JP2837700B2 - ダイヤモンド様薄膜を形成する方法 - Google Patents
ダイヤモンド様薄膜を形成する方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ダイヤモンド様薄膜の製造方法に関し、特
に難接着性ないし難結合性の基体に対するダイヤモンド
様薄膜の接着性ないし結合性を向上させる成膜技術に関
する。
に難接着性ないし難結合性の基体に対するダイヤモンド
様薄膜の接着性ないし結合性を向上させる成膜技術に関
する。
（従来技術とその問題点） 気相法により製造されるダイヤモンド様薄膜は硬度が
高く、耐摩耗性、耐久性、対薬品性、耐食性等に優れて
おり、また任意形状の物品に被着できるため、こうした
特性の一つ以上が必要な物品の保護膜として有用であ
り、或は有望視されている。
高く、耐摩耗性、耐久性、対薬品性、耐食性等に優れて
おり、また任意形状の物品に被着できるため、こうした
特性の一つ以上が必要な物品の保護膜として有用であ
り、或は有望視されている。
気相法によるダイヤモンド様薄膜製造方法には各種の
形式がある（例えば「表面化学」第５巻第108号（1984
年）第108−115頁の各種の方法参照）。ダイヤモンド様
薄膜は任意形状の保護すべき物品の表面に被覆され、耐
食性、耐摩耗性などの保護膜として広く利用される。
形式がある（例えば「表面化学」第５巻第108号（1984
年）第108−115頁の各種の方法参照）。ダイヤモンド様
薄膜は任意形状の保護すべき物品の表面に被覆され、耐
食性、耐摩耗性などの保護膜として広く利用される。
しかしこれらの従来技術によって製造されたダイヤモ
ンド様薄膜は基体の種類によって基体に対する結合力が
弱く、ダイヤモンド様薄膜が微結晶の集まりであるため
表面粗度が大きいことも原因となって、外力の作用で基
体から剥離し易い問題があった。そのため保護被覆とし
て耐食性、耐摩耗性等が必要な用途において充分に効果
を発揮出来ない。特にFe系の金属又は合金（例えば軟鋼
（STC）、ステンレス鋼、焼き入れ鋼（SKD、SKS）
等）、その他Co、Niなどの金属の合金、ガラス、セラミ
ックス等はダイヤモンド様薄膜に対する結合力が弱いこ
とが知られている。鉄を主成分とする基体は例えば金
型、摺動部材等最も工業的価値の高いものであるし、又
ガラスやセラミックスではサーマルヘッド等の摺動部材
などに使用されるなど、広い用途を有するので、これら
の基体の表面に形成されるダイヤモンド様薄膜の基体へ
の接着性を向上させることが重要である。
ンド様薄膜は基体の種類によって基体に対する結合力が
弱く、ダイヤモンド様薄膜が微結晶の集まりであるため
表面粗度が大きいことも原因となって、外力の作用で基
体から剥離し易い問題があった。そのため保護被覆とし
て耐食性、耐摩耗性等が必要な用途において充分に効果
を発揮出来ない。特にFe系の金属又は合金（例えば軟鋼
（STC）、ステンレス鋼、焼き入れ鋼（SKD、SKS）
等）、その他Co、Niなどの金属の合金、ガラス、セラミ
ックス等はダイヤモンド様薄膜に対する結合力が弱いこ
とが知られている。鉄を主成分とする基体は例えば金
型、摺動部材等最も工業的価値の高いものであるし、又
ガラスやセラミックスではサーマルヘッド等の摺動部材
などに使用されるなど、広い用途を有するので、これら
の基体の表面に形成されるダイヤモンド様薄膜の基体へ
の接着性を向上させることが重要である。
この基体に前処理を行なうことは特開昭60−200898
号、同60−204695号、同61−174376号等で提案されてい
る。特開昭60−200898号ではCo−WC合金を基体とし、そ
の表面にダイヤモンド様薄膜を高硬度膜として付けるに
当たり、基体の表面に予め直流又は交流グロー放電を直
接作用させることによりイオンエッチングすることを提
案しているが、その目的はダイヤモンド結晶の成長核を
増大して成膜速度を上げることにあり、加速電圧は印加
されていないからエッチング効率は接着性向上の面から
は充分ではなく本発明が目的する接着性の向上は充分に
得られない。特開昭60−204695号も上記技術と同様に成
膜速度の向上を意図してArガスを減圧室内に導入し正負
電極間に電圧を加えてプラズマを作りこれを基体に作用
させるのであるが、プラズマのイオン濃度は低いのでエ
ッチング効果は接着性向上の観点からは低く、又以下で
述べるように本発明がガラス、セラミックス等の絶縁材
料にも適用出来るのに対してこの方法はイオンは基体が
金属であって基体に電圧が印加出来る場合にしか使用出
来ない問題がある。特開昭61−174376号は基体の接着性
を向上するためにプラズマガスで基体を処理した後、酸
化処理して酸化物被膜を形成することを記載している。
しかし、プラズマの生成には高周波を使用し、その中の
正イオンで正電位のグリッドを通り抜けたイオンが負電
位に接続された金属基体に向けて加速する方法を採用し
ているため、プラズマは先ず拡散によって正イオンが正
電位のグリッドを通り抜ける必要があり、成膜に必要な
充分な量の正イオンが基体に到達出来ないので結果とし
て効率の悪い方法である。
号、同60−204695号、同61−174376号等で提案されてい
る。特開昭60−200898号ではCo−WC合金を基体とし、そ
の表面にダイヤモンド様薄膜を高硬度膜として付けるに
当たり、基体の表面に予め直流又は交流グロー放電を直
接作用させることによりイオンエッチングすることを提
案しているが、その目的はダイヤモンド結晶の成長核を
増大して成膜速度を上げることにあり、加速電圧は印加
されていないからエッチング効率は接着性向上の面から
は充分ではなく本発明が目的する接着性の向上は充分に
得られない。特開昭60−204695号も上記技術と同様に成
膜速度の向上を意図してArガスを減圧室内に導入し正負
電極間に電圧を加えてプラズマを作りこれを基体に作用
させるのであるが、プラズマのイオン濃度は低いのでエ
ッチング効果は接着性向上の観点からは低く、又以下で
述べるように本発明がガラス、セラミックス等の絶縁材
料にも適用出来るのに対してこの方法はイオンは基体が
金属であって基体に電圧が印加出来る場合にしか使用出
来ない問題がある。特開昭61−174376号は基体の接着性
を向上するためにプラズマガスで基体を処理した後、酸
化処理して酸化物被膜を形成することを記載している。
しかし、プラズマの生成には高周波を使用し、その中の
正イオンで正電位のグリッドを通り抜けたイオンが負電
位に接続された金属基体に向けて加速する方法を採用し
ているため、プラズマは先ず拡散によって正イオンが正
電位のグリッドを通り抜ける必要があり、成膜に必要な
充分な量の正イオンが基体に到達出来ないので結果とし
て効率の悪い方法である。
従って従来の技術では基体とダイヤモンド様膜との間
の接着力が充分に高い成膜は可能でなかった。
の接着力が充分に高い成膜は可能でなかった。
（発明の目的） 本発明の目的は、基体に対する結合力ないし接着力が
大きく、耐剥離性で耐久性の向上したダイヤモンド様薄
膜を提供することにある。本発明は処理効率の大きい前
処理工程を有するダイヤモンド様薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。
大きく、耐剥離性で耐久性の向上したダイヤモンド様薄
膜を提供することにある。本発明は処理効率の大きい前
処理工程を有するダイヤモンド様薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。
（発明の構成及び効果の概要） 本発明は、Co、Ni、Feの少なくとも一種を含む合金、
セラミックス及びガラスよりなる群より選択され且つダ
イヤモンド様薄膜との親和性が悪い基体の表面にダイヤ
モンド様薄膜を形成する方法において、イオン化蒸着法
を実施する前に、成膜装置の真空室内に前記基体を配置
し、ボンバード用ガスを前記真空室内に導入し、熱陰極
フィラメントとその周りに設けられた対陰極とよりなる
イオン化手段により電離してイオンの流れを形成し、こ
れを前記対陰極よりも低電位にあるグリッドにより加速
して基体の表面をボンバードする前工程を採用したこと
により、上記の目的を達成する。そしてこのボンバード
は、ボンバード用ガスの分子量、ボンバード処理時間及
びイオン電流Iaの間の関係が、50＜分子量×Ia（mA）×
時間（Hr）＜500を満足する条件下に実施する。
セラミックス及びガラスよりなる群より選択され且つダ
イヤモンド様薄膜との親和性が悪い基体の表面にダイヤ
モンド様薄膜を形成する方法において、イオン化蒸着法
を実施する前に、成膜装置の真空室内に前記基体を配置
し、ボンバード用ガスを前記真空室内に導入し、熱陰極
フィラメントとその周りに設けられた対陰極とよりなる
イオン化手段により電離してイオンの流れを形成し、こ
れを前記対陰極よりも低電位にあるグリッドにより加速
して基体の表面をボンバードする前工程を採用したこと
により、上記の目的を達成する。そしてこのボンバード
は、ボンバード用ガスの分子量、ボンバード処理時間及
びイオン電流Iaの間の関係が、50＜分子量×Ia（mA）×
時間（Hr）＜500を満足する条件下に実施する。
本発明による前処理の主要な利点は、膜と基体の結合
力が向上する点の他、同じ装置を使用し、条件だけを若
干変更して前処理工程とそれに続くダイヤモンド成膜工
程を順次実施出来ることである。本発明の効果が得られ
る理由は明白でないが大気中で基体表面に必然的に形成
されている酸化物、不用な官能基、その他の汚れが除去
されて基体表面の活性が向上するためと思われる。実
際、ダイヤモンド様薄膜と基体の界面をSEM（走査電子
顕微鏡）の倍率５×104〜15×104で観察したところ、約
100Åの範囲で界面が変化していることが判明した。本
発明によるとダイヤモンド薄膜の付着が一様となり、欠
陥が減少する。
力が向上する点の他、同じ装置を使用し、条件だけを若
干変更して前処理工程とそれに続くダイヤモンド成膜工
程を順次実施出来ることである。本発明の効果が得られ
る理由は明白でないが大気中で基体表面に必然的に形成
されている酸化物、不用な官能基、その他の汚れが除去
されて基体表面の活性が向上するためと思われる。実
際、ダイヤモンド様薄膜と基体の界面をSEM（走査電子
顕微鏡）の倍率５×104〜15×104で観察したところ、約
100Åの範囲で界面が変化していることが判明した。本
発明によるとダイヤモンド薄膜の付着が一様となり、欠
陥が減少する。
（発明の具体的な説明） 上に簡単に述べたように、本発明はダイヤモンド成膜
工程に先立って難接着性の金属、セラミックス、又はガ
ラス等の基体表面を電界加速イオンにより一定の条件で
前処理することにより、接着性を向上するものである。
本発明はイオン化蒸着法によるダイヤモンド成膜法が、
熱電子電離手段と電離された炭化水素イオンを加熱する
ための電界付与グリッドを有することに着目し、前処理
工程として同じ装置でアルゴン等のボンバード用ガスを
イオン化し、これを加速することにより、初期の目的を
達成出来た。
工程に先立って難接着性の金属、セラミックス、又はガ
ラス等の基体表面を電界加速イオンにより一定の条件で
前処理することにより、接着性を向上するものである。
本発明はイオン化蒸着法によるダイヤモンド成膜法が、
熱電子電離手段と電離された炭化水素イオンを加熱する
ための電界付与グリッドを有することに着目し、前処理
工程として同じ装置でアルゴン等のボンバード用ガスを
イオン化し、これを加速することにより、初期の目的を
達成出来た。
イオン化蒸着法は炭化水素原料ガス又は分解又は反応
により炭化水素を生成し得る原料ガス（ここに炭化水素
とはメタン、エタン、プロパン等の飽和炭化水素、エチ
レン、プロピレン、アセチレン等の不飽和炭化水素等が
あり、分解して炭化水素を生成し得る原料ガスはメチル
アルコール、エチルアルコール等のアルコール類、アセ
トン、メチルエチルケトン等のケトン類などがあり、又
反応して炭化水素ガスを生成する原料ガスには一酸化炭
素、二酸化炭素と水素との混合ガス等がある。また前記
原料にはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスあるい
は水素、酸素、窒素、水、一酸化炭素、一酸化炭素、等
の少なくとも一種を含ませることができる）を熱陰極フ
ィラメント−対陰極間のアーク放電、陰極熱フィラメン
ト−対陰極間の熱電子放出によるイオン化等の手段でイ
オン化してイオン流とし、この流れを電場で加速して基
体に差し向けることによりダイヤモンド様薄膜を成膜す
る方法であり、特開昭59−174507号、特願昭63−59376
号、特願昭63−59377号、特願平１−1199号、特願平１
−15093号等に記載されている通り、イオン化蒸着法は
基体温度として従来のような700℃以上の高温度を用い
る必要がなく（例えば「表面化学」第５巻第108号（198
4年）第108−115頁の各種の方法参照）、成膜効率も良
く、成膜されたダイヤモンド様膜が良好な表面性、高硬
度、高熱伝導性、高屈折率を有し、仕上表面処理が不用
である等、優れた方法であるので、本発明はこれらの方
法を使用する。。
により炭化水素を生成し得る原料ガス（ここに炭化水素
とはメタン、エタン、プロパン等の飽和炭化水素、エチ
レン、プロピレン、アセチレン等の不飽和炭化水素等が
あり、分解して炭化水素を生成し得る原料ガスはメチル
アルコール、エチルアルコール等のアルコール類、アセ
トン、メチルエチルケトン等のケトン類などがあり、又
反応して炭化水素ガスを生成する原料ガスには一酸化炭
素、二酸化炭素と水素との混合ガス等がある。また前記
原料にはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスあるい
は水素、酸素、窒素、水、一酸化炭素、一酸化炭素、等
の少なくとも一種を含ませることができる）を熱陰極フ
ィラメント−対陰極間のアーク放電、陰極熱フィラメン
ト−対陰極間の熱電子放出によるイオン化等の手段でイ
オン化してイオン流とし、この流れを電場で加速して基
体に差し向けることによりダイヤモンド様薄膜を成膜す
る方法であり、特開昭59−174507号、特願昭63−59376
号、特願昭63−59377号、特願平１−1199号、特願平１
−15093号等に記載されている通り、イオン化蒸着法は
基体温度として従来のような700℃以上の高温度を用い
る必要がなく（例えば「表面化学」第５巻第108号（198
4年）第108−115頁の各種の方法参照）、成膜効率も良
く、成膜されたダイヤモンド様膜が良好な表面性、高硬
度、高熱伝導性、高屈折率を有し、仕上表面処理が不用
である等、優れた方法であるので、本発明はこれらの方
法を使用する。。
（実施例の説明） 成膜装置 第１図に成膜装置の好ましい例を示す。図中30は真空
容器、31はチャンバーであり、排気系38に接続されて10
-6Torr程度までの高真空に引かれる。32は基体Ｓの裏面
に設けられ負の電位Vaに保たれた電極である。基体Ｓの
表面に近接又は接触してダイヤモンド様薄膜の形状を規
制する窓を有するマスク42が設けられる。このマスクは
基体に接していても良いが膜の周部の厚みを薄くして割
れ（クラック）を減じるためにはなるべくは離間させ
る。33は基体と同一の電位Vaを与えられたグリッドで成
膜工程で炭化水素イオンの加速を行なうのに使用され
る。このグリッド33の膜の連続性を高め且つ表面を平滑
にするために適正に定めた空間率（単位面積あたりの穴
の面積）の穴密度（単位長さあたりの穴の数）のグリッ
ドを使用し、或いはその面内方向に振動するための手段
を有していても良い。34は負の電位Vdに維持された熱陰
極フィラメントであり、交流電源からの電流Ifによって
加熱されて熱電子を発生する。325は原料である炭化水
素ガスの供給口、及び前処理ガス（ボンバードガス）の
供給口である。フィラメント34を取囲んで対陰極36が配
置されている。この対陰極はこの場合接地されている
が、フィラメントに対しては性の電圧Vdを有し、電極32
及びグリッド33に対しては正の電位Vaを与えられてい
る。フィラメント34、対電極36及び供給口35の周りを取
り囲んでイオン化ガスの閉じ込め用の磁界を発生するた
めに電源Vcからの電流Icで励磁される電磁コイル39が配
置されている。従っ０て、If、Vd、Va、コイルの電流I
c、イオン電流Iaを調整することにより膜質を変えるこ
とができる。
容器、31はチャンバーであり、排気系38に接続されて10
-6Torr程度までの高真空に引かれる。32は基体Ｓの裏面
に設けられ負の電位Vaに保たれた電極である。基体Ｓの
表面に近接又は接触してダイヤモンド様薄膜の形状を規
制する窓を有するマスク42が設けられる。このマスクは
基体に接していても良いが膜の周部の厚みを薄くして割
れ（クラック）を減じるためにはなるべくは離間させ
る。33は基体と同一の電位Vaを与えられたグリッドで成
膜工程で炭化水素イオンの加速を行なうのに使用され
る。このグリッド33の膜の連続性を高め且つ表面を平滑
にするために適正に定めた空間率（単位面積あたりの穴
の面積）の穴密度（単位長さあたりの穴の数）のグリッ
ドを使用し、或いはその面内方向に振動するための手段
を有していても良い。34は負の電位Vdに維持された熱陰
極フィラメントであり、交流電源からの電流Ifによって
加熱されて熱電子を発生する。325は原料である炭化水
素ガスの供給口、及び前処理ガス（ボンバードガス）の
供給口である。フィラメント34を取囲んで対陰極36が配
置されている。この対陰極はこの場合接地されている
が、フィラメントに対しては性の電圧Vdを有し、電極32
及びグリッド33に対しては正の電位Vaを与えられてい
る。フィラメント34、対電極36及び供給口35の周りを取
り囲んでイオン化ガスの閉じ込め用の磁界を発生するた
めに電源Vcからの電流Icで励磁される電磁コイル39が配
置されている。従っ０て、If、Vd、Va、コイルの電流I
c、イオン電流Iaを調整することにより膜質を変えるこ
とができる。
第３図は第１図のＡ−Ａ線から見た平面斜視図であ
り、膜の形が長方形の場合は例えば図示のような複数フ
ィラメントの配列体を用いるとか、コイル状に巻いたも
のを用いる。又広い面積の成膜を行なうには基体を長尺
ものとして構成し、それを低速で送るとか、イオンビー
ムを走査させるとかの方法が可能である。
り、膜の形が長方形の場合は例えば図示のような複数フ
ィラメントの配列体を用いるとか、コイル状に巻いたも
のを用いる。又広い面積の成膜を行なうには基体を長尺
ものとして構成し、それを低速で送るとか、イオンビー
ムを走査させるとかの方法が可能である。
なお第１図においては、炭化水素ガスの原料導入通路
37にプラズマ励起室37′が設けられており、これにより
イオン化装置の効率を高めている。プラズマ励起は例え
ばマイクロ波、高周波（RF波）、放射線、紫外線などが
利用できる。
37にプラズマ励起室37′が設けられており、これにより
イオン化装置の効率を高めている。プラズマ励起は例え
ばマイクロ波、高周波（RF波）、放射線、紫外線などが
利用できる。
また、第２図に示したように第１図の構成の一部を変
更して固定又は可変強度の磁石40をフィラメント34の上
部に配置してプラズマ状のイオンビームの偏向用に用い
ても良い。磁石40の磁界強度は固定又は可変にし、磁石
の磁界はイオン流の走行方向にたいして交差する方向に
する。このようにしてCH3 +、CH4 +イオン等の所望するイ
オンに対して偏向角度θを得る。固定の場合一方、質量
がこれらのイオンと大きく異なるイオン例えば水素イオ
ンはさらに大きく曲げられ、また中性粒子や重質の多量
体イオンは直進する。従って、直進方向にマスクを配置
すれば結晶性の高いイオンのみが基体Ｓに付着する。
更して固定又は可変強度の磁石40をフィラメント34の上
部に配置してプラズマ状のイオンビームの偏向用に用い
ても良い。磁石40の磁界強度は固定又は可変にし、磁石
の磁界はイオン流の走行方向にたいして交差する方向に
する。このようにしてCH3 +、CH4 +イオン等の所望するイ
オンに対して偏向角度θを得る。固定の場合一方、質量
がこれらのイオンと大きく異なるイオン例えば水素イオ
ンはさらに大きく曲げられ、また中性粒子や重質の多量
体イオンは直進する。従って、直進方向にマスクを配置
すれば結晶性の高いイオンのみが基体Ｓに付着する。
前処理工程 本発明の前処理工程は、炭化水素ガスの代わりにアル
ゴン等のボンバードガスを使用し、上記の成膜装置をそ
のまま使用し、条件を適正に選択して行なうことが出来
る。Feまたはその合金、ガラス、セラミックス等の難接
着性基体のボンバードすなわち前処理を行なうには、真
空室を10-6Torr程度に排気した後、供給口35からアルゴ
ン、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、等から選んだボン
バードガスを0.1Torr程度に導入し、フィラメント34に
より電離し、得られたアルゴンイオンをグリッド33によ
り加速する。アルゴンイオンは基体Ｓの表面を衝撃して
清浄化し、接着性を改善する。各部に印加される電圧、
或いは電流、ボンバードガスの分子量（混合ガスでは平
均分子量）、処理時間などが必要な制御因子となる。
ゴン等のボンバードガスを使用し、上記の成膜装置をそ
のまま使用し、条件を適正に選択して行なうことが出来
る。Feまたはその合金、ガラス、セラミックス等の難接
着性基体のボンバードすなわち前処理を行なうには、真
空室を10-6Torr程度に排気した後、供給口35からアルゴ
ン、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、等から選んだボン
バードガスを0.1Torr程度に導入し、フィラメント34に
より電離し、得られたアルゴンイオンをグリッド33によ
り加速する。アルゴンイオンは基体Ｓの表面を衝撃して
清浄化し、接着性を改善する。各部に印加される電圧、
或いは電流、ボンバードガスの分子量（混合ガスでは平
均分子量）、処理時間などが必要な制御因子となる。
エッチングエネルギーは、ボンバード用ガスの分子
量、ボンバードの処理時間、及びイオン電流Iaとしたと
き分子量×Ia（mA）×時間（Hr）で表わされ、50＜分子
量×Ia（mA）×時間（Hr）＜500を満足することが好ま
しい。この値が50未満と小さ過ぎると、基体表面へのボ
ンバードが不十分となり、ダイヤモンド用薄膜と基体と
の接着が不十分で膜の剥離が生じる。又この値が500よ
り大きいとボンバードのエネルギーが大き過ぎるため
に、グリッド及びその他の構成物までがエッチングされ
てしまい、膜中に不純物が混入することによって膜質が
悪くなったり更には剥離を生じてしまう。又、SEM観察
で確認したところ基体表面の凹凸が大きくなっており、
膜が付着しにくい状態になっていた。よって、過剰のエ
ッチングは却って逆効果となる。
量、ボンバードの処理時間、及びイオン電流Iaとしたと
き分子量×Ia（mA）×時間（Hr）で表わされ、50＜分子
量×Ia（mA）×時間（Hr）＜500を満足することが好ま
しい。この値が50未満と小さ過ぎると、基体表面へのボ
ンバードが不十分となり、ダイヤモンド用薄膜と基体と
の接着が不十分で膜の剥離が生じる。又この値が500よ
り大きいとボンバードのエネルギーが大き過ぎるため
に、グリッド及びその他の構成物までがエッチングされ
てしまい、膜中に不純物が混入することによって膜質が
悪くなったり更には剥離を生じてしまう。又、SEM観察
で確認したところ基体表面の凹凸が大きくなっており、
膜が付着しにくい状態になっていた。よって、過剰のエ
ッチングは却って逆効果となる。
成膜工程 次工程の成膜工程では、チャンバー31内を10-6Torrま
で高真空とし、ガス供給通路37のバルブを操作して所定
流量のメタンガス、それと水素との混合ガス、或いはそ
れとAr、He、Ne等のキャリアガス等を各供給口35から導
入しながら排気系38を調整して所定のガス圧例えば10-1
Torrとする。一方、複数の熱陰極フイラメント34には交
流電流Ifを流して加熱し、フイラメント34と対陰極36の
間には電位差Vdを印加して放電を形成する。供給口325
から供給されたメタンガスは熱分解されるとともにフィ
ラメントから熱電子と衝突してプラスのイオンと電子を
生じる。この電子は別の熱分解粒子と衝突する。電磁コ
イルの磁界による閉じ込め作用の下に、このような現象
を繰り返すことによりメタンガスは熱分解物質のプラス
イオンと成る。
で高真空とし、ガス供給通路37のバルブを操作して所定
流量のメタンガス、それと水素との混合ガス、或いはそ
れとAr、He、Ne等のキャリアガス等を各供給口35から導
入しながら排気系38を調整して所定のガス圧例えば10-1
Torrとする。一方、複数の熱陰極フイラメント34には交
流電流Ifを流して加熱し、フイラメント34と対陰極36の
間には電位差Vdを印加して放電を形成する。供給口325
から供給されたメタンガスは熱分解されるとともにフィ
ラメントから熱電子と衝突してプラスのイオンと電子を
生じる。この電子は別の熱分解粒子と衝突する。電磁コ
イルの磁界による閉じ込め作用の下に、このような現象
を繰り返すことによりメタンガスは熱分解物質のプラス
イオンと成る。
プラスイオンは電極32、グリッド36に印加された負電
位Vaにより引き寄せられ、基体Ｓの方へ向けて加速さ
れ、基体に衝突して成膜反応を行ない、ダイヤモンド様
薄膜を形成する。所望により、上に述べた固定磁石を利
用して更に品質の良い薄膜を得ることができる。
位Vaにより引き寄せられ、基体Ｓの方へ向けて加速さ
れ、基体に衝突して成膜反応を行ない、ダイヤモンド様
薄膜を形成する。所望により、上に述べた固定磁石を利
用して更に品質の良い薄膜を得ることができる。
尚、各部の電位、電流、温度等の条件については上に
述べた条件の他、先に引用した特許出願や特許公報のほ
か公知の試料を参照されたい。
述べた条件の他、先に引用した特許出願や特許公報のほ
か公知の試料を参照されたい。
形成する膜の厚さは好ましくは100〜20,000Åであ
り、厚さが上記の範囲よりも薄いと耐摩耗性等の効果が
減じ又厚すぎても効果が増大せず製造時間が長くなる。
り、厚さが上記の範囲よりも薄いと耐摩耗性等の効果が
減じ又厚すぎても効果が増大せず製造時間が長くなる。
以下に本発明を例示する。
実施例１、２、３ 第１図の装置を使用し、真空室10内に板状基体Ｓをの
配置し、その面から距離約6.mmのところにグリッド33を
配置した。又基体はそれぞれ軟鋼（STC）（実施例
１）、セラミックス（アルミナ）（実施例２）、グレー
ズガラス（Al2O3、BaO等を含有）（実施例３）を使用し
た。基体Ｓから対陰極までの距離は約40mmであった。グ
リッド33の穴密度は60個/25.4mm、空間率は41％であっ
た。
配置し、その面から距離約6.mmのところにグリッド33を
配置した。又基体はそれぞれ軟鋼（STC）（実施例
１）、セラミックス（アルミナ）（実施例２）、グレー
ズガラス（Al2O3、BaO等を含有）（実施例３）を使用し
た。基体Ｓから対陰極までの距離は約40mmであった。グ
リッド33の穴密度は60個/25.4mm、空間率は41％であっ
た。
前処理・・・真空室10を10-6Torrに排気してからAr、
その他表１に示したガスを導入した。ガス圧を0.1Torr
として熱陰極フィラメント34に放電を起こさせた。電磁
コイル19の磁束密度は400ガウス、基体電圧及びグリッ
ド電圧Va＝−300V、基体温度200℃とした。またフィラ
メント34には電流If＝20Aを流した。更にフィラメント
電圧Vd＝−10V、Vc＝10Vとした。フィラメント34はコイ
ル状としその幅3mm、その周りを取り囲む電極236との隙
間8mmとした。
その他表１に示したガスを導入した。ガス圧を0.1Torr
として熱陰極フィラメント34に放電を起こさせた。電磁
コイル19の磁束密度は400ガウス、基体電圧及びグリッ
ド電圧Va＝−300V、基体温度200℃とした。またフィラ
メント34には電流If＝20Aを流した。更にフィラメント
電圧Vd＝−10V、Vc＝10Vとした。フィラメント34はコイ
ル状としその幅3mm、その周りを取り囲む電極236との隙
間8mmとした。
成膜・・・次ぎにAr等のの導入を止め、真空室10を10
-6Torrに排気してからメタンガスを導入しガス圧を10-1
Torrとして熱陰極フィラメント34に放電を起こさせた。
電磁コイル19の磁束密度は400ガウス、基体電圧Va＝−3
00V、基体温度200℃とした。またフィラメント14には電
流If＝25Aを流した。
-6Torrに排気してからメタンガスを導入しガス圧を10-1
Torrとして熱陰極フィラメント34に放電を起こさせた。
電磁コイル19の磁束密度は400ガウス、基体電圧Va＝−3
00V、基体温度200℃とした。またフィラメント14には電
流If＝25Aを流した。
フィラメント24はコイル状としその幅3mm、その周り
を取り囲む電極36との隙間8mmとした。グリッド33は5mm
/分の速度で振動させた。
を取り囲む電極36との隙間8mmとした。グリッド33は5mm
/分の速度で振動させた。
フィラメント電圧Vd＝−30V、Vc＝30Vの条件で、膜厚
1.0μｍのダイヤモンド様膜を得た。
1.0μｍのダイヤモンド様膜を得た。
得られた膜の顕微鏡観察による表面欠陥数と接着性を
測定した。その結果を表１〜３に示す。表１はFe,Cr及
びＣを主成分とするSKS鋼を基体とし、表２はAl2O3セラ
ミックスを基体とし、又表３はSiOAlOBaOを主成分とす
るグレーズガラスを基体とした。なお、表面欠陥は均一
な膜が出来た場合に限り測定し、倍率400倍の拡大率で
直径１μｍ以上の欠陥を１個と数えた。付着力は1cm角
の長さ10cmの角柱をダイヤモンド様薄膜をエポキシ樹脂
で接着し、引張試験機（テンシロン・・・商品名）で引
っ張って剥離し測定を行なった。
測定した。その結果を表１〜３に示す。表１はFe,Cr及
びＣを主成分とするSKS鋼を基体とし、表２はAl2O3セラ
ミックスを基体とし、又表３はSiOAlOBaOを主成分とす
るグレーズガラスを基体とした。なお、表面欠陥は均一
な膜が出来た場合に限り測定し、倍率400倍の拡大率で
直径１μｍ以上の欠陥を１個と数えた。付着力は1cm角
の長さ10cmの角柱をダイヤモンド様薄膜をエポキシ樹脂
で接着し、引張試験機（テンシロン・・・商品名）で引
っ張って剥離し測定を行なった。
比較のため従来の他の金属及び合金で成功している洗
浄を併記する。
浄を併記する。
注1:中性洗剤で洗浄を行なった後に純水で超音波洗浄、
注2:3％の苛性ソーダに１時間浸漬、注3:エタノール、
アセトン、純水の順に超音波洗浄。
注2:3％の苛性ソーダに１時間浸漬、注3:エタノール、
アセトン、純水の順に超音波洗浄。
注１、２、３は表１と同じ。
注１、２、３は表１と同じ。
（作用効果） 表１〜３から明らかな様に、本発明の基体上に成膜さ
れたダイヤモンド様薄膜は基体のイオン化加速法による
ボンバード前処理により基体との結合性の高いダイヤモ
ンド様薄膜を製造することが出来た。さらに本発明によ
ると、基体が金属である必要はなくガラス、セラミック
スのような電気絶縁性の基体に対しても支障なく成膜を
実施することが実施出来る。
れたダイヤモンド様薄膜は基体のイオン化加速法による
ボンバード前処理により基体との結合性の高いダイヤモ
ンド様薄膜を製造することが出来た。さらに本発明によ
ると、基体が金属である必要はなくガラス、セラミック
スのような電気絶縁性の基体に対しても支障なく成膜を
実施することが実施出来る。
第１図は本発明のダイヤモンド様薄膜の製造装置の一例
を示す断面図、第２図はダイヤモンド様薄膜の製造装置
の他の例を示す断面図、および第３図はフィラメント部
分の構造を示す平面斜視図である。
を示す断面図、第２図はダイヤモンド様薄膜の製造装置
の他の例を示す断面図、および第３図はフィラメント部
分の構造を示す平面斜視図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−65796（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−65093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−67765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−158859（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 C23C 16/00 - 16/56
Claims (1)
- 【請求項１】CO、Ni、Feの少なくとも一種を含む合金、
セラミック及びガラスよりなる群より選択され且つダイ
ヤモンド様薄膜との親和性が悪い基体の表面にダイヤモ
ンド様薄膜を形成する方法において、 （ａ）真空室内に前記基体を配置し、ボンバード用ガス
を前記真空室内に導入し、熱陰極フィラメントとその周
りに設けられた対陰極とよりなるイオン化手段により電
離してイオンの流れを形成し、これを前記対陰極よりも
低電位にあるグリッドにより加速して基体の表面を、ボ
ンバード用ガスの分子量、ボンバード処理時間及びイオ
ン電流Iaが50＜分子量×Ia（mA）×時間（Hr）＜500を
満足する条件下にボンバードし、次いで （ｂ）真空室内に低分子量炭化水素、又は分解又は反応
により低分子量炭化水素を生成し得る原料ガスを導入
し、熱陰極フィラメントとその周りに設けられた対陰極
とよりなるイオン化手段により電離して炭化水素イオン
の流れを形成し、これを前記対陰極よりも低電位にある
グリッドにより加速して基体上で成膜反応させ、この成
膜反応をダイヤモンド様薄膜の厚さが100〜20,000Åに
なるまで続けること、 を特徴とする、ダイヤモンド用薄膜との親和性が悪い基
体の表面にダイヤモンド様薄膜を形成する方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1214913A JP2837700B2 (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | ダイヤモンド様薄膜を形成する方法 |
| US07/827,853 US5662877A (en) | 1989-08-23 | 1992-01-30 | Process for forming diamond-like thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1214913A JP2837700B2 (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | ダイヤモンド様薄膜を形成する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0380190A JPH0380190A (ja) | 1991-04-04 |
| JP2837700B2 true JP2837700B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=16663652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1214913A Expired - Lifetime JP2837700B2 (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | ダイヤモンド様薄膜を形成する方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5662877A (ja) |
| JP (1) | JP2837700B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2184206C (en) * | 1995-08-29 | 2002-10-08 | Yasuaki Sakamoto | Molded glass plate produced by mold with modified surface |
| US6740211B2 (en) * | 2001-12-18 | 2004-05-25 | Guardian Industries Corp. | Method of manufacturing windshield using ion beam milling of glass substrate(s) |
| US6602371B2 (en) * | 2001-02-27 | 2003-08-05 | Guardian Industries Corp. | Method of making a curved vehicle windshield |
| JP3840147B2 (ja) * | 2002-06-21 | 2006-11-01 | キヤノン株式会社 | 成膜装置、成膜方法およびそれを用いた電子放出素子、電子源、画像形成装置の製造方法 |
| US7115896B2 (en) * | 2002-12-04 | 2006-10-03 | Emcore Corporation | Semiconductor structures for gallium nitride-based devices |
| US7459188B2 (en) * | 2004-12-02 | 2008-12-02 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Method and apparatus for making diamond-like carbon films |
| JPWO2011007653A1 (ja) * | 2009-07-13 | 2012-12-27 | 日本碍子株式会社 | ダイアモンドライクカーボン膜形成体の製造方法 |
| DE102015208743A1 (de) * | 2015-05-12 | 2016-11-17 | Gühring KG | Spanabhebendes Werkzeug |
| DE102015208742A1 (de) * | 2015-05-12 | 2016-11-17 | Gühring KG | Spanabhebendes Werkzeug |
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| US3961103A (en) * | 1972-07-12 | 1976-06-01 | Space Sciences, Inc. | Film deposition |
| US4504519A (en) * | 1981-10-21 | 1985-03-12 | Rca Corporation | Diamond-like film and process for producing same |
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| JPS60200898A (ja) * | 1984-03-26 | 1985-10-11 | Mitsubishi Metal Corp | 人工ダイヤモンドの析出生成装置 |
| JPS60204695A (ja) * | 1984-03-28 | 1985-10-16 | Mitsubishi Metal Corp | 人工ダイヤモンド皮膜の析出形成方法 |
| US4490229A (en) * | 1984-07-09 | 1984-12-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Deposition of diamondlike carbon films |
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| DE3768284D1 (de) * | 1986-01-17 | 1991-04-11 | Sumitomo Electric Industries | Herstellung von diamant. |
| JPS63107898A (ja) * | 1986-10-23 | 1988-05-12 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | プラズマを用いるダイヤモンドの合成法 |
| US4822466A (en) * | 1987-06-25 | 1989-04-18 | University Of Houston - University Park | Chemically bonded diamond films and method for producing same |
| US4830702A (en) * | 1987-07-02 | 1989-05-16 | General Electric Company | Hollow cathode plasma assisted apparatus and method of diamond synthesis |
| JP2687129B2 (ja) * | 1988-03-15 | 1997-12-08 | ティーディーケイ株式会社 | ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置 |
| JPH01234396A (ja) * | 1988-03-15 | 1989-09-19 | Tdk Corp | ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置 |
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| JP2687156B2 (ja) * | 1989-01-26 | 1997-12-08 | ティーディーケイ株式会社 | ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置 |
-
1989
- 1989-08-23 JP JP1214913A patent/JP2837700B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-01-30 US US07/827,853 patent/US5662877A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0380190A (ja) | 1991-04-04 |
| US5662877A (en) | 1997-09-02 |
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