(57)【要約】【課題】被処理物の所望部位に薄膜形成する手段を提供する。【解決手段】本発明に係る薄膜形成手段は、減圧容器内において、原料ガスに電力を供給して前記原料ガスをプラズマ化し、前記プラズマを照射して被処理物表面上に薄膜形成する薄膜形成方法である。ここで、薄膜を所望部位に形成するために磁界発生手段が発生する磁界の作用を利用する。磁界の作用は、前記プラズマのフラックスを前記被処理物表面の所望部位に収束させ、これによって所望部位に薄膜を形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧容器内において、目的とする薄膜成分を含む原料ガスに電力を供給して前記原料ガスをプラズマ化し、被処理物上に供給することにより薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記プラズマのフラックスを、磁界発生手段による磁場の制御により前記被処理物表面の所望部位に収束させる工程を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記磁界発生手段は、磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方を備えていることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記磁界発生手段は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置することを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
前記磁界発生手段は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されることを特徴とする請求項３記載の薄膜形成方法。
【請求項５】
前記磁界発生手段は、少なくとも一部が磁化された前記被処理物である
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
【請求項６】
前記磁界発生手段は、前記少なくとも一部が磁化された前記被処理物と、磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方とを備えることを特徴とする請求項５記載の薄膜形成方法。
【請求項７】
前記磁石および電磁石は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置することを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
前記磁石および電磁石は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されることを特徴とする請求項６および７のいずれかに記載の薄膜形方法。
【請求項９】
排気系を備えた減圧容器と、
前記減圧容器内に目的とする薄膜成分を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記原料ガス供給手段から供給された原料ガスからプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマのフラックスを磁場の制御により前記被処理物表面の所望部位に収束させる磁界発生手段とを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１０】
前記磁界発生手段は、磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方を備えていることを特徴とする請求項９記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】
前記磁界発生手段は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置することを特徴とする請求項９および１０のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項１２】
前記磁界発生手段は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されることを特徴とする請求項１１記載の薄膜形成装置。
【請求項１３】
前記磁界発生手段は、少なくとも一部が磁化された前記被処理物であることを特徴とする請求項９記載の薄膜形成装置。
【請求項１４】
前記磁界発生手段は、前記少なくとも一部が磁化された前記被処理物と、
前記磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方とを備えることを特徴とする請求項１２記載の薄膜形成装置。
【請求項１５】
前記磁石および電磁石は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置することを特徴とする請求項１４記載の薄膜形成装置。
【請求項１６】
前記磁石および電磁石は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されることを特徴とする請求項１４および１５のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項１７】
請求項１ないし８いずれかの薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする被処理物。
【請求項１８】
前記被処理物は、金型もしくは工具である請求項１７に記載の被処理物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一部又は全部が磁化可能な素材からなる金型や工具等の被処理物の一部又は全部の表面にＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）のような薄膜を形成するための薄膜形成方法、薄膜形成装置および被膜を形成した被処理物（金型、工具）に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜の代表例にＤＬＣ薄膜があるが、このＤＬＣ薄膜とは、ダイヤモンド・ライク・カーボン（Diamond-Like Carbon）膜の略称であり、高硬度であることなどダイヤモンドと似た物性を持つカーボン膜のことをいう。これまで、ＤＬＣ薄膜を用いるＤＬＣコーティングは、各種の金型や工具などの保護薄膜として広く使用されてきた。この場合のＤＬＣ薄膜は、それを形成する金型や工具の種類や形状、さらにサイズによっては容易に形成可能な場合がある一方、形成が非常に困難な場合もある。金型表面や工具先端近傍表面などにはＤＬＣ薄膜を形成しやすい。ところが、たとえば、絞り成形の際に用いるパンチの外周壁と対向するダイ内周壁などには、ＤＬＣ薄膜の形成は非常に困難である。【０００３】
しかしながら、困難であるとはいえＤＬＣ薄膜を形成することが必要な場合が多い。特に、絞り工程を含む順送金型あるいはトランスファー成形金型については、内径の小さいダイ内周壁を持った金型が多数あり、そのような金型全体の健全性を長期間に亘って担保するためには、ダイ内周壁にＤＬＣ薄膜を形成することは必須である。【０００４】
ところで、ＤＬＣ薄膜を形成する装置として、たとえば、ターゲットと被処理物ホルダーとの間のイオン化空間にて形成されたプラズマ中でイオン化したスパッタ粒子を被処理物に導く磁場を設定する磁石機構を備えていることを特徴とするスパッタリング成膜装置（以下、「従来の第１装置」という）がある（特許文献１）。また、ターゲットから見たとき被処理物の背面に磁石機構を配したことを特徴とするスパッタリング成膜装置（以下、「従来の第２装置」という）も知られている（特許文献２）。上記した従来の第１装置や従来の第２装置は、磁場の働きによりプラズマの拡散を防止し、これによって、高密度のプラズマが被処理物に届くようにすることを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０７２４３号（段落００３７、図１、２）
【特許文献２】特開平１０−２５９４８０号（段落００４７〜００５０、図５）
【０００６】
しかしながら、従来の第１装置も従来の第２装置も、プラズマの密度を高めることはできても、内径の小さいダイ内周壁や工具のような小径孔を持つもののその内周にも薄膜形成の必要があっても、その必要に十分に応えることができない。小径孔内、それも、深い位置までプラズマを届かせるためには、単に密度を高めただけでは足りず、プラズマを所望部位に収束させて導くための積極的な手段が必要だからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、上述のような平板状の被処理物を対象とした従来の装置をふまえ、平板状の外面はもとより小径孔の周壁などにも薄膜形成を可能とする薄膜形成方法および薄膜形成装置、さらに、前記薄膜形成方法によって薄膜形成を行った金型もしくは工具を提供することにある。その詳しい内容については、項を改めて説明する。なお、いずれかの請求項に記載された発明を説明するに当たり行う用語の定義等は、発明カテゴリーの違いや記載順の前後に関わらず、その性質上可能な範囲において他の請求項に記載された発明にも適用されるものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る薄膜形成方法は、減圧容器内において、目的とする薄膜成分を含む原料ガスに電力を供給して前記原料ガスをプラズマ化し、被処理物上に供給することにより薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記プラズマのフラックスを、磁界発生手段による磁場の制御により前記被処理物表面の所望部位に収束させる工程を有することを特徴とする。薄膜は、磁化可能部位の表面に直接形成される場合もあるが、同表面に先行形成された中間層を介して間接形成される場合もある。プラズマとは、電子および中性粒子とともにイオンを含む電離気体のことをいう。プラズマのイオン化を促進するためのイオン化手段（たとえば、高周波電力の供給装置）などを併置すること、プラズマ化を促進するための補助ガスやキャリアガスを併用することを妨げない。ここで、所望部位とは、被処理物の全体部位に対しプラズマを意図的に収束させようとする部位のことをいう。なお、被処理物の素材は、金属（着磁性の有無を問わない）、セラミック、樹脂もしくはこれらの複合材料、さらに、これら以外の薄膜形成可能な素材すべてが含まれる。被処理物の形状は、平面や曲面などの有無、また、凹凸の有無、さらに貫通孔の有無など一切を問わない。また、所望部位の設定に何ら制限はないが、たとえば、被処理物が平面や曲面を有するときのその平面や曲面、同様に凹凸を有するときのその凹部の内壁や底部もしくは凸部の先端、貫通孔を有するときのその内壁など、それぞれの全部または一部を所望部位として設定することができる。【０００９】
上記薄膜形成方法方法によれば、電力供給によって原料ガスをプラズマ化し、発生したプラズマのフラックスは、磁場の制御により前記被処理物の所望部位に収束する。ここで、プラズマに含まれる励起された薄膜成分が所望部位に堆積して薄膜が形成される。プラズマを所望部位に収束できるので、従来法では到達し難い部位にまでプラズマを到達させることができる。この結果、平面や大径孔の周壁はもとより、被処理物にたとえば小径孔が形成されているとき、その周壁のような箇所にも効率よくまんべんなく薄膜が形成される。【００１０】
上記薄膜形成方法であって、前記磁界発生手段は、磁石および電磁石を用いることができる。【００１１】
上記方法によれば、磁石であれば電源を要せず簡単に設置でき、電磁石であれば通電制御などにより所望の磁界を得ることができる。【００１２】
上記薄膜形成方法であって、前記磁界発生手段は、前記被処理ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置されてもよい。【００１３】
上記方法によれば、被処理物の所望部位にプラズマフラックスを容易に収束させることができる。【００１４】
上記薄膜形成方法であって、前記磁界発生手段は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されてもよい。【００１５】
磁界発生手段が被処理物に対向する空間に位置しているため、プラズマプルームを収束させる機能とともに、イオン化促進も期待される。設置位置は特に限定されず、原料ガスの供給方法、被処理物、要求される薄膜の特性に応じて適宜選択することができる。【００１６】
上記薄膜形成方法であって、前記磁界発生手段は、少なくとも一部が磁化された前記被処理物であてもよい。【００１７】
上記方法によれば、被処理物の少なくとも磁化可能部位が磁化されることにより、磁化可能部位そのものがプラズマを収束する機能を果たす。【００１８】
上記薄膜形成方法であって、前記磁界発生手段は、前記少なくとも一部が磁化された前記被処理物と、磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方とを備えてもよい。【００１９】
上記方法によれば、プラズマの収束が、磁化された被処理物とともに前記位置に配した磁石と電磁石の少なくともいずれか一方によって行われる。【００２０】
上記薄膜形成方法であって、前記磁石および電磁石は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置されてもよい。【００２１】
上記方法によれば、磁場の制御が被処理物の表裏の少なくとも一方において行われる。【００２２】
上記薄膜形成方法であって、前記磁石および電磁石は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されてもよい。【００２３】
上記方法によれば、磁界発生手段が被処理物に対向しているのでプラズマ供給が簡単である。【００２４】
本発明に係る薄膜形成装置は、排気系を備えた減圧容器と、前記減圧容器内に目的とする薄膜成分を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記原料ガス供給手段から供給された原料ガスからプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマのフラックスを磁場の制御により前記被処理物表面の所望部位に収束させる磁界発生手段と、を備えていることを特徴とする。ここで、プラズマ発生手段の動作原理は問わず、たとえば、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式、又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式と呼ばれる方式のほか、これらの方式の中間方式、さらに、名称に関わらずプラズマ発生が可能な成膜方式のすべてを動作原理とすることができる。【００２５】
上記薄膜形成装置によれば、原料ガスから発生したプラズマのフラックスは、磁界発生手段による磁場の制御により前記被処理物の所望部位に収束する。ここで、プラズマに含まれる励起された薄膜成分が所望部位に堆積して薄膜が形成される。プラズマを所望部位に収束できるので、従来法では到達し難い部位にまでプラズマを到達させることができる。この結果、平面や大径孔の周壁はもとより、被処理物にたとえば小径孔が形成されているとき、その周壁のような箇所にも効率よくまんべんなく薄膜が形成される。【００２６】
前記磁界発生手段は、磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方を備えていてもよい。【００２７】
上記装置によれば、プラズマを制御する磁場を磁石もしくは電磁石の少なくともいずれか一方によって発生させる。磁石であれば電源を要せず簡単に設置でき、電磁石であれば通電制御などにより所望の磁界を得ることができる。【００２８】
上記薄膜形成装置であって、前記磁界発生手段は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置されてもよい。【００２９】
上記装置によれば、プラズマの収束が、前記位置に配した磁石および電磁石の少なくともいずれか一方によって行われる。【００３０】
上記薄膜形成装置であって、前記磁界発生手段は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置されてもよい。【００３１】
上記装置によれば、磁場の制御が前記位置において行われる。【００３２】
上記薄膜形成装置であって、前記磁界発生手段は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されてもよい。【００３３】
上記装置によれば、磁界発生手段が被処理物に対向しているのでプラズマ供給が簡単である。【００３４】
上記薄膜形成装置であって、前記磁界発生手段は、少なくとも一部が磁化された前記被処理物であってもよい。【００３５】
上記装置によれば、磁化可能部位が磁化されることにより、磁化可能部位そのものがプラズマ収束のための磁界を発生させる。【００３６】
上記薄膜形成装置であって、前記磁界発生手段は、前記少なくとも一部が磁化された前記被処理物と、磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方と、を備えてもよい。【００３７】
上記装置によれば、プラズマの収束が、前記位置に配した磁石と電磁石の少なくともいずれか一方によって行われる。【００３８】
上記薄膜形成装置であって、前記磁石および電磁石は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置されてもよい。【００３９】
上記装置によれば、磁場の制御が被処理物の表裏の少なくとも一方において行われる。【００４０】
上記薄膜形成装置であって、前記磁界発生手段は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されてもよい。【００４１】
上記装置によれば、磁界発生手段が被処理物に対向しているのでプラズマ供給が簡単である。【００４２】
本発明に係る被処理物は、上記薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする。【００４３】
上記被処理物によれば、薄膜形成がプラズマ収束によるものであるからより容易かつ密着性のよい薄膜形成を可能とすることができる。特に、貫通孔や凹部の周壁にも薄膜が形成されている。貫通孔や凹部の深さや口径、形状などにもよるが、従来ではできなかったそれら貫通孔や凹部の周壁深部、さらに、場合によっては凹部の底部にまで薄膜が形成されている。そのような金型であれば、貫通孔や凹部を利用した金属平板からカップ形状をプレス成形する絞り成形などに大変適している。【００４４】
上記被処理物は、金型もしくは工具であってもよい。【００４５】
上記金型もしくは工具によれば、薄膜形成がプラズマ収束によるものであるから、特に、貫通孔や凹部の周壁にも薄膜が形成されている。貫通孔や凹部の深さや口径、形状などにもよるが、従来ではできなかったそれら貫通孔や凹部の周壁深部、さらに、場合によっては凹部の底部にまで薄膜が形成されている。そのような金型もしくは工具であれば、貫通孔や凹部を利用した金属平板からカップ形状をプレス成形する絞り成形などに大変適している。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、プラズマ収束により小径孔の周壁などにもより容易かつ密着性のよい薄膜形成を可能とすることができる。したがって、たとえば、小径孔の周壁に対して他の部材を摺動させる必要がある金型や工具の破損や摩耗を有効に防止することができる。さらに、薄膜を形成した磁化可能部位に対して別の部材を摺動させる場合に、その部材との間に生じる摺動摩擦を効率的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態に係る薄膜形成装置の構成を説明する正面概略図である。
【図２】本実施形態の変形例に係る薄膜形成装置の構成を説明する正面概略図である。
【図３】図１に示す薄膜形成装置の被処理物周りを示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明を実施するための形態（以下、適宜「本実施形態」という）について説明する。本実施形態では被処理物の所望部位にＤＬＣ薄膜を形成するための薄膜形成装置および薄膜形成方法について説明する。ここでは、まず、本実施形態に係る薄膜形成装置について説明し、その後、その薄膜形成装置を用いて実施する薄膜形成方法に言及する。
【００４９】
（薄膜形成装置の概略構造）
本実施形態における薄膜形成装置１は、排気系３１を備えた減圧容器３と、減圧容器３内に所定のガス（目的とする薄膜成分を含む原料ガス）を導入するガス導入手段２１と、ガス導入手段２１から供給される原料ガス供給手段から供給された原料ガスからプラズマを発生させるプラズマ発生手段１０と、この減圧容器３内に設けられたターゲット５と、このターゲット５をスパッタするスパッタ電源７と、スパッタによってターゲット５から放出されたスパッタ粒子をイオン化させるイオン化機構１１と、イオン化したスパッタ粒子が入射する位置に被処理物１０１を保持する被処理物ホルダー１３と、ターゲット５から放出される粒子（プラズマ）を所望部位に収束させる磁界レンズ（リング状磁石）１５を備えている。ターゲット５とスパッタ電源７は、本実施形態におけるプラズマ発生手段１０を構成する。イオン化機構１１と磁界レンズ１５は、不要と考えるのであれば、各々省略してもよい。
【００５０】
（減圧容器）
まず、減圧容器３は、たとえば、ステンレスのような金属によって構成した気密な容器であってゲートバルブ（図示を省略）を備えている。減圧容器３は、電気的には接地してある。排気系３１は、ターボ分子ポンプや拡散ポンプ等（図示を省略）を備えた多段の真空排気システムで構成されており、減圧容器３内を１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気可能になっている。また、排気系３１は、バリアブルオリフィス等の排気速度調整器（図示を省略）を備え、排気速度の調整ができるようになっている。
【００５１】
（ターゲット）
ターゲット５は、形成すべき薄膜の種類に応じて選定され、本実施形態では例えば厚さ１０ｍｍ、直径１００ｍｍ程度の円板状カーボンターゲットであり、絶縁体（図示を省略）を介して減圧容器３に取り付けてある。ターゲット５の前面（図１における下面）は被処理物１０１と向かい合うように配してあり、スパッタ電源７は、１００Ｖ程度の負電圧をターゲット５に印加するようになっている。本実施形態では採用していないが、ターゲット５の背面に背面磁石機構（図示を省略）を設けることにより、マグネトロンスパッタリングを行うこともできる。なお、本実施形態ではカーボンターゲットを採用したがこれに限定される必要はなく、また、ターゲットの形状や取り付け位置等は状況に応じて適宜選択することができる。スパッタ電源についても、選択したターゲットに好適な範囲内で自由に設定することができる。
【００５２】
（ガス導入手段）
ガス導入手段２１は、アルゴン（Ａｒ）（窒素（Ｎ２）や酸素（Ｏ２）、キセノン（Ｘｅ）などでもよい）のスパッタリング放電用のガスを溜めた図外のガスボンベやバルブ等によって構成してある。アルゴンは、原料ガスＧ１のプラズマ化を補助するための補助ガスＧ２となる。なお、本実施形態における原料ガスＧ１は、ターゲット５から叩きだされたカーボン粒子である。
【００５３】
（イオン化機構）
本実施形態におけるイオン化機構１１は、ターゲット５から被処理物１０１へのカーボンイオンの通過経路として設定した原料ガス供給空間Ｓに高周波プラズマを発生させる。本実施形態におけるイオン化機構１１は、ターゲット５に接続された高周波電源である。この高周波電源は、例えば周波数１３．５６ＭＨｚで 出力５００Ｗ程度のものを好適に用いることができる。高周波電源によって被処理物ホルダー１３を介して原料ガス供給空間に高周波電界を形成し、ガス導入手段２１によって導入されたガスがこの高周波電界によってプラズマ化してプラズマＰが形成されるようになっている。プラズマＰの中を通過する際にプラズマＰ中にある電子やイオンと衝突してイオン化する。
【００５４】
（被処理物ホルダー）
図１に示す符号１３は、被処理物ホルダーを示す。被処理物ホルダー１３は、その全体を金属で構成してあり、被処理物１０１を物理的・電気的に直接保持する保持部１３ａと、保持部１３ａに一端を接続した支持部１３ｂとから構成してある。支持部１３ｂの他端は、絶縁物２２を介して減圧容器３に着地させてあり、これによって、被処理物１０１が被処理物ホルダー１３とともに減圧容器３内に支持されるようになっている。被処理物ホルダー１３は、保持した被処理粒１０１の後述する所望部位に収束したプラズマの入射位置に位置するように、その着地位置を設定してある。被処理物ホルダー１３には、直流電源２３によって負の直流バイアスを印加することが好ましい。これによって、被処理物１０１に負の直流バイアスが印加され、プラズマＰ中のイオンを引き寄せるので、薄膜形成の促進に寄与するからである。
【００５５】
（被処理物の構成）
本実施形態における被処理物１０１は、金型である。被処理物１０１は、周壁１０１ｗに囲まれた断面円形の貫通孔１０１ｈを複数（本実施形態では２個）備えている。被処理物ホルダー１０１は、これら貫通孔１０１ｈがプラズマの収束方向（図１の上下方向）に沿って貫通している。本実施形態では、この貫通孔１０１ｈのプラズマ方向に開口する入口近辺の周壁１０１ｗを、薄膜を形成すべき所望部位に設定している。また、本実施形態では被処理物１０１として金型を例に挙げたが、たとえば工具の他、薄膜を必要とするものすべてが本発明の対象物となる。貫通孔とともに、もしくは貫通孔の代わりに凹部などを有する被処理物に対しても好適に薄膜形成することができる。
【００５６】
（磁界レンズ）
符号１５は、プラズマＰの中でイオン化したカーボン粒子を加速するための磁界レンズを示す。本実施形態で採用した磁界レンズ１５は、中央に円形開口１５ｈを有するリング磁石である。磁界レンズ１５は、自ら発生させたる電界によってイオンを加速して効率よく被処理物１０１に到達するようにする機能を担っている。磁界レンズ１５の形態は、リング型に限る必要はなく、他の形態の磁石もしくは同じ目的を持った磁石以外の手段を採用することを妨げない。なお、リング磁石１５の代わりに、もしくはリング磁石と併用で電磁石（図示を省略）を設けることができる。一方で、その磁界レンズ１５を不要と考えるのであれば、これを省略してもよい。
【００５７】
（磁石機構の構成）
磁石機構５１は、リング状の永久磁石によって構成してある。すなわち、磁石機構５１は、周壁５１ｗによって仕切られた中央開口５１ｈの周囲を囲む円形の磁石本体５１ａを備えている。磁石本体５１ａの外径は貫通孔１０１ｈ（周壁１０１ｗ）の外径より大径で、周壁５１ｗの内径が周壁１０１ｗの内径とほぼ同じか僅かに大径となるように構成してある。磁石機構５１は、被処理物１０１を磁化するための磁石であり、磁化後は被処理物１０１から取り外すこともできる。磁石機構５１の取り外しの有無に関わらず、被処理物１０１はその一部が磁化された状態となる。また、上記した磁石機構５１は被処理物１０１の所望部位（貫通孔１０１の周壁１０１ｗ）の裏側に配してあるが、これと共に、もしくは、これに代えて所望部位の原料ガス供給側に配することもできる。
【００５８】
（薄膜形成方法）
ここで、薄膜形成装置１を用いて被処理物表面に薄膜を形成する方法について説明する。本発明に係る薄膜形成方法は、減圧容器内において、目的とする薄膜成分を含む原料ガスに電力（本実施形態では高周波電力）を供給して原料ガスをプラズマ化し、供給することにより被処理物（本実施形態では貫通孔を備える金型）上に供給することにより薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記プラズマのフラックスを、磁界発生手段による磁場の制御により前記被処理物上の所望部位（本実施形態では、貫通孔１０１ｈの周壁１０１ｗ）に収束させる工程を有するものである。
【００５９】
原料ガスＧ１は、カーボンターゲット５をスパッタすることにより叩き出されたカーボン粒子によりなるもの、すなわち、内部発生ガスである。また、プラズマ化学反応を促進するために、補助ガスＧ２として、アルゴン、窒素、酸素、キセノン等から適宜１種類以上を用いることもできる。
【００６０】
ここで、減圧容器３の外部（内部でもよい）において磁石（電磁石でもよい）を被処理物に吸着させる。具体的には、磁石機構５１を、原料ガスの供給側から見たときの被処理物１０１（所望部位）の裏側に吸着させ、これにより磁場を制御してプラズマのフラックスを所望部位に収束させる。所望部位の裏側の代わりに原料ガスの供給側に配してもよいし、裏側と供給側の両者に配してもよい。磁石機構５１の吸着位置は、貫通孔１０１ｈを囲む位置が好ましい。貫通孔１０１ｈの中が最もプラズマ（イオン）が届きにくい部位であるから、その部位にフラックスを収束させるためである。また、本実施形態における磁化方向は、磁化された被処理物１０１の磁力線がプラズマ発生手段１０から貫通孔１０１ｈ内に向かう方向となるように、すなわち、プラズマ発生手段１０に近い方がＮ極、遠い方がＳ極となるように設定してある（図３参照）が、この逆であってもよい。リング磁石の絞り効果により磁力線Ｊが貫通孔１０１ｈの中に収束され、これによってスパッタ（イオン）が貫通孔１０１ｈの中により多く導かれるようにするためである。次に、磁石機構５１を吸着させたままの被処理物１０１を減圧容器３内に入れ、被処理物ホルダー１３に支持させた後、減圧容器３の開閉扉（図示を省略）を閉鎖して密閉する。
【００６１】
そして、図外の真空排気システムを駆動して減圧容器３内を減圧するとともに、ガス供給手段２１から補助ガスＧ２を減圧容器３内に導入する。ここで、減圧容器３内にプラズマＰを発生させ、被処理物１０１にプラズマＰ（に含まれるイオン）を供給する。磁界レンズ１５は、磁場制御によりプラズマＰを被処理物１０１の所望部位に収束させる。
【００６２】
被処理物１０１は、リング磁石１５、磁石機構５１および少なくとも一部が磁化された被処理物１０１自身のうち、いずれか単独もしくは所望の組み合わせ（磁界発生手段）による磁場制御によってプラズマＰを所望部位に収束させ、プラズマＰに含まれるイオンを吸引し、吸引されたイオンは被処理物１０１の表面に堆積して薄膜を形成する。イオンの吸引は、被処理物１０１が有する貫通孔１０１ｈの周壁１０１ｗによっても行われ、その結果、プラズマＰ（イオン）が届く範囲の周壁１０１ｗにも堆積しそこに薄膜を形成する。
【００６３】
なお、上述したように、本実施形態の原料ガスＧ１は、カーボンターゲット５をスパッタすることにより発生したガスであるが、後述するように、外部から減圧容器３内に導入したガスよりなるもの、すなわち、内部導入ガスであってもよい。内部発生ガスと内部導入ガスの双方を用いることもできる。
【実施例】
【００６４】
以下、薄膜形成装置１を用いて上述した薄膜形成方法により、被処理物に薄膜形成した結果について説明する。ここで、被処理物１０１は、スナップボタンのオスを絞り加工するためのトランスファー成形金型とした。同金型には、スナップボタンの突起部を受け入れるための貫通孔（直径４ｍｍ）１０１ｈが２個形成されている。ターゲット３は、カーボンターゲットである。【００６５】
まず、金型（被処理物１０１）の裏側面（ターゲット５から見た裏側面）にリング磁石（磁石機構５１）を、それぞれの貫通孔１０１ｈを囲むように吸着させる。このとき、金型の少なくとも一部が磁化される。リング磁石は、各々厚み方向にＮ極とＳ極を備える外径２４ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ９ｍｍの３００ｍＴのサマリウムコバルト磁石を用い、これらを厚み方向に２枚重ねて構成した。磁化させた金型には、ターゲット３に近い方にＮ極が遠い方にＳ極がそれぞれ現れる。磁石を吸着させた金型を被処理物ホルダー１３に通電可能な状態で支持させ、被処理物ホルダー３に減圧装置３に対し２００Ｖの直流電圧を印加した。減圧容器内３内を１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気し、内部をアルゴン（補助ガスＧ２）雰囲気にした。カーボンターゲットに印加する高周波電力は、周波数１３．５６ＭＨｚで 出力７００Ｗとした。磁界レンズは外径４２ｍｍ、内径３４ｍｍ、高さ８ｍｍの２１０ｍＴのサマリウムコバルト・リング磁石を、厚み方向に１枚重ねて構成した。【００６６】
この状態で、被処理物１０１表面に中間層を成膜するために２２分間、主層成膜に１３６分間、薄膜形成を行った後、取りだした金型に形成された薄膜は次の通りであった。
1)ターゲットに面する金型表面はもとより、貫通孔内壁にも貫通孔の内径（４ｍｍ）とほぼ同等の深さ（すなわち、金型表面から４ｍｍ後）まで成膜された。
2)成膜された金型表面及び内壁の部位は、スナップボタンのオスのようなカップ状の部材を実際に絞り成形する場合に利用される部分（金型と成形素材が摺動する部分）に相当する。したがって、少なくとも絞り金型に薄膜形成するために、本発明が大変有効であることが分かった。
3)貫通孔周壁のうちこの成膜部位の下（薄膜形成されなかった部位）は、成形素材と接触しない、逆テーパー部分となる。したがって、薄膜されなかったことが、この種の金型に薄膜形成することにとってデメリットとはならない。【００６７】
なお、成膜された薄膜の厚さは、４００ｎｍ前後であり、そのビッカース硬さはこれまでの測定結果から推定すると、３５００ＨＶであった。この金型を用いてスナップボタンを１００，０００回プレスしてもまったく剥離しなかった。【００６８】
（本実施形態の変形例）
図２を参照しながら本実施形態の変形例について説明する。図２に示す薄膜形成装置１´は、プラズマ発生手段の構成を除き、先に説明した本実施形態に係る薄膜形成装置１と基本構造が同じである。そこで、以下の説明は、このプラズマ発生手段の構成を中心に説明を行い、その他の部材については、図１に用いた符号と同じ符号を付するにとどめ説明を可能な範囲で省略する。【００６９】
薄膜形成装置１´が備えるプラズマ発生手段７１は、減圧容器３内に配置され減圧容器３に対して絶縁状態にある電極７３ａと電極７３ｂからなる双極子電極（対称電極）と、電極７３ａと電極７３ｂに高周波電力を供給するための高周波電源７５と、高周波電源７５を制御してプラズマＰの発生を制御するためのプラズマ制御装置７７と、から構成してある。高周波電源７５やプラズマ制御装置７７は、高調波による悪影響を防止するためにシールドケース（図示を省略）に収納しておくことが好ましい。減圧容器３内には、ガス導入手段２１を構成する原料ガス導入手段２１ａから原料ガス（炭化水素系ガス、例えばメタン（ＣＨ４））Ｇ１が導入され、補助ガス導入手段２１ｂから補助ガス（アルゴン、酸素、窒素、キセノン等）Ｇ２が導入されるようになっている。【００７０】
プラズマ発生手段７１の作用により、補助ガスＧ２の雰囲気の中で原料ガスＧ１がプラズマ化され、イオン化空間ＳにプラズマＰが発生する。その他の構成および作用効果ついては、本実施形態のそれらと同じである。
【符号の説明】
【００７１】
１    薄膜形成装置
３    減圧容器
５    ターゲット
７    スパッタ電源
９    ガス導入手段
１０    プラズマ発生手段
１１    イオン化機構
１１    高周波電源
１３    被処理物ホルダー
１５    磁界レンズ
２１    ガス導入手段
２１ａ  原料ガス導入手段
２１ｂ  補助ガス導入手段
２２    絶縁体
２３    直流電源
３１    排気系
４１，７１  プラズマ発生手段
５１    磁石機構
１０１  被処理物
Ｊ      磁力線
Ｐ      プラズマ
Ｓ      原料ガス供給空間
【図１】
2013042355.tif 000003
【図２】
2013042355.tif 000004
【図３】
2013042355.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月14日(2013.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧容器内において、目的とする薄膜成分を含む原料ガスに電力を供給して前記原料ガスをプラズマ化し、被処理物上に供給することにより薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記プラズマのフラックスを、磁界発生手段による磁場の制御により前記被処理物表面の所望部位に収束させる工程を有し、前記磁界発生手段は、少なくとも一部が磁化された前記被処理物を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記磁界発生手段は、前記少なくとも一部が磁化された前記被処理物と、磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方とを備えることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
【請求項７】
前記磁石および電磁石は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置することを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
前記磁石および電磁石は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されることを特徴とする請求項６および７のいずれかに記載の薄膜形方法。
【請求項９】
排気系を備えた減圧容器と、
前記減圧容器内に目的とする薄膜成分を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記原料ガス供給手段から供給された原料ガスからプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
少なくとも一部が磁化された被処理物を含み、前記プラズマのフラックスを磁場の制御により前記被処理物表面の所望部位に収束させる磁界発生手段とを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
前記磁界発生手段は、前記少なくとも一部が磁化された前記被処理物と、
前記磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方とを備えることを特徴とする請求項９記載の薄膜形成装置。
【請求項１５】
前記磁石および電磁石は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置することを特徴とする請求項１４記載の薄膜形成装置。
【請求項１６】
前記磁石および電磁石は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されることを特徴とする請求項１４および１５のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項１７】
（削除）
【請求項１８】
（削除）
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月19日(2014.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧容器内において、目的とする薄膜成分を含む原料ガスに電力を供給して前記原料ガスをプラズマ化し、被処理物上に供給することにより薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記プラズマのフラックスを、磁界発生手段による磁場の制御により前記被処理物表面の所望部位に収束させる工程を有し、前記磁界発生手段は、少なくとも一部が磁化された前記被処理物を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記磁界発生手段は、前記少なくとも一部が磁化された前記被処理物と、磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方とを備えることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記磁石および電磁石は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置することを特徴とする請求項２記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
前記磁石および電磁石は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されることを特徴とする請求項２および３のいずれかに記載の薄膜形方法。
【請求項５】
排気系を備えた減圧容器と、
前記減圧容器内に目的とする薄膜成分を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記原料ガス供給手段から供給された原料ガスからプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
少なくとも一部が磁化された被処理物を含み、前記プラズマのフラックスを磁場の制御により前記被処理物表面の所望部位に収束させる磁界発生手段とを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】
前記磁界発生手段は、前記少なくとも一部が磁化された前記被処理物と、
前記磁石および電磁石のうち少なくともいずれか一方とを備えることを特徴とする請求項５記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記磁石および電磁石は、前記被処理物の前記原料ガスの供給側および前記被処理物の所望部位の裏側のうち少なくともいずれか一方に配置することを特徴とする請求項６記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記磁石および電磁石は、前記原料ガス供給側空間に前記被処理物に対向して配置されることを特徴とする請求項６および７のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【国際調査報告】
2013042355.tif 000006
2013042355.tif 000007
2013042355.tif 000008
2013042355.tif 000009