JPS6124466B2

JPS6124466B2 -

Info

Publication number: JPS6124466B2
Application number: JP53070180A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Asamaki; Aoshi Horiguchi
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1978-06-09
Filing date: 1978-06-09
Publication date: 1986-06-11
Also published as: JPS54160568A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は分解反応により薄膜を生成する反応気
体を用いて薄膜を生成する放電化学反応薄膜装置
に関するものである。

一般に、機械加工では、歯車、工具等の複雑な
形状を有する部品（ここでは、基板と呼ぶ）に、
耐摩耗性の薄膜を形成しなければならないことが
多い。この場合、多数の基板に同時的に且つ均一
に薄膜を被着できることが望ましい。また、これ
ら基板の材料として通常使用される高速度鋼は低
い焼鈍温度を有しているため、この焼鈍温度以下
で薄膜を生成できることが好ましい。

従来、スパツタリング、蒸着等を行なう種々の
薄膜生成装置が提案されているが、機械加工にお
ける上述した要求に十分に応え得るものは知られ
ていない。

本発明の目的は多数の基板あるいは広い面積を
有する基板に、比較的低温において、同時に且つ
均一な薄膜を形成することができ、したがつて、
機械加工に適した薄膜装置を提供することであ
る。

本発明の他の目的は複雑な形状の基板にも薄膜
を一様に生成できる薄膜装置を提供することであ
る。

本発明のより他の目的はTiC、WC、TaC、
SiC等の化合物の膜を比較的低温において被着で
きる薄膜装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は基板を形成する鋼材の
焼鈍温度以下で薄膜を生成できる薄膜装置を提供
することである。

本発明では、放電により分解反応を起こして薄
膜を生成する反応気体を用いた放電化学反応装置
を機械加工に適用することを企図している。この
場合、複数の基板又は広い面積の基板には、実質
上一様な濃度の反応気体が供給されなければ、均
一な薄膜を得ることができない。したがつて、本
発明によれば、放電空間内に設置された基板に見
合うように、反応気体の吹き出し口を空間的に分
布させた放電化学反応薄膜装置が得られる。具体
的に言えば、本発明の実施例では、複数の基板を
支持領域を有する支持手段に搭載する。この支持
領域を物理的に複数の部分領域に分け、各部分領
域毎に、吹き出し口を配置することにより、反応
気体の各部分領域における密度を実質上一様に保
つ。本発明の他の実施例では、広い面積を有する
基板が支持領域上に搭載される。この場合には、
支持領域を空間的に複数の部分領域に分け、各部
分領域に対応して吹き出し口を対向配置する。

以下、図面を参照して、本発明を説明する。

第１図及び第２図を参照すると、本発明の一実
施例に係る放電化学反応薄膜装置は内部に放電空
間を規定するために、ベルジヤー１１とベースプ
レート１２とによつて構成された真空容器を備え
ている。ベースプレート１２から外側に、排気口
１３が取り出され、図示されない真空ポンプに連
結されている。真空容器の内側には、ベースプレ
ート１２に、細孔１４を有する複数の排気管１５
が設けられている。各排気管１５は絶縁石１６を
介してベースプレート１２上に固着されている。

真空容器内部には、更に、複数の支持管２１が
排気管１５と平行に、且つ、２２によつてあらわ
された絶縁材及び取付金具により、取り外し可能
に、ベースプレート１２に取り付けられている。
この各支持管２１はそれぞれ支持領域を形成し、
この図では、各支持管２１に、複数の部品２５が
スペーサ２６を介して搭載されている。支持管２
１には、予め定められた間隔で立体的に分布した
形で吹き出し孔２７が設けられ、吹き出し孔２７
の間の領域に部分支持領域を規定している。スペ
ーサ２６の穴は支持管２１の吹き出し孔２７と一
致するように配置され、これによつて、反応気体
を各部品２５の周りに実質上一様な濃度になるよ
うに供給することができる。したがつて、各スペ
ーサ２６は部品２５間の位置出しを行なう機能と
共に、反応気体を吹き出させるための機能を備え
ている。反応気体は図示されていない外部の高圧
装置又はガス容器から矢印Ａ方向に導入される。
支持管２１及び排気管１５には、第１及び第２の
電源２８及び２９がそれぞれ接続されている。更
に、ベルジヤー１１には、磁場を設定するための
コイル３１が設けられている。尚、支持管２１だ
けでなく、排気管１５もベースプレート１２に取
り外し可能に構成してもよい。

この薄膜装置は使用目的に応じて種々の運転方
法をとることができる。ここでは代表的な運転方
法について説明する。部品２５を支持管２１上に
図のようにセツトし、真空容器内を10^-4Torr程
度の圧力まで排気する。排気後、吹き出し孔２７
より不活性気体、例えば、アルゴンを導入し、
10^-2Torr程度の圧力にする。この状態で、支持
管２１に接続された第１の電源２８を動作させる
と、各部品２５と真空容器との間に放電が生じ
る。この放電の際、各部品２５はイオンボンバー
ドされ、表面のクリーニング及び昇温が行なわれ
る。尚、必要とする温度によつてはヒータを設け
る。次に、アルゴンに加えて反応気体を導入す
る。例えば、TiCを膜を部品２５に付着させる場
合には、反応気体として、TiCl₄及びCH₄の混合
気体を加える。これら反応気体は放電空間におい
て活性化され、部品２５の表面の形状によらず一
様に付着し、薄膜を生成する。この実施例では、
放電の際、各部品２５の表面は放電電極を形成し
ている。また、コイル３１を動作させれば、低い
圧力、例えば、10^-3Torrで放電を行なわせるこ
とができる。より強力な磁場を用いれば、
10^-5Torr以下においても、放電を生じさせるこ
とができる。より高い密度の活性化された気体を
作る場合には、排気管１５に接続された第２の電
源２９を動作させ、排気管１５を電極として放電
を行なうことも可能である。部品２５に対するイ
オン衝撃の程度を制御するときには、排気管１５
を主電極として放電を行なわせ、部品２５即ち、
支持管２１の電位を低下させればよい。反応気体
の流し方も目的に応じて種々考えることができ
る。最も簡単な方法は吹き出し孔２７より反応気
体を吹き出させ、排気口１３から反応済気体を排
出する方法である。一方、支持管２１における吹
き出し孔２７を排出孔として、利用してもよい。
排気管１５における細孔１４を吹き出し孔として
用いてもよいから、吹き出し孔、排出孔の組合せ
は任意に選定できる。

この実施例では、図に示すように、極めて多数
の部品上に同時に薄膜を付着させることができ
る。また、低温で薄膜を形成することが可能であ
る。例えば、シリコン窒化膜を形成する場合、従
来提案されているCVD法では800℃程度の高温処
理が必要である。しかし、本発明における装置に
おいては、400℃の温度で膜を生成できる。更
に、目的の薄膜に応じて反応気体を選択すること
によつて、金属から殆んどの化合物に至る迄、
種々の薄膜をつけることが可能である。

第３図を参照すると、本発明の別の実施例に係
る放電化学反応薄膜装置の多数の球状の部品２５
に同時に薄膜を形成するのに適している。ここで
は、真空容器を簡略化のために省略している。多
数の球状部品２５は放電空間に面した支持領域を
有する支持板３５上に搭載されている。支持板３
５は内部に反応気体の流通路を備え、且つ、支持
領域側に多数の吹き出し孔３６を有している。し
たがつて、支持領域はこれら吹き出し孔３６によ
つて、物理的に部分支持領域に分割されている。
また、支持板３５には反応気体を導入するための
導入管３７が取り付けられており、この導入管３
７は図示されない反応気体源に結合され、且つ、
矢印Ａの方向に反応気体が供給される。導入管３
７と接地間には、第１の電源２８が接続されてお
り、これによつて、支持板３５上の部品２５の表
面は放電電極を形成する。更に、支持板３５と対
向して、複数の排気管（図では１つのみが示され
ている）１５が配置されている。各排気管１５は
支持板３５に面する側に多数の細孔１４を有し、
矢印Ｂの方向へ排気が行なわれる。また、排気管
１５と接地間には、第２の電源２９が接続されて
いる。この実施例では導入管３７を揺動させるこ
とにより、支持板３５を振動させ、球状部品２５
をころがし、その全表面に一様な薄膜を付着させ
ることができる。この実施例において、排気管１
５側から、反応気体を吹き出させるように構成し
てもよい。この場合、支持板３５上の支持領域は
空間的に各吹き出し孔に応じた部分領域に分割さ
れることは明らかである。

第４図を参照すると、本発明の他の実施例に係
る放電化学薄膜装置は広い面積を有するフイルム
状基板２５の一表面上に、薄膜を付着させのに適
している。この場合、基板２５は支持板３５上に
搭載され、矢印Ｃの方向へ連続して送り出され
る。支持板３５は電気的に電源２８と接続されて
いる。支持板３５の上部には、複数の導入管４１
が支持板３５の支持領域を空間的に分割するよう
に、配列され、各導入管４１の一端と接地との間
には、電源４２が接続され、且つ、各導入管４２
には矢印Ａの方向に反応気体が供給される。導入
管４２はそれぞれ複数の吹き出し孔４３を有して
いるから、反応気体は基板２５上へ導かれる。更
に、複数の排気管１５が導入管４２と並行に、且
つ、支持板３５と対向して配設されている。各排
気管１５には複数の細孔１４が設けられ、この細
孔１４を通して、矢印Ｂの方向に排気が行なわれ
る。この実施例では、導入管４２及び吹き出し孔
４３の数が多ければ、基板２５の各部には実質上
一様な密度で反応気体が供給される。したがつ
て、広い面積の基板２５には一様な薄膜が形成で
きる。尚、基板２５が絶縁物のときには、電源２
８は高周波電源であることが望ましい。

本発明では、試料となる基板に電圧を印加し、
発生するイオンによりボンバードしながら薄膜を
生成するから生成された薄膜は付着強度において
極めて大きく、且つ、緻密である。また、反応出
力を自由に選定できるので、基板に対するつきま
わりもよく、複雑な形状をもつ表面にも一様な良
質の膜を生成できる。一般に、高速度鋼は530℃
の焼鈍温度を有しているが、本発明ではこの焼鈍
温度以下の温度で各種の耐摩耗性の膜、例えば、
TiC、WC、TaC、SiCを付着できる。

本発明者等の実験によれば、排気口１３の近
傍、あるいは、排気口１３から離れたベルジヤー
１１の頂部に反応気体の吹き出し口を設けても、
一様なコーデイングはできなかつた。これは、膜
の生成速度が吹き出し口から離れるにしたがつて
低下し、且つ、膜の組成そのものも吹き出し口か
らの距離によつて変化するためである。この傾向
はつきまわりをよくするために、圧力を高くした
場合に著しい。本発明では、これを改善するため
に、吹き出し口だけでなく、排出口をも分布して
配置している。更に、実施例においては、磁場を
設定しているため、プラズマを基板の近くに集中
させることができ、つきまわりや付着強度の面で
もよい結果を得ることができた。

以上述べた説明は何等限定的な意味を持つもの
ではなく、多数の変形が可能であることは云う迄
もない。従来の薄膜技術を組合せて適用できるこ
とは云う迄もない。また、連続装置化する等、シ
ステム化に当つても、従来の真空技術を組み合せ
て種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための概
略構成図、第２図は第１図の２−２線に沿う断面
図、第３図は本発明の他の実施例を示す概略構成
図、及び第４図は本発明のもう一つの実施例を示
す概略構成図である。記号の説明、１１：ベルジヤー、１２：ベース
プレート、１３：排気口、１４：細孔、１５：排
気管、２１：支持管、２５：部品、２６：スペー
サ、２７，３６，４３：吹き出し孔、２８，２
９：電源、３１：コイル、３５：支持板、３７，
４１：導入管。

Claims

【特許請求の範囲】

１放電により分解して薄膜に変化するような反
応気体を放電空間に導いて、薄膜を生成する放電
化学反応薄膜装置において、前記薄膜を形成され
るべき基板を支持する領域を備え、前記基板の薄
膜を形成すべき面を前記放電空間に面するように
位置付けるための支持手段と、前記支持領域を複
数個に分割したときにおける各部分領域に見合う
ように分布して設けられ、前記各部分領域に前記
反応気体を吹き出させるための気体導入手段と、
前記支持手段に電気的に接続され、前記基板の薄
膜を形成すべき面を放電電極にするための電源手
段とを有することを特徴とする放電化学反応薄膜
装置。