部を備え、前記プラズマ源供給部は、前記反応チャンバにプラズマ源ガスを供給し、ＰＥＣＶＤ法による堆積反応を活性化させる。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記プラズマ源ガスは、不活性ガス、窒素ガス、フルオロカーボンガスからなる群より選ばれる少なくとも一つである。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記ガス供給部は、前記反応チャンバに炭化水素ガスＣｘＨｙを供給するための反応ガス原料供給部を備え、前記炭化水素ガスＣｘＨｙは、ＰＥＣＶＤ法により前記基材の表面に堆積し、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記ガス供給部は、前記反応チャンバに補助ガスを供給するための補助ガス供給部を備え、前記補助ガスは、前記ダイヤモンドライクカーボン膜におけるＣ－Ｈ含量を調整し、前記炭化水素ガスＣｘＨｙと反応して前記基材の表面に堆積させて、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する。

一実施例に係るＤＬＣ製造装置によれば、前記補助ガスは、窒素ガス、水素ガス、フルオロカーボンガスからなる群より選ばれる少なくとも一つである。

一実施例に係るダイヤモンドライクカーボン膜の製造装置によれば、前記基材の配置位置と同等の位置に設けられている温度検出モジュールを備える。

別の一局面では、本発明は、反応チャンバに反応ガスを供給し、無線周波数電界及びパルス電界によって、反応ガスをＰＥＣＶＤ法により前記反応チャンバ内の基材の表面に堆積させてＤＬＣ膜を成膜するように促すことを含むＤＬＣ膜の製造方法を提供する。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、制御過程において、無線周波数電界を印加してから、パルス電界を印加する。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、前記無線周波数電界は前記パルス電界の外部に設けられている。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、前記無線周波数電界は誘導結合電界である。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、前記反応チャンバにプラズマ源ガスを供給し、ＰＥＣＶＤ法による堆積反応を活性化させ、前記無線周波数電界及び前記パルス電界を前記プラズマ源ガスに同時に作用させるステップを含む。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、前記反応チャンバに補助ガスを供給するステップであって、前記補助ガスは、前記ダイヤモンドライクカーボン膜におけるＣ－Ｈ含量を調整し、前記炭化水素ガスＣｘＨｙと反応して前記基材の表面に堆積させて前記ＤＬＣ膜を成膜するものであるステップを含む。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、パルス電源と電気的に接続されて、前記反応チャンバ内において前記パルス電界を供給する載置極板を前記反応チャンバ内に配置する。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、前記基材の同等の位置の温度を検出してフィードバック制御を行うステップを含む。

別の一局面では、本発明は、
基材が配置された反応チャンバ内にプラズマ源ガスを導入するステップ（ａ）と、
パルス電源及び無線周波数電源を入れて、無線周波数電界及びパルス電界をそれぞれに印加し、前記プラズマ源ガスを活性化させてプラズマを発生させるステップ（ｂ）と、
前記反応チャンバ内に炭化水素ガスＣｘＨｙを導入し、前記基材の表面にＤＬＣ膜を堆積させるステップ（ｃ）と、を含むＤＬＣ膜の製造方法を提供する。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、前記ステップ（ｂ）において、無線周波数電源を入れてから、パルス電源を入れる。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、パルス電界の外部に無線周波数電界を印加するステップを含む。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、前記無線周波数電界は誘導結合電界である。

一実施例に係るＤＬＣ膜の製造方法によれば、ステップ（ｃ）は、前記反応チャンバに補助ガスを供給するステップを含み、前記補助ガスは、前記ダイヤモンドライクカーボン膜におけるＣ－Ｈ含量を調整し、前記炭化水素ガスＣｘＨｙと反応して前記基材の表面に堆積させて、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜するものである。

一実施例に係るダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法によれば、前記反応チャンバ内からガスを抽出し、前記反応チャンバ内の気圧を調整するステップを含む。

一実施例に係るダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法によれば、前記基材の同等の位置の温度を検出してフィードバック制御を行うステップを含む。

本発明の一実施例に係るＤＬＣの製造方法のフローチャートである。 本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置のブロック図である。 本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の概略図である。 本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の一実施形態の斜視図である。 本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の一実施形態の斜視図である。 本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の別の一実施形態の斜視図である。 本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の一実施形態の分解模式図である。 本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置のガス導入枠の変形実施例の模式図である。 本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の変形実施形態の概略図である。 本発明の前記実施例に係るダイヤモンドライクカーボン膜の透過型電子顕微鏡像である。

以下の説明は、当業者が本発明を実施することを可能にするために本発明を開示するものである。以下の好適な実施例は、例として挙げられるだけであって、当業者は他の明らかな変形例に思いつくことが可能である。以下の説明で定義される本発明の基本的な原理は、他の実施例、変形例、改良例、均等例及び本発明の精神や範囲から逸脱しない他の技術案に適用され得る。

本発明の開示では、「縦方向」、「横方向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」などの用語が示している方向または位置関係は、図面に示す方向または位置関係に基づくものであり、本発明を説明したり説明を簡素化したりするためだけであって、係る装置または素子が必ずしも特定の方位、及び特定の方位構造及び操作を有しなければならないことを示すまたは暗示するのではないことは、当業者に理解されるべきであろう。従って、前記用語は本発明を限定するものと理解されるべきではない。

また、「一」という用語は、「少なくとも一つ」または「１つまたは複数」と解されるべきであることは、理解されるべきであろう。つまり、一実施例では、一の素子の数は１つであってもよいが、別の実施例では、当該素子の数は複数であり得る。「一」という用語は、数を限定するものと理解されるべきではない。

「一実施例」、「実施例」、「例示的な実施例」、「各種の実施例」、「幾つかの実施例」などの引用は、このように説明される本発明の実施例が特定の特徴、構造または特性を含み得ることを示すが、すべての実施例が必ずしもその特徴、構造または特性を含むというわけではない。さらに、幾つかの実施例は、他の実施例について記載された特徴の幾つか、すべてを有してもよく又はこのような特徴がなくてもよい。

図１は、本発明の一実施例に係るＤＬＣの製造方法のフローチャートである。図２は、本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置のブロック図である。図３は、本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の概略図である。

図１～図５Ａを参照すると、本発明はＤＬＣ製造装置を提供する。前記ＤＬＣ製造装置は、ＰＥＣＶＤ反応を行うために用いられ、基材の表面に堆積させて前記基材の表面性能を向上させるのに適しているＤＬＣ膜を製造する。さらに、前記ＤＬＣ製造装置は、プラズマ励起化学堆積（ＰＥＣＶＤ）法によって、前記ＤＬＣ膜を前記基材の表面に化学堆積させて形成する。言い換えれば、前記基材は前記ＤＬＣ製造装置の反応チャンバ内に配置されてプラズマ励起化学堆積が行われ、前記基材の表面に前記ＤＬＣ膜が形成される。

「基材」とは、コーティングされる小面積または大面積の物体か、本発明の方法によって改善される表面を意味する。本明細書で言及される基材は、ガラス、プラスチック、無機材料、またはコーティングされるかもしくは改質される表面を有する任意の他の材料であり得る。前記基材は電子デバイス及びその付属品であってもよく、例えばスマートフォン、タブレットコンピュータ、電子書籍リーダー、ウェアラブルデバイス、テレビ、コンピュータ表示パネル、ガラススクリーン、フレキシブルスクリーンが挙げられるがこれらに限定されない。

「プラズマ」とは、電子や、正負イオンや、励起された原子、分子及びフリーラジカルが混在した状態を意味する。

さらに、本発明の一実施例によれば、前記ＤＬＣ製造装置は、反応ガス原料として炭化水素ガスＣ_xＨ_yを用い、プラズマ励起化学気相堆積を行い、前記ＤＬＣ膜を得る。

前記ＤＬＣ膜は、モース硬度など前記基材の表面剛性を高め、さらに前記基材の耐落下性及び耐摩擦性を向上させることができる。前記ＤＬＣは、比較的に小さい膜厚を有するナノフィルムであり、その膜厚の範囲としては、１０～２０００ｎｍが挙げられるがこれだけに限定されない。

前記ＤＬＣ製造装置は、ＰＥＣＶＤプロセスで前記基材の表面にＣ_xＨ_yガス反応原料を気相堆積させ、プラズマの化学堆積反応プロセスによって前記ＤＬＣ膜の厚さを薄くし、例えばナノメートルサイズとすることができ、かつＰＥＣＶＤによる堆積過程において、プロセスパラメータを制御することにより、ターゲットとなる前記ＤＬＣ膜を得ることができ、例えば所定の厚さをもつ前記ＤＬＣ膜を得るために制御することができる。つまり、所定の厚さをもつ前記ＤＬＣ膜は、任意の値を選択してもよいというわけではなく、それぞれ異なる所定の反応条件下で得られる。

Ｃ_xＨ_yのうち、ｘは１～１０の整数であり、ｙは１～２０の整数である。前記反応ガス原料は、単一のガスまたは２種以上のガスの混合物であり得る；前記炭化水素ガスは、常圧下でガス状態であるメタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、アセチレン、プロピレン、プロピンからなる群より選ばれることが好ましく、また減圧又は加熱蒸発によって形成される蒸気、例えばベンゼン蒸気、トルエン蒸気でもよい。

既存の他の堆積プロセスと比べて、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスは、多くの利点がある。（１）乾式成膜時に、有機溶媒を使用する必要がない。（２）基材表面へのプラズマによるエッチング作用により、堆積される薄膜と基材との接着性が良好になる。（３）不規則な基材の表面にも均一に薄膜を堆積させて成膜することができるため、気相浸透性が非常に高い。（４）コーティング層の設計性が良好であり、ミクロンレベルで精度を制御する液相法と比べて、化学気相法はナノスケールでコーティング層の厚さを制御できる。（５）コーティング層の構造設計が容易になる。化学気相法はプラズマで活性化し、異なる材料の複合コーティング層に対して特定の開始剤を設計して開始させる必要はなく、入力エネルギーを調整するだけで、様々な原材料を複合できる。（６）緻密性に優れる。化学気相堆積法は、プラズマを開始させる過程において複数の活性サイトを活性化させることが多く、溶液反応と類似するように１分子に複数の官能基があり、分子鎖同士間が複数の官能基を介して架橋構造を形成する。（７）コーティング処理技術手法として、汎用性が極めて良好であり、コーティング対象や、コーティングに使用される原材料として選択できる範囲が幅広い。

前記プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスは、グロー放電によってプラズマを発生させる。放電する方法には、マイクロ波放電、無線高周波放電、紫外線、電気火花放電などが含まれる。

さらに、本発明の一実施例によれば、前記ＤＬＣ製造装置により前記ＤＬＣ膜を製造する際に、前記反応ガス原料の化学堆積反応を活性化するためのプラズマ源ガスを前記ＤＬＣ製造装置に導入する。前記プラズマ源ガスとしては、不活性ガスや窒素ガスおよびフルオロカーボンガスが挙げられるがこれらに限定されない。そのうち、不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒが挙げられるがこれらに限定されず、フルオロカーボンガスとしては、四フッ化炭素が挙げられるがこれに限定されない。前記プラズマ源ガスは、単一のガスまたは２種以上のガスの混合物であり得る。前記プラズマ源ガスは、反応ガス原料と同時に導入されるか、順次に導入されることができる。好ましくは、前記プラズマ源ガスを導入してから、前記反応ガス原料を導入する。もちろん、本発明の一実施例では、前記プラズマ源ガスはなくてもよく、つまり、前記反応ガス原料を前記基材の表面にそのまま堆積させてもよく、このとき、必要となる反応ガス原料の量が増えたり、ある程度で反応速度に影響を与えたりする場合がある。

さらに、本発明の一実施例によれば、前記ＤＬＣ製造装置により前記ＤＬＣ膜を製造する際に、補助ガスを前記ＤＬＣ製造装置に導入する。前記補助ガスは反応ガス原料と組み合わせて前記ＤＬＣ膜を成膜し、つまり、ダイヤモンドライクカーボン膜の構成部分となる。前記補助ガスは、非炭化水素ガス、即ちＣ_xＨ_y以外のガスであり、ＣとＨ以外の元素を含む。前記補助ガスは、前記ＤＬＣ膜の性能を調整し、例えば剛性を調整し柔軟性を向上させるものである。前記補助ガスを加えることにより、純粋な炭化水素ガスによって形成された前記ＤＬＣ膜内のＣ－Ｃ含量及び／又はＣ－Ｈ及び他の結合の含量を調整でき、また前記補助ガス自体の特性と合わせて前記ＤＬＣ膜の性能を調整できる。

前記補助ガスとしては、窒素ガス、水素ガス、フルオロカーボンガスが挙げられるがこれらに限定されない。前記補助ガスは、前記反応ガス原料と同時に導入されるか、順次に導入されることができる。好ましくは、前記補助ガスは前記反応ガス原料と同時に導入される。つまり、これにより、水素含量の異なる含水素系ダイヤモンドライクカーボン膜または含窒素系ダイヤモンドライクカーボン膜、含フッ素系ダイヤモンドライクカーボン膜等を製造することができる。前記補助ガスは、前記ＤＬＣ膜におけるＣ－Ｈ結合、Ｃ－Ｎ結合、Ｎ－Ｈ結合の含有比率を調整でき、これによって前記ＤＬＣの性能を変更できる。

前記補助ガスを添加することで前記ＤＬＣ膜の性能を調整でき、性能を向上させる一方、前記ＤＬＣ膜の剛性及び本来の性能を弱める虞があるから、添加量のバランスをとる必要があることは、言及に値するであろう。本発明者らは、前記補助ガスを添加すると、前記ＤＬＣ膜の所定の特性を改善できるが、前記補助ガスの添加量がある程度まで増えると、前記ＤＬＣ膜の硬度が著しく低下することを見出した。例えば、前記補助ガスが水素ガスの場合、前記補助ガスの役割は、前記ＤＬＣ膜における炭化水素の割合を調整し、例えばＣ－Ｈ結合の含量を増やすことにより、前記ＤＬＣ膜の柔軟性を向上させる。前記水素ガスの含量が所定の範囲を超えると、前記補助ガスは前記ＤＬＣ膜の剛性を損ねるため、添加量を制御する必要があることは、言及に値するであろう。水素ガスの含量が４０％を超えると、その剛性が著しく低下してしまう。水素含量の多いＤＬＣ膜は、水素含量の少ないＤＬＣ膜よりも潤滑性及び透明性が高く、一定量の水素がＳＰ３結合の形成に寄与し、ある程度で硬度を上げることができるが、水素含量が増え続けると、ダイヤモンドライクカーボン膜の硬度が徐々に低下していく。

さらに、前記補助ガスの添加は、前記ＤＬＣ膜の性能を調整するだけでなく、ＰＥＣＶＤ反応過程のイオン化濃度を高め、反応をより迅速に進行させることができることも、言及に値するであろう。

さらに、本発明の一実施例によれば、前記ＤＬＣ製造装置により前記ＤＬＣ膜を製造する際に、無線周波数電界とパルス電界との相乗作用によって、プラズマ励起化学堆積プロセスの実施を支援する。好ましくは、無線周波数と高電圧パルスは、ＰＥＣＶＤ堆積プロセスに同時に印加される。無線周波数と高電圧パルスの相乗作用の過程において、低電力無線高周波放電を使用してプラズマ環境を維持し、高圧放電過程でのアーク放電を抑制することによって、化学堆積効率を向上させる。

無線周波数は、不活性ガスと反応ガス原料に放電することにより、コーティングプロセス全体をプラズマ環境で行い、反応ガス原料を高エネルギー状態にすることができる。パルス高電圧の役割は、パルス電源の放電過程において強電界を発生させ、高エネルギー状態にある活性粒子を、強電界の作用により基材の表面に迅速に堆積させ、アモルファスカーボンネットワーク構造を形成することである。パルス電界が非放電状態にあるとき、基材の表面に堆積されたＤＬＣ膜はアモルファスカーボンネットワーク構造の自由緩和を行い、熱力学的作用で炭素構造が安定相－湾曲グラフェンシート層構造へと転換し、アモルファスカーボンネットワークに埋め込まれて透明なグラフェン状の構造を形成するのに寄与する。つまり、無線周波数電界、変化するパルス電界を相互に相乗作用させることによって、前記ＤＬＣ膜を基材の表面に快速かつ安定して堆積させることができる。図７を参照すると、本発明の前記実施例に係るダイヤモンドライクカーボン膜の透過型電子顕微鏡像であり、前記ＤＬＣ膜はアモルファス構造およびナノ結晶構造からなる。

さらに、前記ＤＬＣ製造装置により前記ＤＬＣ膜を製造する際に、前記プラズマ源ガス、前記反応ガス原料及び前記補助ガスは段階的にＤＬＣ製造装置に供給され、これに応じて、前記無線周波数電界及び前記パルス電界は反応ガス原料に段階的かつ選択的に印加される。

一実施例では、前記プラズマ源ガスが前記ＤＬＣ製造装置に供給される（第１の段階とも呼ばれる）場合は、無線周波数電界及びパルス電界を印加することを挙げるが、これだけに限定されない。この段階では、前記プラズマ源ガスは、無線高周波電界及びパルス電界によって一部のプラズマを形成し、また相互衝撃などのガス分子間の相互作用により、さらに一部のプラズマを発生させるように促す。前記無線高周波電界及びパルス電界を印加するとき、前記無線高周波電界を印加してから、前記パルス電界を印加することが好ましく、このような形態によって、グロースタートがより容易になるため、イオン化がより効果的になる。また、前記反応ガス原料と前記補助ガス原料が供給される（第２の段階とも呼ばれる）場合は、前記無線周波数電界及び前記パルス電界が同時に印加され、つまり、前記無線周波数電源及びパルス電源をオンのままにする。この段階では、一部の前記反応ガス原料は前記無線高周波電界及び前記パルス電界によってプラズマを発生し、一部の前記反応ガスは前記プラズマ源ガスによって発生されたプラズマの励起でプラズマを発生する。また一部の前記補助ガスは前記無線高周波電界及び前記パルス電界によってプラズマを発生し、一部の前記補助ガスは他のプラズマによって励起されてプラズマを発生する。これによって、前記ＤＬＣ製造装置内のプラズマ濃度が連続的に上昇するため、プラズマの堆積反応プロセスが活性化され、結果として、前記ＤＬＣ膜が前記基材の表面に迅速かつ効果的に堆積されるようになる。プラズマ励起化学気相堆積プロセスは非常に複雑な反応プロセスであり、イオン化堆積プロセスを実行する中で発生する反応は上記の内容に限定されないことは、当業者に理解されるべきであろう。

前記プラズマ源ガスが前記ＤＬＣ製造装置に供給される（第１の段階とも呼ばれる）場合は、前記パルス電界のみが印加される。この段階では、前記プラズマ源ガスは、パルス電界によって少なくとも一部のプラズマを形成し、また相互衝撃などのガス分子間の相互作用により、さらにプラズマを発生させるように促す。前記反応ガス原料と前記補助ガス原料が供給される（第２の段階とも呼ばれる）場合は、前記無線周波数電界及び前記パルス電界が同時に印加される。この段階では、一部の前記反応ガス原料は前記無線高周波電界及び前記パルス電界によってプラズマを発生し、一部の前記反応ガスは前記プラズマ源ガスによって発生されたプラズマの励起作用でプラズマを発生する。また一部の前記補助ガスは、前記無線高周波電界及び前記パルス電界によってプラズマを発生し、一部の前記補助ガスは他のプラズマによって励起されてプラズマを発生する。これによって、前記ＤＬＣ製造装置内のプラズマ濃度が連続的に上昇するため、プラズマの堆積反応プロセスが活性化され、結果として、前記ＤＬＣ膜が前記基材の表面に迅速かつ効果的に堆積されるようになる。

一実施例では、前記無線周波数電源及び前記高電圧パルス電源を、当時にまたは順次に印加することができる。一実施例では、前記プラズマ源ガスを供給するときに、前記高電圧パルス電源を先に印加し、前記反応ガス原料を供給するときに、前記無線周波数電源を印加することにより、２つの電界が前後に連携動作させる。一実施例では、前記プラズマ源ガスを供給するときに、前記無線周波数電源を印加し、前記反応ガス原料を供給するときに、前記高電圧パルス電源を印加することにより、２つの電界が前後に連携動作させる。

無線周波数電界及びパルス電界の選択は、堆積形成された前記ＤＬＣ膜の性能に影響を及ぼすが、異なる装置構造に対して、好ましい形態に違いがあり、本発明のように無線周波数電界及びパルス電界を内外に配置する装置構造では、第１の段階及び第２の段階においてパルス電界及び無線周波数電界を同時に印加する場合は、パルス電界又は無線周波数電界を単独で印加する場合と比べて効果が優れており、かつ印加する順序においても、無線周波数電界を印加してからパルス電界を印加する場合は、無線周波数電界及びパルス電界を同時に印加する場合や、パルス電界を印加してから無線周波数電界を印加する場合と比べて効果が優れており、無線周波数電界を印加してからパルス電界を印加する場合は、ガスがよりグロースタートし易くてプラズマを発生することは、言及に値するであろう。また、幾つかの実施例では、第１の段階で添加された前記プラズマ源ガスは一部のプラズマのみを発生するが、その基本的な特性のため、例えば不活性ガスは前記基材の表面に堆積されず、若しくは前記ダイヤモンドライクカーボン膜の構成部分にならないことは、言及に値するであろう。前記プラズマ源からプラズマを形成するとき、プラズマは前記基材の表面に作用して前記基材の表面をエッチングする役割があり、すなわち前記基材の表面の残留物を除去しながら、前記反応ガス原料を堆積させるために用意しておく。前記基材表面への前記プラズマ源によるエッチング作用により、前記ＤＬＣ膜が前記基材表面により固着に堆積されるようになる。幾つかの実施例では、前記第１の段階で添加された前記プラズマ源ガスは一部のプラズマのみを発生し、前記基材をエッチングするだけでなく、前記基材の表面に堆積され、例えば第２の段階での前記反応原料ガスと一緒に堆積反応が生じることもある。例えば窒素ガス及びフルオロカーボンガスは、第２の段階での前記反応ガス原料となる炭化水素ガスと一緒に堆積反応が生じることにより、前記ＤＬＣ膜のＣ－Ｈ結合、Ｃ－Ｎ結合、Ｎ－Ｈ結合の含有比率を調整し、これで前記ＤＬＣ膜の性能を変更することができる。

前記第２の段階では、前記反応源ガスと前記補助ガスをともに前記基材の表面に堆積させ、前記ＤＬＣ膜を成膜する。

無線周波数と高電圧パルスの相乗作用により堆積効率が向上し、保護膜を前記基材の表面に効果的に堆積させて形成することができ、つまり、短時間内で化学堆積反応により前記ＤＬＣ膜を成膜することができるため、生産効率が向上し、前記ＤＬＣ膜の工業的な量産が可能になることは、言及に値するであろう。

さらに、前記ＤＬＣ製造装置により前記ＤＬＣ膜を製造する際に、装置内に導入するガス流量を制御することによって、前記ＤＬＣ膜の堆積速度及び堆積膜厚を制御することができる。前記プラズマ源ガス、前記反応ガス原料及び前記補助ガスのガス流量を制御することが例示される。前記ＤＬＣ製造装置により前記ＤＬＣ膜を製造する際に、反応チャンバ内の圧力の大きさ、無線周波数電力の大きさ、パルス電圧、デューティ比及びコーティング時間などのプロセスパラメーターを制御することによって、所望の前記ＤＬＣ膜が得られる。つまり、ガスの流量、反応チャンバ内の圧力の大きさ、無線周波数電力の大きさ、パルス電圧、デューティ比及びコーティング時間などのプロセスパラメーターを調整したり制御したりすることによって、得られる前記ＤＬＣ膜の厚さ、硬度及び透明性などを含める性能を制御できる。

さらに、前記ＤＬＣ製造装置により前記ＤＬＣ膜を製造する際に、前記製造装置内の反応温度を制御し、例えば基材の周辺温度を温度検出モジュールによって検出し、他のプロセスパラメータをフィードバック調整することによって、温度を所定の範囲に制御することができる。製造装置内の温度範囲は２５℃～１００℃である。好ましくは、温度範囲は２５℃～５０℃である。

図２は、本発明の一実施例に係るＤＬＣ製造装置のブロック図である。図３は、本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の概略図である。図４Ａ～４Ｂは、本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の一実施形態の斜視図である。図５Ａは、本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の一実施形態の分解模式図である。

図２及び図３を参照すると、本発明は、前記ＤＬＣ膜を製造するための前記ＤＬＣ製造装置を提供する。さらに、前記ＤＬＣ装置は、反応ガスを導入してＰＥＣＶＤによる堆積を行い、基材の表面に前記ＤＬＣ膜を成膜する。

前記ＤＬＣ製造装置は、本体１０を備え、反応チャンバ１００を備える。前記反応チャンバ１００は、前記基材を収容したり、導入されたガスに堆積反応を行わせたりするために利用され、前記本体１００は、前記反応チャンバ１００を形成する。

好ましくは、前記反応チャンバ１００は、密閉されたチャンバである。つまり、前記反応チャンバ１００は、非制御状態で気体が流通したりすることはない。

さらに、前記複数のガス供給部２０には、プラズマ源供給部２１と反応ガス原料供給部２２及び補助ガス供給部２３が含まれる。前記プラズマ源供給部２１は、前記反応チャンバ１００と制御可能に連通されており、前記プラズマ源供給部２１は、前記プラズマ源ガスを前記反応チャンバ１００に供給するために使用される。前記プラズマ源ガスとしては、不活性ガス、窒素ガスおよびフルオロカーボンガスが挙げられるがこれらに限定されない。そのうち、不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒが挙げられるがこれらに限定されず、またフルオロカーボンガスとしては、四フッ化炭素が挙げられるがこれに限定されない。前記プラズマ源ガスは、単一のガスまたは２種以上のガスの混合物であり得る。

前記反応ガス原料供給部２２は、前記反応チャンバ１００と制御可能に連通されており、前記反応ガス原料供給部２２は、前記反応ガス原料を前記反応チャンバ１００に供給するために使用される。前記反応ガス原料は炭化水素ガスＣ_xＨ_yであり、Ｃ_xＨ_yのうち、ｘは１～１０の整数、ｙは１～２０の整数である。前記反応ガス原料は、単一のガスまたは２種以上のガスの混合物であり得る。前記炭化水素ガスは、常圧下でガス状態であるメタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、アセチレン、プロピレン、プロピンからなる群より選ばれることが好ましく、また減圧又は加熱蒸発によって形成される蒸気、例えばベンゼン蒸気、トルエン蒸気でもよい。

前記補助ガス供給部２３は、前記反応チャンバ１００と制御可能に連通されており、前記補助ガス供給部２３は、前記反応チャンバ１００に前記補助ガスを供給するために使用される。補助ガスとしては、水素ガス、窒素ガス及びフルオロカーボンガスが挙げられるがこれらに限定されない。

本発明の実施例によれば、前記プラズマ源供給部２１は、それぞれ異なる前記プラズマ源ガスを供給するために使用される複数の供給管路２６を備える。より具体的には、前記プラズマ源供給部２１の供給管路２６の数または連通数は、導入されるべき前記プラズマ源ガスによって決められる。つまり、導入されるべき前記プラズマ源ガスの種類が１つである場合は、前記プラズマ源供給部２１の供給管路２６の数が１つであり、一方、導入されるべき前記プラズマ源ガスの種類が２つである場合は、前記プラズマ源供給部２１の供給管路２６の数は２つであり、以下はこれによって類推する。好ましくは、前記プラズマ源供給部２１の各供給管路２６から、単一のガスが供給される。つまり、１つの供給管路２６ごとに、複数のガスまたは混合ガスではなく、１種のガスのみを通過させる。このようにして、ガス同士間の事前反応を防止しながら、導入されるガス量を制御することが容易になる。オプションとして、幾つかの実施形態では、複数種のガスを前記管路に導入することができ、または同じガスを複数の管路に導入することができる。

本発明の一実施例では、前記プラズマ源供給部２１の複数の供給管路２６は、前記プラズマ源ガスを前記反応チャンバに供給するための１つの供給管路２６を備える。例えば、一実施例では、前記プラズマ源供給部２１の供給管路２６は、アルゴンガスを供給するために使用される。

前記反応ガス原料供給部２２は、それぞれ異なる前記反応ガス原料を供給するための複数の供給管路２６を備える。より具体的には、前記反応ガス原料供給部２２の供給管路２６の数または連通数は、導入されるべき前記反応ガス原料によって決められる。つまり、導入されるべき前記反応ガス原料の種類が１つである場合は、前記反応ガス原料供給部２２の供給管路２６の数は１つであり、一方、導入されるべき前記反応ガス原料の種類が２つである場合は、前記反応ガス原料供給部２２の供給管路２６の数は２つであり、以下はこれによって類推する。好ましくは、前記反応ガス原料供給部２２の各供給管路２６から、単一のガスが供給される。つまり、１つの供給管路２６ごとに、複数のガスまたは混合ガスではなく、１種のガスのみを通過させる。このようにして、ガス同士間の事前反応を防止しながら、導入されるガス量を制御することが容易になる。オプションとして、幾つかの実施形態では、複数種のガスを前記管路に導入することができ、または同じガスを複数の管路に導入することができる。

本発明の一実施例では、前記反応ガス原料供給部２２は、それぞれに異なる２種のガスを導入するための２つの供給管路２６を備える。例えば、その中の一方の前記管路はメタンを供給し、他方の前記管路はアセチレンを供給することが例示されるが、これに限定されない。

前記補助ガス供給部２３は、それぞれに異なる前記補助ガスを供給するために使用される複数の供給管路２６を備える。より具体的には、前記補助ガス供給部２３の供給管路２６の数または連通数は、導入されるべき前記補助ガスによって決められる。つまり、導入されるべき前記補助ガスの種類が１つである場合は、前記補助ガス供給部２３の供給管路２６の数は１つであり、一方、導入されるべき前記補助ガスの種類が２つである場合は、前記補助ガス供給部２３の供給管路２６の数は２つであり、以下はこれによって類推する。好ましくは、前記補助ガス供給部２３の各供給管路２６から、単一のガスが供給される。つまり、１つの供給管路２６ごとに、複数のガスまたは混合ガスではなく、１種のガスのみを通過させる。このようにして、ガス同士間の事前反応を防止しながら、導入されるガス量を制御することが容易になる。オプションとして、幾つかの実施形態では、複数種のガスを前記管路に導入することができ、または同じガスを複数の管路に導入することができる。

本発明の一実施例では、前記補助ガス供給部２３は、前記補助ガスを前記反応チャンバに供給するための１つの供給管路２６を備える。例えば、一実施例では、前記補助ガス供給部２３の供給管路２６は、水素ガスを供給するために使用される。

本発明の一実施例によれば、前記ダイヤモンドライクカーボン膜の製造装置は、合流領域２５を含み、前記合流領域２５は、前記反応チャンバ１００と連通し、各々の前記ガス供給部２０のガスを合流させる。つまり、前記合流部は前記プラズマ源供給部２１、前記反応ガス原料供給部２２および前記補助ガス供給部２３を連通している。本発明の一実施例では、導入されたガスは、前記合流領域で合流された後、前記反応チャンバ１００に供給される。もちろん、本発明の他の実施例では、各々の前記供給部は、ガスを個別に前記反応チャンバ１００に供給することもできる。

前記ガス供給部２０は、ガスの導入と遮断を制御するための制御弁２４を含む。さらに、前記ガス供給部２０は、前記プラズマ源供給部２１、前記反応ガス原料供給部２２及び前記補助ガス原料供給部の供給管路２６にそれぞれに設けられ、各管路内のガスの流れを別々に制御する複数の制御弁２４を含む。

前記ダイヤモンドライクカーボン膜製造装置は、無線周波数電源３０およびパルス電源４０を含む。前記無線周波数電源３０は、前記反応チャンバ１００に無線周波数電界を印加するために使用され、前記パルス電源４０は、前記反応チャンバ１００にパラス電界を供給するために使用される。

図４Ａ～４Ｂは、本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の一実施形態の斜視図である。図４Ｃは、本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の別の一実施形態の斜視図である。図５Ａは、本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の一実施形態の分解模式図である。図５Ｂは、ガス導入枠の変形実施例である。図６は、本発明の前記実施例に係るＤＬＣ製造装置の変形実施形態の概略図である。

前記ＤＬＣ製造装置は、プラズマ源ユニット５０を含み、前記プラズマ源ユニット５０は、前記無線周波数電源３０から電気エネルギーを得て無線周波数電界を発生するように、前記無線周波数電源３０と電気的に接続されている。

前記プラズマ源ユニット５０は前記本体１０の外側に配置されている。例えば、前記プラズマ源ユニット５０は、前記本体１０の少なくとも一方側に配置されることが例示されるが、これに限定されない。例として、前記本体１０が角形構造である場合、前記プラズマ源ユニットは、前記本体１０の６つの側面のうちの何れか１つまたは複数の側面に配置可能で、また前記本体１０が柱状構造である場合、前記プラズマ源ユニットは、前記本体１０の環状側面および／または両底面に配置可能であることが挙げられる。

図４Ａ～５Ａを参照すると、本発明の本実施形態では、前記本体１０は、筐体１１および制御ドア１２をさらに含む。前記制御ドア１２は、前記筐体１１の開閉を制御するために使用される。前記本体１０にはガス抽出口１０１が設けられており、前記ガス抽出口１０１は、前記筐体１１の一方の側面に配置されている。本発明の一実施例では、前記ガス抽出口１０１は、前記筐体１１の裏側、すなわち、制御ドア１２と対向する一面に配置されている。

本発明の別の実施例では、図４Ｃを参照すると、前記ガス抽出口１０１は、前記筐体１１の頂側、すなわち、前記制御ドア１２に隣接する頂側面に配置されている。実装使用時に、前記制御ドア１２は、外側を向き、即ち操作員を向くように設計され得る。前記プラズマ源ユニット５０は、隣接する一側面に配置され、前記ガス抽出口１０１は、上側面、即ち前記ＤＬＣ製造装置の頂側に設けられている。

好ましくは、前記プラズマ源ユニット５０は、プラズマを発生するために、前記反応チャンバ１００に誘導結合電界を印加するための無線周波数誘導結合プラズマ源（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ，ＲＦ－ＩＣＰ）である。

前記プラズマ源ユニット５０は、ガス導入枠５１と、遮断板５２、誘導コイル５３を含み、前記ガス導入枠５１は、前記本体１０に気密に接続されており、より具体的には、前記ガス導入枠５１は、前記本体１０の一方の側面に貼り付けられている。前記遮断板５２は、前記ガス導入枠５１と前記誘導コイル５３との間に設けられている。

図５Ａを参照すると、前記ガス導入枠５１は、少なくとも１つの連通経路５１００を有し、前記連通経路５１００は、前記本体と前記ガス供給部とを連通させることで、前記ガス供給部から前記本体の前記反応チャンバへガス原料を導入することが可能になる。前記本体１０は窓部１００１を有し、前記窓部１００１は前記反応チャンバ１００と外部とを連通させる。前記連通経路５１００は、前記窓部１００１と連通している。つまり、作動時に、前記ガス供給部２０はガスを供給し、ガスは前記ガス導入枠５１に進入し、前記ガス導入枠５１の前記連通経路５１００および窓部１００１を通って前記反応チャンバ１００に導入される。

さらに、前記ガス導入枠５１は、少なくとも１つの連通孔５１０１およびメイン経路５１０２を有し、前記連通孔５１０１は、前記メイン経路５１０２と連通して前記連通経路５１００をなす。より具体的には、前記連通孔５１０１は、前記ガス導入枠５１の横方向に配置されている。つまり、前記連通孔５１０１を含む平面は、前記本体１０の外側面とほぼ平行に配置されている。前記メイン経路５１０２は、前記ガス導入枠５１の縦方向に配置されている。つまり、前記メイン経路５１０２の方向は、前記本体１０の外側面と垂直になる。言い換えれば、ガスを前記ガス導入枠５１に入り込ませる方向は、ガスを前記反応チャンバ１００に入り込ませる方向と異なり、より具体的には、ガスを前記ガス導入枠５１に入り込ませる方向と、ガスを前記反応チャンバ１００に入り込ませる方向とは互いに垂直である。

前記ガス供給部２０は管路を介して前記ガス導入枠５１と連通する必要があるが、前記遮断板５２および前記誘導コイル５３は、前記ガス導入枠５１の外側に直接取り付けられており、つまり、前記ガス導入枠５１は、前記遮断板５２及び前記誘導コイル５３を取り付けるための場所を提供するが、導入されたガスは前記誘導コイル５３によって発生された誘導結合電界によってプラズマを発生するから、ガスを入り込ませる経路となる前記連通孔５１０１は横方向に配置され、ガスを前記反応チャンバ１００に入り込ませる経路となるメイン経路５１０２は縦方向に配置されるようにして、前記本体１０の外部空間をより効果的に使用することによって、前記ＤＬＣ製造装置の主要体積が大きくなりすぎることはなく、配置スペースの無駄遣いを低減することができることは、言及に値するであろう。

前記メイン経路５１０２のサイズは、前記連通孔５１０１の直径サイズよりも大きく、言い換えれば、前記メイン経路５１０２の容量は、前記連通孔５１０１の容量よりも大きい。前記連通孔５１０１は、ガスを導入する経路であり、小型のサイズでガスの流速をより精確に制御できることは、言及に値する。前記給気経路は、前記誘導コイル５３の作用によってプラズマを発生させる経路であり、スペースが大きいほど、誘導電界の作用面積が大きく、より多くのガス分子またはイオン間の相互作用が強くなると考えれる。

さらに、前記連通孔５１０１は、直線状に延びる形状であってもよく、曲線または他の不規則な形状であってもよい。つまり、前記連通孔５１０１の内部は、前記ガス導入枠５１の側辺に沿って直線的に延びるか、曲線状に前記ガス導入枠５１の側辺を貫通するように配置され得る。前記連通孔５１０１の数は１つ以上であり得る。本発明の一実施例では、前記ガス導入枠５１の４つの側辺には、前記メイン経路５１０２とそれぞれ連通させるように、前記連通孔５１０１が１つずつ設けられており、これにより、前記ガス導入枠５１の側辺スペースも利用できるようになった。

前記ガス導入枠５１は複数の取付穴５１０５を有し、前記取付穴５１０５は、固定部材を介して前記ガス導入枠を前記本体１０に取り付ける。例として、ネジを前記取付穴５１０５から通過させることにより前記ガス導入枠を前記本体１０に固定することが挙げられるがこれに限定されない。

図５Ｂを参照すると、本発明による前記ガス導入枠５１の別の変形実施例である。この実施例では、前記ガス導入枠５１は、内側連通経路５１０３を有し、前記内側連通経路５１０３は前記ガス導入枠５１の内部に設けられ、内部で隣接する２つの前記連通孔５１０１を連通している。前記ガス導入枠５１の内側には、前記内側連通経路５１０３と前記メイン導入通路５１０２とを連通させる少なくとも１つの空気分配孔５１０４が備えられる。つまり、本発明のこの実施例では、前記連通孔５１０１は前記メイン経路５１０２と直接に連通するものではなく、前記内側連通経路５１０３及び前記空気分配孔５１０４を介して前記メイン経路５１０２と連通している。好ましくは、複数の前記空気分配孔５１０４はそれぞれに前記ガス導入枠５１の内側の異なる位置、例えば前記ガス導入枠５１の４つの枠内側に配置されているが、これだけに限定されず、これによって、前記メイン経路５１０２により均一に入り込むことが可能となる。

本発明の一実施例では、前記ガス導入枠５１は、お互いに連通して内側環状経路５２００を形成する複数の内側連通経路５１０３を有し、これによって、ガスをいずれかの前記連通孔５１０１からも導入できる一方、他方側のいずれかの前記空気分配孔５１０４からもガスを前記メイン経路５１０２まで送ることができる。

さらに、異なるガスを前記内側連通経路５１０３または形成された前記内側環状経路５２００において事前に合流させることができるので、ガスをより充分に混合し、かつ予備的な反応でより多くのプラズマを発生することができる。

さらに、前記空気分配孔５１０４の数を、前記連通孔５１０１の数よりも多く設定することができ、その結果、ガスをより迅速に又はより大量に前記メイン経路５１０２に導入することができ、前記メイン経路でより多くのプラズマを発生して前記反応チャンバ１００に進入することが可能となる。

本発明の一実施例では、前記ガス導入枠５１は、空気を取り入れるための１つの前記連通孔５１０１を備えることができる。つまり、複数種のガスを輸送する必要がある場合に、合流させてから前記連通孔５１０１から進入させるか、同一の前記連通孔５１０１を介して前記内側連通経路５１０３に順次に進入させ、次いで、前記内側空気分配孔５１０４を介して前記メイン経路５１０２の各位置に分散させることができる。

前記遮断板５２は、前記メイン経路５１０２のうちの１つのポートを封止し、前記ガス導入枠５１の前記メイン経路５１０２と前記誘導コイル５３を隔離するように機能している。つまり、ガスは、前記連通孔５１０１から導入し、前記メイン経路５１０２を通ってから前記反応チャンバ１００内に入るが、前記誘導コイル５３側に流れ込むことはない。さらに、前記遮断板５２は、ガスを隔離するが、電界を隔離しないように密封する。つまり、前記メイン経路５１０２内のガスまたは前記反応チャンバ１００内のガスは、前記誘導コイル５３による誘導電界の作用を受けることができる。好ましくは、前記遮断板５２は、前記メイン経路５１０２および前記反応チャンバ１００に前記誘導コイル５３の誘導電界がフィードされる場合の影響を低減するように、セラミック製シールプレートである。

前記プラズマ源ユニット５０は、外側カバープレート５４をさらに備える。前記外側カバープレート５４は、前記誘導コイル５３の外側に配置され、言い換えると、前記誘導コイル５３は、前記遮断板５２と前記外側カバープレート５４との間に挟持されている。

前記ガス導入枠５１は、メイン枠体５１１および挿着部材５１２を含む。前記メイン枠体５１１は、前記本体１０の外側に密封的に配置され、前記挿着部材５１２は、前記メイン枠体５１１の外側に配置され、前記遮断板５２、前記誘導コイル５３及び前記外部カバープレート５４は、前記挿着部材５１２に順次に挿着され、その結果、前記遮断板５２、前記誘導コイル５３及び前記外部カバープレート５４は、前記挿着部材５１２によって前記メイン枠体５１１に取り外し可能に固定されている。

前記ＤＬＣ製造装置は、載置極板６０を備え、前記載置極板６０は、前記パルス電源４０から電気エネルギーを得てパルス電界を発生させるように、前記パルス電源４０と電気的に接続されている。前記載置極板６０は前記反応チャンバ１００に収容され、前記反応チャンバ１００にパルス電界を印加するものである。前記載置極板は平板状の構造とされ、前記基材を載置するのに適している。つまり、堆積すべきサンプルは、堆積のために載置極板６０上に配置される。前記載置極板６０は前記基材を配置する一方、パルス電界を印加するためにも使用され、つまり、前記基材の配置位置にパルス電界作用を提供するために使用されることは、言及に値する。すなわち、前記基材の底部およびその周囲からパルス電界作用を提供し、電界作用がより直接になる。

本発明の実施例によれば、前記ダイヤモンドライクカーボン膜の製造装置は、無線周波数電界と高電圧パルス電界との相乗作用によって、プラズマ励起化学堆積プロセスの実施を支援する。好ましくは、無線周波数と高電圧パルスは、ＰＥＣＶＤ堆積プロセスに同時に印加される。無線周波数と高電圧パルスによる相乗作用の過程において、低電力の無線周波数放電にりプラズマ環境を維持し、高電圧放電過程でのアーク放電を抑制することによって、化学堆積効率が向上される。アーク放電は、グロー放電がさらに強化される放電方式の一種であり、その瞬時電流は、数十または数百アンペアにも達する場合があり、これらの大電流は製品の表面に流れると製品を損ねたりすることがあり、電子製品に対して更に有害である。ところが、低電力の無線周波数放電により低温プラズマ環境が維持され、パルス高電圧放電過程でのアーク放電が抑制され、無線周波数電界とパルス電界の相乗作用により堆積プロセスが最適化され、堆積すべき基材への損傷が低減されることが期待できる。

前記プラズマ源ユニット５０は、プラズマ源ガスおよび反応ガス原料に放電することにより、コーティングプロセス全体をプラズマ環境で行い、反応ガス原料を高エネルギー状態にすることができる；前記パルス電源４０及び前記載置極板６０によるパルス高電圧の役割は、パルス電源４０の放電過程において強電界を発生させ、高エネルギー状態にある活性粒子を、強電界の作用で基材の表面に速やかに堆積させ、アモルファスカーボンネットワーク構造を形成することである。前記パルス電源４０及び前記載置極板６０が非放電状態にあるとき、基材の表面に堆積されたＤＬＣ膜はアモルファスカーボンネットワーク構造の自由緩和を行い、熱力学的作用で炭素構造が安定相－湾曲グラフェンシート層構造へと転換し、アモルファスカーボンネットワークに埋め込まれて透明なグラフェン状の構造を形成するのに寄与する。つまり、無線周波数電界、変化するパルス電界を相互に相乗作用させることにより、前記ＤＬＣ膜を基材の表面に迅速かつ安定して堆積させることができる。

無線周波数と高電圧パルスの共同作用により堆積効率が向上し、保護膜を電子デバイススクリーンの表面に効果的に堆積させて形成することができ、つまり、短時間内で前記ＤＬＣ膜を化学堆積反応により形成することができるため、生産効率が向上し、前記ＤＬＣ膜の工業的な量産が可能になることは、言及に値するであろう。

また、先行技術では、ダイヤモンドライクカーボンＤＬＣ膜は、通常、マグネトロンスパッタリングコーティングによって形成され、マグネトロンスパッタリングプロセスはＰＶＤプロセスの一種であり、ブロックグラファイトターゲットを炭素源として使用し、そのイオン化効率及び堆積効率が低いため、ある場合での活用が限られることは、言及に値する。一方、本発明の実施例では、ＰＥＣＶＤでの炭素源はガスであり、イオン化作用は外部の直流パルス電源４０及び無線周波数電源３０によって行われるため、イオン化度及び堆積効率が向上し、これによって高硬度のＤＬＣ膜層を形成でき、コストが更に低くなる。他方、ＰＶＤプロセスでは、炭素源ターゲットとしてグラファイトを使用し、製造過程において予熱する必要があり、反応速度が遅いため、プロセス全体での熱蓄積が多く、反応温度が高い。これに対して、本発明のＰＥＣＶＤ反応プロセスでは、炭素源はガスであり、加熱する必要はなく、堆積する薄膜が薄く、堆積時間が短いため、プロセス全体での熱蓄積が少なく、反応温度が低く、２５℃～１００℃に制御でき、幾つかの電子デバイスのコーティングに適している。

さらに言及に値するように、実際の工業生産では、生産効率はその中の重要な要因の１つとされ、例えば携帯電話のスクリーンは、携帯電話の多くの部品の１つにすぎず、単にスクリーンの幾つかの性能を向上させるために大量の時間がかかってしまったら、実際の生産と応用では実現不可能である。たとえば、一部の既存のＤＬＣ膜では、より長い反応時間で性能を向上させる効果が得られるが、量産には適していないため、一部の薄膜が実際に適用されるのを制限する原因の１つにもなる。一方、本発明の実施例では、前記ＤＬＣ製造装置によって、その反応チャンバ１００内でＰＥＣＶＤ化学堆積を行い、無線周波数と高電圧パルスの相乗作用によって、より簡単なプロセスで堆積速度を効果的に高めることができるため、ダイヤモンドライクカーボン膜が大量の工業生産に幅広く使用されるようになる。

本発明の一実施例によれば、前記載置極板６０は、前記載置極板６０の両側を連通する空気孔を有する。前記空気孔は、前記反応チャンバ１００に入り込んだガスを通過して放電作用を印加するために使用される。さらに、前記合流部に導入されたガスが、前記誘導結合プラズマ源（ＩＣＰ）の前記ガス導入経路に沿って前記反応チャンバ１００に入ると、前記載置極板６０の周りにおいて前記ガスに対して放電作用を発生させ、これにより、前記ガスがイオン化されてプラズマが発生される。

さらに、前記載置極板６０には、空気流を下方に位置する前記載置極板６０の上方まで均一に流れ込ませると共に、相対的に一致する電界作用を空気流に対して発生させるように、前記載置極板６０上にアレイ状に配置された複数の空気孔が設けられている。

前記空気孔は、直線状に貫通している孔か、または曲線状または折れ線状に前記載置極板６０の両側を連通する孔であり得る。前記空気孔の断面形状は、円形、角形、多角形または他の曲線形状であり得る。

複数の前記載置極板６０が間隔を置いて平行に配置されている。隣接する２つの前記載置極板６０の間の距離は所定の距離であり、隣接する２つの前記載置極板６０の間の距離を選択する際には、隣接する２つの前記載置極板６０上の基材に印加された電界条件を考慮する一方、前記スペース利用率、即ち一度に堆積できるサンプルの数量を考慮する必要がある。たとえば、距離が大きすぎると、パルス電界の作用が弱く、イオン化効率や堆積効率に影響を及ぼし、空間利用率が低くなる一方、距離が小さすぎると、パルス電界の作用が強すぎて電子デバイスなどの基材の性能に影響を及ぼし、サンプルの出し入れが不便になり、作業効率が悪いため、さまざまな要因の影響をバランス化する必要がある。例えば、隣接する２つの前記載置極板６０の間の距離は、１０ｍｍ～２００ｍｍである。好ましくは、隣接する２つの前記載置極板６０の間の距離は、２０ｍｍ～１５０ｍｍである。オプションとして、隣接する２つの前記載置極板６０の間の距離は、２０ｍｍ～３０ｍｍ、３０ｍｍ～４０ｍｍ、４０ｍｍ～５０ｍｍ、５０ｍｍ～６０ｍｍ、６０ｍｍ～７０ｍｍ、７０ｍｍ～８０ｍｍ、８０ｍｍ～９０ｍｍ、９０ｍｍ～１００ｍｍ、１００ｍｍ～１１０ｍｍ、１１０ｍｍ～１２０ｍｍ、１２０ｍｍ～１３０ｍｍ、１３０ｍｍ～１４０ｍｍまたは１４０ｍｍ～１５０ｍｍである。

前記プラズマ源ユニット５０が前記本体１０の外部に配置された位置及び数は、必要に応じて調整できる。本発明の一実施例では、前記プラズマ源ユニット５０の数量は１つであり、前記本体１０の１つの側面に配置されている。さらに、前記プラズマ源ユニット５０は、図３に示すように、前記載置極板６０と互いに直交する前記本体１０の１つの側面に配置されている。本発明の別の実施例では、図６に示すように、２つの前記プラズマ源ユニット５０が前記本体１０の２つの側面に対称的に配置されており、さらには、２つの前記プラズマ源ユニット５０がそれぞれ前記載置極板６０と互いに直交する前記本体１０の２つの側面に配置されている。

図３を参照すると、前記ＤＬＣ製造装置は、前記反応チャンバ１００に接続されて前記反応チャンバ１００内の気圧を調整するポンプシステム７０を備える。前記ポンプシステム７０は、前記反応チャンバ１００内の圧力を調整するための圧力調整弁７１を含む。前記ポンプシステム７０を使用して、前記反応チャンバ１００内からガスを抽出し、その圧力を下げるか、または所定の圧力範囲に近づけることができ、前記ポンプシステム７０を使用して、ガスを前記反応チャンバ１００内に送り、ガス反応原料を提供することができる。

前記ＤＬＣ製造装置は、前記反応チャンバ１００内の温度を検出し、前記ダイヤモンドライクカーボン膜製造装置の他のプロセスパラメータをフィードバック制御するための温度検出モジュール８０を備える。ここで、前記温度検出モジュール８０は熱電対であることが例示されるがこれに限定されない。

好ましくは、前記温度検出モジュール８０は、前記基材のリアルタイムな反応温度を検出するために、前記基材が配置される位置の同等の位置に配置されている。例えば、前記温度検出モジュール８０は、前記載置板６０においてサンプルが載せられた位置の真下に配置されるか、または前記温度検出モジュール８０は、前記載置板６０においてサンプルが載せられた位置の周りに配置されるか、または前記温度検出モジュール８０は、前記載置板６０においてサンプルが載せられた位置の真上に配置されるか、または前記温度検出モジュール８０は、前記載置板６０においてサンプルが載せられた位置、例えば前記基材の下方の空気孔に配置されている。

前記ＤＬＣ製造装置の反応チャンバ１００内の反応温度範囲は、２５℃～１００℃に制御されている。好ましくは、温度範囲は２５℃～５０℃である。上記の温度範囲では、前記基材への影響が少なく、電子製品など高温に耐えられない製品に好適である。

典型的な電子製品に使用されている材料は高分子材料であり、その熱変形耐性に劣化し、耐高温性が一般的に１００℃以下である。製造プロセスの最終プロセスとして、コーティング処理は、原材料の性能変更を確保する必要があるから、低温プロセスは電子製品を加工する必須要件である。斯様なダイヤモンドライクカーボン膜を製造する際に、製品の配置と同等の位置に設けられた熱電対により反応温度をリアルタイムで検出し、反応温度を制御することで、電子デバイスに影響を与えないようにする。前記ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する場合、組み立てられていない電子スクリーンなどの単独な部品に形成することも、組み立てられた電子デバイスのスクリーンなどの組み立て済み製品に形成することもできるため、プロセス条件がより柔軟になる。

前記ＤＬＣ製造装置は、制御部９０を備える。前記制御部９０は、前記製造装置内の反応条件を制御し、例として、前記制御部９０は前記プラズマ源供給部のガス供給、前記反応ガス原料のガス供給、前記補助ガスのガス供給、前記ポンプシステム７０の作動、前記温度検出モジュール８０、前記パルス電源４０および前記無線周波数電源３０の作動を制御することが挙げられるがこれらに限定されない。前記制御部９０は、無線周波数および高電圧パルスの放電特性、反応ガスの流量およびコーティング時間などのプロセスパラメータを制御することによって、ターゲットとなるダイヤモンドライクカーボン膜を得ることができる。

さらに、ターゲットとなるＤＬＣ膜が容易に得られるように、前記制御部９０は、前記パルス電源４０、無線周波数電源３０の電極放電特性を制御でき、各々の前記ガス供給部２０のガス流量、コーティング時間などのプロセスパラメータを制御できる。

先行技術におけるイオン交換強化ガラスの製造プロセスは煩雑であり、硝酸カリウムプラズマ塩を高温で加熱してイオン浴を形成する必要があり、かつイオン交換時間が長く、コストが高いことは、言及に値する。一方、本発明の実施例では、前記ＤＬＣ製造装置は、ＰＥＣＶＤ法によって、ガラスなどの基材の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を直接に堆積させ、室温下で完了でき、所要時間が短く、コストを制御しやすい。他方、本発明の実施例における前記ＤＬＣ製造装置は、無線周波数および高電圧パルスによってプラズマ化学気相堆積の実施を支援し、低電力の無線周波数放電を使用してプラズマ環境を維持し、高電圧放電プロセスでのアーク放電を抑制し、従来のマグネトロンスパッタリングなどの物理気相堆積法と比べて、堆積プロセス全体での基材温度が低いため、高温に耐えられない幾つかの電子デバイスのコーティングに適用できる。携帯電話のガラススクリーンに強化処理を施そうとしている場合、携帯電話のガラスを組み立て終わってから、ＤＬＣの気相堆積コーティングを実行することができる。つまり、電子デバイスの製造を完了してから、前記ＤＬＣ膜を設置することができるため、プロセスの柔軟性が高い；また、前記制御部９０は、複数のパラメータの相乗作用を制御できるため、製造プロセスの制御性が良好である。

図１を参照すると、本発明の実施例によれば、以下のステップを含むＤＬＣ膜の製造方法を提供する。
（Ａ）基材が配置された反応チャンバ１００内にプラズマ源ガスを導入する；
（Ｂ）無線周波数電源３０及びパルス電源４０を入れて、前記プラズマ源ガスを活性化させてプラズマを発生する；
（Ｃ）炭化水素ガスを含む反応ガス原料と補助ガスとのガス混合物を反応チャンバ１００内に流し、パルス電界及び無線周波数電界の共同作用でＤＬＣ膜を堆積させる；
（Ｄ）空気又は不活性ガスを導入して基材を取り出す。

具体的には、前記ＤＬＣ膜の製造方法は、以下の手順を含むことができる。

ステップ（１）サンプル表面の洗浄と活性化：アルコール及びアセトン中に超音波処理された基材をサンプル室内に入れた後、１.５×１０^-3Ｐａ以下になるように真空引きを行い、プラズマ源ガス中の高純度ヘリウムガスを導入して、基材をに対してエッチング洗浄を行う。そして無線周波数電源３０及び高電圧パルス電源４０を入れて、プラズマ源ガスのグロー放電によりプラズマを発生し、基材に対して１０分間のエッチング洗浄、活性化を行う。つまり、ステップ（Ａ）－ステップ（Ｂ）の一実施形態である。

ステップ（２）ＤＬＣ膜の堆積：洗浄が終わった後、無線周波数及び高電圧パルスを使用して、プラズマ化学気相堆法による透明な硬質含水素系ダイヤモンドライクカーボン膜の製造を支援する；反応ガスとして炭化水素ガス源を導入し、無線周波数電源３０及び高電圧パルス電源４０をオンにするか、若しくは、ステップ（１）で電源をオンとしたままで堆積作用を実行し、薄膜を堆積させた後にオフにし、真空状態を解除してサンプルを取り出す。つまり、ステップ（Ｃ）－ステップ（Ｄ）の一実施形態である。

前記ダイヤモンドライクカーボン膜製造装置は多層電極群を含むので、複数または比較的多くの前記基材を一度に配置したり、大面積のコーティング要望に応えたりすることができ、コーティングプロセスを一括して行えることは、言及に値するであろう。

ステップ（１）では、サンプル表面の洗浄と活性化の段階で、導入されたアルゴンガスの流量は５０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍであり、前記反応チャンバ１００の圧力範囲は３０ｍｔｏｒｒ以下、高電圧パルス電源は４０は－１０００Ｖ、デューティ比は１０％、洗浄時間は１０ｍｉｎであるように制御される。

一実施例のステップ（１）では、無線周波数電界及び高電圧パルス電界の作用により、前記基材の表面を前処理する必要があり、即ちステップ（Ｂ）の実施過程において、前記パルス電源４０のみを入れて、前記電極板６０が放電できるようにする。例として、ステップ（１）において、前記プラズマ源ガス、例えばアルゴンガスまたはヘリウムガスなどは、高電圧パルス電界および無線周波数電界によってプラズマを発生し、基材の表面にプラズマ気相堆積プロセスを実行し、基材の表面にマイクロエッチングを施し、即ち表面層を少量で剥離するが、その不活性作用により、前記基材の表面に堆積させて残留させることができない。つまり、この過程において、主に表面が部分的に除去されるが、堆積層は形成されていない。ステップ（１）は、前記反応ガス原料を堆積させるためのイオン化条件を準備し、基材の表面をマイクロエッチングし、表面を洗浄することで、後続に堆積させるダイヤモンドライクカーボン膜をより強固に基材の表面に結合させることができる。

前記反応チャンバ１００に導入されたガスの流量は、相応する圧力の大きさに対応し、圧力が高すぎるか低すぎると、イオン化効果に影響を与えることは、言及に値する。圧力が低すぎると洗浄効果が得られず、圧力が高すぎると基材が損なわれる恐れがある。また洗浄時間の長さが洗浄効果に影響を与え得る。洗浄時間が短すぎると洗浄効果が得られず、時間が長すぎると、エッチングが過剰に行われるリスクがあり、プロセス全体の周期が長くなり、プロセスコストが増えてしまう。本発明の実施例によれば、前記プラズマ源を導入する段階において、導入されたアルゴンガスまたはヘリウムガスの流量は５０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍであり、反応チャンバの圧力範囲は５０～１５０ｍｔｏｒｒ、高電圧パルス電源４０は－２００Ｖ～－５０００Ｖ、デューティ比は１０％～６０％、洗浄時間は５～１５ｍｉｎに制御される。これらの範囲では、上記の各要因を適正に調整して、前記ＤＬＣ膜の堆積プロセス全体に寄与するようにすることができる。

ステップ（２）では、無線周波数及び高電圧パルス電圧を使用して、プラズマ化学気相堆積法による透明な硬質含水素系ダイヤモンドライクカーボン膜の製造を支援する。この方法では、無線周波数によりコーティング段階全体のプラズマ環境を維持することができ、サンプル基材に印加されたパルス高電圧により、パルス電源４０の放電過程において、活性粒子を、強電界の作用で基材の表面に堆積させ、アモルファスカーボンネットワーク構造を形成することができる。また非放電過程は、アモルファスカーボンネットワーク構造の自由緩和を行う過程であり、熱力学的作用で炭素構造が安定相－湾曲グラフェンシート層構造へと転換し、アモルファスカーボンネットワークに埋め込まれて透明アモルファス／ナノ結晶グラフェンシート層複合構造を形成する。たとえば、成膜ガスとして、９９.９９９％のメタン、アルゴン、水素、および９９.５％のアセチレンが用いられ（炭素源をメタンまたはアセチレンから提供し、アルゴンガスまたは水素ガスをドープでき、炭素源とドーピングガスの比率を５：１から１：５の間で調整できる）、３０～５００ＳＣＣＭの反応ガスがガス供給部２０によって供給され、チャンバ圧力が０.５～１０Ｐａにされる。さらに、誘導結合プラズマ源（ＩＣＰ）５０に１００～７００Ｗが印加され、反応チャンバ１００内に誘導振動電磁界を発生させ、通過したガスがイオン化されてプラズマを発生させる。カソード電極板に－６００～１２００Ｖのバイアス電圧が印加され、誘導結合プラズマ源（ＩＣＰ）によって形成されたプラズマを加速して引き込み、こうして基材上に透明かつ硬質なナノ複合膜が形成される。

含水素系ダイヤモンドライクカーボン膜のコーティング段階でのパラメータ設定は、ＣＨ₄ガス流量を４０～１００ｓｃｃｍ、Ｃ₂Ｈ₂のガス流量を５０～２００ｓｃｃｍ、Ａｒのガス流量を４０～１００ｓｃｃｍ、Ｈ₂のガス流量を４０～１００ｓｃｃｍ、前記反応チャンバ１００内の圧力範囲を５０～１５０ｍＴｏｒｒ、無線周波数電源３０の電力範囲を５０～３００Ｗ、バイアスパルス電源４０の電圧を－２００Ｖ～－５０００Ｖ、デューティ比を１０％～８０％、コーティング時間を５～３０ｍｉｎとし、最終的に５～１０００ｎｍの透明且つ硬質な含水素系ダイヤモンドライクカーボン膜を得る。

前記反応ガス原料の堆積段階では、導入された様々なガス流量比は、前記ＤＬＣ膜の原子比に影響を与え、膜層の性能に影響を与える。本発明の実施例によれば、ＣＨ₄のガス流量を４０～１００ｓｃｃｍ、Ｃ₂Ｈ₂のガス流量を５０～２００ｓｃｃｍ、Ａｒのガス流量を４０～１００ｓｃｃｍ、Ｈ₂のガス流量を４０～１００ｓｃｃｍとしたとき、前記ＤＬＣ膜の剛性が良好であり、かつ水素ガスによって前記ＤＬＣ膜の柔軟性を調整でき、かつ所定の堆積反応速度を維持できる。

前記反応ガス原料の堆積段階では、無線周波数電源３０の電力電界およびパルス電界の電源電圧の大きさは、イオン化プロセスでの昇温、イオン化速度および堆積速度などの関連パラメータに影響を与える。本発明の実施例によれば、無線周波数電源３０の電力範囲を５０～３００Ｗ、バイアスパルス電源４０の電圧を－２００Ｖ～－５０００Ｖ、デューティ比を１０％～８０％としたとき、これらのパラメータ範囲では、昇温が速すぎたりすることはなく、プロセス時間が過度に延長されることもなく、イオン化速度が高くなりながら、良好な堆積速度を維持することができる。

負バイアス電圧値の大きさは、ガスのイオン化や、製品の表面に到達したときの移動能力に直接に繋がる。高電圧は、より高いエネルギーを意味し、高硬度のコーティング層を得ることができる。ただし、高いイオンエネルギーは基材製品に強い衝撃効果を与えるため、マイクロスケールで表面に衝撃クレーターが発生される一方、高エネルギー衝撃により温度上昇が加速化されるため、温度が高くなりすぎて製品が損壊されたりする恐れがある。したがって、バイアス電圧値、反応温度および反応速度のバランスをとる必要がある。

好ましくは、幾つかの実施例では、無線周波数の周波数は２０～３００ＫＨｚとする。パルス周波数を比較的に高くすると、絶縁製品の表面での電荷の連続的な蓄積が回避され、大きなアーク現象が抑制され、コーティング層の堆積膜厚の限界が上げられる。

前記反応ガス原料の堆積段階では、コーティング時間が短すぎると、形成された膜層が薄くなり、硬度が劣る一方、コーティング時間が長すぎると、厚さが増えるが、透明性が影響されてしまう。本発明の実施例によれば、コーティング時間を５～３０ｍｉｎとした時、厚さ、硬度および透明性のバランスをとることができ、最終的に、５～１０００ｎｍの透明かつ硬質な含水素系ダイヤモンドライクカーボン膜を得ることができる。

さらに、ステップ（２）では、前記反応チャンバ１００内の温度範囲は２５℃～１００℃に制御される。好ましくは、温度範囲は２５℃～５０℃である。

以下で、実施例と結合しながら本発明についてさらに説明するが、本発明の内容は、以下の実施例だけに限定されない。
製品の主な性能指標は、以下の表１に示されている通りである。

実施例
以下、本発明の実施例における各種のコーティング条件のうち、ＤＬＣコーティングを行う成膜として、上記の実施形態に記載された所定の条件での成膜を実施例とし、これらの条件以外の条件での成膜を比較例とし、それぞれに、各情況下でのＤＬＣコーティング膜の特性を測定する。なお、実施例および比較例では、成膜装置としては、いずれも図１の前記実施形態に示した構造を持つ装置を使用した。また、基材として、６.５インチの石英ガラススクリーンを用いた。前提条件として、ガラススクリーンを無水エタノール、アセトンでそれぞれに２０分間超音波洗浄し、次に窒素ガスを吹き付けて乾燥させ、真空チャンバ内に挟持させ、チャンバ内の空気圧を１.５×１０^-3Ｐａ以下になるように空気抽出システムで真空引きを行い、高純度アルゴンガスを１００ＳＣＣＭ導入し、バイアス電源（ＤＣパルス）及び無線周波数電源をオンにし、チャンバの圧力を２５ｍｔｏｒｒ、バイアス電源電圧を５００～９００Ｖ、デューティ比を１０％、周波数を８０ｋＨｚに制御し、基材を１０分間洗浄する必要がある。続いて、基材上に膜をコーティングし、以下に説明する各実施例及び比較例に示すように、ＩＣＰ強化ＣＶＤ法によってＤＬＣコーティングを行う。

第１組の実施例：メタンとアルゴンガスの組み合わせ
まず、実施例１～３および比較例１、２として、コーティングガスは、純度が９９.９９９％のＣＨ₄とＡｒの組み合わせである。実施例１～３および比較例１、２におけるコーティング条件（気圧、ガス流量、電源条件、コーティング時間）を以下の表２に示す。さらに、表２には、様々なコーティング条件下での膜層の特性（膜厚、硬度、光透過率）が記載されている。

この一連の実施例では、チャンバの圧力はすべて２５ｍｔｏｒｒに保たれ、実施例では、試験は異なるバイアス電圧値を設定することによって行われる。対比例となる実施例では、バイアス電源と無線周波数電源をそれぞれ単独で使用するようにする。

上記表に示すデータから明らかなように、本発明のコーティング装置を使用すると、異なるバイアス電圧値を使用しても性能に優れた薄膜を得ることができ、かつ成膜速度も工業生産に適しているが、バイアス電圧値が低すぎるとプラズマで得られるエネルギーが不足になる一方、バイアス電圧が高すぎると基材にスパッタリング効果が生じ、堆積効率が低下し、内部応力が大きくなる。実施例２から、プロセスパラメータを適正に設定することで、高い表面硬度（モース硬度７Ｈ）および高い透過率が得られ、フレキシブルスクリーンに非常に好適に使用され得ると結論づけられる。

実施例２と比較例１、２を対比すればわかるように、バイアス電圧なしでＩＣＰのみによって堆積された膜層は、成膜速度が遅く、硬度性能が低下する一方、ＩＣＰ技術を使用することなくバイアス電圧のみによって得られた膜層の各性能及び品質指標はすべて、実施例１と比べて悪くなる。ＩＣＰとバイアス電極技術を組み合わせて利用すれば、アモルファスカーボンとナノ結晶グラフェンの複合構造が得られたからである（図７を参照）。

第２組の実施例：アセチレンとアルゴンガスの組み合わせ
まず、実施例４～６および比較例３、４では、反応ガスとして、ガス純度が９９.９％のＣ₂Ｈ₂とガス純度が９９.９９９％のＡｒの組み合わせを使用した。実施例４～６および比較例３、４におけるコーティング条件（気圧、ガス流量、電源条件、コーティング時間）を以下の表３に示す。さらに、表３には、様々なコーティング条件での膜層の特性（膜厚、硬度、光透過率）が記載されている。

この一連の実施例では、チャンバの圧力はすべて２５ｍｔｏｒｒに保たれ、バイアス電源の電圧値は９００Ｖに設定される。実施例では、試験は異なる無線周波数電力を設定することによって行われる。比較例として、バイアス電源と無線周波数電源を単独で使用するものとし、比較例１、２と比較し、異なる炭素源での異なる電源の組み合わせによる薄膜品質への影響を比較する。

上記表に示すデータから明らかなように、本発明のコーティング装置を使用すると、パラメータを合理的に設定することにより、性能に優れたコーティングが得られ、無線周波数電力を上げると、イオン濃度が増えるため、コーティング効率が向上する。ただし、堆積効率が速すぎると、膜層の品質に影響を与えることがある。実施例５から、プロセスパラメータを適正に設定すれば、高い光透過率および高い硬度を有するコーティング層を得ることができると結論づけられる。

実施例５と比較例１～４を比較すると分かるように、バイアス電圧なしでＩＣＰのみによって堆積された膜層は、成膜速度が遅く、硬度性能が低下する一方、ＩＣＰを使用することなくバイアス電圧のみによって得られた膜層の各性能及び品質指標はすべて、各実施例と比べて悪くなり、かつ異なるガスの組み合わせでは、この現象が一致している。

第３組の実施例：アセチレンと水素ガスの組み合わせ
まず、実施例７～９および比較例５、６として、コーティングガスは、純度が９９.９９９％のＣ₂Ｈ₂およびＨ₂の組み合わせである。実施例７～９および比較例５、６におけるコーティング条件（気圧、ガス流量、電源条件、コーティング時間）を以下の表４に示す。さらに、表４には、様々なコーティング条件での膜層の特性（膜厚、硬度、光透過率）が記載されている。

この一連の実施例、比較例では、バイアス電圧値は９００Ｖに設定され、無線周波数電力は３００Ｗに設定され、試験は異なるチャンバ圧力を設定することによって行われる。

上記表に示すデータから明らかなように、本発明のコーティング装置は、所定のチャンバ圧力範囲内で使用され、他のパラメータを合理的に設定することにより、性能に合格した膜層が得られる。チャンバ圧力の大きさは、グロー現象に直接に繋がり、延いては成膜速度及び膜層の品質に影響を与え得る。空気圧が低すぎると、粒子衝突の確率が低くなるから、イオン化率が低くなる一方、空気圧が高すぎると、粒子衝突の確率が高くなり、帯電粒子のエネルギー損失が多くなり、得られた膜層の品質が低下してしまう。実施例７から、プロセスパラメータを適正に設定すれば、高い光透過率および高い硬度を有するコーティング層を得ることができると結論づけられる。

実施例５と比較例１～４を比較すれば分かるように、他のパラメータが一定とされた場合に、空気圧が高すぎたり低すぎたりすると、グレー現象が起こらないため、チャンバ圧力を適正に設定することが非常に重要とされている。

上記の説明および添付の図面に示される本発明の実施例は単なる例として挙げられたものに過ぎず、本発明を限定するものではないことは、当業者に理解されるべきであろう。本発明の目的は、完全かつ効果的に達成された。本発明の機能的および構造的原理は、実施例において示され、説明された。本発明の実施形態は、前記原理から逸脱しない限り、様々な変形や修正を加えることができる。

Claims (37)

1. 基材を配置するための反応チャンバを有する本体と、
   プラズマ源ユニットと、
   前記反応チャンバに反応ガスを供給するための少なくとも１つのガス供給部と
   を備え、
   前記プラズマ源ユニットは前記本体の外部に設けられ、前記反応チャンバに無線周波数電界を印加してプラズマの発生を促し、前記反応ガスをＰＥＣＶＤ法により前記基材の表面に堆積させてＤＬＣ膜を成膜する、ことを特徴とするＤＬＣ製造装置。
2. 前記プラズマ源ユニットと電気的に接続され、前記プラズマ源ユニットに電源を供給する無線周波数電源を備える、請求項１に記載のＤＬＣ製造装置。
3. 前記プラズマ源ユニットは、前記本体の外部に気密に設けられたガス導入枠と、誘導コイルと、前記ガス導入枠と前記誘導コイルとの間に設けられた遮断板とを備える、請求項１に記載のＤＬＣ製造装置。
4. 前記ガス導入枠は、前記本体の前記反応チャンバと前記ガス供給部とを連通させる連通経路を有する、請求項３に記載のＤＬＣ製造装置。
5. 前記ガス導入枠は、少なくとも１つの連通孔とメイン経路とを有し、前記本体は、前記反応チャンバに連通する窓部を有し、前記本体の前記窓部と前記ガス導入枠の前記連通孔及び前記メイン経路を連通して前記連通経路を形成する、請求項４に記載のＤＬＣ製造装置。
6. 前記連通口と前記メイン経路は互いに垂直な方向に設けられている、請求項５に記載のＤＬＣ製造装置。
7. 前記ガス導入枠は、外部と連通してガスを注入するための少なくとも１つの連通孔と、前記ガス導入枠の内側に設けられかつ前記メイン経路に連通する空気分配孔と、前記連通孔と前記空気分配孔とを連通させる内側連通経路と、メイン経路とを有し、前記本体の前記窓部、前記ガス導入枠の前記連通孔、前記内側連通経路、前記空気分配孔及び前記メイン経路を連通して前記連通経路を形成する、請求項４に記載のＤＬＣ製造装置。
8. 複数の前記内側連通経路同士を互いに連通して内側環状経路を形成する、請求項７に記載のＤＬＣ製造装置。
9. 前記プラズマ源ユニットは、さらに外部カバープレートを備え、前記誘導コイルは前記遮断板と前記外部カバープレートとの間に挟持されている、請求項３に記載のＤＬＣ製造装置。
10. 前記ガス導入枠は、前記本体の外部に気密に設けられたメイン枠体と、前記メイン枠体の外部に配置されるとともに、前記遮断板、前記誘導コイル及び前記外部カバープレートが挿着される挿着部材とを備える、請求項９に記載のＤＬＣ製造装置。
11. 前記遮断板はセラミック製封止板である、請求項３に記載のＤＬＣ製造装置。
12. 前記プラズマ源ユニットは、誘導結合電界を印加する無線周波数誘導結合プラズマ源である、請求項１に記載のＤＬＣ製造装置。
13. 載置極板と、パネル電源とを備え、前記載置極板は前記反応チャンバに収容されるとともに、前記パルス電源と電気的に接続され、前記反応チャンバにパルス電界を印加するものであり、前記基材は前記載置極板に好適に配置されている、請求項１～１２の何れか１項に記載のＤＬＣ製造装置。
14. 前記載置極板は、前記載置極板の両側を連通させる空気孔を有する、請求項１３に記載のＤＬＣ製造装置。
15. 隙間を置いて平行に配置されている複数の載置極板を備える、請求項１３に記載のＤＬＣ製造装置。
16. 前記パルス電源の電圧制御範囲は、－２００Ｖ～－５０００Ｖである、請求項１３に記載のＤＬＣ製造装置。
17. 前記ガス供給部は、プラズマ源供給部を備え、前記プラズマ源供給部は、前記反応チャンバにプラズマ源ガスを供給し、ＰＥＣＶＤ法による堆積反応を活性化させるものである、請求項１～１２の何れか１項に記載のＤＬＣ製造装置。
18. 前記プラズマ源ガスは、不活性ガス、窒素ガス、フルオロカーボンガスからなる群より選ばれる少なくとも一つである、請求項１７に記載のＤＬＣ製造装置。
19. 前記ガス供給部は、前記反応チャンバに炭化水素ガスＣｘＨｙを供給するための反応ガス原料供給部を備え、前記炭化水素ガスＣｘＨｙは、ＰＥＣＶＤ法により前記基材の表面に堆積し、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する、請求項１～１２の何れか１項に記載のＤＬＣ製造装置。
20. 前記ガス供給部は、前記反応チャンバに補助ガスを供給するための補助ガス供給部を備え、前記補助ガスは、前記ダイヤモンドライクカーボン膜におけるＣ－Ｈ含量を調整し、前記炭化水素ガスＣｘＨｙと反応して前記基材の表面に堆積させて、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する、請求項１～１２の何れか１項に記載のＤＬＣ製造装置。
21. 前記補助ガスは、窒素ガス、水素ガス、フルオロカーボンガスからなる群より選ばれる少なくとも一つである、請求項２０に記載のＤＬＣ製造装置。
22. 前記基材の配置位置と同等の位置に設けられている温度検出モジュールを備える、請求項１～１２の何れか１項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造装置。
23. 反応チャンバに反応ガスを供給し、無線周波数電界及びパルス電界によって、反応ガスをＰＥＣＶＤ法により前記反応チャンバ内の基材の表面に堆積させてＤＬＣ膜を成膜するように促す、ことを特徴とするＤＬＣ膜の製造方法。
24. 制御過程において、無線周波数電界を印加してからパルス電界を印加する、請求項２３に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
25. 前記無線周波数電界は前記パルス電界の外部に設けられている、請求項２３に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
26. 前記無線周波数電界は誘導結合電界である、請求項２３に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
27. 前記反応チャンバにプラズマ源ガスを供給し、ＰＥＣＶＤ法による堆積反応を活性化させ、前記無線周波数電界及び前記パルス電界を前記プラズマ源ガスに同時に作用させるステップを含む、請求項２３～２６の何れか１項に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
28. 前記反応チャンバに補助ガスを供給するステップであって、前記補助ガスは、前記ダイヤモンドライクカーボン膜におけるＣ－Ｈ含量を調整し、前記炭化水素ガスＣｘＨｙと反応して前記基材の表面に堆積させて前記ＤＬＣ膜を成膜するものであるステップを含む、請求項２３～２６の何れか１項に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
29. パルス電源と電気的に接続され、前記反応チャンバ内において前記パルス電界を印加する載置極板を前記反応チャンバ内に配置する、請求項２３～２６の何れか１項に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
30. 前記基材の同等の位置の温度を検出してフィードバック制御を行うステップを含む、請求項２３～２６の何れか１項に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
31. 基材が配置された反応チャンバ内にプラズマ源ガスを導入するステップ（ａ）と、
    パルス電源及び無線周波数電源を入れて、無線周波数電界及びパルス電界をそれぞれに印加し、前記プラズマ源ガスを活性化させてプラズマを発生させるステップ（ｂ）と、
    前記反応チャンバ内に炭化水素ガスＣｘＨｙを導入し、前記基材の表面にＤＬＣ膜を堆積させるステップ（ｃ）と、を含むことを特徴とするＤＬＣ膜の製造方法。
32. 前記ステップ（ｂ）において、無線周波数電源を入れてから、パルス電源を入れる、請求項３１に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
33. パルス電界の外部に無線周波数電界を印加するステップを含む、請求項３１に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
34. 前記無線周波数電界は誘導結合電界である、請求項３１に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
35. ステップ（ｃ）は、前記反応チャンバに補助ガスを供給するステップを含み、前記補助ガスは、前記ダイヤモンドライクカーボン膜におけるＣ－Ｈ含量を調整し、前記炭化水素ガスＣｘＨｙと反応して前記基材の表面に堆積させて前記ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜するものである、請求項３１～３４の何れか１項に記載のＤＬＣ膜の製造方法。
36. 前記反応チャンバ内のガスを抽出し、前記反応チャンバ内の気圧を調整するステップを含む、請求項３５に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
37. 前記基材の同等の位置の温度を検出してフィードバック制御を行うステップを含む、請求項３５に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。

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