(57)【要約】【課題】    プラズマ中のイオンのみによって硬質の膜を形成する方法および装置、より具体的には硬質カーボン膜を形成する方法および装置の提供。【解決手段】  原料をプラズマ中で分解して、この分解物から膜を形成するプラズマＣＶＤ法において、プラズマ源と基板との間に遮蔽物を配置し、該遮蔽物が第１の磁石であることを特徴とする膜の形成方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料をプラズマ中で分解して、この分解物から膜を形成するプラズマＣＶＤ法において、プラズマ源と基板との間に遮蔽物を配置し、該遮蔽物が第１の磁石であることを特徴とする膜の形成方法。
【請求項２】
前記原料が炭化水素ガスであり、形成される膜がカーボン膜であることを特徴とする請求項１に記載の膜の形成方法。
【請求項３】
１Ｐａ以下の圧力において実施されることを特徴とする請求項１に記載の膜の形成方法。
【請求項４】
前記基板に電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の膜の形成方法。
【請求項５】
前記電圧が負の電圧であることを特徴とする請求項４に記載の膜の形成方法。
【請求項６】
前記遮蔽物によって、前記基板から前記プラズマ源が見えないように遮蔽されていることを特徴とする請求項１に記載の膜の形成方法。
【請求項７】
前記遮蔽物の磁極の一方が前記プラズマ源に対向して配置され、他方が前記基板に対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載の膜の形成方法。
【請求項８】
前記遮蔽物が回転体であり、該回転体の軸が前記プラズマ源と前記基板とを結ぶ方向にあることを特徴とする請求項１に記載の膜の形成方法。
【請求項９】
前記遮蔽物の直径が、前記基板の直径よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の膜の形成方法。
【請求項１０】
前記遮蔽物が永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の膜の形成方法。
【請求項１１】
前記基板の前記遮蔽物とは反対側に第２の磁石をさらに配置し、前記第２の磁石の磁化の方向が前記第１の磁石と同一であることを特徴とする請求項１に記載の膜の形成方法。
【請求項１２】
原料を分解するためのプラズマ源と、該分解された材料が堆積する基板と、第１の磁石である遮蔽物を具え、前記遮蔽物が前記プラズマ源と前記基板との間に配置されていることを特徴とする膜の形成装置。
【請求項１３】
前記基板に電圧を印加する手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１２に記載の膜の形成装置。
【請求項１４】
前記電圧が負の電圧であることを特徴とする請求項１３に記載の膜の形成装置。
【請求項１５】
前記遮蔽物によって、前記基板から前記プラズマ源が見えないように遮蔽されていることを特徴とする請求項１２に記載の膜の形成装置。
【請求項１６】
前記遮蔽物の磁極の一方が前記プラズマ源に対向して配置され、他方が前記基板に対向して配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の膜の形成装置。
【請求項１７】
前記遮蔽物が回転体であり、該回転体の軸が前記プラズマ源と前記基板とを結ぶ方向にあることを特徴とする請求項１２に記載の膜の形成装置。
【請求項１８】
前記遮蔽物の直径が、前記基板の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１７に記載の膜の形成装置。
【請求項１９】
前記遮蔽物が永久磁石であることを特徴とする請求項１２に記載の膜の形成方法。
【請求項２０】
前記基板の前記遮蔽物とは反対側に配置される第２の磁石をさらに具え、前記第２の磁石の磁化の方向が前記第１の磁石と同一であることを特徴とする請求項１２に記載の膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種金型、機械部品、工具などの耐摺動部材または耐摩耗部材のコーティングとして、ならびに磁気記録媒体の保護膜として用いられる硬質カーボン膜を形成する方法、および該方法に用いられる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種金型、機械部品、工具などの耐摺動部材および耐摩耗部材を製造する際には、製品の高品質化および／または長寿命化などの観点から、超硬合金またはセラミックスのような基材表面上に各種硬質被膜を施すことが行われている。また、ハードディスクのような磁気記録媒体の表面においても、保護膜として硬質被膜を施すことが一般的である。
【０００３】
そのような目的に用いられる硬質被膜の内、カーボンを用いたものとして、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法によるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜がある。当該技術においては、その硬さが１０ＧＰａ以上のものをＤＬＣ膜と呼んでいる。また、ＤＬＣ膜は、アモルファス状で結晶粒界を持たないために窒化チタンなどのような多結晶薄膜に比較して表面平滑性に優れており、表面被膜として適した材料であるといえる。このような特性を生かして、ＤＬＣは磁気記録媒体の保護膜として一般的に用いられ、１０ｎｍ以下の膜厚にもかかわらず、良好な摺動特性を与える膜として知られている。
【０００４】
近年、耐摺動性および耐摩耗性のさらなる向上が市場から要求されてきており、ＤＬＣを越える耐摺動性、耐摩耗性を有する硬質被膜が望まれてきている。特に、磁気記録媒体においては、記録密度の上昇に伴って記録／再生ヘッド−媒体間の距離の縮小が求められてきており、より薄い膜厚において優れた耐摺動性を示す保護膜が要求されてきている。
【０００５】
より硬くより緻密なカーボン膜を形成する方法として、カーボンイオンを利用した手法がある。該手法においては、炭素または炭化水素ガスなどをプラズマで分解し、発生した炭素イオンまたは炭化水素イオンのエネルギーを制御して膜を形成する。このとき、中性の原子・ラジカルおよび微粒子の積層を極力排除することが良好な膜質を得るために必要である。このような手法の１つとして、図１に示したフィルタード・カソーディック・アーク（ＦＣＡ）法がある（特許文献１参照）。
【０００６】
ＦＣＡ法においては、真空中においてストライカー８を用いて蒸着材料７を配設したカソード６とアノード５との間でアーク放電を開始させ、局所領域（カソードスポット）で蒸着材料７を蒸発させ、その一部を中性の原子・分子、ラジカルおよび微粒子などとともに蒸着材料イオンを含むプラズマ１１とする。これらのうち荷電している電子および蒸着材料粒子のみを、アノード５−カソード６間に印加される電場にて加速し、ソレノイドコイル４の磁場によって成膜室１中の基板２へと導き、中性の原子・分子、ラジカルおよび微粒子などの膜中への混入を防止する。具体的には、湾曲させたソレノイドコイル４によって発生した磁力線に沿って電子および蒸着材料イオンが導かれ、基板２へと到達する。一方、荷電されていない蒸発物は直進するため、基板２に到達することができない。蒸着材料としてカーボンを用いると、四面体構造非晶質カーボン（tetrahedral amorphous carbon, ta-C）といわれる材料の膜が形成される。ta-C膜は非常に硬く、ＤＬＣを越える硬さを有することから、磁気記録媒体または磁気記録／再生ヘッドの保護膜としての応用が期待されている。
【０００７】
また、ＥＣＲを用いるプラズマＣＶＤ法において、プラズマ室において発生したイオンおよび電子の被処理体への直接的衝突を防止することによって、高純度で良好な結晶構造を有する膜を製造するための方法が開示されている（特許文献２参照）。該方法においては、プラズマ室内のプラズマ高密度領域と基板との間に遮蔽部材を設けて、イオンおよび電子の基板への衝突、および該衝突による被膜のダメージを防止している。この方法においては、プラズマ中で発生した電子によって成膜室中で生成される中性活性種によって成膜を行う点が、カーボンイオンを利用する手法と異なる。つまり、この方法はダイヤモンド結晶やアモルファスＳｉを成膜するものであり、これらの膜はイオン衝突により特性が劣化する。これとは逆に、本発明はイオンを利用しており、ta-Cの成膜に適用している。さらに、特許文献２においては、遮蔽部材が好ましくは非磁性体であること、および拡径用磁石を成膜室周囲に設けて、プラズマ室からの電子流を拡散するような磁界を発生させ、より大面積の膜を形成することが記載されている。
【０００８】
さらに、陰極から放出される陰極材料成分による汚染を防止するために、装置周囲にバケット型磁場を形成し、陰極と被処理物との間に遮蔽物を設けたプラズマ処理装置が開発されている（特許文献３参照）。この装置においては、陰極から放出される陰極材料成分を遮蔽物により遮断し、バケット型磁場によってプラズマを被処理物へと誘導して、均一なプラズマ処理を可能としている。この装置においても、遮蔽物を磁石とすることは開示も示唆もされていない。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２８５３２８号公報
【特許文献２】特開平６−１８８２０６号公報
【特許文献３】特開平７−４１９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１に示すように、ＦＣＡ法は、湾曲されたソレノイドコイル４を含むフィルター部３を有するため、装置が大がかりとなる。たとえばフィルター部３の長さが１ｍ程度に達するものもある。また、基板２の正面に蒸発材料７が配置されていないため、基板２上に成膜される膜の対称性（均一性）が劣る。また、アーク放電用の電源１０の他に、ソレノイドコイル用の電源９が必要となる。さらにアーク放電を用いるため、多量の微粒子が発生し、これがフィルター部３の内壁に衝突散乱して基板２へと到達し、得られる膜の性質を低下させる場合がある。したがって、より小型の装置を用い、より高い対称性（均一性）およびより優れた特性を有する膜を形成する方法の開発が望まれている。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、イオンのみによって膜を形成する方法および装置を提供することである。より詳細には、硬質のカーボン膜を形成する方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、プラズマ源と基板との間に磁石からなる遮蔽物を配置して、膜を形成する方法に係るものである。プラズマ源にガス状原料を供給することによって、プラズマＣＶＤ法の原理により基板上に成膜することが可能となる。ここで、プラズマ源は遮蔽物により隠され、基板からは見えないように配置される。特に、遮蔽物として回転体を用い、該回転体の軸をプラズマ源と基板とを結ぶ方向に配置することが望ましい。遮蔽物である磁石は、その磁極の一方がプラズマ源に対向し、他方が基板に対向するように配置される。また、基板の遮蔽物とは反対の側に、磁石をさらに配置してもよい。成膜時の圧力は１Ｐａ以下とし、基板に対してバイアス電圧を印加できるようにしてもよい。
【００１３】
上記手段によれば、プラズマ源を基板の正面に配置することが可能となり、形成される膜の対称性が改善され、さらにプラズマ源−基板間距離も数十ｃｍ程度と短くすることが可能となる。また、遮蔽物として永久磁石を用いることが可能であり、磁界発生用の電源を不要とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の方法によれば、プラズマ源と基板との間に磁石からなる遮蔽物を配置して、プラズマ中の原料ガスのイオンのみによって膜を形成することが可能となる。本発明の方法においては、プラズマ源を基板の正面に配置することが可能であるため、ＦＣＡ法に比較して対称性が高く、より均一な膜形成を行うことが可能となる。さらに、遮蔽物として永久磁石を使用できるため、ＦＣＡ法に必須のソレノイドコイルへの供給電源を不要とすることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明の方法では、通常のプラズマＣＶＤ法と同様にガス状原料を用いるので、アーク放電に伴う多量の微粒子が発生することはない。そして、ＦＣＡ法同様に、基板バイアス電圧によって原料ガスのイオンの加速エネルギーを制御して、硬質なカーボン皮膜を形成することが可能である。
【００１６】
本発明の方法および装置によって得られる硬質のカーボン被膜は、各種金型、機械部品、工具などの耐摺動部材または耐摩耗部材のコーティングとして、および磁気記録媒体または磁気記録ヘッドなどの保護層として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図２は、本発明に用いられるプラズマＣＶＤ装置の構成の一例を示す図である。真空槽２１の一部にプラズマ源２２が設けられ、真空槽２１内部には、基板２６を保持するための基板ホルダ２３が設けられている。プラズマ源２２は高周波電源２４に接続されており、基板ホルダ２３は、直流電源２５に接続されている。さらに、基板２６からプラズマ源２２を見ることができないように、プラズマ源２２と基板ホルダ２３との間に遮蔽物２７が設けられている。
【００１８】
真空槽２１は、ガス導入口および排気口（不図示）を有する、当該技術において知られている構造を有するものである。好ましくは、真空槽２１は電気的に接地されている。
【００１９】
本発明におけるプラズマ源２２としては、ホローカソード型電極を使用した。プラズマ源２２は、真空槽２１とは電気的に絶縁されている。基板２６上に均一な厚さを有する膜を形成するために、プラズマ源２２は、基板ホルダ２３と正対する位置に配置される。
【００２０】
基板ホルダ２３は、基板２６をプラズマ源２２に正対する位置に保持し、必要に応じてバイアス電圧を付与する手段を具えた、当該技術において知られている任意の構造のものであってもよい。基板ホルダ２３は、基板加熱手段を有していなくてもよい。
【００２１】
基板２６としては、ガラス基板、セラミック基板、Ｓｉ基板、超硬合金基板、記録層を形成された磁気記録媒体などを用いることができる。基板２６は、平面状であってもよく、各種金型、機械部品、工具などの耐摺動部材および耐摩耗部材に要求される立体的な形状を有してもよい。
【００２２】
本発明の遮蔽物２７は、永久磁石または電磁石であってもよい。磁界発生用電源の必要性を排除するため、遮蔽物２７は、好ましくは永久磁石である。本発明において、プラズマ源により発生する原料ガスのイオンを基板へと導くためには、遮蔽物の磁極の一方をプラズマ源２２に対向させて配置し、他方を基板ホルダ２３（基板２６）に対向させて配置することが望ましい。
【００２３】
遮蔽物２７を形成する磁石は、アルニコ系材料、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系材料、フェライト系材料、希土類系材料（サマリウムコバルト系（ＳｍＣｏ５、Ｓｍ２Ｃｏ１７など）、Ｎｄ−Ｆｅ系など）を含む当該技術において知られている任意の材料を用いて作製することが可能である。本発明の遮蔽物２７として０．１Ｔ以上の残留磁束密度を有する磁石を用いることが、プラズマの有効な誘導のために好ましい。本発明の遮蔽物２７は、前述の材料を適切な形状に成形の後に、着磁することによって作製することができる。あるいはまた、前述の材料を用いて棒状の磁石を形成し、該磁石の磁極の先に軟磁性材料（ケイ素鋼、ソフトフェライトなど）を付けて成形してもよい。また、その表面に非磁性のセラミックまたはポリマー、金属などをコーティングしてプラズマによる損傷を防止してもよい。
【００２４】
あるいはまた、電磁石を用いて遮蔽物２７を形成する場合には、所望の形状の非磁性材料（Ａｌなど）または軟磁性材料（ケイ素鋼、ソフトフェライトなど）に対して導線を巻き付け、直流電源に接続することによって形成される。電磁石を用いる場合には、その磁極において０．１Ｔ以上の磁束密度を有するように材料および印加電圧を選択される。
【００２５】
遮蔽物２７は、プラズマ源２２と基板ホルダ２３との間に配置され、基板２６からプラズマ源２２が見えないようにする形状を有する。基板２６上に均一な厚さを有する膜を形成するために、遮蔽物２７は、基板２６の方向から見て対称性の高い断面を有することが望ましく、より好ましくはプラズマ源２２と基板ホルダ２３とを結ぶ軸を回転軸とする回転体である。図３に、遮蔽物２７の回転軸に沿った断面を示した。図３（Ａ）は、矩形と三角形とを接合した断面を有し、円錐の底面に円柱を接合した形状の遮蔽物を与える。同様に、図３（Ｂ）は矩形断面を有する円柱形状の遮蔽物を、図３（Ｃ）は菱形断面を有する双頭円錐形状の遮蔽物を、図３（Ｄ）は楕円断面を有する扁平球形状の遮蔽物を示すものである。遮蔽物２７の最大径は、成膜しようとする基板２６の直径、遮蔽物２７の配置位置（基板２６からの距離、およびプラズマ源２２からの距離）などに依存するが、基板２６からプラズマ源２２を見ることができないようにすることを条件として、適宜選択できるものである。
【００２６】
原料ガスは、ガス流量制御装置による制御のもとで、真空槽２１に設けられたガス導入口（不図示）から真空槽２１内に導入され、プラズマ源２２からの高周波放電によりプラズマ化される。原料ガスとしては、所望される膜を形成することが当該技術において知られている任意のものを用いることができる。たとえば、カーボン被膜を形成する際には、エチレン、メタン、アセチレン、トルエン、ベンゼン、プロパンなどの炭化水素ガスを用いることができる。
【００２７】
該プラズマ中には、原料ガスのイオンと共に、中性原子およびラジカルが存在する。本発明においては、遮蔽物２７によって、それらの中性原子およびラジカルが基板２６に到達しないように遮蔽される。しかし、この状態では基板２６上にて成膜を行うべき原料ガスのイオンも基板２６に到達することができないため、本発明の方法は、遮蔽物２７を磁石として、その周囲に発生する磁場によって原料ガスのイオンを基板２６へと導くものである。
【００２８】
真空槽２１中に磁場を発生させると、電子が磁束に巻き付くサイクロトロン運動をしながら磁束に沿って移動し、電気的な中性を保つために原料ガスのイオンが電子に追従する。この効果により、プラズマは、全体として磁束に沿って移動する特性を有する。したがって、特許文献２に記載されるような処理室周囲に磁石を配置して拡散する磁場を形成すると、プラズマが基板から遠ざかるようになる。一方、本発明に従って磁石によって遮蔽物２７を形成することは、プラズマを積極的に基板へと導くことに有効である。
【００２９】
また、成膜中の真空槽２１中の圧力を１Ｐａ以下とすることが望ましい。このような圧力とすることで、プラズマ（特に、原料ガスのイオン）の平均自由行程を充分長くして、原料ガスのイオンが散乱を受けることなく基板に到達し、均一な膜を形成することが可能となる。
【００３０】
必要に応じて、基板ホルダ２３に負の電圧を印加して、原料ガスのイオンを基板に導くようにしてもよい。印加する電圧は、−１０００〜０Ｖとすることが望ましい。特に、硬質のta-C膜を形成するには、−４００〜０Ｖとすることが望ましい。このような電圧を用いることによって、適度な速度のイオンがすでに成膜された膜に衝突し、カーボン膜中のグラファイト成分（ｓｐ２混成カーボン）を選択的にスパッタすることまたはダイヤモンド成分（ｓｐ３混成カーボン）に変換することによって、ta-C膜が形成可能となる。
【００３１】
さらに、本発明において用いるプラズマＣＶＤ法は、ＦＣＡ法のようなアーク放電を用いる方法において多量に発生する微粒子を発生させないことからも、均一性などの良好な特性を有する膜を形成する上で有利である。
【００３２】
本発明の別の実施形態を、図４を用いて説明する。図４の装置は、図１の装置の基板ホルダ２３の裏面（プラズマ源と反対側の面）に第２の磁石２８をさらに配置したものである。第２の磁石２８は、その中心を基板ホルダ２３の中心と一致させて、基板ホルダ２３側に一方の磁極を有し、反対側に他方の磁極を有するように配置される。第２の磁石２８の発生する磁化の方向は、遮蔽物２７の発生する磁化の方向と一致させる。すなわち、プラズマ源２２に対向して配置される遮蔽物２７磁極がＮ極である場合には、第２の磁石２８の基板ホルダ２３側の磁極をＮ極とする。第２の磁石２８もまた、永久磁石であっても電磁石であってもよいが、好ましくは磁界発生用電源の必要性を排除するために永久磁石である。前述の遮蔽物２７用の材料を用いて第２の磁石２８を作製してもよい。第２の磁石２８が０．１Ｔ以上の（残留）磁束密度を有することが、基板２６へのプラズマ（特に原料ガスのイオン）の誘導を有効に行うために望ましい。図４の装置を用いて被膜を形成する場合にも、図１の装置を用いる場合と同様の成膜条件で被膜を形成することが可能である。
【００３３】
（実施例１）
図２に示したプラズマＣＶＤ装置を用いてカーボン膜を形成した。基板ホルダ２３上に直径５０ｍｍのＳｉ基板２６を取り付け、プラズマ源２２の正面に配置し、基板２６−プラズマ源２２の距離を約２５ｃｍとした。遮蔽物２７として、図３（Ａ）に示した断面を有するアルニコ製の円錐−円柱接合体を用いた。円錐の頂点における残留磁束密度は、約１Ｔであった。該接合体の円錐および円柱の底面の直径が５０ｍｍであり、円錐および円柱の高さが５０ｍｍであった。該接合体の円錐の頂点を、プラズマ源から約５ｃｍの位置に配置した。遮蔽物２７の円錐側をＮ極とし、プラズマ源２２に対向させて配置し、反対側の円柱の底面をＳ極とし、基板２６に対向させた。なお、遮蔽物２７は、電気的にはフローティング状態とした。
【００３４】
次に、原料ガスとして流量５ｃｃ／ｍｉｎのエチレンガスを真空槽２１中に導入し、真空槽中の圧力を０．１Ｐａに設定した。そして、プラズマ源に対して出力１００Ｗの高周波（周波数１３．５６ＭＨｚ）を印加し、１時間にわたって成膜を行い、Ｓｉ基板上にカーボン被膜を形成した。ナノインデンターを用いて、得られたカーボン被膜の硬さを測定した。
【００３５】
（実施例２）
基板ホルダ２３に対して−１００Ｖの電圧を印加したことを除いて、実施例１と同様の方法を用いてＳｉ基板上にカーボン被膜を形成した。
【００３６】
（実施例３）
基板ホルダ２３に対して−２００Ｖの電圧を印加したことを除いて、実施例１と同様の方法を用いてＳｉ基板上にカーボン被膜を形成した。
【００３７】
（比較例１）
アルニコ製の遮蔽物２７に代えて同一形状の非磁性のＡｌ製の遮蔽物を用いたことを除いて、実施例１と同様の方法を用いて成膜を行ったが、Ｓｉ基板上にカーボン被膜は形成されなかった。
【００３８】
（比較例２）
遮蔽物２７を用いなかったことを除いて、実施例１と同様の方法を用いてＳｉ基板上にカーボン被膜を形成した。
【００３９】
（比較例３）
基板ホルダ２３に対して−２００Ｖの電圧を印加したことを除いて、比較例２と同様の方法を用いてＳｉ基板上にカーボン被膜を形成した。
【００４０】
（比較例４）
基板ホルダ２３に対して＋１００Ｖの電圧を印加したことを除いて、実施例１と同様の方法を用いて成膜を行ったが、Ｓｉ基板上にカーボン被膜は形成されなかった。
【００４１】
（比較例５）
真空槽２１中の圧力を１Ｐａに設定したことを除いて、実施例１と同様の方法を用いて成膜を行ったが、Ｓｉ基板上にカーボン被膜は形成されなかった。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
以上の実施例から明らかなように、円錐−円柱接合体形状の磁石を遮蔽物として用いることにより、３０ＧＰａという優れた硬さを有する硬質カーボン膜を得ることができた。比較例１の非磁性の遮蔽物を用いた場合に基板上にカーボン膜が形成されなかったことから、磁石を遮蔽物として用いることが、プラズマ（特に、成膜のための原料ガスのイオン）を基板上へと導くことに有効であることが分かる。また、遮蔽物を用いなかった場合のカーボン被膜の硬さは５ＧＰａであり、得られたカーボン被膜がポリマー様であることが分かった。そして、比較例３の遮蔽物を用いなかった場合のカーボン被膜の硬さはＤＬＣ膜の硬さの範疇である１５ＧＰａであったが、実施例１で得られた被膜の硬さより著しく低いものであった。これらの結果は、遮蔽物を用いなかったことにより、プラズマ源から中性原子、ラジカルなどが成膜中の基板に衝突し、膜質を低下させたためと考えられる。
【００４４】
さらに、実施例２および実施例３に示すように、基板ホルダ２３に負のバイアス電圧を印加することにより、得られる膜厚が大きくなり、かつ膜の硬さも向上した。比較例４において正のバイアス電圧を印加したときにカーボン膜が形成できなかったことと比較して、負のバイアス電圧がプラズマ（特に、成膜のための原料ガスのイオン）を基板上へと導くことに有効であることが分かる。また、製膜に寄与する成分がカーボンイオンであることが分かる。
【００４５】
また、真空槽中の圧力を上昇させた比較例５においては、基板上にカーボン被膜を形成することができなかった。これは、圧力の上昇により、原料ガスのイオンの平均自由行程が短くなり、散乱の影響を受けたためと考えられる。
【００４６】
（比較例６）
図１に示すＦＣＡ装置を用いて、カーボン被膜を作成した。カソードターゲット７として、純度９９．９９９％、直径３０ｍｍ、厚さ３０ｍｍのカーボンブロックを用いた。カソード６およびアノード５に対して、アーク放電時の過熱を防止するために、水冷式冷却手段を設けた。磁気フィルター３は、径７６ｍｍ、曲率半径３００ｍｍの１／４円弧状ステンレスパイプをコアパイプとして用い、該コアパイプに径２ｍｍのポリエステル被覆銅線を巻き付けたフィルターコイル４を設けた。該被覆銅線の単位長さ当たりの巻き数ｎは１０００ターン／ｍとした。成膜チャンバー１内には、Ｓｉ基板２を設置し、磁気フィルターの軸方向に対して垂直に設置した。カソード−アノード間に４０Ｖの電圧を印加した状態から、ストライカー８をカソードターゲット７表面に接触させ、アーク放電を開始した。アーク放電中のカソード電圧は−２５Ｖであり、放電電流を１２０Ａとした。磁気フィルターコイル４に対しては、磁気フィルター内部磁場が０．０１３Ｔとなる所定の電流を通電した。５分間の成膜を行い、膜厚約２００ｎｍのta-C膜を得た。
【００４７】
しかし、膜の厚さが最大となる位置が、磁気フィルターの中心より内周側にずれており、図１において基板中心より右側に約２５ｍｍずれていた。この点から離れるに従って膜厚が減少し、半径１５ｍｍの円周上では膜厚が約５０％に減少した。ただし、フィルターの内周側の方が膜厚減少が大きく、半径１５ｍｍの円周上では、外周側より内周側の方が１０％ほど薄くなっていた。一方、実施例１および比較例２で得られたカーボン被膜は、膜厚分布の中心は基板中心であり、半径１５ｍｍの円周上における膜厚変化も最大膜厚の５％以内であった。これは、実施例１および比較例２における成膜機構が軸対称に構成されていることによるものである。これに対して、ＦＣＡ装置は磁気フィルターの部分があるために対称性が崩れ、膜厚分布にその影響が表れていることが分かる。
【００４８】
（実施例４）
実施例１において用いた円錐−円柱接合体形状の遮蔽物２７に代えて、図３（Ｂ）に示す底面の直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱形状の遮蔽物を用いたことを除いて、実施例１と同様の方法を用いてＳｉ基板上にカーボン被膜を形成した。なお、遮蔽物の磁石の強さおよび位置は、実施例１と同一とした。
【００４９】
（実施例５）
実施例１において用いた円錐−円柱接合体形状の遮蔽物２７に代えて、図３（Ｃ）に示す底面の直径５０ｍｍ、それぞれの円錐の高さ１００ｍｍの双頭円錐形状の遮蔽物を用いたことを除いて、実施例１と同様の方法を用いてＳｉ基板上にカーボン被膜を形成した。なお、遮蔽物の磁石の強さおよび位置は、実施例１と同一とした。
【００５０】
（実施例６）
実施例１において用いた円錐−円柱接合体形状の遮蔽物２７に代えて、図３（Ｄ）に示す最大直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの扁平球形状の遮蔽物を用いたことを除いて、実施例１と同様の方法を用いてＳｉ基板上にカーボン被膜を形成した。なお、遮蔽物の磁石の強さおよび位置は、実施例１と同一とした。
【００５１】
【表２】
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【００５２】
以上の実施例から明らかなように、円柱形状の遮蔽物よりも円錐−円柱接合体形状の遮蔽物の方がより有効に原料ガスのイオンを基板へと導くことができ、双頭円錐形状、さらに扁平球形状の遮蔽物がより有効であることが分かる。
【００５３】
（実施例７）
比較例１において用いた非磁性のＡｌ製遮蔽物の側面に、４回／ｃｍの巻線密度のコイルを巻き付け、１０Ａの直流電源を接続して電磁石とした。この電磁石を用いて、比較例１と同様の方法によりＳｉ基板上にカーボン被膜を形成した。
【００５４】
得られたカーボン被膜は３０ｎｍの膜厚を有し、電磁石を用いても原料ガスのイオンの基板への誘導を行えることが分かる。
【００５５】
（実施例８）
基板ホルダ２３の裏面に第２の磁石２８を配置されている、図４に示したプラズマＣＶＤ装置を用いてカーボン膜を形成した。第２の磁石２８は、直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱状磁石である。第２の磁石の底面の一方がＮ極であり、該底面を基板ホルダ２３に接して取り付けた（すなわち、プラズマ面側をＮ極とした）。第２の磁石の他方の底面をＳ極とした。
【００５６】
上記の第２の磁石２８を配置した以外は実施例１と同様の装置および方法を用いて、Ｓｉ基板上にカーボン被膜を形成した。
【００５７】
得られたカーボン皮膜の膜厚は１２０ｎｍであり、実施例１で得られた膜厚が８０ｎｍであったことと比較すると、基板ホルダ２３の裏面に配置された第２の磁石２８が、プラズマ（特に原料ガスのイオン）の誘導をより有効に行う機能を有することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ＦＣＡ法に用いられる製膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のプラズマＣＶＤ法に用いられる製膜装置の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の方法に用いられる、回転体である遮蔽物の、回転軸に沿った断面の例を示す図であり、（Ａ）は円錐−円柱接続形状、（Ｂ）は円柱形状、（Ｃ）は双頭円錐形状、および（Ｄ）は扁平球形状の遮蔽物の断面の一例を示す図である。
【図４】本発明の別の方法に用いられる、基板ホルダ裏面に第２の磁石を設けた製膜装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  製膜室
２  基板
３  フィルター部
４  ソレノイドコイル
５  アノード
６  カソード
７  蒸着材料
８  ストライカー
９  ソレノイドコイル用直流電源
１０  アーク放電用直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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