JP6223875B2 - 皮膜形成装置、皮膜形成方法、及び皮膜付筒部材 - Google Patents
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Description
前記処理容器内の処理対象部材の延在方向に移動可能に設けられ、前記処理対象部材に薄膜を形成するために、前記処理空間内の、前記処理対象部材の前記延在方向の一部分の周りの領域に、電力の供給を受けてプラズマを形成するプラズマ生成素子と、
前記プラズマ生成素子に電力を供給する高周波電源と、
前記処理対象部材に形成された前記薄膜に、前記プラズマによって前記処理空間内のガスからつくられたイオンを注入するために、前記処理対象部材にパルス電圧を与えるパルス電源と、
前記プラズマ生成素子を前記延在方向に移動させる移動機構と、
前記高周波電源の前記プラズマ生成素子への電力の供給のタイミングと、前記パルス電源による前記パルス電圧の付与のタイミングと、前記移動機構による前記プラズマ生成素子の移動と、を制御することにより、前記プラズマの形成と前記イオンの注入の実行中に、あるいは、前記プラズマの形成と前記イオンの注入の実行後に、前記プラズマ生成素子を前記延在方向に移動させることによって、前記プラズマが形成される位置を変えるように制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記プラズマの形成と、前記イオンの注入と、前記プラズマ生成素子の前記延在方向への移動と、を繰り返す動作を行わせ、
前記処理対象部材は筒形状の部材であり、
前記プラズマ生成素子は、モノポールアンテナ素子であり、
前記モノポールアンテナ素子は、前記筒形状の中心軸上に設けられる。
前記処理空間内の、前記処理対象部材の延在方向の一部分の周りの領域に、プラズマ生成素子を用いてプラズマを形成させるステップと、
前記プラズマの形成開始後に、前記処理対象部材にパルス電圧を印加することにより、前記プラズマにより形成された前記処理対象部材上の薄膜に、前記プラズマによって前記処理空間内のガスからつくられたイオンを注入させて前記処理対象部材に皮膜を形成するステップと、
前記プラズマの形成と前記イオンの注入の実行中に、あるいは、前記プラズマの形成と前記イオンの注入の実行後に前記プラズマ生成素子を前記延在方向に移動することによって、前記プラズマが形成される位置を変えるステップと、を含み、
前記プラズマの形成と、前記イオンの注入と、前記プラズマ生成素子の前記延在方向への移動と、を繰り返す。
このとき、前記処理対象部材は筒形状の部材であり、
前記プラズマ生成素子は、モノポールアンテナ素子であり、
前記モノポールアンテナ素子は、前記筒形状の中心軸上に設けられ、
前記筒形状の内壁面に皮膜を形成する。
前記筒形状の延在方向の同じ位置において、前記内壁面の周上の前記皮膜の組成は一定であり、
前記比膜の組成は、前記延在方向の位置に応じて変化している、ことを特徴とする。
皮膜形成装置10は、処理容器12と、モノポールアンテナ素子であるプラズマ生成素子14と、高周波電源16と、パルス電源18と、制御部20と、クロック信号発生器22とを主に備える。
本実施形態では、処理対象部材11の内壁面に例えばダイヤモンドライクカーボンの皮膜や窒化炭素の皮膜を形成する。ダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成する場合、原料ガスは、炭素成分を含んだガスであり、例えばアセチレンガス、メタンガスを含む。また、原料ガスは必要に応じて水素を含む。窒化炭素の皮膜を形成する場合、原料ガスは、炭素成分及び窒素成分のガスを含み、例えば,アセチレン及び、窒素ガスまたはアンモニアガスを必要に応じて含む。
プラズマ生成素子14は、インピーダンス整合器28を介して高周波電源16から給電を受ける。高周波電源16は、高周波発振器32とアンプ34とを含む。高周波発振器32は、後述する制御部20からの制御によって所定の周波数の高周波(例えば1〜100MHz)電力を発振する。アンプ34は、高周波を例えば100〜3000Wの電力となるように増幅する。
また、プラズマ生成素子14の移動によって誘電体管26に覆われるプラズマ生成素子14の部分の長さが変化する度に、この部分の長さによって変化するインピーダンスに適合するように、インピーダンス整合器28はインピーダンス整合を行うことが好ましい。これにより、一定の電力をプラズマ生成素子14に供給することができ、位置に拠らず一定のプラズマ密度を持ったプラズマPを形成することができ、処理対象部材11の延在方向に沿ってより均一な厚さの皮膜を形成することができる。
なお、プラズマ生成素子14の延在方向への移動は、プラズマPの形成と、イオンの注入を行った後に行う場合の他に、プラズマPの形成とイオンの注入の実行中にプラズマ生成素子14を移動することによって、プラズマPの形成される位置を変えてもよい。この場合、プラズマPによって形成された薄膜に、このプラズマPによって作られたイオンの注入が行われるように、プラズマ生成素子14の移動速度は低速に調整される。
例えば、処理対象部材11の筒形状の内壁面のうち、筒形状の延在方向の同じ位置において周上における皮膜の組成を一定にしつつ、延在方向に沿って組成を変化させる、あるいは組成を徐々に変化させることができる。より具体的には、筒形状の処理対象部材11の内壁面の延在方向の同じ位置では、カーボンと水素の組成比が略同一である一方、延在方向において徐々に水素含有量の比率が小さくなるダイヤモンドライクカーボン皮膜を、筒形状の内壁面に形成することができる。皮膜の組成に応じて皮膜の特性(Rockwell-C硬度、スクラッチテスト、耐摩耗性)は変化するので、筒形状の延在方向の位置によって異なる特性を皮膜に持たせることができる。勿論、延在方向において均一の組成を持つ皮膜を形成することもできる。
11 処理対象部材
12 処理容器
14 プラズマ生成素子
16 高周波電源
18 パルス電源
20 制御部
22 クロック信号発生器
23 導入口
25 排気口
26 誘電体管
28 インピーダンス整合器
30 移動台
32 高周波発振器
34 アンプ
36 載置台
38 突起
Claims (7)
- 処理空間内に形成されるプラズマを用いて一方向に延在する処理対象部材の表面に皮膜を形成する皮膜形成装置であって、
処理対象部材を配置した処理空間を囲む処理容器と、
前記処理容器内の処理対象部材の延在方向に移動可能に設けられ、前記処理対象部材に薄膜を形成するために、前記処理空間内の、前記処理対象部材の前記延在方向の一部分の周りの領域に、電力の供給を受けてプラズマを形成するプラズマ生成素子と、
前記プラズマ生成素子に電力を供給する高周波電源と、
前記処理対象部材に形成された前記薄膜に、前記プラズマによって前記処理空間内のガスからつくられたイオンを注入するために、前記処理対象部材にパルス電圧を与えるパルス電源と、
前記プラズマ生成素子を前記延在方向に移動させる移動機構と、
前記高周波電源の前記プラズマ生成素子への電力の供給のタイミングと、前記パルス電源による前記パルス電圧の付与のタイミングと、前記移動機構による前記プラズマ生成素子の移動と、を制御することにより、前記プラズマの形成と前記イオンの注入の実行中に、あるいは、前記プラズマの形成と前記イオンの注入の実行後に、前記プラズマ生成素子を前記延在方向に移動させることによって、前記プラズマが形成される位置を変えるように制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記プラズマの形成と、前記イオンの注入と、前記プラズマ生成素子の前記延在方向への移動と、を繰り返す動作を行わせ、
前記処理対象部材は筒形状の部材であり、
前記プラズマ生成素子は、モノポールアンテナ素子であり、
前記モノポールアンテナ素子は、前記筒形状の中心軸上に設けられる、ことを特徴とする皮膜形成装置。 - 前記モノポールアンテナ素子の周囲を覆う誘電体管が前記処理空間の内部と外部を分けるように前記処理容器に固定されている、請求項1に記載の皮膜形成装置。
- 前記モノポールアンテナ素子の前記誘電体管によって覆われる部分の長さによって変化するインピーダンスに整合するように、素子の調整を行うインピーダンス整合器が設けられている、請求項2に記載の皮膜形成装置。
- 処理空間内に形成されるプラズマを用いて一方向に延在する処理対象部材の表面に皮膜を形成する皮膜形成方法であって、
前記処理空間内の、前記処理対象部材の延在方向の一部分の周りの領域に、プラズマ生成素子を用いてプラズマを形成させるステップと、
前記プラズマの形成開始後に、前記処理対象部材にパルス電圧を印加することにより、前記プラズマにより形成された前記処理対象部材上の薄膜に、前記プラズマによって前記処理空間内のガスからつくられたイオンを注入させて前記処理対象部材に皮膜を形成するステップと、
前記プラズマの形成と前記イオンの注入の実行中に、あるいは、前記プラズマの形成と前記イオンの注入の実行後に前記プラズマ生成素子を前記延在方向に移動することによって、前記プラズマが形成される位置を変えるステップと、を含み、
前記プラズマの形成と、前記イオンの注入と、前記プラズマ生成素子の前記延在方向への移動と、を繰り返し、
前記処理対象部材は筒形状の部材であり、
前記プラズマ生成素子は、モノポールアンテナ素子であり、
前記モノポールアンテナ素子は、前記筒形状の中心軸上に設けられ、
前記筒形状の内壁面に皮膜を形成する、ことを特徴とする皮膜形成方法。 - 前記処理空間を囲む処置容器には、前記モノポールアンテナ素子の周囲を覆う誘電体管が前記処理空間の内部と外部を分けるように固定されており、前記処理空間の外部で前記モノポールアンテナ素子は移動する、請求項4に記載の皮膜形成方法。
- 前記薄膜の形成中、前記処理空間に原料ガスを導入しつつ、原料ガスを前記処理空間から排気するように、前記処理対象部材の周りには原料ガスの流れが形成され、
前記モノポールアンテナ素子の先端が前記モノポールアンテナ素子の後端に比べて前記流れの上流側に位置するように前記モノポールアンテナ素子は設けられている、請求項5に記載の皮膜形成方法。 - 前記モノポールアンテナ素子の前記移動によって前記誘電体管に覆われる前記モノポールアンテナ素子の部分の長さが変化する度に、前記部分によって変化するインピーダンスに整合するように、インピーダンス調整用素子の調整を行うステップをさらに有する、請求項5または6に記載の皮膜形成方法。
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