JPH0732900U - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜物性、膜品質の優れた薄膜の被覆形成と、
バッチあたりの処理個数増加を可能とする薄膜形成装置
を提供すること。 【構成】 真空槽内部に、カソ−ド電極を有する成膜部
を挿んで真空槽内の中央部と外側部に、フィラメント電
極とアノ−ド電極との組み合わせからなるプラズマ発生
手段を有するプラズマ発生部とが対向して配置されてい
て、中央部と外側部で任意の周期で交互にガスプラズマ
を発生させて反応ガスイオンの分解によりその生成物を
カソ−ド電極上に配置された基材表面に被覆形成する。 【効果】 各種基材上に膜表面が平滑で膜厚分布が良好
な硬質カ−ボン膜を被覆形成することが可能となる。ま
た装置内の基材配置よっては処理個数を増加させ生産性
を高めることが可能となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は化学的蒸着法（ＣＶＤ）により主として硬質カ−ボン膜を被覆形成す るためのプラズマＣＶＤ装置に関し、特に直流グロ−プラズマＣＶＤ装置に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

従来の直流グロ−プラズマＣＶＤ装置においては、ガス導入口と排気口を備え た真空槽内部にカソ−ド電極とこれと電気的に結合した状態で基材が載置されて いる成膜部とプラズマ発生手段を有するプラズマ発生部が配置されている。プラ ズマ発生手段は熱電子を放出するための高融点金属からなるフィラメント電極と 正電圧が印加されているアノ−ド電極の組み合わせから構成されている。この装 置空間に膜形成用のモノマ−ガスを導入した後、フィラメント電極を加熱するこ とにより放出される熱電子がアノ−ド電極に加速衝突し放電開始のトリガ−とな るが、一度放電が発生すると熱電子は反応ガス分子に衝突し真空槽内全域にガス プラズマが形成される。カソ−ド電極に負の直流高電圧を印加することにより、 ガスプラズマ中の反応ガスイオンを基材に加速衝突させ薄膜の形成を行っている 。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

このような直流グロ−プラズマＣＶＤ装置においては、１つのフィラメント電 極にアノ−ド電極を対向して配置し、フィラメント電極から放出された熱電子の 多くをアノ−ド電極に衝突させ、フィラメント電極とアノ−ド電極間に高密度の ガスプラズマを形成し、このガスプラズマ中のモノマ−ガスの電離、分解により 生じる反応ガスイオンを、カソ−ド電極に加速衝突させて薄膜の形成を行うが、 １組のフィラメント電極とアノ−ド電極の組み合わせから構成されるプラズマ発 生源で生成される反応ガスイオンは、全方向に均一に拡るのではなく、フィラメ ント電極からアノ−ド電極へ向かう電子流と同一な方向へ指向性を持って拡散す るため、カソ−ド電極に加速衝突する反応ガスイオン流に偏りが生じ膜厚分布が 発生する。真空槽内部全域で均一なガスイオン流ができにくいため、均一なガス プラズマを維持することは困難で、プラズマ発生源からと基材間の距離が離れる ほど成膜レ−トに分布が生ずる。つまりフィラメント電極とアノ−ド電極から構 成される１つのプラズマ生成源には基材上に均一な被膜を施すための、ある有効 なエリアが存在する。また１つのプラズマ生成源では均一膜厚に処理できるエリ アが狭く、１バッチあたりの処理個数に限りがあることや、特に３次元立体形状 基材への均一な被膜の形成に難点がある。

【０００４】 これらの問題を解決するためには、おのおの１つずつから構成されるフィラメ ント電極とアノ−ド電極を複数個配置することが考えられるが、ガスプラズマ密 度が極端に高くなり高濃度のガスプラズマどうしが干渉しあい、カソ−ド電極近 傍にホロ−放電を引き起こしたり、フィラメント電極とアノ−ド電極間やカソ− ド電極と真空槽内壁間で異常グロ−や、ときにはグロ−プラズマとは性質の異な ったア−ク放電を誘発するなどしてカソ−ド電極近傍に安定なプラズマ状態を維 持することが困難となる欠点がある。またガスプラズマ密度が極端に高いと反応 ガスイオンの供給過剰な状態となり、成膜に作用しない気相中反応が増大し微粒 子、粉体などのダスト成分が多数生成して、これらが基材表面に付着し、膜外観 品質を阻害するとともに膜物性を低下させる欠点もある。

【０００５】 本考案の課題は、上記目的を解決し、膜物性、膜品質の優れた薄膜の被覆形成 と、バッチあたりの処理個数増加を可能とする形成装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案においては、ガス導入口と排気口とを備え た真空槽内部に、負電荷が印加されるカソ−ド電極を有する成膜部とを挟んで真 空槽内の中央部と外側部に、熱電子を放射するフィラメント電極と正電荷が印加 されるアノ−ド電極との組み合わせからなるプラズマ発生手段を有するプラズマ 発生部とが対向して配置されていて、中央部と外側部で任意の周期で交互にガス プラズマを発生させて反応ガスイオンの分解によりその生成物を前記カソ−ド電 極上に載置された基材表面に成膜するような装置構造とした。

【０００７】

【作用】

真空槽中央部と外側部とで交互にプラズマを発生させることから反応ガスイオ ン流の偏りが改善されるために膜厚分布が均一化する。このため膜厚分布を改善 するための、基材を載置するカソ−ド電極の回転機構が不要となり、プラズマ中 で成膜に有効に作用するエリアが増大し１バッチあたりの処理個数も増加する。 中央部、外周部と交互にガスプラズマを形成させることからカソ−ド電極を挿ん でプラズマ発生部を分離できるため、真空槽内のプラズマ密度が極端に高くなる ことはなく微粒子、粉体などのダスト成分の生成が抑制され、高濃度のガスプラ ズマどうしの干渉によるカソ−ド電極近傍のホロ−放電やカソ−ド電極と真空槽 内壁間の異常グロ−なども発生することはなく、カソ−ド電極近傍で安定なガス プラズマが維持できる。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案の実施例を硬質カ−ボン膜形成を例にとって説明する。図１と図 ２は本考案によるプラズマＣＶＤ装置の構造を説明するための模式図である。真 空槽２４中の成膜部１８にはカソ−ド電極２と、カソ−ド電極と電気的に結合し た状態で基材４とが配置され、中央プラズマ発生部１４にはプラズマ発生手段を 構成するために必要な中央フィラメント電極８、中央アノ−ド電極６が配置され 、同様に外側のプラズマ発生部１６にはプラズマを手段を構成するために必要な 外側フィラメント電極１２、外側アノ−ド電極１０が配置されている。それぞれ の電極には、電極に印加する電圧を所定の周期により制御が可能な電極駆動回路 ２６からの電気信号が、真空槽２４上に設けられた電源導入部２８を介して接続 されている。また真空槽２４の外部からガス導入口２０を通じて炭化水素ガスが 導入可能な装置構造となっている。

【０００９】 本実施例においては真空槽２４を４×１０- 5 Ｔｏｒｒ程度の圧力まで真空排 気した後、ガス導入口２０よりモノマ−ガスとしてベンゼンを導入し、２×１０ - 3 Ｔｏｒｒとなるように圧力を調整した。まず中央プラズマ発生部１４に配置 されたプラズマ発生手段を構成する中央フィラメント電極８から熱電子を放出さ せ、１００Ｖの電圧を印加した中央アノ−ド電極６に衝突させることで放電のト リガ−としベンゼンガスにも熱電子を衝突させ真空槽内にベンゼンガスプラズマ を発生させ、カソ−ド電極２に負の直流高電圧−４ＫＶを印加し、ガスイオンを 加速衝突させこれを１分間継続した後、アノ−ド電極６への電圧印加のみを止め 、次に外側プラズマ発生部１６に配置されたプラズマ発生手段を構成する外側フ ィラメント電極１２からも熱電子を放出させ、１００Ｖの電圧を印加した外側ア ノ−ド電極１０に衝突させることによりベンゼンガスプラズマを発生させてガス イオンを形成させ、負の直流高電圧−４ＫＶが印加されたままのカソ−ド電極２ に、１分間ガスイオンを加速衝突させた。次いで、アノ−ド電極１０への電圧印 加を止め、アノ−ド電極６へ電圧を印加しベンゼンガスプラズマを形成させると いうように、中央フィラメント電極８と外側フィラメント電極１２からの熱電子 放出とカソ−ド電極への負電圧印加は継続したまま、中央アノ−ド電極６と外側 アノ−ド電極１０へ１分間ずつ交互に電圧印加を行い、中央プラズマ発生部１４ と外側プラズマ発生部１６とで交互にベンゼンガスプラズマを発生させ、カソ− ド電極２にガスイオンを加速衝突させて、基材上に硬質カ−ボン膜を３μｍ形成 した。ここでは基材としてステンレス鋼を用いた。

【００１０】

【比較例１】 本考案の実施例の効果を確認するために、外側プラズマ発生部１６からプラ ズマ発生手段を構成する外側フィラメント電極１２と外側アノ−ド電極１０を取 り除き、中央プラズマ発生部１４において、プラズマ発生手段を構成する中央フ ィラメント電極８から熱電子を放出させ、１００Ｖの電圧を印加した中央アノ− ド電極６に衝突させることで放電のトリガ−としベンゼンガスにも熱電子を衝突 させ真空槽内にベンゼンガスプラズマを発生させ、カソ−ド電極２に負の直流高 電圧−４ＫＶを印加し、ガスイオンを加速衝突させ、その他は実施例１と同一の 装置構成かつ同一条件で同一のステンレス鋼基材上に硬質カ−ボン膜を３μｍ形 成した。

【００１１】

【比較例２】 本比較例においては、中央プラズマ発生部１４と外側プラズマ発生部１６とで 同時にベンゼンガスプラズマを発生させて、カソ−ド電極２に負の直流高電圧− ４ＫＶを印加し、ガスイオンを加速衝突させ、その他は実施例１と同一の装置構 成かつ同一条件で同一のステンレス鋼基材上に硬質カ−ボン膜を３μｍ形成した 。

【００１２】 実施例、比較例１、比較例２で、得られた硬質カ−ボン膜の膜外観品質、膜厚 分布、耐摩耗性の評価結果を下記表１に示す。膜外観品質は硬質カ−ボン膜表面 上に付着したφ５０μｍ以上の微細粒子数で評価した。膜厚分布は同一カソ−ド 電極上に配置された基材上の膜厚を測定した。耐摩耗性は摩耗試験機で荷重３５ ０ｇｆを印加した炭化けい素＃８００の研磨紙による４００回往復テストにより 摩耗した膜厚を測定した。本実施例においては膜表面上のφ５０μｍ以上の微細 粒子数は０で粉体、微粒子などの付着は認められず膜表面は平滑で、膜厚分布も 従来膜（比較例１）にくらべ良好で設定値に対し±１０％の範囲内にある。また 耐摩耗性においては、摩耗試験機による摩耗量は０で、膜表面に粉体、微粒子な どの微細粒子が存在する比較例２にくらべ飛躍的に向上することが明らかに認め られる。

【００１３】

【表１】

【００１４】 本実施例においてはステンレス鋼基材上に硬質カ−ボン膜を被覆形成したが、 鉄鋼系材料、銅合金材料など任意の材料を使用してもさしつかえなく、ガスプラ ズマ中でモノマ−ガスを電離、分解させ、モノマ−ガスイオンにより成膜を行な うならば、被覆形成する薄膜は硬質カ−ボン膜に限定する必要はなくいずれの薄 膜でもよい。また基材材料と被膜の間に基材の腐蝕防止やさらなる密着強度向上 を目的として中間層を導入してもよい。ここではモノマ−ガスとしてベンゼンを 用いたが、プラズマ中で分解可能なモノマ−ガスであればいずれのガスも使用可 能である。カソ−ド電極に印加する直流高電圧は−１ＫＶ以上であればいずれで もよい。

【００１５】

【考案の効果】

本考案によれば、真空槽内で成膜部をはさんで中央部と外側部にプラズマ発生 源を配置し、交互にプラズマを発生させ、各種基材上に膜表面が平滑で膜厚分布 が良好な硬質カ−ボン膜を被覆形成することが可能となる。また装置内の基材配 置よっては処理個数を増加させ生産性を高めることが可能となり、被膜の外観品 質、耐摩耗性が飛躍的に向上し、時計、眼鏡など装飾部品への応用被膜とともに これらが要求される機構機械部品などに施される被膜として格別の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例におけるプラズマＣＶＤ装置
の要部断面図である。

【図２】本考案の一実施例におけるプラズマＣＶＤ装置
の模式図である。

【符号の説明】

２ カソ−ド電極 ４ 基材 ６ 中央アノ−ド電極 ８ 中央フィラメント電極 １０ 外側アノ−ド電極 １２ 外側フィラメント電極 １４ 中央プラズマ発生部 １６ 外側プラズマ発生部 １８ 成膜部 ２０ ガス導入口 ２２ 排気口 ２４ 真空槽 ２６ 電極駆動回路 ２８ 電源導入部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周壁にガス導入口と排気口と電気信号
   を中継する電源導入部とが配設された真空槽の内部に、
   成膜する基材に負電荷を印加するカソ−ド電極からなる
   成膜部と、該成膜部を挟んで熱電子が放出される中央フ
   ィラメント電極と正電荷が印加される中央アノ−ド電極
   とからなる中央プラズマ発生部と、外側フィラメント電
   極と外側アノ−ド電極とからなる外側プラズマ発生部と
   が配設されてなり、前記中央プラズマ発生部と前記外側
   プラズマ発生部の駆動を任意の周期で制御する電極駆動
   回路を設けたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。