JP2015105398A - 皮膜形成装置及び皮膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】処理対象部材に皮膜を形成するとき、処理対象部材を囲む処理空間の第1の方向からプラズマを形成させる。さらに、前記処理空間の前記第1の方向と異なる第2の方向から、前記第1の方向からプラズマを形成させるタイミングに遅延させてプラズマを形成させる。前記第1の方向から形成させるプラズマと、前記第2の方向から形成させるプラズマの形成開始後に、前記処理対象部材にパルス電圧を印加させることにより、処理対象部材にイオンを注入させて処理対象部材に皮膜を形成させる。
【選択図】 図1
Description
処理対象部材を配置した処理空間を囲む処理容器と、
前記処理容器の互いに異なる複数の外面上に設けられた複数のプラズマ生成素子と、
前記複数のプラズマ生成素子に電力を供給する高周波電源と、
前記処理対象部材にパルス電圧を印加するための電圧を出力するDC電源と、
前記複数のプラズマ生成素子の少なくとも1つに供給する電力の、処理対象部材に印加されるパルス電圧に対する先行のタイミングを、前記少なくとも1つのプラズマ生成素子以外の他のプラズマ生成素子に供給される電力の、前記パルス電圧に対する先行のタイミングに対して異ならせる制御部と、を備える。
処理対象部材を囲む処理空間の第1の方向からプラズマを形成させるステップと、
前記処理空間の前記第1の方向と異なる第2の方向から、前記第1の方向からプラズマを形成させるタイミングに遅延させてプラズマを形成させるステップと、
前記第1の方向から形成させるプラズマと、前記第2の方向から形成させるプラズマの形成開始後に、前記処理対象部材にパルス電圧を印加させることにより、前記処理対象部材に、前記プラズマによって前記処理空間内のガスからつくられるイオンを注入させて処理対象部材に皮膜を形成するステップと、を有する。
皮膜形成装置10は、処理容器12と、プラズマ生成素子14a,14b,14cと、高周波電源16a,16b,16cと、DC(直流)電源18と、タイミング制御部20と、スイッチ素子22a,22b,22c,22dとを主に備える。
電極板14a,14b,14cは金属製の板材であり、例えば銅板である。電極板14a,14b,14cの各面のうち面積の最も大きい主表面が処理空間に向くように配置されている。電極板14a,14b,14cは一方向に延在し、延在方向の一端は電力が供給される給電端であり、他端は接地されて接地端となっている。電極板14a,14b,14cのそれぞれは、スイッチ素子22a,22b,22cを介して高周波電源16a,16b,16cと接続されている。高周波電源16a,16b,16cは、例えば1〜100MHzの範囲の高周波(例えば13.56MHz)を出力する。したがって、電極板14a,14b,14cの一端に電力が給電されると、電極板14a,14b,14cの主表面に沿って電流が流れ、この電流により処理空間内に高周波の磁場が形成され、この磁場によってプラズマが形成される。スイッチ素子22a,22b,22cは、後述するタイミング制御部20の指示に従って給電のON/OFFを制御する。
電極板14a,14b,14cへの電力の供給期間は、例えば10〜500μ秒であり、例えば100〜3000Wの電力が電極板14a,14b,14cに供給される。一方、処理対象部材11に印加されるパルス電圧(負の電圧)のパルス幅は例えば0.1〜500μ秒であり、例えば0.5〜4kVの電圧が印加される。
図3(a)によると、プラズマ形成開始からのパルス電圧の供給のタイミングを遅くするほど、XPSのデータのピーク値の位置は、sp2混成軌道からなるグラファイト構造物質のピーク値の方向にシフトしていくことがわかる。
一方、図3(b)は、皮膜に入射するイオンのエネルギーに対する、sp3混成軌道とsp2混成軌道の比率の変化を示す公知のグラフを示している。このグラフからわかるように、皮膜に入射するイオンのエネルギーによって、sp3混成軌道とsp2混成軌道の比率が変わる。したがって、図3(a)に示すように、プラズマ形成開始からのパルス電圧の供給のタイミングを変えることにより、皮膜のピーク値の位置が変化するといった事実は、パルス電圧のタイミングを変えることにより、皮膜に入射するイオンのエネルギーが変化すると考えられ得る。
図4に示されるように、プラズマの生成終了後に行うパルス電圧の電極板への印加のタイミングを変えることにより、ダイヤモンドライクカーボン中の水素成分の含有量が変化することがわかる。水素含有量は、膜密度及び膜硬度に影響を与え、水素含有量が高いほど膜密度は低くなり、膜硬度は低くなる。
これより、プラズマの生成終了後に行うパルス電圧の電極板への印加のタイミングを変えることによりイオンのエネルギーが変化して、膜密度及び膜硬度を変更する。
この状態で、電極板14aに高周波電力を供給することにより、処理対象部材11を囲む処理空間の天井の方向から(第1の方向から)プラズマを形成させる。さらに、プラズマの形成後、処理空間の側壁の方向(第2の方向から)プラズマを、電極板14aへの高周波電力の供給のタイミングに遅延させて、電極板14b,14cに高周波電力を供給することにより、プラズマを形成させる。
天井の方向から形成させるプラズマと、側壁の方向から形成させるプラズマの形成開始後に、処理対象部材11にパルス電圧を印加させる。これより、処理対象部材11にイオンを注入させて処理対象部材11に皮膜を形成させる。このような処理により、処理対象部材11に注入されるイオンのイオンエネルギーを場所によらず均一にすることができ、かつ、そのイオンの成分を場所によらず均一にすることができる。
11 処理対象部材
12 処理容器
14a,14b,14c プラズマ生成素子(電極板)
16a,16b,16c 高周波電源
18 DC電源
20 タイミング制御部
22a,22b,22c,22d スイッチ素子
23 導入管
25 排気管
27 ガス源
29 排気装置
Claims (9)
- プラズマを用いて処理対象部材の表面に皮膜を形成する皮膜形成装置であって、
処理対象部材を配置した処理空間を囲む処理容器と、
前記処理容器の互いに異なる複数の外面上に設けられた複数のプラズマ生成素子と、
前記複数のプラズマ生成素子に電力を供給する高周波電源と、
前記処理対象部材にパルス電圧を印加するための電圧を出力するDC電源と、
前記複数のプラズマ生成素子の少なくとも1つに供給する電力の、処理対象部材に印加されるパルス電圧に対する先行のタイミングを、前記少なくとも1つのプラズマ生成素子以外の他のプラズマ生成素子に供給される電力の、前記パルス電圧に対する先行のタイミングに対して異ならせる制御部と、を備えることを特徴とする皮膜形成装置。 - 前記制御部は、前記複数のプラズマ生成素子に供給する電力のうち、最先に供給される電力の終了後に前記パルス電圧を立ち上げる、請求項1に記載の皮膜形成装置。
- 前記制御部は、前記複数のプラズマ生成素子に付与する電力のうち、最も遅く供給される電力の付与中もしくは電力の付与後に前記パルス電圧を立ち上げる、請求項1または2に記載の皮膜形成装置。
- 前記複数のプラズマ生成素子は、前記処理容器の天井壁面に設けられた第1のプラズマ生成素子と、前記処理容器の側壁面に設けられた複数の第2のプラズマ生成素子とを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の皮膜形成装置。
- 前記第2のプラズマ生成素子のそれぞれには、互いに同じタイミングで同じ期間電力を供給する、請求項4に記載の皮膜形成装置。
- 前記処理容器は、断面が円形あるいは多角形形状の筒形状を成し、
前記第2のプラズマ生成素子は、前記処理容器の側壁面上の、前記筒形状の長手方向の同じ位置に、前記処理対象部材を囲むように設けられている、請求項4または5に記載の皮膜形成装置。 - 前記プラズマ生成素子のそれぞれは、一端から電力が供給され、他端が接地したプラズマ生成用電極板である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の皮膜形成装置。
- 前記プラズマ生成素子は、前記処理容器の天井壁面に設けられた第1のプラズマ生成素子である第1の電極板と、前記処理容器の側壁面に設けられた複数の第2のプラズマ生成素子である第2の電極板とを含み、
前記制御部は、前記第2の電極板のうち、前記第1の電極板の電力の供給端に最も近くに位置する電極板に供給する電力が、前記第2の電極板のうち、前記第1の電極板の接地端に最も近くに位置する電極板に供給する電力に対して大きくなるように、電力を供給する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の皮膜形成装置。 - プラズマを用いて処理対象部材の表面に皮膜を形成する皮膜形成方法であって、
処理対象部材を囲む処理空間の第1の方向からプラズマを形成させるステップと、
前記処理空間の前記第1の方向と異なる第2の方向から、前記第1の方向からプラズマを形成させるタイミングに遅延させてプラズマを形成させるステップと、
前記第1の方向から形成させるプラズマと、前記第2の方向から形成させるプラズマの形成開始後に、前記処理対象部材にパルス電圧を印加させることにより、前記処理対象部材に、前記プラズマによって前記処理空間内のガスからつくられるイオンを注入させて処理対象部材に皮膜を形成するステップと、を有することを特徴とする皮膜形成方法。
Priority Applications (1)
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JP2013247246A JP2015105398A (ja) | 2013-11-29 | 2013-11-29 | 皮膜形成装置及び皮膜形成方法 |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009142016A1 (ja) * | 2008-05-22 | 2009-11-26 | 株式会社イー・エム・ディー | プラズマ生成装置およびプラズマ処理装置 |
JP2012177174A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-09-13 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 薄膜形成装置 |
JP2013134836A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Nissin Electric Co Ltd | プラズマ処理装置 |
JP2013535074A (ja) * | 2010-06-11 | 2013-09-09 | バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド | 基板プラズマ処理技術 |
-
2013
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