JPS62177180A - 表面処理法 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はグロー放電により被処理部材表面に目的物質を
拡散及びコーテイング膜を形成させる表面処理方法及び
表面処理装置に係り、特に被処理部材の前面にハチの巣
状にグロー放電室が複数個有した補助電極で供給ガスを
分解、励起、活性化する手段を有し、更にこの手段に前
記供給ガスを被処理部材表面に供給するガス供給口を設
けて、グロー放電の電流密度を著しく高めて反応に関与
する物質を活性化させ迅速な表面処理を可能にした表面
処理法に関する。

〔発明の背景〕

表面処理法あるいは装置としては種々の方式がある。最
近、特に高周波プラズマＣＶＤ装置が高速、高性能被膜
形成法として注目されている。この−例として特開昭５
９−３８３７３号がある。すなわち、この方法は１０−
８〜１０−”Ｔｏｒｒに減圧した反応室内に反応に寄与
する原料ガスを供給し、この原料を前記減圧反応室内に
設けた高周波コイル等による電気エネルギーによりプラ
ズマ放電を形成させ、反応物質を分解、励起、電離等で
活性化させ、ヒーターあるいはグロー放電などにより予
め加熱した被処理部材の成膜面に導いて薄膜を生成した
ものである。しかし、この方法で、被膜形成速度は、プ
ラズマ中での反応物質の量とその活性化の程度が支配因
子となる。活性化の程度を向上させるためには、原料ガ
スを多量に供給する方法とプラズマ放電入力を大きくす
る方法がある。

しかし、高周波プラズマＣＶＤは高周波を発生できる圧
力領域が１０−ＩＴｏｒｒ以下と低いため、供給できる
ガス流量は制限され、原料ガスを多量に供給する方法は
活性化の程度を向上させる点においては余り期待できな
い。

次に放電入力を大きくする方法であるが、プラズマ中の
反応物質の活性化を促進するために入力を高くすると、
電圧が高くなることによる放電のバラツキが生じたりあ
るいはプラズマに直接さらされている被処理部材の温度
が必要以上に上昇したりするため、膜質や膜の均一性が
悪くなったりあるいは被処理部材の材質に制限が加わる
ことがある。また、高周波プラズマは基板と原料ガスあ
るいはプラズマの活性部との距離をあまり短かくするこ
とができないので、広い面積に表面処理するのが困難で
あった。

このような理由により、高周波プラズマＣＶＤでは被処
理部材表面に十分に活性化された反応物質を供給するに
は限界があり、良質で均一な被膜を短時間で生成させる
には困難があった。

すなわち、均質かつ高速成膜を得るためには反応ガスを
効率的に分解し、被処理部材の処理部表面の電流密度が
著しく高いプラズマを形成し、分解、励起された反応ガ
ス物質を供給させることが必要である。

グロー放電により目的物質を拡散あるいはコーテイング
膜を形成する他の方法として、直流放電プラズマＣＶＤ
法がある。その−例として特開昭５７−１８８６７０号
公報があり、第３図にその装置例を示すにの処理方法は
金属ハロゲン化物質等のガス物質を含む０．１〜数Ｔｏ
ｒｒの減圧反応室１内に直流電源５の陰極に接続された
導電性被処理部材２を配設し、この導電性被処理部材に
対向して、これと等電位の補助電極３を設け、導電性被
処理部材２のグロー放電と補助電極３のグロー放電との
間に相互作用を発生させてグロー放電表面処理を行い、
導電性被処理部材２の表面に目的物質をコーティングす
るものである。このような処理方法においては、被処理
部近傍で反応種の電離密度を高めることができるので、
他のグロー放電のみによる方式に比べて高速で良質の被
膜を形成することができる。しかし、この方式によって
、更に高速処理する場合には印加電圧を高めてグロー放
電電流密度を高めるか、あるいは補助電極と被処理部材
との間の間隙を少なくして相互作用より強力にする必要
がある。

しかしながら、前者の場合、グロー放電のエネルギーを
高めることは直接被処理部材表面のグロー放電電流の増
加となり、このことは被処理部材表面へのエネルギーの
供給量の増大になるので。

印加電圧を高くすると被処理部材の温度が上昇すること
になる。したがって被処理部材の材質によって適用温度
に限界があるという問題がある。

一方、後者の場合、補助電極と被処理部材との間の間隙
を小さくする方式の場合には間隙を小さくするとグロー
放電間の相互作用が強くなるので高電流密度の放電とな
り、反応は促進される。しかし、間隙が小さくなると、
その空間内への新しいガスの供給が不十分になると共に
、その空間では双方の面から放出されるスパッタ原子の
帯留時間が長くなりコーティング層の純度が低下するこ
とになる。更にこの方式では被処理部材の性質として導
電性が要求される。したがって、絶縁物質の被処理材に
対しては被処理部材との間にグロー放電を発生すること
ができず、高速成膜は望めなかった。また、絶縁性の被
処理部材のみならず、導電率の低い被膜を形成するよう
な場合にも、成膜が進む程放電の電流密度が低くなるの
で高速成膜はむずかしく、この場合、更に放電維持電圧
が高くなるので、スパッター等で表面が粗くなったり膜
質が変化したりするため、膜質の制御もむずかしい。以
上のように従来の方法では、活性化された反応物質を被
処理部材表面やその近傍に面した部分で生成させている
ので、より多くの反応種を生成させようとすると、どう
しても被処理部材への影響を避けることができなかった
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は前述の従来技術の開運が解決でき、被処
理部材表面とその前面に配置した補助電極との空間に、
常に新しい活性化した反応ガスを供給し、その反応ガス
の電離密度と著しく高める箱とにより被処理部材の材質
及び温度を任意に、特に低温に保ったままで良質の被膜
を高速で成膜することを可能にする表面処理法を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は減圧した反応室内に配置した被処理部材前面に
グロー放電室がハチの巣状に複数個有した補助電極を配
設するもので、該補助電極は減圧した反応室内の被処理
部材とその前面の補助電極のグロー放電室内及びその空
間に供給した反応ガスをプラズマによって分解、励起活
性化させる構造を有する部分と、活性化された反応ガス
を被処理部材表面まで導く部分とを備えることにより被
処理部材に悪影響を及ぼすことなく被処理部材表面に、
常に新しい活性化された反応種の存在割合を著しく増大
させて、任意の材質の被処理部材に適切な温度で所望の
被膜を良質かつ均一で高速に形成するものである。更に
、供給ガスを活性化する構造内には、少なくとも１個以
上グロー放電室あるいは１８１以上のガス供給口を設け
、グロー放電域に常に新鮮な反応ガスを供給し、電極の
スパッタ等による不純物が少なく、活性化した反応ガス
を供給させて被膜を形成するようにしだものでる。

以下に本発明を更に詳細に説明する。既に述べたように
、従来の表面処理方式では高速で表面処理あるいは成膜
をしようとすると、印加電圧あるいは電流密度を高くす
るか、温度を高くする必要があった。しかし、この従来
の方式においては活性化された反応種が直接被処理部材
表面に面したプラズマ空間で形成されるため、高電圧が
印加されると被処理部材表面がスパッタリング等によっ
て、被股内に不純物が混入され、表面粗さを大きくする
と共に、被処理部材自体の温度が上昇して被膜の性質を
劣下させる等の悪影響を生じる。

そこで１本発明者らは補助電極のグロー放電室内及び被
処理部材とその前面の補助電極との空間で反応ガス物質
を活性化させる構造を補助電極に具備することにより、
任意の被処理部材表面に、その温度を高めることなく、
活性化された反応種を高濃度で供給し、更にその活性化
させる空間には常に新しい反応ガスを多量に供給し、活
性化された反応ガスが均一に供給されるようにすること
によって、高純度で良質、均質な被膜を高速で成膜でき
ることを見い出した。

すなわち、本発明による方式は減圧した反応室内に配設
した被処理部材前面にハチの巣状にグロー放電室が複数
個有した補助電極を配設し、その空間に該補助電極の反
応ガス供給口により、常に新しい活性化した反応ガスを
供給することを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

実施例１ 第１図は本発明の実施例に係る表面処理装置の概略を示
したものである。同図において、減圧反応室１内には被
処理部材２を配設し、この前面に反応ガス供給口を兼ね
備えた補助電極３を補助電極のガス供給口から被処理部
材２までの距離を２５ｍにして配設した。残留ガスはロ
ータリーポンプ４によって排気される。

補助電極３は第２図に示すような構造をしている。電極
３の被処理部材２に面した側は、直径１００μｍのガス
供給口５を有し、このガス供給５を囲むように直径７ｍ
ｍ、高さ１５＋ｍのグロー放電室６が間隔１ａ＋＋で縦
横に配置されている。

かかる補助電極を用いた方式により、まず反応室１をＩ
　Ｑ−’Ｔｏｒｒ以下に減圧し、その後、ガス供給管８
を介してガス供給口５がら水素ガスを供給し、補助電極
３を直流電源７の陰極に接続し１反応室１の炉体を陽極
に接続して直流電圧を印加し、グロー放電を発生させ、
被処理部材２を２５０’Ｃまで加熱した。その後、水素
ガスをキャリアーとし５ｉＨａガスを導入し、反応室１
をＩ　Ｔｏｒｒの圧力に保持しながら被処理部材１を２
５０℃に維持して、アモルファスシリコンのコーティン
グを行った。放電電圧は４５０Ｖであった。被処理部材
１の形状及び材質については３０　ｒｒｔｎ　Ｘ　３０
　ｒｍ　Ｘ　１聞のステンレス板、アルミ板及びアルミ
ナ板を用いた。この場合のグロー放電は補助電極３のグ
ロー放電室内で最も強くなっている。すなわち反応ガス
はこの空間を通過するので放電域でガスの分解、電離な
どの活性化が充分に行われていることを示唆している。

更に充分に活性化された反応ガスはガス供給５から新し
いガスが供給されるので。

次々と被処理部材２の表面へと送られる。このようにし
てアモルファスシリコンを被処理部材２上に成膜され、
１時間で約１５μｍが得られた。

実施例２ 実施例１と同様の補助電極を有する装置を用い、反応室
内を１０−’Ｔｏｒｒに減圧し、その後、水素ガスを供
給しグロー放電を発生させ、被処理部材であるステンレ
ス板、アルミ板及びアルミナ板（いずれも３０ｍｍＸ　
３０ｍｍＸ　１ｍｍ）を２５０℃まで加熱した。その後
、Ｓ　ｉ　Ｈ４を窒素、水素の混合ガスを供給して、被
処理部材上に５ｉｓＮｎを成膜した。

〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明の表面処理方法によれば、
被処理部材との前面にグロー放電室を複数個有した補助
電極を用いることにより、供給ガスの電離密度を被処理
部材前面の補助電極のグロー放電室内の空間で著しく高
めることができるので、被処理部材の材質が導電性ある
いは絶縁性であれ、またその温度を必要以上に高めるこ
となく任意の温度で、良質で均一な所望の被膜を高速で
成膜することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る表面処理装置を示す概
略説明図、第２図は第１図に示した実施例に用いた補助
電極の構造図、第３図は従来の表面処理装置の概略説明
図である。 １・・・反応室、２・・・被処理部材、３・・・補助電
極、４帛２図 （α） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真空排気できる反応容器内に被処理部を配設し、そ
   の前面に補助電極を有し、かつ、前記反応容器内に反応
   ガスを供給し、グロー放電により分解、励起等により活
   性化状態の反応ガスの電離密度を著しく高めて被処理部
   材表面に導くことによつて、被処理部材表面に目的の物
   質を拡散、コーティング等の表面処理をする方法におい
   て、前記補助電極はハチの巣状のグロー放電室が複数個
   有し、かつ、前記反応ガスをハチの巣状のガス供給口を
   通して被処理部材と補助電極間に反応ガスを供給するこ
   とを特徴とする表面処理法。