JPH10203897A - 薄膜形成における前処理方法および薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基材と密着性を良くするための基材の前処理
方法および簡略、低コストの薄膜形成装置を得る。 【解決手段】 まず、基材３表面に水素イオンを照射す
る。水素イオンによる還元反応により、基材３表面の不
純物などに対してクリーニングが行われる。続いて、そ
の基材３に解離された炭素と炭素イオンおよび解離され
た水素と水素イオンを照射し、ダイヤモンドライクカー
ボン（ＤＬＣ）薄膜８０を形成する。また、ＤＬＣ薄膜
形成装置のガスイオン源に導入するガスをクリーニング
用またはＤＬＣ薄膜形成用に切り換える切換手段を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばダイヤモ
ンドライクカーボン薄膜などの薄膜の形成における前処
理方法および薄膜形成装置に関するものであり、特に基
材のクリーニング処理方法およびそれを行うに適した薄
膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、金型、工具、摺動部材、光・
磁気ディスク装置の記録媒体などの表面を保護するハー
ドコーティング膜として、ダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）薄膜の利用が図られている。図１８は、例え
ば特開昭６３−１８５８９３号公報に示された従来のマ
イクロ波プラズマを用いたＤＬＣ薄膜形成装置の断面図
である。図において、１は内部を真空に保つ真空槽、１
０１は真空槽１内で基材３を保持する基材ホルダー、６
１は基材ホルダー１０１に設けられて基材３を加熱する
ヒーター、１０３、１０４は真空槽１内へ反応ガスを導
入するための反応ガス導入口、１０２は真空槽１内へマ
イクロ波を印加するための導波管、１０５は真空槽１内
に磁界を生じさせる電磁石である。

【０００３】次に動作について説明する。真空槽１内で
基材ホルダー１０１に基材３を保持させる。次いで、ヒ
ーター６により基材３を３００〜９００℃に加熱すると
ともに、真空槽１内の真空度を１０^-3〜１０^-5Ｔｏｒｒ
に保持する。続いて反応ガス導入口１０３および１０４
からＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂などの反応ガスを真空槽１内に供給
し、電磁石１０５により真空槽１内に磁場を印加すると
ともに、導波管１０２から出力３００〜６００Ｗのマイ
クロ波を印加して真空槽１内にマイクロ波プラズマを発
生させ、励起炭素が基材３上に到達することにより、基
材３上にＤＬＣ薄膜を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のプ
ラズマＣＶＤを用いたダイヤモンドライクカーボン（Ｄ
ＬＣ）薄膜形成装置および形成方法では、基材への薄膜
の密着性が悪いという問題があった。本発明は、上記の
ような問題点を解決するためになされたもので、基材と
の密着性を良くするための基材の前処理方法および簡
略、低コストの薄膜形成装置を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る薄膜形成における前処理方法は、薄膜の成膜前に基材
表面への水素イオン照射によるクリーニング処理を行う
ものである。請求項２に係る前処理方法は、成膜前に不
活性ガスイオン照射によるクリーニング処理、および水
素イオン照射によるクリーニング処理を行うものであ
る。

【０００６】請求項３に係る前処理方法は、成膜前に不
活性ガスイオンと水素イオンとの混合ガスイオン照射に
よるクリーニング処理を行うものである。請求項４に係
る前処理方法は、成膜前に不活性ガスイオン照射による
クリーニング処理、および不活性ガスイオンと水素ガス
との混合ガスイオン照射によるクリーニング処理を行う
ものである。

【０００７】請求項５に係る前処理方法は、ダイヤモン
ドライク（ＤＬＣ）薄膜の成膜前に上記のクリーニング
処理を行うものである。請求項６に係る前処理方法は、
シリコンなどの下地層の形成およびＤＬＣ薄膜の成膜の
前に上記のクリーニングを行うものである。請求項７に
係る前処理方法は、炭素を含んだ処理層の形成およびＤ
ＬＣ薄膜の成膜の前に上記のクリーニングを行うもので
ある。請求項８に係るダイヤモンドライクカーボン薄膜
形成装置は、ガスイオン源への導入ガスを、クリーニン
グ用あるいは成膜用に切り換えできる切換手段を備えた
ものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の一実施の形態を図につ
いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１における
ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜形成のプロ
セスを模式的に示す説明図であり、まず前処理として基
材に対して水素イオン照射によるクリーニング処理を行
った後、ＤＬＣ薄膜の成膜を行う場合を示す。図におい
て、３は例えば超硬合金のような基材、８０は基材３上
に形成されたＤＬＣ薄膜である。

【０００９】次にその詳細について説明する。図２はこ
の実施の形態において用いるのに適したＤＬＣ薄膜形成
装置の断面図である。図において、１は内部を真空に保
持する真空槽、２は真空槽１内の排気を行う排気系、４
は真空槽１内で基材３をその蒸着面（薄膜形成面）を下
向きにして保持する基材ホルダー、５は後述の加速電極
１５に対して、基材ホルダー４を経由して基材３にバイ
アス電圧を印加するバイアス手段、６は基材ホルダー４
に設けられて基材３を加熱、冷却してその温度を調整す
る基材温度調整機構、７は真空槽１と基材ホルダー４の
間を電気的に絶縁する絶縁セラミック、１００は基材３
を回転させる回転機構である。

【００１０】１０は真空槽１内で基材３に対向してその
下方に設けられたガスイオン源、１１は内部に反応ガス
が導入される反応ガス導入室で、イオンなどを放出で
き、かつ流路抵抗を大きくして真空槽１との間に差圧が
与えられるように、基材３に向かってオリフィス（図示
せず）が設けられている。１２は反応ガス導入室１１内
に設けられて例えばタングステンワイヤで構成された熱
電子放出手段、１３は平行配置された細い金属線で構成
され、反応ガス導入室１１内に設けられた熱電子引出し
電極、１４は反応ガス導入室１１につながってその内部
に反応ガスを導入する反応ガス導入管、１５は反応ガス
導入室１１の外側に設けられて基材３に向けてイオンを
加速する加速電極であり、反応ガス導入室１１、熱電子
放出手段１２、熱電子引出し電極１３、反応ガス導入管
１４および加速電極１５でガスイオン源１０を構成して
いる。１６は反応ガス導入管に接続された配管の途中に
設けられた切換手段としてのバルブである。なお、バイ
アス手段５の一端、真空槽１、加速電極１５は接地して
いる。

【００１１】次に動作について説明する。ＤＬＣ薄膜の
形成に先立って前処理を行う。まず、基材ホルダー４に
基材３を取り付け、排気系２により真空槽１内を１×１
０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度に排気した後、基材温度調整
機構６により基材３の温度を３００℃程度に調整する。
そして基材３の表面のクリーニング処理のために、バル
ブ１６の一方を開、他方を閉にし、水素ガスを反応ガス
導入管１４から反応ガス導入室１１へ導入して、反応ガ
ス導入室１１内の真空度を１×１０^-2〜１×１０^-1Ｔｏ
ｒｒにする。

【００１２】そして、熱電子放出手段１２を作動させ、
図示しない電源により熱電子放出手段１２に対して熱電
子引出し電極１３に＋５０〜８００Ｖ程度のバイアス電
圧を印加する。また、ガスイオン源１０からイオンを引
き出すために、加速電極１５に対し、つまり接地電位に
対して熱電子放出手段１２に＋２００〜５００Ｖ程度の
電圧を図示しない電源により印加しておく。熱電子放出
手段１２から放出された電子は熱電子引出し電極１３に
向けて加速されて、水素ガスをイオン化する。この水素
イオンを基材３に向けて１０〜３０分間程度照射し、基
材３の表面の不純物を還元反応で除去する。このときバ
イアス手段５により基材３を接地電位に対して−２００
〜−３０００Ｖ程度でバイアスを調整して、基材３へ照
射する水素イオンの量およびエネルギーを制御する。水
素イオンのエネルギーを２００〜３０００ｅＶとするこ
とにより、水素イオンによる表面酸化物の還元反応を効
率良く進行させることができ、クリーニング処理を効果
的に行うことができる。以上の処理により、基材３表面
の水分、油脂成分、表面酸化物などの不純物を除去する
ことができ、特に、表面の酸化物を還元反応により除去
できるため、基材３とＤＬＣ薄膜の密着性が向上する。

【００１３】次に、開いていたバルブ１６を閉じ、ガス
イオン源１０へのイオンクリーニング用ガスの供給を停
止して、基材３表面のクリーニング処理を終了するとと
もに、基材温度調整機構６により基材３の温度を、後述
の理由から１００℃〜２５０℃に調整する。ここでは２
００℃にした。そしてバイアス手段５により基材３の電
位を接地電位に対して、時間ｔの関数Ｖ（ｔ）として与
える。図３に、基材３に与えるバイアス電圧波形の例を
示す。図３（ａ）〜（ｃ）は直流や、半波整流あるいは
全波整流された負の電圧を印加する場合を示す。電圧値
は数ｋＶ以内とし、ここでは−１ｋＶとした。また周波
数は（ｂ）で数十Ｈｚ〜数十ｋＨｚ程度とし、ここでは
６０Ｈｚおよび１ｋＨｚとした。このＶ（ｔ）の電圧値
を制御することにより、イオンに与えるエネルギーを調
整することができる。これにより、薄膜の付着強度、お
よび硬度を制御することができる。

【００１４】続いて、他方のバルブ１６を開き、ＤＬＣ
薄膜を構成する材料である炭素（Ｃ）を含む炭化水素系
のガスを、反応ガス導入管１４から反応ガス導入室１１
へ導入し、反応ガス導入室１１内の真空度を１×１０^-2
〜１×１０^-1Ｔｏｒｒにする。このとき導入する反応ガ
スとしては、例えばベンゼン、トルエン、キシレンなど
のガスを用いる。そして熱電子放出手段１２を作動さ
せ、熱電子放出手段１２に対して熱電子引出し電極１３
に＋５０〜８００Ｖ程度のバイアス電圧を印加する。熱
電子放出手段１２には接地電位に対して＋２００〜５０
０Ｖ程度の電圧を印加する。熱電子放出手段１２から放
出された電子は、熱電子引出し電極１３に向けて加速さ
れ、放電もしくは電子の照射により上記炭化水素系のガ
スを励起、解離、およびイオン化し、解離された炭素と
炭素イオン、および解離された水素と水素イオンが基材
３に向けて照射され、基材３上にＤＬＣ薄膜８０を形成
する。イオンは正電荷なので、加速電極１５によりガス
イオン源１０から加速して引き出されるとともに基材３
の負のバイアス電圧を制御することにより、イオンに与
えるエネルギーを調整できる。

【００１５】図４は基材の温度をパラメータとした場合
のＤＬＣ薄膜のラマン分析結果を示す。基材３の温度が
２５０℃ではＤＬＣの典型的なスペクトルを示すのに対
して、基材３の温度を３００℃あるいは４００℃とした
場合にはグラファイトのスペクトルとなっている。この
ため基材３の温度は２５０℃以下にすべきであるが、一
方、別の理由から温度を低くしすぎるのは好ましくな
い。すなわち、１００℃より低いと基材３に対するＤＬ
Ｃ薄膜８０の付着力が弱くなる。そのため、基材温度調
整機構６を用いて、成膜中の基材３の温度を１００℃か
ら２５０℃に制御する。そうすることにより、ＤＬＣ薄
膜８０のグラファイト化を抑制することができ、高硬度
で、高品質のＤＬＣ薄膜８０が形成できる。なお、上記
温度範囲が、図１８で示した従来装置の温度範囲と異な
るのは、装置のタイプが相違するためである。

【００１６】また、回転機構１００で、成膜中に基材３
を回転させることにより、膜厚分布の均一化が図れると
ともに、基材３の端部などに対する付廻り性の向上、つ
まり面の向きや位置による膜厚不均一を低減できる。な
お、上記のようにガスイオン源１０への供給ガスを、基
材３のイオンクリーニング用ガスからＤＬＣ薄膜３の成
膜用ガスに切り替えることにより、１台のガスイオン源
１０によりイオンクリーニング処理およびＤＬＣ薄膜の
成膜の両方が実施でき、装置構成の簡略化、低コスト化
ができる。また、クリーニング処理後の基材３を大気に
さらさなくて済む。また、図２のＤＬＣ薄膜形成装置の
基材３とガスイオン源１０との相対位置関係を逆にし
て、基材ホルダー４を真空槽１内下部に上向きに設ける
ことにより、基材３の重量が大きい場合の取扱いが容易
になる。

【００１７】実施の形態２．この実施の形態では、前処
理として実施の形態１と同様の水素イオン照射によるク
リーニング処理を行った後、基材上に下地層を形成し、
その上にＤＬＣ薄膜を形成する場合について示す。図５
は実施の形態２におけるＤＬＣ薄膜形成のプロセスを示
す説明図であり、図６は図５に示したプロセスに用いる
ＤＬＣ薄膜形成装置の断面図である。

【００１８】これらの図において、５０は下地層、３０
は真空槽１内で基材３に対向して設けられた、金属薄膜
もしくはセラミック薄膜を形成できる電子ビーム蒸発
源、イオンプレーティング装置、金属イオン源などの金
属蒸気発生源であり、ここでは金属イオン源を用いてい
る。３１は金属の原料を入れるるつぼ、３２はるつぼ３
１を加熱するヒータ、３３は熱電子を放出する熱電子放
出手段、３４は熱電子放出手段３３から熱電子を引き出
す熱電子引出し手段、３５はこれらを断熱する熱シール
ド、３６は金属蒸気発生源３０からイオンを引き出す加
速電極であり、金属蒸気発生源３０は、るつぼ３１、ヒ
ータ３２、熱電子放出手段３３、熱電子引出し手段３
４、熱シールド３５および加速電極３６で構成されてい
る。その他の部分は図２の場合と同様であるので説明を
省略する。

【００１９】次に動作について説明する。実施の形態１
の場合と同様にして、排気系２により真空槽１内を１×
１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度に排気した後、基材温度調
整機構６により基材３の温度を３００℃程度に調整す
る。次いで、実施の形態１の場合と同様にして水素イオ
ン照射による基材３表面のクリーニング処理を行い、基
材３表面の水分、油脂成分、表面酸化物などを除去す
る。次に、開いていたバルブ１６を閉じ、ガスイオン源
１０へのイオンクリーニング用ガスの供給を停止して、
基材３表面のクリーニング処理を終了する。次いで、密
着性の良いシリコン（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）、チ
タン（Ｔｉ）またはアルミニウム（Ａｌ）を用いて下地
層５０を形成する。バイアス手段５により、接地電位に
対して基材３に−０．５〜−３ｋＶ程度の電圧を印加
し、また、ヒータ３２によりるつぼ３１内のＳｉ、Ｗ、
ＴｉまたはＡｌの金属を加熱して蒸気を発生させるとと
もに、熱電子放出手段３３から放出された熱電子を熱電
子引出し手段３４により、引出し、加速して金属イオン
を発生させ、これを基材３に照射してその表面に下地層
５０としてのＳｉ、Ｗ、ＴｉまたはＡｌの金属薄膜の形
成を行う。

【００２０】次に実施の形態１の場合と同様に、ガスイ
オン源１０を作動させて、基材３表面の中間層上にＤＬ
Ｃ薄膜を形成する。なお、下地層５０の形成において、
ガスイオン源１０で炭化水素系のガスを励起、解離およ
びイオン化して解離された炭素と炭素イオンを基材３に
向けて照射しながら、もしくは真空槽１内を炭化水素系
のガス雰囲気にして、金属蒸気発生源３０を上記のよう
に稼動させることにより、基材３表面に下地層５０とし
て密着性の良い炭化シリコン、炭化タングステン、炭化
チタンまたは炭化アルミニウムのセラミック薄膜を形成
するようにしてもよい。この場合、表面側ほどセラミッ
ク中の炭素組成を大きくすることにより、ＤＬＣ薄膜８
０の成長および密着性が向上する。図７にプロセスを示
す。

【００２１】また図８のプロセスに示すように下地層５
０を、基材３と密着性の良い金属薄膜からなる密着層６
０と、ＤＬＣ薄膜８０との密着性の良い金属薄膜からな
るＤＬＣ前処理層７０とにより構成してもよい。この場
合、図９に示すような第１と第２の金属蒸気発生源３０
ａ、３０ｂを設けたＤＬＣ薄膜形成装置を用いて、上記
と同様にして第１の金属蒸気発生源３０ａにより密着層
６０を形成し、引き続いてその上に第２の金属蒸気発生
源３０ｂによりＤＬＣ前処理層７０を形成する。あるい
は下地層５０を、金属薄膜からなる密着層６０とセラミ
ック薄膜からなるＤＬＣ前処理層７０とにより構成して
もよい。この場合のプロセスを図１０に示す。以上のよ
うに、同一真空槽１内に金属蒸気発生源３０とガスイオ
ン源１０とを設けるとともに、ガスイオン源１０への導
入ガスを切り換える切換手段を設けたので、基材３表面
のクリーニング処理と下地層形成とＤＬＣ薄膜成膜とを
大気開放することなしに連続して行うことができる。

【００２２】実施の形態３．この実施の形態では、前処
理として実施の形態１と同様の水素イオン照射によるク
リーニング処理を行った後、基材表面に炭素を含んだ処
理層を形成し、その上にＤＬＣ薄膜を形成する場合につ
いて示す。図１１は実施の形態２におけるＤＬＣ薄膜形
成のプロセスを示し、処理層としてイオン注入層を形成
する場合である。次に動作について説明する。図２のよ
うなＤＬＣ薄膜形成装置を用いて、排気系２により、真
空槽１内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度に排気した
後、基材温度調整機構６により、基材３の温度を３００
℃程度に調整し、実施の形態１と同様にして、水素イオ
ンを基材３に照射してクリーニングを行う。

【００２３】次に、炭素イオンによるイオン注入を実施
する。まず、基材３の温度を３００℃程度にして、ベン
ゼン、トルエン、キシレンなどの炭素（Ｃ）元素を含む
炭化水素系のガスを反応ガス導入管１４より反応ガス導
入室１１に導入し、反応ガス導入室１１の真空度を１×
１０^-2〜１×１０^-1Ｔｏｒｒとする。そして、熱電子放
出手段１２を動作させ、図示しない電源により熱電子放
出手段１２に対して熱電子引出し電極１３に５０〜８０
０Ｖ程度のバイアス電圧を印加する。また、ガスイオン
源１０からイオンを引き出すために、加速電極１５に対
して、つまり接地電位に対して熱電子放出手段１２に＋
２００〜５００Ｖ程度の電圧を図示しない電源により印
加しておく。熱電子放出手段１２から放出された電子は
熱電子引出し電極１３に向けて加速され、炭素元素を含
む炭化水素系のガスを励起、解離、およびイオン化す
る。このイオン化された炭素イオンを基材３に向けて照
射する。この際、バイアス手段５により基材３を接地電
位に対して負の方向に−１０〜−３０ｋＶ程度バイアス
することにより、イオン注入が実施され、処理層５１と
してのイオン注入層が形成される。この処理に引き続き
実施の形態１に示すようなＤＬＣ薄膜の形成を実施す
る。以上より、ＤＬＣ薄膜８０の成膜前に炭素イオンの
エネルギーを１０〜３０ｋｅＶとして、イオン注入層を
形成することにより、基材３材料と炭素原子が混合した
領域が形成されるため、基材３とＤＬＣ薄膜８０の密着
性を向上させることができる。

【００２４】また、イオンの注入エネルギーと注入量の
深さ方向の分布の関係は、図１２に示すような関係があ
り、注入エネルギーに応じて注入量の注入深さ方向の分
布は、ある注入深さをピーク点としてその両側へ徐々に
減っていく形になっている。注入エネルギーが増大する
とピーク点は注入深さの深い方へと移動する。したがっ
て、例えばイオンの注入エネルギーを時間に対して図１
３に示すような分布を持たせる、すなわちエネルギーの
低い注入を長時間、エネルギーの高い注入を短時間行う
ことにより図１４に示すように、深さ方向への炭素原子
の分布として、基材３表面に近くなる程、密度が高くな
り、基材３の表面近傍で炭素注入量が最大となるような
分布にすることができる。このように、ＤＬＣ薄膜８０
形成前のイオン注入の過程において、炭素イオンにエネ
ルギー分布をもたせることにより、注入層の基材３表面
からの深さ方向への炭素原子の分布を制御することがで
き、基材３とＤＬＣ薄膜８０の密着性を向上させること
ができる。また、基材３へのイオン注入の過程におい
て、炭素イオンとともに水素イオンを用いることによ
り、水素イオンがイオン注入層のグラファイト成分の選
択エッチングをするため、ＤＬＣ薄膜８０のグラファイ
ト化を抑制することができ、基材３とＤＬＣ薄膜８０の
密着強度を向上させることができる。このようにイオン
注入過程の前に水素ガスによるイオンクリーニング処理
を実施することにより、基材３表面の不純物層が除去さ
れるため、基材３とＤＬＣ薄膜８０の密着強度を向上さ
せることができる。

【００２５】また以下に示すように、処理層５１として
基材３表面に炭素を含んだ炭化層を形成する場合にも、
水素イオンによるクリーニングが適用できる。次に動作
について説明する。図２のＤＬＣ薄膜形成装置を用い
て、排気系２により、真空槽１内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ
程度の真空度に排気した後、基材温度調整機構６によ
り、基材３の温度を３００℃程度に調整し、実施の形態
１と同様にして、水素イオンを基材３に照射してクリー
ニングを行う。

【００２６】次に、炭素イオンによる炭化を実施する。
まず、基材３の温度を３００℃程度にして、ベンゼン、
トルエン、キシレンなどの炭素元素を含む炭化水素系の
ガスを反応ガス導入管１４より反応ガス導入室１１に導
入し、反応ガス導入室１１の真空度を１×１０^-2〜１×
１０^-1Ｔｏｒｒとする。そして、熱電子放出手段１２を
動作させ、図示しない電源により熱電子放出手段１２に
対して熱電子引出し電極１３に５０〜８００Ｖ程度のバ
イアス電圧を印加する。また、ガスイオン源１０からイ
オンを引き出すために、加速電極１５に対して、つまり
接地電位に対して熱電子放出手段１２に＋２００〜５０
０Ｖ程度の電圧を図示しない電源により印加しておく。
熱電子放出手段１２から放出された電子は熱電子引出し
電極１３に向けて加速され、炭素元素を含む炭化水素系
のガスを励起、解離、およびイオン化する。このイオン
化された炭素イオンを基材３に向けて照射する。この
際、バイアス手段５により基材３を接地電位に対して負
の方向に−５０〜−１０００Ｖ程度バイアスし、１００
〜２０００ｍＡ程度のイオン電流を基材３表面に照射す
ることにより、基材３表面への炭素の拡散が行われ、炭
素イオンによる炭化層が形成される。この処理に引き続
き、実施の形態１に示すようなＤＬＣ薄膜８０の形成を
実施する。

【００２７】以上より、水素イオンによるクリーニング
でＤＬＣ薄膜８０の密着性が向上するとともに、ＤＬＣ
薄膜８０の成膜前に、ガスイオン源１０より照射される
炭素イオンを５０ｅＶ〜１０００ｅＶ程度のイオンの加
速エネルギーならびに１００〜２０００ｍＡ程度の電流
で基材３表面に照射して、炭化を行うことにより、基材
３表面に炭化層が形成され、基材３表面の硬度が高くな
るとともに、基材３の表面層に炭素成分が存在すること
によりＤＬＣ薄膜８０が成長し易くなるため、基材３と
ＤＬＣ薄膜８０の密着強度を向上させることができる。

【００２８】実施の形態４．この実施の形態では、まず
第１のクリーニング処理として不活性ガスイオンによる
クリーニングを行い、続いて第２のクリーニング処理と
して水素イオンによるクリーニングを行う。図１５にそ
のプロセスを示す。動作について説明する。実施の形態
１の場合と同様にして、図２のＤＬＣ薄膜形成装置を用
いて、真空槽１内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度に
排気した後、基材温度調整機構６により、基材３の温度
を３００℃程度に調整する。次に、不活性ガスイオンに
よるスパッタクリーニング処理を実施する。まず、アル
ゴンなどの不活性ガスを反応ガス導入管１４より反応ガ
ス導入室１１に導入し、反応ガス導入室１１の真空度を
１×１０^-2〜１×１０^-1Ｔｏｒｒとする。そして、熱電
子放出手段１２を動作させ、図示しない電源により熱電
子放出手段１２に対して熱電子引出し電極１３に５０〜
８００Ｖ程度のバイアス電圧を印加する。また、ガスイ
オン源１０からイオンを引き出すために、加速電極１５
に対して、つまり接地電位に対して熱電子放出手段１２
に＋２００〜５００Ｖ程度の電圧を図示しない電源によ
り印加しておく。熱電子放出手段１２から放出された電
子は熱電子引出し電極１３に向けて加速され、不活性ガ
スをイオン化する。この不活性ガスイオンを基材３に向
けて照射する。この際、バイアス手段５により基材３を
接地電位に対して負の方向に−１０〜−３０ｋＶ程度バ
イアスすることにより、不活性ガスイオンによる基材３
のスパッタリングを行うことができ、基材３表面の不純
物をスパッタクリーニングすることができる。

【００２９】続いて、実施の形態１の場合と同様にし
て、水素イオンによるクリーニング処理、およびＤＬＣ
薄膜８０の形成を行う。以上より、不活性ガスイオンの
スパッタクリーニングにより基材３表面の水分、油脂成
分、表面酸化物などの不純物を除去した後、さらに水素
イオンの還元反応を利用したクリーニングを行うので、
基材３とＤＬＣ薄膜８０の密着性を向上させることがで
きる。

【００３０】実施の形態５．この実施の形態では、水素
イオンとアルゴンなど不活性ガスイオンとの混合ガスイ
オンによる基材のクリーニングを行う。図１６にそのプ
ロセスを示す。まず、図２のＤＬＣ薄膜形成装置、ある
いはガスイオン源を２つ設けた装置を用いて、排気系２
により、真空槽１内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度
に排気した後、基材温度調整機構６により、基材３の温
度を３００℃程度に調整する。次いで、両方のバルブ１
６を開き水素ガスおよび不活性ガスを反応ガス導入管１
４より反応ガス導入室１１に導入し、反応ガス導入室１
１の真空度を１×１０^-2〜１×１０^-1Ｔｏｒｒとする。
ここでは、水素５０％、アルゴン５０％とした。そし
て、熱電子放出手段１２を動作させ、図示しない電源に
より熱電子放出手段１２に対して熱電子引出し電極１３
に５０〜８００Ｖ程度のバイアス電圧を印加する。ま
た、ガスイオン源１０からイオンを引き出すために、加
速電極１５に対して、つまり接地電位に対して熱電子放
出手段１２に＋２００〜５００Ｖ程度の電圧を図示しな
い電源により印加しておく。熱電子放出手段１２から放
出された電子は熱電子引出し電極１３に向けて加速さ
れ、水素ガスおよび不活性ガスをイオン化する。この混
合ガスイオンを基材に向けて照射する。この際、バイア
ス手段５により基材３を接地電位に対して負の方向に−
２００〜−３０００Ｖ程度バイアスすることにより、イ
オン量、エネルギーを制御できるので、効果的に処理が
でき、クリーニングの効果が向上する。

【００３１】続いて、実施の形態１と同様にしてＤＬＣ
薄膜８０を形成する。以上のように、イオンクリーニン
グ用ガスとして、水素ガスとヘリウム、アルゴン、キセ
ノンなどの不活性ガスの混合ガスを用い、クリーニング
処理を実施することにより、水素イオンによる表面の酸
化物の還元反応による除去と同時に、不活性ガスイオン
のスパッタリングによる基材表面の不純物層を研削除去
ができるため、基材３とＤＬＣ薄膜８０の密着性を向上
させることができる。

【００３２】実施の形態６．この実施の形態では、まず
第１のクリーニング処理としてアルゴンなど不活性ガス
イオンによるクリーニングを行い、続いて第２のクリー
ニング処理として水素イオンと不活性ガスイオンとの混
合ガスイオンによるクリーニングを行う。図１７にその
プロセスを示す。動作について説明をする。まず、実施
の形態４と同様にして、不活性ガスイオンによるクリー
ニングを実施する。続いて、実施の形態５と同様にし
て、水素ガスと不活性ガスとの混合ガスイオンによるク
リーニングを行う。その後、実施の形態１と同様にし
て、ＤＬＣ薄膜８０を形成する。

【００３３】以上により、不活性ガスイオンによるスパ
ッタクリーニングを行い、さらに引き続いて、水素イオ
ンの還元反応を利用したクリーニングと不活性ガスイオ
ンによるスパッタクリーニングを同時に行うので、基材
３とＤＬＣ薄膜８０の密着性が向上する。

【００３４】なお、実施の形態４から実施の形態６で
は、基材３上に下地層５０や処理層５１を設けない場合
を示したが、実施の形態２あるいは３に示したようにし
て、下地層５０あるいは処理層５１を形成する場合に
も、同様に適用できる。また、以上の実施の形態では、
ＤＬＣ薄膜８０を形成する場合を示したが、炭化チタン
（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム（Ｃｒ
Ｎ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｃ₃）などの薄膜を形成
する場合にも、この発明が適用できる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、基材上の薄膜の形成前に、水素イオン照射により
クリーニングを行うので、水素イオンによる還元反応で
基材表面が効果的にクリーニング処理され、基材と薄膜
との密着性が向上する。また、請求項２から請求項４の
発明によれば、不活性ガスイオンと水素イオンの両方の
ガスイオンによるクリーニングを行うので、スパッタク
リーニングと還元反応によるクリーニングが行われ、基
材と薄膜との密着性が向上する。

【００３６】請求項５の発明によれば、ＤＬＣ薄膜の形
成に適用し、その密着性が向上する効果がある。請求項
６、請求項７の発明によれば、基材に下地層あるいは処
理層を形成する場合も、上記と同様に基材とＤＬＣ薄膜
の密着性が向上する。

【００３７】請求項８の発明によれば、導入ガスをクリ
ーニング処理用とＤＬＣ薄膜形成用のガスに切り換える
切換手段を備えたので、１台のガスイオン源によりクリ
ーニング処理とＤＬＣ薄膜形成の両方が実施でき、装置
の簡略化、低コスト化ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。

【図２】 この実施の形態１において用いるＤＬＣ薄膜
形成装置の断面図である。

【図３】 この実施の形態１においてバイアス手段によ
り印加する電圧の波形図である。

【図４】 この発明の実施の形態１のＤＬＣ薄膜形成装
置で形成された薄膜の成膜温度依存性を示すラマンスペ
クトル図である。

【図５】 この発明の実施の形態２における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。

【図６】 この実施の形態２において用いるＤＬＣ薄膜
形成装置の断面図である。

【図７】 この発明の実施の形態２における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。

【図８】 この発明の実施の形態２における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。

【図９】 この実施の形態２において用いるＤＬＣ薄膜
形成装置の断面図である。

【図１０】 この発明の実施の形態２における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。

【図１１】 この発明の実施の形態３における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。

【図１２】 イオンの注入エネルギーと注入量の深さ方
向の分布の関係を示す図である。

【図１３】 この発明の実施の形態３におけるイオンの
注入エネルギーの時間に対する分布を示す図である。

【図１４】 この発明の実施の形態３における基材の深
さ方向への炭素原子の分布を示す図である。

【図１５】 この発明の実施の形態４における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。

【図１６】 この発明の実施の形態５における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。

【図１７】 この発明の実施の形態６における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。

【図１８】 従来の薄膜形成装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 真空槽、３ 基材、４ 基材ホルダー、５ バイア
ス手段、６ 温度調整機構、１０ ガスイオン源、１１
反応ガス導入室、１２ 熱電子放出手段、１３ 熱電
子引出し電極、１５ 加速電極、１６ 切換手段、５０
下地層、５１ 処理層、８０ ＤＬＣ薄膜。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材上への薄膜形成における前処理方法
   において、上記基材上への薄膜の成膜前に、上記基材の
   表面への水素イオンの照射によるクリーニング処理を含
   む前処理を行うことを特徴とする、薄膜形成における前
   処理方法。
2. 【請求項２】 基材上への薄膜の成膜前に、上記基材の
   表面への不活性ガスイオンの照射による第１のクリーニ
   ング処理、およびその後の上記基材の表面への水素イオ
   ンの照射による第２のクリーニング処理からなる前処理
   を行うことを特徴とする、請求項１記載の薄膜形成にお
   ける前処理方法。
3. 【請求項３】 基材上への薄膜形成における前処理方法
   において、上記基材上への薄膜の成膜前に、上記基材の
   表面への不活性ガスイオンと水素イオンとの混合ガスイ
   オンの照射によるクリーニング処理を含む前処理を行う
   ことを特徴とする、薄膜形成における前処理方法。
4. 【請求項４】 基材上への薄膜の成膜前に、上記基材の
   表面への不活性ガスイオンの照射による第１のクリーニ
   ング処理、およびその後の上記基材への不活性ガスイオ
   ンと水素イオンとの混合ガスイオンの照射による第２の
   クリーニング処理からなる前処理を行うことを特徴とす
   る、請求項３記載の薄膜形成における前処理方法。
5. 【請求項５】 基材上に形成する薄膜はダイヤモンドラ
   イクカーボン薄膜であることを特徴とする、請求項１か
   ら請求項４のいずれかに記載の薄膜形成における前処理
   方法。
6. 【請求項６】 シリコン、タングステン、チタン、アル
   ミニウムからなる群から選ばれた金属薄膜、または炭化
   シリコン、炭化タングステン、炭化チタン、炭化アルミ
   ニウムからなる群から選ばれたセラミック薄膜を含んだ
   下地層の基材上への形成および上記下地層上へのダイヤ
   モンドライクカーボン薄膜の成膜の前に、請求項５記載
   の前処理を行うことを特徴とする、薄膜形成における前
   処理方法。
7. 【請求項７】 基材の表面への炭素を含んだ処理層の形
   成およびこの処理層上へのダイヤモンドライクカーボン
   薄膜の成膜の前に、請求項５記載の前処理を行うことを
   特徴とする、薄膜形成における前処理方法。
8. 【請求項８】 基材上にダイヤモンドライクカーボン薄
   膜を形成する薄膜形成装置において、内部を所定の真空
   度に保持する真空槽と、この真空槽内で上記基材を保持
   する基材ホルダーと、上記基材の温度を調整する基材温
   度調整機構と、上記真空槽内で上記基材に対向して設け
   られたガスイオン源と、このガスイオン源へ導入するガ
   スを上記基材のクリーニング用あるいは上記ダイヤモン
   ドライクカーボン薄膜の成膜用に切換えできる切換手段
   とを備え、上記ガスイオン源は、上記基材に向かってオ
   リフィスが設けられ、かつガスが導入される反応ガス導
   入室と、この反応ガス導入室内に設けられて熱電子を放
   出する熱電子放出手段と、この熱電子放出手段から熱電
   子を引出す熱電子引出し電極と、上記反応ガス導入室の
   外側に設けられ、上記基材に向けてイオンを加速する加
   速電極とからなり、この加速電極に対して上記基材に電
   圧を印加するバイアス手段を備えたことを特徴とするダ
   イヤモンドライクカーボン薄膜形成装置。