JP2003082458A - 非晶質炭素被膜の形成装置及び形成方法 - Google Patents
非晶質炭素被膜の形成装置及び形成方法Info
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- JP2003082458A JP2003082458A JP2001273287A JP2001273287A JP2003082458A JP 2003082458 A JP2003082458 A JP 2003082458A JP 2001273287 A JP2001273287 A JP 2001273287A JP 2001273287 A JP2001273287 A JP 2001273287A JP 2003082458 A JP2003082458 A JP 2003082458A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基材に対する密着性に優れ、かつ表面平滑性
にも優れた低摩擦係数の非晶質炭素被膜を容易に形成可
能となす。 【解決手段】 複数の陰極アーク式蒸発源１３、１６
と、複数のスパッタ蒸発源１４、１５をひとつの真空槽
１０に備えさせ、陰極アーク式蒸発源１３による基材２
８への金属イオン照射後に、スパッタ蒸発源１５や陰極
アーク式蒸発源１６を用いて非晶質炭素被膜の析出を行
えるようにした。また、その被膜と基材２８との間にス
パッタ蒸発源１４を用いて特定の金属や化合物の中間層
を形成したり、非晶質炭素被膜中に潤滑雰囲気下での摩
擦係数低減に有効な金属を添加することも可能ならしめ
た。
にも優れた低摩擦係数の非晶質炭素被膜を容易に形成可
能となす。 【解決手段】 複数の陰極アーク式蒸発源１３、１６
と、複数のスパッタ蒸発源１４、１５をひとつの真空槽
１０に備えさせ、陰極アーク式蒸発源１３による基材２
８への金属イオン照射後に、スパッタ蒸発源１５や陰極
アーク式蒸発源１６を用いて非晶質炭素被膜の析出を行
えるようにした。また、その被膜と基材２８との間にス
パッタ蒸発源１４を用いて特定の金属や化合物の中間層
を形成したり、非晶質炭素被膜中に潤滑雰囲気下での摩
擦係数低減に有効な金属を添加することも可能ならしめ
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品、金型、
切削工具、摺動部品などの耐摩耗性、摺動特性、及び表
面保護機能向上のために用いられる非晶質炭素被膜の形
成装置および形成方法に関するものである。
切削工具、摺動部品などの耐摩耗性、摺動特性、及び表
面保護機能向上のために用いられる非晶質炭素被膜の形
成装置および形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非晶質炭素被膜は、ダイヤモンドライク
カーボン（ＤＬＣ）、カーボン硬質膜、ａ−Ｃ、ａ−
Ｃ：Ｈ、ｉ−Ｃ等とも称される非晶質の炭素被膜または
水素化炭素膜である。非晶質炭素被膜は、高硬度で表面
平滑性に優れ、摩擦係数が低いといった優れた特徴を有
するため、耐摩耗性、低摩擦係数が要求される、機械部
品、金型、切削工具、摺動部品などへの応用が期待され
ており、一部の製品でも実用化されている。この非晶質
炭素被膜は、非晶質状態であるがために、気相合成ダイ
ヤモンド薄膜よりも基材の表面形態を反映した被膜とな
る。また、気相合成ダイヤモンド薄膜と比較して成膜が
低温で行われるため、被膜は圧縮応力を有しており、こ
れも主に基材との熱膨張係数の差で発生する引張り応力
を有する気相合成ダイヤモンド薄膜とは異なる。
カーボン（ＤＬＣ）、カーボン硬質膜、ａ−Ｃ、ａ−
Ｃ：Ｈ、ｉ−Ｃ等とも称される非晶質の炭素被膜または
水素化炭素膜である。非晶質炭素被膜は、高硬度で表面
平滑性に優れ、摩擦係数が低いといった優れた特徴を有
するため、耐摩耗性、低摩擦係数が要求される、機械部
品、金型、切削工具、摺動部品などへの応用が期待され
ており、一部の製品でも実用化されている。この非晶質
炭素被膜は、非晶質状態であるがために、気相合成ダイ
ヤモンド薄膜よりも基材の表面形態を反映した被膜とな
る。また、気相合成ダイヤモンド薄膜と比較して成膜が
低温で行われるため、被膜は圧縮応力を有しており、こ
れも主に基材との熱膨張係数の差で発生する引張り応力
を有する気相合成ダイヤモンド薄膜とは異なる。
【０００３】非晶質炭素被膜の形成法としては、ＣＨ4
等の炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法や、スパ
ッタ蒸着法、イオンプレーティング法、陰極アーク式蒸
着法などが用いられているが、基材と被膜の密着性が乏
しいため、さまざまな密着性改善案が採られている。非
晶質炭素被膜の密着性改善のための一般的な手法とし
て、基材と非晶質炭素被膜の間に様々な中間層を形成す
る方法が従来から試みられている。例えば特開平２００
０−８７２１８は、真空アーク蒸着法で非晶質炭素被膜
を作製する際に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、ＳｉやＡｌからなる中間層を形
成し、非晶質炭素被膜の形成初期に基材にかける電圧、
即ち負のバイアスを−４００Ｖ以下と大きくすることで
炭素イオンと基材表面に形成された金属中間層との混合
層を形成して高密着力を得ている。
等の炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法や、スパ
ッタ蒸着法、イオンプレーティング法、陰極アーク式蒸
着法などが用いられているが、基材と被膜の密着性が乏
しいため、さまざまな密着性改善案が採られている。非
晶質炭素被膜の密着性改善のための一般的な手法とし
て、基材と非晶質炭素被膜の間に様々な中間層を形成す
る方法が従来から試みられている。例えば特開平２００
０−８７２１８は、真空アーク蒸着法で非晶質炭素被膜
を作製する際に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、ＳｉやＡｌからなる中間層を形
成し、非晶質炭素被膜の形成初期に基材にかける電圧、
即ち負のバイアスを−４００Ｖ以下と大きくすることで
炭素イオンと基材表面に形成された金属中間層との混合
層を形成して高密着力を得ている。
【０００４】また、特開平２０００−１２８５１６は、
水素を含まない非晶質炭素層を基材側に形成して密着力
を向上させている。但し、同公報には、基材の前処理方
法についての記載はない。
水素を含まない非晶質炭素層を基材側に形成して密着力
を向上させている。但し、同公報には、基材の前処理方
法についての記載はない。
【０００５】一方、高密着力と低摩擦係数を得ることを
目的として特開平２０００−１２８５１６の様に、フィ
ルタードカソード方式の真空アーク蒸着法を用いて水素
を含まないＤＬＣ層を密着力向上のために基板表面に形
成し、その上に低摩擦係数を実現するために水素を含む
ＤＬＣを形成することは公知である。なお、フィルター
ドカソード方式とは、蒸発源から発生したイオンの進行
方向を磁場で偏向させて基板に対するマクロパーティク
ルの飛来を抑える方式である。
目的として特開平２０００−１２８５１６の様に、フィ
ルタードカソード方式の真空アーク蒸着法を用いて水素
を含まないＤＬＣ層を密着力向上のために基板表面に形
成し、その上に低摩擦係数を実現するために水素を含む
ＤＬＣを形成することは公知である。なお、フィルター
ドカソード方式とは、蒸発源から発生したイオンの進行
方向を磁場で偏向させて基板に対するマクロパーティク
ルの飛来を抑える方式である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記、特開平２０００
−８７２１８で得られる非晶質炭素被膜は、真空アーク
蒸着法を用いるために、被膜表面が粗く、摺動相手材を
摩耗させる欠点がある。また、非晶質炭素被膜形成初期
に基材にかける負のバイアスを−４００Ｖ以下と大きく
するために基材が加熱され、非晶質炭素被膜がグラファ
イト化して膜の性能劣化が起こる。その防止のために処
理時間の最適化など、条件の選定が煩雑であった。一
方、特開平２０００−１２８５１６は、予めフィルター
ドカソード方式の真空アーク蒸着法により水素を含まな
いＤＬＣ層を形成し、その後、基材を別の装置に移し、
ＣＶＤ法による水素含有の非晶質炭素被膜を作製してい
るため、操作が煩雑であり、装置間での基材移動時にＤ
ＬＣ膜の表面が汚染されて密着力が低かった。また、Ｃ
ＶＤ法により水素含有の非晶質炭素被膜を作製している
ため必ずしも低摩擦係数が十分であるとはいえない。
−８７２１８で得られる非晶質炭素被膜は、真空アーク
蒸着法を用いるために、被膜表面が粗く、摺動相手材を
摩耗させる欠点がある。また、非晶質炭素被膜形成初期
に基材にかける負のバイアスを−４００Ｖ以下と大きく
するために基材が加熱され、非晶質炭素被膜がグラファ
イト化して膜の性能劣化が起こる。その防止のために処
理時間の最適化など、条件の選定が煩雑であった。一
方、特開平２０００−１２８５１６は、予めフィルター
ドカソード方式の真空アーク蒸着法により水素を含まな
いＤＬＣ層を形成し、その後、基材を別の装置に移し、
ＣＶＤ法による水素含有の非晶質炭素被膜を作製してい
るため、操作が煩雑であり、装置間での基材移動時にＤ
ＬＣ膜の表面が汚染されて密着力が低かった。また、Ｃ
ＶＤ法により水素含有の非晶質炭素被膜を作製している
ため必ずしも低摩擦係数が十分であるとはいえない。
【０００７】そこで、本発明は、従来よりも基材との密
着性に優れ、さらに、表面平滑性、低摩擦係数の面でも
優れる非晶質炭素被膜を容易に形成するための装置と方
法を提供することを課題としている。
着性に優れ、さらに、表面平滑性、低摩擦係数の面でも
優れる非晶質炭素被膜を容易に形成するための装置と方
法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、下記Ｉ、II、III の形態の被
膜形成装置と、その装置を用いて行う下記〜を基本
形とする被膜形成方法を提供する。
め、この発明においては、下記Ｉ、II、III の形態の被
膜形成装置と、その装置を用いて行う下記〜を基本
形とする被膜形成方法を提供する。
【０００９】・装置形態Ｉ
少なくとも２基の陰極アーク式蒸発源と、非晶質炭素被
膜を形成する真空槽内の基材に負のバイアスを印加する
ための電源と、少なくとも２基のスパッタ蒸発源を備
え、陰極アーク式蒸発源の少なくとも１基に固体カーボ
ンを原料としてセットし、陰極アーク式蒸発源の他の少
なくとも１基に周期律表第IVa 、Va、VIa、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の金属原料をセットし、スパッ
タ蒸発源の少なくとも１基に固体カーボンを原料として
セットし、スパッタ蒸発源の他の少なくとも１基に周期
律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも
一種の金属を設置して構成される非晶質炭素被膜の形成
装置。
膜を形成する真空槽内の基材に負のバイアスを印加する
ための電源と、少なくとも２基のスパッタ蒸発源を備
え、陰極アーク式蒸発源の少なくとも１基に固体カーボ
ンを原料としてセットし、陰極アーク式蒸発源の他の少
なくとも１基に周期律表第IVa 、Va、VIa、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の金属原料をセットし、スパッ
タ蒸発源の少なくとも１基に固体カーボンを原料として
セットし、スパッタ蒸発源の他の少なくとも１基に周期
律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも
一種の金属を設置して構成される非晶質炭素被膜の形成
装置。
【００１０】・装置形態II
少なくとも２基の陰極アーク式蒸発源と、非晶質炭素被
膜を形成する真空槽内の基材に負のバイアスを印加する
ための電源と、少なくとも１基のスパッタ蒸発源を備
え、陰極アーク式蒸発源の少なくとも１基に固体カーボ
ンを原料としてセットし、陰極アーク式蒸発源の他の少
なくとも１基に周期律表第IVa 、Va、VIa、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の金属原料をセットし、スパッ
タ蒸発源の少なくとも１基に固体カーボンを設置して構
成される非晶質炭素被膜の形成装置。
膜を形成する真空槽内の基材に負のバイアスを印加する
ための電源と、少なくとも１基のスパッタ蒸発源を備
え、陰極アーク式蒸発源の少なくとも１基に固体カーボ
ンを原料としてセットし、陰極アーク式蒸発源の他の少
なくとも１基に周期律表第IVa 、Va、VIa、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の金属原料をセットし、スパッ
タ蒸発源の少なくとも１基に固体カーボンを設置して構
成される非晶質炭素被膜の形成装置。
【００１１】・装置形態III
少なくとも１基の陰極アーク式蒸発源と、非晶質炭素被
膜を形成する真空槽内の基材に負のバイアスを印加する
ための電源と、少なくとも１基のスパッタ蒸発源を備
え、陰極アーク式蒸発源の少なくとも１基に周期律表第
IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の
金属を原料としてセットし、スパッタ蒸発源の少なくと
も１基に固体カーボンを設置して構成される非晶質炭素
被膜の形成装置。
膜を形成する真空槽内の基材に負のバイアスを印加する
ための電源と、少なくとも１基のスパッタ蒸発源を備
え、陰極アーク式蒸発源の少なくとも１基に周期律表第
IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の
金属を原料としてセットし、スパッタ蒸発源の少なくと
も１基に固体カーボンを設置して構成される非晶質炭素
被膜の形成装置。
【００１２】・方法
周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なく
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させながら−４００Ｖ〜−１５００
Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材に金属イオンを
照射し、その後、固体カーボンをセットした蒸発源から
蒸発させた炭素原子を前記真空槽内で基材に照射して基
材上に非晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜
の成膜工程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜
＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の前段工程において
形成される基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５
００ｎｍ、水素含有率（＝水素原子数／（水素原子数＋
炭素原子数））を０ａｔ．％以上、８ａｔ．％以下にす
る非晶質炭素被膜の形成方法。
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させながら−４００Ｖ〜−１５００
Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材に金属イオンを
照射し、その後、固体カーボンをセットした蒸発源から
蒸発させた炭素原子を前記真空槽内で基材に照射して基
材上に非晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜
の成膜工程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜
＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の前段工程において
形成される基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５
００ｎｍ、水素含有率（＝水素原子数／（水素原子数＋
炭素原子数））を０ａｔ．％以上、８ａｔ．％以下にす
る非晶質炭素被膜の形成方法。
【００１３】・方法
１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下の到達真空下、又
はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ば
れた少なくとも一種の雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以
上、０．５Ｐａ以下の圧力下において周期律表第IVa 、
Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を
原料としてセットした陰極アーク式蒸発源から金属を蒸
発させて基材に金属イオンを照射し、その後、固体カー
ボンをセットした蒸発源から蒸発させた炭素原子を前記
真空槽内で基材に照射して基材上に非晶質炭素被膜を析
出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に
印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さら
に、成膜の前段工程において形成される基材側非晶質炭
素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、水素含有率（＝
水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．
％以上、８ａｔ．％以下にする非晶質炭素被膜の形成方
法。
はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ば
れた少なくとも一種の雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以
上、０．５Ｐａ以下の圧力下において周期律表第IVa 、
Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を
原料としてセットした陰極アーク式蒸発源から金属を蒸
発させて基材に金属イオンを照射し、その後、固体カー
ボンをセットした蒸発源から蒸発させた炭素原子を前記
真空槽内で基材に照射して基材上に非晶質炭素被膜を析
出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に
印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さら
に、成膜の前段工程において形成される基材側非晶質炭
素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、水素含有率（＝
水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．
％以上、８ａｔ．％以下にする非晶質炭素被膜の形成方
法。
【００１４】・方法
周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なく
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させながら−４００Ｖ〜−１５００
Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材に金属イオンを
照射し、その後、スパッタ蒸発源を用いて周期律表第IV
a 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の元
素からなる金属層もしくは基材を構成する元素との化合
物層を前記真空槽内において基材上に形成し、さらに、
その上に、固体カーボンをセットした蒸発源から蒸発さ
せた炭素原子を照射して非晶質炭素被膜を析出させ、そ
の非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に印加する電
圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の
前段工程において形成される基材側非晶質炭素層の膜厚
を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、水素含有率（＝水素原子数
／（水素原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以上、８
ａｔ．％以下にする非晶質炭素被膜の形成方法。
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させながら−４００Ｖ〜−１５００
Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材に金属イオンを
照射し、その後、スパッタ蒸発源を用いて周期律表第IV
a 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の元
素からなる金属層もしくは基材を構成する元素との化合
物層を前記真空槽内において基材上に形成し、さらに、
その上に、固体カーボンをセットした蒸発源から蒸発さ
せた炭素原子を照射して非晶質炭素被膜を析出させ、そ
の非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に印加する電
圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の
前段工程において形成される基材側非晶質炭素層の膜厚
を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、水素含有率（＝水素原子数
／（水素原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以上、８
ａｔ．％以下にする非晶質炭素被膜の形成方法。
【００１５】・方法
１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下の到達真空下、又
はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ば
れた少なくとも一種の雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以
上、０．５Ｐａ以下の圧力下において周期律表第IVa 、
Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を
原料としてセットした陰極アーク式蒸発源から金属を蒸
発させて基材に金属イオンを照射し、その後、スパッタ
蒸発源を用いて周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の元素からなる金属層もしくは
基材を構成する元素との化合物層を前記真空槽内におい
て基材上に形成し、さらに、その上に、固体カーボンを
セットした蒸発源から蒸発させた炭素原子を照射して非
晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工
程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖ
の範囲とし、さらに、成膜の前段工程において形成され
る基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎ
ｍ、水素含有率（＝水素原子数／（水素原子数＋炭素原
子数））を０ａｔ．％以上、８ａｔ．％以下にする非晶
質炭素被膜の形成方法。
はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ば
れた少なくとも一種の雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以
上、０．５Ｐａ以下の圧力下において周期律表第IVa 、
Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を
原料としてセットした陰極アーク式蒸発源から金属を蒸
発させて基材に金属イオンを照射し、その後、スパッタ
蒸発源を用いて周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の元素からなる金属層もしくは
基材を構成する元素との化合物層を前記真空槽内におい
て基材上に形成し、さらに、その上に、固体カーボンを
セットした蒸発源から蒸発させた炭素原子を照射して非
晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工
程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖ
の範囲とし、さらに、成膜の前段工程において形成され
る基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎ
ｍ、水素含有率（＝水素原子数／（水素原子数＋炭素原
子数））を０ａｔ．％以上、８ａｔ．％以下にする非晶
質炭素被膜の形成方法。
【００１６】・方法
周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なく
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させながら−４００Ｖ〜−１５００
Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材に金属イオンを
照射し、その後、固体カーボンをセットした蒸発源から
蒸発させた炭素原子を前記真空槽内で基材に照射して基
材上に非晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜
の成膜工程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜
＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の前段工程において
形成される基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５
００ｎｍ、炭素、水素及び基材構成元素以外の不純物元
素の含有率（＝不純物原子数／（不純物原子数＋炭素原
子数））を０ａｔ．％以上、４ａｔ．％以下にする非晶
質炭素被膜の形成方法。
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させながら−４００Ｖ〜−１５００
Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材に金属イオンを
照射し、その後、固体カーボンをセットした蒸発源から
蒸発させた炭素原子を前記真空槽内で基材に照射して基
材上に非晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜
の成膜工程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜
＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の前段工程において
形成される基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５
００ｎｍ、炭素、水素及び基材構成元素以外の不純物元
素の含有率（＝不純物原子数／（不純物原子数＋炭素原
子数））を０ａｔ．％以上、４ａｔ．％以下にする非晶
質炭素被膜の形成方法。
【００１７】・方法
１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下の到達真空下、又
はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ば
れた少なくとも一種の雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以
上、０．５Ｐａ以下の圧力下において周期律表第IVa 、
Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を
原料としてセットした陰極アーク式蒸発源から金属を蒸
発させて基材に金属イオンを照射し、その後、固体カー
ボンをセットした蒸発源から蒸発させた炭素原子を前記
真空槽内で基材に照射して基材上に非晶質炭素被膜を析
出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に
印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さら
に、成膜の前段工程において形成される基材側非晶質炭
素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、炭素、水素及び
基材構成元素以外の不純物元素の含有率（＝不純物原子
数／（不純物原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以
上、４ａｔ．％以下にする非晶質炭素被膜の形成方法。
はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ば
れた少なくとも一種の雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以
上、０．５Ｐａ以下の圧力下において周期律表第IVa 、
Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を
原料としてセットした陰極アーク式蒸発源から金属を蒸
発させて基材に金属イオンを照射し、その後、固体カー
ボンをセットした蒸発源から蒸発させた炭素原子を前記
真空槽内で基材に照射して基材上に非晶質炭素被膜を析
出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に
印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さら
に、成膜の前段工程において形成される基材側非晶質炭
素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、炭素、水素及び
基材構成元素以外の不純物元素の含有率（＝不純物原子
数／（不純物原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以
上、４ａｔ．％以下にする非晶質炭素被膜の形成方法。
【００１８】・方法
周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なく
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させながら−４００Ｖ〜−１５００
Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材に金属イオンを
照射し、その後、スパッタ蒸発源を用いて周期律表第IV
a 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の元
素からなる金属層もしくは基材を構成する元素との化合
物層を前記真空槽内において基材上に形成し、さらに、
その上に、固体カーボンをセットした蒸発源から蒸発さ
せた炭素原子を照射して非晶質炭素被膜を析出させ、そ
の非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に印加する電
圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の
前段工程において形成される基材側非晶質炭素層の膜厚
を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、炭素、水素及び基材構成元
素以外の不純物元素の含有率（＝不純物原子数／（不純
物原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以上、４ａｔ．
％以下にする非晶質炭素被膜の形成方法。
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させながら−４００Ｖ〜−１５００
Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材に金属イオンを
照射し、その後、スパッタ蒸発源を用いて周期律表第IV
a 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の元
素からなる金属層もしくは基材を構成する元素との化合
物層を前記真空槽内において基材上に形成し、さらに、
その上に、固体カーボンをセットした蒸発源から蒸発さ
せた炭素原子を照射して非晶質炭素被膜を析出させ、そ
の非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に印加する電
圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の
前段工程において形成される基材側非晶質炭素層の膜厚
を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、炭素、水素及び基材構成元
素以外の不純物元素の含有率（＝不純物原子数／（不純
物原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以上、４ａｔ．
％以下にする非晶質炭素被膜の形成方法。
【００１９】・方法
１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下の到達真空下、又
はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ば
れた少なくとも一種の雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以
上、０．５Ｐａ以下の圧力下において周期律表第IVa 、
Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を
原料としてセットした陰極アーク式蒸発源から金属を蒸
発させて基材に金属イオンを照射し、その後、スパッタ
蒸発源を用いて周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の元素からなる金属層もしくは
基材を構成する元素との化合物層を前記真空槽内におい
て基材上に形成し、さらに、その上に、固体カーボンを
セットした蒸発源から蒸発させた炭素原子を照射して非
晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工
程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖ
の範囲とし、さらに、成膜の前段工程において形成され
る基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎ
ｍ、炭素、水素及び基材構成元素以外の不純物元素の含
有率（＝不純物原子数／（不純物原子数＋炭素原子
数））を０ａｔ．％以上、４ａｔ．％以下にする非晶質
炭素被膜の形成方法。
はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ば
れた少なくとも一種の雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以
上、０．５Ｐａ以下の圧力下において周期律表第IVa 、
Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を
原料としてセットした陰極アーク式蒸発源から金属を蒸
発させて基材に金属イオンを照射し、その後、スパッタ
蒸発源を用いて周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の元素からなる金属層もしくは
基材を構成する元素との化合物層を前記真空槽内におい
て基材上に形成し、さらに、その上に、固体カーボンを
セットした蒸発源から蒸発させた炭素原子を照射して非
晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工
程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖ
の範囲とし、さらに、成膜の前段工程において形成され
る基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎ
ｍ、炭素、水素及び基材構成元素以外の不純物元素の含
有率（＝不純物原子数／（不純物原子数＋炭素原子
数））を０ａｔ．％以上、４ａｔ．％以下にする非晶質
炭素被膜の形成方法。
【００２０】なお、形態Ｉ、IIの装置は、固体カーボン
を原料としてセットした陰極アーク式蒸発源としてフィ
ルタードカソード形のものを用いてもよい。
を原料としてセットした陰極アーク式蒸発源としてフィ
ルタードカソード形のものを用いてもよい。
【００２１】また、方法〜は、いずれも、非晶質炭
素被膜の成膜の前段工程における固体カーボンの蒸発源
として陰極アーク式蒸発源もしくはスパッタ蒸発源を用
い、その前段工程では真空槽内に炭化水素系ガスを導入
せずに基材側非晶質炭素被膜を析出させる方法や、非晶
質炭素被膜の成膜の前段工程における固体カーボンの蒸
発源として陰極アーク式蒸発源を用い、その前段工程で
は真空槽内の圧力を１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以
下にしてアーク放電を開始させる方法、或いは、成膜の
前段工程における固体カーボンの蒸発源としてスパッタ
蒸発源を用い、その前段工程ではＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋ
ｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ばれた少なくとも一種の雰囲気ガ
ス中、０．００５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の圧力下で
スパッタ放電を開始させる方法を採ることによって、基
材側非晶質炭素の水素含有率を０ａｔ．％以上、８ａ
ｔ．％以下、同層の不純物元素の含有率を０ａｔ．％以
上、４ａｔ．％以下となすことができる。密着性向上の
面では水素含有率と不純物元素の含有率について上記の
範囲を共に満足させるのがよい。
素被膜の成膜の前段工程における固体カーボンの蒸発源
として陰極アーク式蒸発源もしくはスパッタ蒸発源を用
い、その前段工程では真空槽内に炭化水素系ガスを導入
せずに基材側非晶質炭素被膜を析出させる方法や、非晶
質炭素被膜の成膜の前段工程における固体カーボンの蒸
発源として陰極アーク式蒸発源を用い、その前段工程で
は真空槽内の圧力を１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以
下にしてアーク放電を開始させる方法、或いは、成膜の
前段工程における固体カーボンの蒸発源としてスパッタ
蒸発源を用い、その前段工程ではＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋ
ｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ばれた少なくとも一種の雰囲気ガ
ス中、０．００５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の圧力下で
スパッタ放電を開始させる方法を採ることによって、基
材側非晶質炭素の水素含有率を０ａｔ．％以上、８ａ
ｔ．％以下、同層の不純物元素の含有率を０ａｔ．％以
上、４ａｔ．％以下となすことができる。密着性向上の
面では水素含有率と不純物元素の含有率について上記の
範囲を共に満足させるのがよい。
【００２２】また、基材側非晶質炭素層上に析出させる
上層の非晶質炭素層の少なくとも一部を、アンモニア又
は炭化水素ガスを真空槽内に導入した状態でスパッタ蒸
発源もしくは陰極アーク式蒸発源を用いて形成する、或
いは、基材側非晶質炭素層上に析出させる上層の非晶質
炭素層の少なくとも一部を、アンモニア又は炭化水素ガ
スを真空槽内に導入した状態でスパッタ蒸発源もしくは
陰極アーク式蒸発源を用いて形成し、かつその層に周期
律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも
一種の金属元素を添加すると、表面平滑性に優れた低摩
擦係数の非晶質炭素被膜を得ることができる。このと
き、雰囲気ガスにＡｒなどの不活性ガスを混合してもよ
い。また、アンモニアや炭化水素ガスの導入により上層
の非晶質炭素層に含ませる水素の量は８ａｔ．％以上、
５０ａｔ．％以下にするのがよい。
上層の非晶質炭素層の少なくとも一部を、アンモニア又
は炭化水素ガスを真空槽内に導入した状態でスパッタ蒸
発源もしくは陰極アーク式蒸発源を用いて形成する、或
いは、基材側非晶質炭素層上に析出させる上層の非晶質
炭素層の少なくとも一部を、アンモニア又は炭化水素ガ
スを真空槽内に導入した状態でスパッタ蒸発源もしくは
陰極アーク式蒸発源を用いて形成し、かつその層に周期
律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも
一種の金属元素を添加すると、表面平滑性に優れた低摩
擦係数の非晶質炭素被膜を得ることができる。このと
き、雰囲気ガスにＡｒなどの不活性ガスを混合してもよ
い。また、アンモニアや炭化水素ガスの導入により上層
の非晶質炭素層に含ませる水素の量は８ａｔ．％以上、
５０ａｔ．％以下にするのがよい。
【００２３】
【作用】形態Ｉの装置を用いると、基材の前処理、即
ち、陰極アーク式蒸発源による金属イオンの照射処理後
に、スパッタ蒸発源による金属層または化合物中間層の
形成を行い、その後、陰極アーク式蒸発源またはスパッ
タ蒸発源を用いて非晶質炭素被膜を形成することがで
き、陰極アーク式蒸発源とスパッタ蒸発源を用いて性質
の異なる非晶質炭素被膜、即ち、下層側には基材との密
着性に優れ、一方、上層側は表面平滑性に優れた低摩擦
係数の非晶質炭素被膜を積層化して形成することができ
る。非晶質炭素被膜の形成にあたっては、固体カーボン
を原料としてセットしてあるスパッタ蒸発源もしくは、
陰極アーク式蒸発源による成膜を行いながら、金属を原
料としてセットしてあるスパッタ蒸発源もしくは、陰極
アーク式蒸発源により金属イオンを蒸発させ、非晶質炭
素内に金属粒子、またはその炭化物粒子が分散した構造
を得ることも可能である。
ち、陰極アーク式蒸発源による金属イオンの照射処理後
に、スパッタ蒸発源による金属層または化合物中間層の
形成を行い、その後、陰極アーク式蒸発源またはスパッ
タ蒸発源を用いて非晶質炭素被膜を形成することがで
き、陰極アーク式蒸発源とスパッタ蒸発源を用いて性質
の異なる非晶質炭素被膜、即ち、下層側には基材との密
着性に優れ、一方、上層側は表面平滑性に優れた低摩擦
係数の非晶質炭素被膜を積層化して形成することができ
る。非晶質炭素被膜の形成にあたっては、固体カーボン
を原料としてセットしてあるスパッタ蒸発源もしくは、
陰極アーク式蒸発源による成膜を行いながら、金属を原
料としてセットしてあるスパッタ蒸発源もしくは、陰極
アーク式蒸発源により金属イオンを蒸発させ、非晶質炭
素内に金属粒子、またはその炭化物粒子が分散した構造
を得ることも可能である。
【００２４】また形態IIの装置を用いると、陰極アーク
式蒸発源による金属イオンの照射処理後に、陰極アーク
式蒸発源とスパッタ蒸発源を用いて基材との密着性に優
れた非晶質炭素被膜と表面平滑性に優れた低摩擦係数の
非晶質炭素被膜を積層化して形成することができる。
式蒸発源による金属イオンの照射処理後に、陰極アーク
式蒸発源とスパッタ蒸発源を用いて基材との密着性に優
れた非晶質炭素被膜と表面平滑性に優れた低摩擦係数の
非晶質炭素被膜を積層化して形成することができる。
【００２５】さらに、形態III の装置を用いると、陰極
アーク式蒸発源による金属イオンの照射処理後に、スパ
ッタ法で非晶質炭素被膜を作製することができる。
アーク式蒸発源による金属イオンの照射処理後に、スパ
ッタ法で非晶質炭素被膜を作製することができる。
【００２６】陰極アーク式蒸発源とは、アークイオンプ
レーティングや、真空アーク蒸着、カソードイオンプレ
ーティングと言われるものと同様であり、固体ターゲッ
トをカソードとし、高電流を印加することにより、ター
ゲット表面にアーク放電を発生させてターゲットを蒸
発、イオン化させる。電子は真空槽本体、または別途真
空中に設けてあるアノードへと流れ込み、正イオンが基
材上に析出するものである。陰極アーク式蒸発源には、
ターゲット周辺に配置した磁場コイルによる磁界により
高密度のプラズマが得られるタイプのものや、蒸発源か
ら発生したイオンの進行方向を磁場により偏向させ、マ
クロパーティクルの基材への飛来を抑えたフィルタード
カソードと呼ばれるタイプのものも使用することができ
るが、基材前処理用の蒸発源は前記したような特別な機
能をもたないものでも構わない。陰極アーク式蒸発源
は、イオン化率が高いために、基材表面をエッチングす
る速度が速く、クリーニング効果が高い。前記固体カー
ボンを原料としてセットしてある陰極アーク式蒸発源が
フィルタードカソード型であっても同様の効果が得られ
る。
レーティングや、真空アーク蒸着、カソードイオンプレ
ーティングと言われるものと同様であり、固体ターゲッ
トをカソードとし、高電流を印加することにより、ター
ゲット表面にアーク放電を発生させてターゲットを蒸
発、イオン化させる。電子は真空槽本体、または別途真
空中に設けてあるアノードへと流れ込み、正イオンが基
材上に析出するものである。陰極アーク式蒸発源には、
ターゲット周辺に配置した磁場コイルによる磁界により
高密度のプラズマが得られるタイプのものや、蒸発源か
ら発生したイオンの進行方向を磁場により偏向させ、マ
クロパーティクルの基材への飛来を抑えたフィルタード
カソードと呼ばれるタイプのものも使用することができ
るが、基材前処理用の蒸発源は前記したような特別な機
能をもたないものでも構わない。陰極アーク式蒸発源
は、イオン化率が高いために、基材表面をエッチングす
る速度が速く、クリーニング効果が高い。前記固体カー
ボンを原料としてセットしてある陰極アーク式蒸発源が
フィルタードカソード型であっても同様の効果が得られ
る。
【００２７】これらの装置によって得られる非晶質炭素
被膜は、従来よりも基材の密着性に優れ、かつ表面平滑
性に優れ、摩擦係数も低い。また、基材の前処理から非
晶質炭素被膜の形成完了までが１つの真空槽で完了し、
基材を２つ以上の真空槽間で移動させる必要がないた
め、処理が非常に簡単になり、膜の表面の基材移動によ
る汚染も起こらない。非晶質炭素被膜の形成方法として
は、周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少
なくとも一種の金属を原料としてセットしてある陰極ア
ーク式蒸発源から金属を蒸発させながら、基材に−４０
０Ｖ〜−１５００Ｖの負のバイアスを印加して、基材に
金属イオンを照射し、その後、炭素原子を照射する。こ
のとき、炭素原子を発生する方法として、スパッタ蒸発
源もしくは陰極アーク式蒸発源を用いる。
被膜は、従来よりも基材の密着性に優れ、かつ表面平滑
性に優れ、摩擦係数も低い。また、基材の前処理から非
晶質炭素被膜の形成完了までが１つの真空槽で完了し、
基材を２つ以上の真空槽間で移動させる必要がないた
め、処理が非常に簡単になり、膜の表面の基材移動によ
る汚染も起こらない。非晶質炭素被膜の形成方法として
は、周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少
なくとも一種の金属を原料としてセットしてある陰極ア
ーク式蒸発源から金属を蒸発させながら、基材に−４０
０Ｖ〜−１５００Ｖの負のバイアスを印加して、基材に
金属イオンを照射し、その後、炭素原子を照射する。こ
のとき、炭素原子を発生する方法として、スパッタ蒸発
源もしくは陰極アーク式蒸発源を用いる。
【００２８】周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族の金属
元素は、陰極アーク式蒸発源により蒸発させやすく、高
いイオン密度を得ることができて望ましい。これらの元
素の中でも特に、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒのイオンはエッ
チング速度が早くて望ましい。Ｃｒはアーク放電により
昇華しやすくて前処理時に基材表面に付着するドロップ
レットが極めて少なく、表面のより平滑な膜が形成可能
であるため、更に望ましい。
元素は、陰極アーク式蒸発源により蒸発させやすく、高
いイオン密度を得ることができて望ましい。これらの元
素の中でも特に、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒのイオンはエッ
チング速度が早くて望ましい。Ｃｒはアーク放電により
昇華しやすくて前処理時に基材表面に付着するドロップ
レットが極めて少なく、表面のより平滑な膜が形成可能
であるため、更に望ましい。
【００２９】陰極アーク式蒸発源により周期律表第IVa
、Va、VIa 、IIIb族の原子を蒸発させる場合、１×１
０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下の到達真空下で行う。到
達真空度はできるだけ低い方が望ましいが、一般的な真
空成膜装置では１×１０-6Ｐａ以下の到達真空度を得る
ことが難しく、また、このような低真空度を実現できる
装置であっても、これ以下の真空に達するのに時間がか
かりすぎて、実用的でない。一方、圧力が０．１Ｐａ以
上であると、前処理終了時から成膜を開始するまでの間
に基材表面にガスが吸着したり、基材表面に酸化層が形
成されたりして膜の密着力が低下するため、望ましくな
い。
、Va、VIa 、IIIb族の原子を蒸発させる場合、１×１
０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下の到達真空下で行う。到
達真空度はできるだけ低い方が望ましいが、一般的な真
空成膜装置では１×１０-6Ｐａ以下の到達真空度を得る
ことが難しく、また、このような低真空度を実現できる
装置であっても、これ以下の真空に達するのに時間がか
かりすぎて、実用的でない。一方、圧力が０．１Ｐａ以
上であると、前処理終了時から成膜を開始するまでの間
に基材表面にガスが吸着したり、基材表面に酸化層が形
成されたりして膜の密着力が低下するため、望ましくな
い。
【００３０】金属イオンの照射は、Ｈ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、
Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ばれた少なくとも一種の
雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の
圧力下において行っても良い。圧力が０．００５Ｐａ以
下であると、ガス導入の効果がなく望ましくない。ま
た、０．５Ｐａ以上である場合は、基材のエッチング速
度が遅くなったり、基材表面に脆い金属膜が形成されて
望ましくない。
Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ばれた少なくとも一種の
雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の
圧力下において行っても良い。圧力が０．００５Ｐａ以
下であると、ガス導入の効果がなく望ましくない。ま
た、０．５Ｐａ以上である場合は、基材のエッチング速
度が遅くなったり、基材表面に脆い金属膜が形成されて
望ましくない。
【００３１】蒸発源から発生させた金属イオンは、基材
に印加された負のバイアスにより加速され、基材表面に
照射せしめられる。このようにして高い運動エネルギー
をもった金属イオンを基材表面に照射することにより、
基材表面の付着物や酸化層が除去され、その上に形成す
る被膜の高い密着性が得られる。基材に印加する負のバ
イアスとしては、直流バイアス、パルス直流バイアス、
高周波バイアスの使用、直流バイアスと高周波バイアス
の併用などが可能であるが、高周波バイアスの単独での
印加は高いＶｄｃが得られないため望ましくない。特に
絶縁体の基材を使用する際には、チャージアップの防止
や異常放電の防止のため、パルス直流バイアスを用いる
ことがさらに望ましい。基材に印加する負のバイアス
は、−１５００Ｖ以上、−４００Ｖ以下であることが望
ましい。負のバイアスの絶対値が小さい場合、つまり−
４００Ｖ以上の電圧では、イオンが十分に加速されない
ため、基材表面をエッチングすることができない。ま
た、負のバイアスの絶対値が大きい場合、つまり−１５
００Ｖ以下の電圧では、基材の温度が上昇しすぎて望ま
しくない。
に印加された負のバイアスにより加速され、基材表面に
照射せしめられる。このようにして高い運動エネルギー
をもった金属イオンを基材表面に照射することにより、
基材表面の付着物や酸化層が除去され、その上に形成す
る被膜の高い密着性が得られる。基材に印加する負のバ
イアスとしては、直流バイアス、パルス直流バイアス、
高周波バイアスの使用、直流バイアスと高周波バイアス
の併用などが可能であるが、高周波バイアスの単独での
印加は高いＶｄｃが得られないため望ましくない。特に
絶縁体の基材を使用する際には、チャージアップの防止
や異常放電の防止のため、パルス直流バイアスを用いる
ことがさらに望ましい。基材に印加する負のバイアス
は、−１５００Ｖ以上、−４００Ｖ以下であることが望
ましい。負のバイアスの絶対値が小さい場合、つまり−
４００Ｖ以上の電圧では、イオンが十分に加速されない
ため、基材表面をエッチングすることができない。ま
た、負のバイアスの絶対値が大きい場合、つまり−１５
００Ｖ以下の電圧では、基材の温度が上昇しすぎて望ま
しくない。
【００３２】このイオン照射処理では、蒸発源から発生
させた金属イオン以外にも、アークプラズマ中の金属ラ
ジカルやマクロパーティクルなどの金属中性粒子、電
子、雰囲気ガスのイオンやラジカルなどが基材表面に照
射されるが、基材表面のエッチングは主に金属イオンに
より行われる。
させた金属イオン以外にも、アークプラズマ中の金属ラ
ジカルやマクロパーティクルなどの金属中性粒子、電
子、雰囲気ガスのイオンやラジカルなどが基材表面に照
射されるが、基材表面のエッチングは主に金属イオンに
より行われる。
【００３３】金属イオン照射後に形成する非晶質炭素被
膜は、基材側の非晶質炭素層（Ａ層）の水素含有率（＝
水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数））が０ａｔ．
％以上、８ａｔ．％以下となるように炭化水素系ガスを
用いずに行う。炭素原子の照射時に基材に印加する電圧
は膜のグラファイト化を回避するために−４００Ｖ〜＋
４０Ｖの範囲とする。
膜は、基材側の非晶質炭素層（Ａ層）の水素含有率（＝
水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数））が０ａｔ．
％以上、８ａｔ．％以下となるように炭化水素系ガスを
用いずに行う。炭素原子の照射時に基材に印加する電圧
は膜のグラファイト化を回避するために−４００Ｖ〜＋
４０Ｖの範囲とする。
【００３４】ここで云う基材側とは、炭素を主成分とす
る被膜の中で、もっとも基材側にある層のことである。
一般的には金属またはその炭化物の層を非晶質炭素膜と
基材との間に中間層として形成することが多いが、その
場合の「基材側」とは、中間層側である。中間層の形成
方法としては、特にスパッタ蒸発源を用いて周期律表第
IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の
元素からなる金属層または化合物層を形成することが、
被膜の平滑性の点から望ましかった。また、陰極アーク
式蒸発源を用いた前記の金属イオン照射時にも、金属薄
膜が形成されたり、その後に形成する非晶質炭素膜と反
応して化合物層が形成されたりする場合があるが、これ
らの層が形成されることは被膜の密着力向上の点から望
ましかった。
る被膜の中で、もっとも基材側にある層のことである。
一般的には金属またはその炭化物の層を非晶質炭素膜と
基材との間に中間層として形成することが多いが、その
場合の「基材側」とは、中間層側である。中間層の形成
方法としては、特にスパッタ蒸発源を用いて周期律表第
IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の
元素からなる金属層または化合物層を形成することが、
被膜の平滑性の点から望ましかった。また、陰極アーク
式蒸発源を用いた前記の金属イオン照射時にも、金属薄
膜が形成されたり、その後に形成する非晶質炭素膜と反
応して化合物層が形成されたりする場合があるが、これ
らの層が形成されることは被膜の密着力向上の点から望
ましかった。
【００３５】基材側非晶質炭素層（Ａ層）の水素含有率
（＝水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数））を０ａ
ｔ．％以上、８ａｔ．％以下とするために、成膜にはＣ
Ｈ4、Ｃ2Ｈ2 などの炭化水素ガスを用いず、被膜内部に
不可避の水素のみしか含まれないようにすることが、密
着力を向上させる点から望ましかった。水素はなるべく
少ないほうが、密着力向上の観点から望ましいが、成膜
時に避けることのできない不可避の水素が含まれる場合
がある。不可避の水素とは、成膜を同一装置で繰り返す
と、真空槽の内壁や基板ホルダ、回転テーブルなどに炭
化水素の分解物が付着する。これらの分解物が、水素原
子を含有していない非晶質炭素被膜を成膜しているとき
にエッチングされて気体となり、被膜内に混入される場
合がある。このように被膜の生産上避けることのできな
い被膜内部の含有水素を不可避の水素という。このよう
な不可避の水素の含有率を０ａｔ．％以上、８ａｔ．％
以下となす。このような層を基材側に形成することによ
り、基材との密着力を高めることができる。基材側非晶
質炭素層の水素含有率を０ａｔ．％以上、８ａｔ．％以
下となすために成膜は、陰極アーク式蒸発源、もしくは
スパッタ蒸発源を用いて行うことが望ましく、このとき
に基材に印加する電圧は−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲と
する。また、この後も非晶質炭素被膜の形成は、基材に
印加する電圧を、−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲にして行
う。基材にかかる負のバイアスが大きくなる（−４００
Ｖ以下）なると、正に帯電した炭素イオンの引き込み効
果が大きくなるため、イオンによる加熱効果により、形
成された非晶質炭素被膜がグラファイト化し、脆くな
る。また、印加電圧が＋４０Ｖよりも大きくなると、正
に帯電した炭素イオンの引き込み効果が小さくなり、か
わりに炭素ラジカルなどの析出が被膜の主成分となって
良好な被膜が形成されない。加えて、成膜速度も減少す
る。また、電子の流入量が大きくなることから加熱効果
が大きくなり、得られる被膜が脆いものとなる。
（＝水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数））を０ａ
ｔ．％以上、８ａｔ．％以下とするために、成膜にはＣ
Ｈ4、Ｃ2Ｈ2 などの炭化水素ガスを用いず、被膜内部に
不可避の水素のみしか含まれないようにすることが、密
着力を向上させる点から望ましかった。水素はなるべく
少ないほうが、密着力向上の観点から望ましいが、成膜
時に避けることのできない不可避の水素が含まれる場合
がある。不可避の水素とは、成膜を同一装置で繰り返す
と、真空槽の内壁や基板ホルダ、回転テーブルなどに炭
化水素の分解物が付着する。これらの分解物が、水素原
子を含有していない非晶質炭素被膜を成膜しているとき
にエッチングされて気体となり、被膜内に混入される場
合がある。このように被膜の生産上避けることのできな
い被膜内部の含有水素を不可避の水素という。このよう
な不可避の水素の含有率を０ａｔ．％以上、８ａｔ．％
以下となす。このような層を基材側に形成することによ
り、基材との密着力を高めることができる。基材側非晶
質炭素層の水素含有率を０ａｔ．％以上、８ａｔ．％以
下となすために成膜は、陰極アーク式蒸発源、もしくは
スパッタ蒸発源を用いて行うことが望ましく、このとき
に基材に印加する電圧は−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲と
する。また、この後も非晶質炭素被膜の形成は、基材に
印加する電圧を、−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲にして行
う。基材にかかる負のバイアスが大きくなる（−４００
Ｖ以下）なると、正に帯電した炭素イオンの引き込み効
果が大きくなるため、イオンによる加熱効果により、形
成された非晶質炭素被膜がグラファイト化し、脆くな
る。また、印加電圧が＋４０Ｖよりも大きくなると、正
に帯電した炭素イオンの引き込み効果が小さくなり、か
わりに炭素ラジカルなどの析出が被膜の主成分となって
良好な被膜が形成されない。加えて、成膜速度も減少す
る。また、電子の流入量が大きくなることから加熱効果
が大きくなり、得られる被膜が脆いものとなる。
【００３６】また、基材側の非晶質炭素層（Ａ層）に含
まれる基材を構成する元素以外の不純物元素（不純物原
子数／（不純物原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以
上、４ａｔ．％以下とすることは密着力を高める上で重
要である。不純物元素とは、炭素、水素、および基材を
構成する元素以外の元素であり、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、
Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ、Ｏなどの雰囲気、及び大気中成
分に起因する元素である。これらの元素は、なるべく少
ないほうが密着力が高いが、成膜上、避けることができ
ない場合がある。
まれる基材を構成する元素以外の不純物元素（不純物原
子数／（不純物原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以
上、４ａｔ．％以下とすることは密着力を高める上で重
要である。不純物元素とは、炭素、水素、および基材を
構成する元素以外の元素であり、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、
Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ、Ｏなどの雰囲気、及び大気中成
分に起因する元素である。これらの元素は、なるべく少
ないほうが密着力が高いが、成膜上、避けることができ
ない場合がある。
【００３７】その不純物元素の含有量を少なくするため
に、基材側の非晶質炭素層の形成を陰極アーク式蒸発源
を用いて行う場合には、１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐ
ａ以下の到達真空下で行う。到達真空度をこの範囲に限
定する理由は、陰極アーク式蒸発源を用いて金属イオン
を照射するときに１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下
の到達真空下で行うとした理由と同じである。
に、基材側の非晶質炭素層の形成を陰極アーク式蒸発源
を用いて行う場合には、１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐ
ａ以下の到達真空下で行う。到達真空度をこの範囲に限
定する理由は、陰極アーク式蒸発源を用いて金属イオン
を照射するときに１×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下
の到達真空下で行うとした理由と同じである。
【００３８】基材側非晶質炭素層の形成にスパッタ蒸発
源を用いる場合は、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ
2 から選ばれた少なくとも一種の雰囲気ガス中０．００
５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の圧力下において行っても
よい。圧力が０．００５Ｐａ以下では、スパッタ現象が
発生せず、０．５Ｐａ以上では、前処理終了時から成膜
を開始するまでの間に基材表面にガスが吸着したり、基
材表面に酸化層が形成されたりして、膜の密着力が低下
し、望ましくない。
源を用いる場合は、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ
2 から選ばれた少なくとも一種の雰囲気ガス中０．００
５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の圧力下において行っても
よい。圧力が０．００５Ｐａ以下では、スパッタ現象が
発生せず、０．５Ｐａ以上では、前処理終了時から成膜
を開始するまでの間に基材表面にガスが吸着したり、基
材表面に酸化層が形成されたりして、膜の密着力が低下
し、望ましくない。
【００３９】前述の様にして形成される基材側非晶質炭
素層（Ａ層）上にさらに積層して形成する上層の非晶質
炭素層（Ｂ層）については、少なくとも一部を、炭化水
素系ガスまたはアンモニアを真空槽内に導入した状態で
スパッタ蒸発源、陰極アーク式蒸発源により形成するの
がよく、こうすることは、低摩擦係数、表面平滑性を得
る上で効果がある。
素層（Ａ層）上にさらに積層して形成する上層の非晶質
炭素層（Ｂ層）については、少なくとも一部を、炭化水
素系ガスまたはアンモニアを真空槽内に導入した状態で
スパッタ蒸発源、陰極アーク式蒸発源により形成するの
がよく、こうすることは、低摩擦係数、表面平滑性を得
る上で効果がある。
【００４０】一般に、陰極式アーク放電蒸着法を用いる
場合、ドロップレットが被膜内に混入するので、表面粗
さが問題とならないレベルまで膜厚を減少させたり、特
殊なフィルタードカソードを用いる必要がある。これに
対し、アンモニア、または炭化水素ガスを用いると陰極
アーク式蒸発源の固体カーボンのみを原料とする場合よ
りも成膜速度を上げることができ、短時間での成膜が可
能となる。陰極アーク式蒸発源から発生して基材に到達
するドロップレットは、単位時間あたり同じ数であるこ
とから、成膜時間が短縮されれば被膜内に混入するドロ
ップレットの数が減少する。これによりフィルタードカ
ソードを用いたりせずに得られる非晶質炭素被膜の表面
粗さを向上させることができる。
場合、ドロップレットが被膜内に混入するので、表面粗
さが問題とならないレベルまで膜厚を減少させたり、特
殊なフィルタードカソードを用いる必要がある。これに
対し、アンモニア、または炭化水素ガスを用いると陰極
アーク式蒸発源の固体カーボンのみを原料とする場合よ
りも成膜速度を上げることができ、短時間での成膜が可
能となる。陰極アーク式蒸発源から発生して基材に到達
するドロップレットは、単位時間あたり同じ数であるこ
とから、成膜時間が短縮されれば被膜内に混入するドロ
ップレットの数が減少する。これによりフィルタードカ
ソードを用いたりせずに得られる非晶質炭素被膜の表面
粗さを向上させることができる。
【００４１】また、スパッタ法においても水素を含まな
い非晶質炭素層を形成する成膜条件の範囲内では、被膜
の表面粗さが粗くなる。一方、成膜時にアンモニア、ま
たは炭化水素ガスを導入した場合は、非晶質炭素層を形
成する成膜条件の範囲内では、被膜は表面平滑である。
したがって、基材側に水素を含まない非晶質炭素層を形
成して密着力を向上した後、アンモニアまたは炭化水素
ガスを真空槽内に導入して成膜を行うと非晶質炭素の膜
厚が同じであれば、水素を含まない非晶質炭素で被膜全
体を形成した場合よりも表面平滑性が良くなる。表面平
滑性は摩擦係数にも影響を与え、表面が粗いと摩擦係数
が高くなることが知られている。したがって、良好な表
面平滑性が得られることにより低摩擦係数を確保でき
る。スパッタ蒸発源、陰極アーク式蒸発源とも、アンモ
ニアよりも炭化水素ガスを用いたときの方が、被膜の摩
擦係数は小さくなる。このようにして意図的に水素を含
ませた上層の非晶質炭素層は、水素含有率８ａｔ．％以
上で表面平滑性が良くなり、５０ａｔ．％以上では耐摩
性が低かった。
い非晶質炭素層を形成する成膜条件の範囲内では、被膜
の表面粗さが粗くなる。一方、成膜時にアンモニア、ま
たは炭化水素ガスを導入した場合は、非晶質炭素層を形
成する成膜条件の範囲内では、被膜は表面平滑である。
したがって、基材側に水素を含まない非晶質炭素層を形
成して密着力を向上した後、アンモニアまたは炭化水素
ガスを真空槽内に導入して成膜を行うと非晶質炭素の膜
厚が同じであれば、水素を含まない非晶質炭素で被膜全
体を形成した場合よりも表面平滑性が良くなる。表面平
滑性は摩擦係数にも影響を与え、表面が粗いと摩擦係数
が高くなることが知られている。したがって、良好な表
面平滑性が得られることにより低摩擦係数を確保でき
る。スパッタ蒸発源、陰極アーク式蒸発源とも、アンモ
ニアよりも炭化水素ガスを用いたときの方が、被膜の摩
擦係数は小さくなる。このようにして意図的に水素を含
ませた上層の非晶質炭素層は、水素含有率８ａｔ．％以
上で表面平滑性が良くなり、５０ａｔ．％以上では耐摩
性が低かった。
【００４２】この非晶質炭素被膜に周期律表第IVa, Va,
VIa, IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を添加
すると、潤滑油雰囲気下での摩擦係数が低減して望まし
い。添加した金属が潤滑油中の添加剤と強固に結合して
低摩擦の潤滑層を形成し、そのために添加しない場合に
比べて摩擦係数が低減する。金属を添加する方法として
は、ガスを原料として用いる場合もあるが、スパッタ蒸
発源、陰極アーク式蒸発源を用いることで、簡単に添加
することができる。
VIa, IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属を添加
すると、潤滑油雰囲気下での摩擦係数が低減して望まし
い。添加した金属が潤滑油中の添加剤と強固に結合して
低摩擦の潤滑層を形成し、そのために添加しない場合に
比べて摩擦係数が低減する。金属を添加する方法として
は、ガスを原料として用いる場合もあるが、スパッタ蒸
発源、陰極アーク式蒸発源を用いることで、簡単に添加
することができる。
【００４３】このほか、基材側の非晶質炭素層（Ａ層）
の膜厚は、５００ｎｍ以上になると表面が粗くなりすぎ
て実用上問題となる。特に１００ｎｍ以下が望ましい。
一方、膜厚が薄すぎると密着力向上の効果が得られず、
その密着力向上のために０．１ｎｍ以上は必要である。
の膜厚は、５００ｎｍ以上になると表面が粗くなりすぎ
て実用上問題となる。特に１００ｎｍ以下が望ましい。
一方、膜厚が薄すぎると密着力向上の効果が得られず、
その密着力向上のために０．１ｎｍ以上は必要である。
【００４４】
【発明の実施の形態】（実施例１）基材に対し陰極アー
ク式蒸発源を用いた金属イオン照射を行った後、スパッ
タ蒸発源により周期律表第IVa, Va, VIa, IIIb族から選
ばれた少なくとも一種の金属を蒸発させてその金属の層
を基材上に中間層として形成し、その後スパッタ蒸発
源、または陰極アーク式蒸発源を用いて水素含有率（＝
水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数））が０ａｔ．
％以上、８ａｔ．％以下、又は不純物元素（＝不純物原
子数／（不純物原子数＋炭素原子数））が０ａｔ．％以
上、４ａｔ．％以下の非晶質炭素層（Ａ層）を中間層上
に形成した。その後、スパッタ蒸発源、または陰極アー
ク式蒸発源を用いて、炭化水素ガスを導入しながらＡ層
上に非晶質炭素層（Ｂ層）を形成した。
ク式蒸発源を用いた金属イオン照射を行った後、スパッ
タ蒸発源により周期律表第IVa, Va, VIa, IIIb族から選
ばれた少なくとも一種の金属を蒸発させてその金属の層
を基材上に中間層として形成し、その後スパッタ蒸発
源、または陰極アーク式蒸発源を用いて水素含有率（＝
水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数））が０ａｔ．
％以上、８ａｔ．％以下、又は不純物元素（＝不純物原
子数／（不純物原子数＋炭素原子数））が０ａｔ．％以
上、４ａｔ．％以下の非晶質炭素層（Ａ層）を中間層上
に形成した。その後、スパッタ蒸発源、または陰極アー
ク式蒸発源を用いて、炭化水素ガスを導入しながらＡ層
上に非晶質炭素層（Ｂ層）を形成した。
【００４５】また、積極的に中間層を導入せず、金属イ
オン照射の後、すぐにスパッタ蒸発源、または陰極アー
ク式蒸発源を用いて水素含有率（＝水素原子数／（水素
原子数＋炭素原子数））が０ａｔ．％以上、８ａｔ．％
以下、または不純物元素（＝不純物原子数／（不純物原
子数＋炭素原子数））が０ａｔ．％以上、４ａｔ．％以
下の非晶質炭素層を形成した。
オン照射の後、すぐにスパッタ蒸発源、または陰極アー
ク式蒸発源を用いて水素含有率（＝水素原子数／（水素
原子数＋炭素原子数））が０ａｔ．％以上、８ａｔ．％
以下、または不純物元素（＝不純物原子数／（不純物原
子数＋炭素原子数））が０ａｔ．％以上、４ａｔ．％以
下の非晶質炭素層を形成した。
【００４６】本実施例で用いた被膜形成装置を図１に示
す。真空槽１０内に水平円盤上の回転テーブル１１を備
え、この回転テーブル１１に垂直に固定された基材ホル
ダ１２を備える。真空槽１０の側壁には、イオン照射用
の陰極アーク式蒸発源１３、金属または化合物の層を形
成するスパッタ蒸発源１４、成膜様のスパッタ蒸発源１
５、及び陰極アーク式蒸発源１６を備える。
す。真空槽１０内に水平円盤上の回転テーブル１１を備
え、この回転テーブル１１に垂直に固定された基材ホル
ダ１２を備える。真空槽１０の側壁には、イオン照射用
の陰極アーク式蒸発源１３、金属または化合物の層を形
成するスパッタ蒸発源１４、成膜様のスパッタ蒸発源１
５、及び陰極アーク式蒸発源１６を備える。
【００４７】陰極アーク式蒸発源１３のターゲット１７
には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒを用いた。スパッタ蒸発源
１４のターゲット１８には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂを用いた。陰極アーク式蒸発源１３に
は、直流アーク電源２３が接続されている。スパッタ蒸
発源１５と陰極アーク式蒸発源１６のターゲット１９、
２０には、固体カーボンを用いた。スパッタ蒸発源１
４、１５にはパルス直流電源２１、２２が接続されてい
る。陰極アーク式蒸発源１３、１６には直流電源２３、
２４が接続されている。回転テーブル１１には、パルス
直流電源２５が接続されており、回転テーブル１１と電
気的に接続されている基材ホルダ１２にも電圧が印加さ
れる。なお、真空槽１０にはガス導入口２６とガス排気
口２７とが設けられている。ガス導入口２６からは、Ｃ
2 Ｈ2 、Ａｒを導入することができる。
には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒを用いた。スパッタ蒸発源
１４のターゲット１８には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂを用いた。陰極アーク式蒸発源１３に
は、直流アーク電源２３が接続されている。スパッタ蒸
発源１５と陰極アーク式蒸発源１６のターゲット１９、
２０には、固体カーボンを用いた。スパッタ蒸発源１
４、１５にはパルス直流電源２１、２２が接続されてい
る。陰極アーク式蒸発源１３、１６には直流電源２３、
２４が接続されている。回転テーブル１１には、パルス
直流電源２５が接続されており、回転テーブル１１と電
気的に接続されている基材ホルダ１２にも電圧が印加さ
れる。なお、真空槽１０にはガス導入口２６とガス排気
口２７とが設けられている。ガス導入口２６からは、Ｃ
2 Ｈ2 、Ａｒを導入することができる。
【００４８】本装置でのイオン照射の方法を以下に示
す。
す。
【００４９】基材ホルダ１２に基材２８をセットした
後、真空槽１０内を０．００２Ｐａまでガス排気口２７
から真空排気した。雰囲気ガスとして、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ
2 、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅのいずれかを真空槽１０内が所定
の圧力になるようにガス導入口２６より導入し、もしく
はガスを導入せずに到達真空度のまま、基材ホルダ１２
に所定の基板バイアスを印加した。回転テーブル１１を
５ｒｐｍで回転させながら、ターゲット１７に所定のア
ーク電流を流してアーク放電を発生させ、ターゲット１
７の金属イオンを基材２８へ衝突させて、基材表面の汚
れや酸化物層をエッチング除去した。このとき、基板バ
イアスはパルス化していない。
後、真空槽１０内を０．００２Ｐａまでガス排気口２７
から真空排気した。雰囲気ガスとして、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ
2 、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅのいずれかを真空槽１０内が所定
の圧力になるようにガス導入口２６より導入し、もしく
はガスを導入せずに到達真空度のまま、基材ホルダ１２
に所定の基板バイアスを印加した。回転テーブル１１を
５ｒｐｍで回転させながら、ターゲット１７に所定のア
ーク電流を流してアーク放電を発生させ、ターゲット１
７の金属イオンを基材２８へ衝突させて、基材表面の汚
れや酸化物層をエッチング除去した。このとき、基板バ
イアスはパルス化していない。
【００５０】その後、真空槽１０内を真空排気した後
に、非晶質炭素被膜の形成を行った。このとき回転テー
ブル１１は、５ｒｐｍで回転させた。スパッタ蒸発源１
５を用いて成膜を行う場合は、ガス導入口２６からＡｒ
を０．０５Ｐａ〜１Ｐａ導入し、基材ホルダ１２に＋４
０〜−４００Ｖの範囲でバイアス印加し、スパッタ蒸発
源１５に８００Ｗの電力を投入し、スパッタ放電して固
体カーボン１９を蒸発させた。スパッタ蒸発源１５に投
入する電力は、パルス直流電圧であり、１〜２００ｋＨ
ｚの周波数である。基材ホルダ１２に印加したバイアス
はパルス直流電圧であり、周波数は１〜２００ｋＨｚで
ある。
に、非晶質炭素被膜の形成を行った。このとき回転テー
ブル１１は、５ｒｐｍで回転させた。スパッタ蒸発源１
５を用いて成膜を行う場合は、ガス導入口２６からＡｒ
を０．０５Ｐａ〜１Ｐａ導入し、基材ホルダ１２に＋４
０〜−４００Ｖの範囲でバイアス印加し、スパッタ蒸発
源１５に８００Ｗの電力を投入し、スパッタ放電して固
体カーボン１９を蒸発させた。スパッタ蒸発源１５に投
入する電力は、パルス直流電圧であり、１〜２００ｋＨ
ｚの周波数である。基材ホルダ１２に印加したバイアス
はパルス直流電圧であり、周波数は１〜２００ｋＨｚで
ある。
【００５１】陰極アーク式蒸発源１６を用いる場合に
は、０．０２Ｐａ以下に真空槽１０の圧力が減少するま
で待ち、その後、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ〜−４００
Ｖの範囲でバイアスを印加し、陰極アーク式蒸発源１６
に直流電流４０Ａを投入し、アーク放電を発生させて固
体カーボン２０を蒸発させる。このときの基板バイアス
は、パルス化していない。
は、０．０２Ｐａ以下に真空槽１０の圧力が減少するま
で待ち、その後、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ〜−４００
Ｖの範囲でバイアスを印加し、陰極アーク式蒸発源１６
に直流電流４０Ａを投入し、アーク放電を発生させて固
体カーボン２０を蒸発させる。このときの基板バイアス
は、パルス化していない。
【００５２】スパッタ蒸発源１４にターゲット１８とし
てセットしてある金属（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｎｂ）を蒸発させて基材と非晶質炭素被膜間に、予
めこれらの金属層または化合物層を形成することも行っ
た。このとき、回転テーブル１１は、５ｒｐｍで回転さ
せた。
てセットしてある金属（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｎｂ）を蒸発させて基材と非晶質炭素被膜間に、予
めこれらの金属層または化合物層を形成することも行っ
た。このとき、回転テーブル１１は、５ｒｐｍで回転さ
せた。
【００５３】スパッタ蒸発源１４を用いて金属層を成膜
する場合は、ガス導入口２６からＡｒを０．０５Ｐａ〜
１Ｐａ導入する。また、スパッタ蒸発源１４を用いて化
合物層を形成する場合には、ガス導入口２６からＡｒと
Ｃ2 Ｈ2 を導入する。ＡｒとＣ2 Ｈ2 の比（＝Ｃ2 Ｈ2
／Ａｒ）は、０．１〜０．６である。これらのガスを真
空層１０内に導入した後に、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ
〜−８００Ｖの範囲でバイアスを印加し、スパッタ蒸発
源１４に５００Ｗの電力を投入し、スパッタ放電させ
た。スパッタ蒸発源１４に投入する電力は、パルス直流
電圧であり、１〜２００ｋＨｚの周波数である。基材ホ
ルダ１２に印加したバイアスはパルス直流電圧であり、
周波数は１〜２００ｋＨｚである。
する場合は、ガス導入口２６からＡｒを０．０５Ｐａ〜
１Ｐａ導入する。また、スパッタ蒸発源１４を用いて化
合物層を形成する場合には、ガス導入口２６からＡｒと
Ｃ2 Ｈ2 を導入する。ＡｒとＣ2 Ｈ2 の比（＝Ｃ2 Ｈ2
／Ａｒ）は、０．１〜０．６である。これらのガスを真
空層１０内に導入した後に、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ
〜−８００Ｖの範囲でバイアスを印加し、スパッタ蒸発
源１４に５００Ｗの電力を投入し、スパッタ放電させ
た。スパッタ蒸発源１４に投入する電力は、パルス直流
電圧であり、１〜２００ｋＨｚの周波数である。基材ホ
ルダ１２に印加したバイアスはパルス直流電圧であり、
周波数は１〜２００ｋＨｚである。
【００５４】その後、真空層１０内を真空排気した後
に、非晶質炭素被膜の形成を行った。このとき回転テー
ブル１１は、５ｒｐｍで回転させた。スパッタ蒸発源１
５を用いてターゲット１９を蒸発させて成膜を行う場合
は、ガス導入口２６からＡｒを０．０５Ｐａ〜１Ｐａ導
入し、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ〜−４００Ｖの範囲で
バイアスを印加し、スパッタ蒸発源１５に８００Ｗの電
力を投入し、スパッタ放電させた。スパッタ蒸発源１５
に投入する電力は、パルス直流電圧であり、１〜２００
ｋＨｚの周波数である。基材ホルダ１２に印加したバイ
アスはパルス直流電圧であり、周波数は１〜２００ｋＨ
ｚである。
に、非晶質炭素被膜の形成を行った。このとき回転テー
ブル１１は、５ｒｐｍで回転させた。スパッタ蒸発源１
５を用いてターゲット１９を蒸発させて成膜を行う場合
は、ガス導入口２６からＡｒを０．０５Ｐａ〜１Ｐａ導
入し、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ〜−４００Ｖの範囲で
バイアスを印加し、スパッタ蒸発源１５に８００Ｗの電
力を投入し、スパッタ放電させた。スパッタ蒸発源１５
に投入する電力は、パルス直流電圧であり、１〜２００
ｋＨｚの周波数である。基材ホルダ１２に印加したバイ
アスはパルス直流電圧であり、周波数は１〜２００ｋＨ
ｚである。
【００５５】陰極アーク式蒸発源１６を用いる場合に
は、０．０２Ｐａ以下に真空層１０の圧力が減少するま
で待ち、その後、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ〜−４００
Ｖの範囲でバイアスを印加し、陰極アーク式蒸発源１６
に直流電流４０Ａを投入し、アーク放電を発生させ、固
体カーボン２０を蒸発させる。このときの基板バイアス
は、パルス化していない。
は、０．０２Ｐａ以下に真空層１０の圧力が減少するま
で待ち、その後、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ〜−４００
Ｖの範囲でバイアスを印加し、陰極アーク式蒸発源１６
に直流電流４０Ａを投入し、アーク放電を発生させ、固
体カーボン２０を蒸発させる。このときの基板バイアス
は、パルス化していない。
【００５６】その後、真空層１０内を真空排気した後
に、ガス導入口２６からＡｒとＣ2 Ｈ 2 を導入する。Ａ
ｒとＣ2 Ｈ2 の比（＝Ｃ2 Ｈ2 ／Ａｒ）は、０．１〜
０．６である。このとき回転テーブル１１は、５ｒｐｍ
で回転させた。
に、ガス導入口２６からＡｒとＣ2 Ｈ 2 を導入する。Ａ
ｒとＣ2 Ｈ2 の比（＝Ｃ2 Ｈ2 ／Ａｒ）は、０．１〜
０．６である。このとき回転テーブル１１は、５ｒｐｍ
で回転させた。
【００５７】スパッタ蒸発源１５を用いて成膜を行う場
合は、真空層１０の圧力が０．０５Ｐａ〜１Ｐａになる
ようにＡｒとＣ2 Ｈ2 を導入し、基材ホルダ１２に＋４
０Ｖ〜−８００Ｖの範囲でバイアスを印加し、スパッタ
蒸発源１５に４００〜１０００Ｗの電力を投入し、スパ
ッタ放電させてターゲット１９を蒸発させた。基材ホル
ダ１２に印加したバイアスはパルス直流電圧であり、周
波数は１〜２００ｋＨｚである。スパッタ蒸発源１５に
投入する電力は、パルス直流電力であり、１〜２００ｋ
Ｈｚの周波数である。
合は、真空層１０の圧力が０．０５Ｐａ〜１Ｐａになる
ようにＡｒとＣ2 Ｈ2 を導入し、基材ホルダ１２に＋４
０Ｖ〜−８００Ｖの範囲でバイアスを印加し、スパッタ
蒸発源１５に４００〜１０００Ｗの電力を投入し、スパ
ッタ放電させてターゲット１９を蒸発させた。基材ホル
ダ１２に印加したバイアスはパルス直流電圧であり、周
波数は１〜２００ｋＨｚである。スパッタ蒸発源１５に
投入する電力は、パルス直流電力であり、１〜２００ｋ
Ｈｚの周波数である。
【００５８】陰極アーク式蒸発源１６を用いる場合に
は、０．０２Ｐａ以下に真空層１０の圧力が減少するま
で待ち、その後、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ〜−８００
Ｖの範囲でバイアスを印加し、陰極アーク式蒸発源１６
に直流電流４０Ａを投入し、アーク放電を発生させ、固
体カーボン２０を蒸発させる。基材ホルダ１２に印加し
た負のバイアスはパルス直流電圧であり、周波数は１〜
２００ｋＨｚである。
は、０．０２Ｐａ以下に真空層１０の圧力が減少するま
で待ち、その後、基材ホルダ１２に＋４０Ｖ〜−８００
Ｖの範囲でバイアスを印加し、陰極アーク式蒸発源１６
に直流電流４０Ａを投入し、アーク放電を発生させ、固
体カーボン２０を蒸発させる。基材ホルダ１２に印加し
た負のバイアスはパルス直流電圧であり、周波数は１〜
２００ｋＨｚである。
【００５９】以上、本発明の非晶質炭素被膜の形成方法
における実施例を述べたが、請求項に挙げた条件以外の
設定条件については、拘束されるものではない。
における実施例を述べたが、請求項に挙げた条件以外の
設定条件については、拘束されるものではない。
【００６０】次に、本実施例によって得られた非晶質炭
素被膜について密着性、膜厚、表面粗さ、相手攻撃性を
調べた。
素被膜について密着性、膜厚、表面粗さ、相手攻撃性を
調べた。
【００６１】被膜の基材に対する密着性は、ロックウエ
ル剥離試験および打撃試験により評価した。ロックウエ
ル剥離試験には、ロックウエルＣスケール硬度測定用の
ダイヤモンド圧子を用い、試験荷重４５０ｋｇｆで被膜
表面から圧子を押し付けてできた圧痕まわりの剥離状況
を光学顕微鏡で観察した。測定は各試料につき５回行
い、剥離面積の大、小によって５段階評価を行った。５
の全く剥離無しから、数字の減少にともなって剥離面積
が増加する。
ル剥離試験および打撃試験により評価した。ロックウエ
ル剥離試験には、ロックウエルＣスケール硬度測定用の
ダイヤモンド圧子を用い、試験荷重４５０ｋｇｆで被膜
表面から圧子を押し付けてできた圧痕まわりの剥離状況
を光学顕微鏡で観察した。測定は各試料につき５回行
い、剥離面積の大、小によって５段階評価を行った。５
の全く剥離無しから、数字の減少にともなって剥離面積
が増加する。
【００６２】膜厚は、カロテスト（ボール膜厚計）で計
測した。このカロテストは、ダイヤモンドペーストを塗
った鋼ボールを被膜に接触させて回転させ、被膜をクレ
ータ状に削る。そして、クレータ部に現われた断面を観
察して膜厚を求めるものである。
測した。このカロテストは、ダイヤモンドペーストを塗
った鋼ボールを被膜に接触させて回転させ、被膜をクレ
ータ状に削る。そして、クレータ部に現われた断面を観
察して膜厚を求めるものである。
【００６３】打撃試験は、試料の被膜を形成した面に対
し、直径１インチのタングステンカーバイト系超硬合金
製球を用いて仕事量１０Ｊで２００回打撃を加え、打痕
およびその周辺の剥離状況を光学顕微鏡で観察した。そ
して、剥離面積の大、小によって５段階評価を行った。
５の全く剥離無しから、数字の減少にともなって剥離面
積が増加する。
し、直径１インチのタングステンカーバイト系超硬合金
製球を用いて仕事量１０Ｊで２００回打撃を加え、打痕
およびその周辺の剥離状況を光学顕微鏡で観察した。そ
して、剥離面積の大、小によって５段階評価を行った。
５の全く剥離無しから、数字の減少にともなって剥離面
積が増加する。
【００６４】表面粗さは、東京精密製ＳＵＲＦＣＯＭ５
７０Ａを使い測定長さ０．４ｍｍ、ＣＵＴＯＦＦ値０．
０８ｍｍ、走査速度０．０３ｍｍ／ｓで測定した。
７０Ａを使い測定長さ０．４ｍｍ、ＣＵＴＯＦＦ値０．
０８ｍｍ、走査速度０．０３ｍｍ／ｓで測定した。
【００６５】また、相手攻撃性を見る摺動試験は、ＣＳ
ＥＭ製ピンオンディスク試験機を用い、大気中、乾式、
摺動半径２ｍｍ、回転数５００ｒｐｍ、荷重１０Ｎ、総
回転数１００００回、相手材ＳＵＪ２ボール（φ６ｍ
ｍ）の条件で試験した。試験後の相手材ＳＵＪ２ボール
の摩耗痕を光学顕微鏡で１００倍で観察し、その摩耗直
径を計測した。
ＥＭ製ピンオンディスク試験機を用い、大気中、乾式、
摺動半径２ｍｍ、回転数５００ｒｐｍ、荷重１０Ｎ、総
回転数１００００回、相手材ＳＵＪ２ボール（φ６ｍ
ｍ）の条件で試験した。試験後の相手材ＳＵＪ２ボール
の摩耗痕を光学顕微鏡で１００倍で観察し、その摩耗直
径を計測した。
【００６６】以上の試験のほかに、エンジン部品のカム
の摺動面に、本発明の非晶質炭素被膜を形成し、モータ
リング試験を行った。回転数３００ｒｐｍ、セット荷重
２５ｋｇ、エンジンオイル潤滑、オイル温度８０℃、オ
イル流量０．５ｃｃ／ｍｉｎ、回転時間２時間として、
摩擦係数を計測した。また、試験後の相手材カムの表面
粗さを測定した。
の摺動面に、本発明の非晶質炭素被膜を形成し、モータ
リング試験を行った。回転数３００ｒｐｍ、セット荷重
２５ｋｇ、エンジンオイル潤滑、オイル温度８０℃、オ
イル流量０．５ｃｃ／ｍｉｎ、回転時間２時間として、
摩擦係数を計測した。また、試験後の相手材カムの表面
粗さを測定した。
【００６７】表１に被膜の形成条件、評価結果を示す。
いずれの方法においても、ロックウエル剥離試験、打撃
試験ともに剥離が見られず、本発明の方法で形成した薄
膜は基材に対し良好な密着力を示した。
いずれの方法においても、ロックウエル剥離試験、打撃
試験ともに剥離が見られず、本発明の方法で形成した薄
膜は基材に対し良好な密着力を示した。
【００６８】比較例として表２に、適当な金属イオン照
射を行ったあと、炭化水素ガスやアンモニアを導入しな
い雰囲気で陰極アーク式蒸発源を用いてすべての層を形
成した非晶質炭素膜（比較例１−１）、同様の雰囲気で
スパッタ蒸発源を用いてすべての層を形成した非晶質炭
素膜（比較例１−２）、及び金属イオン処理を行わず
に、適当な中間層をスパッタ蒸発源で形成した後、フィ
ルタード式陰極アーク式蒸発源により非晶質炭素膜を形
成し、その後別の装置に移してＲＦＣＶＤ法により非晶
質炭素膜（比較例１−３）を形成した場合の評価結果を
示した。本実施例と比較して比較例１−１は、被膜の表
面粗さが大きく、摺動時に相手材を攻撃している。ま
た、摩擦係数も大きい。比較例１−２は、摩擦係数が高
かった。比較例１−３は、密着力が低かった。
射を行ったあと、炭化水素ガスやアンモニアを導入しな
い雰囲気で陰極アーク式蒸発源を用いてすべての層を形
成した非晶質炭素膜（比較例１−１）、同様の雰囲気で
スパッタ蒸発源を用いてすべての層を形成した非晶質炭
素膜（比較例１−２）、及び金属イオン処理を行わず
に、適当な中間層をスパッタ蒸発源で形成した後、フィ
ルタード式陰極アーク式蒸発源により非晶質炭素膜を形
成し、その後別の装置に移してＲＦＣＶＤ法により非晶
質炭素膜（比較例１−３）を形成した場合の評価結果を
示した。本実施例と比較して比較例１−１は、被膜の表
面粗さが大きく、摺動時に相手材を攻撃している。ま
た、摩擦係数も大きい。比較例１−２は、摩擦係数が高
かった。比較例１−３は、密着力が低かった。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【発明の効果】以上述べたように、この発明の被膜形成
装置及び被膜形成方法によれば、基材に対するイオンの
照射処理、基材側非晶質炭素層の成膜、その上に設ける
上層の非晶質炭素層の成膜を同一真空層内で行え、非晶
質炭素被膜を容易に形成することが可能になる。
装置及び被膜形成方法によれば、基材に対するイオンの
照射処理、基材側非晶質炭素層の成膜、その上に設ける
上層の非晶質炭素層の成膜を同一真空層内で行え、非晶
質炭素被膜を容易に形成することが可能になる。
【００７２】また、複数の処理槽間で基材を移す必要が
なく、移動時の表面汚染による被膜の密着性低下が起こ
らない。
なく、移動時の表面汚染による被膜の密着性低下が起こ
らない。
【００７３】さらに、基材側非晶質炭素槽の水素含有率
を０〜８ａｔ．％及び／若しくは不純物元素の含有率を
０〜４ａｔ．％にするので、被膜の密着性がより優れた
ものになる。
を０〜８ａｔ．％及び／若しくは不純物元素の含有率を
０〜４ａｔ．％にするので、被膜の密着性がより優れた
ものになる。
【００７４】また、非晶質炭素被膜の成膜時に基材バイ
アスを−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とするので、グラフ
ァイト化が抑えられた良好な被膜を成膜速度を早めて形
成することができる。
アスを−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とするので、グラフ
ァイト化が抑えられた良好な被膜を成膜速度を早めて形
成することができる。
【００７５】このほか、基材と非晶質炭素被膜との間に
必要に応じて密着性向上に有効な金属や化合物の中間層
を形成したり、上層の非晶質炭素層の中に金属を添加し
て潤滑雰囲気下での基材の摩擦係数を下げたりすること
もでき、高性能、高信頼性の被膜を形成して各種部品等
の耐摩耗性、摺動特性、表面保護機能を従来以上に高め
ることが可能になる。
必要に応じて密着性向上に有効な金属や化合物の中間層
を形成したり、上層の非晶質炭素層の中に金属を添加し
て潤滑雰囲気下での基材の摩擦係数を下げたりすること
もでき、高性能、高信頼性の被膜を形成して各種部品等
の耐摩耗性、摺動特性、表面保護機能を従来以上に高め
ることが可能になる。
【図１】この発明の被膜形成装置の一形態を示す断面図
１０ 真空槽
１１ 回転テーブル
１２ 基材ホルダ
１３、１６ 陰極アーク式蒸発源
１４、１５ スパッタ蒸発源
１７、１８、１９、２０ ターゲット
２１、２２、２５ パルス直流電源
２３、２４ 直流電源
２６ ガス導入口
２７ 排気口
２８ 基材
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4K029 AA02 BA34 BB02 BB10 BC02
BD04 BD05 CA03 CA05 CA13
DC05 DC16 DD06 FA07 JA02
Claims (17)
- 【請求項１】 少なくとも２基の陰極アーク式蒸発源
と、非晶質炭素被膜を形成する真空槽内の基材に負のバ
イアスを印加するための電源と、少なくとも２基のスパ
ッタ蒸発源を備え、陰極アーク式蒸発源の少なくとも１
基に固体カーボンを原料としてセットし、陰極アーク式
蒸発源の他の少なくとも１基に周期律表第IVa 、Va、VI
a 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属原料をセ
ットし、スパッタ蒸発源の少なくとも１基に固体カーボ
ンを原料としてセットし、スパッタ蒸発源の他の少なく
とも１基に周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ば
れた少なくとも一種の金属を設置して構成される非晶質
炭素被膜の形成装置。 - 【請求項２】 少なくとも２基の陰極アーク式蒸発源
と、非晶質炭素被膜を形成する真空槽内の基材に負のバ
イアスを印加するための電源と、少なくとも１基のスパ
ッタ蒸発源を備え、陰極アーク式蒸発源の少なくとも１
基に固体カーボンを原料としてセットし、陰極アーク式
蒸発源の他の少なくとも１基に周期律表第IVa 、Va、VI
a 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の金属原料をセ
ットし、スパッタ蒸発源の少なくとも１基に固体カーボ
ンを設置して構成される非晶質炭素被膜の形成装置。 - 【請求項３】 固体カーボンを原料としてセットした陰
極アーク式蒸発源がフィルタードカソード型である請求
項１又は２に記載の非晶質炭素被膜の形成装置。 - 【請求項４】 少なくとも１基の陰極アーク式蒸発源
と、非晶質炭素被膜を形成する真空槽内の基材に負のバ
イアスを印加するための電源と、少なくとも１基のスパ
ッタ蒸発源を備え、陰極アーク式蒸発源の少なくとも１
基に周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少
なくとも一種の金属を原料としてセットし、スパッタ蒸
発源の少なくとも１基に固体カーボンを設置して構成さ
れる非晶質炭素被膜の形成装置。 - 【請求項５】 周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の金属を原料としてセットした
陰極アーク式蒸発源から金属を蒸発させながら−４００
Ｖ〜−１５００Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材
に金属イオンを照射し、その後、固体カーボンをセット
した蒸発源から蒸発させた炭素原子を前記真空槽内で基
材に照射して基材上に非晶質炭素被膜を析出させ、その
非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に印加する電圧
を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の前
段工程において形成される基材側非晶質炭素層の膜厚を
０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、水素含有率（＝水素原子数／
（水素原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以上、８ａ
ｔ．％以下にする非晶質炭素被膜の形成方法。 - 【請求項６】 １×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下の
到達真空下、又はＨ 2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘ
ｅ、Ｎ2 から選ばれた少なくとも一種の雰囲気ガス中、
０．００５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の圧力下において
周期律表第IVa、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なく
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させて基材に金属イオンを照射し、
その後、固体カーボンをセットした蒸発源から蒸発させ
た炭素原子を前記真空槽内で基材に照射して基材上に非
晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工
程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖ
の範囲とし、さらに、成膜の前段工程において形成され
る基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎ
ｍ、水素含有率（＝水素原子数／（水素原子数＋炭素原
子数））を０ａｔ．％以上、８ａｔ．％以下にする非晶
質炭素被膜の形成方法。 - 【請求項７】 周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の金属を原料としてセットした
陰極アーク式蒸発源から金属を蒸発させながら−４００
Ｖ〜−１５００Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材
に金属イオンを照射し、その後、スパッタ蒸発源を用い
て周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少な
くとも一種の元素からなる金属層もしくは基材を構成す
る元素との化合物層を前記真空槽内において基材上に形
成し、さらに、その上に、固体カーボンをセットした蒸
発源から蒸発させた炭素原子を照射して非晶質炭素被膜
を析出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工程において基
材に印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、
さらに、成膜の前段工程において形成される基材側非晶
質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、水素含有率
（＝水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数））を０ａ
ｔ．％以上、８ａｔ．％以下にする非晶質炭素被膜の形
成方法。 - 【請求項８】 １×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下の
到達真空下、又はＨ 2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘ
ｅ、Ｎ2 から選ばれた少なくとも一種の雰囲気ガス中、
０．００５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の圧力下において
周期律表第IVa、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なく
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させて基材に金属イオンを照射し、
その後、スパッタ蒸発源を用いて周期律表第IVa 、Va、
VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の元素からな
る金属層もしくは基材を構成する元素との化合物層を前
記真空槽内において基材上に形成し、さらに、その上
に、固体カーボンをセットした蒸発源から蒸発させた炭
素原子を照射して非晶質炭素被膜を析出させ、その非晶
質炭素被膜の成膜工程において基材に印加する電圧を−
４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の前段工
程において形成される基材側非晶質炭素層の膜厚を０．
１ｎｍ〜５００ｎｍ、水素含有率（＝水素原子数／（水
素原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以上、８ａｔ．
％以下にする非晶質炭素被膜の形成方法。 - 【請求項９】 周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から
選ばれた少なくとも一種の金属を原料としてセットした
陰極アーク式蒸発源から金属を蒸発させながら−４００
Ｖ〜−１５００Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基材
に金属イオンを照射し、その後、固体カーボンをセット
した蒸発源から蒸発させた炭素原子を前記真空槽内で基
材に照射して基材上に非晶質炭素被膜を析出させ、その
非晶質炭素被膜の成膜工程において基材に印加する電圧
を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の前
段工程において形成される基材側非晶質炭素層の膜厚を
０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、炭素、水素及び基材構成元素
以外の不純物元素の含有率（＝不純物原子数／（不純物
原子数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以上、４ａｔ．％
以下にする非晶質炭素被膜の形成方法。 - 【請求項１０】 １×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下
の到達真空下、又はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘ
ｅ、Ｎ2 から選ばれた少なくとも一種の雰囲気ガス中、
０．００５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の圧力下において
周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なく
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させて基材に金属イオンを照射し、
その後、固体カーボンをセットした蒸発源から蒸発させ
た炭素原子を前記真空槽内で基材に照射して基材上に非
晶質炭素被膜を析出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工
程において基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖ
の範囲とし、さらに、成膜の前段工程において形成され
る基材側非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎ
ｍ、炭素、水素及び基材構成元素以外の不純物元素の含
有率（＝不純物原子数／（不純物原子数＋炭素原子
数））を０ａｔ．％以上、４ａｔ．％以下にする非晶質
炭素被膜の形成方法。 - 【請求項１１】 周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族か
ら選ばれた少なくとも一種の金属を原料としてセットし
た陰極アーク式蒸発源から金属を蒸発させながら−４０
０Ｖ〜−１５００Ｖのバイアスを印加した真空槽内の基
材に金属イオンを照射し、その後、スパッタ蒸発源を用
いて周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少
なくとも一種の元素からなる金属層もしくは基材を構成
する元素との化合物層を前記真空槽内において基材上に
形成し、さらに、その上に、固体カーボンをセットした
蒸発源から蒸発させた炭素原子を照射して非晶質炭素被
膜を析出させ、その非晶質炭素被膜の成膜工程において
基材に印加する電圧を−４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲と
し、さらに、成膜の前段工程において形成される基材側
非晶質炭素層の膜厚を０．１ｎｍ〜５００ｎｍ、炭素、
水素及び基材構成元素以外の不純物元素の含有率（＝不
純物原子数／（不純物原子数＋炭素原子数））を０ａ
ｔ．％以上、４ａｔ．％以下にする非晶質炭素被膜の形
成方法。 - 【請求項１２】 １×１０-6Ｐａ以上、０．１Ｐａ以下
の到達真空下、又はＨ2 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘ
ｅ、Ｎ2 から選ばれた少なくとも一種の雰囲気ガス中、
０．００５Ｐａ以上、０．５Ｐａ以下の圧力下において
周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた少なく
とも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸
発源から金属を蒸発させて基材に金属イオンを照射し、
その後、スパッタ蒸発源を用いて周期律表第IVa 、Va、
VIa 、IIIb族から選ばれた少なくとも一種の元素からな
る金属層もしくは基材を構成する元素との化合物層を前
記真空槽内において基材上に形成し、さらに、その上
に、固体カーボンをセットした蒸発源から蒸発させた炭
素原子を照射して非晶質炭素被膜を析出させ、その非晶
質炭素被膜の成膜工程において基材に印加する電圧を−
４００Ｖ〜＋４０Ｖの範囲とし、さらに、成膜の前段工
程において形成される基材側非晶質炭素層の膜厚を０．
１ｎｍ〜５００ｎｍ、炭素、水素及び基材構成元素以外
の不純物元素の含有率（＝不純物原子数／（不純物原子
数＋炭素原子数））を０ａｔ．％以上、４ａｔ．％以下
にする非晶質炭素被膜の形成方法。 - 【請求項１３】 非晶質炭素被膜の成膜の前段工程にお
ける固体カーボンの蒸発源として陰極アーク式蒸発源も
しくはスパッタ蒸発源を用い、その前段工程では真空槽
内に炭化水素系ガスを導入せずに基材側非晶質炭素被膜
を析出させる請求項５〜１２のいずれかに記載の非晶質
炭素被膜の形成方法。 - 【請求項１４】 非晶質炭素被膜の成膜の前段工程にお
ける固体カーボンの蒸発源として陰極アーク式蒸発源を
用い、その前段工程では真空槽内の圧力を１×１０-6Ｐ
ａ以上、０．１Ｐａ以下にしてアーク放電を開始させる
請求項５〜１２のいずれかに記載の非晶質炭素被膜の形
成方法。 - 【請求項１５】 成膜の前段工程における固体カーボン
の蒸発源としてスパッタ蒸発源を用い、その前段工程で
はＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2 から選ばれた少
なくとも一種の雰囲気ガス中、０．００５Ｐａ以上、
０．５Ｐａ以下の圧力下でスパッタ放電を開始させる請
求項５〜１２のいずれかに記載の非晶質炭素被膜の形成
方法。 - 【請求項１６】 基材側非晶質炭素層上に析出させる上
層の非晶質炭素層の少なくとも一部を、アンモニア又は
炭化水素ガスを真空槽内に導入した状態でスパッタ蒸発
源もしくは陰極アーク式蒸発源を用いて形成し、その層
の水素含有率を８ａｔ．％以上、５０ａｔ．％以下とな
す請求項５〜１５のいずれかに記載の非晶質炭素被膜の
形成方法。 - 【請求項１７】 基材側非晶質炭素層上に析出させる上
層の非晶質炭素層の少なくとも一部を、アンモニア又は
炭化水素ガスを真空槽内に導入した状態でスパッタ蒸発
源もしくは陰極アーク式蒸発源を用いて形成し、かつそ
の層に周期律表第IVa 、Va、VIa 、IIIb族から選ばれた
少なくとも一種の金属元素を添加する請求項５〜１５の
いずれかに記載の非晶質炭素被膜の形成方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001273287A JP4720052B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 非晶質炭素被膜の形成装置及び形成方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2001273287A JP4720052B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 非晶質炭素被膜の形成装置及び形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003082458A true JP2003082458A (ja) | 2003-03-19 |
| JP4720052B2 JP4720052B2 (ja) | 2011-07-13 |
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ID=19098521
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|---|---|---|---|
| JP2001273287A Expired - Lifetime JP4720052B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 非晶質炭素被膜の形成装置及び形成方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4720052B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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