(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に非晶質炭素膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、
反応室と、
前記反応室内に配置された正極および負極と、
炭素を含む第１のガスを、前記正極と前記負極との間に供給する第１のガス供給部と、
前記第１のガス供給部とは別系統として設けられた第２のガス供給部であって、前記第１のガス供給部による前記第１のガスの供給中に、炭素を含まない第２のガスを、前記正極と前記負極との間に供給する第２のガス供給部と、
を備え、
前記第２のガス供給部は、前記第２のガスを、前記正極に設けられたガス噴射口から前記負極に向けて噴射し、
前記第１のガス供給部は、前記第２のガス供給部の前記ガス噴射口とは別に設けられたガス供給口から、前記正極と前記負極の間の空間に向けて前記第１のガスを供給する、
プラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記正極の一部は、前記ガス噴射口としての複数の細孔を有する多孔体からなる、
プラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記正極は、前記反応室の内壁の少なくとも一部を覆い、前記反応室の内壁への炭素を含む物質の付着を抑制するための防着板である、
プラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上に非晶質炭素膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非晶質炭素は、機械的強度が高い、化学的に安定している、ガス透過性が低い、熱膨張係数が小さい等の特徴を有しており、各産業分野への応用が期待されている。そして、従来、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相堆積）法によって、基材上に非晶質炭素膜を成膜する技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、基材を反応容器内に配置し、該反応容器内に、ｓｐ２混成軌道をもつ炭素を含む炭素環式化合物ガスならびにｓｐ２混成軌道をもつ炭素と窒素および／または珪素とを含む含窒素複素環式化合物ガスから選ばれる一種以上の化合物ガスと窒素ガスとを含む反応ガスを導入して１５００Ｖ以上で放電することを特徴とする直流プラズマＣＶＤ法による配向性非晶質炭素膜の形成方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４８６８６号公報
【特許文献２】特開平８−２５３８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載された技術では、反応ガスに含まれる、あるいは、反応ガスから生成された物質であって、成膜に寄与しなかった炭素を含む物質の一部が、プラズマＣＶＤ装置から排出されることなく、正極に付着する場合があった。そして、この場合、正極に付着した物質は、成膜に悪影響を与える。このため、正極に付着した物質を除去するクリーニング作業が必要となる。このクリーニング作業は、長時間を要し、成膜コストの上昇を招く。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、基材上に非晶質炭素膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置において、正極への炭素を含む物質の付着を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態は、基材上に非晶質炭素膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、
反応室と、
前記反応室内に配置された正極および負極と、
炭素を含む第１のガスを、前記正極と前記負極との間に供給する第１のガス供給部と、
前記第１のガス供給部とは別系統として設けられた第２のガス供給部であって、前記第１のガス供給部による前記第１のガスの供給中に、炭素を含まない第２のガスを、前記正極と前記負極との間に供給する第２のガス供給部と、
を備え、
前記第２のガス供給部は、前記第２のガスを、前記正極に設けられたガス噴射口から前記負極に向けて噴射し、
前記第１のガス供給部は、前記第２のガス供給部の前記ガス噴射口とは別に設けられたガス供給口から、前記正極と前記負極の間の空間に向けて前記第１のガスを供給する、プラズマＣＶＤ装置である。
このプラズマＣＶＤ装置によれば、炭素を含む第１のガスの供給中に、炭素を含まない第２のガスは、正極と負極との間において、正極から負極に向かう向きに供給される。このため、炭素を含む第１のガスの正極への拡散が抑制される。したがって、正極への炭素を含む物質の付着を抑制することができる。
【０００７】
［適用例１］
基材上に非晶質炭素膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、
反応室と、
前記反応室内に配置された正極および負極と、
炭素を含む第１のガスを、前記正極と前記負極との間に供給する第１のガス供給部と、
前記第１のガス供給部による前記第１のガスの供給中に、炭素を含まない第２のガスを、前記正極と前記負極との間に供給する第２のガス供給部と、
を備え、
前記第２のガス供給部は、前記第２のガスを、前記正極から前記負極に向かう向きに供給するように設けられている、
プラズマＣＶＤ装置。
【０００８】
適用例１のプラズマＣＶＤ装置では、炭素を含む第１のガスの供給中に、炭素を含まない第２のガスは、正極と負極との間において、正極から負極に向かう向きに供給される。このため、炭素を含む第１のガスの正極への拡散が抑制される。したがって、正極への炭素を含む物質の付着を抑制することができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記第２のガス供給部の一部は、前記正極に設けられている、
プラズマＣＶＤ装置。
【００１０】
［適用例３］
適用例２記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記正極は、
前記正極の内部に形成され、前記第２のガスが流れるガス流路と
前記ガス流路から前記第２のガスを噴射する噴射口と、
を備え、前記第２のガス供給部として機能する、
プラズマＣＶＤ装置。
【００１１】
適用例２，３のプラズマＣＶＤ装置では、正極と第２のガス供給部の一部とを一体化して、第２のガスを正極から負極に向かう向きに供給することができる。
【００１２】
［適用例４］
適用例３記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記正極の一部は、前記噴射口としての複数の細孔を有する多孔体からなる、
プラズマＣＶＤ装置。
【００１３】
適用例４のプラズマＣＶＤ装置では、多孔体が有する多数の細孔を、第２のガスの噴射口として有効利用することができる。また、多孔体において、多数の細孔は、一般に、均一に分布している。したがって、適用例４のプラズマＣＶＤ装置によって、第２のガスを均一に供給することができる。
【００１４】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記正極は、前記反応室の内壁の少なくとも一部を覆い、前記反応室の内壁への炭素の付着を抑制するための防着板である、
プラズマＣＶＤ装置。
【００１５】
適用例５のプラズマＣＶＤ装置では、正極と防着板とを別個に用意する必要がないので、プラズマＣＶＤ装置の構成を簡略化することができる。
【００１６】
本発明は、上述のプラズマＣＶＤ装置としての構成の他、プラズマＣＶＤ法による非晶質炭素膜の成膜方法の発明として構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例としてのプラズマＣＶＤ装置１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施例としてのプラズマＣＶＤ装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としてのプラズマＣＶＤ装置１００の概略構成を示す説明図である。本実施例のプラズマＣＶＤ装置１００は、プラズマＣＶＤ法によって、基材上に非晶質炭素膜ＰＡＣを成膜する装置である。プラズマＣＶＤ装置１００は、反応室１０と、正極２０と、負極３０と、第１のガス供給配管４０と、第２のガス供給配管４２と、を備えている。なお、図示は省略しているが、プラズマＣＶＤ装置１００は、反応室１０内を真空にしたり、成膜圧力を維持したり、成膜に寄与しなかったガスおよび生成物を排気したりするための排気系等も備えている。
【００１９】
本実施例では、反応室１０は、円筒形状の内側壁を有しているものとした。そして、正極２０は、円筒形状を有しており、反応室１０の内側壁面に沿って、反応室１０の内側壁のほぼ全面を覆うように設けられているものとした。この正極２０は、反応室１０の内側壁への炭素を含む物質の付着を抑制するための防着板としても機能する。負極３０は、反応室１０内のほぼ中央に設置される。本実施例では、非晶質炭素膜ＰＡＣが成膜される導電性の基材が負極３０となる。
【００２０】
第１のガス供給配管４０は、反応室１０内に配置された正極２０と負極３０との間に第１のガスが供給されるように設けられている。本実施例では、第１のガスとして、ピリジン（Ｃ5Ｈ5Ｎ）を用いるものとした。なお、図１では、第１のガスが１箇所から反応室１０内に供給されるように描かれているが、実際には、第１のガスは、正極２０と負極３０との間に発生するプラズマの分布が均一となるように、複数箇所から反応室１０内に配置された正極２０と負極３０との間に供給される。第１のガス供給配管４０を含む第１のガスの供給系は、［課題を解決するための手段］における第１のガス供給部に相当する。
【００２１】
第２のガス供給配管４２は、正極２０の内部に形成されたガス流路２２に接続されている。正極２０における負極３０側の面には、多数の細孔を有する金属多孔体２４が設けられている。そして、第２のガス供給配管４２からガス流路２２に導入された第２のガスは、金属多孔体２４の細孔を通じて噴射される。つまり、第２のガスは、図中に白抜き矢印で示したように、正極２０と負極３０との間において、正極２０から負極３０に向かう向きに供給される。本実施例では、第２のガスとして、窒素を用いるものとした。そして、第２のガスは、正極２０と負極３０との間に第１のガスが供給されている間、連続的に供給され続けるものとした。第２のガス供給配管４２、ガス流路２２、金属多孔体２４を含む第２のガスの供給系は、［課題を解決するための手段］における第２のガス供給部に相当する。
【００２２】
ところで、図示は省略しているが、従来のプラズマＣＶＤ装置では、炭素を含む第１のガス（例えば、ピリジン）、および、炭素を含まない第２のガス（例えば、窒素）は、混合された状態で反応室内に供給されていた。このため、これらのガスに含まれる、あるいは、これらのガスから生成された物質であって、成膜に寄与しなかった炭素を含む物質の一部が、プラズマＣＶＤ装置から排出されることなく、正極に付着する場合があった。
【００２３】
これに対し、本実施例のプラズマＣＶＤ装置１００では、炭素を含む第１のガス（ピリジン）と、炭素を含まない第２のガス（窒素）とは、別系統で供給される。そして、第２のガスは、正極２０と負極３０との間において、正極２０から負極３０に向かう向きに供給される。このため、炭素を含む第１のガスの正極２０への拡散が抑制される。したがって、正極２０への炭素を含む物質の付着を抑制することができる。
【００２４】
また、本実施例のプラズマＣＶＤ装置１００では、正極２０が、第２のガス供給部としてのガス流路２２および金属多孔体２４を備えている。したがって、正極２０と第２のガス供給部とを一体化して、第２のガスを正極２０から負極３０に向かう向きに供給することができる。また、金属多孔体２４が有する多数の細孔を、第２のガスの噴射口として有効利用することができる。また、金属多孔体２４において、多数の細孔は、均一に分布している。したがって、本実施例のプラズマＣＶＤ装置１００によって、第２のガスを均一に供給することができる。
【００２５】
また、本実施例のプラズマＣＶＤ装置１００では、正極２０は、反応室１０の内側壁への炭素を含む物質の付着を抑制するための防着板としても機能する。したがって、正極と防着板とを別個に用意する必要がないので、プラズマＣＶＤ装置の構成を簡略化することができる。
【００２６】
Ｂ．第２実施例：
図２は、本発明の第２実施例としてのプラズマＣＶＤ装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。本実施例のプラズマＣＶＤ装置１００Ａは、プラズマＣＶＤ法によって、基材３２上に非晶質炭素膜ＰＡＣを成膜する装置である。プラズマＣＶＤ装置１００Ａは、反応室１０Ａと、正極２０Ａと、負極３０Ａと、第１のガス供給配管４０と、第２のガス供給配管４２と、を備えている。なお、図示は省略しているが、プラズマＣＶＤ装置１００Ａは、反応室１０Ａ内を真空にしたり、成膜圧力を維持したり、成膜に寄与しなかったガスおよび生成物を排気したりするための排気系等も備えている。
【００２７】
本実施例では、反応室１０Ａは、直方体形状の内側壁を有しているものとした。そして、正極２０Ａ、および、負極３０Ａは、それぞれ平板形状を有している。また、正極２０Ａ、および、負極３０Ａは、反応室１０Ａ内において、平行に配置されている。そして、負極３０Ａ上には、非晶質炭素膜ＰＡＣが成膜される基材３２が載せられる。なお、図示は省略しているが、反応室１０Ａ内には、反応室１０Ａの内側壁のほぼ全面を覆うように、防着板が設けられている。
【００２８】
第１のガス供給配管４０は、反応室１０Ａ内に配置された正極２０Ａと負極３０Ａとの間に第１のガスが供給されるように設けられている。本実施例においても、第１のガスとして、ピリジン（Ｃ5Ｈ5Ｎ）を用いるものとした。なお、図２では、第１のガスが１箇所から反応室１０Ａ内に供給されるように描かれているが、実際には、第１のガスは、正極２０Ａと負極３０Ａとの間に発生するプラズマの分布が均一となるように、複数箇所から反応室１０Ａ内に配置された正極２０Ａと負極３０Ａとの間に供給される。
【００２９】
第２のガス供給配管４２は、正極２０Ａの内部に形成されたガス流路２２に接続されている。そして、正極２０Ａにおける負極３０Ａ側の面には、第２のガス供給配管４２からガス流路２２に導入された第２のガスを噴射するための複数の噴射口２６が設けられている。つまり、第２のガスは、図中に白抜き矢印で示したように、正極２０Ａと負極３０Ａとの間において、正極２０Ａから負極３０Ａに向かう向きに供給される。本実施例においても、第２のガスとして、窒素を用いるものとした。そして、第２のガスは、正極２０Ａと負極３０との間に第１のガスが供給されている間、連続的に供給され続けるものとした。第２のガス供給配管４２、ガス流路２２、噴射口２６を含む第２のガスの供給系は、［課題を解決するための手段］における第２のガス供給部に相当する。
【００３０】
以上説明した第２実施例のプラズマＣＶＤ装置１００Ａによっても、第１実施例のプラズマＣＶＤ装置１００と同様に、炭素を含む第１のガス（ピリジン）と、炭素を含まない第２のガス（窒素）とは、別系統で供給される。そして、第２のガスは、正極２０Ａと負極３０Ａとの間において、正極２０Ａから負極３０Ａに向かう向きに供給される。このため、炭素を含む第１のガスの正極２０Ａへの拡散が抑制される。したがって、正極２０Ａへの炭素を含む物質の付着を抑制することができる。
【００３１】
また、本実施例のプラズマＣＶＤ装置１００Ａでは、正極２０Ａが、第２のガス供給部としてのガス流路２２および噴射口２６を備えている。したがって、正極２０Ａと第２のガス供給部とを一体化して、第２のガスを正極２０Ａから負極３０Ａに向かう向きに供給することができる。
【００３２】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００３３】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例において、基材への非晶質炭素膜ＰＡＣの成膜前に、第２のガス供給配管４２、あるいは、他の配管から、反応室１０，１０Ａ内に、炭素を含まないガス、例えば、アルゴンを供給してプラズマを発生させ、そのエネルギーによって、基材を昇温するようにしてもよい。また、基材への非晶質炭素膜ＰＡＣの成膜後に、第２のガス供給配管４２、あるいは、他の配管から、反応室１０，１０Ａ内に、炭素を含まないガス、例えば、窒素を供給してプラズマを発生させ、親水性向上等のための後処理を行うようにしてもよい。こうすることによって、反応室１０，１０Ａ内に残留する炭素を含む物質の正極２０，２０Ａへの付着をさらに抑制することができる。
【００３４】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、炭素を含む第１のガスとして、ピリジンを用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。第１のガスとして、炭素を含む他のガス、例えば、炭化水素を用いるようにしてもよい。
【００３５】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、炭素を含まない第２のガスとして、窒素を用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。第２のガスとして、炭素を含まない他のガス、例えば、アルゴン等の希ガスを用いるようにしてもよい。
【００３６】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、第２のガス供給部は、正極２０，２０Ａに設けられているものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、反応室１０，１０Ａの内側壁に第２のガスの噴射口を設け、この噴射口から噴射された第２のガスが通過する貫通孔を有する部材を正極２０，２０Ａとするようにしてもよい。
【００３７】
Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、第２のガスは、正極２０，２０Ａと負極３０，３０Ａとの間に第１のガスが供給されている間、連続的に供給され続けるものとしたが、本発明はこれに限られない。第１のガスの供給中に、正極２０，２０Ａへの炭素を含む物質の付着を抑制することができる範囲内で、第２のガスを間欠的に供給するようにしてもよい。
【００３８】
Ｃ６．変形例６：
上記第１実施例では、正極２０に、第２のガスの噴射口として機能する複数の細孔を有する金属多孔体２４を備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。金属多孔体２４の代わりに、例えば、金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル等の、第２のガスの噴射口として機能する複数の貫通孔を有する部材を備えるようにしてもよい。また、金属多孔体２４の代わりに、多数の細孔を有する他の多孔体を用いるようにしてもよい。
【００３９】
Ｃ７．変形例７：
上記第１実施例では、正極２０は、反応室１０の内側壁のほぼ全面を覆うように設けられているものとしたが、本発明は、これに限られない。正極２０は、反応室１０の内側壁の少なくとも一部を覆うように設けられているものとしてもよい。
【００４０】
Ｃ８．変形例８：
上記第１実施例では、正極２０は、防着板として機能するものとしたが、本発明は、これに限られない。プラズマＣＶＤ装置１００は、正極２０と防着板とを別個に備えるようにしてもよい。
【００４１】
Ｃ９．変形例９：
上記第２実施例では、正極２０Ａを、基材３２の一方の面に対向する位置に配置し、基材３２の一方の面に非晶質炭素膜ＰＡＣを成膜するものとしたが、本発明は、これに限られない。正極２０Ａを、基材３２の両面に対向する位置にそれぞれ配置し、基材３２の両面に、同時に非晶質炭素膜ＰＡＣを成膜するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１００，１００Ａ…プラズマＣＶＤ装置
１０，１０Ａ…反応室
２０，２０Ａ…正極
２２…ガス流路
２４…金属多孔体
２６…噴射口
３０，３０Ａ…負極
３２…基材
４０…第１のガス供給配管
４２…第２のガス供給配管
ＰＡＣ…非晶質炭素膜
【図１】
0005637119.tif 000002
【図２】
0005637119.tif 000003