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JP5299674B2 - Method for forming amorphous hard carbon film and apparatus for forming the same - Google Patents
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JP5299674B2 - Method for forming amorphous hard carbon film and apparatus for forming the same - Google Patents

Method for forming amorphous hard carbon film and apparatus for forming the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition method of an amorphous hard carbon film capable of obtaining the amorphous hard carbon film having higher hardness compared with the former, with hydrocarbon-based gas under the atmospheric pressure being raw material thereof, and to provide a film deposition apparatus therefor. <P>SOLUTION: The film deposition method of the amorphous hard carbon film includes a base material holding step of holding a base material to a holding electrode, and a film deposition step of depositing the amorphous hard carbon film on a surface of the base material by applying the AC voltage to an application electrode, generating the glow discharge plasma between an electrode body and surface of the base material, and exhausting exhaust gas while the electrode body having the application electrode is opposite to the holding electrode, raw material gas containing hydrocarbon based gas is fed between the electrode body and the holding electrode, and the DC bias voltage is generated between the electrode body and the holding electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、大気圧雰囲気下での非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法及びその成膜装置に関するものである。   The present invention relates to a method for forming an amorphous hard carbon film under an atmospheric pressure atmosphere and a film forming apparatus therefor.

非晶質硬質炭素皮膜は、高硬度、低摩耗、低摩擦、表面平滑性に優れるという特徴を持ち、金型、工具、摺動部品などにコーティングされ利用されている。非晶質硬質炭素皮膜とはダイヤモンドと同じ結合状態の炭素原子を比較的多く含む非晶質な硬質炭素皮膜であり、一般的にダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜と呼ばれている。このDLC皮膜は、使用する原料や成膜方法によって皮膜の性質が異なることが知られている。DLC皮膜の成膜方法としては一般にプラズマCVD法やスパッタ法が用いられている。しかしプラズマCVD法やスパッタ法を用いた成膜方法では、広範囲にわたって均質なプラズマが得られず、均質な膜が形成できる領域は限られ大面積化が困難であった。また低圧環境下で行うため成膜速度が遅く、また真空容器を使ったバッチ式であるため生産性に難点があるなどの問題があった。   Amorphous hard carbon films have characteristics of high hardness, low wear, low friction, and excellent surface smoothness, and are used by being coated on dies, tools, sliding parts, and the like. An amorphous hard carbon film is an amorphous hard carbon film containing a relatively large number of carbon atoms in the same bonding state as diamond, and is generally called a diamond-like carbon (DLC) film. It is known that the properties of the DLC film differ depending on the raw materials used and the film forming method. As a method for forming a DLC film, plasma CVD or sputtering is generally used. However, in the film formation method using the plasma CVD method or the sputtering method, a uniform plasma cannot be obtained over a wide range, and a region where a homogeneous film can be formed is limited and it is difficult to increase the area. In addition, the film forming speed is low because it is performed in a low pressure environment, and there is a problem that productivity is difficult because it is a batch type using a vacuum vessel.

DLC皮膜の成膜方法としての開示ではないが、プラズマCVD法やスパッタ法を用いた他の皮膜の成膜方法の上記難点を改良する方法として大気圧近傍での放電プラズマ処理による成膜方法が提案されている。しかし大気圧近傍での放電空間に導入される混合ガスの拡散は低圧環境下での混合ガスの拡散に比べて混合ガスの偏りが生じやすく、形成された皮膜が不均一になりやすい。   Although it is not disclosed as a film formation method for a DLC film, a film formation method using a discharge plasma treatment in the vicinity of atmospheric pressure is a method for improving the above disadvantages of other film formation methods using a plasma CVD method or a sputtering method. Proposed. However, the diffusion of the mixed gas introduced into the discharge space in the vicinity of the atmospheric pressure tends to cause a bias of the mixed gas as compared with the diffusion of the mixed gas in a low pressure environment, and the formed film tends to be non-uniform.

またDLC皮膜の成膜方法において、炭化水素系ガスを原料ガスとするものは、基本的に成膜中に水素(H)が残存する。そのため炭化水素系ガスを原料ガスとして成膜したDLC皮膜は、その膜質の硬度が低い。   In the DLC film formation method, hydrogen (H) is basically left during film formation when a hydrocarbon gas is used as a source gas. Therefore, a DLC film formed using a hydrocarbon gas as a raw material gas has low film quality hardness.

特許文献1にDLC皮膜の成膜方法ではないが、基材搬送ロールを対極とした一対の上下電極間に大気圧下でプラズマ処理空間を形成し、基材搬送ロール上に設置された高分子フィルムなどの被処理物に均一な薄膜を連続的に施すプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が開示されている。   Although it is not the film formation method of DLC film in patent document 1, the plasma processing space is formed under atmospheric pressure between a pair of upper and lower electrodes with the base material transport roll as a counter electrode, and the polymer placed on the base material transport roll There has been disclosed a plasma processing apparatus for performing plasma processing for continuously applying a uniform thin film to an object to be processed such as a film.

また特許文献2には、特許文献1と同様に均一な大気圧プラズマ放電を形成可能な方法が開示されている。
特開2006−97105号公報 特開2006−249470号公報
Patent Document 2 discloses a method capable of forming a uniform atmospheric pressure plasma discharge as in Patent Document 1.
JP 2006-97105 A JP 2006-249470 A

しかしながら、これらの大気圧下でのプラズマ処理方法において、炭化水素系ガスを原料とした非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法の開示はなく、また炭化水素系ガスを原料とした非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法の膜硬度が低いという課題を解決しているものはない。   However, in these plasma processing methods under atmospheric pressure, there is no disclosure of a method for forming an amorphous hard carbon film using a hydrocarbon gas as a raw material, and an amorphous hard carbon material using a hydrocarbon gas as a raw material. None have solved the problem that the film hardness of the carbon film forming method is low.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、炭化水素系ガスを原料ガスとし大気圧雰囲気下で行う、従来より高硬度の非晶質硬質炭素皮膜が得られる非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法及びその成膜装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is carried out in an atmospheric pressure atmosphere using a hydrocarbon-based gas as a raw material gas, whereby an amorphous hard carbon film having a higher hardness than before can be obtained. An object of the present invention is to provide a carbon film forming method and a film forming apparatus therefor.

そこで、本発明者等はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、基材を保持する保持電極に直流バイアス電圧をかけて成膜することによって、大気圧雰囲気下で、炭化水素系ガスを原料ガスとして、シリカ膜と同等の硬度を有する非晶質硬質炭素皮膜を形成できることを見いだし、本発明を完成するに至った。   Therefore, the present inventors have intensively studied to solve this problem, and as a result of repeated trial and error, by forming a film by applying a DC bias voltage to the holding electrode holding the base material, in an atmospheric pressure atmosphere, It has been found that an amorphous hard carbon film having a hardness equivalent to that of a silica film can be formed using a hydrocarbon gas as a raw material gas, and the present invention has been completed.

(非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法)
すなわち、本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法は、保持電極に基材を保持する基材保持工程と、大気圧雰囲気下において、印加電極を有する電極体を保持電極に対向させ、電極体と保持電極との間に炭化水素系ガスを含む原料ガスを供給し、電極体と保持電極の間に直流バイアス電圧を発生させながら、印加電極に交流電圧を印加して電極体と基材の表面との間でグロー放電プラズマを発生させ、排ガスを排出し、基材の表面に非晶質硬質炭素皮膜の成膜を行う成膜工程と、を有することを特徴とする。
(Film formation method of amorphous hard carbon film)
That is, the method for forming an amorphous hard carbon film of the present invention includes a substrate holding step of holding a substrate on a holding electrode, and an electrode body having an application electrode facing the holding electrode in an atmospheric pressure atmosphere, A source gas containing a hydrocarbon-based gas is supplied between the electrode body and the holding electrode, and an AC voltage is applied to the applied electrode while generating a DC bias voltage between the electrode body and the holding electrode, and the electrode body and the base electrode A film forming step of generating glow discharge plasma with the surface of the material, discharging exhaust gas, and forming an amorphous hard carbon film on the surface of the substrate.

上記成膜工程において、保持電極に直流バイアス電圧を印加することにより、電極体と保持電極の間に直流バイアス電圧を発生させて、保持電極に保持された基材が極性を持つ。そのためプラズマによってイオン化されたイオン種が基材の極性によって引きつけられ、イオン種の基材に対する衝突エネルギーが増加する。これにより基材表面での反応が活性化すると考えられる。   In the film forming step, a DC bias voltage is applied between the electrode body and the holding electrode by applying a DC bias voltage to the holding electrode, and the substrate held by the holding electrode has polarity. Therefore, the ion species ionized by the plasma are attracted by the polarity of the substrate, and the collision energy of the ion species against the substrate increases. This is considered to activate the reaction on the substrate surface.

またこのような衝突エネルギーの増加により、非晶質硬質炭素皮膜に残存する水素の割合が減って膜質の硬度が高くなると考えられる。そのため本方法を用いることにより従来より高硬度な非晶質硬質炭素皮膜を成膜することが出来る。   Further, it is considered that the increase in the collision energy reduces the proportion of hydrogen remaining in the amorphous hard carbon film and increases the hardness of the film quality. Therefore, by using this method, it is possible to form an amorphous hard carbon film having a higher hardness than before.

また直流バイアス電圧は、DC200V〜10,000Vであることが好ましい。さらに、交流電圧は、周波数0.1kHz以上、電圧5kV〜50kVであることが好ましい。   The DC bias voltage is preferably DC 200V to 10,000V. Furthermore, the AC voltage is preferably a frequency of 0.1 kHz or more and a voltage of 5 kV to 50 kV.

上記直流バイアス電圧がDC200Vより小さいとバイアスの効果が得られにくく、また電圧がDC10000Vより大きいと絶縁破壊が起こりやすくなる。   If the DC bias voltage is less than DC 200V, the effect of bias is difficult to obtain, and if the voltage is greater than DC 10000V, dielectric breakdown tends to occur.

印加電極に周波数0.1kHz以上、5kV〜50kVの交流電圧を印加することによって適切なグロー放電プラズマを発生できる。交流電圧が5kVより小さいと原料ガスのイオン化が進みにくく、交流電圧が50kVより大きいとアーク放電を起こしやすい。   Appropriate glow discharge plasma can be generated by applying an alternating voltage of a frequency of 0.1 kHz or more and 5 kV to 50 kV to the application electrode. When the AC voltage is less than 5 kV, ionization of the raw material gas is difficult to proceed, and when the AC voltage is greater than 50 kV, arc discharge is likely to occur.

周波数は0.1kHz以上あれば良く、特に限定されない。   The frequency may be 0.1 kHz or more and is not particularly limited.

また原料ガスはその混合比が不活性ガス/炭化水素系ガス=0/100〜99.9/0.1であることが好ましい。これによりプラズマを安定させることが出来、また高速処理することが出来る。不活性ガスに比べて炭化水素系ガスのほうがイオン化されにくいため、炭化水素系ガス比が不活性ガスに比べて小さい方がイオン化は進みやすい。   The mixing ratio of the raw material gas is preferably inert gas / hydrocarbon gas = 0/100 to 99.9 / 0.1. As a result, plasma can be stabilized and high-speed processing can be performed. Since the hydrocarbon-based gas is less likely to be ionized than the inert gas, the ionization proceeds more easily when the hydrocarbon-based gas ratio is smaller than the inert gas.

電極体と保持電極との間は、その放電ギャップ距離が0.1mm〜5mmであることが好ましい。電極体と保持電極との間の放電ギャップ距離を0.1mm〜5mmとすることによって安定なガス流を作り、不要な放電が発生するのを抑制出来る。また放電ギャップ距離が0.1mmより小さいと部分的な異常放電が発生しやすく、放電ギャップ距離が5mmより大きいと、原料ガスをイオン化するのに高い投入電力が必要になる。   The discharge gap distance between the electrode body and the holding electrode is preferably 0.1 mm to 5 mm. By setting the discharge gap distance between the electrode body and the holding electrode to be 0.1 mm to 5 mm, a stable gas flow can be created and generation of unnecessary discharge can be suppressed. If the discharge gap distance is smaller than 0.1 mm, partial abnormal discharge is likely to occur. If the discharge gap distance is larger than 5 mm, high input power is required to ionize the source gas.

これらの工程を組み合わせることによって、大気圧雰囲気下で炭化水素系ガスを原料ガスとして基材の表面に効率的に均一で、従来よりも高硬度な非晶質硬質炭素皮膜を成膜することが出来る。   By combining these steps, it is possible to form an amorphous hard carbon film that is more uniform and harder than the conventional one using a hydrocarbon-based gas as a source gas under an atmospheric pressure atmosphere. I can do it.

また保持電極は基材を加熱する加熱手段を配設され、成膜工程は、基材を50℃〜300℃に加熱しながら行ってもよい。基材が加熱されることにより、基材表面での反応が活性化される。この時、基材を50℃より低い温度で加熱しても基材表面上での反応の活性化がされにくく、300℃より高い温度にすると、成膜された膜が分解されやすくなり膜の硬度が低下する。   The holding electrode may be provided with a heating means for heating the substrate, and the film forming step may be performed while heating the substrate to 50 ° C to 300 ° C. The reaction on the surface of the substrate is activated by heating the substrate. At this time, even if the substrate is heated at a temperature lower than 50 ° C., the reaction on the surface of the substrate is hardly activated, and if the temperature is higher than 300 ° C., the formed film is easily decomposed and the film Hardness decreases.

また上記成膜工程において、原料ガスの供給及び排ガスの排気をガス流速が200mm/sec〜3,000mm/secとなるように行うことが好ましい。ガス流速が200mm/secより遅いと均一なガス流れを作りにくく、局所的な放電が発生しやすい。また、ドロップレット等の異物が発生し易く、膜質を低下させる。またガス流速が3,000mm/secより速いと、原料ガス成分は蒸着される前に排気されてしまい、膜の成膜速度が遅くなる。   In the film formation step, it is preferable to supply the source gas and exhaust the exhaust gas so that the gas flow rate is 200 mm / sec to 3,000 mm / sec. If the gas flow rate is slower than 200 mm / sec, it is difficult to produce a uniform gas flow, and local discharge is likely to occur. Further, foreign matters such as droplets are easily generated, and the film quality is deteriorated. On the other hand, if the gas flow rate is faster than 3,000 mm / sec, the raw material gas component is exhausted before being deposited, and the film formation rate is reduced.

また上記基材保持工程において、基材の表面と保持電極の電極面とを略同一面状に保持することが好ましい。略同一面状とは、保持電極の電極面の平面や曲面に沿うような形状に基材が保持されていることを指す。この場合、成膜時の基材と相対する印加電極面とが放電ギャップ距離をおいて相対して沿う形状となっている。基材の表面が平面であれば、印加電極の電極面も平面形状となり、基材の表面が曲面であれば、印加電極の電極面も基材に沿った曲面となる。   In the substrate holding step, it is preferable to hold the surface of the substrate and the electrode surface of the holding electrode in substantially the same plane. “Substantially the same plane” means that the base material is held in a shape along the plane or curved surface of the electrode surface of the holding electrode. In this case, the base material at the time of film formation and the application electrode surface opposite to each other have a shape along which the discharge gap distance is provided. If the surface of the substrate is flat, the electrode surface of the application electrode also has a planar shape, and if the surface of the substrate is a curved surface, the electrode surface of the application electrode also has a curved surface along the substrate.

基材表面と保持電極の電極面とが略同一面状になるように基材が保持されていることによって放電空間内が安定なガス流を作り、不要な放電を発生するのを抑制出来る。   By holding the base material so that the surface of the base material and the electrode surface of the holding electrode are substantially in the same plane, a stable gas flow can be created in the discharge space, and generation of unnecessary discharge can be suppressed.

また上記印加電極はその表面が誘電体に覆われていることが好ましい。印加電極の表面が誘電体に覆われていることによって、アーク放電への移行を抑制出来る。   In addition, the surface of the application electrode is preferably covered with a dielectric. Since the surface of the application electrode is covered with a dielectric, the transition to arc discharge can be suppressed.

また上記成膜工程において、保持電極と電極体とは相対移動してもよい。この相対移動は、一方向に平行移動させるものであってもよいし、回転移動するものであってもよい。基材の形状にあうように保持電極と電極体とを相対移動させることによって、効率的に均一な皮膜を形成出来る。また保持電極と電極体とを相対移動させることによって、複数の基材を連続してプラズマ処理することが出来る。   In the film forming step, the holding electrode and the electrode body may be moved relative to each other. This relative movement may be a parallel movement in one direction or a rotational movement. By relatively moving the holding electrode and the electrode body so as to match the shape of the substrate, a uniform film can be formed efficiently. Further, by relatively moving the holding electrode and the electrode body, a plurality of base materials can be continuously subjected to plasma treatment.

(非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置)
また本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置は、基材を保持する保持電極と、保持電極に対向して位置し、印加電極を有する電極体と、保持電極と電極体の間に高周波電界を印加させ大気圧雰囲気下でグロー放電プラズマを発生させる印加電極に印加する電圧印加手段と、電極体と保持電極との間に直流バイアス電圧を発生させる直流バイアス電圧印加手段と、保持電極と電極体の間に、基材の表面に非晶質硬質炭素皮膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、保持電極と電極体の間から排ガスを排出する排気手段と、を有することを特徴とする。
(Amorphous hard carbon film deposition system)
The amorphous hard carbon film-forming apparatus of the present invention includes a holding electrode for holding a substrate, an electrode body that is positioned opposite to the holding electrode and has an application electrode, and a gap between the holding electrode and the electrode body. A voltage applying means for applying a high frequency electric field to an applying electrode for generating glow discharge plasma in an atmospheric pressure atmosphere; a DC bias voltage applying means for generating a DC bias voltage between the electrode body and the holding electrode; and a holding electrode A raw material gas supply means for supplying a raw material gas for forming an amorphous hard carbon film on the surface of the substrate, and an exhaust means for discharging exhaust gas between the holding electrode and the electrode body, It is characterized by having.

また上記保持電極は、その背面に基材を加熱する加熱手段を配設されていてもよい。   The holding electrode may be provided with a heating means for heating the substrate on the back surface.

さらに原料ガス供給手段は、原料ガスを整流し、少なくとも基材雰囲気では原料ガスが層流状態となるように原料ガスを供給するためのガス供給ノズルを有し、排気手段は、原料ガスを整流し、少なくとも基材雰囲気では原料ガスが層流状態となるように原料ガスを排気するための排気ノズルを有してもよい。ガス供給ノズル及び排気ノズルによって原料ガスを層流状態とすることにより、基材雰囲気で均一なガスの流れを作ることができる。   Furthermore, the source gas supply means rectifies the source gas and has a gas supply nozzle for supplying the source gas so that the source gas is in a laminar flow state at least in the base material atmosphere, and the exhaust means rectifies the source gas. In addition, an exhaust nozzle for exhausting the source gas may be provided so that the source gas is in a laminar flow state at least in the base material atmosphere. By making the source gas into a laminar flow state by the gas supply nozzle and the exhaust nozzle, a uniform gas flow can be created in the base material atmosphere.

またさらに保持電極と電極体とを相対移動させる移動手段を有し、かつ電極体は複数の印加電極を有し、一つの印加電極と他の一つの印加電極との間に原料ガスを供給するガス供給口を配設し、かつガス供給口の印加電極をはさんだ少なくとも両側に排気口を配設してもよい。   Furthermore, it has a moving means for relatively moving the holding electrode and the electrode body, and the electrode body has a plurality of application electrodes, and supplies a source gas between one application electrode and the other application electrode. A gas supply port may be provided, and exhaust ports may be provided on at least both sides of the gas supply port applied electrode.

基材を保持する保持電極と電極体とが、相対移動出来ることにより、複数の基材を連続してプラズマ処理することが出来る。またガス供給口の印加電極をはさんだ少なくとも両側に排気口を配設されていることによって、より狭い範囲に均一なライン状のガス流を形成することが出来る。また大気圧雰囲気下では難しい原料ガスの対流が起こりやすくなり、原料ガスが均等に拡散され、基材の表面に非晶質硬質炭素皮膜を均一に成膜することが出来る。   Since the holding electrode holding the substrate and the electrode body can move relative to each other, a plurality of substrates can be subjected to plasma treatment continuously. In addition, since the exhaust ports are disposed at least on both sides of the application electrode of the gas supply port, a uniform line-shaped gas flow can be formed in a narrower range. Further, convection of a difficult source gas is likely to occur under an atmospheric pressure atmosphere, the source gas is evenly diffused, and an amorphous hard carbon film can be uniformly formed on the surface of the substrate.

また印加電極はその表面が誘電体に覆われていることが好ましい。   In addition, the surface of the application electrode is preferably covered with a dielectric.

上記構成の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置とすることによって、大気圧雰囲気下で炭化水素系の原料ガスを用いて、基材に均一で硬度が従来より高い非晶質硬質炭素皮膜を成膜することができる。   By using a film forming apparatus for an amorphous hard carbon film having the above structure, an amorphous hard carbon film having a uniform and higher hardness than the conventional one can be formed on a substrate using a hydrocarbon-based source gas under an atmospheric pressure atmosphere. A film can be formed.

本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法及び成膜装置を用いることによって、大気圧雰囲気下において炭化水素系ガスを原料として、従来より高硬度であるシリカ膜と同等の硬度を有する非晶質硬質炭素皮膜を形成することが出来る。   By using the method and apparatus for forming an amorphous hard carbon film according to the present invention, a hydrocarbon gas is used as a raw material in an atmospheric pressure atmosphere and has a hardness equivalent to that of a silica film having a higher hardness than before. A crystalline hard carbon film can be formed.

(非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法)
本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法は、基材保持工程と、成膜工程とからなる。
(Film formation method of amorphous hard carbon film)
The method for forming an amorphous hard carbon film of the present invention includes a substrate holding step and a film forming step.

このうち基材保持工程は、保持電極に基材を保持する工程である。   Of these, the substrate holding step is a step of holding the substrate on the holding electrode.

基材は、特に制限はない。例えば基材として、金属基材、高分子基材、ガラス基材、セラミック基材などが挙げられる。   The substrate is not particularly limited. For example, examples of the substrate include a metal substrate, a polymer substrate, a glass substrate, and a ceramic substrate.

保持電極は基材を保持出来る形状を有する電極である。保持電極の材質は導電体で形成されていればよく、特に限定されない。例えば、材質としてアルミニウム、銅、真鍮等の金属材料、カーボン材料が挙げられる。保持電極に基材を保持するのは凹部を形成して保持しても良いし、複数の分割された保持電極に基材を挟持しても良いし、貫通孔を保持電極に形成して基材を挟持してもよい。また複数の凹部を形成し、複数の基材を保持しても良いし、両側から両面を開放状態で基材を保持しても良い。   The holding electrode is an electrode having a shape that can hold the substrate. The material of the holding electrode is not particularly limited as long as it is made of a conductor. Examples of the material include metal materials such as aluminum, copper, and brass, and carbon materials. The holding electrode may be held by forming a recess, holding the substrate, holding the substrate between a plurality of divided holding electrodes, or forming a through hole in the holding electrode. A material may be sandwiched. Also, a plurality of recesses may be formed to hold a plurality of base materials, or the base materials may be held with both surfaces open from both sides.

保持電極の形状は、基材の表面が曲面形状の場合は、それが略同一面状になるような曲面形状となってもよい。中でも印加電極と保持電極との間が平行平坦部を有する形状がより好ましく、両電極は略平面形状であるのが好ましい。   The shape of the holding electrode may be a curved surface shape such that when the surface of the base material has a curved surface shape, the holding electrode has substantially the same surface shape. Among these, a shape having a parallel flat portion between the application electrode and the holding electrode is more preferable, and it is preferable that both electrodes have a substantially planar shape.

また保持電極はその背面に基材を加熱できる加熱手段を配設していても良い。加熱手段は特に限定されず、市販の電熱ヒーターや赤外線ヒーターを用いることが出来る。基材の温度は特に制御される必要はないが、基材の温度が50℃〜300℃となっていると好ましい。また基材の温度が150℃〜250℃となっているとより好ましい。   Further, the holding electrode may be provided with a heating means for heating the base material on the back surface thereof. The heating means is not particularly limited, and a commercially available electric heater or infrared heater can be used. The temperature of the substrate need not be particularly controlled, but it is preferable that the temperature of the substrate is 50 ° C to 300 ° C. Moreover, it is more preferable that the temperature of the base material is 150 ° C to 250 ° C.

成膜工程は、大気圧雰囲気下において行われる。また、印加電極を有する電極体を保持電極に対向させ、電極体と保持電極との間に炭化水素系ガスを含む原料ガスを供給し、保持電極に直流バイアス電圧を印加することにより、電極体と保持電極の間に直流バイアス電圧を発生させながら、印加電極に交流電圧を印加して電極体と基材の表面との間でグロー放電プラズマを発生させ、排ガスを排気して、基材の表面に非晶質硬質炭素皮膜の成膜を行う。   The film forming process is performed in an atmospheric pressure atmosphere. Further, an electrode body having an application electrode is made to face the holding electrode, a raw material gas containing a hydrocarbon gas is supplied between the electrode body and the holding electrode, and a DC bias voltage is applied to the holding electrode, whereby the electrode body While generating a DC bias voltage between the electrode and the holding electrode, an AC voltage is applied to the applied electrode to generate glow discharge plasma between the electrode body and the surface of the substrate, exhaust gas is exhausted, An amorphous hard carbon film is formed on the surface.

大気圧雰囲気下とは、成膜を大気圧開放環境下で行った時の圧力を指し、ガスの給排気による圧力変動の範囲を含む。具体的には0.5気圧(約50kPa)以上2気圧(約203kPa)以下の圧力を指す。   “Atmospheric pressure atmosphere” refers to a pressure when film formation is performed in an atmospheric pressure open environment, and includes a range of pressure fluctuation due to gas supply and exhaust. Specifically, it indicates a pressure of 0.5 atm (about 50 kPa) or more and 2 atm (about 203 kPa) or less.

印加電極は導電体で形成されていればよく、特に限定されない。例えば、材質としてアルミニウム、銅、真鍮等の金属材料が挙げられる。   The application electrode is not particularly limited as long as it is formed of a conductor. For example, metal materials such as aluminum, copper, and brass can be used as the material.

また印加電極は誘電体によって覆われている。これにより電圧印加時に絶縁破壊を起こしてアーク放電を発生するのを抑制できる。この時、誘電体は印加電極に接触して配置されていても良いし、印加電極に誘電体を溶射された電極を用いても良い。   The application electrode is covered with a dielectric. As a result, it is possible to suppress the occurrence of arc discharge due to dielectric breakdown during voltage application. At this time, the dielectric may be disposed in contact with the application electrode, or an electrode sprayed with a dielectric may be used for the application electrode.

誘電体の材質は、誘電率が3以上あるものであれば良い。誘電体の材質として、ガラスや、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタンなどの金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物などが挙げられる。誘電体に誘電率が高い酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウムを用いることで効率的に電極間へエネルギーを注入することが出来る。   The dielectric material may be any material having a dielectric constant of 3 or more. Examples of the dielectric material include glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide, and titanium dioxide, and double oxides such as barium titanate. Energy can be efficiently injected between the electrodes by using aluminum oxide or zirconium dioxide having a high dielectric constant as the dielectric.

印加電極の形状は成膜方法に応じた長さがあれば特に形状に限定されない。印加電極には電源が接続され印加される。電源は大気圧プラズマ放電で一般的に使用されている0.1kHz以上の周波数を持つ交流電源であれば良く、電源として交流パルス電源やRF電源を用いることが出来る。電源の電圧としては5kV〜50kVが好ましく、10kV〜30kVであるとより好ましい。   The shape of the application electrode is not particularly limited as long as it has a length corresponding to the film formation method. A power source is connected to the application electrode and applied. The power source may be an AC power source having a frequency of 0.1 kHz or more generally used in atmospheric pressure plasma discharge, and an AC pulse power source or an RF power source can be used as the power source. The voltage of the power source is preferably 5 kV to 50 kV, and more preferably 10 kV to 30 kV.

印加電極を有する電極体と保持電極とは、その間に放電ギャップ距離をはさんで対向している。放電ギャップ距離は0.1mm〜5mmが好ましく、0.3〜2mmであることがより好ましい。この範囲で成膜工程を行うと、安定なガス流の保持とギャップ空間内の均一な放電が得られやすい。   The electrode body having the application electrode and the holding electrode are opposed to each other with a discharge gap distance therebetween. The discharge gap distance is preferably 0.1 mm to 5 mm, and more preferably 0.3 to 2 mm. When the film forming process is performed within this range, it is easy to obtain a stable gas flow and a uniform discharge in the gap space.

原料ガスは炭化水素系ガスを含んでいればよい。原料ガスは、雰囲気ガスとしての不活性ガスと反応ガスとしての炭化水素系ガスの混合ガスを混合比率0/100〜99.9/0.1で用いる。つまり炭化水素系ガスのみでもよいし、炭化水素系ガスと不活性ガスの混合ガスでもよい。より好ましくは、混合ガスの混合比率を不活性ガス/炭化水素系ガス=80/20〜99/1の範囲で用いる。この範囲で用いると雰囲気ガスによる安定放電と反応ガスの適切な分解による平滑表面、緻密膜形成など良質な膜特性が得られる。   The source gas may contain a hydrocarbon gas. As the raw material gas, a mixed gas of an inert gas as an atmospheric gas and a hydrocarbon-based gas as a reaction gas is used at a mixing ratio of 0/100 to 99.9 / 0.1. That is, it may be a hydrocarbon-based gas alone or a mixed gas of a hydrocarbon-based gas and an inert gas. More preferably, the mixing ratio of the mixed gas is used in the range of inert gas / hydrocarbon-based gas = 80/20 to 99/1. When used in this range, good film characteristics such as a stable discharge by atmospheric gas and a smooth surface by dense decomposition of the reaction gas and dense film formation can be obtained.

また反応ガスとして炭化水素系ガス以外に他の成分ガスを添加しても良い。膜の高機能化を目的に、金属、Si成分を含有するガスを同時に添加することも出来る。   In addition to the hydrocarbon-based gas, other component gases may be added as the reaction gas. For the purpose of enhancing the function of the film, a gas containing a metal or Si component can be added simultaneously.

上記原料ガスの混合比率は、非晶質硬質炭素皮膜の成膜工程中、一定比率でも良いし、成膜工程中に混合比率を変化させても良い。混合比率を変化させた場合には、膜厚方向に膜物性の異なる機能性膜が形成できる。   The mixing ratio of the source gases may be a constant ratio during the amorphous hard carbon film forming process, or may be changed during the film forming process. When the mixing ratio is changed, functional films having different film properties in the film thickness direction can be formed.

不活性ガスとしてはヘリウム、アルゴン、窒素を単体またはこれら2種以上の混合物を用いることが出来る。窒素ガスを用いるとより低コストになり好ましい。また低いエネルギーで高硬度な成膜を行うためにはヘリウムを用いると良い。   As the inert gas, helium, argon, or nitrogen can be used alone or as a mixture of two or more thereof. Nitrogen gas is preferable because of lower cost. In addition, helium may be used for film formation with low energy and high hardness.

炭化水素系ガスとしてはメタン、エタン、プロパンなどの飽和炭化水素のほかエチレン、アセチレン、ベンゼン等の不飽和炭化水素も含むことが出来る。中でも反応性が高いアセチレンを用いることが好ましい。   The hydrocarbon-based gas can include saturated hydrocarbons such as methane, ethane, and propane, and unsaturated hydrocarbons such as ethylene, acetylene, and benzene. Among them, it is preferable to use acetylene having high reactivity.

このような原料ガスを原料ガス流速:200mm/sec〜3000mm/secで供給する。より好ましくは原料ガス流速:200mm/sec〜2000mm/secで供給する。また排気を原料ガス流速と同流速以上の条件で行うことが好ましい。排気を原料ガス流速と同等以上の速さで行うことにより原料ガスが均一に対流し、原料ガスが均等に拡散される。このような原料ガスの供給は、原料ガスを供給するボンベの制御弁によって制御できる。また排気は排気ポンプなどの制御弁によって制御できる。   Such a raw material gas is supplied at a raw material gas flow rate of 200 mm / sec to 3000 mm / sec. More preferably, the raw material gas is supplied at a flow rate of 200 mm / sec to 2000 mm / sec. Further, it is preferable that the exhaust is performed under conditions equal to or higher than the raw material gas flow rate. By exhausting at a speed equal to or higher than the raw material gas flow rate, the raw material gas is uniformly convected and the raw material gas is evenly diffused. Such supply of the source gas can be controlled by a control valve of a cylinder that supplies the source gas. The exhaust can be controlled by a control valve such as an exhaust pump.

保持電極には直流バイアス電圧が印加される。この時、保持電極に直接印加されなくとも、結果的に保持電極が印加されている状態になっていればよい。つまり、印加電極に直流バイアス電圧を印加し、保持電極は接地されているという状態でもよい。   A DC bias voltage is applied to the holding electrode. At this time, even if it is not directly applied to the holding electrode, it is only necessary that the holding electrode is applied as a result. That is, a state where a DC bias voltage is applied to the application electrode and the holding electrode is grounded may be used.

この時の直流バイアス電圧は、DC200V〜10000Vが好ましく、1000V〜7000Vであることがより好ましい。   The DC bias voltage at this time is preferably DC 200V to 10000V, and more preferably 1000V to 7000V.

そしてこのような条件で印加電極に交流電圧を印加して電極体と基材の表面との間でグロー放電プラズマを発生させることによって、基材の表面に非晶質硬質炭素皮膜が成膜される。その際、電極体と保持電極とは相対移動してもよい。移動速度は成膜速度により決められる。つまり電極体と保持電極とを必要な厚みの皮膜が出来る速度で相対移動してやればよい。   Under such conditions, an AC voltage is applied to the applied electrode to generate glow discharge plasma between the electrode body and the surface of the substrate, thereby forming an amorphous hard carbon film on the surface of the substrate. The At that time, the electrode body and the holding electrode may move relative to each other. The moving speed is determined by the film forming speed. That is, the electrode body and the holding electrode may be moved relative to each other at a speed at which a film having a required thickness can be formed.

(非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置)
また本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置は、保持電極と、電極体と、電圧印加手段と、直流バイアス電圧印加手段と、原料ガス供給手段と、排気手段と、を有する。
(Amorphous hard carbon film deposition system)
The amorphous hard carbon film forming apparatus of the present invention includes a holding electrode, an electrode body, a voltage applying unit, a DC bias voltage applying unit, a source gas supply unit, and an exhaust unit.

保持電極、電極体は上記成膜方法で説明したものと同様である。   The holding electrode and the electrode body are the same as those described in the film forming method.

電圧印加手段は、印加電極に印加する電源と、その電源に対応するコンデンサと、を含む。   The voltage application means includes a power supply applied to the application electrode and a capacitor corresponding to the power supply.

印加電極に接続される電源は上記成膜方法で説明したものと同様である。第一コンデンサは、後述する直流電源の直流成分を交流電源側へ流入させないために配設される。第一コンデンサは使用する交流電源の電圧に耐えうるものであれば特に限定されない。第一コンデンサとして市販のコンデンサが使用できる。   The power source connected to the application electrode is the same as that described in the film formation method. The first capacitor is disposed in order to prevent a direct current component of a direct current power source, which will be described later, from flowing into the alternating current power source side. The first capacitor is not particularly limited as long as it can withstand the voltage of the AC power supply used. A commercially available capacitor can be used as the first capacitor.

また直流バイアス電圧印加手段は、保持電極に直流バイアス電圧を印加させるための直流電源と、第二コンデンサと、コイルとを有する。   The DC bias voltage applying means includes a DC power source for applying a DC bias voltage to the holding electrode, a second capacitor, and a coil.

直流電源は、上記成膜方法で説明したものと同様である。第二コンデンサ及びコイルは、交流電源の高周波成分を直流電源側へ流入させないために配設される。第二コンデンサは使用する直流電源の電圧に耐えうるものであれば特に限定されない。第二コンデンサとして市販のコンデンサが使用できる。   The DC power source is the same as that described in the film formation method. The second capacitor and the coil are disposed in order to prevent the high frequency component of the AC power source from flowing into the DC power source side. The second capacitor is not particularly limited as long as it can withstand the voltage of the DC power supply used. A commercially available capacitor can be used as the second capacitor.

コイルは、交流電源の周波数に対応する仕様であれば良い。   The coil should just be the specification corresponding to the frequency of AC power supply.

原料ガス供給手段は、原料ガスを電極体と保持電極の間に供給するためのガス供給ノズルまたはガス供給口を有する。また排気手段は排気ノズルまたは排気口を有する。   The source gas supply means has a gas supply nozzle or a gas supply port for supplying source gas between the electrode body and the holding electrode. The exhaust means has an exhaust nozzle or an exhaust port.

ガス供給ノズルは、基材雰囲気では原料ガスが層流状態となるように整流した原料ガスをライン状に均一に流すように出来るものであれば特に限定されない。そのためガス供給ノズルは、非晶質硬質炭素皮膜を成膜する基材の幅よりも広い幅を有することが好ましい。   The gas supply nozzle is not particularly limited as long as it can flow the raw material gas rectified so that the raw material gas is in a laminar flow state in a substrate atmosphere. Therefore, the gas supply nozzle preferably has a width wider than the width of the substrate on which the amorphous hard carbon film is formed.

同様に排気ノズルも非晶質硬質炭素皮膜を成膜する基材の幅よりも広い幅を有することが好ましい。   Similarly, the exhaust nozzle preferably has a width wider than the width of the substrate on which the amorphous hard carbon film is formed.

またガス供給口は、一つの印加電極と他の一つの印加電極との間に原料ガスを供給するために配設され、かつガス供給口の印加電極をはさんだ少なくとも両側にガス排気口を配設するのが好ましい。ガス供給口及び排気口はスリット形状となっていてもよい。スリットの幅は放電ギャップ距離の1〜2倍程度が望ましい。スリット長さは非晶質硬質炭素皮膜を成膜する表面を被覆出来る程度の長さがあればよい。   The gas supply port is arranged to supply a source gas between one application electrode and the other application electrode, and gas exhaust ports are arranged at least on both sides of the application electrode of the gas supply port. It is preferable to install. The gas supply port and the exhaust port may have a slit shape. The width of the slit is preferably about 1 to 2 times the discharge gap distance. The slit length may be long enough to cover the surface on which the amorphous hard carbon film is formed.

ガス供給ノズル及びガス供給口は原料ガスを供給するボンベ等につながっており、制御弁によって流速を制御されている。また排気ノズル及び排気口は排気ポンプ等につながっており排気ポンプによって吸引され原料ガスを排気している。   The gas supply nozzle and the gas supply port are connected to a cylinder for supplying the raw material gas, and the flow rate is controlled by a control valve. The exhaust nozzle and the exhaust port are connected to an exhaust pump or the like, and are sucked by the exhaust pump to exhaust the source gas.

また本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置は、更に移動手段を有しても良い。   The amorphous hard carbon film forming apparatus of the present invention may further have a moving means.

移動手段は保持電極と電極体とを相対移動させるものである。上記成膜方法で説明された相対移動が出来る移動手段であれば特に限定されない。例えば保持電極或いは電極体が移動手段を有していても良いし、保持電極或いはガス供給電極体が移動手段に設置されていても良い。移動方向は平行移動、回転移動など適宜選択できる。   The moving means moves the holding electrode and the electrode body relative to each other. The moving means is not particularly limited as long as it can perform the relative movement described in the film forming method. For example, the holding electrode or the electrode body may have a moving means, and the holding electrode or the gas supply electrode body may be installed in the moving means. The moving direction can be selected as appropriate, such as parallel movement or rotational movement.

次に好ましい実施例を挙げ、図1〜図5を用いて本発明をより詳しく説明する。各実施例は非晶質硬質炭素皮膜の成膜方法を説明するものであるが、同時に非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置の説明も兼ねる。   Next, a preferred embodiment will be described, and the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. Each example describes a method for forming an amorphous hard carbon film, but at the same time serves as an explanation for a film forming apparatus for an amorphous hard carbon film.

[第一実施例]
図1は、本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置の第一実施例を示す模式説明図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a first embodiment of a film forming apparatus for an amorphous hard carbon film of the present invention.

図1に記載の成膜装置100では、基材4の表面に非晶質硬質炭素皮膜を形成する方法を記載してある。保持電極6は平板形状であり、板状の基材4が一枚収容できる大きさの凹部が形成されており、基材4は保持電極6の表面高さと略同一の高さとなるように凹部に収容されている。   In the film forming apparatus 100 shown in FIG. 1, a method for forming an amorphous hard carbon film on the surface of the substrate 4 is described. The holding electrode 6 has a flat plate shape and is formed with a concave portion that is large enough to accommodate one plate-like base material 4. The base material 4 has a concave portion that is substantially the same height as the surface height of the holding electrode 6. Is housed in.

保持電極6の基材4を収容した背面に、基材4を加熱する板状形状の加熱装置5が配設されている。加熱装置5は、板状のヒーターと熱電対とから成っている。   A plate-shaped heating device 5 for heating the base material 4 is disposed on the back surface of the holding electrode 6 in which the base material 4 is accommodated. The heating device 5 includes a plate heater and a thermocouple.

板状の印加電極2は基材4に対向する面に誘電体3が被覆されている。保持電極6と印加電極2とは設定された放電ギャップ距離を介して平行に配設されている。   The plate-like application electrode 2 is coated with a dielectric 3 on the surface facing the substrate 4. The holding electrode 6 and the application electrode 2 are arranged in parallel via a set discharge gap distance.

保持電極6と印加電極2とは配線され、電圧印加手段20によって交流電圧を印加される。また印加電極2には、直流バイアス電圧印加手段30によって正の直流バイアス電圧が印加される。この場合、保持電極6は接地されている。これによって保持電極6側に相対的に正イオンが引きつけられやすい状態となる。また図1では印加電極2に正の直流バイアス電圧を印加する回路構成になっているが、保持電極6に直接負の直流バイアス電圧を印加する回路構成をとってもよい。   The holding electrode 6 and the application electrode 2 are wired, and an AC voltage is applied by the voltage application means 20. A positive DC bias voltage is applied to the application electrode 2 by the DC bias voltage application means 30. In this case, the holding electrode 6 is grounded. As a result, the positive ions are relatively attracted to the holding electrode 6 side. In FIG. 1, a circuit configuration in which a positive DC bias voltage is applied to the application electrode 2 is adopted, but a circuit configuration in which a negative DC bias voltage is directly applied to the holding electrode 6 may be employed.

電圧印加手段20は、高圧パルス電源1と第一コンデンサ10とからなる。また直流バイアス電圧印加手段30は、直流電源7と第二コンデンサ9と、フィルタ用コイル8とからなる。   The voltage applying means 20 includes a high voltage pulse power supply 1 and a first capacitor 10. The DC bias voltage applying means 30 includes a DC power source 7, a second capacitor 9, and a filter coil 8.

保持電極6と印加電極2との間に矢印Aの方向に原料ガスが供給され、矢印Bの方向にガスが排気される。これにより印加電極2と保持電極6との間は常に新しい原料ガスが一定方向に流れるようになっている。図示されていないが、矢印Aの方向に原料ガスを供給するために原料ガスの吹き出し口が原料ガスを供給するボンベ等につながっており、制御弁によって流速を制御されている。矢印Bの方向に排気するために、原料ガスの排気口が排気ポンプ等につながっており、排気ポンプによって吸引されて原料ガスを排気している。   The source gas is supplied in the direction of arrow A between the holding electrode 6 and the application electrode 2, and the gas is exhausted in the direction of arrow B. As a result, a new source gas always flows between the application electrode 2 and the holding electrode 6 in a certain direction. Although not shown, in order to supply the source gas in the direction of arrow A, the outlet of the source gas is connected to a cylinder for supplying the source gas, and the flow rate is controlled by a control valve. In order to exhaust in the direction of arrow B, the exhaust port of the source gas is connected to an exhaust pump or the like, and is sucked by the exhaust pump to exhaust the source gas.

次に成膜方法について説明する。保持電極6と印加電極2とのギャップ間距離を0.1mm〜5mmとし、その間に原料ガスを:不活性ガス/炭化水素系ガスの混合比=0/100〜99.9/0.1、原料ガス流速:200mm/sec〜3000mm/secで供給する。同時に排気を原料ガスと同流速以上の速さで行う。このようにすることによって原料ガスが均一に対流し、原料ガスが均等に拡散される。   Next, a film forming method will be described. The gap distance between the holding electrode 6 and the application electrode 2 is set to 0.1 mm to 5 mm, and the raw material gas is mixed there between: inert gas / hydrocarbon gas mixture ratio = 0/100 to 99.9 / 0.1, Source gas flow rate: 200 mm / sec to 3000 mm / sec. At the same time, exhaust is performed at a speed equal to or higher than that of the raw material gas. By doing so, the source gas is uniformly convected and the source gas is evenly diffused.

基材4を保持する保持電極6は加熱装置5によって予め50℃〜300℃に加熱されている。基材4は加熱されることによって基材4の表面での成膜反応を促進させることが出来る。   The holding electrode 6 that holds the substrate 4 is preheated to 50 ° C. to 300 ° C. by the heating device 5. When the base material 4 is heated, the film forming reaction on the surface of the base material 4 can be promoted.

次いで大気圧雰囲気下において高圧パルス電源1によって印加電極2に5kV〜50kVの交流電圧が印加され、さらに直流電源7によってDC200V〜10000Vの正の直流バイアス電圧が印加される。そして印加電極2と保持電極6との間にグロー放電プラズマが発生する。直流バイアス電圧が印加されたため、基材4の表面には正のイオンが引きよせられやすくなり、その基材4の表面への衝突エネルギーが増加する。そのため基材4の表面でのプラズマ反応が活性化する。   Next, an AC voltage of 5 kV to 50 kV is applied to the application electrode 2 by the high-voltage pulse power source 1 in an atmospheric pressure atmosphere, and a positive DC bias voltage of DC 200 V to 10000 V is further applied by the DC power source 7. A glow discharge plasma is generated between the application electrode 2 and the holding electrode 6. Since the DC bias voltage is applied, positive ions are easily attracted to the surface of the base material 4, and the collision energy to the surface of the base material 4 increases. Therefore, the plasma reaction on the surface of the substrate 4 is activated.

このような条件において、大気圧雰囲気下でプラズマ放電を行いながら原料ガスの供給、排気を行うことによって基材4の表面に非晶質硬質炭素皮膜が成膜される。このプラズマ処理を行う時間によって成膜される厚みが決まる。そのため、求められる厚みの非晶質硬質炭素皮膜が出来るまで、プラズマ処理を行えばよい。   Under such conditions, an amorphous hard carbon film is formed on the surface of the substrate 4 by supplying and exhausting the source gas while performing plasma discharge in an atmospheric pressure atmosphere. The thickness of the deposited film is determined by the time for performing the plasma treatment. Therefore, plasma treatment may be performed until an amorphous hard carbon film having a required thickness is formed.

この第一実施例においては、本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置は、上記説明した保持電極6と、印加電極2を含む電極体と、電圧印加手段20と、直流バイアス電圧印加手段30と、加熱手段5と、原料ガス供給手段と、排気手段と、からなる。   In this first embodiment, the amorphous hard carbon film forming apparatus of the present invention comprises the holding electrode 6 described above, the electrode body including the application electrode 2, the voltage application means 20, and the DC bias voltage application. It comprises means 30, heating means 5, source gas supply means, and exhaust means.

[第二実施例]
図2は、本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置の第二実施例の部分側断面図である。また図3は図2におけるX−X‘断面で切断した切断面からみた部分平面図である。
[Second Example]
FIG. 2 is a partial sectional side view of the second embodiment of the amorphous hard carbon film forming apparatus of the present invention. FIG. 3 is a partial plan view seen from a cut surface cut along the section XX ′ in FIG.

図2及び図3は、本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置200の一部分を説明する。この成膜装置200の一部分では、保持電極と、印加電極を含む電極体と、加熱手段と、原料ガス供給手段と、排気手段とを示す。図2及び図3で図示された以外の部分は図1で説明したものと同様であるので説明を省く。   2 and 3 illustrate a part of the amorphous hard carbon film deposition apparatus 200 of the present invention. In a part of the film forming apparatus 200, a holding electrode, an electrode body including an application electrode, a heating unit, a source gas supply unit, and an exhaust unit are shown. Since parts other than those shown in FIGS. 2 and 3 are the same as those described with reference to FIG. 1, description thereof will be omitted.

図2及び図3に記載するように、縦30mm横30mm高さ3mmの板状の基材4は保持電極6の表面高さと略同一の高さとなるように凹部に収容されている。縦70mm横70mm高さ5mmの板状の保持電極6は耐熱構造材12に挟持されている。保持電極6の背面には加熱装置5が配置されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the plate-like base material 4 having a length of 30 mm, a width of 30 mm, and a height of 3 mm is accommodated in the recess so as to have substantially the same height as the surface of the holding electrode 6. A plate-like holding electrode 6 having a length of 70 mm, a width of 70 mm, and a height of 5 mm is sandwiched between the heat-resistant structural members 12. A heating device 5 is disposed on the back surface of the holding electrode 6.

この加熱装置5は板状のヒーターと熱電対からなり、基材4の温度を制御できる。また加熱装置5の背面には成膜処理後に基材4を冷却するために冷却装置11が配置されている。冷却装置11は水冷構造をなした治具が好適に使用できる。   The heating device 5 includes a plate heater and a thermocouple, and can control the temperature of the substrate 4. A cooling device 11 is disposed on the back surface of the heating device 5 in order to cool the base material 4 after the film forming process. As the cooling device 11, a jig having a water cooling structure can be preferably used.

基材4はこのように加熱及び冷却されるため、基材4を挟持することになる耐熱構造材12は、絶縁性と300℃以上の耐熱性を有し、寸法変化の少ないセラミックスが好適に用いられる。   Since the base material 4 is heated and cooled in this way, the heat-resistant structural material 12 that sandwiches the base material 4 is preferably a ceramic that has insulating properties and heat resistance of 300 ° C. or more and has little dimensional change. Used.

板状の印加電極2は、耐熱構造材12に挟持される。印加電極2の基材4に対向する面には誘電体3が配設されている。この時、誘電体3にはアルミナの板を用いたが、印加電極2にセラミックス材を溶射した電極を用いれば、誘電体3を使用しなくても良い。印加電極2の背面には印加電極を低温に保つための冷却装置11が配設されている。   The plate-like application electrode 2 is sandwiched between heat resistant structural members 12. A dielectric 3 is disposed on the surface of the application electrode 2 facing the substrate 4. At this time, an alumina plate is used as the dielectric 3, but the dielectric 3 does not have to be used if an electrode sprayed with a ceramic material is used as the application electrode 2. A cooling device 11 is disposed on the back surface of the application electrode 2 to keep the application electrode at a low temperature.

印加電極2側の耐熱構造材12と保持電極6側の耐熱構造材12には、その相対する一端部にガス供給ノズル13が取り付けられている。また耐熱構造材12のガス供給ノズル13側と反対側の端部に排気ノズル14が取り付けられている。   A gas supply nozzle 13 is attached to one end of the heat-resistant structural material 12 on the application electrode 2 side and the heat-resistant structural material 12 on the holding electrode 6 side. An exhaust nozzle 14 is attached to the end of the heat-resistant structural material 12 opposite to the gas supply nozzle 13 side.

図3に見られるようにガス供給ノズル13及び排気ノズル14がとりつけられていない耐熱構造材の2端部に、スペーサー17が挟持されている。このスペーサー17の厚みによって電極間の放電ギャップ距離を設定できる。スペーサー17には、絶縁性と300℃以上の耐熱性を有するセラミックスが好適に用いられる。   As shown in FIG. 3, a spacer 17 is sandwiched between two ends of the heat-resistant structural material to which the gas supply nozzle 13 and the exhaust nozzle 14 are not attached. The thickness of the spacer 17 can set the discharge gap distance between the electrodes. For the spacer 17, ceramics having insulating properties and heat resistance of 300 ° C. or higher is preferably used.

ガス供給ノズル13及び排気ノズル14は、ライン状に均一に原料ガスを供給するために、基材4よりも幅が広いノズルとなっている。この成膜装置200においてはガス供給ノズル13及び排気ノズル14はその幅が150mmである。   The gas supply nozzle 13 and the exhaust nozzle 14 are nozzles wider than the base material 4 in order to supply the source gas uniformly in a line shape. In the film forming apparatus 200, the gas supply nozzle 13 and the exhaust nozzle 14 have a width of 150 mm.

ガス供給ノズル13は図示されていない原料ガスボンベに接続されており、原料ガスボンベの制御弁によって原料ガスの流速が制御される。また排気ノズル14は図示されていない排気ポンプに接続しており、排気ポンプによって排気速度を制御されている。   The gas supply nozzle 13 is connected to a source gas cylinder (not shown), and the flow rate of the source gas is controlled by a control valve of the source gas cylinder. The exhaust nozzle 14 is connected to an exhaust pump (not shown), and the exhaust speed is controlled by the exhaust pump.

ガス供給ノズル13より原料ガスが電極間に矢印Aの方向に導入される。均一な流れを作るために排気ノズル14の下流には、図示されていない流量計が設けられている。その流量計の数値をみながら排気ポンプの排気流速を調節出来る。   Source gas is introduced from the gas supply nozzle 13 in the direction of arrow A between the electrodes. In order to create a uniform flow, a flow meter (not shown) is provided downstream of the exhaust nozzle 14. The exhaust flow rate of the exhaust pump can be adjusted while looking at the numerical value of the flow meter.

この時、基材4の雰囲気下では、ガス供給ノズルによって整流された原料ガスが層流状態となっていると考えられる。   At this time, it is considered that the raw material gas rectified by the gas supply nozzle is in a laminar flow state in the atmosphere of the base material 4.

このような成膜装置200を用い、大気圧雰囲気下でプラズマ処理をすることによって基材表面に硬質な非晶質硬質炭素皮膜を成膜することが出来る。また大気圧雰囲気下でプラズマ処理出来るため、真空装置を必要とせず、また成膜速度も速いため、設備コストやランニングコストが極めて安価な成膜装置となる。   A hard amorphous hard carbon film can be formed on the surface of the substrate by performing plasma treatment in an atmospheric pressure atmosphere using such a film forming apparatus 200. In addition, since the plasma treatment can be performed under an atmospheric pressure atmosphere, a vacuum apparatus is not required, and the film formation speed is high, so that the film formation apparatus has extremely low equipment costs and running costs.

[第三実施例]
図4は、本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置の第三実施例の部分側断面図である。また図5は図4を上からみた部分平面図である。
[Third embodiment]
FIG. 4 is a partial sectional side view of the third embodiment of the amorphous hard carbon film forming apparatus of the present invention. FIG. 5 is a partial plan view of FIG. 4 as viewed from above.

図4及び図5は、本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置300の一部分を説明する。この成膜装置300の一部分では、保持電極と、印加電極を含む電極体と、加熱手段と、原料ガス供給手段と、排気手段と、移動手段とを示す。   4 and 5 illustrate a part of an amorphous hard carbon film deposition apparatus 300 according to the present invention. In a part of the film forming apparatus 300, a holding electrode, an electrode body including an application electrode, a heating unit, a source gas supply unit, an exhaust unit, and a moving unit are shown.

成膜装置300は、複数の基材4を保持する保持電極6と電極体40との間にグロー放電プラズマを発生させ、保持電極6を図4に示す矢印Cの方向に移動させることにより基材4の表面に非晶質硬質炭素皮膜を形成する装置である。   The film forming apparatus 300 generates glow discharge plasma between the holding electrode 6 holding the plurality of substrates 4 and the electrode body 40, and moves the holding electrode 6 in the direction of arrow C shown in FIG. This is an apparatus for forming an amorphous hard carbon film on the surface of the material 4.

成膜装置300は図1で説明した回路構成と同様な回路構成を取ることが出来る。図4及び図5で図示された以外の部分は図1で説明したものと同様であるので説明を省く。   The film forming apparatus 300 can have a circuit configuration similar to the circuit configuration described in FIG. Since parts other than those shown in FIGS. 4 and 5 are the same as those described with reference to FIG. 1, description thereof will be omitted.

保持電極6は複数の基材4を収容する複数の凹部を有する。保持電極6は図示されていない移動手段によって矢印Cの方向に平行移動する。保持電極6の移動をなめらかに行うために保持電極6の背面には耐熱性の潤滑剤15が配設される。潤滑剤15には、フィルム、シート、液体及び粉体が好適に用いられる。   The holding electrode 6 has a plurality of recesses for accommodating the plurality of base materials 4. The holding electrode 6 is translated in the direction of arrow C by moving means (not shown). In order to smoothly move the holding electrode 6, a heat-resistant lubricant 15 is disposed on the back surface of the holding electrode 6. As the lubricant 15, a film, a sheet, a liquid and a powder are preferably used.

潤滑剤15を介して保持電極6の背面には、基材4を加熱するための加熱手段5が配設される。また矢印Cの方向において加熱手段5の下流に、成膜処理後に基材4を冷却するために冷却装置11が耐熱構造材12を介して配置されている。   Heating means 5 for heating the base material 4 is disposed on the back surface of the holding electrode 6 via the lubricant 15. Further, in the direction of arrow C, a cooling device 11 is disposed via a heat-resistant structural member 12 downstream of the heating means 5 in order to cool the substrate 4 after the film forming process.

電極体40は、誘電体3に基材側の表面が覆われた複数の印加電極2と、印加電極2間に配設されたガス供給口130と、ガス供給口130の印加電極2をはさんだ少なくとも両側に配設される排気口140とから構成される。   The electrode body 40 includes a plurality of application electrodes 2 whose surfaces on the base material side are covered with the dielectric 3, a gas supply port 130 disposed between the application electrodes 2, and the application electrode 2 of the gas supply port 130. The exhaust port 140 is provided at least on both sides.

ガス供給口130及び排気口140はスリット形状となっている。スリットの幅は放電ギャップ距離の2倍程度が望ましい。スリット長さは非晶質硬質炭素皮膜を成膜する基材の表面を被覆出来る程度の長さであればよい。図4及び図5においては、ガス供給口130及び排気口140は幅1mm長さ150mmのスリット形状となっている。   The gas supply port 130 and the exhaust port 140 are slit-shaped. The width of the slit is preferably about twice the discharge gap distance. The slit length should just be the length which can coat | cover the surface of the base material which forms an amorphous | non-crystalline hard carbon film. 4 and 5, the gas supply port 130 and the exhaust port 140 have a slit shape with a width of 1 mm and a length of 150 mm.

図示されていないが、ガス供給口130は原料ガスを供給するボンベ等につながっており、制御弁によって流速を制御されている。排気口140は図示されていない排気ポンプ等につながっており排気ポンプによって吸引され原料ガスを排気している。   Although not shown, the gas supply port 130 is connected to a cylinder or the like for supplying a raw material gas, and the flow rate is controlled by a control valve. The exhaust port 140 is connected to an exhaust pump (not shown) and is sucked by the exhaust pump to exhaust the source gas.

図4に原料ガスの流れを矢印で示した。ガス供給口130から保持電極6側に矢印Aの方向に吹き出された原料ガスはガス供給口130の両側に配設された排気口140から矢印Bの方向に吸い上げられる。このため、印加電極2と保持電極6との間は常に新しい原料ガスが一定方向に流れるようになっている。またより狭い範囲に均一なライン状のガス流を形成することが出来る。また大気圧雰囲気下では難しい原料ガスの対流が起こりやすくなり、原料ガスが均等に拡散され、基材の表面に非晶質硬質炭素皮膜を均一に成膜することが出来る。   In FIG. 4, the flow of the source gas is indicated by arrows. The source gas blown out from the gas supply port 130 toward the holding electrode 6 in the direction of arrow A is sucked up in the direction of arrow B from the exhaust ports 140 provided on both sides of the gas supply port 130. For this reason, a new source gas always flows between the application electrode 2 and the holding electrode 6 in a certain direction. In addition, a uniform line-shaped gas flow can be formed in a narrower range. Further, convection of a difficult source gas is likely to occur under an atmospheric pressure atmosphere, the source gas is evenly diffused, and an amorphous hard carbon film can be uniformly formed on the surface of the substrate.

印加電極2は板状形状であり、長さは基材4の長さより長ければよく、幅、高さは特に限定されない。印加電極2の表面には保持電極6側の面に誘電体3が1mm厚みで被覆されている。2つの印加電極2はスリット状のガス供給口130と両側の2つの排気口140にはさまれた位置に配設されている。また印加電極2の背面には、印加電極2を低温に保つために冷却装置11が配設されている。印加電極2は耐熱構造材12によって保持され電極体40を形成している。   The application electrode 2 has a plate-like shape, and the length may be longer than the length of the substrate 4, and the width and height are not particularly limited. The surface of the application electrode 2 is covered with a dielectric 3 with a thickness of 1 mm on the surface on the holding electrode 6 side. The two application electrodes 2 are disposed at a position sandwiched between the slit-shaped gas supply port 130 and the two exhaust ports 140 on both sides. A cooling device 11 is disposed on the back surface of the application electrode 2 in order to keep the application electrode 2 at a low temperature. The application electrode 2 is held by the heat-resistant structural material 12 to form an electrode body 40.

図5に示すように保持電極6には、移動方向ではない相対する両端部にスペーサー16が配設されている。このスペーサー16の厚みによって電極間の放電ギャップ距離を設定できる。スペーサー16には、絶縁性と300℃以上の耐熱性を有するセラミックスが好適に用いられる。   As shown in FIG. 5, the holding electrode 6 is provided with spacers 16 at opposite ends that are not in the moving direction. The thickness of the spacer 16 can set the discharge gap distance between the electrodes. For the spacer 16, ceramics having insulating properties and heat resistance of 300 ° C. or higher is preferably used.

このような条件で保持電極6を矢印Cの方向に移動させながら、保持電極6に直流バイアス電圧をかけて、プラズマ放電を行い、原料ガスの供給、排気を行うことによって基材4の表面に非晶質硬質炭素皮膜が成膜される。また基材を加熱することによって表面での成膜反応を促進させることが出来る。また保持電極6を相対移動させることによって、複数の基材4が順次成膜される。保持電極6の移動速度によって、基材4に成膜される膜の厚みが決まる。そのため要求される膜厚になるような移動速度を用いればよい。   While moving the holding electrode 6 in the direction of arrow C under such conditions, a DC bias voltage is applied to the holding electrode 6 to perform plasma discharge, and supply and exhaust of the source gas to the surface of the substrate 4. An amorphous hard carbon film is formed. Further, the film formation reaction on the surface can be promoted by heating the substrate. Further, the plurality of base materials 4 are sequentially formed by moving the holding electrode 6 relatively. The thickness of the film formed on the substrate 4 is determined by the moving speed of the holding electrode 6. Therefore, a moving speed that provides the required film thickness may be used.

このような成膜装置300を用い、大気圧雰囲気下でプラズマ処理をすることによって基材表面に硬質な非晶質硬質炭素皮膜を成膜することが出来る。また大気圧雰囲気下でプラズマ処理出来るため、真空装置を必要とせず、また成膜速度も速いため、および連続処理が可能なライン式装置であることから、設備コストやランニングコストが極めて安価な成膜装置となる。   A hard amorphous hard carbon film can be formed on the surface of the substrate by performing plasma treatment in an atmospheric pressure atmosphere using such a film forming apparatus 300. In addition, since plasma processing can be performed under an atmospheric pressure atmosphere, a vacuum apparatus is not required, the film forming speed is high, and the line apparatus is capable of continuous processing, so that the equipment cost and running cost are extremely low. It becomes a membrane device.

[試験例]
図1〜図3に示す方法を用いて、非晶質硬質炭素皮膜を成膜した。
[Test example]
An amorphous hard carbon film was formed using the method shown in FIGS.

材質がハイス鋼SKH51である縦30mm横30mm厚み3mmの板を基材4として用いた。保持電極6は縦70mm横70mm厚み5mmの銅製の平板であり、基材4を保持できる凹部が形成されている。上記基材4はその凹部に保持されている。   A plate made of high-speed steel SKH51 and having a length of 30 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 3 mm was used as the substrate 4. The holding electrode 6 is a copper flat plate having a length of 70 mm, a width of 70 mm, and a thickness of 5 mm, and has a recess capable of holding the base material 4. The base material 4 is held in the recess.

保持電極6の背面には加熱手段5として板状のヒーターと熱電対が配設されている。   On the back surface of the holding electrode 6, a plate-like heater and a thermocouple are disposed as the heating means 5.

板状のヒーター及び熱電対は、坂口電熱製の高温面状発熱体「スーパーラピッド」及びシース熱電対を用いた。   As the plate-like heater and thermocouple, a high-temperature planar heating element “Super Rapid” manufactured by Sakaguchi Electric Heat and a sheath thermocouple were used.

印加電極2は縦70mm、横70mm、厚み5mmの板形状であり、印加電極2の基材に相対する表面には、誘電体3として1mm厚みのアルミナ製の板が配設されている。   The application electrode 2 has a plate shape having a length of 70 mm, a width of 70 mm, and a thickness of 5 mm. On the surface of the application electrode 2 facing the base material, an alumina plate having a thickness of 1 mm is disposed as the dielectric 3.

ガス供給ノズル13及び排気ノズル14は共に、150mmの幅を有する。ガス供給ノズル13は原料ガスを供給するガスボンベと接続されている。また排気ノズル14は排気ポンプに接続されている。   Both the gas supply nozzle 13 and the exhaust nozzle 14 have a width of 150 mm. The gas supply nozzle 13 is connected to a gas cylinder that supplies a source gas. The exhaust nozzle 14 is connected to an exhaust pump.

印加電極2には高圧パルス電源1が接続され印加される。また印加電極2には更に直流電源7から正の直流電圧が印加される。保持電極6は接地されている。   A high voltage pulse power source 1 is connected to the application electrode 2 and applied. Further, a positive DC voltage is further applied to the application electrode 2 from a DC power source 7. The holding electrode 6 is grounded.

直流電源7はグラスマンジャパンハイボルテージ製の直流高圧電源を用いた。   As the DC power source 7, a DC high-voltage power source manufactured by Grassman Japan High Voltage was used.

基材温度200℃、放電ギャップ距離0.5mm、交流電源電圧20kV、交流電源周波数10kHz、直流電源電圧4000V、原料混合ガス比、ヘリウムガス:アセチレンガス=95:5一定、ガス流速1200mm/secの条件で行った。印加時間を制御することによって非晶質硬質炭素皮膜の膜厚の制御が出来た。これらの一連の成膜方法は大気圧開放環境下で行われ、ほぼ101kPaの環境下で成膜を行った。   Base material temperature 200 ° C., discharge gap distance 0.5 mm, AC power supply voltage 20 kV, AC power supply frequency 10 kHz, DC power supply voltage 4000 V, raw material mixed gas ratio, helium gas: acetylene gas = 95: 5 constant, gas flow rate 1200 mm / sec. Performed under conditions. The film thickness of the amorphous hard carbon film could be controlled by controlling the application time. These series of film formation methods were performed in an atmosphere open to atmospheric pressure, and film formation was performed in an environment of approximately 101 kPa.

この結果、印加時間1分〜2分で基材に2μmの非晶質硬質炭素皮膜が均一に成膜出来た。これを試験例1とする。   As a result, an amorphous hard carbon film having a thickness of 2 μm was uniformly formed on the substrate in an application time of 1 minute to 2 minutes. This is designated as Test Example 1.

また比較例として上記成膜条件を変えて直流バイアス電圧をかけない場合の成膜を行った。   Further, as a comparative example, film formation was performed in the case where a DC bias voltage was not applied by changing the film formation conditions.

基材温度30℃、直流電源電圧0V、ガス流速100mm/secとした以外は、上記成膜条件と同様に行った。この結果、印加時間1分〜2分で基材に2μmの非晶質硬質炭素皮膜が均一に成膜出来た。これを試験例2とする。   The film forming conditions were the same as those described above except that the substrate temperature was 30 ° C., the DC power supply voltage was 0 V, and the gas flow rate was 100 mm / sec. As a result, an amorphous hard carbon film having a thickness of 2 μm was uniformly formed on the substrate in an application time of 1 minute to 2 minutes. This is designated as Test Example 2.

この試験例1及び試験例2の膜の評価をおこなった。   The films of Test Example 1 and Test Example 2 were evaluated.

<膜硬度評価装置>
膜硬度は、ナノインデンテーション法により測定した。ナノインデンターには、原子間力顕微鏡(SHIMADZU社製SPM9500J2 )に取り付けたHYSITORON社製Toribo Scopeを用いた。なお、ナノインデンテーション法によれば、基材の影響を受けずに、薄膜そのものの硬度を測定することができる。
<Film hardness evaluation device>
The film hardness was measured by the nanoindentation method. The nanoindenter used was a Toribo Scope manufactured by HYSITRON, which was attached to an atomic force microscope (SPM9500J2 manufactured by SHIMADZU). According to the nanoindentation method, the hardness of the thin film itself can be measured without being affected by the base material.

試験例1において膜硬度は5±2GPa、試験例2の膜硬度は0.4±0.1GPaであり、試験例1が試験例2に比べて大幅に硬度が向上していることがわかった。   In Test Example 1, the film hardness was 5 ± 2 GPa, and the film hardness of Test Example 2 was 0.4 ± 0.1 GPa. It was found that Test Example 1 was significantly improved in hardness compared to Test Example 2. .

<元素分析>
ERDA反跳粒子検出法及びRBS(ラザフォード後方散乱分析)によって元素組成比の分析を行った。
<Elemental analysis>
The elemental composition ratio was analyzed by the ERDA recoil detection method and RBS (Rutherford backscattering analysis).

試験例1では元素組成比(%)が炭素55%、水素41%、その他(酸素、窒素など)4%であったのに対して、試験例2では、元素組成比(%)が炭素41%、水素53%、その他(酸素、窒素など)6%であった。このことから試験例1は試験例2に比べて炭素の割合が増加していることがわかる。   In Test Example 1, the element composition ratio (%) was 55% carbon, 41% hydrogen, and 4% other (oxygen, nitrogen, etc.), whereas in Test Example 2, the element composition ratio (%) was 41% carbon. %, Hydrogen 53%, and other (oxygen, nitrogen, etc.) 6%. From this, it can be seen that Test Example 1 has a higher carbon ratio than Test Example 2.

<結合>
FT−IRを用いて結合状態の分析をした。
<Bonding>
The binding state was analyzed using FT-IR.

FT−IRの結果から、試験例2においてみられた炭素2重結合、C−H結合量が、試験例1では減少していることが確認された。結合として強固な炭素結合が多くなったと考えられる。   From the results of FT-IR, it was confirmed that the amount of carbon double bonds and C—H bonds observed in Test Example 2 decreased in Test Example 1. It is thought that there were many strong carbon bonds as bonds.

測定された上記試験例1の膜硬度はSiO膜と同等の硬度を有する。従来これほど硬い膜は大気圧雰囲気下で炭化水素系ガスを原料にして成膜したものでは得られなかった。この硬度を有することで、高い摺動性能を示す部位にこの非晶質硬質炭素皮膜を適用することができる。また、SiO膜と同等の硬度を有することから、これまで樹脂等にシリカコーティングされてきたハードコート用途としても利用可能である。 The measured film hardness of Test Example 1 is equivalent to that of the SiO 2 film. Conventionally, such a hard film cannot be obtained by using a hydrocarbon gas as a raw material in an atmospheric pressure atmosphere. By having this hardness, this amorphous hard carbon film can be applied to a portion exhibiting high sliding performance. Further, since it has a hardness equivalent to that of the SiO 2 film, it can also be used as a hard coat application in which a resin or the like has been silica-coated so far.

本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置の第一実施例を示す模式説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the 1st Example of the film-forming apparatus of the amorphous | non-crystalline hard carbon film of this invention. 本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置の第二実施例の部分側断面図である。It is a partial sectional side view of the 2nd Example of the film-forming apparatus of the amorphous | non-crystalline hard carbon film of this invention. 図2におけるX−X‘断面で切断した切断面からみた部分平面図である。It is the fragmentary top view seen from the cut surface cut | disconnected by the XX 'cross section in FIG. 本発明の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置の第三実施例の部分側断面図である。It is a partial sectional side view of the 3rd Example of the film-forming apparatus of the amorphous | non-crystalline hard carbon film of this invention. 図4を上からみた部分平面図である。It is the fragmentary top view which looked at FIG. 4 from the top.

符号の説明Explanation of symbols

1、高圧パルス電源、2、印加電極、3、誘電体、4、基材、5、加熱手段、
6、保持電極、7、直流電源、8、フィルタ用コイル、9、第二コンデンサ、
10、第一コンデンサ、11、冷却装置、12、耐熱構造材、13、ガス供給ノズル、
14、排気ノズル、15、潤滑剤、16、17、スペーサー、20、電圧印加手段、
30、直流バイアス電圧印加手段、40、電極体、100、200、300、成膜装置、
130、ガス供給口、140、排気口。
1, high-voltage pulse power supply, 2, application electrode, 3, dielectric, 4, substrate, 5, heating means,
6, holding electrode, 7, DC power supply, 8, filter coil, 9, second capacitor,
10, first capacitor 11, cooling device 12, heat-resistant structural material 13, gas supply nozzle,
14, exhaust nozzle, 15, lubricant, 16, 17, spacer, 20, voltage applying means,
30, DC bias voltage applying means, 40, electrode body, 100, 200, 300, film forming apparatus,
130, gas supply port, 140, exhaust port.

Claims (3)

基材を保持する保持電極と、
前記保持電極に対向して位置し、複数の印加電極を有する電極体と、
該印加電極に交流電圧を印加して該保持電極に保持された該基材と該電極体の間に大気圧雰囲気下でグロー放電プラズマを発生させる電圧印加手段と、
該電極体と該保持電極との間に直流バイアス電圧を発生させる直流バイアス電圧印加手段と、
該保持電極と該電極体の間に、該基材の表面に非晶質硬質炭素皮膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
該保持電極と該電極体の間から排ガスを排出する排気手段と、
前記保持電極の背面に配設され該保持電極に保持された該基材を加熱する加熱手段と、
前記保持電極と前記電極体とを相対移動させる移動手段と、
を有し、
前記原料ガス供給手段は、隣り合う二つの該印加電極の間から前記保持電極と前記電極体との間に前記原料ガスを供給するガス供給口を有し、前記排気手段は、隣り合う両該印加電極の両外側に排気口を有することを特徴とする非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置。
A holding electrode for holding the substrate;
An electrode body positioned opposite to the holding electrode and having a plurality of application electrodes;
Voltage application means for applying an alternating voltage to the application electrode to generate glow discharge plasma in an atmospheric pressure atmosphere between the substrate held by the holding electrode and the electrode body;
DC bias voltage applying means for generating a DC bias voltage between the electrode body and the holding electrode;
A raw material gas supply means for supplying a raw material gas for forming an amorphous hard carbon film on the surface of the substrate between the holding electrode and the electrode body;
Exhaust means for discharging exhaust gas from between the holding electrode and the electrode body;
A heating means disposed on the back surface of the holding electrode for heating the substrate held by the holding electrode;
Moving means for relatively moving the holding electrode and the electrode body;
Have
The source gas supply means has a gas supply port for supplying the source gas between the holding electrode and the electrode body from between two adjacent application electrodes, and the exhaust means An amorphous hard carbon film forming apparatus characterized by having exhaust ports on both outer sides of an application electrode.
前記ガス供給口及び前記排気口は、前記基材の長さより長いスリット形状である請求項に記載の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置。 2. The amorphous hard carbon film forming apparatus according to claim 1 , wherein the gas supply port and the exhaust port have a slit shape longer than a length of the base material. 前記印加電極はその表面が誘電体に覆われている請求項1または2に記載の非晶質硬質炭素皮膜の成膜装置。 The applying electrode is film-forming apparatus of the amorphous hard carbon film according to claim 1 or 2, the surface thereof is covered with a dielectric.
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