碳薄膜、制造其的等離子體裝置及制造方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種可抑制陰極物質(zhì)破裂的等離子體裝置。等離子體裝置10包括真空容器1、電弧式蒸發(fā)源3、陰極構(gòu)件4、永久磁鐵5、電源7、觸發(fā)電極8及擋板12。電弧式蒸發(fā)源3在真空容器1的側(cè)壁上與基板20相對向而固定。陰極構(gòu)件4包含具有突起部的玻璃狀碳，安裝于電弧式蒸發(fā)源3上。突起部具有大于0.785mm2的剖面積。永久磁鐵5對陰極構(gòu)件4施加磁場。電源7對電弧式蒸發(fā)源3施加負的電壓。觸發(fā)電極8與陰極構(gòu)件4的突起部接觸或背離。對電弧式蒸發(fā)源3施加負的電壓，使觸發(fā)電極8與陰極構(gòu)件4的突起部接觸而產(chǎn)生電弧放電，打開擋板12而在基板20上形成碳薄膜。

Carbon film, plasma device and method of manufacturing the same

The present invention provides a plasma device capable of suppressing the rupture of cathode material. The plasma device 10 includes a vacuum container 1, an arc type evaporation source, a cathode member, a permanent magnet, a power supply 7, a trigger electrode (a) and a baffle plate (12) and a baffle plate (a), which includes a vacuum vessel (s) 3, an arc evaporation source (s), a cathode (s) of which is 4. The arc type evaporation source 3 is fixed to the substrate 20 on the side wall of the vacuum container 1. The cathode member 4 includes a glassy carbon having a protrusion portion mounted on an arc type evaporation source 3. The protrusion has a cross-sectional area greater than 0.785mm2. A permanent magnet 5 applies a magnetic field to the cathode member 4. Power 7 negative voltage applied to arc type evaporation source 3. The trigger electrode 4 contacts or deviates from the projection of the cathode member 8. A negative voltage is applied to the arc type evaporation source 3, which causes the triggering electrode 8 to contact with the protruding part of the cathode member 4 to generate an arc discharge, and the baffle plate 12 is opened to form a carbon film on the substrate 20.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種碳薄膜、制造其的等離子體裝置及制造方法。
技術(shù)介紹
在現(xiàn)有上，在使用電弧放電而形成薄膜的薄膜形成裝置中所使用的電弧式蒸發(fā)源中，已知有抑制粗大粒子附著于基板上的過濾式真空電弧式(FVA(FilteredVacuumArc)式)的電弧式蒸發(fā)源(專利文獻1)。所述電弧式蒸發(fā)源包括真空容器、等離子體輸送管(plasmaduct)、多孔構(gòu)件、電磁線圈(magneticcoil)及蒸發(fā)源。等離子體輸送管將其一端安裝于真空容器上。蒸發(fā)源安裝于等離子體輸送管的另一端。電磁線圈纏繞于等離子體輸送管的周圍。而且，電磁線圈將在蒸發(fā)源的附近產(chǎn)生的等離子體導(dǎo)入至配置在真空容器內(nèi)的基板的附近。多孔構(gòu)件安裝于等離子體輸送管的內(nèi)壁，捕獲從安裝于蒸發(fā)源上的陰極物質(zhì)飛出的粗大粒子。如上所述，現(xiàn)有的真空電弧蒸鍍裝置通過等離子體輸送管將蒸發(fā)源與真空容器連結(jié)，利用設(shè)置于等離子體輸送管的內(nèi)壁上的多孔構(gòu)件捕獲從陰極物質(zhì)飛出的粗大粒子而抑制粗大粒子向基板飛來。已經(jīng)提出了使用如上所述的過濾式電弧式蒸發(fā)源而成膜的類金剛石碳膜(專利文獻2)。在此種方式下的成膜中，使用輸送管來俘獲微滴(droplet)，從而抑制粗大粒子的飛來。然而，如果液體狀的微滴碰撞到輸送管表面，則會變?yōu)?0nm以下的大小的細小粒子而飛散，輸送管自身成為微滴的導(dǎo)管，而輸送至成膜腔室為止，從而小于20nm的大小的粒子多數(shù)被成膜。因此，在專利文獻2的方法中，揭示了高度或深度為20nm以上的凹凸的數(shù)量在每單位膜厚中為0.01個以下的類金剛石碳膜，但是關(guān)于非常小至10nm～20nm的凹凸，則沒有充分改善。并且，由于迄今為止20nm以上的大小的凹凸所造成的不良影響較大，所以所述非常小至10nm～20nm的凹凸的存在不太引人注目，但是在光學(xué)透鏡的成型用模具等精密模具的用途中，減少10nm～20nm的凸凹的個數(shù)的效果非常大，從而正在謀求替代FVA方式的成膜方法。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1：日本專利特開2002-105628號公報專利文獻2：日本專利特開2014-062326號公報
技術(shù)實現(xiàn)思路
[專利技術(shù)所要解決的課題]在現(xiàn)有的真空電弧蒸鍍裝置中，是使用石墨(碳)作為陰極物質(zhì)，石墨是對碳粒子進行燒結(jié)而制作，所以存在晶界。其結(jié)果為，當(dāng)使用石墨作為陰極物質(zhì)時，存在陰極物質(zhì)沿晶界破裂，而產(chǎn)生粗大粒子(微粒)的問題。并且，雖然提出了使用等離子體輸送管俘獲此種粗大粒子來抑制粗大粒子的飛來的技術(shù)，但是無法充分抑制粗大粒子碰撞至輸送管而生成的20nm以下的微細粒子的生成。因此，根據(jù)本專利技術(shù)的實施方式，提供一種能夠抑制陰極物質(zhì)破裂的等離子體裝置。并且，根據(jù)本專利技術(shù)的實施方式，提供一種可抑制陰極物質(zhì)破裂而制造碳薄膜的碳薄膜的制造方法。進而，根據(jù)本專利技術(shù)的實施方式，提供一種抑制陰極物質(zhì)破裂而制造的碳薄膜。[解決課題的手段]根據(jù)本專利技術(shù)的實施方式，碳薄膜包括20nm的凹凸的數(shù)量在每單位掃描距離及每單位膜厚中小于0.007[個/mm/nm]的碳膜。因此，可減少10nm～20nm的凹凸。優(yōu)選的是，所述碳膜是將用下式(1)表示的抗熱震性R大于7.9的玻璃狀碳用于陰極構(gòu)件而形成的情況。[數(shù)式1]R＝σ×λ/α/E…(1)此處，在所述式(1)中，σ為彎曲強度[MPa]，λ為導(dǎo)熱率[W/mK]，α為熱膨脹系數(shù)[/106K]，E為楊氏模量[GPa]。當(dāng)抗熱震性R大于7.9時，玻璃狀碳的耐熱震性相對于因電弧放電而產(chǎn)生于陰極構(gòu)件表面上的熱應(yīng)力而增大，從而可以防止陰極構(gòu)件破裂。因此，能夠進一步減少陰極構(gòu)件破裂時容易產(chǎn)生的10nm～20nm的凹凸。根據(jù)本專利技術(shù)的實施方式，等離子體裝置包括真空容器、電弧式蒸發(fā)源、陰極構(gòu)件、保持構(gòu)件、放電開始元件及電源。電弧式蒸發(fā)源固定于真空容器上。陰極構(gòu)件安裝于電弧式蒸發(fā)源上。保持構(gòu)件保持朝向陰極構(gòu)件而配置的基板。放電開始元件使放電開始。電源對電弧式蒸發(fā)源施加負的電壓。陰極構(gòu)件包含玻璃狀碳，并且包含具有柱狀形狀且剖面積大于0.785mm2的柱狀部分。并且，放電開始元件是使放電開始，以使等離子體從陰極構(gòu)件的柱狀部分釋放出來。在本專利技術(shù)的實施方式的等離子體裝置中，陰極構(gòu)件包含剖面積大于0.785mm2的柱狀部分。其結(jié)果為，即使開始電弧放電，陰極構(gòu)件的溫度急劇上升，陰極構(gòu)件也具有承受熱應(yīng)力的強度。因此，可以防止陰極構(gòu)件破裂。優(yōu)選的是陰極構(gòu)件的以所述式(1)表示的抗熱震性R大于7.9的情況。進而，根據(jù)本專利技術(shù)的實施方式，碳薄膜的制造方法包括：第1工序，在朝向基板而固定于真空容器上的電弧式蒸發(fā)源上，安裝陰極構(gòu)件，所述陰極構(gòu)件包含玻璃狀碳，并且包含具有柱狀形狀且剖面積大于0.785mm2的柱狀部分；第2工序，對電弧式蒸發(fā)源施加負的電壓；以及第3工序，使放電開始以使等離子體從陰極構(gòu)件的柱狀部分釋放出來，而在基板上形成碳膜。通過使用本專利技術(shù)的實施方式的碳薄膜的制造方法，而使得即使開始電弧放電，陰極構(gòu)件的溫度急劇上升，陰極構(gòu)件也具有承受熱應(yīng)力的強度。因此，可以防止陰極構(gòu)件破裂。優(yōu)選的是陰極構(gòu)件的以所述式(1)表示的抗熱震性R大于7.9的情況。[專利技術(shù)的效果]可以防止陰極構(gòu)件破裂。能夠提供一種10nm～20nm的微細凹凸的產(chǎn)生少，而且成膜速度快的小型的成膜裝置及其覆蓋物品。附圖說明圖1是表示本專利技術(shù)的實施方式1的等離子體裝置的構(gòu)成的概略圖。圖2是圖1所示的陰極構(gòu)件的立體圖。圖3是圖2所示的線III-III間的陰極構(gòu)件的剖面圖。圖4是表示使用圖1所示的等離子體裝置的碳薄膜的制造方法的工序圖。圖5是表示使用直徑2mmφ的玻璃狀碳(突起部)時的放電后的突起部的圖。圖6是表示使用直徑5.2mmφ的玻璃狀碳(突起部)時的放電后的突起部的圖。圖7是表示真空電弧放電試驗后的比較例1的陰極構(gòu)件的圖。圖8是表示真空電弧放電試驗后的實施例1的陰極構(gòu)件的圖。圖9是表示實施方式2的等離子體裝置的構(gòu)成的概略圖。圖10是利用圖9所示的等離子體裝置而制造的碳薄膜(類金剛石碳膜)的剖面圖。圖11是表示使用圖9所示的等離子體裝置的碳薄膜(類金剛石碳膜)的制造方法的工序圖。圖12是使用現(xiàn)有的電弧法的等離子體裝置的概略圖。圖13是表示凹凸的缺陷數(shù)與凹凸的缺陷的尺寸的關(guān)系的圖。具體實施方式一邊參照附圖，一邊對本專利技術(shù)的實施方式進行詳細說明。再者，圖中對相同或相當(dāng)部分標(biāo)注相同符號，并且不重復(fù)對其進行說明。[實施方式1]圖1是表示本專利技術(shù)的實施方式1的等離子體裝置的構(gòu)成的概略圖。參照圖1，本專利技術(shù)的實施方式1的等離子體裝置包括真空容器1、保持構(gòu)件2、電弧式蒸發(fā)源3、陰極構(gòu)件4、永久磁鐵5、電源6、電源7、觸發(fā)電極8、電阻9及擋板12。再者，等離子體裝置10中，如圖1所示定義x軸、y軸及z軸。真空容器1包含排氣口11，從排氣口11利用排氣裝置(未圖示)抽成真空。并且，真空容器1與接地節(jié)點GND連接。保持構(gòu)件2配置在真空容器1內(nèi)。保持構(gòu)件2包含圓柱部2A。圓柱部2A在y-z平面內(nèi)通過旋轉(zhuǎn)裝置(未圖示)而旋轉(zhuǎn)。如此，基板20可伴隨著保持構(gòu)件2的圓柱部2A的旋轉(zhuǎn)而在y-z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。電弧式蒸發(fā)源3固定于真空容器1的側(cè)壁上。陰極構(gòu)件4安裝于電弧式蒸發(fā)源3的基板20側(cè)的表面上。并且，陰極構(gòu)件4包含玻璃狀碳。玻璃狀碳是通過對酚樹脂等熱硬化性樹脂進行煅燒、碳化而制造。所述玻璃狀本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種碳薄膜，包括：碳膜，經(jīng)觸針前端半徑為1.25μm的觸針式的表面形狀測定器測定的10nm～20nm的凹凸的數(shù)量在每單位掃描距離及每單位膜厚中小于0.007[個/mm/nm]。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2014.07.28 JP 2014-1526261.一種碳薄膜，包括：碳膜，經(jīng)觸針前端半徑為1.25μm的觸針式的表面形狀測定器測定的10nm～20nm的凹凸的數(shù)量在每單位掃描距離及每單位膜厚中小于0.007[個/mm/nm]。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳薄膜，其中所述10nm～20nm的凹凸的數(shù)量在每單位掃描距離及每單位膜厚中小于0.0035[個/mm/nm]。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳薄膜，其中所述碳膜是將以下式(1)表示的抗熱震性R大于7.9的玻璃狀碳用于陰極構(gòu)件而形成，[數(shù)式1]R＝σ×λ/α/E…(1)此處，在所述式(1)中，σ為彎曲強度[MPa]，λ為導(dǎo)熱率[W/mK]，α為熱膨脹系數(shù)[/106K]，E為楊氏模量[GPa]。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的碳薄膜，還包括：金屬層，與所述碳膜相接而形成于基板上；并且所述金屬層包括選自元素周期表4A族元素、5A族元素、6A族元素、B、Si中的至少一個元素及它們的氮化物中的任一者。5.一種等離子體裝置，包括：真空容器；電弧式蒸發(fā)源，固定于所述真空容器上；陰極構(gòu)件，安裝于所述電弧式蒸發(fā)源上；保持構(gòu)件，保持朝向所述陰極構(gòu)件而配置的基板；放電開始元件，使放電開始；以及電源，對所述電弧式蒸發(fā)源施加負的電壓；其中所述陰極構(gòu)件包含玻璃狀碳，并且包含具有柱狀形狀且剖面積大于0.785mm2的柱狀部分，所述放電開始元件是使放電開始，以使等離子體從所述陰極構(gòu)件的所述柱狀部分釋放出來。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體裝置，其中所述陰極構(gòu)件的以下式(1)表示的抗熱震性R大于7.9，[數(shù)式1]R＝σ×λ/α/E…(1)此處，在所述式(1)中，σ為彎曲強度[MPa]，λ為導(dǎo)熱率[W/mK]，α為熱膨脹系數(shù)[/...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：加藤健治，高橋正人，西村和也，石塚浩，森口秀樹，
申請(專利權(quán))人：日本ITF株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：日本;JP