JPH0715147B2 - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

Info

Publication number
JPH0715147B2
JPH0715147B2 JP62000300A JP30087A JPH0715147B2 JP H0715147 B2 JPH0715147 B2 JP H0715147B2 JP 62000300 A JP62000300 A JP 62000300A JP 30087 A JP30087 A JP 30087A JP H0715147 B2 JPH0715147 B2 JP H0715147B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
film
forming
magnetic field
electric field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62000300A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS63169379A (ja
Inventor
舜平 山崎
Original Assignee
株式会社半導体エネルギ−研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社半導体エネルギ−研究所 filed Critical 株式会社半導体エネルギ−研究所
Priority to JP62000300A priority Critical patent/JPH0715147B2/ja
Publication of JPS63169379A publication Critical patent/JPS63169379A/ja
Publication of JPH0715147B2 publication Critical patent/JPH0715147B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はマイクロ波電界を加えるとともに、外部磁場を
加え、それらの相互作用を用い、かつその電界の最も大
きい空間またはその近傍に反応性気体が筒内を透過せし
める構成の筒状カラムの被膜形成手段を設け、このカラ
ムを回転または微振動させて、ダイヤモンドを含有する
炭素膜をプラスチックスの全表面に形成せしめるととも
に、この部品の凹部にも良好に被膜形成がされるべく、
混成共鳴を利用して被膜形成を行うための薄膜形成方法
に関する。
〔従来の技術〕
従来、薄膜の形成手段としてECR(電子サイクロトロン
共鳴)条件即ち1×10-3〜1×10-5torrの条件下で、少
なくとも電子が1周するに十分な低い圧力で活性種を作
り、その発散磁場を利用してこの共鳴空間より「離れた
位置」に基板を配設して、そこで被膜特にアモルファス
構造を有する被膜を形成する電子サイクロトロン共鳴
(ECRともいう)を用いる方法が知られている。
このECR CVD法は活性種を磁場によりピンチングし高エ
ネルギ化することにより、電子エネルギを大きくし、効
率よく気体をプラズマ化させている。そのため、高エネ
ルギ条件下でのプラズマをイオンシャワー化(一方向の
みガス流を有する)した反応性気体を到達させることに
より炭素被膜形成を行っていた。
〔従来の問題点〕
しかしかかるシャワー化した炭素化物の反応性気体を用
いた炭素被膜形成方法では、凹凸表面を有する凹部また
は凸部の側面への被膜形成はまったく不可能であった。
また、多数の時計用部品、例えばプラスチック、金属ま
たはガラスでできた時計用枠、窓等の被膜形成用物体の
影の部分にダイヤモンドを一部に含む炭素被膜形成を行
うこともまったく不可能であった。
また、これまではかかるECRの存在領域でないいわゆる
0.1〜300torr特に3torr以上の高い圧力での被膜形成を
させんとしても、プラズマが発生せず、高密度プラズマ
を利用することは不可能とされていた。特にかかる高い
圧力でダイヤモンド結晶性を有する被膜を形成すること
はこれまで不可能と考えられていた。しかし本発明人は
0.1〜300torr好ましくは3〜30torrの高い圧力でも高密
度プラズマを作り得ること、そしてかかるプラズマはEC
Rではなく「混成共鳴」という新しいモードであること
を見出した。また、かかる混成共鳴領域では被膜形成用
物体の凹凸部の側面にも炭素被膜形成を行い得ることを
も合わせて発見した。
〔問題を解決すべき手段〕
本発明は、「混成共鳴」を用いた高密度プラズマを利用
して炭素被膜形成をプラスチックスの表面に行うもので
ある。
このプラスチックスとして、潤滑性に優れたことを利用
した歯車、耐摩耗性を利用した玩具、またはボタン状ま
たは球状の物体、また宝飾(ダイヤモンドの宝石で装飾
する)用物体例えばメガネの縁、ボールペン、シャープ
ペンシル等の外枠の全表面にコーティングせんとするも
のである。
これらの被膜形成用プラスチックスを筒状カラムの内に
保持し、この内にプラズマ化した気体を流し、その反応
生成物をプラスチックス用部品の表面にコーティングさ
せる。この目的のため、マイクロ波電力の電界強度が最
も大きくなる領域またはその近傍に被形成面を有する物
体を配設する。さらにこの物体の全表面に均一にコーテ
ィングするため、このカラムを回転または振動せしめ、
気体にとって常に物体の新しい表面が出るように工夫し
ている。また、高密度プラズマを0.1〜300torrの高い圧
力で発生、持続させるため、カラムを有する空間にまず
1×10-3〜1×10-5torrの低真空下でECR(電子サイク
ロトロン共鳴)を生ぜしめる。さらに気体を導入し、1
×10-1〜3×102torr好ましくは3〜30torrと高い空間
圧力にプラズマ状態を持続しつつ変化せしめ、この空間
の生成物気体の単位空間あたりの濃度をこれまでのECR
CVD法に比べ102〜105倍程度の高濃度にする。するとか
かる高い圧力においてのみ初めて分解または反応をさせ
ることができる炭素被膜の形成が可能となる。即ちダイ
ヤモンド、i−カーボン(ダイヤモンドまたは微結晶粒
を有する炭素被膜)被膜である。
このダイヤモンドを含む炭素膜の成膜機構は、被膜形成
過程において形成されつつある被膜の密の部分の構成物
(例えば結晶部分)を残し、表面での結晶成長をせしめ
つつ、粗の部分の構成(例えばアモルファス部分)を除
去して、即ちエッチングをさせつつ行わんとするもので
ある。そして形成された被膜の少なくとも一部に結晶性
(ダイヤモンド)を有する被膜を形成せんとするもので
ある。
すなわち本発明は従来より知られたマイクロ波を用いた
プラズマCVD法に磁場の力を加え、マイクロ波の電場と
磁場との相互作用を用いている。しかし、1×10-3〜1
×10-5torrで有効なECR(エレクトロンサイクロトロン
共鳴)条件を用いていない。
従来より知られたECR(電子サイクロトロン共鳴)と
は、2.45GHzのマイクロ波に対して875gaussの磁場を作
用させて、マイクロ波の共鳴吸収を生じさせるものであ
り、イオン化率の高いプラズマが生成可能であった。し
かしこのECRを起すには、電子の平均自由行程の長い状
態すなわち10-4torr程度の高真空が必要とされ、薄膜作
製等の応用を考えた場合必要とされる反応圧力では電子
の平均自由行程が小さいため、電子が十分に加速される
前に衝突し、ECRが生成しにくくなる。
一方混成共鳴とは、ECRが生成されないとされた圧力範
囲(0.1〜300torr)において、ECR条件を満たす磁速密
度を中心とする磁場領域内に、マイクロ波より電場の最
大領域を設定することにより、生成するプラズマ状態を
意味しマイクロ波の共鳴吸収とマイクロ波による放電プ
ラズマとが混在した状態のことであります。
すなわち、マイクロ波の周波数を2.45GHzとすると前述
の875ガウス±185ガウス(±21.1%)の領域、第2図の
領域(100)内にマイクロ波による電場の最大位置を合
わせると混成共鳴状態の高密度プラズマが得られるもの
であります。
以下に実施例を示し、さらに本発明を説明する。
〔実施例〕
第1図に本発明にて用いた磁場印加可能なマイクロ波プ
ラズマCVD装置を示す。
同図において、この装置は減圧状態に保持可能なプラズ
マ発生空間(1),物体に被膜形成する空間(3),補
助空間(2),磁場を発生する電磁石(5),(5′)
およびその電源(25),マイクロ波発振器(4),排気
系を構成するターボ分子ポンプ(8),ロータリーポン
プ(14),圧力調整バルブ(11),筒状カラム(1
0′),プラスチックス(10),マイクロ波導入窓(1
5),ガス系(6),(7),水冷系(18),(18′)
より構成されている。
まずプラスチックス部品(10)例えば直径3〜10mm厚さ
0.2〜2mmの歯車、プラスチックネジ、プラスチック製ボ
タン、宝飾用物体例えばメガネの枠を筒状カラム(1
0′)内にゲート弁(20)よりプラズマ発生空間(1)
に配設する。このカラムはマイクロ波および磁場をでき
るだけ乱させないためステンレスまたは石英製の筒状カ
ラムを用いた。
このカラムは歯車を回転手段(16)により回転(17)さ
せている。この回転は1分間に0.1〜10回のスピードと
した。さらに図面では省略したが同時に100〜10KHzの微
振動を与え、それぞれのプラスチックス製物体を分散し
やすくさせた。
作製工程として、まずこれら全体をターボ分子ポンプ
(8),ロータリーポンプにより1×10-6torr以下に真
空排気する。次に非生成物気体(分解反応後固体を構成
しない気体)例えばアルゴン、ヘリュームまたは水素
(6)を30SCCMガス系(7)を通してプラズマ発生領域
(1)に導入し、この圧力を1×10-4torrとする。外部
より2.45GHzの周波数のマイクロ波を500Wの強さで加え
る。磁場約2Kガウスを磁石(5),(5′)より印加
し、ECR条件を満たした高密度プラズマをプラズマ発生
空間(1)にて発生させる。
この高密度プラズマ領域より高エネルギを持つ非生成物
気体または電子がカラム(10′)内を透過(22)し、カ
ラム内のプラスチックス製部品(10)の表面上に到り、
表面を清浄にする。次にこの非生成物気体を導入しつ
つ、ガス系(7)より気体特に例えば生成物気体(分解
・反応後固体を構成する気体)例えば炭化物気体(アセ
チレン(C2H2)、エチレン(C2H4)またはメタン(C
H4)等)を200SCCMの流量で導入する。すると空間の圧
力をすでに発生しているプラズマ状態を保持しつつ0.1
×10-1〜3×102torr好ましくは0.3〜30torr例えば10to
rrの圧力に変更させる。この空間の圧力を高くすること
により単位空間あたりの生成物気体の濃度を大きくでき
被膜成長速度を大きくできる。また同時に気体の廻りこ
みを大きくすることができる。かくの如く一度低い圧力
でプラズマを発生させ、そのプラズマ状態を保持しつつ
生成物気体の活性濃度を大きくできる。そして高エネル
ギに励起された炭素原子が生成され、カラム(10′)内
の多数のプラスチックス製部品(10)の表面にこの炭素
が堆積し、ダイヤモンド又はi−カーボン膜が形成され
る。
第1図において、磁場は2つのリング状の磁石(5),
(5′)を用いたヘルムホルツコイル方式を採用した。
さらに、4分割した空間(30)に対し電場・磁場の強度
を調べた結果を第2図に示す。
第2図(A)において、横軸(X軸)は空間(30)の横
方向(反応性気体の流出方向)であり、縦軸(R軸)は
磁石の直径方向を示す。図面における曲線は磁場の等磁
位面を示す。そしてその線上に示されている数字は磁石
(5)が約2000ガウスの時に得られる磁場の強さを示
す。磁石(5)の強度を調整すると、電極・磁場の相互
作用を有する空間(875ガウス±185ガウス以内)で、特
に線(26)が875ガウスとなる混成共鳴条件を生ずる等
磁場面である。
この共鳴条件を生ずる空間(100)は第2図(B)に示
す如く、電場が最大となる領域となるようにしている。
第2図(B)の横軸は第2図(A)と同じく反応性気体
の流れる方向を示し、縦軸は電場(電界強度)の強さを
示す。
第3図は第2図における基板(10)の位置での円形空間
の磁場(A)および電場(B)の等磁場、等電場の図面
である。第3図(B)より明らかなごとく電場は最大25
KV/mにまで達せしめ得ることがわかる。
また比較のために同条件下で磁場を印加せずに薄膜形成
を行った。その時基板上に形成された薄膜はグラファイ
ト膜であり、混成共鳴を発生させることがきわめて重要
であった。
本実施例にて形成された薄膜の電子線回析像をとったと
ころ、アモルファス特有のハローパターンとともにダイ
ヤモンド(単結晶粒)のスポットがみられ、i−カーボ
ン膜となっていた。さらにマイクロ波電力を上げて形成
してゆくに従い、ハローパターンが少しづつ消えてゆき
700Wまたはそれ以上でダイヤモンド構造がより多く混入
した被膜となった。
〔効果〕
本発明方法によって、立体的な表面形状を持つ被膜形成
物体の全体に薄膜形成することが可能となった。
また本発明におけるプラスチック部品はダイヤモンドを
一部に含む炭素膜を1〜10μの厚さにコーティングでき
る。このため、このプラスチックスもダイヤモンドコー
トがなされたものとしてイメージアップをさせて高付加
価値商品とすることができる。さらにプラスチック歯車
上に形成せしめると、表面の滑りやすさと耐摩耗性のた
め軽くできるとともに、歯車同志がかみあわず、かつ摩
耗しない理想材料とすることができる。また球表面に形
成し、これを用いベアリング球とすると、軽くかつ廉価
なベアリングとすることができる。
また、図面において気体は側より左方向に流れるように
した。しかし左側より右側方向であっても、上より下方
向であっても、また下より上方向であってもよい。これ
らは被膜形成がなされれば物体の大きさ、形状およびそ
の量により決められるべきである。
本発明において、筒状カラムは円筒形としても角状(六
角または八角)としてもよい。角状にすると、回転に伴
いプラスチック物体を裏返すことができ、物体の全表面
にコーティングがしやすい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で用いる磁場・電場相互作用を用いたマ
イクロ波CVD装置の概略を示す。 第2図はコンピュータシミュレイションによる磁場およ
び電場特性を示す。 第3図は電場・磁場相互作用をさせた位置での磁場およ
び電場の特性を示す。 1……プラズマ発生空間 4……マイクロ波発振器 5,5′……外部磁場発生器 10……時計用部品 10′……筒状カラム 22……ガス流 100……混成共鳴の生ずる空間

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁場および電場の相互作用を利用して薄膜
    を形成する装置を用いた薄膜形成方法であって、減圧状
    態に保持されたプラズマ発生室、該発生室を囲んで設け
    られた磁場発生手段、前記プラズマ発生室にマイクロ波
    を供給する手段および前記マイクロ波の電界強度が最大
    となりかつ電場・磁場相互作用を有する混成共鳴空間ま
    たはここより離間した反応性気体の活性状態を保持して
    いる空間に、前記反応性気体が導入されるべく筒状カラ
    ムを設置し、前記カラム内に被膜形成用物体を設置せし
    め、前記筒状カラムを回転または回転させながら振動さ
    せて薄膜形成を行い、被膜形成用物体全体に薄膜形成を
    行うことを特徴とする薄膜形成方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記被膜
    形成用物体としてはプラスチック材料にて構成された玩
    具,宝飾用物体又は球状物体であることを特徴とする薄
    膜形成方法。
JP62000300A 1987-01-05 1987-01-05 薄膜形成方法 Expired - Lifetime JPH0715147B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62000300A JPH0715147B2 (ja) 1987-01-05 1987-01-05 薄膜形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62000300A JPH0715147B2 (ja) 1987-01-05 1987-01-05 薄膜形成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63169379A JPS63169379A (ja) 1988-07-13
JPH0715147B2 true JPH0715147B2 (ja) 1995-02-22

Family

ID=11470049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62000300A Expired - Lifetime JPH0715147B2 (ja) 1987-01-05 1987-01-05 薄膜形成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0715147B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63169387A (ja) * 1987-01-05 1988-07-13 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜形成方法
JPH04165170A (ja) * 1990-06-29 1992-06-10 Tokyo Yogyo Co Ltd 水栓バルブ部材
KR930011413B1 (ko) 1990-09-25 1993-12-06 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 겐큐쇼 펄스형 전자파를 사용한 플라즈마 cvd 법
US6893720B1 (en) 1997-06-27 2005-05-17 Nissin Electric Co., Ltd. Object coated with carbon film and method of manufacturing the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60195092A (ja) * 1984-03-15 1985-10-03 Tdk Corp カ−ボン系薄膜の製造方法および装置
JPS62298A (ja) * 1985-06-25 1987-01-06 Fuji Photo Film Co Ltd 乾式多層分析要素
JPS62299A (ja) * 1985-06-25 1987-01-06 Fuji Photo Film Co Ltd トランスアミナ−ゼ活性測定用一体型多層分析要素
JPS63121667A (ja) * 1986-11-10 1988-05-25 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜形成装置
JPS63145782A (ja) * 1986-12-08 1988-06-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜形成方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60195092A (ja) * 1984-03-15 1985-10-03 Tdk Corp カ−ボン系薄膜の製造方法および装置
JPS62298A (ja) * 1985-06-25 1987-01-06 Fuji Photo Film Co Ltd 乾式多層分析要素
JPS62299A (ja) * 1985-06-25 1987-01-06 Fuji Photo Film Co Ltd トランスアミナ−ゼ活性測定用一体型多層分析要素
JPS63121667A (ja) * 1986-11-10 1988-05-25 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜形成装置
JPS63145782A (ja) * 1986-12-08 1988-06-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63169379A (ja) 1988-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0676666B2 (ja) 炭素膜作製方法
JPS63195266A (ja) 炭素膜がコーティングされた時計
US5824198A (en) Process for barrier coating of plastic objects
US6207282B1 (en) Substrate surface treatment method
JPH06192834A (ja) プラズマ付勢マグネトロンスパッター蒸着方法および装置
JPH04354865A (ja) 超低速クラスターイオンビームによる表面処理方法
JPH0715147B2 (ja) 薄膜形成方法
JP2808922B2 (ja) ダイヤモンド状カーボン膜形成方法
JPH08302471A (ja) プラズマ処理方法
JPH0765177B2 (ja) プラズマ処理方法
JP2687129B2 (ja) ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置
KR100683574B1 (ko) 기하학적 형태의 다이아몬드 쉘 및 그 제조방법
JPH0420985B2 (ja)
JPH0676665B2 (ja) 薄膜形成方法
JP3291274B2 (ja) 炭素被膜作製方法
JP3291273B2 (ja) 炭素被膜作製方法
JP3246780B2 (ja) 硬質カーボン膜の形成方法および形成装置
JPH04132684A (ja) ダイヤモンド薄膜の作成方法
JPH02225671A (ja) 硬質カーボン膜製造方法
JP2617539B2 (ja) 立方晶窒化ほう素膜の製造装置
JPS63169387A (ja) 薄膜形成方法
JPH04341558A (ja) ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品とその製造方法
JPS63213673A (ja) マイクロ波プラズマ薄膜形成装置
JP3329117B2 (ja) イオンプレーティング法及び装置
JPH08168961A (ja) ダイヤモンドの平滑加工方法及びその装置