JP4376659B2 - Plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は、所望のイオンを導電体からなる被処理物に成膜処理するプラズマ処理方法に係り、特に被処理物が中空状のものに適用されるプラズマ処理方法に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing method for depositing desired ions on an object to be processed made of a conductor, and more particularly to a plasma processing method in which the object to be processed is applied to a hollow object.
従来のプラズマ処理方法としては、被処理物にプラズマ生成用の13.56MHzの高周波とプラズマイオンシース制御用の直流パルスの負の高電圧を印加することにより、3次元形状に対して均一にプラズマ処理するものがあった(特許文献1参照)。 As a conventional plasma processing method, plasma is uniformly applied to a three-dimensional shape by applying a high frequency of 13.56 MHz for plasma generation and a negative high voltage of a direct current pulse for controlling a plasma ion sheath to a workpiece. There was a thing to process (refer to patent documents 1).
図5は従来のプラズマ処理方法の一例の説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram of an example of a conventional plasma processing method.
図5において、1は被処理部、2は真空容器、3は導体、4は高電圧導入部、5は高電圧パルス発生電源、6は重畳装置、7はプラズマ発生用電源である。 In FIG. 5, 1 is a part to be processed, 2 is a vacuum vessel, 3 is a conductor, 4 is a high voltage introduction unit, 5 is a high voltage pulse generating power source, 6 is a superimposing device, and 7 is a plasma generating power source.
前記被処理物1は、3次元物質に対して均一にプラズマ生成した真空容器2内において、所望のイオンの注入および成膜が均一になるように処理されていた。
The object to be processed 1 has been processed so that desired ion implantation and film formation are uniform in a
すなわち、被処理物1とプラズマ発生用電源7とでプラズマを生成し、重畳装置6を介してプラズマ発生用電源7から高電圧パルス発生電源5に切り替えて、被処理物1の形状に均一に所望のイオンを注入していた。
しかしながら、前記従来の構成では、被処理物自体でプラズマの生成およびシース厚みの制御ができるため、プラズマ源による指向性は緩和できるが、シース厚みを20mm未満まで制御することが困難である。 However, in the above-described conventional configuration, since the object to be processed itself can generate plasma and control the sheath thickness, the directivity by the plasma source can be reduced, but it is difficult to control the sheath thickness to less than 20 mm.
特に導電体で形成された中空状被処理物の内部を均一に処理するためには、シース厚みを中空内径の1/2未満にする必要があるため、シース厚みの制御が20mmであれば、例えば円筒径直径40mm以上の被処理物しか処理することができないという課題を有していた。 In particular, in order to uniformly treat the inside of the hollow object to be processed formed of a conductor, it is necessary to make the sheath thickness less than 1/2 of the hollow inner diameter, so if the control of the sheath thickness is 20 mm, For example, there is a problem that only a workpiece having a cylindrical diameter of 40 mm or more can be processed.
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、導電体で形成された中空状被処理物の内径が直径10mm未満の内部を均一にプラズマ処理することを可能にするプラズマ処理方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a plasma processing method that makes it possible to uniformly plasma-process the inside of a hollow object to be processed formed of a conductor having an inner diameter of less than 10 mm. The purpose is to do.
前記目的を達成するため、本発明のプラズマ処理方法は、基本的に、真空容器内に中空状被処理物を配し、前記真空容器内に所望のガスを導入すると共に、前記中空状被処理物の中空内部に同心円状に配された電極に高周波電圧を印加することにより、前記中空状被処理物の中空内部にプラズマを生成させ、前記中空状被処理物に負の電圧を印加して、前記中空状被処理物の中空内部をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、前記中空状被処理物を、同軸状に複数個連設し、かつ各中空状被処理物の間に絶縁体からなる中空状のスペーサを配して前記プラズマ処理を行う処理方法である。
In order to achieve the above object, the plasma processing method of the present invention basically arranges a hollow object to be processed in a vacuum vessel, introduces a desired gas into the vacuum vessel, and performs the hollow object to be processed. By applying a high frequency voltage to an electrode arranged concentrically in the hollow interior of the object, plasma is generated in the hollow interior of the hollow object, and a negative voltage is applied to the hollow object. In the plasma processing method for plasma processing the hollow interior of the hollow object to be processed, a plurality of the hollow objects to be processed are coaxially connected, and an insulator is provided between the hollow objects to be processed. This is a processing method in which a hollow spacer is provided to perform the plasma processing .
本発明のプラズマ処理方法によれば、導電体で形成された中空状の被処理物の内径が10mm未満の内部を均一にプラズマ処理することができる。 According to the plasma processing method of the present invention, it is possible to uniformly perform plasma processing on the inside of a hollow object to be processed formed of a conductor whose inner diameter is less than 10 mm.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1を説明するためのプラズマ処理装置の構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a plasma processing apparatus for explaining the first embodiment of the present invention.
図1において、真空容器12内には、負の高圧電源13と電気的に接続された導電体からなる中空状の被処理物11が所定の位置にセットされ、被処理物11の中空内部には同心円状に、高周波電源15に対して位相整合器16を介して電気的に接続された導電体からなる電極14が配設されている。
In FIG. 1, a
実施の形態1によれば、中空状の被処理物11と電極14を同心円状に配することにより、被処理物11の中空内部に均一にプラズマを発生させることが可能になり、被処理物11の内部を均一にプラズマ処理することができる。
According to the first embodiment, by arranging the
また、導入する所望のイオンを含む原料ガスの圧力Pと、被処理物11の内径Rおよび電極外径rとの間にある(P(R−r))/2の関係が、パッシェンの法則に従った曲線より大きな値を示すように設計されている。
The relationship of (P (R−r)) / 2 between the pressure P of the raw material gas containing the desired ions to be introduced and the inner diameter R and the outer electrode diameter r of the
例えば、被処理物11の内径Rが10mmであって、電極14の外径rが1mmの場合、原料ガスの圧力Pを30pa以上に設定することによって、被処理物11の内部に均一なプラズマを生成することを可能にしている。
For example, when the inner diameter R of the object to be processed 11 is 10 mm and the outer diameter r of the
本実施の形態では、原料ガスとしてC10H8を用いカーボンを主とする膜を均一に成膜することを目的とし、被処理物11に−10kVを印加した後、電極14に13.56MHzの高周波を印加してプラズマを生成することにより、被処理物11の表層に炭素を主とする注入層を形成し、炭素を主とする膜を均一に成膜することができた。
In the present embodiment, C 10 H 8 is used as a source gas and the purpose is to uniformly form a film mainly composed of carbon . After applying −10 kV to the
なお、本実施の形態において、電極14としてカーボン電極を設けた例を説明したが、電極としては導電性物質であればよい。
Note that although an example in which a carbon electrode is provided as the
(実施の形態2)
図2は本発明の実施の形態2のプラズマ処理方法の工程フロー図である。実施の形態2における実施装置として図1に示す装置を用いた。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a process flow diagram of the plasma processing method according to the second embodiment of the present invention. The apparatus shown in FIG. 1 was used as the implementation apparatus in the second embodiment.
図2に示すように実施の形態2では、CH4を原料ガスとして導入し(S1)、被処理物11には−15kVの電圧を印加した後(S2)、電極14に13.56MHzの高周波を印加しプラズマを生成し(S3)、被処理物11の中空内部に炭素を主とする注入層を形成した後、原料ガスをC10H8に切り替え(S4)、被処理物11には−2kVの電圧を印加し、被処理物1内部に炭素を主とする膜を成膜した(S5)。
As shown in FIG. 2, in
実施の形態1,2では、注入層を形成する工程と成膜する工程を分離することにより、注入層の深さ、および濃度を向上させることを可能とし、炭素を主とする膜の密着力を向上させることができる。 In the first and second embodiments, it is possible to improve the depth and concentration of the injection layer by separating the step of forming the injection layer from the step of forming the film, and the adhesion strength of the film mainly composed of carbon. Can be improved.
なお、実施の形態1,2において、電極14に印加する周波数は100kHz乃至2.8GHzとすることが望ましい。100kHz未満であると中空状の被処理物11内に十分なプラズマ密度を有するプラズマを生成することができず、2.8GHz以上になると電源が高価になり、また電磁波の対策が必要になる。
In the first and second embodiments, the frequency applied to the
また、中空状の被処理物11に印加する電圧は−30kV乃至−200Vとすることが望ましい。−200V未満であると成膜した膜に対して十分な密着力が得られず、−30kV以上であると成膜した膜にダメージを与えて膜質を劣化させてしまう。
In addition, the voltage applied to the
また、成膜する膜が炭素を主とするDLC膜である場合、一般的にはイオン発生用の原料ガスとしてC6H6、CH4、C2H2が用いられるが、本実施の形態のプラズマ処理方法では、C10H8などの他の炭素を含む高分子系ガスを用いてもDLC膜が生成されることが確認された。これにより、C6H6などの環境負荷の高いガスを用いずとも、DLC膜を生成することができる利点がある。具体的には、従来の原料ガスを含むC6H6、CH4、C2H2、C10H8、CH3OH、C2H5OH、CH3OHCH3、C10H16Oなどを適宜選択して用いることが可能である。 In the case where the film to be formed is a DLC film mainly composed of carbon, C 6 H 6 , CH 4 , and C 2 H 2 are generally used as source gases for ion generation. In this plasma processing method, it was confirmed that a DLC film was generated even when a polymer gas containing other carbon such as C 10 H 8 was used. Accordingly, there is an advantage that a DLC film can be generated without using a high environmental load gas such as C 6 H 6 . Specifically, C 6 H 6 , CH 4 , C 2 H 2 , C 10 H 8 , CH 3 OH, C 2 H 5 OH, CH 3 OHCH 3 , C 10 H 16 O and the like containing conventional source gases Can be appropriately selected and used.
また、実施の形態2において、ステップ(S2)の前工程で被処理物11に印加する電圧を−30kV乃至−5kVにすることにより、成膜された膜の密着性がよくなり、この範囲外では十分な密着性を得ることはできない。さらに、ステップ(S5)の後工程で被処理物に印加する電圧を−5kV乃至0Vとすることにより、成膜時の膜質調整が行われ、この範囲外では、成膜された膜にダメージを与え、膜質を劣化させる。
In the second embodiment, the voltage applied to the
さらに、図3に示す参考例のように、中空状の被処理物11を複数個同心円状に連ねて配置して、前記プラズマ処理を行うことも考えられる。このようにすることにより、複数の被処理物11を省スペースでかつ効率的に処理することができ、生産性が向上する。
Further, as in the reference example shown in FIG. 3, it is also conceivable to perform the plasma treatment by arranging a plurality of
また、図4に示すように、中空状の被処理物11を複数個同心円状に連ねて配置する場合、実施の形態1,2において、各被処理物11間に中空状の絶縁体20を、同様に同心円状に介在させることにより、被処理物11のアスペクト比が2以下のとき、各絶縁体20部分で発生したプラズマが被処理物11の中空内部に回り込むことが可能になり、均一に複数個の被処理物11を処理することができる。
Further, as shown in FIG. 4, in the case where a plurality of
本発明のプラズマ処理方法は、負の高電圧電源と接続された導電体で形成された中空状の被処理物に所望のイオンを均一に注入および成膜することにより、均一で高密着な膜が生成され、モータなどの揺動部表面改質の用途にも適用できる。 The plasma processing method of the present invention provides a uniform and highly adherent film by uniformly injecting and forming desired ions into a hollow object to be processed formed of a conductor connected to a negative high voltage power source. And can be applied to the surface modification of a rocking part such as a motor.
11 中空状の被処理物
12 真空容器
13 負の高圧電源
14 電極
15 高周波電源
16 位相整合器
20 絶縁体
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記真空容器内に所望のガスを導入すると共に、前記中空状被処理物の中空内部に同心円状に配された電極に高周波電圧を印加することにより、前記中空状被処理物の中空内部にプラズマを生成させ、
前記中空状被処理物に負の電圧を印加して、前記中空状被処理物の中空内部をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記中空状被処理物を、同軸状に複数個連設し、かつ各中空状被処理物の間に絶縁体からなる中空状のスペーサを配して前記プラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。 Place the hollow object to be processed in the vacuum container,
Plasma is introduced into the hollow interior of the hollow object by introducing a desired gas into the vacuum container and applying a high-frequency voltage to electrodes concentrically arranged inside the hollow object. To generate
By applying a negative voltage to the hollow object to be processed, the pulp plasma processing method to the plasma treatment a hollow interior of the hollow object to be processed,
A plasma characterized in that a plurality of the hollow objects to be processed are connected in a coaxial manner, and a hollow spacer made of an insulator is disposed between the hollow objects to be processed to perform the plasma treatment. Processing method .
前記真空容器内に第1の所望のガスを導入すると共に、前記電極に高周波電圧を印加することにより前記中空状被処理物の中空内部にプラズマを生成させ、前記中空状被処理物に負の電圧を印加する前工程と、
前記真空容器内に第2の所望のガスを導入し、前記電極に高周波電圧を印加することにより前記中空状被処理物の中空内部にプラズマを生成させ、前記中空状被処理物に前記前工程より絶対値が低い負の電圧を印加する後工程とにより、前記中空状被処理物の中空内部をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記中空状被処理物を、同軸状に複数個連設し、かつ各中空状被処理物の間に絶縁体からなる中空状のスペーサを配して前記プラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。 Disposing a hollow object to be processed in a vacuum container, and concentrically arranging electrodes inside the hollow of the hollow object to be processed,
A first desired gas is introduced into the vacuum container, and a high frequency voltage is applied to the electrode to generate plasma in the hollow interior of the hollow object to be processed. A pre-process for applying a voltage;
A second desired gas is introduced into the vacuum vessel, and a high-frequency voltage is applied to the electrode to generate plasma in the hollow interior of the hollow object to be processed. by a step after applying a more absolute value is low negative voltage, the pulp plasma processing method to the plasma treatment a hollow interior of the hollow object to be processed,
A plasma characterized in that a plurality of the hollow objects to be processed are connected in a coaxial manner, and a hollow spacer made of an insulator is disposed between the hollow objects to be processed to perform the plasma treatment. Processing method .
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