JPH0676358U - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】主として硬質カ−ボン膜を形成するためのプラ
ズマＣＶＤ装置においてカソ−ド電極を有する成膜部
と、プラズマ発生手段を有するプラズマ発生部との間に
ダストを濾過するための微細なフイルタを配設する。 【効果】導入ガスの分解生成物からなる微粉末状のダス
トが濾過され、膜の品質が向上すると同時に、真空槽内
に差圧を生じ、プラズマの発生効率が改善され、成膜速
度が向上する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は化学的蒸着法（ＣＶＤ）により主として硬質カ−ボン膜を形成するた めのプラズマＣＶＤ装置に関し、特に直流グロ−プラズマＣＶＤ装置の構造に関 する。

【０００２】

【従来の技術】

一般的な直流グロ−プラズマＣＶＤ装置においては、被処理物である基材を載 置するカソ−ド電極を有する成膜部と、プラズマ発生手段を有するプラズマ発生 部とが、ガス導入口と排気口とを備えた真空槽の内部に対向配置されている。プ ラズマ発生手段は熱電子を放射するための高融点金属からなるフィラメント電極 と、正電圧が印加されるアノ−ド電極との組み合わせから構成されている。この 装置空間に膜形成用のモノマ−ガスをガス導入口から導入した後、フィラメント 電極を加熱することにより放出される熱電子がアノ−ド電極に加速衝突し放電開 始のトリガ−となるが、一度放電が発生すると熱電子は反応ガス分子に衝突し真 空槽内全域にガスプラズマが形成される。カソ−ド電極に負の直流電圧を印加す ることにより、ガスプラズマ中の反応ガスイオンを基材に加速衝突させ薄膜の被 覆形成を行っている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

このような薄膜形成装置において直流グロ−プラズマＣＶＤ法により被覆形成 を行う場合、放電のトリガ−としてフィラメント電極から放出させた熱電子をア ノ−ド電極に衝突させているため、真空槽全域で形成されるプラズマの中でも特 にフィラメント電極とアノ−ド電極近傍のプラズマ濃度が高く、モノマ−ガス分 子の電離、分解、イオン化によりミストが生成し、これらが凝集して微粒子とな る。この微粒子状の粉体をダストと呼んでいる。これらのダストは基材に付着し て膜物性を阻害させるだけでなく、外観品質も著しく低下させるなど被膜に悪影 響を及ぼす。

【０００４】 フィラメント電極とアノ−ド電極間の放電をプラズマ生成のトリガ−だけに限 定し、真空槽全域にガスプラズマが発生した後は熱電子の供給とアノ−ド電極へ の電圧印加を停止してもガスプラズマは維持されるため、ダストの生成が抑制さ れるが、熱電子供給の停止によりモノマ−ガス分子の電離、イオン化が減少しガ スプラズマの密度が極端に低下してカソ−ド電極に加速衝突する反応ガスイオン 量が著しく減少し、成膜レ−トが低下するという新たな問題を引き起こす。成膜 レ−トの低下を防ぐためにはフィラメント電極からの熱電子供給とアノ−ド電極 への電圧印加を初期プラズマ発生後も同様な状態を保たなければならず、その一 方で膜物性、膜品質維持のためにはプラズマ生成源近傍でのダストの生成量を抑 制しなければならない。

【０００５】 通常は１０^{- 3} Ｔｏｒｒオ−ダ−の圧力で成膜を行っているが、成膜レ−トを 上昇させるには、反応圧力を１０^{- 2} Ｔｏｒｒオ−ダ−とし平均自由行程を短く しモノマ−ガス分子どうしの衝突確率を上げガスプラズマ密度を上昇させるとと もにカソ−ド電極に加速衝突するモノマ−ガスイオンの衝突確率を上げてやる手 法があるが、この場合カソ−ド電極に負の直流電圧を印加することにより形成さ れるカソ−ド電極が形成するプラズマのシ−ス内でホロ−放電や異常グロ−が発 生しやすくなり、ときにはグロ−プラズマとは性質の異なったア−ク放電を誘発 しカソ−ド電極の形成するシ−スを安定な状態に保てなくなり成膜プロセスを阻 害するなどの難点がある。

【０００６】 本考案の課題は、上記目的を解決し、膜物性、膜品質の優れた薄膜の被覆形成 と、成膜レートの上昇を可能とする被覆形成装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案においては、負電位が印荷されるカソ−ド 電極を有する成膜部と、熱電子を放射するフィラメント電極と正電位が印荷され るアノ−ド電極との組み合わせからなるプラズマ発生手段を有するプラズマ発生 部とが、ガス導入口と排気口とを備えた真空槽の内部に対向配置されており、導 入ガスをプラズマにより分解してその生成物を前記カソ−ド電極の上に載置され た基材の表面に成膜するプラズマＣＶＤ装置において、前記プラズマ発生電極と 前記カソ−ド電極との間に微細なフィルタを配設し、ダストを濾過するようにし た。

【０００８】

【作用】

プラズマを発生させるフィラメント電極とアノ−ド電極の周囲をフィルタ−で 覆うことにより、プラズマ濃度の高いフィラメント電極とアノ−ド電極近傍で形 成されるダストはフィルタ−を透過することができず、カソ−ド電極には到達し ないため、基材に付着するダストが激減し、膜品質の低下が防止できる。さらに カソ−ド電極とプラズマ生成源部の間にフィルタ−を挿入することによりプラズ マ生成源部と成膜部に分離でき、真空槽内を成膜部側から真空排気することによ り両者の間で差圧機能を持たせることが可能となる。このため成膜室側の圧力が 同一でもプラズマ生成源室の圧力を１桁高くすることによりガスプラズマの密度 を高くすることができ、従来の直流グロ−プラズマＣＶＤ装置とくらべ、この場 合もフィルタ−をダストは透過できないことから膜物性、膜品質を低下させるこ となく成膜レ−トの上昇が可能となる。

【０００９】

【実施例１】 以下、本考案の実施例を硬質カ−ボン膜形成を例にとって説明する。図１は本 考案によるプラズマＣＶＤ装置の断面構造を説明するための模式図である。真空 槽２０中にはカソ−ド電極４と、カソ−ド電極と電気的に結合した状態で基材２ と、カソ−ド電極の下方にステンレス製フィルタ−１８に周囲を覆われた状態で プラズマ発生手段を構成するために必要なフィラメント電極８、アノ−ド電極１ ０が配置されている。真空槽２０の外部からガス導入口１４を通じて炭化水素ガ スが導入可能な装置構造となっている。

【００１０】 本実施例においては真空槽１を４×１０^{- 5} Ｔｏｒｒ程度の圧力まで真空排気 した後、ガス導入口１４よりモノマ−ガスとしてベンゼンを導入し、２×１０^{- 3} Ｔｏｒｒとなるように圧力を調整した。プラズマ発生手段を構成するフィラメ ント電極８から熱電子を放出させ、１００Ｖの電圧を印加したアノ−ド電極１０ に衝突させることで放電のトリガ−とし、ベンゼンガスにも熱電子を衝突させ真 空槽内にベンゼンガスプラズマを発生させた。次いでカソ−ド電極４に負の直流 高電圧（−４ＫＶ）を印加し、ガスイオンを加速衝突させ基材上に硬質カ−ボン 膜（膜厚３μｍ）を形成した。ここでは基材としてステンレス鋼を用いた。

【００１１】

【比較例１】 本考案の実施例の効果を確認するために、プラズマ生成源であるフィラメント 電極とアノ−ド電極の周囲がフィルタ−で覆われていないだけで、その他は実施 例１と同一の装置構成でかつ同一条件で同一のステンレス鋼基材上に硬質カ−ボ ン膜（膜厚３μｍ）を成膜した。

【００１２】 実施例１、比較例１で、得られた硬質カ−ボン膜の膜外観品質、密着性、耐摩 耗性の評価結果を下記表１に示す。膜外観品質は硬質カ−ボン膜の表面上のφ５ ０μｍ以上の微細粒子数で評価した。密着性は引っかき試験を行い剥離開始荷重 を測定した。耐摩耗性は摩耗試験機で荷重３００ｇｆを印加した炭化けい素＃８ ００の研磨紙による４００回の往復テストにより摩耗した膜厚を測定した。本実 施例においては膜物性、品質を低下させる粉体、微粒子などの微細粒子の存在は 認められず、膜表面が平滑であることがわかる。密着性、耐摩耗性においては膜 表面にダストが付着した従来膜（比較例１）にくらべ飛躍的に向上することが明 らかに認められる。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【実施例２】 図２に示すように、実施例１と同様に真空槽２０中にはカソ−ド電極４と基材 ２が置かれ、ステンレス製フィルタ−２８を挿んでプラズマ発生手段を構成する ために必要なフィラメント電極８、アノ−ド電極１０が配置され、ガス導入口１ ４を通じて真空槽２０の外部から炭化水素ガスが導入可能な構造となっている。 ステンレス製フィルタ−２８は真空槽２０の横断面のほぼ全面に配設されており 、その結果真空槽２０は基材が配置された成膜部６とプラズマ発生手段が配置さ れたプラズマ発生部１２とに分離されており、それぞれに排気口１６、２６が設 けられている。さらに排気系にはバルブ２２が設けられており、成膜部６とプラ ズマ発生部１２との間の差圧を任意に調整できるように構成されている。本実施 例においては真空槽２０を４×１０^-5Ｔｏｒｒ程度の圧力まで真空排気した後 、ガス導入口１４よりモノマ−ガスとしてベンゼンを導入し、成膜部６の圧力を ２×１０^-3Ｔｏｒｒ、プラズマ発生部１２の圧力を８×１０^-2Ｔｏｒｒとす るようにバルブ２２で調整し、実施例１と同条件でステンレス基材上に硬質カ− ボン膜を厚さ３μｍ形成した。

【００１５】 本実施例により得られた硬質カ−ボン膜の成膜レ−トは、プラズマ発生部の圧 力を実施例１に比べ１桁高く設定しているので、ガスプラズマ中のイオン密度が 増加した効果により２倍となった。また実施例１と同様の評価試験を行なったと ころ、膜外観品質、密着性、耐摩耗性ともに実施例１と同様な結果が得られた。 すなわち膜の表面上のφ５０μｍ以上の微細粒子数は０であり、引っかき試験に よるを剥離開始荷重は５００ｇｆ、摩耗試験機に荷重３００ｇｆを印加した炭化 けい素＃８００の研磨紙による４００回往復テストでの摩耗量は０であった。本 実施例においては成膜レ−ト上昇によるサイクル時間が短縮され生産性が向上し たが、膜物性、品質を低下させる粉体、微粒子などの微細粒子の存在は認められ ず膜表面は平滑で、密着性、耐摩耗性においても実施例１と同等の結果が得られ た。

【００１６】 本実施例においてはステンレス鋼基材上に硬質カ−ボン膜を被覆形成したが、 鉄鋼系材料、銅合金材料など任意の材料を使用してもさしつかえなく、ガスプラ ズマ中でモノマ−ガスを電離、分解させ、モノマ−ガスイオンにより成膜を行う ならば、被覆形成する薄膜は硬質カ−ボン膜に限定する必要はなくいずれの薄膜 でもよい。また基材材料と被膜の間に基材の腐蝕防止やさらなる密着強度向上を 目的として中間層を導入してもよい。ここではモノマ−ガスとしてベンゼンを用 いたが、プラズマ中で分解可能なモノマ−ガスならばいずれのガスも使用可能で ある。カソ−ド電極に印加する直流電圧は−１ＫＶ以上であればいずれでもよい 。また反応ガスに熱電子を衝突させてプラズマを形成させているため、反応ガス プラズマ中に正のガスイオンを多数含有していて、これらが多数凝集成長したダ ストの中には正に帯電しているものも存在するため、これらダストを積極的に捕 捉することを目的としステンレスフィルタ−にカソ−ド電極とは独立に負の直流 電圧を印加してもよい。

【００１７】

【考案の効果】

本考案によれば、カソ−ド電極と初期プラズマ発生源の間にフィルタ−を挿入 することで各種基材上にダストの付着がない薄膜を被覆形成することができ、ま た装置構成によっては成膜レ−トを上昇させ生産性を高めることが可能となり、 被膜の外観品質、密着性、耐摩耗性が飛躍的に向上し、時計、眼鏡など装飾部品 への応用被膜とともにこれらが要求される機構機械部品などに施される被膜とし て格別の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例１における硬質カ−ボン膜の被
覆形成装置の模式図である。

【図２】本考案の実施例２における硬質カ−ボン膜の被
覆形成装置の模式図である。

【符号の説明】

２ 基材 ４ カソ−ド電極 ６ 成膜部 ８ フィラメント電極 １０ アノ−ド電極 １２ プラズマ発生部 １４ ガス導入口 １６ 排気口 １８ フィルタ− ２０ 真空槽 ２２ バルブ ２６ 排気口 ２８ フィルタ−

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 負電位が印加されるカソ−ド電極を有す
   る成膜部と、熱電子を放射するフィラメント電極と正電
   位が印荷されるアノ−ド電極との組み合わせからなるプ
   ラズマ発生手段を有するプラズマ発生部とが、ガス導入
   口と排気口とを備えた真空槽の内部に対向配置されてお
   り、導入ガスをプラズマにより分解してその生成物を前
   記カソ−ド電極の上に載置された基材の表面に成膜する
   プラズマＣＶＤ装置において、前記プラズマ発生電極と
   前記カソ−ド電極との間にダストを濾過するための微細
   なフィルタが配設されていることを特徴とするプラズマ
   ＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】 フィルタが真空槽の断面のほぼ全面を覆
   い、真空槽の内部を成膜部とプラズマ発生部とに２分割
   するように配設されていることを特徴とする請求項１に
   記載のプラズマＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】 排気口が成膜部とプラズマ発生部とに設
   けられており、各部の真空度が個別に調整できるように
   構成されていることを特徴とする請求項２に記載のプラ
   ズマＣＶＤ装置。