JPH11350140A - 窒化炭素膜の薄膜製造装置及びその製造方法 - Google Patents
窒化炭素膜の薄膜製造装置及びその製造方法Info
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- JPH11350140A JPH11350140A JP15725698A JP15725698A JPH11350140A JP H11350140 A JPH11350140 A JP H11350140A JP 15725698 A JP15725698 A JP 15725698A JP 15725698 A JP15725698 A JP 15725698A JP H11350140 A JPH11350140 A JP H11350140A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 目的とする窒化炭素膜の組成及び構造が得ら
れ、且つ、窒化炭素膜と基材との密着性を高める。 【解決手段】 真空容器１内に基材５を配置し、プラズ
マ発生装置６により、窒素または窒素を含む材料ガスの
プラズマを真空容器１内に供給すると同時に、プラズマ
発生装置８により、炭素を含む材料ガスのプラズマを真
空容器１内に供給する。次に、パルス高電圧電源１１に
より、基材５に負のパルス状高バイアス電圧を印加し
て、イオン１４を高エネルギーで基材５に引き込み、窒
化炭素膜と基材との混合層を形成する。その後、直流電
源１２により、基材５に低い負の直流バイアス電圧を印
加して、イオン１４を低エネルギーで基材５に引き込
み、窒化炭素膜の成膜をする。
れ、且つ、窒化炭素膜と基材との密着性を高める。 【解決手段】 真空容器１内に基材５を配置し、プラズ
マ発生装置６により、窒素または窒素を含む材料ガスの
プラズマを真空容器１内に供給すると同時に、プラズマ
発生装置８により、炭素を含む材料ガスのプラズマを真
空容器１内に供給する。次に、パルス高電圧電源１１に
より、基材５に負のパルス状高バイアス電圧を印加し
て、イオン１４を高エネルギーで基材５に引き込み、窒
化炭素膜と基材との混合層を形成する。その後、直流電
源１２により、基材５に低い負の直流バイアス電圧を印
加して、イオン１４を低エネルギーで基材５に引き込
み、窒化炭素膜の成膜をする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種回転機械の軸
受けやスライドなどの摺動部材、工具等、耐摩耗性を要
求される部材へ、窒化炭素膜を良好に成膜することので
きる窒化炭素膜の薄膜製造装置及びその製造方法に関す
る。
受けやスライドなどの摺動部材、工具等、耐摩耗性を要
求される部材へ、窒化炭素膜を良好に成膜することので
きる窒化炭素膜の薄膜製造装置及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化炭素（Carbon Nitride；以下ＣＮと
略す）は、β−Ｃ3 Ｎ4 構造を取るときダイヤモンドを
凌ぐ硬度を有すると計算により予測されている。また、
ＣＮはβ−Ｃ3 Ｎ4 構造以外の組成、構造においても潤
滑性、熱的安定性、化学的安定性にも優れていると予想
されていることより、各種回転機械の軸受けやスライド
等の摺動部材、工具等への応用が期待されている。
略す）は、β−Ｃ3 Ｎ4 構造を取るときダイヤモンドを
凌ぐ硬度を有すると計算により予測されている。また、
ＣＮはβ−Ｃ3 Ｎ4 構造以外の組成、構造においても潤
滑性、熱的安定性、化学的安定性にも優れていると予想
されていることより、各種回転機械の軸受けやスライド
等の摺動部材、工具等への応用が期待されている。
【０００３】そこでＣＮ膜を合成するために、幾つかの
方法で合成が試みられている。その方法としてはスパッ
タ法、プラズマＣＶＤ法、レーザー蒸着法等があるが、
未だβ−Ｃ3 Ｎ4 構造のＣＮ膜合成の確認例はない。
方法で合成が試みられている。その方法としてはスパッ
タ法、プラズマＣＶＤ法、レーザー蒸着法等があるが、
未だβ−Ｃ3 Ｎ4 構造のＣＮ膜合成の確認例はない。
【０００４】また、膜中の組成比だけに注目した場合
も、ＣＮ膜中の炭素／窒素組成比もβ−Ｃ3 Ｎ4 の化学
量論組成比（窒素：炭素＝３：４）が得られておらず、
全ての膜で、組成は炭素過剰で窒素含有率は最大でも３
０％となっている。
も、ＣＮ膜中の炭素／窒素組成比もβ−Ｃ3 Ｎ4 の化学
量論組成比（窒素：炭素＝３：４）が得られておらず、
全ての膜で、組成は炭素過剰で窒素含有率は最大でも３
０％となっている。
【０００５】また、合成されたＣＮ膜の性質も殆ど明ら
かになっていないとともに、十分な密着性を有するＣＮ
膜も合成されていない。
かになっていないとともに、十分な密着性を有するＣＮ
膜も合成されていない。
【０００６】また、スパッタ法、レーザー蒸着法等の物
理的蒸着法では、供給材料粒子の指向性が強く、各種回
転機械の軸受けやスライド等の摺動部材、工具等の立体
複雑形状部材へのＣＮ膜の合成は非常に困難である。
理的蒸着法では、供給材料粒子の指向性が強く、各種回
転機械の軸受けやスライド等の摺動部材、工具等の立体
複雑形状部材へのＣＮ膜の合成は非常に困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述の通り、従来の製
造方法では、目的とするＣＮ膜の組成及び構造が得られ
ていないが、その理由としては、炭素と窒素の反応性が
非常に低いこと及びβ−Ｃ3 Ｎ4 が非平衡物質であるた
め組成、構造の制御が非常に困難なことが挙げられる。
造方法では、目的とするＣＮ膜の組成及び構造が得られ
ていないが、その理由としては、炭素と窒素の反応性が
非常に低いこと及びβ−Ｃ3 Ｎ4 が非平衡物質であるた
め組成、構造の制御が非常に困難なことが挙げられる。
【０００８】また、ＣＮが非平衡物質であるため、膜中
に蓄積された内部応力が大きく十分な密着性が得られな
い。従って、β−Ｃ3 Ｎ4 合成のためには、炭素と窒素
の反応性を向上させるとともにＣＮ膜と基材との密着性
を向上させる必要がある。
に蓄積された内部応力が大きく十分な密着性が得られな
い。従って、β−Ｃ3 Ｎ4 合成のためには、炭素と窒素
の反応性を向上させるとともにＣＮ膜と基材との密着性
を向上させる必要がある。
【０００９】さらに各種回転機械の軸受けやスライド等
の摺動部材、工具等の立体複雑形状部材へのＣＮ膜の合
成に対し、対応可能とする必要がある。
の摺動部材、工具等の立体複雑形状部材へのＣＮ膜の合
成に対し、対応可能とする必要がある。
【００１０】本発明は上記従来技術に鑑み、目的とする
ＣＮ膜の組成及び構造が得られ、しかも、ＣＮ膜と基材
との密着性の高い窒化炭素膜の薄膜製造装置及びその製
造方法を提供することを目的とする。
ＣＮ膜の組成及び構造が得られ、しかも、ＣＮ膜と基材
との密着性の高い窒化炭素膜の薄膜製造装置及びその製
造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、真空容器と、この真空容器に対して絶縁状
態で基材を前記真空容器内に保持する基材ホルダーと、
窒素または窒素を含む材料ガスをプラズマ化して前記真
空容器内に供給する第１のプラズマ発生装置と、炭素を
含む材料ガスをプラズマ化して前記真空容器内に供給す
る第２のプラズマ発生装置と、前記真空容器の電位を基
準として負のパルス状高バイアス電圧を印加するパルス
高電圧電源と、前記真空容器の電位を基準として低い負
の直流バイアス電圧を印加する直流電源とを有すること
を特徴とする。
明の構成は、真空容器と、この真空容器に対して絶縁状
態で基材を前記真空容器内に保持する基材ホルダーと、
窒素または窒素を含む材料ガスをプラズマ化して前記真
空容器内に供給する第１のプラズマ発生装置と、炭素を
含む材料ガスをプラズマ化して前記真空容器内に供給す
る第２のプラズマ発生装置と、前記真空容器の電位を基
準として負のパルス状高バイアス電圧を印加するパルス
高電圧電源と、前記真空容器の電位を基準として低い負
の直流バイアス電圧を印加する直流電源とを有すること
を特徴とする。
【００１２】また本発明の構成は、真空空間中に配置し
た基材に対して、窒素または窒素を含む材料ガスのプラ
ズマと、炭素を含む材料ガスのプラズマとを同時に供給
し、まず、負のパルス状高バイアス電圧を前記基材に印
加して、プラズマ中のイオンを高エネルギーで加速して
前記基材にイオンを引き込み、窒化炭素膜と基材との混
合層を形成し、次に、低い負の直流バイアス電圧を前記
基材に印加して、プラズマ中のイオンを低エネルギーで
加速して前記混合層上に窒化炭素膜を合成することを特
徴とする。
た基材に対して、窒素または窒素を含む材料ガスのプラ
ズマと、炭素を含む材料ガスのプラズマとを同時に供給
し、まず、負のパルス状高バイアス電圧を前記基材に印
加して、プラズマ中のイオンを高エネルギーで加速して
前記基材にイオンを引き込み、窒化炭素膜と基材との混
合層を形成し、次に、低い負の直流バイアス電圧を前記
基材に印加して、プラズマ中のイオンを低エネルギーで
加速して前記混合層上に窒化炭素膜を合成することを特
徴とする。
【００１３】また本発明の構成は、前記負のパルス状高
バイアス電圧は、５ｋＶ以上，２００ｋＶ以下であり、
前記負の直流バイアス電圧は０．１ｋＶ以上，５ｋＶ未
満であることを特徴とする。
バイアス電圧は、５ｋＶ以上，２００ｋＶ以下であり、
前記負の直流バイアス電圧は０．１ｋＶ以上，５ｋＶ未
満であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態に係る
窒化炭素膜の薄膜製造装置及びこの装置を用いた窒化炭
素膜の薄膜製造方法を、図面に基づき詳細に説明する。
窒化炭素膜の薄膜製造装置及びこの装置を用いた窒化炭
素膜の薄膜製造方法を、図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】図１は、本発明の実施の形態に係る窒化炭
素膜の薄膜製造装置を示す。同図に示すように、本装置
では、真空排気装置２によって真空排気される真空容器
１を備えている。この真空容器１の中心部には、真空容
器１に対し絶縁体４で絶縁された基材ホルダー３が設置
されている。この基材ホルダー３には、基材５が取り付
けられる。
素膜の薄膜製造装置を示す。同図に示すように、本装置
では、真空排気装置２によって真空排気される真空容器
１を備えている。この真空容器１の中心部には、真空容
器１に対し絶縁体４で絶縁された基材ホルダー３が設置
されている。この基材ホルダー３には、基材５が取り付
けられる。
【００１６】また、この基材ホルダー３には、スイッチ
１３を介して、パルス高電圧電源１１と直流電源１２と
が選択的に接続される。つまり、スイッチ１３のスイッ
チングにより、基材ホルダー３とパルス高電圧電源１１
とが接続されると、基材ホルダー３ひいては基材５に
は、負のパルス状高バイアス電圧が印加される。また、
スイッチ１３のスイッチングにより、基材ホルダー３と
直流電源１２とが接続されると、基材ホルダー３ひいて
は基材５には、低い負の直流バイアス電圧が印加され
る。なお、ここでは、真空容器１の電位を基準（零電
位）として、電圧の正負を決めている。
１３を介して、パルス高電圧電源１１と直流電源１２と
が選択的に接続される。つまり、スイッチ１３のスイッ
チングにより、基材ホルダー３とパルス高電圧電源１１
とが接続されると、基材ホルダー３ひいては基材５に
は、負のパルス状高バイアス電圧が印加される。また、
スイッチ１３のスイッチングにより、基材ホルダー３と
直流電源１２とが接続されると、基材ホルダー３ひいて
は基材５には、低い負の直流バイアス電圧が印加され
る。なお、ここでは、真空容器１の電位を基準（零電
位）として、電圧の正負を決めている。
【００１７】また、真空容器１の上部には、窒素または
窒素を含む材料ガスをプラズマ化する第１のプラズマ発
生装置６が設置されている。このプラズマ発生装置６
は、材料ガス導入口７より導入された窒素または窒素を
含む材料ガスを、熱フィラメントによる電子励起、高周
波放電等でプラズマ化し、窒素または窒素を含む材料ガ
スからなるプラズマを、真空容器１内に供給する。
窒素を含む材料ガスをプラズマ化する第１のプラズマ発
生装置６が設置されている。このプラズマ発生装置６
は、材料ガス導入口７より導入された窒素または窒素を
含む材料ガスを、熱フィラメントによる電子励起、高周
波放電等でプラズマ化し、窒素または窒素を含む材料ガ
スからなるプラズマを、真空容器１内に供給する。
【００１８】また同様に、真空容器１の上部には、炭素
を含む材料ガスをプラズマ化する第２のプラズマ発生装
置８が設置されている。このプラズマ発生装置８は、材
料ガス導入口９より導入された炭素を含む材料ガスを、
熱フィラメントによる電子励起、高周波放電等でプラズ
マ化し、炭素を含む材料ガスからなるプラズマを、真空
容器１内に供給する。
を含む材料ガスをプラズマ化する第２のプラズマ発生装
置８が設置されている。このプラズマ発生装置８は、材
料ガス導入口９より導入された炭素を含む材料ガスを、
熱フィラメントによる電子励起、高周波放電等でプラズ
マ化し、炭素を含む材料ガスからなるプラズマを、真空
容器１内に供給する。
【００１９】このようなプラズマ発生装置６，８によ
り、基材５の周囲に窒素または窒素を含む材料ガス及び
炭素を含む材料ガスからなるプラズマ１０を形成する。
り、基材５の周囲に窒素または窒素を含む材料ガス及び
炭素を含む材料ガスからなるプラズマ１０を形成する。
【００２０】次に、図１に示す窒化炭素膜の薄膜製造装
置を用いて、ＣＮ膜を合成する方法を説明する。
置を用いて、ＣＮ膜を合成する方法を説明する。
【００２１】まず、形状５０×５０×５０ｍｍ立方体
（例えば高速度工具鋼）からなる基材５を、有機溶媒
（例えばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器
１内の基材ホルダー３に設置する。この状態で、真空排
気装置２を作動させて、真空容器１内の圧力が５×１０
-5torr以下となるように予備排気する。
（例えば高速度工具鋼）からなる基材５を、有機溶媒
（例えばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器
１内の基材ホルダー３に設置する。この状態で、真空排
気装置２を作動させて、真空容器１内の圧力が５×１０
-5torr以下となるように予備排気する。
【００２２】次にプラズマ発生装置６の材料ガス導入口
７より窒素ガスを導入する。プラズマ発生装置６内には
熱電子発生用の熱フィラメントが内蔵してあり、電子励
起により窒素ガスをプラズマ化する。また、これと同時
に、プラズマ発生装置８のガス導入口９よりエタン（Ｃ
2 Ｈ6 ）ガスを導入する。プラズマ発生装置８内にも熱
電子発生用の熱フィラメントが内蔵してあり、電子励起
によりエタンガスをプラズマ化する。この結果、基材５
の周囲には、窒素及びエタンを材料ガスとしたプラズマ
１０が発生する。
７より窒素ガスを導入する。プラズマ発生装置６内には
熱電子発生用の熱フィラメントが内蔵してあり、電子励
起により窒素ガスをプラズマ化する。また、これと同時
に、プラズマ発生装置８のガス導入口９よりエタン（Ｃ
2 Ｈ6 ）ガスを導入する。プラズマ発生装置８内にも熱
電子発生用の熱フィラメントが内蔵してあり、電子励起
によりエタンガスをプラズマ化する。この結果、基材５
の周囲には、窒素及びエタンを材料ガスとしたプラズマ
１０が発生する。
【００２３】この際の真空容器１内の圧力は５×１０-4
torrで、熱フィラメントには５０Ａの電流を流した。ま
た、窒素ガスとエタンガスの流量比はそれぞれ、２０体
積％と８０体積％である。
torrで、熱フィラメントには５０Ａの電流を流した。ま
た、窒素ガスとエタンガスの流量比はそれぞれ、２０体
積％と８０体積％である。
【００２４】次にこの状態で、スイッチ１３のスイッチ
ングにより、基材ホルダー３とパルス高電圧電源１１と
を接続し、基材ホルダー３ひいては基材５に、負のパル
ス状高バイアス電圧を印加する。基材５に負のパルス状
高バイアス電圧を印加することにより、プラズマ１０中
に生成しているイオン１４を高エネルギーに加速し、基
材５に引き込む。このとき、パルス高電圧電源１１の電
圧は７０ｋＶ、パルス幅は１０μｓ、繰返し周波数は５
００Ｈｚ、処理時間は１５分である。この処理により、
窒化炭素膜と基材５との混合層が、基材５の表面に形成
される。この混合層は、その上に形成される窒化炭素膜
の密着性を向上させる効果がある。
ングにより、基材ホルダー３とパルス高電圧電源１１と
を接続し、基材ホルダー３ひいては基材５に、負のパル
ス状高バイアス電圧を印加する。基材５に負のパルス状
高バイアス電圧を印加することにより、プラズマ１０中
に生成しているイオン１４を高エネルギーに加速し、基
材５に引き込む。このとき、パルス高電圧電源１１の電
圧は７０ｋＶ、パルス幅は１０μｓ、繰返し周波数は５
００Ｈｚ、処理時間は１５分である。この処理により、
窒化炭素膜と基材５との混合層が、基材５の表面に形成
される。この混合層は、その上に形成される窒化炭素膜
の密着性を向上させる効果がある。
【００２５】この後に、スイッチ１３のスイッチングに
より、基材ホルダー３と直流電源１２とを接続し、基材
ホルダー３ひいては基材５に、低い負の直流バイアス電
圧を印加する。具体的には、直流電源１２から基材５
に、0.１ｋＶの負の直流バイアス電圧を印加し、プラズ
マ１０中のイオン１４を基材５に低エネルギーで引き込
み、ＣＮ膜の成膜を開始する。成膜時間は６０分であ
る。この処理により、前記混合層の上に、ＣＮ膜が成膜
される。
より、基材ホルダー３と直流電源１２とを接続し、基材
ホルダー３ひいては基材５に、低い負の直流バイアス電
圧を印加する。具体的には、直流電源１２から基材５
に、0.１ｋＶの負の直流バイアス電圧を印加し、プラズ
マ１０中のイオン１４を基材５に低エネルギーで引き込
み、ＣＮ膜の成膜を開始する。成膜時間は６０分であ
る。この処理により、前記混合層の上に、ＣＮ膜が成膜
される。
【００２６】以上の方法で作製したＣＮ膜を光電子分光
分析法により調べた結果、炭素と窒素の結合が認めら
れ、ＣＮ膜が合成されていることが確認できた。
分析法により調べた結果、炭素と窒素の結合が認めら
れ、ＣＮ膜が合成されていることが確認できた。
【００２７】図２にプラズマ源に対する基材５の向きを
示す。また、表１にＡ面（プラズマ源に面した面）、Ｂ
面及びＣ面（Ａ面に垂直な面）に形成した、ＣＮ膜の炭
素／窒素組成比を示す。３面ともほぼ同一の炭素／窒素
組成比１に近い値を示した。また、同表１にＡ、Ｂ、Ｃ
面でのＣＮ膜の膜厚を示す。ほぼ同一の膜厚を示してい
る。
示す。また、表１にＡ面（プラズマ源に面した面）、Ｂ
面及びＣ面（Ａ面に垂直な面）に形成した、ＣＮ膜の炭
素／窒素組成比を示す。３面ともほぼ同一の炭素／窒素
組成比１に近い値を示した。また、同表１にＡ、Ｂ、Ｃ
面でのＣＮ膜の膜厚を示す。ほぼ同一の膜厚を示してい
る。
【００２８】
【表１】
【００２９】次に、図３にＣＮ膜の密着力の比較を示
す。密着力はスクラッチ試験により行い、ＣＮ膜が基材
５から剥離するときの力により評価した。Ａ、Ｂ、Ｃ面
ともほぼ同等の値を示した。また比較のために、パルス
状高バイアス電圧の印加なしに、負の直流バイアス電圧
を印加し、ＣＮ膜の成膜を行った試料の値も示す。
す。密着力はスクラッチ試験により行い、ＣＮ膜が基材
５から剥離するときの力により評価した。Ａ、Ｂ、Ｃ面
ともほぼ同等の値を示した。また比較のために、パルス
状高バイアス電圧の印加なしに、負の直流バイアス電圧
を印加し、ＣＮ膜の成膜を行った試料の値も示す。
【００３０】この結果より、パルス状高バイアス電圧を
印加し作製したＣＮ膜の方が約３倍の密着力を有してい
ることがわかる。また、Ａ、Ｂ、Ｃ面に作製した、ＣＮ
膜とＳＵＳボールとの摺動試験の結果、摩擦係数が基材
である高速度工具鋼よりも低く、摩耗幅も小さいという
結果が得られ、耐摩耗性に優れていることも確認され
た。
印加し作製したＣＮ膜の方が約３倍の密着力を有してい
ることがわかる。また、Ａ、Ｂ、Ｃ面に作製した、ＣＮ
膜とＳＵＳボールとの摺動試験の結果、摩擦係数が基材
である高速度工具鋼よりも低く、摩耗幅も小さいという
結果が得られ、耐摩耗性に優れていることも確認され
た。
【００３１】なお、負のパルス状高バイアス電圧は約５
ｋＶ以上、２００ｋＶ以下であれば、それぞれの原料ガ
ス導入量、プラズマ発生源に導入する電力を調整するこ
とにより、密着性を向上させる混合層を形成することが
できる。これは、負のパルス状高バイアス電圧が５ｋＶ
以下のときは密着性を向上させるに十分な混合層が形成
できず、また、負のパルス状高バイアス電圧が２００ｋ
Ｖ以上のときはイオンが基材内部深くへ注入されるため
基材表面に混合層が形成できないためである。またパル
ス状電圧とした理由は、高電圧印加で発生し易い、基材
５と真空容器１との間でのブレークダウンを防止するた
めである。
ｋＶ以上、２００ｋＶ以下であれば、それぞれの原料ガ
ス導入量、プラズマ発生源に導入する電力を調整するこ
とにより、密着性を向上させる混合層を形成することが
できる。これは、負のパルス状高バイアス電圧が５ｋＶ
以下のときは密着性を向上させるに十分な混合層が形成
できず、また、負のパルス状高バイアス電圧が２００ｋ
Ｖ以上のときはイオンが基材内部深くへ注入されるため
基材表面に混合層が形成できないためである。またパル
ス状電圧とした理由は、高電圧印加で発生し易い、基材
５と真空容器１との間でのブレークダウンを防止するた
めである。
【００３２】また、ＣＮ膜成膜時の負の直流バイアス電
圧は0.１ｋＶ以上５ｋＶ未満であれば、同様に、それぞ
れの原料ガス導入量、プラズマ発生源に導入する電力を
調整することにより、炭素／窒素組成比１のＣＮ膜を成
膜することができる。これは、0.１ｋＶ未満では、窒素
と炭素が反応せず、ＣＮ膜は合成できず、また、５ｋＶ
を超えると膜合成よりも、混合層の形成が進むためであ
る。
圧は0.１ｋＶ以上５ｋＶ未満であれば、同様に、それぞ
れの原料ガス導入量、プラズマ発生源に導入する電力を
調整することにより、炭素／窒素組成比１のＣＮ膜を成
膜することができる。これは、0.１ｋＶ未満では、窒素
と炭素が反応せず、ＣＮ膜は合成できず、また、５ｋＶ
を超えると膜合成よりも、混合層の形成が進むためであ
る。
【００３３】窒素または窒素を含むガスとしては、窒素
ガス以外にも、窒素とアルゴン、ネオン等の希ガスとの
混合ガス、アンモニアを用いても、炭素を含むガスとし
ては、メタン、アセチレン、ベンゼン蒸気を用いても、
同性能のＣＮ膜が合成可能である。
ガス以外にも、窒素とアルゴン、ネオン等の希ガスとの
混合ガス、アンモニアを用いても、炭素を含むガスとし
ては、メタン、アセチレン、ベンゼン蒸気を用いても、
同性能のＣＮ膜が合成可能である。
【００３４】さらに、材料ガスの励起手段としては、熱
フィラメントによる電子励起以外にも、１3.５６ＭＨz
の高周波を用いた高周波放電、マイクロ波を用いたマイ
クロ波放電を用いても、同性能のＣＮ膜が合成可能であ
る。
フィラメントによる電子励起以外にも、１3.５６ＭＨz
の高周波を用いた高周波放電、マイクロ波を用いたマイ
クロ波放電を用いても、同性能のＣＮ膜が合成可能であ
る。
【００３５】上述したように、基材に、低いエネルギー
の窒素を含むイオンの供給と炭素を含むイオンの供給を
同時に行う本発明方法は、非平衡物質合成に有効な手段
であり、炭素と窒素の反応性を向上させることが可能で
ある。
の窒素を含むイオンの供給と炭素を含むイオンの供給を
同時に行う本発明方法は、非平衡物質合成に有効な手段
であり、炭素と窒素の反応性を向上させることが可能で
ある。
【００３６】また、基材への窒素を含むイオンと炭素を
含むイオンの供給量を変化させることにより、ＣＮ膜中
の炭素／窒素組成比を変化させることができる。
含むイオンの供給量を変化させることにより、ＣＮ膜中
の炭素／窒素組成比を変化させることができる。
【００３７】また、供給イオンのエネルギーを十分高く
することにより、その運動エネルギーによりＣＮ膜と基
材の混合層が形成され、この混合層上に、低エネルギー
でＣＮ膜を合成することにより、ＣＮ膜／基材間の密着
性を向上させることができる。
することにより、その運動エネルギーによりＣＮ膜と基
材の混合層が形成され、この混合層上に、低エネルギー
でＣＮ膜を合成することにより、ＣＮ膜／基材間の密着
性を向上させることができる。
【００３８】
【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように発明では、真空容器と、この真空容器に対して絶
縁状態で基材を前記真空容器内に保持する基材ホルダー
と、窒素または窒素を含む材料ガスをプラズマ化して前
記真空容器内に供給する第１のプラズマ発生装置と、炭
素を含む材料ガスをプラズマ化して前記真空容器内に供
給する第２のプラズマ発生装置と、前記真空容器の電位
を基準として負のパルス状高バイアス電圧を印加するパ
ルス高電圧電源と、前記真空容器の電位を基準として低
い負の直流バイアス電圧を印加する直流電源とを有する
構成とした。
ように発明では、真空容器と、この真空容器に対して絶
縁状態で基材を前記真空容器内に保持する基材ホルダー
と、窒素または窒素を含む材料ガスをプラズマ化して前
記真空容器内に供給する第１のプラズマ発生装置と、炭
素を含む材料ガスをプラズマ化して前記真空容器内に供
給する第２のプラズマ発生装置と、前記真空容器の電位
を基準として負のパルス状高バイアス電圧を印加するパ
ルス高電圧電源と、前記真空容器の電位を基準として低
い負の直流バイアス電圧を印加する直流電源とを有する
構成とした。
【００３９】また本発明では、真空空間中に配置した基
材に対して、窒素または窒素を含む材料ガスのプラズマ
と、炭素を含む材料ガスのプラズマとを同時に供給し、
まず、負のパルス状高バイアス電圧を前記基材に印加し
て、プラズマ中のイオンを高エネルギーで加速して前記
基材にイオンを引き込み、窒化炭素膜と基材との混合層
を形成し、次に、低い負の直流バイアス電圧を前記基材
に印加して、プラズマ中のイオンを低エネルギーで加速
して前記混合層上に窒化炭素膜を合成する構成とした。
材に対して、窒素または窒素を含む材料ガスのプラズマ
と、炭素を含む材料ガスのプラズマとを同時に供給し、
まず、負のパルス状高バイアス電圧を前記基材に印加し
て、プラズマ中のイオンを高エネルギーで加速して前記
基材にイオンを引き込み、窒化炭素膜と基材との混合層
を形成し、次に、低い負の直流バイアス電圧を前記基材
に印加して、プラズマ中のイオンを低エネルギーで加速
して前記混合層上に窒化炭素膜を合成する構成とした。
【００４０】このように本発明では、窒素を含むイオン
と炭素を含むイオンの供給を同時に行うことにより、炭
素と窒素の反応性を向上させて、非平行物質である窒化
炭素膜の合成を迅速に行うことができる。また、窒素を
含むイオンと炭素を含むイオンの供給量を変化させるこ
とにより、窒化炭素膜中の炭素／窒素組成比を変化させ
ることができる。
と炭素を含むイオンの供給を同時に行うことにより、炭
素と窒素の反応性を向上させて、非平行物質である窒化
炭素膜の合成を迅速に行うことができる。また、窒素を
含むイオンと炭素を含むイオンの供給量を変化させるこ
とにより、窒化炭素膜中の炭素／窒素組成比を変化させ
ることができる。
【００４１】また、最初は負のパルス状高バイアス電圧
を基材に印加して供給イオンのエネルギーを十分高くす
ることにより、その運動エネルギーにより窒化炭素膜と
基材との混合層が形成でき、その後は、低い負の直流バ
イアス電圧を基材に印加することにより、低いエネルギ
ーで窒化炭素膜を合成できる結果、窒化炭素膜と基材間
の密着性を向上させることができる。
を基材に印加して供給イオンのエネルギーを十分高くす
ることにより、その運動エネルギーにより窒化炭素膜と
基材との混合層が形成でき、その後は、低い負の直流バ
イアス電圧を基材に印加することにより、低いエネルギ
ーで窒化炭素膜を合成できる結果、窒化炭素膜と基材間
の密着性を向上させることができる。
【００４２】また本発明では、前記負のパルス状高バイ
アス電圧は、５ｋＶ以上，２００ｋＶ以下であり、前記
負の直流バイアス電圧は０．１ｋＶ以上，５ｋＶ未満で
ある構成とした。このようにしたため、基材表面に混合
層を形成できると共に、窒化炭素膜の合成が良好に進
む。
アス電圧は、５ｋＶ以上，２００ｋＶ以下であり、前記
負の直流バイアス電圧は０．１ｋＶ以上，５ｋＶ未満で
ある構成とした。このようにしたため、基材表面に混合
層を形成できると共に、窒化炭素膜の合成が良好に進
む。
【００４３】結局、本発明による窒化炭素膜の薄膜製造
装置及びその製造方法は、炭素と窒素の化合物膜合成を
可能とするもので、高い密着力を有し耐摩耗性に優れた
窒化炭素膜を形成できる。また、立体複雑形状部材への
窒化炭素膜の成膜に対しても対応可能で、各種回転機械
の軸受けやスライドなどの摺動部材、工具等、耐摩耗性
を要求される部材への窒化炭素膜の製造に用いることが
できる。
装置及びその製造方法は、炭素と窒素の化合物膜合成を
可能とするもので、高い密着力を有し耐摩耗性に優れた
窒化炭素膜を形成できる。また、立体複雑形状部材への
窒化炭素膜の成膜に対しても対応可能で、各種回転機械
の軸受けやスライドなどの摺動部材、工具等、耐摩耗性
を要求される部材への窒化炭素膜の製造に用いることが
できる。
【図１】本発明の実施の形態に係る窒化炭素膜の薄膜製
造装置を示す概略構造図。
造装置を示す概略構造図。
【図２】プラズマ源に対する基材の向きを示す説明図。
【図３】スクラッチ試験による窒化炭素膜（ＣＮ膜）の
密着力の比較を表わす特性図である。
密着力の比較を表わす特性図である。
１ 真空容器 ２ 真空排気装置 ３ 基材ホルダー ４ 絶縁体 ５ 基材 ６，８ プラズマ発生装置 ７，９ 材料ガス導入口 １０ プラズマ １１ パルス高電圧電源 １２ 直流電源 １３ スイッチ １４ イオン
Claims (4)
- 【請求項１】 真空容器と、 この真空容器に対して絶縁状態で基材を前記真空容器内
に保持する基材ホルダーと、 窒素または窒素を含む材料ガスをプラズマ化して前記真
空容器内に供給する第１のプラズマ発生装置と、 炭素を含む材料ガスをプラズマ化して前記真空容器内に
供給する第２のプラズマ発生装置と、 前記真空容器の電位を基準として負のパルス状高バイア
ス電圧を印加するパルス高電圧電源と、 前記真空容器の電位を基準として低い負の直流バイアス
電圧を印加する直流電源とを有することを特徴とする窒
化炭素膜の薄膜製造装置。 - 【請求項２】 前記負のパルス状高バイアス電圧は、５
ｋＶ以上，２００ｋＶ以下であり、前記負の直流バイア
ス電圧は０．１ｋＶ以上，５ｋＶ未満であることを特徴
とする請求項１の窒化炭素膜の薄膜製造装置。 - 【請求項３】 真空空間中に配置した基材に対して、窒
素または窒素を含む材料ガスのプラズマと、炭素を含む
材料ガスのプラズマとを同時に供給し、 まず、負のパルス状高バイアス電圧を前記基材に印加し
て、プラズマ中のイオンを高エネルギーで加速して前記
基材にイオンを引き込み、窒化炭素膜と基材との混合層
を形成し、 次に、低い負の直流バイアス電圧を前記基材に印加し
て、プラズマ中のイオンを低エネルギーで加速して前記
混合層上に窒化炭素膜を合成することを特徴とする窒化
炭素膜の薄膜製造方法。 - 【請求項４】 前記負のパルス状高バイアス電圧は、５
ｋＶ以上，２００ｋＶ以下であり、前記負の直流バイア
ス電圧は０．１ｋＶ以上，５ｋＶ未満であることを特徴
とする請求項３の窒化炭素膜の薄膜製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15725698A JPH11350140A (ja) | 1998-06-05 | 1998-06-05 | 窒化炭素膜の薄膜製造装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15725698A JPH11350140A (ja) | 1998-06-05 | 1998-06-05 | 窒化炭素膜の薄膜製造装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11350140A true JPH11350140A (ja) | 1999-12-21 |
Family
ID=15645685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15725698A Pending JPH11350140A (ja) | 1998-06-05 | 1998-06-05 | 窒化炭素膜の薄膜製造装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11350140A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010010477A (ja) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | デチャック機構、真空装置、デチャック方法およびデチャック用部品 |
| WO2015110117A3 (de) * | 2014-01-23 | 2016-03-10 | Kevin Jablonka | Verfahren zur herstellung eines polymeren kohlenstoffnitrid-katalysators |
-
1998
- 1998-06-05 JP JP15725698A patent/JPH11350140A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010010477A (ja) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | デチャック機構、真空装置、デチャック方法およびデチャック用部品 |
| WO2015110117A3 (de) * | 2014-01-23 | 2016-03-10 | Kevin Jablonka | Verfahren zur herstellung eines polymeren kohlenstoffnitrid-katalysators |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20040701 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040713 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040910 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050315 |