(57)【要約】本発明は、ダイヤモンド状炭素膜成膜装置及びダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法に関する。  本発明のプラズマ化学真空蒸着法を用いたダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、導電性のマスク材（３）で包囲した基体（２）からなる部材（４）と、ダイヤモンド状炭素膜成膜装置のチャンバー（５）の壁との間に印加するための直流単パルスの電源（６）と重畳用直流電源（２６）及び又は高周波電源（７）と、を備え、部材（４）に直流単パルス電源（６）と前記重畳用直流電源（２６）により負の単パルス電圧を、又は高周波電源（７）の高周波電圧のいずれかを選択して印加して、マスク材（３）で包囲した前記基体（２）上にセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜する。
2009102070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ化学真空蒸着法を用いたダイヤモンド状炭素膜成膜装置（１）であって、
基体（２）を導電性のマスク材（３）で包囲した部材（４）に接続した電源の陰極電極と、
ダイヤモンド状炭素膜成膜装置（１）のチャンバー（５）の壁に接続された陽極電極と、
前記部材（４）に、電圧を印加する直流単パルス電源（６）及び、又は高周波電源（７）と、
を備え、
前記陰極電極と前記陽極電極間に前記直流単パルス電源（６）および前記重畳用直流電源（２６）により負の単パルス電圧を、又は前記高周波電源（７）の高周波電圧を印加して、前記マスク材（３）で包囲した前記基体（２）上にセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜すること、
を特徴とするプラズマ化学真空蒸着法を用いたダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項２】
重畳用直流電源（２６）を前記直流単パルス電源（６）に直列に接続することを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項３】
前記マスク材（３）が、網状または複数の開口部を有する板状、の成形体の形状である導電性の高分子材料であることを特徴とする請求項１または２に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項４】
前記基体が、高分子材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項５】
前記高周波電源（７）の周波数が、１３．５６ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項６】
前記基体（２）を１００℃〜７２０℃の温度範囲で加熱可能であり、基体加熱電源（１７）に接続された加熱ヒータ（８）、又は通電加熱機構を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項７】
前記直流単パルス電源（６）の電圧を−２ｋＶ〜−２０ｋＶの範囲にすることにより、または、前記高周波電源（７）の出力が４０Ｗ〜１０ｋＷの範囲にすることにより、前記ダイヤモンド状炭素膜の成膜時の前記基体の温度を２００℃未満にする、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項８】
前記ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内に微細粒子捕獲フィルタ（２２）を設け、且つ前記微細粒子捕集フィルタは第３の直流電源に接続され、陰極・陽極間に１００〜７０００Ｖの電圧を印加して、静電気により不純物となる微細粒子を捕獲する、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項９】
前記ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内に第２の陽極電極（２１）を設け、且つ前記第２の陽極電極に＋５Ｖ〜＋５００Ｖの直流電圧を印加して、前記第２の陽極電極が前記ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内の余剰電子を収集する、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項１０】
ダイヤモンド状炭素膜の成膜開始後に、基体温度測定機構・チャンバー給電部に設置されたオシロスコープ等の給電状況測定機構・チャンバー内部の圧力測定機構などの情報をフィードバック・計算処理することにより直流単パルスの電源電圧と電源電流、高周波電源の電源電圧と電源電流、成膜用原料ガスの種類と供給量、ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内の圧力、余剰電子を捕獲する第２の陽極電極への電源電圧と電源電流、及び加熱ヒータまたは通電加熱機構の出力を自動制御するソフトウエア及びソフトウエアの作動機構を設けた、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置を用いてダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法であって、
前記部材（４）に接続された陰極電極と前記チャンバー（５）の壁に接続された陽極電極間に、前記直流単パルス電源（６）または前記高周波電源（７）の電圧を印加して、前記マスク材（３）で包囲した前記基体（２）上にセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜する、
ことを特徴とするダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法。
【請求項１２】
網状または複数の開口部を有する導電性のマスク材（３）で包囲した前記基体（２）からなる部材（４）が５０℃以上の温度になる場合、Ｔｉ−Ｎｉ等の形状記憶合金からなる網状または複数の開口部を有する前記マスク材を用いて、前記基体上にセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜する、
ことを特徴とする請求項１１に記載のダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド状炭素膜成膜装置及びダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法に関する。具体的には、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、被成膜用の基体を導電性のマスク材で包囲、又は導電性のマスク材に接触させ、当該基体及び部材と、チャンバー間に電圧を印加してチャンバー内部にプラズマを形成し、基体上にダイヤモンド状炭素膜を成膜することに関する。また、ダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法は、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置を使用して、プラズマ化学真空蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりダイヤモンド状炭素膜を成膜することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ：Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）を成膜するプラズマ化学真空蒸着法（ＣＶＤ）を用いた装置は、１）真空チャンバー系（真空槽、以下チャンバーという）と、２）真空ポンプ等及びチャンバー内を１０−５Ｔｏｒｒ程度の低圧にする装置すなわち排気系と、３）チャンバー内に成膜用の原料ガスを導入するガス導入系と、４）原料ガスを分解及び電離させて基体にＤＬＣ膜を成膜するための電源と、５）電極及び電源出力制御盤等から成る電源系との、１）〜５）の各系を同時制御するシステム制御盤との六つのハード系から構成される装置である。
チャンバーは成膜される基体の大きさと種類に合わせて設計され、且つ排気系はチャンバーの大きさに合わせて設計される。同様に、ガス導入系は使用するガスの種類や流量により選択され、且つ電源系は基体の表面積と材質にあわせて出力を設定する。また、電源系に関しては、直流単パルス電源又は高周波電源のどちらかを基体に印加する。現在のＤＬＣ成膜装置は、上述するように、装置の多くが基体にあわせ選択されているのが現状である。既に、国内外に多くの装置メーカーがあって、各社独自の成膜方式、チャンバー容量、及び電源出力等でプラズマ化学真空蒸着法（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＤＬＣ膜を成膜している。
ＣＶＤ法を用いたＤＬＣ成膜装置としては、直流プラズマ方式（特開２００３−３３６５４２号、平成１５年１１月２８日、高耐摩耗性および高耐焼付き性摺動部材およびその製造方法）、高周波プラズマ方式（例えば、小林健二ほか：粉体および粉末冶金、３３（１９８６）４０２）、プラズマイオン注入成膜方式（ＰＢＩＩ方式、特開２００１−２６８８７号、平成１３年１月３０日、表面改質方法及び表面改質装置）、パルス高周波方式（特開平１０−２０４６４４号、平成１０年８月４日、プラズマＣＶＤ法及び装置）、直流パルス方式（例えば、特開２００６−５２４５３号、平成１８年２月２３日、薄膜の製造方法および薄膜及び青木佑一ほか、精密工学会誌論文集、７１（２００５）、１５５８）、ペニングイオナイゼーションゲージ放電方式（ＰＩＧ放電方式、特開２００６−１６９５６２、平成１８年６月２９日、表面処理装置）等が挙げられる。また、物理真空蒸着法（ＰＶＤ法）でも化学真空蒸着法（ＣＶＤ法）に近い方法として、イオン化蒸着方式（特開２００１−２６８７３、平成１３年１月３０日、硬質炭素膜の成膜装置）、アンバランスマグネトロンスパッタ方式（特開２００２−２５６４１５号、平成１４年９月１１日、ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体およびその製造方法）、プラズマブースター方式（Ｔ．Ｋｕｍａｇａｉ  ｅｔ  ａｌ．Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｔｒａｎｓ．４７，４（２００６）１００８）等が挙げられる。上述のＣＶＤ方式の例ではチャンバー容量は０．３〜３ｍ３程度であって、使用ガスはＤＬＣ膜の成膜用としてアセチレン、メタン、エタン、エチレン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素ガスが、中間層またはＤＬＣ膜中へのドーピング用としてテトラメチルシラン（ＴＭＳ）、トリメチルシラン、ジメチルシラン、モノシラン、テトラメチルジシラザン等が用いられる。
上記の成膜装置を操作するのには熟練が必要であり、真空度確認、ガス導入量、導入のタイミング、電圧の確認や出力変化のタイミング、さらに成膜している膜厚の予想等は、作業者の経験や習熟した動きによる成膜が行われてきた。成膜される基体及び成膜の相手部品毎に作業マニュアルが作られ、作業者はそれを見て作業をしているのが実情である。従って、成膜される基体を指定すれば自動的に成膜プロセスが選択されて自動的にＤＬＣ成膜する装置が実現できれば極めて望ましい。
物理真空蒸着法（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の真空蒸着装置及び半導体製造装置においては、作業者による違いや僅かな時間のずれ等の要因で出来上がった品物及び製品に違いが有ると、規格外すなわち不良品となるので、装置側にプログラム（シーケンス）が搭載され、何度でも同じ製造プロセスを経て同じものが製造されるようになっている。しかし、ＣＶＤ法によるＤＬＣ膜の成膜装置では一部のメーカーが装置と対話式のシーケンスを用い、半自動的なＤＬＣ膜の成膜をする程度である。この理由は膜厚や膜特性（硬度分布・密度・ヤング率など）に厳密さが要求されず、後に記載されている異常放電等が突然起こるなど予期せぬ状況が生じやすいので、装置全体が未成熟な環境で使用されても良い程度で使用者が理解を示すからである。従って、全自動運転を実現するためにはＤＬＣ膜の成膜条件を維持するための放電出力を維持するプログラムと制御機構を具備し、かつ、異常放電を自動的に防止する装置及び制御機構が望まれている。さらに、使用するガスの種類変更・切り替えやそれらの流量増減などを自動的に行う装置及びそのプログラムを実行できる制御機構が望まれている。
また、一般的にＤＬＣ膜の成膜前にアルゴンガス（Ａｒ）を使用し、成膜される基体表面をアルゴンイオンで叩き、クリーニングをする方法が取られている。このとき基体表面から剥がされた酸化物等の粉塵はチャンバー内を漂い、真空ポンプで排出されていくが既に１０−５Ｔｏｒｒ以下まで真空にされている状態に微量のアルゴンガスが流されているだけのチャンバー内から総ての粉塵が排出されるとは限らない。また、これらの粉塵が基体上に舞い降りてしまう事も多くあり、粉塵などのいわゆる微粒子の混入と称される成膜不良となってしまっていた。従って、全自動運転を実現するためには微粒子の混入を抑制し、かつクリーニングを自動で行うプログラムと制御機構を具備する必要がある。
一方、チャンバー内で異常放電を起こす事があるのも知られている。チャンバー内の突起物や観察窓や排気系の穴等の凹部の電界集中部分等で異常放電が起きやすい。これを防ぐ為に、凹凸部を電気的に浮遊状態にしたり、穴の影響を少なくする為にチャンバーと同電位の金網を張ったりする工夫が必要になっている。従って、全自動運転を実現するためには異常放電を回避する機構及びプログラムと制御機構を具備する必要がある。
ゴムや合成樹脂等から形成される高分子の基体は、プラズマ中に曝されることによってガラス転移点：Ｔｇ以上（Ｔｇのない材料にあっては融点：Ｔｍ）の温度に容易に加熱されて性質が変わってしまうものが多く、ＤＬＣを成膜する事は困難であった。高周波電源（主に１３．５６ＭＨｚ）を用いる高周波誘導方式ＤＬＣ膜の成膜は、成膜される基体の温度が高くなってしまうので、一般的な成膜に向いていないと言われている。しかし、膜厚が薄い場合（５〜１００ｎｍ程度）や周囲を吸熱材等で温度上昇を防ぐ事が出来る場合はこの限りではない。一例として、ポリエチレン・テレフタレート・ボトル（ＰＥＴボトル）内面にＤＬＣ膜を成膜した例がある。この場合は膜厚５〜１００ｎｍ程度である。
上述のように、高周波誘導によるプラズマ発生機構を持つＣＶＤ装置では、金属にＤＬＣ膜の成膜をしようとすれば成膜される基体温度が上昇をする。しかし、この基体の温度を目的に合わせ上昇させる機能は、ＤＬＣ膜の成膜装置では一般的でなく、さらには基体に自公転等の運動をさせないＤＬＣ膜の成膜装置ではみられない。
高周波プラズマＣＶＤ装置では、ＤＬＣ膜の成膜条件においては概ね２００〜３００℃迄温度上昇するものが多い。このため基体に窒化処理をする為の温度まで上げるには、高周波（ＲＦ）電源をその分大きな出力を持つものにするか、或いは、別に基体の加熱用の機構（ハロゲンヒータ等）をチャンバー内に設けておく必要がある。さらに、ＲＦ方式では誘導加熱になるため、基体の表面温度に不均一な斑が発生しやすい。これを防ぐ為に自公転する方式を採用するものも有るが、結果的に装置の構造が複雑になってしまったり、成膜価格も上昇してしまう問題があって、ＤＬＣ膜の普及を妨げている。
また、ＤＬＣ膜の成膜においては、チャンバー内面、治具及び電極上にＤＬＣと、炭素と、水素とからなる膜、さらにスパッタされた基体物質が付着するので、各バッチ（チャンバーの蓋を閉じてＤＬＣ膜を成膜し蓋を開けるまでの工程）毎に放電状態が変化する。また、付着した炭素と水素とからなる膜及びスパッタされた基体物質は、不純物として次のバッチの成膜時にＤＬＣ膜中に混入する問題がある。従って、この混入を避けるために毎回〜数バッチ毎にプラズマクリーニングを行ったり、サンドブラストを施したりして付着物を取り除く必要があった。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、チャンバー、排気系、ガス導入系及び電源系を統合制御することにより、高分子材料等からなる高分子基体及び鉄鋼材料等からなる金属基体上に自動制御で１０ＧＰａ以上の所望のナノインデンテーション硬さを有する所望の膜厚のセグメント構造のＤＬＣ膜を成膜するプラズマ−化学真空蒸着法を用いたダイヤモンド状炭素膜成膜装置を提供する。
図１に、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置１において、チャンバー５、排気系１０（ロータリーポンプ１１、ターボ分子ポンプ又は拡散ポンプ１２、真空計１３、リークバルブ１４等）、ガス導入系１５（Ａｒ、Ｃ２Ｈ２、Ｓｉ（ＣＨ３）４）、Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４、ＣＦ４等のガス導入バルブ）及び電源系２０（主電源１６、基体加熱電源１７、微細粒子捕獲フィルタ電源１８、余剰電子収集電源１９等）を備えた装置の概要を示す。
図２（Ａ）に、本装置のチャンバー５内に設置される基体２とマスク材３からなる部材４及び該部材を加熱ヒータ８により誘導加熱する例を示している。また、図２（Ｂ）には基体２とマスク材からなる部材４及び該部材を直接、通電加熱する例を示している。本発明の装置においては、主電源１６の陰極電極が基体２をマスク材３で包んだ構造の部材４に接続され、主電源１６の陽極電極はチャンバー５の壁に接続される。チャンバー５は安全のため電気的に接地される。また、本発明の装置の１例（図２（Ａ））では、基体２とマスク材３とからなる部材４は、基体加熱電源１７から電力を得た加熱ヒータ８で加熱されて所定の成膜温度に加熱昇温することができる。加熱ヒータは、ハロゲンヒータなどの輻射熱で加熱するものでもよい。上述するように部材４は、輻射熱で加熱することもできるが、上述のヒータを直接、部材４に接触させて加熱することもできる。この他にも図２（Ｂ）に示すように、交流電源や、直流電源又は直流パルス電源で基体を通電加熱する方法などがある。
さらに、本発明は、基体のマスク材として従来用いられている金属製金網を用いたセグメント構造のＤＬＣ膜の製造方法のほか、ポリアセチレン、カーボンブラック添加ポリカーボネート等の導電性高分子材料の網状のマスク材を用いた製造方法を提供する。これらの種々の導電性の網状のマスク材をそれぞれの形状（図３の１〜１０）及びそれらの組み合わせ形状の基体を包囲し、その後、網状のマスク材で包囲した基体にＤＬＣ膜を成膜し、さらにその後この網状のマスク材を除去して、島状のセグメント構造のＤＬＣ膜が被覆された基体を得る。図３に、成膜前の種々の形状の基体（Ａ）、網状マスク材で包囲した基体（Ｂ）、網状マスク材を徐去したＤＬＣ膜を成膜した基体（Ｃ）を示す。
図３において、（１）の基体は円柱状、（２）の基体はカム状、（３）の基体は球状、（４）の基体はパイプの内側、（５）の基体は角柱と曲面との組合せ体、（６）の基体は三角錐、（７）の基体は螺旋形円柱、（８）の基体は円錐台形、（９）の基体は星型角柱、及び（１０）の基体は楕円形をしめす。本発明の方法においては、これらの基体に網状マスク材をかぶせて（図３のそれぞれのＢ）ＤＬＣ膜を成膜後にこれらの網状マスク材を除去すると、それぞれの基体（図３のそれぞれのＣ）は所定の面にセグメント構造のＤＬＣ膜が成膜される。なお、高分子材料の基体に成膜する場合と、鉄鋼材料の基体に成膜する場合は、同時のバッチで成膜するものではなく、別々のバッチで成膜することを対象とする。
従来のＣＶＤ法によるＤＬＣ膜の成膜においても出力制御は行われていたが、電源電圧、又は電源電流の設定値を一定に保つか、設定に応じて変化させるのみであった。プラズマ状態は極低圧状態で原子を電離させているので、ガス濃度・種類、基体の配置や導電性などで電離能力が異なるので、一定を保つことは難しく、成膜状況に応じて、電源電圧、電源電流、放電電圧、及び放電電流は同じでなく、時間経過によって設定した電源電圧が一定でも放電電圧が変化したり、設定した電源電流が一定でも放電電流が変化したりすることがあり、このことがバッチ毎のＤＬＣ膜の特性の差異に出現していた。これに対して本発明の装置では、実際に基体に印加される放電電圧及び放電電流を、設定電圧又は設定電流と独立に部材４またはチャンバー５への給電接続部に接続したオシロスコープによりモニタリングし、放電条件一定のプロセスにあっては放電電圧又は放電電流を、設定放電電圧及び設定放電電流の±５％以内で一定になるようにフィードバックできる機能を具備し、電源電圧及び電源電流の設定値だけでなく、成膜用原料ガスの種類と供給量、チャンバー内の圧力、後述の余剰電子収集用の陽極電圧及び加熱ヒータを総合制御できる特徴を有する。この本発明の制御によってバッチ毎のＤＬＣ膜の特性を概ね一定に保つことを可能としている。
本発明は、直流パルスプラズマＣＶＤ法により高分子材料の基体上にＤＬＣ膜を成膜する場合には、成膜される基体表面に導電性の網を設置してこの網に、随意的に直流電圧（０〜−２０００Ｖ）を重畳した、−２ｋＶ〜−２０ｋＶの直流パルス電圧をパルス幅１〜１００マイクロ秒、繰り返し周波数１〜３０ｋＨｚ、ただし、パルス幅と繰り返し周波数の積が０．８以下の条件で印加することによってこの網状マスク材の開口部にＤＬＣ膜を成膜する機構を有する成膜装置である。この場合の基体の温度は２００℃以下、さらに、望ましくは基体のガラス転移点温度Ｔｇ未満（Ｔｇのない材料にあっては融点未満）であって、本発明の装置はガラス転移点温度を装置に記憶させることで、この成膜時の温度を測定して所望の温度で成膜できるように成膜フローにおいて、接触・非接触温度測定器により温度測定・電源出力調整・圧力変化などの成膜条件にフィードバックして制御する機構を有する。例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ゴム、エポキシ、ポリアセタール（ＰＯＭ）、アクリルレジン（ＰＭＭＡ）、テフロン（登録商標）、ポリカーボネート（ＰＣ）基体の場合には基体温度は２０〜１００℃、さらに、望ましくは４０〜７０℃の温度での成膜を行う機構を有する。また、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）及びそれらの繊維複合材料の場合には基体温度は４０〜２００℃、さらに、望ましくは１００〜１２０℃の温度での成膜を行う機構を有する。
本願発明は、さらに、高周波プラズマＣＶＤにより高分子材料の基体上にＤＬＣを成膜する場合には、同様に基体表面に導電性の網状マスク材を設置してこの網に４０Ｗ〜１０ｋＷの高周波電力を周波数６．５〜６０ＭＨｚ、直流（自己）バイアス電圧−５０〜−７５０Ｖの条件で印加することによってこの網状マスク材の開口部にＤＬＣ膜を成膜する機構を有する成膜装置である。さらに、望ましくは周波数が１３．５６〜６０ＭＨｚ、直流自己バイアス電圧が−１００〜−５００Ｖを選択出来る。この場合の基体の温度は２００℃以下、さらに、望ましくは基体のガラス転移点温度Ｔｇ未満（Ｔｇのない材料にあっては融点未満）であって、本発明の装置はガラス転移点温度を装置に記憶させることで、この成膜時の温度を測定して所望の温度で成膜できるように成膜フローにおいて、接触・非接触温度測定器により温度測定・電源出力調整・圧力変化などの成膜条件にフィードバックを掛け制御する機構を有する。例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ゴム、エポキシ、ポリアセタール（ＰＯＭ）、アクリルレジン（ＰＭＭＡ）、テフロン（登録商標）、ポリカーボネート（ＰＣ）基体の場合には基体の温度は３０〜１００℃、さらに望ましくは４０〜７０℃の温度で成膜を行う機構を有する。また、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）及びそれらの繊維複合材料の場合には基体の温度は５０〜２００℃、さらに望ましくは１００〜１２０℃の温度での成膜を行う機構を有する。
ついで、本願発明は、直流パルスプラズマＣＶＤにより鉄鋼等の金属基体上にＤＬＣ成膜する場合には、基体表面に導電性の網状マスク材を設置して、基体及びこの網に−３ｋＶ〜−３０ｋＶの直流パルス電圧をパルス幅１〜１００マイクロ秒、繰り返し周波数１〜３０ｋＨｚ、ただしパルス幅と繰り返し周波数の積が０．８以下の条件で印加することによってこの網状マスク材の開口部にＤＬＣ膜を成膜する機構を有する成膜装置である。また、直流単パルス電源（６）と直列に接続することができる重畳用直流電源（２６）は直流単パルス電源のパルス電圧が０Ｖの時に基材（４）に負電圧を印加するための電源である。重畳用直流電源（２６）の出力は可変であり、０Ｖ〜−２０００Ｖの範囲で出力電圧を可変することができる。望ましくは、−３０Ｖ〜−１０００Ｖの範囲に設定されるが、これは、直流単パルス電源（６）の単パルス電圧が０Ｖになった瞬間に、該電源（６）の出力電圧が、＋側にオーバーシュートする瞬間を防除するためである。＋側にオーバーシュートすれば、電離されたマイナス帯電イオンやマイナス帯電粒子が成膜した面に入り込むこととなり、これを防止または減少させる事を目的としている。また、本装置は、基体の温度が１００℃から７２０℃の間で内蔵されたヒータにより制御できるようになっており、成膜時の基体の温度を測定して所望の温度で成膜できるように制御する機構を有する。特に、本装置は、鉄鋼基体を用いた場合の前処理時の基体の温度は１５０〜７２０℃の範囲であって、且つＤＬＣ膜の成膜時の基体の温度は１００〜５５０℃で成膜する装置である。さらに、本発明において、ＤＬＣ成膜前に基体表面に窒化を施す場合には、基体加熱ヒータに加えて直流パルス電源と別個の直流電源または交流電源を設置することができ、したがって、基体に直流電圧または交流電圧を印加することによって基体の温度２００〜７２０℃でプラズマ窒化を行えるようになっている。基体が鉄鋼材料以外の金属材料にあっては、７２０℃を越えない範囲で融点の１０％から８０％の範囲で温度を設定することができ、例えば、基体がアルミニウムの場合、温度設定値は前処理時の基体の温度が１００〜５２０℃であってＤＬＣ成膜時の基体の温度が１００〜５４０℃である。
さらに、本発明において高周波プラズマＣＶＤにより鉄鋼等の金属の基体上にＤＬＣ成膜する場合には、同様に基体表面に導電性の網状マスク材を設置してこの網状マスク材に４０Ｗ〜１０ｋＷの高周波電力を周波数６．５〜６０ＭＨｚ、直流自己バイアス電圧−８０〜−１１００Ｖの条件で印加することによってこの網状マスク材の開口部にＤＬＣ膜を成膜する機構を有する成膜装置である。この基体の温度は１００℃から７２０℃の間で内蔵されたヒータにより制御できるようになっており、成膜時の温度を測定して所望の温度で成膜できるように制御する機構を有する。特に、鉄鋼基体の場合の前処理時の基体の温度は１５０〜７２０℃であって、且つ、ＤＬＣ成膜時の基体の温度は１００〜５５０℃で成膜する装置である。さらに、ＤＬＣ成膜前に基体表面に窒化を施す場合には、基体加熱ヒータに加えて直流パルス電源と別個の直流電源または交流電源を設置でき、且つ、基体に直流電圧または交流電圧を印加することによって基体の温度２００〜７２０℃でプラズマ窒化を行えるようになっている。鉄鋼材料以外の金属材料を基体に用いる場合は、７２０℃を越えない範囲で融点の１０％から８０％の範囲で温度を設定することができ、例えば、基体がアルミニウムの場合の温度設定値は前処理時の基体の温度が１００〜５２０℃であってＤＬＣ成膜時の基体の温度が１００〜５４０℃である。
課題を解決するための手段
本発明のプラズマ化学真空蒸着法を用いたダイヤモンド状炭素膜成膜装置（１）は、チャンバー（５）と
直流単パルス電源（６）および、または、高周波電源（７）から構成される主電源（１６）と、前記直流単パルス電源または高周波電源のいずれかを選択するスイッチ（２５）を備え、前記主電源を成膜装置の出力をチャンバー（５）に導き、前記直流単パルス電源を選択した場合は、当該電源の陽極電極を前記チャンバー（５）に接続し、当該電源の陰極電極を当該チャンバー（５）を貫通してチャンバー内部にある部材（４）に導き、前記高周波電源を選択した場合は、当該電源の電極の一方をチャンバー（５）の壁に接続し、他方はチャンバー（５）を貫通して内部にある部材（４）に導く機構を備え、
チャンバー（５）内部においては、
当該基体（２）を導電性のマスク材（３）で包囲した部材（４）とし、当該部材（４）を前記チャンバー（５）の内部に導かれた主電源（１６）の陰極電極に接続し、
前記主電源の電力を当該部材（４）に供給して、
ＤＬＣ成膜を行い、その後、前記マスク材（３）を部材（４）から除去することにより、前記基体（２）上にセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜すること、を特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、重畳用直流電源（２６）を直流単パルス電源（６）に直列に接続すること、を特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、前記マスク材（３）が、網状または複数の開口部を有する板状、の成形体である導電性の高分子材料または金属材料であることを特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、前記基体（２）が金属材料のほか、高分子材料のポリエチレン、ナイロン、ポリウレタン、ゴム、エポキシ、ポリアセタール（ＰＯＭ），アクリルレジン（ＰＭＭＡ）テフロン（登録商標）、ポリカーボネート（ＰＣ）等であることを特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、前記高周波電源（７）の周波数が、１３．５６ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲であることを特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、前記部材（４）を１００〜７２０℃の温度範囲で加熱可能であり、基体加熱電源（１７）に接続された加熱ヒータ（８）を備えたこと、又は基体及びマスク材からなる部材（４）に直接通電する通電加熱方法をとれる基体加熱電源を備えたことを特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、前記直流単パルス電源（６）のパルスピーク電圧を−２〜−２０ｋＶの範囲に設定できることを特徴とする。
また、前記直流単パルス電源（６）は、そのパルス出力電圧を−２ｋＶ〜−２０ｋＶの範囲で任意に設定でき、また該電源（６）と直列に接続された重畳用直流電源（２６）は、その直流出力電圧を０〜−２０００Ｖの範囲で任意に設定出来ることを特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、前記高周波電源（７）の周波数が、１３．５６〜６０ＭＨｚの範囲であり、その出力電力を４０Ｗ〜１０ｋＷの範囲に設定できること、を特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、前記チャンバー内に微細粒子捕獲フィルタ（２２）を設け、且つ前記微細粒子捕獲フィルタが静電気により不純物となる微細粒子を捕獲する、ことを特徴とする。
前記微細粒子捕獲フィルタ（２２）は、チャンバー外部に備えた第３の電源（補助直流電源（１８））の陽極電極および陰極電極を当該チャンバー内に貫通して導かれ、当該補助直流電源の電極間に１００〜７０００Ｖの電圧を印加して、当該直流電源の陽極電極もしくは陰極電極にチャンバー内の微細粒子を捕獲すること、を特徴とする。
また本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、チャンバー内に存在する余剰電子を収集する余剰電子収集電極（２１）を備えたことを特徴とする。
前記余剰電子収集電極（２１）は、チャンバー外部に備えた第２の電源（補助直流電源（１９））の陽極電極および陰極電極を当該チャンバー内に貫通して導かれ、当該補助直流電源（１９）の電極間に５〜５００Ｖの電圧を印加して、当該陽極電極にチャンバー内の余剰電子を収集する、ことを特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、ダイヤモンド状炭素膜の成膜時に基体温度測定機構、チャンバー給電部に設置されたオシロスコープ等の給電状況測定機構、チャンバー内部の圧力測定機構などの情報をフィードバックし、計算処理することにより直流単パルス電源（６）の出力電圧もしくは出力電流、重畳用直流電源（２６）の出力電圧、また高周波電源（７）の出力電圧もしくは出力電流、成膜用原料ガスの種類と供給量、チャンバー（５）内の圧力、余剰電子を収集する第２の電源（  １９）の出力電圧、微細粒子を捕獲する第３の電源（１８）の出力電圧、及び部材（４）を加熱するための加熱ヒータ（８）の出力を自動制御するソフトウエア及びソフトウエアの作動機構を設けたこと、を特徴とする。
本発明の上記のダイヤモンド状炭素膜成膜装置を用いてダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法は、前記部材（４）に前記重畳用直流電源（２６）とこれに直列的に接続した前記直流単パルス電源（６）の両電源により負の単パルス電圧を、または前記高周波電源（７）の高周波電圧を印加し、ＤＬＣ成膜後に前記マスク材（３）を除去することにより前記基体（２）上にセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜する、ことを特徴とする。前記直流単パルス電圧を印加する場合は、前記部材（４）に直流単パルス電源（６）の陰極電極が接続され、チャンバー（５）に陽極電極が接続されることを特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法は、網状または複数の開口部を有する導電性のマスク材（３）で包囲した前記基体（２）からなる部材（４）が５０℃以上の温度になる場合、Ｔｉ−Ｎｉ（チタン−ニッケル）等の形状記憶合金からなる棒状、網状または複数の開口部を有する前記マスク材を用いて、ＤＬＣ成膜後、このマスク材を除去することによりセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜する、ことを特徴とする。
上記方法に関しては、ＤＬＣ膜を成膜する基体により成膜条件が異なるが、島状のセグメント構造のＤＬＣ膜にするために、種々のマスク材が必要となる。マスク材が金属網で形成される場合、立体的な物体の必要な部分にこの金網からなるマスク材を確実に押し付けて装着することが困難であった。本発明においてはこのマスク材を、充分に柔らかい素材を使用することで、立体的な物体の望ましい部分にセグメント構造のＤＬＣ膜を成膜することを可能にする。このためにマスク材の素材は、導電性の高分子材料からなる網及び紐、または複数の開口部を備えた布を使用する。ＤＬＣ膜を成膜する基体（２）が高分子材料である場合、導電性高分子材料で網、紐、または複数の開口部を有する布で所定の島状のセグメント構造ができるように、基体（２）をマスクする。
また、この基体が金属製である場合、上記導電性の高分子材料を使用する以外に、さらに、マスク材として金属網、金属穴あき板、金属ワイヤー、金属コイルバネ状の締付け材等を使用することができる。マスク材となるこれらの締付け材料は、必要部分に所定のセグメント構造のＤＬＣ膜を成膜できるように、開口部を備える材料を使用する。
金属からなる基体（２）の温度が５０℃以上となる条件下では、マスク材として形状記憶合金を使用して、マスク材となるこの合金の形状記憶力を利用して、基体（２）にマスク材を押し付ける効果をもたせることができる。この形状記憶合金としては、チタン−ニッケル系を使用するが、その他の合金でも形状記憶であれば使用可能である。また、この形状記憶合金の初期形状は、網状、板状、棒状、ワイヤー状、コイルバネ状等の形状でよくて、セグメント構造のＤＬＣ膜を成膜するための開口部を形成できるものであればよい。
マスク材すなわち開口部作成材料を基体（２）に固定する部分には、完全な形状の島状セグメント構造のＤＬＣ膜を成膜することができない不完全部分が形成される場合がある。この場合は、成膜されたＤＬＣ膜を全体から見て島状構造の必要性の低い部分に、この不完全部分を設定することが可能であり、セグメント構造のＤＬＣ膜の効果を低下させることはない。
発明の効果
本願発明のプラズマ化学真空蒸着法を用いたダイヤモンド状炭素膜成膜装置は、特に、導電性のマスク材で包囲した基体上に、ダイヤモンド状炭素膜を成膜することができる。成膜後に基体上のマスク材を除去した基体上の本発明のダイヤモンド状炭素膜は、多数の島状の形態として基体上に成膜される。このような本発明の多数の島状の形態のダイヤモンド状炭素膜からなる基体は、摺動及び回転する製品に装着して製品と共に基体自体が変形しても、この島状の被膜がその基体変形に十分追従することができるので、この被膜に割れ及び剥離等が発生しにくい。
また、本発明の装置で形成されたダイヤモンド状炭素膜を成膜した基体は、島状に成膜された被膜の島と島の間に形成された溝に潤滑剤を存在させることができるので、成膜された基体を摺動または回転する部材として使用された場合、この基体と摺動または回転する部材との間の潤滑性を向上させることができる。さらに、島状の形状の間に形成された溝は、摩擦によって生じた摺動部材からの剥離部をこの溝内に捕獲することができるので、剥離による摩擦係数の上昇、キズの発生及び発熱等の影響を大幅に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明のチャンバー、排気系（ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ、真空計、リークバルブ等）、ガス導入系（各種導入ガスの導入バルブ）及び電源系（主電源、基体加熱電源、微細粒子捕獲フィルタ電源、余剰電子収集電源等）を備えた装置の概要を示す。
図２（Ａ）は、本発明のチャンバー内に設置される基体とマスク材からなる部材（４）を加熱する加熱ヒータの配置概略を示す。
図２（Ｂ）は本発明のチャンバー内に設置される基体とマスク材からなる部材（４）を通電加熱する機構概略を示す。
図３は、成膜前の種々の形状の基体（２）（図３のＡ）、マスク材（３）で包囲した部材（４）（図３のＢ）、当該マスク材を除去したＤＬＣ膜を成膜した基体（２）（図３のＣ）を示す。
図４は、本装置のチャンバー内の微粒子がＤＬＣ膜中へ混入するのを防止するために、微細粒子捕獲フィルタ電源に接続される微細粒子捕獲フィルタを示す。
図５ａは、本装置の操作手順等の基礎プログラムを準備するフローチャートを示す。
図５ｂは、本装置の操作手順等の基礎プログラムを準備するフローチャートを示す。
図５ｃは、本装置の操作手順等の基礎プログラムを準備するフローチャートを示す。
図５ｄは、本装置の操作手順等の基礎プログラムを準備するフローチャートを示す。
図５ｅは、本装置の操作手順等の基礎プログラムを準備するフローチャートを示す。
図５ｆは、本装置の操作手順等の基礎プログラムを準備するフローチャートを示す。
図５ｇは、本装置の操作手順等の基礎プログラムを準備するフローチャートを示す。
図５ｈは、本装置の操作手順等の基礎プログラムを準備するフローチャートを示す。
【符号の説明】
【０００５】
１‥ダイヤモンド状炭素膜成膜装置
２‥（被成膜）基体
３‥マスク材
４‥基体とマスク材からなる部材
５‥チャンバー
６‥直流単パルス電源
７‥高周波電源
８‥加熱ヒータ
９‥クライオソープションポンプ
１０‥排気系
１１‥ロータリーポンプ
１２‥ターボ分子ポンプ
１３‥真空計
１４‥リークバルブ１４
１５‥ガス導入系１５
１６‥主電源
１７‥基体加熱電源
１８‥微細粒子捕獲フィルタ電源
１９‥余剰電子収集電源
２０‥電源系
２１‥ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内の第２の電極
２２‥ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内の微細粒子捕獲フィルタ
２３‥光学式モニター設置用フランジ
２４‥光学式モニター
２５‥直流単パルス電源又は高周波電源のいずれかを選択するスイッチ
２６‥重畳用直流電源
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
【実施例】
【０００７】
本装置は、真空ポンプのチャンバー側に設置したバルブを開閉することによって前処理プロセスと成膜プロセスとからなる成膜プロセス中において圧力を、０．０３Ｐａ〜１００Ｐａの範囲で±５％の精度で一定に保つ機構を有する。また、本装置は、成膜プロセス中に圧力を変化させる制御機構も有する。この制御機構は、設定初期圧力値が前処理プロセス、成膜プロセス毎に予めプログラムに組み込まれている。
本装置は、チャンバー内の微粒子がＤＬＣ膜中へ混入するのを防止するために、微細粒子捕獲フィルタ電源（図１の１８）に接続される微細粒子捕獲フィルタ（図４に種々の形状を示す）を具備できる。これらの微細粒子捕獲フィルタは、ＤＬＣ膜を成膜する電源とは独立した直流電源を具備する。また、これらの微細粒子捕獲フィルタは、図４の（１）に図示するように、メッシュ状または開口部状を備える一枚の平板方式からなる陰極（−）を、２つの陽極（＋）で挟む形で配した電極構造とすることができる。この電極構造は、２つの電極の両平板間の距離をプラズマのシース長未満に設定することによって、正に帯電した微粒子を陰極上に捕集する機構を有している。例えば、パルスプラズマによるＤＬＣ膜の成膜時はアセチレン原料で圧力５Ｐａ程度であって、シース長はプリシースを含めて約５ｍｍなので、微細粒子捕獲フィルタの電極間距離は３ｍｍとして１００〜７０００Ｖ望ましくは２００〜１０００Ｖの直流電圧を電極間に印加する。陰極材料は、導電材料であることが必要でタングステンまたはステンレスの金属材料か、金属材料以外では黒鉛製の材料が望ましい。さらに、陽極材料は、金属であって主にステンレスが用いられる。望ましくは、陽極材料の表面が金属チタンでコーティングされているか、板状のチタンからなる構造の陽極で酸素のゲッタ効果を有するものが望ましい。
また、本発明においては、図４の（２）〜（４）に示すように、微細粒子捕獲フィルタの陰極及び陽極の形状は、チャンバーの形状及び成膜される基体の位置にしたがって、一枚の陰極と陽極の形状（図４の２）、陰極を穴あき板状にした形状（図４の３）、及び両極を湾曲した形状に（図４の４）することもできる。
さらに、本装置は、成膜中に発生する余剰電子によってチャンバー凹部や突起部に生ずるおそれのある異常放電を防止することを目的として、余剰電子収集電源（図１の１９）に接続される補助陽極を設置することができる。余剰電子収集用の陽極としての補助陽極はチャンバー下部に設置され、一例として、チャンバーの底面積の約１６分の１程度の底面積で厚さ約２ｍｍのステンレス製円板または水冷された銅製円板とすることができる。この陽極の底面と側面は、アースバーにより覆われた構造にすることが望ましい。また、この補助陽極は、負荷する直流電圧を＋５Ｖ〜＋５００Ｖの範囲内で変化させる機構を有することが望ましい。
本装置は、フローチャート中に示したように，制御中に余剰電子収集サブルーチンを設けて異常放電を抑制する。具体的には，光学式モニター設置用フランジ（図１の（２３））に設置した光学式モニター（図１の（２４））で放電が確認されなくなるまで，余剰電子収集電極（図１の（２１））に余剰電子収集電源（図１の（１９））により０Ｖから５００Ｖの直流正電圧を３Ｖ／分で上昇させながら印加する。異常放電消失時の電圧に＋５Ｖした電圧値を余剰電子収集電極に印加する電圧の設定値として、合成終了時まで一定に保持する。５００Ｖで消失しない場合には現状維持で電子過剰アラームを表示する。なお、この際も合成プロセスは続行する。ここで用いる光学式モニターは、可視光センサとその制御系であって、可視光強度が閾値を越えるとフランジ中で余剰電子が多くプラズマが発生していると容易に判断出来る。閾値の値は自由に設定可能であり、いったん目視による観察と閾値を合致させることで、次回からは自動で運転できる。この余剰電子収集方法によって、通常のＤＬＣ合成条件では約９０Ｖの電圧でフランジ（図１の（２３））内の異常放電を消失させることが可能であった。
本装置は、マスフローコントローラによって所定のガスをチャンバー内に供給するガス導入系（図１の１５）を有する。本装置のガス導入系は、例えば、基体が鉄鋼材料基体の場合には、マスフローコントローラにＡｒ、水素、酸素、窒素、ＣＦ４、テトラメチルシラン及びアセチレンを１〜５００ｃｃ／分の流量で供給することができる。
本装置は、前処理プロセスと成膜プロセスとからなる成膜プロセス中の放電パルス電圧、放電パルス電流、または放電高周波電圧、放電高周波電流、及び放電自己バイアス値を常にモニターする出力監視機構を具備しており、これらの放電電圧及び放電電流を±５％以内で一定に保つ制御機構を有する。本装置の電源の制御は、集中制御盤の自動制御及び手動設定の両方でデジタル信号により行うことができるようになっている。本装置の電源の出力制御パラメータは、電源電圧設定値、電源電流設定値、チャンバー内の圧力、及び余剰電子収集用の陽極電圧であって、これら４パラメータを最適に変化させることで基体に印加される放電電流及び放電電圧を一定に保つ機能を有する。また、放電電流及び放電電圧のモニターでは判別できない例外的な異常を検知するため、観察用窓及び光学式モニター設置用フランジ、ラングミュアプローブ設置用のフランジが具備されている。
本装置において、上述の出力制御パラメータである電源電圧設定値、電源電流設定値、チャンバー内の圧力、及び余剰電子収集用の陽極電圧には各々上限値を設定し、これらの上限値を一定時間越えた場合には自動的に警報を出すとともに、放電を停止する機構を有する。例えば、上述の一定時間とは約１０秒間であって、これらの上限値は、設定値の＋３０％すなわち３０ｋＷの電源の場合、３９ｋＷである。成膜用の直流パルス電源は、１０秒間は設定上限値の＋３０％の出力を維持できる性能を具備しているものである。
また、本装置において設定値を越えた成膜出力が、設定の＋３０％未満の出力の状態に有る場合、設定値に放電状態を近づける制御を周期的に行う。例えば、１分に１回望ましくは５秒に１回、電源の放電電圧設定値を初期設定値に向けて減少させる事を試みる制御を行う。または、上述と同様の周期で、チャンバー内の圧力を初期設定値に向けて増減させることを試みる制御を行う。これは、局部的な異常放電の生じた場合に異常放電を消失させることに効果がある。
本装置は、装置の集中制御部にある記憶装置部分へ通信機構を通じて装置外部からインターネットまたはＵＳＢメモリ等の記憶素子を介して成膜プログラムを送信する事が可能であって、対話方式と異なり成膜中の状態を監視するのと同時に次の成膜への準備が出来る。さらに、遠隔操作も可能である特徴を有する。
本装置には高分子の基体上及び金属の基体上に１０ＧＰａ以上のナノインデンテーション硬さを有するＤＬＣ膜を成膜するための基礎プログラムが具備されており、本装置の操作手順等の基礎プログラムを準備するフローチャートを図５ａ〜図５ｈに示す。例えば、図５ａ〜図５ｈに示すように、ナイロンの基体の場合には適切な放電条件でＡｒスパッタエッチング及びＤＬＣ成膜を行うようになっている。スパッタエッチング及びＤＬＣ成膜時の出力は前述したように電源電圧、電源電流、チャンバー圧力及び余剰電子収集用の陽極電圧を変化させて放電電圧、放電電流が一定になるように制御する。また、ポリエチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ゴム、エポキシ、ポリアセタール（ＰＯＭ）、アクリルレジン（ＰＭＭＡ）、テフロン（登録商標）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、繊維強化ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、繊維強化ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、繊維強化エポキシ、鉄鋼材料、アルミ合金、マグネシウム、超硬合金についてＤＬＣ成膜の基礎プログラムが準備されている。
また、本装置においては、１バッチ毎にチャンバー内を清掃するための清掃プログラム（清掃プロセス）も具備されている。清掃条件は、直前に行った成膜時の基体によって異なり、基体を選定することによって、チャンバー内を自動的に清掃が行えるようになっている。本発明の清掃時のガスは、酸素、水素、水及びＣＦ４を用いて、清掃時にチャンバー内の圧力を０．０３Ｐａ〜５０Ｐａの間で変化させることによりチャンバー内の各部のクリーニングを行うことが出来る。クリーニングの完了を正確に把握する必要のある場合には、チャンバー内に質量分析装置を設置して導入気体以外の元素が殆ど排出されない状態までクリーニングする。
さらに、本装置は、ＤＬＣ膜の膜厚を正確に把握する必要のある場合に膜厚干渉型の光学式膜厚モニターを付加することが出来る。このモニターを稼働させた場合、膜厚が設定値になった時点で放電を自動的に停止させる。
本装置は、上述したチャンバー系、真空系、ガス導入系、電源系の統合制御と基礎プログラムによって、高分子材料の基体上及び金属材料の基体上にＤＬＣ成膜を自動的に行うことができる。例えば、本装置のチャンバーに装着されたドアを閉めた後に、装置の運転開始の指令を集中制御装置に、手動またはリモートコントロール、またはインターネット経由の信号などの操作により入力することによって、排気開始から基体の温度上昇、チャンバー内へのアルゴン導入、アルゴンスパッタ、基体温度測定、窒素ガス導入による窒化処理、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）導入による中間層作製、アセチレン導入によるＤＬＣ成膜、アセチレンガスストップ、窒素ガスパージ、温度測定等を自動で行い、終了を操作パネル上の表示、音及び専用信号回線さらにはインターネット経由の信号などで報知する。中間層とＤＬＣ膜の成膜にあっては、例えば［中間層１０ｎｍ厚さ→ＤＬＣ膜１００ｎｍ］のプロセスを１０回繰り返したり、［中間層２０ｎｍ→硬さ１０ＧＰａのＤＬＣ膜５００ｎｍ］を直流単パルスで成膜→硬さ２０ＧＰａのＤＬＣ膜５００ｎｍを高周波プラズマＣＶＤで成膜といった多層処理である。成膜後、作業者が本装置のチャンバーに装着されたドアを開けて部材（４）を取り出し、その後、前述したクリーニングプロセスを開始させる。本装置は、以上の各々ステップごとに圧力、ガスの種類と流量、放電電圧、放電電流、基体温度の初期値等が設定され、電源設定電圧、電源設定電流、圧力、基体加熱ヒータ出力、微細粒子フィルタ電源出力、余剰電子収集電源出力が自動的に統合制御されることが特徴である。各ステップの時間はプログラムにより設定されるが、膜厚計を稼働させる場合には中間層厚さ、ＤＬＣ層厚さをプログラム中の時間制御を膜厚制御に変更して制御できる。なお、中間層は既知の方法であるスパッタ法によって、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）などのターゲットから作製してもよい。このとき、スパッタ膜厚は０．１〜１００ｎｍである。
本装置は、上述するような圧力、ガスの種類と流量、放電電圧、放電電流、基体温度の初期値等が設定され、且つ、電源電圧、電源電流、圧力、余剰電子収集用の陽極電圧をパラメータとして統合制御機構することで放電電圧、放電電流を一定に保つことができる。また、本装置は、温度を基体加熱ヒータにより基体の温度を一定に保つ機構を有しているので、従来の電源設定電圧、電源設定電流、基体加熱ヒータ出力のみの制御方法と異なり、中間層からＤＬＣ層への組成を徐々に変化させることも容易に行える。またＤＬＣ成膜中に炭化水素以外のガスを周期的に供給することでＤＬＣ層と炭素と水素以外の元素を含む層の周期構造からなる多層膜を容易に成膜できる特徴を有する。
【図１】
2009102070.tif 000003
【図２（Ａ）】
2009102070.tif 000004
【図２（Ｂ）】
2009102070.tif 000005
【図３】
2009102070.tif 000006
【図４】
2009102070.tif 000007
【図５ａ】
2009102070.tif 000008
【図５ｂ】
2009102070.tif 000009
【図５ｃ】
2009102070.tif 000010
【図５ｄ】
2009102070.tif 000011
【図５ｅ】
2009102070.tif 000012
【図５ｆ】
2009102070.tif 000013
【図５ｇ】
2009102070.tif 000014
【図５ｈ】
2009102070.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月10日(2009.7.10)
【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】
プラズマ化学真空蒸着法を用いたダイヤモンド状炭素膜成膜装置（１）であって、
基体（２）を導電性のマスク材（３）で包囲した部材（４）に接続した電源の陰極電極と、
ダイヤモンド状炭素膜成膜装置（１）のチャンバー（５）の壁に接続された陽極電極と、
前記部材（４）に、電圧を印加する直流単パルス電源（６）及び、又は高周波電源（７）と、
を備え、
前記陰極電極と前記陽極電極間に前記直流単パルス電源（６）により負の単パルス電圧を、又は前記高周波電源（７）の高周波電圧を印加して、前記マスク材（３）で包囲した前記基体（２）上にセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜すること、
を特徴とするプラズマ化学真空蒸着法を用いたダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項２】
前記直流単パルス電源（６）に直列に接続した重畳用直流電源（２６）により、前記陰極電極と前記陽極電極間に負の単パルス電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項３】
前記マスク材（３）が、網状または複数の開口部を有する板状、の成形体の形状である導電性の高分子材料であることを特徴とする請求項１または２に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項４】
前記基体が、高分子材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項５】
前記高周波電源（７）の周波数が、１３．５６ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項６】
前記基体（２）を１００℃〜７２０℃の温度範囲で加熱可能であり、基体加熱電源（１７）に接続された加熱ヒータ（８）、又は通電加熱機構を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項７】
前記直流単パルス電源（６）の電圧を−２ｋＶ〜−２０ｋＶの範囲にすることにより、または、前記高周波電源（７）の出力が４０Ｗ〜１０ｋＷの範囲にすることにより、前記ダイヤモンド状炭素膜の成膜時の前記基体の温度を２００℃未満にする、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項８】
前記ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内に微細粒子捕獲フィルタ（２２）を設け、且つ前記微細粒子捕集フィルタは第３の直流電源に接続され、陰極・陽極間に１００〜７０００Ｖの電圧を印加して、静電気により不純物となる微細粒子を捕獲する、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項９】
前記ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内に第２の陽極電極（２１）を設け、且つ前記第２の陽極電極に＋５Ｖ〜＋５００Ｖの直流電圧を印加して、前記第２の陽極電極が前記ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内の余剰電子を収集する、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項１０】
ダイヤモンド状炭素膜の成膜開始後に、基体温度測定機構・チャンバー給電部に設置されたオシロスコープ等の給電状況測定機構・チャンバー内部の圧力測定機構などの情報をフィードバック・計算処理することにより直流単パルスの電源電圧と電源電流、高周波電源の電源電圧と電源電流、成膜用原料ガスの種類と供給量、ダイヤモンド状炭素膜成膜装置内の圧力、余剰電子を捕獲する第２の陽極電極への電源電圧と電源電流、及び加熱ヒータまたは通電加熱機構の出力を自動制御するソフトウエア及びソフトウエアの作動機構を設けた、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１に記載のダイヤモンド状炭素膜成膜装置を用いてダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法であって、
前記部材（４）に接続された陰極電極と前記チャンバー（５）の壁に接続された陽極電極間に、前記直流単パルス電源（６）または前記高周波電源（７）の電圧を印加して、前記マスク材（３）で包囲した前記基体（２）上にセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜する、
ことを特徴とするダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法。
【請求項１２】
網状または複数の開口部を有する導電性のマスク材（３）で包囲した前記基体（２）からなる部材（４）が５０℃以上の温度になる場合、Ｔｉ−Ｎｉ等の形状記憶合金からなる網状または複数の開口部を有する前記マスク材を用いて、前記基体上にセグメント構造のダイヤモンド状炭素膜を成膜する、
ことを特徴とする請求項１１に記載のダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法。
【国際調査報告】
2009102070.tif 000016
2009102070.tif 000017
2009102070.tif 000018
2009102070.tif 000019