JP2975817B2 - Diamond-like film forming method - Google Patents
Diamond-like film forming methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電気かみそり刃や半導
体材料の表面に、その特性の向上、及び表面保護の目的
でダイヤモンド状被膜を形成する方法に関し、特に、E
CR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマCVD法によ
りダイヤモンド状被膜を形成する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a diamond-like coating on the surface of an electric razor blade or a semiconductor material for the purpose of improving its characteristics and protecting the surface.
The present invention relates to a method for forming a diamond-like coating by a CR (Electron Cyclotron Resonance) plasma CVD method.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ダイヤモンド状被膜を形成する方
法として、電子銃によるイオンプレーティング法、及び
イオンビームスパッタ法などの従来法に比べて、大きな
成膜速度で低温成膜が可能なECRプラズマCVD法
が、特開平3−175620号公報に示されるように提
案されており、既に実用に供されている。2. Description of the Related Art In recent years, as a method for forming a diamond-like film, an ECR plasma capable of forming a film at a lower temperature at a higher film forming rate than conventional methods such as an ion plating method using an electron gun and an ion beam sputtering method. The CVD method has been proposed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-175620, and has already been put to practical use.
【0003】このECRプラズマCVD法によるダイヤ
モンド状被膜形成について、図6に基づいて説明する。
図6は従来のECRプラズマCVD装置の概略断面図で
ある。The formation of a diamond-like film by the ECR plasma CVD method will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a schematic sectional view of a conventional ECR plasma CVD apparatus.
【0004】同図において、1はマイクロ波供給手段で
あり、マイクロ波供給手段1で発生されたマイクロ波
は、導波管2、マイクロ波導入窓3を通って、プラズマ
発生室4に導かれる。5はプラズマ発生室4にアルゴン
(Ar)ガスなどの放電ガスを導入させる放電ガス導入
管、6はプラズマ発生室4の周囲に配置されたプラズマ
発生用の磁気回路であり、マイクロ波による高周波電界
と磁気回路6からの磁界を作用させて、プラズマ発生室
4に高密度のプラズマを形成する。そして、このプラズ
マは磁気回路6による発散磁界に沿って基板7を配置し
た真空チャンバ8に導かれる。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a microwave supply means, and the microwave generated by the microwave supply means 1 is guided to a plasma generation chamber 4 through a waveguide 2 and a microwave introduction window 3. . Reference numeral 5 denotes a discharge gas introduction pipe for introducing a discharge gas such as argon (Ar) gas into the plasma generation chamber 4, and reference numeral 6 denotes a magnetic circuit for generating plasma arranged around the plasma generation chamber 4, and a high frequency electric field generated by microwaves. And a magnetic field from the magnetic circuit 6 acts to form high-density plasma in the plasma generation chamber 4. Then, the plasma is guided to the vacuum chamber 8 in which the substrate 7 is arranged along the divergent magnetic field generated by the magnetic circuit 6.
【0005】9は真空チャンバ8内に原料ガスとしてメ
タン(CH4)ガスを導入させる反応ガス導入管であ
り、その導入されたCH4ガスはプラズマの作用により
分解される。10は高周波電源(例えば13.56MHz)であ
り、所定の高周波電圧(RF電圧)を基板ホルダ11に
印加し、基板7に負の自己バイアスを発生させている。
これは、プラズマ中における電界によるイオンの移動速
度は電子に比べて遅いため、RF電圧印加中の電位の振
れに対して、電子は追随するが、イオンが追随できない
ことを利用している。従って、RF電圧を基板7に印加
することにより、基板7に電子が多く放射され、基板7
に負の自己バイアスが発生することになり、プラズマ中
の正イオンが引き込まれ、基板7上にダイヤモンド状被
膜が形成される。Reference numeral 9 denotes a reaction gas introduction pipe for introducing methane (CH 4 ) gas as a source gas into the vacuum chamber 8, and the introduced CH 4 gas is decomposed by the action of plasma. Reference numeral 10 denotes a high-frequency power supply (for example, 13.56 MHz) which applies a predetermined high-frequency voltage (RF voltage) to the substrate holder 11 to generate a negative self-bias on the substrate 7.
This utilizes the fact that ions move at a lower speed due to an electric field in the plasma than electrons, and thus follow the potential fluctuation during application of an RF voltage, but cannot follow ions. Therefore, by applying the RF voltage to the substrate 7, many electrons are emitted to the substrate 7,
, A negative self-bias is generated, positive ions in the plasma are attracted, and a diamond-like film is formed on the substrate 7.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、上記ECRプラズマCVD装置を用い、放
電ガス管から供給した放電ガスのプラズマ流中に、原料
ガスを反応ガス導入管から供給して、基板表面にダイヤ
モンド状被膜を形成する場合の被膜形成条件については
開示されておらず、どの条件が基板表面に硬高度を有す
るダイヤモンド状被膜を形成する場合に最も適している
のか不明瞭であった。However, in the above prior art, the above ECR plasma CVD apparatus is used to supply a raw material gas from a reaction gas introduction pipe into a plasma flow of a discharge gas supplied from a discharge gas pipe. However, the conditions for forming a diamond-like film on the substrate surface are not disclosed, and it is not clear which condition is most suitable for forming a diamond-like film having a high hardness on the substrate surface. Was.
【0007】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、基板表面に高硬度を有するダイヤモンド状被
膜を形成することを目的とする。The present invention has been made in view of the above, and has as its object to form a diamond-like coating having high hardness on a substrate surface.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ発生
室にArガスを供給すると共に、マイクロ波を導入して
電子サイクロトロン共鳴によるArプラズマを発生さ
せ、該Arプラズマを真空チャンバ内に配置された基板
に放射すると同時に、該基板に所定の高周波電圧を印加
し、前記Arプラズマ流中にCH4ガスを供給して、前記
基板上にダイヤモンド状被膜を形成するダイヤモンド状
被膜形成方法であって、前記基板に発生する自己バイア
スが−20V以下となるように前記高周波電圧を印加する
と共に、前記基板上へのプラズマの照射を断続的に行う
ことを特徴とする。また本発明は、前記Arガスの供給
分圧、及びCH4ガスの供給分圧を1.0×10-4Torr以上2
0.0×10-4Torr以下に設定して前記基板上にダイヤモン
ド状被膜を形成することを特徴とするを特徴とする。According to the present invention, an Ar gas is supplied to a plasma generation chamber, an Ar plasma is generated by electron cyclotron resonance by introducing a microwave, and the Ar plasma is disposed in a vacuum chamber. Simultaneously irradiating the substrate with a predetermined high-frequency voltage and supplying a CH 4 gas into the Ar plasma stream to form a diamond-like film on the substrate. The method is characterized in that the high-frequency voltage is applied so that the self-bias generated in the substrate becomes -20 V or less, and the substrate is irradiated with plasma intermittently. The present invention also supplied partial pressure of the Ar gas, and CH 4 feed partial pressure of the gas 1.0 × 10 @ -4 Torr or more 2
A diamond-like film is formed on the substrate by setting the pressure to 0.0 × 10 −4 Torr or less.
【0009】[0009]
【作用】本発明によれば、ダイヤモンド状被膜形成時の
基板に発生する自己バイアスを制御することにより、基
板表面に高硬度を有するダイヤモンド状被膜を形成する
ことができる。According to the present invention, a diamond-like coating having high hardness can be formed on the substrate surface by controlling the self-bias generated on the substrate during the formation of the diamond-like coating.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明をその一実施例を示す図面に基
づいて説明する。図1は、本発明一実施例としてのダイ
ヤモンド状被膜形成のための装置を示す概略断面図であ
る。尚、上述の従来例(図6)と同じ構成については同
一符号を付している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings showing one embodiment. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an apparatus for forming a diamond-like film as one embodiment of the present invention. The same components as those in the above-described conventional example (FIG. 6) are denoted by the same reference numerals.
【0011】同図において、12は筒状基板ホルダであ
り、真空チャンバ8の背面に対して垂直に枢着された軸
(図示せず)の回りに回転自在に設けられている。13
は筒状基板ホルダ12の周側面に装着された基板であ
り、複数個の基板13が等間隔で取付けられている。
尚、本実施例では、基板13としてのシリコン(Si)
基板を用い、基板ホルダ12の周側面に数十個装着して
いる。In FIG. 1, reference numeral 12 denotes a cylindrical substrate holder, which is rotatably provided around a shaft (not shown) which is vertically pivotally attached to the back surface of the vacuum chamber 8. 13
Is a substrate mounted on the peripheral side surface of the cylindrical substrate holder 12, and a plurality of substrates 13 are mounted at equal intervals.
In this embodiment, silicon (Si) as the substrate 13 is used.
Using a substrate, several tens are mounted on the peripheral side surface of the substrate holder 12.
【0012】そして、基板ホルダ12には発振周波数1
3.56MHz、最大出力300Wの高周波電源10が接続され、
その出力を可変することにより、基板13に所望の負の
自己バイアスを発生させるためのRF電圧を、基板ホル
ダ12に印加している。The substrate holder 12 has an oscillation frequency of 1
The high frequency power supply 10 of 3.56MHz, maximum output 300W is connected,
By changing the output, an RF voltage for generating a desired negative self-bias on the substrate 13 is applied to the substrate holder 12.
【0013】14は基板ホルダ12の周側面を囲繞する
ように所定距離隔てて設けられた金属製の筒状シールド
カバーであり、接地電極に接続されている。Reference numeral 14 denotes a metallic cylindrical shield cover provided at a predetermined distance so as to surround the peripheral side surface of the substrate holder 12, and is connected to a ground electrode.
【0014】このシールドカバー14は、被膜形成時に
基板ホルダ12に印加されるRF電圧によって被膜形成
個所以外の基板ホルダ12と真空チャンバ8との間で放
電が発生するのを防止するために設けられており、基板
ホルダ12とシールドカバー14との間隙が電子の平均
自由行程以下の距離となるように配置している。これ
は、基板ホルダ12とシールドカバー14との間隙を電
子の平均自由行程以下、即ち、何らかの原因で発生した
電子が電界により加速され、気体原子と衝突せずに移動
できる平均距離以下に設定することにより、電子が気体
原子と衝突する確率を下げ、雪崩的に電離が進行するの
を防止している。The shield cover 14 is provided to prevent a discharge from occurring between the substrate holder 12 and the vacuum chamber 8 other than where the film is formed due to the RF voltage applied to the substrate holder 12 when the film is formed. The distance between the substrate holder 12 and the shield cover 14 is smaller than the mean free path of electrons. That is, the gap between the substrate holder 12 and the shield cover 14 is set to be equal to or less than the average free path of electrons, that is, equal to or less than the average distance at which electrons generated for some reason can be accelerated by an electric field and move without colliding with gas atoms. This lowers the probability that electrons collide with gas atoms and prevents avalanche-induced ionization.
【0015】従って、被膜形成個所以外での放電発生を
防止するためには、基板ホルダ12とシールドカバー1
4との間隙を電子の平均自由行程以下の距離に設定する
必要があり、特に電子の平均自由行程の1/10以下の距離
の場合には効果がある。尚、本実施例では基板ホルダ1
2とシールドカバー14との間隙を電子の平均自由行程
の1/10以下となる約5mmとした。Therefore, in order to prevent the occurrence of electric discharge at a place other than the film forming portion, the substrate holder 12 and the shield cover 1 are required.
It is necessary to set the gap with the electron free path to a distance equal to or less than the mean free path of electrons, and this is particularly effective when the distance is equal to or less than 1/10 of the mean free path of electrons. In this embodiment, the substrate holder 1
The gap between 2 and the shield cover 14 was set to about 5 mm, which is 1/10 or less of the mean free path of electrons.
【0016】また、プラズマ発生室4下方の筒状シール
ドカバー14には、開口部15が設けられており、その
開口部15を通ってプラズマ発生室4からの引き出され
たプラズマ流が筒状基板ホルダ12に装着された基板1
3に放射されるようになっている。16は反応ガス導入
管であり、開口部15上方に設けられている。この反応
ガス導入管16は、図2に示すように、外部から真空チ
ャンバ8内にCH4ガスを導入するガス導入部16a
と、この導入部16aにT字状に接続されたガス放出部
16bとから構成されている。そして、ガス放出部16
bは基板ホルダ12の回転方向に対して垂直に配置さ
れ、且つ開口部15上方の前記回転方向の上流側に位置
するように取付けられている。ガス放出部16bには、
前記回転方向に向けて下方約45度の方向に複数個の孔2
1(本実施例では、8個)が形成されており、その孔2
1のピッチは、ガス導入部16a側が最も大きく、ガス
導入部16aから遠ざかるに従い徐々に小さくなってい
る。これにより、導入部16aから導入されたCH4ガ
スは放出部16bの各孔21から均等に噴出する。An opening 15 is provided in the cylindrical shield cover 14 below the plasma generating chamber 4, and the plasma flow drawn out of the plasma generating chamber 4 through the opening 15 is used for the cylindrical substrate 14. Substrate 1 mounted on holder 12
3 to be radiated. Reference numeral 16 denotes a reaction gas introduction pipe, which is provided above the opening 15. As shown in FIG. 2, the reaction gas introduction pipe 16 is provided with a gas introduction section 16a for introducing CH 4 gas into the vacuum chamber 8 from outside.
And a gas discharge portion 16b connected in a T-shape to the introduction portion 16a. Then, the gas release unit 16
b is arranged perpendicular to the rotation direction of the substrate holder 12 and is mounted so as to be located above the opening 15 and on the upstream side in the rotation direction. In the gas discharge part 16b,
A plurality of holes 2 in a direction about 45 degrees downward toward the rotation direction.
1 (eight in the present embodiment) are formed, and the holes 2
The pitch of 1 is the largest on the gas introduction part 16a side, and gradually decreases as the distance from the gas introduction part 16a increases. Thereby, the CH 4 gas introduced from the introduction section 16a is uniformly ejected from each hole 21 of the emission section 16b.
【0017】次に、上記装置を用いて基板13の表面に
ダイヤモンド状被膜を形成する方法について説明する。Next, a method of forming a diamond-like coating on the surface of the substrate 13 using the above-described apparatus will be described.
【0018】先ず、基板ホルダ12の周側面に数十個の
Si基板13を等間隔で装着する。そして、真空チャン
バ8内を10-5〜10-7Torrに排気し、基板ホルダ12を約
10rpmの速度で回転させる。次に、ECRプラズマCV
D装置の放電ガス導入管5からArガスを供給すると共
に、マイクロ波供給手段1から2.45GHz,200Wのマイク
ロ波を供給して、プラズマ発生室4内に形成されたAr
プラズマを基板の13表面に放射する。これと同時に、
基板13に負の自己バイアスが発生するように、高周波
電源10から13.56MHzのRF電圧を基板ホルダ12に印
加し、反応ガス導入管16からCH4ガスを供給する。
これにより、反応ガス導入管16から供給されたCH4
ガスがプラズマの作用により分解され、炭素が反応性の
高いイオンや中性の活性状態となって、基板13表面に
放射される。以上の工程を行い、基板13の表面にダイ
ヤモンド状被膜を形成する。First, several tens of Si substrates 13 are mounted on the peripheral side surface of the substrate holder 12 at equal intervals. Then, the inside of the vacuum chamber 8 is evacuated to 10 -5 to 10 -7 Torr, and the substrate holder 12 is
Rotate at a speed of 10 rpm. Next, ECR plasma CV
The Ar gas is supplied from the discharge gas introducing pipe 5 of the D apparatus, and a microwave of 2.45 GHz and 200 W is supplied from the microwave supply means 1 so that the Ar gas formed in the plasma generation chamber 4 is formed.
Plasma is emitted to the surface of the substrate 13. At the same time,
An RF voltage of 13.56 MHz is applied to the substrate holder 12 from the high frequency power supply 10 so that a negative self-bias is generated in the substrate 13, and CH 4 gas is supplied from the reaction gas introduction pipe 16.
Thereby, the CH 4 supplied from the reaction gas introduction pipe 16 is
The gas is decomposed by the action of the plasma, and the carbon becomes highly reactive ions or a neutral active state, and is emitted to the surface of the substrate 13. By performing the above steps, a diamond-like coating is formed on the surface of the substrate 13.
【0019】ここで、図3は上記被膜形成方法を用いて
基板13の表面にダイヤモンド状被膜を形成した場合に
おける、成膜時間と基板温度との関係をグラフ化したも
のである。尚、基板13に発生する自己バイアスが−50
Vとなるように、高周波電源10から出力30WのRF電
圧を基板ホルダ12に印加し、放電ガス導入管5から供
給するArガスの供給分圧を5.7×10-4Torrに、反応ガス
導入管16から供給するCH4ガスの供給分圧を1.0×10
-3Torrに設定した。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the film forming time and the substrate temperature when a diamond-like film is formed on the surface of the substrate 13 by using the above-described film forming method. The self-bias generated on the substrate 13 is −50.
The RF voltage of 30 W output from the high-frequency power source 10 is applied to the substrate holder 12 so that the supply voltage of the Ar gas supplied from the discharge gas introduction pipe 5 is 5.7 × 10 −4 Torr. The supply partial pressure of CH 4 gas supplied from
Set to -3 Torr.
【0020】図中の3本の直線は、上記構成で被膜形
成した場合、上記構成において基板ホルダ12を回転
させずに被膜形成した場合、上記構成においてシール
ドカバー14を設けずに被膜形成した場合を夫々示して
いる。The three straight lines in the figure represent the case where the coating is formed with the above configuration, the case where the coating is formed without rotating the substrate holder 12 in the above configuration, and the case where the coating is formed without providing the shield cover 14 in the above configuration. Are shown respectively.
【0021】図に示すように、成膜時間15分経過後にお
いて、上記の場合には約40℃、上記の場合には約60
℃であるのに対し、上記の場合には約150℃となって
おり、上述したようにシールドカバー14を設けず被膜
形成した場合には被膜形成個所以外の基板ホルダ12と
真空チャンバ8間で放電が発生し、基板温度が上昇し高
温となっていることがわかる。また、シールドカバー1
4を設けて被膜形成した場合には、基板ホルダ12を回
転させたときの方が静止させたときより温度上昇が減少
している。従って、基板ホルダ12の周側面をシールド
カバー14で囲繞すると共に、基板ホルダ12を回転さ
せながら被膜形成処理を行うことにより、基板13を低
温に維持したまま成膜を行うことが可能となり、基板1
3の耐熱性を考慮する必要がない。As shown in the figure, after the elapse of the film formation time of 15 minutes, about 40 ° C. in the above case and about 60 ° C. in the above case.
On the other hand, in the above case, the temperature is about 150 ° C., and when the film is formed without providing the shield cover 14 as described above, the space between the substrate holder 12 and the vacuum chamber 8 other than the film forming portion is formed. It can be seen that discharge occurred and the substrate temperature rose and became high. Also, shield cover 1
4, when the film is formed, the temperature rise is smaller when the substrate holder 12 is rotated than when the substrate holder 12 is stationary. Therefore, by surrounding the peripheral side surface of the substrate holder 12 with the shield cover 14 and performing the film forming process while rotating the substrate holder 12, it is possible to perform film formation while maintaining the substrate 13 at a low temperature. 1
There is no need to consider the heat resistance of No. 3.
【0022】次に、上記ダイヤモンド状被膜形成方法に
おいて、基板13に発生する自己バイアスが−50Vとな
るようにRF電圧を印加すると共に、反応ガス導入管1
6から供給するCH4ガスの供給分圧を3.0×10-4Torr,
1.0×10-3Torr,1.3×10-3Torrのいずれかに設定し、そ
の場合の放電ガス導入管5から供給するArガスの供給
分圧に対する被膜硬度の変化を図4に示す。ここで、被
膜硬度はビッカース硬度を表しており、JIS G0202の規
格に基づいて測定した。Next, in the above-mentioned method for forming a diamond-like film, an RF voltage is applied so that a self-bias generated in the substrate 13 becomes -50 V, and the reaction gas introduction pipe 1 is formed.
The supply partial pressure of CH 4 gas supplied from 6 was set to 3.0 × 10 -4 Torr,
FIG. 4 shows a change in coating hardness with respect to the supply partial pressure of the Ar gas supplied from the discharge gas introduction pipe 5 in the case of setting to 1.0 × 10 −3 Torr or 1.3 × 10 −3 Torr. Here, the film hardness represents Vickers hardness and was measured based on the standard of JIS G0202.
【0023】また、放電ガス導入管5から供給するAr
ガスの供給分圧を5.7×10-4Torrに、反応ガス導入管1
6から供給するCH4ガスの供給分圧を1.0×10-3Torrに
設定し、高周波電源10の出力を可変させて基板13に
発生する自己バイアスを変化させた場合の、自己バイア
スに対する被膜硬度の変化を図5に示す。Ar supplied from the discharge gas introducing pipe 5
The gas supply partial pressure was set to 5.7 × 10 -4 Torr and the reaction gas introduction pipe 1
The coating hardness with respect to the self-bias when the supply partial pressure of the CH 4 gas supplied from 6 is set to 1.0 × 10 −3 Torr and the output of the high-frequency power supply 10 is varied to change the self-bias generated on the substrate 13 5 is shown in FIG.
【0024】尚、放電ガス導入管5から供給するArガ
スの供給分圧、及び反応ガス導入管16から供給するC
H4ガスの供給分圧を1.0〜20.0×10-4Torrの他の値に設
定した場合においても図4、図5とも同様の結果が得ら
れた。The supply partial pressure of the Ar gas supplied from the discharge gas introduction pipe 5 and the C supplied from the reaction gas introduction pipe 16
Similar results were obtained in FIGS. 4 and 5 even when the supply partial pressure of the H 4 gas was set to another value of 1.0 to 20.0 × 10 −4 Torr.
【0025】図4に示すように、被膜硬度が放電ガス導
入管5から供給するArガスの供給分圧に関係なく、約3
000Hvとなっており、しかも、反応ガス導入管16から
供給するCH4ガスの供給分圧を可変させた場合におい
ても略同じ結果となっている。即ち、この図からArガ
ス、及びCH4ガスの供給分圧に関係なく、所定の被膜
硬度の有するダイヤモンド状被膜が基板13表面に形成
されることが分かる。As shown in FIG. 4, regardless of the partial pressure of the Ar gas supplied from the discharge gas introducing pipe 5,
000 Hv, and the same result is obtained when the supply partial pressure of the CH 4 gas supplied from the reaction gas introduction pipe 16 is varied. That is, it can be seen from this figure that a diamond-like coating having a predetermined coating hardness is formed on the surface of the substrate 13 irrespective of the supply partial pressures of the Ar gas and the CH 4 gas.
【0026】また、図5に示すように、基板13に発生
する自己バイアスが0Vでは被膜硬度が約500Hvと低い値
となっており、自己バイアスが0V〜−20Vではその電
圧の負への増加にともない被膜硬度が高くなり、自己バ
イアスが−20Vでは約3000Hvの高い値を有しており、ま
た、自己バイアスが−20V以下では殆ど変化が見られず
約3000Hvとなっている。従って、Arガス、及びCH4ガ
スの供給分圧に関係なく、基板13に発生する自己バイ
アスが−20V以下となるように高周波電源10のRF電
圧を設定することにより、基板13の表面に約3000Hvの
高硬度を有するダイヤモンド状被膜が形成されることが
分かる。As shown in FIG. 5, when the self-bias generated on the substrate 13 is 0 V, the coating hardness is as low as about 500 Hv, and when the self-bias is 0 V to -20 V, the voltage increases to a negative value. As the film thickness increases, the self-bias has a high value of about 3000 Hv when the self-bias is -20 V, and when the self-bias is -20 V or less, there is almost no change, and the value is about 3000 Hv. Therefore, regardless of the supply partial pressures of the Ar gas and the CH 4 gas, the RF voltage of the high-frequency power supply 10 is set so that the self-bias generated in the substrate 13 is −20 V or less. It can be seen that a diamond-like coating having a high hardness of 3000 Hv is formed.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、ECR
プラズマCVD装置を用い、Arガスのプラズマ流中に
CH4ガスを供給して基板表面にダイヤモンド状被膜を
形成するダイヤモンド状被膜形成方法において、基板に
発生する自己バイアスを制御することにより、基板表面
に高硬度を有するダイヤモンド状被膜を形成することが
可能となる。As described above, according to the present invention, the ECR
In a method for forming a diamond-like film on a substrate surface by supplying a CH 4 gas into a plasma flow of Ar gas using a plasma CVD apparatus, the self-bias generated on the substrate is controlled to control the substrate surface. It is possible to form a diamond-like coating having high hardness.
【図1】本発明一実施例としてのダイヤモンド状被膜形
成のための装置を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an apparatus for forming a diamond-like film as one embodiment of the present invention.
【図2】反応ガス導入管の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a reaction gas introduction pipe.
【図3】基板の表面にダイヤモンド状被膜を形成した場
合における、成膜時間と基板温度との関係を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a film formation time and a substrate temperature when a diamond-like film is formed on the surface of a substrate.
【図4】図1実施例の装置を用いた場合の、Arガスの
供給分圧に対する被膜硬度の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in coating hardness with respect to a supply partial pressure of Ar gas when the apparatus of FIG. 1 is used.
【図5】図1実施例の装置を用いた場合の、基板ホルダ
12に印加するRF電圧に対する被膜硬度の変化を示す
図である。FIG. 5 is a diagram showing a change in film hardness with respect to an RF voltage applied to a substrate holder 12 when the apparatus of FIG. 1 is used.
【図6】従来のECRプラズマCVD装置を示す概略断
面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a conventional ECR plasma CVD apparatus.
1 マイクロ波供給手段 2 導波管 3 マイクロ波導入窓 4 プラズマ発生室 5 放電ガス導入管 6 磁気回路 7,13 基板 8 真空チャンバ 9,16 反応ガス導入管 10 高周波電源 11 基板ホルダ 12 筒状基板ホルダ 14 筒状シールドカバー 15 開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microwave supply means 2 Waveguide 3 Microwave introduction window 4 Plasma generation chamber 5 Discharge gas introduction pipe 6 Magnetic circuit 7,13 Substrate 8 Vacuum chamber 9,16 Reaction gas introduction pipe 10 High frequency power supply 11 Substrate holder 12 Cylindrical substrate Holder 14 Cylindrical shield cover 15 Opening
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/31 H01L 21/31 C (72)発明者 木山 精一 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−329879(JP,A) 特開 平4−139089(JP,A) 実開 昭63−5635(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 16/00 - 16/56 C01B 31/02 C30B 29/04 H01L 21/205 H01L 21/31 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/31 H01L 21/31 C (72) Inventor Seiichi Kiyama 2-18 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka SANYO Electric Co., Ltd. In-company (56) References JP-A-4-329879 (JP, A) JP-A-4-139089 (JP, A) JP-A-653635 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. . 6, DB name) C23C 16/00 - 16/56 C01B 31/02 C30B 29/04 H01L 21/205 H01L 21/31
Claims (2)
共に、マイクロ波を導入して電子サイクロトロン共鳴に
よるArプラズマを発生させ、該Arプラズマを真空チャ
ンバ内に配置された基板に放射すると同時に、該基板に
所定の高周波電圧を印加し、前記Arプラズマ流中にC
H4ガスを供給して、前記基板上にダイヤモンド状被膜
を形成するダイヤモンド状被膜形成方法であって、 前記基板に発生する自己バイアスが−20V以下となるよ
うに前記高周波電圧を印加すると共に、前記基板上への
プラズマの照射を断続的に行うことを特徴とするダイヤ
モンド状被膜形成方法。An Ar gas is supplied to a plasma generation chamber, and a microwave is introduced to generate Ar plasma by electron cyclotron resonance. The Ar plasma is emitted to a substrate disposed in a vacuum chamber, and the Ar plasma is simultaneously emitted. A predetermined high-frequency voltage is applied to the substrate, and C is introduced into the Ar plasma flow.
By supplying H 4 gas, a diamond-like carbon film forming method for forming a diamond-like coating on the substrate, the self-bias occurring in the substrate is to apply the high frequency voltage to be equal to or less than -20V both On the substrate
A method for forming a diamond-like film, wherein plasma irradiation is performed intermittently .
の供給分圧を1.0×10-4Torr以上20.0×10-4Torr以下に
設定して前記基板上にダイヤモンド状被膜を形成するこ
とを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド状被膜形成
方法。2. A method for forming a diamond-like coating on the substrate by setting the supply partial pressure of the Ar gas and the supply partial pressure of the CH 4 gas to 1.0 × 10 −4 Torr or more and 20.0 × 10 −4 Torr or less. The method for forming a diamond-like film according to claim 1, wherein:
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1993
- 1993-08-23 JP JP5207912A patent/JP2975817B2/en not_active Expired - Lifetime
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