(57)【要約】【課題】基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法によって膜を製造するのに際して、膜厚が局所的に大きくなるように制御する。【解決手段】基材４の成膜面４ａにプラズマＣＶＤ法によって膜６を製造する。基材４の成膜面４ａ上に局所的に磁界Ａを発生させることによって、膜６の厚さの最大値の最小値に対する比率を２倍以上とする。好ましくは基材４の背面４ｂ側に磁石５を局所的に設置する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法によって膜を製造する方法であって、
前記基材の前記成膜面上に局所的に磁界を発生させることによって、前記膜の厚さの最大値の最小値に対する比率を２倍以上とすることを特徴とする、膜の製造方法。
【請求項２】
原料ガスをプラズマ化するための供給電源として、直流電源、パルス電源または高周波電源のいずれかを使用することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
原料ガスとして炭化水素ガスを用い、前記膜としてダイヤモンドライクカーボン膜を製造することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記基材の背面側に磁界発生源を配置することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
複数の前記磁界発生源を前記基材の前記背面側に、碁盤目状、列状、または同心円状に配置することを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法によって膜を製造する装置であって、
前記プラズマＣＶＤ法を実施するためのチャンバ、
原料ガスをプラズマ化するための供給電源、および
前記成膜面上に局所的に磁界を発生させるための磁界発生源を備えており、
前記膜の厚さの最大値の最小値に対する比率を２倍以上とすることを特徴とする、膜の製造装置。
【請求項７】
前記供給電源が、直流電源、パルス電源または高周波電源のいずれかを含むことを特徴とする、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記原料ガスとして炭化水素ガスを用い、前記膜としてダイヤモンドライクカーボン膜を製造することを特徴とする、請求項６または７記載の装置。
【請求項９】
前記基材の背面側に磁界発生源が配置されていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項１０】
複数の前記磁界発生源が前記基材の前記背面側に、碁盤目状、列状、または同心円状に配置されていることを特徴とする、請求項９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、膜の製造方法および製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】所定の基材上に硬質膜、例えばダイヤモンド膜やダイヤモンド状炭素膜を形成し、前記所定の基材に対して耐摩耗性を付与することが行われている。
【０００３】例えば、蒸着磁気テープの保護膜として、耐摩耗・摩擦特性に優れたＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を極めて速い速度で形成することが開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】
特開平９−２５９４３１号公報
【０００４】また、プラスチック容器内壁面へとダイヤモンド状炭素を形成する手段として、磁場を用いることで成膜速度を大きくし、緻密な膜の生成を行うことが開示されている（特許文献２）
【特許文献２】
特開平１１−２５６３３１号公報
【０００５】また、管状部材の長手方向と垂直な方向において磁場を加え、管状部材内に成膜を行うことが開示されている（特許文献３）。
【特許文献３】
特開２００２−３３９０７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、例えば金型の表面に耐摩耗性のＤＬＣ膜を成膜するのに際して、金型の段差部においてＤＬＣ膜の膜厚を局所的に大きくしたり、あるいは金型の摩耗の多い箇所において耐摩耗性膜の膜厚を局所的に大きくすることを試みた。これによって金型の寿命を長くすることができる。しかし、従来方法は、いずれも基材表面に均一膜厚の膜を成膜するものであり、膜厚を局所的に大きくする技術は検討されてきていない。
【０００７】本発明の課題は、基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法によって膜を製造するのに際して、膜厚を局所的に大きくする方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法によって膜を製造する方法であって、
基材の背面側に磁界発生源を配置して成膜面上に局所的に磁界を発生させることによって、膜の厚さの最大値の最小値に対する比率を２倍以上とすることを特徴とする。
【０００９】また、本発明は、基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法によって膜を製造する装置であって、
プラズマＣＶＤ法を実施するためのチャンバ、
原料ガスをプラズマ化するための供給電源、および
成膜面上に局所的に磁界を発生させるための磁界発生源を備えており、
膜の厚さの最大値の最小値に対する比率を２倍以上とすることを特徴とする。
【００１０】本発明者は、プラズマＣＶＤ法によって基材上に成膜するのに際して、成膜面上に局所的に磁界を発生させるための磁界発生源を配置し、成膜面上に局所的に磁界を発生させることによって、磁界発生領域では膜厚を大きくし、それ以外の領域では膜厚を小さくできることを見いだし、本発明に到達した。この結果、プラズマＣＶＤ法によって、膜厚の大きい部分を局所的に成膜する手法を初めて提供することに成功した。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の薄膜作製装置の一例を示す模式図である。図１に示す薄膜作製装置は成膜用の真空チャンバ１を備えている。チャンバ１には、原料ガスの導入孔２、排気孔８が設けられており、チャンバ１内空間３において原料ガスをプラズマ化して成膜を行う。チャンバ１には、更に圧力計及び窓が設けられており、チャンバ１内の真空度及びプラズマ反応ガスの状態を常時モニターできるようになっている。
【００１２】チャンバ１内には基材４を設置する。基材４の成膜面４ａをプラズマ生成空間３側に向け、背面４ｂ側に磁場発生手段５を設置する。本例においては、磁場発生手段５は、リング状の反対極性の磁石５ａと５ｂとからなる。成膜面上においては、磁石５ａと５ｂとの間で、成膜面に略平行な方向へと磁界Ａが加わる。
【００１３】成膜プロセスについて更に述べる。最初に、チャンバ１内をポンプによって所定の真空度まで排気した後、ガス導入孔２より所定の原料ガスをチャンバ１内に供給する。そして、ポンプによる排気と相伴って、チャンバ１内を所定の真空度に保持する。なお、真空度は前記圧力計によってモニターする。
【００１４】次いで、供給電源７によって所定の電圧を印加することによって、原料ガスを励起して、空間３内でプラズマ反応ガスを生成する。磁場発生手段５によって基材４上に局所的に磁場を生成させる。この磁場は、矢印Ａのように、主として５ａと５ｂの間で、基材成膜面４ａと略平行方向に向かって延びている。
【００１５】この結果、基材４の成膜面４ａ上には膜６が生成する。この膜６は、相対的に厚さの小さい部分６ｂと、厚さの大きい部分６ａとを有する。この結果、膜６の厚さの最大値の最小値に対する比率は２倍以上とできる。これは、成膜面４ａ上に局所的に磁場を生成させることによって、その領域内における膜成長のみを選択的に促進し、その他の領域における膜成長を抑制できることを意味している。磁石の設置位置と膜厚との関係の一例を図５に示す。
【００１６】基材の成膜面上に局所的に磁界を発生させるとは、成膜面上における磁界が高い領域を局所的に生成させることを意味する。このためには、基材の背面側に局所的に磁石を設置することが好ましいが、磁場生成方法は特に限定されない。磁石は、永久磁石であってよく、電磁石であってよい。
【００１７】また、基材の背面側に磁石を設置する実施形態においては、磁石の設置パターンや磁石の形状は特に限定されない。図２、図３、図４は各実施形態を示すものである。図２の例においては、基材４の背面側に、例えば直方体、立方体形状の磁石１０を碁盤目状に設置している。図３の例においては、基材４の背面側には、細長い長尺状の磁石１１を列状に設置している。各磁石１１は例えば角棒状である。図４の例においては、基材４の背面側に、リング状の磁石１２を複数個配置している。各磁石１２は略同心円状に配置することができる。
【００１８】本発明においては、膜の厚さの最大値の最小値に対する比率を２倍以上とする。これは１０倍以上とすることも可能である。また、膜の厚さの最小値がほぼゼロであってもよく、即ち膜が生成しない領域があっても差し支えない。
【００１９】膜の厚さの最大値は特に限定されないが、本発明の観点からは、１μｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることが更に好ましい。
膜の厚さは以下のようにして決定する。
即ち、接触式段差計による方法、光学的干渉計による方法、試料断面を光学顕微鏡・電子顕微鏡による観察する方法を用い、基材表面から膜表面までの厚みを測定することで決定する。
【００２０】本発明において製造される膜は、例えば以下の用途に使用できる。
（１）  基材上に膜を互いに分離してセグメント状に成膜することによって、膜と基材との間で発生する応力を緩和することができる。
（２）  金型の段差部において膜厚を大きくすることができる。
（３）  金型部材に膜を形成する際に、局所的に膜厚を大きくすることによって、金型の寿命を長くすることができる。
【００２１】膜の種類も特に限定されず、以下を例示できる。
例えば、アモルファスシリコン膜（ａ―Ｓｉ：Ｈ）や、ＢＣＮ、ＢＮ、ＣＮなどのアモルファス膜があげられる。
【００２２】好適な実施形態においては、薄膜がダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素である。
【００２３】炭素膜やダイヤモンド状炭素膜を生成させるためには、炭化水素ガスをプラズマにより分解し、膜を堆積させる。
【００２４】また、陰極に印加する電位は、マイクロ波を含む高周波電位、低周波電位、又は負の直流電圧のいずれであってもよい。また直流バイアス電圧を印加することもできる。
【００２５】原料となる炭化水素ガスとしては特に制限はなく、一般式：ＣｍＨｎ（ただし、ｍ及びｎは整数である。）で表される炭化水素ガスが使用できる。これらの原料炭化水素ガスとしては、好ましくは、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、エイコサンなどのような飽和炭化水素、もしくはエチレン、アセチレン、プロピレン、メチルアセチレンなどのような不飽和炭化水素、もしくはベンゼン、トルエン、ナフタレンなどのような芳香族炭化水素の単体ガス、又はそれらの混合ガスが使用され得る。
【００２６】また、上記原料ガスの導入と同時に、水素、窒素、酸素もしくはアルゴンガスの単体ガス又はそれらの混合ガスを導入してもよく、このガスの導入により、ＤＬＣ膜の膜質を変え、より硬くしたり、あるいは透光性を増したりすることが可能である。
【００２７】
【実施例】図１を参照しつつ説明した方法に従って、シリコンからなる直径１００ｍｍの基材４の成膜面上にＤＬＣ膜６を成膜した。ただし、磁石５としてはネオジム永久磁石を使用した。磁石５は、外径φ４０ｍｍ、磁力３０００Ｇ程度である。磁石５ａと５ｂとの間隔は５ｍｍとした。
【００２８】
アセチレンガスをチャンバ内に導入し、成膜圧力１Ｐａ、直流電圧−５００Ｖで成膜を実施した。この結果、磁石によって磁界が形成されている部位Ａにおける成膜速度は最大１０８０ｎｍ／ｍｉｎであり、磁石がない部位では３．３ｎｍ／ｍｉｎであった。更に、基材の径方向に計測したときの各磁石の相対位置と膜厚分布との関係を測定し、図５に示した。このように磁石５ａと５ｂとの間で厚い膜が得られることが分かる。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法によって膜を製造するのに際して、膜厚が局所的に大きくなるように制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜方法に利用できる装置を模式的に示す図である。
【図２】基材４の背面側に磁石１０を設置した状態を示す斜視図である。
【図３】基材４の背面側に磁石１１を設置した状態を示す斜視図である。
【図４】基材４の背面側に磁石１２を設置した状態を示す斜視図である。
【図５】磁石位置と膜厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】１  チャンバ        ２  原料ガス導入孔        ４  基材
４ａ  成膜面        ４ｂ  背面        ５、１０、１１、１２  磁石
６  膜        ７  供給電源          ８  排気孔        Ａ  磁界
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004339561.tif 000006
【図５】
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