JP3041185B2 - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents
プラズマｃｖｄ装置Info
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- JP3041185B2 JP3041185B2 JP6058417A JP5841794A JP3041185B2 JP 3041185 B2 JP3041185 B2 JP 3041185B2 JP 6058417 A JP6058417 A JP 6058417A JP 5841794 A JP5841794 A JP 5841794A JP 3041185 B2 JP3041185 B2 JP 3041185B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ化学的蒸着法
（プラズマＣＶＤ）により薄膜を形成するためのプラズ
マＣＶＤ装置に関し、特に直流グロ−プラズマＣＶＤ装
置に関する。
（プラズマＣＶＤ）により薄膜を形成するためのプラズ
マＣＶＤ装置に関し、特に直流グロ−プラズマＣＶＤ装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の直流グロ−プラズマＣＶＤ装置の
模式図を図３に示す。ガス導入口３４と排気口３６を備
えた真空槽３２の内部にカソ−ド電極４６と、これと電
気的に結合した状態で基材４８が載置されている成膜部
４４と、プラズマ発生手段を有するプラズマ発生部３８
が配置されている。プラズマ発生手段は熱電子を放出す
るための高融点金属からなるフィラメント電極４０と、
正電圧が印加されるアノ−ド電極４２の組み合わせから
構成されている。この装置空間に薄膜形成用のモノマ−
ガスを導入した後、フィラメント電極４０への加熱によ
り放出された熱電子がアノ−ド電極４２に加速衝突し放
電のトリガ−となる。放電が開始されると熱電子はアノ
−ド電極４２の他にモノマ−ガス分子にも衝突し、モノ
マ−ガスの電離、分解により真空槽内全域にモノマ−ガ
スのプラズマが形成される。カソ−ド電極４６に負の直
流高電圧を印加することにより、ガスプラズマ中のモノ
マ−ガスイオンを基材４８に加速衝突させ薄膜形成を行
っている。
模式図を図３に示す。ガス導入口３４と排気口３６を備
えた真空槽３２の内部にカソ−ド電極４６と、これと電
気的に結合した状態で基材４８が載置されている成膜部
４４と、プラズマ発生手段を有するプラズマ発生部３８
が配置されている。プラズマ発生手段は熱電子を放出す
るための高融点金属からなるフィラメント電極４０と、
正電圧が印加されるアノ−ド電極４２の組み合わせから
構成されている。この装置空間に薄膜形成用のモノマ−
ガスを導入した後、フィラメント電極４０への加熱によ
り放出された熱電子がアノ−ド電極４２に加速衝突し放
電のトリガ−となる。放電が開始されると熱電子はアノ
−ド電極４２の他にモノマ−ガス分子にも衝突し、モノ
マ−ガスの電離、分解により真空槽内全域にモノマ−ガ
スのプラズマが形成される。カソ−ド電極４６に負の直
流高電圧を印加することにより、ガスプラズマ中のモノ
マ−ガスイオンを基材４８に加速衝突させ薄膜形成を行
っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような直流グロ−
プラズマＣＶＤ装置において、１つのフィラメント電極
にアノ−ド電極を対向させて配置しフィラメント電極か
ら放出された熱電子の多くをアノ−ド電極に衝突させ
て、フィラメント電極とアノ−ド電極間に高密度のガス
プラズマを形成し、このガスプラズマ中のモノマ−ガス
の電離、分解により生成されるモノマ−ガスイオンをカ
ソ−ド電極に加速衝突させて薄膜形成を行うが、プラズ
マ発生部で生成されるモノマ−ガスイオンは指向性を持
って拡散するため、カソ−ド電極に加速衝突するモノマ
−ガスイオン流に偏りが生じて成膜レ−トに分布が生
じ、これが原因となって膜厚分布が生じる。
プラズマＣＶＤ装置において、１つのフィラメント電極
にアノ−ド電極を対向させて配置しフィラメント電極か
ら放出された熱電子の多くをアノ−ド電極に衝突させ
て、フィラメント電極とアノ−ド電極間に高密度のガス
プラズマを形成し、このガスプラズマ中のモノマ−ガス
の電離、分解により生成されるモノマ−ガスイオンをカ
ソ−ド電極に加速衝突させて薄膜形成を行うが、プラズ
マ発生部で生成されるモノマ−ガスイオンは指向性を持
って拡散するため、カソ−ド電極に加速衝突するモノマ
−ガスイオン流に偏りが生じて成膜レ−トに分布が生
じ、これが原因となって膜厚分布が生じる。
【０００４】またプラズマ発生源であるフィラメント電
極とアノ−ド電極近傍の局所的にプラズマ密度が高い空
間では、高濃度のモノマ−ガスイオンの電離、分解によ
り粉体、微粒子などが多数生成され、これら粉体、微粒
子などが基材表面に付着し膜外観品質を低下させるとと
もに、密着性、耐摩耗性などの膜物性を著しく低下させ
て薄膜に悪影響を及ぼす問題点がある。
極とアノ−ド電極近傍の局所的にプラズマ密度が高い空
間では、高濃度のモノマ−ガスイオンの電離、分解によ
り粉体、微粒子などが多数生成され、これら粉体、微粒
子などが基材表面に付着し膜外観品質を低下させるとと
もに、密着性、耐摩耗性などの膜物性を著しく低下させ
て薄膜に悪影響を及ぼす問題点がある。
【０００５】本発明の課題は、上記問題を解決し、膜物
性、膜品質の優れた薄膜の形成と、バッチあたりの処理
個数増加を可能とするプラズマＣＶＤ装置を提供するこ
とにある。
性、膜品質の優れた薄膜の形成と、バッチあたりの処理
個数増加を可能とするプラズマＣＶＤ装置を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、ガス導入口と排気口を備えた真
空槽内部の中央に熱電子を放出するためのフィラメント
電極と正電圧が印加されるアノ−ド電極との組み合わせ
からなるプラズマ発生部と、該プラズマ発生部の外側に
負電圧が印加される複数のカソ−ド電極が配置されてお
り、導入ガスをプラズマにより電離、分解させてその生
成物を前記カソ−ド電極上に載置された基材の表面に形
成することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置において、
プラズマ発生部とカソ−ド電極間にトラップ電極を配設
し、且つ基準電位に接続することにより、粉体および微
粒子などを捕捉するようにした。
に、本発明においては、ガス導入口と排気口を備えた真
空槽内部の中央に熱電子を放出するためのフィラメント
電極と正電圧が印加されるアノ−ド電極との組み合わせ
からなるプラズマ発生部と、該プラズマ発生部の外側に
負電圧が印加される複数のカソ−ド電極が配置されてお
り、導入ガスをプラズマにより電離、分解させてその生
成物を前記カソ−ド電極上に載置された基材の表面に形
成することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置において、
プラズマ発生部とカソ−ド電極間にトラップ電極を配設
し、且つ基準電位に接続することにより、粉体および微
粒子などを捕捉するようにした。
【０００７】
【作用】フィラメント電極とアノ−ド電極から構成され
るプラズマ発生部と基材が載置されたカソ−ド電極との
間にトラップ電極を配設することにより、局所的にプラ
ズマ密度の高いフィラメント電極とアノ−ド電極の近傍
で生成された粉体、微粒子はトラップ電極に加速衝突し
てしまい、成膜プロセスを阻害する粉体、微粒子などは
除外され、膜厚分布を生じさせたり、基材表面に付着し
て耐摩耗性、外観品質を著しく低下させる粉体、微粒子
の量が激減する。つまりトラップ電極は粉体、微粒子を
捕集するフィルタ−と同等な役割を果たしている。また
真空槽内部の電極配置によってはバッチあたりの処理個
数増が可能で生産性を向上させることができる。
るプラズマ発生部と基材が載置されたカソ−ド電極との
間にトラップ電極を配設することにより、局所的にプラ
ズマ密度の高いフィラメント電極とアノ−ド電極の近傍
で生成された粉体、微粒子はトラップ電極に加速衝突し
てしまい、成膜プロセスを阻害する粉体、微粒子などは
除外され、膜厚分布を生じさせたり、基材表面に付着し
て耐摩耗性、外観品質を著しく低下させる粉体、微粒子
の量が激減する。つまりトラップ電極は粉体、微粒子を
捕集するフィルタ−と同等な役割を果たしている。また
真空槽内部の電極配置によってはバッチあたりの処理個
数増が可能で生産性を向上させることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を硬質カーボン膜形成
を例にとって説明する。図１、図２は本発明によるプラ
ズマＣＶＤ装置の構成を説明するための模式図で、図１
が装置上面図、図２が装置断面図である。真空槽２は真
空ポンプ６を通じて真空排気が可能で、圧力調製器８に
より任意の圧力に調整できる構造となっている。該真空
槽２中央のプラズマ発生部１０にはプラズマ発生手段を
構成するために必要なフィラメント電極１２と、アノー
ド電極１４が１５ｍｍの距離をとって配置され、プラズ
マ発生部であるフィラメント電極とアノード電極の中心
から外側に１２０ｍｍ離れた位置に粉体、微粒子を捕捉
するための複数のカソード電極２０と対となるようにト
ラップ電極１６と、前記プラズマ発生部の中心から外側
に２００ｍｍ離れた位置にある成膜部１８にはカソード
電極２０と、カソード電極と電気的に結合した状態で基
材２２とが配置されている。プラズマ発生部１０と基材
２２との相対的な位置関係を同等に保つため、カソード
電極２０には自公転機構を持たせた。トラップ電極は外
径φ１６ｍｍの円柱を用い、接地電位とした。真空槽２
の外側からガス導入口４を通じて炭化水素ガスが導入可
能な装置構造となっている。電極駆動回路２４は、フィ
ラメント電極１２と電気的に結合したフィラメント電源
２６と、アノード電極１４と電気的に結合したアノード
電源２８と、カソード電極２０と電気的に結合したカソ
ード電源３０とから構成される。
を例にとって説明する。図１、図２は本発明によるプラ
ズマＣＶＤ装置の構成を説明するための模式図で、図１
が装置上面図、図２が装置断面図である。真空槽２は真
空ポンプ６を通じて真空排気が可能で、圧力調製器８に
より任意の圧力に調整できる構造となっている。該真空
槽２中央のプラズマ発生部１０にはプラズマ発生手段を
構成するために必要なフィラメント電極１２と、アノー
ド電極１４が１５ｍｍの距離をとって配置され、プラズ
マ発生部であるフィラメント電極とアノード電極の中心
から外側に１２０ｍｍ離れた位置に粉体、微粒子を捕捉
するための複数のカソード電極２０と対となるようにト
ラップ電極１６と、前記プラズマ発生部の中心から外側
に２００ｍｍ離れた位置にある成膜部１８にはカソード
電極２０と、カソード電極と電気的に結合した状態で基
材２２とが配置されている。プラズマ発生部１０と基材
２２との相対的な位置関係を同等に保つため、カソード
電極２０には自公転機構を持たせた。トラップ電極は外
径φ１６ｍｍの円柱を用い、接地電位とした。真空槽２
の外側からガス導入口４を通じて炭化水素ガスが導入可
能な装置構造となっている。電極駆動回路２４は、フィ
ラメント電極１２と電気的に結合したフィラメント電源
２６と、アノード電極１４と電気的に結合したアノード
電源２８と、カソード電極２０と電気的に結合したカソ
ード電源３０とから構成される。
【０００９】本実施例においては真空槽を真空ポンプ６
を通じて２×１０- 5 Ｔｏｒｒ程度の圧力まで真空排気
した後、ガス導入口４よりモノマ−ガスとしてベンゼン
を導入し、圧力調整器８により２×１０- 3 Ｔｏｒｒと
なるように圧力を調整した。プラズマ発生部１０に配置
されたプラズマ発生手段を構成するフィラメント電極１
２から熱電子を放出させ、１００Ｖの電圧を印加したア
ノ−ド電極１４に衝突させることで放電開始のトリガ−
としベンゼンガスにも熱電子を衝突させ真空槽内にベン
ゼンガスプラズマを発生させ、成膜部１８に配置された
カソ−ド電極２０に負の直流高電圧−５ｋＶを印加し、
ガスイオンを加速衝突させ基材上に硬質カ−ボン膜を３
μｍ形成した。ここでは基材としてステンレス鋼を用い
た。
を通じて２×１０- 5 Ｔｏｒｒ程度の圧力まで真空排気
した後、ガス導入口４よりモノマ−ガスとしてベンゼン
を導入し、圧力調整器８により２×１０- 3 Ｔｏｒｒと
なるように圧力を調整した。プラズマ発生部１０に配置
されたプラズマ発生手段を構成するフィラメント電極１
２から熱電子を放出させ、１００Ｖの電圧を印加したア
ノ−ド電極１４に衝突させることで放電開始のトリガ−
としベンゼンガスにも熱電子を衝突させ真空槽内にベン
ゼンガスプラズマを発生させ、成膜部１８に配置された
カソ−ド電極２０に負の直流高電圧−５ｋＶを印加し、
ガスイオンを加速衝突させ基材上に硬質カ−ボン膜を３
μｍ形成した。ここでは基材としてステンレス鋼を用い
た。
【００１０】（比較例）本発明の効果を確認するため
に、プラズマ発生部１０と成膜部１８の間に配置された
トラップ電極１６を取り除き、その他は実施例と同一装
置構成かつ同一条件で同一のステンレス鋼基材上に硬質
カ−ボン膜を３μｍ形成した。
に、プラズマ発生部１０と成膜部１８の間に配置された
トラップ電極１６を取り除き、その他は実施例と同一装
置構成かつ同一条件で同一のステンレス鋼基材上に硬質
カ−ボン膜を３μｍ形成した。
【００１１】実施例、比較例で、得られた硬質カ−ボン
膜の膜外観品質、膜厚分布、耐摩耗性の評価結果を下記
表１に示す。膜外観品質は硬質カ−ボン膜表面上に付着
したφ３０μｍ以上の微細粒子数で評価した。耐摩耗性
は摩耗試験機で荷重３５０ｇｆを印加した炭化けい素＃
８００の研磨紙による４００回往復テストにより摩耗し
た膜厚を測定した。本実施例においては膜表面上のφ３
０μｍ以上の微細粒子数は０で粉体、微粒子などの付着
は認められず膜表面は平滑で外観品質は良好である。ト
ラップ電極と自公転機構を有するカソ−ド電極を配設し
たため、指向性を持って飛来してくるモノマ−ガスイオ
ン流に対して基材の相対的な位置関係は常に一定である
ことから成膜レ−トは均一化し、膜厚分布も従来膜（比
較例）にくらべて向上し設定値に対し±１０％の範囲内
にある。耐摩耗性においても、摩耗試験機による摩耗量
は０で、膜表面に粉体、微粒子などの微細粒子が存在す
る比較例にくらべ飛躍的に向上することが明らかに認め
られる。
膜の膜外観品質、膜厚分布、耐摩耗性の評価結果を下記
表１に示す。膜外観品質は硬質カ−ボン膜表面上に付着
したφ３０μｍ以上の微細粒子数で評価した。耐摩耗性
は摩耗試験機で荷重３５０ｇｆを印加した炭化けい素＃
８００の研磨紙による４００回往復テストにより摩耗し
た膜厚を測定した。本実施例においては膜表面上のφ３
０μｍ以上の微細粒子数は０で粉体、微粒子などの付着
は認められず膜表面は平滑で外観品質は良好である。ト
ラップ電極と自公転機構を有するカソ−ド電極を配設し
たため、指向性を持って飛来してくるモノマ−ガスイオ
ン流に対して基材の相対的な位置関係は常に一定である
ことから成膜レ−トは均一化し、膜厚分布も従来膜（比
較例）にくらべて向上し設定値に対し±１０％の範囲内
にある。耐摩耗性においても、摩耗試験機による摩耗量
は０で、膜表面に粉体、微粒子などの微細粒子が存在す
る比較例にくらべ飛躍的に向上することが明らかに認め
られる。
【００１２】
【表１】
【００１３】本実施例においてはステンレス鋼基材上に
硬質カ−ボン膜を形成したが、鉄鋼系材料、銅合金材料
などの任意の材料を使用してもさしつかえなく、ガスプ
ラズマ中でモノマ−ガスを電離、分解させモノマ−ガス
イオンにより薄膜形成を行うならば形成する薄膜は硬質
カ−ボン膜に限定する必要はなくいずれの薄膜でもよ
い。また基材材料と薄膜の間に基材の腐蝕防止や密着強
度の向上を目的として中間層を導入してもよい。ここで
はモノマ−ガスとしてベンゼンを用いたが、プラズマ中
で電離、分解可能なモノマ−ガスであればいずれのガス
を用いてもよい。粉体、微粒子の積極的な捕捉を目的と
したトラップ電極の基準電位は接地電位に限らず、浮遊
電位等でもよい。フィラメント電極とアノ−ド電極の位
置関係はトラップ電極に対しアノ−ド電極、フィラメン
ト電極の順またはトラップ電極に対しフィラメント電
極、アノ−ド電極の順のいずれでもよく、フィラメント
電極とアノ−ド電極間の距離Ｌは、３ｍｍ≦Ｌ＜３０ｍ
ｍの範囲内であればいずれの値でもよい。プラズマ発生
部であるフィラメント電極とアノ−ド電極の中心から成
膜部までの距離Μは、６０ｍｍ≦Ｌ＜４００ｍｍの範囲
内であればいずれの値でもよい。トラップ電極はプラズ
マ発生部の中心からトラップ電極までの距離Ｒが、４０
ｍｍ≦Ｒであることと、トラップ電極からカソ−ド電極
までの距離Ｔが、１５ｍｍ≦Ｔであることの両者を満た
せばトラップ電極はプラズマ発生部とカソ−ド電極間の
任意の位置に配置してよい。トラップ電極の外径は、フ
ィラメント電極とアノ−ド電極により構成されるプラズ
マ発生部から飛来してくるモノマ−ガスイオンをカソ−
ド電極に加速衝突させるためにプラズマ発生部の中心か
らカソ−ド電極に対する仰角をθとすると、トラップ電
極の外径はＭ／２・ｔａｎθ以下であることが必須であ
る。カソ−ド電極に印加する直流高電圧は−１ｋＶ以上
であればいずれでもよい。
硬質カ−ボン膜を形成したが、鉄鋼系材料、銅合金材料
などの任意の材料を使用してもさしつかえなく、ガスプ
ラズマ中でモノマ−ガスを電離、分解させモノマ−ガス
イオンにより薄膜形成を行うならば形成する薄膜は硬質
カ−ボン膜に限定する必要はなくいずれの薄膜でもよ
い。また基材材料と薄膜の間に基材の腐蝕防止や密着強
度の向上を目的として中間層を導入してもよい。ここで
はモノマ−ガスとしてベンゼンを用いたが、プラズマ中
で電離、分解可能なモノマ−ガスであればいずれのガス
を用いてもよい。粉体、微粒子の積極的な捕捉を目的と
したトラップ電極の基準電位は接地電位に限らず、浮遊
電位等でもよい。フィラメント電極とアノ−ド電極の位
置関係はトラップ電極に対しアノ−ド電極、フィラメン
ト電極の順またはトラップ電極に対しフィラメント電
極、アノ−ド電極の順のいずれでもよく、フィラメント
電極とアノ−ド電極間の距離Ｌは、３ｍｍ≦Ｌ＜３０ｍ
ｍの範囲内であればいずれの値でもよい。プラズマ発生
部であるフィラメント電極とアノ−ド電極の中心から成
膜部までの距離Μは、６０ｍｍ≦Ｌ＜４００ｍｍの範囲
内であればいずれの値でもよい。トラップ電極はプラズ
マ発生部の中心からトラップ電極までの距離Ｒが、４０
ｍｍ≦Ｒであることと、トラップ電極からカソ−ド電極
までの距離Ｔが、１５ｍｍ≦Ｔであることの両者を満た
せばトラップ電極はプラズマ発生部とカソ−ド電極間の
任意の位置に配置してよい。トラップ電極の外径は、フ
ィラメント電極とアノ−ド電極により構成されるプラズ
マ発生部から飛来してくるモノマ−ガスイオンをカソ−
ド電極に加速衝突させるためにプラズマ発生部の中心か
らカソ−ド電極に対する仰角をθとすると、トラップ電
極の外径はＭ／２・ｔａｎθ以下であることが必須であ
る。カソ−ド電極に印加する直流高電圧は−１ｋＶ以上
であればいずれでもよい。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生部と基材
が載置されたカソ−ド電極との間にトラップ電極を配設
させたことにより、各種基材上に耐摩耗性、外観品質を
低下させる粉体、微粒子の付着がなく、膜厚分布が良好
な薄膜を形成することが可能となる。また装置内の基材
配置よっては処理個数を増加させ生産性を高めることが
可能となり薄膜の外観品質、耐摩耗性が飛躍的に向上す
る。
が載置されたカソ−ド電極との間にトラップ電極を配設
させたことにより、各種基材上に耐摩耗性、外観品質を
低下させる粉体、微粒子の付着がなく、膜厚分布が良好
な薄膜を形成することが可能となる。また装置内の基材
配置よっては処理個数を増加させ生産性を高めることが
可能となり薄膜の外観品質、耐摩耗性が飛躍的に向上す
る。
【図１】本発明の実施例におけるプラズマＣＶＤ装置の
装置構造を示す模式上面図である。
装置構造を示す模式上面図である。
【図２】本発明の実施例におけるプラズマＣＶＤ装置の
装置構造を示す模式断面図である。
装置構造を示す模式断面図である。
【図３】従来におけるプラズマＣＶＤ装置の装置構造を
示す模式図である。
示す模式図である。
２ 真空槽 ４ ガス導入口 ６ 真空ポンプ ８ 圧力調整器 １０ プラズマ発生部 １２ フィラメント電極 １４ アノ−ド電極 １６ トラップ電極 １８ 成膜部 ２０ カソ−ド電極 ２２ 基材 ２４ 電極駆動回路 ２６ フィラメント電源 ２８ アノ−ド電源 ３０ カソ−ド電源 ３２ 真空槽 ３４ ガス導入口 ３６ 排気口 ３８ プラズマ発生部 ４０ フィラメント電極 ４２ アノ−ド電極 ４４ 成膜部 ４６ カソ−ド電極 ４８ 基材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H05H 1/00 - 1/54
Claims (1)
- 【請求項１】 ガス導入口と排気口を備えた真空槽の中
央に、熱電子を放出するためのフィラメント電極と正電
圧が印加されるアノード電極との組み合わせからなるプ
ラズマ発生部と、該プラズマ発生部の外周に負電圧が印
加される複数のカソード電極とが配設されていることを
特徴とするプラズマＣＶＤ装置において、前記プラズマ
発生部と前記カソード電極間に、粉体および微粒子など
を捕捉するための前記カソード電極と対となる棒状部材
からなるトラップ電極が所定の距離をとって配設され、
且つ基準電位に接続されていることを特徴とするプラズ
マＣＶＤ装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6058417A JP3041185B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | プラズマｃｖｄ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6058417A JP3041185B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | プラズマｃｖｄ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07268633A JPH07268633A (ja) | 1995-10-17 |
| JP3041185B2 true JP3041185B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=13083814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6058417A Expired - Fee Related JP3041185B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | プラズマｃｖｄ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3041185B2 (ja) |
-
1994
- 1994-03-29 JP JP6058417A patent/JP3041185B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07268633A (ja) | 1995-10-17 |
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