JP3495488B2

JP3495488B2 - プラズマｃｖｄ装置

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Publication number: JP3495488B2
Application number: JP34482595A
Authority: JP
Inventors: 健太郎庄
Original assignee: Bosch Corp; Bosch Automotive Systems Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 2004-02-09
Anticipated expiration: 2015-12-06
Also published as: JPH08260157A; DE19602634C2; DE19602634A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークに皮膜を形
成するためのプラズマＣＶＤ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ、すなわちプラズマを利
用した化学蒸着は、比較的低い温度例えば室温でワーク
に皮膜を形成することができる方法として、最近注目さ
れている。このプラズマＣＶＤを実行する一般的な装置
では、実開昭６４ー１３１１９号公報の図３に開示され
ているように、接地された真空槽内に平板形状をなす第
１，第２電極が互いに平行に配置されている。第１電極
に高周波電源が接続され、第２電極は接地されている。
真空槽の内部空間は反応空間として提供される。この反
応空間内に供給された反応ガスの一部は、第１電極と第
２電極との間に発生する高周波電界により、プラズマと
なり、プラズマのうち負イオンすなわち電子がこの高周
波電界により激しく運動する。その結果、反応ガスの一
部が分解してラジカルが発生する。第２電極には、平板
形状のワークが第２電極に沿って取り付けられており、
このワークの表面に正イオンやラジカルが付着して、皮
膜が形成される。

【０００３】上記装置では、正イオンがワークに向かっ
てバイアスされないので、ワークに形成される皮膜は、
付着強度が低く薄い。また、第１電極，第２電極にも皮
膜が形成されること、第１電極とこれに対峙するチャン
バの壁との間にもプラズマが発生すること等の理由によ
り、電力が無駄に消費される。

【０００４】本願発明により近いプラズマＣＶＤ装置
が、特開平５ー３１１４４８号公報に開示されている。
この装置では、真空槽の内部空間が金網で複数に分割さ
れている。分割されたそれぞれの空間は真空槽の壁と金
網で囲われており、反応空間として提供される。真空槽
と金網は接地されており、第２電極となっている。上記
各反応空間には、平板形状の第１電極が収容されてい
る。この第１電極は、インピーダンスマッチング回路を
介して高周波電源に接続されている。第１電極の上面に
は、ほぼ立方体形状のワークが載せられる。高周波電界
により生じたプラズマのうち正イオンは、インピーダン
スマッチング回路のバイアス機能に基づき、ワークに向
かって進み、この正イオンに伴ってラジカルも同方向に
進む。その結果、第１電極の表面に皮膜が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平５ー３１１
４４８号公報に開示された装置では、第１電極に載せら
れたワークの複数の面のうち上面は、第２電極に対峙し
ており、正イオンとそれに追随するラジカルがほぼ直角
をなして衝突するので、ここに形成される皮膜は付着強
度が強くて厚い。しかし、第１電極の上面と直交するワ
ークの面に形成される皮膜、特に、第１電極に近い下端
部に形成される皮膜は、付着強度が弱く、薄い。その理
由は、正イオンとそれに追随するラジカルが、第１電極
の上面に引き付けられるため、ワーク下端部に衝突する
量が少ないこと、ワーク下端部に直角に衝突せず斜めに
衝突することにあると推定される。また、第１電極の上
面の広い領域に皮膜が形成されること、第１電極の下面
とこれに対応する第２電極との間の空間に発生するプラ
ズマがワークの皮膜形成に全く寄与しないことにより、
電力が無駄に消費される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
（イ）導電性ワークを取り付けるための取り付け部を有
する第１電極と、（ロ）第２電極と、（ハ）上記第１電
極と第２電極との間の反応空間を真空にする吸引手段
と、（ニ）上記反応空間に反応ガスを供給するガス供給
手段と、（ホ）上記第１電極に接続され、上記反応空間
に高周波電力を供給することにより、この反応空間にプ
ラズマを発生させる高周波電源と、（ヘ）上記プラズマ
の正イオンをワークに向かって引き付けるバイアス手段
と、を備えたプラズマＣＶＤ装置において、上記第２電
極は、上記ワークと第１電極の取り付け部を囲むよう
に、また上記反応空間を区画してこの反応空間内に生じ
たプラズマを閉じ込めるように、容器形状をなしてお
り、上記容器形状の第２電極は、内方に突出して配置領
域を区画する補助壁を有し、上記第１電極の取り付け部
は、補助壁から電気的に絶縁された状態でこの配置領域
内に配置されるとともに、補助壁の先端縁から補助壁の
突出方向に突出していることを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載のプラ
ズマＣＶＤ装置において、上記第２電極の補助壁は、互
いに離間対向して一対設けられており、上記一対の補助
壁で区画された配置領域に上記第１電極の取り付け部が
配置されていることを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、請求項２に記載のプラ
ズマＣＶＤ装置において、上記ワークは互いに平行をな
す一対の平坦面を有し、これら平坦面と直交するワーク
の他の面が上記第１電極の取り付け部に接する接触面と
して提供され、上記第２電極は、上記ワークが第１電極
に取り付けられた状態でワークの一対の平坦面にそれぞ
れ対峙する一対の平坦な第１対向壁と、これら一対の第
１対向壁とそれぞれ平行をなして対峙する上記一対の補
助壁と、これら補助壁を対応する第１対向壁に連ねる第
１連結壁と、を有しており、各補助壁はこの第１連結壁
から内方に突出していることを特徴とする。

【０００９】請求項４の発明は、請求項３に記載のプラ
ズマＣＶＤ装置において、上記第１電極にワークが取り
付けられた状態で、ワークの一対の平坦面とこれらにそ
れぞれ対応する上記第２電極の一対の第１対向壁との間
の距離が、互いに等しいことを特徴とする。

【００１０】請求項５の発明は、請求項３に記載のプラ
ズマＣＶＤ装置において、上記ワークは、上記接触面の
反対側に位置するとともに上記一対の平坦面と交わる頂
面を有し、第２電極は、さらに、この頂面と対峙する第
２対向壁と、この第２対向壁を上記一対の第１対向壁に
連ねる一対の円弧形状の第２連結壁とを有していること
を特徴とする。

【００１１】請求項６の発明は、請求項２に記載のプラ
ズマＣＶＤ装置において、上記第１電極が細長く延びる
とともに上記一対の補助壁間に配置されたベース部を有
し、上記第２電極の補助壁と第１対向壁がこのベース部
と同方向に延びており、上記取り付け部が間隔をおいて
上記ベース部の延び方向に複数配置され、上記ベース部
において取り付け部間に位置する部分がこの取り付け部
より凹んでいることを特徴とする。

【００１２】請求項７の発明は、請求項１に記載のプラ
ズマＣＶＤ装置において、上記補助壁は筒形状をなし、
この補助壁で区画された配置領域に上記第１電極の取り
付け部が配置されることを特徴とする。

【００１３】請求項８の発明は、請求項７に記載のプラ
ズマＣＶＤ装置において、上記ワークはほぼ円柱形状を
なし、その一方の端面が上記第１電極の取り付け部に接
する接触面として提供され、上記第１電極の取り付け部
は円柱形状をなし、第２電極の補助壁はこの取り付け部
と同心の円筒形状をなし、第２電極は、さらに、ワーク
が第１電極に取り付けられた状態でワークの周面に対峙
するとともに補助壁と同心をなす円筒形状の第１対向壁
と、この第１対向壁と補助壁とを連ねる第１連結壁とを
有しており、上記補助壁はこの第１連結壁から内方に突
出していることを特徴とする。

【００１４】請求項９の発明は、請求項８に記載のプラ
ズマＣＶＤ装置において、上記第２電極は、上記ワーク
が第１電極に取り付けられた状態でワークの他方の端面
と対峙する第２対向壁と、この第２対向壁を第１対向壁
に連ねる第２連結壁とを備え、この第２連結壁はほぼ半
球殻形状をなしていることを特徴とする。

【００１５】請求項１０の発明は、請求項１に記載のプ
ラズマＣＶＤ装置において、上記第１電極の取り付け部
においてワークを受ける受面が、この受面に対峙するワ
ークの面と等しい形状をなしており、ワークは、上記取
り付け部に取り付けられた状態においてこの取り付け部
と面一をなしていることを特徴とする。

【００１６】請求項１１の発明は、請求項１に記載のプ
ラズマＣＶＤ装置において、上記第１電極の取り付け部
においてワークを受ける受面が、この受面に対峙するワ
ークの面より小さい形状をなしており、ワークは、上記
取り付け部に取り付けられた状態においてこの取り付け
部から補助壁に向かって突出していることを特徴とす
る。

【００１７】請求項１２の発明は、請求項１に記載のプ
ラズマＣＶＤ装置において、上記第２電極は、複数の挿
通孔を有する平板形状の共通のベース部と、このベース
部に挿通孔を囲むようにして取り付けられベース部と協
働してそれぞれ上記反応空間を区画する複数のフード部
と、各フード部内において上記貫通孔を囲むようにして
上記ベース部に設けられた筒形状をなす上記補助壁とを
備え、上記第１電極は、上記第２電極のベース部とほぼ
平行に対峙して上記フード部の反対側に配置されたベー
ス部と、この第１電極のベース部から突出した複数の上
記取り付け部とを備え、各取り付け部は、第２電極のベ
ースの挿通孔を通り補助壁を通って、この補助壁の先端
縁から突出していることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１、図２には、本発明の第１の
実施態様をなすプラズマＣＶＤ装置が示されている。こ
のプラズマＣＶＤ装置は、導電性ワークＷに皮膜を形成
するためのものである。このワークＷは、例えばベーン
ポンプのベーンであり、長方形の平板（六面体）により
形成されている。ワークＷは、互いに平行をなし広い面
積を有する一対の平坦面Ｗ１，Ｗ２と、頂面Ｗ３と、側
面Ｗ４，Ｗ５と、底面Ｗ６とを有している。面Ｗ１〜Ｗ
５が皮膜形成の対象となる面であり、特に、面Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３は、皮膜による高い耐摩耗性を要求される。底
面Ｗ６は後述する第１電極１０への接触面として提供さ
れ、この底面Ｗ６には皮膜が形成されない。

【００１９】上記装置は、第１電極１０と第２電極２０
を備えている。これら電極は、銅やステンレスからな
り、図１の紙面と直交する方向に延びている。第２電極
２０は接地されており、また、後述するプラズマを閉じ
込めるために容器形状をなし、その内部空間が反応空間
２９となっている。第２電極２０は、水平をなす長方形
の底壁２１（第１連結壁）と、図１に示すようにこの底
壁２１の長辺から垂直に立ち上がる互いに平行な一対の
側壁２２（第１対向壁）と、図２に示すように底壁２１
の短辺から垂直に立ち上がる互いに平行な一対の側壁２
３と、幅の狭い長方形をなす水平な頂壁２４（第２対向
壁）と、この頂壁２４を上記一対の側壁２２に連ねる円
弧壁２５（第２連結壁）とを備えている。上記側壁２
２，２３，頂壁２４，円弧壁２５は、一体をなしてフー
ド部２６を構成している。このフード部２６は、上記底
壁２１に対して着脱可能にかつ気密に取り付けられるよ
うになっている。

【００２０】上記第２電極２０の底壁２１の幅方向中央
部から一対の補助壁２７が垂直に上方に突出している。
これら補助壁２７は、側壁２２と平行をなし、側壁２２
と同じ長さを有している。互いに離れた一対の補助壁２
７間に第１電極１０を配置するための配置領域Ａが区画
されている。一対の補助壁２７とこれらにそれぞれ対峙
する一対の側壁２２との間の距離は、互いに等しい。

【００２１】図２に最も良く示すように、第１電極１０
は、細長いベース部１１と、このベース部１１から上方
に突出する複数例えば３つの取り付け部１２と、ベース
部１１の中央から下方に突出する凸部１３とを有してい
る。上記取り付け部１２は、ベース部１１の延び方向に
等間隔をおいて配置されており、その上面１２ａ（受
面）は、上述したワークＷの底面Ｗ１と同形状をなして
いる。ベース１１において取り付け部１２間に位置する
部位の上面１１ａは、取り付け部１２の上面１２ａより
低い位置にある。

【００２２】第１電極１０は、第２電極２０の一対の補
助壁２７の間の配置領域Ａ内に配置されている。図１に
示すように、第１電極１０の両側面は一対の補助壁２７
に対して、互いに等しい間隔をもって離れている。な
お、第１電極１０は第２電極２０より短くなっており、
第１電極１０の両端面は、第２電極２０の一対の側壁２
３から等しい間隔をもって離れている。

【００２３】第２電極２０の一対の補助壁２７間には、
セラミック等の絶縁体３０が収容されており、電極１
０，２０間の電気的絶縁を確保している。上記第１電極
１０のベース部１１は、この絶縁体３０の上面３０ａに
形成された収容凹部３０ｂに収容されている。本実施例
では、絶縁体３０の上面３０ａと、第１電極１０のベー
ス１１の上面１１ａは、第２電極２０の補助筒２７の上
端縁と同一高さにある。第１電極１０の取り付け部１２
は、補助筒２７の上端縁から上方に突出している。

【００２４】上記第１電極１０の凸部１３は、絶縁体３
０の中央部に形成された貫通孔３０ｃを通り、第２電極
２０の底壁２１に形成された開口２１ａを通って、下方
に突出されており、ここに、高周波電源３１がインピー
ダンスマッチング回路３２を介して接続されている。

【００２５】第２電極２０にはガス導入管３３が設けら
れており、この管３３には反応ガスを蓄えたガスボンベ
３４（ガス供給手段）が接続されている。また、第２電
極２０には、排気管３５が取り付けられており、この管
３５には真空ポンプ３６（真空吸引手段）が接続されて
いる。

【００２６】上記構成をなす装置により、ワークＷに非
晶質炭素の皮膜を形成する工程について説明する。ま
ず、第２電極２０のフード部２６を底壁２１から取り外
した状態で、第１電極１０の３つの取り付け部１２の上
面１２ａに、それぞれワークＷを載せる。本実施例で
は、この上面１２ａに形成されて上方に突出する凸部１
２ｘを、ワークＷの底面Ｗ６に形成された穴に嵌め込む
ことにより、ワークＷの位置決めと確実な支持を行って
いる。なお、これら凸部１２ｘと穴はなくてもよい。上
記ワークＷの位置決め状態において、ワークＷの底面Ｗ
６と取り付け部１２の上面１２ａが実質的に一致し、そ
の結果、ワークＷの面Ｗ１，Ｗ２，Ｗ４，Ｗ５は、対応
する取り付け部１２の側面と面一をなしている。

【００２７】上記ワークＷの取り付け後に、フード部２
６を底壁２１に気密に取り付ける。この状態において、
ワークＷの２つの平坦面Ｗ１，Ｗ２に対して、第２電極
２０の一対の側壁２２が互いに等しい距離Ｄだけ離れて
平行に対峙している。また、第２電極２０の頂壁２４
は、同距離Ｄだけ離れて対峙している。円弧壁２５は、
面Ｗ１，Ｗ２と頂面Ｗ３の交差点を中心とする円（この
円の半径は、上記距離Ｄと等しい）上に配置されてい
る。

【００２８】上記第２電極２０で囲われた反応空間２９
は、真空ポンプ３６の駆動で真空となる。この反応空間
２９には、ガスボンベ３４から、反応ガス例えばテトラ
メチルシラン（ＴＭＳ）、メタンガスの混合ガスを供給
する。また、高周波電源３２から第１電極１０に高周波
電力を供給する。この際、ワークＷは導電性を有してい
るので、第１電極１０の一部として機能する。

【００２９】上記高周波電力により、反応空間２９内の
ガスの一部がプラズマとなり、最初は負イオンすなわち
電子が高周波電界によって、主にワークＷ，第２電極２
０に至る。第２電極２０に達した電子はアースへ逃げ、
ワークＷに達した電子は、第１電極１０を通り、インピ
ーダンスマッチング回路３１のコンデンサに蓄えられ
る。その結果、ワークＷと第１電極１０は負の電位レベ
ルとなり、後述する正イオンを引き付ける（自己バイア
ス）。なお、ワークＷの電位レベルは負の一定レベルに
達して安定する。

【００３０】上記第１電極１０およびワークＷの近傍で
は、中心電位レベルが負の所定の閾値より低いため、プ
ラズマが発生しない。プラズマは、第１電極１０および
ワークＷの近傍空間を除いた反応空間２９で発生する。
また、主にプラズマ中の電子の激しい運動により、ガス
の一部が分解してラジカルが発生する。

【００３１】上記プラズマの正イオンは、ワークＷ近傍
に生じた電位レベルの勾配により、ワークＷに向かって
進み、これらに衝突する。この際ラジカルも正イオンの
流れにしたがって進みワークＷに衝突する。これら正イ
オンおよびラジカルの衝突により、図３に示すように、
ワークＷの面Ｗ１〜Ｗ５に均一厚さの皮膜Ｓが大きな付
着強度をもって形成される。

【００３２】以下、皮膜Ｓの形成について詳述する。ワ
ークＷの一対の平坦面Ｗ１，Ｗ２および頂面Ｗ３には、
第２電極２０の一対の側壁２２および頂壁２４がそれぞ
れ対峙しており、しかも側壁２２，頂壁２４間は円弧壁
２５で覆われている。そのため、ワークＷの面Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３を囲む空間には、プラズマが安定して発生す
る。しかも、ワークＷ近傍での電位勾配は、ワークＷの
各面Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とほぼ平行な等電位レベル線を描
くようにして生じているので、正イオンをこれら面Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３に対して実質的に直交した方向から大き
な衝突エネルギーで衝突させることができる。その結
果、これら面Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３に形成される皮膜Ｓは、
厚く、付着強度も大きい。

【００３３】なお、上記平坦面Ｗ１，Ｗ２は、対応する
側壁２２までの距離Ｄが互いに等しいので、これら平坦
面Ｗ１，Ｗ２に形成される皮膜Ｓの厚さを等しくするこ
とができる。

【００３４】平坦面Ｗ１，Ｗ２の下端部での皮膜Ｓの形
成については、次の通りである。第１電極１０の取り付
け部１２は、一対の補助壁２７により区画された狭い配
置領域Ａに配置されている。しかも、この取り付け部１
２とワークＷの平坦面Ｗ１，Ｗ２が面一をなしているた
め、平坦面Ｗ１，Ｗ２の下端部でも上部と同様の電位勾
配が得られる。しかも、取り付け部１２が補助壁２７か
ら上方に突出しており、平坦面Ｗ１，Ｗ２の下端部の電
位勾配が補助壁２７により大きな影響を受けない。その
結果、平坦面Ｗ１，Ｗ２の下端部に形成される皮膜Ｓ
は、それより上方の部位と差のない付着強度と厚さを得
ることができる。

【００３５】側面Ｗ４，Ｗ５での皮膜Ｓの形成について
は、次の通りである。各ワークＷの側面Ｗ４，Ｗ５は、
側壁２３と対峙するか他のワークＷと十分な間隔をおい
て離れている。また、取り付け部１２間のベース部１１
の上面１１ａが凹んでおり、ワークＷの側面Ｗ４，Ｗ５
と取り付け部１２の側面とが面一をなしている。このた
め、側面Ｗ４，Ｗ５にも比較的良好な皮膜Ｓを形成する
ことができる。

【００３６】次に、補助壁２７の存在意義について詳述
する。上記ワークＷの下端部での皮膜形成を良好に行う
ためには、補助壁２７を形成せずに、第１電極１０を第
２電極２０の底壁２１から突出させて露出させることも
考えられる。この場合には、水平に広がる底壁２１によ
るワークＷ近傍の電位勾配への影響を無くすように、第
１電極１０を底壁２１から上方に大きく突出させ、ワー
クＷを底壁２１から大きく離す必要がある。しかし、こ
のような構成では、底壁２１から突出して露出する第１
電極１０の広い面に皮膜が形成されてしまい、電力消費
に無駄が生じる。

【００３７】本実施例では、補助壁２７により第１電極
１０の大部分を覆う。補助壁２７は水平方向の面的広が
りがないので、ワークＷの下端部近傍の電位勾配が補助
壁２７からの影響を回避できる突出量（補助壁２７の上
端縁からの第１電極１０の取り付け部１２の突出量）
は、小さくて済む。そのため、反応空間２９に露出した
第１電極１０の面積を最小限にすることができ、第１電
極１０への皮膜形成による電力消費を最小限にすること
ができる。

【００３８】第２電極２０は、容器形状をなして反応空
間２９を区画することにより、プラズマを閉じ込めるの
で、発生するプラズマを有効に利用でき、これによって
も電力消費を節約できる。また、３つのワークＷに同時
に皮膜形成をすることができるので生産性が高い。な
お、本実施例では、第２電極２０は、第１電極１０およ
び絶縁体３０と協働して、真空槽となっているので、こ
の第２電極２０を囲む真空槽を別途必要とせず、装置を
小型にすることができる。

【００３９】図１，図２の装置により、皮膜形成実験を
行った。この実験において、ワークＷは、４０ｍｍ×２
０ｍｍ×５ｍｍの６面体をなすアルミニウム合金製のベ
ーンを用いた。装置の寸法は以下の通り。補助壁２７の
高さは２０ｍｍ，補助壁２７と第１電極１０の間の距離
は３ｍｍ，補助壁２７の上端縁からの取り付け部１２の
突出量は５ｍｍである。取り付け部１２の受面１２ａは
２０ｍｍ×５ｍｍの長方形をなしている。３つのワーク
Ｗを第１電極１０に取り付けた状態で、ワークＷの配置
間隔は４０ｍｍ，図２において左側のワークＷの側面Ｗ
４と側壁２３との距離，右側のワークＷの側面Ｗ５と他
方の側壁２３との間の距離は、それぞれ２０ｍｍであ
る。また、各ワークＷの平坦面Ｗ１，Ｗ２とこれに対応
する側壁２２との間の距離は、それぞれ３５ｍｍ、ワー
クＷの頂面Ｗ３と頂壁２４との間の距離も３５ｍｍであ
る。

【００４０】他の条件は、以下の通りである。原料ガスＣＨ₄＋ＴＭＳ（テトラメチルシラン）ガス圧力８Ｐａ投入電力１５０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ガス流量ＣＨ₄：５sccm ＴＭＳ：０.７sccm（ただ
し、ｓｃｃｍは、スタンダードキュービックセンチメー
トル／分の略）成膜時間２時間

【００４１】上記実験の結果、ワークＷの頂面Ｗ３に形
成された非晶質炭素の皮膜Ｓの厚さは１０μｍであり、
この頂面Ｗ３の全域にわたってほぼ均一であった。平坦
面Ｗ１，Ｗ２，側面Ｗ４，Ｗ５に形成された皮膜Ｓの厚
さは共に７μｍ（±０．５μｍ）であり、各面での皮膜
Ｓの厚さは均一であった。これらの面Ｗ１〜Ｗ５での皮
膜Ｓの付着強度を、スクラッチテストによる剥離荷重と
して測定したところ、３０Ｎであった。なお、剥離荷重
が大きいほど付着強度が大きいことを示している。

【００４２】次に比較実験について説明する。第１，第
２電極は、それぞれ直径１８０ｍｍの円板からなり、互
いに水平をなし６５ｍｍの間隔で上下に離れている。こ
れら電極は真空槽に収容されている。下側の第１電極の
上面中央には、１つのワークＷが載せられる。ワークＷ
の寸法および他の条件は、上記本実施例装置での実験と
同じである。この比較実験では、ワークＷの頂面Ｗ３の
皮膜Ｓの厚さは６μｍであり、全域にわたって均一であ
った。面Ｗ１，Ｗ２，Ｗ４，Ｗ５での皮膜の厚さは、下
端に向かうにしたがって減少しており、最大４μｍ最小
１μｍであった。剥離荷重は頂面Ｗ３で３０Ｎ、他の面
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ４，Ｗ５で約１０Ｎであった。

【００４３】上記２つの実験結果の比較から明らかなよ
うに、本実施例装置によれば、皮膜の厚さと付着強度の
両方に大幅な改善が認められた。

【００４４】ワークＷを容器形状の第２電極２０内に１
つだけ設置するようにしてもよい。この場合、第１電極
１０，第２電極２０は短く形成され、ワークＷの２つの
側面Ｗ４，Ｗ５に第２電極２０の両側壁２３がそれぞれ
対峙する。補助壁は第１電極１０の取り付け部１２を囲
むように断面矩形の筒形状に形成してもよい。

【００４５】図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、取り付
け部１２の上面１２ａは、ワークＷの底面Ｗ６より小さ
くてもよい。この場合には、底面Ｗ６の周縁部が取り付
け部１２から水平に突出して段となる。この段は、ワー
クＷの下端部の電位勾配に大きな影響を与えない。

【００４６】図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、取り付
け部１２の上面１２ａは、ワークＷの底面Ｗ６より小さ
くてもよい。この場合には、上面１２ａの周縁部がワー
クＷから水平に突出して段となる。この段は、所定突出
量の範囲であれば、ワークＷの下端部の電位勾配に大き
な影響を与えない。

【００４７】図６に示す装置では、補助壁２７間には絶
縁体３０が収容され、この絶縁体３０の上面と補助壁２
７の上端縁は同じ高さになっている。絶縁体３０の上面
には、複数の第１電極１０が補助壁２７から突出するよ
うにして固定されている。これら第１電極１０は、その
まま取り付け部１２として提供される。この装置でも図
１，図２に示す実施例と同様の作用効果が得られる。

【００４８】第２電極は金網で容器形状に形成し、プラ
ズマだけを閉じ込めるようにしてもよい。この場合に
は、第２電極を真空槽に収容し、この真空槽にガス供給
ボンベと真空ポンプを接続する。補助壁および第１電極
の取り付け部の突出方向は、水平方向であってもよい。
この場合、取り付け部へのワークの取り付けには特殊な
取り付け手段が必要となる。

【００４９】図７，図８に示す装置は、ドリルやピン等
の円柱形状のワークＷ’に皮膜を形成するためのもので
ある。このワークＷ’の一方の端面Ｗ１’が後述する第
１電極５０に接する接触面となり、周面Ｗ２’と他方の
端面Ｗ３’が皮膜形成対象面となる。

【００５０】上記装置は、銅やステンレスからなる第１
電極５０と第２電極６０とを備えている。第２電極６０
は、円板形状をなす水平なベース部６１（第１連結壁）
と、このベース部６１の上面に着脱可能に取り付けられ
る複数例えば４つのフード部６２と、これらフード部６
２の上端を連結する円板形状の水平な連結板６３と、フ
ード部６２内においてベース部６１の上面に固定された
円筒形状の補助壁６４と、を備えている。

【００５１】上記ベース部６１には、複数例えば４つの
挿通孔６１ａが周方向に等しい角度間隔だけ離れて形成
されるとともに、この挿通孔６１ａから離れた位置に複
数例えば５つのガス流出孔６１ｂが形成されている。ガ
ス流出孔６１ｂには網６１ｃが取り付けられている。上
記補助壁６４は、上記挿通孔６１ａを同心をなして囲む
ように、その周縁に固定されている。さらに、ベース部
６１の上面には、上記挿通孔６１ａおよび補助壁６４と
同心をなして円筒形状の取り付け筒６５が固定されてい
る。

【００５２】各フード部６２は、ベース部６１と協働し
て反応空間６９を区画しており、円筒６６（第１対向
壁）と、この円筒６６の中間部内周に固定された半球殻
形状のカップ６７（第２連結壁）とを有している。カッ
プ６７の頂部６７ａ（第２対向壁）は平坦をなし網によ
って形成されている。フード部６２は、その下端部を上
記取り付け筒６５に嵌めることにより、ベース部６１に
取り付けられ、この状態で、円筒６６は、挿通孔６１ａ
および補助壁６４と同心に配置されている。

【００５３】上記フード部６２の円筒６６の上端と、カ
ップ６７の頂部６７ａが、上記連結板６３の下面に取り
付けられている。連結板６３には、このカップ６７の頂
部６７ａに対応してガス導入孔６３ａが形成されてい
る。このガス導入孔６３ａには上方に延びる管８０を介
してガスボンベ（図示しない）が接続されている。

【００５４】上記第１電極５０は、水平に配置されたベ
ース部５１と、このベース部５１の上面から垂直に突出
する円柱形状の取り付け部５２とを有している。この第
１電極５０のベース部５１は、平行をなす円板形状の絶
縁体７０に載せられている。この絶縁体７０の周縁部に
は、上方に突出するリング形状の凸部７１が形成されて
いる。この凸部７１の上面に上記第２電極６０のベース
部６１が載せられている。その結果、第１電極５０のベ
ース部５１は、上記第２電極６０のベース部６１の下方
において、狭い間隔で離間しており、このベース部６１
と平行をなしている。

【００５５】上記第１電極５０の取り付け部５２は、第
２電極６０のベース部６１の挿通孔６１ａを通り、補助
壁６４を通って、この補助壁６４の上端縁から上方に突
出している。取り付け部５２は補助壁６４に対して同心
をなして離れている。

【００５６】上記第１電極５０のベース部５１の下面中
央には凸部５３が形成されており、この凸部５３は、絶
縁体７０を貫通して下方に突出し、ここにインピーダン
スマッチング回路３２を介して高周波電源３１が接続さ
れている。

【００５７】上記第１電極５０，第２電極６０および絶
縁体７０は、真空槽９０内に収容されるようになってい
る。この真空槽９０には真空ポンプ（図示しない）が接
続されている。

【００５８】上記構成をなす装置により、ワークＷ’に
非晶質炭素の皮膜を形成する工程について説明する。ま
ず、第２電極６０のフード部６２をベース部６１から取
り外した状態で、第１電極５０のすべての取り付け部５
２の上面５２ａ（受面）にそれぞれワークＷ’を載せて
位置決めする。このワークＷ’の位置決め状態におい
て、ワークＷ’の底面Ｗ１’と取り付け部１２の上面１
２ａが実質的に一致し、その結果、ワークＷ’の周面Ｗ
２’は、取り付け部５２の周面と面一をなしている。

【００５９】上記ワークＷ’の取り付け後に、フード部
６２をベース部６１に取り付ける。この状態において、
ワークＷ’の周面Ｗ２’に対して、第２電極６０の円筒
６６が、全周にわたって等しい距離Ｄ’だけ離れて平行
に対峙している。また、ワークＷ’の頂面Ｗ３’に対し
て、カップ６７の頂部６７ａは、同距離Ｄ’だけ離れて
対峙している。

【００６０】上記フード部６２の取り付け後に、真空槽
９０を閉じ、真空ポンプを駆動するとともに、ガスボン
ベから反応ガスを供給する。この反応ガスは、連結板６
３のガス導入孔６３ａからカップ６７の網製の頂部６７
ａを経て反応空間６９に入る。そして、補助壁６４と取
り付け部５２の間を通り、ベース部６１の挿通孔６１ｂ
を通り、ベース部５１，６１間を通り、ガス排出孔６１
ｂから真空槽９０内に排出される。この状態で、高周波
電源３２から第１電極５０に高周波電力を供給する。

【００６１】プラズマ発生，ラジカル発生，正イオンの
ワークへのバイアスに関しては、最初の実施例と実質的
に同じであるので、説明を省略する。正イオンおよびラ
ジカルは、ワークＷ’近傍に生じた電位レベルの勾配に
より、ワークＷ’に向かって進み、その周面Ｗ２’およ
び頂面Ｗ３’に衝突する。この正イオンおよびラジカル
の衝突により、ワークＷ’の面Ｗ２’，Ｗ３’に均一厚
さの皮膜が大きな付着強度をもって形成される。

【００６２】以下、皮膜の形成について詳述する。ワー
クＷ’の周面Ｗ２’および頂面Ｗ３’には、第２電極６
０の円筒６６およびカップ６７の頂部６７ａがそれぞれ
対峙しており、しかも円筒６６および頂部６７ａ間はカ
ップ６７で覆われている。そのため、ワークＷ’の面Ｗ
２’，Ｗ３’を囲む空間には、プラズマが安定して発生
する。しかも、ワークＷ’近傍での電位勾配は、周面Ｗ
２’，頂面Ｗ３’とほぼ平行な等電位レベル線を描くよ
うにして生じているので、正イオンをこれら面Ｗ２’，
Ｗ３’に対して実質的に直交した方向から大きな衝突エ
ネルギーで衝突させることができる。その結果、これら
面Ｗ２’，Ｗ３’に形成される皮膜は、厚く、付着強度
も大きい。

【００６３】なお、上記周面Ｗ２’は、対応する円筒６
６までの距離Ｄ’が全周にわたって等しいので、この周
面Ｗ２’に形成される皮膜の厚さを周方向に均等にする
ことができる。

【００６４】周面Ｗ２’の下端部での皮膜形成について
は、次の通りである。第１電極５０の取り付け部５２
は、円筒形状の補助壁６４により区画された狭い配置領
域に配置されている。しかも、この取り付け部５２の周
面とワークＷ’の周面Ｗ２’が面一をなしているため、
周面Ｗ２’の下端部でも上部と同様の電位勾配が得られ
る。しかも、取り付け部５２が補助壁６４から上方に突
出しており、周面Ｗ２’の下端部の電位勾配が補助壁６
４により大きな影響を受けない。その結果、周面Ｗ２’
の下端部に形成される皮膜は、それより上方の部位と差
のない付着強度と厚さを得ることができる。

【００６５】なお、図７，図８の装置でも、最初の実施
例と同じ理由により電力を節約することができる。ま
た、４本のワークＷ’の皮膜形成を同時に行うことがで
き、生産性が高い。

【００６６】図７，図８の装置により、皮膜形成実験を
行った。この実験において、ワークＷ’は、直径１０ｍ
ｍ，長さ３０ｍｍの高速度切削工具を用いた。装置の寸
法は以下の通り。補助壁６４の高さは２０ｍｍ，補助壁
６４と第１電極５０の取り付け部５２間の距離は３ｍ
ｍ，補助壁６４の上端縁からの取り付け部５２の突出量
は５ｍｍである。取り付け部５２の受面５２ａは直径１
０ｍｍの円形をなしている。ワークＷ’を第１電極５０
に取り付けた状態で、ワークＷ’の周面Ｗ２’とこれに
対応する円筒６６との間の距離は３５ｍｍ、ワークＷの
端面Ｗ３’とカップ６７の頂部６７ａとの間の距離も３
５ｍｍである。

【００６７】他の条件は、以下の通りである。原料ガスＣＨ₄＋ＴＭＳ（テトラメチルシラン）ガス圧力８Ｐａ投入電力１５０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ガス流量ＣＨ₄：５sccm ＴＭＳ：０.７sccm 成膜時間２時間

【００６８】上記実験の結果、ワークＷ’の頂面Ｗ３’
に形成された非晶質炭素の皮膜の厚さは１０μｍであ
り、この頂面Ｗ３’の全域にわたってほぼ均一であっ
た。周面Ｗ２’に形成された皮膜の厚さは７μｍ（±
０．５μｍ）であり、全域にわたって皮膜の厚さは均一
であった。これらの面Ｗ２’，Ｗ３’での皮膜の剥離荷
重は、ともに３０Ｎであった。

【００６９】次に比較実験について説明する。この比較
実験には最初の実施例との比較実験に用いた装置をその
まま用いた。ワークＷ’は、第１電極の中央に載せた。
この比較実験では、ワークＷ’の頂面Ｗ３’の皮膜の厚
さは６μｍであり、全域にわたって均一であった。周面
Ｗ２’での皮膜の厚さは、下端に向かうにしたがって減
少しており、最大５μｍ最小１μｍであった。剥離荷重
は頂面Ｗ３’で３０Ｎ、周面Ｗ２’で約１０Ｎであっ
た。

【００７０】上記２つの実験結果の比較から明らかなよ
うに、図７，図８の装置によれば、皮膜の厚さと付着強
度の両方に大幅な改善が認められた。

【００７１】上記実施例でも、取り付け部５２の上面５
２ａを、ワークＷ’の端面Ｗ１’より小径にしてもよい
し、若干大径にしてもよい。また、ワークＷ’を水平に
設置してもよい。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、第２電極を容器形状にして第１電極の取り付け
部とワークを囲むようにし、この取り付け部を第２電極
の補助壁で区画された配置領域に配置するとともに補助
壁の先端縁から突出させたので、ワークにおいて、第１
電極の近傍部位に形成された皮膜の厚さや付着強度を、
第１電極から離れた部位と実質的な差がなく、満足すべ
きものにすることができる。

【００７３】請求項２の発明によれば、ワークの幅に対
応して一対の補助壁で配置領域を区画するので、特にワ
ークの２つの面を皮膜対象面とする場合に、好適であ
る。請求項３の発明によれば、ワークの一対の平坦面を
皮膜形成対象面とした時に、各平坦面に、ほぼ均等の厚
さ，ほぼ均等の付着強度で皮膜を形成することができ
る。請求項４の発明によれば、ワークの一対の平坦面の
皮膜厚さを互いに等しくすることができる。請求項５の
発明によれば、ワークの頂面にも良好な皮膜を形成する
ことができる。請求項６の発明によれば、複数のワーク
に同時に皮膜を形成することができ、生産性を向上でき
る。請求項７の発明によれば、補助壁が筒形状をなして
いるので、この補助壁に対応するワークの面すべてに良
好な皮膜を形成することができる。請求項８の発明によ
れば、円柱形状のワークの周面全域にわたって良好な皮
膜を形成することができる。請求項９の発明によれば、
円柱形状のワークの頂面にも良好な皮膜を形成すること
ができる。請求項１０，１１の発明によれば、ワーク下
端部において一層確実に良好な皮膜を形成することがで
きる。請求項１２の発明によれば、複数のワークに同時
に皮膜を形成することができ、生産性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例をなし、平板形状ワークに皮
膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置を示す断面図で
ある。

【図２】図１中IIーII線に沿う同装置の断面図である。

【図３】皮膜形成後のワークの縦断面図であり、皮膜厚
さは誇張して示されている。

【図４】ワークと取り付け部の形状の他の態様を示し、
（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。

【図５】ワークと取り付け部の形状のさらに他の態様を
示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。

【図６】他の実施例を示す図１相当図である。

【図７】円柱形状ワークに皮膜を形成するためのプラズ
マＣＶＤ装置を示す縦断面図である。

【図８】図７中VIIIーVIII線に沿う断面図である。

【符号の説明】

Ｗ，Ｗ’ ワークＷ１，Ｗ２平坦面Ｗ３頂面Ｗ６底面（接触面）Ｗ１’ 底面（接触面）Ｗ２’ 周面Ｗ３’ 頂面１０第１電極１１ベース部１２取り付け部１２ａ上面（受面）２０第２電極２１底壁（第１連結壁）２２側壁（第１対向壁）２４頂壁（第２対向壁）２５円弧壁（第２連結壁）２７補助壁２９反応空間３１高周波電源３２インピーダンスマッチング回路（バイアス手段）３４ガスボンベ（ガス供給手段）３６真空ポンプ（真空吸引手段）５０第１電極５１ベース部５２取り付け部６０第２電極６１ベース部（第１連結壁）６１ａ挿通孔６４補助壁６６円筒（第１対向壁）６７カップ（第２連結壁）６７ａ頂部（第２対向壁）

───────────────────────────────────────────────────── 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 C30B 25/00 H05H 1/46 H01L 21/205

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）導電性ワークを取り付けるための取
り付け部を有する第１電極と、（ロ）第２電極と、
（ハ）上記第１電極と第２電極との間の反応空間を真空
にする吸引手段と、（ニ）上記反応空間に反応ガスを供
給するガス供給手段と、（ホ）上記第１電極に接続さ
れ、上記反応空間に高周波電力を供給することにより、
この反応空間にプラズマを発生させる高周波電源と、
（ヘ）上記プラズマの正イオンをワークに向かって引き
付けるバイアス手段と、を備えたプラズマＣＶＤ装置に
おいて、上記第２電極は、上記ワークと第１電極の取り付け部を
囲むように、また上記反応空間を区画してこの反応空間
内に生じたプラズマを閉じ込めるように、容器形状をな
しており、上記容器形状の第２電極は、内方に突出して配置領域を
区画する補助壁を有し、上記第１電極の取り付け部は、
補助壁から電気的に絶縁された状態でこの配置領域内に
配置されるとともに、補助壁の先端縁から補助壁の突出
方向に突出していることを特徴とするプラズマＣＶＤ装
置。
【請求項２】上記第２電極の補助壁は、互いに離間対向
して一対設けられており、上記一対の補助壁で区画され
た配置領域に上記第１電極の取り付け部が配置されてい
ることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装
置。
【請求項３】上記ワークは互いに平行をなす一対の平坦
面を有し、これら平坦面と直交するワークの他の面が上
記第１電極の取り付け部に接する接触面として提供さ
れ、上記第２電極は、上記ワークが第１電極に取り付けられ
た状態でワークの一対の平坦面にそれぞれ対峙する一対
の平坦な第１対向壁と、これら一対の第１対向壁とそれ
ぞれ平行をなして対峙する上記一対の補助壁と、これら
補助壁を対応する第１対向壁に連ねる第１連結壁と、を
有しており、各補助壁はこの第１連結壁から内方に突出していること
を特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】上記第１電極にワークが取り付けられた状
態で、ワークの一対の平坦面とこれらにそれぞれ対応す
る上記第２電極の一対の第１対向壁との間の距離が、互
いに等しいことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ
ＣＶＤ装置。
【請求項５】上記ワークは、上記接触面の反対側に位置
するとともに上記一対の平坦面と交わる頂面を有し、第
２電極は、さらに、この頂面と対峙する第２対向壁と、
この第２対向壁を上記一対の第１対向壁に連ねる一対の
円弧形状の第２連結壁とを有していることを特徴とする
請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】上記第１電極が細長く延びるとともに上記
一対の補助壁間に配置されたベース部を有し、上記第２
電極の補助壁と第１対向壁がこのベース部と同方向に延
びており、上記取り付け部が間隔をおいて上記ベース部
の延び方向に複数配置され、上記ベース部において取り
付け部間に位置する部分がこの取り付け部より凹んでい
ることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装
置。
【請求項７】上記補助壁は筒形状をなし、この補助壁で
区画された配置領域に上記第１電極の取り付け部が配置
されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶ
Ｄ装置。
【請求項８】上記ワークはほぼ円柱形状をなし、その一
方の端面が上記第１電極の取り付け部に接する接触面と
して提供され、上記第１電極の取り付け部は円柱形状をなし、第２電極
の補助壁はこの取り付け部と同心の円筒形状をなし、第２電極は、さらに、ワークが第１電極に取り付けられ
た状態でワークの周面に対峙するとともに補助壁と同心
をなす円筒形状の第１対向壁と、この第１対向壁と補助
壁とを連ねる第１連結壁とを有しており、上記補助壁はこの第１連結壁から内方に突出しているこ
とを特徴とする請求項７に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項９】上記第２電極は、上記ワークが第１電極に
取り付けられた状態でワークの他方の端面と対峙する第
２対向壁と、この第２対向壁を第１対向壁に連ねる第２
連結壁とを備え、この第２連結壁はほぼ半球殻形状をな
していることを特徴とする請求項８に記載のプラズマＣ
ＶＤ装置。
【請求項１０】上記第１電極の取り付け部においてワー
クを受ける受面が、この受面に対峙するワークの面と等
しい形状をなしており、ワークは、上記取り付け部に取
り付けられた状態においてこの取り付け部と面一をなし
ていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶ
Ｄ装置。
【請求項１１】上記第１電極の取り付け部においてワー
クを受ける受面が、この受面に対峙するワークの面より
小さい形状をなしており、ワークは、上記取り付け部に
取り付けられた状態においてこの取り付け部から補助壁
に向かって突出していることを特徴とする請求項１に記
載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１２】上記第２電極は、複数の挿通孔を有する
平板形状の共通のベース部と、このベース部に挿通孔を
囲むようにして取り付けられベース部と協働してそれぞ
れ上記反応空間を区画する複数のフード部と、各フード
部内において上記貫通孔を囲むようにして上記ベース部
に設けられた筒形状をなす上記補助壁とを備え、上記第１電極は、上記第２電極のベース部とほぼ平行に
対峙して上記フード部の反対側に配置されたベース部
と、この第１電極のベース部から突出した複数の上記取
り付け部とを備え、各取り付け部は、第２電極のベースの挿通孔を通り補助
壁を通って、この補助壁の先端縁から突出していること
を特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。