JPS6289868A

JPS6289868A - 硬質炭素被膜の製造方法

Info

Publication number: JPS6289868A
Application number: JP22959685A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sugimura; 博之杉村
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-10-15
Filing date: 1985-10-15
Publication date: 1987-04-24
Also published as: JPH0526867B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、カミソリの刃でも傷の付かない硬質炭素被膜
を製造する方法に関する。

（発明の背景）従来、このような硬質炭素被膜を製造する方法として、
炭化水素ガスのグロー放電を利用した、いわゆるプラズ
マＣＶＤ法が知られているが、この方法は、膜厚分布の
均一性が良好であること、大面積の基板上にも形成が可
能なこと、原理的に曲面の基板上にも形成が可能なこと
などの特徴点から、工業的方法として脚光を浴び、盛ん
に研究されている。

これまでのところ、炭化水素ガスのグロー放電を起こす
には、直流電源又は０．５〜１００　Ｍ）ｌｚの比較的
高周波電源を利用する。

直流電源を用いる場合には、一対の平行電極板を備えた
真空チャンバー内に、内気圧以下の炭化水素ガスを主成
分とする原料ガスを導入し、前記電極板の一方に直流電
源の陽掻を接続し、他方に基板を乗せ、該基板を乗せた
電極板に直流電源の陰極を接続し、そうしておいて電源
を作動させると、グロー放電が生じ、基板上に硬質炭素
被膜が成長する。

しかし、この直流電源を用いる方法には次のような欠点
があった。

１、直流であるため基板として導電性又は半導電性のも
のしか使用できない。

２゜成長する硬質炭素被膜そのものが絶縁性であるため
、仮に導電性の基板を使用しても、膜厚が成長するに従
い基板の導電性を損ない、ついには放電が停止して膜の
成長が停止してしまう、つまり厚い硬質炭素被膜が作れ
ない。

また、高周波電源を用いる場合には、真空チャンバー内
に配置された一対の平行電極板の間に、大気圧以下の炭
化水素ガスを主成分とする原料ガスを供給し、前記電極
板の一方をアースし、他方に基板を乗せ、該基板を乗せ
た電極板に整合回路を介して周波数０．５〜１００　ｋ
Ｈｚの交流電源を接続し、そうしておいて電源を作動さ
せると、グロー放電が生じ、基板上に硬質炭素被膜が成
長する。

高周波電源を使用するため、絶縁性基板上でも問題なく
硬質炭素被膜を成長させることができる。

しかし、この高周波電源を用いる方法には次のような欠
点があった。

即ち、高周波グロー放電を継続するには、整合回路によ
って電源の出力インピーダンスと製造装置のインピーダ
ンスとの整合を図らなければならないが、製造装置のイ
ンピーダンスは安定しておらず、外気温度や湿度の影響
、チャンバー内の微妙な圧力変化の影響などを受けて変
化し、そのため高周波グロー放電が安定せず、安定に硬
質炭素被膜を成長させることができなかった。これを解
決するには、製造装置のインピーダンス変化を自動的に
補償するオートマチンチング・システムや、チャンバー
内の微妙な圧力変化をコントロールするシステムが必要
となり、装置は勢い高価なものとならざるを得ない。

（発明の目的）従って、本発明の目的は、これらの欠点を解決し、特別
なシステムを付加せずとも、各種基板上に安定に硬質炭
素被膜特にカミソリの刃でも傷の付かない硬質炭素被膜
を成長させることができる製造方法を提供することにあ
る。

また、本発明の別の目的は、耐環境性に優れた硬質炭素
被膜を製造することにある。

（発明の概要）本発明者は、鋭意研究の結果、１５０〜４６０　ｋＨｚ
という比較的低周波数の交流電源を使用して下記に示す
特別な条件を満足させれば、先に示した本発明の目的を
満足させることができることを見い出し、本発明を成す
に至った。

即ち、本発明は、　真空チャンバー内に配置された一対
の平行電極板の間に、大気圧以下の炭化水素ガスを主成
分とする原料ガスを供給し、前記電極板の一方をアース
し、他方に基板を乗せ、該基板を乗せた電極板に整合回
路を介して周波数１５０〜４６０　ｋＨｚの交流電源を
接続することにより、前記電極板間にグロー放電を生じ
させ、以て前記基板上に硬質炭素被膜を製造する方法に
おいて、Ｆを交流電源の出力〔単位二ワット〕 ■を放電空間の容積ｃ単位：リットル〕Ｐをチャンバー
内の圧力〔単位：　ｔｏｒｒ、　）Ｓを炭化水素ガスの
流量〔単位：５ｃｃＩ１１〕とするとき、下記式（Ｉ）
：ｘＶＰ　　ｘ　　Ｓの値（α）を１００〜２２００にすることを特徴とする
方法を提供する。

ここにおいて、放電空間の容積■とは、一対の平行電極
板に挟まれた空間の体積を言う。

これまで、式（Ｉ）の如き関係式が論議されたことはな
く、本発明者が初めて見い出しものであり、この式（Ｉ
）の値αを１００〜２２００に限定したのは、実験科学
的に見出された事実に基づ（ものである。このαが仮に
１００より小さいと、得られる被膜がカミソリの刃で簡
単に傷のつく程度の硬さしか有しないものとなり、逆に
２２００を越えると、膜の成長速度が著しく遅くなるた
め、非実用的となった。

また、本発明において、交流電源の周波数を１５０〜４
６０　ｋＨｚに限定したのは、同様に実験科学的に見出
された事実に基づくものであり、周波数が１５０　ｋＨ
ｚより低いと、絶縁体中を電流が通りにくくなり、絶縁
基板を用いると放電を起こすのが困難となり、逆に４６
０　ｋＨｚより高くなると、装置のインビーダンイスを
より精密に整合させなければならず、そのため安定な放
電を継続させることが困難になったからである。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。

（実施例） □製造装置の説明（第１図参照）□ この装置は、真空チャンバー１と、チャンバー内はぼ中
央部に配置された一対の平行電極板２．３と、チャンバ
ー上部に取りつけられた原料ガス専大管４と、チャンバ
ー側面に取りつけられ排気管５と、電極板３に接続され
た整合回路（本実施例では、５０〜６００オームの間で
５段階に切り換えられるマツチングトランスを使用した
）６と、整合回路に接続された交流量ｔＡ７とからなる
。

電極板２は、ガス放出電極となっており、原料ガス導入
管４を通じて導入されたガスが内部を通って下面から吹
き出す。この電極板２は、チャンバーのハウジングと電
気的に接続しており、ハウジングはアースされている。

電極板３は、絶縁体８を介してハウジングより外部に取
り出されており、上述にように整合回路６に接続され、
この整合回路６に接続された交流量ｔＡ７の他端はアー
スされている。

なお、９．１０はバルブであり、基板はＳで示されてい
る。

□硬質炭素被膜の製造□ 真空チャンバー１内を真空ポンプで一旦排気した後、炭
化水素ガスとしてメタンガス、基板（Ｓ）としてシリコ
ン単結晶基板、交流量ａ７として周波数２００　ｋＨｚ
の電源をそれぞれ用い、交流電源の出力Ｆ：　〔単位：
ワノト〕放電空間の容積■：　〔単位：リソトル〕チャ
ンバー内の圧力Ｐ：　〔単位：　ｔｏｒｒ、　）炭化水
素ガスの流量Ｓ：　〔単位：　ｓｃｃｍ）を下記第１表
に示す如く種々変えて硬質炭素被膜を製造した。

この結果、３種類の膜が製造されたので、これを次の通
りに分類した。本発明の目的とする硬質炭素被膜は、タ
イプ■の膜である。

タイプＩ：ＨＢの鉛筆で線を引くと、簡単に傷が入る。

タイプ［１：ＨＢの鉛筆で線を引いても傷が付かないが
、市販のカミソリの刃で線を引くと、傷が付く。

タイプロ：市販のカミソリの刃で線を引いても傷が付か
ない。

また、本発明の方法によれば、シリコン基板以外に、ス
テンレス、アルミニウム、石英ガラス、ゲルマニウム、
チタン等の各種基板にも本発明の目的とするタイプ■の
硬質炭素被膜を形成することができた。

第２図の実線は、厚さ　５ＩＩＩＩ１１のゲルマニウム
基板の表裏両面に厚さ１μｍのタイプ■の硬質炭素被膜
を形成した試料の赤外線透過吸収スペクトルであり、タ
イプ■の硬質炭素被膜は、硬いばかりでなく、シリコン
やゲルマニウムのような高屈折率基板の赤外線反射防止
膜として有用である。

更に、この試料を第２表に示す環境試験に供したが、光
学特性に変化がなく耐環境性にも優れていた。

第２表（発明の効果）以上のとおり、本発明によれば、絶縁性の基板も含めた
各種基板上に、特別なシステムを付加せずとも、安定に
、カミソリの刃でも傷の付かない硬い炭素被膜を成長さ
せることができる。

また、製造された被膜は、耐環境性に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に使用した製造装置の全体構
成を示す概念図である。第２図は、赤外線吸収スペクトルのチャート図である。実線は、ゲルマニウム基板の表裏両面に厚さ１μｍのタ
イプ■の硬質炭素被膜を設けたもののスペクトルであり
、点線は基板のみのそれである。Ｃ主要部分の符号の説明〕１−・・・・−・−・・−・−真空チャンバー２．３−
−一−・・・・−−一対の平行電極板４・・・−・−・
・・・・−・−原料ガス導入管Ｓ　−−−−−一・−−
一−−−−−排気管６−−一−−−・−・−・・・−整
合回路７−・−・・−・・・・・・−・・・・・−交流
電源８・−・・・・・・・−・・・・・・・・・絶縁体
９．１０・・・曲パルプ

Claims

【特許請求の範囲】真空チャンバー内に配置された一対の平行電極板の間に
、大気圧以下の炭化水素ガスを主成分とする原料ガスを
供給し、前記電極板の一方をアースし、他方に基板を乗
せ、該基板を乗せた電極板に整合回路を介して周波数１
５０〜４６０ｋＨｚの交流電源を接続することにより、
前記電極板間にグロー放電を生じさせ、以て前部基板上
に硬質炭素被膜を製造する方法において、下記式（ I
）の値（α）を１００〜２２００にすることを特徴とす
るカミソリの刃で傷の付かない硬質炭素被膜を製造する
方法。記（Ｆ×Ｖ）／（Ｐ×Ｓ）＝α・・・・・・式（ I ）但し、Ｆは交流電源の出力〔単位：ワット〕Ｖは放電空間の容積〔単位：リットル〕Ｐはチャンバー内の圧力〔単位：ｔｏｒｒ．〕Ｓは炭化水素ガスの流量〔単位：ｓｃｃｍ〕