JP3172384B2 - 硬質炭素被膜形成装置及びこれを用いた被膜形成方法 - Google Patents
硬質炭素被膜形成装置及びこれを用いた被膜形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上に中間層を介し
て硬質炭素被膜を形成する装置、及び該装置を用いた被
膜形成方法に関するものである。
て硬質炭素被膜を形成する装置、及び該装置を用いた被
膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気カミソリの刃、半導体材料、
磁気ヘッド、圧電材料、或いは各種機器の摺動部等の特
性向上や表面保護を図るべく、これらの表面に、各種資
材からなる被膜を形成することが行なわれている。例え
ば、電気カミソリの刃の製造工程においては、ＥＣＲ
(電子サイクロトロン共鳴)プラズマＣＶＤ(chemical va
por deposition)装置を用いて、ステンレス鋼或いはＮ
ｉからなる基板の表面に硬質炭素被膜(ダイヤモンド状
被膜)が形成される。
磁気ヘッド、圧電材料、或いは各種機器の摺動部等の特
性向上や表面保護を図るべく、これらの表面に、各種資
材からなる被膜を形成することが行なわれている。例え
ば、電気カミソリの刃の製造工程においては、ＥＣＲ
(電子サイクロトロン共鳴)プラズマＣＶＤ(chemical va
por deposition)装置を用いて、ステンレス鋼或いはＮ
ｉからなる基板の表面に硬質炭素被膜(ダイヤモンド状
被膜)が形成される。
【０００３】図５は、従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置
の構成を表わしている(特開平3-175620号)。該ＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ装置においては、真空チャンバー(10)の内
部に、プラズマ発生室(４)と、基板(11)が設置されるべ
き反応室とが形成され、プラズマ発生室(４)には、導波
管(２)を介してマイクロ波発生装置(１)が接続されてい
る。導波管(２)とプラズマ発生室(４)の接続部にはマイ
クロ波導入窓(３)が設けられる。プラズマ発生室(４)に
は、プラズマ発生室(４)にアルゴン(Ａｒ)等の放電ガス
を導入するための放電ガス導入管(５)が接続されてい
る。又、プラズマ発生室(４)を包囲して、プラズマ磁界
発生装置(６)が設けられる。真空チャンバー(10)内の反
応室には、基板ホルダー(12)が設置されると共に、反応
ガス導入管(14)が接続されている。基板ホルダー(12)に
は、高周波電源(13)が接続されている。
の構成を表わしている(特開平3-175620号)。該ＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ装置においては、真空チャンバー(10)の内
部に、プラズマ発生室(４)と、基板(11)が設置されるべ
き反応室とが形成され、プラズマ発生室(４)には、導波
管(２)を介してマイクロ波発生装置(１)が接続されてい
る。導波管(２)とプラズマ発生室(４)の接続部にはマイ
クロ波導入窓(３)が設けられる。プラズマ発生室(４)に
は、プラズマ発生室(４)にアルゴン(Ａｒ)等の放電ガス
を導入するための放電ガス導入管(５)が接続されてい
る。又、プラズマ発生室(４)を包囲して、プラズマ磁界
発生装置(６)が設けられる。真空チャンバー(10)内の反
応室には、基板ホルダー(12)が設置されると共に、反応
ガス導入管(14)が接続されている。基板ホルダー(12)に
は、高周波電源(13)が接続されている。
【０００４】マイクロ波発生装置(１)からのマイクロ波
は、導波管(２)、マイクロ波導入窓(３)を経て、プラズ
マ発生室(４)に導かれる。マイクロ波による高周波磁界
とプラズマ磁界発生装置(６)からの磁界の作用によっ
て、プラズマ発生室(４)には高密度のプラズマが形成さ
れる。このプラズマは、プラズマ磁界発生装置(６)によ
る発散磁界に沿って、反応室に導かれる。
は、導波管(２)、マイクロ波導入窓(３)を経て、プラズ
マ発生室(４)に導かれる。マイクロ波による高周波磁界
とプラズマ磁界発生装置(６)からの磁界の作用によっ
て、プラズマ発生室(４)には高密度のプラズマが形成さ
れる。このプラズマは、プラズマ磁界発生装置(６)によ
る発散磁界に沿って、反応室に導かれる。
【０００５】反応室では、反応ガス導入管(14)から導入
された原料ガスとしてのメタン(ＣＨ4)ガスがプラズマ
の作用によって分解され、炭素Ｃが基板ホルダー(12)上
の基板(11)の表面に堆積するのである。ここで、基板ホ
ルダー(12)には高周波電源(13)によって所定の高周波電
圧(ＲＦ電圧)が印加されて、基板(11)には負の自己バイ
アスが発生しており、所謂バイアスプラズマＣＶＤ法が
実施される。即ち、プラズマ中におけるイオンの移動速
度は電子に比べて遅いため、ＲＦ電圧印加中の電位振れ
に対して、電子は追随するが、イオンは追随できない。
従って、基板(11)にＲＦ電圧を印加することにより、多
くの電子が基板(11)に向けて放射され、基板(11)に負の
自己バイアスが発生する。この結果、プラズマ中の正イ
オンが基板(11)側に引き込まれ、図６に示す如く、基板
(11)上にはダイヤモンド状被膜(15)が形成されるのであ
る。
された原料ガスとしてのメタン(ＣＨ4)ガスがプラズマ
の作用によって分解され、炭素Ｃが基板ホルダー(12)上
の基板(11)の表面に堆積するのである。ここで、基板ホ
ルダー(12)には高周波電源(13)によって所定の高周波電
圧(ＲＦ電圧)が印加されて、基板(11)には負の自己バイ
アスが発生しており、所謂バイアスプラズマＣＶＤ法が
実施される。即ち、プラズマ中におけるイオンの移動速
度は電子に比べて遅いため、ＲＦ電圧印加中の電位振れ
に対して、電子は追随するが、イオンは追随できない。
従って、基板(11)にＲＦ電圧を印加することにより、多
くの電子が基板(11)に向けて放射され、基板(11)に負の
自己バイアスが発生する。この結果、プラズマ中の正イ
オンが基板(11)側に引き込まれ、図６に示す如く、基板
(11)上にはダイヤモンド状被膜(15)が形成されるのであ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ装置においては、基板ホルダー(12)に
装着可能な基板(11)の枚数は１枚、或いは２枚が限度で
ある。これらの基板(11)に対する被膜形成処理において
は、先ず、真空チャンバー(10)内を真空排気する必要が
あるので、多くの枚数の基板(11)に被膜を形成するに
は、その間に頻繁な真空排気を行なわねばならず、能率
が悪い問題があった。
ＲプラズマＣＶＤ装置においては、基板ホルダー(12)に
装着可能な基板(11)の枚数は１枚、或いは２枚が限度で
ある。これらの基板(11)に対する被膜形成処理において
は、先ず、真空チャンバー(10)内を真空排気する必要が
あるので、多くの枚数の基板(11)に被膜を形成するに
は、その間に頻繁な真空排気を行なわねばならず、能率
が悪い問題があった。
【０００７】又、基板の材質として、硬質炭素被膜と密
着性の高い材料、例えばＳｉやＣを選択すれば、硬質炭
素被膜は基板表面に強固に被着するが、硬質炭素被膜と
密着性の低い材料、例えばステンレス鋼やＮｉを採用す
ると、硬質炭素被膜の密着性が低く、剥離の虞れがあっ
た。
着性の高い材料、例えばＳｉやＣを選択すれば、硬質炭
素被膜は基板表面に強固に被着するが、硬質炭素被膜と
密着性の低い材料、例えばステンレス鋼やＮｉを採用す
ると、硬質炭素被膜の密着性が低く、剥離の虞れがあっ
た。
【０００８】本発明の目的は、複数枚の基板に１回のプ
ロセスで同時に被膜形成処理を施すことが出来、然も硬
質炭素被膜と密着性の低い材質からなる基板に対しても
強固な被膜を形成出来る硬質炭素被膜形成装置、及び被
膜形成方法を提供することである。
ロセスで同時に被膜形成処理を施すことが出来、然も硬
質炭素被膜と密着性の低い材質からなる基板に対しても
強固な被膜を形成出来る硬質炭素被膜形成装置、及び被
膜形成方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る硬質炭素被
膜形成装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内に
プラズマを導入するプラズマ導入手段と、真空チャンバ
ー内に、炭素を含む反応ガスを導入するための反応ガス
導入手段と、真空チャンバー内に、表面をプラズマ供給
方向に対向させて、回転自在に設けられた基板ホルダー
と、基板ホルダー上の基板に発生する自己バイアスが負
となる様に、基板ホルダーに高周波電圧を印加する第１
高周波電源と、真空チャンバー内に、基板ホルダーの表
面に向けて配置され、中間層の原料原子を含むターゲッ
トと、ターゲットに高周波電圧を印加するための第２高
周波電源とを具え、基板ホルダーの表面には、互いに絶
縁された複数の電極が配置されると共に、基板ホルダー
の回転に伴ってプラズマ供給方向に対向した１つの電極
に摺接すべきブラシが、一定の位置に取り付けられ、該
ブラシは前記第１高周波電源に接続されている。
膜形成装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内に
プラズマを導入するプラズマ導入手段と、真空チャンバ
ー内に、炭素を含む反応ガスを導入するための反応ガス
導入手段と、真空チャンバー内に、表面をプラズマ供給
方向に対向させて、回転自在に設けられた基板ホルダー
と、基板ホルダー上の基板に発生する自己バイアスが負
となる様に、基板ホルダーに高周波電圧を印加する第１
高周波電源と、真空チャンバー内に、基板ホルダーの表
面に向けて配置され、中間層の原料原子を含むターゲッ
トと、ターゲットに高周波電圧を印加するための第２高
周波電源とを具え、基板ホルダーの表面には、互いに絶
縁された複数の電極が配置されると共に、基板ホルダー
の回転に伴ってプラズマ供給方向に対向した１つの電極
に摺接すべきブラシが、一定の位置に取り付けられ、該
ブラシは前記第１高周波電源に接続されている。
【００１０】
【００１１】ここで、基板ホルダーはドラム状、或いは
円板状に形成される。又、プラズマ導入手段は、電子サ
イクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ装置である。
円板状に形成される。又、プラズマ導入手段は、電子サ
イクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ装置である。
【００１２】基板は、例えばＮｉ、ステンレス鋼、或い
はセラミックスであって、ターゲットは、中間層の原料
原子として、例えばＳｉ、Ｒｕ、或いはＣを含んでい
る。
はセラミックスであって、ターゲットは、中間層の原料
原子として、例えばＳｉ、Ｒｕ、或いはＣを含んでい
る。
【００１３】
【００１４】本発明に係る被膜形成方法は、真空チャン
バー内に反応ガスを供給すると共に、プラズマを導入
し、基板ホルダーを回転させつつ、ターゲットに高周波
電圧を印加すると同時に、基板ホルダーには高周波電圧
を印加し、該被膜形成過程において、反応ガスの流量を
徐々に増加させると同時に、ターゲットに印加すべき高
周波電圧を低下させて、基板の表面に、炭素の含有量が
表面に向かって徐々に増大すると共に、ターゲット原子
の含有量が徐々に減少する中間層を形成した後、ターゲ
ットに対する高周波電圧の印加を停止して、前記中間層
の表面に硬質炭素被膜を形成する。
バー内に反応ガスを供給すると共に、プラズマを導入
し、基板ホルダーを回転させつつ、ターゲットに高周波
電圧を印加すると同時に、基板ホルダーには高周波電圧
を印加し、該被膜形成過程において、反応ガスの流量を
徐々に増加させると同時に、ターゲットに印加すべき高
周波電圧を低下させて、基板の表面に、炭素の含有量が
表面に向かって徐々に増大すると共に、ターゲット原子
の含有量が徐々に減少する中間層を形成した後、ターゲ
ットに対する高周波電圧の印加を停止して、前記中間層
の表面に硬質炭素被膜を形成する。
【００１５】
【作用】上記本発明の硬質炭素被膜形成装置において
は、プラズマ導入手段、反応ガス導入手段、基板ホルダ
ー、及び第１高周波電源によって、プラズマＣＶＤ装置
が構成されると共に、基板ホルダー、ターゲット、及び
第２高周波電源によって、高周波スパッタ装置が構成さ
れ、プラズマＣＶＤ装置の反応室と高周波スパッタ装置
の放電室とが共通の真空チャンバー内に形成されてい
る。従って、高周波スパッタ装置を用いて基板上に中間
層を形成した後、真空排気を行なうことなく引き続い
て、プラズマＣＶＤ装置を用いて前記中間層の表面に硬
質炭素被膜を形成することが出来る。
は、プラズマ導入手段、反応ガス導入手段、基板ホルダ
ー、及び第１高周波電源によって、プラズマＣＶＤ装置
が構成されると共に、基板ホルダー、ターゲット、及び
第２高周波電源によって、高周波スパッタ装置が構成さ
れ、プラズマＣＶＤ装置の反応室と高周波スパッタ装置
の放電室とが共通の真空チャンバー内に形成されてい
る。従って、高周波スパッタ装置を用いて基板上に中間
層を形成した後、真空排気を行なうことなく引き続い
て、プラズマＣＶＤ装置を用いて前記中間層の表面に硬
質炭素被膜を形成することが出来る。
【００１６】ここで、基板ホルダーはドラム状或いは円
板状に形成されて、ドラム状の場合はその外周面に、円
板状の場合は何れか一方の表面に、２或いは３以上の多
数の基板を回転中心の回りに配置することが出来る。
又、ドラム状の場合は、該基板ホルダーを挟んで両側
に、上記プラズマＣＶＤ装置と高周波スパッタ装置を対
向配備することが出来る。又、円板状の場合は、前記一
方の表面に対向させて、上記プラズマＣＶＤ装置と高周
波スパッタ装置を併設することが出来る。
板状に形成されて、ドラム状の場合はその外周面に、円
板状の場合は何れか一方の表面に、２或いは３以上の多
数の基板を回転中心の回りに配置することが出来る。
又、ドラム状の場合は、該基板ホルダーを挟んで両側
に、上記プラズマＣＶＤ装置と高周波スパッタ装置を対
向配備することが出来る。又、円板状の場合は、前記一
方の表面に対向させて、上記プラズマＣＶＤ装置と高周
波スパッタ装置を併設することが出来る。
【００１７】そして、被膜形成時には、基板ホルダーを
回転させることによって、基板ホルダー状の各基板を順
次、プラズマＣＶＤ装置と高周波スパッタ装置へ対向さ
せて、中間層或いは硬質炭素被膜を形成することが出来
る。
回転させることによって、基板ホルダー状の各基板を順
次、プラズマＣＶＤ装置と高周波スパッタ装置へ対向さ
せて、中間層或いは硬質炭素被膜を形成することが出来
る。
【００１８】基板ホルダーの表面に複数の電極を配置し
た具体的構成においては、基板ホルダーが回転すること
に伴って、ブラシが電極上を相対的に摺動して、各電極
には、順次、高周波電圧が印加される。従って、高周波
電圧が印加された電極上の基板のみが対象となって、該
基板に対して選択的に硬質炭素被膜の形成が行なわれ
る。
た具体的構成においては、基板ホルダーが回転すること
に伴って、ブラシが電極上を相対的に摺動して、各電極
には、順次、高周波電圧が印加される。従って、高周波
電圧が印加された電極上の基板のみが対象となって、該
基板に対して選択的に硬質炭素被膜の形成が行なわれ
る。
【００１９】プラズマ導入手段として、電子サイクロト
ロン共鳴プラズマＣＶＤ装置を採用すれば、プラズマの
密度を更に上げることが出来、低温で高品質の被膜を形
成することが出来る。
ロン共鳴プラズマＣＶＤ装置を採用すれば、プラズマの
密度を更に上げることが出来、低温で高品質の被膜を形
成することが出来る。
【００２０】基板が例えばＮｉ、ステンレス鋼、或いは
セラミックス製である場合、該基板に対しては、硬質炭
素被膜は密着性が低く、剥離し易いが、ターゲット原子
として例えばＳｉ、Ｒｕ、或いはＣを含めることによっ
て、これらの原子を含んだ中間層が形成される。該中間
層に対しては、硬質炭素被膜は密着性が高く、強固に被
着することになる。この結果、硬質炭素被膜の基板に対
する密着性を高めることが出来る。
セラミックス製である場合、該基板に対しては、硬質炭
素被膜は密着性が低く、剥離し易いが、ターゲット原子
として例えばＳｉ、Ｒｕ、或いはＣを含めることによっ
て、これらの原子を含んだ中間層が形成される。該中間
層に対しては、硬質炭素被膜は密着性が高く、強固に被
着することになる。この結果、硬質炭素被膜の基板に対
する密着性を高めることが出来る。
【００２１】中間層の形成において、上記プラズマＣＶ
Ｄ装置と高周波スパッタ装置を同時に動作させる方法を
採用すれば、炭素の含有量が表面に向かって徐々に増大
すると共に、ターゲット原子の含有量が徐々に減少する
中間層を形成することが出来る。この場合、中間層と硬
質炭素被膜の間の密着性を更に高めることが出来る。
Ｄ装置と高周波スパッタ装置を同時に動作させる方法を
採用すれば、炭素の含有量が表面に向かって徐々に増大
すると共に、ターゲット原子の含有量が徐々に減少する
中間層を形成することが出来る。この場合、中間層と硬
質炭素被膜の間の密着性を更に高めることが出来る。
【００２２】
【発明の効果】本発明に係る硬質炭素被膜形成装置及び
被膜形成方法によれば、複数枚の基板に１回のプロセス
で同時に被膜形成処理を施すことが出来、然も硬質炭素
被膜と密着性の低い材質からなる基板に対しても強固な
被膜を形成することが出来る。
被膜形成方法によれば、複数枚の基板に１回のプロセス
で同時に被膜形成処理を施すことが出来、然も硬質炭素
被膜と密着性の低い材質からなる基板に対しても強固な
被膜を形成することが出来る。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面に沿って
詳述する。装置構成 本発明に係る被膜形成装置においては、図１に示す如
く、真空チャンバー(10)の内部に、プラズマ発生室(４)
と、基板(11)が設置されるべき反応室とが形成され、プ
ラズマ発生室(４)には、導波管(２)を介してマイクロ波
発生装置(１)が接続されている。導波管(２)とプラズマ
発生室(４)の接続部にはマイクロ波導入窓(３)が設けら
れる。プラズマ発生室(４)には、プラズマ発生室(４)に
アルゴン(Ａｒ)等の放電ガスを導入するための放電ガス
導入管(５)が接続されている。又、プラズマ発生室(４)
を包囲して、プラズマ磁界発生装置(６)が設けられる。
真空チャンバー(10)内の反応室には、ドラム状の基板ホ
ルダー(７)が図１の紙面に垂直な回転軸Ｏの回りに回転
自在に設置されると共に、該基板ホルダー(７)には図示
省略するモータが連繋している。
詳述する。装置構成 本発明に係る被膜形成装置においては、図１に示す如
く、真空チャンバー(10)の内部に、プラズマ発生室(４)
と、基板(11)が設置されるべき反応室とが形成され、プ
ラズマ発生室(４)には、導波管(２)を介してマイクロ波
発生装置(１)が接続されている。導波管(２)とプラズマ
発生室(４)の接続部にはマイクロ波導入窓(３)が設けら
れる。プラズマ発生室(４)には、プラズマ発生室(４)に
アルゴン(Ａｒ)等の放電ガスを導入するための放電ガス
導入管(５)が接続されている。又、プラズマ発生室(４)
を包囲して、プラズマ磁界発生装置(６)が設けられる。
真空チャンバー(10)内の反応室には、ドラム状の基板ホ
ルダー(７)が図１の紙面に垂直な回転軸Ｏの回りに回転
自在に設置されると共に、該基板ホルダー(７)には図示
省略するモータが連繋している。
【００２４】基板ホルダー(７)の外周面には、複数(本
実施例では２４個)の電極(８)が一定の間隔をおいて配
設されており、各電極(８)の表面に夫々、Ｎｉ基板(11)
が取り付けられる。又、基板ホルダー(７)には、その回
転に伴ってプラズマ発生室(４)側を向いた１つの電極
(８)に摺接すべきブラシ(17)が設けられ、真空チャンバ
ー(10)に対して固定されている。該ブラシ(17)には第１
高周波電源(９)が接続されている。従って、基板ホルダ
ー(７)が回転することによって、第１高周波電源(９)か
らのＲＦ電圧がブラシ(17)を介して電極(８)に印加され
ることになる。
実施例では２４個)の電極(８)が一定の間隔をおいて配
設されており、各電極(８)の表面に夫々、Ｎｉ基板(11)
が取り付けられる。又、基板ホルダー(７)には、その回
転に伴ってプラズマ発生室(４)側を向いた１つの電極
(８)に摺接すべきブラシ(17)が設けられ、真空チャンバ
ー(10)に対して固定されている。該ブラシ(17)には第１
高周波電源(９)が接続されている。従って、基板ホルダ
ー(７)が回転することによって、第１高周波電源(９)か
らのＲＦ電圧がブラシ(17)を介して電極(８)に印加され
ることになる。
【００２５】反応室には、メタン(ＣＨ4)等の反応ガス
を導入するための反応ガス導入管(16)が接続されてい
る。該反応ガス導入管(16)の先端部には、図２に示す様
に、Ｔ字状のガス放出部(16ａ)が形成されており、該ガ
ス放出部(16ａ)には、複数のガス放出孔(16ｂ)が、基板
ホルダー(７)の表面へ向けて下方４５°の向きに開設さ
れている。又、これらのガス放出孔(16ｂ)はガス放出部
(16ａ)の両末端に向かって間隔が徐々に狭まっており、
これによって、各ガス放出孔(16ｂ)からは均等に反応ガ
スが放出されることになる。
を導入するための反応ガス導入管(16)が接続されてい
る。該反応ガス導入管(16)の先端部には、図２に示す様
に、Ｔ字状のガス放出部(16ａ)が形成されており、該ガ
ス放出部(16ａ)には、複数のガス放出孔(16ｂ)が、基板
ホルダー(７)の表面へ向けて下方４５°の向きに開設さ
れている。又、これらのガス放出孔(16ｂ)はガス放出部
(16ａ)の両末端に向かって間隔が徐々に狭まっており、
これによって、各ガス放出孔(16ｂ)からは均等に反応ガ
スが放出されることになる。
【００２６】更に反応室には、基板ホルダー(７)の下方
位置に、基板ホルダー(７)の外周面へ向けてＳｉターゲ
ット(18)が設置されている。該ターゲット(18)には第２
高周波電源(19)が接続され、これによって、ターゲット
(18)にＲＦ電圧が印加される。
位置に、基板ホルダー(７)の外周面へ向けてＳｉターゲ
ット(18)が設置されている。該ターゲット(18)には第２
高周波電源(19)が接続され、これによって、ターゲット
(18)にＲＦ電圧が印加される。
【００２７】斯くして、上記のマイクロ波発生装置
(１)、導波管(２)、プラズマ発生室(４)、放電ガス導入
管(５)、プラズマ磁界発生装置(６)、反応ガス導入管(1
6)、基板ホルダー(７)、及び第１高周波電源(９)によっ
て、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置が構成されると共に、基
板ホルダー(７)、ターゲット(18)、放電ガス導入管
(５)、及び第２高周波電源(19)によって、高周波スパッ
タ装置が構成されることになる。以下、上記被膜形成装
置を用いて、Ｎｉ基板上に中間層を介して硬質炭素被膜
(ダイヤモンド状被膜)を形成する方法について、具体的
に説明する。
(１)、導波管(２)、プラズマ発生室(４)、放電ガス導入
管(５)、プラズマ磁界発生装置(６)、反応ガス導入管(1
6)、基板ホルダー(７)、及び第１高周波電源(９)によっ
て、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置が構成されると共に、基
板ホルダー(７)、ターゲット(18)、放電ガス導入管
(５)、及び第２高周波電源(19)によって、高周波スパッ
タ装置が構成されることになる。以下、上記被膜形成装
置を用いて、Ｎｉ基板上に中間層を介して硬質炭素被膜
(ダイヤモンド状被膜)を形成する方法について、具体的
に説明する。
【００２８】参考例 先ず、基板ホルダー(７)表面の各電極(８)上に、合計２
４枚のＮｉ基板(11)を取り付け、真空チャンバー(10)の
内部を１０-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気した後、基板ホル
ダー(７)を約１０ｒｐｍの速度で回転させる。次に、放
電ガス導入管(５)からＡｒガスを１．４×１０-3Ｔｏｒ
ｒで供給すると共に、Ｓｉターゲット(18)に対し第２高
周波電源(19)から１３．５６ＭＨｚのＲＦ電圧を印加す
る。このとき、印加電圧を調整して、ターゲット(18)に
発生する自己バイアスを−２００Ｖ、ターゲット(18)に
流れるイオン電流を１．９ｍＡ／ｃｍ2に設定した。
４枚のＮｉ基板(11)を取り付け、真空チャンバー(10)の
内部を１０-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気した後、基板ホル
ダー(７)を約１０ｒｐｍの速度で回転させる。次に、放
電ガス導入管(５)からＡｒガスを１．４×１０-3Ｔｏｒ
ｒで供給すると共に、Ｓｉターゲット(18)に対し第２高
周波電源(19)から１３．５６ＭＨｚのＲＦ電圧を印加す
る。このとき、印加電圧を調整して、ターゲット(18)に
発生する自己バイアスを−２００Ｖ、ターゲット(18)に
流れるイオン電流を１．９ｍＡ／ｃｍ2に設定した。
【００２９】以上の工程を約３分間行なって、Ｎｉ基板
表面にＳｉからなる中間層を膜厚１００オングストロー
ムに形成した。
表面にＳｉからなる中間層を膜厚１００オングストロー
ムに形成した。
【００３０】次に、第２高周波電源(19)によるＲＦ電圧
の印加を停止した後、放電ガス導入管(５)からＡｒガス
を５.７×１０-4Ｔｏｒｒで供給すると共に、マイクロ
波発生装置(１)から２.４５ＧＨｚ、１００Ｗのマイク
ロ波を供給して、プラズマ発生室(４)内に形成されたＡ
ｒプラズマを、基板(11)表面に放射する。これと同時
に、ブラシ(17)に対して、高周波電源(９)から１３.５
６ＭＨｚのＲＦ電圧を印加して、該ブラシ(17)が摺接す
る電極(８)上のＮｉ基板(11)に、−２０Ｖの自己バイア
スを発生させる。
の印加を停止した後、放電ガス導入管(５)からＡｒガス
を５.７×１０-4Ｔｏｒｒで供給すると共に、マイクロ
波発生装置(１)から２.４５ＧＨｚ、１００Ｗのマイク
ロ波を供給して、プラズマ発生室(４)内に形成されたＡ
ｒプラズマを、基板(11)表面に放射する。これと同時
に、ブラシ(17)に対して、高周波電源(９)から１３.５
６ＭＨｚのＲＦ電圧を印加して、該ブラシ(17)が摺接す
る電極(８)上のＮｉ基板(11)に、−２０Ｖの自己バイア
スを発生させる。
【００３１】又、これと同時に、反応ガス導入管(14)か
らは、ＣＨ4ガスを１.３×１０-3Ｔｏｒｒで供給する。
反応ガス導入管(14)から供給されたＣＨ4ガスは、プラ
ズマの作用により分解され、これによって生じた炭素
が、反応性の高いイオン又は中性の活性状態となって、
基板(11)の表面へ放射される。
らは、ＣＨ4ガスを１.３×１０-3Ｔｏｒｒで供給する。
反応ガス導入管(14)から供給されたＣＨ4ガスは、プラ
ズマの作用により分解され、これによって生じた炭素
が、反応性の高いイオン又は中性の活性状態となって、
基板(11)の表面へ放射される。
【００３２】以上の工程を約２５分間行ない、Ｎｉ基板
(11)の表面に、前記中間層を介して、膜厚２０００オン
グストロームのダイヤモンド状被膜を形成した。
(11)の表面に、前記中間層を介して、膜厚２０００オン
グストロームのダイヤモンド状被膜を形成した。
【００３３】この様に、基板(11)とダイヤモンド状被膜
の間に中間層を介在させることにより、基板とダイヤモ
ンド状被膜の間の熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩
和することが出来ると共に、基板とダイヤモンド状被膜
の間の密着性を高めることが出来る。
の間に中間層を介在させることにより、基板とダイヤモ
ンド状被膜の間の熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩
和することが出来ると共に、基板とダイヤモンド状被膜
の間の密着性を高めることが出来る。
【００３４】実施例 本実施例は、中間層として、ターゲットの原料原子Ｓｉ
と炭素Ｃの混合層を形成し、該中間層の表面にダイヤモ
ンド状被膜を形成するものである。ここで用いる被膜形
成装置は上記参考例と同様の構成である。
と炭素Ｃの混合層を形成し、該中間層の表面にダイヤモ
ンド状被膜を形成するものである。ここで用いる被膜形
成装置は上記参考例と同様の構成である。
【００３５】先ず、基板ホルダー(７)表面の各電極(８)
上に、合計２４枚のＮｉ基板(11)を取り付け、真空チャ
ンバー(10)の内部を１０-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気した
後、基板ホルダー(７)を約１０ｒｐｍの速度で回転させ
る。次に、放電ガス導入管(５)からＡｒガスを５.７×
１０-4Ｔｏｒｒで供給すると共に、マイクロ波発生装置
(１)から２.４５ＧＨｚ、１００Ｗのマイクロ波を供給
して、プラズマ発生室(４)内に形成されたＡｒプラズマ
を、Ｎｉ基板(11)の表面に放射する。これと同時に、ブ
ラシ(17)に対して、高周波電源(９)から１３.５６ＭＨ
ｚのＲＦ電圧を印加して、該ブラシ(17)が摺接する電極
(８)上のＮｉ基板(11)に、−２０Ｖの自己バイアスを発
生させる。
上に、合計２４枚のＮｉ基板(11)を取り付け、真空チャ
ンバー(10)の内部を１０-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気した
後、基板ホルダー(７)を約１０ｒｐｍの速度で回転させ
る。次に、放電ガス導入管(５)からＡｒガスを５.７×
１０-4Ｔｏｒｒで供給すると共に、マイクロ波発生装置
(１)から２.４５ＧＨｚ、１００Ｗのマイクロ波を供給
して、プラズマ発生室(４)内に形成されたＡｒプラズマ
を、Ｎｉ基板(11)の表面に放射する。これと同時に、ブ
ラシ(17)に対して、高周波電源(９)から１３.５６ＭＨ
ｚのＲＦ電圧を印加して、該ブラシ(17)が摺接する電極
(８)上のＮｉ基板(11)に、−２０Ｖの自己バイアスを発
生させる。
【００３６】又、これと同時に、反応ガス導入管(14)か
らは、ＣＨ4ガスを供給する。ここで、ＣＨ4ガスの供給
量は、図３に示す様に時間の経過と共に増加させ、５分
経過後に１００ｓｃｃｍ、即ち１.３×１０-3Ｔｏｒｒ
に設定する。
らは、ＣＨ4ガスを供給する。ここで、ＣＨ4ガスの供給
量は、図３に示す様に時間の経過と共に増加させ、５分
経過後に１００ｓｃｃｍ、即ち１.３×１０-3Ｔｏｒｒ
に設定する。
【００３７】本実施例では、上記のＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ装置による被膜形成処理と同時に、上記の高周波スパ
ッタ装置による中間層の形成を行なう。即ち、Ｓｉター
ゲット(18)に対し第２高周波電源(19)から１３.５６Ｍ
ＨｚのＲＦ電圧を印加し、該ＲＦ電圧を徐々に低下させ
ることで、図４に示す様に、ターゲット(18)に発生する
自己バイアスを−２００Ｖから徐々に上昇させ、５分経
過後には０Ｖとした。
Ｄ装置による被膜形成処理と同時に、上記の高周波スパ
ッタ装置による中間層の形成を行なう。即ち、Ｓｉター
ゲット(18)に対し第２高周波電源(19)から１３.５６Ｍ
ＨｚのＲＦ電圧を印加し、該ＲＦ電圧を徐々に低下させ
ることで、図４に示す様に、ターゲット(18)に発生する
自己バイアスを−２００Ｖから徐々に上昇させ、５分経
過後には０Ｖとした。
【００３８】以上の工程を５分間行なうことによって、
Ｎｉ基板表面には、ＳｉとＣの混合層からなる中間層が
膜厚１００オングストロームに形成される。該中間層に
おいては、図３及び図４に示す成膜制御の結果、基板側
から中間層表面に向かって、Ｃの含有量が徐々に増大す
ると共にＳｉの含有量が徐々に減少することになる。
Ｎｉ基板表面には、ＳｉとＣの混合層からなる中間層が
膜厚１００オングストロームに形成される。該中間層に
おいては、図３及び図４に示す成膜制御の結果、基板側
から中間層表面に向かって、Ｃの含有量が徐々に増大す
ると共にＳｉの含有量が徐々に減少することになる。
【００３９】その後、第２高周波電源(19)によるＲＦ電
圧の印加を停止し、反応ガス導入管(16)から供給される
ＣＨ4ガスの分圧を１.３×１０-3Ｔｏｒｒに維持して、
上記ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置による被膜形成処理のみ
を続行する。以上の工程を約２５分間行ない、Ｎｉ基板
(11)の表面に、前記中間層を介して、膜厚２０００オン
グストロームのダイヤモンド状被膜を形成した。
圧の印加を停止し、反応ガス導入管(16)から供給される
ＣＨ4ガスの分圧を１.３×１０-3Ｔｏｒｒに維持して、
上記ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置による被膜形成処理のみ
を続行する。以上の工程を約２５分間行ない、Ｎｉ基板
(11)の表面に、前記中間層を介して、膜厚２０００オン
グストロームのダイヤモンド状被膜を形成した。
【００４０】この様に、ＳｉとＣの混合層からなる中間
層において、ＳｉとＣの組成比を膜圧方向に変化させる
ことによって、基板とダイヤモンド状被膜の間の密着性
を更に高めることが出来る。
層において、ＳｉとＣの組成比を膜圧方向に変化させる
ことによって、基板とダイヤモンド状被膜の間の密着性
を更に高めることが出来る。
【００４１】本発明の効果を評価するべく、従来の中間
層の形成されていないダイヤモンド状被膜と、上記参考
例によるダイヤモンド状被膜と、上記実施例によるダイ
ヤモンド状被膜を夫々、５０サンプルずつ作製し、これ
らの被膜に、ビッカース圧子を用いた荷重試験（荷重＝
１Ｋｇ）を行なって、ダイヤモンド状被膜に剥離の生じ
たサンプル数を測定した。下記表１はその結果を表して
いる。
層の形成されていないダイヤモンド状被膜と、上記参考
例によるダイヤモンド状被膜と、上記実施例によるダイ
ヤモンド状被膜を夫々、５０サンプルずつ作製し、これ
らの被膜に、ビッカース圧子を用いた荷重試験（荷重＝
１Ｋｇ）を行なって、ダイヤモンド状被膜に剥離の生じ
たサンプル数を測定した。下記表１はその結果を表して
いる。
【００４２】
【表１】
【００４３】この結果から明らかな様に、中間層を設け
た参考例では、中間層を設けない比較例よりも剥離数が
減少しており、更に中間層の組成制御を行なった実施例
では、剥離が完全に防止されており、ダイヤモンド状被
膜の密着性を飛躍的に高めることができる。
た参考例では、中間層を設けない比較例よりも剥離数が
減少しており、更に中間層の組成制御を行なった実施例
では、剥離が完全に防止されており、ダイヤモンド状被
膜の密着性を飛躍的に高めることができる。
【００４４】又、図１の被膜形成装置においては、基板
ホルダー(７)の表面に、互いに絶縁された複数の電極
(８)が配置されており、これらの電極(８)に順次、ＲＦ
電圧を印加するので、電圧の印加されている電極(８)上
の基板(11)のみ温度が上昇し、それ以外の基板は放熱に
よって温度が低下する。従って、基板を低温に維持した
ままで成膜を行なうことが可能であり、基板の過熱によ
る変質や変形が防止される。
ホルダー(７)の表面に、互いに絶縁された複数の電極
(８)が配置されており、これらの電極(８)に順次、ＲＦ
電圧を印加するので、電圧の印加されている電極(８)上
の基板(11)のみ温度が上昇し、それ以外の基板は放熱に
よって温度が低下する。従って、基板を低温に維持した
ままで成膜を行なうことが可能であり、基板の過熱によ
る変質や変形が防止される。
【００４５】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。
【００４６】例えば、基板ホルダーはドラム状のみなら
ず、円板状であってもよく、この場合、円板状基板ホル
ダーの表面に複数の基板を円陣に配設する。そして、該
基板ホルダーの表面に対向させて、上記のプラズマＣＶ
Ｄ装置と高周波スパッタ装置を併設する。
ず、円板状であってもよく、この場合、円板状基板ホル
ダーの表面に複数の基板を円陣に配設する。そして、該
基板ホルダーの表面に対向させて、上記のプラズマＣＶ
Ｄ装置と高周波スパッタ装置を併設する。
【００４７】又、上記プラズマＣＶＤ装置は、ＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ装置に限らず、高周波プラズマＣＶＤ装
置、ＤＣプラズマＣＶＤ装置等、周知の種々のプラズマ
ＣＶＤ装置を採用出来る。
ラズマＣＶＤ装置に限らず、高周波プラズマＣＶＤ装
置、ＤＣプラズマＣＶＤ装置等、周知の種々のプラズマ
ＣＶＤ装置を採用出来る。
【００４８】更に、上記高周波スパッタ装置としては、
複数のターゲットを配置して、異なる元素からなる２層
以上の中間層を形成することや、複数の元素からなる単
一層の中間層を形成することが可能である。
複数のターゲットを配置して、異なる元素からなる２層
以上の中間層を形成することや、複数の元素からなる単
一層の中間層を形成することが可能である。
【図１】本発明に係る被膜形成装置を示す図である。
【図２】反応ガス導入管の先端部を示す平面図である。
【図３】実施例における成膜時間と反応ガスの流量の関
係を表わすグラフである。
係を表わすグラフである。
【図４】同上の成膜時間とバイアス電圧の関係を表わす
グラフである。
グラフである。
【図５】従来装置を示す図である。
【図６】基板上にダイヤモンド状被膜が形成されている
状態の断面図である。
状態の断面図である。
（１） マイクロ波発生装置 （２） 導波管 （３） マイクロ波導入窓 （４） プラズマ発生室 （５） 放電ガス導入管 （６） プラズマ磁界発生装置 （７） 基板ホルダー （８） 電極 （９） 第１高周波電源 （10） 真空チャンバー （11） 基板 （16） 反応ガス導入管 （17） ブラシ （18） ターゲット （19） 第２高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木山 精一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−140730（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−64468（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−133573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−11814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−117220（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−202667（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 C30B 29/04 G11B 5/187 H01L 21/205
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に中間層を介して硬質炭素被膜を
形成する装置であって、 真空チャンバーと、 真空チャンバー内にプラズマを導入するプラズマ導入手
段と、 真空チャンバー内に、炭素を含む反応ガスを導入するた
めの反応ガス導入手段と、 真空チャンバー内に、表面をプラズマ供給方向に対向さ
せて、回転自在に設けられた基板ホルダーと、 基板ホルダー上の基板に発生する自己バイアスが負とな
る様に、基板ホルダーに高周波電圧を印加する第１高周
波電源と、 真空チャンバー内に、基板ホルダーの表面に向けて配置
され、中間層の原料原子を含むターゲットと、 ターゲットに高周波電圧を印加するための第２高周波電
源とを具え、 基板ホルダーの表面には、互いに絶縁された複数の電極
が配置されると共に、基板ホルダーの回転に伴ってプラ
ズマ供給方向に対向した１つの電極に摺接すべきブラシ
が、一定の位置に取り付けられ、該ブラシは前記第１高
周波電源に接続されていること を特徴とする硬質炭素被
膜形成装置。 - 【請求項２】 基板ホルダーはドラム状に形成されてい
る請求項１に記載の硬質炭素被膜形成装置。 - 【請求項３】 基板ホルダーは円板状に形成されている
請求項１に記載の硬質炭素被膜形成装置。 - 【請求項４】 基板はＮｉ、ステンレス鋼、或いはセラ
ミックスであって、ターゲットは、中間層の原料原子と
してＳｉ、Ｒｕ、或いはＣを含んでいる請求項１乃至請
求項３の何れかに記載の硬質炭素被膜形成装置。 - 【請求項５】 プラズマ導入手段は、電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマＣＶＤ装置である請求項１乃至請求項４
の何れかに記載の硬質炭素被膜形成装置。 - 【請求項６】 基板上に中間層を介して硬質炭素被膜を
形成する方法であって 、真空チャンバー内に、複数の基
板が装着されるべき基板ホルダーを回転自在に配置する
と共に、該基板ホルダーの表面に向けて、中間層の主成
分の原料原子を含むターゲットを配置して、被膜形成装
置を構成し、被膜形成時には、真空チャンバー内に反応
ガスを供給すると共に、プラズマを導入し、基板ホルダ
ーを回転させつつ、ターゲットに高周波電圧を印加する
と同時に、基板ホルダーには高周波電圧を印加し、該被
膜形成過程において、反応ガスの流量を徐々に増加させ
ると同時に、ターゲットに印加すべき高周波電圧を低下
させて、基板の表面に、炭素の含有量が表面に向かって
徐々に増大すると共に、ターゲット原子の含有量が徐々
に減少する中間層を形成した後、ターゲットに対する高
周波電圧の印加を停止して、前記中間層の表面に硬質炭
素被膜を形成することを特徴とする被膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33623794A JP3172384B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 硬質炭素被膜形成装置及びこれを用いた被膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33623794A JP3172384B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 硬質炭素被膜形成装置及びこれを用いた被膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08175898A JPH08175898A (ja) | 1996-07-09 |
| JP3172384B2 true JP3172384B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=18297061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33623794A Expired - Fee Related JP3172384B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 硬質炭素被膜形成装置及びこれを用いた被膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3172384B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101153162B1 (ko) * | 2005-12-05 | 2012-06-18 | 주성엔지니어링(주) | 저압 플라즈마 발생장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4775573B2 (ja) * | 2006-08-22 | 2011-09-21 | Ｔｄｋ株式会社 | 耐磨耗性部材製造方法 |
-
1994
- 1994-12-22 JP JP33623794A patent/JP3172384B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101153162B1 (ko) * | 2005-12-05 | 2012-06-18 | 주성엔지니어링(주) | 저압 플라즈마 발생장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08175898A (ja) | 1996-07-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |