(57)【要約】【課題】スパッタリングによりカーボン薄膜を成膜する方法において、異常放電を防止し、良質な膜を効率良く成膜できるようにする。【解決手段】チャンバ１内の一方に基板２が配置され、他方にはマグネトロンカソード３Ａ，３Ｂが配置されている。このマグネトロンカソード３Ａ，３Ｂ上にそれぞれカーボンターゲット４がボンディングされて配置されている。マグネトロンカソード３Ａ，３Ｂは、冷却水流路、磁石、ターゲット取付プレート等を備えている。カソード３Ａ，３Ｂに交流電源５を接続し、カソード３Ａ，３Ｂに交互に負電圧を印加することにより２個のターゲット４，４を交互にスパッタする。又は、カソード３Ａ，３Ｂにそれぞれ独立したパルス電源６Ａ，６Ｂが接続され、各ターゲット４，４に独立してパルス電圧を印加する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードに設けられたカーボンターゲットをスパッタリングすることにより基板上にカーボン薄膜を成膜する方法において、複数のカソードを配置し、各カソードに間欠的に電圧を印加して成膜することを特徴とするカーボン薄膜の成膜方法。
【請求項２】
請求項１において、デュアルカソードスパッタ装置により成膜を行うことを特徴とするカーボン薄膜の成膜方法。
【請求項３】
請求項２において、両カソードに交互に電圧を印加することを特徴とするカーボン薄膜の成膜方法。
【請求項４】
請求項１又は２において、各カソードにパルス状に電圧を印加することを特徴とするカーボン薄膜の成膜方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、基板が低耐熱性基板であることを特徴とするカーボン薄膜の成膜方法。
【請求項６】
請求項５において、基板がプラスチックフィルムであることを特徴とするカーボン薄膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボン薄膜の成膜方法に係り、特にスパッタリングによるカーボン薄膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボン薄膜は、硬質膜、触媒膜などの応用用途が多い。従来、工学的規模でカーボン薄膜を成膜する場合、熱フィラメントを用いた化学気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマＣＶＤ法、あるいはマイクロ波プラズマを利用したＣＶＤ法等が採用されている。このＣＶＤ法では、いずれも、メタン（ＣＨ４）等の炭化水素ガスと水素ガスとの混合ガスを原料として用い、メタンガス等を分解することによってカーボン薄膜を形成する。この方法では、原料が炭化水素系のガスに限られるため、電子素子等へ応用する場合に不可欠とする不純物ドーピングが特定の元素に限られてしまうことや、メタン等のガスを原料とすることから工業的に応用する場合には、大規模な排気ガスの再処理工程を必要とし、必ずしも技術的、経済的に優れた製造方法とは言えないという問題があった。
【０００３】
カーボン薄膜を均一にコーティングする方法としてスパッタリングによる成膜方法がハード磁気ディスクの保護コート形成方法等に採用されている（例えば特開平７−２５８８４０号公報）。
【０００４】
スパッタリングによりカーボン薄膜を成膜するには、真空ポンプにより真空排気されたチャンバ内に、基板と、カソード上に取り付けたカーボンの板状のターゲットとを対向させて設け、該カソードに電力を投入して室壁などの適当なアノードとの間でプラズマ放電を発生させ、該プラズマ中で生成するイオンを該ターゲットに入射させてこれをスパッタし、該基板にカーボンの薄膜を付着生成させる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２５８８４０号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスパッタリングによるカーボン薄膜の成膜方法では、長時間スパッタリングを続けていると、ターゲットの表面にノジュール（ブリスタ）が発生し、そのために異常放電が生じ、カーボン薄膜にピンホールが生じたり、成膜速度が低下するなどの弊害をもたらすことがあった。
【０００７】
本発明は、スパッタリングによりカーボン薄膜を成膜する方法において、異常放電を防止し、良質な膜を効率良く成膜できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のカーボン薄膜の成膜方法は、カソードに設けられたカーボンターゲットをスパッタリングすることにより基板上にカーボン薄膜を成膜する方法において、複数のカソードを配置し、各カソードに間欠的に電圧を印加して成膜することを特徴とするものである。
【０００９】
かかる本発明のカーボン薄膜の成膜方法によると、スパッタリング時の放電が安定し、良質な薄膜を効率良く成膜することが可能となる。
【００１０】
このスパッタリングを行うには、デュアルカソードスパッタ装置、特にデュアルマグネトロンスパッタ装置を用いるのが好適である。
【００１１】
カソードに印加する電圧はパルス状電圧であってもよい。このパルス幅を調整することにより成膜速度を制御することができる。
【００１２】
本発明によると、基板を加熱することなく成膜が可能であるため、プラスチックフィルムなどの低耐熱性基板上にカーボン薄膜を成膜することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について説明する。図１（ａ）、（ｂ）は実施の形態に係るカーボン薄膜の成膜方法を行うためのスパッタリング装置の概略図である。
【００１４】
真空ポンプ（図示略）によって真空排気されるチャンバ１内の一方（図では上方）に基板２が配置され、他方にはマグネトロンカソード３Ａ，３Ｂが配置されている。このマグネトロンカソード３Ａ，３Ｂ上にそれぞれカーボンターゲット４がボンディングされて設置されている。マグネトロンカソード３Ａ，３Ｂは、冷却水流路、磁石、ターゲット取付プレート等を備えている。
【００１５】
チャンバ１内にアルゴン等の希ガスを微量導入した状態にてカソード３Ａ，３Ｂに負電圧を印加してアース電位の室壁との間で放電させるとプラズマＰが発生し、このプラズマＰ中で発生したイオンがターゲット４に入射してこれをスパッタし、スパッタされたカーボン粒子が基板２の表面に付着して薄膜が形成される。
【００１６】
図１（ａ）では、カソード３Ａ，３Ｂに交流電源５を接続し、カソード３Ａ，３Ｂに交互に負電圧を印加することにより２個のターゲット４，４を交互にスパッタする。
【００１７】
図１（ｂ）では、各カソード３Ａ，３Ｂにそれぞれ独立したパルス電源６Ａ，６Ｂが接続され、各カソード３Ａ，３Ｂに独立してパルス電圧を印加可能としている。
【００１８】
種々の実験の結果、上記のように各ターゲットを間欠的にスパッタすることにより、異常放電が殆ど又は全く発生しないようになり、ピンホールが極めて少ないか又は全く無いカーボン薄膜が成膜されることが見出された。
【００１９】
また、ターゲットを複数用いているので、成膜速度を大きくすることができると共に、膜成長速度が均一化され、カーボン薄膜の均質性が向上することが見出された。
【００２０】
このスパッタリング法にあっては、基板２は加熱することなく均一な薄膜を成膜することができる。このため、耐熱性の低いプラスチックフィルム等の基板の上にも成膜を行うことができる。
【００２１】
なお、チャンバ１内の初期排圧は５×１０−４Ｐａ以下が好ましく、ここにアルゴン、ヘリウム、クリプトン等の希ガスをチャンバ１内が０．１〜２Ｐａ程度の圧力となるように導入して成膜を開始するのが好ましい。
【００２２】
図１（ａ）では、交流電源５の周波数は２０〜１００ｋＨｚ程度が好ましい。
【００２３】
図１（ｂ）では、パルス幅や周波数を制御することにより成膜速度を制御することができる。なお、この周波数は２０〜４００ｋＨｚ程度が好ましい。
【００２４】
【実施例】
［実施例１］
スパッタ装置として、図１（ａ）のスパッタ装置を用いた。ターゲットは、ガラス状カーボンで構成されたものを用いた。
【００２５】
チャンバ内が４×１０−４Ｐａまで排気され、０．５Ｐａのガス圧となるようにＡｒガスが導入された。カーボン薄膜が形成される基板は、厚さ１８８μｍのＰＥＴフィルムである。交流電源５から電力４ｋＷ、周波数５０ｋＨｚの交流電圧を各カソード３Ａ，３Ｂに印加し、厚さ０．５μｍのカーボン薄膜を成膜した。
【００２６】
［実施例２］
図１（ｂ）のスパッタ装置を用い、投入電力を６ｋＷ、周波数を８０ｋＨｚとしたこと以外は同様にして成膜を行い、同厚さのカーボン薄膜を成膜した。
【００２７】
［比較例１］
図１（ａ）において交流電源５を取り外し、各カソード３Ａ，３ＢにＤＣにて４ｋＷを印加したこと以外は同様にして成膜を行い、同厚さのカーボン薄膜を成膜した。
【００２８】
このようにして成膜した各カーボン薄膜付きＰＥＴフィルムについてＭＯＣＯＮ社製透湿度測定装置ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ３／３１を用いて４０℃、９０ＲＨの条件下で透湿度を測定したところ、実施例１では０．１２ｇ／ｍ２・ｄａｙ、実施例２では０．１５ｇ／ｍ２・ｄａｙ、比較例１では３．０ｇ／ｍ２・ｄａｙであった。
【００２９】
［実施例３］
実施例１と同様に、図１（ａ）のスパッタ装置を用いて、一方の面にハードコート層が形成され、他方の面にＩＴＯ薄膜が形成されたＰＥＴフィルムのＩＴＯ薄膜上に、厚さ５ｎｍのカーボン薄膜を成膜した。
【００３０】
このフィルムをドットスペーサー付きＩＴＯガラス上にＩＴＯ面を合わせるように張り合せ、ハードコート面側から５００ｇの荷重をかけたポリアセタールペンで摺動試験を行った。移動距離は５０ｍｍ、周期５０Ｈｚ、摺動回数２万回ごとに摺動部の観察（外観性評価）を行って、耐久評価を行い、結果を表１に示した。尚、摺動耐久試験回数は２０万回迄とし、摺動面に異常なき場合は摺動耐久回数２０万回以上と表記した。
【００３１】
［実施例４］
実施例２と同様に、図１（ｂ）のスパッタ装置を用いて、実施例３で用いたと同様の、一方の面にハードコート層が形成され、他方の面にＩＴＯ薄膜が形成されたＰＥＴフィルムのＩＴＯ薄膜上に、厚さ５ｎｍのカーボン薄膜を成膜し、同様の摺動評価を行い、結果を表１に示した。
【００３２】
［比較例２］
成膜条件を比較例１と同様の条件として、実施例３で用いたと同様の、一方の面にハードコート層が形成され、他方の面にＩＴＯ薄膜が形成されたＰＥＴフィルムのＩＴＯ薄膜上に、厚さ５ｎｍのカーボン薄膜を成膜し、同様の摺動評価を行い、結果を表１に示した。
【００３３】
【表１】
2004143535.tif 000003
【００３４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、ピンホールの形成が抑制されたカーボン薄膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るカーボン薄膜の成膜方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１　チャンバ
２　基板
３Ａ，３Ｂ　カソード
４　ターゲット
５　交流電源
６Ａ，６Ｂ　パルス電源
【図１】
2004143535.tif 000004