JPH01147068A - Method and apparatus for manufacturing hard carbon film - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing hard carbon film

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JPH01147068A
JPH01147068A JP62304043A JP30404387A JPH01147068A JP H01147068 A JPH01147068 A JP H01147068A JP 62304043 A JP62304043 A JP 62304043A JP 30404387 A JP30404387 A JP 30404387A JP H01147068 A JPH01147068 A JP H01147068A
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JP
Japan
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cathode
electrode
substrate
anode
carbon film
Prior art date
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Pending
Application number
JP62304043A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomio Kazahaya
風早 富雄
Satoshi Katsumata
聡 勝又
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Idemitsu Petrochemical Co Ltd filed Critical Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To form a high-hardness hard carbon film at high speed by disposing a third electrode between an anode and a cathode and bringing a plasma of carbon source gas excited by glow discharge and hollow cathode discharge into contact with a substrate. CONSTITUTION:In a reaction chamber 4 in a high-frequency plasma CVD apparatus 1, a third electrode 7 having an electric potential identical with that of a cathode 6 is disposed between an anode 5 and the cathode 6. A substrate 8 is disposed between the cathode 6 and the third electrode 7, and the cathode 6 is connected to a high-frequency electric power source 9. A carbon source gas and a carrier gas are introduced via an introducing hole 2, and high-frequency waves are impressed on the electrodes. Then, glow discharge is produced between the anode 5 and the third electrode 7 and hollow cathode discharge is produced between the third electrode 7 and the cathode 6, by which a carbon gas source is excited and plasma is produced. By bringing this plasma into contact with the substrate 8, the hard carbon film can be formed on the substrate 8.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は硬質炭素膜の製造方法およびその製造装置に関
し、さらに詳しくは、基板上に高硬度の硬質炭素膜すな
わちダイヤモンド状炭素および/またはダイヤモンドの
膜を高速で形成することができる硬質炭素膜の方法およ
びその製造装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a hard carbon film and an apparatus for manufacturing the same. The present invention relates to a method for producing a hard carbon film that can form a film at high speed, and an apparatus for manufacturing the same.

[従来の技術およびその問題点] 従来、高周波プラズマ装置を用いて反応室内で炭素源ガ
スをグロー放電させてプラズマを発生させ、そのプラズ
マと基板とを接触させて基板上にダイヤモンド状炭素お
よび/またはダイヤモンドの膜を形成する技術は知られ
ている。
[Prior art and its problems] Conventionally, a high-frequency plasma device is used to generate plasma by glow-discharging a carbon source gas in a reaction chamber, and the plasma is brought into contact with a substrate to form diamond-like carbon and/or carbon on the substrate. Alternatively, techniques for forming diamond films are known.

この技術はたとえばLSI製造時の成膜、エツチング等
の半導体プロセスにおいて汎用的に利用されている。
This technique is commonly used in semiconductor processes such as film formation and etching during LSI manufacturing.

また、同様の装置を用いて反応室内で炭素源ガスをホロ
ーカソード放電して、基板上にダイヤモンド状炭素およ
び/またはダイヤモンドの膜を形成する技術も知られて
いる。
Furthermore, a technique is also known in which a carbon source gas is subjected to hollow cathode discharge in a reaction chamber using a similar device to form a film of diamond-like carbon and/or diamond on a substrate.

このホローカソード放電の場合には、グロー放電の場合
と比較して、プラズマ密度が高く、エネルギー範囲が比
較的広いという長所があるが、安定モード領域が小さい
という欠点がある。
Compared to glow discharge, hollow cathode discharge has the advantages of high plasma density and relatively wide energy range, but has the disadvantage of having a small stable mode region.

上記の両方の技術はいずれも硬質炭素膜を得るために用
いられている優れた技術であるが、より高硬度の膜をさ
らに高速で得ることが待望されている。
Both of the above-mentioned techniques are excellent techniques used to obtain hard carbon films, but there is a long-awaited ability to obtain even higher hardness films at higher speeds.

本発明は上記従来技術をさらに改良した高硬度の硬質炭
素膜をさらに高速で得ることができる硬質炭素膜の製造
方法およびその製造装置を提供することを目的とするも
のである。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a hard carbon film and an apparatus for manufacturing the same, which are further improved over the above-mentioned prior art and can produce a hard carbon film with high hardness at a higher speed.

[問題点を解決するための手段] 本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果
、高周波プラズマCVD装置において。
[Means for Solving the Problems] As a result of intensive research by the present inventors to achieve the above object, the present inventors have developed a high-frequency plasma CVD apparatus.

反応室内に配置された陽極および陰極との間に第3電極
を配こしてグロー放電およびホローカソード放電によっ
て励起した炭素源ガスのプラズマと基板とを接触させる
ことで、高硬度の硬質炭素膜を高速で形成することがで
きることを見出すとともにその製造方法および製造装置
の開発に成功し、本発明を完成するに至った。
A third electrode is disposed between the anode and the cathode placed in the reaction chamber, and a carbon source gas plasma excited by glow discharge and hollow cathode discharge is brought into contact with the substrate to form a hard carbon film with high hardness. They discovered that it can be formed at high speed and succeeded in developing a manufacturing method and a manufacturing apparatus, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明の第1の構成は、反応室内に、陽極と
陰極とを相対向させて配置し、前記陽極と陰極との間に
前記陰極と同電位の第3電極を配置し、反応室内に炭素
源ガスを導入し、前記陽極と第3電極との間、および前
記り極と第3電極との間でそれぞれ放電して前記炭素源
ガスを励起して11)られるプラズマを前記基板に接触
させることを特徴とする硬質炭素膜の製造方法であり、
本発明の第2の構成は、高周波プラズマCVD装置にお
いて、炭素源ガスの導入回部な導入孔を有する反応室内
に、相対向して配置された陽極と陰極との間に陰極と同
電位の第3電極を配こしてなることを特徴とする硬質炭
素膜の製造装置である。
That is, in the first configuration of the present invention, an anode and a cathode are arranged to face each other in a reaction chamber, and a third electrode having the same potential as the cathode is arranged between the anode and the cathode. 11) introducing a carbon source gas into the substrate, and exciting the carbon source gas by discharging between the anode and the third electrode and between the anode and the third electrode, respectively. A method for producing a hard carbon film, the method comprising:
A second configuration of the present invention is that in a high-frequency plasma CVD apparatus, an anode and a cathode are placed opposite each other in a reaction chamber having an introduction hole for introducing a carbon source gas, and the potential is the same as that of the cathode. This is a hard carbon film manufacturing apparatus characterized by disposing a third electrode.

以下、図面に基づき、本発明の一実施例である製造方法
を製造袋こと共に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図に示されている高周波プラズマCVD装mlにお
いて、炭素源ガスを導入、排出するための導入孔2およ
び排気孔3を有する反応室4内には、陽極5(アース電
極)と陰極6(RF主電極とが相対向して配置され、そ
の間には、陰極6と同電位の第3電極7とが配こされて
いる。
In the high-frequency plasma CVD apparatus shown in FIG. (The RF main electrode is arranged to face each other, and a third electrode 7 having the same potential as the cathode 6 is arranged between them.

陰極6と第3電極7との間には、その表面に硬質炭素膜
を形成する基板8が配こされ、陰極6は高周波電源9に
接続されている。
A substrate 8 having a hard carbon film formed on its surface is arranged between the cathode 6 and the third electrode 7, and the cathode 6 is connected to a high frequency power source 9.

ここで、導入孔2から炭素源ガスおよびキャリヤーガス
を導入し、高周波電源9によって高周波を電極に印加す
ると、陽極5と第3電極7との間でグロー放電が生じ、
第3電極7と陰極6との間ではホローカソード放電が生
じて炭素源ガスを励起し、プラズマを発生させ、そのプ
ラズマは基板8と接触して基板8上に硬質炭素膜を形成
する。
Here, when a carbon source gas and a carrier gas are introduced through the introduction hole 2 and a high frequency is applied to the electrode by a high frequency power source 9, a glow discharge is generated between the anode 5 and the third electrode 7.
A hollow cathode discharge occurs between the third electrode 7 and the cathode 6 to excite the carbon source gas and generate plasma.The plasma contacts the substrate 8 and forms a hard carbon film on the substrate 8.

なお、7Ji板8の加熱は、陰極6内にヒーターを埋め
込むかあるいはランプ加熱によって行なうことができる
The 7Ji plate 8 can be heated by embedding a heater in the cathode 6 or by heating with a lamp.

本発明の方法において、陽極5と第3電極7とでグロー
放電を行なうので、前記陽極5は前記グロー放電を行な
うのに必要な形状、大きさを有していれば特に制限がな
く、たとえば平板状の陽極を挙げることができる。
In the method of the present invention, glow discharge is performed using the anode 5 and the third electrode 7, so the anode 5 is not particularly limited as long as it has the shape and size necessary for performing the glow discharge, for example. A flat anode can be mentioned.

第3電極7は前記グロー放電により発生したプラズマを
第3電極と7と陰極6との間に導入すると共に第3電極
7と陰極6とでホローカソード放電を行なうので、第3
電極7はたとえば金網状、格子状、棚状のものを用いる
ことができ、また、第3電極7と陰極6とは、互いに相
対向して配置されたモ板状電極であっても良い。
The third electrode 7 introduces the plasma generated by the glow discharge between the third electrode 7 and the cathode 6, and also performs a hollow cathode discharge between the third electrode 7 and the cathode 6.
The electrode 7 may be shaped like a wire mesh, a grid, or a shelf, and the third electrode 7 and the cathode 6 may be plate-shaped electrodes arranged opposite to each other.

:53電極7と陰極6とは前述のようにホローカソード
放電を行なう限りにおいて、前記以外に種々の態様を採
用することができ、たとえば、一端を開口する有底円筒
体の前記一端に金網を張設してなり、前記金網を陽極5
に相対向して配置し、前記有底円筒体の底内面を基板載
置面としてなる陰極を挙げることができる。また、陰極
を、開口部を有するフラスコ状、円錐台状、角錐台状等
種々の形状にしても良い(なお、開口部に第3電極を調
節する。)。
:53 As long as the electrode 7 and the cathode 6 perform hollow cathode discharge as described above, various embodiments other than those described above can be adopted. The wire mesh is used as an anode 5.
Examples include a cathode that is disposed opposite to the bottom and has the bottom inner surface of the bottomed cylindrical body as the substrate mounting surface. Further, the cathode may have various shapes such as a flask shape, a truncated cone shape, and a truncated pyramid shape having an opening (note that the third electrode is arranged in the opening).

第3電極7が金網状の場合、1〜500メツシユのもの
が好ましい。
When the third electrode 7 is shaped like a wire mesh, it is preferable that the third electrode 7 has a mesh size of 1 to 500 meshes.

陽極5と陰極6との電極間距離は、通常、20〜300
mmであり、h極6と第3電極7との距離は、通常、1
0〜200m+sである。
The distance between the anode 5 and the cathode 6 is usually 20 to 300
mm, and the distance between the h-pole 6 and the third electrode 7 is usually 1
It is 0-200m+s.

本発明の方法において、硬質炭素膜すなわちダイヤモン
ド状炭素および/またはダイヤモンドの膜が形成される
基板8の材質としては、特に制限はなく、たとえば、ガ
ラス、合成樹脂、金属、セラミックス等が用いられ、中
でもガラス、合成樹脂が好ましい。
In the method of the present invention, the material of the substrate 8 on which the hard carbon film, that is, the diamond-like carbon and/or diamond film is formed, is not particularly limited, and for example, glass, synthetic resin, metal, ceramics, etc. are used. Among them, glass and synthetic resin are preferred.

上記ガラスとしては、特に制限がなく、たとえば、石英
ガラス、9H石英ガラス、ソーダ石灰ガラス(窓ガラス
)、ソーラダ石灰ガラス(板ガラス)、ソーダ石灰ガラ
ス(ピンガラス)、ソーダ石灰ガラス(電球用ガラス)
、電気用、光学用および工芸用の鉛ガラス、アルミノホ
ウケイ酸ガラス、低膨張ホウケイ酸ガラス、低損失ホウ
ケイ酸ガラス、タングステン封着ホウケイ酸ガラスおよ
びアルミノケイ酸塩ガラスなどの実用ガラスを挙げるこ
とができる。
The above-mentioned glass is not particularly limited, and examples include quartz glass, 9H quartz glass, soda lime glass (window glass), solar lime glass (plate glass), soda lime glass (pin glass), and soda lime glass (light bulb glass).
, practical glasses such as lead glass, aluminoborosilicate glass, low expansion borosilicate glass, low loss borosilicate glass, tungsten-sealed borosilicate glass and aluminosilicate glass for electrical, optical and craft applications can be mentioned. .

また、この発明で使用することのできるガラスには、光
学ガラス、化学強化ガラス、ホトクロミックガラス、結
品化ガラスなども含めることができる。
Further, the glass that can be used in the present invention can also include optical glass, chemically strengthened glass, photochromic glass, crystallized glass, and the like.

前記プラスチックとしては、特に制限されることはなく
、通常のものを用いることができ、たとえば、ポリオレ
フィン樹脂、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂およびその共
重合樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリスチレンおよびそ
の共重合樹脂等の一般用樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ
アセタール。
The plastics are not particularly limited, and ordinary ones can be used, such as polyolefin resins, fluororesins, vinyl chloride resins and copolymer resins thereof, vinylidene chloride resins, polystyrene and copolymer resins thereof, etc. general-purpose resins, polyamide resins, and polyacetals.

ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル樹脂、ボリフ
ェニレノキサイドおよびノリル樹脂、ポリスルフォン等
のエンジニアリングプラスチックが挙げられる。
Examples include engineering plastics such as polycarbonate, thermoplastic polyester resin, polyphenylenoxide, noryl resin, and polysulfone.

前記ポリオレフィン樹脂としては、たとえば、超高密度
ポリエチレン、高密度ポリエチレン、中、低密度ポリエ
チレン、直鎖状低密度ポリエチレン、アイソタクチック
ポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、
アタクチックポリプロピレン笠のポリプロピレン、ポリ
ブテン、4−メチルペンテン−1樹脂等が挙げられ、ま
た、本発明においては、エチレン−プロピレン共重合体
、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニ
ル共重合体、プロピレン−塩化ビニル共重合体等のオレ
フィンとの共重合体をも使用することができる。
Examples of the polyolefin resin include ultra-high density polyethylene, high-density polyethylene, medium- and low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, isotactic polypropylene, syndiotactic polypropylene,
Examples include polypropylene of atactic polypropylene, polybutene, 4-methylpentene-1 resin, etc. In the present invention, ethylene-propylene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl chloride copolymer Copolymers with olefins such as propylene-vinyl chloride copolymers can also be used.

前記フッ素樹脂としては、テフロンなどを挙げることが
できる。
Examples of the fluororesin include Teflon.

前記塩化ビニルの共重合樹脂としては、たとえば、塩化
ビニル−酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル−塩化ビニリデン
共重合樹脂、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合樹脂
等が挙げられる。
Examples of the vinyl chloride copolymer resin include vinyl chloride-vinyl acetate resin, vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer resin, and vinyl chloride-acrylonitrile copolymer resin.

前記酢酸ビニル系樹脂としては、たとえば酢酸ビニル樹
脂、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルブチラー
ル等が挙げられる。
Examples of the vinyl acetate resin include vinyl acetate resin, polyvinyl acetoacetal, polyvinyl butyral, and the like.

前記ポリスチレンの共重合樹脂としては、たとえば、A
BS樹脂、SAN樹脂、AC3樹脂等が挙げられる。
As the polystyrene copolymer resin, for example, A
Examples include BS resin, SAN resin, AC3 resin, and the like.

前記ポリアミド系樹脂としては、たとえばナイロン6、
ナイロン8、ナイロン11、ナイロン8B、ナイロン6
1O′vが挙げられる。
Examples of the polyamide resin include nylon 6,
Nylon 8, Nylon 11, Nylon 8B, Nylon 6
One example is 1O'v.

前記ポリアセタールは、単一重合体であっても共重合体
であってもよい。
The polyacetal may be a single polymer or a copolymer.

前記ポリカーボネートとしては、たとえば、ビスフェノ
ールAとホスゲンとから得られるポリカーボネート、ビ
スフェノールAとジフェニルカーボネートとから得られ
るポリカーボネート等が挙げられる。
Examples of the polycarbonate include polycarbonate obtained from bisphenol A and phosgene, polycarbonate obtained from bisphenol A and diphenyl carbonate, and the like.

前記熱可塑性ポリエステル樹脂としては、たとえば、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレ
ート等が挙げられる。
Examples of the thermoplastic polyester resin include polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate, and the like.

いずれの材質を使用するかは、この硬質炭素膜付き基板
の用途に多じて適宜に決定することができる。
Which material to use can be appropriately determined depending on the intended use of this hard carbon film-coated substrate.

」二記基板上に形成される硬質炭素膜としては、たとえ
ば、ダイヤモンド状炭素膜、ダイヤモンド膜、ダイヤモ
ンド状炭素およびダイヤモンドの混合した膜であっても
よい。
The hard carbon film formed on the substrate mentioned above may be, for example, a diamond-like carbon film, a diamond film, or a mixed film of diamond-like carbon and diamond.

上記の硬質炭素膜は、基板上にたとえば、100は50
0〜10,0OOAの厚みで形成される。
For example, 100 is 50% of the hard carbon film on the substrate.
It is formed with a thickness of 0 to 10,0 OOA.

本発明において、炭素源ガスとしては、たとえば、メタ
ン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサンな
どのアルカン類、エチレン、プロピレン、ブテン、ペン
テン、ブタジェンなどのアルケン類、アセチレンなどの
アルキン類、ベンゼン、トルエン、キシレン、インデン
、ナフタリン、フェナントレンなどの芳香族炭化水素類
、シクロプロパン、シクロヘキサンなどのシクロパラフ
ィン類、シクロペンテン、シクロヘキセンなどのシクロ
オレフィン類などが挙げられる。
In the present invention, carbon source gases include, for example, alkanes such as methane, ethane, propane, butane, pentane, and hexane, alkenes such as ethylene, propylene, butene, pentene, and butadiene, alkynes such as acetylene, benzene, Examples include aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, indene, naphthalene, and phenanthrene, cycloparaffins such as cyclopropane and cyclohexane, and cycloolefins such as cyclopentene and cyclohexene.

また、炭素源ガスとして、−酸化炭素、二酸化炭素、メ
チルアルコール、エチルアルコールなどの含酸素炭素化
合物、メチルアミン、エチルアミン、アニリンなどの含
窒素炭素化合物なども使用することができる。さらに、
単体ではないが、ガソリンなどの消防法危険物第4類、
第1類、ケロシン、テレピン油、樟脳油、松根油等の第
2石油類、重油などの第3石油類、ギヤー油、シリンダ
ー油等の第4石油類も有効に使用することができる。ま
た、前記各種の炭素化合物を混合して使用することもで
きる。
Further, as the carbon source gas, carbon oxide, carbon dioxide, oxygen-containing carbon compounds such as methyl alcohol and ethyl alcohol, and nitrogen-containing carbon compounds such as methylamine, ethylamine and aniline can also be used. moreover,
Although it is not a single item, it is classified as Class 4 hazardous materials under the Fire Service Act, such as gasoline.
Type 1 petroleums, kerosene, turpentine oil, camphor oil, pine oil, etc., tertiary petroleums, heavy oils, etc., and tertiary petroleum oils, such as gear oils, cylinder oils, etc., can also be effectively used. Moreover, the various carbon compounds mentioned above can also be used in combination.

上記の炭素源ガスの中でもメタン、−酸化炭素、二酸化
炭素などが好ましい。
Among the above carbon source gases, methane, carbon oxide, carbon dioxide, etc. are preferred.

前記キャリヤーガスは、炭素源ガスをプラズマ反応系に
導入するキャリヤーとして重要であるばかりでなく、プ
ラズマを安定に発生させ、持続させる上で重要である。
The carrier gas is important not only as a carrier for introducing the carbon source gas into the plasma reaction system, but also in stably generating and sustaining plasma.

このようなキャリヤーガスとしては、水素ガス、アルゴ
ンガス、ネオンガス、ヘリウムガス、キセノンガス、窒
素ガスなどが挙げられる。
Examples of such carrier gas include hydrogen gas, argon gas, neon gas, helium gas, xenon gas, and nitrogen gas.

これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組合
わせて用いてもよい。
These may be used alone or in combination of two or more.

上記ギヤリヤーガスの中でも水素ガス、窒素ガス、アル
ゴンガスなどが好ましい。
Among the gear gases mentioned above, hydrogen gas, nitrogen gas, argon gas, etc. are preferred.

本発明においては、前記炭素源ガスまたは前記炭素源ガ
スとキャリヤーガスとの混合ガスを、導入孔2から基板
8を配置した反応室4内へ供給し、基板8を加熱しつつ
、陰極6に高周波を印加して陽極と第3電極との間では
グロー放電を生じさせ、陰極6と第3電極7との間では
ホローカソード放電を生じさせることによって炭素源ガ
スまたは混合ガスを励起してプラズマを発生させること
により、基板8上に硬IA炭素膜すなわちダイヤモンド
状炭素膜およびまたはダイヤモンド膜を形成する。
In the present invention, the carbon source gas or a mixed gas of the carbon source gas and carrier gas is supplied from the introduction hole 2 into the reaction chamber 4 in which the substrate 8 is disposed, and is heated to the cathode 6 while heating the substrate 8. A high frequency is applied to generate a glow discharge between the anode and the third electrode, and a hollow cathode discharge is generated between the cathode 6 and the third electrode 7 to excite the carbon source gas or mixed gas and generate a plasma. A hard IA carbon film, that is, a diamond-like carbon film and/or a diamond film is formed on the substrate 8 by generating .

本発明の方法において、炭素源ガスはたとえば0.1〜
500cc/分の流量で供給され、また、キャリヤーガ
スは1〜1,000 c c 7分の流量で供給される
In the method of the present invention, the carbon source gas is e.g.
A flow rate of 500 cc/min is supplied, and a carrier gas is supplied at a flow rate of 1 to 1,000 cc/min.

本発明の方法における反応圧力、すなわち反応室内の圧
力は、通常、10−5〜103Torr 、好ましくは
、 10−3〜102Torrである。この反応圧力が
1O−5Tartよりも低い場合には、硬質炭素膜の生
成速度が著しく遅くなることがある。一方、103To
rrよりも高い場合には、硬質炭素膜が形成されないこ
とがある。
The reaction pressure in the method of the present invention, that is, the pressure inside the reaction chamber, is usually 10-5 to 103 Torr, preferably 10-3 to 102 Torr. If this reaction pressure is lower than 10-5 Tart, the rate of formation of the hard carbon film may be significantly slowed down. On the other hand, 103To
If it is higher than rr, a hard carbon film may not be formed.

また、基板の加熱温度は、通常、室温〜1.000℃、
好ましくは、室温〜900℃である。この温度が室温よ
りも低い場合には、励起状態の炭素が生成しないことが
ある。一方、1,000℃以上に加熱してもそれに相当
する効果は得られない、また、材質にプラスチックを選
定した場合は、その耐熱性のある温度以下に設定するの
が好ましい。
In addition, the heating temperature of the substrate is usually room temperature to 1.000°C,
Preferably, the temperature is room temperature to 900°C. If this temperature is lower than room temperature, excited state carbon may not be produced. On the other hand, even if heated to a temperature of 1,000° C. or higher, the corresponding effect cannot be obtained. Furthermore, when plastic is selected as the material, it is preferable to set the temperature to a temperature at which the heat resistance of the plastic is lower.

本発明の方法により硬質炭素膜を形成した基板は、たと
えば耐摩耗工具、耐摩耗光学素子、磁気ディスク、スピ
ーカ振動板、放熱板などに用いることができ、また、容
器状のものは、たとえば。
A substrate on which a hard carbon film is formed by the method of the present invention can be used, for example, as a wear-resistant tool, a wear-resistant optical element, a magnetic disk, a speaker diaphragm, a heat sink, etc. Also, a container-shaped substrate can be used, for example.

ビーカー、フラスコ、結晶器や蒸発皿などの各種のガラ
ス皿、秤量ビンや吸引ビン、採取ビンなどのビン類、冷
却器、デシケータ−吸引袋こ、ピペット、メスシリンダ
ー、ビユレット、ロート、キップガス発生器および濾過
器などの実験器具、コツプ、皿およびボウルなどの生活
用品ならびに表面にダイヤモンド状炭素膜またはダイヤ
モンド膜を形成してなるガラスをライニングした鋼管な
どの産業用部材などに幅広く利用することができる。
Beakers, flasks, various glass dishes such as crystallizers and evaporating dishes, bottles such as weighing bottles, suction bottles, sampling bottles, condensers, desiccators, suction bags, pipettes, graduated cylinders, billets, funnels, kip gas generators It can be widely used in laboratory equipment such as filters, household items such as cups, plates and bowls, and industrial parts such as steel pipes lined with glass formed with a diamond-like carbon film or diamond film on the surface. .

[実施例] 以f、実施例を掲げて本発明をさらに詳細に説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be explained in more detail by way of examples.

(実施例1) 陽極、113極および第3電極(1Bメツシユ)を、陽
極と陰極との電極間距離を90mm、第3電極と陰極と
の距離を30鳳鳳として配置した反応室内に、石英ガラ
ス製の基板(長さ50m肩、輻50mm、厚さ2■)を
陰極上に置いた。
(Example 1) The anode, the 113 electrode, and the third electrode (1B mesh) were placed in a reaction chamber in which the distance between the anode and the cathode was 90 mm, and the distance between the third electrode and the cathode was 30 mm. A glass substrate (length: 50 m, radius: 50 mm, thickness: 2 cm) was placed on the cathode.

次いで、反応室内を1O−2Torrに減圧し、基板を
100℃に加熱した。導入孔から炭素源ガスとしてメタ
ンガスを50sec■で導入した。
Next, the pressure inside the reaction chamber was reduced to 10-2 Torr, and the substrate was heated to 100°C. Methane gas was introduced as a carbon source gas through the introduction hole at a rate of 50 seconds.

その後、13.58メガヘルツの高周波を出力300ワ
ツトで印加したところ、陽極と第3電極との間でグロー
放電が生じ、第3電極と陰極との間ではホローカソード
放電によりプラズマが発生し、基板上に厚さ2pLmの
ダイヤモンド状炭素膜が形成された。
After that, when a high frequency of 13.58 MHz was applied with an output of 300 watts, a glow discharge was generated between the anode and the third electrode, and plasma was generated between the third electrode and the cathode due to a hollow cathode discharge, and the substrate A diamond-like carbon film with a thickness of 2 pLm was formed on top.

得られた基板は下記の結果を示した。The obtained substrate showed the following results.

1)Y&膜速度 :  210A/win2) ヌープ
硬度 :  5,100kg/腸■?3) ラマン散乱
分光 :  1100〜1700cm−’ノ幅広いピー
クが検出された。(i−カーボン特有のピーク) (比較例1) 実施例1において、第3電極を用いなかった以外は実施
例1と同様の操作を行なって電極間にグロー放電を生じ
させて表面に厚さ2gmのダイヤモンド状炭素膜が形成
された基板を得た。
1) Y & membrane speed: 210A/win2) Knoop hardness: 5,100kg/intestine■? 3) Raman scattering spectroscopy: A wide peak from 1100 to 1700 cm was detected. (Peak specific to i-carbon) (Comparative Example 1) The same operation as in Example 1 was performed except that the third electrode was not used, and a glow discharge was generated between the electrodes to create a thickness on the surface. A substrate on which a 2 gm diamond-like carbon film was formed was obtained.

得られた基板について、下記の結果を得た。Regarding the obtained substrate, the following results were obtained.

l)成膜速度 :  80A/+5in2) ヌープ硬
度 :  4,000kg/llm23) ラマン散乱
分光 : 実施例1と同様であった。
l) Film formation rate: 80 A/+5in2) Knoop hardness: 4,000 kg/llm23) Raman scattering spectroscopy: Same as Example 1.

(比較例2) 実施例1において、陽極を用いなかった以外は実施例1
と同様に行なって、電極間にホローカソード放電を生じ
させて表面に厚さ2gmのダイヤモンド状炭素膜が形成
された基板を得た。
(Comparative Example 2) Example 1 except that the anode was not used in Example 1.
In the same manner as above, hollow cathode discharge was generated between the electrodes to obtain a substrate on which a diamond-like carbon film with a thickness of 2 gm was formed.

得られた基板について下記の結果を得た。The following results were obtained for the obtained substrate.

l)成膜速度 :  140A/win2) ヌープ硬
度 :  4,700kg/mm23)ラマン散乱分光
 : 実施例1と同様であった。
l) Film forming rate: 140A/win2) Knoop hardness: 4,700 kg/mm23) Raman scattering spectroscopy: Same as Example 1.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明の方法によれば。[Effect of the invention] As explained above, according to the method of the present invention.

従来の高周波プラズマ装置において、グロー放電あるい
はホローカソード放電を単独で用いた場合に比べて同じ
消費電力において成膜速度が大きく、しかも得られた硬
質炭素膜の硬度が大きいものである。また本発明装置は
、陽極と陰極との間に陰極と同電位の第3電極を配lす
る簡単な構成でグロー放電とホローカソード放電の両方
によりプラズマを発生させ、大きな製膜速度で高硬度の
炭素膜を製造することができる。
In a conventional high-frequency plasma device, the film formation rate is faster at the same power consumption than when glow discharge or hollow cathode discharge is used alone, and the hard carbon film obtained is also hard. In addition, the device of the present invention has a simple configuration in which a third electrode having the same potential as the cathode is placed between the anode and the cathode, and generates plasma by both glow discharge and hollow cathode discharge, resulting in high film formation speed and high hardness. carbon membranes can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例である高周波プラズマ装置を
示す説明図である。 ■・・・高周波プラズマ装置装置 4・・・反応室  5φ・・陽極 6・・・陰極  7・・・第3電極 特許出願人  出光石油化学株式会社 代 理 人  弁 理 士 福村直樹 第1図
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a high frequency plasma apparatus which is an embodiment of the present invention. ■...High frequency plasma device device 4...Reaction chamber 5φ...Anode 6...Cathode 7...Third electrode Patent applicant Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. Agent Patent attorney Naoki Fukumura Figure 1

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)反応室内に、陽極と陰極とを相対向させて配置し
、前記陽極と陰極との間に前記陰極と同電位の第3電極
を配置し、反応室内に炭素源ガスを導入し、前記陽極と
第3電極との間、および前記陰極と第3電極との間でそ
れぞれ放電して前記炭素源ガスを励起して得られるプラ
ズマを前記基板に接触させることを特徴とする硬質炭素
膜の製造方法。
(1) disposing an anode and a cathode facing each other in a reaction chamber, disposing a third electrode having the same potential as the cathode between the anode and the cathode, and introducing a carbon source gas into the reaction chamber; A hard carbon film characterized in that plasma obtained by exciting the carbon source gas by discharging between the anode and the third electrode and between the cathode and the third electrode is brought into contact with the substrate. manufacturing method.
(2)高周波プラズマCVD装置において、炭素源ガス
の導入可能な導入孔を有する反応室内に、相対向して配
置された陽極と陰極との間に陰極と同電位の第3電極を
配置してなることを特徴とする硬質炭素膜の製造装置。
(2) In a high-frequency plasma CVD apparatus, a third electrode having the same potential as the cathode is arranged between an anode and a cathode that are arranged opposite each other in a reaction chamber having an introduction hole through which a carbon source gas can be introduced. A hard carbon film manufacturing device characterized by:
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