JP3378758B2 - 非晶質炭素系被膜の形成方法 - Google Patents

非晶質炭素系被膜の形成方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンド状薄
膜などの非晶質炭素系被膜の形成方法に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】ダイヤモンド状薄膜に代表される非晶質
炭素系被膜は、高い硬度及び強度を有し、優れた絶縁性
及び化学的安定性を有しているため、コーティング材料
等として大きな期待を集めている。このようなダイヤモ
ンド状薄膜等の非晶質系炭素被膜は、一般にプラズマC
VD法やスパッタリング法などにより形成されており、
特開平2−133573号公報には、電子サイクロトロ
ン共鳴(ECR)プラズマCVD法により、ダイヤモン
ド状薄膜を形成する方法が開示されている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】上述のように、非晶質
炭素系被膜は、コーティング材料としての利用が検討さ
れているが、コーティング材料としては、一般に表面が
平滑であることが望まれる。しかしながら、従来の非晶
質炭素系被膜の形成方法においては、このような表面の
平滑性に着目した検討は十分になされていない。 【0004】本発明の目的は、表面平滑性に優れた非晶
質炭素系被膜を形成する方法を提供することにある。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は、基板上にEC
プラズマCVD法により非晶質炭素系被膜を形成する
方法であり、ECRプラズマCVD法による被膜形成中
に、基板の表面をイオン照射することによって表面平滑
性に優れた非晶質炭素系被膜を形成することを特徴とし
ている。 【0006】本発明によれば、ECRプラズマCVD法
による被膜形成中にイオン照射処理を行うことにより、
基板表面の凹凸や、基板表面上で被膜が成長するきっか
けとなる塵や微小な傷等を除去し、基板表面上に均一に
非晶質炭素系被膜を成長させることができる。さらに被
膜の成長表面の凹凸や不均一性を除くことができ、均一
に被膜を成長させることができる。 【0007】ECRプラズマCVD法による被膜形成中
に行う表面平滑性に優れた非晶質炭素系被膜を形成する
方法としては、不活性ガスのイオン照射を挙げることが
できる。イオン照射においては、Arガスなどの不活性
ガスのイオンをイオンガンなどによって照射する。イオ
ン照射の条件としては、特に限定されるものではない
が、一般には、イオン電流密度0.01〜5mA/cm
2、加速電圧20〜10000eV、不活性ガス分圧1
×10-6〜1×10-1Torrが挙げられる。 【0008】ECRプラズマCVD法による被膜形成中
にイオン照射を行う場合は、少なくとも被膜形成開始か
ら被膜形成工程の期間の1/10までの間イオン照射を
行うことが好ましい。 【0009】 【0010】本発明に従えば、ECRプラズマCVD法
による被膜形成中にイオン照射を行うことにより、表面
粗さhrmsが膜厚の1/5以下である非晶質炭素系被膜
を形成することができる。また、イオン照射の条件によ
っては、表面粗さhrmsが膜厚の1/10以下である非
晶質炭素系被膜を形成することができる。表面粗さh
rmsは、触針法による表面粗さの測定で求められる数値
であり、平均表面からの平均自乗平方根偏差である。 【0011】 【発明の実施の形態】図1は、本発明に従う一実施例に
おいて用いる非晶質炭素系被膜の薄膜形成装置を示す概
略断面図である。この装置は、非晶質炭素系被膜として
ダイヤモンド状薄膜をECRプラズマCVD法により形
成するための装置であり、表面平滑性に優れた非晶質炭
素系被膜を形成するためにイオン照射を行う装置であ
る。 【0012】図1を参照して、真空チャンバ7の上方に
は、プラズマ発生室4が設けられており、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が設けられている。またプラズ
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。プラズマ発生室4の周囲には、プラズマ磁
界発生装置6が設けられている。 【0013】真空チャンバ7内の反応室には、基板ホル
ダ9が設置されており、また真空チャンバ7内に反応ガ
スを導入するための反応ガス導入管11が接続されてい
る。基板ホルダ9の上には、基板8が保持されており、
基板ホルダ9には高周波電源10が接続されている。ま
た、基板8に向かってArイオンを照射するためのイオ
ンガン12が真空チャンバ7に設置されている。 【0014】以下、図1に示す装置を用いて非晶質炭素
系被膜としてダイヤモンド状薄膜を形成する具体的な
例について説明する。 【0015】参考例1 まず、真空チャンバ7内を、10-5〜10-7Torrに
排気する。次に、イオンガン12を動作させ、基板8に
向けてArイオンを一定時間照射する。照射条件は、イ
オン電流密度0.3mA/cm2、加速電圧400e
V、Arガス分圧3×10-5Torrとする。本実施例
では、イオン照射時間を、5分間、10分間、20分
間、及び30分間と変化させた。 【0016】次に、イオンガンを停止させ、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、
200Wのマイクロ波を供給して、プラズマ発生室4内
にArプラズマを発生させ、このArプラズマを基板8
の表面に放射する。反応ガス導入管11からは、CH4
ガスを1.0×10-3Torrで供給する。反応ガス導
入管11から供給されたCH4ガスは、Arプラズマに
よって分解され、これによって生じた成膜種が、反応性
の高いイオンまたは中性の活性状態となって、基板8の
表面に放射され、ダイヤモンド状薄膜が形成される。ま
た、この際、基板8に発生する自己バイアスが−50V
となるように、高周波電源10から周波数13.56M
Hzの高周波電力を投入する。 【0017】以上のようにして、基板8の上にダイヤモ
ンド状薄膜である非晶質炭素系被膜を形成した。なお、
非晶質炭素系被膜の膜厚は、100Å、500Å、及び
1000Åとなるように形成した。 【0018】また、比較として、イオン照射を行わず
に、基板8上に非晶質炭素系被膜をそれぞれの膜厚とな
るように形成した。 【0019】以上のようにして得られた非晶質炭素系被
膜について、表面粗さを測定した。表面粗さは、半径が
約2.5μmの球面状の先端部をもつ触針を用いた触針
法(荷重:30mg、触針移動速度:25秒/mm)に
より測定し、表面粗さはhrms(平均自乗平方根偏差)
として表した。 【0020】図2は、それぞれの膜厚の非晶質炭素系被
膜の表面粗さを示す図である。図2から明らかなよう
に、ECRプラズマCVD法による被膜形成前にイオン
照射を行うことにより、形成される非晶質炭素系被膜の
表面粗さが著しく低減されることがわかる。また、イオ
ン照射を10分間以上行っても、得られる非晶質炭素系
被膜の表面粗さはほぼ一定になることがわかる。 【0021】次に、得られた非晶質炭素系被膜のうちイ
オン照射を10分間行ったものについて動摩擦係数を測
定した。動摩擦係数は、荷重20g、直径10mmのア
ルミナボールで測定した。また、比較としてECRプラ
ズマCVD法による被膜形成前にイオン照射を行ってい
ない非晶質炭素系被膜についても動摩擦係数を測定し
た。測定結果を表1に示す。なお、表1において「イオ
ン照射あり」は本参考例のものであり、「イオン照射な
し」は比較例のものである。 【0022】 【表1】 【0023】表1から明らかなように、本参考例に従
い、ECRプラズマCVD法による被膜形成前にイオン
照射した非晶質炭素系被膜は、いずれの膜厚において
も、低い摩擦係数を示すことがわかる。 【0024】実施例1 本実施例では、イオン照射をECRプラズマCVD法に
よる被膜形成中において行った。 【0025】まず、真空チャンバ7の内部を10-5〜1
-7Torrに排気し、イオンガン12を動作させ、基
板8に向けてArイオンを、上記参考例1と同様の条件
で照射する。これと同時に、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、200Wのマイ
クロ波を供給して、プラズマ発生室4内にArプラズマ
を発生させ、このArプラズマを基板8表面に放射す
る。反応ガス導入管11からは、CH4ガスを1.0×
10-3Torrで供給する。反応ガス導入管11から供
給されたCH4ガスは、Arプラズマにより分解され、
これによって生じた成膜種は、反応性の高いイオンまた
は中性の活性状態となって、基板8の表面に放射され、
非晶質炭素系被膜が基板8上に堆積される。 【0026】また、参考例1と同様に、このような被膜
形成の際、基板8に発生する自己バイアス電圧が−50
Vとなるように高周波電源10から周波数13.56M
Hzの高周波電力を投入する。 【0027】なお、非晶質炭素系被膜の膜厚としては、
100Å、500Å、及び1000Åとなるように形成
した。これらの非晶質炭素系被膜について、表面粗さを
上記参考例1と同様に測定し、測定結果を表2に示し
た。また、比較としてECRプラズマCVD法による被
膜形成中にイオン照射せずに被膜を形成した非晶質炭素
系被膜についても表面粗さを測定し、表2に測定結果を
示した。 【0028】 【表2】 【0029】表2から明らかなように、本発明に従い、
ECRプラズマCVD法による被膜形成中にイオン照射
を行うことにより、表面粗さの小さい、すなわち表面が
平滑な非晶質炭素系被膜を形成することができる。 【0030】 【発明の効果】本発明に従えば、表面平滑性に優れた非
晶質炭素系被膜を形成することができる。従って、コー
ティング材料等として有用な非晶質炭素系被膜を形成す
ることができる。 【0031】本発明により形成される非晶質炭素系被膜
は、シェーバー刃、薄膜磁気ヘッド、光磁気ディスク、
圧縮機などの摺動部材、あるいは半導体製造における反
射防止膜、半導体デバイス用ヒートシンク、表面波弾性
素子などに用い、優れた特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例において用いられる非晶質炭
素系被膜の形成装置を示す概略断面図。 【図2】本発明に従う一参考例において形成される非晶
質炭素系被膜の表面粗さと被膜形成前のイオン照射の時
間との関係を示す図。 【符号の説明】 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…真空チャンバ 8…基板 9…基板ホルダ 10…高周波電源 11…反応ガス導入管 12…イオンガン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−298094(JP,A) 特開 平4−273434(JP,A) 特開 平4−304376(JP,A) 特開 平7−90553(JP,A) 特開 平7−316815(JP,A) 特開 平8−204093(JP,A) 特開 昭61−176111(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 C01B 31/02

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板上にプラズマCVD法により非晶質
    炭素系被膜を形成する方法において、前記プラズマCVD法は、ECRプラズマCVD法であ
    って、且つ、前記 プラズマCVD法による被膜形成中
    に、不活性ガスのイオンを前記基板の表面に照射するこ
    とによって表面粗さh rms が膜厚の1/5以下である
    晶質炭素系被膜を形成することを特徴とする非晶質炭素
    系被膜の形成方法。
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