薄膜形成方法、薄膜形成裝置、形成有覆膜的被處理物、模具以及工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在被處理物的所期望部位形成薄膜的薄膜形成方法。在本發(fā)明的薄膜形成方法中，在減壓容器內(nèi)，向含有目標薄膜成分的原料氣體供電，使所述原料氣體等離子化，將其提供到被處理物上從而在被處理物上形成薄膜。為了在所期望的部位形成薄膜，利用了磁場產(chǎn)生機構(gòu)所產(chǎn)生的磁場的作用。在磁場的作用下，使所述等離子體形成的等離子流向著所述被處理物表面的所期望部位匯聚，從而能夠在所期望的部位形成薄膜。
【專利說明】薄膜形成方法、薄膜形成裝置、形成有覆膜的被處理物、模具以及工具【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在一部分或者全部由能夠磁化的材料構(gòu)成的模具、工具等被處理物的一部分或者全部的表面上形成DLC (Diamond like carbon)等薄膜的形成方法、薄膜形成裝置以及形成有覆膜的被處理物(模具、工具)。
【背景技術(shù)】
[0002]DLC薄膜是薄膜的典型例子,該DLC薄膜是類金剛石(Diamond like carbon)薄膜的簡稱，是具有與金剛石相似的物性(例如，高硬度)的碳膜。目前，使用DLC薄膜的DLC覆膜作為各種模具、工具等的保護膜被廣泛使用。根據(jù)該DLC薄膜形成的模具、工具的種類、形狀以及尺寸的不同，有時DLC薄膜的形成是很容易的，但有時也非常難以形成。在模具表面與工具頂端附近表面等位置形成DLC膜是較容易的。然而，例如，拉深成形時會使用沖頭，在與沖頭相對應的模具上形成有孔，即，孔的內(nèi)周壁與沖頭的外周壁相對應，對于這樣的模具的內(nèi)周壁而言，在其上形成DLC薄膜是非常困難的。
[0003]然而，盡管很困難，卻依然有很多時候需要形成DLC薄膜。特別是，對于拉深工序中的連續(xù)成型模具或壓鑄成形模具而言，很多時候其上形成有內(nèi)徑很小的(孔的)構(gòu)成的內(nèi)周壁，此時，為了在長時間內(nèi)保持模具整體的完整性(可使用性)，需要在模具內(nèi)周壁上形成DLC薄膜。
[0004]作為形成DLC薄膜的裝置而言，例如，存在有如下一種濺射成膜裝置(下面將其稱為第I現(xiàn)有裝置)，在該濺射成膜裝置中，于濺射靶和被處理物支架之間存在離子化(用)空間，在該離子化空間中形成等離子體，濺射成膜裝置具有磁鐵機構(gòu)，該磁鐵機構(gòu)用于形成磁場，從而使等離子體中被離子化的濺射粒子向被處理物移動(參見專利文獻I)。另外，還存在如下一種濺射成膜裝置(下面將其稱為第2現(xiàn)有裝置)，在該濺射成膜裝置中，磁鐵機構(gòu)的配置位置為，從濺射靶一側(cè)來看，磁鐵機構(gòu)位于被處理物的背面(后面)(參見專利文獻2)。上述第I現(xiàn)有裝置與第2現(xiàn)有裝置的作用在于，利用磁場的作用防止等離子體擴散，從而使等離子體以較高的密度到達被處理物。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本發(fā)明專利公開公報特開2006-307243號(0037段、圖1、2)
[0008]專利文獻2:日本發(fā)明專利公開公報特開平10-259480號(0047段~0050段、圖5)
[0009]然而，采用第I現(xiàn)有裝置與第2現(xiàn)有裝置雖然能夠提高等離子體的密度，但是，對于具有內(nèi)徑較小的(孔的)模具內(nèi)周壁以及工具這樣的具有小徑孔的對象物而言，在需要于孔的內(nèi)周形成薄膜時，使用第I現(xiàn)有裝置與第2現(xiàn)有裝置卻不能滿足其要求。這是因為，為了使等離子體到達小徑孔內(nèi)并且到達較深的位置，僅僅是提高等離子體的密度是不夠的，還需要有能夠積極地使等離子體到達所期望的部位的機構(gòu)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，對以上述平板狀的被處理物為處理對象的現(xiàn)有的裝置進行改進，從而得到一種不但能夠在平板狀被處理物的外表面上形成薄膜而且能夠在小徑孔的周壁等位置上形成薄膜的薄膜形成方法以及薄膜形成裝置，進而，本發(fā)明還能夠提供由上述薄膜形成方法進行薄膜形成處理而得到的模具或者工具。關(guān)于其詳細內(nèi)容，將在下面逐項進行說明。另外，對任何一個權(quán)利要求(技術(shù)方案)中所涉及的發(fā)明進行說明時使用的用語的定義等，與權(quán)利要求的種類以及順序無關(guān)，只要在性質(zhì)上可能，也同樣適用于其他的權(quán)利要求。
[0011 ] 在本發(fā)明的薄膜形成方法中，在減壓容器內(nèi)，對含有目標薄膜成分的原料氣體供電，使所述原料氣體等離子化，將其引導到被處理物上從而在被處理物上形成薄膜，另外，薄膜形成方法中包括由磁場產(chǎn)生機構(gòu)產(chǎn)生的磁場對等離子體進行控制而使所述等離子體形成的等離子流向著所述被處理物表面的所期望部位匯聚的工序。本發(fā)明中所述的薄膜可以是直接形成在能夠磁化的部位的表面上，也可以是在該表面上先形成中間層，通過該中間層使薄膜間接地形成在該表面上?！暗入x子體”是指含有電子、中性粒子、離子的電離氣體。為了促進等離子體的離子化過程，可以設置離子化機構(gòu)(例如，高頻電發(fā)生裝置)等，為了促進等離子化，可以使用輔助氣體與載體氣體。另外，“所期望的部位”是指，被處理物的全部部位中想要使等離子體匯聚到達的部位。另外，被處理物的形成部件(毛坯)包括:金屬(有無可磁化性皆可)、陶瓷、樹脂或者它們的復合材料，還包括除此之外的所有能夠在其上形成薄膜的部件。被處理物的形狀沒有特別限定，有無平面或者曲面、有無凹凸、有無通孔等等皆可。另外，所期望部位 的設定也沒有任何限定，例如，在被處理物具有平面部或曲面部時，設定為平面部或曲面部，同樣，在被處理物具有凹凸時，可以設定為凹部的內(nèi)壁、底部或者凸部的頂端，在具有通孔時，可以設定為通孔的內(nèi)壁，等等…，這些部位全部或者一部分都可設定為所期望的部位。
[0012]采用上述薄膜形成方法，通過供電使原料氣體等離子化，所產(chǎn)生的等離子體所形成的“等離子流”在磁場的控制下向所述被處理物的所期望部位匯聚(收斂)。因而，等離子體中所含有的薄膜成分能夠堆積在所期望的部位，從而在此部位形成薄膜。由于等離子能夠向所期望部位匯聚，因而，能夠使等離子體到達采用現(xiàn)有方法難以到達的部位。從而，平面與大徑孔的周壁自不必說，即使被處理物上具形成有例如小徑孔時，也能夠在小徑孔的周壁這樣的部位有效、不遺漏地形成薄膜。
[0013]在上述薄膜形成方法中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以包括磁鐵與電磁鐵的至少其中之
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[0014]采用這樣的方法，在使用磁鐵時，不必設置電源即可形成磁場產(chǎn)生機構(gòu)，從而能夠使結(jié)構(gòu)簡單；在使用電磁鐵時，可以通過通電控制等得到所期望的磁場。
[0015]在上述薄膜形成方法中，，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以配置在所述被處理物的位于所述原料氣體流入一側(cè)與所述被處理物的所期望部位的背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)。
[0016]采用這樣的方法，能夠容易地使“等離子流”向被處理物的所期望部位匯聚。
[0017]在上述薄膜形成方法中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以配置在所述原料氣體流入一側(cè)的空間中，并且對著所述被處理物。[0018]由于磁場產(chǎn)生機構(gòu)位于面對所述被處理物的空間位置，因而不但能夠使等離子流匯聚，而且能夠促進等離子化。磁場產(chǎn)生機構(gòu)的設置位置沒有特別的限定，可以根據(jù)原料氣體的提供方法、被處理物、所要求的薄膜特性來適當?shù)剡M行選擇。
[0019]在上述薄膜形成方法中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以是至少一部分被磁化的所述被處理物。
[0020]采用這樣的方法，通過使被處理物的至少是可磁化部位被磁化，從而能夠使可磁化部位本身起到使等離子體匯聚的作用。
[0021 ] 在上述薄膜形成方法中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以包括磁鐵與電磁鐵的至少其中之一、以及、至少一部分被磁化的所述被處理物。[0022]采用這樣的方法，等離子體的匯聚由磁鐵與電磁鐵的至少其中之一、以及、至少一部分被磁化的所述被處理物實現(xiàn)。
[0023]在上述薄膜形成方法中，所述磁鐵與所述電磁鐵可以配置在所述被處理物的位于所述原料氣體流入一側(cè)與所述被處理物的所期望部位的背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)。
[0024]采用這樣的方法，磁場能夠在被處理物的正面?zhèn)扰c背面?zhèn)戎械闹辽僖粋?cè)對等離子體的匯聚進行控制。
[0025]在上述薄膜形成方法中，所述磁鐵與所述電磁鐵可以配置在所述原料氣體流入一側(cè)的空間中，并且對著所述被處理物。
[0026]采用這樣的方法，由于磁場產(chǎn)生機構(gòu)與被處理物相對，因而能夠以簡單的方式將等離子體導向所述被處理物的期望部位。
[0027]本發(fā)明的薄膜形成裝置包括:減壓容器，其具有排氣系統(tǒng)；原料氣體供給機構(gòu)，其用于向所述減壓容器內(nèi)提供含有目標薄膜成分的原料氣體；等離子體產(chǎn)生機構(gòu)，其用于使所述原料氣體供給機構(gòu)所提供的原料氣體產(chǎn)生等離子體；磁場產(chǎn)生機構(gòu)，其產(chǎn)生磁場，對所述等離子體形成的等離子流進行控制，使該等離子流向著所述被處理物表面的所期望部位匯聚。其中，等離子體產(chǎn)生機構(gòu)的動作原理沒有特別限定，例如可以是PVD( Physical VaporDeposition,物理氣相沉積)方式、CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣相沉積)方式、這些方式的中間方式、以及不論其名稱是什么只要是能夠產(chǎn)生等離子體的成膜方式皆可。
[0028]采用上述薄膜形成裝置，由原料氣體所產(chǎn)生的等離子體所形成的“等離子流”在磁場產(chǎn)生機構(gòu)所產(chǎn)生的磁場的控制下向所述被處理物的所期望部位匯聚(收斂)。因而，等離子體中所含有的薄膜成分能夠堆積在所期望的部位，從而在此部位形成薄膜。由于等離子能夠向所期望部位匯聚，因而，能夠使等離子體到達采用現(xiàn)有方法難以到達的部位。從而，平面與大徑孔的周壁自不必說，即使被處理物上具形成有例如小徑孔時，也能夠在小徑孔的周壁這樣的部位有效、不遺漏地形成薄膜
[0029]在上述薄膜形成裝置中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以包括磁鐵與電磁鐵的至少其中之
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[0030]采用這樣的裝置，對等離子體進行控制的磁場由磁鐵或者電磁鐵的至少其中之一產(chǎn)生。在使用磁鐵時，不必設置電源即可形成磁場產(chǎn)生機構(gòu)，從而能夠使結(jié)構(gòu)簡單；在使用電磁鐵時，可以通過通電控制等得到所期望的磁場。
[0031]在上述薄膜形成裝置中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以配置在所述被處理物的位于所述原料氣體流入一側(cè)與所述被處理物的所期望部位的背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)。[0032]采用這樣的裝置，“使等離子體的匯聚”由配置在上述位置的磁鐵與電磁鐵的至少其中之一進行。
[0033]在上述薄膜形成裝置中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以配置在所述被處理物的所述原料氣體流入一側(cè)與所述被處理物的所期望部位的背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)。
[0034]采用這樣的裝置，磁場的控制在上述配置的位置進行。
[0035]在上述薄膜形成裝置中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以配置在所述原料氣體流入一側(cè)的空間中，并且對著所述被處理物。
[0036]采用這樣的結(jié)構(gòu)，由于磁場產(chǎn)生機構(gòu)對著被處理物，因而能夠以簡單的方式實現(xiàn)等尚子體的提供。
[0037]在上述薄膜形成裝置中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以是至少一部分被磁化的所述被處理物。
[0038]采用這樣的裝置，通過使可磁化部位被磁化，從而由可磁化部位本身產(chǎn)生用于使等離子體匯聚的磁場。
[0039]在上述薄膜形成裝置中，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)可以包括磁鐵與電磁鐵的至少其中之一、以及、至少一部分被磁化的所述被處理物。
[0040]采用這樣的裝置，等離子體的匯聚由配置在上述位置的磁鐵與電磁鐵的至少其中之一實現(xiàn)。
[0041]在上述薄膜形成裝`置中，所述磁鐵與所述電磁鐵可以配置在所述被處理物的所述原料氣體流入一側(cè)與所述被處理物的所期望部位的背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)。
[0042]采用這樣的裝置，磁場控制在被處理物的正面?zhèn)扰c背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)進行。
[0043]在上述薄膜形成裝置中，所述磁鐵與所述電磁鐵可以配置在所述原料氣體所流入一側(cè)的空間中，并且對著所述被處理物。
[0044]采用這樣的裝置，由于磁場產(chǎn)生機構(gòu)對著被處理物，因而能夠以簡單的方式實現(xiàn)等尚子體的提供。
[0045]本發(fā)明的被處理物是具有由上述的薄膜形成方法所形成的薄膜的被處理物。
[0046]采用這樣的被處理物，由于是使等離子體匯聚而形成薄膜的被處理物，因而薄膜形成容易并且薄膜與被處理物之間的接合性較好。特別是，在通孔或凹部的周壁上也形成有薄膜。雖然通孔或凹部的深度、口徑、形狀等有各種各樣，但是，在采用現(xiàn)有方法不能形成薄膜的通孔或凹部的周壁深處以及凹部的底部(如果有的話)也能形成薄膜。采用這樣的模具的話，非常適合拉深成形等加工，可利用模具上的通孔或凹部將金屬平板沖壓成杯形。
[0047]所述被處理物可以為模具或工具。
[0048]采用這樣的模具或工具，由于是使等離子體匯聚而形成薄膜的模具或工具，因而薄膜形成容易并且與薄膜之間的接合性較好。特別是，在通孔或凹部的周壁上也形成有薄膜。雖然通孔或凹部的深度、口徑、形狀等有各種各樣，但是，在采用現(xiàn)有方法不能形成薄膜的通孔或凹部的周壁深處以及凹部的底部(如果有的話)也能形成薄膜。采用這樣的模具的話，非常適合拉深成形等加工，可利用模具上的通孔或凹部將金屬平板沖壓成杯形。
[0049]本發(fā)明的效果
[0050]采用本發(fā)明，能夠使等離子體匯聚在小徑孔的周壁等部位容易地形成薄膜并且所形成的薄膜的接合性較佳。因而，對于具有小徑孔、需要使小徑孔的周壁與其他部件產(chǎn)生滑動接觸的模具或工具而言，能夠防止這樣的模具與工具的破損與磨耗。另外，在使形成有薄膜的可磁化部位相對于其他的部件產(chǎn)生滑動接觸時，能夠有效地降低其與該部件之間產(chǎn)生的滑動摩擦。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1為用于說明本實施方式的薄膜形成裝置的結(jié)構(gòu)的主視示意圖；
[0052]圖2為用于說明本實施方式的變形例中的薄膜形成裝置的結(jié)構(gòu)的主視示意圖；
[0053]圖3為表示圖1所示的薄膜形成裝置的被處理物周圍結(jié)構(gòu)的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0054]下面對實施本發(fā)明的具體方式(下面稱為本實施方式)進行說明。在本實施方式中，對用于在被處理物的期望部位形成DLC膜的薄膜形成裝置以及薄膜形成方法進行說明。其中，先對本實施方式中的薄膜形成裝置進行說明，之后對使用該薄膜形成裝置而實施的薄膜形成方法進行說明。
[0055](薄膜形成裝置的大致結(jié)構(gòu))
[0056]本實施方式中的薄膜形成裝置I具有:減壓容器3，該減壓容器3具有排氣系統(tǒng)31 ;氣體導入機構(gòu)21，其用于向減壓容器3內(nèi)導入規(guī)定的氣體(含有目標薄膜成分的原料氣體)；等離子體產(chǎn)生機構(gòu)10，其用于使氣體導入機構(gòu)21 (原料氣體供給機構(gòu))所供給的原料氣體產(chǎn)生等離子體；濺射靶5，其設置在減壓容器3內(nèi)；濺射電源7，其用于使濺射靶5產(chǎn)生濺射；離子化機構(gòu)11，其用于使由于濺射而從濺射靶5上發(fā)出的濺射粒子離子化；被處理物支架13，其用于將被處理物10保持在離子化的濺射粒子能夠入射到的位置；磁透鏡(環(huán)形磁鐵(磁體))15，其用于使濺射靶5所`發(fā)出的粒子(等離子體)向所期望的位置匯聚(收斂)。濺射靶5與濺射電源7構(gòu)成本實施方式中的等離子體產(chǎn)生機構(gòu)10。在不需要離子化機構(gòu)11與磁透鏡15時,可以將它們分別省略掉。
[0057](減壓容器)
[0058]減壓容器3是例如由不銹鋼這樣的金屬構(gòu)成的氣密性容器，其具有閘閥(未示出)。減壓容器3電氣性地接地。排氣系統(tǒng)31由具有渦輪分子泵與擴散泵等(未示出)的多級的真空排氣系統(tǒng)構(gòu)成，能夠?qū)p壓容器3進行排氣使其內(nèi)部壓力達到IO-8Torr的程度。另外，排氣系統(tǒng)31具有孔徑可變的阻尼孔等構(gòu)成的排氣速度調(diào)整器(未示出)，從而能夠調(diào)整排氣速度。
[0059](灘射革巴)
[0060]濺射靶5的結(jié)構(gòu)根據(jù)所要形成的薄膜的種類設定，在本實施方式中，為例如厚度10mm、直徑IOOmm左右的圓板狀碳靶，通過絕緣體(未示出)安裝在減壓容器3上。濺射靶5的前表面(圖1中的下表面)面對被處理物101配置，濺射電源107對濺射靶5施加100V左右的負電壓。雖然本實施方式中沒有采用，不過，可以在濺射靶5的背面也設置背面磁鐵機構(gòu)(未示出),從而能夠進行磁控管派射(magnetron sputtering)。另外,雖然在本實施方式中采用的是碳靶，然而，本發(fā)明并不限于此，另外，可以根據(jù)實際的情況適當?shù)剡x擇濺射靶的形狀與安裝位置等。關(guān)于濺射電源，可以根據(jù)所選擇的濺射靶在使二者相匹配的范圍內(nèi)自由選擇。
[0061](氣體導入機構(gòu))
[0062]氣體導入機構(gòu)21由儲存有氬(Ar)(也可以是氮(N2)、氧(02)、氙(Xe)等)的儲氣瓶與閥(皆未示出)等構(gòu)成。氬氣是用于對原料氣體Gl的等離子化進行輔助的輔助氣體G2。另外，在本實施方式中，原料氣體Gl為從濺射靶5被打出的碳粒子構(gòu)成。
[0063](離子化機構(gòu))
[0064]在薄膜形成裝置內(nèi)，作為碳離子從濺射靶5向被處理物10移動的經(jīng)過路徑設定有原料氣體供給空間S，本實施方式中的離子化機構(gòu)11用于使原料氣體供給空間S中產(chǎn)生高頻等離子體。本實施方式中的離子化機構(gòu)11為與濺射靶5連接的高頻電源(RF電源)。該高頻電源例如可以適當?shù)夭捎妙l率為13.56MHz、輸出功率為500W左右的電源。由高頻電源通過被處理物支架13在原料氣體供給空間中形成高頻電場，由氣體導入機構(gòu)21所導入的氣體被該高頻電場等離子化從而形成等離子體P。濺射靶發(fā)出的粒子在等離子體P中移動時，與其中的電子、尚子產(chǎn)生碰撞從而被尚子化。
[0065](被處理物支架)
[0066]圖1中所示的附圖標記13表示被處理物支架。被處理物支架13完全由金屬構(gòu)成，由對被處理物10直接進行物理保持和電連接的保持部13a與一端與保持部13a連接的支承部13b構(gòu)成。支承部13b的另一端通過絕緣物22支承在減壓容器33上，從而，被處理物101與被處理物支架13共同被支承在減壓容器3內(nèi)。被處理物支架13的(被加壓容器33支承的)支承位置設定為，使得其所保持的被處理物101位于匯聚到所期望部位的等離子體能夠入射的位置。最好是由直流電源23使被處理物支架13上被施加負的直流偏壓。從而，被處理物101被施加`負的直流偏壓，對等離子體P中的離子形成吸引，因而，有助于促進薄膜的形成。
[0067](被處理物的結(jié)構(gòu))
[0068]本實施方式中的被處理物101為模具。被處理物101具有多個(本實施方式中為2個)截面呈圓形的通孔101h，該通孔IOlh具有周壁101w。被處理物支架101上沿著等離子體的匯聚方向(圖1中的上下方向)形成有與這些通孔IOlh相連通的通孔。在本實施方式中，將該通孔IOlh的周壁IOlw的向著等離子體方向上的開口的入口附近的部分設定為應該形成薄膜的所期望部位。另外，在本實施方式中，以模具作為被處理物101的例子，然而，例如也可以是工具，此外，需要形成薄膜的全部對象物都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明可以適用于對具有通孔或者雖然不是通孔但具有凹部等的被處理物進行薄膜形成處理。
[0069](磁透鏡)
[0070]附圖標記15表示用于使等離子體P中離子化的碳粒子加速的磁透鏡。本實施方式中所采用的磁透鏡15為中央具有圓形開口 15h的環(huán)形磁鐵。磁透鏡15的作用在于，由其產(chǎn)生的磁場使離子加速從而有效地到達被處理物101。磁透鏡15的構(gòu)成方式并不限于環(huán)形，也可以采用其他方式的磁鐵，或者采用能夠達成相同的目的的、磁鐵以外的機構(gòu)。另外，作為環(huán)形磁鐵15的代替，或者與環(huán)形磁鐵15并用，可以設置電磁鐵(未示出)。另外，在不需要磁透鏡15時，可以將其省略。
[0071](磁鐵機構(gòu)的結(jié)構(gòu))
[0072]磁鐵機構(gòu)51由環(huán)形的永磁鐵構(gòu)成。即，磁鐵機構(gòu)51具有圓形的磁鐵本體51a，磁鐵本體51具有中央開口(中央孔)51h，中央開口 51h由周壁(圓周壁)51w圍成(即，中央開口 51h具有周壁51w)。磁鐵本體51a的外徑比通孔IOlh (周壁(圓周壁)IOlw)的直徑大，周壁51w的內(nèi)徑與周壁IOlw的內(nèi)徑相同或者比該周壁IOlw的內(nèi)徑稍大。磁鐵機構(gòu)51為用于使被處理物101磁化的磁鐵，在磁化后，可以將磁鐵機構(gòu)51從被處理物101上卸下。不論是否卸下磁鐵機構(gòu)51，被處理物101都保持一部分被磁化的狀態(tài)。另外，在上面，上述磁鐵機構(gòu)15配置在被處理物101的所期望部位(通孔101的周壁IOlw)的里側(cè)，然而，可以在此基礎上，或者代替此結(jié)構(gòu)，在所期望部位位于原料氣體供給側(cè)(原料氣體流入的一側(cè))配置磁鐵機構(gòu)51。
[0073](薄膜形成方法)
[0074]下面對使用薄膜形成裝置I在被處理物表面上形成薄膜的方法進行說明。本發(fā)明的薄膜形成方法為:在減壓容器內(nèi)，對含有目標薄膜成分的原料氣體供電(本實施方式中為高頻電)，使原料氣體等離子化，將其導向到被處理物(本實施方式中為具有通孔的模具)上，從而在被處理物上形成薄膜。在該薄膜形成方法中具有如下這樣的工序:即，由磁場產(chǎn)生機構(gòu)所產(chǎn)生的磁場所形成的控制，使上述等離子體形成的“等離子流(flux)”向上述被處理物的所期望部位(本實施方式中為通孔IOlh的周壁IOlw)匯聚。
[0075]原料氣體Gl由對碳靶5進行濺射從而擊出的碳粒子構(gòu)成，即原料氣體Gl是內(nèi)部產(chǎn)生的氣體。另外，為了促進等離子化學反應，可以使用輔助氣體G2，輔助氣體G2可以從氬氣、氮氣、氧氣、氣氣等中選擇I種以上。
[0076]另外，在減壓容器3的外部(也可以是內(nèi)部)使磁鐵(也可以是電磁鐵)直接或間接吸附在被處理物上。具體而言，使磁鐵機構(gòu)51吸附在從原料氣體的供給側(cè)看時的、被處理物101 (所期望部位)的里側(cè)(背面?zhèn)?。從而，在磁場的控制下等離子體向所期望部分流動匯聚。另外，也可以不是設置在所期望部位的里側(cè)(背面一側(cè))，而是設置在原料氣體供給偵牝也可以在里側(cè)與原料氣體供給側(cè)這兩側(cè)都設置磁鐵機構(gòu)51。磁鐵機構(gòu)51的吸附位置(配置位置)最好是能夠包圍通孔IOlh的位置。這是由于，通孔IOlh內(nèi)部是等離子體(離子)最難到達的部位，因而，使磁鐵機`構(gòu)51包圍通孔IOlh設置能夠使等離子體向該部位匯聚。在本實施方式中，磁化方向設定為，使得所磁化的被處理物101的磁力線的方向為從等離子產(chǎn)生機構(gòu)10向通孔IOlh內(nèi)的方向，即，靠近等離子體產(chǎn)生機構(gòu)10—側(cè)為N極，遠離等離子體產(chǎn)生機構(gòu)10—側(cè)為S極(參照圖3)。然而，磁化方向也可以設定為與此相反。從而，在環(huán)形磁鐵的作用下，磁力線L向通孔IOlh中匯聚，從而，使濺射的物質(zhì)(離子)能夠被較大程度地向通孔IOlh中引導匯聚。之后，將吸附有磁鐵機構(gòu)51的被處理物101裝入減壓容器3內(nèi)，將其支承在被處理物支架13上，之后將減壓容器3的開關(guān)門(未示出)關(guān)閉并密封。
[0077]之后，驅(qū)動未示出的真空排氣系統(tǒng)，對減壓容器3內(nèi)進行減壓，并且，由氣體供給機構(gòu)21將輔助氣體G2導入減壓容器3內(nèi)。這里，使減壓容器3內(nèi)產(chǎn)生等離子體P，將等離子體P (其中含有離子)供給到被處理物101上。通過磁透鏡15的磁場控制作用使等離子體P向被處理物101的所期望部位匯聚。
[0078]在由環(huán)形磁鐵15、磁鐵機構(gòu)51以及至少一部分被磁化的被處理物101自身這三者中的任一個或者較佳的組合(磁場產(chǎn)生機構(gòu))所形成的磁場控制下，使等離子體P向所期望的部位匯聚，使被處理物101吸引等離子體P中含有的離子，所吸引的(碳)離子堆積在被處理物101的表面上而形成薄膜。被處理物101所具有的通孔IOlh的周壁IOlw也吸引離子，從而等離子體P所到達的范圍內(nèi)的周壁IOlW部分也堆積有離子，從而在此處形成薄膜。
[0079]另外，如上所述，本實施方式中的原料氣體Gl為對碳靶5進行撞擊而產(chǎn)生的氣體，然而，如下所述，也可以是由從外部導入減壓容器3內(nèi)的氣體構(gòu)成，即，可以是導入到內(nèi)部的氣體(導入內(nèi)部的氣體)，也可以使用內(nèi)部產(chǎn)生的氣體與導入到內(nèi)部的氣體這兩方。
[0080]實施例
[0081]下面，對根據(jù)使用薄膜形成裝置I所進行的上述薄膜形成方法而在被處理物上形成薄膜時所得到的結(jié)果進行說明。其中，被處理物101為用于拉深加工成形撳鈕(按扣、子母扣)的陽扣的連續(xù)生產(chǎn)成形模具。該模具上形成有兩個用于承受撳鈕的突起部的通孔(直徑4mm) IOlho派射革巴3為碳革巴。
[0082]首先，使環(huán)形磁鐵(磁鐵機構(gòu)51)吸附在模具(被處理物101)的里側(cè)(背面?zhèn)?表面(從濺射靶5 —側(cè)看時的里側(cè)表面)上，并且包圍各個通孔101h。此時，模具的至少一部分被磁化。環(huán)形磁鐵使用的是在各自的厚度方向上具有N、S極的外徑為24mm、內(nèi)徑為8mm、聞度為9mm的300mT的衫鉆磁鐵，將兩片這樣的磁鐵在厚度方向上重置在一起。所磁化的模具分別構(gòu)成為，靠近濺射靶3的一側(cè)為N極而遠離濺射靶3的一側(cè)為S極。將吸附著磁鐵的模具支承在被處理物支架13上并且呈能夠通電的狀態(tài)，在被處理物3與減壓裝置3之間施加200V的直流電壓。將減壓容器3內(nèi)部排氣至壓力為KT8Tcrr的程度，使內(nèi)部形成為含氬氣(輔助氣體G2)的環(huán)境。施加給碳靶的高頻電為頻率為13.56MHz、功率為700W的電力。磁透鏡使用的是外徑為42mm、內(nèi)徑為34mm、高度為8mm、剩磁為210mT的環(huán)形衫鈷磁鐵，并且這樣的磁鐵在厚度方向上設置I片而構(gòu)成磁透鏡。
[0083]在此狀態(tài)下，為了在被處理物101的表面上成膜成中間層，而進行22分鐘的薄膜形成處理，為了形成主要層再進行136分鐘的薄膜形成處理，之后，卸下模具，所卸下的模具上形成的薄膜如下:`[0084]I)面對濺射靶的表面上自不必說，在通孔的內(nèi)壁上也形成了薄膜，并且形成至與通孔的內(nèi)徑(4mm)尺寸大致相同的深度處(即，距離模具表面4mm)。
[0085]2)形成有薄膜的模具表面以及內(nèi)壁的部位是對撳鈕的陽扣這樣的杯狀部件進行拉深成形時實際所用到的部分(模具與成形部件(毛坯)相滑動接觸的部分)。因而可知，至少在對拉深模具進行薄膜形成處理中，本發(fā)明有很大的用處。
[0086]3)通孔周壁中，位于成膜部位(形成有薄膜的部位)下方的部位(沒有形成薄膜的部位)為不會與成形部件接觸的倒錐形部分。因而，這部分雖沒有形成薄膜，但對于該模具而言不會成為缺陷。
[0087]另外，所形成的薄膜的厚度為400nm左右，其威氏(Vickers)硬度根據(jù)測量結(jié)果推定的話，是3500HV。使用形成有這樣的薄膜的模具對撳鈕進行100000次的沖壓加工，薄膜也完全沒有剝落的現(xiàn)象產(chǎn)生。
[0088](本實施方式的變形例)
[0089]下面參照圖2對本實施方式的變形例進行說明。除了等離子體產(chǎn)生機構(gòu)的結(jié)構(gòu)之外，圖2所示的薄膜形成裝置I丨與之前所說明的上述實施方式中的薄膜形成裝置I的結(jié)構(gòu)基本相同。因而，在下面的說明中，以等離子體產(chǎn)生機構(gòu)的結(jié)構(gòu)為中心進行說明，對于其他的部件，使用與圖1中的附圖標記相同的附圖標記表示，盡量省略了對其的文字說明。
[0090]薄膜形成裝置I丨所具有的等離子體產(chǎn)生機構(gòu)17具有:雙極電極(對稱電極)，該雙極電極由配置在減壓容器3內(nèi)并且相對于減壓容器3處于絕緣狀態(tài)的電極73a與電極73b構(gòu)成；高頻電源75，其用于對電極73a與電極73b提供高頻電力；等離子體控制裝置77，其用于對高頻電源75進行控制從而對等離子體P的產(chǎn)生進行控制。高頻電源75與等離子體控制裝置77最好是收裝在密封盒(未示出)中，以防止高次諧波產(chǎn)生的不利影響。由氣體導入機構(gòu)21構(gòu)成的原料氣體導入機構(gòu)21向減壓容器3內(nèi)導入原料氣體(碳氫化合物類(系)氣體，例如甲烷(CH4)) G1，由輔助氣體導入機構(gòu)21b向減壓容器3內(nèi)導入輔助氣體(氬氣、氧氣、氮氣、氙氣等)。
[0091]在等離子體產(chǎn)生機構(gòu)71的作用下，原料氣體Gl在輔助氣體G2存在的環(huán)境下被等離子化，在離子化空間S中產(chǎn)生等離子體P。其他的結(jié)構(gòu)、作用效果與上述實施方式相同。
[0092]附圖標記說明
[0093]1、薄膜形成裝置；3、減壓容器；5、濺射靶；7、濺射電源；9、氣體導入機構(gòu)；10、等離子體產(chǎn)生機構(gòu)；11、離子化機構(gòu)；11、高頻電源；13、被處理物支架；15、磁透鏡；21、氣體導入機構(gòu)；21a、原料氣體導入機構(gòu)；21b、輔助氣體導入機構(gòu)；22、絕緣體；23、直流電源；31、排氣系統(tǒng)；41、71、等離子體產(chǎn)生機構(gòu)；51、磁鐵機構(gòu)；101、被處理物；J、磁力線；P、等離子體；S、原料氣體供給空間。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜形成方法，其中，在減壓容器內(nèi)，對含有目標薄膜成分的原料氣體供電，使所述原料氣體等離子化，將其引導到被處理物上從而在被處理物上形成薄膜，其特征在于， 包括由磁場產(chǎn)生機構(gòu)產(chǎn)生的磁場對等離子體進行控制而使所述等離子體形成的等離子流向著所述被處理物表面的所期望部位匯聚的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜形成方法，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)包括磁鐵與電磁鐵的至少其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的薄膜形成方法，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)配置在所述被處理物的所述原料氣體流入一側(cè)與所述被處理物的所期望部位的背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜形成方法，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)配置在所述原料氣體流入一側(cè)的空間中，并且對著所述被處理物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜形成方法，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)是至少一部分被磁化的所述被處理物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜形成方法，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)包括磁鐵與電磁鐵的至少其中之一、以及、至少一部分被磁化的所述被處理物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的薄膜形成方法，其特征在于，所述磁鐵或所述電磁鐵配置在所述被處理物的所述原料氣體流入一側(cè)與所述被處理物的所期望部位的背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的薄膜形成方法，其特征在于，所述磁鐵或所述電磁鐵配置在所述原料氣體流入一側(cè)的空間中，并且對著所述被處理物。
9.一種薄膜形成裝置， 其特征在于， 包括: 減壓容器，其具有排氣系統(tǒng)； 原料氣體供給機構(gòu)，其用于向所述減壓容器內(nèi)導入含有目標薄膜成分的原料氣體； 等離子體產(chǎn)生機構(gòu)，其用于使所述原料氣體供給機構(gòu)所導入的原料氣體產(chǎn)生等離子體； 磁場產(chǎn)生機構(gòu)，其產(chǎn)生磁場，對所述等離子體形成的等離子流進行控制，使該等離子流向著所述被處理物表面的所期望部位匯聚。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)包括磁鐵與電磁鐵的至少其中之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)配置在所述被處理物的所述原料氣體流入一側(cè)與所述被處理物的所期望部位的背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)配置在所述原料氣體流入一側(cè)的空間中，并且對著所述被處理物。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)是至少一部分被磁化的所述被處理物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述磁場產(chǎn)生機構(gòu)包括磁鐵與電磁鐵的至少其中之一、以及、至少一部分被磁化的所述被處理物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述磁鐵或所述電磁鐵配置在所述被處理物的所述原料氣體流入一側(cè)與所述被處理物的所期望部位的背面?zhèn)冗@兩側(cè)中的至少一側(cè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述磁鐵或所述電磁鐵配置在所述原料氣體流入一側(cè)的空間中，并且對著所述被處理物。
17.一種被處理物，其特征在于，具有由權(quán)利要求1~8中任一項所述的薄膜形成方法所形成的薄膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的被處理物，其特征在于，所述被處理物為模具或工具。
【文檔編號】C23C14/35GK103814153SQ201280045431
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月22日
【發(fā)明者】相澤龍彥, 森田泰史, 黑住修一 申請人:學校法人芝浦工業(yè)大學