JP4536090B2 - 炭素薄膜の製造方法 - Google Patents
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Description
DLC皮膜1は、バルブシャフト3の表面上に形成されているが、バルブシャフト3は、DLC皮膜1の成膜時には基材として用いられ、その上にDLC皮膜1が成膜される。基材及び前記DLC皮膜1の両者を総称して、以下、適宜、炭素薄膜付与体7という。また、基材及びDLC皮膜1間に介在される中間層を含めたものも、以下、適宜、炭素薄膜付与体7という。
特許文献2に示される成膜技術では、中間層を成膜する場合、中間層の成膜開始直後には高負電圧のバイアス(バイアス電圧として−500〜−2000V程度の高負電圧)で成膜し、段階的に低負電圧のバイアス(最終的なバイアス電圧は約−0V〜−50V程度が望ましい)とすることで更に密着性を向上させることが出来るとされている(特許文献2の段落「0046」、「0047」)。
本願発明者等は、中間層を介して基材上に成膜されるダイヤモンドライクカーボンの被膜(DLC被膜)の密着性について鋭意検討した結果、中間層の成膜時に基材に印加するバイアス電圧とDLC被膜の密着性との間に密接な相関があり、中間層の成膜を、基材に印加されるバイアス電圧を0V〜−30Vの範囲の一定値に設定して行うと、DLC被膜の密着性が極めて優れたものになることを見出した。
本願発明は、上記した知見に基いてなされたもので、基材の表面に中間層を成膜し、該中間層の表面にダイヤモンドライクカーボンの被膜を形成する炭素薄膜の製造方法において、前記中間層の成膜を、前記基材に印加されるバイアス電圧を0V〜−30Vの範囲の一定値に設定して行うことを特徴とする。
本願発明によれば、基材の表面に中間層を成膜し、該中間層の表面にダイヤモンドライクカーボンの被膜を形成する炭素薄膜の製造方法において、前記中間層の成膜を、前記基材に印加されるバイアス電圧を0V〜−30Vの範囲の一定値に設定して行うので、中間層が、過度に硬質化するようなことが回避され、靭性に富んだものになり、中間層の上層に成膜されたダイヤモンドライクカーボンの被膜から作用する応力及び外力を緩和する能力が高くなり、剥離の原因となる中間層内でのクラック発生が生じにくくなる。
本願発明は、次の(1)、(2)項の態様で構成される。(1)、(2)項の態様が夫々請求項1、(2)に相当している。
(2)前記ダイヤモンドライクカーボンの被膜の形成は、PVD法又はCVD法により行われることを特徴とする(1)項に記載の炭素薄膜の製造方法。
(1)、(2)項に記載の発明によれば、中間層が、過度に硬質化するようなことが回避され、靭性に富んだものになるので、中間層にクラックが発生することひいてはダイヤモンドライクカーボンの被膜に亀裂を生じさせるようなことがなくなり、密着性を向上できる。
図1は、本発明の一実施の形態に係る炭素薄膜の製造工程を示し、(a)はクリーニング工程、(b)は中間層成膜工程、(c)は硬質炭素薄膜(DLC被膜1)の成膜工程を示す図である。
図2は、同炭素薄膜の製造に用いられるマグネトロンスパッタリング装置10を示し、(a)は、マグネトロンスパッタリング装置10を模式的に示す部分断面の平面図、(b)は、マグネトロンスパッタリング装置10を模式的に示す部分断面の側面図である。
図1(a)〜(c)において、5はステンレスからなる基材、6は、マグネトロンスパッタリング法により基材1の表面に積層形成された中間層、1は、プラズマCVD法により中間層6の表面に積層形成されたダイヤモンドライクカーボン皮膜(DLC皮膜)である。基材5、中間層6及びDLC皮膜1を合わせて、以下、適宜、炭素薄膜付与体7という。中間層6は、Cr及びWCを含むものになっている。
4箇所の蒸発源12のうち、相対向する2箇所の蒸発源12には、Crを成分とするターゲット14(以下、Crターゲット14Aという。)が配置され、残りの相対向する2箇所の蒸発源12には、WCを成分とするターゲット14(以下、WCターゲット14Bという。)が配置されている。
各ターゲット14(Crターゲット14A、WCターゲット14B)には、真空槽11外に配置したスパッタ電源16が夫々接続され、負のバイアス電圧が印加されるようになっている。
上述したように回転テーブル17及び回転軸18が回転することにより、基材載置部18bに載置された各基材5は、自転しながら回転テーブル17の軸線回りに公転運動をするようになっている。また、基材ホルダ13にはバイアス電源19が接続されており、当該基材ホルダ13及び当該基材ホルダ13に保持される基材5に0Vを含む負のバイアス電圧が印加されるようになっている。
以下、本実施の形態の作用を、上記各工程に沿って、これに対応する図1(a)〜(c)及び図3〜図5に基づいて説明する。
また、図4(b)に示すように、時間経過に伴い、Crターゲット14Aへの投入電力を絞る一方、WCターゲット14Bへの投入電力を増加させることにより、中間層6は、Cr成分及びWC成分について、膜厚が厚くなるほうに向かってWC成分が多くなるようにその組成が徐々に変化して形成される。なお、このように中間層6について、膜厚が厚くなるほうに向かってWC成分が多くなるように組成が徐々に変化することを、図6(a)に模式的に示している。
続いて、冷却工程ST6において、炭素薄膜付与体7に対する冷却処理が行われ、出荷を待つことになる。
このバレル研磨工程ST7に続いて行う目視検査工程ST8では、顕在化された剥離が一定以上の大きさになっているか否かを目視により判定する。図7(b)は、密着性が低く不良品とされた炭素薄膜付与体7の写真を模式的に示した図であり、図中、30が剥離発生部位を示している。図7(b)に示される炭素薄膜付与体7は、密着性が低いために、バレル研磨でかかる力により剥離が発生する。換言すれば、バレル研磨工程ST7で行われるバレル研磨により密着性が検査されることになる。
そして、上述したバレル研磨手法を用いて、密着性の検査を行った。この検査により、図8に示すように、−150Vのバイアス電圧を基材5に印加して成膜された中間層6を有する炭素薄膜付与体7では、密着不良とされた割合(密着不良発生率)は、約40%であった。
同様に、−50V、−40V、−30V、0Vのバイアス電圧を夫々基材5に印加して成膜された中間層6を有する炭素薄膜付与体7の夫々では、密着不良発生率は、夫々、約10%、約10%、約1%、約1%であった。
その断面調査の結果、図9(a)に示されるように、炭素薄膜付与体7の中間層6の内部にクラックが生じ、剥離が進展している(剥離が発生している部分をDLC剥離部という。)ことを示す結果が得られた。なお、断面調査において、DLC剥離部を含む炭素薄膜付与体7の写真を撮ったが、図9(a)は、その写真内容の特徴を示すために作成した模式図である。
(i)バイアス電圧が−150Vである場合には、中間層6は硬く〔硬度が1170(DH)〕、脆化した状態になっており、クラックが発生しやすくなっている。
(ii)バイアス電圧が0Vである場合には、中間層6は柔らかく〔硬度が690(DH)〕、強靭な特性を有しており、破壊起点が発生しにくい状態になっている。
本願発明は、上述した検査結果(図8)、断面調査〔図9(a)〕、中間層6の硬度測定〔図9(b)〕などにより得られる知見に基づいてなされたものであり、上述したように密着性の向上を適切に果すことができる。
Claims (2)
- 基材の表面に中間層を成膜し、該中間層の表面にダイヤモンドライクカーボンの被膜を形成する炭素薄膜の製造方法において、
Crを成分とするCrターゲットと、WCを成分とするWCターゲットとが配置された真空層を備えるマグネトロンスパッタリング装置を用い、PVD法により、前記基材に印加されるバイアス電圧を0V〜−30Vの範囲の一定値に設定して、かつ、前記中間層の成膜工程における初期段階では、前記Crターゲットへのみ電力を投入し、徐々に前記WCターゲットへの投入電力を増すと共に、前記Crターゲットへの投入電力を絞り、当該工程における最終段階では、前記Crターゲットへの投入電力はゼロにして、Cr及びWCを含む中間層の成膜を行うことを特徴とする炭素薄膜の製造方法。 - 前記ダイヤモンドライクカーボンの被膜の形成は、PVD法又はCVD法により行われることを特徴とする請求項1に記載の炭素薄膜の製造方法。
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