DE69312989T2

DE69312989T2 - Plasma-CVD-Anlage und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE69312989T2
Application number: DE69312989T
Authority: DE
Inventors: Hideo Kurokawa; Tsutomu Mitani; Hirokazu Nakaue
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1993-03-06
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2013-03-07
Also published as: EP0561243B1; DE69312989D1; EP0561243A1; US5360483A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer harten Kohlenstoffschicht oder einer sogenannten diamantartigen Kohlenstoffschicht, die mehrere physikalische Eigenschaften aufweist, welche mit denjenigen eines Diamantens vergleichbar sind.

(Beschreibung des Standes der Technik)

Seit entdeckt worden ist, daß ein Diamant mittels eines Dampfablagerungsvorganges unter geringem Druck synthetisiert werden kann, sind verschiedene Berichte hinsichtlich unterschiedlicher Verfahren zum Erzeugen von Diamantschichten sowie hinsichtlich der Synthese von diamantartigen Kohlenstoffschichten veröffentlicht worden. Ein Beispiel hierfür ist die Veröffentlichung von H. Vora und T. J. Moravec (J. Appl. Phys. 52 6151, 1981). Bei jedem dieser bekannten Verfahren wird ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise CH&sub4; oder C&sub2;H&sub6;, eingesetzt, der in ein Plasma überführt wird, so daß die in dem Plasma enthaltenen Radikale und/oder Ionen zum Synthetisieren einer Diamantschicht oder einer diamantartigen Kohlenstoffschicht verwendet werden können. In den vergangenen Jahren wurden verschiedene verbesserte Systeme und Vorrichtungen vorgeschlagen, wodurch die Diamantschicht oder die diamantartige Kohlenstoffschicht bei verschiedensten Geräten anwendbar wurde.
Die Erfinder haben beispielsweise in dem US-Patent Nr.4,645,977 ein Plasmaeinspritz-CVD-(chemisches Dampfablagerungs)-Verfahren vorgeschlagen, bei dem kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit eine diamantartige Kohlenstoffschicht oder ein schichtartiges Substrat synthetisierbar ist. Die hierfür verwendete Plasmaeinspritz-CVD-Vorrichtung ist schematisch in der Figur 9 wiedergegeben. Wie daraus hervorgeht, weist die Vorrichtung ein Plasmarohr 25, welches mit einem Plasmaerzeugungsmittel ausgestattet ist, sowie einen Vakuumbehälter 27 zum Aufnehmen eines Substrates 26 auf. Das Plasmarohr 25 und der Vakuumbehälter 27 stehen miteinander in Verbindung, so daß ein gasförmiges Medium, welches dem Plasmarohr zugeführt worden ist, über eine Düse 28 in den Val(uumbehälter 27 strömen kann. Das dem Plasmarohr 25 zugeführte, gasförmige Medium wird mittels einer Hochfrequenzenergie bzw. Hochfrequenzspannung, die einer Hochfrequenzspule 30 zugeführt wird, in ein Plasma umgewandelt bzw. überführt. Anschließend wird das Plasma auf das Substrat 26 infolge einer Druckdifferenz zwischen dem Plasmarohr 25 und dem Vakuumbehälter 27 aufgeblasen. Gleichzeitig werden die in dem Plasma enthaltenen Ionen aufgrund eines Potentialunterschiedes zwischen einer Beschleunigungselektrode 29, welche innerhalb des Plasmarohres 25 angeordnet ist, und dem Substrat 26 beschleunigt, um auf dem Substrat 26 aufzutreffen. Das Aufblasen des aus dem Kohlenwasserstoffgas gebildeten Plasmas, welches die beschleunigten Ionen enthält, macht es möglich, den Nutzen der Ionen und Radikale beim Herstellen der diamantartigen Kohlenstoffschicht mit hoher Geschwindigkeit zu maximieren.
Die EP-A-0 523 609, die nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht worden ist und keine frühere Priorität beansprucht, sowie die EP-A- 411 435 offenbaren Plasma-CVD-Vorrichtungen sowie Plasma-CVD-Verfahren zum Herstellen von Schichten auf Magnetbändern
Das bekannte Plasma-Einspritz-CVD-Verfahren weist jedoch die folgenden Probleme auf. Die Geschwindigkeit, mit der die diamantartige Kohlenstoffschicht synthetisiert wird, hängt von der Zahl der Ionen und Radikalen ab, die das Substrat erreichen. Auf der anderen Seite wird die Zahl der Ionen und Radikalen durch den Plasmarohrdruck, der Art des verwendeten gasförmigen Mediums und der eingesetzten elektrischen Energie bestimmt. Um daher die Geschwindigkeit, mit der die diamantartige Kohlenstoffschicht synthetisiert wird, zu erhöhen, sollte das Plasmarohr soweit wie möglich auf einen Druck im Bereich eines Vakuums evakuiert werden. Da weiterhin das Plasma-Einspritz-CVD-Verfahren die Druckdifferenz zwischen dem Plasma rohr und dem Vakuumbehälter ausnutzt, um die Radikale des Plasmas aufzublasen, sollte diese Druckdifferenz so groß wie möglich gemacht werden, um die Geschwindigkeit mit der die diamantartige Kohlenstoffschicht synthetisiert wird, zu erhöhen.
Da jedoch die Druckdifferenz zwischen dem Plasmarohr und dem Vakuumbehälter durch den durch die Düse hervorgerufenen Strömungswiderstand begrenzt ist, muß dieser Strömungswiderstand für die zu erhöhende Druckdifferenz zwischen dem Plasmarohr und dem Vakuumbehälter erhöht werden, während der Druck innerhalb des Plasmarohres auf einem geringen Vakuum gehalten wird. Daher muß die Öffnung der Düse so klein wie möglich gestaltet werden, was jedoch durch die Inkompatibilität zwischen der Steigerung der Geschwindigkeit, mit der die diamantartige Kohlenstoffschicht synthetisiert wird, und einem großen Oberflächenbereich, auf dem die diamantartige Kohlenstoffschicht zu synthetisieren ist, begrenzt ist.
Darüber hinaus ist bei dem Plasmaeinspritz-CVD-Verfahren eine netzartige Elektrode bzw. eine Netzelel(trode innerhalb des Plasmarohres angeordnet, um die Ionen zu beschleunigen, wobei ein postives Potential an der Elektrode angelegt ist. Dabei zeigt das Plasma ein Potential, welches im wesentlichen gleich dem an der Netzelektrode anliegenden Potential ist, so daß die Plasmaionen durch die Wirkung einer Potentialdifferenz zwischen dem Plasma und dem Substrat beschleunigt werden. Beim Aufblasen des Plasmas von der Düse auf das Substrat verteilt sich ein Teil des Plasmas in dem Vakuumbehälter. Dies kann häufig die Ursache für eine abnormale Entladung bilden. Je kleiner das durch den Druck innerhalb des Plasmarohres ausgedrückte Vakuum ist, desto größer ist der Betrag des sich in dem Plasmarohr verteilenden Plasmas und desto häufiger tritt die abnormale Entladung auf. Da das Plasmaeinspritz-CVD-Verfahren ein System des Aufblasens des Plasmas auf das Substrat ist, ist die Gleichförmigkeit des Drucks an einem Schichtbildungsabschnitt begrenzt. Es wurde festgestellt, daß die Gleichmäßigkeit der Dicke der Schicht auf ± 5 % innerhalb eines Bereiches begrenzt war, der dem Querschnitt der Düse entspricht. Daher ist eine weitere Verbesserung in der Gleichmäßigkeit der Schichtdicke dort erforderlich, wo das Verfahren bei einer Vorrichtung eingesetzt wird, bei der die Gleichmäßigkeit ein wichtiger Faktor ist (beispielsweise bei einer Schutzschicht im Zusammenhang mit einem Magnetband).

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung erfolgte, um im wesentlichen die vorstehend diskutierten Probleme zu beseitigen, und zielt darauf ab, eine verbesserte Plasma-CVD-Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine diamantartige Kohlenstoffschicht mit gleichmäßiger Schichtdicke auf einem verhältnismäßig großen Oberflächenbereich mit hoher Geschwindigkeit zu synthetisieren, und die stabil mit einer minimierten Möglichkeit einer abnormalen Entladung arbeitet.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Plasma-CVD- Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Anspruch 6. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Ansprüche 2 bis 5 bzw. 7 bis 10 enthalten.
Die Gasausströmöffnung ist so ausgestaltet, daß sie mit der Form der Oberfläche des Substrats übereinstimmt, während der zweite Vakuumbehälter innerhalb des ersten Vakuumbehälters aufgenommen ist, dessen Gasausströmöffnung in Richtung auf die Oberfläche des Substrats ausgerichtet und über eine dazwischen ausgebildete Lücke von der Oberfläche des Substrats beabstandet angeordnet ist. Die Lücke wird so gewählt, daß sie klein genug ist, um dem Druck des aus der Gasausströmöffnung in die Lücke ausströmenden Plasmas zu ermöglichen, an jeder Stelle innerhalb der Lücke gleichförmig zu sein.
Die Vorrichtung weist darüber hinaus Elektrofeld-Erzeugungsmittel zum Führen der Ionen des aus der Gasausströmöffnung in die Lücke austretenden Plasmas zu dem Substrat.
Die vorliegende Erfindung schafft darüber hinaus ein Verfahren zum Erzeugen einer Schicht auf einer Oberfläche eines Substrats innerhalb eines Vakuumbehälters unter Einsatz einer Plasma-CVD-Technik. Dieses Verfahren umfaßt das Zuführen eines Plasmas mit einem höheren Druck in den Vakuumbehälter als dem innerhalb des Vakuumbehälters vorhandenen Druckes, das Entwickeln eines Elektrofeldes, welches auf das Plasmagas innerhalb der Lücke einwirkt, um die Ionen des Plasmas zu dem Substrat zu führen, und das Erzeugen der Schicht, die aus den in dem Plasma enthaltenen Elementen gebildet wird.
Die Plasmazuführung wird dadurch ausgeführt, daß eine Plasmagasaustrittsöffnung mit einer Form, die mit der Form der Oberfläche des Substrats übereinstimmt, in unmittelbarer Nähe zu der Oberfläche des Substrats gebracht wird, während eine ausreichend kleine Lücke dazwischen bestehen bleibt, so daß ein höherer Druckzustand des Plasmagases, der um zumindest eine einstellige Zahl bzw. eine Einheit größer als der Druck innerhalb des Vakuumbehälters ist, innerhalb eines Bereichs, der einwärts durch die Umgrenzung der Lücke begrenzt ist, im wesentlichen gleichförmig erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Oberfläche des Substrats, auf dem die Schicht erzeugt werden soll, und die Gasausströmöffnung mit einer Form, die mit der Form der Oberfläche des Substrats übereinstimmt, über eine kleine Distanz zueinander beabstandet. Da die Gasausströmöffnung eine Form aufweist, die mit der Oberfläche des Substrats übereinstimmt, besitzt die dazwischen vorhandene Lücke eine uniforme Größe an jeder Stelle innerhalb der Gasauströmöffnung.
Da die Substratoberfläche und die Gasauströmöffnung dicht zusammengeführt werden, wie dies vorstehend diskutiert wurde, kann die aus der Gasausströmöffnung austretende Menge des Plasmas auf einen geeignet ausgewählten, kleinen Wert im Vergleich zu der Menge des erzeugten Plasmas gesteuert werden. Daher wird innerhalb der Lücke eine ausreichende Menge des Plasmagases im Vergleich zu der Menge des aus der Gasauströmöffnung austretenden Plasmas angesammelt und der Plasmagasdruck erhöht. Mit anderen Worten kann zum Zeitpunk der Zuführung des Plasmas zu der Substratoberfläche ein Zustand aufrechterhalten werden, bei dem die geeignete Plasmamenge in der Lücke akkumuliert wird. Daher kann eine stabilisierte Zuführung des Plasmagases zu der Substratoberfläche ausgeführt werden und gleichzeitig innerhalb eines Bereiches, der einwärts durch die äußere Begrenzung der Lücke begrenzt ist, ein höherer Druckzustand des Plasmagases, der um zumindest eine einstellige Zahl bzw. eine Einheit größer als der Druck innerhalb des Vakuum behälters ist, im wesentlichen gleichförmig erzeugt werden. Daher kann der Schichterzeugungszustand, der zur Bildung der Schicht auf der Substratoberfläche erforderlich ist, stabilisiert werden.
Da darüber hinaus die Strömungsgeschwindigkeit des Plasmas aus der Plasmaausströmöffnung in der vorstehend erläuterten Weise gesteuert wird, kann die Diffusion des Plasmas vorteilhafterweise minimiert werden, wodurch die Möglichkeit des Auftretens einer abnormalen Entladung minimiert wird, welche andernfalls als Ergebnis der Diffusion bzw. Zerstreuung des Plasmas auftreten würde. Wo der Gasdruck des Plasmas in der Weise ausgewählt wird, daß er um eine einstellige oder mehrstellige Zahl bzw. eine oder mehrere Einheiten größer als der Druck innerhalb des Vakuumbehälters ist, und wo der Druck innerhalb des Vakuumbehälters in der Weise ausgewählt wird, daß er um eine Einheit bzw. eine einstellige Zahl geringer als der Druck ist, mit dem die Entladung aufrechterhalten werden kann, kann eine unerwünschte Entladung innerhalb des Vakuumbehälters verhindert werden.
Wo eine diamantartige Kohlenstoffschicht unter Verwendung des vorstehend erläuterten Plasma-CVD-Verfahrens zu erzeugen ist, nimmt die Zahl der Radikalen zu. Daher kann sich die Schichtqualität verschlechtern. Die diamantartige Kohlenstoffschicht wird im allgemeinen als eine Struktur angesehen, bei der Diamantbindungen (SP3-Bindungen) und Kohlenstoffbindungen (SP2-Bindungen) gemischt vorhanden sind. Je größer die Zahl der SP3-Bindungen ist, desto ähnlicher ist die Charakteristik derjenigen eines Diamantens. Da unter normalen Bedingungen die SP2-Bindungen ziemlich stabil sind, ist Energie erforderlich, um den in dem Plasma enthaltenen Kohlenstoff dazu zu bringen, die SP3-Bindungen zu bilden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Elektrofeld geschaffen, in dem die Ionen des Plasmas beschleunigt werden können, um die Energie des Ionenbombardements zu erhöhen, wodurch ein Verhältnis der SP3-Bindung zum Zwecke des Erzeugens der diamantartigen Kohlenstoffschicht hoher Qualität zunimmt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

Diese sowie weitere Aufgaben und Mekmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren deutlicher zutage treten. In den Zeichnungsfiguren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung, die eine Plasma-CVD-Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Figur 2 eine schematische Darstellung, die eine modifizierte Ausführungsform der in Figur 1 gezeigten Plasma-CVD-Vorrichtung wiedergibt;
Figur 3 eine schematische Darstellung, die eine Plasma-CVD-Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Figur 4 eine schematische Darstellung, die eine modifizierte Ausführungsform der in Figur 3 gezeigten Plasma-CVD-Vorrichtung wiedergibt;
Figur 5 eine schematische Darstellung, die eine weitere modifizierte Ausführungsform der in Figur 3 gezeigten Plasma-CVD-Vorrichtung wiedergibt;
Figur 6 eine schematische Darstellung, die eine weitere modifizierte Ausführungsform der in Figur 3 gezeigten Plasma-CVD-Vorrichtung wiedergibt;
Figur 7 eine schematische Darstellung, die eine Plasma-CVD-Vorrichtung gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Figur 8 eine schematische Darstellung, die eine modifizierte Ausführungsform der in Figur 7 gezeigten Plasma-CVD-Vorrichtung wiedergibt; und
Figur 9 eine schematische Darstellung, die eine bekannte Plasma-CVD- Vorrichtung wiedergibt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In Figur 1 ist die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Einsatz bei der Erzeugung einer diamantartigen Kohlenstoffschicht auf einem Magnetband wiedergegeben. Hierfür ist ein Magnetband-Transportsystem zum Transportieren einer kontinuierlichen Länge eines Magnetbandes zu einer Dünnschicht-Erzeugungseinheit vorgesehen, wo eine diamantartige Schicht über einer Magnetschicht des Magnetbandes erzeugt wird.
Insbesondere weist ein erster Vakuumbehälter 1 ein darin angeordnetes Bandtransportsystem auf, welches eine Zuführwalze 5, die eine Rolle eines Magnetbandes 8 trägt, eine Trommelwalze 3, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit im wesentlichen gleich der Transportgeschwindigkeit des Magnetbandes 8 angetrieben wird und um die das von der Zuführwalze 3 abgezogene Magnetband 8 herumgeführt wird, eine Aufwickelwalze 4 zum Aufwickeln des um die Trommelwalze 3 geführten Magnetbandes 8 sowie eine Zugwalze 6 zum Aufbringen eines geeigneten Zuges auf das Magnetband 8, während dieses um die Trommelwalze 3 herumgeführt wird.
Eine Magnetbandlänge wird von der Zuführwalze 5 abgezogen und auf die Aufwickelwalze 4 aufgewickelt, nachdem sie um die Trommelwalze 3 herumgelaufen ist. Selbstverständlich kann die Trommeiwalze 3 durch eine bekannte Kühleinrichtung, wie beispielsweise einem Wasserkühlsystem wie üblich gekühlt werden, um einen Temperaturanstieg während des Betriebs der Vorrichtung zu vermeiden. Wie aus Figur 1 hervorgeht, liegt die Magnetschicht des Magnetbandes 8 an der elektrisch geerdeten Zugwalze 6 an, um die Magnetschicht des Magnetbandes 8 elektrisch zu erden. Die anderen Bauteile des Bandtransportsystemes inklusive der Trommelwalze sind elektrisch isoliert.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Trommelwalze 3 einen Durchmesser von ca. 800 mm und eine Länge bzw. Höhe von ca. 280 mm auf, gemessen in einer Richtung parallel zur Drehachse der Trommelwalze 3, d.h. in einer Richtung senkrecht zu der Blattoberfläche der Figur 1. Ein zweiter Vakuumbehälter 2 (nachstehend als ein Plasmaerzeugungsrohr bezeichnet, da das zum Erzeugen einer diamantartigen, dünnen Schicht notwendige Plasma in dem Behälter erzeugt wird) ist unmittelbar benachbart zu der Trommelwalze 3 angeordnet und weist eine darin ausgebildete Gasausströmöffnung 9 auf. Die Gasausströmöffnung 9 besitzt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Breite von ca. 600 mm, gemessen in einer Richtung entsprechend der Krümmung der Trommelwalze 3, und eine Länge bzw. Höhe von ca. 250 mm, gemessen in einer Richtung parallel zur Drehachse der Trommelwalze 3. Wie nachstehend noch erläutert wird, ist das Plasmaerzeugungsrohr 2 so angeordnet, daß der Trennabstand bzw. Abstand zwischen der äußeren Umfangsoberfläche der Trommelwalze 3 und der Gasausströmöffnung 9 über den gesamten Oberflächenbereich der Gasauströmöffnung 9 gleich ist.
Das Plasmaerzeugungsrohr 2 ist auf einer Positioniereinrichtung angeordnet, die einen Motor 12, Zahnräder 13, eine bewegbare Plattform 14 und einen Halterahmen 15 aufweist. Die Einrichtung ist so gestaltet, daß der Abstand zwischen der Umfangsoberfläche der Trommelwalze 3 und der Gasauströmöffnung 9 des Plasmaerzeugungsrohres 2 einstellbar ist. Das Plasmaerzeugungsrohr 2 besitzt eine Elektrode 7, die darin installiert ist und die mit einer elektrischen Energiequelle 10 verbunden ist, um eine Potentialdifferenz zwischen der Elektrode 7 und der Magnetschicht des Magnetbandes 8 zu erzeugen.
Als ein gasförmiges Rohmaterial wird C&sub6;H&sub6;-Gas verwendet, das über eine Gaszuführleitung 11 dem Plasmaerzeugungsrohr 2 zugeführt wird. Gleichzeitig werden der Abstand zwischen der Gasauströmöffnung 9 und der Umfangsoberfläche der Trommelwalze 3 sowie die Strömungsgeschwindigkeit des C&sub6;H&sub6;-Gases so eingestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Plasmaerzeugungsrohr 2 und dem Vakuumbehälter 1 einen Wert im Bereich von mehr als einer einstelligen Zahl bzw. einer ebensolchen Einheit annehmen kann. Wenn diese Druckdifferenz unzureichend ist, entsteht nicht nur ein ungleichförmiger Druck an der Gasauströmöffnung 9, sondern ein Teil des Plasmas, welches innerhalb des Plasmaerzeugungsrohrs erzeugt wird, strömt in den Vakuumbehälter 1, wodurch der Fall einer Schichtbildung an einem unerwünschten Bereich sowie der Fall einer abnormalen Entladung auftritt.
Nachdem der Druck innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres 2 stabilisiert worden ist, wird ein elektrisches Potential, welches zum Erzeugen eines postiven Potentials an der Elektrode 7 erforderlich ist, zwischen der Elektrode 7 und der Magnetschicht des Magnetbandes 8 aufgebaut, um das Plasmaerzeugungsrohr 2 zu veranlassen, das Plasma zu erzeugen. Die in dem so erzeugten Plasma enthaltenen Ionen werden durch die Wirkung der Potentialdifferenz zwischen der Elektrode 7 und der Magnetschicht des Magnetbandes 8 beschleunigt, um auf der Magnetschicht des Magnetbandes 8 aufzutreffen, wodurch eine diamantartige Kohlenstoffschicht zusammen mit den in dem Plasma enthaltenen Radikalen gebildet wird.
Ein Beispiel für die Schichtbildungsbedingungen ist in Tabelle 1 wiedergegeben. In Tabelle 1 bezieht sich die Stromdichte in der Magnetschicht auf die Ionenmenge, die zu diesem Abschnitt der Magnetschicht des Magnetbandes 8 fliegt, welches innerhalb einer Lücke zwischen der Gasausströmöffnung 9 und der Außenumfangsoberfläche der Trommelwalze 3 angeordnet ist. Tabelle 1
Als Ergebnis der Schichtbildung bei den vorstehend in Tabelle 1 wiedergegebenen Bedingungen kann über den gesamten Bereich der Gasausströmöffnung 9 (255 mm in der Höhe und 600 mm in der Breite) eine Schicht mit einer Vickers-Härte von 3000 kg/mm² bei einer Geschwindigkeit größer als 300 nm pro Minute synthetisiert werden. Daher ist es möglich geworden, die diamantartige Kohlenstoffschicht von 10 nm hinsichtlich der Dickengleichförmigkeit (mit ± 2 % Veränderung in der Schichtdicke) auf einer Oberfläche der Länge des Magnetbandes 8, welches mit einer Geschwindigkeit von 18 m pro Minute transportiert wird, zu erzeugen.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Druck des Plasmas, das von dem Plasmaerzeugungsrohr 2 erzeugt wird und über die Gasausströmöffnung 9 in den ersten Val(uumbehälter 1 strömt, auf einen gleichmäßigen Wert an jedem lokalen Abschnitt der Lücke zwischen der Umfangsoberfläche der Trommelwalze 3 und der Gasauströmöffnung 9 gehalten wird. Dies wird durch die Verwendung der Positioniereinrichtung ermöglicht, die den Motor 1 2 aufweist, um die Lücke zwischen der Umfangsoberfläche der Trommelwalze 3 und der Gasausströmöffnung 9 einzustellen. Wenn die Lücke zwischen der Gasauströmöffnung 9 und der Umfangsoberfläche der Trommelwalze 3 im Vergleich zu der Strömungsgeschwindigkeit des aus der Gasausströmöffnung 9 austretenden Gases zu groß gewählt wird, wird die Plasmaströmung, die aus der Gasausströmöffnung 9 austritt, instabil, was zu Schwierigkeiten beim Aufrechterhalten eines gleichförmigen Drucks über den gesamten Bereich der Lücke führt.
Um demzufolge den gleichförmigen Druck über den gesamten Bereich der Lücke aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, den Abstand zwischen der Umfangsoberfläche der Trommelwalze 3 und der Gasausströmöffnung 9 auf einen verhältnismäßig kleinen Wert zu setzen. Durch Auswählen eines kleinen Wertes für den Abstand kann die Gasströmung aus dem Plasmaerzeugungsrohr 2 in geeigneter Weise auf einen kleinen Wert im Vergleich zu der Menge des innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres 2 erzeugten Plasmas gesteuert werden und demzufolge nicht nur eine ausreichende Plasmamenge innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres im Vergleich mit der Menge des aus der Gasausströmöffnung 9 ausströmenden Plasmas gesammelt werden, sondern der Gasdruck des Plasmas kann ebenfalls erhöht werden. Während die geeignete Menge des Plasmas innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres 2 gesammelt wird, gefangen daher die Menge des erzeugten Plasmas und die Menge des ausgetretenen Plasinas in ein Gleichgewicht, was es ermöglicht, eine stabile Zuführung des Plasmagases zu der Lücke zu erzielen, während der Gasdruck in der Lücke gleichförmig gehalten wird.
Soweit das dargestellte Ausführungsbeispiel betroffen ist, wird als ein optimaler Abstand angesehen, wenn dieser ca. 0,3 mm beträgt, jedoch nicht 1 mm überschreitet. Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Krümmungsradius der Gasausströmöffnung 9 und die Krümmung der Außenumfangsoberfläche der Trommelwalze 3 identisch sind, wird der Trennabstand nicht gleichmäßig, wenn er genau in einer Längsrichtung der Trommelwalze 3 gemessen wird. Was jedoch den Zweck der Vergleichmäßigung des Druckes des Plasmagases an jeder lokalen Position innerhalb der Lücke zwischen der Umfangsoberfläche der Trommelwalze 3 und der Gasausströmöffnung 9 betrifft, wird der Trennabstand von ca. 0,3 mm als eine gleichförmige Lückengröße angesehen.
Wie vorstehend erläutert worden ist, dient das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dazu, die diamantartige Schicht mit gleichförmiger Schichtdicke bei einer hohen Geschwindigkeit zu erzeugen. Die diamantartige Schicht, die an der Oberfläche der Magnetschicht erzeugt worden ist, hat keine Probleme hinsichtlich der Bindungsfähigkeit mit der Magnetschicht gezeigt und wies einen ausgezeichneten Abriebwiderstand auf, wodurch belegt wird, daß die sich ergebende, diamantartige Schicht als eine ausreichende und wirksame Schutzschicht angesehen werden kann.
Es ist zu bemerken, daß die Magnetschicht des Magnetbandes 8 über die Zugwalze 6 geerdet worden ist. Jedoch muß sie nicht auf Erdungspotential gehalten werden, sondern sie kann mit einer Gleichstromquelle 16 verbunden sein, wie es in Figur 2 gezeigt ist. Da bei der in Figur 2 gezeigten Modifikation die Potentialdifferenz zwischen der Magnetschicht und der Trommelwalze 3 (Erdungspotential) erzeugt wird, unterstützt diese Potentialdifferenz das Magnetband 8 dabei, sehr beständig an der Trommelwalze 3 zu hatten. Während die Trommelwalze 3 üblicherweise wassergekühlt wird, um einen Temperaturanstieg während der Schichterzeugung zu vermeiden und um zu verhindern, daß das Magnetband 8 thermisch beschädigt wird und Gase hiervon austreten, wirkt das Anlegen eines elektrischen Potentials an der Magnetschicht, um das Magnetband 8 zu veranlassen, an der Trommelwalze 3 zu haften, dahingehend, daß die Schichtbildungsbedingungen stabilisiert werden.
Obwohl darüber hinaus bei dem in Figur 1 gezeigten und im Zusammenhang mit dieser Figur erläuterten Ausführungsbeispiel das Verhältnis zwischen dem Druck innerhalb des ersten Vakuumbehälters und dem Druck innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres in der Weise ausgewählt worden ist, daß es sich im Bereich einer zweistelligen Zahl befindet, ist das Druckverhältnis im Bereich einer einstelligen Zahl ausreichend, um eine Erzeugung der diamantartigen Kohlenstoffschicht bei hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu dem bekannten Verfahren zu erzielen, wobei die sich ergebende, diamantartige Schicht vorteilhafterweise als eine Schutzschicht einsetzbar ist.
Figur 3 gibt eine Plasma-CVD-Vorrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wieder. Während bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel eine Gleichstrom-Energiequelle 17 als ein Mittel zum Erzeugen des Plasmas verwendet wird, wird bei der in Figur 3 gezeigten Plasma-CVD-Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 13,56 kHz eingesetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird an der Magnetschicht des Magnetbandes ein negatives Potential über die Vorspannwalze 6 aus der Gleichstrom-Energiequelle 17 angelegt. Ein Beispiel für die Schichtbildungsbedingungen ist in Tabelle 2 wiedergegeben. Wie aus der Tabelle 2 hervorgeht, liegt das Verhältnis zwischen dem Druck innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres 2 und dem Druck innerhalb des Vakuumbehälters 1 im Bereich einer zweistelligen Zahl. Tabelle 2
Als Ergebnis der Schichtbildung unter den in Tabelle 2 wiedergegebenen Bedingungen konnte über den gesamten Bereich der Gasausströmöffnung 9 (250 mm in der Höhe und 600 mm in der Breite) eine Schicht mit einer Vickers-Härte von 2500 kg/mm² bei einer Geschwindigkeit größer als 400 nm pro Minute synthetisiert werden. Demzufolge ist es möglich geworden, die diamantartige Kohlenstoffschicht mit einer gleichförmigen Dicke von 10 nm (mit einer Veränderung von ± 2 % oder kleiner in der Schichtdicke) auf einer Oberfläche der Magnetbandlänge 8 zu erzeugen, welches mit einer Geschwindigkeit größer als 24 m pro Minute läuft.
Beim praktischen Einsatz des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung braucht das Anlegen des negativen Potentials an der Magnetschicht nicht immer von der Gleichstrom-Energiequelle erfolgen, sondern das Wechselstrompotential kann so angelegt werden, daß eine Selbstvorspannungswirkung verwendet werden kann. Darüber hinaus ist die Frequenz des an der Elektrode 7 anzulegenden Wechselstromes nicht begrenzt.
Ähnliche Effekte können sogar dann erzielt werden, wenn dem Wechselstrompotential, welchem ein negatives Gleichstrompotential überlagert ist, an der Elektrode 7 angelegt wird, wie es in Figur 4 gezeigt ist. Dies kann durch Überlagern eines Gleichstrom potentials, welches von einer Gleichstrom-Energiequelle 18 über einen Tiefpaßfilter 17 zugeführt wird, über das Gleichstrom- bzw. Wechselstrompotential, welches von der Wechselstrom-Energiequelle 16 zugeführt wird, erreicht werden, wobei in diesem Fall die Magnetschicht des Magnetbandes geerdet sein kann.
Bei der praktischen Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist eine bevorzugte Schichterzeugung möglich, insbesondere wenn das Druckverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Vakuumbehälter sich im Bereich einer einstelligen oder mehrstelligen Zahl bewegt.
Es ist zu bemerken, daß das Plasmaerzeugungsrohr 2 in seiner Gesamtheit nicht vollständig innerhalb des Vakuumbehälters 1 angeordnet sein muß, sondern daß ein Abschnitt des Rohres 2 außerhalb des Vakuumbehälters 1 positioniert sein kann, wie es bei 2-a in Figur 5 gezeigt ist. Hierdurch werden keine Probleme hervorgerufen. Die Anordnung, bei der ein Abschnitt des Plasmaerzeugungsrohres 2 außerhalb des Vakuumbehälters 1 angeordnet ist, wie es in Figur 5 gezeigt ist, ist insbesondere dort von Vorteil, wo die Wechselstrom-Energiequelle als Mittel zum Erzeugen des Plasmas verwendet wird, wie es beispielhaft aus der Figur 6 hervorgeht.
Bei der in Figur 6 gezeigten Modifikation ist der Abschnitt des Plasmaerzeugungsrohres 2, welcher sich nach außen aus dem Vakuumbehälter 1 hervorerstreckt, an seiner Außenseite mit einer Hochfrequenzspule 21 umwickelt, welche wiederum elektrisch über einen Anpassungsbehälter bzw. ein Anpassungsgehäuse 20 mit einer Wechselstrom-Energiequelle zum Anlegen eines Wechselstrompotentials an der Hochfrequenzspule 21 verbunden ist. Wenn das Plasma durch Anlegen des Wechselstrom potentials erzeugt wird, während das Plasmaerzeugungsrohr 2 vollständig innerhalb des Vakuumbehälters 1 angeordnet ist, erzeugt nicht nur die Innenseite des Plasmaerzeugungsrohres 2, sondern ebenfalls die Hochfrequenzspule 21 einen Trigger, durch den die abnormale Entladung leicht ausgelöst werden kann. Dieses Problem wird beseitigt, wenn die Hochfrequenzspule 21 außerhalb des Vakuumbehälters 1 angeordnet wird, wie es in Figur 6 gezeigt ist. Obwohl die Gleichförmigkeit der sich ergebenden Schicht sichergestellt ist, kann die Möglichkeit des Auftretens der abnormalen Entladung, die zu einer Beschädigung des Magnetbandes 8 führen würde, beseitigt werden.
Obwohl bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die Plasma-CVD-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit dem Erzeugen der diamantartigen Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche der Magnetschicht des Magnetbandes erläutert worden ist, kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auch im Zusammenhang mit dem Erzeugen einer diamantartigen Kohlenstoffschicht auf jedem anderen Substrat als einem Magnetband verwendet werden. Darüber hinaus ist die vorliegenden Erfindung nicht auf den Einsatz beim Erzeugen der diamantartigen Kohlenstoffschicht beschränkt, sondern kann gleichfalls beim Erzeugen jeder anderen dünnen Schicht eingesetzt werden, vorausgesetzt, daß das gasförmige Rohmaterial und die Schichtbildungsbedingungen in geeigneter Weise ausgewählt worden sind. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls beim Sputtern einer Substratoberfläche unter Verwendung eines inerten Gases, wie beispielsweise Argongas, und die Oxidation oder Nitrierung einer Oberfläche unter Verwendung von O&sub2;-Gas oder N&sub2;-Gas eingesetzt werden.
Durch Modifizierung der Form der Gasauströmöffnung kann die vorliegende Erfindung weiterhin beim Erzeugen einer dünnen Schicht auf einem dreidimensionalen Substrat eingesetzt werden, wobei ein Beispiel hierfür nicht als ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf eine Figur 7 erläutert wird. Bei dem Beschreiben des dritten Auführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird Bezug auf die Synethetisierung einer diamantartigen, dünnen Schicht auf einer Oberfläche eines Gleitelements genommen, welches bei einer Maschine zum Führen einer Bewegung eines bewegbaren Gliedes verwendet wird. Ein Beispiel dieses Gleitelements könnte bei der Führung einer Linearbewegung eines Werkzeugschlittens in einer einen Tisch aufweisenden Werkzeugmaschine liegen. Wie dem Fachman bekannt ist, hat die Linearbewegung des Werzeugschlittens direkten Einfluß auf die Bearbeitungspräzision eines Werkstücks und wird daher auf einem hohen Präzisionsniveau gehalten. Unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunktes muß eine Gleitoberfläche die die Linearbewegung des Werkzeugschlittens unterstützt, einen ausreichenden Abriebwiderstand sowie einen ausreichend kleinen Reibwiderstand aufweisen. Die diamantartige, dünne Schicht erfüllt diese Anforderungen. Wenn sie auf der Gleitoberfläche gebildet wird, kann ein ausgezeichnetes Gleitelement erhalten werden.
Darüber hinaus können andere Elemente als das Gleitelement, wie beispielsweise die Oberfläche einer Welle, die durch ein Gleitlager oder jedes andere Lager gelagert wird, die Oberfläche jedes anderen Werkzeugs oder jede andere Oberfläche, die einen Abriebwiderstand aufweisen muß, ebenfalls bei der Erzeung der diamantartigen, dünnen Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung zug rundegelegt werden.
Die Plasma-CVD-Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Figur 7 gezeigt, welche vorteilhafterweise beim Erzeugen einer diamantartigen Schicht auf der Oberfläche eines Gleitelements, welches mit 23 gekennzeichnet ist, eingesetzt wird. Die gezeigte Plasma-CVD Vorrichtung weist eine Vakuumkammer 1 auf, in der das Gleitelement 23 angeordnet ist, sowie ein Plasmaerzeugungsrohr 2. Das Plasmaerzeugungsrohr 2 besitzt eine Gasausströmöffnung 22, die so unter Berücksichtigung der Größe eines Schichterzeugungsabschnittes 23-a ausgestaltet ist und solche Abmessungen aufweist, daß der Abstand zwischen dem Gleitelement 23 und der Gasausströmöffnung 22 über den gesamten Bereich der Gasausströmöffnung 23 gleichmäßig ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schichterzeugungsabschnitt 23-a flach bzw. eben und weist die Form eines Rechtecks auf. Daher ist Gasausströmöffnung 22 ebenfalls in Form eines Rechtecks ausgestaltet.
Ein mit der diamantartigen Schicht zu versehendes Substrat ist bei dem praktischen Einsatz des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ein nicht stetiges bzw. kontinuierliches Medium, wie es beispielsweise bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall ist, sondern ein Gleitelement, welches aus Metall hergestellt ist und welches daher innerhalb des Vakuumbehälters 1 während des Erzeugens der diamantartigen Schicht auf der Oberfläche des Gleitelements 23 angeordnet ist. Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfordert nicht den Einsatz des Transportsystems, wie es bei den anderen, vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
Wo die Oberfläche, auf der die diamantartige Schicht zu bilden ist, eine gekrümmte Oberfläche aufweist, wie es beispielsweise bei 23-b in Figur 8 gezeigt ist, muß eine Gasausströmöffnung 24 entsprechend ausgestaltet sein, um der gekrümmten Oberfläche 23-b zu folgen. Einstell- und Betriebsmittel, die hierbei verwendet werden, stimmen im wesentlichen mit denen überein, die bei jedem der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele eingesetzt worden sind. Als ein gasförmiges Rohmaterial wird C&sub6;H&sub6;-Gas verwendet und in das Plasmaerzeugungsrohr 2 über die Gaszuführleitung 11 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt werden der Trennabstand zwischen Gasausströmöffnung 22 und dein Gleitelement 23 sowie die Strömungsgeschwindigkeit des C&sub6;H&sub6;-Gases in der Weise eingestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Plasmaerzeugungsrohr 2 und dein Vakuumbehälter 1 einen Wert in der Ordnung von mehr als einer einzelnen Ziffer annehmen kann. Wenn diese Druckdifferenz unzureichend ist, wird nicht nur ein ungleichmäßiger, an der Gasausströmöffnung 22 entstandener Druck vorhanden sein, sondern ebenfalls ein Teil des innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres 2 erzeugten Plasmas in den Vakuumbehälter 1 strömen, wodurch ein Fall einer Schichtbildung an einem unerwünschten Bereich sowie darüber hinaus ein Fall einer abnormalen Entladung auftritt.
Nachdem der Druck innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres 2 stabilisiert worden ist, wird ein elektrisches Potential, welches erforderlich ist, um an der Elektrode 7 ein positives Potential anliegen zu haben, zwischen der Elektrode 7 und dem Gleitelement 23 angelegt, um das Plasmaerzeugungsrohr 2 zu veranlassen, das Plasma zu erzeugen. Die in dem so erzeugten Plasma enthaltenen Ionen werden durch die Wirkung des Potentialunterschieds zwischen der Elektrode 7 und dem Gleitelement 23 beschleunigt, um auf den Schichterzeugungsabschnitt 23-a des Gleitelements 23 aufzutreffen, wodurch eine diamantartige Kohlenstoffschicht zusammen mit den in dem Plasma enthaltenen Radikalen gebildet wird.
Ein Beispiel für die Schichtbildungsbedingungen ist in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
Als Ergebnis der Schichtbildung unter den vorstehend in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen konnte über den gesamten Bereich der Gasausströmöffnung 22 (50 mm in der Höhe und 80 mm in der Breite) eine Schicht mit einer Vickers-Härte von 4000 kg/mm² bei einer Geschwindigkeit größer als 150 nm pro Minute synthetisiert werden. Demzufolge ist es möglich geworden, die diamantartige Kohlenstoffschicht mit einer gleichförmigen Dicke von 1 µm (mit ± 2 % Veränderung in der Schichtdicke) über den Schichterzeugungsabschnitt 23-a des Gleitelements 23 zu bilden. Es ist zu bemerken, daß die in Verbindung mit dem ersten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschriebenen Modifikationen in gleicher Weise beim praktischen Einsatz des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres 2 und der Magnetschicht des Magnetbandes 8 oder des Gleitelementes 23 in der Weise ausgewählt, daß sie innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 5,0 kV und vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 3,0 kV liegt. Wenn die Potentialdifferenz geringer als 0,3 kV ist, wird die Ionenbombardementenergie verringert, was zu einer Schicht führt, die gleich einer organischen Schicht ist, d.h. sie ist weich und kann leicht beschädigt werden. Wenn auf der anderen Seite die Potentialdifferenz größer als 5,0 kV gewählt wird, wird die Ionenbombardementenergie zu groß, um zu sputtern, und/oder wird die erzeugte Schicht beschädigt.
Der Druck innerhalb des Vakuumbehälters ist vorzugsweise ein Vakuum größer als 0,5 Pa und insbesondere größer als 0,2 Pa. Wenn das Vakuum innerhalb des Vakuumbehälters geringer als 0,5 Pa ist, kann das an der Magnetschicht anliegende Potential den Fall der abnormalen Entladung bewirken, welche innerhalb des Vakuumbehälters stattfindet. Wenn die abnormale Entladung innerhalb des Vakuumbehälters auftritt, können sich nicht nur Fremdkörper in unerwünschter Weise an der Oberfläche des Magnetbandes 8 anlagern, sondern die Magnetschicht des Magnetbandes kann beschädigt werden.
Der Druck innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres ist vorzugsweise größer als 10 Pa und liegt insbesondere vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 10 bis 50 Pa. Wenn der Druck innerhalb des Plasmaerzeugungsrohes geringer als 10 Pa ist, wird die Schichterzeugungsgeschwindigkeit beträchtlich verringert. Wenn auf der anderen Seite der Druck des Plasmaerzeugungsrohres größer als 50 Pa ist, können in dem Plasmaerzeugungsrohr leicht abnormale Entladungen auftreten, wenn das Potential an der Elektrode angelegt wird. Darüber hinaus ist der Durchschnittshub der freien Bewegung der Ionen in Verbindung mit einer Reduktion in der Bornbardementenergie verringert und daher die Oualität der sich ergebenden Schicht verringert (d.h., daß die SP2-Bindungen zunehmen, wodurch eine weiche Schicht erzeugt wird).
Obwohl in der vorliegenden Beschreibung das C&sub6;H&sub6;-Gas als das gasförmige Rohmaterial verwendet worden ist, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern es kann jedes gasförmige Medium verwendet werden, vorausgesetzt, daß es Kohlenstoffelemente enthält. Das gasförmige Rohmaterial, welches bei der vorliegenden Erfindung verwendet worden ist, kann oder kann nicht jede Form von Argongas und Wasserstoffgas enthalten.
Obwohl die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vollständig beschrieben worden sind, besteht die vorliegende Erfindung darin, daß der Abstand zwischen der Gasausströmöffnung und der Oberfläche des Substrates, auf der die Schicht zu erzeugen ist, so gewählt wird, daß der Druck des Plasmas, welches in dem Plasmaerzeugungsrohr 2 erzeugt worden ist und welches über die Gasauströmöffnung in dem ersten Vakuumbehälter 1 nach außen austritt, über den gesamten Bereich der Gasausströmöffnung, d.h. über jeden Ort der Gasausströmöffnung gleichförmig ist. Wenn der Abstand im Vergleich zu der Strömungsgeschwindigkeit des aus der Gasausströmöffnung austretenden Gases größer ist, ist die Gasströrnung, die aus der Gasauströmöffnung austritt, so instabil, daß kein gleichförmiger Druck in der Lücke zwischen der Gasausströmöffnung und dem Substrat erzeugt werden kann.
Unter der Bedingung, daß der Abstand zwischen der Gasausströmöffnung und dem Substrat auf einen geeigneten Wert ausgewählt worden ist, kann die Menge des aus der Gasausströmöffnung des Plasmaerzeugungsrohres austretenden Gases auf einen geeigneten kleinen Wert im Vergleich mit dem Betrag des innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres erzeugten Plasmas gesteuert werden. Daher kann nicht nur die ausreichende Menge des Plasmas innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres gesammelt werden, sondern der Gasdruck kann gesteigert werden. Während die geeignete Menge des Plasmas in dein Plasmaerzeugungsrohr gesammelt wird, kann die Menge des erzeugten Plasmas und die Menge des ausströmenden Plasmas in ein geeignetes Gleichgewicht in einem solchen Ausmaß gelangen, daß die stabilisierte Zuführung des Plasmagases zu der Lücke stattfindet und der Gasdruck in der Lücke gleichförmig gehalten wird.
Bei dem praktischen Einsatz der vorliegenden Erfindung ist der Druck innerhalb des Plasrnaerzeugungsrohres größer als innerhalb des ersten Vakuumbehälters. Es wurde jedoch herausgefunden, daß, um den gleichförmigen Gasdruck an jedem Ort in der Lücke zwischen dem Substrat und der Gasauströmöffnung zu erhalten, der zur Bildung einer hochqualitativen Schicht notwendig ist, der Druck innerhalb des Plasmaerzeugungsrohres, d.h. dem zweiten Vakuumbehälter im Bereich einer einstelligen oder vorzugsweise im Bereich einer ein- bis zweistelligen Ziffer größer als der Druck innerhalb des ersten Vakuumbehälters ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit dein bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert worden ist, ist zu bemerken, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sind. Derartige Änderungen und Modifikationen werden als innerhalb des Geistes der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, liegend verstanden, sofern sie nicht sich davon entfernen.

Claims

1. Plasma-CVD-Anlage, enthaltend:

einen ersten Vakuumbehälter, der ein Substrat aufnimmt, auf dem eine Schicht zu bilden ist;

einen zweiten Vakuumbehälter, der in Fluid-Verbindung mit einer Quelle für ein Rohgasmedium sowie einer Gasausströmöffnung steht, aus der ein in dem zweiten Behälter befindliches Plasma des Rohgasmediums ausströmt;

Plasmaerzeugungsmittel zum Umwandeln des von der Rohgasmedium-Quelle in den zweiten Vakuumbehälter eingeführte Rohgasmediums in das innerhalb des zweiten Vakuumbehälters befindliche Plasma, wobei die Gasausströmöffnung so ausgebildet ist, daß sie mit der Form der Oberfläche des Substrats übereinstimmt und wobei der zweite Vakuumbehälter innerhalb des ersten Vakuumbehälters mit einer Ausrichtung der Gasausströmöffnung in Richtung auf das Substrat und mit einem Abstand zur Oberfläche des Substrats aufgenommen ist, daß eine zwischen ihnen ausgebildete Lücke entsteht, die so bestimmt ist, daß sie im Bereich von 0,3 mm bis weniger als 1 mm groß ist, um dem Druck des aus der Gasausströmöffnung in die Lücke ausgeströmten Plasmas zu ermöglichen, an jedem Ort innerhalb der Lücke gleichförmig zu sein; und

Elektrofeld-Erzeugungsmittel zum Führen von Ionen des aus der Gasausströmöffnung in die Lücke ausströmenden Plasmas in Richtung des Substrats.

2. Plasma-CVD-Anlage nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend bewegbare Mittel zum Bewegen des zweiten Vakuumbehälters in der Weise, daß die Lücke zwischen der Oberfläche des Substrats und der Plasmaausströmöffnung veränderbar ist.

3. Plasma-CVD-Anlage nach Anspruch 1, weiter enthaltend bewegbare Mittel zum Bewegen des Substrats in der Weise, daß die Lücke zwischen der Oberfläche des Substrats und der Plasmaausströmöffnung veränderbar ist.

4. Plasma-CVD-Anlage nach Anspruch 1, bei der das Substrat eine kontinuierliche Länge eines Magnetbandes ist, bei der die erste Vakuumkammer eine drehbar gehaltene Trommelwalze, Magnetband-Transportmittel zum Transportieren der Magnetbandlänge um die Trommelwalze und eine Vorspannungspotential-Anlegeeinrichtung zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung an einer magnetischen Schicht des Magnetbandes enthält, bei der die Gasausströmöffnung eine Form aufweist, die mit einer äußeren Umfangsoberfläche der Trommelwalze übereinstimmt, und bei der der zweite Vakuumbehälter eine darin angeordnete Elektrode zum Zusammenwirken mit der Vorspannungs-Anle geeinrichtung enthält, um ein elektrisches Feld zum Führen der Ionen des Plasmas in Richtung des Magnetbandes zu bilden.

5. Plasma-CVD-Anlage nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend bewegbare Mittel zum Bewegen des zweiten Vakuumbehälters in der Weise, daß die Lücke zwischen der äußeren Umfangsoberfläche der Trommelwalze und der Plasmaausströmöffnung veränderbar ist.

6. Verfahren zum Bilden einer Schicht auf einer Oberfläche eines Substrats innerhalb eines Vakuumbehälters unter Verwendung einer Plasma-CVD-Technik, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

Einbringen eines Plasmas in einen Vakuumbehälter mit einem höheren Druck als dem innerhalb des Vakuumbehälters herrschenden Druckes;

Ausbilden eines elektrischen Feldes, welches erforderlich ist, um Ionen des Plasmas in Richtung des Substrates zu führen;

Bilden der Schicht, die aus Elementen besteht, welche in dem Plasma enthalten sind;

wobei der Plasma-Einbringschritt dadurch ausgeführt wird, daß eine Plasmagas- Ausströmöffnung mit einer der Form der Oberfläche des Substrats übereinstimmenden Form in unmittelbarer Nähe zu der Oberfläche des Substrates angeordnet wird, wobei eine Lücke im Bereich von 0,3 mm bis weniger als 1 mm zwischen diesen aufrechterhalten wird, so daß innerhalb eines Bereiches, der einwärts durch eine äußere Begrenzung der Lücke begrenzt ist, ein Druckzustand des Plasmagases, der um zumindest eine Einheit größer als der Druck innerhalb des Vakuumbehälters ist, im wesentlichen gleichförmig erzeugt wird; und

wobei das elektrische Feld innerhalb der Lücke auf das Plasma einwirkt.

7. Schichtbildungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem der Druck des Plasmagases innerhalb des Bereiches 10-50 Pa liegt und der Druck innerhalb der Vakuumkammer geringer als 0,2 Pa ist, um es der diamantartigen Schicht zu ermöglichen, auf der Oberfläche des Substrates gebildet zu werden.

8. Schichtbildungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem das Substrat eine sich fortsetzende Länge eines Magnetbandes ist, das eine darauf gebildete Magnetschicht aufweist, wobei die Schicht auf der Magnetschicht des Magnetbandes gebildet wird, bei dem die Vakuumkammer eine Trommelwalze enthält, um die die Länge des Magnetbandes transportiert wird, und bei dem der Plasma-Einbringschritt dadurch ausgeführt wird, daß eine Plasmagas-Ausströmöffnung mit einer der Form der äußeren Umfangsoberfläche der Trommelwalze übereinstimmenden Form in unmittelbare Nähe zu der Oberfläche des Substrates gebracht wird, während eine ausreichend kleine Lücke zwischen diesen aufrechterhalten wird, sodaß innerhalb eines Bereiches, der durch eine äußere Urngrenzung der Lücke einwärts begrenzt wird, ein Druckzustand des Plasmagases, der um zumindest eine Einheit größer als der innerhalb des Vakuumbehälters herrschende Druck ist, im wesentlichen gleichförmig erzeugt wird.

9. Schichtbildungsverfahren nach Anspruch 8, bei dem das Plasma eine gasförmige Version eines gasförmigen Mediums, welches Kohlenstoff enthält, ist und bei dem die auf der Magnetschicht des Magnetbandes erzeugte Schicht eine diamantartige Schicht ist.

10. Schichtbildungsverfahren nach Anspruch 9, bei dem der Druck des Plasmagases an der Lücke im Bereich von 10-50 Pa liegt und der Druck innerhalb der Vakuumkammer um 0,2 Pa geringer ist.