JP2003501555A - Doped diamond-like carbon coating - Google Patents
Doped diamond-like carbon coatingInfo
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Abstract
(57)【要約】 本発明はシリコン−窒素がドープされたダイヤモンド状カーボン皮膜に関する。この種の皮膜は、低表面エネルギー、高硬度、および基板に対する良好な密着性によって特徴づけられる。このような層は、ダイヤモンド状カーボン組成皮膜に対して良好な密着性促進層として機能する。ド−プダイヤモンド状カーボン層とダイヤモンド状カーボン組成層の堆積を交互に繰り返すことによって、基板に対する良好な密着性および低内部応力を有する厚い皮膜を得ることができる。 (57) SUMMARY The present invention relates to a diamond-like carbon coating doped with silicon-nitrogen. This type of coating is characterized by low surface energy, high hardness, and good adhesion to the substrate. Such a layer functions as a good adhesion promoting layer for the diamond-like carbon composition film. By alternately repeating the deposition of the deep diamond-like carbon layer and the diamond-like carbon composition layer, a thick film having good adhesion to the substrate and low internal stress can be obtained.
Description
【０００１】発明の分野
本発明はドープダイヤモンド状炭素皮膜およびそのような皮膜を基板上に堆積
する方法に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to doped diamond-like carbon coatings and methods of depositing such coatings on a substrate.
【０００２】発明の背景
ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）として知られている非晶質水素化炭素（ａ−Ｃ
：Ｈ）は種々の魅力的な特性を有している。ダイヤモンド状炭素組成を有する皮
膜は、硬質で、耐磨耗性、自己潤滑性、および耐食性にすぐれた皮膜として好適
に用いられる。しかし、基板に対する接着性が十分ではないので、材料内に（数
ＧＰａに達する）高い内部圧縮応力が存在する。この内部圧縮応力によって、ダ
イヤモンド状炭素（以下、炭素をカーボンともいう）皮膜の用途が制限される。
例えば、高い内部応力が存在するために、限られた厚みの皮膜しか形成すること
ができない。ＤＬＣ皮膜の他の欠点は摩擦係数が湿度と共に著しく上昇する点に
ある。そのため、高湿環境下または水中における低摩擦皮膜として、ＤＬＣ皮膜
を用いることができない。[0002] It is known as the background of the invention diamond-like carbon (DLC) amorphous hydrogenated carbon (a-C
: H) have various attractive properties. A coating having a diamond-like carbon composition is hard and is suitably used as a coating having excellent wear resistance, self-lubrication, and corrosion resistance. However, due to insufficient adhesion to the substrate, there is a high internal compressive stress (up to several GPa) in the material. This internal compressive stress limits the applications of the diamond-like carbon (hereinafter, carbon is also referred to as carbon) film.
For example, due to the presence of high internal stress, only a limited thickness of film can be formed. Another drawback of DLC coatings is that the coefficient of friction increases significantly with humidity. Therefore, the DLC film cannot be used as a low friction film in a high humidity environment or in water.
【０００３】
基板に対する密着性を改善するために、種々の試みがなされている。ＥＰ６０
０５３３号公報に記載されているように、鋼または鉄からなる基板上へのＤＬＣ
組成を有する皮膜の密着性を改善するために中間シリコン層を用いる技術が知ら
れている。また、ＷＯ９８／３３９４８号公報には、ＤＬＣ層を堆積する前に、
基板上にダイヤモンド状微小複合体（ＤＬＮ）層を堆積する技術を記載している
。ＤＬＮ皮膜は、通常、２つの相互貫入網ａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏからな
る。このようなＤＬＮ皮膜は「Ｄｙｌｙｎ」（登録商標）として知られている。Various attempts have been made to improve the adhesion to the substrate. EP60
DLC on a substrate made of steel or iron, as described in Japanese Patent No. 0533.
Techniques are known in which an intermediate silicon layer is used to improve the adhesion of a coating having a composition. In addition, in WO98 / 33948, before depositing a DLC layer,
A technique for depositing a diamond-like microcomposite (DLN) layer on a substrate is described. DLN coatings usually consist of two interpenetrating networks a-C: H and a-Si: O. Such a DLN coating is known as "Dylyn" (R).
【０００４】発明の要約
本発明の目的は、高い硬度と、基板に対する良好な密着性と、さらに非膠着性
を有するシリコン−窒素（Ｓｉ−Ｎ）がドープされたダイヤモンド状カーボン皮
膜を提供することにある。また、本発明の他の目的は、基板に良好な密着性を与
える多層皮膜を提供することにある。このような多層皮膜は、厚い皮膜であって
も、内部応力の総和が低い。さらに、本発明の目的は、基板上に本発明による皮
膜を堆積する方法を提供することにある。The object of the Summary of the Invention The present invention is a high hardness, and good adhesion to the substrate, the silicon further has a non-sticking property - to provide a diamond-like carbon film nitrogen (Si-N) doped It is in. Another object of the present invention is to provide a multi-layer coating that gives good adhesion to the substrate. Such a multilayer film has a low total internal stress even if it is a thick film. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for depositing a coating according to the invention on a substrate.
【０００５】
本発明の第１態様によれば、シリコン−窒素がドープされたダイヤモンド状カ
ーボン皮膜が得られる。この皮膜は元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなる。Ｃ、
Ｓｉ、およびＮの合計に対する比率で表される、元素Ｃ、Ｓｉ、およびＮの濃度
は以下の通りである。すなわち、Ｃの濃度は３０から９０原子％、Ｓｉの濃度は
５から５０原子％、およびＮの濃度は５から４０原子％である。好ましくは、Ｃ
の濃度は４０から５０原子％、Ｓｉの濃度は１５から４０原子％、およびＮの濃
度は１２から２０原子％である。この皮膜はわずかな量の酸素をさらに含むこと
が判明している。ただし、その酸素量は数％以下に制限され、皮膜層の外面に最
近接する部分で最も高くなる。According to the first aspect of the present invention, a silicon-nitrogen-doped diamond-like carbon film is obtained. This coating consists of the elements C, H, Si, and N. C,
The concentrations of the elements C, Si, and N, which are represented by the ratio to the total of Si and N, are as follows. That is, the concentration of C is 30 to 90 atom%, the concentration of Si is 5 to 50 atom%, and the concentration of N is 5 to 40 atom%. Preferably C
Is 40 to 50 atomic%, Si is 15 to 40 atomic%, and N is 12 to 20 atomic%. The coating has been found to further contain a small amount of oxygen. However, the amount of oxygen is limited to a few percent or less, and becomes the highest in the portion that is closest to the outer surface of the coating layer.
【０００６】
引っ掻きテストによって測定され、臨界荷重によって表される、本発明による
皮膜の密着性は２２Ｎよりも大きい。The adhesion of the coating according to the invention, measured by the scratch test and represented by the critical load, is greater than 22N.
【０００７】
ドープダイヤモンド状カーボン皮膜は非膠着性皮膜と考えることができる。皮
膜の非膠着性は表面エネルギーによって表すことができる。ほとんどの場合、表
面エネルギーを低くすることによって、非膠着特性を改善することができる。具
体的に、もし皮膜の表面エネルギーが４０ｍＮ／ｍよりも小さい場合、皮膜は非
膠着特性を有していると考えることができる。さらに好ましくは、表面エネルギ
ーは３３ｍＮ／ｍ未満、さらに好ましくは、３０ｍＮ／ｍ未満であるとよい。The doped diamond-like carbon coating can be considered a non-stick coating. The non-stick property of the coating can be represented by the surface energy. In most cases, lower surface energy can improve non-stick properties. Specifically, if the surface energy of the coating is less than 40 mN / m, the coating can be considered to have non-stick properties. More preferably, the surface energy is less than 33 mN / m, more preferably less than 30 mN / m.
【０００８】
非膠着特性に加えて、本発明の皮膜は硬度が高いという特徴を有している。硬
度は１２ＧＰａよりも高いことが判明している。ほとんどの場合、硬度は１５Ｇ
Ｐａよりもさらに高い。In addition to non-stick properties, the coatings of the invention are characterized by high hardness. The hardness has been found to be higher than 12 GPa. Hardness is 15G in most cases
Even higher than Pa.
【０００９】
本発明の皮膜は、表面エネルギーが低いので、非膠着性が望まれる用途用の基
板の皮膜として極めて好適に用いられる。用途として、プラスチックの射出成形
用の金型、錠剤や粉材用パンチ、およびステント（口腔内構造の鋳型）のような
移植片が挙げられる。The coating of the present invention has a low surface energy, and thus is very suitably used as a coating for a substrate for applications where non-stickiness is desired. Applications include plastic injection molds, tablets and punches for powders, and implants such as stents (molds for oral structures).
【００１０】
低い表面エネルギーと高い硬度を併せて有するドープダイヤモンド状カーボン
皮膜層は極めてすぐれた特性を発揮し、多くの工業的用途に適用される可能性を
有している。The doped diamond-like carbon coating layer having both low surface energy and high hardness exhibits extremely excellent characteristics and has a possibility of being applied to many industrial applications.
【００１１】
この皮膜層には、１種以上の他の元素、例えば、フッ素やＷ、ＺｒまたはＴｉ
のような遷移金属をドープすることができる。金属元素をドープすることによっ
て、皮膜の熱伝導性および／または電気伝導性を変化させることができる。すな
わち、金属性のドープ元素の含有量を調整することによって、皮膜の熱伝導性お
よび／または電気伝導性を制御することができる。また、このようなドープ元素
を含有させることによって、表面エネルギーを制御することもできる。The coating layer contains one or more other elements such as fluorine, W, Zr or Ti.
Can be doped with a transition metal. By doping with a metal element, the thermal conductivity and / or the electrical conductivity of the film can be changed. That is, the thermal conductivity and / or the electrical conductivity of the film can be controlled by adjusting the content of the metallic doping element. Further, the surface energy can be controlled by containing such a doping element.
【００１２】
Ａｒ、ＫｒまたはＮｅのような不活性ガスを、皮膜の堆積中に真空室に導入さ
せることによって、皮膜組成に含ませることができる。An inert gas such as Ar, Kr or Ne can be included in the coating composition by introducing it into the vacuum chamber during deposition of the coating.
【００１３】
本発明の第２態様によれば、多層皮膜が提供される。この多層皮膜は少なくと
も１つの層構造を備えている。このような層構造は、基板に最近接して形成され
たシリコン−窒素がドープされた元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮによる皮膜からな
る第１層と、第１層上に形成されたダイヤモンド状カーボン組成からなる第２層
と、第１層と第２層間に形成されたシリコン−窒素がドープされたダイヤモンド
状カーボン皮膜と、ダイヤモンド状カーボン組成の混合物からなる遷移層とから
なる。According to a second aspect of the invention, a multi-layer coating is provided. The multilayer coating has at least one layer structure. Such a layer structure has a first layer formed of a film of silicon-nitrogen-doped elements C, H, Si, and N formed closest to the substrate, and a diamond-like layer formed on the first layer. It comprises a second layer of carbon composition, a silicon-nitrogen-doped diamond-like carbon film formed between the first and second layers, and a transition layer of a mixture of diamond-like carbon compositions.
【００１４】
１つ以上の層構造からなる皮膜を形成するには、ダイヤモンド状カーボン組成
層とドープダイヤモンド状カーボン皮膜の混合物からなる中間層が連続する層構
造の各対間に挟み込まれる。To form a coating of one or more layered structures, an intermediate layer of a mixture of a diamond-like carbon composition layer and a doped diamond-like carbon coating is sandwiched between each pair of successive layered structures.
【００１５】
遷移層はＣ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなる組成からダイヤモンド状カーボン組
成層にかけて漸次変化する。一方、中間層はダイヤモンド状カーボン組成層から
Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなり組成に漸次変化する。The transition layer gradually changes from the composition of C, H, Si, and N to the diamond-like carbon composition layer. On the other hand, the intermediate layer is composed of C, H, Si, and N from the diamond-like carbon composition layer, and the composition gradually changes.
【００１６】
密着性の測定によって、第１層がＤＬＣ層に対してすぐれた密着性促進層とし
て機能することが判明している。この密着性促進層の臨界荷重は、基板上に直接
堆積されたＤＬＣ組成層の臨界荷重と比較して著しく大きい。さらに、本発明に
よる密着性促進層は、シリコン層のような他の密着性促進層と比較して、良好な
密着性を付与するのみならずかなり高い硬度を有するという利点がある。その結
果、多層皮膜はＤＬＣ皮膜層の硬度に近い硬度を有することができる。Adhesion measurements have revealed that the first layer functions as an excellent adhesion promoting layer for the DLC layer. The critical load of this adhesion promoting layer is significantly larger than the critical load of the DLC composition layer deposited directly on the substrate. Further, the adhesion promoting layer according to the present invention has an advantage that it has not only good adhesion but also a considerably high hardness as compared with other adhesion promoting layers such as a silicon layer. As a result, the multilayer coating can have a hardness close to that of the DLC coating layer.
【００１７】
Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなる層とＤＬＣ組成層の堆積を交互に繰り返すこ
とによって、たとえば、１０μｍを超える厚みを有する皮膜を形成することがで
きる。層構造の数は１から５０００の範囲内、好ましくは、５から５０の範囲内
において変更させることができる。By alternately repeating the deposition of the CLC, H, Si, and N layers and the DLC composition layer, for example, a film having a thickness of more than 10 μm can be formed. The number of layer structures can be varied within the range of 1 to 5000, preferably within the range of 5 to 50.
【００１８】
本発明による多層皮膜は、その内部応力が著しく低い。これは、ＤＬＣ皮膜層
を挟むシリコン−窒素がドープされたダイヤモンド状カーボン皮膜層のヤング率
（弾性）が低いことによる。厚い多層皮膜であっても、その皮膜の内部応力の総
和は低い値を有する。The internal stress of the multilayer coating according to the present invention is extremely low. This is because the Young's modulus (elasticity) of the silicon-nitrogen-doped diamond-like carbon coating layer sandwiching the DLC coating layer is low. Even with a thick multilayer coating, the total internal stress of the coating has a low value.
【００１９】
多層皮膜の熱伝導性および／または電気伝導性および／または表面エネルギー
を制御するために、例えば、フッ素または遷移金属をその皮膜の任意の層にドー
プすることができる。To control the thermal and / or electrical conductivity and / or surface energy of the multilayer coating, for example, fluorine or transition metals can be doped in any layer of the coating.
【００２０】
多層皮膜に要求される特性または多層皮膜の用途に応じて、その多層皮膜にお
ける最も外側の層を変更するとよい。Depending on the properties required for the multilayer coating or the application of the multilayer coating, the outermost layers in the multilayer coating may be modified.
【００２１】
ＤＬＣ層が多層皮膜の最上部に堆積された場合、その多層皮膜はＤＬＣ皮膜に
代表される高い硬度と低磨耗特性を呈する。すなわち、多層皮膜の最上部にＤＬ
Ｃ層を堆積することによって、耐磨耗および耐擦過傷にすぐれた皮膜を得ること
ができる。この方法によれば、従来のＤＬＣ皮膜に匹敵する特性を有しながら厚
い皮膜を形成することができる。このような皮膜の用途として、金属成形工具や
織物針に対する被覆が挙げられる。元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなるドープ
ダイヤモンド状カーボン皮膜が最上部に堆積された場合、その多層皮膜は低い表
面エネルギーと低い摩擦係数を呈する。このような皮膜、すなわち、非膠着特性
を有する皮膜は、多くの用途、特にプラスチック射出成形金型および粉体加圧工
具への皮膜として好適である。When the DLC layer is deposited on top of the multi-layer coating, the multi-layer coating exhibits high hardness and low wear properties represented by DLC coatings. That is, DL on top of the multilayer coating
By depositing the C layer, it is possible to obtain a coating excellent in abrasion resistance and scratch resistance. According to this method, a thick film can be formed while having characteristics comparable to those of the conventional DLC film. Applications of such coatings include coatings on metal forming tools and textile needles. When a doped diamond-like carbon coating consisting of the elements C, H, Si, and N is deposited on top, the multilayer coating exhibits low surface energy and low coefficient of friction. Such coatings, i.e. coatings with non-stick properties, are suitable as coatings for many applications, especially for plastic injection molds and powder pressure tools.
【００２２】
多層皮膜の上記以外の外層として、Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＯからなる層、ａ−
Ｓｉ−Ｃドープ層、ａ−Ｃ―Ｆドープ層、ａ−Ｓｉ−Ｆ−Ｃドープ層、またはａ
−Ｓｉ−Ｆ−Ｏ−Ｃドープ層が挙げられる。As an outer layer other than the above layers of the multilayer coating, a layer composed of C, H, Si, and O, a-
Si-C doped layer, aC-F doped layer, a-Si-F-C doped layer, or a
-Si-F-O-C doped layer is mentioned.
【００２３】
本発明の第３態様によれば、本発明のドープダイヤモンド状カーボン皮膜また
は多層皮膜によって被覆された基板が提供される。被覆される基板の材質は剛直
であっても柔軟であってもよい。基板として、焼入れ鋼（例えば、１００Ｃｒ−
６）、アルミニウム、シリコン、チタニウム、またはガラスなどを用いることが
できる。According to a third aspect of the invention, there is provided a substrate coated with the doped diamond-like carbon coating or multilayer coating of the invention. The material of the substrate to be coated may be rigid or flexible. As a substrate, hardened steel (for example, 100Cr-
6), aluminum, silicon, titanium, glass, or the like can be used.
【００２４】
本発明のさらに他の態様によれば、基板の少なくとも一部を被覆する方法が提
供される。基板は真空室内に入れられ、適当な手段によって基板プレートに固定
される。好ましくは、皮膜が堆積される前に、基板の表面は洗浄されるとよい。
洗浄は、Ａｒ、Ｋｒ、またはＮｅのような不活性ガスを基板に衝突させることに
よって行うことができる。この前処理によって、基板の表面を活性化し、残留不
純物を除去することができる。According to yet another aspect of the invention, there is provided a method of coating at least a portion of a substrate. The substrate is placed in a vacuum chamber and secured to the substrate plate by any suitable means. Preferably, the surface of the substrate is cleaned before the film is deposited.
Cleaning can be performed by bombarding the substrate with an inert gas such as Ar, Kr, or Ne. By this pretreatment, the surface of the substrate can be activated and residual impurities can be removed.
【００２５】
元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなる前駆体または異なる前駆体の混合物が真
空室内に導入され、その導入された前駆体からプラズマが形成され、そのプラズ
マの組成物が負のバイアス電圧が付加された基板上に堆積される。A precursor of the elements C, H, Si, and N or a mixture of different precursors is introduced into the vacuum chamber, a plasma is formed from the introduced precursor, and the composition of the plasma is negatively biased. It is deposited on a substrate to which a voltage is applied.
【００２６】
十分な厚みの密着性膜によって被覆された後、基板はさらに以下のように処理
される。すなわち、グロー放電を停止させずに、前駆体の組成が漸次炭化水素に
切り換えられる。次いで、前駆体と炭化水素の混合物からプラズマが形成され、
その混合物から遷移層が負のバイアス電圧が付加された基板に堆積される。この
混合物の組成は、元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなる組成から元素ＣとＨのみ
からなるダイヤモンド状カーボン組成に漸次変化する。After being coated with an adhesive film of sufficient thickness, the substrate is further processed as follows. That is, the composition of the precursor is gradually switched to hydrocarbon without stopping the glow discharge. A plasma is then formed from the mixture of precursor and hydrocarbon,
From the mixture, a transition layer is deposited on the substrate with a negative bias voltage applied. The composition of this mixture gradually changes from a composition consisting of elements C, H, Si, and N to a diamond-like carbon composition consisting only of elements C and H.
【００２７】
皮膜の組成がダイヤモンド状カーボン組成に切り換わった後もプラズマ堆積は
そのまま継続され、所定の厚みが得られるまで、炭化水素からダイヤモンド状カ
ーボン組成層が堆積される。Even after the composition of the film is switched to the diamond-like carbon composition, the plasma deposition is continued as it is, and the diamond-like carbon composition layer is deposited from hydrocarbon until a predetermined thickness is obtained.
【００２８】
一層以上の層構造からなる多層皮膜を形成する場合、上記の工程に加えて、炭
化水素を元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮを含む前駆体に漸次切り換え、炭化水素と
前駆体のプラズマを連続的に形成し、混合物から中間層を堆積させる工程と、元
素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮを含む前駆体からのプラズマ堆積を継続させる工程と
、前駆体を炭化水素に漸次切り換える工程と、炭化水素からＤＬＣ組成層を堆積
させる工程を実施することによって、各層構造が形成される。In the case of forming a multi-layer coating having a layer structure of one or more layers, in addition to the above steps, the hydrocarbon is gradually switched to a precursor containing the elements C, H, Si, and N, and the hydrocarbon and the precursor are combined. Forming a continuous plasma and depositing an intermediate layer from the mixture, continuing plasma deposition from a precursor containing the elements C, H, Si and N, and gradually switching the precursor to a hydrocarbon. And each layer structure is formed by performing the step of depositing a DLC composition layer from hydrocarbons.
【００２９】 プラズマは種々の方法によって生成され、基板上に堆積される。[0029] The plasma is generated by various methods and deposited on the substrate.
【００３０】
プラズマを生成する第１の方法として、容量結合高周波グロー放電（ＲＦ）を
基板に付加する方法が挙げられる。周波数は１ＭＨｚから２８ＭＨｚの範囲内、
好ましくは、１３．５６ＭＨｚに設定されるとよい。５０から１０００Ｖの範囲
のバイアス電圧が基板に付加されるとよい。As a first method of generating plasma, there is a method of adding capacitively coupled radio frequency glow discharge (RF) to the substrate. The frequency is in the range of 1MHz to 28MHz,
Preferably, it is set to 13.56 MHz. A bias voltage in the range of 50 to 1000V may be applied to the substrate.
【００３１】
プラスマを生成する他の方法として、２００から１２００Ｖの範囲の負のＤＣ
バイアス又はＭＦ（中周波数）バイアス電圧を基板に付加する方法が挙げられる
。ＭＦバイアスの周波数は３０から１０００ｋＨｚの範囲内の値に設定されると
よい。Another way to generate plasmas is to use a negative DC in the range of 200 to 1200V.
A method of applying a bias or MF (medium frequency) bias voltage to the substrate can be mentioned. The frequency of the MF bias is preferably set to a value within the range of 30 to 1000 kHz.
【００３２】
さらに好ましくは、電子補助放電によってプラズマを生成するとよい。フィラ
メント電流は５０から１５０Ａの範囲内、負のフィラメントバイアスＤＣ電圧は
５０から３００Ｖの範囲内、およびプラズマ電流は０．１から２０Ａの範囲内に
設定されるとよい。More preferably, plasma is generated by electron auxiliary discharge. The filament current may be set in the range of 50 to 150 A, the negative filament bias DC voltage may be set in the range of 50 to 300 V, and the plasma current may be set in the range of 0.1 to 20 A.
【００３３】
プラズマを生成するさらに他の方法として、双極性パルスＤＣ源を利用する方
法が挙げられる。「双極性」という用語は、負と正の電圧パルスが交互に付加さ
れることを意味している。対称的双極パルス（正のパルスと負のパルスの振幅が
等しい）または非対称性双極パルス（正のパルスの電圧の振幅よりも負のパルス
の電圧の振幅の方が高い）のいずれか１つを用いることができる。Yet another method of generating plasma is to use a bipolar pulsed DC source. The term "bipolar" means alternating negative and positive voltage pulses. Either a symmetric bipolar pulse (the amplitude of the positive and negative pulses is equal) or an asymmetric bipolar pulse (the amplitude of the negative pulse voltage is higher than the amplitude of the positive pulse voltage) Can be used.
【００３４】
皮膜の堆積中に磁場を付加することによって、プラズマをさらに強めることが
できる。磁場は誘導コイルによって付加すればよい。好ましくは、磁場は１０か
ら３０ガウスの範囲内に設定される。The plasma can be further enhanced by applying a magnetic field during deposition of the coating. The magnetic field may be added by an induction coil. Preferably, the magnetic field is set within the range of 10 to 30 Gauss.
【００３５】
高い周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚの容量結合高周波グロー放電（ＲＦ）
を用いて堆積されたシリコン−窒素がドープされたダイヤモンド状カーボン皮膜
は極めて良好な非膠着特性を呈することが判明している。High frequency, eg 13.56 MHz capacitively coupled radio frequency glow discharge (RF)
It has been found that silicon-nitrogen-doped diamond-like carbon coatings deposited with s.p. exhibit very good non-stick properties.
【００３６】
適当な比率の被堆積元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなる液状またはガス状成
分を前駆体として用いることができる。好ましい前駆体の例として、１，１，３
，３テトラメチルジシラザンまたはヘキサメチルジシラザンのようなシラザンが
挙げられる。前駆体の一変更例として、異なる成分の混合物、例えば、シラン、
炭化水素、および窒素ガスが元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮが適当な比率で含まれ
るように混合されることによって得られる混合物が挙げられる。A liquid or gaseous component consisting of the deposited elements C, H, Si and N in suitable proportions can be used as a precursor. Examples of preferred precursors are 1,1,3
, 3 Tetramethyldisilazane or hexamethyldisilazane. As a modification of the precursor, a mixture of different components, for example silane,
And mixtures obtained by mixing hydrocarbons and nitrogen gas such that the elements C, H, Si and N are contained in suitable proportions.
【００３７】
炭化水素は、１から２０の範囲内のカーボン数を有する飽和または非飽和環式
または非環式炭化水素であるとよい。また、置換型炭化水素も前駆体として好適
に用いられる。具体的な例として、メタン、プロパン、ブタン、ペンタン、シク
ロペンタン、エチレン、アセチレン、およびベンゼンや置換型ベンゼンのような
芳香族または置換型芳香族炭化水素を挙げることができる。The hydrocarbon may be a saturated or unsaturated cyclic or acyclic hydrocarbon having a carbon number within the range of 1 to 20. Substitutional hydrocarbons are also suitably used as precursors. Specific examples include methane, propane, butane, pentane, cyclopentane, ethylene, acetylene, and aromatic or substituted aromatic hydrocarbons such as benzene and substituted benzene.
【００３８】
真空室内の圧力は１×１０-3から１ミリバールの範囲、好ましくは、５×１０ -3
から１×１０-1ミリバールの範囲の値、特に２×１０-2ミリバールに設定され
るとよい。前駆体の流量率は０．１ｇ／時から２５ｇ／時の範囲内、好ましくは
、１ｇ／時から３ｇ／時の範囲内の値に設定されるとよい。不活性ガス、例えば
、アルゴンの流量率は１０から５００ｍＬ／分の範囲内の値に設定されるとよい
。好ましくは、前駆体とアルゴンガスは、制御蒸着／混合システム（ＣＥＭ）に
よって制御されながら真空室内に導入されるとよい。ＣＥＭシステムは、前駆体
の流量率とアルゴンガスの流量率を互いに独立して制御することができる。この
ＣＥＭシステムによれば、堆積プロセスを容易に制御することができる。また、
堆積時間は必要とされる皮膜の厚みに準じて選定されるとよい。[0038]
The pressure in the vacuum chamber is 1 x 10-3To 1 mbar, preferably 5 × 10 -3
From 1 × 10-1Values in the mbar range, especially 2 × 10-2Set to millibar
It is good. The flow rate of the precursor is within the range of 0.1 g / hour to 25 g / hour, preferably
It may be set to a value within the range of 1 g / hour to 3 g / hour. Inert gas, eg
, The flow rate of argon should be set to a value within the range of 10 to 500 mL / min.
. Preferably, the precursor and argon gas are in a controlled vapor deposition / mixing system (CEM).
Therefore, it may be introduced into the vacuum chamber while being controlled. CEM system is a precursor
And the flow rate of argon gas can be controlled independently of each other. this
The CEM system allows easy control of the deposition process. Also,
The deposition time may be selected according to the required film thickness.
【００３９】 添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。[0039] The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
【００４０】発明の実施例の説明 図面を参照して、いくつかの好適な皮膜の例について説明する。 Description of Embodiments of the Invention Some examples of suitable coatings will be described with reference to the drawings.
【００４１】
図１において、基板１１はＲＦグロー放電によってシリコン−窒素がドープさ
れたダイヤモンド状カーボン皮膜１２によって被覆される。被覆は以下のように
して行った。まず、基板を真空室に入れ、基板プレートに固定する。次いで、基
板の表面をＡｒイオンによって１０分間プラズマエッチングすることによって洗
浄した。洗浄の後、１，１，３，３−テトラメチルジシラザンを１．８ｇ／時の
流量率で真空室内に導入し、Ａｒを７５ｍＬ／分の流量率で真空室に導入する。
なお、ジシラザン前駆体とアルゴンは、それらの流量率を制御蒸着／混合システ
ム（ＣＥＭ）によって制御しながら真空室内に導入した。プラズマを生成するた
めに、１３．５６ＭＨｚの高周波を基板プレートに付加した。バイアス電圧は３
００Ｖに設定し、真空室内の圧力は１．６×１０-2ミリバールに設定した。堆積
は６０分間行った。In FIG. 1, a substrate 11 is coated with a silicon-nitrogen-doped diamond-like carbon film 12 by RF glow discharge. The coating was performed as follows. First, the substrate is placed in a vacuum chamber and fixed to the substrate plate. Then, the surface of the substrate was cleaned by plasma etching with Ar ions for 10 minutes. After the washing, 1,1,3,3-tetramethyldisilazane is introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 1.8 g / hour, and Ar is introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 75 mL / min.
The disilazane precursor and argon were introduced into the vacuum chamber while controlling their flow rate by a controlled vapor deposition / mixing system (CEM). A high frequency of 13.56 MHz was applied to the substrate plate to generate plasma. Bias voltage is 3
The pressure in the vacuum chamber was set to 1.6 × 10 -2 mbar. Deposition was carried out for 60 minutes.
【００４２】
基板上に堆積された皮膜層の組成をＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）によって
測定した。皮膜は４３原子％のカーボン、４０原子％のシリコン、および１４原
子％の窒素を含んでいた。なお、水素の濃度は考慮に入れていない。わずかの量
、例えば、３％の酸素が皮膜中に存在することが判明した。The composition of the coating layer deposited on the substrate was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The coating contained 43 atom% carbon, 40 atom% silicon, and 14 atom% nitrogen. The hydrogen concentration is not taken into consideration. It was found that only a small amount of oxygen, for example 3%, was present in the coating.
【００４３】
皮膜の表面エネルギーと被覆された面の水滴の接触角を測定することによって
皮膜の非膠着特性を評価した。被覆された基板上の水滴の接触角は８１°であっ
た。堆積皮膜の表面エネルギーは３０．５ｍＮ／ｍであり、その表面エネルギー
の分散成分は２４．９ｍＮ／ｍ、極性成分は５．８ｍＮ／ｍであった。次いで、
皮膜の硬さを微小押込み硬さ試験によって測定した。押込み深さは３００ｎｍで
あった。この試験方法によって、皮膜の微小硬さは１５．８±０．４ＧＰａであ
ることが判明した。さらに、皮膜の密着性を引っ掻き試験によって測定した。引
っ掻き試験は４ｃｍ2のＭ２鋼板上において行った。層剥離の最初の兆しが現れ
る臨界荷重（Ｌｃ2）は２２Ｎであった。皮膜はさらに、ヤング率によって表さ
れる弾性が高いという特徴を有している。ヤング率を測定した結果、１２５±２
ＧＰａの値を示した。The non-stick property of the coating was evaluated by measuring the surface energy of the coating and the contact angle of a water drop on the coated surface. The contact angle of the water droplet on the coated substrate was 81 °. The surface energy of the deposited film was 30.5 mN / m, the dispersed component of the surface energy was 24.9 mN / m, and the polar component was 5.8 mN / m. Then
The hardness of the coating was measured by the microindentation hardness test. The indentation depth was 300 nm. This test method revealed that the microhardness of the coating was 15.8 ± 0.4 GPa. Further, the adhesion of the film was measured by a scratch test. The scratch test was carried out on a 4 cm 2 M2 steel plate. The critical load (Lc 2 ) at which the first sign of delamination appears was 22N. The coating is further characterized by a high elasticity represented by Young's modulus. As a result of measuring Young's modulus, 125 ± 2
The value of GPa is shown.
【００４４】
本発明の方法の一変形例において、図１に示される元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、および
Ｎからなる皮膜層は基板へのＭＦバイアスの付加と電子補助ＤＣ放電の組合せに
よって基板上に堆積される。皮膜層の堆積は以下のようにして行った。まず、基
板表面を洗浄し、かつ活性化するために、アルゴンを真空室内に導入した。次い
で、１，１，３，３−テトラメチルジシラザンを７．２ｇ／時の流量率で真空室
内に導入し、Ａｒを５００ｍＬ／分の流量率で真空室内に導入する。これらの流
量率はＣＥＭシステムによって制御した。基板へのＤＣバイアスの付加と加熱フ
ィラメントの組合せによって、プラズマを生成した。基板へのバイアス電圧は６
００Ｖに設定した。また、プラズマ電流は１Ａ、負のフィラメントバイアスＤＣ
電圧は１００Ｖに設定した。磁場を付加することによって、プラズマを強めた。
磁流は５Ａに設定した。また、真空室内の圧力は８．５×１０-3ミリバールに設
定した。このような条件下で６０分間堆積することによって、皮膜層を形成した
。In one variation of the method of the present invention, the coating layer consisting of the elements C, H, Si, and N shown in FIG. Is deposited. The film layer was deposited as follows. First, argon was introduced into the vacuum chamber in order to clean and activate the substrate surface. Next, 1,1,3,3-tetramethyldisilazane is introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 7.2 g / hour, and Ar is introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 500 mL / min. These flow rates were controlled by the CEM system. A plasma was generated by the combination of applying a DC bias to the substrate and a heating filament. Bias voltage to the substrate is 6
It was set to 00V. Also, the plasma current is 1 A, negative filament bias DC
The voltage was set to 100V. The plasma was strengthened by applying a magnetic field.
The magnetic current was set to 5A. The pressure inside the vacuum chamber was set to 8.5 × 10 −3 mbar. A film layer was formed by depositing for 60 minutes under such conditions.
【００４５】
堆積された層の組成をＸＰＳによって測定した。皮膜の組成は以下の通りであ
る。すなわち、４５．２原子％のＣと、１５．２原子％のＮ、および３９．７原
子％のＳｉが含まれていた。この濃度は、Ｃ、Ｎ、およびＳｉの合計に対する比
率で表されている。The composition of the deposited layer was measured by XPS. The composition of the film is as follows. That is, it contained 45.2 atomic% C, 15.2 atomic% N, and 39.7 atomic% Si. This concentration is expressed as a ratio to the total of C, N, and Si.
【００４６】 同様の実験を以下のパラメータを用いて行った。 テトラメチルジシラザンの流量率：１０．３ｇ／時 アルゴンの流量率：５００ｍＬ／分 バイアス電圧：２００Ｖ フィラメントバイアス：１００Ｖ 磁流：５Ａ 圧力：８．５×１０-3ミリバール 堆積時間：６０分A similar experiment was conducted using the following parameters. Flow rate of tetramethyldisilazane: 10.3 g / hour Flow rate of argon: 500 mL / min Bias voltage: 200 V Filament bias: 100 V Magnetic current: 5 A Pressure: 8.5 × 10 −3 mbar Deposition time: 60 minutes
【００４７】
ＸＰＳによる分析によって、皮膜は、Ｃ、Ｎ、およびＳｉの合計に対する比率
で、４６．０原子％のＣ、１６．１原子％のＮ，および３７．９原子％のＳｉを
含んでいることが判明した。By XPS analysis, the film contains 46.0 atomic% C, 16.1 atomic% N, and 37.9 atomic% Si in proportion to the sum of C, N, and Si. It turned out that
【００４８】
図２は多層皮膜１３によって被覆された基板１１を示している。この皮膜は、
基板に最近接して形成されたＣ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなる第１層１４と、第
２ＤＬＣ組成層１５を備えている。これらの第１層および第２層の間に、Ｃ、Ｈ
、Ｓｉ、およびＮからなる層からＤＬＣ組成層に漸次変化する遷移層１６が介在
している。FIG. 2 shows the substrate 11 covered by the multilayer coating 13. This film is
It comprises a first layer 14 of C, H, Si and N formed closest to the substrate and a second DLC composition layer 15. Between these first and second layers, C, H
A transition layer 16 gradually changing from a layer composed of Si, N, and N to a DLC composition layer is interposed.
【００４９】
この２層皮膜の第１層の堆積は、以下のようにして行った。テトラメチルジシ
ラザンを１．８ｇ／時の流量率で真空室に導入し、アルゴンを７５ｍＬ／時の流
量率で真空室に導入した。次いで、１３．５６ＭＨｚのＲＦを基板に付加した。
バイアス電圧は３００Ｖに設定した。また、真空室内の圧力は１．６×１０-2ミ
リバールに設定した。このような条件下で、堆積を３０分間行って、第１層を形
成した。第１層の堆積の後、１，１，３，３−テトラメチルジシラザンからなる
前駆体をＣＨ4に漸次切り換えた。ＤＬＣ組成層を堆積するために、ＣＨ4を８０
ｍＬ／時の流量率で、２０ｍＬ／時の流量率のＨ2と共に、真空室内に導入した
。バイアス電圧は３５０Ｖに設定し、真空室内の圧力は１×１０-2ミリバールに
設定した。ＤＬＣ組成層の堆積時間は１２０分である。このようにして形成され
た多層皮膜の総厚みは２．５μｍであった。The first layer of this two-layer coating was deposited as follows. Tetramethyldisilazane was introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 1.8 g / hr, and argon was introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 75 mL / hr. Then 13.56 MHz RF was applied to the substrate.
The bias voltage was set to 300V. The pressure inside the vacuum chamber was set to 1.6 × 10 -2 mbar. Under such conditions, the deposition was performed for 30 minutes to form the first layer. After deposition of the first layer, the precursor consisting of 1,1,3,3-tetramethyldisilazane was gradually switched to CH 4 . To deposit a DLC composition layer, CH 4 is added to 80
It was introduced into the vacuum chamber at a flow rate of mL / hr with H 2 at a flow rate of 20 mL / hr. The bias voltage was set to 350 V and the pressure in the vacuum chamber was set to 1 × 10 -2 mbar. The deposition time of the DLC composition layer is 120 minutes. The total thickness of the multilayer film thus formed was 2.5 μm.
【００５０】
２層皮膜は２１．４±０．７ＧＰａの硬度を有していた。４ｃｍ2のＭ２鋼板
上で行われる引っ掻きテストを行った結果、２層皮膜の臨界荷重Ｌｃ2は２５．
７±４Ｎであった。また、２層皮膜のヤング率は１３５±２ＧＰａであった。The two-layer coating had a hardness of 21.4 ± 0.7 GPa. As a result of a scratch test performed on a 4 cm 2 M2 steel plate, the critical load Lc 2 of the two-layer coating was 25.
It was 7 ± 4N. The Young's modulus of the two-layer coating was 135 ± 2 GPa.
【００５１】
密着性を測定した結果、第１層が基板に対する良好な密着性を与えることが判
明した。２層皮膜の臨界荷重は、基板上に直接堆積されたＤＬＣ層と比較してか
なり大きくなっている。２層皮膜はさらに、硬度が高い、という特徴を有してい
る。As a result of measuring the adhesion, it was found that the first layer gave good adhesion to the substrate. The critical load of the bilayer coating is much higher than that of the DLC layer deposited directly on the substrate. The two-layer coating is further characterized by high hardness.
【００５２】
図２に示されるような２層皮膜を堆積する方法の一変形例について述べる。テ
トラメチルジシラザンからなる前駆体を７．２ｇ／時の流量率で真空室内に導入
した。また、キャリアガスとして、５００ｍＬ／時の流量率のアルゴンを真空室
内に導入した。次いで、５００Ｖのバイアス電圧を基板に付加した。プラズマ電
流を１Ａ、フィラメントバイアスを１００Ｖ、磁流を５Ａに設定した。また、真
空室内の圧力を８．５×１０-3ミリバールに設定した。このようにして、堆積を
３０分間行って、第１層を形成した。次いで、テトラメチルジシラザンからなる
前駆体をＣ4Ｈ10からなる前駆体に切り換えた。ＤＬＣ組成層を形成するために
、６００Ｖのバイアス電圧を付加した。このようにして、堆積を３時間行って、
ＤＬＣ組成層を形成した。皮膜の厚みは１．３μｍであった。A modification of the method for depositing a two-layer coating as shown in FIG. 2 will be described. A precursor consisting of tetramethyldisilazane was introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 7.2 g / hour. Further, as a carrier gas, argon having a flow rate of 500 mL / hour was introduced into the vacuum chamber. A bias voltage of 500V was then applied to the substrate. The plasma current was set to 1 A, the filament bias was set to 100 V, and the magnetic current was set to 5 A. The pressure inside the vacuum chamber was set to 8.5 × 10 −3 mbar. In this way, the deposition was performed for 30 minutes to form the first layer. Then, the precursor composed of tetramethyldisilazane was switched to the precursor composed of C 4 H 10 . A bias voltage of 600 V was applied to form the DLC composition layer. In this way, the deposition is carried out for 3 hours,
A DLC composition layer was formed. The thickness of the film was 1.3 μm.
【００５３】
このようにして得られた２層皮膜は高い硬度（２１ＧＰａ）を有していた。４
ｃｍ2のＭ２鋼板上においてなされた引っ掻き試験による密着性測定の結果、２
層皮膜の臨界荷重は２８±０．７Ｎであった。The two-layer coating thus obtained had a high hardness (21 GPa). Four
The result of the adhesion measurement by the scratch test performed on the M2 steel plate of cm 2 is 2
The critical load of the layer coating was 28 ± 0.7N.
【００５４】
図３は多層皮膜１３によって被覆された基板１１を示している。この皮膜は、
Ｃ、Ｈ、ＳｉおよびＮからなる第１層１４、第１層上に堆積されるダイヤモンド
状組成からなる第２層１５、および第２層上に堆積される第１層の組成と同じ組
成の第３層１８を備えている。第１層と第２層間には、遷移層１６が介在してい
る。また、第２層と第３層間には、中間層が介在している。基板に最近接して形
成された第１層は、密着性促進層として機能する。FIG. 3 shows the substrate 11 covered by the multilayer coating 13. This film is
Of the same composition as the first layer 14 of C, H, Si and N, the second layer 15 of diamond-like composition deposited on the first layer, and the first layer deposited on the second layer The third layer 18 is provided. The transition layer 16 is interposed between the first layer and the second layer. Further, an intermediate layer is interposed between the second layer and the third layer. The first layer formed closest to the substrate functions as an adhesion promoting layer.
【００５５】
この密着性促進層上に堆積されたＤＬＣ組成層は多層皮膜に必要な硬度を与え
る。また、ＤＬＣ組成層上に最終的に堆積される外層は皮膜に所定の非膠着特性
を与える。このような皮膜は低い総内部応力を有している。The DLC composition layer deposited on this adhesion promoting layer provides the multilayer coating with the required hardness. Also, the outer layer ultimately deposited on the DLC composition layer provides the coating with certain non-stick properties. Such coatings have low total internal stress.
【００５６】
図４は２つの層構造１９からなる多層皮膜１３を示している。各層構造は、基
板に最近接して堆積される元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮからなる第１皮膜層１４
と、第１層上に堆積される第２ＤＬＣ組成層１５と、第１層と第２層間に形成さ
れる遷移層を備えている。連続する２つの層構造間には、中間接合層１７が形成
される。FIG. 4 shows a multilayer coating 13 consisting of a two-layer structure 19. Each layer structure has a first coating layer 14 composed of elements C, H, Si, and N deposited closest to the substrate.
And a second DLC composition layer 15 deposited on the first layer and a transition layer formed between the first layer and the second layer. The intermediate bonding layer 17 is formed between the two continuous layer structures.
【００５７】
上記の工程を繰り返すことによって、さらに多くの層からなる多層皮膜を形成
することができる。By repeating the above steps, it is possible to form a multilayer film including more layers.
【図１】
図１は、シリコン−窒素がドープされたダイヤモンド状カーボン層が被覆した
基板を示す図である。FIG. 1 shows a substrate coated with a silicon-nitrogen doped diamond-like carbon layer.
【図２，３および４】
図２、３、および４は、異なる種類の多層皮膜によって被覆された基板を示す
図である。2, 3 and 4 are diagrams showing substrates coated with different types of multilayer coatings.
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書[Procedure for Amendment] Submission for translation of Article 34 Amendment of Patent Cooperation Treaty
【提出日】平成１３年５月９日（２００１．５．９）[Submission date] May 9, 2001 (2001.5.9)
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正の内容】[Contents of correction]
【特許請求の範囲】[Claims]
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ネーリンク，ドミニク ベルギー国、ベー 8820 ヘルツベルゲ、 ヴェルビンディングスストラート 21 Ｆターム(参考） 4G046 CA02 CB03 CC02 CC06 4K030 AA09 AA17 AA18 BA24 BA28 BB12 FA01 JA18 KA20 LA21 4K044 AA01 AA11 AB10 BA18 BB01 BB02 BB03 BB04 BB05 BB06 BB17 BC01 BC05 BC06 CA07 CA14 CA57 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW ), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, C N, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EE , ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, K P, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU , LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, S G, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ , UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Narink, Dominic Belgium 8820 Herzberge, Belgium Velbinding Strath 21 F-term (reference) 4G046 CA02 CB03 CC02 CC06 4K030 AA09 AA17 AA18 BA24 BA28 BB12 FA01 JA18 KA20 LA21 4K044 AA01 AA11 AB10 BA18 BB01 BB02 BB03 BB04 BB05 BB06 BB17 BC01 BC05 BC06 CA07 CA14 CA57
Claims (27)
（１２）において、前記皮膜の組成は、前記皮膜を構成するＨ以外の全元素の合
計に対する比率で表される濃度で、３０から９０原子％のカーボン、５から５０
原子％のシリコン、および５から４０原子％の窒素からなり、引っ掻きテストに
よって測定され、臨界荷重によって表される前記皮膜の密着性は２２Ｎよりも大
きい、ことを特徴とする皮膜。1. In a silicon-nitrogen-doped diamond-like carbon film (12), the composition of the film is from 30 to 30 at a concentration expressed as a ratio to the total of all elements other than H constituting the film. 90 atom% carbon, 5 to 50
A coating consisting of atomic% silicon and 5 to 40 atomic% nitrogen, characterized in that the adhesion of said coating, measured by scratch test and expressed by the critical load, is greater than 22N.
計に対する比率で表される濃度で、４０から５０原子％のカーボン、１５から４
０原子％のシリコン、および５から４０原子％の窒素からなることを特徴とする
請求項１に記載の皮膜。2. The composition of the coating is 40 to 50 atomic% carbon and 15 to 4 at a concentration expressed as a ratio to the total of all elements other than H constituting the coating.
The coating of claim 1 comprising 0 atomic% silicon and 5 to 40 atomic% nitrogen.
は２に記載の皮膜。3. The coating according to claim 1, which has a hardness of more than 15 GPa.
る請求項１ないし３のいずれか１つに記載の皮膜。4. The coating according to claim 1, which has a surface energy of less than 40 mN / m.
る請求項１ないし３のいずれか１つに記載の皮膜。5. The film according to claim 1, which has a surface energy of less than 33 mN / m.
Ｐａよりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の皮膜。6. The surface energy is less than 33 mN / m and the hardness is 15 G.
It is larger than Pa, The film of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
がドープされることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の皮膜
。7. The coating according to claim 1, wherein the coating is doped with fluorine and / or at least one transition metal.
において、各層構造は、 基板に最も近接して形成された請求項１ないし７のいずれか１つに記載のシリ
コン−窒素がドープされたダイヤモンド状カーボン皮膜からなる第１層（１４）
と、 前記第１層の上に形成されたダイヤモンド状カーボン組成からなる第２層（１
５）と、 前記第１層と前記第２層との間に形成された、前記ドープダイヤモンド状カー
ボン皮膜と前記ダイヤモンド状カーボン組成の混合物からなる遷移層（１６）と
、 からなることを特徴とする多層皮膜。8. A multi-layer coating (13) comprising at least one layer structure (19).
8. The first layer (14) comprising a silicon-nitrogen-doped diamond-like carbon film according to any one of claims 1 to 7, wherein each layer structure is formed closest to the substrate.
And a second layer (1) made of a diamond-like carbon composition formed on the first layer.
5), and a transition layer (16) formed between the first layer and the second layer, the transition layer (16) including a mixture of the doped diamond-like carbon film and the diamond-like carbon composition. Multi-layer coating.
カーボン皮膜と前記ダイヤモンド状カーボン組成の混合物からなる中間層（１７
）が連続する層構造の各対間に挟み込まれることを特徴とする請求項８に記載の
多層皮膜。9. An intermediate layer (17) comprising at least two layer structures and comprising a mixture of said doped diamond-like carbon coating and said diamond-like carbon composition.
9. The multilayer coating according to claim 8, characterized in that (4) is sandwiched between each pair of successive layer structures.
がドープされたダイヤモンド状カーボン皮膜（１８）が前記多層皮膜の最上部に
形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の多層皮膜。10. A silicon-nitrogen-doped diamond-like carbon coating (18) according to claim 1, which is formed on top of the multilayer coating. Item 10. The multilayer film according to Item 8 or 9.
がドープされることを特徴とする請求項８または９に記載の多層皮膜。11. Multilayer coating according to claim 8 or 9, characterized in that at least one of the layers is doped with fluorine and / or transition metals.
とを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の多層皮膜。12. The multi-layer coating according to claim 8, wherein the total thickness of the multi-layer coating is in the range of 2 to 20 μm.
少なくとも部分的に被覆された基板。13. A substrate at least partially coated with a coating according to any one of claims 1-12.
おいて、 前記基板に不活性ガスのイオンを衝突させることによって前記基板をプラズマ
エッチングする工程（ａ）と、 被堆積元素としてのＣ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮを適切な比率で含む前駆体を前記
真空室内に導入し、前記導入された前駆体からプラズマを形成し、前記プラズマ
の組成物を負のバイアス電圧が印加された前記基板上に堆積させる工程（ｂ）と
、 からなることを特徴とする方法。14. A method of coating at least a part of a substrate in a vacuum chamber, the step (a) of plasma etching the substrate by bombarding the substrate with ions of an inert gas, and C as a deposition target element. , H, Si, and N in an appropriate ratio are introduced into the vacuum chamber, a plasma is formed from the introduced precursor, and a composition of the plasma is applied with a negative bias voltage. And a step (b) of depositing on a substrate.
プラズマを形成し、前記混合物から遷移層を負のバイアス電圧が印加された前記
基板上に堆積させる工程（ｃ）と、 前記炭化水素によるダイヤモンド状カーボン組成層のプラズマ堆積を継続させ
る工程（ｄ）と、 をさらに含むことを特徴とする方法。15. The method of coating a substrate of claim 14, wherein the precursor is gradually switched to a hydrocarbon to form a plasma of a mixture of the precursor and the hydrocarbon, and a transition layer from the mixture to a negative layer. (C) depositing on the substrate to which the bias voltage of 1 is applied, and (d) continuing plasma deposition of the diamond-like carbon composition layer with the hydrocarbon.
に記載の方法において、 前記炭化水素を元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮを含む前駆体に漸次切り換え、前
記炭化水素と前記前駆体からプラズマを形成し、前記混合物から中間層を堆積さ
せる工程（ｅ）と、 元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＮを含む前記前駆体からのプラズマ堆積を継続させ
る工程（ｆ）と、 前記前駆体を炭化水素に漸次切り換える工程（ｇ）と、 前記炭化水素からダイヤモンド状カーボン組成層を堆積させる工程（ｈ）と、 をさらに含むことを特徴とする方法。16. The method according to claim 15, for additionally forming each layer structure (19).
The method of claim 1, wherein the hydrocarbon is gradually switched to a precursor containing the elements C, H, Si, and N, a plasma is formed from the hydrocarbon and the precursor, and an intermediate layer is deposited from the mixture ( e), a step (f) of continuing plasma deposition from the precursor containing the elements C, H, Si, and N, a step (g) of gradually switching the precursor to a hydrocarbon, and A step (h) of depositing a diamond-like carbon composition layer, the method further comprising:
特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の方法。17. The method according to claim 14, wherein a high frequency of 1 to 28 MHz is applied to the substrate.
イアス電圧が前記基板に印加されることを特徴とする請求項１４ないし１６のい
ずれか１つに記載の方法。18. The method according to claim 14, wherein a negative DC bias or MF bias voltage of 200 to 1200V is applied to the substrate.
徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の方法。19. A method as claimed in any one of claims 14 to 16, characterized in that a pulsed DC bias voltage is applied to the substrate.
範囲内にあることを特徴とする請求項１８に記載の方法。20. The method of claim 18, wherein the frequency of the MF bias voltage is in the range of 30 to 1000 Hz.
プラズマであることを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の
方法。21. The method according to claim 18, wherein the plasma is an induced plasma using electron emission from a filament.
５０から３００Ｖの負のフィラメントバイアス電圧、および０．１から２０Ａの
プラズマ電流を用いる電子補助放電によって得られることを特徴とする請求項２
１に記載の方法。22. The electron emission is a filament current of 50 to 150 A,
3. Obtained by an electronic auxiliary discharge using a negative filament bias voltage of 50 to 300 V and a plasma current of 0.1 to 20 A.
The method according to 1.
る請求項１８ないし２２のいずれか１つに記載の方法。23. The method according to claim 18, wherein a magnetic field is applied to enhance the plasma.
ることを特徴とする請求項１４ないし２３のいずれか１つに記載の方法。24. The method according to any one of claims 14 to 23, wherein the precursor containing C, H, Si and N is silazane.
またはヘキサメチルジシラザンであることを特徴とする請求項２４に記載の方法
。25. The method of claim 24, wherein the silazane is 1,1,3,3-tetramethyldisilazane or hexamethyldisilazane.
および不飽和非環式または環式炭化水素の群から選択されることを特徴とする請
求項２５に記載の方法。26. The method of claim 25, wherein the hydrocarbon is selected from the group of saturated and unsaturated acyclic or cyclic hydrocarbons containing 1 to 20 carbon atoms.
ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the cyclic hydrocarbon is benzene or substituted benzene.
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