(57)【要約】【課題】導電体でできた中空状の被処理物内部を均一にプラズマ処理すること。【解決手段】真空容器１２内に、導電体で形成された中空状の被処理物１１と、所望のイオンを含有する電極１４とを配し、所望のイオンを有する原料ガスを被処理物１１の中空内部で均一にプラズマ化し、被処理物１１に負の電圧を印加することにより、所望のイオンが被処理物１１の中空内部に均一に注入して成膜され、中空状の被処理物１１の内部を均一にプラズマ処理することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に導電体からなる中空状被処理物を配し、
前記真空容器内に所望のイオン発生用原料ガスを導入し、前記中空状被処理物の中空内部に同心円状に配した導電体からなる電極に高い周波数の電圧を印加し、前記中空状被処理物の中空内部にプラズマを生成する工程と、
前記中空状被処理物に負の電圧を印加する工程と
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
真空容器内に導電体からなる中空状被処理物を配し、かつ前記中空状被処理物の中空内部に同心円状に高い周波数の電圧を印加するための導電体からなる電極を配し、
前記真空容器内に第１の所望のイオン発生用原料ガスを導入し、前記電極に高い周波数の電圧を印加することにより前記中空状被処理物の中空内部にプラズマを生成し、前記中空状被処理物に負の電圧を印加する前工程と、
前記真空容器内に第２の所望のイオン発生用原料ガスを導入し、前記電極に高い周波数の電圧を印加することにより前記中空状被処理物の中空内部にプラズマを生成し、前記中空状被処理物に前記前工程より絶対値が低い負の電圧を印加する後工程と
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記電極が、主として所望のイオンで構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記中空状被処理物の内径Ｒと前記電極の外径ｒとの差の１／２である（Ｒ−ｒ）／２と、導入された前記原料ガスの圧力Ｐの積とが、パッシェンの法則で示す曲線の値より大きいことを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記電極に印加する周波数が、１００ｋＨｚ乃至２．８ＧＨｚであることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記中空状被処理物に印加する電圧が、−３０ｋＶ乃至−２００Ｖであることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記イオン発生用原料ガスが、Ｃ６Ｈ６、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ１０Ｈ８、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、ＣＨ３ＯＨＣＨ３、Ｃ１０Ｈ１６Ｏの中から選択されたものであることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記中空状被処理物を、同軸状に複数個連設したことを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記中空状被処理物を、同軸状に複数個連設して、各中空状被処理物の間に絶縁体からなる中空状のスペーサを配したこと特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前工程で被処理物に印加する電圧が−３０ｋＶ乃至−５ｋＶであり、後工程で被処理物に印加する電圧が−５ｋＶ乃至０Ｖであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望のイオンを導電体からなる被処理物に成膜処理するプラズマ処理方法に係り、特に被処理物が中空状のものに適用されるプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ処理方法としては、被処理物にプラズマ生成用の１３.５６ＭＨｚの高周波とプラズマイオンシース制御用の直流パルスの負の高電圧を印加することにより、３次元形状に対して均一にプラズマ処理するものがあった（特許文献１参照）。
【０００３】
図５は従来のプラズマ処理方法の一例の説明図である。
【０００４】
図５において、１は被処理部、２は真空容器、３は導体、４は高電圧導入部、５は高電圧パルス発生電源、６は重畳装置、７はプラズマ発生用電源である。
【０００５】
前記被処理物１は、３次元物質に対して均一にプラズマ生成した真空容器２内において、所望のイオンの注入および成膜が均一になるように処理されていた。
【０００６】
すなわち、被処理物１とプラズマ発生用電源７とでプラズマを生成し、重畳装置６を介してプラズマ発生用電源７から高電圧パルス発生電源５に切り替えて、被処理物１の形状に均一に所望のイオンを注入していた。
【特許文献１】特開２００１−２６８８７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、被処理物自体でプラズマの生成およびシース厚みの制御ができるため、プラズマ源による指向性は緩和できるが、シース厚みを２０ｍｍ未満まで制御することが困難である。
【０００８】
特に導電体で形成された中空状被処理物の内部を均一に処理するためには、シース厚みを中空内径の１／２未満にする必要があるため、シース厚みの制御が２０ｍｍであれば、例えば円筒径直径４０ｍｍ以上の被処理物しか処理することができないという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、導電体で形成された中空状被処理物の内径が直径１０ｍｍ未満の内部を均一にプラズマ処理することを可能にするプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明のプラズマ処理方法は、基本的に、真空容器内に導電体からなる中空状被処理物を配し、前記真空容器内に所望のイオン発生用原料ガスを導入し、前記中空状被処理物の中空内部に同心円状に配した導電体からなる電極に高い周波数の電圧を印加し、前記中空状被処理物の中空内部にプラズマを生成する工程と、前記中空状被処理物に負の電圧を印加する工程を有する処理方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のプラズマ処理方法によれば、導電体で形成された中空状の被処理物の内径が１０ｍｍ未満の内部を均一にプラズマ処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を説明するためのプラズマ処理装置の構成図である。
【００１４】
図１において、真空容器１２内には、負の高圧電源１３と電気的に接続された導電体からなる中空状の被処理物１１が所定の位置にセットされ、被処理物１１の中空内部には同心円状に、高周波電源１５に対して位相整合器１６を介して電気的に接続された導電体からなる電極１４が配設されている。
【００１５】
実施の形態１によれば、中空状の被処理物１１と電極１４を同心円状に配することにより、被処理物１１の中空内部に均一にプラズマを発生させることが可能になり、被処理物１１の内部を均一にプラズマ処理することができる。
【００１６】
また、導入する所望のイオンを含む原料ガスの圧力Ｐと、被処理物１１の内径Ｒおよび電極外径ｒとの間にある（Ｐ（Ｒ−ｒ））／２の関係が、パッシェンの法則に従った曲線より大きな値を示すように設計されている。
【００１７】
例えば、被処理物１１の内径Ｒが１０ｍｍであって、電極１４の外径ｒが１ｍｍの場合、原料ガスの圧力Ｐを３０ｐａ以上に設定することによって、被処理物１１の内部に均一なプラズマを生成することを可能にしている。
【００１８】
本実施の形態では、原料ガスとしてＣ１０Ｈ８を用いカーボンを主とする膜を均一に成膜することを目的とし、被処理物１１に−１０ｋＶを印加した後、電極１４に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加してプラズマを生成することにより、被処理物１１の表層に炭素を主とする注入層を形成し、炭素を主とする膜を均一に成膜することができた。
【００１９】
なお、本実施の形態において、電極１４としてカーボン電極を設けた例を説明したが、電極としては導電性物質であればよい。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２のプラズマ処理方法の工程フロー図である。実施の形態２における実施装置として図１に示す装置を用いた。
【００２１】
図２に示すように実施の形態２では、ＣＨ４を原料ガスとして導入し（Ｓ１）、被処理物１１には−１５ｋＶの電圧を印加した後（Ｓ２）、電極１４に１３.５６ＭＨｚの高周波を印加しプラズマを生成し（Ｓ３）、被処理物１１の中空内部に炭素を主とする注入層を形成した後、原料ガスをＣ１０Ｈ８に切り替え（Ｓ４）、被処理物１１には−２ｋＶの電圧を印加し、被処理物１内部に炭素を主とする膜を成膜した（Ｓ５）。
【００２２】
実施の形態１，２では、注入層を形成する工程と成膜する工程を分離することにより、注入層の深さ、および濃度を向上させることを可能とし、炭素を主とする膜の密着力を向上させることができる。
【００２３】
なお、実施の形態１，２において、電極１４に印加する周波数は１００ｋＨｚ乃至２．８ＧＨｚとすることが望ましい。１００ｋＨｚ未満であると中空状の被処理物１１内に十分なプラズマ密度を有するプラズマを生成することができず、２．８ＧＨｚ以上になると電源が高価になり、また電磁波の対策が必要になる。
【００２４】
また、中空状の被処理物１１に印加する電圧は−３０ｋＶ乃至−２００Ｖとすることが望ましい。−２００Ｖ未満であると成膜した膜に対して十分な密着力が得られず、−３０ｋＶ以上であると成膜した膜にダメージを与えて膜質を劣化させてしまう。
【００２５】
また、成膜する膜が炭素を主とするＤＬＣ膜である場合、一般的にはイオン発生用の原料ガスとしてＣ６Ｈ６、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２が用いられるが、本実施の形態のプラズマ処理方法では、Ｃ１０Ｈ８などの他の炭素を含む高分子系ガスを用いてもＤＬＣ膜が生成されることが確認された。これにより、Ｃ６Ｈ６などの環境負荷の高いガスを用いずとも、ＤＬＣ膜を生成することができる利点がある。具体的には、従来の原料ガスを含むＣ６Ｈ６、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ１０Ｈ８、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、ＣＨ３ＯＨＣＨ３、Ｃ１０Ｈ１６Ｏなどを適宜選択して用いることが可能である。
【００２６】
また、実施の形態２において、ステップ（Ｓ２）の前工程で被処理物１１に印加する電圧を−３０ｋＶ乃至−５ｋＶにすることにより、成膜された膜の密着性がよくなり、この範囲外では十分な密着性を得ることはできない。さらに、ステップ（Ｓ５）の後工程で被処理物に印加する電圧を−５ｋＶ乃至０Ｖとすることにより、成膜時の膜質調整が行われ、この範囲外では、成膜された膜にダメージを与え、膜質を劣化させる。
【００２７】
さらに、図３に示すように、実施の形態１，２において、中空状の被処理物１１を複数個同心円状に連ねて配置して、前記プラズマ処理を行うことも考えられる。このようにすることにより、複数の被処理物１１を省スペースでかつ効率的に処理することができ、生産性が向上する。
【００２８】
また、図４に示すように、中空状の被処理物１１を複数個同心円状に連ねて配置する場合、各被処理物１１間に中空状の絶縁体２０を、同様に同心円状に介在させることにより、被処理物１１のアスペクト比が２以下のとき、各絶縁体２０部分で発生したプラズマが被処理物１１の中空内部に回り込むことが可能になり、均一に複数個の被処理物１１を処理することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のプラズマ処理方法は、負の高電圧電源と接続された導電体で形成された中空状の被処理物に所望のイオンを均一に注入および成膜することにより、均一で高密着な膜が生成され、モータなどの揺動部表面改質の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１を説明するためのプラズマ処理装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２のプラズマ処理方法の工程フロー図
【図３】本実施の形態における中空状の被処理物の配置例を示す説明図
【図４】本実施の形態における中空状の被処理物の他の配置例を示す説明図
【図５】従来のプラズマ処理方法の一例の説明図
【符号の説明】
【００３１】
１１  中空状の被処理物
１２  真空容器
１３  負の高圧電源
１４  電極
１５  高周波電源
１６  位相整合器
２０  絶縁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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