JPH1072290A - Device for forming diamond-like carbon thin film - Google Patents

Device for forming diamond-like carbon thin film

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JPH1072290A
JPH1072290A JP23055196A JP23055196A JPH1072290A JP H1072290 A JPH1072290 A JP H1072290A JP 23055196 A JP23055196 A JP 23055196A JP 23055196 A JP23055196 A JP 23055196A JP H1072290 A JPH1072290 A JP H1072290A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
thermionic
emission means
introduction chamber
reaction gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP23055196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoyuki Kajita
直幸 梶田
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH1072290A publication Critical patent/JPH1072290A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device capable of efficiently supplying ions, etc., to form a diamond-like carbon(DLC). SOLUTION: In this device, a gas ion source 10 for generating dissociated carbon and carbon ions and dissociated hydrogen and hydrogen ions is placed opposite to a substrate 3 in a vacuum vessel 1. This gas ion source 10 has a gaseous reactant introduction chamber 11 into which a gaseous reactant is to be introduced and in which plural thermoelectron emission means 12 and plural thermoelectron withdrawal electrodes 13 are one by one alternately arranged. Also, two voltages synchronized with each other are respectively applied to between the substrate 3 and an accelerating electrode 15 and between the thermoelectron emission means 12 and the accelerating electrode 15, with a first bias means 20 and a second bias means 21 respectively.

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、ダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜を形成する装置に関するものであり、
特にガスイオン源を用いたダイヤモンドライクカーボン
薄膜形成装置に関する。
The present invention relates to an apparatus for forming a diamond-like carbon thin film,
In particular, the present invention relates to a diamond-like carbon thin film forming apparatus using a gas ion source.

【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12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
は基材ホルダーに設けられて基材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. 12 is a cross-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;
Is a heater provided on the substrate holder 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 for applying microwaves to the vacuum chamber 1. 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D
LC薄膜形成装置では真空槽全体にガスを供給し、そこ
にマイクロ波を印加して薄膜を形成するので、ガスのイ
オン化などの効率が悪かった。この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、イオンなどを
効率良く供給できるDLC薄膜形成装置を得ることを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, the conventional D
In the LC thin film forming apparatus, a gas is supplied to the entire vacuum chamber, and a microwave is applied thereto to form a thin film, so that the efficiency of gas ionization and the like is low. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a DLC thin film forming apparatus capable of efficiently supplying ions and the like.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明に係るDLC薄
膜形成装置においては、ガスイオン源は、反応ガス導入
室と、反応ガス導入室内に設けられた熱電子放出手段
と、反応ガス導入室内に設けられて熱電子放出手段から
熱電子を引出す複数の熱電子引出し電極と、イオンを加
速する加速電極とからなり、熱電子引出し電極が、基材
に向かって熱電子放出手段の前後に配置されたものであ
る。
In the DLC thin film forming apparatus according to the present invention, the gas ion source includes a reaction gas introduction chamber, a thermionic emission means provided in the reaction gas introduction chamber, and a reaction gas introduction chamber. A plurality of thermionic electron extracting electrodes are provided to extract thermoelectrons from thermionic electron emitting means, and an accelerating electrode for accelerating ions is provided. Thermionic electron extracting electrodes are arranged before and after the thermionic electron emitting means toward the base material. It is a thing.

【0006】また、ガスイオン源は、反応ガス導入室
と、複数の熱電子放出手段と、熱電子引出し電極と、加
速電極とからなり、熱電子放出手段は、基材に向かって
熱電子引出し電極の前後に配置されたものである。ま
た、ガスイオン源は、複数の熱電子放出手段と、複数の
熱電子引出し電極とを備え、熱電子放出手段と熱電子引
出し電極が、基材へ向かう方向に交互に配置されたもの
である。
The gas ion source comprises a reaction gas introducing chamber, a plurality of thermionic emission means, a thermionic extraction electrode, and an accelerating electrode. The thermionic emission means extracts thermionic electrons toward the substrate. These are arranged before and after the electrodes. Further, the gas ion source includes a plurality of thermionic electron emitting means and a plurality of thermionic extracting electrodes, and the thermionic emitting means and thermionic extracting electrodes are alternately arranged in a direction toward the base material. .

【0007】さらに、加速電極に対して基材に電圧を印
加する第1のバイアス手段と、熱電子放出手段に電圧を
印加する第2のバイアス手段とを備え、それぞれ時間の
関数として電圧を印加できるものである。さらに、加速
電極および反応ガス導入室の構成材料をグラファイトと
したものである。
Further, there are provided first bias means for applying a voltage to the base material with respect to the accelerating electrode, and second bias means for applying a voltage to the thermionic emission means, each of which applies the voltage as a function of time. You can do it. Further, the constituent materials of the acceleration electrode and the reaction gas introduction chamber are made of graphite.

【0008】[0008]

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

実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1を示すダ
イヤモンドライクカーボン(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、3は表面に
DLC薄膜が形成される例えば超硬合金のような基材で
あり、図示しないホルダーにより真空槽1内に保持され
ている。10は基材3に対向して設けられ、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
を発生させるガスイオン源、11は内部にDLC薄膜の
原材料である炭素(C)を含む炭化水素系の反応ガスが
導入される反応ガス導入室であり、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
与えられるようにオリフィス(図示せず)が、基材3と
の対向部16に設けられている。
Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a diamond-like carbon (DLC) thin film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber for holding the inside of the vacuum chamber, 2 denotes an exhaust system for evacuating the vacuum chamber 1, and 3 denotes a substrate such as a cemented carbide on which a DLC thin film is formed on the surface. It is held in the vacuum chamber 1 by a holder which is not used. Reference numeral 10 denotes a gas ion source which is provided to face the substrate 3 and generates dissociated carbon and carbon ions, and dissociated hydrogen and hydrogen ions, and 11 internally stores carbon (C) which is a raw material of a DLC thin film. A reaction gas introduction chamber into which a hydrocarbon-based reaction gas containing gas is introduced. The reaction gas introduction chamber is capable of discharging ions and the like, and has an orifice (not shown) so as to increase the flow path resistance and to apply a pressure difference between the reaction chamber and the vacuum chamber 1. ) Is provided in the portion 16 facing the base material 3.

【0009】12はタングステンワイヤーあるいはタン
タルワイヤーなどで構成され、反応ガス導入室11内に
設けられた熱電子放出手段であり、複数個設けられてい
る。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であ
り、複数個設けられている。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。
Reference numeral 12 denotes a thermionic emission means provided in the reaction gas introduction chamber 11, which is constituted by a tungsten wire or a tantalum wire. Numeral 13 is a thermoelectron extraction electrode provided in the reaction gas introduction chamber 11 and constituted by a plurality of thin metal wires arranged in parallel. 14 is a reaction gas introduction chamber 11
A reaction gas introduction pipe 15 for introducing a reaction gas into the inside of the reaction gas introduction pipe 15 is an acceleration electrode provided outside the reaction gas introduction chamber 11 to accelerate ions toward the substrate 3. , Thermionic emission means 12, thermionic extraction electrode 13, reaction gas introduction tube 14, and accelerating electrode 15 constitute a gas ion source 10.

【0010】20は加速電極15に対して基材3に時間
の関数として電圧を印加できる第1のバイアス手段、2
1は加速電極15に対して熱電子放出手段12に時間の
関数として電圧を印加できる第2のバイアス手段、22
は熱電子引出し電極13の電位を熱電子放出手段12に
対して正方向にバイアスする直流電源、23は熱電子放
出手段12を作動させるための交流電源である。真空槽
1、加速電極15、および第1、第2のバイアス手段2
0、21の一端が接地されている。
Reference numeral 20 denotes a first bias means which can apply a voltage to the base material 3 as a function of time with respect to the acceleration electrode 15;
1 is a second bias means capable of applying a voltage as a function of time to the thermionic emission means 12 to the acceleration electrode 15;
Is a DC power supply for biasing the potential of the thermoelectron extraction electrode 13 in the positive direction with respect to the thermoelectron emission means 12, and 23 is an AC power supply for operating the thermoelectron emission means 12. Vacuum chamber 1, accelerating electrode 15, and first and second bias means 2
One ends of 0 and 21 are grounded.

【0011】図2は熱電子放出手段12と熱電子引出し
電極13の配置を模式的に示す斜視図である。この図に
おいて、太矢印は反応ガスの噴出方向、つまり基材3に
向かう方向であり、実線の棒状に示された熱電子放出手
段12は、太矢印と直交方向、つまり横方向にピッチb
で平行に並べられた4本のワイヤーで構成され、それ
が、上下方向にピッチ2aで3段に重ねられている。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the arrangement of the thermionic emission means 12 and thermionic extraction electrodes 13. In this figure, the thick arrow indicates the direction in which the reaction gas is ejected, that is, the direction toward the substrate 3, and the thermionic emission means 12 shown in a solid bar shape has a pitch b in the direction perpendicular to the thick arrow, that is, in the horizontal direction.
And four wires arranged in parallel with each other, which are vertically stacked in three stages at a pitch 2a.

【0012】破線の棒状に示された熱電子引出し電極1
3は、太矢印および熱電子放出手段12のワイヤーと直
交する方向に、ピッチbで平行に並べられた4本のワイ
ヤーで構成され、それが、上下方向にピッチ2aで3段
に重ねられている。そして、熱電子放出手段12と熱電
子引出し電極13が互いに間挿され、これらが上下方向
にピッチaで配置されている。なお、図では見やすくす
るため簡略化して示したが、実際にはワイヤーの本数を
多くして用いる。
Thermionic extraction electrode 1 shown as a dashed bar
Numeral 3 is composed of four wires arranged in parallel at a pitch b in a direction perpendicular to the thick arrow and the wires of the thermionic emission means 12, and they are vertically stacked in three stages at a pitch 2a. I have. The thermoelectron emission means 12 and the thermoelectron extraction electrode 13 are interposed between each other, and are arranged at a pitch a in the vertical direction. Although the figure is simplified for easy viewing, the number of wires is actually increased and used.

【0013】図3は、図2と類似の配置であるが、熱放
出手段12の上下の重ねを、横方向にピッチの半分、す
なわちb/2だけずらして行っている。図4は、熱電子
放出手段12の上記のずらしに加えて、熱電子引出し電
極13の上下方向の重ねも、横方向にb/2だけずらし
て行った場合を示す。
FIG. 3 shows an arrangement similar to that of FIG. 2, except that the upper and lower portions of the heat radiating means 12 are shifted laterally by half the pitch, ie, by b / 2. FIG. 4 shows a case where, in addition to the above-described shifting of the thermionic emission means 12, the vertical stacking of the thermionic extraction electrodes 13 is shifted by b / 2 in the horizontal direction.

【0014】次に動作について説明する。まず、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、図示しない基材温度調整機構により、基
材温度を100℃〜250℃に調整して、反応ガス導入
管14から反応ガス導入室11内へ反応性ガスである炭
化水素系のガス、例えばベンゼンガスを導入し、ガスを
熱電子引出し電極13および熱電子放出手段12に向け
て噴出させ、反応ガス導入室11内の真空度を1×10
-2〜1×10-1Torrに調整する。そして、交流電源
23から熱電子放出手段12に電力を供給し、2000
℃程度に加熱することにより、熱電子の供給が可能な状
態にする。次いで、直流電源22から50〜800V程
度の電圧を印加して、熱電子引出し電極13の電位を熱
電子放出手段12に対して正方向にバイアスし、熱電子
放出手段12から1〜3A程度の電子を熱電子引出し電
極13に向けて、照射させる。
Next, the operation will be described. First, after the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to a degree of vacuum of about 1 × 10 −6 Torr by the exhaust system 2, the base material temperature is adjusted to 100 ° C. to 250 ° C. by a base temperature adjusting mechanism (not shown), and the reaction is performed. A hydrocarbon-based gas, for example, benzene gas, which is a reactive gas, is introduced from the gas introduction pipe 14 into the reaction gas introduction chamber 11, and the gas is ejected toward the thermionic extraction electrode 13 and thermionic emission means 12, thereby causing a reaction. The degree of vacuum in the gas introduction chamber 11 is 1 × 10
Adjust to -2 to 1 × 10 -1 Torr. Then, power is supplied from the AC power supply 23 to the thermionic emission means 12, and
By heating to about ° C, a state is obtained in which thermoelectrons can be supplied. Next, a voltage of about 50 to 800 V is applied from the DC power supply 22 to bias the potential of the thermoelectron extraction electrode 13 in the positive direction with respect to the thermoelectron emission means 12, and about 1 to 3 A from the thermoelectron emission means 12. The electrons are irradiated toward the thermoelectron extraction electrode 13.

【0015】ここで、熱電子放出手段12および熱電子
引出し電極13が、図2〜図4に示すように、基材に向
かう方向に交互に複数個設けられているので、熱電子の
照射される空間を広くとることができ、またその空間が
分割されているので、それらの空間の状態を均一化する
ことができる。反応ガス導入室11内の炭化水素系のガ
スは、この電子の照射、および加熱された熱電子放出手
段12への接触により、励起、解離、およびイオン化さ
れる。
Here, as shown in FIGS. 2 to 4, a plurality of thermionic emission means 12 and thermionic extraction electrodes 13 are provided alternately in the direction toward the substrate, so that thermionic electrons are irradiated. Space can be widened, and since the space is divided, the state of those spaces can be made uniform. The hydrocarbon gas in the reaction gas introduction chamber 11 is excited, dissociated, and ionized by the irradiation of the electrons and the contact with the heated thermionic emission means 12.

【0016】このとき、基材3および熱電子放出手段1
2にバイアス電圧を印加する。加速電極15の電位を基
準として、第1のバイアス手段20により基材3に印加
する電圧V1(t)、および第2のバイアス手段により
熱電子放出手段12に印加する電圧V2(t)のいくつ
かの例を図5〜図8に示す。V1(t)、V2(t)と
も電圧は±数kV以内、周波数は数十Hz〜数十kHz
とする。V2(t)が正のときは反応ガス導入室11か
らイオン(正電荷)を取り出すことができ、逆に、負の
ときは電子を取り出すことができる。したがって、正負
のバイアス電圧の大きさ、正負の電圧を与える時間の比
率を制御することにより、膜形成に関係する炭素イオ
ン、水素イオンの運動エネルギーおよびイオン量、ある
いは、基材3上のチャージアップを中和するための電子
の運動エネルギーおよび電子量を効率よく制御すること
ができる。ここでチャージアップについて説明する。D
LCは絶縁物であるため、成膜時にイオンにより正電荷
になるチャージアップ現象が生じる。電荷がたまると放
電し、膜面が荒らされる。これを抑制するために電子を
供給して帯電を中和し、膜の平坦度をよくするわけであ
る。
At this time, the substrate 3 and thermionic emission means 1
2 is applied with a bias voltage. The voltage V1 (t) applied to the substrate 3 by the first bias means 20 and the voltage V2 (t) applied to the thermionic emission means 12 by the second bias means with reference to the potential of the acceleration electrode 15. 5 to 8 show such examples. For both V1 (t) and V2 (t), the voltage is within ± several kV, and the frequency is several tens Hz to several tens kHz.
And When V2 (t) is positive, ions (positive charges) can be extracted from the reaction gas introduction chamber 11, and when it is negative, electrons can be extracted. Therefore, by controlling the magnitude of the positive and negative bias voltages and the ratio of the time for applying the positive and negative voltages, the kinetic energy and ion amount of carbon ions and hydrogen ions related to film formation, or the charge-up on the substrate 3 Kinetic energy of electrons and the amount of electrons for neutralizing the electrons can be efficiently controlled. Here, the charge-up will be described. D
Since LC is an insulator, a charge-up phenomenon occurs in which ions become positively charged during film formation. When the charges accumulate, discharge occurs, and the film surface is roughened. To suppress this, electrons are supplied to neutralize the charge and improve the flatness of the film.

【0017】さらに、ガスイオン源10から引出された
イオン、電子が基材3へ入射する運動エネルギーおよび
量をV1(t)により効率よく制御できる。すなわち、
V1(t)が負のときはイオンにエネルギーを付与して
基材3へ入射することができ、逆に、正のときは電子を
供給することができるため、正負のバイアス電圧の大き
さ、正負の電圧を与える時間の比率を制御することによ
り、炭素イオン、水素イオン、電子の運動エネルギーお
よびそれらの量を制御することができる。また、V1
(t)とV2(t)の間で同期をとり、トータル的に
(V1(t)−V2(t))を制御することにより、炭
素イオン、水素イオン、電子の運動エネルギーおよびそ
れらの量を制御することができる。
Further, the kinetic energy and amount of ions and electrons extracted from the gas ion source 10 incident on the substrate 3 can be efficiently controlled by V1 (t). That is,
When V1 (t) is negative, ions can be imparted with energy to enter the substrate 3, and when positive, electrons can be supplied when positive. By controlling the ratio of the time during which the positive and negative voltages are applied, the kinetic energies of carbon ions, hydrogen ions, and electrons and their amounts can be controlled. Also, V1
By synchronizing between (t) and V2 (t) and controlling (V1 (t) -V2 (t)) in total, the kinetic energies of carbon ions, hydrogen ions and electrons and their amounts can be reduced. Can be controlled.

【0018】図5の場合、V1(t)とV2(t)間で
同期をとり、ガスイオン源10から大量のイオンを引出
すとともに、基材3への入射時には薄膜形成に適したエ
ネルギーレベルに制御した場合を示している。まず、励
起電離状態の反応ガス導入室11内からイオンを大量に
取り出すために、同図(b)に示すようにV2(t)を
正方向に大きなバイアス電圧とすることにより、このバ
イアス電圧に比例してイオンを大量に引出すことができ
る。同時に、同図(a)に示すようにV1(t)を正方
向にバイアスすることにより、イオンを減速させ、トー
タル的には、つまり(V1(t)−V2(t))は同図
(c)に示すようになり、ガスイオン源10から引出さ
れたイオンの運動エネルギーを適切なレベルに制御し
て、基材3へ入射させる。なお、V2(t)が負の期間
はガスイオン源10から電子が引出され、(V1(t)
−V2(t))により基板3へ入射する。
In the case of FIG. 5, a large amount of ions are extracted from the gas ion source 10 while synchronizing between V1 (t) and V2 (t). This shows a case where control is performed. First, in order to extract a large amount of ions from the reaction gas introduction chamber 11 in the excited ionization state, V2 (t) is set to a large bias voltage in the positive direction as shown in FIG. A large amount of ions can be extracted in proportion. At the same time, the ions are decelerated by biasing V1 (t) in the positive direction, as shown in FIG. 9A, and the total, that is, (V1 (t) -V2 (t)) is as shown in FIG. As shown in (c), the kinetic energy of the ions extracted from the gas ion source 10 is controlled to an appropriate level, and the ions are incident on the substrate 3. Note that while V2 (t) is negative, electrons are extracted from the gas ion source 10 and (V1 (t)
-V2 (t)) to enter the substrate 3.

【0019】図6は、基板3との薄膜の密着力を増すた
めに、基材3への注入などによりミキシング層を形成す
る場合、イオンスパッタをする場合などのように、イオ
ンの運動エネルギーを大きなエネルギーレベルにした場
合を示す。反応ガス導入室11からイオンを大量に引出
すために、同図(b)に示すようにV2(t)を正方向
に大きなバイアス電圧にする。同時に、同図(a)に示
すようにV1(t)を負のバイアス電圧にすることによ
り、さらにイオンにエネルギーを付与し、トータル的に
は同図(c)に(V1(t)−V2(t))として示す
ように大きな運動エネルギーをイオンに与えて、イオン
スパッタが可能なエネルギーレベルに制御し、基材3へ
入射する。
FIG. 6 shows that the kinetic energy of ions is reduced in the case where a mixing layer is formed by injection into the base material 3 or the case where ion sputtering is performed in order to increase the adhesion of the thin film to the substrate 3. This shows a case where a large energy level is set. In order to extract a large amount of ions from the reaction gas introduction chamber 11, V2 (t) is set to a large bias voltage in the positive direction as shown in FIG. At the same time, by setting V1 (t) to a negative bias voltage as shown in FIG. 11A, energy is further applied to the ions, and (V1 (t) -V2 As shown in (t)), a large kinetic energy is applied to the ions to control them to an energy level at which ion sputtering is possible, and the ions are incident on the substrate 3.

【0020】図7はV1(t)、V2(t)を交番電圧
とするが、両者を同期させて同じ大きさとし、トータル
として零にした場合である。この場合は、V2(t)が
正負に交番して、それぞれイオンと電子がガスイオン源
10から取り出されるが、V1(t)により減速され
て、イオンおよび電子が反応ガス導入室11内で有して
いた運動エネルギーにより、基材3へ入射する。図8は
図7の場合と類似であるが、(V1(t)−V2
(t))が一定の負電圧となるようにした場合であり、
イオンにエネルギーが与えられる。
FIG. 7 shows a case where V1 (t) and V2 (t) are the alternating voltages, but they are synchronized to have the same magnitude and are set to zero in total. In this case, V2 (t) alternates between positive and negative, and ions and electrons are respectively extracted from the gas ion source 10. However, the ions are decelerated by V1 (t) and ions and electrons are present in the reaction gas introduction chamber 11. Due to the kinetic energy, the light enters the base material 3. FIG. 8 is similar to FIG. 7 except that (V1 (t) -V2
(T)) is a constant negative voltage,
Energy is given to the ions.

【0021】なお、図5〜図8では矩形波と正弦波を示
したが、三角波など他の波形でもよい。また、V1
(t)、V2(t)がいずれも直流ではなく、時間的に
変動する電圧の場合は、図5〜図8で示したように、両
者を同期させるのが好ましい。以上のようにして得られ
たDLC薄膜のラマン分析結果を図9に示す。図より、
1550cm-1付近に主ピークを持ち、1400cm-1
付近にショルダーバンドを有する非対称なラマンバンド
が観察され、DLCの典型的なスペクトルを示してお
り、高品質のDLC薄膜が形成されたことがわかる。な
お、比較のためにグラファイト薄膜のスペクトルを並示
した。
Although FIGS. 5 to 8 show a rectangular wave and a sine wave, other waveforms such as a triangular wave may be used. Also, V1
When both (t) and V2 (t) are not DC but voltage that fluctuates with time, it is preferable to synchronize them as shown in FIGS. FIG. 9 shows the results of Raman analysis of the DLC thin film obtained as described above. From the figure,
Has a main peak near 1550 cm -1 and 1400 cm -1
An asymmetric Raman band having a shoulder band in the vicinity was observed, showing a typical spectrum of DLC, indicating that a high-quality DLC thin film was formed. For comparison, the spectra of the graphite thin film are shown.

【0022】なお、DLC薄膜を形成の前処理として、
基材3表面のクリーニング処理を行ってもよい。その場
合は、イオンクリーニングに適した、例えばアルゴンガ
スを反応ガス管14から反応ガス導入室11へ導入し、
反応ガス導入室11の真空度を1×10-2から1×10
-1Torrにする。そして熱電子放出手段12を作動さ
せ、熱電子引出し電極13に向けて電子を照射すること
により、上記ガスのイオン化を行い、第2のバイアス手
段21により、励起電離状態の反応ガス導入室11内か
らイオンを効率よく取り出し、第1のバイアス手段20
によりそのイオンの基材3へ入射する運動エネルギー、
量を制御する。この際、第1、第2のバイアス手段2
0、21のトータル電圧(V1(t)−V2(t))を
−0.5〜−3kV程度にすることにより、効果的にク
リーニング処理ができる。以上のクリーニング処理によ
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、基材3とDLC薄膜の密着
性が向上する。
As a pretreatment for forming a DLC thin film,
The surface of the substrate 3 may be cleaned. In that case, for example, argon gas suitable for ion cleaning is introduced from the reaction gas pipe 14 into the reaction gas introduction chamber 11,
The degree of vacuum in the reaction gas introduction chamber 11 is changed from 1 × 10 -2 to 1 × 10
-1 Torr. Then, the thermoelectron emission means 12 is operated to irradiate electrons toward the thermoelectron extraction electrode 13, thereby ionizing the gas. The second bias means 21 causes the reaction gas introduction chamber 11 in the excited ionization state to enter the reaction gas introduction chamber 11. From the first bias means 20
The kinetic energy of the ions incident on the substrate 3,
Control the amount. At this time, the first and second bias means 2
By setting the total voltage (V1 (t) -V2 (t)) of 0 and 21 to about -0.5 to -3 kV, the cleaning process can be performed effectively. By the above-described cleaning treatment, impurities such as moisture, oil components, and surface oxides on the surface of the substrate 3 can be removed, and the adhesion between the substrate 3 and the DLC thin film is improved.

【0023】実施の形態2.図10は、実施の形態2を
示すDLC薄膜形成装置の断面図であり、図1の場合と
比べて熱電子放出手段12と熱電子引出し電極13が異
なっている。その他は図1の場合と同様であるので説明
を省略する。1つの熱電子放出手段12と、2つの熱電
子引出し電極13とが設けられていて、基材3に向かっ
て熱電子放出手段12の前後に熱電子引出し電極13が
配置されている。このように構成することにより、熱電
子放出手段12から、図中矢印のように電子が熱電子引
出し電極13に向かって照射され、図1の場合と同様の
効果がある。
Embodiment 2 FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of the DLC thin film forming apparatus according to the second embodiment. The thermoelectron emission means 12 and the thermoelectron extraction electrode 13 are different from those in FIG. Others are the same as those in FIG. One thermoelectron emission means 12 and two thermoelectron extraction electrodes 13 are provided, and the thermoelectron extraction electrodes 13 are arranged before and after the thermoelectron emission means 12 toward the base material 3. With this configuration, the electrons are emitted from the thermionic emission means 12 toward the thermionic extraction electrode 13 as shown by the arrow in the drawing, and the same effect as in FIG. 1 is obtained.

【0024】実施の形態3.図11は、実施の形態3を
示すDLC薄膜形成装置の断面図であり、図1の場合と
比べて熱電子放出手段12と熱電子引出し電極13が異
なっている。その他は図1の場合と同様であるので説明
を省略する。2つの熱電子放出手段12と、1つの熱電
子引出し電極13とが設けられていて、基材3に向かっ
て、熱電子引出し電極13の前後に、熱電子放出手段が
配置されている。このように構成することにより、図1
の場合と同様の効果を奏する。なお、実施の形態1〜3
において、加速電極15および反応ガス導入室11の構
成材料として、グラファイトを用いることにより、反応
生成物であるカーボンが反応ガス導入室11の内壁や加
速電極15に付着した場合でも剥離しにくく、ダストの
発生を抑制することができる。
Embodiment 3 FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view of the DLC thin film forming apparatus according to the third embodiment. The thermoelectron emission means 12 and the thermoelectron extraction electrode 13 are different from those of FIG. Others are the same as those in FIG. Two thermionic emission means 12 and one thermionic extraction electrode 13 are provided, and thermionic emission means are arranged before and after the thermionic extraction electrode 13 toward the substrate 3. With this configuration, FIG.
The same effect as in the case of is achieved. Embodiments 1 to 3
By using graphite as a constituent material of the accelerating electrode 15 and the reaction gas introduction chamber 11, even if carbon as a reaction product adheres to the inner wall of the reaction gas introduction chamber 11 or the acceleration electrode 15, it is difficult to separate, Can be suppressed.

【0025】[0025]

【発明の効果】この発明に係るDLC薄膜形成装置は、
ガスイオン源が、反応ガス導入室と、反応ガス導入室内
に設けられた熱電子放出手段と、反応ガス導入室内に設
けられて熱電子放出手段から熱電子を引出す複数の熱電
子引出し電極と、イオンを加速する加速電極とからな
り、熱電子引出し電極を、基材に向かって熱電子放出手
段の前後に配置するように構成したので、熱電子の照射
される空間を広く、しかも均一にすることができ、した
がって、反応ガスである炭化水素系のガスの励起、解
離、イオン化の効率を向上させることができ、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
ンを効率良く、安定的に供給できる。また、真空槽中に
反応ガス導入室を設けてその中にガスを導入するので、
ガスの利用効率が向上する。
According to the present invention, a DLC thin film forming apparatus comprises:
A gas ion source, a reaction gas introduction chamber, a thermionic emission means provided in the reaction gas introduction chamber, a plurality of thermoelectron extraction electrodes provided in the reaction gas introduction chamber and extracting thermoelectrons from the thermionic emission means, It consists of an accelerating electrode for accelerating ions, and the thermoelectron extraction electrodes are arranged before and after the thermoelectron emitting means toward the substrate, so that the space irradiated with thermoelectrons is wide and uniform. Therefore, the efficiency of the excitation, dissociation, and ionization of the hydrocarbon-based gas that is the reaction gas can be improved, and the dissociated carbon and carbon ions and the dissociated hydrogen and hydrogen ions can be efficiently converted Can be supplied stably. Also, since a reaction gas introduction chamber is provided in the vacuum chamber and gas is introduced into it,
Gas utilization efficiency is improved.

【0026】また、複数の熱電子放出手段を備え、これ
らを、基材に向かって熱電子引出し電極の前後に配置す
ることにより、同様の効果を奏する。また、複数の熱電
子放出手段と、複数の熱電子引出し電極とを備え、これ
らを、基材へ向かう方向に交互に配置することにより、
同様の効果を奏する。
A similar effect can be obtained by providing a plurality of thermionic emission means and arranging them before and after the thermoelectron extraction electrode toward the substrate. Also, by providing a plurality of thermionic emission means, and a plurality of thermionic extraction electrodes, by arranging them alternately in the direction toward the substrate,
A similar effect is achieved.

【0027】さらに、基材および熱電子放出手段に電圧
を印加する第1、第2のバイアス手段を備え、それぞれ
時間の関数として電圧を印加することにより、イオンお
よび電子のエネルギー量を効率良く制御することがで
き、したがって密着性が良く、高硬度で、平坦性の良
い、高品質のDLC薄膜が形成できる。さらに、加速電
極および反応ガス導入室の構成材料としてグラファイト
を用いることにより、これらに反応生成物であるカーボ
ンが付着しても剥離しにくく、ダストの発生を抑制でき
る。
Furthermore, first and second bias means for applying a voltage to the substrate and thermionic electron emission means are provided, and the voltage is applied as a function of time, whereby the energy amounts of ions and electrons are efficiently controlled. Therefore, a high quality DLC thin film having good adhesion, high hardness and good flatness can be formed. Furthermore, by using graphite as a constituent material of the accelerating electrode and the reaction gas introduction chamber, even if carbon, which is a reaction product, adheres to these, it is difficult to peel off, and generation of dust can be suppressed.

【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を示すDLC薄膜形
成装置の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a DLC thin film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1における熱電子放出
手段と熱電子引出し電極の配置を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an arrangement of a thermoelectron emitting means and a thermoelectron extraction electrode according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態1における別の熱電子
放出手段と熱電子引出し電極の配置を示す斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view showing an arrangement of another thermionic emission means and a thermionic extraction electrode according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態1におけるさらに別の
熱電子放出手段と熱電子引出し電極の配置を示す斜視図
である。
FIG. 4 is a perspective view showing the arrangement of still another thermionic emission means and thermionic extraction electrodes according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態1における第1、第2
のバイアス手段による電圧の例を示す波形図である。
FIG. 5 shows first and second embodiments according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of a voltage by the bias means.

【図6】 この発明の実施の形態1における第1、第2
のバイアス手段による電圧の例を示す波形図である。
FIG. 6 shows first and second embodiments according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of a voltage by the bias means.

【図7】 この発明の実施の形態1における第1、第2
のバイアス手段による電圧の例を示す波形図である。
FIG. 7 shows first and second embodiments according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of a voltage by the bias means.

【図8】 この発明の実施の形態1における第1、第2
のバイアス手段による電圧の例を示す波形図である。
FIG. 8 shows first and second embodiments according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of a voltage by the bias means.

【図9】 薄膜のラマン分析結果を示すラマンスペクト
ル図である。
FIG. 9 is a Raman spectrum diagram showing the results of Raman analysis of a thin film.

【図10】 この発明の実施の形態2を示すDLC薄膜
形成装置の断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of a DLC thin film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図11】 この発明の実施の形態3を示すDLC薄膜
形成装置の断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of a DLC thin film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図12】 従来のDLC薄膜形成装置の断面図であ
る。
FIG. 12 is a sectional view of a conventional DLC thin film forming apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空槽、3 基材、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、20 第1のバイアス手
段、21 第2のバイアス手段、22 直流電源。
REFERENCE SIGNS LIST 1 vacuum chamber, 3 base material, 10 gas ion source, 11 reaction gas introduction chamber, 12 thermoelectron emission means, 13 thermoelectron extraction electrode, 15 acceleration electrode, 20 first bias means, 21 second bias means, 22 DC power supply.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基材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
に保持して内部に上記基材を収容する真空槽と、上記基
材に対向して設けられて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を発生させるガスイ
オン源とを備え、このガスイオン源は、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、上記反応ガス導入室内
に設けられ、上記熱電子放出手段よりも高い電位が与え
られて上記熱電子放出手段から熱電子を引出す複数の熱
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、上記基材に向けて上記イオンを加速する加速電極と
からなり、上記熱電子引出し電極は、上記基材に向かっ
て上記熱電子放出手段の前後に配置されたことを特徴と
するダイヤモンドライクカーボン薄膜形成装置。
1. A thin film forming apparatus for forming a diamond-like carbon thin film on a substrate, comprising: a vacuum chamber for holding the substrate inside while maintaining the inside at a predetermined degree of vacuum; Dissociated carbon and carbon ions,
And a gas ion source for generating dissociated hydrogen and hydrogen ions. The gas ion source is provided with an orifice toward the base material, and a reaction gas introduction chamber into which gas is introduced. A thermionic emission means provided in the introduction chamber to emit thermoelectrons; and a plurality of thermoelectric emission means provided in the reaction gas introduction chamber and having a higher potential than the thermoelectron emission means and extracting thermoelectrons from the thermoelectron emission means. A thermoelectron extraction electrode, and an accelerating electrode provided outside the reaction gas introduction chamber and accelerating the ions toward the base material. An apparatus for forming a diamond-like carbon thin film, which is disposed before and after an electron emitting means.
【請求項2】 基材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、上記基材に対向して設けられて解
離された炭素と炭素イオン、および解離された水素と水
素イオンを発生させるガスイオン源とを備え、このガス
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複数の熱電
子放出手段と、上記反応ガス導入室内に設けられ、上記
熱電子放出手段よりも高い電位が与えられて上記熱電子
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、上記基材に向けて上
記イオンを加速する加速電極とからなり、上記熱電子放
出電極は、上記基材に向かって上記熱電子引出し手段の
前後に配置され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。
2. A thin film forming apparatus for forming a diamond-like carbon thin film on a base material, comprising: a vacuum chamber for maintaining the inside of the base material at a predetermined degree of vacuum; and carbon and carbon ions provided opposite to the base material and dissociated. And a gas ion source for generating dissociated hydrogen and hydrogen ions. 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, and a reaction gas introduction chamber. A plurality of thermionic electron emission means provided in the gas introduction chamber and emitting thermionic electrons; and a thermoelectric electron emission means provided in the reaction gas introduction chamber and given a higher potential than the thermionic emission means. A thermoelectron extraction electrode, and an acceleration electrode provided outside the reaction gas introduction chamber and accelerating the ions toward the base material.The thermoelectron emission electrode is provided on the base material. An apparatus for forming a diamond-like carbon thin film, which is disposed before and after the thermoelectron extraction means.
【請求項3】 ガスイオン源は、複数の熱電子放出手段
と複数の熱電子引出し電極とを備え、これらの熱電子放
出手段と熱電子引出し電極が、基材へ向かう方向に交互
に配置されたことを特徴とする請求項1または請求項2
記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜形成装置。
3. The gas ion source includes a plurality of thermionic emission means and a plurality of thermionic extraction electrodes, and these thermionic emission means and thermionic extraction electrodes are alternately arranged in a direction toward the substrate. 3. The method according to claim 1, wherein
The apparatus for forming a diamond-like carbon thin film according to the above.
【請求項4】 加速電極に対して基材に時間の関数とし
て電圧を印加する第1のバイアス手段と、上記加速電極
に対して熱電子放出手段に時間の関数として電圧を印加
する第2のバイアス手段とを備えたことを特徴とする請
求項1から請求項3のいずれかに記載のダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜形成装置。
4. A first bias means for applying a voltage to the substrate as a function of time to the acceleration electrode, and a second bias means for applying a voltage to the thermionic emission means as a function of time to the acceleration electrode. 4. The diamond-like carbon thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising a bias unit.
【請求項5】 加速電極および反応ガス導入室の構成材
料として、グラファイトを用いた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ダイヤモンドライ
クカーボン薄膜形成装置。
5. The diamond-like carbon thin film forming apparatus according to claim 1, wherein graphite is used as a constituent material of the acceleration electrode and the reaction gas introduction chamber.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010189694A (en) * 2009-02-17 2010-09-02 Miyako Roller Industry Co Aluminum roll and carbon roll having dlc film formed thereon at atmospheric temperature

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