JP3246780B2 - Method and apparatus for forming hard carbon film - Google Patents

Method and apparatus for forming hard carbon film

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JP3246780B2 JP35316092A JP35316092A JP3246780B2 JP 3246780 B2 JP3246780 B2 JP 3246780B2 JP 35316092 A JP35316092 A JP 35316092A JP 35316092 A JP35316092 A JP 35316092A JP 3246780 B2 JP3246780 B2 JP 3246780B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素系ガスを含有
する雰囲気中におけるプラズマ化学蒸着法(以下プラズ
マCVDと略記)による硬質カ−ボン膜の形成方法およ
び形成装置に関し、さらに詳しくは膜品質および生産性
に優れた硬質カ−ボン膜の形成方法および形成装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming a hard carbon film by plasma chemical vapor deposition (hereinafter abbreviated as plasma CVD) in an atmosphere containing a hydrocarbon gas. The present invention relates to a method and an apparatus for forming a hard carbon film having excellent quality and productivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】硬質カ−ボン膜は1970年代後半から
英国で研究され始めたi−カ−ボンと俗称される超硬質
炭素膜であり、炭素原子の結合状態に長周期の結晶性が
見られず、アモルファスシリコンと類似の結合状態を有
するものと考えられている。また、その物性にはダイヤ
モンドのそれと類似点が多く、その特性(高硬度、耐摩
耗性、潤滑性、絶縁性、耐薬品性)から工具をはじめと
して各種機械、電子部品への保護コ−ティング、あるい
は機能性デバイスへの応用が期待されている。この膜の
形成方法としては炭化水素系ガスをプラズマ分解する気
相合成法が主なものでありRF(高周波)方式とDC
(直流)方式に大別される。
2. Description of the Related Art A hard carbon film is an ultra-hard carbon film commonly called i-carbon, which has been studied in the UK since the late 1970's. However, it is considered to have a bonding state similar to that of amorphous silicon. In addition, its physical properties are similar to those of diamond, and its properties (high hardness, wear resistance, lubricity, insulation, chemical resistance) protect it from tools and other machines and electronic parts. Or, application to functional devices is expected. The main method of forming this film is a gas phase synthesis method in which a hydrocarbon-based gas is plasma-decomposed.
(DC) method.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来方
式にはいずれも一長一短があり、真に生産性のある方法
および装置は未だ実現できていないという課題があっ
た。すなわち、RF方式においては基材にRFパワ−を
印加し、そこに生じるセルフバイアス電圧を利用して炭
化水素系イオンを引っ張り、基材に衝突させることによ
り硬質カ−ボン膜を形成しているため、基材面積が増加
すると一定のセルフバイアス電圧を得るためには非常に
大きなRFパワ−が必要となる。また、基材にRFパワ
−を印加することから基材形状、基材間距離、処理真空
度などの因子が複雑に絡み合った結果として部分的なア
−ク放電が発生し易くなるため、この対策としてある程
度の基材間距離が必要となり、1バッチあたりの処理個
数の低下を招いていた。更に、高RFパワ−の投入はア
−ク放電の発生原因にもつながるため、生産システムと
してのRF方式には自ずと限界があり、これを解決する
ようなシステムは未だ提案されていない。同様に、DC
方式においてもイオン発生室で作られた炭化水素系イオ
ンをマイナスのDC電圧を印加した基材に衝突させて硬
質カ−ボン膜を形成しているため、炭化水素系イオンの
動きに指向性があり、このため基材上に三次元的に成膜
するためには基材を回転させることが必要となる。さら
に、イオン発生室で作られた炭化水素系イオンは基材ま
でのプラズマ中を移動する間に気相反応によりパ−ティ
クルを形成しやすく、これらが基材に付着することによ
り表面粗度および電気的特性などの大幅な膜品質の低下
が起こるなど、まだまだ問題の多いのが現状である。
However, each of the conventional methods has advantages and disadvantages, and there has been a problem that a truly productive method and apparatus have not been realized yet. That is, in the RF system, a hard carbon film is formed by applying RF power to a base material, pulling hydrocarbon-based ions using a self-bias voltage generated there, and colliding with the base material. Therefore, when the substrate area increases, a very large RF power is required to obtain a constant self-bias voltage. Further, since RF power is applied to the base material, factors such as the base material shape, the distance between the base materials, and the degree of processing vacuum are complicatedly entangled with each other, so that a partial arc discharge easily occurs. As a countermeasure, a certain distance between the base materials is required, and the number of processed pieces per batch is reduced. Further, since the introduction of high RF power leads to the cause of arc discharge, the RF system as a production system is naturally limited, and a system for solving this problem has not yet been proposed. Similarly, DC
In this method, too, hydrocarbon ions formed in the ion generation chamber are made to collide with the substrate to which a negative DC voltage is applied to form a hard carbon film. For this reason, it is necessary to rotate the substrate in order to form a three-dimensional film on the substrate. Further, the hydrocarbon ions formed in the ion generating chamber are apt to form particles by a gas phase reaction while moving in the plasma to the base material. At present, there are still many problems such as a significant decrease in film quality such as electrical characteristics.

【0004】この課題を解決するため、本発明の目的
は、膜品質および生産性に優れた硬質カ−ボン膜の形成
方法を提案することおよび形成装置を提供することにあ
る。
[0004] In order to solve this problem, an object of the present invention is to propose a method for forming a hard carbon film excellent in film quality and productivity and to provide a forming apparatus.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、まず真空槽中にプラズマを発生させるた
めの初期プラズマ発生手段と、基材周辺で導入炭化水素
系ガスの分解を促進し基材に衝突させて硬質カ−ボン膜
を形成するための基材周辺でのプラズマ形成手段とから
構成される。
In order to achieve the above object, the present invention provides an initial plasma generating means for generating plasma in a vacuum chamber and a method for decomposing a hydrocarbon gas introduced around a substrate. And a plasma forming means around the substrate for forming a hard carbon film by accelerating and colliding with the substrate.

【0006】[0006]

【作用】気相合成法により硬質カ−ボン膜を形成するた
めにはプラズマの形成が必須であり、このために初期プ
ラズマ発生手段により真空槽中にまずプラズマを発生さ
せるが、ここで必要なのはプラズマを発生させることで
あり炭化水素系ガスの分解を促進させることではないた
め投入パワ−は小さいほうが良い。こうすることにより
従来DC方式のイオン発生室におけるような高プラズマ
密度中でのパ−ティクル形成などの気相反応が極力抑え
られる。初期プラズマ発生法としては、フィラメントを
加熱することにより放出される電子をガス分子に衝突さ
せる熱電子放電法、高周波印加によりガスイオンをトラ
ップする高周波放電法などが利用できる。真空槽中に初
期プラズマが発生した状態で基材にマイナスのDCバイ
アス電圧を印加することにより基材周辺には容易に印加
電圧に応じた密度・エネルギ−を有したプラズマが形成
される。通常このプラズマは先の初期プラズマ発生手段
により形成されたプラズマよりも密度が高くなるように
設定される。ここでは炭化水素系ガスが分解されイオン
種が生成されるが基材近傍のため速やかに基材に加速・
衝突して硬質カ−ボン膜が効率よく形成される。さらに
基材周辺を三次元的にプラズマがおおっているため成膜
指向性もなく、非常に優れた付き回り性を示す。この結
果、膜品質低下の無い生産性に優れた硬質カ−ボン膜が
得られる。
In order to form a hard carbon film by a gas phase synthesis method, it is necessary to form a plasma. For this purpose, plasma is first generated in a vacuum chamber by an initial plasma generating means. The smaller the input power, the better, because it is to generate plasma and not to promote the decomposition of hydrocarbon gas. By doing so, a gas phase reaction such as particle formation in a high plasma density as in a conventional DC type ion generation chamber can be suppressed as much as possible. As the initial plasma generation method, a thermionic discharge method in which electrons emitted by heating the filament collides with gas molecules, a high-frequency discharge method in which gas ions are trapped by applying a high frequency, and the like can be used. By applying a negative DC bias voltage to the substrate while the initial plasma is generated in the vacuum chamber, a plasma having a density and energy corresponding to the applied voltage is easily formed around the substrate. Usually, this plasma is set to have a higher density than the plasma formed by the initial plasma generating means. Here, the hydrocarbon-based gas is decomposed and ionic species are generated.
The collision causes a hard carbon film to be formed efficiently. Furthermore, since the plasma is three-dimensionally covered around the base material, there is no film-forming directivity and very excellent throwing power is exhibited. As a result, a hard carbon film excellent in productivity without deterioration of film quality can be obtained.

【0007】[0007]

【実施例1】以下、本発明による一実施例を図面を基に
説明する。図1は本発明による硬質カ−ボン膜形成方法
および形成装置を説明するための断面模式図である。真
空槽1中には初期プラズマを発生させるためにトリガ−
電極としてのコイル状電極2が配されており、真空槽外
部でマッチングボックスを介して高周波電源に接続され
ている。一方、基材3はカソ−ド電極4上に置かれ、電
極は外部でDC電源と接続されマイナスのバイアス電圧
が印加されるようになっている。さらに外部よりガス導
入口5を経て炭化水素系ガスが導入できる構造となって
いる。
Embodiment 1 An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating a method and an apparatus for forming a hard carbon film according to the present invention. Trigger for generating initial plasma in vacuum chamber 1
A coil-shaped electrode 2 as an electrode is provided, and is connected to a high-frequency power supply via a matching box outside the vacuum chamber. On the other hand, the substrate 3 is placed on a cathode electrode 4, and the electrode is externally connected to a DC power supply so that a negative bias voltage is applied. Further, the structure is such that hydrocarbon-based gas can be introduced from outside through the gas inlet 5.

【0008】本実施例においては、まず、真空槽1を排
気後、ガス圧が5×10- 3 Torrになるようにガス
導入口5よりベンゼンガスを導入した。その後、コイル
状電極2に高周波電力100Wを投入することにより真
空槽中にプラズマを形成した。この時、真空槽内部の負
荷インピ−ダンスが最小となるようにマッチングボック
スでインピ−ダンスマッチングをとることにより高周波
電力は効率よくコイル状電極2に伝送されプラズマ発生
に寄与する。この操作は広い真空度範囲で有効である。
次いで、カソ−ド電極4に−3KVを印加することによ
りカソ−ド電極4および基材3周囲に初期プラズマより
も密度の高いプラズマを形成した。この時基材3材料と
してはステンレスを用いた。この条件下では、ベンゼン
ガスはカソ−ド電極4および基材3周囲のプラズマ中で
分解され、その結果生成されたイオンがエネルギ−を持
って衝突することにより、基材3上には三次元的に硬質
カ−ボン膜が堆積した。
In this embodiment, first, after evacuating the vacuum chamber 1, benzene gas was introduced from the gas inlet 5 so that the gas pressure became 5 × 10 −3 Torr. Thereafter, high-frequency power of 100 W was applied to the coiled electrode 2 to form plasma in the vacuum chamber. At this time, high-frequency power is efficiently transmitted to the coil-shaped electrode 2 and contributes to plasma generation by performing impedance matching in the matching box so as to minimize the load impedance inside the vacuum chamber. This operation is effective in a wide vacuum range.
Next, by applying -3 KV to the cathode electrode 4, a plasma having a higher density than the initial plasma was formed around the cathode electrode 4 and the base material 3. At this time, stainless steel was used as the material of the substrate 3. Under this condition, the benzene gas is decomposed in the plasma around the cathode electrode 4 and the substrate 3, and the ions generated as a result collide with energy, so that three-dimensional A hard carbon film was deposited.

【0009】以上の条件で得られた硬質カ−ボン膜のビ
ッカ−ス硬度は3000(kg/mm2 )以上であり、
X線回折、RHEED、ラマン分光スペクトルおよびフ
−リエ変換赤外吸収分光法(FT−IR)などの分析結
果より、アモルファス構造を有し膜中に水素を含有して
いることが判った。
The Vickers hardness of the hard carbon film obtained under the above conditions is 3000 (kg / mm 2 ) or more.
Analysis results such as X-ray diffraction, RHEED, Raman spectroscopy and Fourier transform infrared absorption spectroscopy (FT-IR) showed that the film had an amorphous structure and contained hydrogen in the film.

【0010】本発明の実施例の効果を確認するための比
較試料として、本実施例で用いたものと同一ステンレス
基材の上に、従来RF方式、DC方式による硬質カ−ボ
ン膜を作成し、膜品質および生産性について比較評価し
た。図3は従来RF方式を示す装置の断面模式図であ
る。本実施例と同様に真空槽21、ガス導入口25、カ
ソ−ド電極24、基材23が配されているが、この場合
にはカソ−ド電極24を介して基材23に高周波電力が
投入されている。図4は従来DC方式を示す装置の断面
模式図である。真空槽31中にはカソ−ド電極34、基
材33、ガス導入口35が配されている。イオン発生室
にはフィラメント電極36とアノ−ド電極37があり、
この部分で形成されたイオンは指向性を持って基材33
に照射する構造となっているため通常基材は回転するよ
うになっている。さらに、従来DC方式においてはイオ
ンの指向性のためにフィラメント電極と基材は相対する
ように配置されている。
As a comparative sample for confirming the effect of the embodiment of the present invention, a hard carbon film was formed on the same stainless steel substrate as used in the present embodiment by the conventional RF method or DC method. , Film quality and productivity. FIG. 3 is a schematic sectional view of an apparatus showing a conventional RF system. As in the present embodiment, a vacuum chamber 21, a gas inlet 25, a cathode electrode 24, and a base material 23 are provided. In this case, high-frequency power is applied to the base material 23 via the cathode electrode 24. Has been turned on. FIG. 4 is a schematic sectional view of an apparatus showing a conventional DC system. A cathode electrode 34, a substrate 33, and a gas inlet 35 are arranged in the vacuum chamber 31. The ion generating chamber has a filament electrode 36 and an anode electrode 37,
The ions formed in this portion are directed to the substrate 33 with directivity.
The substrate is usually rotated because of the structure for irradiating the substrate. Further, in the conventional DC system, the filament electrode and the base material are arranged to face each other for directivity of ions.

【0011】ここでの膜品質の評価はステンレス基材上
に形成された硬質カ−ボン膜の表面上のφ100μm以
上のパ−ティクル数で評価した。生産性については同一
空間での処理数量の見積を行った。従来DC方式ではイ
オンの指向性のために基材はフィラメント電極と相対し
かつ回転が必要であること、また従来RF方式では投入
電力の限界およびア−ク放電対策の必要から生ずる基材
配置上の制限などによる処理数量の低下を考慮した。そ
の結果を表1に示すが、本実施例においては膜品質、生
産性共が両立していることが判る。
Here, the evaluation of the film quality was made based on the number of particles of φ100 μm or more on the surface of the hard carbon film formed on the stainless steel substrate. For productivity, we estimated the quantity of processing in the same space. In the conventional DC method, the substrate is required to rotate relative to the filament electrode due to the directivity of ions. In the conventional RF method, there is a limitation on the input power and the arrangement of the substrate caused by the need for measures against arc discharge. Consideration has been given to the reduction in processing volume due to restrictions on the amount of processing. The results are shown in Table 1, and it can be seen that in this example, both film quality and productivity are compatible.

【0012】[0012]

【表1】 [Table 1]

【0013】[0013]

【実施例2】真空槽11中には初期プラズマを発生させ
るためにトリガ−電極としてフィラメント電極12が配
されており、真空槽外部で交流電源と接続されており、
実施例1と同様にカソ−ド電極14、基材13、ガス導
入口15が配されている。本実施例においては実施例1
と同様にしてベンゼンガスを導入後フィラメント電極1
2に10A流すことにより熱電子を発生させて真空槽中
のベンゼンガスに衝突させることにより弱い初期プラズ
マを発生させた。次いでカソ−ド電極14にマイナス3
KVの電圧を印加することによりカソ−ド電極14およ
び基材13の周囲に初期プラズマよりも密度の高いプラ
ズマを形成した後フィラメント電極12への電圧印加を
停止した。この様な手続きを経ることにより基材13周
辺に形成されたプラズマは、これ以降は基材に印加され
たDCバイアス電圧だけで維持され成膜プロセスが進行
していることになるが、ガス圧およびバイアス電圧値の
設定などにより十分安定に成膜プロセスが遂行できた。
なお、DCバイアス電圧値はその値から得られる硬質カ
−ボン膜特性との相関から予め決定される。
Embodiment 2 A filament electrode 12 is provided as a trigger electrode for generating an initial plasma in a vacuum chamber 11, and is connected to an AC power supply outside the vacuum chamber.
As in the first embodiment, a cathode electrode 14, a substrate 13, and a gas inlet 15 are provided. In this embodiment, the first embodiment
After introducing benzene gas in the same manner as in
The flow of 10 A through the cell 2 generated thermoelectrons, which collided with benzene gas in the vacuum chamber to generate weak initial plasma. Next, minus 3 is applied to the cathode electrode 14.
A voltage higher than the initial plasma was formed around the cathode electrode 14 and the base material 13 by applying a voltage of KV, and then the voltage application to the filament electrode 12 was stopped. Through such a procedure, the plasma formed around the base material 13 is maintained only by the DC bias voltage applied to the base material thereafter, and the film formation process is proceeding. The film formation process was performed sufficiently stably by setting the bias voltage value and the like.
The DC bias voltage value is determined in advance from the correlation with the hard carbon film characteristics obtained from the value.

【0014】本実施例により得られた膜を実施例1と同
様の評価基準で評価した。この際、実施例1における従
来DC方式の膜を比較試料とした。この結果、パ−ティ
クル数はほぼ0となり、従来方法に比して大幅な膜品質
の改善が認められた。パ−ティクルの発生メカニズムに
ついてはいまだ不明な点が多いが、従来DC方式に見ら
れるような過度の電子放出による必要以上に高いプラズ
マ密度領域の形成はイオン、ラディカル、電子などの相
互作用の結果としての気相反応を促進し、その結果とし
てパ−ティクルの発生が増え膜品質の低下を招くものと
思われ、このことから成膜領域以外ではむしろプラズマ
密度をある設定値以下に抑える工夫が必要と思われる。
しかしながら、パ−ティクルの発生しない条件範囲での
成膜レ−トアップのために従来DC方式で用いられてい
るようなアノ−ド電極の導入は可能である。さらに従来
DC方式と比較して、本実施例によればイオン指向性が
無いことからフィラメント電極と基材が必ずしも相対す
る必要もないため真空槽内部の基材配置自由度およびフ
ィラメント電極配置自由度が増え基材処理数量について
も実施例1と同様の効果が確認された。
The film obtained in this example was evaluated according to the same evaluation criteria as in Example 1. At this time, the conventional DC type film in Example 1 was used as a comparative sample. As a result, the number of particles was almost 0, and a significant improvement in film quality was recognized as compared with the conventional method. Although there are still many unclear points about the particle generation mechanism, the formation of an unnecessarily high plasma density region due to excessive electron emission as in the conventional DC method is a result of the interaction of ions, radicals, electrons, and the like. It is considered that the gas phase reaction is promoted as a result, and as a result, the generation of particles is increased and the film quality is deteriorated. Therefore, a device for suppressing the plasma density to a certain set value or less outside the film formation region is considered. Seems necessary.
However, it is possible to introduce an anode electrode which is conventionally used in the DC method in order to increase the film formation rate in a condition where particles do not occur. Furthermore, compared to the conventional DC method, according to the present embodiment, since there is no ion directivity, the filament electrode and the substrate do not necessarily have to be opposed to each other. And the same effect as in Example 1 was confirmed for the number of processed base materials.

【0015】本実施例においてはステンレス基材上に直
接硬質カ−ボン膜を形成したが、中間層導入により密着
強度をより上げる場合にも全く同様にして適用可能であ
る。また、炭化水素系ガスとしてベンゼンを使用した
が、他のメタン、エタンなどの炭化水素系ガス、炭化フ
ッソ系ガスあるいはそれらの混合ガスでも良い。また、
処理真空度、DCバイアス電圧などの処理条件について
も本実施例に限定することなく可変であるが、DCバイ
アス電圧については硬質カ−ボン膜特性との相関から−
1KV〜−7KVの範囲が望ましい。さらに、初期プラ
ズマ発生手段としての熱電子励起方式としてフィラメン
ト加熱を用いたが、ホロ−カソ−ド法などの他の手段で
も良い。基材としてはステンレスを用いたが、SK材な
ど任意の材料が適用可能であり、具体的な応用例として
は時計部品、織機部品、編機部品などの外観品質および
表面粗度が重要視される分野に対して特に有効である。
In this embodiment, the hard carbon film is formed directly on the stainless steel substrate. However, the present invention can be applied to the case where the adhesion strength is further increased by introducing an intermediate layer. In addition, benzene was used as the hydrocarbon-based gas, but other hydrocarbon-based gases such as methane and ethane, fluorocarbon-based gases, or a mixed gas thereof may be used. Also,
The processing conditions such as the degree of processing vacuum and the DC bias voltage are also variable without being limited to the present embodiment, but the DC bias voltage is determined from the correlation with the characteristics of the hard carbon film.
A range of 1 KV to -7 KV is desirable. Further, although filament heating is used as a thermionic excitation method as an initial plasma generation means, other means such as a hollow cathode method may be used. Although stainless steel was used as the base material, any material such as SK material can be applied. As specific application examples, appearance quality and surface roughness of watch parts, loom parts, knitting parts, etc. are regarded as important. This is particularly effective for certain fields.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
硬質カ−ボン膜の形成方法および形成装置によれば、硬
質カ−ボン膜の持つ耐摩耗性、低摩擦係数などの優れた
特徴を活かすのに十分な膜品質が、従来にない生産性の
ある形で実現できる。
As is apparent from the above description, according to the method and apparatus for forming a hard carbon film of the present invention, the hard carbon film has excellent wear resistance and low coefficient of friction. Film quality sufficient to take advantage of the features can be realized in an unprecedented productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例におけるプラズマCVD装置
の模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例におけるプラズマCVD装
置の模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a plasma CVD apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図3】従来のRF方式におけるプラズマCVD装置の
模式断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional plasma CVD apparatus in an RF system.

【図4】従来のDC方式におけるプラズマCVD装置の
模式断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a conventional DC type plasma CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空槽 2 コイル状電極 3 基材 4 カソード電極 5 ガス導入口 11 真空槽 12 フィラメント電極 13 基材 14 カソード電極 15 ガス導入口 21 真空槽 23 基材 24 カソード電極 25 ガス導入口 31 真空槽 33 基材 34 カソード電極 35 ガス導入口 36 フィラメント電極 37 アノード電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum tank 2 Coiled electrode 3 Base material 4 Cathode electrode 5 Gas inlet 11 Vacuum tank 12 Filament electrode 13 Base material 14 Cathode electrode 15 Gas inlet 21 Vacuum tank 23 Base material 24 Cathode electrode 25 Gas inlet 31 Vacuum tank 33 Base material 34 Cathode electrode 35 Gas inlet 36 Filament electrode 37 Anode electrode

───────────────────────────────────────────────────── 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 C01B 31/02 C23C 14/00 - 14/58 C30B 29/04 H01L 21/205 H05H 1/46 B01J 19/08 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 16/00-16/56 C01B 31/02 C23C 14/00-14/58 C30B 29/04 H01L 21 / 205 H05H 1/46 B01J 19/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基材に直流電圧を印加するためのカソ−
ド電極と、このカソ−ド電極とは独立して駆動できるよ
うに構成されているトリガ−電極とが真空槽中に配置さ
れているプラズマCVD装置を用い、真空槽に炭化水素
系ガスを導入したのちトリガ−電極に電圧を印加して真
空槽中に初期プラズマを発生させ、次いでカソ−ド電極
にマイナスの直流バイアス電圧を印加して基材周辺に前
記初期プラズマよりも密度の高いプラズマを形成し、こ
のプラズマ中で炭化水素系ガスの分解を促進して基材の
表面に硬質カ−ボン膜を形成することを特徴とする硬質
カ−ボン膜の形成方法。
A cathode for applying a DC voltage to a substrate.
A hydrocarbon-based gas is introduced into a vacuum chamber using a plasma CVD apparatus in which a cathode electrode and a trigger electrode configured to be driven independently of the cathode electrode are arranged in a vacuum chamber. After that, a voltage is applied to the trigger electrode to generate an initial plasma in the vacuum chamber, and then a negative DC bias voltage is applied to the cathode electrode to generate a plasma having a higher density than the initial plasma around the substrate. Forming a hard carbon film on the surface of the substrate by accelerating the decomposition of the hydrocarbon-based gas in the plasma.
【請求項2】 基材周辺に初期プラズマよりも密度の高
いプラズマを形成した後にトリガ−電極への電圧印加を
停止することを特徴とする請求項1に記載の硬質カ−ボ
ン膜の形成方法。
2. The method for forming a hard carbon film according to claim 1, wherein the application of the voltage to the trigger electrode is stopped after forming a plasma having a density higher than the initial plasma around the substrate. .
【請求項3】 真空槽にガスを導入する手段と、基材に
直流電圧を印加し得るカソ−ド電極と、初期プラズマを
発生させるためにカソ−ド電極とは独立して駆動できる
ように構成されているトリガ−電極とを備えていること
を特徴とする硬質カ−ボン膜の形成装置。
3. A means for introducing a gas into a vacuum chamber, a cathode electrode capable of applying a DC voltage to a substrate, and a cathode electrode for generating an initial plasma, which can be driven independently. An apparatus for forming a hard carbon film, comprising: a trigger electrode configured as described above.
【請求項4】 初期プラズマ発生手段が、高周波電源と
コイル状電極と両者間のパワ−伝達を最大とするための
マッチングボックスからなり、真空槽内部の負荷インピ
−ダンスを最小とするようにインピ−ダンスマッチング
できるように構成されている高周波励起方式のプラズマ
発生手段であることを特徴とする請求項3に記載の硬質
カ−ボン膜の形成装置。
4. An initial plasma generating means comprises a high-frequency power source, a coiled electrode, and a matching box for maximizing power transmission between the two, and an impedance for minimizing a load impedance inside the vacuum chamber. 4. The apparatus for forming a hard carbon film according to claim 3, wherein the apparatus is a high-frequency excitation type plasma generating means configured to be capable of dance matching.
【請求項5】 初期プラズマ発生手段が、交流電源とフ
ィラメント電極からなり、フィラメント電極を加熱する
ことにより気相中へ電子を放出するように構成されてい
る熱電子励起方式のプラズマ発生手段であることを特徴
とする請求項3に記載の硬質カ−ボン膜の形成装置。
5. An initial plasma generating means comprising an AC power supply and a filament electrode, and configured to emit electrons into a gas phase by heating the filament electrode. 4. The apparatus for forming a hard carbon film according to claim 3, wherein:
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