JP2001262314A - アモルファス炭素成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
アモルファス炭素成膜装置及び成膜方法Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い膜硬度を有するアモルファス炭素膜
の成膜装置及び成膜方法の提供。 【解決手段】 一端が開口し他端が閉じた中空部を有す
る円筒状炭素ターゲットが配置され、該中空部にプラズ
マが発生するように構成され、該ターゲットの開口部と
基板との間の距離が、Ｈｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以
上の膜硬度を有するアモルファス炭素が形成されるよう
に離してあるマグネトロン放電型スパッタ装置。該開口
部近傍で、該ターゲットの外側に、ターゲットから放出
されたプラズマが基板上へ収束するような磁場を形成す
るための磁気回路が設けられ、また、該開口部と基板と
の間にイオン加速電極を設け、該加速電極に対してエッ
チングが優勢とならない範囲の電圧を印加するように構
成される。上記装置を用いてＨｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍ
ｍ2以上の膜硬度を有するアモルファス炭素膜を形成す
る。
の成膜装置及び成膜方法の提供。 【解決手段】 一端が開口し他端が閉じた中空部を有す
る円筒状炭素ターゲットが配置され、該中空部にプラズ
マが発生するように構成され、該ターゲットの開口部と
基板との間の距離が、Ｈｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以
上の膜硬度を有するアモルファス炭素が形成されるよう
に離してあるマグネトロン放電型スパッタ装置。該開口
部近傍で、該ターゲットの外側に、ターゲットから放出
されたプラズマが基板上へ収束するような磁場を形成す
るための磁気回路が設けられ、また、該開口部と基板と
の間にイオン加速電極を設け、該加速電極に対してエッ
チングが優勢とならない範囲の電圧を印加するように構
成される。上記装置を用いてＨｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍ
ｍ2以上の膜硬度を有するアモルファス炭素膜を形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファス炭素
成膜装置及び成膜方法に関し、特に、磁気記録媒体及び
磁気ヘッド他、機械的摺動部や、切削工具等の保護膜と
して利用されるアモルファス炭素の成膜装置及び成膜方
法に関するものである。
成膜装置及び成膜方法に関し、特に、磁気記録媒体及び
磁気ヘッド他、機械的摺動部や、切削工具等の保護膜と
して利用されるアモルファス炭素の成膜装置及び成膜方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のアモルファス炭素薄膜は、主とし
てメタン（ＣＨ4）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）等の炭化水
素ガスを原料とし、時には硬度の向上のために窒素を混
入させたＣＶＤ法により製造されている。このため、膜
中の炭素原子には一部のｓｐ3及びｓｐ2軌道の先端に水
素原子や窒素原子が残留しており、炭素原子同士の結合
はこれら気体原子により終端され、欠陥を生じ、これが
膜を軟質化し、膜硬度に限界を与えると考えられてい
る。また、ビッカース硬度等の塑性変形硬度の評価を行
う場合、この空乏部分が収縮するために実際より見かけ
の硬度が大きく見積もられ、結果が不正確となる。更
に、基板以外に基板等のホルダー、電極、内壁のような
真空槽内の多くの部分に炭素膜が付着し、これが剥離す
ると大量のダストが発生する。
てメタン（ＣＨ4）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）等の炭化水
素ガスを原料とし、時には硬度の向上のために窒素を混
入させたＣＶＤ法により製造されている。このため、膜
中の炭素原子には一部のｓｐ3及びｓｐ2軌道の先端に水
素原子や窒素原子が残留しており、炭素原子同士の結合
はこれら気体原子により終端され、欠陥を生じ、これが
膜を軟質化し、膜硬度に限界を与えると考えられてい
る。また、ビッカース硬度等の塑性変形硬度の評価を行
う場合、この空乏部分が収縮するために実際より見かけ
の硬度が大きく見積もられ、結果が不正確となる。更
に、基板以外に基板等のホルダー、電極、内壁のような
真空槽内の多くの部分に炭素膜が付着し、これが剥離す
ると大量のダストが発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＣＶＤ法の
代替技術として従来技術の問題点を解決するものであ
り、炭素原子以外の気体原子が混入されることなく基板
に対して効率よく成膜を行い、且つ、通常のスパッタ法
より炭素イオン化率が高くなるようにして成膜を行う、
硬質・高密度なアモルファス炭素薄膜を得るための成膜
装置及び成膜方法を提供することを課題とする。
代替技術として従来技術の問題点を解決するものであ
り、炭素原子以外の気体原子が混入されることなく基板
に対して効率よく成膜を行い、且つ、通常のスパッタ法
より炭素イオン化率が高くなるようにして成膜を行う、
硬質・高密度なアモルファス炭素薄膜を得るための成膜
装置及び成膜方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のアモルファス炭
素成膜装置は、一端が開口し他端が閉じた中空部を有す
る円筒状炭素ターゲットが配置され、該中空部にプラズ
マが発生するように構成されているマグネトロン放電型
スパッタ装置であって、該ターゲットの開口部と基板と
の間の距離が、Ｈｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜
硬度を有するアモルファス炭素膜が形成されるように離
してある。ターゲットにより得られる中性炭素原子及び
炭素イオンは、ターゲットの円筒形状の中空部に放電が
発生し、この放電にて励起されるプラズマの衝撃により
円筒形状の内のり及び内底より反跳せられ、開口部より
引き出される。この装置を用いた場合、ターゲット開口
部から放出される中性炭素原子と炭素イオンとによる膜
形成への寄与割合が、該炭素イオンの寄与の方が中性炭
素原子の寄与割合よりも相対的に大きくなるように設定
できるため、得られる炭素膜の硬度が増加するようにな
る。通常、炭素膜の実用硬度はＨｖ＝１５００ｋｇｆ／
ｍｍ2以上あれば十分である。
素成膜装置は、一端が開口し他端が閉じた中空部を有す
る円筒状炭素ターゲットが配置され、該中空部にプラズ
マが発生するように構成されているマグネトロン放電型
スパッタ装置であって、該ターゲットの開口部と基板と
の間の距離が、Ｈｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜
硬度を有するアモルファス炭素膜が形成されるように離
してある。ターゲットにより得られる中性炭素原子及び
炭素イオンは、ターゲットの円筒形状の中空部に放電が
発生し、この放電にて励起されるプラズマの衝撃により
円筒形状の内のり及び内底より反跳せられ、開口部より
引き出される。この装置を用いた場合、ターゲット開口
部から放出される中性炭素原子と炭素イオンとによる膜
形成への寄与割合が、該炭素イオンの寄与の方が中性炭
素原子の寄与割合よりも相対的に大きくなるように設定
できるため、得られる炭素膜の硬度が増加するようにな
る。通常、炭素膜の実用硬度はＨｖ＝１５００ｋｇｆ／
ｍｍ2以上あれば十分である。
【０００５】前記装置において、更に、円筒状炭素ター
ゲットの開口部近傍で、且つ、該ターゲットの外側に、
ターゲット開口部よりプラズマが発散することを抑制す
るための磁場を形成する磁気回路、すなわちターゲット
から放出されたプラズマが基板上へ収束するような磁場
を形成するための磁気回路を設ける構成とする。この磁
気回路による磁場によって炭素イオンが基板上に収束す
るため、相対的に成膜に寄与する炭素イオンの数が増加
し、この装置を用いた場合に得られる炭素膜の成膜速度
や硬度が増大するようになる。
ゲットの開口部近傍で、且つ、該ターゲットの外側に、
ターゲット開口部よりプラズマが発散することを抑制す
るための磁場を形成する磁気回路、すなわちターゲット
から放出されたプラズマが基板上へ収束するような磁場
を形成するための磁気回路を設ける構成とする。この磁
気回路による磁場によって炭素イオンが基板上に収束す
るため、相対的に成膜に寄与する炭素イオンの数が増加
し、この装置を用いた場合に得られる炭素膜の成膜速度
や硬度が増大するようになる。
【０００６】更に、該円筒状炭素ターゲット開口部と基
板との間にイオン通過路を有するイオン加速電極を設
け、該加速電極に対してエッチングが優勢とならない範
囲の電圧を印加するように構成する。この構成により、
さらに有効に炭素イオンを基板上に導くことが可能とな
り、膜硬度の制御も可能となる。
板との間にイオン通過路を有するイオン加速電極を設
け、該加速電極に対してエッチングが優勢とならない範
囲の電圧を印加するように構成する。この構成により、
さらに有効に炭素イオンを基板上に導くことが可能とな
り、膜硬度の制御も可能となる。
【０００７】本発明のアモルファス炭素成膜方法は、一
端が開口し他端が閉じた中空部を有する円筒状炭素ター
ゲットが配置され、該中空部にプラズマが発生するよう
に構成されているマグネトロン放電型スパッタ装置を用
いて、該ターゲットの開口部と基板との間の距離を、Ｈ
ｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜硬度を有するアモ
ルファス炭素膜が形成されるように離して成膜すること
からなる。この装置を用いた場合には、前記したよう
に、ターゲット開口部から放出される中性炭素原子と炭
素イオンとによる膜形成への寄与割合に関していえば、
該炭素イオンの寄与の方が中性炭素原子の寄与割合より
も相対的に大きくなり、膜硬度の増加した炭素膜が得ら
れる。
端が開口し他端が閉じた中空部を有する円筒状炭素ター
ゲットが配置され、該中空部にプラズマが発生するよう
に構成されているマグネトロン放電型スパッタ装置を用
いて、該ターゲットの開口部と基板との間の距離を、Ｈ
ｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜硬度を有するアモ
ルファス炭素膜が形成されるように離して成膜すること
からなる。この装置を用いた場合には、前記したよう
に、ターゲット開口部から放出される中性炭素原子と炭
素イオンとによる膜形成への寄与割合に関していえば、
該炭素イオンの寄与の方が中性炭素原子の寄与割合より
も相対的に大きくなり、膜硬度の増加した炭素膜が得ら
れる。
【０００８】前記アモルファス炭素成膜方法を、マグネ
トロン放電型スパッタ装置にさらに該炭素ターゲットの
開口部近傍で、且つ、該炭素ターゲットの外側に、該タ
ーゲットから放出されたプラズマが基板上へ収束するよ
うな磁場を形成するための磁気回路を設けた装置を用い
て行い、Ｈｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜硬度を
有するアモルファス炭素膜を形成する。前記したよう
に、この磁気回路による磁場によって炭素イオンが基板
上に収束するため、相対的に成膜に寄与する炭素イオン
の数が増加し、この装置を用いて行う成膜方法により膜
硬度が増大した炭素膜が得られる。
トロン放電型スパッタ装置にさらに該炭素ターゲットの
開口部近傍で、且つ、該炭素ターゲットの外側に、該タ
ーゲットから放出されたプラズマが基板上へ収束するよ
うな磁場を形成するための磁気回路を設けた装置を用い
て行い、Ｈｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜硬度を
有するアモルファス炭素膜を形成する。前記したよう
に、この磁気回路による磁場によって炭素イオンが基板
上に収束するため、相対的に成膜に寄与する炭素イオン
の数が増加し、この装置を用いて行う成膜方法により膜
硬度が増大した炭素膜が得られる。
【０００９】更に、前記成膜方法を、該マグネトロン放
電型スパッタ装置に該円筒状炭素ターゲット開口部と基
板との間にイオン通過路を有するイオン加速電極が設け
られた装置を用いて行い、該加速電極に対してエッチン
グが優勢とならない範囲の電圧を印加して、Ｈｖ＝１５
００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜硬度を有するアモルファス
炭素膜を形成する。
電型スパッタ装置に該円筒状炭素ターゲット開口部と基
板との間にイオン通過路を有するイオン加速電極が設け
られた装置を用いて行い、該加速電極に対してエッチン
グが優勢とならない範囲の電圧を印加して、Ｈｖ＝１５
００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜硬度を有するアモルファス
炭素膜を形成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１１】本発明のアモルファス炭素成膜方法は、グ
ラファイトターゲットのような固体炭素ターゲットを用
い、その形状を中空円筒状として、Ａｒのみの雰囲気中
でＲＦ又はＤＣを印加することで中空部分にホロー陰極
放電を発生させ、通常のスパッタより高い放電電流密度
を得、ＣＶＤのような気相反応を用いずに高効率で炭素
粒子をイオン化し、基板にアモルファス炭素を堆積させ
るものである。このように炭素原子、炭素イオンを炭素
膜の材料とするため、得られるアモルファス炭素膜中に
は水素、窒素その他の気体原子は含まれていない。
ラファイトターゲットのような固体炭素ターゲットを用
い、その形状を中空円筒状として、Ａｒのみの雰囲気中
でＲＦ又はＤＣを印加することで中空部分にホロー陰極
放電を発生させ、通常のスパッタより高い放電電流密度
を得、ＣＶＤのような気相反応を用いずに高効率で炭素
粒子をイオン化し、基板にアモルファス炭素を堆積させ
るものである。このように炭素原子、炭素イオンを炭素
膜の材料とするため、得られるアモルファス炭素膜中に
は水素、窒素その他の気体原子は含まれていない。
【００１２】図１に本発明による成膜装置の構成例の概
要を示す。図１に示したように、本発明の成膜装置は、
成膜室内に設けられた一端が開口し他端が閉じたグラフ
ァイト製中空円筒状ターゲット１と、このターゲットに
接続されたスパッタ用直流電源又はＲＦ電源２と、ター
ゲットと対向して設けられる基板３と、ターゲットの底
部でプラズマ放電を起こさせ、ターゲットから放出され
るプラズマが基板上へ収束するようにする磁場を形成す
るために、該底部の外側に設けられた磁石（すなわち、
ターゲット底部でのプラズマ放電励起用磁気回路）４
と、ターゲット開口部よりプラズマを引き出し且つ放電
の発散を抑制するための磁石（すなわち、プラズマ、炭
素イオンを基板上に有効に収束させるための磁気回路）
５と、イオン化された炭素粒子を加速し、効率良く基板
上に導くための、ターゲット開口部と基板との間に設け
られたバイアス電極６と、このバイアス電極用の電源７
とを有する。磁気回路４は、図１に示すように、ターゲ
ットの閉じた一端の下方に設けられ、ターゲットの軸線
に平行な磁場を誘起する磁石と、ターゲットの底部近傍
でその周囲の外側に設けられ、ターゲットと同軸の円筒
形状をなした磁石とからなる。また、バイアス電極６
は、ターゲット開口部と基板の被成膜面とを結ぶ線上
で、開口部と被成膜面の間に配置され、例えばメッシュ
状又はリング状等の炭素イオン通過路を有している電極
である。
要を示す。図１に示したように、本発明の成膜装置は、
成膜室内に設けられた一端が開口し他端が閉じたグラフ
ァイト製中空円筒状ターゲット１と、このターゲットに
接続されたスパッタ用直流電源又はＲＦ電源２と、ター
ゲットと対向して設けられる基板３と、ターゲットの底
部でプラズマ放電を起こさせ、ターゲットから放出され
るプラズマが基板上へ収束するようにする磁場を形成す
るために、該底部の外側に設けられた磁石（すなわち、
ターゲット底部でのプラズマ放電励起用磁気回路）４
と、ターゲット開口部よりプラズマを引き出し且つ放電
の発散を抑制するための磁石（すなわち、プラズマ、炭
素イオンを基板上に有効に収束させるための磁気回路）
５と、イオン化された炭素粒子を加速し、効率良く基板
上に導くための、ターゲット開口部と基板との間に設け
られたバイアス電極６と、このバイアス電極用の電源７
とを有する。磁気回路４は、図１に示すように、ターゲ
ットの閉じた一端の下方に設けられ、ターゲットの軸線
に平行な磁場を誘起する磁石と、ターゲットの底部近傍
でその周囲の外側に設けられ、ターゲットと同軸の円筒
形状をなした磁石とからなる。また、バイアス電極６
は、ターゲット開口部と基板の被成膜面とを結ぶ線上
で、開口部と被成膜面の間に配置され、例えばメッシュ
状又はリング状等の炭素イオン通過路を有している電極
である。
【００１３】図１に示す装置を用い、Ｓｉ又はガラス基
板上に、表１に示す条件にてアモルファス炭素を成膜し
た。ターゲットとして、本発明による中空円筒状ターゲ
ット（φ６０ｍｍ×ｈ１４０ｍｍ×ｔ１０ｍｍ）と、比
較のために従来の平板ターゲット（φ１５０ｍｍ×ｔ５
ｍｍ）とを用いた。バイアス電極としてメッシュ状の電
極を用いた。
板上に、表１に示す条件にてアモルファス炭素を成膜し
た。ターゲットとして、本発明による中空円筒状ターゲ
ット（φ６０ｍｍ×ｈ１４０ｍｍ×ｔ１０ｍｍ）と、比
較のために従来の平板ターゲット（φ１５０ｍｍ×ｔ５
ｍｍ）とを用いた。バイアス電極としてメッシュ状の電
極を用いた。
【００１４】得られた炭素膜の評価には、膜硬度につい
てビッカース硬度測定、膜構成についてラマン分光分析
を用い、また、膜表面をＳＥＭで観察した。膜厚は２０
０ｎｍ一定とした。
てビッカース硬度測定、膜構成についてラマン分光分析
を用い、また、膜表面をＳＥＭで観察した。膜厚は２０
０ｎｍ一定とした。
【００１５】図２に、本発明による中空円筒状ターゲッ
トと従来の平板ターゲットとを用いて、直流電源を用い
て成膜した場合の、成膜時の電流(Ｉ)−電圧(ＤＣＶ)特
性を示す。図中、曲線（ａ）は中空円筒状ターゲットに
ついて、曲線（ｂ）は平板ターゲットについての結果を
プロットしたものである。図２から、中空円筒状ターゲ
ットの場合、平板ターゲットと比して優れた電流−電圧
特性を示し、成膜中に高い炭素イオン化率が得られてい
ると考えられる。
トと従来の平板ターゲットとを用いて、直流電源を用い
て成膜した場合の、成膜時の電流(Ｉ)−電圧(ＤＣＶ)特
性を示す。図中、曲線（ａ）は中空円筒状ターゲットに
ついて、曲線（ｂ）は平板ターゲットについての結果を
プロットしたものである。図２から、中空円筒状ターゲ
ットの場合、平板ターゲットと比して優れた電流−電圧
特性を示し、成膜中に高い炭素イオン化率が得られてい
ると考えられる。
【００１６】直流（ＤＣ）及びＲＦ電源の各々を用い、
放電電力を６００Ｗに固定し、中空円筒状ターゲット開
口部−基板間距離（Ｔ／Ｓ）を変化させた場合の膜硬度
(ビッカース硬度)変化を図３に示す。図３中、曲線
（ａ）はＲＦ電源を用いた場合、曲線（ｂ）はＤＣ電源
を用いた場合のビッカース硬度（Ｈｖ：ｋｇｆ／ｍ
ｍ2）変化を示す。図３から明らかなように、ターゲッ
ト開口部付近のプラズマ中には中性の炭素粒子が含まれ
ているが、開口部から一定の距離以上の位置では磁場に
沿って発散する炭素イオンのみが膜形成に寄与すること
になる。実際、ＲＦ電源を用いた場合、Ｔ／Ｓ＝１０ｍ
ｍ〜２０ｍｍの範囲においてはＴ／Ｓ間距離の増加に伴
って硬さは増大し、硬度２５００ｋｇｆ／ｍｍ2付近で
飽和する挙動をみせているのに対し、ＤＣ電源を用いた
場合は、Ｔ／Ｓ＝１０〜２０ｍｍの範囲では硬度は上が
らず、２０ｍｍを超えた時点で上がり始めるが、いずれ
にしろ、Ｔ／Ｓ間距離を大きくすると硬度の増大が見ら
れることが分かる。このため、Ｔ／Ｓ間距離に依存して
膜硬度を制御することが可能となる。
放電電力を６００Ｗに固定し、中空円筒状ターゲット開
口部−基板間距離（Ｔ／Ｓ）を変化させた場合の膜硬度
(ビッカース硬度)変化を図３に示す。図３中、曲線
（ａ）はＲＦ電源を用いた場合、曲線（ｂ）はＤＣ電源
を用いた場合のビッカース硬度（Ｈｖ：ｋｇｆ／ｍ
ｍ2）変化を示す。図３から明らかなように、ターゲッ
ト開口部付近のプラズマ中には中性の炭素粒子が含まれ
ているが、開口部から一定の距離以上の位置では磁場に
沿って発散する炭素イオンのみが膜形成に寄与すること
になる。実際、ＲＦ電源を用いた場合、Ｔ／Ｓ＝１０ｍ
ｍ〜２０ｍｍの範囲においてはＴ／Ｓ間距離の増加に伴
って硬さは増大し、硬度２５００ｋｇｆ／ｍｍ2付近で
飽和する挙動をみせているのに対し、ＤＣ電源を用いた
場合は、Ｔ／Ｓ＝１０〜２０ｍｍの範囲では硬度は上が
らず、２０ｍｍを超えた時点で上がり始めるが、いずれ
にしろ、Ｔ／Ｓ間距離を大きくすると硬度の増大が見ら
れることが分かる。このため、Ｔ／Ｓ間距離に依存して
膜硬度を制御することが可能となる。
【００１７】ターゲット開口部−基板間距離に対する膜
のラマンスペクトル変化を図４に示す。図４中、曲線
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれＴ／Ｓ間距離が
１０ｍｍ、２０ｍｍ及び４０ｍｍの場合のラマンスペク
トル変化を示す。図４から、距離が減少するに従って波
数１５６０ｃｍ-1付近のＧバンドと、波数１３８０ｃｍ
-1付近のＤバンドとにおけるピークが急峻になることが
分かる。これは、膜がグラファイト状の結晶性を持つよ
うになるためと考えられる。このため、Ｔ／Ｓ間距離に
依存して膜の状態（アモルファス性）を制御することが
可能となる。
のラマンスペクトル変化を図４に示す。図４中、曲線
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれＴ／Ｓ間距離が
１０ｍｍ、２０ｍｍ及び４０ｍｍの場合のラマンスペク
トル変化を示す。図４から、距離が減少するに従って波
数１５６０ｃｍ-1付近のＧバンドと、波数１３８０ｃｍ
-1付近のＤバンドとにおけるピークが急峻になることが
分かる。これは、膜がグラファイト状の結晶性を持つよ
うになるためと考えられる。このため、Ｔ／Ｓ間距離に
依存して膜の状態（アモルファス性）を制御することが
可能となる。
【００１８】図５に、ＲＦ電源の放電電力６００Ｗ、タ
ーゲット開口部−基板間距離２０ｍｍ、ターゲット−メ
ッシュ状電極間距離１０ｍｍに固定し、メッシュ状電極
に印加する加速電圧を０〜−１００Ｖの範囲で変化させ
た場合の膜硬度（Ｈｖ：ｋｇｆ／ｍｍ2）の挙動を示
す。加速電圧の増加に伴い膜硬度は向上し、−１００Ｖ
で膜硬度３０００ｋｇｆ／ｍｍ2を超える値に達する。
ーゲット開口部−基板間距離２０ｍｍ、ターゲット−メ
ッシュ状電極間距離１０ｍｍに固定し、メッシュ状電極
に印加する加速電圧を０〜−１００Ｖの範囲で変化させ
た場合の膜硬度（Ｈｖ：ｋｇｆ／ｍｍ2）の挙動を示
す。加速電圧の増加に伴い膜硬度は向上し、−１００Ｖ
で膜硬度３０００ｋｇｆ／ｍｍ2を超える値に達する。
【００１９】更に、図６にバイアス電圧（加速電圧）
(−Ｖ)と成膜速度（ｍｍ／ｍｉｎ）との関係を示す。−
１３０Ｖ付近から基板に対するエッチング効果が成膜速
度を凌駕するようになり、効率の良い成膜が不可能とな
ることが分かる。
(−Ｖ)と成膜速度（ｍｍ／ｍｉｎ）との関係を示す。−
１３０Ｖ付近から基板に対するエッチング効果が成膜速
度を凌駕するようになり、効率の良い成膜が不可能とな
ることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】本発明の成膜装置及び成膜方法によれ
ば、スパッタ成膜用の炭素ターゲットを中空円筒形状と
することにより、ホロー陰極放電に近い低電圧・高電流
の放電を励起し、スパッタされた炭素粒子をイオン化さ
せ、且つ磁気回路により炭素イオンを効率的に引き出
し、バイアス電極で加速させて基板に堆積させるため、
気相合成法を用いずに高硬度のアモルファス炭素薄膜を
得ることが可能になる。
ば、スパッタ成膜用の炭素ターゲットを中空円筒形状と
することにより、ホロー陰極放電に近い低電圧・高電流
の放電を励起し、スパッタされた炭素粒子をイオン化さ
せ、且つ磁気回路により炭素イオンを効率的に引き出
し、バイアス電極で加速させて基板に堆積させるため、
気相合成法を用いずに高硬度のアモルファス炭素薄膜を
得ることが可能になる。
【図１】 本発明による成膜装置の構成例の概要を示
す。
す。
【図２】 本発明による中空円筒状ターゲット及び従来
の平板ターゲットを用いた場合の、成膜時の電流(Ｉ)−
電圧(ＤＣＶ)特性を示すグラフ。
の平板ターゲットを用いた場合の、成膜時の電流(Ｉ)−
電圧(ＤＣＶ)特性を示すグラフ。
【図３】 直流又はＲＦ電源を用い、中空円筒状ターゲ
ットを用い、Ｔ／Ｓ間距離を変化させて成膜した場合の
ビッカース硬度変化を示すグラフ。
ットを用い、Ｔ／Ｓ間距離を変化させて成膜した場合の
ビッカース硬度変化を示すグラフ。
【図４】 Ｔ／Ｓ間距離を変化させて成膜した場合のア
モルファス炭素膜のラマンスペクトル変化を示すグラ
フ。
モルファス炭素膜のラマンスペクトル変化を示すグラ
フ。
【図５】 ＲＦ電源の放電電力、Ｔ／Ｓ間距離、ターゲ
ット開口部−メッシュ状電極間距離を固定し、メッシュ
状電極に印加する加速電圧を変化させて成膜した場合の
膜硬度（Ｈｖ：ｋｇｆ／ｍｍ2）の挙動を示すグラフ。
ット開口部−メッシュ状電極間距離を固定し、メッシュ
状電極に印加する加速電圧を変化させて成膜した場合の
膜硬度（Ｈｖ：ｋｇｆ／ｍｍ2）の挙動を示すグラフ。
【図６】 加速電圧(−Ｖ)と成膜速度(ｍｍ／ｍｉｎ)と
の関係を示すグラフ。
の関係を示すグラフ。
１ 中空円筒状ターゲット ２ スパッタ
用電源 ３ 基板 ４ 磁気回路 ５ 磁気回路 ６ バイアス
電極 ７ バイアス電極用電源
用電源 ３ 基板 ４ 磁気回路 ５ 磁気回路 ６ バイアス
電極 ７ バイアス電極用電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 智 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者 川村 裕明 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者 石川 道夫 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内 Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF09 FF20 4K029 BA34 BB10 BC02 BD04 BD05 BD11 DC02 DC13 DC43 5D112 AA07 BC05 FA10 FB02 FB29
Claims (6)
- 【請求項１】 一端が開口し他端が閉じた中空部を有す
る円筒状炭素ターゲットが配置され、該中空部にプラズ
マが発生するように構成されているマグネトロン放電型
スパッタ装置であって、該ターゲットの開口部と基板と
の間の距離が、Ｈｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜
硬度を有するアモルファス炭素膜が形成され得るように
離してあることを特徴とするアモルファス炭素成膜装
置。 - 【請求項２】 前記円筒状炭素ターゲットの開口部近傍
で、且つ、該ターゲットの外側に、該ターゲットから放
出されたプラズマが基板上へ収束するような磁場を形成
するための磁気回路を設けたことを特徴とする請求項１
記載のアモルファス炭素成膜装置。 - 【請求項３】 前記円筒状炭素ターゲット開口部と基板
との間に炭素イオン通過路を有するイオン加速電極を設
け、該加速電極に対してエッチングが優勢とならない範
囲の電圧を印加するように構成されていることを特徴と
する請求項１又は２記載のアモルファス炭素成膜装置。 - 【請求項４】 一端が開口し他端が閉じた中空部を有す
る円筒状炭素ターゲットが配置され、該中空部にプラズ
マが発生するように構成されているマグネトロン放電型
スパッタ装置を用いて、該ターゲットの開口部と基板と
の間の距離を、Ｈｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ2以上の膜
硬度を有するアモルファス炭素膜が形成されるように離
して成膜することを特徴とするアモルファス炭素成膜方
法。 - 【請求項５】 請求項４記載のアモルファス炭素成膜方
法において、該マグネトロン放電型スパッタ装置にさら
に該円筒状炭素ターゲットの開口部近傍で、且つ、該炭
素ターゲットの外側に、該ターゲットから放出されたプ
ラズマが基板上へ収束するような磁場を形成するための
磁気回路が設けられた装置を用いて、Ｈｖ＝１５００ｋ
ｇｆ／ｍｍ2以上の膜硬度を有するアモルファス炭素膜
を形成することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項６】 請求項４又は５記載のアモルファス炭素
成膜方法において、該マグネトロン放電型スパッタ装置
にさらに該円筒状炭素ターゲット開口部と基板との間に
イオン通過路を有するイオン加速電極が設けられた装置
を用いて、該加速電極に対してエッチングが優勢となら
ない範囲の電圧を印加し、Ｈｖ＝１５００ｋｇｆ／ｍｍ
2以上の膜硬度を有するアモルファス炭素膜を形成する
ことを特徴とする成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081512A JP4378022B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | アモルファス炭素成膜装置及び成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081512A JP4378022B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | アモルファス炭素成膜装置及び成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001262314A true JP2001262314A (ja) | 2001-09-26 |
| JP4378022B2 JP4378022B2 (ja) | 2009-12-02 |
Family
ID=18598436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000081512A Expired - Lifetime JP4378022B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | アモルファス炭素成膜装置及び成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4378022B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110235221A (zh) * | 2017-01-24 | 2019-09-13 | 应用材料公司 | 使用反应性气体及偏压功率改良pvd碳膜质量的方法 |
-
2000
- 2000-03-23 JP JP2000081512A patent/JP4378022B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110235221A (zh) * | 2017-01-24 | 2019-09-13 | 应用材料公司 | 使用反应性气体及偏压功率改良pvd碳膜质量的方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4378022B2 (ja) | 2009-12-02 |
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