JPH11131241A

JPH11131241A - プラズマｃｖｄ法及び装置

Info

Publication number: JPH11131241A
Application number: JP9300434A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Murakami; 泰夫村上; Takahiro Nakahigashi; 孝浩中東
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】被成膜物品が立体的な外形を有するものであ
る場合にも、内部に空洞を有する中空状被成膜物品であ
れば、その外表面に安定して膜形成できるプラズマＣＶ
Ｄ法及び装置を提供する。【解決手段】真空容器１内で成膜原料ガスに電力供給
してこのガスをプラズマ化し、このプラズマの下で被成
膜物品Ｓの表面に膜形成するプラズマＣＶＤ法及び装置
であって、中空状の被成膜物品Ｓに対し、その内部に嵌
まる内部電極６１を物品設置電極として用いて内部電極
６１に物品Ｓを外嵌した状態で物品Ｓの外表面に膜形成
するプラズマＣＶＤ法及びこの方法を実施するための装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜原料ガスをプ
ラズマ化し、該プラズマの下で、筒状（円筒状の他、断
面が多角形の筒状等も含む）等の中空状の被成膜物品の
外表面に膜形成するプラズマＣＶＤ法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の容量結合型プラズマＣＶＤ装置の
１例として、図５に示す平行平板型プラズマＣＶＤ装置
を例示できる。この装置は、成膜室として用いられる真
空容器１を有し、その中に被成膜物品Ｓを設置する物品
ホルダを兼ねる電極２及びこの電極２に対向する電極３
が設けられている。

【０００３】電極２は、電極３との間に導入される成膜
原料ガスに電力を印加してプラズマ化させるための電力
印加電極で、図示の例ではマッチングボックス２１を介
して高周波電源２２を接続してある。また、この上に設
置する被成膜物品を成膜温度に加熱するヒータ２３を付
設してある。電極３は、接地電極である。なお、ここで
は被成膜物品設置電極２に高周波電源を接続している
が、対向電極３に高周波電源を接続することもある。

【０００４】また、真空容器１には排気装置１１を接続
してあるとともに、成膜原料ガスのガス供給部４が接続
されている。ガス供給部４には、容器１にマスフローコ
ントローラ４１１、４１２・・・及び弁４２１、４２２
・・・を介して接続された１又は２以上の成膜原料ガス
を供給するガス源４３１、４３２・・・が含まれる。こ
の平行平板型プラズマＣＶＤ装置によると、被成膜物品
Ｓが図示しない物品搬送装置により真空容器１内に搬入
されて電極２上に設置され、該容器１内が排気装置１１
の運転にて所定真空度とされるとともに、ガス供給部４
から成膜原料ガスが導入される。また、高周波電源２２
からマッチングボックス２１を介して電極２に高周波電
力が供給され、それによって導入されたガスがプラズマ
化され、このプラズマの下で物品Ｓ表面に膜が形成され
る。

【０００５】このとき、成膜圧力を数１００ｍＴｏｒｒ
程度とし、成膜原料ガスとしてメタン（ＣＨ₄）ガス、
エタン（Ｃ₂Ｈ₆）ガス等の炭素化合物ガス或いはさら
に水素（Ｈ₂）ガス等のキャリアガスを用いると、被成
膜物品の表面にダイアモンド状炭素（ＤＬＣ：Diamond
Like Carbon ）膜が形成される。ＤＬＣ膜は、耐摩耗
性、潤滑性、撥水性、ガスバリア性、電気絶縁性等に優
れ、適度な硬度を有することからこれと接触する相手方
部材に損傷を与え難い。また、樹脂等の比較的軟質な物
品上にも密着性良好に形成することができ、さらに低温
成膜できる等、種々の優れた特性を有する膜である。こ
のため、機械部品、自動車部品、建築用部品、スポーツ
用品、サニタリー用品、一般家庭用品、医療用品等への
応用が広く試みられている。

【０００６】被成膜面が金属やセラミック等の比較的硬
質な材料からなる被成膜物品にプラズマＣＶＤによりＤ
ＬＣ膜を形成する場合、該表面上に直接ＤＬＣ膜を形成
したのでは実用上十分な膜密着性が得られ難い。そこ
で、被成膜物品とＤＬＣ膜との間にスパッタリング等の
方法でシリコン（Ｓｉ）膜等の中間膜を形成して該ＤＬ
Ｃ膜の密着性を向上させることが行われている。このと
き、別途中間膜を形成した被成膜物品をプラズマＣＶＤ
装置の真空容器内に搬入する方法では、中間膜が大気に
曝されてＤＬＣ膜との間に不純物が混入してしまう。か
といって、図５のプラズマＣＶＤ装置の真空容器内にス
パッタターゲットを設置して、スパッタリングによる中
間膜形成とプラズマＣＶＤによるＤＬＣ膜形成を、容器
内の真空を破ることなく、順次行うことは困難である。
従って、中間膜を大気に曝すことなくその上にＤＬＣ膜
を形成できる装置として、スパッタリングによる成膜を
行うのための真空容器を別に連設した図６のような装置
が用いられる。

【０００７】図６の装置は、図５の平行平板型プラズマ
ＣＶＤ装置において、真空容器１にスパッタリングを行
うための真空容器１’が連設されたものである。真空容
器１と真空容器１’との間はゲート弁ｖ１により気密に
仕切られている。真空容器１’内には、被成膜物品Ｓを
設置する物品ホルダを兼ねる電極２’及びこの電極２’
に対向する電極３’が設けられている。

【０００８】電極２’は接地電極であり、この上に設置
する被成膜物品Ｓを成膜温度に加熱するヒータ２３’を
付設してある。電極３’は、電極２’との間に導入され
るスパッタ原料ガスに電力を印加してプラズマ化させる
ための電力印加電極で、図示の例ではマッチングボック
ス３１を介して高周波電源３２を接続してある。また、
電極３’の電極２’に面する位置にはスパッタターゲッ
トＳＴが設置されている。

【０００９】また、真空容器１’には排気装置１１’を
接続してあるとともに、スパッタ原料ガスのガス供給部
４’が接続されている。ガス供給部４’には、マスフロ
ーコントローラ４１１’、４１２’・・・及び弁４２
１’、４２２’・・・を介して接続された１又は２以上
のスパッタ原料ガスを供給するガス源４３１’、４３
２’・・・が含まれる。

【００１０】この装置を用いて、被成膜物品Ｓ上に例え
ばＳｉからなる中間膜及びその上にＤＬＣ膜を形成する
場合、スパッタターゲットＳＴとしてＳｉからなるもの
が用いられる。当初ゲート弁ｖ１は閉じた状態とされ、
被処理物品Ｓが図示しない物品搬送装置により真空容器
１’内に搬入されて電極２’上に設置される。次いで、
該容器１’内が排気装置１１’の運転にて所定真空度と
されるとともに、ガス供給部４’からスパッタ原料ガス
が導入される。一方、高周波電源３２からマッチングボ
ックス３１を介して電極３’に高周波電力が供給され、
それによって導入されたガスがプラズマ化される。そし
て、このプラズマによりスパッタターゲットＳＴ（Ｓ
ｉ）がスパッタされて電極２’上の被成膜物品Ｓ上にＳ
ｉ膜が形成される。

【００１１】次いで、真空容器１’内のスパッタ粒子等
が排気排出されるとともに真空容器１内が排気装置１１
の運転により所定真空度とされる。そして、弁ｖ１が開
けられ、中間膜が形成された被成膜物品Ｓが真空容器１
内に搬入されて電極２上に設置され、再び弁ｖ１が閉じ
られる。その後、成膜原料ガスとして炭素化合物を含む
ガスを用い、前記図５の装置を用いた成膜と同様にして
Ｓｉ中間膜上にＤＬＣ膜が形成される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いた成膜では、被成
膜物品が例えば円筒状等の立体的な外形を有し平板上で
の座りが悪い物品である場合、物品設置電極上に安定に
設置することが難しい。その結果、膜形成の再現性が悪
くなる。

【００１３】また、断面輪郭が円形であれ、多角形であ
れ、或いは他の形状であれ、被成膜物品の例えば全外表
面に膜形成する場合、被成膜物品のプラズマに曝される
面を変えて複数回成膜を行わなければならないが、これ
により膜厚均一性が低下するとともに、成膜に時間がか
かり生産性が悪い。また、図６のような装置を用いてス
パッタリングによる中間膜形成とプラズマＣＶＤとを別
容器で順次行う場合、手間がかかるとともに装置が大き
くなるためコスト高につく。

【００１４】そこで本発明は、被成膜物品が立体的な外
形を有するものである場合にも、内部に空洞を有する中
空状被成膜物品であれば、その外表面に安定して膜形成
できるプラズマＣＶＤ法及び装置を提供することを第１
の課題とする。また本発明は、かかる中空状の被成膜物
品の外表面に均一又は略均一な膜を、生産性良く形成で
きるプラズマＣＶＤ法及び装置を提供することを第２の
課題とする。

【００１５】また本発明は、被成膜物品が立体的な外形
を有するものである場合にも、導電性材料からなる被成
膜物品又は導電性材料からなる部分を有しその外表面上
に被成膜部分を有する被成膜物品であれば、その外表面
に安定して膜形成でき、或いはさらにその外表面に均一
又は略均一な膜を生産性良く形成できるプラズマＣＶＤ
法及び装置を提供することを第３の課題とする。

【００１６】また本発明は、これらの被成膜物品の外表
面に、プラズマＣＶＤに加えてスパッタリングによる成
膜も簡単に行うことができるプラズマＣＶＤ法及びコン
パクトな構造のプラズマＣＶＤ装置を提供することを第
４の課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記第１の課題を解決す
るために本発明は、真空容器内で成膜原料ガスに電力を
供給して該ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で被成
膜物品の表面に膜形成するプラズマＣＶＤ法であって、
中空状の被成膜物品に対し、その内部に嵌まる内部電極
を物品設置電極として用いて該内部電極に該物品を外嵌
した状態で該物品の外表面に膜形成することを特徴とす
るプラズマＣＶＤ法を提供する。

【００１８】また、前記第１の課題を解決するために本
発明は、成膜を行うための真空容器と、該真空容器に対
し設けられた排気手段と、該真空容器内において中空状
の被成膜物品を支持するための該物品内部に嵌まる内部
電極と、該真空容器内に成膜原料ガスを供給することが
できるガス供給手段と、該内部電極とそれに対向する電
極との間にガスプラズマ化用電力を供給するためのガス
プラズマ化用電力供給手段とを含むことを特徴とするプ
ラズマＣＶＤ装置を提供する。

【００１９】前記対向電極は真空容器内に設けたもので
もよいし、真空容器がこの対向電極を兼ねていてもよ
い。前記本発明のプラズマＣＶＤ法及び装置によると、
内部電極に中空状の被成膜物品を外嵌した状態でその外
表面に膜形成するため、被成膜物品の外形が立体構造を
しており従来の平板状の電極乃至はホルダ上に安定に設
置し難い場合にも、該物品を安定して支持することがで
き、その結果該物品の外表面に安定してすなわち再現性
良く膜形成できる。

【００２０】本発明における被成膜物品の「外表面への
膜形成」には、全外表面に膜形成する場合の他、外表面
の一部に膜形成する場合も含まれる。かかる本発明にお
ける被成膜物品は、中空状の物品であって、内部電極を
外嵌できるように少なくとも１の開口部を有するもので
あればよい。その外形及び内部の空洞の形状は特に限定
されないが、代表的には円筒状、三角筒状、四角筒状等
の筒状の物品、特にリング状、チューブ状等の円筒状の
物品を例示できる。また、被成膜物品の材質は特に限定
されず、金属、セラミック、ガラス、樹脂、ゴム等のい
ずれであってもよい。

【００２１】本発明における内部電極は、均一成膜を行
う上で、被成膜物品内部の空洞を埋めることができる外
形を有することが望ましい。例えば、被成膜物品が長さ
を有するものである場合、その長さと略同じ長さの又は
それより長い電極であることが望ましい。また、例えば
円筒状の被成膜物品に対しては円柱状又は円筒状の内部
電極を用いることが望ましい。また、例えば短尺リング
状の被成膜物品に対して十分長い円筒状又は円柱状の内
部電極を用いるときには、その内部電極にリング状の被
成膜物品を複数外嵌した状態で成膜を行うこともでき、
これにより生産性が向上する。

【００２２】本発明装置において、ガスプラズマ化用電
力供給手段は、普通には、内部電極と真空容器等の対向
電極との間の空間に高周波電力を供給できる高周波電源
等を含むものである。高周波電源等は通常内部電極側に
接続される。さらに内部電極を接地し、対向電極に高周
波電源を接続することもできる。また、前記第２の課題
を解決するために、本発明装置において、前記内部電極
はその軸の回りに回転できるものとすることができる。
換言すれば前記内部電極をその軸のまわりに回転させる
手段を備えたものとすることができる。また、本発明方
法においては、前記内部電極をその軸の回りに回転させ
ることによりそれに外嵌した被成膜物品を回転させつつ
該物品の外表面に膜形成することができる。前記内部電
極の軸（回転中心軸）は、必ずしも該電極の中心軸線と
一致していなくてもよい。

【００２３】これにより、被成膜物品が立体的な外形を
有するものである場合にも、その外表面の所望の部分に
均一に又は略均一に膜形成できる。また、成膜を中断し
て被成膜物品の向きを変えて複数回成膜を行わなくても
よく、連続して該物品の外表面の所望の部分に成膜でき
るため、成膜時間が短縮される。なお、このような均一
成膜ができるのは、被成膜物品の回転により順次プラズ
マに曝される面であり、例えば一方の端が閉じている円
筒状の被成膜物品をその長さ方向の軸の回りに回転させ
ながら成膜を行う場合、該物品の側周面に均一に成膜が
行われる。

【００２４】また、いずれにしても内部電極を複数用い
れば一度に複数の被成膜物品に膜形成でき、生産効率が
向上する。このとき、複数の被成膜物品のそれぞれに均
一成膜を行うために、成膜中、複数の被成膜物品を複数
の内部電極に外嵌して支持させ、該内部電極を各軸の回
りに自転させるとともに該支持部材を所定の軸の回りに
公転させればよい。これに伴い、被成膜物品はその軸の
回りに回転するとともに該支持部材の軸の回りに回転移
動する。

【００２５】この方法を実施する場合、本発明のプラズ
マＣＶＤ装置は、前記内部電極を複数有することができ
るとともにこれらを支持する支持部材を有し、該複数の
内部電極はそれぞれその軸の回りに回転可能に該支持部
材上に支持され、該支持部材は前記内部電極を支持して
所定の軸の回りに回転できるように設けられており、さ
らに該支持部材を回転させることで前記内部電極を前記
所定の軸の回りに公転させるとともに該各内部電極を自
転させる公転自転機構が設けられているものとすればよ
い。

【００２６】例えば、複数の筒状の被成膜物品に成膜を
行う場合、複数の筒状又は柱状の内部電極が板状の支持
部材の板面上に垂直に又は略垂直な方向に支持されたも
のを用い、内部電極をそれぞれその長さ方向の軸の回り
に回転させるとともに該支持部材をその板面に垂直な方
向の中心軸の回りに回転させればよい。前記公転自転機
構としてはそれ自体既に知られている公転自転機構、例
えば遊星歯車列利用の機構を採用できる。

【００２７】また、いずれの場合も、前記第３の課題を
解決するために、前記被成膜物品がその表層部表面に膜
形成すべき導電性材料からなる物品又は導電性材料から
なる部分を有しその外表面上に被成膜部分を有する物品
である場合、該物品又は該部分に前記内部電極を兼ねさ
せることができる。この場合、導電性材料からなる物品
は内部電極を一体化した物品ということになる。また、
このように被成膜物品や前記部分に内部電極を兼ねさせ
るときには、前記本発明の各プラズマＣＶＤ装置におけ
る内部電極は、被成膜物品と一体に真空容器内に対し着
脱されることになる。

【００２８】この例では、かかる被成膜物品自身又はそ
の導電性部分と対向電極との間に高周波電力が供給され
て成膜原料ガスがプラズマ化され、該プラズマの下で該
物品の外表面に膜形成される。そしてこれにより、被成
膜物品が立体的な外形を有するものである場合にもその
外表面に安定して膜形成できる。さらに、該被成膜物品
をその軸の回りに回転させつつ成膜を行う場合、又は複
数の被成膜物品に一度に膜形成し、成膜中、該各物品を
その軸の回りに自転させつつ共通する所定の軸の回りに
公転させる場合は、該物品の外表面の所望の部分に均一
又は略均一な膜を効率良く形成できる。

【００２９】このような被成膜物品として、代表的には
円筒状又は円柱状の導電性金属製物品、導電性金属製の
円柱状又は円筒状基材の表面に電気絶縁層からなる被成
膜部分を形成した物品等を例示できる。具体的には、ス
テンレススール（ＳＵＳ）からなる芯棒の周囲にゴム層
を巻き付けてあるローラの該ゴム層の外表面に膜形成す
る場合等を挙げることができる。

【００３０】また、前記第４の課題を解決するために、
本発明装置は、前記真空容器内に設置したスパッタター
ゲットと、該ターゲットの前方に配置され該ターゲット
を覆うことができるシャッターとを有し、前記ガス供給
手段が成膜原料ガスに加えてスパッタ原料ガスも供給で
きる装置とすることができる。また、本発明方法におい
ては、前記真空容器内にスパッタターゲットを設けると
ともに、その前方に該ターゲットを覆うことができるシ
ャッターを設けておき、前記被成膜物品へのプラズマＣ
ＶＤに先立ち又は（及び）その後に、該シャッターを開
いた状態で、前記真空容器内でスパッタ原料ガスに電力
供給して該ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で該タ
ーゲットをスパッタすることにより前記被成膜物品の外
表面に膜形成するようにし、前記プラズマＣＶＤの際に
は該シャッターを閉じた状態にしておくことができる。

【００３１】これにより、プラズマＣＶＤ中はスパッタ
ターゲット表面への膜成分の付着が抑制され、一つの真
空容器内でプラズマＣＶＤ及びスパッタリングによる成
膜を順次効率良く行うことができる。また、この装置
は、スパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤの両方
を行える装置としてはコンパクトな小型化された構造の
ものである。

【００３２】前記シャッターは、真空容器内でスパッタ
ターゲットと内部電極とを気密に仕切ることができる弁
として働くものであることが望ましい。これにより、ス
パッタターゲットへの膜成分の付着をより効率良く抑制
することができる。また、被成膜物品の真空容器内への
搬入・搬出時のスパッタターゲットの大気への暴露及び
それによる該ターゲットの酸化を抑制でき、形成される
膜の質の再現性が高くなる。

【００３３】本発明の方法及び装置において、被成膜物
品の外表面に特に炭素膜を形成することが考えられる。
このとき、成膜原料ガスとして、炭素膜形成に通常用い
られるメタン（ＣＨ₄）、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、プロパ
ン（Ｃ₃Ｈ₈）、ブタン（Ｃ ₄Ｈ₁₀）、アセチレン（Ｃ
₂Ｈ₂）、ベンゼン（Ｃ₆Ｈ₆）、４フッ化炭素（ＣＦ
₄）、６フッ化２炭素（Ｃ₂Ｆ₆）等の炭素化合物ガス
を用いることができ、必要に応じて、これらの炭素化合
物ガスにキャリアガスとして水素ガス、不活性ガス等を
混合したものを用いることができる。

【００３４】前記炭素膜としては、代表的にはＤＬＣ(D
iamond Like Carbon) 膜を挙げることができる。ＤＬＣ
膜は、耐摩耗性、潤滑性、撥水性、ガスバリア性、電気
絶縁性、離型性等が良好であり、また、その厚さを調整
することにより、被成膜物品が柔軟性や可撓性が求めら
れるものである場合にも該膜で被覆された物品の柔軟性
や可撓性を損なわないようにできる程度の適度な硬度を
有する炭素膜である。さらに、樹脂等の比較的軟質な物
品上にも密着性良く形成でき、また比較的低温で形成で
きる等、成膜を容易に行うことができる。

【００３５】被成膜面が金属やセラミック等の硬質な材
料からなる被成膜物品の該表面にプラズマＣＶＤにより
炭素膜を形成しようとする場合、該膜を該物品上に密着
性良く形成することは困難であるが、前記スパッタリン
グ機能を含む方法及び装置は、このプラズマＣＶＤによ
り形成される炭素膜の密着性を向上させるためにスパッ
タリングにより中間膜を形成する場合に有効に用いるこ
とができる。

【００３６】この場合、スパッタターゲットにはシリコ
ン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等の１又
は２以上を用いることができ、スパッタ原料ガスにはア
ルゴン（Ａｒ）ガスのような不活性ガス、前記炭素膜形
成のための成膜原料ガスとして例示した炭素化合物ガ
ス、窒素（Ｎ₂）のような窒素含有ガス、酸素（Ｏ₂）
のような酸素含有ガス等の１又は２以上を用いることが
できる。スパッタ原料ガスとして不活性ガスを用いる場
合、スパッタターゲットとして用いた物質で構成される
中間膜が形成される。また、スパッタ原料ガスとして炭
素化合物ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガスを用いると
きには、それぞれ、スパッタターゲットとして用いた物
質の炭化物、窒化物、酸化物で構成される中間膜が形成
される。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面を参照
して説明する。図１は本発明に係るプラズマＣＶＤ装置
の１例の概略構成を示す図である。この装置は、円筒形
の被成膜物品Ｓの外周面に成膜を行うための装置であ
り、図５の装置において、平板状の物品支持電極２に代
えて物品支持電極を兼ねる内部電極６１を備え、この電
極６１にマッチングボックス２１及び高周波電源２２が
接続されたものである。この内部電極６１はここでは円
柱状のものであるが円筒状のものでもよい。また、これ
に外嵌される被成膜物品を成膜温度に加熱するヒータ６
３が付設されている。内部電極６１は支持部材６１１に
より真空容器１壁に固定されている。また、真空容器１
はここでは内部電極６１のまわりを囲む円筒形状に形成
されており、内部電極６１に対向する電極を兼ねてい
る。内部電極６１と真空容器１との間は絶縁部材ｉ１に
より絶縁されている。

【００３８】その他の構成は図５の装置と同様であり、
実質的に同じ部品には同じ参照符号を付してある。図１
の装置を用いて円筒状の被成膜物品Ｓの外表面に膜形成
するにあたっては、前述した図５の装置による成膜と同
様にし、但し、被成膜物品Ｓを平板状の物品支持電極２
の上に載置するのに代えて、内部電極６１に外嵌してこ
れに支持させる。

【００３９】これにより、平板状の電極上には安定に載
置し難い円筒状の被成膜物品Ｓを安定に支持した状態で
成膜を行うことができ、膜形成の再現性が向上する。ま
た、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の他の例として、
図１の装置において、内部電極６１が後述する図３に示
すと同様の回転機構により長さ方向の軸の回りに回転で
きるようになっている装置も考えられる。

【００４０】このような装置を用いて円筒状の被成膜物
品Ｓの外表面に膜形成するにあたっては、被成膜物品Ｓ
を内部電極６１に外嵌し、後述する回転機構と同様の機
構により内部電極６１の中心軸まわりに内部電極６１と
共に回転させる。これにより、円筒状の被成膜物品Ｓの
外表面（外周面全体）に均一に又は略均一に成膜を行う
ことができる。また、かかる成膜を、成膜を中断するこ
となく連続して効率良く行うことができる。

【００４１】また、いずれにしても、被成膜物品自体が
例えば筒状又は柱状の導電性部分とそれに外嵌された筒
状の電気絶縁性部分とからなるものである場合や筒状や
柱状の導電性物品である場合は、内部電極６１に代えて
該物品の導電性部分又は該物品自体を内部電極としてそ
れにマッチングボックス２１及び高周波電源２２を接続
すればよい。この場合も、図１の装置と同様の効果が得
られる。

【００４２】図２は本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の
他の例を示している。このプラズマＣＶＤ装置は内周側
壁が図１に示す容器と同様の円筒形状である真空容器
１’及びこれに接続された図１の装置の場合と同様の排
気装置１１やプラズマ原料ガスの供給部４を有してい
る。真空容器１’内の底部には固定配置の太陽歯車ＳＧ
が設置されており、この歯車上に、この歯車と中心軸線
を一致させて支持部材６２が回転可能に設けられてい
る。支持部材６２は円板形状のものであり、その上に
は、この例では中心角度間隔９０°で４本の内部電極６
１が立設されている。各内部電極６１は軸６１ａによ
り、支持部材６２に回転可能に立設されている。軸６１
ａは支持部材６２の下方まで延び、そこに遊星歯車ＰＧ
が固定されている。この遊星歯車ＰＧは太陽歯車ＳＧに
噛み合っている。また、支持部材６２の外周面にはリン
グギアＲＧが固設されており、これにピニオンギアｇ１
が噛み合っている。ギアｇ１は容器１に搭載したモータ
Ｍ１にて回転駆動できる。

【００４３】歯車ＳＧ、ＰＧ等は内部電極６１の公転自
転機構ＰＧＴを構成している。すなわち、モータＭ１に
てピニオンギアｇ１を回転させることで、リングギアＲ
Ｇを回して支持部材６２を回すと、その上に立設された
内部電極６１は支持部材６２及び太陽ギアＳＧの中心軸
まわりに公転し、また、各内部電極６１に接続された遊
星歯車ＰＧが太陽歯車ＳＧと噛み合っていることで、各
内部電極６１はその軸６１ａを中心に自転する。なお、
公転自転機構は適当なカバーで被覆してもよい。各内部
電極６１中には被成膜物品Ｓを成膜温度に加熱するヒー
タ６３が内蔵されている。各内部電極６１は容器１に対
し絶縁部材ｉ１にて絶縁されているとともにマッチング
ボックス２１を介して高周波電源２２に電気的に接続さ
れている。なお、内部電極６１はここでは円柱状であ
る。

【００４４】この装置を用いて複数の円筒状の被成膜物
品Ｓの外表面に膜形成するにあたっては、図１の装置に
よる成膜と同様にし、但し、複数の被成膜物品Ｓを複数
の内部電極６１に外嵌する。また、前記の公転自転機構
ＰＧＴにより支持部材６２の中心軸まわりに内部電極６
１と共に各被成膜物品Ｓを公転させつつ自転せる。これ
により、複数の被成膜物品に対して一層効率良く、均一
又は略均一な成膜を行うことができる。

【００４５】また、図３は本発明に係るプラズマＣＶＤ
装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。例えば
金属からなる硬質の被成膜物品上に炭素膜を形成する場
合に、その密着性を向上させるために中間膜としてＳｉ
膜等を形成する場合があるが、この装置はかかる場合に
スパッタリングによる中間膜形成とプラズマＣＶＤによ
る目的とする膜の形成を順次行うことができる装置であ
る。

【００４６】このプラズマＣＶＤ装置も内周壁が円筒形
状である真空容器１''及びこれに接続された排気装置１
１やガス供給部４を有している。ガス供給部４は、この
例では成膜原料ガスの他、スパッタ原料ガスも供給でき
る。真空容器１''内には円柱状の内部電極６１が立設さ
れており、これは軸６１ｂにて回転可能に支持されてい
る。軸６１ｂには歯車Ｇが固設されており、この歯車に
ピニオンギアｇ２が噛み合っている。ギアｇ２は容器
１''に搭載したモータＭ２にて回転駆動できる。すなわ
ち、モータＭ２にて歯車ｇ２を回すことで、内部電極６
１を回転させることができる。

【００４７】また、この装置では、真空容器１''内の内
部電極６１の両側に電極６１の高さと略同じ高さのスパ
ッタターゲットＳＴ’を一対設けてある。スパッタター
ゲットＳＴ’と真空容器１''との間は絶縁部材ケースｉ
２により電気的に絶縁されている。なお、真空容器１''
はスパッタターゲットＳＴ’を配置する分外側に突き出
している。そして、各スパッタターゲットＳＴ’に対
し、弁を兼ねるシャッタｖ２が設けられている。各シャ
ッタ弁ｖ２は容器１''にヒンジｈにて連結されており、
ターゲットＳＴ’を気密におおう閉位置又はこれを開放
する開位置を選択的にとることができる。閉位置ではケ
ースｉ２に設けたオーリングｒにてターゲットＳＴ’を
気密におおう。また開閉は駆動装置Ｄにて行う。

【００４８】この装置を用いて、円筒状の被成膜物品Ｓ
の外表面にスパッタリングにより中間膜を形成し、その
上にプラズマＣＶＤにより目的とする膜を形成するにあ
たっては、弁ｖ２を閉じた状態で被成膜物品Ｓが図示し
ない物品搬送装置により真空容器１''内に搬入され、内
部電極６１に外嵌されこれに支持される。次いで、容器
１''内が排気装置１１の運転により所定真空度とされる
とともに、ガス供給部４からスパッタ原料ガスが導入さ
れる。また、高周波電源２２からマッチングボックス２
１を介して内部電極６１に高周波電力が供給され、それ
によって導入されたガスがプラズマ化される。それによ
りスパッタターゲットＳＴ’がプラズマ中のイオンによ
りスパッタされて被成膜物品Ｓの外表面に中間膜が形成
される。この中間膜形成のあいだ、被成膜物品Ｓは内部
電極６１を回転させることで回すことができ、これによ
り均一な中間膜を物品Ｓの外周面に形成できる。

【００４９】次いで、弁ｖ２が閉じられ、必要に応じて
真空容器１内が再び真空引きされ、ガス供給部４から成
膜原料ガスが導入される。また、高周波電源２２からマ
ッチングボクス２１を介して内部電極６１に高周波電力
が供給され、それによって導入されたガスがプラズマ化
され、このプラズマの下で被成膜物品Ｓの前記形成され
た中間膜の上に目的とする膜が形成される。なお、この
膜の形成時においても、内部電極６１がその軸の回りに
回転させられ、それに伴い被成膜物品Ｓもその軸の回り
に回転する。これにより均一な膜を形成できる。

【００５０】次に図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して
図２のプラズマＣＶＤ装置及び図３のプラズマＣＶＤ装
置の変形例について説明する。なお、図４の（Ａ）、
（Ｂ）は該変形例装置の被成膜物品設置状態のみを示し
ている。これら変形例装置は、導電性材料からなる被成
膜物品、換言すれば被成膜部分である表層部とそれより
内側の部分とを導電性材料で一体的に形成した物品、或
いは導電性材料からなる部分の外表面に被成膜部分を形
成した物品への成膜に適するものである。

【００５１】図４（Ａ）に示す装置では、図２の装置に
おける各遊星歯車ＰＧの軸として軸６１ａ’を用い、こ
れにチャック装置ＣＨ１が設けてあり、図示例では、該
チャック装置ＣＨ１に円柱状の導電性材料から被成膜物
品Ｓ１の下端部を保持させている。すなわち、物品Ｓ１
に内部電極を兼ねさせて物品Ｓ１の外表面に均一に膜形
成できる。その他の点は図２の装置と同様である。

【００５２】また、図４（Ｂ）に示す装置では、図３の
装置における歯車Ｇの軸として軸６１ｂ’を用い、これ
にチャック装置ＣＨ２を設け、図示例では該チャック装
置に被成膜物品の１例であるロールＲの芯棒Ｒｓを保持
させている。ロールＲは導電性材料からなる芯棒Ｒｓと
その周面に形成したゴム層Ｒｂとからなっており、芯棒
Ｒｓに内部電極を兼ねさせて、ゴム層Ｒｂ表面に膜形成
できる。その他の点は図３の装置と同様である。

【００５３】次に、図１の装置において内部電極６１を
回転可能なものにした装置及び図２の装置を用いてそれ
ぞれ被成膜物品Ｓの外表面に炭素膜を形成した実施例
１、２、並びに、図３の装置を用いて被成膜物品Ｓの上
にＳｉからなる中間膜及び炭素膜を形成した実施例３に
ついて説明する。併せて従来の図６の装置を用いて被成
膜物品Ｓの上にＳｉからなる中間膜及び炭素膜を形成し
た比較例１についても述べる。なお、実施例１では内部
電極６１として円筒状のものを採用した。実施例１（図１の装置において内部電極６１を回転可能なものにした装置）被成膜物品Ｓ材質ポリテトラフルオロエチレンサイズ外径４５ｍｍ（内径４３ｍｍ）×長さ５００ｍｍの円筒形装置条件内部電極６１サイズ外径４２ｍｍ（内径４０ｍｍ）×長さ５５０ｍｍの円筒形成膜条件内部電極の回転速度３ｒｐｍ成膜原料ガスＨ₂ ２００ｓｃｃｍＣＨ₄ １０ｓｃｃｍ高周波電力１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ成膜圧力０．１Ｔｏｒｒ成膜温度室温成膜時間６０ｍｉｎ実施例２（図２の装置）被成膜物品Ｓ材質ポリテトラフルオロエチレンサイズ外径２０ｍｍ（内径１９ｍｍ）×長さ５００ｍｍの円筒形装置条件内部電極６１サイズ直径１８ｍｍ×長さ５００ｍｍの円柱形数４本成膜条件被成膜物品の数４本内部電極６１の回転速度３ｒｐｍ支持部材６２の回転速度３ｒｐｍ成膜原料ガスＨ₂ ２００ｓｃｃｍＣＨ₄ １０ｓｃｃｍ高周波電力１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ成膜圧力０．１Ｔｏｒｒ成膜温度室温成膜時間６０ｍｉｎ実施例３（図３の装置）被成膜物品Ｓ材質アルミナサイズ外径５０ｍｍ（内径４５ｍｍ）×長さ５００ｍｍの円筒形装置条件内部電極６１サイズ直径４５ｍｍ×長さ５００ｍｍの円柱形中間膜の成膜条件スパッタターゲットシリコン（Ｓｉ）内部電極６１の回転速度３ｒｐｍスパッタ原料ガスＡｒ１０ｓｃｃｍ高周波電力１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗ成膜圧力１×１０^-3Ｔｏｒｒ成膜温度４００℃ 成膜時間３０ｍｉｎ炭素膜の成膜条件内部電極の回転速度３ｒｐｍ成膜原料ガスＨ₂ ２００ｓｃｃｍＣＨ₄ １０ｓｃｃｍ高周波電力１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ成膜圧力０．１Ｔｏｒｒ成膜温度室温成膜時間６０ｍｉｎ比較例１（図６の装置）被成膜物品Ｓ材質アルミナサイズ外径５０ｍｍ（内径４５ｍｍ）×長さ５００ｍｍの円筒形装置条件高周波電極２サイズ直径２８０ｍｍ電極２、３間距離１０ｃｍ中間膜の成膜条件スパッタターゲットシリコン（Ｓｉ）スパッタ原料ガスＡｒ１０ｓｃｃｍ高周波電力１３．５６ＭＨｚ、４００Ｗ成膜圧力１×１０^-3Ｔｏｒｒ成膜温度４００℃ 成膜時間３０ｍｉｎ炭素膜の成膜条件成膜原料ガスＨ₂ ２００ｓｃｃｍＣＨ₄ １０ｓｃｃｍ高周波電力１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ成膜圧力０．１Ｔｏｒｒ成膜温度室温成膜時間６０ｍｉｎなお、この比較例１では、被成膜物品Ｓのプラズマに曝
される面を上下に代えて６０ｍｉｎづつ２回成膜を行っ
た。比較例２（図６の装置）前記比較例１において、スパッタリングによるＳｉ中間
膜の形成を行わず、被成膜物品Ｓの外表面に直接炭素膜
を形成した。炭素膜形成の条件は前記比較例１と同様と
した。

【００５４】次に、前記実施例１〜３及び比較例１によ
り形成された各炭素膜について膜厚分布を評価した。ま
た、実施例３及び比較例２により形成された各炭素膜に
ついて膜密着性を評価した。膜厚は、段差計を用いて、
５００ｍｍ長さの各被成膜物品Ｓの両端からそれぞれ１
０ｍｍづつ内側に寄った２点とその２点間の長さを５等
分する４点の計６点での膜厚を測定し、その分布を算出
した。また、膜密着性は、テープ剥離試験法により評価
した。結果を次表に示す。

【００５５】これによると、被成膜物品を内部電極に外嵌して該物品
を回転させながら該物品の外表面全体に膜形成した本発
明実施例１〜３の炭素膜は、平行平板型の電極に被成膜
物品を支持させた状態で該物品の向きを変えて２回成膜
することで該物品の外表面全体に膜形成した比較例１に
比べて膜厚均一性が向上したことが分かる。

【００５６】また、アルミナからなる被成膜物品上に直
接炭素膜を形成した比較例２では、該膜の密着性が悪い
が、Ｓｉ中間膜を形成した実施例３では炭素膜の密着性
は良好であり、中間膜形成により膜密着性が向上するこ
とが確認された。

【００５７】

【発明の効果】本発明によると、被成膜物品が立体的な
外形を有するものである場合にも、内部に空洞を有する
中空状被成膜物品であれば、その外表面に安定して膜形
成できるプラズマＣＶＤ法及び装置を提供することがで
きる。また本発明によると、かかる中空状の被成膜物品
の外表面に均一又は略均一な膜を、生産性良く形成でき
るプラズマＣＶＤ法及び装置を提供することができる。

【００５８】また本発明によると、被成膜物品が立体的
な外形を有するものである場合にも、導電性材料からな
る被成膜物品又は導電性材料からなる部分を有しその外
表面上に被成膜部分を有する被成膜物品であれば、その
外表面に安定して膜形成でき、或いはさらにその外表面
に均一又は略均一な膜を生産性良く形成できるプラズマ
ＣＶＤ法及び装置を提供することができる。

【００５９】また本発明によると、これらの被成膜物品
の外表面に、プラズマＣＶＤに加えてスパッタリングに
よる成膜も簡単に行うことができるプラズマＣＶＤ法及
びコンパクトな構造のプラズマＣＶＤ装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の１例の概略
構成を示す図である。

【図２】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の他の例の概
略構成を示す図である。

【図３】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置のさらに他の
例の概略構成を示す図である。

【図４】図（Ａ）は図２のプラズマＣＶＤ装置の変形例
の一部を示す図であり、図（Ｂ）は図３のプラズマＣＶ
Ｄ装置の変形例の一部を示す図である。

【図５】従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置例の概略
構成を示す図である。

【図６】従来のスパッタリングによる成膜とプラズマＣ
ＶＤとを順次行うことができる装置例の概略構成を示す
図である。

【符号の説明】

１、１’、１'' 真空チャンバ１１、１１’ 排気装置２、２’ 物品支持ホルダを兼ねる高周波電極２１、３１マッチングボックス２２、３２高周波電源２３、２３’、６３ヒータ３接地電極３’ 高周波電極４、４’ ガス供給部６１内部電極６１ａ、６１ｂ、６１ａ’、６１ｂ’ 軸６２支持部材ＳＴ、ＳＴ’ スパッタターゲットＳ被成膜物品ｖ１ゲート弁ｖ２弁を兼ねるシャッタｉ１、ｉ２電気絶縁部材ＳＧ太陽歯車ＰＧ遊星歯車ＲＧリングギアｇ１、ｇ２ピニオンギアＭ１、Ｍ２モータＰＧＴ公転自転機構Ｇ歯車ｈヒンジｒオーリングＤ駆動装置ＣＨ１、ＣＨ２チャック装置ＲロールＲｓ芯棒Ｒｂゴム層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内で成膜原料ガスに電力を供給
して該ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で被成膜物
品の表面に膜形成するプラズマＣＶＤ法であって、中空
状の被成膜物品に対し、その内部に嵌まる内部電極を物
品設置電極として用いて該内部電極に該物品を外嵌した
状態で該物品の外表面に膜形成することを特徴とするプ
ラズマＣＶＤ法。
【請求項２】前記内部電極をその軸の回りに回転させ
ることにより該電極に外嵌した被成膜物品を回転させつ
つ、該物品の外表面に膜形成する請求項１記載のプラズ
マＣＶＤ法。
【請求項３】複数の前記内部電極を用いて一度に複数
の被成膜物品に膜形成し、成膜中は、該複数の内部電極
を各電極の軸の回りに自転させるとともに共通する所定
の軸の回りに公転させる請求項１記載のプラズマＣＶＤ
法。
【請求項４】前記被成膜物品がその表層部表面に膜形
成すべき導電性材料からなる物品又は導電性材料からな
る部分を有しその外表面上に被成膜部分を有する物品で
あり、その導電性物品又は導電性部分に前記内部電極を
兼ねさせる請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ
ＣＶＤ法。
【請求項５】前記真空容器内にスパッタターゲットを
設けるとともに、その前方に該ターゲットを覆うことが
できるシャッターを設けておき、前記被成膜物品へのプ
ラズマＣＶＤに先立ち又は（及び）その後に、該シャッ
ターを開いた状態で、前記真空容器内でスパッタ原料ガ
スに電力供給して該ガスをプラズマ化し、該プラズマの
下で該ターゲットをスパッタすることにより前記被成膜
物品の外表面に膜形成し、前記プラズマＣＶＤの際には
該シャッターを閉じた状態にしておく請求項１から４の
いずれかに記載のプラズマＣＶＤ法。
【請求項６】前記シャッターとして、前記真空容器内
に設けた前記スパッタターゲットと前記内部電極との間
を気密に仕切ることができるものを用いる請求項５記載
のプラズマＣＶＤ法。
【請求項７】前記成膜原料ガスとして炭素化合物ガス
を含むガスを用い、前記被成膜物品の外表面に炭素膜を
形成する請求項１から６のいずれかに記載のプラズマＣ
ＶＤ法。
【請求項８】成膜を行うための真空容器と、該真空容
器に対し設けられた排気手段と、該真空容器内において
中空状の被成膜物品を支持するための該物品内部に嵌ま
る内部電極と、該真空容器内に成膜原料ガスを供給する
ことができるガス供給手段と、該内部電極とこれに対向
する電極との間にガスプラズマ化用電力を供給するため
のガスプラズマ化用電力供給手段とを含むことを特徴と
するプラズマＣＶＤ装置。
【請求項９】前記被成膜物品がその表層部表面に膜形
成すべき導電性材料からなる物品又は導電性材料からな
る部分を有しその外表面上に被成膜部分を有する物品で
ある場合、前記内部電極として該導電性物品又は導電性
部分を用いる請求項８記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１０】前記内部電極をその軸の回りに回転さ
せる手段を有している請求項８又は９記載のプラズマＣ
ＶＤ装置。
【請求項１１】前記内部電極を複数有することができ
るとともにこれらを支持する支持部材を有し、該複数の
内部電極はそれぞれその軸の回りに回転可能に該支持部
材上に支持され、該支持部材は前記内部電極を支持して
所定の軸の回りに回転できるように設けられており、さ
らに該支持部材を回転させることで前記内部電極を前記
所定の軸の回りに公転させるとともに該各内部電極を自
転させる公転自転機構が設けられている請求項８又は９
記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１２】前記真空容器内に設置されたスパッタ
ターゲットと、該ターゲットの前方に配置され該ターゲ
ットを覆うことができるシャッターとを有し、前記ガス
供給手段は成膜原料ガスに加えてスパッタ原料ガスも供
給できるものである請求項８から１１のいずれかに記載
のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１３】前記シャッターが、前記真空容器内に
設置された前記スパッタターゲットと前記内部電極との
間を気密に仕切ることができるものである請求項１２記
載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１４】前記ガス供給手段が、成膜原料ガスと
して炭素化合物ガスを含む炭素膜形成のためのガスを供
給できるものである請求項８から１３のいずれかに記載
のプラズマＣＶＤ装置。