JPH0111721Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は化学蒸着装置に関し、詳しくはプラズ
マCVD装置に関する。

（従来技術の説明） 工具鋼、高速度鋼等の金属材料からなる機械部
品や切削工具の寿命延長を目的として、その表面
に硬質皮膜を形成する技術が各種提案されてお
り、その代表的なものとしては高温雰囲気下で処
理される化学蒸着法（CVD法）、比較的低温雰囲
気下で処理される物理的蒸着法（PVD法）が知
られているが、前述せる金属材料にあつては、そ
の材料特性を発揮さすべく様々な熱処理が施され
ているため、前者のCVD法でコーテイングを施
そうとすれば、材料が軟化してしまうため、後者
のPVD法によるコーテイング処理が一般的に採
用されている。

ところで、前記CVD法の中にあつてもプラズ
マCVD法というのは、通常のCVD法と異なり真
空容器内でグロー放電により反応ガスとアンモニ
ア或は窒素ガス等の雰囲気ガスとを（100℃〜400
℃程度の比較的低温下で）反応させ、被処理物表
面に各種所望の窒化物や炭化物等の硬質皮膜を形
成せしめるものであり、殊に高温雰囲気を嫌う対
象物のコーテイングに適しており、その装置も
種々提案されている。

例えば第１図に示すものは、コイル結合型プラ
ズマCVD装置１であり、石英管などの絶縁物で
作られた真空槽２の外側に巻回された高周波誘導
コイル３を通して槽内の雰囲気ガスに高周波電力
を作用させてプラズマを発生せしめ、支持台４上
の被処理物５表面に硬化皮膜を形成せしめるもの
である。

又、第２図に示すものは、容量結合型プラズマ
CVD装置６であり、電極板７と被処理物支持台
４を平行に配置し、その間にプラズマを発生さ
せ、プラズマ密度や反応ガスの流れが均一となる
ように工夫されたものである。尚、図中第１図と
同符号のものは同一の構成品を示す。

（従来技術の問題点） ところが、前者の装置１にあつては、石英管か
らなる真空槽２の半径方向に出力分布が生じるた
め膜厚分布が不均一となる。又、石英管は現在の
技術では６インチ以上のものが製造できないた
め、切削工具、あるいは機械部品等をコーテイン
グ処理するために、装置を大型化することが極め
て困難なものである。

又、後者の装置６にあつては、電極板７と支持
台４との電極間距離によつて膜質の変化が生じ、
均質な皮膜が得られない。さらに電極板７に堆積
した皮膜が剥離して被処理物表面上に落下堆積す
るという問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、前述せる問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、ホブやピニオンカ
ツタ等の複雑な形状で比較的大型の被処理物で
も、つきまわり特性や付着強度のすぐれた均質な
皮膜を形成するプラズマCVD装置を提供するも
ので、その特徴とするところは、槽内に雰囲気ガ
スと反応ガスとを所定の流量比とガス圧に調節し
て導入するガス導入系とその排気系を配管してな
る真空槽と、該槽内に設けられた被処理物を支持
する負の電位に保たれた支持台と、支持台に載置
される被処理物を加熱するために被処理物を囲繞
するように支持台近傍に配置した発熱体と、前記
ガス導入系に近接し、かつ、真空槽内に露出して
配置された高周波放電により励起するコイル状の
電極とから構成した点にある。

以下、本考案を実施例に基づいて詳細に説明す
る。

（実施例及び作用） 第３図において１０は金属製の圧力容器からな
る真空槽で、槽内上部には貯留ガスボンベ１１か
ら供給される雰囲気ガスおよび反応ガスを噴出す
るノズル１２が設けられガス導入系が形成されて
おり、底部にはガス排気系を構成する排気口１３
が設けられている。１４は被処理物１５を加熱す
る発熱体で、１６は被処理物支持台であり、発熱
体１４は被処理物５を囲繞するように支持台近傍
に配置されている。該支持台１６には直流電源１
７から負の電位が印加されるよう結線されると共
に、前記直流電源１７の正の電位は高周波交流電
源１８のアースライン１９に結線され、高周波交
流電源からの出力は槽内に露出して設けられた高
周波誘導コイル２０に印加されるよう構成してい
る。

この高周波誘導コイル２０は、前述する真空槽
１０内に導入される雰囲気ガスと反応ガスを導入
するノズル１２に近接して、換言すればノズル１
２の直下に配置するのが真空槽１０内における前
記ガスをイオン化状態に維持するために必要であ
る。また、前記コイル２０は被処理物に可能な限
り近接させるのが望ましい。

次に上記の如く構成された本考案装置による皮
膜形成過程についてシリコンナイトライド膜を例
にして説明すると、まず、被処理物１５を支持台
１６に装着した後、真空槽１０内部を10^-3〜
10^-4Torrに排気する。その際同時に発熱体１４
を作動せしめて被処理物を100〜400℃に加熱す
る。次いで不活性の雰囲気ガス（Ar，He等）を
槽内に導入し、槽内ガス圧を0.1Torr程度にす
る。次に高周波誘導コイル２０に高周波交流電圧
を印加すると共に支持台１６に直流電圧を印加し
て、前記ガスをイオン化、加速し被処理物表面の
イオンボンバードを約10分間行なう。

その後、一旦発熱体１４への通電のみを残して
他は停電せしめ槽内のガスを排気して槽内真空度
を10^-3Torr以上に復元する。

次いで、ガス導入系からシランガス（SiH₄）
と窒素ガスを適宜の割合、好ましくは１：５〜
１：20で槽内に導入し、槽内ガスを0.1〜1Torr
とする。このとき同時に、高周波誘導コイル２０
に高周波交流電圧を印加し、更に支持台１６を介
して被処理物１５を直流電源１７より−500V〜
−1KVに印加する。

さすれば、槽内にノズル１２から導入された
SiH₄と窒素ガスはノズル１２直下に近接して配
置された高周波誘導コイル２０を通過する際、そ
の高周波励起領域で直ちに分解、励起、イオン化
される。

この結果、真空槽１０内は、反応ガスのイオン
化された粒子により充満した状態となり、かつま
た、真空槽１０内に配置された高周波誘導コイル
２０により常に真空槽内の反応ガスのイオン化状
態が維持され、このイオン化粒子は被処理物１５
に向う電界で加速され、被処理物１５に衝突して
付着し、このとき被処理物１５を加熱することに
よつて硬質皮膜の生成（蒸着）速度を増大せし
め、かつまた、硬質皮膜を緻密化することとな
り、被処理物１５の表面上にシリコンナイトライ
ドの皮膜を形成する。

（考案の効果） 以上詳述したように、本考案に係る化学蒸着装
置にあつては、高周波誘導コイルを真空槽の内部
に露出して、かつ、ガス導入系に近接して設置す
るため、真空槽内のイオン化状態を促進、維持す
ることを可能とし、装置の大型化が極めて容易と
なり、さらに、真空槽を大きくすることでガスの
分布がより均一となりやすく、さらに被処理物に
負の電位をかけているためイオン化したガスが被
処理物に向つて加速されやすく、しかも被処理物
を囲繞するように発熱体を支持台近傍に配置する
ので被処理物の温度分布が均一となるため複雑な
形状の大型品の被処理物でも、均質なつきまわり
特性のすぐれた皮膜が形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のプラズマCVD装置
の概念図、第３図は本考案のプラズマCVD装置
の概念図である。 １：コイル結合型プラズマCVD装置、２，１
０：真空槽、３，２０：高周波誘導コイル、４，
１６：支持台、５，１５：被処理物、１２：ノズ
ル、１３：排気口、１４：発熱体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 槽内に雰囲気ガスと反応ガスとを所定の流量比
   とガス圧に調節して導入するガス導入系とその排
   気系を配管してなる真空槽と、該槽内に設けられ
   た被処理物を支持する負の電位に保たれた支持台
   と、支持台に載置される被処理物を加熱するため
   に被処理物を囲繞するように支持台近傍に配置し
   た発熱体と、前記ガス導入系に近接し、かつ、真
   空槽内に露出して配置された高周波放電により励
   起するコイル状の電極とから構成したことを特徴
   とする化学蒸着装置。