專利名稱：類金剛石薄膜形成裝置和形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成類金剛石薄膜的裝置和形成方法。特別涉及使用氣體離子源的類金剛石薄膜形成裝置和形成方法。
以往至今，人們一直謀求利用類金剛石薄膜(DLCDiamond Like Carbon)作為保護(hù)金屬模、工具、滑動(dòng)構(gòu)件、光·磁盤裝置的存儲(chǔ)媒體等表面的硬鍍敷薄膜。
圖53表示例如日本特開昭63-185893號(hào)公報(bào)提出的以往的使用微波等離子體的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。在圖中，1是保持內(nèi)部真空的真空槽，101是在真空槽1內(nèi)保持基材3的基材支架，6是設(shè)置在基材支持器中對(duì)基材進(jìn)行加熱的加熱器，103、104是用于向真空槽1內(nèi)導(dǎo)入反應(yīng)氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入口，102是用于向真空槽1內(nèi)施加微波的導(dǎo)波管，105是在真空槽1內(nèi)產(chǎn)生磁場的電磁鐵。
接著，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。
在真空槽1內(nèi)使基材3保持在基材支持器101上。接著，利用加熱器6將基材3加熱到300～900℃、同時(shí)將真空槽1內(nèi)的真空度保持在10-3～10-5Torr。接著，從反應(yīng)氣體導(dǎo)入口103和104將CH4、C2H2等的反應(yīng)氣體供給到真空槽1內(nèi)，利用電磁鐵105在真空槽1內(nèi)施加磁場、同時(shí)從導(dǎo)波管102施加輸出功率300～600W的微波，在真空槽1內(nèi)發(fā)生微波等離子體，借助于激發(fā)碳到達(dá)基材3上，在基材3上形成DLC薄膜。
在使用前述以往的等離子體CVD的金剛石狀碳(DLC)薄膜形成裝置和形成方法中，在為了防止基材的熱變形和變質(zhì)而降低薄膜形成時(shí)的基材的溫度場合，有膜質(zhì)劣化、薄膜的粘接強(qiáng)度降低的問題。在為了增強(qiáng)與基材的附著力而在基材與DLC薄膜之間形成Si、Ti、Al等的薄膜作為中間層的場合，必須利用其他裝置形成，這時(shí)，在基材上形成的中間層一旦暴露在大氣中后形成DLC薄膜，就產(chǎn)生中間層與DLC薄膜的附著力降低的問題。
此外，因?yàn)樵谝酝难b置中將氣體供給到整個(gè)真空槽中，并在那里施加微波、形成薄膜，所以供給氣體等的利用效率差。
此外，由于在作為絕緣物的DLC薄膜的形成中的帶電而導(dǎo)致的放電，有使薄膜表面粗糙的問題。
本發(fā)明用于解決前述問題，其目的在于得到能有效地形成與基材附著性好的、高硬度的、平整性好的高品質(zhì)的DLC薄膜的DLC薄膜形成裝置和形成方法。
與本發(fā)明權(quán)利要求1相關(guān)的DLC薄膜形成裝置，包括在真空槽內(nèi)保持基材的基材支持器；調(diào)整前述基材的溫度的基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)；在真空槽內(nèi)相對(duì)于基材設(shè)置的氣體離子源；所述氣體離子源由向著基材設(shè)置節(jié)流孔、而且導(dǎo)入氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室，設(shè)置在所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入室內(nèi)的熱電子放射手段，從所述熱電子放射手段引出熱電子的熱電子引出電極，向著基材對(duì)離子進(jìn)行加速的加速電極組成，對(duì)于所述加速電極、在所述基材上施加電壓的偏置手段。
與本發(fā)明權(quán)利要求2相關(guān)的DLC薄膜形成裝置，偏置手段能對(duì)于加速電極、在基材上施加作為時(shí)間函數(shù)的電壓。
與本發(fā)明權(quán)利要求3相關(guān)的DLC薄膜形成方法，在清潔處理基材的表面后，將基材的溫度控制成100℃到250℃，并形成DLC薄膜。
與本發(fā)明權(quán)利要求4相關(guān)的DLC薄膜形成方法，在DLC薄膜的形成時(shí)，利用偏置手段在基材上施加負(fù)電壓。
與本發(fā)明權(quán)利要求5相關(guān)的DLC薄膜形成方法，在DLC薄膜的形成時(shí)，利用偏置手段在基材上施加正負(fù)交替的電壓。
與本發(fā)明權(quán)利要求6相關(guān)的DLC薄膜形成裝置，在基材上形成類金剛石薄膜，所述類金剛石薄膜形成裝置包括保持內(nèi)部成規(guī)定的真空度并放入所述基材的真空槽；相對(duì)于所述基材設(shè)置的、發(fā)生被離解的碳和碳離子和被離解的氫和氫離子的氣體離子源；所述氣體離子源由向著所述基材設(shè)置節(jié)流孔、而且導(dǎo)入氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室，設(shè)置在所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入室內(nèi)并放射熱電子的熱電子放射手段，從所述熱電子放射手段引出熱電子的熱電子引出電極，設(shè)置在所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入室的外側(cè)上并向著所述基材對(duì)所述離子進(jìn)行加速的加速電極組成，能對(duì)于所述加速電極在所述基材上施加時(shí)間函數(shù)的電壓的第1偏置手段和能對(duì)于所述加速電極在所述熱電子放射手段上施加作為時(shí)間函數(shù)的電壓的第2偏置手段。
與本發(fā)明權(quán)利要求7相關(guān)的DLC薄膜形成裝置，利用第2偏置手段對(duì)于加速電極在熱電子放射手段上施加的電壓，是直流或者隨時(shí)間變化的正電壓。
與本發(fā)明權(quán)利要求8相關(guān)的DLC薄膜形成裝置，利用第2偏置手段對(duì)于加速電極在熱電子放射手段上施加的電壓，是正負(fù)交替的電壓。


圖1表示本發(fā)明實(shí)施例1的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖2表示本發(fā)明實(shí)施例1中利用偏置手段施加的電壓的波形圖。
圖3為表示用本發(fā)明實(shí)施例1的DLC薄膜形成裝置形成的薄膜的成膜溫度依賴性的喇曼光譜圖。
圖4表示本發(fā)明實(shí)施例1的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖5表示本發(fā)明實(shí)施例2的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖6表示本發(fā)明實(shí)施例2的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖7表示本發(fā)明實(shí)施例3的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖8表示本發(fā)明實(shí)施例3的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖9表示本發(fā)明實(shí)施例4的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖10表示本發(fā)明實(shí)施例4的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖11表示本發(fā)明實(shí)施例5的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖12表示本發(fā)明實(shí)施例5的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖13表示本發(fā)明實(shí)施例6的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖14表示本發(fā)明實(shí)施例7的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖15表示本發(fā)明實(shí)施例8中利用偏置手段施加的電壓的波形圖。
圖16表示本發(fā)明實(shí)施例8中利用偏置手段施加的電壓的波形圖。
圖17表示本發(fā)明實(shí)施例9中利用偏置手段施加的電壓的波形圖。
圖18表示本發(fā)明實(shí)施例9中利用偏置手段施加的電壓的波形圖。
圖19表示本發(fā)明實(shí)施例10中利用偏置手段施加的電壓的波形圖。
圖20表示本發(fā)明實(shí)施例10中利用偏置手段施加的電壓的波形圖。
圖21表示本發(fā)明實(shí)施例11的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖22表示基于本發(fā)明實(shí)施例11的第1、第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖23表示基于本發(fā)明實(shí)施例11的第1、第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖24表示基于本發(fā)明實(shí)施例11的第1、第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖25表示基于本發(fā)明實(shí)施例11的第1、第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖26表示薄膜的拉曼分析結(jié)果的拉曼光譜圖。
圖27表示基于本發(fā)明實(shí)施例12的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖28表示基于本發(fā)明實(shí)施例12的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖29表示基于本發(fā)明實(shí)施例13的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖30表示基于本發(fā)明實(shí)施例13的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖31表示基于本發(fā)明實(shí)施例14的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖32表示基于本發(fā)明實(shí)施例14的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖33表示基于本發(fā)明實(shí)施例14的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖34表示基于本發(fā)明實(shí)施例14的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖35表示基于本發(fā)明實(shí)施例15的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖36表示基于本發(fā)明實(shí)施例15的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖37表示基于本發(fā)明實(shí)施例15的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖38表示基于本發(fā)明實(shí)施例15的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖39表示本發(fā)明實(shí)施例16的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
圖40表示基于本發(fā)明實(shí)施例17的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖41表示基于本發(fā)明實(shí)施例17的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖42表示基于本發(fā)明實(shí)施例18的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖43表示基于本發(fā)明實(shí)施例18的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖44表示基于本發(fā)明實(shí)施例18的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖45表示基于本發(fā)明實(shí)施例19的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖46表示基于本發(fā)明實(shí)施例19的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖47表示基于本發(fā)明實(shí)施例19的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖48表示基于本發(fā)明實(shí)施例19的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖49表示基于本發(fā)明實(shí)施例20的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖50表示基于本發(fā)明實(shí)施例20的第2偏置手段的電壓的波形圖。
圖51表示基于本發(fā)明實(shí)施例20的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖52表示基于本發(fā)明實(shí)施例20的第1偏置手段的電壓的波形圖。
圖53表示以往的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
實(shí)施例1下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例1進(jìn)行說明。圖1表示本發(fā)明實(shí)施例1的金剛石狀碳(DLC)薄膜形成裝置的剖面圖。在圖中，1是保持內(nèi)部成真空的真空槽，2是進(jìn)行真空槽1內(nèi)排氣的排氣系統(tǒng)，3是在表面上形成DLC薄膜的例如超硬合金的基材，4是在真空槽1內(nèi)使基材3的蒸鍍面(薄膜形成面)向下保持基材的基材支持器，5是對(duì)于后述的加速電極15經(jīng)由基材支持器4在基材3上施加偏置電壓的偏置手段，6是設(shè)置在基材支持器4上對(duì)基材3進(jìn)行加熱、冷卻并調(diào)整其溫度的基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)，7是對(duì)真空槽1和基材支持器4之間進(jìn)行電氣絕緣的絕緣陶瓷。
10是在真空槽1內(nèi)對(duì)著基材3并設(shè)置在其下方的氣體離子源，11是向內(nèi)部導(dǎo)入反應(yīng)氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室，它向著基材3設(shè)置的節(jié)流孔(未圖示)，以便能放射離子等、而且增大流路阻抗、并在真空槽1之間提供差壓，12是設(shè)置在反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)用例如鎢絲構(gòu)成的熱電子放射手段，13是用平行配置的細(xì)金屬絲構(gòu)成的設(shè)置在反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)的熱電子引出電極，14是與反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11相連并向其內(nèi)部導(dǎo)入反應(yīng)氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入管，15是設(shè)置在反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11的外側(cè)并向著基材3對(duì)離子進(jìn)行加速的加速電極，用反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11、熱電子放射手段12、熱電子引出電極13、反應(yīng)氣體導(dǎo)入管14和加速電極15構(gòu)成氣體離子源10。
此外，將偏置手段5的一端、真空槽1、加速電極15接地。
下面對(duì)其作用進(jìn)行說明。首先，在基材支持器4上安裝基材3，在利用排氣系統(tǒng)2將真空槽內(nèi)排氣成1×10-6Torr左右的真空度后、利用基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)6將基材3的溫度調(diào)整到300℃左右。然后，為了基材3的表面的清潔處理，將適于離子清潔的氣體、例如氬氣，從反應(yīng)氣體導(dǎo)入管14導(dǎo)入到反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11中，并將反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)的真空度達(dá)到1×10-2～1×10-1Torr。
然后，使熱電子放射手段12動(dòng)作，利用沒有圖示的電源對(duì)于熱電子放射手段12將+50～800V左右的偏置電壓施加到熱電子引出電極13上。
為了從氣體離子源10引出離子，對(duì)于加速電極15、即對(duì)于接地電位，利用沒有圖示的電源將+200～500V左右的電壓施加到熱電子放射手段12上。從熱電子放射手段12放射的電子向著熱電子引出電極13加速，使離子清潔用氣體進(jìn)行離子化，并向著基材3照射該離子。因氣體被離子化成正離子，所以這時(shí)借助于利用偏置手段5、將基材3對(duì)于接地電位用-1～-3kV左右調(diào)整偏置，能控制對(duì)基材3照射的離子量和能量，并能有效地進(jìn)行清潔處理。
利用前述的處理，能去除基材3表面的水分、油脂成分、表面氧化物等的雜質(zhì)，改善基材3和DLC薄膜的密接性。
接著，停止向氣體離子源10供給離子清潔用氣體，并結(jié)束基材3表面的清潔處理，同時(shí)利用基材溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6由后述的理由、將基材3的溫度調(diào)整到100℃～250℃。在這里是做到200℃。然后，利用偏置手段5對(duì)于接地電位加在基材3的電位為時(shí)間t的函數(shù)V(t)。圖2給出了供給基材3的偏置電壓波形的例子。圖2(a)～圖2(c)所示為施加直流、半波整流或者全波整流的負(fù)的電壓的場合。
電壓值為幾kV以內(nèi)，這里為-1kV。頻率在(b)中為幾十Hz～幾十kHz左右，這里為60Hz和1kHz。借助于控制這種V(t)的電壓值，能調(diào)整供給離子的能量。由此，能控制薄膜的附著強(qiáng)度和硬度。
接著，將含碳元素(C)的碳?xì)浠衔锵档臍怏w從反應(yīng)氣體導(dǎo)入管14導(dǎo)入到反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11中，將反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)的真空度達(dá)到1×10-2～1×10-1Torr。
這時(shí)作為導(dǎo)入的反應(yīng)氣體使用例如苯氣體，然后，使熱電子放射手段12動(dòng)作，對(duì)于熱電子放射手段12將+50～800V左右的偏置電壓施加到熱電子引出電極13上。在熱電子放射手段12上，對(duì)于接地電位，施加+200～500V左右的電壓。向著熱電子引出電極13、加速從熱電子放射手段12放射的電子，并利用放電或者電子的照射激發(fā)、離解、和離子化前述碳?xì)浠衔锵档臍怏w，并向基材3照射被離解的碳與碳離子和被離解的氫與氫離子，并在基材3上形成DLC薄膜。因離子是正電荷，所以在利用加速電極15從氣體離子源10加速引出的同時(shí)，控制基材3的負(fù)的偏置電壓，能調(diào)整供給離子的能量。
圖3表示以基材的溫度作為參數(shù)的場合的DLC薄膜的拉曼分析結(jié)果。在基材3溫度為250℃時(shí)、表示DLC的典型的光譜，而在基材3溫度為300℃～400℃的場合中、成為石墨的光譜。因此，基材3的溫度應(yīng)該在250℃以下，但另一方面由于其他的理由溫度過低不好，也就是說、一低于100℃，對(duì)于基材3的DLC薄膜的附著力就變?nèi)?。因此，使用基材溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6，將成膜中的基材3的溫度控制成100℃～250℃，借助于這種做法，能抑制DLC薄膜的石墨化，并能形成高硬度、高質(zhì)量的DLC薄膜。
此外，前述溫度范圍與圖53所示的以往裝置的溫度范圍不同是因?yàn)檠b置的類型不同的緣故。
另外，如圖4所示，在基材支持器4上設(shè)置旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)100，借助于在成膜中使基材3旋轉(zhuǎn)，能獲得膜厚分布的均勻性，同時(shí)能改善對(duì)于基材3的端部等的跟蹤性，也就是說，能降低由面的方向和位置而導(dǎo)致的膜厚不均勻。
實(shí)施例2圖5表示本發(fā)明實(shí)施例2的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。在圖中，10a是第1氣體離子源，10b是第2氣體離子源，都與圖1中說明的氣體離子源10結(jié)構(gòu)相同。其他部分因與圖1的場合相同，所以省略說明。
接著，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。與圖1的場合相同，利用排氣系統(tǒng)2、在將真空槽1內(nèi)排氣成1×10-6Torr左右的真空度后，利用基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)6將基材3的溫度調(diào)整到300℃左右。接著，使氣體離子源10a工作，實(shí)施基材3表面的清潔處理。然后，利用第1氣體離子源10a、并利用放電或者電子照射碳?xì)浠衔锵档臍怏w，進(jìn)行激發(fā)、離解、和離子化，并向基材3照射被離解的碳與碳離子和被離解的氫與氫離子，在基材3上形成DLC薄膜。
在這種DLC薄膜的形成中，使第2氣體離子源10b工作，利用放電或者電子照射含氫元素的氣體、例如甲烷氣體，進(jìn)行激發(fā)、離解、和離子化，借助于照射被離解的氫與氫離子，能抑制DLC薄膜的石墨化，得到高硬度的、高品質(zhì)的DLC薄膜。
這里，這種照射有抑制石墨化的效果是因?yàn)楸浑x解的氫與氫離子在基材3上有選擇地蝕刻石墨并將其清除的緣故。
另外，如圖6所示，在基材支持器上設(shè)置施轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)100，借助于在成膜中使基材3旋轉(zhuǎn)，獲得膜厚分布的均勻性，同時(shí)能改善對(duì)于基材3的端部等的跟蹤性。
實(shí)施例3圖7表示本發(fā)明實(shí)施例3的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。在圖中，30是在真空槽1內(nèi)對(duì)著基材3設(shè)置的能形成金屬薄膜或者陶瓷薄膜的電子束蒸發(fā)源、離子鍍膜裝置、或金屬離子源等的金屬蒸汽發(fā)生源，這里使用金屬離子源。31是放入金屬原料的坩堝，32是加熱坩堝31的加熱器，33是放射熱電子的熱電子放射手段，34是從熱電子放射手段33引出熱電子的熱電子引出手段，35是對(duì)其進(jìn)行隔熱的熱屏蔽，36是從金屬蒸汽發(fā)生源30引出離子的加速電極，金屬蒸汽發(fā)生源30由坩堝31，加熱器32，熱電子放射手段33，熱電子引出手段34，熱屏蔽35和加速電極36構(gòu)成。
因其他的部分與圖1的場合相同，所以省略說明。
接著，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。與圖1的場合相同，利用排氣系統(tǒng)2、在將真空槽1內(nèi)排氣成1×10-6Torr左右的真空度后，利用基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)6將基材3的溫度調(diào)整到300℃左右。接著，與圖1的場合相同，進(jìn)行基材3表面的清潔處理，去除基材3表面的水分、油脂成分、表面氧化物等。
接著，停止向氣體離子源10供給離子清潔用氣體，并結(jié)束基材3表面的清潔處理，同時(shí)利用偏置手段5對(duì)于接地電位在基材3上施加-0.5～-3kV左右的電壓，利用加熱器32對(duì)坩堝31內(nèi)的Si、Al、Ti、W等的金屬進(jìn)行加熱并發(fā)生蒸汽，同時(shí)利用熱電子引出手段34將從熱電子放射手段33放射的熱電子引出并加速，發(fā)生金屬離子，并將其照射在基材3上，在其表面形成作為中間層的Si、Al、Ti、W等的金屬薄膜。
此外，這里用氣體離子源10對(duì)碳?xì)浠衔锵档臍怏w，進(jìn)行激發(fā)、離解、和離子化，并向基材3照射被離解的碳與碳離子，同時(shí)，將真空槽1內(nèi)構(gòu)成碳?xì)浠衔锵档臍怏w氣氛，也可以如前所述、借助于使金屬蒸汽發(fā)生源30工作，在基材3的表面上形成作為中間層的SiC、Al4C3、TiC、WC等的陶瓷薄膜。
接著，與圖1的場合相同，使氣體離子源10工作，在基材3的表面的中間層上形成DLC薄膜。
如前所示，因在同一真空槽1內(nèi)設(shè)置金屬蒸汽發(fā)生源30和氣體離子源10，所以在基材3的表面上形成中間層后，能在無大氣開放情況下連續(xù)形成DLC薄膜，同時(shí)借助于在基材3表面上形成中間層，能改善基材3和DLC薄膜的密接性。
另外，如圖8所示，在基材支持器4上設(shè)置旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)100，借助于在成膜中使基材3旋轉(zhuǎn)，獲得膜厚分布的均勻性，同時(shí)能改善對(duì)于基材3的端部等的跟蹤性。
實(shí)施例4圖9表示本發(fā)明實(shí)施例4的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。在真空槽1內(nèi)并在其下部設(shè)置基材支持器4，在基材支持器4上裝有基材3，將其蒸鍍面向上。在真空槽1的上部設(shè)置氣體離子源10，以便向著基材3向下照射離子。其他因與圖1或者圖4的場合相同所以省略說明。
對(duì)于動(dòng)作，雖然與圖1或者圖4的場合相同，但在本實(shí)施例中，因在真空槽1內(nèi)的下部設(shè)置基材支持器4，并在其上保持基材3，所以即使在基材3是大型或者重物的場合，也容易安裝，改善了可操作性。
另外，圖10設(shè)置第1和第2兩個(gè)氣體離子源10a、10b，其動(dòng)作與圖5或者圖6的場合相同，這種場合也在真空槽1內(nèi)下部的基材支持器4上向上安裝基材3，同時(shí)因在真空槽1內(nèi)上部設(shè)置第1和第2兩個(gè)氣體離子源10a、10b，以便向著基材3、向下或者斜的向下地照射離子，所以即使基材3是大型或者重物，也容易安裝，改善了可操作性。
此外，第1、第2兩個(gè)氣體離子源10a、10b，也都可以進(jìn)行與圖1或者圖4的氣體離子源10相當(dāng)?shù)膭?dòng)作。
實(shí)施例5圖11表示本發(fā)明實(shí)施例5的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。在真空槽1內(nèi)一側(cè)設(shè)置基材支持器4，在基材支持器4上裝有基材3，將其蒸鍍面做成朝向側(cè)面。在真空槽1內(nèi)對(duì)著基材3在另一側(cè)設(shè)置氣體離子源10，以便向著基材3橫向地照射離子。其他因與圖1或者圖4的場合相同所以省略說明。
對(duì)于動(dòng)作，雖然與圖1或者圖4的場合相同，但在本實(shí)施例中，因利用基材支持器4橫向地保持基材3，所以即使在基材3是大型或者重物的場合，也容易安裝，改善了可操作性。
另外，圖12設(shè)置第1和第2兩個(gè)氣體離子源10a、10b，其動(dòng)作與圖5或者圖6的場合相同，這種場合也在基材支持器4上橫向地安裝基材3，同時(shí)因第1和第2的氣體離子源10a、10b，向著基材3、橫向或者斜的橫向地照射離子，所以即使基材3是大型或者重物，也容易安裝，提高了操作效率。
此外，第1、第2兩個(gè)氣體離子源10a、10b，也都可以進(jìn)行與圖1或者圖4的氣體離子源10相當(dāng)?shù)膭?dòng)作。
實(shí)施例6圖13表示本發(fā)明實(shí)施例6的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。在真空槽1內(nèi)在其下部設(shè)置基材支持器4，在基材支持器4上安裝基材3。在本實(shí)施例中，示出在基材3的上面和側(cè)面上形成DLC薄膜的場合。在真空槽1內(nèi)設(shè)置第1氣體離子源10a，第2氣體離子源10b，第3氣體離子源10c，第4氣體離子源10d。其中，在真空槽1內(nèi)的上部設(shè)置第1、第2氣體離子源10a、10b，以便向著基材3的上面、向下或者斜的向下地照射離子，另一方面，在真空槽1內(nèi)的一側(cè)設(shè)置第3、第4兩個(gè)氣體離子源10c、10d，以便向著基材3的側(cè)面、橫向或者斜的橫向地照射離子。其他因與圖1或者圖4的場合相同所以省略說明。
對(duì)于動(dòng)作，雖然與圖1或者圖4的場合相同，但在本實(shí)施例中，因向著基材3從多方向照射離子，所以即使基材3為復(fù)雜的形狀也能良好跟蹤地形成DLC薄膜。
借助于用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)100使基材3旋轉(zhuǎn)，能實(shí)現(xiàn)基材3的側(cè)面等的膜厚等的均勻化。
此外，也可以在基材3為小型或者輕量的場合，將基材支持器4配置在真空槽1的上部并向下地保持基材3，將第1、第2氣體離子源10a、10b配置在真空槽1的下部，向著基材3、向上或者斜的向上地照射離子，同時(shí)利用第3、第4氣體離子源10c、10d，向著基材3、橫向或者斜的橫向地照射離子。
另外，第1氣體離子源10a和第3氣體離子源10c也可以進(jìn)行相當(dāng)于圖10的第1氣體離子源10a的動(dòng)作，并且、第2氣體離子源10b和第4氣體離子源10d也可以進(jìn)行相當(dāng)于圖10的第2氣體離子源10b的動(dòng)作。
實(shí)施例7圖14是表示本發(fā)明實(shí)施例7的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。設(shè)置第5氣體離子源10e來替代圖10中第2氣體離子源10b。第5氣體離子源10e是可以在基材3表面上形成作為中間層的Si、Ti、W、Al、B等金屬薄膜或SiC、Al4C3、TiC、WC等陶瓷薄膜的離子源。其他與圖10場合相同，故省略說明。
接下來說明動(dòng)作。首先使第1氣體離子源10a工作，與圖10場合相同對(duì)基材3表面進(jìn)行清潔處理。
接著，由偏置手段5相對(duì)于接地電位給基材3加上-0.5～-0.3kV大小電位。接下來，使第5φ氣體離子源10e工作，通過放電或電子照射使含有Si、Ti、W、Al、B等金屬元素的氣體，例如SiH4、TiCl4、WF6、AlCl3等離解，并且離子化，將這樣離解的金屬和金屬離子照射至基材3上，在其表面上形成作為中間層的Si、Al、Ti、W等金屬薄膜。
這里，或者邊向基材3照射由第1氣體離子源10a使碳?xì)浠衔锵禋怏w激發(fā)、離解和離子化這樣離解出的碳原子和碳離子，使真空槽內(nèi)為碳?xì)浠衔锵禋怏w氣氛，邊使第5氣體離子源10e如上所述工作，從而在基材3表面上形成SiC、Al4C3、TiC、WC等陶瓷薄膜作為中間層也行。
接著，向基材3照射由第1氣體離子源10a離解出的碳原子和碳離子以及氫原子和氫離子，形成DLC薄膜。
由以上雖可以在無大氣開放情況下與DLC薄膜形成相連續(xù)進(jìn)行用以使DLC薄膜附著性提高的中間層的形成，但在該中間層形成過程中，由于是以氣態(tài)供給組成元素的，因而與以固體和液體方式提供蒸鍍材料場合相比較，第5氣體離子源10e在配置方面的制約較少，也就是說，自由度較大。
另外，實(shí)施例1～7中，通過將石墨用作氣體離子源加速電極15和反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11的構(gòu)成材料，即便有反應(yīng)產(chǎn)物碳附著于反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)壁和加速電極15，仍可以抑制難以剝離的粉塵的發(fā)生。
實(shí)施例8
圖2所示的是提供給基材3的電壓V(t)，但也可以用以下所示的電壓波形替代圖2。電壓值、頻率與圖2中說明的相同，電壓不論正負(fù)都在數(shù)kV以內(nèi)。圖2和圖15～20中所示的波形也都能夠應(yīng)用于實(shí)施例1～7中說明的任何裝置。
圖15所示為本實(shí)施例的V(t)波形舉例。(a)表示正弦波，而(b)～(d)表示將正弦波向負(fù)方向偏移的偏置波形。(a)、(b)的電壓交替為正負(fù)，而(c)、(d)是隨時(shí)間t變化的負(fù)電壓。
在V(t)負(fù)值期間向離子提供能量，而V(t)正值期間則引出電子，為基材3的薄膜上帶上電荷的應(yīng)對(duì)措施，具體來說，向基材3提供電子，中和絕緣體DLC薄膜上的電荷。薄膜上電荷累積下來的話，便發(fā)生放電，薄膜表面變得粗糙，平整度降低。
(c)、(d)沒有電壓正值期間，但電子具有處于氣體離子源10內(nèi)的能量，在(c)、(d)中負(fù)電壓值較小期間，通過該電壓值與上述能量的疊加，可以向基材3提供電子。
圖16表示用方波代替圖15正弦波的場合。圖16(a)～(d)分別相當(dāng)于圖15(a)～(d)，具有與這些相同的效果。另外，波形為三角波等也行。
實(shí)施例9圖17所示為本發(fā)明實(shí)施例的V(t)波形舉例。正半波和負(fù)半波均為正弦波的半波形狀，但負(fù)值期間與正值期間相比較長。因而，主要是向離子提供能量，同時(shí)在較短的正值期間也具有向基材3提供電子解決帶電問題的效果。
圖18示出用方波代替圖17正弦波的場合。圖18(a)～(d)分別相當(dāng)于圖17(a)～(d)，具有與這些相同的效果。另外，波形為三角波等也行。
實(shí)施例10圖19所示為本實(shí)施例的V(t)波形舉例。正半波和負(fù)半波均為正弦波的半波形狀，但與圖17的情況相反，正值期間與負(fù)值期間相比較長。因而，主要是向基材3提供電子，同時(shí)也可以向離子提供能量。因此可以充分解決帶電問題。
圖20所示為用方波代替圖19正弦波的場合。圖20(a)～(d)分別相當(dāng)于圖19(a)～(d)，具有與這些相同的效果。另外，波形為三角波等也行。
此外，以上說明的是DLC薄膜形成時(shí)加在基材3上的電壓波形，但基材3為絕緣體的場合，清潔處理時(shí)也發(fā)生帶電現(xiàn)象，因而通過在基材支架4上加例如圖18(d)電壓波形，可以向基材3表面提供電子，具有作為帶電應(yīng)對(duì)措施的效果。
實(shí)施例11圖21是表示本發(fā)明實(shí)施例11金剛石狀碳(DLC)薄膜形成裝置的剖面圖。圖中，1是內(nèi)部保持真空的真空槽，2是對(duì)真空槽1內(nèi)進(jìn)行排氣的排氣系，3是其表面形成有DLC薄膜、例如為超硬合金這種基材，由未圖示基座保持在真空槽1內(nèi)。10為與基材3相對(duì)設(shè)置，產(chǎn)生離解的碳原子和碳離子以及離解的氫原子和氫離子的氣體離子源。11為向內(nèi)部導(dǎo)入含有DLC薄膜原材料碳原子(C)的碳?xì)浠衔锵捣磻?yīng)氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室，在與基材3相對(duì)部位16設(shè)置有節(jié)流孔(未圖示)，以便能夠放射離子等，并且增大流路阻抗，與真空槽1之間保持壓差。
12為由鎢絲或鉭絲等構(gòu)成、設(shè)置在反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)的熱電子放射手段。13為由平行配置的細(xì)金屬絲構(gòu)成、設(shè)置在反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)的熱電子引出電極。14為與反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11相連聯(lián)、將反應(yīng)氣體導(dǎo)入其內(nèi)部的反應(yīng)氣體導(dǎo)入管。15為設(shè)置在反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11外側(cè)、使離子向基材3加速的加速電極。從而由反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11、熱電子輻射手段12、熱電子引出電極13、反應(yīng)氣體導(dǎo)入管14和加速電極15構(gòu)成離子源10。
20為可以相對(duì)于加速電極15按時(shí)間函數(shù)向基材3上加電壓的第1偏置手段。21為可以相對(duì)于加速電極15按時(shí)間函數(shù)向熱電子輻射手段12上加電壓的第2偏置手段。22為使熱電子引出電極13的電位相對(duì)于熱電子輻射手段12為正向偏置的直流電源。23為使得熱電子輻射手段12工作用的交流電源。
加速電極15以及第1、第2偏置手段20、21的一端接地。
以下說明動(dòng)作。首先，由排氣系2將真空槽1內(nèi)排氣至1×10-6Torr大小的真空度后，由未圖示的基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)將基材溫度調(diào)整至100℃～250℃，將活性氣體碳?xì)浠衔锵禋怏w從反應(yīng)氣體導(dǎo)入管14導(dǎo)入至反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)，使得氣體向熱電子引出電極13和熱電子輻射手段12噴射，將反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)的真空度調(diào)整為1×10-2～1×10-1Torr。
接下來，由交流電源23向熱電子輻射手段12供電，加熱到2000℃左右，從而處于可提供熱電子狀態(tài)。接著，由直流電源22加上50～800V大小的電壓，使熱電子引出電極13的電位相對(duì)于熱電子輻射手段12為正向偏置，由熱電子輻射手段12使1～3A大小的電子向熱電子引出電極13按圖中箭頭所示方向照射。反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)的碳?xì)浠衔锵禋怏w通過此電子照射以及同被加熱的熱電子輻射手段12的接觸等，被激發(fā)、離解和離子化。
這時(shí)，在基材3和熱電子輻射手段12上加偏置電壓。圖22～圖25所示為以加速電極15的電位為基準(zhǔn)，由第1偏置手段20加在基材3上的電壓V1(t)和由第2偏置手段加在熱電子輻射手段12上的電壓V2(t)的幾個(gè)例子。V1(t)、V2(t)電壓均在±幾kV以內(nèi)，頻率設(shè)定為幾十Hz～幾十kHz。
V2(t)正時(shí)可從反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11取出離子(正電荷)，反之，負(fù)時(shí)可取出電子。因而。通過控制正負(fù)偏置電壓的大小、提供正負(fù)電壓的時(shí)間比例，可以高效地控制與薄膜形成有關(guān)的碳離子、氫離子的動(dòng)能和離子量，或高效地控制用于中和基材3上所帶電荷的電子動(dòng)能和電子量。
這里說明帶電現(xiàn)象。DLC為絕緣體，因而成膜時(shí)因離子而產(chǎn)生帶有正電荷現(xiàn)象。電荷一累積便放電，使得薄膜表面粗糙。為了抑制這種情況，當(dāng)然就提供電子以中和帶電，提高薄膜平整度。
接著，可以由V1(t)高效地控制從氣體離子源10引出的離子、電子入射至基材3的動(dòng)能和數(shù)量。具體來說，V1(t)負(fù)時(shí)，會(huì)賦予離子能量以入射至基材3上，反之正時(shí)則會(huì)提供給電子能量，因而通過控制正負(fù)偏置電壓的大小、提供正負(fù)電壓的時(shí)間比例，便可以控制碳離子、氫離子、電子的動(dòng)能和它們的數(shù)量。
此外，在V1(t)和V2(t)之間取得同步，總體控制(V1(t)-V2(t))，便可以控制碳離子、氫離子、電子的動(dòng)能和它們的數(shù)量。
圖22場合表示的是在V1(t)和V2(t)之間取得同步，從氣體離子源10引出大量離子，同時(shí)在入射至基材3時(shí)控制為適合薄膜形成的能級(jí)的場合。
首先，為了從激發(fā)電離狀態(tài)的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)取出大量離子，通過如圖22(b)所示使V2(t)為正向較大的偏置電壓，可以與該偏置電壓成正比引出大量離子。同時(shí)，通過如圖22(a)所示使V1(t)正向偏置，使離子減速，總體上為(V1(t)-V2(t))，如圖22(c)所示，將從氣體離子源10引出的離子動(dòng)能控制為適當(dāng)能級(jí)，入射至基材3。另外，V2(t)為負(fù)期間，便從氣體離子源10引出電子，按(V1(t)-V2(t))入射至基材3。
圖23所示的是為了增強(qiáng)薄膜與基板3的附著力，如通過向基材3注入等形成混合層場合、進(jìn)行離子濺射場合等那樣，將離子動(dòng)能設(shè)定為較大能級(jí)的情況。為了從反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11引出大量的離子，如圖23(b)所示，使V2(t)為正向較大偏置電壓。同時(shí)，通過如圖23(a)所示使V1(t)為負(fù)向偏置電壓，進(jìn)一步賦予離子能量，總體上如圖23(c)中(V1(t)-V2(t))所示，賦予離子較大的動(dòng)能，控制為能夠進(jìn)行離子濺射的能級(jí)，入射至基材3。
圖24是使V1(t)、V2(t)為交電變壓，但使兩者同步，為相同大小，總體而言為零。這時(shí)，V2(t)交替正負(fù)，分別從氣體離子源10取出離子和電子，通過V1(t)減速，按離子和電子在反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)所具有的動(dòng)能入射至基材3。
圖25與圖24場合相類似，但為(V1(t)-V2(t))設(shè)定為一定的負(fù)電壓的場合，可向離子提供能量。
另外，圖22～圖25示出的是方波和正弦波，但三角波等其他波形也行。
圖26所示是如上所述得到的DLC薄膜的喇曼分析結(jié)果。由圖可觀察到1550cm-1附近具有主峰，1400cm-1附近具有臺(tái)肩帶區(qū)的非對(duì)稱喇曼帶區(qū)，所示的是DLC典型的光譜，可以知道所形成的是高品質(zhì)DLC薄膜。另外，為了比較一并給出石墨薄膜的光譜。
另外，就形成DLC薄膜的預(yù)處理而言，對(duì)基材3表面進(jìn)行清潔處理也行。此時(shí)，將適合離子清潔處理的、例如氬氣這種氣體從反應(yīng)氣體管14導(dǎo)入反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11，使得反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11的真空度從1×10-2變?yōu)?×10-1Torr。而且，通過使熱電子輻射手段12工作，向熱電子引出電極13照射電子，對(duì)上述氣體進(jìn)行離子化，通過第2偏置手段21，從激發(fā)電離狀態(tài)的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11內(nèi)高效地取出離子，由第1偏置手段20控制這種離子入射至基材3的動(dòng)能、數(shù)量。此時(shí)，通過使第1、第2偏置手段20、21的總電壓(V1(t)-V2(t))為-0.5～-3kV大小，可以有效地進(jìn)行清潔處理。
通過以上清潔處理，可以去除基材3表面的水分、油脂成分、表面氧化物等雜質(zhì)，從而提高基材3與DLC薄膜的密接性。
實(shí)施例12圖27所示為實(shí)施例12中DLC成膜時(shí)由第1偏置手段20加在基材3上的V1(t)電壓波形。省略說明裝置構(gòu)成等與圖21場合相同的部分。V1(t)為直流或經(jīng)半波整流或全波整流的負(fù)電壓，是可提供離子能量，以得到密接性好、高硬度的DLC薄膜的電壓。此時(shí)，V2(t)作為從氣體離子源10取出離子或電子的電壓而言，設(shè)定為例如圖28(a)～(c)中所示的任一電壓。
另外，當(dāng)V1(t)、V2(t)均不是直流、而是隨時(shí)間變化的電壓時(shí)，最好兩者同步。
實(shí)施例13圖29所示為DLC成膜時(shí)由第1偏置手段20加在基材3上的V1(t)電壓波形。省略說明裝置與圖21場合相同部分。其中圖(a)表示正弦波，(b)～(d)表示將正弦波負(fù)向方向偏移的偏置波形。(a)、(b)中電壓交替正負(fù)，(c)、(d)為隨時(shí)間t變化的負(fù)電壓。在電壓負(fù)值期間向從氣體離子源10取出的離子提供能量，在電壓正值期間則向電子提供能量。
圖30所示為用方波替代圖29正弦波的場合，與圖29場合具有相同效果。
另外，這些場合下，V2(t)作為從氣體離子源10取出離子或電子的電壓而言，可以是例如圖28(b)或(c)這種電壓。
實(shí)施例14圖31所示為DLC成膜時(shí)的V1(t)電壓波形。省略說明裝置與圖21場合相同部分。V1(t)正半波和負(fù)半波均為正弦波半波形狀，但負(fù)值周期與正值周期相比較長。因而，主要是向離子提供能量，并且還有作為帶電應(yīng)對(duì)措施的效果。
圖32所示為用方波代替圖31正弦波的場合，具有與圖31場合相同效果。
另外，圖31(a)、(b)和圖32(a)、(b)場合，V2(t)作為從氣體離子源10取出離子或電子的電壓而言，可以用例如圖28(b)、(c)或圖33(a)、(b)所示的任一電壓，而圖31(c)、(d)和圖32(c)、(d)場合，V2(t)則可以用圖34(a)或(b)所示的電壓。
實(shí)施例15圖35所示為DLC成膜時(shí)的V1(t)電壓波形。省略說明與圖21場合相同部分。V1(t)的正半波和負(fù)半波均為正弦波的半波形狀，但與圖31相反，正值期間與負(fù)值期間相比較長。因而，主要是可以向基材3提供電子，故而能夠充分解決帶電問題，并且還能向離子提供能量。
圖36所示為用方波代替圖35正弦波的場合，并具有與圖35場合相同的效果。
另外，圖35(a)、(b)和圖36(a)、(b)場合，V2(t)作為從氣體離子源10取出離子或電子的電壓而言，可以用例如圖37(a)～(d)所示的任一電壓，而圖35(c)、(d)和圖36(c)、(d)場合，V2(t)則可以用圖38(a)或(b)所示的電壓。
此外，圖27～圖38所示的是正弦波或方波狀波形，但三角波等其他波形也行。
實(shí)施例16圖39是表示實(shí)施例16的DLC薄膜形成裝置的剖面圖。與圖21相比，沒有設(shè)置第1偏置手段(20)，基材3其電位與加速電極15處于相同電位。至于其他與圖21場合相同，故省略說明。
本實(shí)施例中，DLC薄膜形成時(shí)，入射至基材3的離子和電子能量僅僅由第2偏置手段21控制，因而操作變得簡單，裝置得以簡化。
實(shí)施例17圖40所示為DLC成膜時(shí)由第2偏置手段21加到熱電子輻射手段12上的V2(t)電壓波形。省略說明與圖21場合相同部分。V2(t)為直流或經(jīng)半波整流或全波整流的正電壓，可以從氣體離子源高效地引出離子，并且可以向離子提供能量。
另外，這些場合，V1(t)作為向離子提供能量的電壓，采用例如圖41(a)～(c)當(dāng)中的任一波形電壓。
實(shí)施例18圖42所示為DLC成膜時(shí)的V2(t)電壓波形。省略說明與圖21場合相同部分。其中圖(a)表示正弦波，(b)～(d)表示將正弦波向正方向偏移的偏置波形。(a)、(b)中電壓交替正負(fù)，(c)、(d)為隨時(shí)間t變化的正電壓。在電壓正值期間從氣體離子源10取出離子，在電壓負(fù)值期間則取出電子。
圖43所示為用方波替代圖42正弦波的場合，具有與圖42場合相同的效果。
另外，這些場合，V1(t)作為向離子提供能量的電壓，采用例如圖44(a)或(b)所示的電壓波形。
實(shí)施例19圖45所示為DLC成膜時(shí)的V2(t)電壓波形。省略說明與圖21場合相同部分。V2(t)的正半波和負(fù)半波均為正弦波的半波形狀，但正值期間與負(fù)值期間相比較長。因而，主要是向離子提供能量，并且從氣體離子源當(dāng)中取出，同時(shí)還提供電子。
圖46所示為用方波替代圖45正弦波的場合，并具有與圖45場合相同的效果。
另外，圖45(a)、(b)和圖46(a)、(b)場合，V1(t)作為向離子或電子提供能量的電壓而言，可以用例如圖41(b)、(c)或圖47(a)、(b)所示的任一電壓，而圖45(c)、(d)和圖46(c)、(d)場合，V1(t)則可以用圖48(a)或(b)所示的電壓。
實(shí)施例20圖49所示為DLC成膜時(shí)的V2(t)電壓波形。省略說明與圖21場合相同部分。V2(t)的正半波和負(fù)半波均為正弦波的半波形狀，但與圖45相反，負(fù)值期間與正值期間相比較長。因而，主要是可以由氣體離子源10提供電子，以充分解決帶電問題，當(dāng)然還能提供離子。
圖50所示為用方波代替圖49正弦波的場合，并具有與圖49場合相同的效果。
另外，圖49(a)、(b)和圖50(a)、(b)場合，V1(t)作為向離子或電子提供能量的電壓而言，可以用例如圖44(a)、(b)或圖51(a)、(b)所示的任一電壓，而圖49(c)、(d)和圖50(c)、(d)場合，V1(t)則可以用例如圖52(a)或(b)所示的電壓。
此外，圖40～圖51所示的是正弦波或方波狀波形，但三角波等其他波形也行。
本發(fā)明的DLC薄膜形成裝置，在真空槽中具有朝向基材設(shè)置節(jié)流孔并導(dǎo)入氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室的氣體離子源，因而在氣體用量等方面提高效率。
而且，偏置手段通過按時(shí)間函數(shù)在基材上加電壓，可以調(diào)整提供給離子的能量和抑制帶電的電子的數(shù)量，從而獲得高質(zhì)量DLC薄膜。
本發(fā)明的DLC薄膜形成方法，用上述DLC薄膜形成裝置，對(duì)基材進(jìn)行清潔處理后，使基材溫度為從100℃到250℃來形成薄膜，因而可以在同一真空槽內(nèi)進(jìn)行清潔處理和成膜，從而可以高效地形成附著力大且高硬度的DLC薄膜。
此外，DLC薄膜形成時(shí)通過在基材上加負(fù)電壓，可向離子提供能量，從而獲得附著力大、高硬度DLC膜。
此外，通過在基材上加正負(fù)交替的電壓，可提供給離子能量，同時(shí)向基材提供電子，從而可獲得附著力大、高硬度且平整性好的DLC膜。
另外，本發(fā)明的DLC薄膜形成裝置，包括相對(duì)于加速電極在基材上加電壓的第1偏置手段，和在熱電子輻射手段上加電壓的第2偏置手段，構(gòu)成為能夠分別按時(shí)間函數(shù)加電壓，通過控制這些第1、第2偏置手段的電壓，向離子提供能量，或者作為帶電應(yīng)對(duì)措施向基材提供電子，而且可以控制它們的大小，因而具有可形成密接性好、高硬度且平整性好的高質(zhì)量DLC薄膜的效果。
再者，通過由第2偏置手段在熱電子輻射手段上加正電荷，可向離子提供能量，同時(shí)可以高效地從氣體離子源引出離子。
此外，通過使第2偏置手段的電壓為正負(fù)交替電壓，可向離子提供能量，或者由氣體離子源提供電子。
權(quán)利要求
1.一種類金剛石薄膜形成裝置，在基材上形成類金剛石薄膜，其特征在于，所述類金剛石薄膜形成裝置包括保持內(nèi)部成規(guī)定的真空度的真空槽；在該真空槽內(nèi)保持所述基材的基材支持器；調(diào)整所述基材的溫度的基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)；在所述真空槽內(nèi)相對(duì)于所述基材設(shè)置的、發(fā)生被離解的碳與碳離子和被離解的氫與氫離子的氣體離子源；所述氣體離子源由向著所述基材設(shè)節(jié)流孔、而且導(dǎo)入氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室，設(shè)置在所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入室內(nèi)并放射熱電子的熱電子放射手段，從所述熱電子放射手段引出熱電子的熱電子引出電極，設(shè)置在所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入室的外側(cè)上并向著所述基材對(duì)所述離子進(jìn)行加速的加速電極組成，對(duì)于所述加速電極、在所述基材上施加電壓的偏置手段。
2.如權(quán)利要求1所述的類金剛石薄膜形成裝置，其特征在于，偏置手段能對(duì)于加速電極、在基材上施加作為時(shí)間函數(shù)的電壓。
3.一種類金剛石薄膜形成方法，用所述類金剛石薄膜形成裝置，在基材上形成類金剛石薄膜，其特征在于，所述類金剛石薄膜形成裝置包括保持內(nèi)部成規(guī)定的真空度的真空槽；在該真空槽內(nèi)保持所述基材的基材支持器；調(diào)整所述基材的溫度的基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)；在所述真空槽內(nèi)相對(duì)于所述基材設(shè)置的、發(fā)生被離解的碳和碳離子和被離解的氫和氫離子的氣體離子源；所述氣體離子源由向著所述基材設(shè)置節(jié)流孔、而且導(dǎo)入氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室，設(shè)置在所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入室內(nèi)并放射熱電子的熱電子放射手段，從所述熱電子放射手段引出熱電子的熱電子引出電極，設(shè)置在所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入室的外側(cè)上并向著所述基材對(duì)所述離子進(jìn)行加速的加速電極組成，對(duì)于所述加速電極、在所述基材上施加電壓的偏置手段，所述類金剛石薄膜形成方法包括利用用所述氣體離子源發(fā)生的離子、清潔處理基材的表面后，利用基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)將基材的溫度控制成100℃到250℃，同時(shí)在所述氣體離子源中導(dǎo)入碳?xì)浠衔锵档臍怏w、并在所述基材上形成類金剛石薄膜。
4.如權(quán)利要求3所述的類金剛石薄膜形成方法，其特征在于，在類金剛石薄膜的形成時(shí)，利用偏置手段對(duì)于加速電極在基材上施加作為固定的或者時(shí)間的函數(shù)的負(fù)電壓。
5.如權(quán)利要求3所述的類金剛石薄膜形成方法，其特征在于，在類金剛石薄膜的形成時(shí)，利用偏置手段對(duì)于加速電極在基材上施加正負(fù)交替的電壓。
6.一種類金剛石薄膜形成裝置，在基材上形成類金剛石薄膜，其特征在于，所述類金剛石薄膜形成裝置包括保持內(nèi)部成規(guī)定的真空度并放入所述基材的真空槽；相對(duì)于所述基材設(shè)置的、發(fā)生被離解的碳和碳離子和被離解的氫和氫離子的氣體離子源；所述氣體離子源由向著所述基材設(shè)置節(jié)流孔、而且導(dǎo)入氣體的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室，設(shè)置在所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入室內(nèi)并放射熱電子的熱電子放射手段，從所述熱電子放射手段引出熱電子的熱電子引出電極，設(shè)置在所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入室的外側(cè)上并向著所述基材對(duì)所述離子進(jìn)行加速的加速電極組成，能對(duì)于所述加速電極在所述基材上施加作為時(shí)間函數(shù)的電壓的第1偏置手段和能對(duì)于所述加速電極在所述熱電子放射手段上施加作為時(shí)間函數(shù)的電壓的第2偏置手段。
7.如權(quán)利要求6所述的類金剛石薄膜形成裝置，其特征在于，利用第2偏置手段對(duì)于加速電極在熱電子放射手段上施加的電壓，是直流或者隨時(shí)間變化的正電壓。
8.如權(quán)利要求6所述的類金剛石薄膜形成裝置，其特征在于，利用第2偏置手段對(duì)于加速電極在熱電子放射手段上施加的電壓，是正負(fù)交替的電壓。
全文摘要
本發(fā)明的課題是獲得一種與基材密接性好、高硬高且平整性出色的高質(zhì)量金剛石狀碳(DLC)薄膜。它包括:在真空槽1內(nèi)保持基材3的基材基座4;調(diào)整基材3溫度的基材溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)6;與基材3相對(duì)的氣體離子源10;在基材3上加電壓的偏置手段5,上述氣體離子源10由與基材3相對(duì)設(shè)有節(jié)流孔的反應(yīng)氣體導(dǎo)入室11;熱電子輻射手段12;熱電子引出電極13和加速電極15組成。此外,包括具有熱電子輻射手段12和向基材3加速離子的加速電極15的氣體離子源10,同時(shí)具有相對(duì)于加速電極15在基材3上加電壓的第1偏置手段20和在熱電子輻射手段12上加電壓的第2偏置手段21,第1、第2偏置手段設(shè)法分別按時(shí)間函數(shù)加電壓。
文檔編號(hào)C30B29/04GK1178263SQ97117950
公開日1998年4月8日 申請(qǐng)日期1997年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月1日
發(fā)明者梶田直幸, 山地茂, 中谷元 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社