JPH10203897A - Preliminary treatment on formation of thin film and device for forming thin film - Google Patents

Preliminary treatment on formation of thin film and device for forming thin film

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JPH10203897A
JPH10203897A JP665797A JP665797A JPH10203897A JP H10203897 A JPH10203897 A JP H10203897A JP 665797 A JP665797 A JP 665797A JP 665797 A JP665797 A JP 665797A JP H10203897 A JPH10203897 A JP H10203897A
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JP
Japan
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thin film
substrate
gas
forming
ions
Prior art date
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Application number
JP665797A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoyuki Kajita
直幸 梶田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for preliminarily treating a substrate to improve adhesivity of a thin film to the substrate, and to provide a device for simply forming the thin film at a low cost. SOLUTION: The surface of a substrate 3 is preliminarily irradiated with hydrogen ions. Impurities, etc., on the surface of the substrate 3 are thus cleaned off by the reduction reaction of the hydrogen ions. The substrate 3 is again irradiated with dissociated carbon and carbon ions and with dissociated hydrogen and hydrogen ions to form a diamond-like carbon(DLC) thin film 80. A switching means for switching a gas charged into a gas ion source into a cleaning gas or into a DLC thin film-forming gas is disposed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばダイヤモ
ンドライクカーボン薄膜などの薄膜の形成における前処
理方法および薄膜形成装置に関するものであり、特に基
材のクリーニング処理方法およびそれを行うに適した薄
膜形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pretreatment method and a thin film forming apparatus for forming a thin film such as a diamond-like carbon thin film, and more particularly to a method of cleaning a substrate and forming a thin film suitable for the method. Related to the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、金型、工具、摺動部材、光・
磁気ディスク装置の記録媒体などの表面を保護するハー
ドコーティング膜として、ダイヤモンドライクカーボン
(DLC)薄膜の利用が図られている。図18は、例え
ば特開昭63−185893号公報に示された従来のマ
イクロ波プラズマを用いたDLC薄膜形成装置の断面図
である。図において、1は内部を真空に保つ真空槽、1
01は真空槽1内で基材3を保持する基材ホルダー、6
1は基材ホルダー101に設けられて基材3を加熱する
ヒーター、103、104は真空槽1内へ反応ガスを導
入するための反応ガス導入口、102は真空槽1内へマ
イクロ波を印加するための導波管、105は真空槽1内
に磁界を生じさせる電磁石である。
2. Description of the Related Art Conventionally, molds, tools, sliding members,
A diamond-like carbon (DLC) thin film has been used as a hard coating film for protecting the surface of a recording medium or the like of a magnetic disk device. FIG. 18 is a sectional view of a conventional DLC thin film forming apparatus using microwave plasma disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-185893. In the figure, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber for keeping the inside vacuum, 1
Reference numeral 01 denotes a substrate holder for holding the substrate 3 in the vacuum chamber 1;
1 is a heater provided on the substrate holder 101 to heat the substrate 3, 103 and 104 are reaction gas inlets for introducing a reaction gas into the vacuum chamber 1, and 102 are microwaves applied to the vacuum chamber 1. 105 is an electromagnet for generating a magnetic field in the vacuum chamber 1.

【0003】次に動作について説明する。真空槽1内で
基材ホルダー101に基材3を保持させる。次いで、ヒ
ーター6により基材3を300〜900℃に加熱すると
ともに、真空槽1内の真空度を10-3〜10-5Torr
に保持する。続いて反応ガス導入口103および104
からCH4、C22などの反応ガスを真空槽1内に供給
し、電磁石105により真空槽1内に磁場を印加すると
ともに、導波管102から出力300〜600Wのマイ
クロ波を印加して真空槽1内にマイクロ波プラズマを発
生させ、励起炭素が基材3上に到達することにより、基
材3上にDLC薄膜を形成する。
Next, the operation will be described. The substrate 3 is held by the substrate holder 101 in the vacuum chamber 1. Next, the substrate 6 is heated to 300 to 900 ° C. by the heater 6 and the degree of vacuum in the vacuum chamber 1 is reduced to 10 −3 to 10 −5 Torr.
To hold. Subsequently, the reaction gas inlets 103 and 104
Supply a reaction gas such as CH 4 and C 2 H 2 into the vacuum chamber 1, apply a magnetic field to the vacuum chamber 1 by the electromagnet 105, and apply a microwave having an output of 300 to 600 W from the waveguide 102. Then, microwave plasma is generated in the vacuum chamber 1, and the excited carbon reaches the substrate 3, thereby forming a DLC thin film on the substrate 3.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のプ
ラズマCVDを用いたダイヤモンドライクカーボン(D
LC)薄膜形成装置および形成方法では、基材への薄膜
の密着性が悪いという問題があった。本発明は、上記の
ような問題点を解決するためになされたもので、基材と
の密着性を良くするための基材の前処理方法および簡
略、低コストの薄膜形成装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, diamond-like carbon (D
LC) The thin film forming apparatus and the forming method have a problem that adhesion of the thin film to the substrate is poor. The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a pretreatment method of a base material for improving adhesion to a base material and a simple, low-cost thin film forming apparatus. Aim.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る薄膜形成における前処理方法は、薄膜の成膜前に基材
表面への水素イオン照射によるクリーニング処理を行う
ものである。請求項2に係る前処理方法は、成膜前に不
活性ガスイオン照射によるクリーニング処理、および水
素イオン照射によるクリーニング処理を行うものであ
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a pretreatment method for forming a thin film, wherein a cleaning process is performed by irradiating a substrate surface with hydrogen ions before forming the thin film. The pretreatment method according to claim 2 performs a cleaning process by irradiation with inert gas ions and a cleaning process by irradiation with hydrogen ions before film formation.

【0006】請求項3に係る前処理方法は、成膜前に不
活性ガスイオンと水素イオンとの混合ガスイオン照射に
よるクリーニング処理を行うものである。請求項4に係
る前処理方法は、成膜前に不活性ガスイオン照射による
クリーニング処理、および不活性ガスイオンと水素ガス
との混合ガスイオン照射によるクリーニング処理を行う
ものである。
According to a third aspect of the present invention, a cleaning process is performed by irradiation of mixed gas ions of inert gas ions and hydrogen ions before film formation. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a pretreatment method in which a cleaning process by irradiation with inert gas ions and a cleaning process by irradiation with mixed gas ions of inert gas ions and hydrogen gas are performed before film formation.

【0007】請求項5に係る前処理方法は、ダイヤモン
ドライク(DLC)薄膜の成膜前に上記のクリーニング
処理を行うものである。請求項6に係る前処理方法は、
シリコンなどの下地層の形成およびDLC薄膜の成膜の
前に上記のクリーニングを行うものである。請求項7に
係る前処理方法は、炭素を含んだ処理層の形成およびD
LC薄膜の成膜の前に上記のクリーニングを行うもので
ある。請求項8に係るダイヤモンドライクカーボン薄膜
形成装置は、ガスイオン源への導入ガスを、クリーニン
グ用あるいは成膜用に切り換えできる切換手段を備えた
ものである。
According to a fifth aspect of the present invention, the above-mentioned cleaning treatment is performed before the formation of a diamond-like (DLC) thin film. The pre-processing method according to claim 6,
The above cleaning is performed before the formation of the underlayer such as silicon and the formation of the DLC thin film. The pretreatment method according to claim 7 includes forming a treatment layer containing carbon,
The above cleaning is performed before forming the LC thin film. An apparatus for forming a diamond-like carbon thin film according to claim 8 is provided with switching means for switching the gas introduced into the gas ion source for cleaning or film formation.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.以下、この発明の一実施の形態を図につ
いて説明する。図1はこの発明の実施の形態1における
ダイヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜形成のプロ
セスを模式的に示す説明図であり、まず前処理として基
材に対して水素イオン照射によるクリーニング処理を行
った後、DLC薄膜の成膜を行う場合を示す。図におい
て、3は例えば超硬合金のような基材、80は基材3上
に形成されたDLC薄膜である。
Embodiment 1 FIG. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a process of forming a diamond-like carbon (DLC) thin film according to Embodiment 1 of the present invention. First, as a pretreatment, a substrate is subjected to cleaning treatment by irradiation with hydrogen ions. , A case where a DLC thin film is formed. In the figure, 3 is a substrate such as a cemented carbide, and 80 is a DLC thin film formed on the substrate 3.

【0009】次にその詳細について説明する。図2はこ
の実施の形態において用いるのに適したDLC薄膜形成
装置の断面図である。図において、1は内部を真空に保
持する真空槽、2は真空槽1内の排気を行う排気系、4
は真空槽1内で基材3をその蒸着面(薄膜形成面)を下
向きにして保持する基材ホルダー、5は後述の加速電極
15に対して、基材ホルダー4を経由して基材3にバイ
アス電圧を印加するバイアス手段、6は基材ホルダー4
に設けられて基材3を加熱、冷却してその温度を調整す
る基材温度調整機構、7は真空槽1と基材ホルダー4の
間を電気的に絶縁する絶縁セラミック、100は基材3
を回転させる回転機構である。
Next, the details will be described. FIG. 2 is a sectional view of a DLC thin film forming apparatus suitable for use in this embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber for maintaining the inside of the vacuum chamber at a vacuum, 2 denotes an exhaust system for exhausting the vacuum chamber 1,
Is a substrate holder for holding the substrate 3 in the vacuum chamber 1 with its vapor deposition surface (thin film forming surface) facing down. Reference numeral 5 is a substrate holder 3 for a later-described acceleration electrode 15 via the substrate holder 4. Biasing means for applying a bias voltage to the substrate holder 4
A substrate temperature adjusting mechanism for heating and cooling the substrate 3 to adjust the temperature thereof; 7, an insulating ceramic for electrically insulating between the vacuum chamber 1 and the substrate holder 4;
Is a rotation mechanism for rotating.

【0010】10は真空槽1内で基材3に対向してその
下方に設けられたガスイオン源、11は内部に反応ガス
が導入される反応ガス導入室で、イオンなどを放出で
き、かつ流路抵抗を大きくして真空槽1との間に差圧が
与えられるように、基材3に向かってオリフィス(図示
せず)が設けられている。12は反応ガス導入室11内
に設けられて例えばタングステンワイヤで構成された熱
電子放出手段、13は平行配置された細い金属線で構成
され、反応ガス導入室11内に設けられた熱電子引出し
電極、14は反応ガス導入室11につながってその内部
に反応ガスを導入する反応ガス導入管、15は反応ガス
導入室11の外側に設けられて基材3に向けてイオンを
加速する加速電極であり、反応ガス導入室11、熱電子
放出手段12、熱電子引出し電極13、反応ガス導入管
14および加速電極15でガスイオン源10を構成して
いる。16は反応ガス導入管に接続された配管の途中に
設けられた切換手段としてのバルブである。なお、バイ
アス手段5の一端、真空槽1、加速電極15は接地して
いる。
Reference numeral 10 denotes a gas ion source provided below the substrate 3 in the vacuum chamber 1 so as to oppose the substrate 3. Reference numeral 11 denotes a reaction gas introduction chamber into which a reaction gas is introduced, which can release ions and the like. An orifice (not shown) is provided toward the base material 3 so as to increase the flow path resistance and apply a pressure difference between the flow path resistance and the vacuum chamber 1. Numeral 12 denotes a thermionic emission means provided in the reaction gas introduction chamber 11 and made of, for example, a tungsten wire. Numeral 13 comprises a thin metal wire arranged in parallel, and a thermoelectron extractor provided in the reaction gas introduction chamber 11. An electrode 14 is a reaction gas introduction pipe connected to the reaction gas introduction chamber 11 to introduce a reaction gas into the inside, and an acceleration electrode 15 is provided outside the reaction gas introduction chamber 11 and accelerates ions toward the substrate 3. The reaction gas introduction chamber 11, thermionic emission means 12, thermionic extraction electrode 13, the reaction gas introduction tube 14, and the acceleration electrode 15 constitute the gas ion source 10. Reference numeral 16 denotes a valve as switching means provided in the middle of a pipe connected to the reaction gas introduction pipe. One end of the bias means 5, the vacuum chamber 1, and the acceleration electrode 15 are grounded.

【0011】次に動作について説明する。DLC薄膜の
形成に先立って前処理を行う。まず、基材ホルダー4に
基材3を取り付け、排気系2により真空槽1内を1×1
-6Torr程度の真空度に排気した後、基材温度調整
機構6により基材3の温度を300℃程度に調整する。
そして基材3の表面のクリーニング処理のために、バル
ブ16の一方を開、他方を閉にし、水素ガスを反応ガス
導入管14から反応ガス導入室11へ導入して、反応ガ
ス導入室11内の真空度を1×10-2〜1×10-1To
rrにする。
Next, the operation will be described. A pretreatment is performed prior to the formation of the DLC thin film. First, the substrate 3 is attached to the substrate holder 4, and the inside of the vacuum chamber 1 is 1 × 1 by the exhaust system 2.
After evacuating to a degree of vacuum of about 0 −6 Torr, the temperature of the substrate 3 is adjusted to about 300 ° C. by the substrate temperature adjusting mechanism 6.
Then, for cleaning the surface of the substrate 3, one of the valves 16 is opened and the other is closed, and hydrogen gas is introduced from the reaction gas introduction pipe 14 into the reaction gas introduction chamber 11. Vacuum degree of 1 × 10 -2 to 1 × 10 -1 To
rr.

【0012】そして、熱電子放出手段12を作動させ、
図示しない電源により熱電子放出手段12に対して熱電
子引出し電極13に+50〜800V程度のバイアス電
圧を印加する。また、ガスイオン源10からイオンを引
き出すために、加速電極15に対し、つまり接地電位に
対して熱電子放出手段12に+200〜500V程度の
電圧を図示しない電源により印加しておく。熱電子放出
手段12から放出された電子は熱電子引出し電極13に
向けて加速されて、水素ガスをイオン化する。この水素
イオンを基材3に向けて10〜30分間程度照射し、基
材3の表面の不純物を還元反応で除去する。このときバ
イアス手段5により基材3を接地電位に対して−200
〜−3000V程度でバイアスを調整して、基材3へ照
射する水素イオンの量およびエネルギーを制御する。水
素イオンのエネルギーを200〜3000eVとするこ
とにより、水素イオンによる表面酸化物の還元反応を効
率良く進行させることができ、クリーニング処理を効果
的に行うことができる。以上の処理により、基材3表面
の水分、油脂成分、表面酸化物などの不純物を除去する
ことができ、特に、表面の酸化物を還元反応により除去
できるため、基材3とDLC薄膜の密着性が向上する。
Then, the thermoelectron emission means 12 is operated,
A bias voltage of about +50 to 800 V is applied to the thermoelectron extraction electrode 13 to the thermoelectron emission means 12 by a power supply (not shown). In addition, in order to extract ions from the gas ion source 10, a voltage of about +200 to 500 V is applied to the accelerating electrode 15, that is, to the thermionic emission means 12 with respect to the ground potential by a power supply (not shown). The electrons emitted from the thermionic emission unit 12 are accelerated toward the thermionic extraction electrode 13 to ionize the hydrogen gas. The substrate 3 is irradiated with the hydrogen ions for about 10 to 30 minutes to remove impurities on the surface of the substrate 3 by a reduction reaction. At this time, the biasing means 5 moves the substrate 3 to -200 with respect to the ground potential.
The amount and energy of the hydrogen ions to be applied to the substrate 3 are controlled by adjusting the bias at about -3000 V. By setting the energy of the hydrogen ions to 200 to 3000 eV, the reduction reaction of the surface oxide by the hydrogen ions can efficiently proceed, and the cleaning treatment can be performed effectively. By the above treatment, impurities such as water, oils and fats, and surface oxides on the surface of the substrate 3 can be removed. In particular, since oxides on the surface can be removed by a reduction reaction, the adhesion between the substrate 3 and the DLC thin film can be reduced. The performance is improved.

【0013】次に、開いていたバルブ16を閉じ、ガス
イオン源10へのイオンクリーニング用ガスの供給を停
止して、基材3表面のクリーニング処理を終了するとと
もに、基材温度調整機構6により基材3の温度を、後述
の理由から100℃〜250℃に調整する。ここでは2
00℃にした。そしてバイアス手段5により基材3の電
位を接地電位に対して、時間tの関数V(t)として与
える。図3に、基材3に与えるバイアス電圧波形の例を
示す。図3(a)〜(c)は直流や、半波整流あるいは
全波整流された負の電圧を印加する場合を示す。電圧値
は数kV以内とし、ここでは−1kVとした。また周波
数は(b)で数十Hz〜数十kHz程度とし、ここでは
60Hzおよび1kHzとした。このV(t)の電圧値
を制御することにより、イオンに与えるエネルギーを調
整することができる。これにより、薄膜の付着強度、お
よび硬度を制御することができる。
Next, the valve 16 that has been opened is closed, the supply of the ion cleaning gas to the gas ion source 10 is stopped, and the cleaning process on the surface of the substrate 3 is terminated. The temperature of the substrate 3 is adjusted to 100 ° C. to 250 ° C. for the reason described below. Here 2
00 ° C. The bias means 5 gives the potential of the substrate 3 to the ground potential as a function V (t) of time t. FIG. 3 shows an example of a bias voltage waveform applied to the base material 3. 3 (a) to 3 (c) show the case where a DC or half-wave rectified or full-wave rectified negative voltage is applied. The voltage value was within several kV, and was -1 kV here. The frequency is set to about several tens Hz to several tens kHz in (b), here, 60 Hz and 1 kHz. By controlling the voltage value of V (t), the energy given to the ions can be adjusted. Thereby, the adhesion strength and hardness of the thin film can be controlled.

【0014】続いて、他方のバルブ16を開き、DLC
薄膜を構成する材料である炭素(C)を含む炭化水素系
のガスを、反応ガス導入管14から反応ガス導入室11
へ導入し、反応ガス導入室11内の真空度を1×10-2
〜1×10-1Torrにする。このとき導入する反応ガ
スとしては、例えばベンゼン、トルエン、キシレンなど
のガスを用いる。そして熱電子放出手段12を作動さ
せ、熱電子放出手段12に対して熱電子引出し電極13
に+50〜800V程度のバイアス電圧を印加する。熱
電子放出手段12には接地電位に対して+200〜50
0V程度の電圧を印加する。熱電子放出手段12から放
出された電子は、熱電子引出し電極13に向けて加速さ
れ、放電もしくは電子の照射により上記炭化水素系のガ
スを励起、解離、およびイオン化し、解離された炭素と
炭素イオン、および解離された水素と水素イオンが基材
3に向けて照射され、基材3上にDLC薄膜80を形成
する。イオンは正電荷なので、加速電極15によりガス
イオン源10から加速して引き出されるとともに基材3
の負のバイアス電圧を制御することにより、イオンに与
えるエネルギーを調整できる。
Subsequently, the other valve 16 is opened, and the DLC
A hydrocarbon-based gas containing carbon (C), which is a material constituting the thin film, is supplied from the reaction gas introduction pipe 14 to the reaction gas introduction chamber 11.
And the degree of vacuum in the reaction gas introduction chamber 11 is reduced to 1 × 10 -2.
11 × 10 −1 Torr. As a reaction gas introduced at this time, for example, a gas such as benzene, toluene, or xylene is used. Then, the thermoelectron emission means 12 is operated, and the thermoelectron extraction electrode 13 is
, A bias voltage of about +50 to 800 V is applied. The thermoelectron emitting means 12 has +200 to 50 with respect to the ground potential.
A voltage of about 0 V is applied. The electrons emitted from the thermionic electron emitting means 12 are accelerated toward the thermionic extraction electrode 13, and excite, dissociate, and ionize the hydrocarbon-based gas by discharging or irradiating the electrons, thereby dissociating the dissociated carbon and carbon. The ions and the dissociated hydrogen and hydrogen ions are irradiated toward the substrate 3 to form a DLC thin film 80 on the substrate 3. Since the ions are positively charged, they are accelerated and extracted from the gas ion source 10 by the accelerating electrode 15 and the base material 3
By controlling the negative bias voltage, the energy given to the ions can be adjusted.

【0015】図4は基材の温度をパラメータとした場合
のDLC薄膜のラマン分析結果を示す。基材3の温度が
250℃ではDLCの典型的なスペクトルを示すのに対
して、基材3の温度を300℃あるいは400℃とした
場合にはグラファイトのスペクトルとなっている。この
ため基材3の温度は250℃以下にすべきであるが、一
方、別の理由から温度を低くしすぎるのは好ましくな
い。すなわち、100℃より低いと基材3に対するDL
C薄膜80の付着力が弱くなる。そのため、基材温度調
整機構6を用いて、成膜中の基材3の温度を100℃か
ら250℃に制御する。そうすることにより、DLC薄
膜80のグラファイト化を抑制することができ、高硬度
で、高品質のDLC薄膜80が形成できる。なお、上記
温度範囲が、図18で示した従来装置の温度範囲と異な
るのは、装置のタイプが相違するためである。
FIG. 4 shows the results of Raman analysis of the DLC thin film when the temperature of the substrate is used as a parameter. When the temperature of the substrate 3 is 250 ° C., a typical spectrum of DLC is shown, whereas when the temperature of the substrate 3 is 300 ° C. or 400 ° C., the spectrum is graphite. For this reason, the temperature of the substrate 3 should be 250 ° C. or lower, but it is not preferable to lower the temperature too much for another reason. That is, if the temperature is lower than 100 ° C.,
The adhesion of the C thin film 80 becomes weak. Therefore, the temperature of the substrate 3 during film formation is controlled from 100 ° C. to 250 ° C. by using the substrate temperature adjusting mechanism 6. By doing so, graphitization of the DLC thin film 80 can be suppressed, and a high-hardness, high-quality DLC thin film 80 can be formed. Note that the temperature range is different from the temperature range of the conventional device shown in FIG. 18 because the type of the device is different.

【0016】また、回転機構100で、成膜中に基材3
を回転させることにより、膜厚分布の均一化が図れると
ともに、基材3の端部などに対する付廻り性の向上、つ
まり面の向きや位置による膜厚不均一を低減できる。な
お、上記のようにガスイオン源10への供給ガスを、基
材3のイオンクリーニング用ガスからDLC薄膜3の成
膜用ガスに切り替えることにより、1台のガスイオン源
10によりイオンクリーニング処理およびDLC薄膜の
成膜の両方が実施でき、装置構成の簡略化、低コスト化
ができる。また、クリーニング処理後の基材3を大気に
さらさなくて済む。また、図2のDLC薄膜形成装置の
基材3とガスイオン源10との相対位置関係を逆にし
て、基材ホルダー4を真空槽1内下部に上向きに設ける
ことにより、基材3の重量が大きい場合の取扱いが容易
になる。
Further, the rotating mechanism 100 allows the base material 3 to be formed during film formation.
By rotating, the film thickness distribution can be made uniform, and at the same time, it is possible to improve the throwing power to the end of the base material 3, that is, to reduce the film thickness non-uniformity due to the direction and position of the surface. In addition, as described above, the gas supplied to the gas ion source 10 is switched from the gas for ion cleaning of the base material 3 to the gas for film formation of the DLC thin film 3, so that one gas ion source 10 performs ion cleaning processing and gas cleaning. Both the formation of the DLC thin film can be performed, and the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced. Further, it is not necessary to expose the substrate 3 after the cleaning process to the atmosphere. In addition, the relative positional relationship between the base material 3 and the gas ion source 10 of the DLC thin film forming apparatus of FIG. Is easy to handle when is large.

【0017】実施の形態2.この実施の形態では、前処
理として実施の形態1と同様の水素イオン照射によるク
リーニング処理を行った後、基材上に下地層を形成し、
その上にDLC薄膜を形成する場合について示す。図5
は実施の形態2におけるDLC薄膜形成のプロセスを示
す説明図であり、図6は図5に示したプロセスに用いる
DLC薄膜形成装置の断面図である。
Embodiment 2 FIG. In this embodiment, after performing the same cleaning treatment by hydrogen ion irradiation as in the first embodiment as a pretreatment, an underlayer is formed on a base material,
The case where a DLC thin film is formed thereon will be described. FIG.
FIG. 6 is an explanatory view showing a process of forming a DLC thin film according to the second embodiment, and FIG. 6 is a sectional view of a DLC thin film forming apparatus used in the process shown in FIG.

【0018】これらの図において、50は下地層、30
は真空槽1内で基材3に対向して設けられた、金属薄膜
もしくはセラミック薄膜を形成できる電子ビーム蒸発
源、イオンプレーティング装置、金属イオン源などの金
属蒸気発生源であり、ここでは金属イオン源を用いてい
る。31は金属の原料を入れるるつぼ、32はるつぼ3
1を加熱するヒータ、33は熱電子を放出する熱電子放
出手段、34は熱電子放出手段33から熱電子を引き出
す熱電子引出し手段、35はこれらを断熱する熱シール
ド、36は金属蒸気発生源30からイオンを引き出す加
速電極であり、金属蒸気発生源30は、るつぼ31、ヒ
ータ32、熱電子放出手段33、熱電子引出し手段3
4、熱シールド35および加速電極36で構成されてい
る。その他の部分は図2の場合と同様であるので説明を
省略する。
In these figures, 50 is an underlayer, 30
Is a metal vapor generation source such as an electron beam evaporation source, an ion plating device, and a metal ion source, which is provided in the vacuum chamber 1 so as to face the substrate 3 and can form a metal thin film or a ceramic thin film. Ion source is used. 31 is a crucible for putting metal materials, 32 is a crucible 3
1, a thermoelectron emission means for emitting thermoelectrons; 34, a thermoelectron extraction means for extracting thermoelectrons from the thermoelectron emission means 33; 35, a heat shield for insulating them; 36, a metal vapor generation source The metal vapor generating source 30 includes a crucible 31, a heater 32, a thermoelectron emission unit 33, and a thermoelectron extraction unit 3.
4. It is composed of a heat shield 35 and an acceleration electrode 36. The other parts are the same as those in FIG. 2 and will not be described.

【0019】次に動作について説明する。実施の形態1
の場合と同様にして、排気系2により真空槽1内を1×
10-6Torr程度の真空度に排気した後、基材温度調
整機構6により基材3の温度を300℃程度に調整す
る。次いで、実施の形態1の場合と同様にして水素イオ
ン照射による基材3表面のクリーニング処理を行い、基
材3表面の水分、油脂成分、表面酸化物などを除去す
る。次に、開いていたバルブ16を閉じ、ガスイオン源
10へのイオンクリーニング用ガスの供給を停止して、
基材3表面のクリーニング処理を終了する。次いで、密
着性の良いシリコン(Si)、タングステン(W)、チ
タン(Ti)またはアルミニウム(Al)を用いて下地
層50を形成する。バイアス手段5により、接地電位に
対して基材3に−0.5〜−3kV程度の電圧を印加
し、また、ヒータ32によりるつぼ31内のSi、W、
TiまたはAlの金属を加熱して蒸気を発生させるとと
もに、熱電子放出手段33から放出された熱電子を熱電
子引出し手段34により、引出し、加速して金属イオン
を発生させ、これを基材3に照射してその表面に下地層
50としてのSi、W、TiまたはAlの金属薄膜の形
成を行う。
Next, the operation will be described. Embodiment 1
In the same manner as in the above case, the inside of the vacuum chamber 1 is
After evacuation to a degree of vacuum of about 10 −6 Torr, the temperature of the base material 3 is adjusted to about 300 ° C. by the base material temperature adjustment mechanism 6. Next, in the same manner as in the first embodiment, the surface of the substrate 3 is cleaned by irradiation with hydrogen ions to remove moisture, oil components, surface oxides, and the like on the surface of the substrate 3. Next, the open valve 16 is closed, and the supply of the ion cleaning gas to the gas ion source 10 is stopped.
The cleaning process of the surface of the substrate 3 is completed. Next, the base layer 50 is formed using silicon (Si), tungsten (W), titanium (Ti), or aluminum (Al) having good adhesion. A voltage of about −0.5 to −3 kV with respect to the ground potential is applied to the base material 3 by the bias means 5, and Si, W,
The metal of Ti or Al is heated to generate steam, and thermionic electrons emitted from thermionic electron emitting means 33 are extracted and accelerated by thermionic electron extracting means 34 to generate metal ions, which are then converted to the base material 3. To form a metal thin film of Si, W, Ti or Al as a base layer 50 on the surface thereof.

【0020】次に実施の形態1の場合と同様に、ガスイ
オン源10を作動させて、基材3表面の中間層上にDL
C薄膜を形成する。なお、下地層50の形成において、
ガスイオン源10で炭化水素系のガスを励起、解離およ
びイオン化して解離された炭素と炭素イオンを基材3に
向けて照射しながら、もしくは真空槽1内を炭化水素系
のガス雰囲気にして、金属蒸気発生源30を上記のよう
に稼動させることにより、基材3表面に下地層50とし
て密着性の良い炭化シリコン、炭化タングステン、炭化
チタンまたは炭化アルミニウムのセラミック薄膜を形成
するようにしてもよい。この場合、表面側ほどセラミッ
ク中の炭素組成を大きくすることにより、DLC薄膜8
0の成長および密着性が向上する。図7にプロセスを示
す。
Next, in the same manner as in the first embodiment, the gas ion source 10 is operated, and the DL is formed on the intermediate layer on the surface of the substrate 3.
A C thin film is formed. In forming the underlayer 50,
Excitation, dissociation and ionization of the hydrocarbon-based gas by the gas ion source 10 while irradiating the dissociated carbon and carbon ions toward the base material 3 or setting the vacuum chamber 1 to a hydrocarbon-based gas atmosphere By operating the metal vapor generation source 30 as described above, a ceramic thin film of silicon carbide, tungsten carbide, titanium carbide or aluminum carbide having good adhesion may be formed as the underlayer 50 on the surface of the base material 3. Good. In this case, the DLC thin film 8 is formed by increasing the carbon composition in the ceramic toward the surface.
The growth of 0 and the adhesion are improved. FIG. 7 shows the process.

【0021】また図8のプロセスに示すように下地層5
0を、基材3と密着性の良い金属薄膜からなる密着層6
0と、DLC薄膜80との密着性の良い金属薄膜からな
るDLC前処理層70とにより構成してもよい。この場
合、図9に示すような第1と第2の金属蒸気発生源30
a、30bを設けたDLC薄膜形成装置を用いて、上記
と同様にして第1の金属蒸気発生源30aにより密着層
60を形成し、引き続いてその上に第2の金属蒸気発生
源30bによりDLC前処理層70を形成する。あるい
は下地層50を、金属薄膜からなる密着層60とセラミ
ック薄膜からなるDLC前処理層70とにより構成して
もよい。この場合のプロセスを図10に示す。以上のよ
うに、同一真空槽1内に金属蒸気発生源30とガスイオ
ン源10とを設けるとともに、ガスイオン源10への導
入ガスを切り換える切換手段を設けたので、基材3表面
のクリーニング処理と下地層形成とDLC薄膜成膜とを
大気開放することなしに連続して行うことができる。
As shown in the process of FIG.
0 is an adhesion layer 6 made of a metal thin film having good adhesion to the substrate 3.
0 and a DLC pretreatment layer 70 made of a metal thin film having good adhesion to the DLC thin film 80. In this case, the first and second metal vapor sources 30 as shown in FIG.
a, a contact layer 60 is formed by a first metal vapor source 30a in the same manner as described above, and then a DLC thin film is formed by a second metal vapor source 30b thereon. A pretreatment layer 70 is formed. Alternatively, the underlayer 50 may be constituted by an adhesion layer 60 made of a metal thin film and a DLC pretreatment layer 70 made of a ceramic thin film. The process in this case is shown in FIG. As described above, the metal vapor generation source 30 and the gas ion source 10 are provided in the same vacuum chamber 1 and the switching means for switching the gas introduced into the gas ion source 10 is provided. The formation of the underlayer and the formation of the DLC thin film can be performed continuously without opening to the atmosphere.

【0022】実施の形態3.この実施の形態では、前処
理として実施の形態1と同様の水素イオン照射によるク
リーニング処理を行った後、基材表面に炭素を含んだ処
理層を形成し、その上にDLC薄膜を形成する場合につ
いて示す。図11は実施の形態2におけるDLC薄膜形
成のプロセスを示し、処理層としてイオン注入層を形成
する場合である。次に動作について説明する。図2のよ
うなDLC薄膜形成装置を用いて、排気系2により、真
空槽1内を1×10-6Torr程度の真空度に排気した
後、基材温度調整機構6により、基材3の温度を300
℃程度に調整し、実施の形態1と同様にして、水素イオ
ンを基材3に照射してクリーニングを行う。
Embodiment 3 FIG. In this embodiment, a case is described in which, after performing the same cleaning treatment by hydrogen ion irradiation as in the first embodiment, a treatment layer containing carbon is formed on the surface of the base material, and a DLC thin film is formed thereon. It shows about. FIG. 11 shows a process of forming a DLC thin film according to the second embodiment, in which an ion implantation layer is formed as a treatment layer. Next, the operation will be described. After the interior of the vacuum chamber 1 is evacuated to a degree of vacuum of about 1 × 10 −6 Torr by the exhaust system 2 using a DLC thin film forming apparatus as shown in FIG. 300 temperature
The temperature is adjusted to about ° C., and cleaning is performed by irradiating the base material 3 with hydrogen ions in the same manner as in the first embodiment.

【0023】次に、炭素イオンによるイオン注入を実施
する。まず、基材3の温度を300℃程度にして、ベン
ゼン、トルエン、キシレンなどの炭素(C)元素を含む
炭化水素系のガスを反応ガス導入管14より反応ガス導
入室11に導入し、反応ガス導入室11の真空度を1×
10-2〜1×10-1Torrとする。そして、熱電子放
出手段12を動作させ、図示しない電源により熱電子放
出手段12に対して熱電子引出し電極13に50〜80
0V程度のバイアス電圧を印加する。また、ガスイオン
源10からイオンを引き出すために、加速電極15に対
して、つまり接地電位に対して熱電子放出手段12に+
200〜500V程度の電圧を図示しない電源により印
加しておく。熱電子放出手段12から放出された電子は
熱電子引出し電極13に向けて加速され、炭素元素を含
む炭化水素系のガスを励起、解離、およびイオン化す
る。このイオン化された炭素イオンを基材3に向けて照
射する。この際、バイアス手段5により基材3を接地電
位に対して負の方向に−10〜−30kV程度バイアス
することにより、イオン注入が実施され、処理層51と
してのイオン注入層が形成される。この処理に引き続き
実施の形態1に示すようなDLC薄膜の形成を実施す
る。以上より、DLC薄膜80の成膜前に炭素イオンの
エネルギーを10〜30keVとして、イオン注入層を
形成することにより、基材3材料と炭素原子が混合した
領域が形成されるため、基材3とDLC薄膜80の密着
性を向上させることができる。
Next, ion implantation with carbon ions is performed. First, the temperature of the substrate 3 is set to about 300 ° C., and a hydrocarbon-based gas containing a carbon (C) element such as benzene, toluene, or xylene is introduced into the reaction gas introduction chamber 11 through the reaction gas introduction pipe 14, The degree of vacuum in the gas introduction chamber 11 is 1 ×
10 −2 to 1 × 10 −1 Torr. Then, the thermoelectron emission means 12 is operated, and the thermoelectron emission means 12 is connected to the thermoelectron extraction electrode 13 by a power source (not shown).
A bias voltage of about 0 V is applied. Further, in order to extract ions from the gas ion source 10, the thermoelectron emission means 12 has a positive voltage with respect to the acceleration electrode 15, that is, with respect to the ground potential.
A voltage of about 200 to 500 V is applied by a power supply (not shown). The electrons emitted from the thermionic emission means 12 are accelerated toward the thermionic extraction electrode 13 to excite, dissociate, and ionize a hydrocarbon-based gas containing a carbon element. The substrate 3 is irradiated with the ionized carbon ions. At this time, the base member 3 is biased in the negative direction with respect to the ground potential by about −10 to −30 kV by the bias means 5, thereby performing ion implantation and forming an ion-implanted layer as the processing layer 51. Subsequent to this processing, a DLC thin film as described in the first embodiment is formed. As described above, by forming the ion-implanted layer with the energy of carbon ions at 10 to 30 keV before forming the DLC thin film 80, a region in which the material of the base material 3 and the carbon atoms are mixed is formed. And the DLC thin film 80 can be improved in adhesion.

【0024】また、イオンの注入エネルギーと注入量の
深さ方向の分布の関係は、図12に示すような関係があ
り、注入エネルギーに応じて注入量の注入深さ方向の分
布は、ある注入深さをピーク点としてその両側へ徐々に
減っていく形になっている。注入エネルギーが増大する
とピーク点は注入深さの深い方へと移動する。したがっ
て、例えばイオンの注入エネルギーを時間に対して図1
3に示すような分布を持たせる、すなわちエネルギーの
低い注入を長時間、エネルギーの高い注入を短時間行う
ことにより図14に示すように、深さ方向への炭素原子
の分布として、基材3表面に近くなる程、密度が高くな
り、基材3の表面近傍で炭素注入量が最大となるような
分布にすることができる。このように、DLC薄膜80
形成前のイオン注入の過程において、炭素イオンにエネ
ルギー分布をもたせることにより、注入層の基材3表面
からの深さ方向への炭素原子の分布を制御することがで
き、基材3とDLC薄膜80の密着性を向上させること
ができる。また、基材3へのイオン注入の過程におい
て、炭素イオンとともに水素イオンを用いることによ
り、水素イオンがイオン注入層のグラファイト成分の選
択エッチングをするため、DLC薄膜80のグラファイ
ト化を抑制することができ、基材3とDLC薄膜80の
密着強度を向上させることができる。このようにイオン
注入過程の前に水素ガスによるイオンクリーニング処理
を実施することにより、基材3表面の不純物層が除去さ
れるため、基材3とDLC薄膜80の密着強度を向上さ
せることができる。
The relationship between the ion implantation energy and the distribution of the implantation amount in the depth direction has a relationship as shown in FIG. 12, and the distribution of the implantation amount in the implantation depth direction depends on the implantation energy. With the depth as the peak point, it gradually decreases to both sides. As the implantation energy increases, the peak point moves to a deeper implantation depth. Therefore, for example, the ion implantation energy is shown in FIG.
As shown in FIG. 14, the distribution of carbon atoms in the depth direction is obtained by giving a distribution as shown in FIG. 3, that is, performing low-energy implantation for a long time and high-energy implantation for a short time. The closer to the surface, the higher the density, and the distribution can be such that the carbon injection amount is maximum near the surface of the substrate 3. Thus, the DLC thin film 80
In the process of ion implantation before formation, by giving carbon ions an energy distribution, the distribution of carbon atoms in the depth direction from the surface of the substrate 3 of the implanted layer can be controlled, and the substrate 3 and the DLC thin film can be controlled. 80 can be improved. Further, in the process of ion implantation into the base material 3, by using hydrogen ions together with carbon ions, the hydrogen ions selectively etch the graphite component of the ion-implanted layer. As a result, the adhesion strength between the substrate 3 and the DLC thin film 80 can be improved. By performing the ion cleaning process using hydrogen gas before the ion implantation process, the impurity layer on the surface of the base material 3 is removed, so that the adhesion strength between the base material 3 and the DLC thin film 80 can be improved. .

【0025】また以下に示すように、処理層51として
基材3表面に炭素を含んだ炭化層を形成する場合にも、
水素イオンによるクリーニングが適用できる。次に動作
について説明する。図2のDLC薄膜形成装置を用い
て、排気系2により、真空槽1内を1×10-6Torr
程度の真空度に排気した後、基材温度調整機構6によ
り、基材3の温度を300℃程度に調整し、実施の形態
1と同様にして、水素イオンを基材3に照射してクリー
ニングを行う。
Also, as shown below, when a carbonized layer containing carbon is formed on the surface of the substrate 3 as the treatment layer 51,
Cleaning by hydrogen ions can be applied. Next, the operation will be described. Using the DLC thin film forming apparatus shown in FIG. 2, the inside of the vacuum chamber 1 is set to 1 × 10 −6 Torr by the exhaust system 2.
After evacuating to a degree of vacuum, the temperature of the base material 3 is adjusted to about 300 ° C. by the base material temperature adjustment mechanism 6, and cleaning is performed by irradiating the base material 3 with hydrogen ions in the same manner as in the first embodiment. I do.

【0026】次に、炭素イオンによる炭化を実施する。
まず、基材3の温度を300℃程度にして、ベンゼン、
トルエン、キシレンなどの炭素元素を含む炭化水素系の
ガスを反応ガス導入管14より反応ガス導入室11に導
入し、反応ガス導入室11の真空度を1×10-2〜1×
10-1Torrとする。そして、熱電子放出手段12を
動作させ、図示しない電源により熱電子放出手段12に
対して熱電子引出し電極13に50〜800V程度のバ
イアス電圧を印加する。また、ガスイオン源10からイ
オンを引き出すために、加速電極15に対して、つまり
接地電位に対して熱電子放出手段12に+200〜50
0V程度の電圧を図示しない電源により印加しておく。
熱電子放出手段12から放出された電子は熱電子引出し
電極13に向けて加速され、炭素元素を含む炭化水素系
のガスを励起、解離、およびイオン化する。このイオン
化された炭素イオンを基材3に向けて照射する。この
際、バイアス手段5により基材3を接地電位に対して負
の方向に−50〜−1000V程度バイアスし、100
〜2000mA程度のイオン電流を基材3表面に照射す
ることにより、基材3表面への炭素の拡散が行われ、炭
素イオンによる炭化層が形成される。この処理に引き続
き、実施の形態1に示すようなDLC薄膜80の形成を
実施する。
Next, carbonization by carbon ions is performed.
First, the temperature of the substrate 3 is set to about 300 ° C., and benzene,
A hydrocarbon-based gas containing a carbon element such as toluene or xylene is introduced into the reaction gas introduction chamber 11 through the reaction gas introduction pipe 14, and the degree of vacuum in the reaction gas introduction chamber 11 is set to 1 × 10 −2 to 1 ×.
10 -1 Torr. Then, the thermoelectron emission unit 12 is operated, and a bias voltage of about 50 to 800 V is applied to the thermoelectron extraction electrode 13 to the thermoelectron emission unit 12 by a power supply (not shown). Further, in order to extract ions from the gas ion source 10, the thermoelectron emission means 12 with respect to the accelerating electrode 15, that is, with respect to the ground potential, is + 200-50
A voltage of about 0 V is applied by a power supply (not shown).
The electrons emitted from the thermionic emission means 12 are accelerated toward the thermionic extraction electrode 13 to excite, dissociate, and ionize a hydrocarbon-based gas containing a carbon element. The substrate 3 is irradiated with the ionized carbon ions. At this time, the substrate 3 is biased in the negative direction with respect to the ground potential by about -50 to
By irradiating the surface of the base material 3 with an ion current of about 2000 mA, carbon is diffused to the surface of the base material 3 and a carbonized layer is formed by carbon ions. Subsequent to this processing, a DLC thin film 80 as described in the first embodiment is formed.

【0027】以上より、水素イオンによるクリーニング
でDLC薄膜80の密着性が向上するとともに、DLC
薄膜80の成膜前に、ガスイオン源10より照射される
炭素イオンを50eV〜1000eV程度のイオンの加
速エネルギーならびに100〜2000mA程度の電流
で基材3表面に照射して、炭化を行うことにより、基材
3表面に炭化層が形成され、基材3表面の硬度が高くな
るとともに、基材3の表面層に炭素成分が存在すること
によりDLC薄膜80が成長し易くなるため、基材3と
DLC薄膜80の密着強度を向上させることができる。
As described above, the cleaning with hydrogen ions improves the adhesion of the DLC thin film 80,
Before the thin film 80 is formed, the surface of the substrate 3 is irradiated with carbon ions irradiated from the gas ion source 10 at an acceleration energy of about 50 eV to about 1000 eV and a current of about 100 to about 2,000 mA to perform carbonization. Since a carbonized layer is formed on the surface of the base material 3 and the hardness of the surface of the base material 3 is increased, the presence of a carbon component in the surface layer of the base material 3 facilitates the growth of the DLC thin film 80. And the DLC thin film 80 can be improved in adhesion strength.

【0028】実施の形態4.この実施の形態では、まず
第1のクリーニング処理として不活性ガスイオンによる
クリーニングを行い、続いて第2のクリーニング処理と
して水素イオンによるクリーニングを行う。図15にそ
のプロセスを示す。動作について説明する。実施の形態
1の場合と同様にして、図2のDLC薄膜形成装置を用
いて、真空槽1内を1×10-6Torr程度の真空度に
排気した後、基材温度調整機構6により、基材3の温度
を300℃程度に調整する。次に、不活性ガスイオンに
よるスパッタクリーニング処理を実施する。まず、アル
ゴンなどの不活性ガスを反応ガス導入管14より反応ガ
ス導入室11に導入し、反応ガス導入室11の真空度を
1×10-2〜1×10-1Torrとする。そして、熱電
子放出手段12を動作させ、図示しない電源により熱電
子放出手段12に対して熱電子引出し電極13に50〜
800V程度のバイアス電圧を印加する。また、ガスイ
オン源10からイオンを引き出すために、加速電極15
に対して、つまり接地電位に対して熱電子放出手段12
に+200〜500V程度の電圧を図示しない電源によ
り印加しておく。熱電子放出手段12から放出された電
子は熱電子引出し電極13に向けて加速され、不活性ガ
スをイオン化する。この不活性ガスイオンを基材3に向
けて照射する。この際、バイアス手段5により基材3を
接地電位に対して負の方向に−10〜−30kV程度バ
イアスすることにより、不活性ガスイオンによる基材3
のスパッタリングを行うことができ、基材3表面の不純
物をスパッタクリーニングすることができる。
Embodiment 4 In this embodiment, first, cleaning using inert gas ions is performed as a first cleaning process, and then cleaning using hydrogen ions is performed as a second cleaning process. FIG. 15 shows the process. The operation will be described. In the same manner as in the first embodiment, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to a degree of vacuum of about 1 × 10 −6 Torr by using the DLC thin film forming apparatus of FIG. The temperature of the substrate 3 is adjusted to about 300 ° C. Next, a sputter cleaning process using inert gas ions is performed. First, an inert gas such as argon is introduced into the reaction gas introduction chamber 11 through the reaction gas introduction pipe 14, and the degree of vacuum in the reaction gas introduction chamber 11 is set to 1 × 10 −2 to 1 × 10 −1 Torr. Then, the thermoelectron emitting means 12 is operated, and the thermoelectron emitting means 12 is connected to the thermoelectron extracting electrode 13 by a power source (not shown).
A bias voltage of about 800 V is applied. Further, in order to extract ions from the gas ion source 10, the acceleration electrode 15
The thermionic emission means 12 with respect to the ground potential.
A voltage of about +200 to 500 V is applied from a power supply (not shown). The electrons emitted from the thermoelectron emitting means 12 are accelerated toward the thermoelectron extraction electrode 13 and ionize the inert gas. The substrate 3 is irradiated with the inert gas ions. At this time, the substrate 3 is biased in a negative direction with respect to the ground potential by about −10 to −30 kV with respect to the ground potential by the bias means 5, so that the substrate 3 is made of inert gas ions.
Can be performed, and impurities on the surface of the substrate 3 can be sputter-cleaned.

【0029】続いて、実施の形態1の場合と同様にし
て、水素イオンによるクリーニング処理、およびDLC
薄膜80の形成を行う。以上より、不活性ガスイオンの
スパッタクリーニングにより基材3表面の水分、油脂成
分、表面酸化物などの不純物を除去した後、さらに水素
イオンの還元反応を利用したクリーニングを行うので、
基材3とDLC薄膜80の密着性を向上させることがで
きる。
Subsequently, in the same manner as in the first embodiment, cleaning treatment with hydrogen ions and DLC
A thin film 80 is formed. As described above, after removing impurities such as moisture, oil and fat components, and surface oxides on the surface of the base material 3 by sputter cleaning of inert gas ions, cleaning using a reduction reaction of hydrogen ions is further performed.
The adhesion between the substrate 3 and the DLC thin film 80 can be improved.

【0030】実施の形態5.この実施の形態では、水素
イオンとアルゴンなど不活性ガスイオンとの混合ガスイ
オンによる基材のクリーニングを行う。図16にそのプ
ロセスを示す。まず、図2のDLC薄膜形成装置、ある
いはガスイオン源を2つ設けた装置を用いて、排気系2
により、真空槽1内を1×10-6Torr程度の真空度
に排気した後、基材温度調整機構6により、基材3の温
度を300℃程度に調整する。次いで、両方のバルブ1
6を開き水素ガスおよび不活性ガスを反応ガス導入管1
4より反応ガス導入室11に導入し、反応ガス導入室1
1の真空度を1×10-2〜1×10-1Torrとする。
ここでは、水素50%、アルゴン50%とした。そし
て、熱電子放出手段12を動作させ、図示しない電源に
より熱電子放出手段12に対して熱電子引出し電極13
に50〜800V程度のバイアス電圧を印加する。ま
た、ガスイオン源10からイオンを引き出すために、加
速電極15に対して、つまり接地電位に対して熱電子放
出手段12に+200〜500V程度の電圧を図示しな
い電源により印加しておく。熱電子放出手段12から放
出された電子は熱電子引出し電極13に向けて加速さ
れ、水素ガスおよび不活性ガスをイオン化する。この混
合ガスイオンを基材に向けて照射する。この際、バイア
ス手段5により基材3を接地電位に対して負の方向に−
200〜−3000V程度バイアスすることにより、イ
オン量、エネルギーを制御できるので、効果的に処理が
でき、クリーニングの効果が向上する。
Embodiment 5 In this embodiment, the cleaning of the base material is performed by using mixed gas ions of hydrogen ions and inert gas ions such as argon. FIG. 16 shows the process. First, using the DLC thin film forming apparatus shown in FIG. 2 or an apparatus provided with two gas ion sources,
After evacuating the vacuum chamber 1 to a degree of vacuum of about 1 × 10 −6 Torr, the temperature of the substrate 3 is adjusted to about 300 ° C. by the substrate temperature adjusting mechanism 6. Then both valves 1
6. Open hydrogen gas and inert gas to reactant gas introduction pipe 1
4 into the reaction gas introduction chamber 11 and the reaction gas introduction chamber 1
The degree of vacuum of 1 is 1 × 10 −2 to 1 × 10 −1 Torr.
Here, 50% of hydrogen and 50% of argon were used. Then, the thermoelectron emission means 12 is operated, and the thermoelectron extraction electrode 13 is supplied to the thermoelectron emission means 12 by a power source (not shown).
, A bias voltage of about 50 to 800 V is applied. In addition, in order to extract ions from the gas ion source 10, a voltage of about +200 to 500 V is applied to the accelerating electrode 15, that is, to the thermionic emission means 12 with respect to the ground potential by a power supply (not shown). The electrons emitted from the thermionic electron emission means 12 are accelerated toward the thermionic extraction electrode 13 and ionize the hydrogen gas and the inert gas. The mixed gas ions are irradiated toward the substrate. At this time, the substrate 3 is moved in the negative direction with respect to the ground potential by the bias means 5.
By applying a bias of about 200 to -3000 V, the ion amount and energy can be controlled, so that the treatment can be performed effectively and the cleaning effect can be improved.

【0031】続いて、実施の形態1と同様にしてDLC
薄膜80を形成する。以上のように、イオンクリーニン
グ用ガスとして、水素ガスとヘリウム、アルゴン、キセ
ノンなどの不活性ガスの混合ガスを用い、クリーニング
処理を実施することにより、水素イオンによる表面の酸
化物の還元反応による除去と同時に、不活性ガスイオン
のスパッタリングによる基材表面の不純物層を研削除去
ができるため、基材3とDLC薄膜80の密着性を向上
させることができる。
Subsequently, the DLC is performed in the same manner as in the first embodiment.
A thin film 80 is formed. As described above, by performing a cleaning process using a mixed gas of hydrogen gas and an inert gas such as helium, argon, or xenon as an ion cleaning gas, the surface oxide is removed by hydrogen ions by a reduction reaction. At the same time, the impurity layer on the surface of the base material can be ground and removed by sputtering of inert gas ions, so that the adhesion between the base material 3 and the DLC thin film 80 can be improved.

【0032】実施の形態6.この実施の形態では、まず
第1のクリーニング処理としてアルゴンなど不活性ガス
イオンによるクリーニングを行い、続いて第2のクリー
ニング処理として水素イオンと不活性ガスイオンとの混
合ガスイオンによるクリーニングを行う。図17にその
プロセスを示す。動作について説明をする。まず、実施
の形態4と同様にして、不活性ガスイオンによるクリー
ニングを実施する。続いて、実施の形態5と同様にし
て、水素ガスと不活性ガスとの混合ガスイオンによるク
リーニングを行う。その後、実施の形態1と同様にし
て、DLC薄膜80を形成する。
Embodiment 6 FIG. In this embodiment, first, cleaning is performed using inert gas ions such as argon as a first cleaning process, and then cleaning is performed using mixed gas ions of hydrogen ions and inert gas ions as a second cleaning process. FIG. 17 shows the process. The operation will be described. First, in the same manner as in the fourth embodiment, cleaning with inert gas ions is performed. Subsequently, in the same manner as in the fifth embodiment, cleaning is performed using mixed gas ions of a hydrogen gas and an inert gas. After that, the DLC thin film 80 is formed as in the first embodiment.

【0033】以上により、不活性ガスイオンによるスパ
ッタクリーニングを行い、さらに引き続いて、水素イオ
ンの還元反応を利用したクリーニングと不活性ガスイオ
ンによるスパッタクリーニングを同時に行うので、基材
3とDLC薄膜80の密着性が向上する。
As described above, sputter cleaning using inert gas ions is performed, and subsequently, cleaning using a reduction reaction of hydrogen ions and sputter cleaning using inert gas ions are simultaneously performed. The adhesion is improved.

【0034】なお、実施の形態4から実施の形態6で
は、基材3上に下地層50や処理層51を設けない場合
を示したが、実施の形態2あるいは3に示したようにし
て、下地層50あるいは処理層51を形成する場合に
も、同様に適用できる。また、以上の実施の形態では、
DLC薄膜80を形成する場合を示したが、炭化チタン
(TiC)、窒化チタン(TiN)、窒化クロム(Cr
N)、酸化アルミニウム(Al23)などの薄膜を形成
する場合にも、この発明が適用できる。
In the fourth to sixth embodiments, the case where the base layer 50 and the treatment layer 51 are not provided on the base material 3 has been described, but as described in the second or third embodiment, The same applies to the case where the underlayer 50 or the processing layer 51 is formed. In the above embodiment,
Although the case where the DLC thin film 80 is formed is shown, titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), chromium nitride (Cr)
The present invention can be applied to the case of forming a thin film such as N) or aluminum oxide (Al 2 C 3 ).

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、基材上の薄膜の形成前に、水素イオン照射により
クリーニングを行うので、水素イオンによる還元反応で
基材表面が効果的にクリーニング処理され、基材と薄膜
との密着性が向上する。また、請求項2から請求項4の
発明によれば、不活性ガスイオンと水素イオンの両方の
ガスイオンによるクリーニングを行うので、スパッタク
リーニングと還元反応によるクリーニングが行われ、基
材と薄膜との密着性が向上する。
As described above, according to the first aspect of the present invention, before the thin film is formed on the substrate, the cleaning is performed by irradiating with hydrogen ions. Cleaning treatment to improve the adhesion between the substrate and the thin film. Further, according to the invention of claims 2 to 4, since cleaning is carried out by both inert gas ions and hydrogen ions, cleaning by sputter cleaning and reduction reaction is carried out, so that the base material and the thin film are cleaned. The adhesion is improved.

【0036】請求項5の発明によれば、DLC薄膜の形
成に適用し、その密着性が向上する効果がある。請求項
6、請求項7の発明によれば、基材に下地層あるいは処
理層を形成する場合も、上記と同様に基材とDLC薄膜
の密着性が向上する。
According to the invention of claim 5, the present invention is applied to the formation of a DLC thin film, and has an effect of improving the adhesion. According to the sixth and seventh aspects of the present invention, even when an underlayer or a treatment layer is formed on a substrate, the adhesion between the substrate and the DLC thin film is improved in the same manner as described above.

【0037】請求項8の発明によれば、導入ガスをクリ
ーニング処理用とDLC薄膜形成用のガスに切り換える
切換手段を備えたので、1台のガスイオン源によりクリ
ーニング処理とDLC薄膜形成の両方が実施でき、装置
の簡略化、低コスト化ができる。
According to the eighth aspect of the present invention, since the switching means for switching the introduced gas to the gas for the cleaning process and the gas for forming the DLC thin film is provided, both the cleaning process and the DLC thin film formation can be performed by one gas ion source. It can be implemented, and the apparatus can be simplified and the cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この実施の形態1において用いるDLC薄膜
形成装置の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a DLC thin film forming apparatus used in the first embodiment.

【図3】 この実施の形態1においてバイアス手段によ
り印加する電圧の波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram of a voltage applied by a bias unit in the first embodiment.

【図4】 この発明の実施の形態1のDLC薄膜形成装
置で形成された薄膜の成膜温度依存性を示すラマンスペ
クトル図である。
FIG. 4 is a Raman spectrum diagram showing the deposition temperature dependence of a thin film formed by the DLC thin film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態2における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a second embodiment of the present invention.

【図6】 この実施の形態2において用いるDLC薄膜
形成装置の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a DLC thin film forming apparatus used in the second embodiment.

【図7】 この発明の実施の形態2における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a second embodiment of the present invention.

【図8】 この発明の実施の形態2における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 この実施の形態2において用いるDLC薄膜
形成装置の断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a DLC thin film forming apparatus used in the second embodiment.

【図10】 この発明の実施の形態2における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a second embodiment of the present invention.

【図11】 この発明の実施の形態3における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a third embodiment of the present invention.

【図12】 イオンの注入エネルギーと注入量の深さ方
向の分布の関係を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between ion implantation energy and a distribution of an implantation amount in a depth direction.

【図13】 この発明の実施の形態3におけるイオンの
注入エネルギーの時間に対する分布を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a distribution of ion implantation energy with respect to time in Embodiment 3 of the present invention.

【図14】 この発明の実施の形態3における基材の深
さ方向への炭素原子の分布を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a distribution of carbon atoms in a depth direction of a base material according to Embodiment 3 of the present invention.

【図15】 この発明の実施の形態4における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to Embodiment 4 of the present invention.

【図16】 この発明の実施の形態5における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a fifth embodiment of the present invention.

【図17】 この発明の実施の形態6における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a sixth embodiment of the present invention.

【図18】 従来の薄膜形成装置を示す断面図である。FIG. 18 is a sectional view showing a conventional thin film forming apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空槽、3 基材、4 基材ホルダー、5 バイア
ス手段、6 温度調整機構、10 ガスイオン源、11
反応ガス導入室、12 熱電子放出手段、13 熱電
子引出し電極、15 加速電極、16 切換手段、50
下地層、51 処理層、80 DLC薄膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum tank, 3 base materials, 4 base material holders, 5 bias means, 6 temperature adjustment mechanism, 10 gas ion source, 11
Reaction gas introduction chamber, 12 thermoelectron emission means, 13 thermoelectron extraction electrode, 15 acceleration electrode, 16 switching means, 50
Underlayer, 51 processing layer, 80 DLC thin film.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基材上への薄膜形成における前処理方法
において、上記基材上への薄膜の成膜前に、上記基材の
表面への水素イオンの照射によるクリーニング処理を含
む前処理を行うことを特徴とする、薄膜形成における前
処理方法。
In a pretreatment method for forming a thin film on a substrate, a pretreatment including a cleaning process by irradiating hydrogen ions to the surface of the substrate is performed before forming the thin film on the substrate. A pretreatment method for forming a thin film, which is performed.
【請求項2】 基材上への薄膜の成膜前に、上記基材の
表面への不活性ガスイオンの照射による第1のクリーニ
ング処理、およびその後の上記基材の表面への水素イオ
ンの照射による第2のクリーニング処理からなる前処理
を行うことを特徴とする、請求項1記載の薄膜形成にお
ける前処理方法。
2. A first cleaning treatment by irradiating the surface of the base material with an inert gas ion before forming a thin film on the base material, and a subsequent hydrogen ion formation on the surface of the base material. 2. The pretreatment method according to claim 1, wherein a pretreatment comprising a second cleaning treatment by irradiation is performed.
【請求項3】 基材上への薄膜形成における前処理方法
において、上記基材上への薄膜の成膜前に、上記基材の
表面への不活性ガスイオンと水素イオンとの混合ガスイ
オンの照射によるクリーニング処理を含む前処理を行う
ことを特徴とする、薄膜形成における前処理方法。
3. A pretreatment method for forming a thin film on a substrate, wherein a mixed gas ion of an inert gas ion and a hydrogen ion is formed on the surface of the substrate before forming the thin film on the substrate. A pretreatment method for forming a thin film, comprising performing a pretreatment including a cleaning treatment by irradiating light.
【請求項4】 基材上への薄膜の成膜前に、上記基材の
表面への不活性ガスイオンの照射による第1のクリーニ
ング処理、およびその後の上記基材への不活性ガスイオ
ンと水素イオンとの混合ガスイオンの照射による第2の
クリーニング処理からなる前処理を行うことを特徴とす
る、請求項3記載の薄膜形成における前処理方法。
4. A first cleaning process by irradiating the surface of the base material with inert gas ions before forming a thin film on the base material, 4. The pretreatment method according to claim 3, wherein a pretreatment comprising a second cleaning treatment by irradiating mixed gas ions with hydrogen ions is performed.
【請求項5】 基材上に形成する薄膜はダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜であることを特徴とする、請求項1か
ら請求項4のいずれかに記載の薄膜形成における前処理
方法。
5. The pretreatment method according to claim 1, wherein the thin film formed on the substrate is a diamond-like carbon thin film.
【請求項6】 シリコン、タングステン、チタン、アル
ミニウムからなる群から選ばれた金属薄膜、または炭化
シリコン、炭化タングステン、炭化チタン、炭化アルミ
ニウムからなる群から選ばれたセラミック薄膜を含んだ
下地層の基材上への形成および上記下地層上へのダイヤ
モンドライクカーボン薄膜の成膜の前に、請求項5記載
の前処理を行うことを特徴とする、薄膜形成における前
処理方法。
6. A base layer comprising a metal thin film selected from the group consisting of silicon, tungsten, titanium, and aluminum, or a ceramic thin film selected from the group consisting of silicon carbide, tungsten carbide, titanium carbide, and aluminum carbide. A pretreatment method for forming a thin film, wherein the pretreatment according to claim 5 is performed before the formation on the material and the formation of the diamond-like carbon thin film on the underlayer.
【請求項7】 基材の表面への炭素を含んだ処理層の形
成およびこの処理層上へのダイヤモンドライクカーボン
薄膜の成膜の前に、請求項5記載の前処理を行うことを
特徴とする、薄膜形成における前処理方法。
7. The pretreatment according to claim 5, wherein before the formation of the treatment layer containing carbon on the surface of the base material and the formation of the diamond-like carbon thin film on the treatment layer. Pretreatment method for forming a thin film.
【請求項8】 基材上にダイヤモンドライクカーボン薄
膜を形成する薄膜形成装置において、内部を所定の真空
度に保持する真空槽と、この真空槽内で上記基材を保持
する基材ホルダーと、上記基材の温度を調整する基材温
度調整機構と、上記真空槽内で上記基材に対向して設け
られたガスイオン源と、このガスイオン源へ導入するガ
スを上記基材のクリーニング用あるいは上記ダイヤモン
ドライクカーボン薄膜の成膜用に切換えできる切換手段
とを備え、上記ガスイオン源は、上記基材に向かってオ
リフィスが設けられ、かつガスが導入される反応ガス導
入室と、この反応ガス導入室内に設けられて熱電子を放
出する熱電子放出手段と、この熱電子放出手段から熱電
子を引出す熱電子引出し電極と、上記反応ガス導入室の
外側に設けられ、上記基材に向けてイオンを加速する加
速電極とからなり、この加速電極に対して上記基材に電
圧を印加するバイアス手段を備えたことを特徴とするダ
イヤモンドライクカーボン薄膜形成装置。
8. A thin film forming apparatus for forming a diamond-like carbon thin film on a substrate, comprising: a vacuum chamber for holding the inside at a predetermined degree of vacuum; a substrate holder for holding the substrate in the vacuum chamber; A substrate temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the substrate, a gas ion source provided opposite to the substrate in the vacuum chamber, and a gas introduced into the gas ion source for cleaning the substrate. Alternatively, the gas ion source is provided with a switching means capable of switching for film formation of the diamond-like carbon thin film, wherein the gas ion source is provided with an orifice toward the base material, and a reaction gas introduction chamber into which a gas is introduced; A thermionic emission means provided in the gas introduction chamber for emitting thermoelectrons, a thermionic extraction electrode for extracting thermoelectrons from the thermoelectron emission means, and a thermoelectron extraction electrode provided outside the reaction gas introduction chamber; An apparatus for forming a diamond-like carbon thin film, comprising: an acceleration electrode for accelerating ions toward the substrate; and bias means for applying a voltage to the substrate with respect to the acceleration electrode.
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