JP2004084003A - 硬質炭素膜の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることが可能な硬質炭素膜の形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】被処理材の表面に硬質炭素膜を形成するための方法であって、処理室内において、原料炭素類をホローカソード放電を利用して加熱、昇華させ、前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】被処理材の表面に硬質炭素膜を形成するための方法であって、処理室内において、原料炭素類をホローカソード放電を利用して加熱、昇華させ、前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、摺動性、装飾などの目的でダイヤモンド状炭素膜等の硬質炭素膜を形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のダイヤモンド状炭素膜等の硬質炭素膜を形成する方法としては、プラズマを利用して炭化水素を分解し、被処理材に負電圧をかけて堆積させるイオン化蒸着法や、同様に炭化水素を分解し、被処理材の表面上での化学反応を用いて堆積させるCVD法や、固体炭素を原料とするスパッタ法等が挙げられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来法の場合は、何れの方法の場合も、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることは困難であり、その成膜速度は概ね10〜100nm/min程度であった。
そこで、本発明は、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることが可能な硬質炭素膜の形成方法を提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明者等は鋭意検討の結果、真空排気系に連なる処理室内において、固体黒鉛等の原料炭素類をホローカソード放電を利用して大電流の電子ビームで加熱、昇華させ、被処理材の表面に炭素皮膜を蒸着形成することで、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることができることを知見した。また、この場合、前記処理室内に炭化水素ガスを導入しながら硬質炭素膜を蒸着形成することで、より成膜速度を速くすることができることを知見した。
本発明の硬質炭層膜の形成方法は、かかる知見に基づきなされたもので、請求項1記載の通り、被処理材の表面に硬質炭素膜を形成するための方法であって、処理室内において、原料炭素類をホローカソード放電を利用して加熱、昇華させ、前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することを特徴とする。
また、請求項2記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項1記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記ホローカソード放電のホローカソード電流を150〜300Aとしたことを特徴とする。
また、請求項3記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項1または2記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記処理室内に炭化水素ガスを導入しながら、前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することを特徴とする。
また、請求項4記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項3記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記炭化水素ガスの導入量を10〜100sccmとしたことを特徴とする。
また、請求項5記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項3または4記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記炭化水素ガスを導入するガス導入ノズルへの直流印加電圧を20〜100V、直流印加電流を5〜20Aとしたことを特徴とする。
また、請求項6記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項1乃至5の何れかに記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記硬質炭素膜はダイヤモンド状炭素膜であることを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明の硬質炭素膜の形成方法は、例えば、緻密なダイヤモンド状炭素(DLC)膜のような硬質炭素膜の形成を高い成膜速度で実現できるようにしたものであり、ガラス、金属、セラミックス、半導体等からなる任意の被処理材の表面にアモルファス構造の硬質炭素膜を高い成膜速度で形成できるようにしたものである。
【0006】
本発明では、成膜速度を上げるため、大電流の電子ビームで原料の固体黒鉛などの炭素類を加熱、昇華させ、被処理材の表面に蒸着させるために、ホローカソード放電を利用するようにしたものである。
このホローカソード放電では、真空排気系に連通させて所定の圧力に設定した処理室内において、例えば、タンタル製のホローカソード放電ガンより、銅製水冷ハース内の原料固体黒鉛に対してアルゴンガスを流し込み、このアルゴンガスを前記ホローカソード放電ガンと前記水冷ハース間にかけた直流電圧によりイオン化することで大電流を得、原料固体黒鉛を加熱、昇華させるようにしたものである。このホローカソード放電の大電流により炭素のイオン化が促進され、高い成膜速度が実現できるようになったものである。
前記ホローカソード放電では、30〜40Vの低電圧で、100〜1000Aの大電流の電子ビームが得られるが、原子のイオン化が最大値をとる電離電圧(100V近傍)の電圧に近く、また、大電流であるため、原子と電子の衝突確率が極めて大きく、そのため、蒸発材料のイオン化が極めて大きい。従って、ホローカソード電流が大きいほど、成膜速度は大きくなるが、あまり大きすぎると、得られる硬質炭素膜の表面が粗くなるため、ホローカソード放電を利用した蒸着で硬質炭素膜を成膜するには、ホローカソード電流は150〜300Aが適切である。
【0007】
尚、被処理物は、浮遊電位、接地電位、或いは、外部からの電位を印加した状態においてもよい。
また、前記外部印加電位は直流、高周波、或いは、低周波の任意の電位を用いることができる。
この場合、直流では、−200V、1〜2A、商用周波数の交流では200V、2〜3A、高周波電位の場合の電力は100〜500Wである。
【0008】
また、成膜速度硬さ、摺動性の向上目的のため、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、エチレン、アセチレン、ベンゼン、トルエンのような炭化水素ガスを導入しながら前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することも好ましい。
前記炭化水素ガスの導入量は、ガス種によっても異なるが、10〜100sccm程度が好ましい。
【0009】
図1は本発明硬質炭素膜の形成装置の一実施の形態を示すもので、図中1はステンレス製の処理室を示し、この処理室1は図略の真空排気系に連通され、処理室1内を所望の圧力(真空度)に調整自在とされている。
処理室1内の底部には、銅製水冷ハース2が設けられ、該ハース2内に原料の固体黒鉛Cなどを収容できるようになっている。
この水冷ハース2の直上にはアルゴン供給管3に連通されるタンタル製のホローカソード放電ガン(以下、「HCDガン」という。)4が配置されている。これら水冷ハース2とHCDガン4とはHCDガン電源5に連通されている。
かくして、HCDガン4より、水冷ハース2内の原料固体黒鉛Cに対してアルゴンガスを流し込みながら、HCDガン電源5からの通電により、このアルゴンガスを、前記HCDガン4と前記水冷ハース2間にかけた直流電圧によりイオン化することで大電流を得、原料固体黒鉛を加熱、昇華させることができるようになっている。
【0010】
図中6はガス供給通路7に連通されるガス導入ノズルを示し、前記水冷ハース2の側方に隣接配置され、処理室1内に炭化水素ガスを導入できるようになっている。このガス導入ノズル6はノズルバイアス電源8に連通され、バイアス電圧を印加できるようになっている。
かくして、このガス導入ノズル6から処理室1内に、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、エチレン、アセチレン、ベンゼン、トルエンのような任意の炭化水素ガスを導入しながら前記被処理材Aの表面に硬質炭素膜を蒸着形成することで、成膜速度、膜の硬さ、摺動性を向上させることができる。
【0011】
また、処理室1内の天井部には被処理材ホルダー9が設けられ、被処理材Aを支持自在とされ、この被処理材ホルダー9の背面に設けられたヒータ10で被処理材Aを所定温度に加熱自在とされている。
前記基板は加熱しても、或いは、加熱せずに室温状態でも硬質炭素(ダイヤモンド状炭素)膜が得られるが、硬質炭素膜と基板の密着性を向上させるためには、加熱することが好ましく、この場、400℃以下に加熱するのが好ましい。
【0012】
また、被処理材ホルダー9には被処理材バイアス電源11が連通され、必要に応じ、直流、高周波、低周波などの任意のバイアスをかけることができるようになっている。
【0013】
【実施例】
次に本発明硬質炭素膜の形成方法の具体的実施例について説明する。
(実施例1)
被処理材としてSiを設置し、図1の処理室を10−3Pa程度に排気した後、タンタル製HCDガンからアルゴンガスを導入し、26Paの圧力に調整した。
第一段階として、被処理材のクリーニングを以下の条件で行った。即ち、アルゴンガス流量20sccm、圧力8.6Pa、被処理材−接地間電圧−800V、クリーニング時間20分間とした。
その後、ホローカソード放電を誘起した。HCDガン−ハース間に50Vの電圧と、それに重畳し、高周波電圧を印加し、アルゴンガスのグロー放電を起こさせた。ガンとハース間の放電を促進するためにガンに併設した補助電極とガンの間に最大350Vの電圧をかけた。ガン−ハース間のアーク放電が点火した後、アルゴンガスの流量を変えずに、処理室を油拡散ポンプで排気し、0.1Pa程度の圧力にした。
次に、第二段階で、炭素膜の蒸着を行った。即ち、クリーニングの条件から1分間で以下のように装置の条件を変えていった。
HCDガン電流150A、アルゴンガス流量20sccm、圧力0.16Pa、被処理材への電位印加なしとして、10分間で厚さ約0.8μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は80nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1500(被処理材硬さ1400)であった。
【0014】
(実施例2)
被処理材として実施例1と同様にSiを設置し、第二段階の条件を、クリーニングの条件から1分間で以下のように装置の条件を変えていった。
HCDガン電流200A、アルゴンガス流量20sccm、圧力0.16Pa、被処理材−接地間電圧−200Vとして、10分間で厚さ約1.6μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は160nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0015】
(実施例3)
実施例1の被処理材をSiを超硬チップ(タングステンカーバイド)に代え、第二段階の条件を、クリーニングの条件から1分間で以下のように装置の条件を変えていった。
HCDガン電流200A、アルゴンガス流量20sccm、圧力0.16Pa、被処理材−接地間電圧−200Vとして、10分間で厚さ約1.6μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は160nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0016】
(実施例4)
被処理材として実施例1と同様にSiを設置し、第二段階の条件を、クリーニングの条件から1分間で以下のように装置の条件を変えていった。
HCDガン電流250A、アルゴンガス流量20sccm、圧力0.16Pa、被処理材−接地間電圧交流150Vとして、7分間で厚さ約2μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は280nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1500であった。
【0017】
(実施例5) 実施例1(150A)+アセチレンガス
実施例1と同様に、ただしDCL膜の膜形成時に、アセチレンガスを40sccm導入しながら、成膜を行った。尚、ガス導入ノズルには48V、14Aの直流電位を印加して、アセチレンガスの放電分解を起こすようにした。10分間で厚さ約1.2μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は120nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1500であった。
【0018】
(実施例6) 実施例2(200A)+アセチレンガス
実施例2と同様に、ただしDCL膜の膜形成時に、アセチレンガスを40sccm導入しながら、成膜を行った。尚、ガス導入ノズルには48V、14Aの直流電位を印加して、アセチレンガスの放電分解を起こすようにした。10分間で厚さ約2.6μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は260nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0019】
(実施例7) 実施例3(200A)+アセチレンガス
実施例3と同様に、ただしDCL膜の膜形成時に、アセチレンガスを40sccm導入しながら、成膜を行った。尚、ガス導入ノズルには48V、14Aの直流電位を印加して、アセチレンガスの放電分解を起こすようにした。10分間で厚さ約2.6μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は260nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0020】
(実施例8) 実施例4(250A)+アセチレンガス
実施例4と同様に、ただしDCL膜の膜形成時に、アセチレンガスを40sccm導入しながら、成膜を行った。尚、ガス導入ノズルには48V、14Aの直流電位を印加して、アセチレンガスの放電分解を起こすようにした。7分間で厚さ約3.5μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は500nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0021】
前記実施例1乃至8のホローカソード電流と、成膜速度の関係を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
このように、実施例1乃至8より、本発明によれば、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることができることが確認できた。
特に、実施例5乃至8のように、炭化水素類の導入により、更に成膜速度を向上させることができることが確認できた。
【0024】
次に、実施例3と実施例6で得られたDLC膜の摩擦係数測定(SUJ2ボールオンディスク)を行った結果、前者が0.1程度であったのに対して、後者が0.07程度と、摺動性にも大きな改善が見られた。
【0025】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、ホローカソード放電蒸着を利用して、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることが可能な硬質炭素膜の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明硬質炭素膜の形成装置の一実施の形態の説明線図
【符号の説明】
1 処理室
2 銅製水冷ハース
3 アルゴン供給管
4 ホローカソード放電(HCD)ガン
5 HCDガン電源
6 ガス導入ノズル
7 添加ガス供給通路
8 ノズルバイアス電源
9 被処理材ホルダー
10 ヒータ
11 被処理材バイアス電源
A 被処理材
C 黒鉛
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、摺動性、装飾などの目的でダイヤモンド状炭素膜等の硬質炭素膜を形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のダイヤモンド状炭素膜等の硬質炭素膜を形成する方法としては、プラズマを利用して炭化水素を分解し、被処理材に負電圧をかけて堆積させるイオン化蒸着法や、同様に炭化水素を分解し、被処理材の表面上での化学反応を用いて堆積させるCVD法や、固体炭素を原料とするスパッタ法等が挙げられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来法の場合は、何れの方法の場合も、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることは困難であり、その成膜速度は概ね10〜100nm/min程度であった。
そこで、本発明は、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることが可能な硬質炭素膜の形成方法を提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明者等は鋭意検討の結果、真空排気系に連なる処理室内において、固体黒鉛等の原料炭素類をホローカソード放電を利用して大電流の電子ビームで加熱、昇華させ、被処理材の表面に炭素皮膜を蒸着形成することで、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることができることを知見した。また、この場合、前記処理室内に炭化水素ガスを導入しながら硬質炭素膜を蒸着形成することで、より成膜速度を速くすることができることを知見した。
本発明の硬質炭層膜の形成方法は、かかる知見に基づきなされたもので、請求項1記載の通り、被処理材の表面に硬質炭素膜を形成するための方法であって、処理室内において、原料炭素類をホローカソード放電を利用して加熱、昇華させ、前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することを特徴とする。
また、請求項2記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項1記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記ホローカソード放電のホローカソード電流を150〜300Aとしたことを特徴とする。
また、請求項3記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項1または2記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記処理室内に炭化水素ガスを導入しながら、前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することを特徴とする。
また、請求項4記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項3記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記炭化水素ガスの導入量を10〜100sccmとしたことを特徴とする。
また、請求項5記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項3または4記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記炭化水素ガスを導入するガス導入ノズルへの直流印加電圧を20〜100V、直流印加電流を5〜20Aとしたことを特徴とする。
また、請求項6記載の硬質炭素膜の形成方法は、請求項1乃至5の何れかに記載の硬質炭素膜の形成方法において、前記硬質炭素膜はダイヤモンド状炭素膜であることを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明の硬質炭素膜の形成方法は、例えば、緻密なダイヤモンド状炭素(DLC)膜のような硬質炭素膜の形成を高い成膜速度で実現できるようにしたものであり、ガラス、金属、セラミックス、半導体等からなる任意の被処理材の表面にアモルファス構造の硬質炭素膜を高い成膜速度で形成できるようにしたものである。
【0006】
本発明では、成膜速度を上げるため、大電流の電子ビームで原料の固体黒鉛などの炭素類を加熱、昇華させ、被処理材の表面に蒸着させるために、ホローカソード放電を利用するようにしたものである。
このホローカソード放電では、真空排気系に連通させて所定の圧力に設定した処理室内において、例えば、タンタル製のホローカソード放電ガンより、銅製水冷ハース内の原料固体黒鉛に対してアルゴンガスを流し込み、このアルゴンガスを前記ホローカソード放電ガンと前記水冷ハース間にかけた直流電圧によりイオン化することで大電流を得、原料固体黒鉛を加熱、昇華させるようにしたものである。このホローカソード放電の大電流により炭素のイオン化が促進され、高い成膜速度が実現できるようになったものである。
前記ホローカソード放電では、30〜40Vの低電圧で、100〜1000Aの大電流の電子ビームが得られるが、原子のイオン化が最大値をとる電離電圧(100V近傍)の電圧に近く、また、大電流であるため、原子と電子の衝突確率が極めて大きく、そのため、蒸発材料のイオン化が極めて大きい。従って、ホローカソード電流が大きいほど、成膜速度は大きくなるが、あまり大きすぎると、得られる硬質炭素膜の表面が粗くなるため、ホローカソード放電を利用した蒸着で硬質炭素膜を成膜するには、ホローカソード電流は150〜300Aが適切である。
【0007】
尚、被処理物は、浮遊電位、接地電位、或いは、外部からの電位を印加した状態においてもよい。
また、前記外部印加電位は直流、高周波、或いは、低周波の任意の電位を用いることができる。
この場合、直流では、−200V、1〜2A、商用周波数の交流では200V、2〜3A、高周波電位の場合の電力は100〜500Wである。
【0008】
また、成膜速度硬さ、摺動性の向上目的のため、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、エチレン、アセチレン、ベンゼン、トルエンのような炭化水素ガスを導入しながら前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することも好ましい。
前記炭化水素ガスの導入量は、ガス種によっても異なるが、10〜100sccm程度が好ましい。
【0009】
図1は本発明硬質炭素膜の形成装置の一実施の形態を示すもので、図中1はステンレス製の処理室を示し、この処理室1は図略の真空排気系に連通され、処理室1内を所望の圧力(真空度)に調整自在とされている。
処理室1内の底部には、銅製水冷ハース2が設けられ、該ハース2内に原料の固体黒鉛Cなどを収容できるようになっている。
この水冷ハース2の直上にはアルゴン供給管3に連通されるタンタル製のホローカソード放電ガン(以下、「HCDガン」という。)4が配置されている。これら水冷ハース2とHCDガン4とはHCDガン電源5に連通されている。
かくして、HCDガン4より、水冷ハース2内の原料固体黒鉛Cに対してアルゴンガスを流し込みながら、HCDガン電源5からの通電により、このアルゴンガスを、前記HCDガン4と前記水冷ハース2間にかけた直流電圧によりイオン化することで大電流を得、原料固体黒鉛を加熱、昇華させることができるようになっている。
【0010】
図中6はガス供給通路7に連通されるガス導入ノズルを示し、前記水冷ハース2の側方に隣接配置され、処理室1内に炭化水素ガスを導入できるようになっている。このガス導入ノズル6はノズルバイアス電源8に連通され、バイアス電圧を印加できるようになっている。
かくして、このガス導入ノズル6から処理室1内に、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、エチレン、アセチレン、ベンゼン、トルエンのような任意の炭化水素ガスを導入しながら前記被処理材Aの表面に硬質炭素膜を蒸着形成することで、成膜速度、膜の硬さ、摺動性を向上させることができる。
【0011】
また、処理室1内の天井部には被処理材ホルダー9が設けられ、被処理材Aを支持自在とされ、この被処理材ホルダー9の背面に設けられたヒータ10で被処理材Aを所定温度に加熱自在とされている。
前記基板は加熱しても、或いは、加熱せずに室温状態でも硬質炭素(ダイヤモンド状炭素)膜が得られるが、硬質炭素膜と基板の密着性を向上させるためには、加熱することが好ましく、この場、400℃以下に加熱するのが好ましい。
【0012】
また、被処理材ホルダー9には被処理材バイアス電源11が連通され、必要に応じ、直流、高周波、低周波などの任意のバイアスをかけることができるようになっている。
【0013】
【実施例】
次に本発明硬質炭素膜の形成方法の具体的実施例について説明する。
(実施例1)
被処理材としてSiを設置し、図1の処理室を10−3Pa程度に排気した後、タンタル製HCDガンからアルゴンガスを導入し、26Paの圧力に調整した。
第一段階として、被処理材のクリーニングを以下の条件で行った。即ち、アルゴンガス流量20sccm、圧力8.6Pa、被処理材−接地間電圧−800V、クリーニング時間20分間とした。
その後、ホローカソード放電を誘起した。HCDガン−ハース間に50Vの電圧と、それに重畳し、高周波電圧を印加し、アルゴンガスのグロー放電を起こさせた。ガンとハース間の放電を促進するためにガンに併設した補助電極とガンの間に最大350Vの電圧をかけた。ガン−ハース間のアーク放電が点火した後、アルゴンガスの流量を変えずに、処理室を油拡散ポンプで排気し、0.1Pa程度の圧力にした。
次に、第二段階で、炭素膜の蒸着を行った。即ち、クリーニングの条件から1分間で以下のように装置の条件を変えていった。
HCDガン電流150A、アルゴンガス流量20sccm、圧力0.16Pa、被処理材への電位印加なしとして、10分間で厚さ約0.8μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は80nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1500(被処理材硬さ1400)であった。
【0014】
(実施例2)
被処理材として実施例1と同様にSiを設置し、第二段階の条件を、クリーニングの条件から1分間で以下のように装置の条件を変えていった。
HCDガン電流200A、アルゴンガス流量20sccm、圧力0.16Pa、被処理材−接地間電圧−200Vとして、10分間で厚さ約1.6μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は160nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0015】
(実施例3)
実施例1の被処理材をSiを超硬チップ(タングステンカーバイド)に代え、第二段階の条件を、クリーニングの条件から1分間で以下のように装置の条件を変えていった。
HCDガン電流200A、アルゴンガス流量20sccm、圧力0.16Pa、被処理材−接地間電圧−200Vとして、10分間で厚さ約1.6μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は160nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0016】
(実施例4)
被処理材として実施例1と同様にSiを設置し、第二段階の条件を、クリーニングの条件から1分間で以下のように装置の条件を変えていった。
HCDガン電流250A、アルゴンガス流量20sccm、圧力0.16Pa、被処理材−接地間電圧交流150Vとして、7分間で厚さ約2μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は280nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1500であった。
【0017】
(実施例5) 実施例1(150A)+アセチレンガス
実施例1と同様に、ただしDCL膜の膜形成時に、アセチレンガスを40sccm導入しながら、成膜を行った。尚、ガス導入ノズルには48V、14Aの直流電位を印加して、アセチレンガスの放電分解を起こすようにした。10分間で厚さ約1.2μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は120nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1500であった。
【0018】
(実施例6) 実施例2(200A)+アセチレンガス
実施例2と同様に、ただしDCL膜の膜形成時に、アセチレンガスを40sccm導入しながら、成膜を行った。尚、ガス導入ノズルには48V、14Aの直流電位を印加して、アセチレンガスの放電分解を起こすようにした。10分間で厚さ約2.6μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は260nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0019】
(実施例7) 実施例3(200A)+アセチレンガス
実施例3と同様に、ただしDCL膜の膜形成時に、アセチレンガスを40sccm導入しながら、成膜を行った。尚、ガス導入ノズルには48V、14Aの直流電位を印加して、アセチレンガスの放電分解を起こすようにした。10分間で厚さ約2.6μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は260nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0020】
(実施例8) 実施例4(250A)+アセチレンガス
実施例4と同様に、ただしDCL膜の膜形成時に、アセチレンガスを40sccm導入しながら、成膜を行った。尚、ガス導入ノズルには48V、14Aの直流電位を印加して、アセチレンガスの放電分解を起こすようにした。7分間で厚さ約3.5μmのDLC膜が得られた。
成膜速度は500nm/minで、得られた膜のビッカース硬さは1600であった。
【0021】
前記実施例1乃至8のホローカソード電流と、成膜速度の関係を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
このように、実施例1乃至8より、本発明によれば、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることができることが確認できた。
特に、実施例5乃至8のように、炭化水素類の導入により、更に成膜速度を向上させることができることが確認できた。
【0024】
次に、実施例3と実施例6で得られたDLC膜の摩擦係数測定(SUJ2ボールオンディスク)を行った結果、前者が0.1程度であったのに対して、後者が0.07程度と、摺動性にも大きな改善が見られた。
【0025】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、ホローカソード放電蒸着を利用して、膜の硬さを維持しつつ成膜速度を速くすることが可能な硬質炭素膜の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明硬質炭素膜の形成装置の一実施の形態の説明線図
【符号の説明】
1 処理室
2 銅製水冷ハース
3 アルゴン供給管
4 ホローカソード放電(HCD)ガン
5 HCDガン電源
6 ガス導入ノズル
7 添加ガス供給通路
8 ノズルバイアス電源
9 被処理材ホルダー
10 ヒータ
11 被処理材バイアス電源
A 被処理材
C 黒鉛
Claims (6)
- 被処理材の表面に硬質炭素膜を形成するための方法であって、処理室内において、原料炭素類をホローカソード放電を利用して加熱、昇華させ、前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することを特徴とする硬質炭素膜の形成方法。
- 前記ホローカソード放電のホローカソード電流を150〜300Aとしたことを特徴とする請求項1記載の硬質炭素膜の形成方法。
- 前記処理室内に炭化水素ガスを導入しながら、前記被処理材の表面に硬質炭素膜を蒸着形成することを特徴とする請求項1または2記載の硬質炭素膜の形成方法。
- 前記炭化水素ガスの導入量を10〜100sccmとしたことを特徴とする請求項3記載の硬質炭素膜の形成方法。
- 前記炭化水素ガスを導入するガス導入ノズルへの直流印加電圧を20〜100V、直流印加電流を5〜20Aとしたことを特徴とする請求項3または4記載の硬質炭素膜の形成方法。
- 前記硬質炭素膜はダイヤモンド状炭素膜であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の硬質炭素膜の形成方法。
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-
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- 2002-08-27 JP JP2002247011A patent/JP2004084003A/ja not_active Withdrawn
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