JPH1072289A

JPH1072289A - ダイヤモンドライクカーボン薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH1072289A
Application number: JP23054996A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kajita; 直幸梶田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜
形成時のチャージアップを抑制して、平坦性のよいＤＬ
Ｃ薄膜を得る。【解決手段】真空槽１中でガスイオン源１０に対向し
て、薄膜を形成する基材３を配置し、基材３の近傍に中
和機構１０を設ける。中和機構１０は、第２の熱電子放
出手段２１、およびこれと基材３との間に設けられた第
２の熱電子引出し電極２２を備え、両者間には第１のバ
イアス電源４０により電圧が印加され、第２の熱電子引
出し電極２２が正にバイアスされる。

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、ダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜を形成する装置に関するものであり、
特にガスイオン源を用いたダイヤモンドライクカーボン
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８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、１０
１は真空槽１内で基材３を保持する基材ホルダー、６は
基材ホルダーに設けられて基材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Ｄ
ＬＣ薄膜形成装置は、絶縁物であるＤＬＣ薄膜の形成中
にチャージアップによる放電のために、表面の荒れが発
生する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、ＤＬＣ薄膜のチャ
ージアップを抑制して、平坦性のよいＤＬＣ薄膜を形成
できるＤＬＣ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】この発明に係るＤＬＣ薄
膜形成装置においては、基材の近傍に設けられて基材に
電子を供給する中和機構を備えたものである。さらに、
中和機構は、熱電子を放出する熱電子放出手段と、基材
と熱電子放出手段との間に設けられて、熱放出手段に対
して正のバイアス電圧が印加される熱電子引出し電極と
を備えたものである。

【０００６】また、中和機構は、基材に対して負のバイ
アス電圧が印加される熱電子放出手段を備えたものであ
る。また、中和機構は、基材とガスイオン源との間に設
けられた熱電子放出手段を備えたものである。さらに、
基材を回転させる回転機構を備えたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示すダ
イヤモンドライクカーボン（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、３は表面に
ＤＬＣ薄膜が形成される例えば超硬合金のような基材、
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であり、基材３と同
電位になっている。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である。

【０００８】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あり、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
第１の熱電子放出手段、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内に設けられた第１
の熱電子引出し電極、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、第１の熱電子放出手段１２、第１の熱電子引出
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。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。

【０００９】２０は基材３の近傍でその周囲に設けられ
て、基材３に電子を供給する中和機構、２１はタングテ
ンフィラメント、タンタルフィラメントなどを用いた第
２の熱電子放出手段、２２は細い金属線で構成され、基
材３と第２の熱電子放出手段２１の間に設けられて、第
２の熱電子放出手段２１から電子を引き出す第２の熱電
子引出し電極、２３は第２の熱電子放出手段２１の近傍
で基材３とは反対側に設けられた電界シールド、２４は
第２の熱電子放出手段２１、第２の熱電子引出し電極２
２、電界シールド２３を支持、固定する固定ベースであ
り、第２の熱電子放出手段２１、第２の熱電子引出し電
極２２、電界シールド２３、固定ベース２４により中和
機構２０を構成している。４０は第２の熱電子放出手段
２１に対して第２の熱電子引出し電極２２に正のバイア
ス電圧を印加する第１のバイアス電源であり、第２の熱
電子放出手段２１および電界シールド２３は基材ホルダ
ー４と同電位になっている。

【００１０】次に動作について説明する。まず、基材ホ
ルダー４に基材３を取付け、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。そして基材３の表面のクリーニング処理のため
に、イオンクリーニングに適したガス、例えばアルゴン
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^-1Ｔｏｒｒにする。

【００１１】そして第１の熱電子放出手段１２を作動さ
せ、図示しない電源により、第１の熱電子放出手段に対
して第１の熱電子引出し電極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第１の熱電子放出手段１２に＋２
００〜５００Ｖ程度の電圧を、図示しない電源により印
加しておく。

【００１２】第１の熱電子放出手段１２から放出された
電子は、第１の熱電子引出し電極１３に向けて加速され
てイオンクリーニング用ガスをイオン化し、そのイオン
が基材３に向けて照射される。ガスはプラスにイオン化
されるので、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−１〜−３ｋＶ程度でバイアスを調整
することにより、基材３へ照射するイオンの量およびエ
ネルギーを制御でき、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、基材３とＤＬＣ薄膜の密着性が向上する。

【００１３】次に、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２００℃にした。そしてバイアス
手段５により接地電位に対して基材３にバイアス電圧を
与える。その電圧は直流あるいは時間的に変化する負電
圧、または正と負に交番する電圧とし、電圧値は数ｋＶ
以内、周波数は数十Ｈｚ〜数十ｋＨｚとする。この電圧
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、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、炭素（Ｃ）を含む炭化水素系のガ
スを反応ガス導入室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、例えばベンゼンガ
スを用いる。そして第１の熱電子放出手段１２を作動さ
せ、第１の熱電子放出手段１２に対して第１の熱電子引
出し電極１３に＋５０〜８００Ｖのバイアス電圧を印加
する。第１の熱電子放出手段１２には接地電位に対して
＋２００〜５００Ｖのバイアス電圧を印加する。第１の
熱電子放出手段１２から放出された電子は第１の熱電子
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薄膜を形成する。イオンは正電荷を持って
いるので、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】ところで、ＤＬＣは絶縁物であるので、成
膜中に正電荷がＤＬＣ薄膜上に蓄積されるチャージアッ
プ現象が発生する。電荷がたまると放電が生じて膜が荒
らされ、膜の平坦性が悪くなる。これを抑制するために
中和機構２０により、以下のように基材３に電子を供給
する。第２の熱電子放出手段２１に電力を供給して２０
００℃程度に加熱し、第１のバイアス電源４０により第
２の熱電子引出し電極２２の電位を、第２の熱電子放出
手段２１に対して正方向に５０〜８００Ｖバイアスす
る。

【００１６】これにより、第２の熱電子放出手段２１か
ら０．１〜３Ａ程度の熱電子が第２の熱電子引出し電極
２２に向けて照射され、これを通り抜けて基材３に供給
される。ここで、電界シールド２３の電位を第２の熱電
子放出手段２１と同電位にしたので、電子を基材３方向
に効率良く照射することができる。さらに、第２の熱電
子放出手段２１を基材ホルダー４と同電位にしたので、
基材ホルダー４に時間的に変動するバイアス電圧が印加
されても、それに関係なく基材３に電子を供給すること
ができる。また、第２の熱電子引出し電極２２により熱
電子を引き出すので、中和機構２０の制御において基材
３の形状等の影響を受けにくく、また、第１のバイアス
電源４０の電圧を制御することにより、基材３へ供給す
る電子の量を制御でき、中和の度合いを調整できる。以
上のように、中和機構が比較的に単純な構造で実現でき
る。

【００１７】図２は図１のＤＬＣ薄膜形成装置により薄
膜を形成するときの、基材３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
ＤＬＣ薄膜の付着力が弱くなる。したがって、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。なお、上記温度範囲が、図８
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。

【００１８】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２を示すＤＬＣ薄膜形成装置の断面図である。図に
おいて、１００は基材ホルダー４を回転させる回転機構
である。基材ホルダー４は真空槽１内の下部に設けられ
るとともに、複数のガスイオン源１０が真空槽１内の上
部に設けられている。その他については図１の場合と同
様であるので説明を省略する。回転機構１００で基材ホ
ルダー４を回転させることにより基材３が回転するの
で、基材３への電子供給の均一性が向上する。なお、基
材ホルダー４を固定し、中和機構２０を回転させるよう
にしても、基材３が中和機構２０に対して相対的に回転
するので、同様の効果がある。

【００１９】実施の形態３．図４は、この発明の実施の
形態３を示すＤＬＣ薄膜形成装置の断面図である。図に
おいて、３０は第２の熱電子放出手段２１および電界シ
ールド２３の電位を、基材ホルダー４に対して負方向に
バイアスする第２のバイアス電源であり、また、中和機
構２０は第２の熱電子放出手段２１、電界シールド２
３、固定ベース２４で構成されている。その他について
は図１の場合と同様であるので説明を省略する。第２の
熱電子放出手段２１の電位が、基材３に対して負方向に
バイアスされているので、第２の熱電子放出手段２１か
ら熱電子が基材３へ供給され、図１の場合と同様の効果
がある。第２のバイアス電源３０の電圧を制御すること
により、基材３へ供給する電子の量を調整できる。

【００２０】実施の形態４．図５は、この発明の実施の
形態４を示すＤＬＣ薄膜形成装置の断面図である。第２
の熱電子放出手段２１は基材３とガスイオン源１０の間
で基材３の近傍に設けられ、中和機構２０は第２の熱電
子放出手段２１、電界シールド２３および固定ベース２
４で構成されている。第２の熱電子放出手段２１および
電界シールド２３は基材ホルダー４と同電位になってい
る。その他については図３の場合と同様であるので説明
を省略する。この実施の形態では、第２の熱電子放出手
段２１を基材３とガスイオン源１０の間に配置したの
で、効率よく電子を基材３に供給できる。

【００２１】図６は図５のＤＬＣ薄膜形成装置に、第２
のバイアス電源３０を設けて、第２の熱電子放出手段２
１および電界シールド２３の電位を、基材ホルダー４に
対して負方向にバイアスしたものである。これにより、
さらに効率よく電子を供給できる。また、図７に示すよ
うに、基材３と第２の熱電子放出手段２１の間に第２の
熱電子引出し電極２２を設けるとともに、第１のバイア
ス電源４０を設けて、第２の熱電子引出し電極２２の電
位を、第２の熱電子放出手段２１に対して正方向にバイ
アスしたものである。これにより同様に効率よく電子を
供給できる。

【００２２】

【発明の効果】この発明に係るＤＬＣ薄膜形成装置は、
基材の近傍で基材に電子を供給する中和機構を備えたの
で、成膜時のチャージアップを抑制し、平坦性のよいＤ
ＬＣ薄膜が得られる。さらに熱電子放出手段と、熱電子
放出手段と基材との間に設けられて、熱電子放出手段に
対して正のバイアス電圧が印加される熱電子引出し電極
とを備えることにより、バイアス電圧を制御して、基材
への電子の供給量を調整できる。

【００２３】また、基材に対して負のバイアス電圧が印
加される熱電子放出手段を備えることにより、同様の効
果を奏する。また、熱電子放出手段を、基材とガスイオ
ン源との間に設けることにより、効率よく電子を基材に
供給できる。さらに、基材を回転させる回転機構を備え
ることにより、基材への電子供給の均一性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１を示すＤＬＣ薄膜形
成装置の断面図である。

【図２】図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３】この発明の実施の形態２を示すＤＬＣ薄膜形
成装置の断面図である。

【図４】この発明の実施の形態３を示すＤＬＣ薄膜形
成装置の断面図である。

【図５】この発明の実施の形態４を示すＤＬＣ薄膜形
成装置の断面図である。

【図６】この発明の実施の形態４を示す別の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４を示すさらに別のＤ
ＬＣ薄膜形成装置の断面図である。

【図８】従来のＤＬＣ薄膜形成装置の断面図である。

【符号の説明】

１真空槽、３基材、１０ガスイオン源、２０中
和機構、２１第２の熱電子放出手段、２２第２の熱
電子引出し電極、３０第２のバイアス電源、４０第
１のバイアス電源、１００回転機構。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材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
に保持して上記基材を収容する真空槽と、上記基材に対
向して設けられて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発生させるガスイオン源
と、上記基材の近傍に設けられて上記基材に電子を供給
する中和機構と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。
【請求項２】中和機構は、基材と同電位で熱電子を放
出する熱電子放出手段と、上記基材と熱電子放出手段と
の間に設けられて上記熱電子放出手段に対して正のバイ
アス電圧が印加される熱電子引出し電極とを備えたこと
を特徴とする請求項１記載のダイヤモンドライクカーボ
ン薄膜形成装置。
【請求項３】中和機構は、基材に対して負のバイアス
電圧が印加され、熱電子を放出する熱電子放出手段を備
えたことを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドライ
クカーボン薄膜形成装置。
【請求項４】中和機構は、基材とガスイオン源との間
に設けられ、熱電子を放出する熱電子放出手段を備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記
載のダイヤモンドライクカーボン薄膜形成装置。
【請求項５】中和機構に対して基材を相対的に回転さ
せる回転機構を備えた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ダイヤモンドカーボン薄膜形
成装置。