JP2003268571A - 複合硬質皮膜、その製造方法及び成膜装置 - Google Patents
複合硬質皮膜、その製造方法及び成膜装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きい複合
硬質皮膜及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係る複合硬質皮膜の製造方法
は、高潤滑性と高密着強度を有する複合硬質皮膜の製造
方法であって、基材２上に密着強度の高い窒化クロム層
２１をＰＶＤ法により形成する工程と、この窒化クロム
層２１上にＳｉ化合物層２２を、Ｓｉ化合物ガスを用い
たプラズマＣＶＤ法により形成する工程と、このＳｉ化
合物層２２上に潤滑性の高いＳｉ含有ＤＬＣ層２３をプ
ラズマＣＶＤ法により形成する工程と、を具備するもの
である。上記窒化クロム層に代えて他の化合物層を用い
ても良く、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷの群から選ばれた１又は２以上の
窒化物層、酸化物層又は炭化物層を用いても良い。
硬質皮膜及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係る複合硬質皮膜の製造方法
は、高潤滑性と高密着強度を有する複合硬質皮膜の製造
方法であって、基材２上に密着強度の高い窒化クロム層
２１をＰＶＤ法により形成する工程と、この窒化クロム
層２１上にＳｉ化合物層２２を、Ｓｉ化合物ガスを用い
たプラズマＣＶＤ法により形成する工程と、このＳｉ化
合物層２２上に潤滑性の高いＳｉ含有ＤＬＣ層２３をプ
ラズマＣＶＤ法により形成する工程と、を具備するもの
である。上記窒化クロム層に代えて他の化合物層を用い
ても良く、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷの群から選ばれた１又は２以上の
窒化物層、酸化物層又は炭化物層を用いても良い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦係数が小さく
且つ密着強度が大きい複合硬質皮膜、その製造方法及び
成膜装置に関するものである。
且つ密着強度が大きい複合硬質皮膜、その製造方法及び
成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、スパッタリング法やイオンプレー
ティング法に代表されるＰＶＤ法で作製されるＴｉＮ膜
やＴｉＡｌＮ膜等の窒化物硬質皮膜は、優れた密着強度
を有する場合が多い。現在、材料の耐摩耗性、耐焼付性
等の向上のために、工具、金型、機械部品等の材料にＴ
ｉＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜を化学蒸着法（ＣＶＤ）
や物理蒸着法（ＰＶＤ）により被覆したものが実用化さ
れている。
ティング法に代表されるＰＶＤ法で作製されるＴｉＮ膜
やＴｉＡｌＮ膜等の窒化物硬質皮膜は、優れた密着強度
を有する場合が多い。現在、材料の耐摩耗性、耐焼付性
等の向上のために、工具、金型、機械部品等の材料にＴ
ｉＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜を化学蒸着法（ＣＶＤ）
や物理蒸着法（ＰＶＤ）により被覆したものが実用化さ
れている。
【０００３】機械、電気、電子製品等の摺動部は、摩耗
や摩擦が小さいほど長寿命で省エネルギー化が可能とな
る。しかし、上記の硬質皮膜は、一般に高硬度であるた
め摩耗しにくいが、摩擦係数が約０．８〜０．９と高い
のが現状である。また、高硬度で摩擦係数が大きいた
め、摺動する相手材の摩耗も著しくなるという欠点があ
る。その対策として、摩擦係数が約０．２以下のＤＬＣ
(Diamond Like Carbon)膜が多くの分野で用いられるよ
うになった。
や摩擦が小さいほど長寿命で省エネルギー化が可能とな
る。しかし、上記の硬質皮膜は、一般に高硬度であるた
め摩耗しにくいが、摩擦係数が約０．８〜０．９と高い
のが現状である。また、高硬度で摩擦係数が大きいた
め、摺動する相手材の摩耗も著しくなるという欠点があ
る。その対策として、摩擦係数が約０．２以下のＤＬＣ
(Diamond Like Carbon)膜が多くの分野で用いられるよ
うになった。
【０００４】近年、硬質皮膜よりさらに摩擦係数の小さ
い材料として、ＤＬＣ膜にＳｉを含有した皮膜が見いだ
された。例えば、ＣＶＤ法を用いて作製されるＳｉ含有
ＤＬＣ膜は摩擦係数が小さい。しかし、これらのＤＬＣ
膜は下地との密着強度が弱いという共通の欠点を有す
る。さらに、このＳｉ含有ＤＬＣ膜は、人体や環境に有
毒な原料ガスを用いて高温で処理しなくては高品質な皮
膜が形成されないという問題を抱えている。
い材料として、ＤＬＣ膜にＳｉを含有した皮膜が見いだ
された。例えば、ＣＶＤ法を用いて作製されるＳｉ含有
ＤＬＣ膜は摩擦係数が小さい。しかし、これらのＤＬＣ
膜は下地との密着強度が弱いという共通の欠点を有す
る。さらに、このＳｉ含有ＤＬＣ膜は、人体や環境に有
毒な原料ガスを用いて高温で処理しなくては高品質な皮
膜が形成されないという問題を抱えている。
【０００５】つまり、ＣＶＤ法を用いてＤＬＣ膜にＳｉ
を含有させる場合の原料ガスは、炭素を供給する原料ガ
スとして炭化水素系ガス（例えばベンゼン、トルエン、
アセチレン等）及びＳｉを供給するための原料ガスとし
てＳｉ含有化合物（例えばシラン、テトラメチルシリコ
ン等）が用いられてきた。しかし、これらのＳｉ含有化
合物は有毒であるため取り扱いが難しいこと、反応温度
が高いこと、基板材料によっては良好な密着強度が得ら
れないこと等の致命的な欠点を持っている。
を含有させる場合の原料ガスは、炭素を供給する原料ガ
スとして炭化水素系ガス（例えばベンゼン、トルエン、
アセチレン等）及びＳｉを供給するための原料ガスとし
てＳｉ含有化合物（例えばシラン、テトラメチルシリコ
ン等）が用いられてきた。しかし、これらのＳｉ含有化
合物は有毒であるため取り扱いが難しいこと、反応温度
が高いこと、基板材料によっては良好な密着強度が得ら
れないこと等の致命的な欠点を持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
硬質皮膜では、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きい
という特性を有する皮膜が開発されていなかった。この
ような事情から、摩擦係数が小さく密着強度が大きいと
いう特徴を兼ね備えた硬質皮膜の開発が望まれている。
硬質皮膜では、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きい
という特性を有する皮膜が開発されていなかった。この
ような事情から、摩擦係数が小さく密着強度が大きいと
いう特徴を兼ね備えた硬質皮膜の開発が望まれている。
【０００７】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、摩擦係数が小さく且つ密
着強度が大きい複合硬質皮膜及びその製造方法を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、摩擦係数が
小さく且つ密着強度が大きい複合硬質皮膜を製造できる
成膜装置を提供することにある。
れたものであり、その目的は、摩擦係数が小さく且つ密
着強度が大きい複合硬質皮膜及びその製造方法を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、摩擦係数が
小さく且つ密着強度が大きい複合硬質皮膜を製造できる
成膜装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＰＶＤ法とＣ
ＶＤ法のそれぞれの長所を効果的に利用することで、低
摩擦係数と高い密着強度を兼ね備えた複合硬質皮膜の製
造を可能とし、従来の問題を効果的に解決しようとする
ものである。ＰＶＤ法により基材との密着強度に優れた
化合物層を形成することが可能となると共に通常ではＣ
ＶＤ法の原料ガスにできない金属でも金属蒸気として利
用することができる。また、ＣＶＤ法を効果的に用いる
ことで、ＰＶＤ法では通常は反応しないＳｉ化合物ガス
を利用することが可能となる。従って、本発明は、従来
技術では不可能であった優れた摩擦特性と密着強度を有
する複合硬質皮膜の製造を可能とするものである。
ＶＤ法のそれぞれの長所を効果的に利用することで、低
摩擦係数と高い密着強度を兼ね備えた複合硬質皮膜の製
造を可能とし、従来の問題を効果的に解決しようとする
ものである。ＰＶＤ法により基材との密着強度に優れた
化合物層を形成することが可能となると共に通常ではＣ
ＶＤ法の原料ガスにできない金属でも金属蒸気として利
用することができる。また、ＣＶＤ法を効果的に用いる
ことで、ＰＶＤ法では通常は反応しないＳｉ化合物ガス
を利用することが可能となる。従って、本発明は、従来
技術では不可能であった優れた摩擦特性と密着強度を有
する複合硬質皮膜の製造を可能とするものである。
【０００９】本発明は、スパッタリング法に代表される
ＰＶＤ法により高硬度で密着強度に優れた硬質皮膜を基
材上に形成し、その後半から終了付近の工程で炭化水素
系ガスを供給すると共にＳｉ化合物ガスとして取り扱い
の容易で低温での成膜が可能なヘキサメチルジシラザン
やヘキサメチルジシロキサン（以下、これらを総称して
ＨＭＤＳともいう）を用い、ＩＣＰ電極とＲＦ電極の組
み合わせにより反応性の高いプラズマを形成し、優れた
摩擦特性と密着強度を有する複合硬質皮膜を被コーティ
ング材（基材）に被覆するものである。
ＰＶＤ法により高硬度で密着強度に優れた硬質皮膜を基
材上に形成し、その後半から終了付近の工程で炭化水素
系ガスを供給すると共にＳｉ化合物ガスとして取り扱い
の容易で低温での成膜が可能なヘキサメチルジシラザン
やヘキサメチルジシロキサン（以下、これらを総称して
ＨＭＤＳともいう）を用い、ＩＣＰ電極とＲＦ電極の組
み合わせにより反応性の高いプラズマを形成し、優れた
摩擦特性と密着強度を有する複合硬質皮膜を被コーティ
ング材（基材）に被覆するものである。
【００１０】ＰＶＤ法は、スパッタリング法以外の方法
を用いても良く、密着強度が高ければイオンプレーティ
ング法等を用いても良い。ＨＭＤＳは、構造的にはＳｉ
２個に対しメチル基がそれぞれ３個付いた構造を持って
おり、安全で取り扱いやすく、室温でも容易に気化する
ので従来の原料ガスのように加熱する必要がなく、反応
性が高いので低温での成膜が可能というような優れた長
所も備えている。
を用いても良く、密着強度が高ければイオンプレーティ
ング法等を用いても良い。ＨＭＤＳは、構造的にはＳｉ
２個に対しメチル基がそれぞれ３個付いた構造を持って
おり、安全で取り扱いやすく、室温でも容易に気化する
ので従来の原料ガスのように加熱する必要がなく、反応
性が高いので低温での成膜が可能というような優れた長
所も備えている。
【００１１】プラズマＣＶＤ法では、ＩＣＰ電極を用い
ず、ＲＦ電極のみでも十分反応が進むが、ＩＣＰ電極を
同時に用いれば皮膜の硬度が飛躍的に高くなり、摩耗特
性が格段に向上する。また、密着強度を高めるために
は、ＰＶＤ法とＣＶＤ法を共に備えた成膜チャンバー内
で連続して成膜処理することが望ましいが、ＰＶＤ法と
ＣＶＤ法を別々の装置で成膜処理しても十分密着強度と
摩擦特性の向上を図ることができる。
ず、ＲＦ電極のみでも十分反応が進むが、ＩＣＰ電極を
同時に用いれば皮膜の硬度が飛躍的に高くなり、摩耗特
性が格段に向上する。また、密着強度を高めるために
は、ＰＶＤ法とＣＶＤ法を共に備えた成膜チャンバー内
で連続して成膜処理することが望ましいが、ＰＶＤ法と
ＣＶＤ法を別々の装置で成膜処理しても十分密着強度と
摩擦特性の向上を図ることができる。
【００１２】前記課題を解決するため、本発明に係る複
合硬質皮膜の製造方法は、基材上に密着強度の高い化合
物層をＰＶＤ法により形成する工程と、この化合物層上
に潤滑性の高いＳｉ含有炭素層をプラズマＣＶＤ法によ
り形成する工程と、を具備することを特徴とする。
合硬質皮膜の製造方法は、基材上に密着強度の高い化合
物層をＰＶＤ法により形成する工程と、この化合物層上
に潤滑性の高いＳｉ含有炭素層をプラズマＣＶＤ法によ
り形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１３】上記複合硬質皮膜の製造方法によれば、Ｓ
ｉが含有している炭素層は摩擦係数が小さいが基材との
密着強度が弱いので、基材とＳｉ含有炭素層との間に密
着強度の高い化合物層をＰＶＤ法で形成することによ
り、Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度を向上させるこ
とができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強度が
大きい複合硬質皮膜を製造することができる。つまり、
Ｓｉ含有炭素層の基材との密着強度を改善でき、種々の
材質の基材に複合硬質皮膜を成膜することが可能であ
り、幅広い分野での利用が期待できる。なお、Ｓｉ含有
炭素層は例えばＳｉ含有ＤＬＣ層である。
ｉが含有している炭素層は摩擦係数が小さいが基材との
密着強度が弱いので、基材とＳｉ含有炭素層との間に密
着強度の高い化合物層をＰＶＤ法で形成することによ
り、Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度を向上させるこ
とができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強度が
大きい複合硬質皮膜を製造することができる。つまり、
Ｓｉ含有炭素層の基材との密着強度を改善でき、種々の
材質の基材に複合硬質皮膜を成膜することが可能であ
り、幅広い分野での利用が期待できる。なお、Ｓｉ含有
炭素層は例えばＳｉ含有ＤＬＣ層である。
【００１４】本発明に係る複合硬質皮膜の製造方法は、
高潤滑性と高密着強度を有する複合硬質皮膜の製造方法
であって、基材上に密着強度の高い化合物層をＰＶＤ法
により形成する工程と、この化合物層上にＳｉ化合物層
をプラズマＣＶＤ法により形成する工程と、このＳｉ化
合物層上に潤滑性の高いＳｉ含有炭素層をプラズマＣＶ
Ｄ法により形成する工程と、を具備することを特徴とす
る。
高潤滑性と高密着強度を有する複合硬質皮膜の製造方法
であって、基材上に密着強度の高い化合物層をＰＶＤ法
により形成する工程と、この化合物層上にＳｉ化合物層
をプラズマＣＶＤ法により形成する工程と、このＳｉ化
合物層上に潤滑性の高いＳｉ含有炭素層をプラズマＣＶ
Ｄ法により形成する工程と、を具備することを特徴とす
る。
【００１５】上記複合硬質皮膜の製造方法によれば、基
材とＳｉ含有炭素層との間に密着強度の高い化合物層の
みでなく更にＳｉ化合物層も形成している。このため、
Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度をより向上させるこ
とができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強度が
大きい複合硬質皮膜を製造することができる。
材とＳｉ含有炭素層との間に密着強度の高い化合物層の
みでなく更にＳｉ化合物層も形成している。このため、
Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度をより向上させるこ
とができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強度が
大きい複合硬質皮膜を製造することができる。
【００１６】また、本発明に係る複合硬質皮膜の製造方
法においては、上記化合物層がＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔ
ａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷの群から選ばれた１
又は２以上の窒化物層、酸化物層又は炭化物層であるこ
とも可能である。この化合物層はＰＶＤ法で形成するの
で、基材との相性を考慮して金属元素を適切に選択する
ことが可能である。
法においては、上記化合物層がＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔ
ａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷの群から選ばれた１
又は２以上の窒化物層、酸化物層又は炭化物層であるこ
とも可能である。この化合物層はＰＶＤ法で形成するの
で、基材との相性を考慮して金属元素を適切に選択する
ことが可能である。
【００１７】本発明に係る複合硬質皮膜の製造方法は、
基材上に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜をＰ
ＶＤ法により形成する工程と、このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬
質皮膜上に潤滑性の高いＳｉ含有炭素層をプラズマＣＶ
Ｄ法により形成する工程と、を具備することを特徴とす
る。
基材上に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜をＰ
ＶＤ法により形成する工程と、このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬
質皮膜上に潤滑性の高いＳｉ含有炭素層をプラズマＣＶ
Ｄ法により形成する工程と、を具備することを特徴とす
る。
【００１８】上記複合硬質皮膜の製造方法によれば、Ｓ
ｉ含有炭素層は摩擦係数が小さいが基材との密着強度が
弱いので、基材とＳｉ含有炭素層との間に密着強度の高
いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜をＰＶＤ法で形成すること
により、Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度を向上させ
ることができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強
度が大きい複合硬質皮膜を製造することができる。
ｉ含有炭素層は摩擦係数が小さいが基材との密着強度が
弱いので、基材とＳｉ含有炭素層との間に密着強度の高
いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜をＰＶＤ法で形成すること
により、Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度を向上させ
ることができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強
度が大きい複合硬質皮膜を製造することができる。
【００１９】本発明に係る複合硬質皮膜の製造方法は、
高潤滑性と高密着強度を有する複合硬質皮膜の製造方法
であって、基材上に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬
質皮膜をＰＶＤ法により形成する工程と、このＡｌ−Ｃ
ｒ−Ｎ系硬質皮膜上にＳｉ化合物層をプラズマＣＶＤ法
により形成する工程と、このＳｉ化合物層上に潤滑性の
高いＳｉ含有炭素層をプラズマＣＶＤ法により形成する
工程と、を具備することを特徴とする。
高潤滑性と高密着強度を有する複合硬質皮膜の製造方法
であって、基材上に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬
質皮膜をＰＶＤ法により形成する工程と、このＡｌ−Ｃ
ｒ−Ｎ系硬質皮膜上にＳｉ化合物層をプラズマＣＶＤ法
により形成する工程と、このＳｉ化合物層上に潤滑性の
高いＳｉ含有炭素層をプラズマＣＶＤ法により形成する
工程と、を具備することを特徴とする。
【００２０】上記複合硬質皮膜の製造方法によれば、基
材とＳｉ含有炭素層との間に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ
−Ｎ系硬質皮膜のみでなく更にＳｉ化合物層も形成して
いる。このため、Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度を
より向上させることができる。従って、摩擦係数が小さ
く且つ密着強度が大きい複合硬質皮膜を製造することが
できる。
材とＳｉ含有炭素層との間に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ
−Ｎ系硬質皮膜のみでなく更にＳｉ化合物層も形成して
いる。このため、Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度を
より向上させることができる。従って、摩擦係数が小さ
く且つ密着強度が大きい複合硬質皮膜を製造することが
できる。
【００２１】また、本発明に係る複合硬質皮膜の製造方
法において、上記Ｓｉ化合物層をプラズマＣＶＤ法によ
り形成する工程は、基材上にＳｉ化合物ガスを供給して
プラズマＣＶＤ法により反応させる工程であり、Ｓｉ含
有炭素層をプラズマＣＶＤ法により形成する工程は、基
材上に炭化水素系ガスおよびＳｉ化合物ガスを供給して
プラズマＣＶＤ法により反応させる工程であることが好
ましい。これらのガスは、取り扱いが容易で低温での成
膜が可能なため、基材に与えるダメージが非常に少な
く、加熱冷却工程を必要としないので、生産性を飛躍的
に向上させることができる。
法において、上記Ｓｉ化合物層をプラズマＣＶＤ法によ
り形成する工程は、基材上にＳｉ化合物ガスを供給して
プラズマＣＶＤ法により反応させる工程であり、Ｓｉ含
有炭素層をプラズマＣＶＤ法により形成する工程は、基
材上に炭化水素系ガスおよびＳｉ化合物ガスを供給して
プラズマＣＶＤ法により反応させる工程であることが好
ましい。これらのガスは、取り扱いが容易で低温での成
膜が可能なため、基材に与えるダメージが非常に少な
く、加熱冷却工程を必要としないので、生産性を飛躍的
に向上させることができる。
【００２２】また、本発明に係る複合硬質皮膜の製造方
法において、上記プラズマＣＶＤ法は、高周波電源及び
ＩＣＰ用高周波電源の少なくとも一方を用いた方法で原
料ガスを反応させるものであることが好ましい。高周波
電源及びＩＣＰ用高周波電源の少なくとも一方を用いれ
ば反応を進ませることができるが、両方の電源を同時に
用いれば皮膜の硬度を飛躍的に高くでき、摩耗特性を格
段に向上させることができる。
法において、上記プラズマＣＶＤ法は、高周波電源及び
ＩＣＰ用高周波電源の少なくとも一方を用いた方法で原
料ガスを反応させるものであることが好ましい。高周波
電源及びＩＣＰ用高周波電源の少なくとも一方を用いれ
ば反応を進ませることができるが、両方の電源を同時に
用いれば皮膜の硬度を飛躍的に高くでき、摩耗特性を格
段に向上させることができる。
【００２３】また、本発明に係る複合硬質皮膜の製造方
法においては、請求項５に記載のＳｉ含有炭素層をプラ
ズマＣＶＤ法により形成する工程において、Ｓｉ化合物
ガスが１に対し炭化水素系ガスが１．５以上１５以下の
割合で供給することが好ましい。
法においては、請求項５に記載のＳｉ含有炭素層をプラ
ズマＣＶＤ法により形成する工程において、Ｓｉ化合物
ガスが１に対し炭化水素系ガスが１．５以上１５以下の
割合で供給することが好ましい。
【００２４】また、本発明に係る複合硬質皮膜の製造方
法においては、上記Ｓｉ化合物ガスがヘキサメチルジシ
ラザン（Ｃ6Ｈ19ＮＳｉ2）又はヘキサメチルジシロキサ
ン（Ｃ6Ｈ18ＯＳｉ2）であることが好ましい。
法においては、上記Ｓｉ化合物ガスがヘキサメチルジシ
ラザン（Ｃ6Ｈ19ＮＳｉ2）又はヘキサメチルジシロキサ
ン（Ｃ6Ｈ18ＯＳｉ2）であることが好ましい。
【００２５】また、本発明に係る複合硬質皮膜の製造方
法においては、化合物層をＰＶＤ法により形成する工程
の前に、アルゴンガスを高周波電源及びＩＣＰ用高周波
電源を用いてプラズマ化し、そのアルゴンプラズマを用
いて基材表面を清浄化する工程をさらに含むことも可能
である。この清浄化工程により複合硬質皮膜の密着強度
をより向上させることができる。
法においては、化合物層をＰＶＤ法により形成する工程
の前に、アルゴンガスを高周波電源及びＩＣＰ用高周波
電源を用いてプラズマ化し、そのアルゴンプラズマを用
いて基材表面を清浄化する工程をさらに含むことも可能
である。この清浄化工程により複合硬質皮膜の密着強度
をより向上させることができる。
【００２６】本発明に係る複合硬質皮膜は、基材上に形
成された密着強度の高い化合物層と、この化合物層上に
形成された潤滑性の高いＳｉ含有炭素層と、を具備する
ことを特徴とする。
成された密着強度の高い化合物層と、この化合物層上に
形成された潤滑性の高いＳｉ含有炭素層と、を具備する
ことを特徴とする。
【００２７】上記複合硬質皮膜によれば、摩擦係数が小
さいＳｉ含有炭素層と基材との間に密着強度の高い化合
物層をＰＶＤ法で形成することにより、Ｓｉ含有炭素層
と基材との密着強度を向上させることができる。従っ
て、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きい複合硬質皮
膜を製造することができる。
さいＳｉ含有炭素層と基材との間に密着強度の高い化合
物層をＰＶＤ法で形成することにより、Ｓｉ含有炭素層
と基材との密着強度を向上させることができる。従っ
て、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きい複合硬質皮
膜を製造することができる。
【００２８】本発明に係る複合硬質皮膜は、高潤滑性と
高密着強度を有する複合硬質皮膜であって、基材上に形
成された密着強度の高い化合物層と、この化合物層上に
形成されたＳｉ化合物層と、このＳｉ化合物層上に形成
された潤滑性の高いＳｉ含有炭素層と、を具備すること
を特徴とする。
高密着強度を有する複合硬質皮膜であって、基材上に形
成された密着強度の高い化合物層と、この化合物層上に
形成されたＳｉ化合物層と、このＳｉ化合物層上に形成
された潤滑性の高いＳｉ含有炭素層と、を具備すること
を特徴とする。
【００２９】上記複合硬質皮膜によれば、基材とＳｉ含
有炭素層との間に密着強度の高い化合物層のみでなく更
にＳｉ化合物層も形成しているので、Ｓｉ含有炭素層と
基材との密着強度をより向上させることができる。従っ
て、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きい複合硬質皮
膜を得ることができる。
有炭素層との間に密着強度の高い化合物層のみでなく更
にＳｉ化合物層も形成しているので、Ｓｉ含有炭素層と
基材との密着強度をより向上させることができる。従っ
て、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きい複合硬質皮
膜を得ることができる。
【００３０】また、本発明に係る複合硬質皮膜において
は、上記化合物層がＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷの群から選ばれた１又は２以上の
窒化物層、酸化物層又は炭化物層であることも可能であ
る。
は、上記化合物層がＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷの群から選ばれた１又は２以上の
窒化物層、酸化物層又は炭化物層であることも可能であ
る。
【００３１】本発明に係る複合硬質皮膜は、基材上に形
成された密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜と、
このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜上に形成された潤滑性の
高いＳｉ含有炭素層と、を具備することを特徴とする。
成された密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜と、
このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜上に形成された潤滑性の
高いＳｉ含有炭素層と、を具備することを特徴とする。
【００３２】上記複合硬質皮膜によれば、摩擦係数が小
さいＳｉ含有炭素層と基材との間に密着強度の高いＡｌ
−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜をＰＶＤ法で形成することによ
り、Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度を向上させるこ
とができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強度が
大きい複合硬質皮膜を製造することができる。
さいＳｉ含有炭素層と基材との間に密着強度の高いＡｌ
−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜をＰＶＤ法で形成することによ
り、Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度を向上させるこ
とができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強度が
大きい複合硬質皮膜を製造することができる。
【００３３】本発明に係る複合硬質皮膜は、高潤滑性と
高密着強度を有する複合硬質皮膜であって、基材上に形
成された密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜と、
このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜上に形成されたＳｉ化合
物層と、このＳｉ化合物層上に形成された潤滑性の高い
Ｓｉ含有炭素層と、を具備することを特徴とする。
高密着強度を有する複合硬質皮膜であって、基材上に形
成された密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜と、
このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜上に形成されたＳｉ化合
物層と、このＳｉ化合物層上に形成された潤滑性の高い
Ｓｉ含有炭素層と、を具備することを特徴とする。
【００３４】上記複合硬質皮膜によれば、基材とＳｉ含
有炭素層との間に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質
皮膜のみでなく更にＳｉ化合物層も形成しているので、
Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度をより向上させるこ
とができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強度が
大きい複合硬質皮膜を得ることができる。
有炭素層との間に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質
皮膜のみでなく更にＳｉ化合物層も形成しているので、
Ｓｉ含有炭素層と基材との密着強度をより向上させるこ
とができる。従って、摩擦係数が小さく且つ密着強度が
大きい複合硬質皮膜を得ることができる。
【００３５】本発明に係る成膜装置は、成膜チャンバー
と、この成膜チャンバー内に配置された基材を保持する
基材ホルダーと、この基材ホルダー上に保持された基材
にＰＶＤ法により成膜するＰＶＤ成膜機構と、基材ホル
ダー上に保持された基材にＣＶＤ法により成膜するＣＶ
Ｄ成膜機構と、を具備することを特徴とする。
と、この成膜チャンバー内に配置された基材を保持する
基材ホルダーと、この基材ホルダー上に保持された基材
にＰＶＤ法により成膜するＰＶＤ成膜機構と、基材ホル
ダー上に保持された基材にＣＶＤ法により成膜するＣＶ
Ｄ成膜機構と、を具備することを特徴とする。
【００３６】上記成膜装置によれば、ＰＶＤ成膜機構に
より基材との密着強度に優れた化合物層を形成すること
が可能となると共にＣＶＤ法の原料ガスにできない金属
でも金属蒸気として利用することができる。また、ＣＶ
Ｄ成膜機構を用いることで、ＰＶＤ法では反応しないＳ
ｉ化合物ガスを利用することが可能となり、摩擦係数が
小さいＳｉ含有炭素層を成膜することができる。従っ
て、優れた摩擦特性と密着強度を有する複合硬質皮膜の
製造を可能とする。
より基材との密着強度に優れた化合物層を形成すること
が可能となると共にＣＶＤ法の原料ガスにできない金属
でも金属蒸気として利用することができる。また、ＣＶ
Ｄ成膜機構を用いることで、ＰＶＤ法では反応しないＳ
ｉ化合物ガスを利用することが可能となり、摩擦係数が
小さいＳｉ含有炭素層を成膜することができる。従っ
て、優れた摩擦特性と密着強度を有する複合硬質皮膜の
製造を可能とする。
【００３７】また、本発明に係る成膜装置においては、
上記ＰＶＤ法がスパッタリング法又はイオンプレーティ
ング法であることも可能である。
上記ＰＶＤ法がスパッタリング法又はイオンプレーティ
ング法であることも可能である。
【００３８】本発明に係る成膜装置は、請求項１又は２
に記載の複合硬質皮膜の製造方法を利用する成膜装置で
あって、成膜チャンバーと、成膜チャンバー内を真空排
気する真空ポンプと、成膜チャンバー内に反応ガスを供
給するガス供給機構と、成膜チャンバー内に配置された
基材を保持する基材ホルダーと、基材に高周波出力を供
給する高周波出力機構と、成膜チャンバー内に配置さ
れ、基板ホルダーに対向するように配置された電極と、
成膜チャンバー内に配置され、基板ホルダーに対向する
ように配置されたスパッタリングターゲットと、このス
パッタリングターゲットにスパッタリング出力を供給す
るスパッタリング出力機構と、を具備することを特徴と
する。
に記載の複合硬質皮膜の製造方法を利用する成膜装置で
あって、成膜チャンバーと、成膜チャンバー内を真空排
気する真空ポンプと、成膜チャンバー内に反応ガスを供
給するガス供給機構と、成膜チャンバー内に配置された
基材を保持する基材ホルダーと、基材に高周波出力を供
給する高周波出力機構と、成膜チャンバー内に配置さ
れ、基板ホルダーに対向するように配置された電極と、
成膜チャンバー内に配置され、基板ホルダーに対向する
ように配置されたスパッタリングターゲットと、このス
パッタリングターゲットにスパッタリング出力を供給す
るスパッタリング出力機構と、を具備することを特徴と
する。
【００３９】また、本発明に係る成膜装置においては、
上記電極がＩＣＰ電極であり、このＩＣＰ電極にＩＣＰ
用高周波出力を供給するＩＣＰ用高周波出力機構をさら
に含むことが好ましい。
上記電極がＩＣＰ電極であり、このＩＣＰ電極にＩＣＰ
用高周波出力を供給するＩＣＰ用高周波出力機構をさら
に含むことが好ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形
態による成膜装置を概略的に示す構成図である。この成
膜装置は、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きいとい
う特性を備えた複合硬質皮膜を成膜するための装置であ
る。
施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形
態による成膜装置を概略的に示す構成図である。この成
膜装置は、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きいとい
う特性を備えた複合硬質皮膜を成膜するための装置であ
る。
【００４１】この成膜装置は成膜チャンバー１を有して
おり、この成膜チャンバー１内には基材２を保持する基
材ホルダー３が配置されている。この基材ホルダー３に
は１３．５６ＭＨｚの高周波電源（ＲＦ電源）４が接続
されている。この高周波電源４は基材ホルダー３を介し
て基材２に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加するもので
ある。また、基材ホルダー３の周囲にはヒーター５が配
置されており、このヒーター５によって基材２が加熱さ
れるようになっている。なお、基材２は、複合硬質皮膜
を形成するものであれば、種々の材質及び種々の形状の
ものを用いることが可能である。
おり、この成膜チャンバー１内には基材２を保持する基
材ホルダー３が配置されている。この基材ホルダー３に
は１３．５６ＭＨｚの高周波電源（ＲＦ電源）４が接続
されている。この高周波電源４は基材ホルダー３を介し
て基材２に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加するもので
ある。また、基材ホルダー３の周囲にはヒーター５が配
置されており、このヒーター５によって基材２が加熱さ
れるようになっている。なお、基材２は、複合硬質皮膜
を形成するものであれば、種々の材質及び種々の形状の
ものを用いることが可能である。
【００４２】成膜チャンバー１には反応ガスを導入する
ガス導入口１０が設けられている。このガス導入口１０
には反応ガスを供給するガス配管（図示せず）が接続さ
れている。このガス配管には、ガス流量を計測する流量
計（図示せず）及びガス流量を制御するガスフローコン
トローラー（図示せず）が設けられている。流量計によ
り適量の炭化水素系ガスおよびＳｉ含有化合物などの原
料ガスがガス導入口より供給されるようになっている。
また、成膜チャンバー１には、その内部を真空排気する
真空ポンプ１３が接続されている。
ガス導入口１０が設けられている。このガス導入口１０
には反応ガスを供給するガス配管（図示せず）が接続さ
れている。このガス配管には、ガス流量を計測する流量
計（図示せず）及びガス流量を制御するガスフローコン
トローラー（図示せず）が設けられている。流量計によ
り適量の炭化水素系ガスおよびＳｉ含有化合物などの原
料ガスがガス導入口より供給されるようになっている。
また、成膜チャンバー１には、その内部を真空排気する
真空ポンプ１３が接続されている。
【００４３】基材ホルダー３の上方には反応を促進する
ためのＩＣＰ(inductively-coupledplasma)電極６が設
置されている。このＩＣＰ電極６はリング形状からな
り、このＩＣＰ電極６は整合器７を介してＩＣＰ用高周
波電源８に接続されている。また、成膜チャンバー１に
は発光分光計１２が取り付けられており、この発光分光
計１２は、基材ホルダー３上の基材２とＩＣＰ電極６と
の間のプラズマ状態の計測を行うものである。
ためのＩＣＰ(inductively-coupledplasma)電極６が設
置されている。このＩＣＰ電極６はリング形状からな
り、このＩＣＰ電極６は整合器７を介してＩＣＰ用高周
波電源８に接続されている。また、成膜チャンバー１に
は発光分光計１２が取り付けられており、この発光分光
計１２は、基材ホルダー３上の基材２とＩＣＰ電極６と
の間のプラズマ状態の計測を行うものである。
【００４４】ＩＣＰ電極６の上方にはＣｒを供給するた
めのＣｒスパッタリングターゲット９が設置されてい
る。このスパッタリングターゲット９には直流電源が接
続されている。スパッタリングターゲット９上には冷却
機構１１が配置されており、この冷却機構１１は冷却水
によってスパッタリングターゲット９を冷却するように
構成されている。
めのＣｒスパッタリングターゲット９が設置されてい
る。このスパッタリングターゲット９には直流電源が接
続されている。スパッタリングターゲット９上には冷却
機構１１が配置されており、この冷却機構１１は冷却水
によってスパッタリングターゲット９を冷却するように
構成されている。
【００４５】次に、図１の成膜装置を用いた成膜方法に
ついてＰＶＤ法による化合物層がＣｒＮの場合を例とし
て説明する。図２は、図１の成膜装置により基材上に成
膜された複合硬質皮膜を示す断面図である。
ついてＰＶＤ法による化合物層がＣｒＮの場合を例とし
て説明する。図２は、図１の成膜装置により基材上に成
膜された複合硬質皮膜を示す断面図である。
【００４６】まず、図１に示すように、被コーティング
材としての基材２を基材ホルダー３上に装着する。次い
で、基材２をヒーター５によって１５０℃の温度に加熱
し、真空ポンプ１３によって成膜チャンバー１内を１×
１０-4Ｐａ以下まで排気する。その後、成膜チャンバー
１内にガス導入口１０からアルゴンガスを導入し、ＲＦ
電源４およびＩＣＰ用高周波電源８を用いて基材上にア
ルゴンプラズマを形成することにより、基材２の表面の
清浄化を行う。この処理により複合硬質皮膜の密着強度
を向上させることができる。
材としての基材２を基材ホルダー３上に装着する。次い
で、基材２をヒーター５によって１５０℃の温度に加熱
し、真空ポンプ１３によって成膜チャンバー１内を１×
１０-4Ｐａ以下まで排気する。その後、成膜チャンバー
１内にガス導入口１０からアルゴンガスを導入し、ＲＦ
電源４およびＩＣＰ用高周波電源８を用いて基材上にア
ルゴンプラズマを形成することにより、基材２の表面の
清浄化を行う。この処理により複合硬質皮膜の密着強度
を向上させることができる。
【００４７】次いで、５００Ｗのスパッタリング出力を
印加し、成膜チャンバー１内にアルゴンガスを流量３０
ｃｃｍ（cubic centimeter per minute）程度で導入す
ると共に窒素ガスを流量４０ｃｃｍ程度で導入する。こ
れにより、図２に示すように、基材２上に第１層として
高硬度で密着強度に優れた窒化クロム層（ＣｒＮ層）２
１をスパッタリングにより形成する。この際の窒化クロ
ム層の成膜時間は約３０〜６０分であり、窒化クロム層
の厚さは０．５〜１．０μｍ程度である。なお、ここで
は、窒化クロム層２１を用いているが、密着強度の高い
化合物層であれば他の化合物層を用いることも可能であ
り、例えば、密着強度の高い他の窒化物層、酸化物層又
は炭化物層を用いることも可能である。具体的には、Ａ
ｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷ
の群から選ばれた１又は２以上の窒化物層、酸化物層又
は炭化物層を用いることも可能である。
印加し、成膜チャンバー１内にアルゴンガスを流量３０
ｃｃｍ（cubic centimeter per minute）程度で導入す
ると共に窒素ガスを流量４０ｃｃｍ程度で導入する。こ
れにより、図２に示すように、基材２上に第１層として
高硬度で密着強度に優れた窒化クロム層（ＣｒＮ層）２
１をスパッタリングにより形成する。この際の窒化クロ
ム層の成膜時間は約３０〜６０分であり、窒化クロム層
の厚さは０．５〜１．０μｍ程度である。なお、ここで
は、窒化クロム層２１を用いているが、密着強度の高い
化合物層であれば他の化合物層を用いることも可能であ
り、例えば、密着強度の高い他の窒化物層、酸化物層又
は炭化物層を用いることも可能である。具体的には、Ａ
ｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷ
の群から選ばれた１又は２以上の窒化物層、酸化物層又
は炭化物層を用いることも可能である。
【００４８】この後、スパッタリング出力と窒素ガス流
量を徐々に減少させながら、新たにＳｉ化合物ガスとし
てヘキサメチルジシラザン（Ｃ6Ｈ19ＮＳｉ2）を成膜チ
ャンバー１内に導入する。この際、ヘキサメチルジシラ
ザンの流量が４ｃｃｍ程度とする。そして、スパッタリ
ングと併用しつつＲＦ電極４とＩＣＰ電極８を用いてプ
ラズマをより活性化させて窒化クロム層２１上に中間層
としてＳｉ化合物層２２を厚さ１０〜５０ｎｍ程度形成
する。なお、ここでは、Ｓｉ化合物としてヘキサメチル
ジシラザンを用いているが、他のＳｉ化合物を用いるこ
とも可能であり、例えばヘキサメチルジシロキサン（Ｃ
6Ｈ18ＯＳｉ2）等を用いることも可能である。
量を徐々に減少させながら、新たにＳｉ化合物ガスとし
てヘキサメチルジシラザン（Ｃ6Ｈ19ＮＳｉ2）を成膜チ
ャンバー１内に導入する。この際、ヘキサメチルジシラ
ザンの流量が４ｃｃｍ程度とする。そして、スパッタリ
ングと併用しつつＲＦ電極４とＩＣＰ電極８を用いてプ
ラズマをより活性化させて窒化クロム層２１上に中間層
としてＳｉ化合物層２２を厚さ１０〜５０ｎｍ程度形成
する。なお、ここでは、Ｓｉ化合物としてヘキサメチル
ジシラザンを用いているが、他のＳｉ化合物を用いるこ
とも可能であり、例えばヘキサメチルジシロキサン（Ｃ
6Ｈ18ＯＳｉ2）等を用いることも可能である。
【００４９】最終的には成膜チャンバー１内に炭化水素
系ガスとしてアセチレンを１５ｃｃｍ程度の流量で導入
し、ヘキサメチルジシラザンを４ｃｃｍ程度の流量で導
入することにより、Ｓｉ化合物層２２の上に最終層とし
て潤滑性の高いＳｉを含有する炭素層であるＳｉ含有Ｄ
ＬＣ層２３を厚さ０．５〜１．０μｍ程度形成する。こ
の際、ＲＦ電極４とＩＣＰ電極８とを組み合わせること
で高潤滑性で高硬度の膜を形成することができる。主な
プラズマ条件は、ＲＦ出力５００Ｗ、ＩＣＰ用高周波出
力３００Ｗである。このようにしてＳｉ含有ＤＬＣ層２
３、Ｓｉ化合物層２２及び窒化クロム層２１からなる複
合硬質皮膜２０を基材２上に形成することができる。な
お、ここでは、ＩＣＰ電極８を用いているが、ＩＣＰ電
極８は複合硬質皮膜の成膜に必ずしも必要ではなく、他
の電極を用いることも可能である。
系ガスとしてアセチレンを１５ｃｃｍ程度の流量で導入
し、ヘキサメチルジシラザンを４ｃｃｍ程度の流量で導
入することにより、Ｓｉ化合物層２２の上に最終層とし
て潤滑性の高いＳｉを含有する炭素層であるＳｉ含有Ｄ
ＬＣ層２３を厚さ０．５〜１．０μｍ程度形成する。こ
の際、ＲＦ電極４とＩＣＰ電極８とを組み合わせること
で高潤滑性で高硬度の膜を形成することができる。主な
プラズマ条件は、ＲＦ出力５００Ｗ、ＩＣＰ用高周波出
力３００Ｗである。このようにしてＳｉ含有ＤＬＣ層２
３、Ｓｉ化合物層２２及び窒化クロム層２１からなる複
合硬質皮膜２０を基材２上に形成することができる。な
お、ここでは、ＩＣＰ電極８を用いているが、ＩＣＰ電
極８は複合硬質皮膜の成膜に必ずしも必要ではなく、他
の電極を用いることも可能である。
【００５０】上記実施の形態によれば、基材２上に高硬
度で密着強度に優れた窒化クロム層２１をスパッタリン
グなどのＰＶＤ法により形成し、この窒化クロム層２１
の上に中間層としてＳｉ化合物層２２をＣＶＤ法により
形成し、このＳｉ化合物層２２の上に最終層としてＳｉ
含有ＤＬＣ層２３をＣＶＤ法により形成している。Ｓｉ
含有ＤＬＣ層２３は基材２との密着強度が弱いので、基
材２とＳｉ含有ＤＬＣ層２３との間に窒化クロム層２１
を形成する。これにより、Ｓｉ含有ＤＬＣ層２３と基材
２との密着強度を向上させることができる。また、中間
層としてＳｉ化合物層２２を形成することにより、より
密着強度を向上させることが可能となる。
度で密着強度に優れた窒化クロム層２１をスパッタリン
グなどのＰＶＤ法により形成し、この窒化クロム層２１
の上に中間層としてＳｉ化合物層２２をＣＶＤ法により
形成し、このＳｉ化合物層２２の上に最終層としてＳｉ
含有ＤＬＣ層２３をＣＶＤ法により形成している。Ｓｉ
含有ＤＬＣ層２３は基材２との密着強度が弱いので、基
材２とＳｉ含有ＤＬＣ層２３との間に窒化クロム層２１
を形成する。これにより、Ｓｉ含有ＤＬＣ層２３と基材
２との密着強度を向上させることができる。また、中間
層としてＳｉ化合物層２２を形成することにより、より
密着強度を向上させることが可能となる。
【００５１】尚、上記実施の形態では、基材２上に窒化
クロム層２１を形成し、この窒化クロム層２１上にＳｉ
化合物層２２を形成し、このＳｉ化合物層２２上にＳｉ
含有ＤＬＣ層２３を形成しているが、基材２上に窒化ク
ロム層２１を形成し、この窒化クロム層２１上にＳｉ含
有ＤＬＣ層２３を形成することも可能である。この場合
でも高潤滑性を有する複合硬質皮膜を製作することが可
能である。
クロム層２１を形成し、この窒化クロム層２１上にＳｉ
化合物層２２を形成し、このＳｉ化合物層２２上にＳｉ
含有ＤＬＣ層２３を形成しているが、基材２上に窒化ク
ロム層２１を形成し、この窒化クロム層２１上にＳｉ含
有ＤＬＣ層２３を形成することも可能である。この場合
でも高潤滑性を有する複合硬質皮膜を製作することが可
能である。
【００５２】また、上記実施の形態における窒化クロム
層２１に代えてＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜を用いること
も可能である。このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜は特許３
０３９３８１号に記載されているものであるが、以下に
Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜の製造方法について説明す
る。
層２１に代えてＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜を用いること
も可能である。このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜は特許３
０３９３８１号に記載されているものであるが、以下に
Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜の製造方法について説明す
る。
【００５３】基材上に、イオンプレーティングによる密
着強度が高い硬質皮膜を形成する。この硬質皮膜は、真
空チャンバー内に配置されたＡｌ蒸気とＣｒ蒸気の発生
源から、Ａｌ蒸気とＣｒ蒸気を発生させ、同時に窒素ガ
スを真空チャンバー内に導入して製作される、上記Ａｌ
とＣｒの混合蒸気と窒素ガスとの反応生成物であるＡｌ
−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜である。
着強度が高い硬質皮膜を形成する。この硬質皮膜は、真
空チャンバー内に配置されたＡｌ蒸気とＣｒ蒸気の発生
源から、Ａｌ蒸気とＣｒ蒸気を発生させ、同時に窒素ガ
スを真空チャンバー内に導入して製作される、上記Ａｌ
とＣｒの混合蒸気と窒素ガスとの反応生成物であるＡｌ
−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜である。
【００５４】真空チャンバー内に配置されたルツボを用
いて、ＡｌとＣｒを溶融し、ＡｌとＣｒの混合蒸気を発
生させ、同時に窒素ガスを真空チャンバー内に導入し
て、前記混合蒸気と窒素ガスとの反応生成物であるＡｌ
−Ｃｒ−Ｎ系複合硬質皮膜を基材上に形成させる。
いて、ＡｌとＣｒを溶融し、ＡｌとＣｒの混合蒸気を発
生させ、同時に窒素ガスを真空チャンバー内に導入し
て、前記混合蒸気と窒素ガスとの反応生成物であるＡｌ
−Ｃｒ−Ｎ系複合硬質皮膜を基材上に形成させる。
【００５５】真空チャンバー内に配置されたＡｌとＣｒ
のターゲットにスパッタリング又はアーク放電を用いて
ＡｌとＣｒの混合蒸気を発生させ、同時に窒素ガスを真
空チャンバー内に導入して、前記混合蒸気と窒素ガスと
の反応生成物であるＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系複合硬質皮膜を基
材上に形成させる。
のターゲットにスパッタリング又はアーク放電を用いて
ＡｌとＣｒの混合蒸気を発生させ、同時に窒素ガスを真
空チャンバー内に導入して、前記混合蒸気と窒素ガスと
の反応生成物であるＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系複合硬質皮膜を基
材上に形成させる。
【００５６】イオンプレーティングでの金属の蒸発方法
には、電子銃による方法、ホローカソードによる方法、
スパッタリングによる方法、アーク放電による方法等が
挙げられるが、本発明の実施にはいずれの方法も採用可
能である。すなわち、何らかの方法により真空中でＡｌ
及びＣｒを蒸発させ、同時に窒素を導入し、プラズマを
発生させて反応生成物を基材上に成膜形成すればよいの
である。電子銃による場合、Ａｌ，Ｃｒの蒸発源（ルツ
ボ）は、二つ必要であるが、適当な組成比のＡｌＣｒ合
金あるいはＡｌ粒とＣｒ粒の混合物を用いれば一つで構
わない。蒸発源が二つの場合は、それぞれの電子銃の出
力を調節してＡｌ及びＣｒの各蒸発量を制御することが
できる。蒸発源が一つの場合は、目的とするＡｌとＣｒ
の組成比に適したＡｌＣｒ合金あるいはＡｌ粒とＣｒ粒
の混合物を用いる。スパッタリング法、アーク放電法を
採用する場合は、ＡｌとＣｒの２つのターゲットを用い
てもよいし、目的とする皮膜の、Ａｌ／Ｃｒ組成比のタ
ーゲットなら１つで簡単に成膜が可能である。基材上に
非常に優れた密着性を有する皮膜を形成可能とするため
には、真空チャンバー内におけるルツボ内の金属又はタ
ーゲットに、Ａｌ２５〜７５原子％，Ｃｒ７５〜２５原
子％からなるものを使用することが好ましい。
には、電子銃による方法、ホローカソードによる方法、
スパッタリングによる方法、アーク放電による方法等が
挙げられるが、本発明の実施にはいずれの方法も採用可
能である。すなわち、何らかの方法により真空中でＡｌ
及びＣｒを蒸発させ、同時に窒素を導入し、プラズマを
発生させて反応生成物を基材上に成膜形成すればよいの
である。電子銃による場合、Ａｌ，Ｃｒの蒸発源（ルツ
ボ）は、二つ必要であるが、適当な組成比のＡｌＣｒ合
金あるいはＡｌ粒とＣｒ粒の混合物を用いれば一つで構
わない。蒸発源が二つの場合は、それぞれの電子銃の出
力を調節してＡｌ及びＣｒの各蒸発量を制御することが
できる。蒸発源が一つの場合は、目的とするＡｌとＣｒ
の組成比に適したＡｌＣｒ合金あるいはＡｌ粒とＣｒ粒
の混合物を用いる。スパッタリング法、アーク放電法を
採用する場合は、ＡｌとＣｒの２つのターゲットを用い
てもよいし、目的とする皮膜の、Ａｌ／Ｃｒ組成比のタ
ーゲットなら１つで簡単に成膜が可能である。基材上に
非常に優れた密着性を有する皮膜を形成可能とするため
には、真空チャンバー内におけるルツボ内の金属又はタ
ーゲットに、Ａｌ２５〜７５原子％，Ｃｒ７５〜２５原
子％からなるものを使用することが好ましい。
【００５７】図３は、Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜を成膜
するイオンプレーティング装置を概略的に示す構成図で
ある。このイオンプレーティング装置を用いて、活性化
反応性蒸着法（ＡＲＥ法）により、Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系皮
膜の形成を行った。図中、３１は真空チャンバー、３２
はルツボ、３２ａは電子銃、３３は基板、３４はプロー
ブ（イオン化促進用補助電極）、３５は反応ガス供給自
動調整弁、３６はヒーター、３７は発光分光装置、３８
は質量分析装置、３９は電子銃電源、４０はプラズマ制
御装置、４１はフィラメント電源、４２はフィラメント
である。
するイオンプレーティング装置を概略的に示す構成図で
ある。このイオンプレーティング装置を用いて、活性化
反応性蒸着法（ＡＲＥ法）により、Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系皮
膜の形成を行った。図中、３１は真空チャンバー、３２
はルツボ、３２ａは電子銃、３３は基板、３４はプロー
ブ（イオン化促進用補助電極）、３５は反応ガス供給自
動調整弁、３６はヒーター、３７は発光分光装置、３８
は質量分析装置、３９は電子銃電源、４０はプラズマ制
御装置、４１はフィラメント電源、４２はフィラメント
である。
【００５８】ＡｌＣｒ合金をルツボに入れ、反応ガスと
して窒素を導入し、ＥＢエッミッション電流１８０ｍ
Ａ、処理圧１．３×１０-4Ｔｏｒｒ，プローブ電圧９０
Ｖ，バイアス電圧─５０Ｖ，フィラメント電流２２Ａ，
基板温度３５０℃で、３０分間保持し、活性化反応性蒸
着法（ＡＲＥ法）にてＳＫＨ５１基板に成膜した。その
結果、ＳＫＨ５１基板上に、９００℃で１時間酸化雰囲
気中でも耐え得るＡｌ−Ｃｒ−Ｎ複合皮膜が形成され
た。実験のためルツボ内の蒸発源として用いた蒸着合金
は、６種のＡｌＣｒ合金であって、その内のＣｒ含有率
は、５原子％，１０原子％，２０原子％，２５原子％，
５０原子％及び７５原子％のものであった。その結果、
いずれのＣｒ含有率のものにおいても成膜が可能であっ
た。
して窒素を導入し、ＥＢエッミッション電流１８０ｍ
Ａ、処理圧１．３×１０-4Ｔｏｒｒ，プローブ電圧９０
Ｖ，バイアス電圧─５０Ｖ，フィラメント電流２２Ａ，
基板温度３５０℃で、３０分間保持し、活性化反応性蒸
着法（ＡＲＥ法）にてＳＫＨ５１基板に成膜した。その
結果、ＳＫＨ５１基板上に、９００℃で１時間酸化雰囲
気中でも耐え得るＡｌ−Ｃｒ−Ｎ複合皮膜が形成され
た。実験のためルツボ内の蒸発源として用いた蒸着合金
は、６種のＡｌＣｒ合金であって、その内のＣｒ含有率
は、５原子％，１０原子％，２０原子％，２５原子％，
５０原子％及び７５原子％のものであった。その結果、
いずれのＣｒ含有率のものにおいても成膜が可能であっ
た。
【００５９】
【実施例】（実施例１）次に、上記実施の形態による複
合硬質皮膜の第１層である化合物層による密着強度の効
果を比較する実験を行った。その結果を表１に示してい
る。表１は、密着強度と窒化物層及び中間層の関係を示
している。
合硬質皮膜の第１層である化合物層による密着強度の効
果を比較する実験を行った。その結果を表１に示してい
る。表１は、密着強度と窒化物層及び中間層の関係を示
している。
【００６０】
【表１】
【００６１】まず、Ａ−１〜Ａ−４の試験片を準備し
た。試験片番号Ａ−１は、ＳＫＨ５１基板上にＳｉを含
有するＤＬＣ層のみを成膜したものであって化合物層の
ないものである。ＳＫＨ５１基板は高速度工具鋼であ
る。試験片番号Ａ−２は、ＳＫＨ５１基板上にヘキサメ
チルジシラザンによるＳｉ化合物層を成膜し、このＳｉ
化合物層上にＳｉを含有するＤＬＣ層を成膜したもので
あって化合物層のないものである。試験片番号Ａ−３
は、ＳＫＨ５１基板上にＣｒＮ層を成膜し、このＣｒＮ
層上に中間層としてＣｒＮ／Ｓｉ含有ＤＬＣ層を成膜
し、中間層上にＳｉを含有するＤＬＣ層を成膜したもの
である。試験片番号Ａ−４は、ＳＫＨ５１基板上にＡｌ
−Ｃｒ−Ｎ層を成膜し、このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ層上に中間
層としてＡｌ−Ｃｒ−Ｎ層／Ｓｉ含有ＤＬＣ層を成膜
し、この中間層上にＳｉを含有するＤＬＣ層を成膜した
ものである。
た。試験片番号Ａ−１は、ＳＫＨ５１基板上にＳｉを含
有するＤＬＣ層のみを成膜したものであって化合物層の
ないものである。ＳＫＨ５１基板は高速度工具鋼であ
る。試験片番号Ａ−２は、ＳＫＨ５１基板上にヘキサメ
チルジシラザンによるＳｉ化合物層を成膜し、このＳｉ
化合物層上にＳｉを含有するＤＬＣ層を成膜したもので
あって化合物層のないものである。試験片番号Ａ−３
は、ＳＫＨ５１基板上にＣｒＮ層を成膜し、このＣｒＮ
層上に中間層としてＣｒＮ／Ｓｉ含有ＤＬＣ層を成膜
し、中間層上にＳｉを含有するＤＬＣ層を成膜したもの
である。試験片番号Ａ−４は、ＳＫＨ５１基板上にＡｌ
−Ｃｒ−Ｎ層を成膜し、このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ層上に中間
層としてＡｌ−Ｃｒ−Ｎ層／Ｓｉ含有ＤＬＣ層を成膜
し、この中間層上にＳｉを含有するＤＬＣ層を成膜した
ものである。
【００６２】表１に示すように、化合物層のない試験片
番号Ａ−１の場合には、非常に密着強度が悪く皮膜は大
気中に取り出した段階で剥離してしまった。これを改善
する目的で、試験片番号Ａ−２を作製した。成膜チャン
バー内にヘキサメチルジシラザンを４ｃｃｍ導入し、Ｒ
Ｆ電源とＩＣＰ用高周波電源で構成されるプラズマＣＶ
Ｄ法にて３分間成膜した後にアセチレンを１５ｃｃｍ、
ヘキサメチルジシラザンを４ｃｃｍの流量で導入して基
板上に成膜したところ、大気中でも剥離しなかった。し
かし、スクラッチテスターで測定したＳＫＨ５１基板で
の密着強度（臨界荷重Ｌｃ）は４Ｎであった。この程度
の密着強度でも、摩擦・摩耗の少ない部材には十分であ
るが、工具、金型のような過酷な環境下で用いられる場
合には密着強度が不十分である。
番号Ａ−１の場合には、非常に密着強度が悪く皮膜は大
気中に取り出した段階で剥離してしまった。これを改善
する目的で、試験片番号Ａ−２を作製した。成膜チャン
バー内にヘキサメチルジシラザンを４ｃｃｍ導入し、Ｒ
Ｆ電源とＩＣＰ用高周波電源で構成されるプラズマＣＶ
Ｄ法にて３分間成膜した後にアセチレンを１５ｃｃｍ、
ヘキサメチルジシラザンを４ｃｃｍの流量で導入して基
板上に成膜したところ、大気中でも剥離しなかった。し
かし、スクラッチテスターで測定したＳＫＨ５１基板で
の密着強度（臨界荷重Ｌｃ）は４Ｎであった。この程度
の密着強度でも、摩擦・摩耗の少ない部材には十分であ
るが、工具、金型のような過酷な環境下で用いられる場
合には密着強度が不十分である。
【００６３】そこで、試験片番号Ａ−２をさらに改善す
るべく、試験片番号Ａ−３を作製した。第１層として密
着強度に優れたＣｒＮ層をスパッタリング法で成膜し、
次にＣｒＮ、アセチレン、ヘキサメチルジシラザンで構
成される傾斜構造を持つ中間層をスパッタリング法およ
びプラズマＣＶＤ法にて成膜し、その後、成膜チャンバ
ー内にアセチレンおよびヘキサメチルジシラザンを導入
しプラズマＣＶＤ法により最終層としてＤＬＣ層を形成
した。この３層構造の複合硬質皮膜では、ＳＫＨ５１の
密着強度が約４０Ｎに改善された。硬さもＣｒＮ層がな
い試験片番号Ａ−２の場合と比較すると飛躍的に硬くな
っているのがわかる。
るべく、試験片番号Ａ−３を作製した。第１層として密
着強度に優れたＣｒＮ層をスパッタリング法で成膜し、
次にＣｒＮ、アセチレン、ヘキサメチルジシラザンで構
成される傾斜構造を持つ中間層をスパッタリング法およ
びプラズマＣＶＤ法にて成膜し、その後、成膜チャンバ
ー内にアセチレンおよびヘキサメチルジシラザンを導入
しプラズマＣＶＤ法により最終層としてＤＬＣ層を形成
した。この３層構造の複合硬質皮膜では、ＳＫＨ５１の
密着強度が約４０Ｎに改善された。硬さもＣｒＮ層がな
い試験片番号Ａ−２の場合と比較すると飛躍的に硬くな
っているのがわかる。
【００６４】また、試験片番号Ａ−４では、上記実施の
形態で用いた図１の装置とは別のスパッタリング装置に
より５０ａｔ％Ａｌ５０ａｔ％Ｃｒのターゲットを用い
てＡｌ−Ｃｒ−Ｎ膜を成膜した後、これを大気中に取り
出し、次に中間層および最終層を実施の形態で用いた図
１の装置で形成したところ、表１に示すように試験片番
号Ａ−３のＣｒＮの場合と同様に硬くなり密着強度が約
４０Ｎに向上した。この場合中間層は、プラズマＣＶＤ
法によりヘキサメチルジシラザンを４ｃｃｍの流量で導
入し、ＲＦ出力５００Ｗ、ＩＣＰ用高周波出力３００Ｗ
にて成膜した。このことより、第１層と中間層および最
終層をそれぞれ別々の装置で作成した場合も、真空を破
らずに連続した工程で３層を作成した場合とほぼ同等の
密着強度や硬さが得られることが確認された。
形態で用いた図１の装置とは別のスパッタリング装置に
より５０ａｔ％Ａｌ５０ａｔ％Ｃｒのターゲットを用い
てＡｌ−Ｃｒ−Ｎ膜を成膜した後、これを大気中に取り
出し、次に中間層および最終層を実施の形態で用いた図
１の装置で形成したところ、表１に示すように試験片番
号Ａ−３のＣｒＮの場合と同様に硬くなり密着強度が約
４０Ｎに向上した。この場合中間層は、プラズマＣＶＤ
法によりヘキサメチルジシラザンを４ｃｃｍの流量で導
入し、ＲＦ出力５００Ｗ、ＩＣＰ用高周波出力３００Ｗ
にて成膜した。このことより、第１層と中間層および最
終層をそれぞれ別々の装置で作成した場合も、真空を破
らずに連続した工程で３層を作成した場合とほぼ同等の
密着強度や硬さが得られることが確認された。
【００６５】（実施例２）次に、最終層の摩擦特性を比
較するための実験を行った。その結果を表２に示してい
る。表２は、アセチレン／ヘキサメチルジシラザンの流
量比と摩擦特性を示している。
較するための実験を行った。その結果を表２に示してい
る。表２は、アセチレン／ヘキサメチルジシラザンの流
量比と摩擦特性を示している。
【００６６】
【表２】
【００６７】成膜装置は、実施の形態で用いた図１の装
置を用いた。成膜時のプラズマ条件は、ＲＦ出力５００
Ｗ、ＩＣＰ用高周波出力３００Ｗとし、表２に示す条件
で原料ガスであるアセチレン／ヘキサメチルジシラザン
の比を試験片番号Ｂ−１〜Ｂ−７のように０．５〜３０
の範囲で変化させて最終層を成膜した。成膜された最終
層の膜さは、条件により若干異なるが成膜時間６０分で
約１．５μｍであった。これらの複合硬質皮膜の摩擦・
摩耗特性を、ボールオンディスク型試験機を用いてボー
ルをＳＵＪ２、荷重５Ｎ、すべり速度１００ｍｍ／ｓに
て測定したところ、図４に示すように摩擦係数は試験片
番号Ｂ−１のアセチレンのみの場合、約０．２であるの
に対して、アセチレンとヘキサメチルジシラザンの流量
比が１.５〜１５では０．０５〜０．０７と激減してい
ることがわかる。なお、図４は、ヘキサメチルジシラザ
ン添加量と摩擦係数との関係を示す図である。
置を用いた。成膜時のプラズマ条件は、ＲＦ出力５００
Ｗ、ＩＣＰ用高周波出力３００Ｗとし、表２に示す条件
で原料ガスであるアセチレン／ヘキサメチルジシラザン
の比を試験片番号Ｂ−１〜Ｂ−７のように０．５〜３０
の範囲で変化させて最終層を成膜した。成膜された最終
層の膜さは、条件により若干異なるが成膜時間６０分で
約１．５μｍであった。これらの複合硬質皮膜の摩擦・
摩耗特性を、ボールオンディスク型試験機を用いてボー
ルをＳＵＪ２、荷重５Ｎ、すべり速度１００ｍｍ／ｓに
て測定したところ、図４に示すように摩擦係数は試験片
番号Ｂ−１のアセチレンのみの場合、約０．２であるの
に対して、アセチレンとヘキサメチルジシラザンの流量
比が１.５〜１５では０．０５〜０．０７と激減してい
ることがわかる。なお、図４は、ヘキサメチルジシラザ
ン添加量と摩擦係数との関係を示す図である。
【００６８】図５は、アセチレンにヘキサメチルジシラ
ザンを添加した場合のラマンスペクトル変化を示す図で
ある。最終層を形成する際、ヘキサメチルジシラザン／
アセチレン流量比を０，０．２６７，０．６６７，１．
０と変化させて成膜したＤＬＣ層についてレザーラマン
分光分析を行い、これらを比較した。
ザンを添加した場合のラマンスペクトル変化を示す図で
ある。最終層を形成する際、ヘキサメチルジシラザン／
アセチレン流量比を０，０．２６７，０．６６７，１．
０と変化させて成膜したＤＬＣ層についてレザーラマン
分光分析を行い、これらを比較した。
【００６９】図５に示すように、いずれの流量比におい
てもラマンスペクトルは１３００から１６００ｃｍ―1
付近にブロードなピークを持つＤＬＣ層の特徴を示して
いる。流量比が増加するにつれて、ピークの位置は、１
５３０ｃｍ―1付近から１４６０ｃｍ―1付近へと移動し
ている。この原因は、ヘキサメチルジシラザン流量の増
加とともにＤＬＣ層中に含まれるＳｉが増加したことに
対応しているものと推察される。
てもラマンスペクトルは１３００から１６００ｃｍ―1
付近にブロードなピークを持つＤＬＣ層の特徴を示して
いる。流量比が増加するにつれて、ピークの位置は、１
５３０ｃｍ―1付近から１４６０ｃｍ―1付近へと移動し
ている。この原因は、ヘキサメチルジシラザン流量の増
加とともにＤＬＣ層中に含まれるＳｉが増加したことに
対応しているものと推察される。
【００７０】（実施例３）次に、最終層を作製する際の
原料ガスが摩擦係数に及ぼす効果を比較するための実験
を行った。その結果を表３に示している。表３は、原料
ガスと摩擦特性との関係を示すものである。
原料ガスが摩擦係数に及ぼす効果を比較するための実験
を行った。その結果を表３に示している。表３は、原料
ガスと摩擦特性との関係を示すものである。
【００７１】
【表３】
【００７２】成膜装置は、実施の形態で用いた図１の装
置を用いた。原料ガスとしてアセチレンのみ、アセチレ
ンとヘキサメチルジシラザン、アセチレンとヘキサメチ
ルジシロキサンおよび比較のためトルエンのみを用いて
表３に示す条件で最終層の成膜を行った。成膜時のプラ
ズマ条件は、ＲＦ出力５００Ｗ、ＩＣＰ用高周波出力３
００Ｗとし、成膜時間が６０分である。各複合硬質皮膜
の摩擦・摩耗特性をボールオンディスク型試験機にて測
定したところ、図６に示すように、アセチレンのみの原
料ガスを用いた試験片番号Ｃ−２およびトルエンのみの
原料ガスを用いた試験片番号Ｃ−１による複合硬質皮膜
の摩擦係数は従来のＤＬＣ層とほぼ同等の０．２前後の
値を示した。これに対して、アセチレンとヘキサメチル
ジシラザンの原料ガスを用いた試験片番号Ｃ−４および
アセチレンとヘキサメチルジシロキサンの原料ガスを用
いた試験片番号Ｃ−３は、どちらも約０．０５という低
い摩擦係数を示した。なお、図６は、原料ガスと摩擦特
性の関係を示す図である。
置を用いた。原料ガスとしてアセチレンのみ、アセチレ
ンとヘキサメチルジシラザン、アセチレンとヘキサメチ
ルジシロキサンおよび比較のためトルエンのみを用いて
表３に示す条件で最終層の成膜を行った。成膜時のプラ
ズマ条件は、ＲＦ出力５００Ｗ、ＩＣＰ用高周波出力３
００Ｗとし、成膜時間が６０分である。各複合硬質皮膜
の摩擦・摩耗特性をボールオンディスク型試験機にて測
定したところ、図６に示すように、アセチレンのみの原
料ガスを用いた試験片番号Ｃ−２およびトルエンのみの
原料ガスを用いた試験片番号Ｃ−１による複合硬質皮膜
の摩擦係数は従来のＤＬＣ層とほぼ同等の０．２前後の
値を示した。これに対して、アセチレンとヘキサメチル
ジシラザンの原料ガスを用いた試験片番号Ｃ−４および
アセチレンとヘキサメチルジシロキサンの原料ガスを用
いた試験片番号Ｃ−３は、どちらも約０．０５という低
い摩擦係数を示した。なお、図６は、原料ガスと摩擦特
性の関係を示す図である。
【００７３】（実施例４）本実施の形態で用いるプラズ
マＣＶＤ法のＩＣＰ用高周波電源の効果を比較するため
の実験を行った。その結果を表４に示している。表４
は、ＩＣＰ用高周波出力とＤＬＣ層の摩擦特性を示すも
のである。図７は、摩擦特性に及ぼすＩＣＰ用高周波出
力の影響を示す図である。
マＣＶＤ法のＩＣＰ用高周波電源の効果を比較するため
の実験を行った。その結果を表４に示している。表４
は、ＩＣＰ用高周波出力とＤＬＣ層の摩擦特性を示すも
のである。図７は、摩擦特性に及ぼすＩＣＰ用高周波出
力の影響を示す図である。
【００７４】
【表４】
【００７５】成膜装置は、実施の形態で用いた図１の装
置を用いた。成膜時のＩＣＰ用高周波出力を０Ｗ、３０
０Ｗおよび７００Ｗとして最終層を成膜したところ、表
４および図７に示すような結果を得た。なお、他の条件
はＲＦ出力５００Ｗ、基板温度１５０℃、アセチレン１
５ｃｃｍ、ヘキサメチルジシラザン４ｃｃｍとした。
置を用いた。成膜時のＩＣＰ用高周波出力を０Ｗ、３０
０Ｗおよび７００Ｗとして最終層を成膜したところ、表
４および図７に示すような結果を得た。なお、他の条件
はＲＦ出力５００Ｗ、基板温度１５０℃、アセチレン１
５ｃｃｍ、ヘキサメチルジシラザン４ｃｃｍとした。
【００７６】表４および図７に示すように、ＩＣＰ用高
周波出力が０Ｗ（試験片番号Ｄ−１）および７００Ｗ
（試験片番号Ｄ−３）では、摩擦係数が約０．０７であ
り、硬度も比較的に低い。これに対して、ＩＣＰ用高周
波出力が３００Ｗで成膜したＤＬＣ層（試験片番号Ｄ−
２）では、摩擦係数も０．０５８と小さく、硬度も高く
なることが明らかとなった。このようにＩＣＰ用高周波
電源とＲＦ電源を組み合わせたプラズマＣＶＤ法によ
り、低摩擦で高硬度のＤＬＣ膜の製造が可能になること
が確認された。
周波出力が０Ｗ（試験片番号Ｄ−１）および７００Ｗ
（試験片番号Ｄ−３）では、摩擦係数が約０．０７であ
り、硬度も比較的に低い。これに対して、ＩＣＰ用高周
波出力が３００Ｗで成膜したＤＬＣ層（試験片番号Ｄ−
２）では、摩擦係数も０．０５８と小さく、硬度も高く
なることが明らかとなった。このようにＩＣＰ用高周波
電源とＲＦ電源を組み合わせたプラズマＣＶＤ法によ
り、低摩擦で高硬度のＤＬＣ膜の製造が可能になること
が確認された。
【００７７】尚、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々変更して実施することが可能である。
ず、種々変更して実施することが可能である。
【００７８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｓ
ｉ含有炭素層は摩擦係数が小さいが基材との密着強度が
弱いので、基材とＳｉ含有炭素層との間に密着強度の高
い化合物層をＰＶＤ法で形成する。したがって、摩擦係
数が小さく且つ密着強度が大きい複合硬質皮膜及びその
製造方法を提供することができる。また、他の本発明に
よれば、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きい複合硬
質皮膜を製造できる成膜装置を提供することができる。
ｉ含有炭素層は摩擦係数が小さいが基材との密着強度が
弱いので、基材とＳｉ含有炭素層との間に密着強度の高
い化合物層をＰＶＤ法で形成する。したがって、摩擦係
数が小さく且つ密着強度が大きい複合硬質皮膜及びその
製造方法を提供することができる。また、他の本発明に
よれば、摩擦係数が小さく且つ密着強度が大きい複合硬
質皮膜を製造できる成膜装置を提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態による成膜装置を概略的に
示す構成図である。
示す構成図である。
【図２】図１の成膜装置により基板上に成膜された複合
硬質皮膜を示す断面図である。
硬質皮膜を示す断面図である。
【図３】Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜を成膜するイオンプ
レーティング装置を概略的に示す構成図である。
レーティング装置を概略的に示す構成図である。
【図４】ヘキサメチルジシラザン添加量と摩擦係数との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図５】アセチレンにヘキサメチルジシラザンを添加し
た場合のラマンスペクトル変化を示す図である。
た場合のラマンスペクトル変化を示す図である。
【図６】原料ガスと摩擦特性の関係を示す図である。
【図７】摩擦特性に及ぼすＩＣＰ用高周波出力の影響を
示す図である。
示す図である。
１…成膜チャンバー ２…基材
３…基材ホルダー ４…高周波電源
（ＲＦ電源） ５…ヒーター ６…ＩＣＰ電極 ７…整合器 ８…ＩＣＰ用高
周波電源 ９…スパッタリングターゲット １０…ガス導入口 １１…冷却機構 １２…発光分光
計 １３…真空ポンプ ２０…複合硬質
皮膜 ２１…窒化クロム層（ＣｒＮ層） ２２…Ｓｉ化合
物層 ２３…Ｓｉ含有ＤＬＣ層 ３１…真空チャ
ンバー ３２…ルツボ ３２ａ…電子銃 ３３…基板 ３４…プローブ（イオン化促進用補助電極） ３５…反応ガス供給自動調整弁 ３６…ヒーター ３７…発光分光装置 ３８…質量分析
装置 ３９…電子銃電源 ４０…プラズマ
制御装置 ４１…フィラメント電源 ４２…フィラメ
ント
（ＲＦ電源） ５…ヒーター ６…ＩＣＰ電極 ７…整合器 ８…ＩＣＰ用高
周波電源 ９…スパッタリングターゲット １０…ガス導入口 １１…冷却機構 １２…発光分光
計 １３…真空ポンプ ２０…複合硬質
皮膜 ２１…窒化クロム層（ＣｒＮ層） ２２…Ｓｉ化合
物層 ２３…Ｓｉ含有ＤＬＣ層 ３１…真空チャ
ンバー ３２…ルツボ ３２ａ…電子銃 ３３…基板 ３４…プローブ（イオン化促進用補助電極） ３５…反応ガス供給自動調整弁 ３６…ヒーター ３７…発光分光装置 ３８…質量分析
装置 ３９…電子銃電源 ４０…プラズマ
制御装置 ４１…フィラメント電源 ４２…フィラメ
ント
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(72)発明者 井手 幸夫
山口県山口市赤妻町13−37
(72)発明者 服部 幸司
山口県宇部市大字善和字石ヶ谷204−47和
興産業株式会社宇部工場内
(72)発明者 中村 聡志
山口県宇部市大字善和字石ヶ谷204−47和
興産業株式会社宇部工場内
(72)発明者 本多 祐二
千葉県流山市大字西平井956番地の１株式
会社ユーテック内
Ｆターム(参考） 4K028 BA02 BA15
4K029 BA41 BA43 BA44 BA46 BA48
BA55 BA56 BA57 BA58 BA60
BB02 BC00 BC02 BD05 CA04
CA06
4K030 AA06 AA09 BA28 FA01 HA04
LA01 LA21
4K044 BA02 BA10 BA12 BA15 BA18
BA19 BA21 BB03 BC01 BC06
CA07 CA13 CA14
Claims (19)
- 【請求項１】 基材上に密着強度の高い化合物層をＰＶ
Ｄ法により形成する工程と、 この化合物層上に潤滑性の高いＳｉ含有炭素層をプラズ
マＣＶＤ法により形成する工程と、 を具備することを特徴とする複合硬質皮膜の製造方法。 - 【請求項２】 高潤滑性と高密着強度を有する複合硬質
皮膜の製造方法であって、 基材上に密着強度の高い化合物層をＰＶＤ法により形成
する工程と、 この化合物層上にＳｉ化合物層をプラズマＣＶＤ法によ
り形成する工程と、 このＳｉ化合物層上に潤滑性の高いＳｉ含有炭素層をプ
ラズマＣＶＤ法により形成する工程と、 を具備することを特徴とする複合硬質皮膜の製造方法。 - 【請求項３】 上記化合物層がＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔ
ａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷの群から選ばれた１
又は２以上の窒化物層、酸化物層又は炭化物層であるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の複合硬質皮膜の
製造方法。 - 【請求項４】 基材上に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ
系硬質皮膜をＰＶＤ法により形成する工程と、 このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜上に潤滑性の高いＳｉ含
有炭素層をプラズマＣＶＤ法により形成する工程と、 を具備することを特徴とする複合硬質皮膜の製造方法。 - 【請求項５】 高潤滑性と高密着強度を有する複合硬質
皮膜の製造方法であって、 基材上に密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜をＰ
ＶＤ法により形成する工程と、 このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜上にＳｉ化合物層をプラ
ズマＣＶＤ法により形成する工程と、 このＳｉ化合物層上に潤滑性の高いＳｉ含有炭素層をプ
ラズマＣＶＤ法により形成する工程と、 を具備することを特徴とする複合硬質皮膜の製造方法。 - 【請求項６】 上記Ｓｉ化合物層をプラズマＣＶＤ法に
より形成する工程は、基材上にＳｉ化合物ガスを供給し
てプラズマＣＶＤ法により反応させる工程であり、Ｓｉ
含有炭素層をプラズマＣＶＤ法により形成する工程は、
基材上に炭化水素系ガスおよびＳｉ化合物ガスを供給し
てプラズマＣＶＤ法により反応させる工程であることを
特徴とする請求項２又は５に記載の複合硬質皮膜の製造
方法。 - 【請求項７】 上記プラズマＣＶＤ法は、高周波電源及
びＩＣＰ用高周波電源の少なくとも一方を用いた方法で
原料ガスを反応させるものであることを特徴とする請求
項１〜６のうちいずれか１項記載の複合硬質皮膜の製造
方法。 - 【請求項８】 請求項６に記載のＳｉ含有炭素層をプラ
ズマＣＶＤ法により形成する工程において、Ｓｉ化合物
ガスが１に対し炭化水素系ガスが１．５以上１５以下の
割合で供給することを特徴とする複合硬質皮膜の製造方
法。 - 【請求項９】 上記Ｓｉ化合物ガスがヘキサメチルジシ
ラザン（Ｃ6Ｈ19ＮＳｉ2）又はヘキサメチルジシロキサ
ン（Ｃ6Ｈ18ＯＳｉ2）であることを特徴とする請求項６
又は８に記載の複合硬質皮膜の製造方法。 - 【請求項１０】 化合物層をＰＶＤ法により形成する工
程の前に、アルゴンガスを高周波電源及びＩＣＰ用高周
波電源を用いてプラズマ化し、そのアルゴンプラズマを
用いて基材表面を清浄化する工程をさらに含むことを特
徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項記載の複合硬
質皮膜の製造方法。 - 【請求項１１】 基材上に形成された密着強度の高い化
合物層と、 この化合物層上に形成された潤滑性の高いＳｉ含有炭素
層と、 を具備することを特徴とする複合硬質皮膜。 - 【請求項１２】 高潤滑性と高密着強度を有する複合硬
質皮膜であって、 基材上に形成された密着強度の高い化合物層と、 この化合物層上に形成されたＳｉ化合物層と、 このＳｉ化合物層上に形成された潤滑性の高いＳｉ含有
炭素層と、 を具備することを特徴とする複合硬質皮膜。 - 【請求項１３】 上記化合物層がＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔ
ａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｚｒ及びＷの群から選ばれた１
又は２以上の窒化物層、酸化物層又は炭化物層であるこ
とを特徴とする請求項１１又は１２に記載の複合硬質皮
膜。 - 【請求項１４】 基材上に形成された密着強度の高いＡ
ｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜と、 このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜上に形成された潤滑性の
高いＳｉ含有炭素層と、 を具備することを特徴とする複合硬質皮膜。 - 【請求項１５】 高潤滑性と高密着強度を有する複合硬
質皮膜であって、 基材上に形成された密着強度の高いＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬
質皮膜と、 このＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系硬質皮膜上に形成されたＳｉ化合
物層と、 このＳｉ化合物層上に形成された潤滑性の高いＳｉ含有
炭素層と、 を具備することを特徴とする複合硬質皮膜。 - 【請求項１６】 成膜チャンバーと、 この成膜チャンバー内に配置された基材を保持する基材
ホルダーと、 この基材ホルダー上に保持された基材にＰＶＤ法により
成膜するＰＶＤ成膜機構と、 基材ホルダー上に保持された基材にＣＶＤ法により成膜
するＣＶＤ成膜機構と、 を具備することを特徴とする成膜装置。 - 【請求項１７】 上記ＰＶＤ法がスパッタリング法又は
イオンプレーティング法であることを特徴とする請求項
１６に記載の成膜装置。 - 【請求項１８】 請求項１又は２に記載の複合硬質皮膜
の製造方法を利用する成膜装置であって、 成膜チャンバーと、 成膜チャンバー内を真空排気する真空ポンプと、 成膜チャンバー内に反応ガスを供給するガス供給機構
と、 成膜チャンバー内に配置された基材を保持する基材ホル
ダーと、 基材に高周波出力を供給する高周波出力機構と、 成膜チャンバー内に配置され、基板ホルダーに対向する
ように配置された電極と、 成膜チャンバー内に配置され、基板ホルダーに対向する
ように配置されたスパッタリングターゲットと、 このスパッタリングターゲットにスパッタリング出力を
供給するスパッタリング出力機構と、 を具備することを特徴とする成膜装置。 - 【請求項１９】 上記電極がＩＣＰ電極であり、このＩ
ＣＰ電極にＩＣＰ用高周波出力を供給するＩＣＰ用高周
波出力機構をさらに含むことを特徴とする請求項１８に
記載の成膜装置。
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