JPH0765177B2 - Plasma processing method - Google Patents
Plasma processing methodInfo
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- JPH0765177B2 JPH0765177B2 JP62000301A JP30187A JPH0765177B2 JP H0765177 B2 JPH0765177 B2 JP H0765177B2 JP 62000301 A JP62000301 A JP 62000301A JP 30187 A JP30187 A JP 30187A JP H0765177 B2 JPH0765177 B2 JP H0765177B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波電界および外部磁場を印加し、そ
れらの相互作用を用いて、ダイアモンドを含有する炭素
膜を被膜形成物の表面に形成せしめる際のプラズマ処理
方法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention applies a microwave electric field and an external magnetic field, and uses their interaction to form a carbon film containing diamond on the surface of a film-forming material. The present invention relates to a plasma processing method when squeezing.
従来、薄膜の形成手段としてECR（以下、本明細書にお
いて、電子サイクロトロン共鳴を単に「ECR」と記載す
る）条件、すわなち１×10-3〜１×10-5torrの条件下
で、少なくとも電子が１周するのに十分な低い圧力で活
性種を作り、その発散磁場を利用して、この共鳴空間よ
り「離れた位置」に基板を配設して、そこで被膜、特に
アモルファス構造を有する被膜を形成するECRを用いる
方法が知られている。Conventionally, as a means for forming a thin film, under ECR (hereinafter, electron cyclotron resonance is simply referred to as “ECR” in the present specification) conditions, that is, 1 × 10 −3 to 1 × 10 −5 torr, The active species are generated at a pressure low enough for at least one round of electrons, and the divergent magnetic field is used to arrange the substrate "away from" this resonance space, where the coating, especially the amorphous structure, is formed. Methods using ECR to form a coating having are known.
このECR CVD法は、活性種を磁場によりピンチングし、
高エネルギー化することにより、電子エネルギーを大き
くし、効率よく気体をプラズマ化させている。そのた
め、高エネルギー条件化において、プラズマをイオンシ
ャワー化（一方向のみガス流を有する）した反応性気体
は、被膜形成物の表面に到達した際に、付着して膜が形
成される。In this ECR CVD method, active species are pinched by a magnetic field,
By increasing the energy, electron energy is increased and gas is efficiently turned into plasma. Therefore, under high energy conditions, the reactive gas generated by ionizing plasma (having a gas flow in only one direction) adheres to the surface of the film-forming material to form a film.
たとえば、シャワー化した炭素化物の反応性気体を用い
た炭素被膜形成方法では、凹凸表面を有する凹部または
凸部の側面への被膜形成が全く不可能であった。For example, in the method of forming a carbon film using a reactive gas of a carbonized product in the form of a shower, it is impossible at all to form a film on the side surface of a concave portion or a convex portion having an uneven surface.
また、ダイアモンドを一部に含む炭素被膜を形成する応
用例である、たとえばプラスチック、金属、またはガラ
ス等でできた時計用枠、あるいは窓は、凹凸部分が多
く、これらの影に当たる部分の被膜形成が全く不可能で
あった。In addition, as an application example of forming a carbon film containing a part of diamond, for example, a watch frame or window made of plastic, metal, glass, or the like has many uneven portions, and a film is formed on a portion corresponding to a shadow of these. Was totally impossible.
さらに、被膜形成面がきれいでない場合、形成された被
膜は、下地基板との密着性が悪く工業的に幅広く応用で
きなかった。Further, when the surface on which the film is formed is not clean, the formed film has poor adhesion to the underlying substrate and cannot be widely applied industrially.
また、従来、ECRの存在領域でないいわゆる0.01〜300to
rr、特に3torr以上の高い圧力での被膜形成は、プラズ
マが発生せず、高密度プラズマを利用することが不可能
とされていた。In the past, the so-called 0.01-300 to
It was considered that high-pressure plasma could not be used for film formation at high pressure of rr, especially 3 torr or higher, because plasma was not generated.
特に、高い圧力で、ダイアモンド結晶性を有する被膜の
形成は、これまで不可能と考えられていた。In particular, it has heretofore been considered impossible to form a coating having diamond crystallinity at high pressure.
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、
0.01〜300torrという高い圧力の下に、膜を形成する際
のプラズマ処理方法を提供することを目的とする。The present invention is to solve the above problems,
It is an object of the present invention to provide a plasma processing method for forming a film under a high pressure of 0.01 to 300 torr.
また、本発明は、上記高い圧力の下で、被膜形成用物体
の凹凸部の側面に、炭素被膜を形成する際のプラズマ処
理方法を提供することを目的とする。It is another object of the present invention to provide a plasma treatment method for forming a carbon coating on the side surface of the uneven portion of the coating forming object under the above high pressure.
前記目的を達成するために、本発明における膜を物体表
面上に形成する際のプラズマ処理方法は、減圧状態に保
持されたプラズマ発生空間（１）と、当該プラズマ発生
空間（１）を囲んで設けられた磁場発生手段（５）、
（５′）、および前記プラズマ発生空間（１）にマイク
ロ波電力を供給する手段（４）とによってダイアモンド
を含む炭素被膜を形成するものであって、膜形成用物体
（10）が設置されたプラズマ発生空間（１）を排気する
工程と、前記プラズマ発生空間（１）に非生成物気体を
導入し、前記磁場およびマイクロ波を供給してプラズマ
を発生する工程と、前記高いエネルギーを得たプラズマ
によって膜形成用物体（10）の表面を清浄にする工程
と、反応性気体を導入し、0.01〜300torrで混成共鳴条
件を満たすプラズマが発生する工程とを有することを特
徴とする。In order to achieve the above object, a plasma processing method for forming a film on an object surface according to the present invention includes a plasma generation space (1) held in a reduced pressure state, and a plasma generation space (1) surrounded by the plasma generation space (1). A magnetic field generating means (5) provided,
(5 ') and a means (4) for supplying microwave power to the plasma generation space (1) to form a carbon coating film containing diamond, wherein a film forming object (10) is installed. The step of exhausting the plasma generation space (1), the step of introducing a non-product gas into the plasma generation space (1), supplying the magnetic field and the microwave to generate plasma, and obtaining the high energy The method is characterized by including a step of cleaning the surface of the film forming object (10) with plasma, and a step of introducing a reactive gas to generate plasma satisfying the hybrid resonance condition at 0.01 to 300 torr.
また、本発明のプラズマ処理方法における排気する工程
は、ターボ分子ポンプによって、被膜形成空間の圧力を
調整することを特徴とする。Further, the exhausting step in the plasma processing method of the present invention is characterized in that the pressure in the film forming space is adjusted by a turbo molecular pump.
本出願人は、0.01〜300torrという高い圧力の下で高密
度プラズマを作ると共に、当該プラズマがECRではな
く、サイクロトロン共鳴現象とプラズマとが混合した新
しいモードであることを見出した。The Applicant has created a high density plasma under a high pressure of 0.01 to 300 torr and found that the plasma is not ECR but a new mode in which a cyclotron resonance phenomenon and plasma are mixed.
以下、本明細書において、上記圧力下におけるサイクロ
トロン共鳴現象と高密度プラズマとが混合した新しいモ
ードを「混成共鳴」と定義する。Hereinafter, in the present specification, a new mode in which the cyclotron resonance phenomenon under the pressure and the high-density plasma are mixed is defined as “hybrid resonance”.
本出願人は、上記「混成共鳴」を利用して、薄膜、特に
被膜形成面に炭素被膜を形成する際に優れていることを
発見した。The Applicant has discovered that the above "hybrid resonance" is utilized to be excellent in forming a carbon film on a thin film, particularly on a film forming surface.
本発明は、「混成共鳴」を用いた高密度プラズマを利用
して炭素被膜形成を行う際に、形成された炭素被膜と下
地材料との密着性を向上させるため、下地材料表面の清
浄化を行う。In order to improve the adhesion between the formed carbon coating and the base material when the carbon coating is formed using high density plasma using "hybrid resonance", the present invention cleans the surface of the base material. To do.
すなわち、本発明は、前述の混成共鳴条件を満たす高密
度プラズマを発生させる前に、非生成物気体を用いて、
磁場と電場の相互作用によるプラズマを発生させて、下
地材料表面の清浄化を行い、その後に混成共鳴条件を満
たす高密度プラズマを発生せしめ、被膜形成面に薄膜形
成を行う。That is, the present invention uses a non-product gas before generating a high-density plasma satisfying the above-described hybrid resonance condition,
Plasma is generated by the interaction of the magnetic field and the electric field to clean the surface of the underlying material, and then high density plasma satisfying the hybrid resonance condition is generated, and a thin film is formed on the film formation surface.
炭素被膜を形成するためには、「混成共鳴」となる高密
度プラズマを0.01〜300torrの高い圧力で発生させ、か
つこれを持続させるため、カラムを有する空間に、まず
１×10-3〜１×10-5torrの低真空下でECRを生ぜしめる
必要がある。この時に非生成物気体によってプラズマを
発生せしめ、基板の表面を清浄化する。In order to form a carbon film, high-density plasma that causes "hybrid resonance" is generated at a high pressure of 0.01 to 300 torr, and in order to maintain this, first, in a space having a column, 1 × 10 -3 to 1 It is necessary to generate ECR under a low vacuum of × 10 -5 torr. At this time, plasma is generated by the non-product gas to clean the surface of the substrate.
さらに、反応室は、生成物気体が導入され、0.1×10-1
〜３×102torr好ましくは３〜30torrと高い圧力でプラ
ズマ状態を持続しつつ変化せしめ、生成物気体の単位空
間当たりの濃度をこれまでのECR CVD法に比べ102〜105
倍程度の高濃度にする。Furthermore, in the reaction chamber, product gas is introduced, and 0.1 × 10 -1
〜3 × 10 2 torr Preferably, the plasma state is changed at a high pressure of 3 to 30 torr, and the concentration of the product gas per unit space is 10 2 to 10 5 as compared with the conventional ECR CVD method.
Double the concentration.
この時、前記「混成共鳴」が起こった反応室では、初め
て分解または反応により、炭素被膜の形成が可能とな
る。すなわち、ダイアモンド、ｉ−カーボン（ダイアモ
ンドまたは微結晶粒を有する炭素被膜）被膜が形成され
る。At this time, in the reaction chamber where the "hybrid resonance" occurs, the carbon film can be formed by decomposition or reaction for the first time. That is, a diamond or i-carbon (diamond or carbon coating having fine crystal grains) coating is formed.
このダイアモンドを含む炭素膜の成膜機構は、被膜形成
過程において、炭化水素化物気体と水素との混合気体を
導入して、その時形成されつつある被膜の密の部分の構
成物（たとえば、結晶部分）を残し、その表面に炭化物
気体を加えてダイアモンドの結晶を成長させる。これと
同時に、粗の部分の構成（たとえば、アモルファス部
分）において、水素により炭化物を気体化し、表面から
除去する。すなわち、本発明の成膜機構は、不要な部分
をエッチングさせながら、ダイアモンドの結晶部を成長
させ、最後に被膜の全てが結晶性ダイアモンドを有する
被膜とするものである。The mechanism for forming a carbon film containing diamond is such that a mixture gas of a hydrocarbon compound gas and hydrogen is introduced in the process of forming a film to form a composition (for example, a crystal part) of a dense part of the film being formed at that time. ) Is left, and a carbide gas is added to the surface to grow diamond crystals. At the same time, in the rough portion configuration (for example, the amorphous portion), the carbide is vaporized by hydrogen and removed from the surface. That is, the film forming mechanism of the present invention grows the crystal part of the diamond while etching the unnecessary part, and finally the whole film is a film having crystalline diamond.
すなわち、本発明は、従来より知られたマイクロ波を用
いたプラズマCVD法に磁場を印加し、マイクロ波の電場
と磁場との相互作用を用いている。That is, the present invention applies a magnetic field to the conventionally known plasma CVD method using microwaves and uses the interaction between the electric field and the magnetic field of the microwaves.
しかし、従来のECRにおいて、磁場を印加する際の反応
室の圧力が１×10-3〜１×10-5torrであるのに対して、
本発明のプラズマ処理方法は、ECRに有効な条件を用い
ていない。However, in the conventional ECR, while the pressure of the reaction chamber when applying a magnetic field is 1 × 10 −3 to 1 × 10 −5 torr,
The plasma processing method of the present invention does not use conditions effective for ECR.
従来より知られたECRとは、2.45GHZのマイクロ波に対し
て875ガウスの磁場を作用させて、マイクロ波の共鳴吸
収を生じさせるものであり、イオン化率の高いプラズマ
が生成可能であった。The known prior art ECR, by the action of 875 gauss magnetic field to the microwave 2.45 GHz Z, is intended to produce a resonant absorption of microwave, plasma with high ionization rate was capable of producing .
しかし、従来のECRを起すには、電子の平均自由行程の
長い状態、すなわち10-4torr程度の高真空が必要とされ
る。薄膜作製等の応用を考えた場合に必要とされる反応
圧力では、電子の平均自由行程が小さいため、電子が十
分に加速される前に衝突し、ECRが生成され難い。However, in order to cause conventional ECR, a state with a long mean free path of electrons, that is, a high vacuum of about 10 -4 torr is required. At the reaction pressure required for applications such as thin film formation, the mean free path of electrons is small, so that electrons collide before being sufficiently accelerated and ECR is difficult to be generated.
本発明のプラズマ処理方法は、ECRが生成されないとさ
れている圧力範囲（0.01〜300torr）において、ECR条件
を満たす磁速密度を中心とする磁場領域内に、マイクロ
波より電場の最大領域を設定することにより、マイクロ
波の共鳴吸収とマイクロ波による放電プラズマとが混在
した状態で行う。In the plasma processing method of the present invention, in the pressure range (0.01 to 300 torr) where ECR is not generated, the maximum region of the electric field is set by the microwave in the magnetic field region centered on the magnetic velocity density satisfying the ECR condition. By doing so, the resonance absorption of the microwave and the discharge plasma by the microwave are mixed.
すなわち、本発明のプラズマ処理方法は、マイクロ波の
周波数を、たとえば2.45GHZとすると、前述の875ガウス
±185ガウス（±21.1％）の領域、第２図に図示された
符号100で示す領域内にマイクロ波による電場の最大位
置を合わせると、混成共鳴状態の高密度プラズマが得ら
れる。That is, the plasma processing method of the present invention, the frequency of the microwave, for example, when the 2.45 GHz Z, regions of the aforementioned 875 gauss ± 185 gauss (± 21.1%), the region indicated by reference numeral 100 shown in FIG. 2 If the maximum position of the electric field due to microwaves is adjusted inside, a high density plasma in a hybrid resonance state can be obtained.
以下、第１図を参照しつつ本発明の一実施例を説明す
る。第１図は本発明における一実施例である磁場印加可
能なマイクロ波プラズマCVD装置を示す。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 shows a microwave plasma CVD apparatus capable of applying a magnetic field, which is an embodiment of the present invention.
第１図において、磁場印加可能なマイクロ波プラズマCV
D装置は、減圧状態に保持可能なプラズマ発生空間
（１）と、物体に被膜形成する空間（３）と、補助空間
（２）と、磁場を発生する電磁石（５）、（５′）と、
当該電磁石（５）、（５′）に電流を供給する電源（2
5）と、マイクロ波発振器（４）と、排気系を構成する
ターボ分子ポンプ（８）と、ロータリーポンプ（14）
と、圧力調整バルブ（11）と、被膜を形成する物体を挿
入する筒状カラム（10′）と、当該筒状カラム（10′）
内に挿入された被膜を形成する、たとえば時計用枠（1
0）と、マイクロ波導入窓（15）と、生成物気体を導入
するガス系（６）、（７）と、前記電磁石（５）、
（５′）を冷却する水冷系（18）、（18′）とから構成
されている。In Fig. 1, microwave plasma CV capable of applying a magnetic field
The device D comprises a plasma generation space (1) that can be maintained under reduced pressure, a space (3) for forming a film on an object, an auxiliary space (2), and electromagnets (5), (5 ') that generate a magnetic field. ,
A power source (2) that supplies current to the electromagnets (5) and (5 ')
5), a microwave oscillator (4), a turbo molecular pump (8) that constitutes an exhaust system, and a rotary pump (14)
A pressure regulating valve (11), a cylindrical column (10 ') into which an object for forming a film is inserted, and the cylindrical column (10').
Form a coating inserted within, eg watch frame (1
0), a microwave introduction window (15), gas systems (6) and (7) for introducing a product gas, and the electromagnet (5),
It is composed of water cooling systems (18) and (18 ') for cooling (5').
本実施例は、被膜形成用物体として時計用枠（10）を用
いた。まず、時計用枠（10）は、たとえばアルミニュー
ム合金、プラスチックス、あるいはプラスチックスおよ
びガラスからなり、筒状カラム（10′）内に挿入され
る。そして、筒状カラム（10′）は、ゲート弁（20）か
らプラズマ発生空間（１）内に配設される。この筒状カ
ラム（10′）は、マイクロ波および磁場を乱させないた
め、ステンレスまたは石英製の容器を用いた。In this example, a watch frame (10) was used as a film-forming object. First, the timepiece frame (10) is made of, for example, an aluminum alloy, plastics, or plastics and glass, and is inserted into the cylindrical column (10 '). The cylindrical column (10 ') is arranged in the plasma generation space (1) from the gate valve (20). This cylindrical column (10 ') uses a container made of stainless steel or quartz because it does not disturb the microwave and magnetic field.
この筒状カラム（10′）は、歯車を回転手段（16）によ
り回転（17）する。筒状カラム（10′）の回転は、１分
間に0.1〜10回のスピードとした。さらに、筒状カラム
（10′）は、図示されていない振動装置によって、同時
に100〜10KHzの微振動を与え、それぞれの物体を分散し
易くさせた。In this cylindrical column (10 '), the gear is rotated (17) by the rotating means (16). The cylindrical column (10 ') was rotated at a speed of 0.1 to 10 times per minute. Furthermore, the cylindrical column (10 ') simultaneously gave a slight vibration of 100 to 10 KHz by a vibrating device (not shown) to facilitate dispersion of each object.
まず、プラズマ発生空間（１）、補助空間（２）、およ
び被膜形成空間（３）は、ターボ分子ポンプ（８）と、
ロータリーポンプ（14）とによって１×10-6torr以下に
真空排気される。First, the plasma generation space (1), the auxiliary space (2), and the film formation space (3) are provided with a turbo molecular pump (8),
It is evacuated to 1 × 10 -6 torr or less by the rotary pump (14).
次に、非生成物気体（分解・反応後、固体を構成しない
気体、以下、本明細書において、前記気体を非生成物気
体と記載する。）、たとえばアルゴン、ヘリューム、ま
たは水素は、30SCCMの流量でガス系（７）を通してプラ
ズマ発生空間（１）に導入される。この時、プラズマ発
生空間（１）、補助空間（２）、および被膜形成空間
（３）の圧力は、１×10-4torrである。また、プラズマ
発生空間（１）、補助空間（２）、および被膜形成空間
（３）には、外部から2.45GHzの周波数のマイクロ波が5
00Wの強さで印加された。さらに、プラズマ発生空間
（１）、補助空間（２）、および被膜形成空間（３）に
は、磁場約2Kガウスを電磁石（５）、（５′）によって
印加され、ECR条件を満たした高密度プラズマがプラズ
マ発生空間（１）に発生する。Next, a non-product gas (a gas that does not form a solid after decomposition / reaction, hereinafter, referred to as a non-product gas in the present specification), for example, argon, helium, or hydrogen is 30 SCCM. It is introduced into the plasma generation space (1) through the gas system (7) at a flow rate. At this time, the pressure in the plasma generation space (1), the auxiliary space (2), and the film formation space (3) is 1 × 10 −4 torr. Further, in the plasma generation space (1), the auxiliary space (2), and the film formation space (3), microwaves with a frequency of 2.45 GHz are supplied from the outside.
Applied with a strength of 00W. Further, a magnetic field of about 2 K gauss was applied by electromagnets (5) and (5 ') to the plasma generation space (1), the auxiliary space (2), and the film formation space (3), and high density satisfying ECR conditions Plasma is generated in the plasma generation space (1).
高エネルギーを持つ非生成物気体または電子は、前記高
密度プラズマ領域から、筒状カラム（10′）内を透過
（22）し、筒状カラム（10′）内の時計用枠（10）の表
面上に到り、表面を清浄にする。The non-product gas or electron having high energy permeates (22) in the cylindrical column (10 ′) from the high density plasma region, and is transferred to the watch frame (10) in the cylindrical column (10 ′). Reach the surface and clean the surface.
次に、前記非生成物気体が導入された状態で、ガス系
（７）から生成物気体（分解・反応後、固体を構成する
気体、以下、本明細書において、前記気体を生成物気体
と記載する。）たとえば、炭化物気体（アセチレン（C2
H2）、エチレン（C2H4）、またはメタン（CH4）等）
は、200SCCMの流量で導入される。Next, in a state where the non-product gas is introduced, a product gas (a gas that constitutes a solid after decomposition / reaction, from the gas system (7), hereinafter, in the present specification, the gas is referred to as a product gas. For example, a carbide gas (acetylene (C 2
H 2), ethylene (C 2 H 4), or methane (CH 4) etc.)
Is introduced at a flow rate of 200 SCCM.
プラズマ発生空間（１）、補助空間（２）、および被膜
形成空間（３）は、すでに発生しているプラズマ状態を
保持しつつ0.1×10-1〜３×102torr好ましくは0.3〜30t
orr、たとえば10torrの圧力に変更される。The plasma generation space (1), the auxiliary space (2), and the film formation space (3) maintain the already-generated plasma state while maintaining 0.1 × 10 −1 to 3 × 10 2 torr, preferably 0.3 to 30 t.
The pressure is changed to orr, for example 10 torr.
これらの空間の圧力を高くすることにより、単位空間あ
たりの生成物気体の濃度が大きくできるので、被膜成長
速度は、大きくなる。また、同時に生成物気体は、被膜
形成物体の凹凸部分に対する廻り込みが大きくなる。By increasing the pressure in these spaces, the concentration of the product gas per unit space can be increased, so that the film growth rate is increased. In addition, at the same time, the product gas becomes large in the wraparound to the uneven portion of the film-forming object.
かくの如く、一度低い圧力でプラズマを発生させ、その
プラズマ状態を保持しつつ、生成物気体の活性濃度を大
きくする。そして、高エネルギーによって励起された生
成物気体中の炭素原子が生成され、筒状カラム（10′）
内の多数の時計用枠（10）上に、この炭素原子が堆積
し、ダイアモンド又はｉ−カーボン膜となる。As described above, the plasma is once generated at a low pressure, and the active state of the product gas is increased while maintaining the plasma state. Then, carbon atoms in the product gas excited by the high energy are generated, and the cylindrical column (10 ')
The carbon atoms are deposited on a large number of watch frames (10) inside to form a diamond or i-carbon film.
第１図において、磁場は２つのリング状の電磁石
（５）、（５′）を用いたヘルムホルツコイル方式を採
用した。In FIG. 1, the magnetic field adopts a Helmholtz coil system using two ring-shaped electromagnets (5) and (5 ').
第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図において、符号（30）に
よって４分割した空間に対し、電場・磁場の強度を調べ
た結果を示す。FIGS. 2 (A) and 2 (B) show the results of examining the electric and magnetic field intensities with respect to the space divided into four by the reference numeral (30) in FIG.
第２図（Ａ）において、横軸（Ｘ軸）は、空間（30）の
横方向（反応性気体の流出方向）であり、縦軸（Ｒ軸）
は、磁石の直径方向を示す。第２図（Ａ）における曲線
は、磁場の等磁位面を示す。そして、等磁位面を示す線
上の数字は、電磁石（５）が約2000ガウスの時に得られ
る磁場の強さを示す。電磁石（５）の強度を調整する
と、電極・磁場の相互作用を有する空間（875ガウス±1
85ガウス以内）で、特に第２図（Ａ）に示す線（26）が
875ガウスとなる混成共鳴条件を生ずる等磁位面であ
る。In FIG. 2 (A), the horizontal axis (X axis) is the horizontal direction (outflow direction of the reactive gas) of the space (30), and the vertical axis (R axis).
Indicates the diametrical direction of the magnet. The curve in FIG. 2 (A) shows the isomagnetic surface of the magnetic field. The number on the line showing the equi-magnetic surface indicates the strength of the magnetic field obtained when the electromagnet (5) is about 2000 gauss. By adjusting the strength of the electromagnet (5), the space (875 Gauss ± 1
Within 85 gauss), especially the line (26) shown in Fig. 2 (A)
It is a magnetic equipotential surface that produces a hybrid resonance condition of 875 Gauss.
上記混成共鳴条件の生ずる空間（100）は、第２図
（Ｂ）に示す如く、電場が最大となる領域となるように
している。第２図（Ｂ）の横軸は、第２図（Ａ）と同じ
く反応性気体の流れる方向を示し、縦軸は、電場（電界
強度）の強さを示す。The space (100) where the above-mentioned hybrid resonance condition occurs is set to a region where the electric field is maximum, as shown in FIG. 2 (B). The horizontal axis of FIG. 2 (B) shows the direction in which the reactive gas flows, as in FIG. 2 (A), and the vertical axis shows the strength of the electric field (electric field strength).
第３図は第２図における基板の位置での円形空間の磁場
（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場の図面であ
る。第３図（Ｂ）より明らかなごとく電場は最大25KV/m
にまで達せしめ得ることがわかる。FIG. 3 is a drawing of the magnetic field (A) and the electric field (B) in the circular space at the position of the substrate in FIG. As is clear from Fig. 3 (B), the electric field is 25 KV / m at maximum.
It turns out that you can reach to.
また、比較のために同条件下で磁場を印加せずに、薄膜
形成を行った。その時、基板上に形成された薄膜は、グ
ラファイト膜であった。したがって、「混成共鳴」条件
が膜形成に大きくかかわっていることが判った。For comparison, a thin film was formed under the same conditions without applying a magnetic field. At that time, the thin film formed on the substrate was a graphite film. Therefore, it was found that the "hybrid resonance" condition was significantly involved in film formation.
本実施例によって形成された薄膜の電子線回析像をとっ
たところ、アモルファス特有のハローパターンと共に、
ダイアモンド（単結晶粒）のスポットがみられ、ｉ−カ
ーボン膜となっていた。Taking an electron diffraction image of the thin film formed by this example, together with the halo pattern peculiar to amorphous,
A spot of diamond (single crystal grain) was observed, and it was an i-carbon film.
さらに、マイクロ波電力を上げて形成していくに従い、
ハローパターンが少しずつ消えていき700Wまたはそれ以
上でダイアモンド構造がより多く混入した被膜となっ
た。Furthermore, as the microwave power is increased and formed,
The halo pattern disappeared little by little, and at 700 W or higher, a coating with more diamond structure was mixed.
また、第１図において、気体は、右側より左側方向へ流
れるようにしてあるが、左側より右側方向であっても、
上側より下側方向であっても、また下側より上側方向で
あってもよい。Further, in FIG. 1, the gas is made to flow from the right side to the left side, but even if it is from the left side to the right side,
The direction may be from the upper side to the lower side or from the lower side to the upper side.
筒状カラムは、円筒形としても、角状（六角または八
角）としてもよい。角状にすると、回転に伴い物体を裏
返すことができ、物体の全表面にコーティングがしやす
い。The cylindrical column may have a cylindrical shape or a rectangular shape (hexagonal or octagonal). The angular shape allows the object to be turned inside out as it rotates, making it easy to coat the entire surface of the object.
本発明によれば、ECRの存在領域でない0.01〜300torrと
いう高い圧力の下で、「混成共鳴」を起こしたので、凹
凸のある物体の表面に膜が形成できると共に、下地表面
との密着性も良好であった。According to the present invention, under a high pressure of 0.01 to 300 torr, which is not a region where ECR exists, "hybrid resonance" is caused, so that a film can be formed on the surface of an uneven object and the adhesion to the underlying surface is also improved. It was good.
また、本発明によれば、高いエネルギーを得たプラズマ
によって、被形成面に清掃した後に被膜を形成するた
め、工業的に幅広い応用が考えられる炭素被膜を下地材
料と密着性よく形成することができた。Further, according to the present invention, since a film is formed after cleaning the surface to be formed by plasma having high energy, it is possible to form a carbon film having a wide range of industrial applications with good adhesion to the base material. did it.
さらに、本発明によれば、炭素被膜の応用可能性が広が
ったので、高付加価値商品を容易に作ることが可能とな
った。Furthermore, according to the present invention, the applicability of the carbon coating has been expanded, and it has become possible to easily produce high value-added products.
第１図は本発明における一実施例である磁場印加可能な
マイクロ波プラズマCVD装置を示す。 第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図において、符号（30）に
よって４分割した空間に対し、電場・磁場の強度を調べ
た結果を示す。 第３図は第２図における基板の位置での円形空間の磁場
（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場の図面であ
る。 １……プラズマ発生空間 ２……補助空間 ３……被膜形成空間 ４……マイクロ波発振器 ５、５′……電磁石 ６……ガス系 ７……ガス系 ８……ターボ分子ポンプ 10……時計用枠 10′……筒状カラム 11……圧力調整バルブ 16……回転手段 18……水冷系 20……ゲート弁 25……電源 100……混成共鳴条件の生ずる空間FIG. 1 shows a microwave plasma CVD apparatus capable of applying a magnetic field, which is an embodiment of the present invention. FIGS. 2 (A) and 2 (B) show the results of examining the electric and magnetic field intensities with respect to the space divided into four by the reference numeral (30) in FIG. FIG. 3 is a drawing of the magnetic field (A) and the electric field (B) in the circular space at the position of the substrate in FIG. 1 ... Plasma generation space 2 ... Auxiliary space 3 ... Coating formation space 4 ... Microwave oscillator 5, 5 '... Electromagnet 6 ... Gas system 7 ... Gas system 8 ... Turbo molecular pump 10 ... Clock Frame 10 '…… Cylindrical column 11 …… Pressure adjusting valve 16 …… Rotating means 18 …… Water cooling system 20 …… Gate valve 25 …… Power supply 100 …… Space where mixed resonance conditions occur
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−197559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−169387（ＪＰ，Ａ) 特公 平４−20984（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−20985（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−76665（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−15147（ＪＰ，Ｂ２) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP 59-197559 (JP, A) JP 63-169387 (JP, A) JP-B 4-20984 (JP, B2) JP-B 4- 20985 (JP, B2) JP 6-76665 (JP, B2) JP 7-15147 (JP, B2)
Claims (2)
と、当該プラズマ発生空間を囲んで設けられた磁場発生
手段、および前記プラズマ発生空間にマイクロ波電力を
供給する手段とによってダイアモンドを含む炭素被膜を
形成するプラズマ処理方法であって、 膜形成用物体が設置されたプラズマ発生空間を排気する
工程と、 前記プラズマ発生空間に非生成物気体を導入し、前記磁
場およびマイクロ波を供給してプラズマを発生する工程
と、 前記高いエネルギーを得たプラズマによって膜形成用物
体の表面を清浄にする工程と、 反応性気体を導入し、0.01〜300torrで混成共鳴条件を
満たすプラズマが発生する工程と、 からなることを特徴とするプラズマ処理方法。1. A carbon coating containing diamond by a plasma generation space held in a decompressed state, a magnetic field generation means provided surrounding the plasma generation space, and a means for supplying microwave power to the plasma generation space. And a step of exhausting a plasma generation space in which a film forming object is installed, a non-product gas is introduced into the plasma generation space, and the magnetic field and the microwave are supplied to generate plasma. And a step of cleaning the surface of the film-forming object with the plasma having the high energy, a step of introducing a reactive gas, and generating a plasma satisfying the hybrid resonance condition at 0.01 to 300 torr, A plasma processing method comprising:
よって、被膜形成空間の圧力を調整することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理方法。2. The plasma processing method according to claim 1, wherein in the exhausting step, the pressure in the film forming space is adjusted by a turbo molecular pump.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62000301A JPH0765177B2 (en) | 1987-01-05 | 1987-01-05 | Plasma processing method |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12081696A Division JP2691399B2 (en) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Plasma processing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63169380A JPS63169380A (en) | 1988-07-13 |
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Family
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Family Applications (1)
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-
1987
- 1987-01-05 JP JP62000301A patent/JPH0765177B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63169380A (en) | 1988-07-13 |
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