碳薄膜、制造其的等离子体装置及制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可抑制阴极物质破裂的等离子体装置。等离子体装置10包括真空容器1、电弧式蒸发源3、阴极构件4、永久磁铁5、电源7、触发电极8及挡板12。电弧式蒸发源3在真空容器1的侧壁上与基板20相对向而固定。阴极构件4包含具有突起部的玻璃状碳，安装于电弧式蒸发源3上。突起部具有大于0.785mm2的剖面积。永久磁铁5对阴极构件4施加磁场。电源7对电弧式蒸发源3施加负的电压。触发电极8与阴极构件4的突起部接触或背离。对电弧式蒸发源3施加负的电压，使触发电极8与阴极构件4的突起部接触而产生电弧放电，打开挡板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.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种碳薄膜、制造其的等离子体装置及制造方法。
技术介绍
在现有上，在使用电弧放电而形成薄膜的薄膜形成装置中所使用的电弧式蒸发源中，已知有抑制粗大粒子附着于基板上的过滤式真空电弧式(FVA(FilteredVacuumArc)式)的电弧式蒸发源(专利文献1)。所述电弧式蒸发源包括真空容器、等离子体输送管(plasmaduct)、多孔构件、电磁线圈(magneticcoil)及蒸发源。等离子体输送管将其一端安装于真空容器上。蒸发源安装于等离子体输送管的另一端。电磁线圈缠绕于等离子体输送管的周围。而且，电磁线圈将在蒸发源的附近产生的等离子体导入至配置在真空容器内的基板的附近。多孔构件安装于等离子体输送管的内壁，捕获从安装于蒸发源上的阴极物质飞出的粗大粒子。如上所述，现有的真空电弧蒸镀装置通过等离子体输送管将蒸发源与真空容器连结，利用设置于等离子体输送管的内壁上的多孔构件捕获从阴极物质飞出的粗大粒子而抑制粗大粒子向基板飞来。已经提出了使用如上所述的过滤式电弧式蒸发源而成膜的类金刚石碳膜(专利文献2)。在此种方式下的成膜中，使用输送管来俘获微滴(droplet)，从而抑制粗大粒子的飞来。然而，如果液体状的微滴碰撞到输送管表面，则会变为20nm以下的大小的细小粒子而飞散，输送管自身成为微滴的导管，而输送至成膜腔室为止，从而小于20nm的大小的粒子多数被成膜。因此，在专利文献2的方法中，揭示了高度或深度为20nm以上的凹凸的数量在每单位膜厚中为0.01个以下的类金刚石碳膜，但是关于非常小至10nm～20nm的凹凸，则没有充分改善。并且，由于迄今为止20nm以上的大小的凹凸所造成的不良影响较大，所以所述非常小至10nm～20nm的凹凸的存在不太引人注目，但是在光学透镜的成型用模具等精密模具的用途中，减少10nm～20nm的凸凹的个数的效果非常大，从而正在谋求替代FVA方式的成膜方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2002-105628号公报专利文献2：日本专利特开2014-062326号公报
技术实现思路
[专利技术所要解决的课题]在现有的真空电弧蒸镀装置中，是使用石墨(碳)作为阴极物质，石墨是对碳粒子进行烧结而制作，所以存在晶界。其结果为，当使用石墨作为阴极物质时，存在阴极物质沿晶界破裂，而产生粗大粒子(微粒)的问题。并且，虽然提出了使用等离子体输送管俘获此种粗大粒子来抑制粗大粒子的飞来的技术，但是无法充分抑制粗大粒子碰撞至输送管而生成的20nm以下的微细粒子的生成。因此，根据本专利技术的实施方式，提供一种能够抑制阴极物质破裂的等离子体装置。并且，根据本专利技术的实施方式，提供一种可抑制阴极物质破裂而制造碳薄膜的碳薄膜的制造方法。进而，根据本专利技术的实施方式，提供一种抑制阴极物质破裂而制造的碳薄膜。[解决课题的手段]根据本专利技术的实施方式，碳薄膜包括20nm的凹凸的数量在每单位扫描距离及每单位膜厚中小于0.007[个/mm/nm]的碳膜。因此，可减少10nm～20nm的凹凸。优选的是，所述碳膜是将用下式(1)表示的抗热震性R大于7.9的玻璃状碳用于阴极构件而形成的情况。[数式1]R＝σ×λ/α/E…(1)此处，在所述式(1)中，σ为弯曲强度[MPa]，λ为导热率[W/mK]，α为热膨胀系数[/106K]，E为杨氏模量[GPa]。当抗热震性R大于7.9时，玻璃状碳的耐热震性相对于因电弧放电而产生于阴极构件表面上的热应力而增大，从而可以防止阴极构件破裂。因此，能够进一步减少阴极构件破裂时容易产生的10nm～20nm的凹凸。根据本专利技术的实施方式，等离子体装置包括真空容器、电弧式蒸发源、阴极构件、保持构件、放电开始元件及电源。电弧式蒸发源固定于真空容器上。阴极构件安装于电弧式蒸发源上。保持构件保持朝向阴极构件而配置的基板。放电开始元件使放电开始。电源对电弧式蒸发源施加负的电压。阴极构件包含玻璃状碳，并且包含具有柱状形状且剖面积大于0.785mm2的柱状部分。并且，放电开始元件是使放电开始，以使等离子体从阴极构件的柱状部分释放出来。在本专利技术的实施方式的等离子体装置中，阴极构件包含剖面积大于0.785mm2的柱状部分。其结果为，即使开始电弧放电，阴极构件的温度急剧上升，阴极构件也具有承受热应力的强度。因此，可以防止阴极构件破裂。优选的是阴极构件的以所述式(1)表示的抗热震性R大于7.9的情况。进而，根据本专利技术的实施方式，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电弧式蒸发源上，安装阴极构件，所述阴极构件包含玻璃状碳，并且包含具有柱状形状且剖面积大于0.785mm2的柱状部分；第2工序，对电弧式蒸发源施加负的电压；以及第3工序，使放电开始以使等离子体从阴极构件的柱状部分释放出来，而在基板上形成碳膜。通过使用本专利技术的实施方式的碳薄膜的制造方法，而使得即使开始电弧放电，阴极构件的温度急剧上升，阴极构件也具有承受热应力的强度。因此，可以防止阴极构件破裂。优选的是阴极构件的以所述式(1)表示的抗热震性R大于7.9的情况。[专利技术的效果]可以防止阴极构件破裂。能够提供一种10nm～20nm的微细凹凸的产生少，而且成膜速度快的小型的成膜装置及其覆盖物品。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式1的等离子体装置的构成的概略图。图2是图1所示的阴极构件的立体图。图3是图2所示的线III-III间的阴极构件的剖面图。图4是表示使用图1所示的等离子体装置的碳薄膜的制造方法的工序图。图5是表示使用直径2mmφ的玻璃状碳(突起部)时的放电后的突起部的图。图6是表示使用直径5.2mmφ的玻璃状碳(突起部)时的放电后的突起部的图。图7是表示真空电弧放电试验后的比较例1的阴极构件的图。图8是表示真空电弧放电试验后的实施例1的阴极构件的图。图9是表示实施方式2的等离子体装置的构成的概略图。图10是利用图9所示的等离子体装置而制造的碳薄膜(类金刚石碳膜)的剖面图。图11是表示使用图9所示的等离子体装置的碳薄膜(类金刚石碳膜)的制造方法的工序图。图12是使用现有的电弧法的等离子体装置的概略图。图13是表示凹凸的缺陷数与凹凸的缺陷的尺寸的关系的图。具体实施方式一边参照附图，一边对本专利技术的实施方式进行详细说明。再者，图中对相同或相当部分标注相同符号，并且不重复对其进行说明。[实施方式1]图1是表示本专利技术的实施方式1的等离子体装置的构成的概略图。参照图1，本专利技术的实施方式1的等离子体装置包括真空容器1、保持构件2、电弧式蒸发源3、阴极构件4、永久磁铁5、电源6、电源7、触发电极8、电阻9及挡板12。再者，等离子体装置10中，如图1所示定义x轴、y轴及z轴。真空容器1包含排气口11，从排气口11利用排气装置(未图示)抽成真空。并且，真空容器1与接地节点GND连接。保持构件2配置在真空容器1内。保持构件2包含圆柱部2A。圆柱部2A在y-z平面内通过旋转装置(未图示)而旋转。如此，基板20可伴随着保持构件2的圆柱部2A的旋转而在y-z平面内旋转。电弧式蒸发源3固定于真空容器1的侧壁上。阴极构件4安装于电弧式蒸发源3的基板20侧的表面上。并且，阴极构件4包含玻璃状碳。玻璃状碳是通过对酚树脂等热硬化性树脂进行煅烧、碳化而制造。所述玻璃状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳薄膜，包括：碳膜，经触针前端半径为1.25μm的触针式的表面形状测定器测定的10nm～20nm的凹凸的数量在每单位扫描距离及每单位膜厚中小于0.007[个/mm/nm]。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.28 JP 2014-1526261.一种碳薄膜，包括：碳膜，经触针前端半径为1.25μm的触针式的表面形状测定器测定的10nm～20nm的凹凸的数量在每单位扫描距离及每单位膜厚中小于0.007[个/mm/nm]。2.根据权利要求1所述的碳薄膜，其中所述10nm～20nm的凹凸的数量在每单位扫描距离及每单位膜厚中小于0.0035[个/mm/nm]。3.根据权利要求1或2所述的碳薄膜，其中所述碳膜是将以下式(1)表示的抗热震性R大于7.9的玻璃状碳用于阴极构件而形成，[数式1]R＝σ×λ/α/E…(1)此处，在所述式(1)中，σ为弯曲强度[MPa]，λ为导热率[W/mK]，α为热膨胀系数[/106K]，E为杨氏模量[GPa]。4.根据权利要求1至3所述的碳薄膜，还包括：金属层，与所述碳膜相接而形成于基板上；并且所述金属层包括选自元素周期表4A族元素、5A族元素、6A族元素、B、Si中的至少一个元素及它们的氮化物中的任一者。5.一种等离子体装置，包括：真空容器；电弧式蒸发源，固定于所述真空容器上；阴极构件，安装于所述电弧式蒸发源上；保持构件，保持朝向所述阴极构件而配置的基板；放电开始元件，使放电开始；以及电源，对所述电弧式蒸发源施加负的电压；其中所述阴极构件包含玻璃状碳，并且包含具有柱状形状且剖面积大于0.785mm2的柱状部分，所述放电开始元件是使放电开始，以使等离子体从所述阴极构件的所述柱状部分释放出来。6.根据权利要求5所述的等离子体装置，其中所述阴极构件的以下式(1)表示的抗热震性R大于7.9，[数式1]R＝σ×λ/α/E…(1)此处，在所述式(1)中，σ为弯曲强度[MPa]，λ为导热率[W/mK]，α为热膨胀系数[/...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤健治，高桥正人，西村和也，石塚浩，森口秀树，
申请(专利权)人：日本ITF株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP