JP2001234340A - Amorphous hard carbon film and its deposition method - Google Patents

Amorphous hard carbon film and its deposition method

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JP2001234340A
JP2001234340A JP2000050411A JP2000050411A JP2001234340A JP 2001234340 A JP2001234340 A JP 2001234340A JP 2000050411 A JP2000050411 A JP 2000050411A JP 2000050411 A JP2000050411 A JP 2000050411A JP 2001234340 A JP2001234340 A JP 2001234340A
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hard carbon
electrode
carbon film
pulse
amorphous hard
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Sanehiro Tomita
修弘 富田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition method for obtaining an amorphous hard carbon film good in wear resistance, sliding characteristics and adhesion by a relatively simple procedure. SOLUTION: A high-frequency signal is applied to the space between two electrodes 2 and 3 arranged in a confronted state in an evaporation chamber 1 held to a vacuum with a high-frequency generator 5, a pulse modulator 6 and a matching circuit 7 in a pulse way with a prescribed repeated cycle, a prescribed pulse width and a prescribed high-frequency power, and moreover, reaction gas is introduced therein to cause plasma reaction, so that an amorphous hard carbon film is deposited on a substrate 4 placed on the second electrode 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、非晶質硬
質炭素膜及びその成膜方法に係り、特に、耐摩耗性、摺
動特性及び密着性等の向上を図ったものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to, for example, an amorphous hard carbon film and a method for forming the same, and more particularly, to a film having improved wear resistance, sliding characteristics, and adhesion.

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質硬質炭素膜は、比較的高い硬度を
有することから機械部品等の硬質被覆材として注目され
ているものである。この非晶質硬質炭素膜を形成する方
法としては、例えば、連続放電のRFプラズマCVD法
等により、鉄合金やアルミニウム系合金からなる基板に
数μmの膜厚で形成する方法がある、この方法で形成さ
れた非晶質硬質炭素膜は、その形成時に発生する熱応力
や圧力応力などに起因して生ずる残留応力により剥離し
易いという欠点があった。そこで、かかる欠点を解消す
べく、例えば、特開昭58−126972号公報におい
ては、非晶質硬質炭素膜が形成される基板と非晶質硬質
炭素膜との間に中間層を形成することが提案されてお
り、また、特開平4−300287号公報においては、
膜中水素濃度を制御して密着性の向上を図ることが提案
されている。
2. Description of the Related Art Amorphous hard carbon films have attracted attention as hard coating materials for mechanical parts and the like because of their relatively high hardness. As a method of forming the amorphous hard carbon film, for example, there is a method of forming a film having a thickness of several μm on a substrate made of an iron alloy or an aluminum alloy by a continuous discharge RF plasma CVD method or the like. The amorphous hard carbon film formed by the method described above has a drawback that the amorphous hard carbon film is easily peeled off due to residual stress caused by thermal stress, pressure stress, and the like generated during the formation. In order to solve such a disadvantage, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 58-126972 discloses that an intermediate layer is formed between a substrate on which an amorphous hard carbon film is formed and an amorphous hard carbon film. Has been proposed, and in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-300287,
It has been proposed to improve the adhesion by controlling the hydrogen concentration in the film.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法にあっては、成膜の手順が繁雑化し、ひいては非晶
質硬質炭素膜を被覆材として使用してなる機械部品等の
高価格化を招く等の問題があった。また、後者の方法に
よるものは、現実の機械部品の使用に十分耐え得るレベ
ルとは言い難いものであるという問題があった。本発明
は、上記実状に鑑みてなされたもので、比較的簡素な成
膜手順で、従来に比して、耐摩耗性、摺動特性及び密着
性の良好な非晶質硬質炭素膜及びその成膜方法を提供す
るものである。本発明の他の目的は、従来の製造装置に
簡易な改造を加えることで実現できる非晶質硬質炭素膜
の成膜方法を提供することにある。本発明の他の目的
は、基板の温度上昇が少なくて済む成膜方法を提供する
ことにある。
However, in the former method, the procedure of film formation is complicated, and as a result, the cost of machine parts and the like using an amorphous hard carbon film as a coating material is increased. There were problems such as invitation. In addition, the latter method has a problem that it cannot be said that it is at a level that can sufficiently withstand the use of actual mechanical parts. The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has a relatively simple film-forming procedure, compared with the prior art, abrasion resistance, sliding characteristics and good adhesion of an amorphous hard carbon film and the same. It is intended to provide a film forming method. Another object of the present invention is to provide a method of forming an amorphous hard carbon film which can be realized by adding a simple modification to a conventional manufacturing apparatus. Another object of the present invention is to provide a film forming method that requires a small increase in the temperature of the substrate.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記発明の目的を達成す
るため、本発明に係る非晶質硬質炭素膜の成膜方法は、
真空に保持された蒸着室内に第1及び第2の電極を対向
状態に配設し、前記第2の電極に高周波信号を発生する
信号源を接続し、前記二つの電極間に高圧の高周波信号
を印加すると共に、反応ガスを導入してプラズマ反応を
生じせしめ、前記第2の電極面に載置された基板に非晶
質硬質炭素膜を蒸着により成膜する方法であって、前記
高周波信号の前記電極間への印加をパルス的に、所定の
繰り返し周期、所定のパルス幅、所定の高周波電力で行
い、非晶質硬質炭素膜を得るよう構成されてなるもので
ある。
In order to achieve the above object, a method for forming an amorphous hard carbon film according to the present invention comprises:
A first and a second electrode are disposed in a vapor deposition chamber held in a vacuum, facing each other, a signal source for generating a high-frequency signal is connected to the second electrode, and a high-frequency high-frequency signal is applied between the two electrodes. And applying a reaction gas to cause a plasma reaction to occur, and forming an amorphous hard carbon film by vapor deposition on a substrate mounted on the second electrode surface, wherein the high-frequency signal is Is applied in a pulsed manner with a predetermined repetition period, a predetermined pulse width, and a predetermined high-frequency power to obtain an amorphous hard carbon film.

【0005】かかる成膜方法により得られた非晶質硬質
炭素膜は、無潤滑大気中における膜の摩耗量、摩擦係数
及び相手材の摩耗量、軽油中における相手材の摩耗量が
従来の成膜方法によるものに比して低減され、さらに、
従来のようないわゆる中間層を設けることなく高い密着
性を呈するものである。特に、所定の繰り返し周期は、
40Hz以上であり、所定の時間は、150μsec以上
であり、所定の高周波電力は、電極の単位面積当たり1
8W/cm以上であると好適である。また、反応ガス
としてCを用いるのが好適である。
[0005] The amorphous hard carbon film obtained by such a film forming method has a conventional amount of wear of the film in a non-lubricated atmosphere, a coefficient of friction and a wear amount of a partner material, and a wear amount of a partner material in light oil. It is reduced as compared with that by the membrane method,
It exhibits high adhesion without providing a so-called intermediate layer as in the related art. In particular, the predetermined repetition cycle is:
40 Hz or more, the predetermined time is 150 μsec or more, and the predetermined high-frequency power is 1 per unit area of the electrode.
It is preferable that it is 8 W / cm 2 or more. Further, it is preferable to use C 6 H 6 as a reaction gas.

【0006】さらに、反応ガスを、パルス的に印加され
る高周波信号の印加のタイミングに同期して蒸着室内へ
供給するようにしても好適である。
Further, it is preferable that the reaction gas is supplied into the deposition chamber in synchronization with the application timing of the pulsed high-frequency signal.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1乃至図10を参照しつつ説明する。なお、以下
に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではな
く、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができる
ものである。最初に、この発明の実施の形態における非
晶質硬質炭素膜を成膜する際に用いられるパルスRFプ
ラズマCVD装置の構成について図1を参照しつつ説明
する。まず、このパルスRFプラズマCVD装置は、従
来から公知・周知のいわゆるRFプラズマCVD装置を
基本として、従来の連続放電に代えて後に詳述するよう
に間歇放電がなされるように構成されてなるものであ
る。真空状態に保持された蒸着室1内には、外部で接地
状態とされる第1の電極2と、後述する高電圧の高周波
信号が印加される第2の電極3とが対向するように適宜
な間隔を隔てて設けられている。そして、第2の電極3
上に、非晶質硬質炭素膜が形成される基板4が載置され
るようになっている。なお、この発明の実施の形態にお
ける第1及び第2の電極2,3の大きさは、1600c
のものを用いた。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. The members, arrangements, and the like described below do not limit the present invention, and can be variously modified within the scope of the present invention. First, a configuration of a pulse RF plasma CVD apparatus used for forming an amorphous hard carbon film according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, this pulse RF plasma CVD apparatus is based on a conventionally known and well-known RF plasma CVD apparatus, and is configured to perform an intermittent discharge as described later in place of the conventional continuous discharge. It is. In the vapor deposition chamber 1 held in a vacuum state, a first electrode 2 that is grounded externally and a second electrode 3 to which a high-voltage high-frequency signal described later is applied appropriately face each other. It is provided at a great distance. And the second electrode 3
A substrate 4 on which an amorphous hard carbon film is formed is mounted thereon. The size of the first and second electrodes 2 and 3 in the embodiment of the present invention is 1600 c
It was used in m 2.

【0008】蒸着室1の外部には、信号源としての高周
波発生器5と、パルス変調器6と、整合回路7とが設け
られており、高周波発生器5により発生された高周波の
連続波が、パルス変調器6によってパルス変調されて、
パルス変調器6と第2の電極3との電気的な整合を図る
ため設けられた整合回路7を介して、パルス変調された
高周波信号が、第2の電極3に印加されるようになって
いる。
A high-frequency generator 5 as a signal source, a pulse modulator 6, and a matching circuit 7 are provided outside the vapor deposition chamber 1, and a continuous high-frequency wave generated by the high-frequency generator 5 is provided. , Pulse modulated by the pulse modulator 6,
A pulse-modulated high-frequency signal is applied to the second electrode 3 via a matching circuit 7 provided for achieving electrical matching between the pulse modulator 6 and the second electrode 3. I have.

【0009】ここで、高周波発生器5及び整合回路7
は、その電気的な容量を除けば、従来装置のものと基本
的に同一の構成を有してなるものである。一方、パルス
変調器6は、高周波発生器5から出力される所定の周波
数の連続波信号に対してパルス変調を施して、例えば図
3(C)に示されたように、連続信号が間歇的に出力さ
れる、換言すれば連続波信号がパルス的に出力されるよ
うにするもので、このような信号が整合回路7を介して
第2の電極3へ印加されるようになっている。なお、図
3(A)は、第2の電極3に印加される上述の高周波信
号の電力を模式的に示したものである。また、蒸着室1
内では、プラズマ反応に起因して第2の電極3の周辺に
は、マイナスイオンが集まるため、図3(B)に示され
たように、第2の電極3に印加される高周波信号のタイ
ミングに同期してマイナス電位の状態に自己バイアスさ
れることとなる。
Here, the high-frequency generator 5 and the matching circuit 7
Has basically the same configuration as that of the conventional device except for its electrical capacity. On the other hand, the pulse modulator 6 performs pulse modulation on a continuous wave signal of a predetermined frequency output from the high frequency generator 5 so that the continuous signal is intermittent as shown in FIG. , In other words, a continuous wave signal is output in a pulsed manner. Such a signal is applied to the second electrode 3 via the matching circuit 7. FIG. 3A schematically illustrates the power of the above-described high-frequency signal applied to the second electrode 3. In addition, evaporation chamber 1
Since negative ions collect around the second electrode 3 due to the plasma reaction, the timing of the high-frequency signal applied to the second electrode 3 as shown in FIG. Self-bias to a negative potential state in synchronism with.

【0010】また、蒸着室1には、原料ガスが導入され
るようになっている。すなわち、第1のタンク9には、
原料ガスが封入されている、そして、第1のタンク9の
原料ガスは、第1の流量制御器11及び第1の制御弁1
3を介して、蒸着室1内へ導入されるようになってい
る。ここで、第1の制御弁13は、反応ガスを後述する
パルス供給する場合にあっては、例えば、ピエゾ素子を
用いてパルス的な開閉動作制御が可能なよう構成されて
なるピエゾバルブを用いるのが好適である。さらに、蒸
着室1の外部には、ルートポンプ15、軸流分子ポンプ
16及び圧力制御弁17が設けられてルートポンプ15
及び軸流分子ポンプ16が圧力制御弁17を介して蒸着
室1に接続されて、蒸着室1内を真空状態とできるよう
になっている。
A source gas is introduced into the vapor deposition chamber 1. That is, in the first tank 9,
The raw material gas is sealed, and the raw material gas in the first tank 9 is supplied to the first flow controller 11 and the first control valve 1.
3 and is introduced into the vapor deposition chamber 1. Here, in the case where the first control valve 13 supplies a pulse of the reaction gas to be described later, for example, a piezo valve configured to be able to perform a pulse-like opening / closing operation control using a piezo element is used. Is preferred. Further, a route pump 15, an axial flow molecular pump 16, and a pressure control valve 17 are provided outside the deposition chamber 1.
An axial flow molecular pump 16 is connected to the vapor deposition chamber 1 via a pressure control valve 17 so that the inside of the vapor deposition chamber 1 can be evacuated.

【0011】次に、上述した構成を有してなるパルスR
FプラズマCVD装置による非晶質硬質炭素膜の成膜条
件、成膜結果等について説明する。まず、この発明の実
施の形態においては、下記する成膜条件で成膜を行っ
た。
Next, a pulse R having the above-described configuration is used.
The conditions for forming the amorphous hard carbon film by the F plasma CVD apparatus, the film formation results, and the like will be described. First, in the embodiment of the present invention, a film was formed under the following film forming conditions.

【0012】パルスRF電力:40kW 基底周波数:13.56MHz パルス周波数:40Hz(周期=25msec) パルス幅:150μsec デューティ比:1/167(0.6%) 反応圧力:5.8Pa 原料ガス:C(ベンゼン) 原料ガス流量:30sccm 基板:高速度工具鋼(SKH51)及び軸受鋼(SUJ
2)
Pulse RF power: 40 kW Base frequency: 13.56 MHz Pulse frequency: 40 Hz (period = 25 msec) Pulse width: 150 μsec Duty ratio: 1/167 (0.6%) Reaction pressure: 5.8 Pa Source gas: C 6 H 6 (benzene) Source gas flow rate: 30 sccm Substrate: High-speed tool steel (SKH51) and bearing steel (SUJ)
2)

【0013】ここで、パルスRF電力は、高周波発生器
5の入力電力のピーク値を示したものである。基底周波
数は、高周波発生器5で発生される高周波信号の周波数
である。パルス周波数は、先に図3(C)に示されたよ
うに第2の電極3には間歇的に高周波信号が印加される
が、その印加周期を周波数に換算したもの、すなわち、
f(MHz)=10−6/(a+b)として求められた
値である。なお、ここで、a及びbは、図3(C)に示
されたように、aがパルス幅、すなわち換言すればパル
スのオン期間を、bがパルスのオフ期間を、それぞれ表
し、単位は秒(sec)であるとする。パルス幅は、図3
(C)に示されたように高周波信号がパルス的に出力さ
れる時間間隔aを表すものである。デューティ比は、上
述のパルス幅と、パルス的に出力される高周波信号の出
力停止時間bとの比a/b(図3(C)参照)である。
反応圧力は、蒸着室1内の圧力である。基板は、成膜を
行う部材であり、上記のように2種類のものについて、
それぞれ上記の成膜条件の下、成膜を行った。
Here, the pulse RF power indicates the peak value of the input power of the high frequency generator 5. The base frequency is the frequency of a high-frequency signal generated by the high-frequency generator 5. The pulse frequency is such that a high-frequency signal is intermittently applied to the second electrode 3 as shown in FIG. 3C, and the application period is converted into a frequency, that is,
This is a value obtained as f (MHz) = 10 −6 / (a + b). Here, as shown in FIG. 3C, a and b represent a pulse width, that is, an on period of a pulse, and b represents an off period of a pulse. It is assumed to be seconds (sec). The pulse width is shown in FIG.
As shown in (C), this represents a time interval a at which the high-frequency signal is output in a pulsed manner. The duty ratio is a ratio a / b (see FIG. 3C) between the above-described pulse width and the output stop time b of the high-frequency signal output in a pulsed manner.
The reaction pressure is a pressure in the vapor deposition chamber 1. The substrate is a member on which a film is formed, and for the two types as described above,
Film formation was performed under the above film formation conditions.

【0014】かかる条件の下、成膜速度は、最大で2.
5μm/hrであった。このようにして得られた非晶質硬
質炭素膜の諸特性は、次の通りである。まず、得られた
非晶質硬質炭素膜の微少硬さは、最大で18000MP
aであった。また、摩擦係数は、無潤滑大気中で0.0
45、潤滑油中で0.1を得た。膜の摩擦深さは、無潤
滑大気中で0.15μm、潤滑油中で0.04μmを得
た。さらに、相手材の摩耗直径は、無潤滑大気中及び潤
滑油中のいずれでも0.16mmであった。またさら
に、いわゆるスクラッチ試験では、従来のような中間層
を設けること無して50N以上のスクラッチ荷重を得る
ことができた。なお、摩擦係数等の摩擦摩耗特性データ
を得るために行った摩耗試験は、従来から公知・周知の
いわゆるボールオンディスク摩耗試験機を用いたもので
あり、この試験条件の詳細については、摩擦摩耗特性に
ついての従来膜との比較に関する図4の説明において詳
述することとする。また、本発明の実施の形態における
成膜方法においては、第2の電極3に印加される高周波
信号が間歇的(パルス的)であるため、基板4の温度上
昇が従来の成膜方法に比して比較的小さく(基板4の温
度は大凡50℃程度)、そのため、従来では不可能であ
った低耐熱基板への成膜が可能である。
Under these conditions, the deposition rate is at most 2.
It was 5 μm / hr. The characteristics of the amorphous hard carbon film thus obtained are as follows. First, the fine hardness of the obtained amorphous hard carbon film is 18000MP at maximum.
a. The coefficient of friction is 0.0
45, 0.1 was obtained in lubricating oil. The friction depth of the film was 0.15 μm in a non-lubricated atmosphere and 0.04 μm in a lubricating oil. Further, the wear diameter of the mating material was 0.16 mm in both the unlubricated atmosphere and the lubricating oil. Further, in a so-called scratch test, a scratch load of 50 N or more could be obtained without providing a conventional intermediate layer. The wear test performed to obtain friction and wear characteristic data such as a coefficient of friction was performed using a so-called ball-on-disc wear tester which is conventionally known and well-known. This will be described in detail in the description of FIG. 4 relating to comparison of the characteristics with the conventional film. Further, in the film forming method according to the embodiment of the present invention, since the high-frequency signal applied to the second electrode 3 is intermittent (pulsed), the temperature rise of the substrate 4 is higher than that of the conventional film forming method. The substrate 4 is relatively small (the temperature of the substrate 4 is about 50 ° C.), so that a film can be formed on a low heat-resistant substrate, which was impossible in the related art.

【0015】これに対して、従来の連続放電のRFプラ
ズマCVD法により得られた非晶質硬質炭素膜について
の同様な諸特性の一例を挙げれば、まず、原料ガスとし
てCH(メタン)を用いた例であるが、成膜速度は、
最大で1.3μm/hrであった。得られた非晶質硬質炭
素膜の微少硬さは、最大で30000MPaであった。
摩擦係数は、無潤滑大気中で、0.08、潤滑油中で、
0.12を得た。膜の摩耗深さは、無潤滑大気中で0.
3μm、潤滑油中で0.05μmであった。さらに、相
手材の摩耗直径は、無潤滑大気中で0.24mm、潤滑
油中で0.26mmであった。またさらに、密着性試験
では、いわゆる中間層を設けた状態で、最大で37Nで
あった。なお、この従来例における中間層は、シリコン
と窒素含有DLC膜からなるものを用いた。
On the other hand, to give an example of similar characteristics of an amorphous hard carbon film obtained by a conventional continuous discharge RF plasma CVD method, first, CH 4 (methane) is used as a raw material gas. In this example, the deposition rate was
The maximum was 1.3 μm / hr. The microhardness of the obtained amorphous hard carbon film was 30,000 MPa at the maximum.
The coefficient of friction is 0.08 in unlubricated atmosphere, and in lubricating oil,
0.12 was obtained. The wear depth of the film is less than 0.1 in an unlubricated atmosphere.
3 μm, 0.05 μm in lubricating oil. Further, the wear diameter of the mating material was 0.24 mm in a non-lubricated atmosphere and 0.26 mm in a lubricating oil. Furthermore, in the adhesion test, it was 37 N at the maximum with the so-called intermediate layer provided. The intermediate layer in this conventional example was formed of a DLC film containing silicon and nitrogen.

【0016】本発明に係る非晶質硬質炭素膜の上述した
諸特性を従来のものと比較すると、本発明に係る成膜方
法(以下「パルスプラズマCVD法」と言う)では、成
膜速度は従来の約2倍の速さを得ることができた。硬さ
については、本発明に係る非晶質硬質炭素膜は、従来の
ものより低いが、摩耗係数、膜の摩耗深さ及び相手材の
摩耗深さについては、従来に比して改善されたものとな
っている。また、密着性については、本発明に係る非晶
質硬質炭素膜は、従来のような中間層を設けることなく
スクラッチ試験において50Nという高い密着性を示す
ものとなっている。
When the above-mentioned various characteristics of the amorphous hard carbon film according to the present invention are compared with those of the prior art, the film forming method according to the present invention (hereinafter referred to as “pulse plasma CVD method”) shows that the film forming rate is About twice as fast as the conventional method could be obtained. Regarding the hardness, the amorphous hard carbon film according to the present invention is lower than the conventional one, but the abrasion coefficient, the abrasion depth of the film and the abrasion depth of the mating material are improved as compared with the conventional one. It has become something. Regarding the adhesion, the amorphous hard carbon film according to the present invention shows a high adhesion of 50 N in a scratch test without providing an intermediate layer as in the related art.

【0017】次に、図4を参照しつつ本発明の実施の形
態における非晶質硬質炭素膜と、従来製法によるものと
の摩擦摩耗特性の比較について説明する。この図4にお
けるデータを取得するために行った摩耗試験は、従来か
ら公知・周知のボールオンディスク摩耗試験機を用いた
ものであった。そして、試験条件として、相手材には直
径6mmのSUJ2ボールを用い、荷重10N、摺動速
度25mm/s(回転速度159rpm)、摺動距離1
98mm(21000path)、摺動直径3mmと
し、湿度15乃至35%、雰囲気温度25±2℃の大気
中という条件であった。
Next, a comparison of the friction and wear characteristics between the amorphous hard carbon film according to the embodiment of the present invention and the film manufactured by the conventional method will be described with reference to FIG. The wear test performed to obtain the data in FIG. 4 was performed using a conventionally known and well-known ball-on-disk wear tester. As test conditions, a SUJ2 ball having a diameter of 6 mm was used as a mating material, a load of 10 N, a sliding speed of 25 mm / s (rotational speed of 159 rpm), and a sliding distance of 1 mm.
The conditions were 98 mm (21000 path), a sliding diameter of 3 mm, a humidity of 15 to 35%, and an atmospheric temperature of 25 ± 2 ° C.

【0018】まず、図4中、「PW CVD」は、先に
説明したように本発明の実施の形態におけるパルスプラ
ズマCVD法による成膜を意味し、「CW CVD」
は、従来の連続波の高周波信号を用いたプラズマCVD
法による成膜を意味する。また、「F.W.D」は、「Fi
lm Wear Depth」の略で、膜の摩擦深さを意味し、「B.
W.S.D」は、「Ball Wear Scar Diameter」の略で、
相手材のボールに生ずる摩擦直径を意味するものであ
る。そして、図4において、左側の縦軸は、摩擦係数
(Friction coefficient)の大きさを、右側の縦軸は、
上述した「F.W.D」及び「B.W.S.D」のそれぞれ
の大きさを表す共通の縦軸となっている。また、同図に
おいて、横軸には、各々の膜の原材料と微少硬さが示さ
れている。なお、右側の縦軸においては、「F.W.D」
及び「B.W.S.D」のそれぞれの単位は図示されたよ
うに異なるものとなっている。そして、図中、斜線が施
されたヒストグラムは、膜の摩擦深さを、白抜きのヒス
トグラムは、相手材の摩耗直径を、それぞれ示し、さら
に、塗りつぶしの三角形は、摩擦係数を示すものであ
る。
First, in FIG. 4, "PW CVD" means film formation by the pulse plasma CVD method in the embodiment of the present invention as described above, and "CW CVD".
Is a conventional plasma CVD using a continuous wave high frequency signal.
It means film formation by the method. “FWD” is replaced by “Fi
Abbreviation for lm Wear Depth, which means the depth of friction of the film.
WSD ”is an abbreviation for“ Ball Wear Scar Diameter ”
It means the friction diameter generated in the ball of the mating material. In FIG. 4, the left vertical axis represents the magnitude of the friction coefficient, and the right vertical axis represents the magnitude of the friction coefficient.
The common vertical axis represents the size of each of "FWD" and "BWSD" described above. In the same figure, the abscissa indicates the raw material and the minute hardness of each film. In addition, on the right vertical axis, “FWD”
And "BWSD" are different from each other as shown. In the figure, the hatched histogram indicates the friction depth of the film, the white histogram indicates the wear diameter of the mating material, and the filled triangle indicates the friction coefficient. .

【0019】この試験例では、本発明に係る非晶質硬質
炭素膜は、微少硬さ13100MPaを得たものであっ
た。この微少硬さだけの比較で言えば、従来の製法によ
るものの方がより硬いものが得られているが、摩耗摩擦
特性では従来と同等又はそれ以上の特性を示すものであ
ることが確認できる。
In this test example, the amorphous hard carbon film according to the present invention had a fine hardness of 13100 MPa. By comparing only the microhardness, it can be confirmed that a harder product is obtained by the conventional manufacturing method, but that the wear friction characteristics are equal to or higher than those of the conventional one.

【0020】次に、図5には、軽油中で行った摩耗試験
の結果に基づく摩耗摩擦特性が、従来の成膜方法による
膜の摩耗摩擦特性と共に示されており、以下、同図につ
いて説明する。ここで用いられた摩耗軽油は、ISO(T
he International Organization forStandardization)
に規定されている“High Frequency Reciprocating Ri
g”と称される摩擦摩耗試験機において、試験後摩耗痕
直径が、571μmのものであった。図の縦軸及び横軸
並びに各々の省略文字の意味については、図4の場合と
同様である。この軽油中の場合も先の大気中での摩耗摩
擦特性(図4参照)と同様に、この微少硬さだけの比較
で言えば、従来の製法によるものの方がより硬いものを
得られているが、摩耗摩擦特性では従来と同等又はそれ
以上の特性を示すものであることが確認できる。特に、
膜の摩耗深さについては、従来のものとさほど遜色のな
いものとなっている。
Next, FIG. 5 shows the wear friction characteristics based on the results of the wear test performed in light oil, together with the wear friction characteristics of the film by the conventional film forming method. I do. The wear gas oil used here is ISO (T
he International Organization for Standardization)
“High Frequency Reciprocating Ri
g ”, the wear scar diameter after the test was 571 μm. The vertical and horizontal axes of the figure and the meanings of the respective abbreviations are the same as those in FIG. In the case of this light oil, as in the case of the above-mentioned wear friction characteristics in the atmosphere (see FIG. 4), by comparing only this minute hardness, the one obtained by the conventional production method can obtain a harder one. However, it can be confirmed that the abrasion friction characteristics show the same or higher characteristics as those of the conventional one.
The wear depth of the film is not inferior to the conventional one.

【0021】次に、パルス周波数と成膜速度及び微少硬
さとの関係について図6を参照しつつ説明する。まず、
同図において、下側の横軸は、パルス周波数(Pulse fr
equency)を、上側の横軸は、休止時間(Off time)
を、それぞれ示すものである。ここで、パルス周波数
は、間歇的に印加される高周波信号の印加周期を周波数
に換算したもので、f(MHz)=10−6/(a+
b)として求められた値である(a,bについては図3
参照)。また、休止時間は、第2の電極3への高周波信
号の印加が停止されている時間b(図3参照)に相当す
るものである。さらに、右側縦軸は、微少硬さを、左側
縦軸は、成膜速度(Growth rate)を、それぞれ示すも
のである。なお、図中、左上部において、「QC
=1」の表記は、原料ガスとしてC(ベンゼン)
を用いたことを、「5.8Pa」の表記は、反応圧力
を、「PW=40kW」の表記は、パルスRF電力が4
0kWであることを、「PWID=150μs」の表記は、
パルス幅a(図3参照)が150μsecであることを、
「T/S=80mm」の表記は、第2の電極3と第1の
電極2(図1参照)間の距離が80mmであることを、
それぞれ意味するものである。なお、この図6の左上部
の各々の表記は、他の図においても同様の意味で用いら
れるものとする。
Next, the relationship between the pulse frequency, the film forming speed, and the minute hardness will be described with reference to FIG. First,
In the figure, the lower horizontal axis represents the pulse frequency (Pulse fr).
equency), the upper horizontal axis is the off time
Are respectively shown. Here, the pulse frequency is a value obtained by converting an application cycle of a high-frequency signal applied intermittently into a frequency, and f (MHz) = 10 −6 / (a +
b) (a and b in FIG. 3).
reference). The pause time corresponds to a time b (see FIG. 3) during which the application of the high-frequency signal to the second electrode 3 is stopped. Further, the right vertical axis indicates minute hardness, and the left vertical axis indicates a film formation rate (Growth rate). In the upper left part of the figure, “QC 6 H 6
= 1 means that C 6 H 6 (benzene) is used as the raw material gas.
The notation “5.8 Pa” indicates the reaction pressure, and the notation “PW = 40 kW” indicates that the pulse RF power is 4
0 kW, the notation of “P WID = 150 μs” is:
That the pulse width a (see FIG. 3) is 150 μsec,
The notation “T / S = 80 mm” means that the distance between the second electrode 3 and the first electrode 2 (see FIG. 1) is 80 mm.
It means each. The notation at the upper left of FIG. 6 is used in the same meaning in other drawings.

【0022】そして、図中、二点鎖線で表された特性線
は、パルス周波数(又は休止時間)に対する成膜速度の
変化を示すもので、この特性線により、成膜速度は、パ
ルス周波数の増加と共に増加することが確認できる。換
言すれば、成膜速度は、休止時間が小さくなるにしたが
い増加することが確認できる。また、図中、実線で表さ
れた特性線は、パルス周波数(又は休止時間)に対する
微少硬さの変化を示すもので、この特性線により、微少
硬さは、パルス周波数の増加と共に増す傾向にあること
が確認できる。換言すれば、微少硬さは、休止時間が小
さくなるにしたがい増加する傾向にあることが確認でき
る。なお、因みに、従来の製法では最大で28000M
Paの微少硬さを得ることができた。
In the figure, a characteristic line represented by a two-dot chain line indicates a change in the film forming speed with respect to the pulse frequency (or the pause time). It can be seen that it increases with the increase. In other words, it can be confirmed that the deposition rate increases as the downtime decreases. In the figure, a characteristic line represented by a solid line indicates a change in microhardness with respect to the pulse frequency (or pause time). With this characteristic line, the microhardness tends to increase as the pulse frequency increases. It can be confirmed that there is. In other words, it can be confirmed that the microhardness tends to increase as the pause time becomes shorter. Incidentally, the conventional manufacturing method has a maximum of 28000M.
A fine hardness of Pa could be obtained.

【0023】次に、パルスパワーと成膜速度及び微少硬
さとの関係について図7を参照しつつ説明する。まず、
図7において、横軸は、パルスパワーで、ここで言うパ
ルスパワーは、この発明の実施の形態において、最初に
成膜条件の一つとして挙げたパルスRF電力と同意義で
ある。また、右側縦軸は、微少硬さを、左側縦軸は、成
膜速度を、それぞれ示すものである。なお、この試験例
における成膜条件は、パルス周波数40Hz一定とし、
パルスパワーを可変にした点を除いて図6で説明したと
同様である。そして、図中、二点鎖線で表された特性線
は、パルスパワーに対する成膜速度の変化を示すもので
あり、この特性線より、成膜速度は、パルスパワーの増
加と共に増加する傾向にあることがほぼ確認できる。ま
た、図中、実線で表された特性線は、パルスパワーに対
する微少硬さの変化を示すものであり、この特性線よ
り、微少硬さは、パルスパワーの増加と共に増加する傾
向にあることがほぼ確認できる。なお、パルスパワーが
20kW以下では成膜できなかった。この試験例によれ
ば、第2の電極3に印加される高周波電力としては、そ
の単位面積当たりで言えば、18W/cm以上が好適
であるということができる。なお、電力値はピーク値で
ある。
Next, the relationship between the pulse power, the film forming speed and the minute hardness will be described with reference to FIG. First,
In FIG. 7, the horizontal axis represents the pulse power, and the pulse power mentioned here has the same meaning as the pulse RF power first mentioned as one of the film forming conditions in the embodiment of the present invention. The right vertical axis shows the microhardness, and the left vertical axis shows the film forming speed. The film formation conditions in this test example were set to a constant pulse frequency of 40 Hz.
This is the same as that described in FIG. 6 except that the pulse power is made variable. In the figure, a characteristic line represented by a two-dot chain line indicates a change in the film forming speed with respect to the pulse power. From this characteristic line, the film forming speed tends to increase with an increase in the pulse power. It can be almost confirmed. In the figure, the characteristic line represented by a solid line indicates a change in microhardness with respect to pulse power.From this characteristic line, microhardness tends to increase with an increase in pulse power. Almost can be confirmed. Note that a film could not be formed at a pulse power of 20 kW or less. According to this test example, it can be said that the high frequency power applied to the second electrode 3 is preferably 18 W / cm 2 or more per unit area. The power value is a peak value.

【0024】次に、パルス幅と成膜速度及び微少硬さと
の関係について図8を参照しつつ説明する。まず、図8
において、横軸は、パルス幅を示すものである。また、
右縦軸は、微少硬さを、左縦軸は、成膜速度を、それぞ
れ示すものである。なお、この試験例における成膜条件
は、パルス周波数及びパルス幅を可変とした点を除いて
図6で説明したと同様である。図中、二点鎖線で表され
た特性線は、パルス周波数を40Hzとした場合のパル
ス幅の変化に対する成膜速度の変化を、また、一点鎖線
で表された特性線は、パルス周波数を20Hzとした場
合のパルス幅の変化に対する成膜速度の変化を、それぞ
れ示すものである。また、同図において、点線で表され
た特性線は、パルス周波数を40Hzとした場合のパル
ス幅の変化に対する微少硬さの変化を、実線で表された
特性線は、パルス周波数を20Hzとした場合のパルス
幅の変化に対する微少硬さの変化を、それぞれ示すもの
である。この試験例によれば、成膜速度及び微少硬さの
いずれも、50〜150μsecの間でパルス幅の増加と
共に増加することが確認できる。
Next, the relationship between the pulse width, the film forming speed, and the minute hardness will be described with reference to FIG. First, FIG.
, The horizontal axis indicates the pulse width. Also,
The right vertical axis shows the fine hardness, and the left vertical axis shows the film forming speed. The film forming conditions in this test example are the same as those described with reference to FIG. 6 except that the pulse frequency and the pulse width are variable. In the figure, the characteristic line represented by the two-dot chain line indicates the change in the film formation rate with respect to the change in the pulse width when the pulse frequency is set to 40 Hz, and the characteristic line represented by the one-dot chain line indicates that the pulse frequency is 20 Hz. 3 shows a change in the film forming rate with respect to a change in the pulse width in the case of. In the same figure, a characteristic line represented by a dotted line indicates a change in minute hardness with respect to a change in pulse width when the pulse frequency is 40 Hz, and a characteristic line represented by a solid line indicates a pulse frequency of 20 Hz. The change of the minute hardness with respect to the change of the pulse width in each case is shown. According to this test example, it can be confirmed that both the deposition rate and the microhardness increase with an increase in the pulse width between 50 and 150 μsec.

【0025】次に、パルス周波数と摩擦係数、膜の摩耗
深さ及び摩耗直径との関係について図9を参照しつつ説
明する。この図9の特性線は、パルス周波数が膜の摩耗
摩擦特性へ及ぼす影響を軽油中でのボールオンディスク
摩耗試験で評価した結果を示すものである。なお、軽油
中でのボールオンディスク摩耗試験の条件は、先に図5
に示された試験例の場合と同一である。まず、図9にお
いて、横軸は、パルス周波数を示すものである。また、
右側縦軸は、「F.W.D」及び「B.W.S.D」のそれ
ぞれの大きさを表す共通の縦軸となっており、それぞれ
の略字の意味は、先の図4での説明と同一である。さら
に、左側縦軸は、摩擦係数の大きさを表すものとなって
いる。そして、図中、二点鎖線で表された特性線は、周
波数に対する摩擦係数の変化を、実線で表された特性線
は、パルス周波数に対する膜の摩耗深さの変化を、一点
鎖線で表された特性線は、パルス周波数に対する相手材
の摩耗直径の変化を、それぞれ示すものとなっている。
この試験例によれば、膜の摩耗深さ(実線の特性線参
照)及び相手材の摩耗直径(一点鎖線の特性線参照)
は、パルス周波数の増加と共に減少し、パルス周波数が
40Hzで最も優れた値を示すことが確認できる。ま
た、摩擦係数は、パルス周波数の増加と共に増大するこ
とが確認できる。
Next, the relationship between the pulse frequency and the friction coefficient, the wear depth of the film and the wear diameter will be described with reference to FIG. The characteristic line in FIG. 9 shows the result of evaluating the effect of the pulse frequency on the wear friction characteristics of the film by a ball-on-disk wear test in light oil. The conditions for the ball-on-disk wear test in light oil were first described in FIG.
Are the same as in the case of the test example shown in FIG. First, in FIG. 9, the horizontal axis indicates the pulse frequency. Also,
The right vertical axis is a common vertical axis representing the respective sizes of “FWWD” and “BWSD”, and the meaning of each abbreviation is described in FIG. Is the same as that described in the description. Further, the left vertical axis represents the magnitude of the friction coefficient. In the figure, the characteristic line represented by the two-dot chain line represents the change in the friction coefficient with respect to the frequency, and the characteristic line represented by the solid line represents the change in the wear depth of the film with respect to the pulse frequency. The characteristic lines indicate changes in the wear diameter of the counterpart material with respect to the pulse frequency.
According to this test example, the wear depth of the film (see the solid characteristic line) and the wear diameter of the mating material (see the dashed-dotted characteristic line)
Decreases as the pulse frequency increases, and it can be confirmed that the pulse frequency shows the best value at 40 Hz. Further, it can be confirmed that the friction coefficient increases with an increase in the pulse frequency.

【0026】次に、パルス幅と摩擦係数、膜の摩耗深さ
及び摩耗半径との関係について図10を参照しつつ説明
する。この図10の特性線は、パルス幅が膜の摩耗摩擦
特性へ及ぼす影響を軽油中でのボールオンディスク摩耗
試験で評価した結果を示すものである。なお、軽油中で
のボールオンディスク摩耗試験の条件は、先に図5に示
された試験例の場合と同一である。まず、図10におい
て、横軸は、パルス幅を示すものである。また、右側縦
軸は、「F.W.D」及び「B.W.S.D」のそれぞれの
大きさを表す共通の縦軸となっており、それぞれの略字
の意味は、先の図4での説明と同一である。さらに、左
側縦軸は、摩擦係数の大きさを表すものとなっている。
なお、図中、右上部において、「Pfreq=40Hz」の
表記は、パルス周波数が40Hzであることを意味す
る。
Next, the relationship between the pulse width and the friction coefficient, the wear depth of the film, and the wear radius will be described with reference to FIG. The characteristic line in FIG. 10 shows the result of evaluating the effect of the pulse width on the wear friction characteristics of the film by a ball-on-disk wear test in light oil. The conditions of the ball-on-disk wear test in light oil are the same as those of the test example shown in FIG. First, in FIG. 10, the horizontal axis indicates the pulse width. In addition, the vertical axis on the right side is a common vertical axis representing the size of each of “FWWD” and “BWDSD”. 4 is the same as that described above. Further, the left vertical axis represents the magnitude of the friction coefficient.
In the upper right part of the figure, the notation “P freq = 40 Hz” means that the pulse frequency is 40 Hz.

【0027】そして、図中、二点鎖線で表された特性線
は、パルス幅に対する摩擦係数の変化を、実線で表され
た特性線は、パルス幅に対する膜の摩耗深さの変化を、
一点鎖線で表された特性線は、パルス幅に対する相手材
の摩耗直径の変化を、それぞれ示すものとなっている。
なお、成膜条件は、これまでと同様であり、パルス周波
数としては、最も優れる条件の40Hzを用いた。この
試験例によれば、膜の摩耗深さ(実線の特性線参照)及
び相手材の摩耗半径(一点鎖線の特性線参照)は、パル
ス幅の増加と共に減少し、150μsecで最も優れた値
を示すことが確認できる。また、摩擦係数は、パルス幅
が大凡120μsec程度まではパルス幅の増加と共に増
大するが、その後は、パルス幅の増加と共に漸減する傾
向にあることが確認できる。
In the figure, the characteristic line represented by the two-dot chain line indicates the change in the coefficient of friction with respect to the pulse width, and the characteristic line represented by the solid line indicates the change in the wear depth of the film with respect to the pulse width.
The characteristic line represented by the dashed line indicates the change in the wear diameter of the mating material with respect to the pulse width.
Note that the film formation conditions were the same as before, and the pulse frequency of 40 Hz, which is the best condition, was used. According to this test example, the wear depth of the film (see the characteristic line of the solid line) and the wear radius of the counterpart material (see the characteristic line of the dashed line) decrease as the pulse width increases, and the best value is obtained at 150 μsec. It can be confirmed that it shows. Further, it can be confirmed that the coefficient of friction increases as the pulse width increases up to a pulse width of about 120 μsec, but thereafter gradually decreases as the pulse width increases.

【0028】次に、反応ガスの供給方法について説明す
る。まず、上述した本発明の実施の形態における非晶質
硬質炭層膜の成膜においては、反応ガスを従来同様、常
時供給することが前提であったが、これを次のようにパ
ルス的に供給(以下、反応ガスのこのような供給の仕方
を「パルス供給」と言う)するようにしても好適であ
る。図2には、パルス供給の場合に必要な装置構成例が
示されており、まず、この構成例について説明する。な
お、図1に示された構成要素と同一の構成要素について
は、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以
下、異なる点を中心に説明する。図2において、パルス
同期制御回路8は、パルス変調器6のパルス変調動作と
同期して、ピエゾバルブを用いてなる第1の制御弁13
の開閉動作を制御するためのものである。すなわち、第
1の制御弁13は、このパルス同期制御回路8により、
先に図3(C)に示されたように、第2の電極3にパル
ス的に高周波信号が印加されるタイミングに開成状態と
されるようになっている。
Next, a method of supplying a reaction gas will be described. First, in the above-described formation of the amorphous hard carbon layer film in the embodiment of the present invention, it was assumed that the reaction gas was always supplied as in the related art, but this was supplied in a pulsed manner as follows. (Hereinafter, such a method of supplying the reaction gas is referred to as “pulse supply”). FIG. 2 shows an example of a device configuration required for pulse supply. First, this configuration example will be described. Note that the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, different points will be mainly described. In FIG. 2, a pulse synchronization control circuit 8 synchronizes with a pulse modulation operation of a pulse modulator 6 to control a first control valve 13 using a piezo valve.
This is for controlling the opening and closing operation of. That is, the first control valve 13 is controlled by the pulse synchronization control circuit 8.
As shown in FIG. 3C, the second electrode 3 is opened at a timing when a high-frequency signal is applied to the second electrode 3 in a pulsed manner.

【0029】したがって、かかる構成においては、反応
ガスは、第2の電極3に高周波信号が印加される直前に
蒸着室1内へ供給されることとなる。このような反応ガ
スのパルス供給により、放電休止の間、すなわち、第2
の電極3への高周波信号の印加が休止されている期間
(換言すれば、次の高周波信号の印加時までの間)に、
その直前の高周波信号の印加の際の放電反応により生じ
たエッチング種と称される成膜に悪影響を及ぼす粒子
を、十分に排気して次の放電状態へ移ることができ、成
膜速度や硬度等の膜の諸特性のさらなる向上が可能とな
る。
Therefore, in such a configuration, the reaction gas is supplied into the vapor deposition chamber 1 immediately before the high-frequency signal is applied to the second electrode 3. By such a pulse supply of the reaction gas, during the discharge pause, that is, the second
During the period during which the application of the high-frequency signal to the electrode 3 is suspended (in other words, until the next high-frequency signal is applied),
Particles that have an adverse effect on film formation, called etching species, generated by a discharge reaction when a high-frequency signal is applied immediately before can be sufficiently exhausted to move to the next discharge state, and the film formation speed and hardness can be increased. And other properties of the film can be further improved.

【0030】これは、次のような理由によるものと推察
される。膜の成長は、原料ガスがプラズマ中で解離、分
解されて粒子となったもののうち成長種となる粒子がワ
ーク(基板4)に蒸着することにより行われている。原
料ガスが炭化水素系のガスの場合、例えば、メタンを例
に採れば、CH→CH +H→CH+2Hのような
反応により解離が進行するものと考えられ、この内、C
などの粒子が成膜に寄与し、分解した水素はエッチ
ング種として膜の成長を妨げるという事が一般的に言わ
れている。ところで、本発明に係るパルスプラズマCV
D法においては、高圧のプラズマで解離した粒子は、そ
の電位差分の衝突エネルギーを保持して成膜中の膜表面
に衝突するため、エッチング種の影響が顕著に現れやす
い。
This is presumed to be due to the following reasons.
Is done. The film grows when the source gas dissociates and separates in the plasma.
Of the particles that have been solved and become particles,
This is performed by vapor deposition on the substrate (substrate 4). original
When the feed gas is a hydrocarbon gas, for example, methane
In the case of CH4→ CH 3+ H → CH2Like + 2H
It is considered that the dissociation proceeds by the reaction.
H3And other particles contribute to film formation, and the decomposed hydrogen is etched away.
Generally speaking, it hinders film growth as a seeding species
Have been. By the way, the pulse plasma CV according to the present invention
In method D, particles dissociated by high-pressure plasma are
Film surface during film formation while retaining the collision energy of the potential difference
Impact, the effect of the etching species tends to appear significantly
No.

【0031】したがって、エッチング種の量を低下させ
ることは、成膜速度の改善に非常に効果的であると考え
られる。また、本発明に係るパルスプラズマCVD法に
おいては、放電がパルス的に繰り返されるため、放電中
の膜の蒸着過程と放電直後のいわゆるアフターグローと
称される寿命の長い粒子による蒸着過程の両者により膜
の蒸着が進行するものと考えられる。ここで、前述した
水素原子は、CHなどの粒子に比べて寿命が十分長い
ため、アフターグロー中では水素を多く含んだ柔らかい
層が形成されていることが予想され、これが膜の硬度を
低下させている可能性があると考えられる。それ故、上
述した反応ガスのパルス供給は、ガスの供給期間を制御
でき、最初の放電で解離した粒子が十分に排気された状
態で新鮮なガスを供給することとなり、次の放電を行う
こととなるため、蒸着過程において水素の発生量を抑制
することとなるものと考えられるものである。
Therefore, it is considered that reducing the amount of etching species is very effective in improving the film formation rate. Further, in the pulsed plasma CVD method according to the present invention, since the discharge is repeated in a pulsed manner, both the deposition process of the film during the discharge and the deposition process by the particles having a long life called a so-called after-glow immediately after the discharge are performed. It is considered that the deposition of the film proceeds. Here, since the above-mentioned hydrogen atom has a sufficiently long life as compared with particles such as CH 3 , it is expected that a soft layer containing a large amount of hydrogen is formed in the afterglow, which lowers the hardness of the film. It is possible that they have Therefore, the above-described pulse supply of the reaction gas can control the gas supply period, supply the fresh gas in a state where the particles dissociated in the first discharge are sufficiently exhausted, and perform the next discharge. Therefore, it is considered that the amount of generated hydrogen is suppressed in the vapor deposition process.

【0032】なお、本発明の実施の形態においては、反
応ガスとしてベンゼンを用いたが、ベンゼンの他、メタ
ン、アセチレン等であってもよい。
Although benzene is used as the reaction gas in the embodiment of the present invention, methane, acetylene, or the like may be used instead of benzene.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上、述べたように、本発明に係る非晶
質硬質炭素膜は、膜の摩耗量、軽油中の摩耗摩擦試験に
おける相手材の摩耗量が従来の成膜方法によるものに比
して低減されたものとなり、さらには、いわゆる中間層
を設けること無しに従来より高い密着性を呈するもので
ある。そして、このような摩耗量の減少、密着性の向上
により、耐久性の向上が図られた非晶質硬質炭素膜を提
供することができる。また、本発明に係る非晶質硬質炭
素膜の成膜方法によれば、従来のような中間層を設ける
ことなく摩擦摩耗特性、密着性の向上を図れる非晶質硬
質炭素膜を得ることができ、しかも成膜速度が向上する
ので、従来に比していわゆる価格対効果が極めて良好な
成膜方法が提供される。また、本発明に係る非晶質硬質
炭素膜の成膜方法によれば、従来のプラズマCVD装置
にパルス変調器を加えるだけで実現できるので、新たに
大規模な設備投資を招くこと無く、しかも従来に比して
成膜特性の良好な成膜方法を提供することができる。さ
らに、本発明に係る非晶質硬質炭素膜の成膜方法によれ
ば、高周波信号の印加がパルス的になされるため、基板
の温度上昇が少なくて済み、そのため、低耐熱基材への
成膜を可能とするという効果を奏するものである。
As described above, in the amorphous hard carbon film according to the present invention, the wear amount of the film and the wear amount of the mating material in the wear friction test in light oil are reduced by the conventional film forming method. Thus, the adhesiveness is reduced, and the adhesiveness is higher than before without providing a so-called intermediate layer. In addition, it is possible to provide an amorphous hard carbon film in which the durability is improved by reducing the amount of wear and improving the adhesion. Further, according to the method for forming an amorphous hard carbon film according to the present invention, it is possible to obtain an amorphous hard carbon film capable of improving friction and wear characteristics and adhesion without providing an intermediate layer as in the related art. Since the film formation rate can be improved and the film formation speed is improved, a film formation method that is extremely cost-effective compared to the conventional method is provided. Further, according to the method for forming an amorphous hard carbon film according to the present invention, the method can be realized only by adding a pulse modulator to a conventional plasma CVD apparatus. It is possible to provide a film forming method having better film forming characteristics than in the past. Furthermore, according to the method for forming an amorphous hard carbon film according to the present invention, since the application of the high-frequency signal is performed in a pulsed manner, the temperature rise of the substrate can be reduced, and therefore, the formation on the low heat-resistant base material can be achieved. This has an effect of enabling a film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るパルスプラズマCVD法による成
膜に用いるパルスRFプラズマCVD装置の構成例を示
す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration example of a pulse RF plasma CVD apparatus used for film formation by a pulse plasma CVD method according to the present invention.

【図2】本発明に係るパルスプラズマCVD法による成
膜に用いるパルスRFプラズマCVD装置の他の構成例
を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing another configuration example of a pulse RF plasma CVD apparatus used for film formation by the pulse plasma CVD method according to the present invention.

【図3】本発明に係るパルスプラズマCVD法による成
膜に用いるパルスRFプラズマCVD装置における高周
波信号の印加の状態を説明する模式図であって、図3
(A)は、第2の電極に印加される高周波信号の電力の
変化を示す模式図、図3(B)は、第2の電極近傍の電
界の状態を示す模式図、図3(C)は、第2の電極に印
加される高周波信号を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state of application of a high-frequency signal in a pulse RF plasma CVD apparatus used for film formation by a pulse plasma CVD method according to the present invention.
FIG. 3A is a schematic diagram showing a change in power of a high-frequency signal applied to the second electrode, FIG. 3B is a schematic diagram showing a state of an electric field near the second electrode, and FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a high-frequency signal applied to a second electrode.

【図4】大気中ボールオンディスク摩耗摩擦試験による
摩耗摩擦特性を従来の成膜方法による膜についての同様
な摩耗摩擦特性と共に示すヒストグラムである。
FIG. 4 is a histogram showing wear friction characteristics obtained by a ball-on-disk wear friction test in the atmosphere together with similar wear friction characteristics of a film formed by a conventional film forming method.

【図5】軽油中ボールオンディスク摩耗摩擦試験による
摩耗摩擦特性を従来の成膜方法による膜についての同様
な摩耗摩擦特性と共に示すヒストグラムである。
FIG. 5 is a histogram showing wear friction characteristics by a ball-on-disk wear friction test in light oil together with similar wear friction characteristics of a film formed by a conventional film forming method.

【図6】パルス周波数と成膜速度及び微少硬さとの関係
を示す特性線図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a pulse frequency, a film forming speed, and minute hardness.

【図7】パルスパワーと成膜速度及び微少硬さとの関係
を示す特性線図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship among a pulse power, a film forming speed, and a minute hardness.

【図8】パルス幅と成膜速度及び微少硬さとの関係を示
す特性線図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between a pulse width, a film forming speed, and minute hardness.

【図9】軽油中におけるパルス周波数の摩耗摩擦特性へ
の影響を示す特性線図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the effect of pulse frequency on wear friction characteristics in light oil.

【図10】軽油中におけるパルス幅の摩耗摩擦特性への
影響を示す特性線図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the effect of pulse width on wear friction characteristics in light oil.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…蒸着室 2…第1の電極 3…第2の電極 5…高周波発生器 6…パルス変調器 7…整合回路 8…パルス同期制御回路 9…第1のタンク 13…第1の制御弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vapor deposition chamber 2 ... 1st electrode 3 ... 2nd electrode 5 ... High frequency generator 6 ... Pulse modulator 7 ... Matching circuit 8 ... Pulse synchronous control circuit 9 ... 1st tank 13 ... 1st control valve

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空に保持された蒸着室内に第1及び第
2の電極を対向状態に配設し、前記第2の電極に高周波
信号を発生する信号源を接続し、前記二つの電極間に高
圧の高周波信号を印加すると共に、反応ガスを導入して
プラズマ反応を生じせしめ、前記第2の電極面に載置さ
れた基板に非晶質硬質炭素膜を蒸着により成膜する方法
であって、 前記高周波信号の前記電極間への印加をパルス的に、所
定の繰り返し周期、所定のパルス幅、所定の高周波電力
で行い、非晶質硬質炭素膜を得ることを特徴とする非晶
質硬質炭素膜の成膜方法。
1. A first and a second electrode are disposed in an evaporation chamber held in a vacuum so as to face each other, and a signal source for generating a high-frequency signal is connected to the second electrode. A high-frequency high-frequency signal is applied to the substrate, a reaction gas is introduced to cause a plasma reaction, and an amorphous hard carbon film is formed by vapor deposition on the substrate mounted on the second electrode surface. Applying the high-frequency signal between the electrodes in a pulsed manner at a predetermined repetition period, a predetermined pulse width, and a predetermined high-frequency power to obtain an amorphous hard carbon film. A method for forming a hard carbon film.
【請求項2】 所定の繰り返し周期は、40Hz以上で
あり、所定の時間は、150μsec以上であり、所定の
高周波電力は、電極の単位面積当たり18W/cm
上であることを特徴とする請求項1記載の非晶質硬質炭
素膜の成膜方法。
2. The method according to claim 1, wherein the predetermined repetition cycle is 40 Hz or more, the predetermined time is 150 μsec or more, and the predetermined high frequency power is 18 W / cm 2 or more per unit area of the electrode. Item 3. A method for forming an amorphous hard carbon film according to Item 1.
【請求項3】 反応ガスを、パルス的に印加される高周
波信号の印加のタイミングに同期して蒸着室内へ供給す
ることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の非晶質
硬質炭素膜の成膜方法。
3. The amorphous hard carbon film according to claim 1, wherein the reactive gas is supplied into the vapor deposition chamber in synchronization with the application timing of the pulsed high-frequency signal. Film formation method.
【請求項4】 真空に保持された蒸着室内に第1及び第
2の電極を対向状態に配設し、前記第2の電極に高周波
信号を発生する信号源を接続し、前記二つの電極間に、
高周波信号をパルス的に、所定の繰り返し周期、所定の
パルス幅、所定の高周波電力で印加すると共に、反応ガ
スを導入してプラズマ反応を生じせしめ、前記第2の電
極面に載置された基板に成膜されてなる非晶質硬質炭素
膜であって、 前記反応ガスとしてCを用いてなることを特徴と
する非晶質硬質炭素膜。
4. A first and second electrode are disposed in a vapor deposition chamber held in a vacuum so as to face each other, a signal source for generating a high-frequency signal is connected to the second electrode, and the second electrode is disposed between the two electrodes. To
A high-frequency signal is applied in a pulsed manner at a predetermined repetition period, a predetermined pulse width, and a predetermined high-frequency power, and a reaction gas is introduced to cause a plasma reaction, and a substrate mounted on the second electrode surface is formed. An amorphous hard carbon film formed on the substrate, wherein C 6 H 6 is used as the reaction gas.
【請求項5】 真空に保持された蒸着室内に第1及び第
2の電極を対向状態に配設し、前記第2の電極に高周波
信号を発生する信号源を接続し、前記二つの電極間に、
高周波信号をパルス的に、所定の繰り返し周期、所定の
パルス幅、所定の高周波電力で印加すると共に、反応ガ
スを前記パルス的に印加される高周波信号の印加のタイ
ミングに同期して前記蒸着室内へ導入してプラズマ反応
を生じせしめ、前記第2の電極面に載置された基板に成
膜されてなる非晶質硬質炭素膜であって、 前記反応ガスとしてCを用いてなることを特徴と
する非晶質硬質炭素膜。
5. A first and a second electrode are disposed in a vapor deposition chamber held in a vacuum so as to face each other, and a signal source for generating a high-frequency signal is connected to the second electrode. To
A high-frequency signal is applied in a pulsed manner at a predetermined repetition cycle, a predetermined pulse width, and a predetermined high-frequency power, and the reaction gas is introduced into the vapor deposition chamber in synchronization with the application timing of the pulsed high-frequency signal. An amorphous hard carbon film formed by introducing a plasma reaction to form a film on a substrate placed on the second electrode surface, wherein C 6 H 6 is used as the reaction gas. An amorphous hard carbon film characterized by the following.
【請求項6】 所定の繰り返し周期は、40Hz以上で
あり、所定の時間は、150μsec以上であり、所定の
高周波電力は、電極の単位面積当たり18W/cm
上であることを特徴とする請求項4又は請求項5記載の
非晶質硬質炭素膜。
6. The predetermined repetition cycle is 40 Hz or more, the predetermined time is 150 μsec or more, and the predetermined high frequency power is 18 W / cm 2 or more per unit area of the electrode. Item 6. The amorphous hard carbon film according to item 4 or 5.
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