KR100202051B1 - 플라즈마 cvd장치 - Google Patents
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Abstract
제2전극(20)이 용기형상을 이루며 반응공간(29)을 구획하고 있다. 제1전극(10)의 부착부(12)와, 이 부착부(12)에 재치된 공작물(W)은 제2전극(20)에 포위되어 있다. 제2전극(20)의 저벽(21)에서 한쌍의 보조벽(27)이 상방으로 돌출하고 있다. 이것들 보조벽(27)에 의하여 구획한 배치영역(A)에 제1전극(10)의 부착부(12)가 배치되어 있다. 이 부착부(12)는 보조벽(27)의 상단부에서 돌출하고 있다.
Description
제1도는 본 발명의 한 실시예를 이루었고, 평판형상공작물에 피막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치를 나타낸 단면도.
제2도는 제1도중 II -II선에 잇따른 동 장치의 단면도.
제3도는 피막형성후의 공작물의 종단변도이며, 피막두께는 과장하여 나타낸 것.
제4a도는 공작물과 부착부의 형상의 다른 형태를 나타낸 측면도.
제4b도는 동 평면도.
제5a도는 공작물과 부착부 형상의 또 다른 형태를 나타낸 측면도.
제5b도는 동 평면도.
제6도는 다른 실시예를 나타낸 제1도는 상당의 도면.
제7도는 원주형상공작물에 피막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치를 나타낸 종단면도.
제8도는 제7도 중-선에 잇따른 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 50 : 제1전극 11, 61 : 베이스부
12, 52 : 부착부 20, 60 : 제2전극
21, 61 : 제1연결벽 22, 66 : 제1대향벽
24, 67a : 제2대향벽 25. 67 : 제2연결벽
27, 64 : 보조벽 29, 69 : 반응공간
31 : 고주파전원 32 : 바이어스수단
34 : 가스공급수단 36 : 흡인수단
62 : 후두부(hood部) 12a, 52a : 받침면
61a : 삽입구멍 A : 배치영역
W, W: 공작물 W1, W2 : 평탄면
W3 : 정상면(頂上面) W6 : 접촉면
W1: 한쪽단면(端面) W2: 원주벽
W3: 다른쪽 단면
본 발명은 공작물에 피막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치에 관한 것이다.
플라즈마 CVD, 즉 플라즈마를 이용한 화학증착은 비교적 낮은 온도, 예컨데 실온에서 공작물에 피막을 형성할수 있는 방법으로서, 최근 주목되고 있다.
이 플라즈마 CVD를 실행하는 일반적인 장치에서 일본국 실개소 64-13119 호 공보의 제3도에 명시되어 있는 바와 같이. 접지된 진공통내에 평판형상을 이루는 제1, 제2전극은 접지되어 있다. 진공통의 내부공간은 반응공간으로서 제공되어 있다. 이 반응공간내에 공급된 반응가스의 일부는, 제1전극과 제2전극 사이에 발생하는 고주파 전기장에 의하여 플라즈마로 되어, 플라즈마 중 음이온, 즉 전자가 이 고주파 전기장에 의하여 격렬하게 운동한다. 그 결과, 반응가스의 일부가 분해하여 근(radical)이 발생한다.
제2전극에는, 평판형상의 공작물이 제2전극에 잇따라서 부착되어 있으며, 이 공작물의 표면에 양이온이나 근이 부착하여, 피막이 형성된다.
상기 장치에서는 양이온이 공작물로 향하여 바이어스(bias) 되지 않으므로, 공작물에 형성되는 피막은 부착강도가 약하고 엶다. 또 제1전극, 제2전극에도 피막이 형성된다는 것, 제1전극과 이에 대치하는 챔버의 벽과의 사이에도 플라즈마가 발생한다는 것 등의 이유에 따라, 전력이 쓸데없이 소비된다.
본 발명에 의하여 가까운 플라즈마 CVD 장치가, 일본국 특개평 5-31448 호 공보에 명시되어 있다. 이장치에서는 진공통의 내부공간 금망으로 여러개로 분할되어 있다. 분할된 각각의 공간은 진공통의 벽과 금망으로 포위되어 있어, 반응공간으로서 제공된다. 진공통과 금망은 제2전극으로 되어 있다.
상기 각 반응공간에는 평판형상의 제1전극이 수용되고 있다. 이 제1전극은 임피던스 정합회로를 개재하여 고주파 제1전극이 수용되고 있다. 제1전극의 상면에는 대략 입방체 형상의 공작물이 놓아져 있다. 고주파 전기장에 의하여 발생한 플라즈마중에서 양이온은 임피던스 정합회로의 바이어스 기능에 기초하여, 공작물에 향하여 전진하고, 이 양이온에 따라서 라디칼도 같은 방향으로 전진한다. 그 결과, 제1전극의 표면에 피막이 형성된다.
상기한 일본국 특개평 5-31448 호 공보에 명시된 장치에서는, 제1전극에 실린 공작물의 여러개의 면중에서 상면은, 제2전극에 대치하고 있어, 양이온과 그에 추적하는 근이 대략 직각을 이루어 충돌하므로, 여기에 형성되는 피막은 부착강도가 강하여 두텁다. 그러나, 제1전극의 상면과 직교하는 공작물의 면에 형성되는 피막, 특히 제1전극에 가까운 하단부에 형성되는 피막은, 부착강도가 약하여, 엷다. 그 이유는 양이온과 그에 추적하는 근이, 제1전극의 상면에 끌어당겨지기 때문에, 공작물 하단부에 충돌하는 양이 적다는 것, 공작물 하단부에 직각으로 충돌하지 않고 비스듬히 충돌함에 있다고 추정된다.
또, 제1전극의 상면의 영역에 피막이 형성된다는 것, 제1전극의 하면과 대응하는 제2전극 사이에 공간에 발생하는 플라즈마가 공작물의 피막형성에 전혀 기여하지 않음에 따라, 전력이 쓸데없이 소비된다.
본 발명의 목적은, 공작물에 있어서 제1전극의 근방부위에 형성된 피막의 두께나 부착강도를 제1전극에서 떨어진 부위에 형성된 피막에 접근시킬 수 있는 플라즈마 CVD 장치를 제공함에 있다. 본 발명의 요지는 ...(독립항의 내용) ... 이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 설명한다.
제1도는 , 제2도에는 본 발명의 제1실시형태를 이루는 플라즈마 CVD장치를 나타내고 있다. 이 플라즈마 CVD 장치는 도전성 공작물(W)에 피막을 형성하기위한 것이다. 이 공작물(W)은 예컨데 베인펌프(vane pump)의 날개이며, 장방향의 평판(6면체)에 의하여 형성되어 있다. 공작물(W)은, 서로 평행을 이루어 넓은 면적을 지닌 한쌍의 평탄면(W1, W2)과, 정상면(W3)과 측면(W4, W5)과 밑면(W6)을 구비하고 있다. 면(W1W5)이 피막형성의 대상으로 되는 면이며, 특히 면(W1, W2, W3)은 피막에 의한 뛰어난 내마모성을 요구한다. 밑면(W6)은 나중에 설명하는 제1전극(10)으로의 접촉면으로서 제공되고, 이 밑면(W6)에는 피막이 형성되지 않는다.
상기 장치는 제1전극(10)과 제2전극(20)을 구비하고 있다.
이것들 전극은, 구리나 스테인레스로 되었고, 제1도의 지면과 직교하는 방향으로 *어있다,
제2전극(20)은 접지되어 있고, 또 나중에 설명하는 플라즈마를 나오지 못하게 안에 가두어 두기 위하여 용기 형상을 이루어져, 그 내부 공간이 반응공간(29)으로 되어 있다. 제2전극(20)은 수평을 이루는 장방형의 저벽(21)(제1연결벽)과, 제1도에 나타낸 바와 같이 이 저벽(21)의 긴 변으로 부터 수직으로 일어서는 서로 평행한 한쌍의 측벽(22)(제1대향벽)과 제2도에 나타낸 바와 같이 저벽(21)의 짧은 면으로부터 수직으로 일어서는 서로 편행한 한쌍의 측벽(23)과, 폭이 좁은 장방형을 이루는 수평한 정상벽(湞上壁)(24)(제2대향벽)과, 이 전상벽(24)을 상기 한쌍의 측벽(22)에 이어지는 원호벽(圓弧壁)(25)(제2연결벽)을 구비하고 있다. 상기 측벽(22, 23), 정상벽(24), 원호벽(25)은 일체를 이루어 후드(hood)부(26)를 구성하고 있다. 이 후드부(26)는 저벽(21)에 대하여 착탈할 수 있도록 또한 기밀하게 부착되도록 되어 있다.
제2전극(20)의 저벽(21)의 폭방향 중앙부에서 한쌍의 보조벽(27)이 수직하게 상방으로 돌출하고 있다. 이것들 보조벽(27)은 측벽(22)과 평행을 이루고, 측벽(22)과 같은 길이를 하고 있다. 서로 떨어진 한쌍의 보조벽(27)사이에 제1전극(10)을 배치하기 위한 배치영역(A)이 구획되어 있다. 한쌍의 보조벽(27)과 이것들에 각기 재치하는 한쌍의 측벽(22)과의 사이의 거리는 서로 같다.
제2도에 가장 잘 나타낸 바와 같이, 제1전극(10)은 가늘고 긴 베이스부(11)와, 이 베이스부(11)에서 상방으로 돌출한 여러개, 예컨데 3개의 부착부(12)와, 베이스부(11)의 중앙에서 하방으로 돌출한 철부(13)들을 구비하고 있다. 부착부(12)는 베이스부(11)의 연장방향으로 같은 간격을 두고 배치되어 있으며, 그 상면(12a)(받침면)은 상술한 공작물(W)의 밑면(W6)과 같은 형상을 이루고 있다. 베이스부(11)에 있어서 부착부(12)사이에 위치하는 부위의 상면(11a)은 부착부(12)의 상면(12a)보다 낮은 위치에 있다.
제1전극(10)은 제2전극(20)의 한쌍의 보조벽(27)사이의 배치 영역(A)내에 배치되어 있다. 제1도에 나타낸 바와같이 제1전극(10)의 양측면은 한쌍의 보조벽(27)에 대하여, 서로 같은 간격을 두고 떨어져 있다.
더욱이, 제1전극(10)은 제2전극(20)보다 짧게 되어있으며. 제1전극(10)의 양단면은, 제2전극(20)의 한쌍의 측벽(23)에서 같은 간격을 두고 떨어져 있다.
제2전극(20)의 한쌍의 보조벽(27)사이에는 세라믹 등의 절연체(30)가 수용되어 있으며, 전극(10, 20) 사이의 전기적 절연을 확보하고 있다.
제1전극(10)의 베이스부(11)는, 이 절연체(30)의 상면(30a)에 형성된 수용오목부(30b)에 수용되어 있다. 본 실시예에서는 절연체(30)의 상면(30a)과, 제1전극(10)의 베이스(11)의 상면(11a)은, 제2전극(20)의 보조통(27)의 상단부와 동일 높이에 있다. 제1전극(10)의 부착부(12)는 보조통(27)의 상단부에서 상방으로 돌출하고 있다.
제1전극(10)의 철부(13)는 절연체(30)의 중앙부에 형성된 삽입구멍(30c)을 통하여, 제2전극(20)의 저벽(21)에 형성된 개구(21a)를 통하여 하방으로 돌출되어 있으며, 여기에 고주파 전원(31)이 임피던스 정합회로(32)를 개재하여 접속되어 있다.
제2전극(20)에는 가스도압관(33)이 설치되어 있으며, 이 관(33)에는 반응가스를 저장한 가스봄베(34)(가스공급수단)가 접속되어 있다.
또, 제2전극(20)에는 배기관(35)이 부착되어 있으며, 이 관(35)에는 진공펌프(36)(진공흡인수단)가 접속되어 있다.
상기 구성을 이루는 장치에 의하여 공작물(W)에 비결정질 탄소의 피막을 형성하는 공정에 대하여 설명한다.
먼저, 제2전극(20)의 후드부(26)를 저벽(21)에서 떼어낸 상태에서 제1전극(10)의 3 개의 부착부(12)의 상면(12a)에, 각기 공작물(W)을 올려놓는다. 본 실시예에서는 이상면(12a)에 형성되어서 상방으로 돌출하는 철부(12x)를, 공작물(W)의 저면(W6)에 형성된 구멍에 끼워넣음에 따라, 공작물(W)의 위치결정이라고 확실한 지지를 하고 있다. 그 위에, 이것들 철부(12x)와 구멍은 없어도 좋다.
상기 공작물(W)의 위치결정상태에 있어서, 공작물(W)의 저면(W6)과 부착부(12)의 상면(12a)이 실질적으로 일치하며, 그 결과 공작물(W)의 면(W1, W2, W4, W5)은 대응하는 부착부(12)의 측면과 한개의 면을 이루고 있다.
공작물(W)의 후착부에 후드부(26)를 저벽(21)에 기밀하게 부착한다. 이 상태에서, 공작물(W)의 2개의 평탄면(W1, W2)에 대하여, 제2전극(20)의 한쌍의 측벽(22)이 서로 같은 거리(D)만큼 떨어져서 평행으로 대치하고 있다. 또, 제2전극(20)의 정상벽(24)은, 같은 거리(D)만큼 떨어져 대치하고 있다. 원호벽(25)은 면(W1, W2)과 정상면(W3)의 교차점을 중심으로 하는 원(이 원의 반지름은 거리 D와 같다)위에 배치되어 있다.
제2전극(20)으로 포위된 반응공간(29)은, 진공펌프(36)의 구동으로 진공이 된다. 이 반응 공간(29)에는 가스봄베(34)로부터 반응가스, 예컨데 데트라메틸시란(TMS), 메탄가스의 혼합가스를 공급한다. 또, 고주파전원(32)에서 제1전극(10)으로 고주파전력을 공급한다. 이 경우, 공작물(W)은 도전성을 구비하고 있으므로, 제1전극(10)의 일부로서 기능한다.
상기 고주파전력에 의하여, 반응공간(29)내의 가스의 일부가 플라즈마로 되어 최초에는 음이온, 즉 전자가 고주파 전기장에 의하여 주로 공작물(W), 제2전극(20)에 이른다. 제2전극(20)에 도달한 전자는 어어드에 탈출하고, 공작물(W)에 도달한 전자는 제1전극(10)을 통하여, 임피이던스 정합회로(31)의 콘덴서에 저장된다. 그 결과, 공작물(W)과 제1전극(10)은 음의 전위레벨으로 되어, 나중에 설명하는 양이온을 끌어당긴다.(자기 바이러스). 더욱이, 공작물(W)의 전위레벨은 음의 일정한 레벨에 도달하여 안정한다.
상기한 제1전극(10)및 공작물(W)의 근방에서는 중심의(평균의) 전위레벨이 음의 일정한 최소 항계치보다 낮기 때문에 플라즈마가 발생하지 않는다.
플라즈마는 제1전극(10)및 공작물(W)의 근방공간을 제외한 반응공간(29)에서 발생한다. 또, 주로 플라즈마속의 전자의 격렬한 운동에 의하여, 가스의 일부가 분해하여 근(라디칼)이 발생한다.
플라즈마의 양이온은 공작물(W) 근방에 발생한 전위레벨의 경사도에 의하여 공작물(W)로 향하여 전진 하여, 이것들에 충돌한다. 이 경우, 근도 양이온의 흐름에 따라서 전진하여 공작물(W)에 충돌한다. 이것들 양이온 및 근의 충돌에 따라서 제3도에 나타낸 바와 같이, 공작물(W)의 면(W1W5)에 균일한 두께의 피막(S)이 커다란 부착강도를 갖고 형성된다.
이하, 피막(S)의 형성에 관하여 상세히 설명한다. 공작물(W)의 한쌍의 평탄면(W1, W2)및 상면(W3)에는 제2전극(20)의 한쌍의 측벽(22)및 정상벽(24)이 각각 대치하고 있으며, 더욱이 측벽(22), 정상벽(24)사이는 원호벽(25)으로 가리워져 있다. 그 때문에, 공작물(W)의 면(W1, W2, W3)을 둘러싸는 공간에는 플라즈마가 안정하여 발생한다. 그위에, 공작물(W)근방에서의 전위경사도는, 공작물(W)의 각 면(W1, W2, W3)과 대략 평행한 같은 전위레벨을 그리도록 하여 발생함으로, 양이온을 이것들 면(W1, W2, W3)에 대하여 실질적으로 직교한 방향으로 부터 커다란 충돌에너지로 충돌시킬 수 있다. 그 결과, 이것들 면(W1, W2, W3 에 형성되는 피막(S)은 두껍고, 부착강도도 크다.
그위에, 평탄면(W1, W2)은 대응하는 측벽(22)까지의 거리(D)가 서로 같으므로, 이것들 평탄면(W1, W2)에 형성되는 피막(S)의 두께를 같게 할 수 있다.
평탄면(W1, W2)의 하단부에서의 피막(S)의 형성에 관하여는 다음과 같다. 제1전극(10)의 부착부(12)는, 한쌍의 보조벽(27)에 의하여 구획된 좁은 배치영역(A)에 배치되어 있다. 그 위에, 이 부착부(12)와 공작물(W)의 평탄면(W1, W2)이 하나의 같은 면을 이루고 있기 때문에 , 평탄면(W1, W2)의 하단부에서도 상부와 같은 전위경사도를 얻을 수 있다. 더욱이, 부착부(12)가 보조벽(27)에서 상방으로 돌출하고 있어, 평탄면(W1, W2) 하단부의 전위경사도가 보조벽(27)에 의하여 커다란 영향을 받지 않는다. 그결과, 평탄면(W1, W2)의 하단부에 형성되는 피막(S)은, 그보다 상방의 부위와 차가 없는 부착강도와 두께를 얻을 수 있다.
측면(W4, W5)에서의 피막(S)의 형성에 관하여는 다음과 같다.
각 공작물(W)의 측면(W4, W5)은 측벽(23)과 대치하던가 그 밖의 공작물(W)과 충분한 간격을 두고 떨어져 있다. 또, 부착부(12)사이의 베이스부(11)의 상면(11a)이 오목하고, 공작물(W)의 측면(W4, W5)과 부착부(12)의 측면이 하나와 같은 면을 이루고 있다. 이 때문에 측면(W4, W5)에도 양호한 피막(S)을 형성할 수 있다.
다음에, 보조벽(27)의 존재의의에 관하여 상세히 설명한다.
상기 공작물(W)의 하단부에서의 피막형성을 양호하게 하기 위하여는 보조벽(27)을 형성함이 없이, 제1전극(10)을 제2전극(20)의 저벽(21)으로부터 돌출시켜서 노출시키는 것도 고려할 수 있다. 이 경우에는 수평으로 넒어지는 저벽(21)에 의한 공작물(W) 근방의 전위경사도에의 영향을 없애도록, 제1전극(10)을 저벽(21)에서 상방으로 크게 돌출시켜, 공작물(W)을 저벽(21)에서 크게 떨어질 필요가 있다. 그러나, 이와 같은 구성에서는 저벽(21)에서 돌출하여 노출하는 제1전극(10)의 넒은 면에 피막이 형성되어버려서, 전력 소비에 낭비가 발생한다.
본 실시예에서는 보조벽(27)에 의하여 제1전극(10)의 대부분을 가리운다. 보조벽(27)은 수평방향의 면으로서 넒이가 없으므로, 공작물(W)의 하단부 근방의 전위경사도가 보조벽(27)으로 부터의 영향을 회피할 수 있는 돌출량(보조벽(27)의 상단부로 부터의 제1전극(10)의 부착부(12)의 돌출량)은 작아도 된다. 그 때문에 반응공간(29)에 노출한 제1전극(10)의 면적을 최소한으로 할 수 있으며, 제1전극(10)으로의 피막형성에 의한 전력소비를 최소한으로 할 수 있다.
제2전극(20)은, 용기형상을 이루어 반응공간(29)을 구획함에 따라 플라즈마를 속에 가두어 나오지 못하게 함으로, 발생하는 플라즈마를 유효하게 이용할 수 있어, 이에 의하여도 전력소비를 절약할 수 있다. 또, 3개의 공작물(W)에 동시에 피막 형성을 할 수 있으므로 생산성이 우수하다.
더우기, 본 실시예에서는 제2전극(20)은 제1전극(10)및 절연체(30)와 합작하여 진공통으로 되어 있으므로, 이 제2전극(20)을 둘러싼 진공통을 별도 필요로 하지 않고, 장치를 소형으로 할 수 있다.
제1도, 제2도의 장치에 의하여 피막형성실험을 하였다. 이 실험에 있어서, 공작물(W)은 40S20S5의 6면체를 이루는 알루미늄 합금체의 날개를 사용하였다. 장치의 치수는 다음과 같다. 보조벽(27)의 높이는 높이는 20, 보조벽(27)과 제1전극(10)사이의 거리는 3, 상단부로부터의 부착부(12)의 돌출량은 5이다. 부착부(12)의 받침면(12a)은 20S5의 장방형을 이루고 있다. 3개의 공작물(W)을 제1전극(10)에 부착한 상태에서, 공작물(W)의 배치간격은 40, 제2도에서 좌측의 공작물(W)의 측면(W4)과 측벽(23)의 거리, 우측의 공작물(W)의 측면(W5)과 다른쪽의 측벽(23)과의 사이의 거리는 각기 20이다. 또, 각 공작물(W)의 평탄면(W1, W2)과 이에 대응하는 측벽(22)과의 사이의 거리는 각기 35, 가공물(W)의 정상면(W3)과 상벽(24)사이의 거리도 35이다.
다른 조건은 다음과 같다.
원료가스 CH4+TMS(테트라메틸시란)
가스압력 8 Pa
투입전력 150 W(13.56)
가스유량 CH4: 5 sccm TMS : 0.7sccm
(단, sccm은 표준 입방센티미터 / 분의 약)
막형성시간 2시간
상기 실험의 결과, 공작물(W)의 정상면(W3)에 형성된 비결정질탄소의 피막(S)의 두께는 10이며, 이 정상면(W3)의 전역에 걸쳐서 대략 균일하였다. 평탄면(W1, W2), 측면(W4, W5)에 형성된 피막(S)의 두께는 함께 7( Q0.5)이며, 각 면에서의 피막(S)의 두께는 균일하였다. 이러한 면(W1W5)에서의 피막(S)의 두께는 균일하였다. 이것들의 면(W1W5)에서의 피막(S)의 부착강도를 긁기 경도시험(scratch test)에 의한 박리하중으로서 측정하였던 바, 30N 이였다. 그위에, 박리하중이 클수록 부착강도가 크다는 것을 나타내고 있다.
다음에 비교실험에 대하여 설명한다. 제1, 제2전극은 각기 직경 180의 원판으로 되었고, 서로 평행을 이루어 65의 간격으로 상하에 떨어져 있다, 이것들 전극은 진공통에 수용되어 있다. 하측의 제1전극의 상면중앙에는 하나의 공작물 (W)이 실려 있다. 공작물(W)의 치수 및 그밖의 조건은, 상기 실시예 장치에서의 실험과 같다. 이 비교실험에서는 공작물(W)의 정상면(W3)의 피막(S)의 두께는 6이며, 전역에 걸쳐서 균일하였다. 면(W1, W2, W4, W5)에서의 피막의 두께는 하단으로 향함에 따라서 감소하고, 최대 4, 최소1이였다. 박리하중은 정상면(W3)에서 30N, 그밖의 면(W1, W2, W4, W5)에서 약10N 였다.
상기 2개의 실험결과의 비교로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예의 장치에 의하면 피막의 두께와 부착강도의 양편에서 커다란 개선이 확인되었다.
공작물(W)을 용기형상의 제2전극(20)내에 하나만 설치되도록 하여도 좋다. 이 경우, 제1전극(10), 제2전극(20)은 짧게 형성되어, 공작물(W)의 2개의 측면 (W4, W5)에 제2전극(20)의 양측벽(23)이 각기 대치한다. 보조벽은 제1전극(10)의 부착부(12)를 둘러싸도록 단면이 구형인 통형상으로 형성하여도 좋다.
제4a도, 제4b도에 나타낸 바와 같이, 부착부(12)의 상면(12a)은 공작물(W)의 저면(W6)보다 작아도 좋다. 이 경우에는 저면(W6)의 주연부가 부착부(12)에서 수평으로 돌출하여 단(段)으로 되어 있다.
이 단은 공작물(W)의 하단부의 전위경사도에 커다란 영향을 주지않는다.
제5a도, 제5b도에 나타낸 바와 같이, 부착부(12)의 상면(12a)은 공작물(W)의 저면(W6)보다 크게하여도 좋다. 이 경우에는, 상면(12a)의 주연부가 공작물(W)에서 수평으로 돌출하여 단으로 된다.
이 단은, 일정 돌출량의 범의라면, 공작물(W)의 하단부의 전위경사도에 커다란 영향을 주지않는다.
제6도에 나타낸 장치에서는 보조벽(27) 사이에는 절연체(30)가 수용되었고, 이 절연체(30)의 상면과 보조벽(27)의 상단부는 같은 높이로 되어있다. 절연체(30)의 상면에는, 여러개의 제1전극(10)은 그대로 부착부(12)로서 제공된다. 이 장치에서도 제1도, 제2도에 나타낸 실시예와 같은 작용효과를 얻을 수 있다.
제2전극은 금망을 사용하여 용기형상으로 형성하여 플라즈마만을 속에 가두도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 제2전극을 진공통에 수용하여 이 진공통에 가스공급봄베와 진공펌프를 접속한다.
보조벽 및 제1전극의 부착부의 돌출방향은 수평방향이였어도 좋다.
이 경우, 부착부에의 공작물의 부착에는 특수한 부착수단이 필요하게 된다.
제7도, 제8도에 나타낸 장치는 드릴이나 핀 등의 원주형상의 공작물(W)에 피막을 형성하기 위한 것이다. 이 공작물(W)의 한쪽 단면(W1)이 나중에 설명하는 제1전극(50)에 접하는 접촉면으로 되고, 원주면(W2)와 다른쪽 단면(W3)이 피막형상 대상면으로 된다.
상기 장치는, 구리나 스테인레스로 된 제1전극(50)과 제2전극(60)등을 구비하고 있다. 제2전극(60)은, 원판형상을 이루는 수평한 베이스부(61)(제1연결벽)와, 이 베이스부(61)의 상면에 착탈할 수 있도록 부착되는 여러개 예컨대 4개의 후드부(62)와, 이것들 후드부(62)의 상단을 연결하는 원판형상의 수평한 연결판(63)과 후드부(62) 내에서 베이스부(61)의 상면에 고정된 원통형상의 보조벽(64)등을 구비하고 있다.
상기 베이스부(61)에는 여러개 예컨대 4개의 삽입구멍(61a)이 원주 방향으로 같은 각도 간격만큼 떨어져서 형성됨과 동시에, 이삽입구멍(61a)에서 떨어진 위치에 여러개, 예컨대 5개의 가스유출구멍(61b)이 형성되어 있다. 가스유출구멍(61b)에는 망(61c)이 부착되어 있다. 상기 보조벽(64)은 상기 삽입구멍(61a)을 같은 중심을 이루어 둘러싸도록 그 주연에 고정되어 있다. 또한, 베이스부(61)의 상면에는 상기 삽입구멍(61a)및 보조벽(64)과 같은 중심을 이루어 원통형상의 부착통(65)이 고장되어 있다.
각 후드부(62)는 베이스부(61)와 합작하여 반응공간(69)을 구획하고 있어, 원통(66)(제1대향벽)과, 이 원통(66)의 중간부 내주(內周)에 고정된 반구형상(半球形狀)의 컵(67)(제2연결벽)등을 구비하고 있다.
컵(67)의 정상부(67a)(제2대향벽)는 평탄을 이루고 망으로 형성되어 있다. 후드부(62)는 그 하단부를 상기 부착통(65)에 끼움에 따라 베이스부(61)에 부착되었고, 이 상태에서 원통(66)은 삽입구멍(61a)및 보조벽(64)과 같은 중심으로 배치되어있다.
상기 후드부(62)의 원통(66)의 상단과, 컵(67)의 정상부(67a)가 상기 연결판(63)의 하면에 부착되어 있다. 연결판(63)에는 이 컵(67)의 정상부(67a)에 대응하여 가스 도입구멍(63a)이 형성되어 있다. 이 가스도입구멍(63a)에는 상방으로 뻗은 관(80)을 개재하여 가스봄베(도면에 없다)가 접속되어 있다.
상기 제1전극(50)은 수평으로 배치된 베이스부(51)와, 이 베이스부(51)의 상면에서 수직으로 돌출하는 원기둥 형상의 부착부(52)등을 구비하고 있다. 이 제1전극(50)의 베이스부(51)는 평행을 이루는 원판형상의 절연체 (70)에 배치되어 있다. 이 절연체(70)의 주연부에는 상방으로 돌출하는 링형상의 철부(71)가 형성되어 있다. 이 철부(71)의 상면에 상기 제2전극(60)의 베이스부(61)가 배치되어 있다. 그 결과, 제1전극(50)의 베이스부(51)는 상기 제2전극(60)의 베이스부(61)의 하방에서 좁은 간격으로 이간하고 있어, 이 베이스부(61)와 평행을 이루고 있다.
상기 제1전극(50)의 부착부(52)는 제2전극(60)의 베이스부(61)의 삽입구멍(61a)을 통하여 보조벽(64)을 통하여, 이 보조벽(64)의 상단부에서 상방으로 돌출하고 있다. 부착부(52)는 보조벽(64)에 대하여 같은 중심을 이루어 떨어져 있다.
상기 제1전극(50)의 베이스부(51)의 하면 중앙에는 철부(53)가 형성되어있고, 이 철부(53)는 절연체(70)를 관통하여 하방으로 돌출하였고, 여기에 임피이던스 정합회로(32)를 개재하여 고주파 전원(31)이 접속되어 있다.
상기 제1전극(50), 제2전극(60)및 절연체(70)는 진공통(90)내에 수용되도록 되어 있다. 이 진공통(90)에는 진공펌프(도면에 없다)가 접속되어 있다.
상기 구성을 이루는 장치에 의하여 공작물(W)에 비결정질 탄소의 피막을 형성하는 공정에 대하여 설명한다.
우선, 제2전극(60)의 후드부(62)를 베이스부(61)에서 떼어낸 상태에서, 제1전극(50)의 모든 부착부(52)의 상면(52a)(받침면)에 각기 공작물(W)을 재치하여 위치결정한다. 이 공작물(W)의 위치결정상태에서 공작물(W)의 저면(W1)과 부착부(12)의 L상면(12a)이 실질적으로 일치하여, 그 결과 공작물(W)의 원주면(W2)은 부착부(52)의 원주면과 하나의 면을 이루고 있다.
상기 공작물(W)의 부착부에 후드부(62)를 베이스부(61)에 부착한다. 이 상태에서 공작물(W)의 원주면(W2)에 대하여 제2전극(60)의 원통(66)이, 전체 원주에 걸쳐서 같은 거리(D)만큼 떨어져 평행하게 대치하고 있다. 또, 공작물(W)의 정상면(W3)에 대하여 컵(67)의 정상부(67a)는 같은 거리(D)만큼 떨어져 대치하고 있다.
상기 후드부(62)의 부착후에 진공통(90)을 페쇄하고, 진공 펌프를 구동함과 동시에, 가스봄베로부터 반응가스를 공급한다. 이 반응가스는 연결판(63)의 가스도입구멍(63a)으로부터 컵(67)의 망(網)제조의 정상부(67a)를 거쳐 반응공간(69)으로 들어간다. 그리고, 보조멱(64)과 부착부(52)의 사이를 통하여 베이스부(61)의 삽입구멍(61b)을 통하여, 베이스부(51, 61)사이를 통하고, 가스배출구멍(61b)으로부터 진공통(90)내로 배출된다.
이 상태에서 고주파 전원(32)에서 제1전극(50)으로 고주파 전력을 공급한다.
플라즈마발생, 라디칼발생, 양이온의 공작물에의 바이어스에 관하여는 최초의 실시예와 실질적으로 같으므로 설명을 생략한다. 양이온 및 라디칼은, 공작물(W)근방에 발생한 전위레벨의 경사도에 의하여 공작물(W)로 향하여 전진하므로 그 원주면(W2)및 정상면(W3)에 충돌한다. 이 양이온 및 라디칼의 충돌에 의하여 공작물(W)의 면(W2, W3)에 균일한 두께의 피막이 큰 부착강도로써 형성된다.
이하, 피막의 형성에 대하여 상세히 설명한다. 공작물(W)의 원주면(W2)및 정상면(W3)에는 제2전극(60)의 원통(66)및 컵(67)의 정상부(67a)가 각기 대치하고 있으며, 그위에 원통(66) 및 정상부(67a)사이는 컵(67)으로 가리워져 있다. 그 때문에, 공작물(W)의 면(W2, W3)을 둘러싸는 공간에는 플라즈마가 안정하여 발생한다. 그 위에, 공작물(W) 근방에서의 전위경사도는 원주면(W2), 정상면(W3) 근방에서의 전위경사도는 원주면(W2), 정상면(W3)과 대략 평행한 같은 전위레벨선을 그리도록 발생하므로, 양이온을 이것들 면(W2, W3)에 대하여 실질적으로 직교한 방향으로부터 커다란 충돌에너지로 충돌시킬 수 있다.
그 결과, 이들 면(W2W3)에 형성되는 피막은 두껍고, 부착강도도 크다.
그 위에, 상기 원주면(W2)은 대응하는 원통(66)까지의 거리(D)가 전체둘레에 걸쳐서 같으므로, 이 원주면(W2)에 형성되는 피막의 두께를 원주방향으로 균등하게 할 수 있다.
원주면(W2)의 하단부에서의 피막형성에 대하여는 다음과 같다. 제1전극의 부착부(52)는 원통 형상의 보조벽(64)에 의하여 구획된 좁은 배치영역에 배치되어 있다. 그 위에 이 부착부(52)의 원주면과 공작물(W)의 하단부에서도 상부과 마찬가지의 전위경사도를 얻을 수 있다.
더욱이, 부착부(52)가 보조벽(64)에서 상방으로 돌출하고 있어, 원주면(W2)의 하단부에 형성되는 피막은, 그보다 상방의 부위와 차가 없는 부착강도의 두께를 얻을 수 있다.
더욱이, 제7도, 제8도의 장치에서는 최초의 실시예와 같은 이유로 전력을 절약 할 수 있다. 또, 4개의 공작물(W)의 피막 형성을 동시에 할수 있어 생산성이 높다.
제7도, 제8도의 장치에 의하여 피막형성실험을 하였다. 이 실험에서 공작물(W)은 직경 10, 길이 30의 고속도 절삭공구를 사용하였다.
장치의 치수는 다음과 같다. 보조벽(64)의 높이는 20, 보조벽(64)과 제1전극(50)의 부착부(52)사이의 거리는 3, 보조벽(64)의 상단부로 부터의 부착부(52)의 돌출량은 5이다. 공작물(W)을 제1전극(50)에 부착한 상태에서, 공작물(W)의 원주면(W2)과 이에 대응하는 원통(66) 사이의 거리는 35, 공작물(W)의 단면(W3)과 컵(67)의 상부(67a) 사이의 거리도 35이다.
다른 조건은 다음과 같다.
원료가스 CH4+ TMS(데트라메틸시란)
가스압력 8 Pa
투입전력 150 W(13.56)
가스유량 CH4: 5 sccm TMS : 0.7 sccm
막형성시간 2시간
상기 실험의 결과, 공작물 (W)의 정상면(W3)에 형성된 비결정질 탄소의 피막의 두께는 10이며, 이 정상면(W3)의 전체 영역에 걸쳐서 대략 균일 하였다. 원주면(W2)에 형성된 피막의 두께는 7(0.5)이며, 전체 영역에 걸쳐서 피막의 두께는 균일하였다. 이것들의 면(W2, W3)에서의 피막의 박리하중은 합계 30N 였다.
다음에 비교실험에 대하여 설명한다. 이 비교실험에는 최초의 실시예와의 비교실험에서 사용한 장치를 그대로 사용하였다. 공작물(W)은 제1전극의 중앙에 재치하였다. 이 비교실험에서는 공작물(W)의 정상면(W3)의 피막의 두께는 6이며, 전체영역에 걸쳐서 균일하였다. 원주면(W2)에서의 피막의 두께는 하단으로 향함에 따라서 감소하고 있어 최대 5, 최소 1였다. 박리하중은 정상면(W3)에서 30N, 원주면(W2)에서 약 10N 였다.
상기 2개의 실험결과의 비교로 부터 명백한 바와 같이 제7도, 제8도의 장치에 의하면 피막의 두께와 부착강도의 양편에서 대폭적인 개선이 확인되었다.
상기 실시예에서도 부착부(52)의 상면(52a)을 공작물(W)의 단면(W1)보다 작은 지름으로 하여도 좋고, 약간 큰 지름으로 하여도 좋다.
또, 공작물(W)을 수평으로 설치하여도 좋다.
Claims (12)
- (a)도전성 공작물(W; W)을 부착하기 위한 부착부(12;52)를 구비한 제1전극(10;50)과,(b)제2전극(20;60)과,(c)제1전극과 제2전극 사이의 반응 공간(29;69)을 진공으로 하는 흡인수단(36)과,(d)반응공간에 반응가스를 공급하는 가스공급수단(34)과,(e)제1전극에 접속되어, 반응공간에 고주파 전력을 공급함에 따라, 이 반응 공간에 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원(31)과,(f)플라즈마의 양이온을 공작물로 향하여 끌어당기는 바이어스수단(32)과,를 구비한 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 제2전극(20;60)은 상기 공작물(W; W)과 제1전극(10;50)의 부착부(12;52)를 둘러싸도록, 또 반응공간(29;69)를 구획하여 이 반응공간내에 발생한 플라즈마를 속에 가두어 지도록 용기형상을 하고 있으며, 제2전극(20;60)은, 안쪽으로 돌출하여 배치영역(A)을 구획하는 보조벽(27;64)을 구비하였고, 제1전극의 부착부(12;52)는 보조벽에서 전기적으로 절연된 상태에서 이 배치영역내에 배치됨과 동시에 보조벽의 선단부에서 보조벽의 돌출방향으로 돌출하고 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서, 제2전극(20)의 보조벽(27)은 서로 떨어져 대향하여 한쌍이 설치되어 있으며, 상기 한쌍의 보조벽으로 구획된 배치 영역(A)에 상기 제1전극(10)의 부착부(12)가 배치되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 공작물(W)은 서로 평행을 이루는 한쌍의 평탄면(W1 ; W2)에 각기 대치하는 한쌍의 평탄면(W1;W2)을 구비하였고, 이것들 평탄면과 직교하는 공작물의 다른 면(W6)이 제1전극(10)의 부착부(12)에 접하는 접촉면으로 제공되었고, 제2전극(20)은 상기 공작물이 제1전극(10)에 부착된 상태에서 공작물의 한쌍의 평탄한 제1대향벽(22)과, 이것들 한쌍의 제1대향벽(22)과 각기 평행을 이루어 대치하는 한쌍의 보조벽(27)과, 이것들 보조벽을 대응하는 제1대향벽으로 이어지는 제1연결벽(21)등을 구비하였고, 각 보조벽(27)은 이 제1연결벽(21)에서 안쪽으로 돌출하고 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제3항에 있어서, 제1전극(10)에 공작물(W)이 부착된 상태에서, 공작물의 한쌍의 평탄면(W1;W2)과 이것들에 각기 대응하는 제2전극(20)의 한쌍의 제1대향벽(22) 사이의 거리(D)가 서로 같음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제3항에 있어서, 공작물(W)은 접촉면(W6)의 반대측에 위치함과 동시에 상기 한쌍의 평탄면(W1, W2)과 서로 교차하는 정상면(W3)을 구비하였고, 제2전극(20)은, 또한 이 정상면(W3)과 대치하는 제2대향벽(24)과, 이 제2대향벽(24)을 한쌍의 제1대향벽(22)에 이어지는 한쌍의 원호형상의 제2연결벽(25)을 구비하고 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제2항에 있어서, 제1전극(10)이 가늘고 길게 뻗음과 동시에 한쌍의 보조벽(27) 사이에 배치된 베이스부(11)를 구비하였고, 제2전극의 보조벽(27)과 제1대향벽(22)이 이 베이스부(11)와 같은 방향으로 뻗어 있어, 상기 부착부(12)가 간격을 두고 베이스부의 뻗는 방향으로 여러개 배치 되었으며, 베이스부(11)에서 부착부(12) 사이에 위치하는 부분이 이 부착부보다 오목함을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서, 보조벽(64)은 통합상을 이루었고, 이 보조벽으로 구획된 배치영역에서 제1전극(50)의 부착부(52)가 배치되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제7항에 있어서, 공작물(W)은 대략 원기둥 형상을 이루어, 그 한쪽 단면(W1)이 제1전극(50)의 부착부(52)에 접하는 접촉면으로서 제공되었고, 제1전극의 부착부(52)는 원기둥 형상을 이루었고, 제2전극(60)의 보조벽(64)은 이 부착부와 같은 중심의 원통형상을 이루었으며, 제2전극(60)은 또한 공작물(W)이 제1전극(50)에 부착된 상태에서 공작물의 원주면(W2)에 대치함과 동시에 보조벽(64)과 같은 중심을 이루는 원통형상의 제1대향벽(66)과, 이 제1대향벽(66)과 보조벽(64)를 잇는 제1연결벽(61)등을 구비하고 있으며, 보조벽(64)은 이 제1연결벽(61)에서 안쪽으로 돌출하고 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제8항에 있어서, 제2전극(60)은 상기 공작물(W)이 제1전극(50)에 부착된 상태에서 공작물의 다른 편의 단면(W3)과 대치하는 제2대향벽(67a)과, 이 제2대향벽(67a)을 제1대향벽(66)으로 있는 제2연결벽(67)등을 구비하였고, 이 제2연결벽은 대략 중공반구형상을 이루고 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서, 제1전극의 부착부에 있어서 공작물(W;W)을 받는 받침면(12a;52a)이, 이 받침면에 대치하는 공작물의 접촉면(W6;W1)과 같은 형상을 이루고 있으며, 공작물(W; W)은 부착부(12;52)에 부착된 상태에서 이 부착부와 하나의 면을 이루고 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서, 제1전극(10)의 부착부(12)에 있어서 공작물(W)을 받는 받침면(12a)은, 이 받침면에 대치하는 공작물(W)의 접촉면(W6) 보다 작은 면을 이루고 있으며, 공작물(W)은 부착부(12)에 부착된 상태에서 이 부착부에서 보조벽(27)위에 돌출하고 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서, 제2전극(60)은 여러개의 삽입구멍(61a)을 구비한 평판형상의 공통의 베이스부(61)와, 이 베이스부에 삽입구멍을 포위하도록 하여 부착되어 베이스부와 합작하여 각기 반응공간(69)을 구획하는 여러개의 후드부(62)와, 각 후드부내에서 삽입구멍을 포위하도록 하여 베이스부에 설치된 통형상을 이루는 상기한 보조벽(64)을 구비하였으며, 제1전극(50)은, 제2전극(60)의 베이스부(61)와 대략 평행으로 대치하여 후드부(62)의 반대측에 배치된 베이스부(51)와, 이 제1전극의 베이스부에서 돌출한 여러개의 부착부(52)등을 구비하였고, 각 부착부(52)는 제2전극(60)의 베이스부(61)의 삽입구멍(61a)을 통하고 보조벽(64)을 통하여, 이 보조벽의 선단부에서 돌출하고 있음을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
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