JPH0978240A - 硬質炭素被膜形成装置及び硬質炭素被膜形成基板の製造方法 - Google Patents
硬質炭素被膜形成装置及び硬質炭素被膜形成基板の製造方法Info
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- JPH0978240A JPH0978240A JP7233562A JP23356295A JPH0978240A JP H0978240 A JPH0978240 A JP H0978240A JP 7233562 A JP7233562 A JP 7233562A JP 23356295 A JP23356295 A JP 23356295A JP H0978240 A JPH0978240 A JP H0978240A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 一回の真空排気ごとに処理することができる
基板の量（枚数）を増加させるようにした硬質炭素被膜
形成装置を提供する。 【解決手段】 硬質炭素被膜形成装置の真空チャンバー
３内に、プラズマ発生部１７と、回転自在の基板ホルダ
ー２を内蔵した基板ホルダー内蔵部３ａとを設け、これ
らのプラズマ発生部１７と基板ホルダー内蔵部３ａとを
マイクロ波結合板１４を介して結合した
基板の量（枚数）を増加させるようにした硬質炭素被膜
形成装置を提供する。 【解決手段】 硬質炭素被膜形成装置の真空チャンバー
３内に、プラズマ発生部１７と、回転自在の基板ホルダ
ー２を内蔵した基板ホルダー内蔵部３ａとを設け、これ
らのプラズマ発生部１７と基板ホルダー内蔵部３ａとを
マイクロ波結合板１４を介して結合した
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気カミソリ等の
刃物、宝飾品、工業用工具及び薄膜ヘッド半導体材料の
表面に硬質炭素被膜を形成するための硬質炭素被膜形成
装置及び該装置を用いた硬質炭素被膜形成基板の製造方
法に関するものである。
刃物、宝飾品、工業用工具及び薄膜ヘッド半導体材料の
表面に硬質炭素被膜を形成するための硬質炭素被膜形成
装置及び該装置を用いた硬質炭素被膜形成基板の製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、マイクロ波放電によってプラズマ
を発生させ基板上に該プラズマを放射して硬質炭素被膜
を形成するようにした硬質炭素被膜形成装置が知られて
いる。このような装置の概要を示したのが図５である。
この装置では、真空チャンバー５３のプラズマ発生部５
３ａで発生したプラズマを、基板ホルダー内蔵部５３ｂ
に内蔵された基板５１に放射させることによって、この
上に硬質炭素被膜が形成されるようになっている。そし
て、処理前に真空排気を行い、処理後処理された基板５
１を取り出し、次に処理される基板５１を設置し再度真
空排気を行うといったように、一回の処理ごとに、真空
排気を行っている。
を発生させ基板上に該プラズマを放射して硬質炭素被膜
を形成するようにした硬質炭素被膜形成装置が知られて
いる。このような装置の概要を示したのが図５である。
この装置では、真空チャンバー５３のプラズマ発生部５
３ａで発生したプラズマを、基板ホルダー内蔵部５３ｂ
に内蔵された基板５１に放射させることによって、この
上に硬質炭素被膜が形成されるようになっている。そし
て、処理前に真空排気を行い、処理後処理された基板５
１を取り出し、次に処理される基板５１を設置し再度真
空排気を行うといったように、一回の処理ごとに、真空
排気を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、この装置の構成
では、図から了解されるようにプラズマの放射を受ける
ことができる面積は、真空チャンバー５３の横断面の断
面積が上限となり、これを越えることができなかった。
上記した真空排気の操作は手間を要するものであるが、
従来の装置では、このようにプラズマの放射を受けるこ
とができる面積に限りがあり、一回の真空排気ごとに処
理可能な基板の量に制限があった。すなわち、例えば、
上記断面積とほぼ同じ大きさの基板の場合、一回の真空
排気ごとに処理可能な枚数は一枚に限られていた。ま
た、基板の大きさを大きくした場合、装置全体の大きさ
も大きくする必要があり、好ましくなかった。このこと
から、装置を大型化することなく、一回の真空排気ごと
に処理される基板５１の数を増加させるような改良が望
まれていた。
では、図から了解されるようにプラズマの放射を受ける
ことができる面積は、真空チャンバー５３の横断面の断
面積が上限となり、これを越えることができなかった。
上記した真空排気の操作は手間を要するものであるが、
従来の装置では、このようにプラズマの放射を受けるこ
とができる面積に限りがあり、一回の真空排気ごとに処
理可能な基板の量に制限があった。すなわち、例えば、
上記断面積とほぼ同じ大きさの基板の場合、一回の真空
排気ごとに処理可能な枚数は一枚に限られていた。ま
た、基板の大きさを大きくした場合、装置全体の大きさ
も大きくする必要があり、好ましくなかった。このこと
から、装置を大型化することなく、一回の真空排気ごと
に処理される基板５１の数を増加させるような改良が望
まれていた。
【０００４】したがって、本発明の目的は、一回の真空
排気ごとに処理することができる基板の量（枚数）を増
加させるようにした硬質炭素被膜形成装置及び該装置を
用いた硬質炭素被膜形成基板製造方法を提供することに
ある。
排気ごとに処理することができる基板の量（枚数）を増
加させるようにした硬質炭素被膜形成装置及び該装置を
用いた硬質炭素被膜形成基板製造方法を提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、マイクロ波放電によって
プラズマを発生させ基板上にプラズマを放射して硬質炭
素被膜を形成するようにしてなる硬質炭素被膜形成装置
において、該装置の真空チャンバー内に、プラズマ発生
部と、回転自在の基板ホルダーを内蔵した基板ホルダー
内蔵部とを設け、これらのプラズマ発生部と基板ホルダ
ー内蔵部とをマイクロ波結合板を介して結合したことを
その要旨とする。
決するためになされたもので、マイクロ波放電によって
プラズマを発生させ基板上にプラズマを放射して硬質炭
素被膜を形成するようにしてなる硬質炭素被膜形成装置
において、該装置の真空チャンバー内に、プラズマ発生
部と、回転自在の基板ホルダーを内蔵した基板ホルダー
内蔵部とを設け、これらのプラズマ発生部と基板ホルダ
ー内蔵部とをマイクロ波結合板を介して結合したことを
その要旨とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる硬質炭素被
膜形成装置の実施の形態を添付図面を参照しながら説明
する。本実施の形態にかかる硬質炭素被膜形成装置の概要 図１は本発明の一実施の形態にかかる硬質炭素被膜形成
装置の概要を示す。図に示すように、この装置は、まず
主要な構成要素として真空チャンバー３とマイクロ波用
方形導波管１２とを備える。さらに、真空チャンバー３
は、基板ホルダー内蔵部３ａとプラズマ発生部１７とを
有し、これらをマイクロ波結合板１４を介して結合して
いる。換言すれば、基板ホルダー内蔵部３ａとプラズマ
発生部１７とは、マイクロ波結合板１４によって仕切ら
れている。プラズマ発生部１７は、上記マイクロ波用方
形導波管１２に直行し、基板ホルダー内蔵部３ａ内に
は、基板ホルダー２が内蔵されている。
膜形成装置の実施の形態を添付図面を参照しながら説明
する。本実施の形態にかかる硬質炭素被膜形成装置の概要 図１は本発明の一実施の形態にかかる硬質炭素被膜形成
装置の概要を示す。図に示すように、この装置は、まず
主要な構成要素として真空チャンバー３とマイクロ波用
方形導波管１２とを備える。さらに、真空チャンバー３
は、基板ホルダー内蔵部３ａとプラズマ発生部１７とを
有し、これらをマイクロ波結合板１４を介して結合して
いる。換言すれば、基板ホルダー内蔵部３ａとプラズマ
発生部１７とは、マイクロ波結合板１４によって仕切ら
れている。プラズマ発生部１７は、上記マイクロ波用方
形導波管１２に直行し、基板ホルダー内蔵部３ａ内に
は、基板ホルダー２が内蔵されている。
【０００７】上記マイクロ波結合板１４は、基板ホルダ
ー内蔵部３ａとプラズマ発生部１７とを仕切ることによ
り、高温となるプラズマ発生部１７からの混合ガスの流
入を防ぐ。また、この結合板１４には、開口部１６が設
けられている。プラズマ発生部１７にプラズマが発生し
たとき、この開口部１６より基板ホルダー２上の基板１
の上にプラズマが放射される。この開口部１６の大きさ
は、０．１〜１．２％の開口率が好ましく、形状として
は楕円状のスリットが好ましい。結合板１４を構成する
素材はＳＵＳ（ステンレス）、アルミニウム等が好まし
い。
ー内蔵部３ａとプラズマ発生部１７とを仕切ることによ
り、高温となるプラズマ発生部１７からの混合ガスの流
入を防ぐ。また、この結合板１４には、開口部１６が設
けられている。プラズマ発生部１７にプラズマが発生し
たとき、この開口部１６より基板ホルダー２上の基板１
の上にプラズマが放射される。この開口部１６の大きさ
は、０．１〜１．２％の開口率が好ましく、形状として
は楕円状のスリットが好ましい。結合板１４を構成する
素材はＳＵＳ（ステンレス）、アルミニウム等が好まし
い。
【０００８】基本ホルダー２は、上記内蔵部３ａ内にお
いて回転自在かつ着脱自在に支持されている。基板ホル
ダー２は八面の基板支持面２ａを有し、中心に回転軸を
有した糸巻き枠状に形成されている。この基板ホルダー
２は、図示を省略した公知の構成により、回転軸部分２
ｂに対し、枠全体を出し入れ自在に構成されている。こ
れによって内蔵部３ａにおいて着脱自在となっている。
基板ホルダー２の基板支持面２ａは、石英ガラス、窒化
ケイ素、炭化ケイ素、テフロン、モリブデン、ＰＮ入り
シリコーンゴム等の材料によって構成することができる
が、特に誘電特性の低い材料で構成することが好まし
い。基板１自体の構成素材としては、石英ガラス、窒化
ホウ素、アルミナ、窒化ホウ素入りシリコーンゴム等を
挙げることができる。また、基板１を基板ホルダー２に
固定する構成については特に制限はなく、従来当業者に
とって公知の手段を採用することができる。基板ホルダ
ー２は、１〜２０ｒｐｍ（好ましくは１〜１０ｒｐｍ）
の回転速度で回転することができる。この回転速度で１
〜８回転させるごとに（一回の真空排気ごとに）、基板
１に硬質炭素被膜を形成させることができる。回転数１
ｒｐｍ未満では基板ホルダー２の特定の基本板支持面に
しかプラズマを照射することができず、また、２０ｒｐ
ｍを越えると基板ホルダー２の各基板支持面２ａに対す
る照射時間が不足するため均一な膜厚の膜ができない。
いて回転自在かつ着脱自在に支持されている。基板ホル
ダー２は八面の基板支持面２ａを有し、中心に回転軸を
有した糸巻き枠状に形成されている。この基板ホルダー
２は、図示を省略した公知の構成により、回転軸部分２
ｂに対し、枠全体を出し入れ自在に構成されている。こ
れによって内蔵部３ａにおいて着脱自在となっている。
基板ホルダー２の基板支持面２ａは、石英ガラス、窒化
ケイ素、炭化ケイ素、テフロン、モリブデン、ＰＮ入り
シリコーンゴム等の材料によって構成することができる
が、特に誘電特性の低い材料で構成することが好まし
い。基板１自体の構成素材としては、石英ガラス、窒化
ホウ素、アルミナ、窒化ホウ素入りシリコーンゴム等を
挙げることができる。また、基板１を基板ホルダー２に
固定する構成については特に制限はなく、従来当業者に
とって公知の手段を採用することができる。基板ホルダ
ー２は、１〜２０ｒｐｍ（好ましくは１〜１０ｒｐｍ）
の回転速度で回転することができる。この回転速度で１
〜８回転させるごとに（一回の真空排気ごとに）、基板
１に硬質炭素被膜を形成させることができる。回転数１
ｒｐｍ未満では基板ホルダー２の特定の基本板支持面に
しかプラズマを照射することができず、また、２０ｒｐ
ｍを越えると基板ホルダー２の各基板支持面２ａに対す
る照射時間が不足するため均一な膜厚の膜ができない。
【０００９】さらに、基板ホルダー内蔵部３ａの周囲に
は、短柱状の内蔵部３ａの縦方向に沿って設けた熱線に
よって形成され、図示しない電源から動力を供給される
ことにより所定の波長の熱線を放出する遠赤外線の加熱
装置１５が装着されている。図に示すように、加熱装置
１５は、基板ホルダー２を囲むように内蔵部３ａの周囲
に配設されている。本実施の形態では、基板ホルダー２
に複数の基板１を固定し、かつ回転させるので保持され
た基板１の温度が必ずしも一様ではない。これに対処す
るために、このような遠赤外線加熱装置１５を設けてい
る。この装置１５を用いることにより、基板１の温度を
５０〜４００℃、好ましくは６０〜２５０℃に調整する
ことができる。具体的には、プラズマの直接放射される
基板支持面２ａにある基板１と、回転位置の相違により
１２５〜２５０ｍｍ離れた基板１との相互間の温度差を
５℃以下の極小にすることができる。したがって、隣合
った基板１同士の温度の差を５℃以下にすることによ
り、基板ホルダー２の各基板支持面２ａの基板１上の膜
の品質及び付着強度が向上する。遠赤外線加熱装置１５
は、２５μｍ〜１ｍｍの波長を有する加熱装置を用いる
のが好適である。２５μｍ未満にすると熱線でなくなる
ため、加熱できなくなり、１ｍｍを越えると、マイクロ
波領域となり、加熱、乾燥等が簡単にできなくなる。
は、短柱状の内蔵部３ａの縦方向に沿って設けた熱線に
よって形成され、図示しない電源から動力を供給される
ことにより所定の波長の熱線を放出する遠赤外線の加熱
装置１５が装着されている。図に示すように、加熱装置
１５は、基板ホルダー２を囲むように内蔵部３ａの周囲
に配設されている。本実施の形態では、基板ホルダー２
に複数の基板１を固定し、かつ回転させるので保持され
た基板１の温度が必ずしも一様ではない。これに対処す
るために、このような遠赤外線加熱装置１５を設けてい
る。この装置１５を用いることにより、基板１の温度を
５０〜４００℃、好ましくは６０〜２５０℃に調整する
ことができる。具体的には、プラズマの直接放射される
基板支持面２ａにある基板１と、回転位置の相違により
１２５〜２５０ｍｍ離れた基板１との相互間の温度差を
５℃以下の極小にすることができる。したがって、隣合
った基板１同士の温度の差を５℃以下にすることによ
り、基板ホルダー２の各基板支持面２ａの基板１上の膜
の品質及び付着強度が向上する。遠赤外線加熱装置１５
は、２５μｍ〜１ｍｍの波長を有する加熱装置を用いる
のが好適である。２５μｍ未満にすると熱線でなくなる
ため、加熱できなくなり、１ｍｍを越えると、マイクロ
波領域となり、加熱、乾燥等が簡単にできなくなる。
【００１０】さらに、本実施の形態にかかる硬質炭素被
膜形成装置は、従来の装置が備えている要素をも基本的
に備えている。すなわち、マイクロ波方形導波管１２
は、反射板４、インピーダンス整合用スタブを備えた自
動インピーダンス整合器、及びマグネトロン発振器１３
を備える。また、真空チャンバー３には、真空ポンプ５
及び圧力調節弁６が設けられている。さらに、１０、１
１は混合ガスを充填したボンベであり、１０は炭化水素
（メタン）、１１は水素ガスが充填されている。各々の
ボンベ１０、１１は流量調節弁を備えている。なお、こ
れらのボンベは、使用されるガスの種類に応じて増加さ
せることができる。
膜形成装置は、従来の装置が備えている要素をも基本的
に備えている。すなわち、マイクロ波方形導波管１２
は、反射板４、インピーダンス整合用スタブを備えた自
動インピーダンス整合器、及びマグネトロン発振器１３
を備える。また、真空チャンバー３には、真空ポンプ５
及び圧力調節弁６が設けられている。さらに、１０、１
１は混合ガスを充填したボンベであり、１０は炭化水素
（メタン）、１１は水素ガスが充填されている。各々の
ボンベ１０、１１は流量調節弁を備えている。なお、こ
れらのボンベは、使用されるガスの種類に応じて増加さ
せることができる。
【００１１】プラズマの照射条件等のその他の操作条件 次に、上記した装置を用いた硬質炭素被膜形成基板の製
造方法に関し、プラズマ照射条件等のその他の操作条件
について説明する。プラズマの照射条件は、基板１の材
質及び作成する膜の品質にも異なるが、１０ＭＨｚ〜３
０ＧＨｚ、好ましくは９００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの周波数
で、電力は２００Ｗ〜５ｋＷである。真空チャンバー３
内の混合ガスによる内圧は、１０-2〜１０3 好ましくは
１０ -1〜３００Ｔｏｒｒにする。原料ガスとしては、ガ
ス状の炭化水素、具体的には、炭素数３以下の炭化水
素、好ましくはメタンガスを用い、これに加えて、水素
ガス、もしくはアルゴンガスのうちの一種以上を用い
る。好ましいガス組成は、水素、メタンの２成分系で
は、メタン １０〜３０容量％、水素：残部である。ガ
スの供給は、プラズマ発生部の容積によっても異なる
が、５〜３０ｃｃ／ｍｉｎの供給量が好ましい。
造方法に関し、プラズマ照射条件等のその他の操作条件
について説明する。プラズマの照射条件は、基板１の材
質及び作成する膜の品質にも異なるが、１０ＭＨｚ〜３
０ＧＨｚ、好ましくは９００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの周波数
で、電力は２００Ｗ〜５ｋＷである。真空チャンバー３
内の混合ガスによる内圧は、１０-2〜１０3 好ましくは
１０ -1〜３００Ｔｏｒｒにする。原料ガスとしては、ガ
ス状の炭化水素、具体的には、炭素数３以下の炭化水
素、好ましくはメタンガスを用い、これに加えて、水素
ガス、もしくはアルゴンガスのうちの一種以上を用い
る。好ましいガス組成は、水素、メタンの２成分系で
は、メタン １０〜３０容量％、水素：残部である。ガ
スの供給は、プラズマ発生部の容積によっても異なる
が、５〜３０ｃｃ／ｍｉｎの供給量が好ましい。
【００１２】本実施の形態にかかる硬質炭素被膜形成装
置の操作 次に、本実施の形態にかかる硬質炭素被膜形成装置の操
作方法を説明する。まず、基板ホルダー２に照射させる
基板１を固定した後、基板ホルダー２を真空チャンバー
３をしめて、真空ポンプ５を稼働させて、圧力調節弁６
を調節して１０-2〜１０1 Ｔｏｒｒまで真空にした後、
真空チャンバー３内にボンベ１０、１１等からの混合ガ
スを導入し、内圧を１０-2〜１０3 好ましくは１０-1〜
３００Ｔｏｒｒに調節する。その後、高周波電源を入
れ、負荷電力を入れ、マイクロ波用方形導波管１２のマ
グネトロン発振器１３を発振させ、プラズマ発生部１７
でプラズマを発生させる。この際、反射板４及び整合器
８で整合を取る。プラズマは結合板１４の開口部１６よ
り、基板ホルダー２側に向かって通過し、基板ホルダー
２上の基板１に照射される。回転自在の基板ホルダー２
は数回／分で回転するため、基板ホルダー２に設置され
ている各基板１は結合板の正面にきたとき、プラズマの
照射を直接受ける。また、正面にない基板ホルダー２上
の他の基板１はプラズマ照射を直接受けないので、プラ
ズマ照射による温度上昇はない。しかし、これらの箇所
では遠赤外線の加熱により、常に一定の温度に保たれ
る。このようにして、基板１の温度ムラを防ぎ、硬質炭
素被膜の硬度ムラ、付着強度ムラ等を防ぎながら、一度
の真空排気ごとに、複数枚の基板１を処理することがで
き、大量のダイヤモンド多結晶膜の合成被膜形成を行う
ことができる。
置の操作 次に、本実施の形態にかかる硬質炭素被膜形成装置の操
作方法を説明する。まず、基板ホルダー２に照射させる
基板１を固定した後、基板ホルダー２を真空チャンバー
３をしめて、真空ポンプ５を稼働させて、圧力調節弁６
を調節して１０-2〜１０1 Ｔｏｒｒまで真空にした後、
真空チャンバー３内にボンベ１０、１１等からの混合ガ
スを導入し、内圧を１０-2〜１０3 好ましくは１０-1〜
３００Ｔｏｒｒに調節する。その後、高周波電源を入
れ、負荷電力を入れ、マイクロ波用方形導波管１２のマ
グネトロン発振器１３を発振させ、プラズマ発生部１７
でプラズマを発生させる。この際、反射板４及び整合器
８で整合を取る。プラズマは結合板１４の開口部１６よ
り、基板ホルダー２側に向かって通過し、基板ホルダー
２上の基板１に照射される。回転自在の基板ホルダー２
は数回／分で回転するため、基板ホルダー２に設置され
ている各基板１は結合板の正面にきたとき、プラズマの
照射を直接受ける。また、正面にない基板ホルダー２上
の他の基板１はプラズマ照射を直接受けないので、プラ
ズマ照射による温度上昇はない。しかし、これらの箇所
では遠赤外線の加熱により、常に一定の温度に保たれ
る。このようにして、基板１の温度ムラを防ぎ、硬質炭
素被膜の硬度ムラ、付着強度ムラ等を防ぎながら、一度
の真空排気ごとに、複数枚の基板１を処理することがで
き、大量のダイヤモンド多結晶膜の合成被膜形成を行う
ことができる。
【００１３】他の実施の形態 本発明による硬質炭素被膜形成装置について、その実施
の形態は、上記図１に基づいて説明した装置に限られな
い。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変
形・変更・修飾・付加を行ったものも含まれる。例え
ば、以下のような形態も本発明の範囲に含まれる。 (1) 上記実施の形態において、基板支持面２ａの数は、
八としたが、特にこれに制限はない。もっとも、回転の
制御の容易さから、偶数個であることが好ましい。 (2) さらに、上記実施の形態では、加熱装置１５を設け
ているが、製品仕様として要求される水準によっては、
これを不要とすることもできる。例えば、図４に示すよ
うに、加熱装置１５を除いた構成も、本発明の範囲に含
まれる。なお、図４において、図１と同一の符合を付し
た要素は同一の機能を果たす。 (3) なおまた、従来の図５と同様の装置に、加熱装置１
５のみを装着した装置も考えられる。しかし、このよう
な装置では、温度制御は容易となるが、一回の真空排気
ごとの基板の処理量は増えない。
の形態は、上記図１に基づいて説明した装置に限られな
い。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変
形・変更・修飾・付加を行ったものも含まれる。例え
ば、以下のような形態も本発明の範囲に含まれる。 (1) 上記実施の形態において、基板支持面２ａの数は、
八としたが、特にこれに制限はない。もっとも、回転の
制御の容易さから、偶数個であることが好ましい。 (2) さらに、上記実施の形態では、加熱装置１５を設け
ているが、製品仕様として要求される水準によっては、
これを不要とすることもできる。例えば、図４に示すよ
うに、加熱装置１５を除いた構成も、本発明の範囲に含
まれる。なお、図４において、図１と同一の符合を付し
た要素は同一の機能を果たす。 (3) なおまた、従来の図５と同様の装置に、加熱装置１
５のみを装着した装置も考えられる。しかし、このよう
な装置では、温度制御は容易となるが、一回の真空排気
ごとの基板の処理量は増えない。
【００１４】次に、本発明の技術的効果を試すために行
った実施例・比較例を以下に示す。実施例１ 図１について説明した硬質炭素被膜形成装置においてさ
らに一酸化炭素ボンベを装着した装置を用いて被膜を形
成した。Ｈ（縦）８０ｍ／ｍ×Ｗ（横）１５０ｍ／ｍ×
Ｔ（厚さ）２ｍ／ｍのＳＵＳの基板１を基板ホルダー２
の八面に１ケずつ計８枚取付け、真空チャンバー３内の
圧力を０．０２Ｔｏｒｒまで下げた。次に、混合ガス
〔組成ＣＨ4 ：Ｈ2 ＝５：１５（ｃｃ／ｍｉｎ）〕を真
空チャンバー３内に導入して圧力を０．２Ｔｏｒｒにし
た。２．４５ＧＨｚの高周波電力の電源を入れ、負荷電
力１．５ｋｗになるように設定し、プラズマを発生させ
た。プラズマは結合板（１１６ｍｍ×１１６ｍｍ）１４
に設けられた穴（９φ×４φ、開口率０．２１％）１６
を通して基板１に照射した。また、導入したガスはプラ
ズマによって分解されて基板１に照射された。真空チャ
ンバー３に付けられた加熱装置（２５μｍ遠赤外線加熱
装置）１５を調節して基板ホルダー２内の基板表面の温
度が１５０℃となるようにした。照射を６０分行ない、
厚さ１．５μｍの硬質炭素膜が作製された。このとき基
板ホルダー２を５回転／分で行ない、基板ホルダー２の
各基板支持面２ａ（八面）上の基板１に厚さ１．５μｍ
の硬質炭素膜ができた。被膜のマイクロビッカース硬度
（ＪＩＳ Ｚ２２４４）を測定した結果を、図３に示
す。
った実施例・比較例を以下に示す。実施例１ 図１について説明した硬質炭素被膜形成装置においてさ
らに一酸化炭素ボンベを装着した装置を用いて被膜を形
成した。Ｈ（縦）８０ｍ／ｍ×Ｗ（横）１５０ｍ／ｍ×
Ｔ（厚さ）２ｍ／ｍのＳＵＳの基板１を基板ホルダー２
の八面に１ケずつ計８枚取付け、真空チャンバー３内の
圧力を０．０２Ｔｏｒｒまで下げた。次に、混合ガス
〔組成ＣＨ4 ：Ｈ2 ＝５：１５（ｃｃ／ｍｉｎ）〕を真
空チャンバー３内に導入して圧力を０．２Ｔｏｒｒにし
た。２．４５ＧＨｚの高周波電力の電源を入れ、負荷電
力１．５ｋｗになるように設定し、プラズマを発生させ
た。プラズマは結合板（１１６ｍｍ×１１６ｍｍ）１４
に設けられた穴（９φ×４φ、開口率０．２１％）１６
を通して基板１に照射した。また、導入したガスはプラ
ズマによって分解されて基板１に照射された。真空チャ
ンバー３に付けられた加熱装置（２５μｍ遠赤外線加熱
装置）１５を調節して基板ホルダー２内の基板表面の温
度が１５０℃となるようにした。照射を６０分行ない、
厚さ１．５μｍの硬質炭素膜が作製された。このとき基
板ホルダー２を５回転／分で行ない、基板ホルダー２の
各基板支持面２ａ（八面）上の基板１に厚さ１．５μｍ
の硬質炭素膜ができた。被膜のマイクロビッカース硬度
（ＪＩＳ Ｚ２２４４）を測定した結果を、図３に示
す。
【００１５】実施例２ 実施例１記載の装置を用いて真空チャンバー３内の８面
の基板ホルダー２に巾約２ｃｍ、長さ４．５ｃｍの楕円
形をしたメノウでできたカメオ４ヶを前に２ヶ後に２ヶ
の長方形にして前後左右５ｍｍずつ空けて並べて取付け
た後、真空チャンバー３内を真空ポンプ５×１０-3Ｔｏ
ｒｒになる様にした後、メタン５ｃｃ／ｍｉｎ、水素１
５ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを導入して真空チャンバー３
内が１×１０-1Ｔｏｒｒになる様にした。その後高周波
電源を入れて周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を０．
８ｋｗ投入しプラズマを発生させた。結合板１４の穴を
通してプラズマが基板のカメオに放射された。途中被膜
を均一にするためカメオを裏がえして被膜厚を調整し
た。放射時間は１３分間、この時のカメオの温度は２０
０℃となる様に真空チャンバー３の側面についている遠
赤外線の加熱装置２０ｗ×３ヶ／面を調節した。基板ホ
ルダーは一面が１３分間となる様にして回転させた。各
面が１３分間ずつ処理が終了した後、１真空排気が終了
した。なお、回転は、１面１３分間にするか又は４回／
分の回転数で回しても良好であった。１真空排気終了後
は真空チャンバー３内を常圧に戻し、真空チャンバー３
内の基板ホルダーよりカメオを取り除いて取り出した。
取り出したカメオを紫外線（約２５０ｎｍ）を当て耐候
試験を３日間行ったところ、処理を行ってないカメオは
脱色するが処理したカメオは脱色が見られなかった。紫
外線が吸収されたものと思われる。この時にできている
硬質炭素被膜の膜厚は７００Åであった。
の基板ホルダー２に巾約２ｃｍ、長さ４．５ｃｍの楕円
形をしたメノウでできたカメオ４ヶを前に２ヶ後に２ヶ
の長方形にして前後左右５ｍｍずつ空けて並べて取付け
た後、真空チャンバー３内を真空ポンプ５×１０-3Ｔｏ
ｒｒになる様にした後、メタン５ｃｃ／ｍｉｎ、水素１
５ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを導入して真空チャンバー３
内が１×１０-1Ｔｏｒｒになる様にした。その後高周波
電源を入れて周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を０．
８ｋｗ投入しプラズマを発生させた。結合板１４の穴を
通してプラズマが基板のカメオに放射された。途中被膜
を均一にするためカメオを裏がえして被膜厚を調整し
た。放射時間は１３分間、この時のカメオの温度は２０
０℃となる様に真空チャンバー３の側面についている遠
赤外線の加熱装置２０ｗ×３ヶ／面を調節した。基板ホ
ルダーは一面が１３分間となる様にして回転させた。各
面が１３分間ずつ処理が終了した後、１真空排気が終了
した。なお、回転は、１面１３分間にするか又は４回／
分の回転数で回しても良好であった。１真空排気終了後
は真空チャンバー３内を常圧に戻し、真空チャンバー３
内の基板ホルダーよりカメオを取り除いて取り出した。
取り出したカメオを紫外線（約２５０ｎｍ）を当て耐候
試験を３日間行ったところ、処理を行ってないカメオは
脱色するが処理したカメオは脱色が見られなかった。紫
外線が吸収されたものと思われる。この時にできている
硬質炭素被膜の膜厚は７００Åであった。
【００１６】比較例１ 実施例と同様のＳＵＳの基板１を使って図４の装置（一
酸化炭素ボンベを装着したもの）にて、ＳＵＳの基板硬
質炭素膜を作製した。実施例と異なって真空チャンバー
３内に加熱装置１５が付いていないため基板ホルダー２
の基板１の表面温度はプラズマ照射場所で１５０℃とな
るように設定したが、基板ホルダー２の回転数が５回転
／分なので、プラズマ照射場所より一番離れた場所で
は、図２の温度分布のごとく最高２５℃も下がってしま
った。このようにして作製したＳＵＳ基板１の表面の硬
質炭素膜は、均質なものでなくマイクロビッカース硬度
を測定した結果は図３の通りとなった。
酸化炭素ボンベを装着したもの）にて、ＳＵＳの基板硬
質炭素膜を作製した。実施例と異なって真空チャンバー
３内に加熱装置１５が付いていないため基板ホルダー２
の基板１の表面温度はプラズマ照射場所で１５０℃とな
るように設定したが、基板ホルダー２の回転数が５回転
／分なので、プラズマ照射場所より一番離れた場所で
は、図２の温度分布のごとく最高２５℃も下がってしま
った。このようにして作製したＳＵＳ基板１の表面の硬
質炭素膜は、均質なものでなくマイクロビッカース硬度
を測定した結果は図３の通りとなった。
【００１７】比較例２ 図５の従来のμ−ＣＶＤ装置（一酸化炭素ボンベを含
む）を使って硬質炭素膜を作製する場合であって、真空
チャンバー５３がプラズマ発生場所と同じなため実施例
や前述の比較例１と異なり、Ｈ６９ｍ／ｍ×Ｗ６０ｍ／
ｍ×Ｔ２ｍ／ｍのＳＵＳ基板５１を基板ホルダー５２に
１枚取付け、真空チャンバー５３内の圧力を０．０２Ｔ
ｏｒｒまで下げた。次に実施例と同様に混合ガス（組
成：ＣＨ4 ：Ｈ2 ：ＣＯ＝３：９６：１）を真空チャン
バー５３内に導入し、圧力を０．２Ｔｏｒｒにした。
２．４５ＧＨｚの高周波電力の電源を入れ、負荷電力３
００Ｗになるよう設定しプラズマを発生させた。プラズ
マは結合板１４に設けられた穴（８φ）を通じて基板５
１に照射された。基板５１の温度は１５０であった。真
空チャンバー５３内で基板５１を回転（５回転／分）さ
せ、硬質炭素膜を形成させた。この比較例２では真空チ
ャンバー５３の寸法の関係から基板５１のサイズが小さ
く、また一回の真空排気での生産量が少なく実験用とし
か使えなかった。ただし、膜質をマイクロビッカース硬
度計で調べたところ実施例と同じであった。
む）を使って硬質炭素膜を作製する場合であって、真空
チャンバー５３がプラズマ発生場所と同じなため実施例
や前述の比較例１と異なり、Ｈ６９ｍ／ｍ×Ｗ６０ｍ／
ｍ×Ｔ２ｍ／ｍのＳＵＳ基板５１を基板ホルダー５２に
１枚取付け、真空チャンバー５３内の圧力を０．０２Ｔ
ｏｒｒまで下げた。次に実施例と同様に混合ガス（組
成：ＣＨ4 ：Ｈ2 ：ＣＯ＝３：９６：１）を真空チャン
バー５３内に導入し、圧力を０．２Ｔｏｒｒにした。
２．４５ＧＨｚの高周波電力の電源を入れ、負荷電力３
００Ｗになるよう設定しプラズマを発生させた。プラズ
マは結合板１４に設けられた穴（８φ）を通じて基板５
１に照射された。基板５１の温度は１５０であった。真
空チャンバー５３内で基板５１を回転（５回転／分）さ
せ、硬質炭素膜を形成させた。この比較例２では真空チ
ャンバー５３の寸法の関係から基板５１のサイズが小さ
く、また一回の真空排気での生産量が少なく実験用とし
か使えなかった。ただし、膜質をマイクロビッカース硬
度計で調べたところ実施例と同じであった。
【００１８】実施例・比較例の解析 図１の装置を用いた実施例と図４の装置を用いた比較例
１では、基板表面温度が図２のごとく異なり、加熱装置
のない場合では明らかにプラズマ直射の位置にある基板
１と全く照らない位置にある基板１とでは、基板温度の
差が最大２５℃くらいまで異なる。このような加熱装置
１５を持っているものと持っていないものでは基板表面
温度の差が最大２５℃程になる。このため、基板１にコ
ートされた膜も異なったものができ、例えば、膜のマイ
クロビッカース硬度においても最大約８００ＨＶの差が
できている。また、図５の装置を用いた比較例２の場合
については、図１の場合と比較すると、回転自在な多く
の基板支持面を持つ基板ホルダーを使えず、一面のみの
基板ホルダーとなってしまう。このため、基板ホルダー
の構造から生産性が劣り、１／２〜１／８の生産量とな
ってしまう。このように、本発明の装置を用いることに
より、基板に厚さ０．０１〜２０μｍの均質な硬質炭素
膜を効率良く形成することができる。
１では、基板表面温度が図２のごとく異なり、加熱装置
のない場合では明らかにプラズマ直射の位置にある基板
１と全く照らない位置にある基板１とでは、基板温度の
差が最大２５℃くらいまで異なる。このような加熱装置
１５を持っているものと持っていないものでは基板表面
温度の差が最大２５℃程になる。このため、基板１にコ
ートされた膜も異なったものができ、例えば、膜のマイ
クロビッカース硬度においても最大約８００ＨＶの差が
できている。また、図５の装置を用いた比較例２の場合
については、図１の場合と比較すると、回転自在な多く
の基板支持面を持つ基板ホルダーを使えず、一面のみの
基板ホルダーとなってしまう。このため、基板ホルダー
の構造から生産性が劣り、１／２〜１／８の生産量とな
ってしまう。このように、本発明の装置を用いることに
より、基板に厚さ０．０１〜２０μｍの均質な硬質炭素
膜を効率良く形成することができる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、温度ムラ等による欠陥
のない均質の硬質炭素被膜を設けた製品を一回の真空排
気で大量に生産できる装置が提供される。この装置によ
って形成される硬質炭素被膜は、使用できる温度範囲が
広く、付着強度も大きい。したがって、電気カミソリ等
の刃物、宝飾品、工業用具及び薄物ヘッド半導体材料等
の表面に好適に適用することができ、広い分野の産業界
に貢献することができる。また、この装置は、ダイヤモ
ンド状炭素やダイヤモンドの被膜形成装置としても応用
することができる。
のない均質の硬質炭素被膜を設けた製品を一回の真空排
気で大量に生産できる装置が提供される。この装置によ
って形成される硬質炭素被膜は、使用できる温度範囲が
広く、付着強度も大きい。したがって、電気カミソリ等
の刃物、宝飾品、工業用具及び薄物ヘッド半導体材料等
の表面に好適に適用することができ、広い分野の産業界
に貢献することができる。また、この装置は、ダイヤモ
ンド状炭素やダイヤモンドの被膜形成装置としても応用
することができる。
【図１】本発明かかる硬質炭素被膜形成装置の一実施の
形態を説明する概念図である。
形態を説明する概念図である。
【図２】実施例及び比較例１における基板の温度分布を
示すグラフである。縦軸は、硬度を示す。時計まわり方
向に基板の装着位置の順番を割当て、横軸に各装着位置
を示す。
示すグラフである。縦軸は、硬度を示す。時計まわり方
向に基板の装着位置の順番を割当て、横軸に各装着位置
を示す。
【図３】実施例及び比較例１における基板の硬度を示す
グラフである。縦軸は、硬度を示す。時計まわり方向に
基板の装着位置の順番を割当て、横軸に各装着位置を示
す。
グラフである。縦軸は、硬度を示す。時計まわり方向に
基板の装着位置の順番を割当て、横軸に各装着位置を示
す。
【図４】本発明かかる硬質炭素被膜形成装置の他の実施
の形態を説明する概念図である。
の形態を説明する概念図である。
【図５】従来の硬質炭素被膜形成装置を示す概念図であ
る。
る。
１ 基板 ２ 基板ホルダー ３ 加熱装置付真空チャンバー ４ 反射板 ５ 真空ポンプ ６ 圧力調整弁 ７ インピーダンス整合用スタブ ８ 自動インピーダンス整合器 ９ 流量調節弁 １０ 炭化水素ガスボンベ １１ 水素ガスボンベ １２ マイクロ波用方形導波管 １３ マグネトロン発振器 １４ 結合板 １５ 遠赤外線加熱装置 １６ 開口部 １７ プラズマ発生部
Claims (4)
- 【請求項１】 マイクロ波放電によってプラズマを発生
させ基板上にプラズマを放射して硬質炭素被膜を形成す
るようにしてなる硬質炭素被膜形成装置において、該装
置の真空チャンバー内に、プラズマ発生部と、回転自在
の基板ホルダーを内蔵した基板ホルダー内蔵部とを設
け、これらのプラズマ発生部と基板ホルダー内蔵部とを
マイクロ波結合板を介して結合したことを特徴とする硬
質炭素被膜形成装置。 - 【請求項２】 上記基板ホルダー内蔵部に遠赤外線加熱
装置を設けたことを特徴とする請求項１の硬質炭素被膜
形成装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の硬質炭素被膜形
成装置において、上記プラズマ発生部に混合ガスを供給
すると共に、マイクロ波を導入してプラズマを発生さ
せ、発生したプラズマを基板上に放射して該基板上に硬
質炭素被膜を形成するようにしたことを特徴とする請求
項１又は２の硬質炭素被膜形成装置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか一の硬質炭
素被膜形成装置を用いて基板上に硬質炭素被膜を形成さ
せることを特徴とする硬質炭素被膜形成基板の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233562A JPH0978240A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 硬質炭素被膜形成装置及び硬質炭素被膜形成基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233562A JPH0978240A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 硬質炭素被膜形成装置及び硬質炭素被膜形成基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0978240A true JPH0978240A (ja) | 1997-03-25 |
Family
ID=16957019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7233562A Pending JPH0978240A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 硬質炭素被膜形成装置及び硬質炭素被膜形成基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0978240A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7132621B2 (en) | 2002-05-08 | 2006-11-07 | Dana Corporation | Plasma catalyst |
| US7189940B2 (en) | 2002-12-04 | 2007-03-13 | Btu International Inc. | Plasma-assisted melting |
| US7432470B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-10-07 | Btu International, Inc. | Surface cleaning and sterilization |
| US7445817B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-11-04 | Btu International Inc. | Plasma-assisted formation of carbon structures |
| US7465362B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-12-16 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted nitrogen surface-treatment |
| US7494904B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-02-24 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted doping |
| US7497922B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-03-03 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted gas production |
| US7498066B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-03-03 | Btu International Inc. | Plasma-assisted enhanced coating |
| US7560657B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-07-14 | Btu International Inc. | Plasma-assisted processing in a manufacturing line |
| US7638727B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-12-29 | Btu International Inc. | Plasma-assisted heat treatment |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63107898A (ja) * | 1986-10-23 | 1988-05-12 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | プラズマを用いるダイヤモンドの合成法 |
| JPS63235480A (ja) * | 1987-03-24 | 1988-09-30 | Res Dev Corp Of Japan | マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 |
| JPH04214094A (ja) * | 1990-04-26 | 1992-08-05 | Hitachi Ltd | 合成ダイヤモンド薄膜の製法、該薄膜及びそれを用いた装置 |
| JPH0762539A (ja) * | 1993-08-23 | 1995-03-07 | Sanyo Electric Co Ltd | ダイヤモンド状被膜形成方法 |
-
1995
- 1995-09-12 JP JP7233562A patent/JPH0978240A/ja active Pending
Patent Citations (4)
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| US7498066B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-03-03 | Btu International Inc. | Plasma-assisted enhanced coating |
| US7214280B2 (en) | 2002-05-08 | 2007-05-08 | Btu International Inc. | Plasma-assisted decrystallization |
| US7227097B2 (en) | 2002-05-08 | 2007-06-05 | Btu International, Inc. | Plasma generation and processing with multiple radiation sources |
| US7309843B2 (en) | 2002-05-08 | 2007-12-18 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted joining |
| US7432470B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-10-07 | Btu International, Inc. | Surface cleaning and sterilization |
| US7638727B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-12-29 | Btu International Inc. | Plasma-assisted heat treatment |
| US7494904B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-02-24 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted doping |
| US7132621B2 (en) | 2002-05-08 | 2006-11-07 | Dana Corporation | Plasma catalyst |
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| US7592564B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-09-22 | Btu International Inc. | Plasma generation and processing with multiple radiation sources |
| US7608798B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-10-27 | Btu International Inc. | Plasma catalyst |
| US7189940B2 (en) | 2002-12-04 | 2007-03-13 | Btu International Inc. | Plasma-assisted melting |
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