JP2004027309A - 炭素膜とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】硬度が高く、撥水性に優れた炭素膜及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ガス導入口６からメタンガスと四フッ化炭素ガスとを含有する混合ガスを一定の真空度とした真空容器１に導入し、イオン源５においてイオン化、発生したイオンを一定の電圧で加速することにより、イオンビーム７として基材２に照射しフッ素原子を含有する炭素膜とする。
【選択図】 図１
【解決手段】ガス導入口６からメタンガスと四フッ化炭素ガスとを含有する混合ガスを一定の真空度とした真空容器１に導入し、イオン源５においてイオン化、発生したイオンを一定の電圧で加速することにより、イオンビーム７として基材２に照射しフッ素原子を含有する炭素膜とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素膜及びその製造方法に関し、前記炭素膜は例えば、各種回転機械の軸受やスライド等の摺動部材や情報記憶装置等の耐摩耗性を要求される部材へ利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
硬質炭素膜とは、１９７０年代後半から研究が開始され始めたｉ−カーボン膜と呼ばれる硬質の炭素膜である。硬質炭素膜の製造方法としては、たとえば特開昭６４−３１９７４号公報に開示されているようなプラズマ化学気相成長法等が知られている。これらの方法で製造される硬質炭素膜は、炭素原子の結合状態について短周期の結晶性を有する一方、マクロ的にはアモルファス状の結合状態を示す物質となる。このため、硬質炭素膜はビッカース硬度でおよそ２５ＧＰａと高い硬度を有し、その優れた耐摩耗性、潤滑性、絶縁性および耐薬品性等の物性から、各種機械の摺動部品や電子部品へのコーティング等に応用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、食品製造機器の摺動部のように、水分との接触が多く、また衛生上、メンテナンスの頻度が高い摺動部には、撥水性が求められており、「テフロン（商品名）」材料や「テフロン」コーティングされた材料が一般的に使われている。しかしながら、「テフロン」の硬度は比較的小さいため、「テフロン」を使用した摺動部は摩耗しやすく、寿命が短い。このため、高い硬度を有し、耐摩耗性や潤滑性に優れる等、摺動部材として最適な硬質炭素膜に、更に撥水性を付与する技術が求められている。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、従来の硬質炭素膜と同様に高い硬度を示し、かつ優れた撥水性を有する炭素膜およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の発明に係る炭素膜は、フッ素原子を含有することを特徴とする炭素膜である。
【０００６】
また、第２の発明に係る炭素膜は、フッ素原子を含有するアモルファス構造の炭素膜であって、フッ素含有量が４〜３０原子％であることを特徴とする炭素膜である。
【０００７】
また、第３の発明に係る炭素膜の製造方法は、少なくとも炭化水素化合物のガスとフッ化炭素化合物のガスとを含有する混合ガスをイオン化させた後、発生したイオンを一定の電圧で加速し基材に照射することにより、前記基材の表面に炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【０００８】
また、第４の発明に係る炭素膜の製造方法は、第３の発明に記載の炭素膜の製造方法であって、前記イオンを加速する電圧が５０Ｖから２０００Ｖであることを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【０００９】
また、第５の発明に係る炭素膜の製造方法は、少なくとも炭化水素化合物のガスとフッ化炭素化合物のガスとを含有する混合ガスのプラズマを発生させ、当該プラズマ中に浸漬した基材に負のパルス電圧を印加することにより、前記基材の表面に炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【００１０】
また、第６の発明に係る炭素膜の製造方法は、第５の発明に記載の炭素膜の製造方法であって、前記基材に印加するパルス電圧が−０．２ｋＶから−１０ｋＶであることを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【００１１】
また、第７の発明に係る炭素膜の製造方法は、少なくとも希ガスとフッ化炭素化合物のガスとを含有する混合ガスの存在下における炭素ターゲットに電圧を印加することにより、混合ガスを放電させ、当該放電により生じた希ガスイオンが前記炭素ターゲットに衝突することにより発生した炭素のスパッタ粒子と当該放電により生じたフッ素とにより、炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【００１２】
第３から第７の発明において、前記フッ化炭素化合物としては例えば、四フッ化炭素、六フッ化二炭素、八フッ化四炭素等を使用することができる。また、第３から第６の発明において、前記炭化水素化合物としては例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、ベンゼン等を使用することができる。また、第７の発明において、前記希ガスとしては例えば、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等を使用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る炭素膜及びその製造方法の好適な実施例を説明するが、本発明は以下の実施例になんら限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。同図に示すように、硬質炭素膜の製造装置は真空容器１と、当該真空容器１の内部に設置されたホルダー３と、当該ホルダー３の対向位置に設置されたイオン源５とからなる。
【００１５】
真空容器１は、図示していない真空排気装置によって真空排気されるようになっている。ホルダー３は、硬質炭素膜８が成膜される基材２を真空容器１内に保持するための台であり、その内部には図示していない電源、温調器に接続された加熱ヒーター４が設置されている。ホルダー３は固定タイプであるが、硬質炭素膜８を均一に成膜するために回転機構を備えても良い。イオン源５にはガス導入口６が設置されており、当該ガス導入口６から導入されたガスはイオン源５の内部でイオン化、及び加速されることによりイオンビーム７として基材２に照射される。イオン源５としては、基材２の表面に生成した膜質の均一性、生産性の観点からカウフマン型イオン源を用いており、他にはバケット型イオン源等を適用することができる。
【００１６】
次に、図１に示した硬質炭素膜の製造装置を用いた炭素膜の製造例を説明する。まず、基材２として高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５５）をホルダー３に設置し、真空容器１を１．５×１０−３Ｐａ以下に真空排気した。次に、ガス導入口６より、主に炭素源としての炭化水素化合物ガスと主にフッ素源としてのフッ化炭素化合物ガスとからなる原料ガスを供給した。ここで、炭化水素化合物ガスとしてはメタン（ＣＨ４ ）、フッ化炭素化合物ガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ４ ）を用い、これらのガスを図示していない流量制御装置により設定した流量比で混合した後、ガス導入口６から供給した。また、硬質炭素膜８に含有されるフッ素量は前記流量比で制御した。
【００１７】
次に、メタン及び四フッ化炭素からなる混合ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を２×１０−２Ｐａに調整した。この状態でイオン源５をイオン加速電圧５００Ｖ、イオン電流密度１ｍＡ／ｃｍ２ の作動条件で作動させ、発生した混合ガスのイオンをイオンビーム７として基材２に照射し、膜厚が１μｍの硬質炭素膜８を成膜した。
【００１８】
以上のようにして得られた硬質炭素膜８の特性評価として、撥水性の評価、硬度測定、摩擦特性の評価を行った。
【００１９】
［撥水性の評価］
撥水性の評価は、成膜した炭素膜の上に純水の水滴を置き、その接触角を測定することにより行った。なお、接触角とは、固体表面と固体表面に置かれた液滴とがなす角のうち液体を含む方の角を指し、角度が大きいほど撥水性が高いことを示す。図２は、本実施例で作製した硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。なお、硬質炭素膜に含有されるフッ素量はラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により測定した。同図に示すように、フッ素含有率が０原子％の従来の硬質炭素膜では接触角は６５°であるが、フッ素含有率が４原子％の硬質炭素膜では８２°に向上している。さらにフッ素含有率の増加と共に接触角は増加し、フッ素含有率が５０原子％の硬質炭素膜では接触角が１００°を示した。すなわち、フッ素を含有させ、また含有率を増加させることにより、硬質炭素膜の撥水性を向上させることができた。
【００２０】
［硬度測定］
硬度については、微小硬度計により荷重１ｇにてビッカース硬度を測定した。測定の結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した炭素膜のうちフッ素含有率が３０原子％までの炭素膜の硬度は、共におよそＨｖ１７７０であった。また、これらのフッ素含有率０〜３０原子％の硬質炭素膜は、ラマンスペクトル分析の結果、１５００〜１６００ｃｍ−１付近に広いピークを示し、アモルファス構造の硬質炭素膜であることが確認できた。一方、フッ素含有率が３０原子％を超えた炭素膜では、硬度が大幅に低下した。また、これらの炭素膜では、ラマンスペクトル分析においてアモルファス構造特有のピークが確認されず、ポリマー状の構造となっているものと推測された。
【００２１】
以上、撥水性の評価及び硬度測定の結果から、フッ素含有量が４〜３０原子％の炭素膜において、優れた撥水性と高い硬度とを両立する硬質炭素膜を得ることができた。
【００２２】
［摩擦特性の評価］
摩擦特性の評価については、ボールディスク型摩擦特性試験機を用い、相手材のボールをステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）とし、荷重２Ｎ、速度０．１ｍ／ｓｅｃ、温度３０℃の条件下において、大気中における摩擦係数を測定した。その結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した硬質炭素膜（フッ素含有率３０原子％）の摩擦係数は、それぞれ０．１、０．０７であり、本実施例で作製した硬質炭素膜は優れた摩擦特性を有することが分かった。
【００２３】
前記原料ガスについては、炭化水素化合物ガスとしてメタン以外にもエタン、プロパン、ブタン、アセチレン、ベンゼン等、また、フッ化炭素化合物ガスとして四フッ化炭素以外にも六フッ化二炭素（Ｃ２ Ｆ６ ）、八フッ化四炭素（Ｃ４ Ｆ８ ）等を用いることができ、これらのガスを用いても同等性能の硬質炭素膜が作製可能である。また、前記イオン加速電圧については、５０Ｖ〜２０００Ｖが好ましい。イオン加速電圧が５０Ｖ未満では、炭素膜中に水素が多く混入しポリマー状となる結果、軟質な膜となる。一方、イオン加速電圧が２０００Ｖを超えると、炭素膜の自己スパッタ効果が強くなり極端に成膜速度が低くなる。
【００２４】
図３は、本発明の実施例２に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。同図に示すように、硬質炭素膜の製造装置はガス導入口６が設けられた真空容器１と、当該真空容器１の内部に設置されたホルダー３と、真空容器１の周囲にそれぞれ対向するように設置された電磁コイル１５と、導波管１３を介して真空容器１に接続されているマイクロ波電源１４とからなる。
【００２５】
真空容器１は、図示していない真空排気装置によって真空排気されるようになっている。ホルダー３は、硬質炭素膜８が成膜される基材２を真空容器１内に保持するための台であり、高絶縁フィードスルー１０を介して、負のパルス電圧の印加が可能なバイアス電源１１に接続されている。
【００２６】
次に、プラズマ１２の発生原理について説明する。まず、ガス導入口６から導入される原料ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を一定に調整する。また、電磁コイル１５により真空容器１内に磁場を発生させると共に、マイクロ波電源１４によりマイクロ波を真空容器１内へ導入する。これらの条件を適切に調整することにより、基材２付近において、マイクロ波を効果的に吸収することができる磁場を形成し、混合ガスのプラズマ１２を発生させることができる。なお、プラズマを発生させる方法としては、上記以外に高周波プラズマ、ヘリコンプラズマ、誘導結合プラズマ等のプラズマ源を用いる方法によっても同様な効果を得ることができる。
【００２７】
次に、図３に示した硬質炭素膜の製造装置を用いた炭素膜の製造例を説明する。まず、基材２として高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５５）をホルダー３に設置し、真空容器１を１．５×１０−３Ｐａ以下に真空排気した。次に、ガス導入口６より、主に炭素源としての炭化水素化合物ガスと主にフッ素源としてのフッ化炭素化合物ガスとからなる原料ガスを供給した。ここで、炭化水素化合物ガスとしてはメタン（ＣＨ４ ）、フッ化炭素化合物ガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ４ ）を用い、これらのガスを図示していない流量制御装置により設定した流量比で混合した後、ガス導入口６より供給した。また、硬質炭素膜８に含有されるフッ素量は前記流量比で制御した。
【００２８】
次に、メタン及び四フッ化炭素からなる混合ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を５×１０−２Ｐａに調整した。また、電磁コイル１５に３００Ａの電流を流すと共に、マイクロ波電源１４から１０００Ｗの出力のマイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）を真空容器１内へ導入した。これにより、真空容器１内の中心部から１００ｍｍ離れた場所において、混合ガスがマイクロ波を効果的に吸収することができる磁場（８７５ガウス）を形成し、混合ガスのプラズマ１２を発生させた。この状態において、高絶縁フィードスルー１０を介してバイアス電源１１から基材２に、電圧−２ｋＶ、ｄｕｔｙ比１％のパルス電圧を印加することにより硬質炭素膜８を成膜した。
【００２９】
以上のようにして得られた硬質炭素膜８の特性評価として、撥水性の評価、硬度測定、摩擦特性の評価を行った。
【００３０】
［撥水性の評価］
撥水性の評価は、成膜した炭素膜の上に純水の水滴を置き、その接触角を測定することにより行った。なお、接触角とは、固体表面と固体表面に置かれた液滴とがなす角のうち液体を含む方の角を指し、角度が大きいほど撥水性が高いことを示す。図４は、本実施例で作製した硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。なお、硬質炭素膜に含有されるフッ素量はラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により測定した。同図に示すように、フッ素含有率が０原子％の従来の硬質炭素膜では接触角は６６°であるが、フッ素含有率が４原子％の硬質炭素膜では８４°に向上している。さらにフッ素含有率の増加と共に接触角は増加し、フッ素含有率が５０原子％の硬質炭素膜では接触角が９９°を示した。すなわち、フッ素を含有させ、また含有率を増加させることにより、硬質炭素膜の撥水性を向上させることができた。
【００３１】
［硬度測定］
硬度については、微小硬度計により荷重１ｇにてビッカース硬度を測定した。測定の結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した炭素膜のうちフッ素含有率が３０原子％までの炭素膜の硬度は、それぞれＨｖ１８００、約Ｈｖ１７５０であった。また、これらのフッ素含有率０〜３０原子％の硬質炭素膜は、ラマンスペクトル分析の結果、１５００〜１６００ｃｍ−１付近に広いピークを示し、アモルファス構造の硬質炭素膜であることが確認できた。一方、フッ素含有率が３０原子％を超えた炭素膜では、硬度が大幅に低下した。また、これらの炭素膜では、ラマンスペクトル分析においてアモルファス構造特有のピークが確認されず、ポリマー状の構造となっているものと推測された。
【００３２】
以上、撥水性の評価及び硬度測定の結果から、フッ素含有量が４〜３０原子％の炭素膜において、優れた撥水性と高い硬度とを両立する硬質炭素膜を得ることができた。
【００３３】
［摩擦特性の評価］
摩擦特性の評価については、ボールディスク型摩擦特性試験機を用い、相手材のボールをステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）とし、荷重２Ｎ、速度０．１ｍ／ｓｅｃ、温度３０℃の条件下において、大気中における摩擦係数を測定した。その結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した硬質炭素膜（フッ素含有率３０原子％）の摩擦係数は、それぞれ０．１、０．０６であり、本実施例で作製した硬質炭素膜は優れた摩擦特性を有することが分かった。
【００３４】
前記原料ガスについては、炭化水素化合物ガスとしてメタン以外にもエタン、プロパン、ブタン、アセチレン、ベンゼン等、また、フッ化炭素化合物ガスとして四フッ化炭素以外にも六フッ化二炭素（Ｃ２ Ｆ６ ）、八フッ化四炭素（Ｃ４ Ｆ８ ）等を用いることができ、これらのガスを使用しても同等性能の硬質炭素膜が作製可能である。また、基材２に印加するパルス電圧については、−０．２ｋＶ〜−１０ｋＶが望ましい。パルス電圧が−０．２ｋＶ未満（０から−０．２ｋＶの間）では、炭素膜中に水素が多く混入しポリマー状となる結果、軟質な膜となる。一方、パルス電圧が−１０ｋＶより大きい（すなわち印加する負のパルス電圧の絶対値が１０ｋＶより大きい）場合は、炭素膜の自己スパッタ効果が強くなり極端に成膜速度が低くなる。
【００３５】
図５は、本発明の実施例３に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。同図に示すように、硬質炭素膜の製造装置はガス導入口６が設けられた真空容器１と、当該真空容器１の内部に設置されたスパッタ源２０と、当該スパッタ源２０の対向位置に設置された基板電極２８からなる。
【００３６】
真空容器１は、図示していない真空排気装置によって真空排気されるようになっている。基板電極２８は、硬質炭素膜８が成膜される基材２を真空容器１内に保持するための台の機能も有し、真空シール機能を備えた絶縁体２５を介して真空容器１の内部に通じるように設置されている。また、基板電極２８は加熱ヒーター４を備えており、当該加熱ヒーター４の上に基材２が設置されている。スパッタ源２０は、炭素から構成されるターゲット２１と、磁場発生用磁石２２と、内部に水冷機能を備えたターゲットホルダー２３と、これらの部品の周囲を囲むように設置されたシールド２４とからなる。また、ターゲットホルダー２３は、絶縁体２５を介して真空容器１の内部に通じるように設置されており、真空容器１の外部では、整合器２６を介して高周波電源２７に接続されている。この電源としては、高周波電源以外に直流電源を用いても良く、この場合には整合器２６は不要となる。
【００３７】
次に、図５に示した硬質炭素膜の製造装置を用いた炭素膜の製造例を説明する。まず、基材２として高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５５）を基板電極２８に設置し、真空容器１を２×１０−４Ｐａ以下に真空排気した。次に、ガス導入口６より、放電ガスである希ガスと主にフッ素源としてのフッ化炭素化合物ガスとからなる原料ガスを供給した。ここで、希ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）、フッ化炭素化合物ガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ４ ）を用い、これらのガスを図示していない流量制御装置により設定した流量比で混合した後、ガス導入口６より供給した。また、硬質炭素膜８に含有されるフッ素量は前記流量比で制御した。
【００３８】
次に、アルゴン及び四フッ化炭素からなる混合ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を７×１０−１Ｐａに調整した。この状態において、整合器２６を介して高周波電源２７より高周波電力をターゲットホルダー２３に印加し、アルゴンガスを放電させると共に四フッ化炭素（ＣＦ４ ）を分解させる。放電により生じたアルゴンイオンはターゲット２１の表面に衝突し、ターゲット２１の表面からは炭素膜中の炭素源となる炭素スパッタ粒子が飛び出す。この炭素スパッタ粒子及び四フッ化炭素（ＣＦ４ ）の分解により生じたフッ素が基板２に堆積することにより、硬質炭素膜８が形成される。前記実施例と同様に、成膜した硬質炭素膜の膜厚は１μｍとした。
【００３９】
以上のようにして得られた硬質炭素膜８の特性評価として、撥水性の評価、硬度測定、摩擦特性の評価を行った。
【００４０】
［撥水性の評価］
撥水性の評価は、炭素膜の上に純水の水滴を置き、その接触角を測定することにより行った。なお、接触角とは、固体表面と固体表面に置かれた液滴とがなす角のうち液体を含む方の角を指し、角度が大きいほど撥水性が高いことを示す。図６は、本実施例で作製した硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。なお、硬質炭素膜に含有されるフッ素量はラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により測定した。同図に示すように、フッ素含有率が０原子％の従来の硬質炭素膜では接触角は６４°であるが、フッ素含有率が４原子％の硬質炭素膜では８７°に向上している。さらにフッ素含有率の増加と共に接触角は増加し、フッ素含有率が５０原子％の硬質炭素膜では接触角が１０２°を示した。すなわち、フッ素を含有させ、また含有率を増加させることにより、硬質炭素膜の撥水性を向上させることができた。
【００４１】
［硬度測定］
硬度については、微小硬度計により荷重１ｇにてビッカース硬度を測定した。測定の結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した炭素膜のうちフッ素含有率が３０原子％までの炭素膜の硬度は、それぞれＨｖ１８２０、約Ｈｖ１７５０であった。また、これらのフッ素含有率０〜３０原子％の硬質炭素膜は、ラマンスペクトル分析の結果、１５００〜１６００ｃｍ−１付近に広いピークを示し、アモルファス構造の硬質炭素膜であることが確認できた。一方、フッ素含有率が３０原子％を超えた炭素膜では、硬度が大幅に低下した。また、これらの炭素膜では、ラマンスペクトル分析においてアモルファス構造特有のピークが確認されず、ポリマー状の構造となっているものと推測された。
【００４２】
以上、撥水性の評価及び硬度測定の結果から、フッ素含有量が４〜３０原子％の炭素膜において、優れた撥水性と高い硬度とを両立する硬質炭素膜を得ることができた。
【００４３】
［摩擦特性の評価］
摩擦特性の評価については、ボールディスク型摩擦特性試験機を用い、相手材のボールをステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）とし、荷重２Ｎ、速度０．１ｍ／ｓｅｃ、温度３０℃の条件下において、大気中における摩擦係数を測定した。その結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した硬質炭素膜（フッ素含有率３０原子％）の摩擦係数は、それぞれ０．１、０．０８であり、本実施例で作製した硬質炭素膜は優れた摩擦特性を有することが分かった。
【００４４】
前記原料ガスについては、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）以外にもネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等、また、フッ化炭素化合物ガスとして四フッ化炭素以外にも六フッ化二炭素（Ｃ２ Ｆ６ ）、八フッ化四炭素（Ｃ４ Ｆ８ ）等を用いることができ、これらのガスを使用しても同等性能の硬質炭素膜が作製可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る炭素膜及びその製造方法よれば、優れた撥水性と共に高い硬度を有する硬質炭素膜を提供することができる。これにより、各種回転機械の軸受けやスライドなどの摺動部材および情報記憶装置等の耐摩耗性等を要求される部材の性能や寿命を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。
【図２】実施例１に係る硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。
【図３】本発明の実施例２に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。
【図４】実施例２に係る硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。
【図５】本発明の実施例３に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。
【図６】実施例３に係る硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
２ 基材
３ ホルダー
４ 加熱ヒーター
５ イオン源
６ ガス導入口
７ イオンビーム
８ 硬質炭素膜
１０ 高絶縁フィードスルー
１１ バイアス電源
１２ プラズマ
１３ 導波管
１４ マイクロ波電源
１５ 電磁コイル
２０ スパッタ源
２１ ターゲット
２２ 磁場発生用磁石
２３ ターゲットホルダー
２４ シールド
２５ 絶縁体
２６ 整合器
２７ 高周波電源
２８ 基板電極
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素膜及びその製造方法に関し、前記炭素膜は例えば、各種回転機械の軸受やスライド等の摺動部材や情報記憶装置等の耐摩耗性を要求される部材へ利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
硬質炭素膜とは、１９７０年代後半から研究が開始され始めたｉ−カーボン膜と呼ばれる硬質の炭素膜である。硬質炭素膜の製造方法としては、たとえば特開昭６４−３１９７４号公報に開示されているようなプラズマ化学気相成長法等が知られている。これらの方法で製造される硬質炭素膜は、炭素原子の結合状態について短周期の結晶性を有する一方、マクロ的にはアモルファス状の結合状態を示す物質となる。このため、硬質炭素膜はビッカース硬度でおよそ２５ＧＰａと高い硬度を有し、その優れた耐摩耗性、潤滑性、絶縁性および耐薬品性等の物性から、各種機械の摺動部品や電子部品へのコーティング等に応用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、食品製造機器の摺動部のように、水分との接触が多く、また衛生上、メンテナンスの頻度が高い摺動部には、撥水性が求められており、「テフロン（商品名）」材料や「テフロン」コーティングされた材料が一般的に使われている。しかしながら、「テフロン」の硬度は比較的小さいため、「テフロン」を使用した摺動部は摩耗しやすく、寿命が短い。このため、高い硬度を有し、耐摩耗性や潤滑性に優れる等、摺動部材として最適な硬質炭素膜に、更に撥水性を付与する技術が求められている。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、従来の硬質炭素膜と同様に高い硬度を示し、かつ優れた撥水性を有する炭素膜およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の発明に係る炭素膜は、フッ素原子を含有することを特徴とする炭素膜である。
【０００６】
また、第２の発明に係る炭素膜は、フッ素原子を含有するアモルファス構造の炭素膜であって、フッ素含有量が４〜３０原子％であることを特徴とする炭素膜である。
【０００７】
また、第３の発明に係る炭素膜の製造方法は、少なくとも炭化水素化合物のガスとフッ化炭素化合物のガスとを含有する混合ガスをイオン化させた後、発生したイオンを一定の電圧で加速し基材に照射することにより、前記基材の表面に炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【０００８】
また、第４の発明に係る炭素膜の製造方法は、第３の発明に記載の炭素膜の製造方法であって、前記イオンを加速する電圧が５０Ｖから２０００Ｖであることを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【０００９】
また、第５の発明に係る炭素膜の製造方法は、少なくとも炭化水素化合物のガスとフッ化炭素化合物のガスとを含有する混合ガスのプラズマを発生させ、当該プラズマ中に浸漬した基材に負のパルス電圧を印加することにより、前記基材の表面に炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【００１０】
また、第６の発明に係る炭素膜の製造方法は、第５の発明に記載の炭素膜の製造方法であって、前記基材に印加するパルス電圧が−０．２ｋＶから−１０ｋＶであることを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【００１１】
また、第７の発明に係る炭素膜の製造方法は、少なくとも希ガスとフッ化炭素化合物のガスとを含有する混合ガスの存在下における炭素ターゲットに電圧を印加することにより、混合ガスを放電させ、当該放電により生じた希ガスイオンが前記炭素ターゲットに衝突することにより発生した炭素のスパッタ粒子と当該放電により生じたフッ素とにより、炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法である。
【００１２】
第３から第７の発明において、前記フッ化炭素化合物としては例えば、四フッ化炭素、六フッ化二炭素、八フッ化四炭素等を使用することができる。また、第３から第６の発明において、前記炭化水素化合物としては例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、ベンゼン等を使用することができる。また、第７の発明において、前記希ガスとしては例えば、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等を使用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る炭素膜及びその製造方法の好適な実施例を説明するが、本発明は以下の実施例になんら限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。同図に示すように、硬質炭素膜の製造装置は真空容器１と、当該真空容器１の内部に設置されたホルダー３と、当該ホルダー３の対向位置に設置されたイオン源５とからなる。
【００１５】
真空容器１は、図示していない真空排気装置によって真空排気されるようになっている。ホルダー３は、硬質炭素膜８が成膜される基材２を真空容器１内に保持するための台であり、その内部には図示していない電源、温調器に接続された加熱ヒーター４が設置されている。ホルダー３は固定タイプであるが、硬質炭素膜８を均一に成膜するために回転機構を備えても良い。イオン源５にはガス導入口６が設置されており、当該ガス導入口６から導入されたガスはイオン源５の内部でイオン化、及び加速されることによりイオンビーム７として基材２に照射される。イオン源５としては、基材２の表面に生成した膜質の均一性、生産性の観点からカウフマン型イオン源を用いており、他にはバケット型イオン源等を適用することができる。
【００１６】
次に、図１に示した硬質炭素膜の製造装置を用いた炭素膜の製造例を説明する。まず、基材２として高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５５）をホルダー３に設置し、真空容器１を１．５×１０−３Ｐａ以下に真空排気した。次に、ガス導入口６より、主に炭素源としての炭化水素化合物ガスと主にフッ素源としてのフッ化炭素化合物ガスとからなる原料ガスを供給した。ここで、炭化水素化合物ガスとしてはメタン（ＣＨ４ ）、フッ化炭素化合物ガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ４ ）を用い、これらのガスを図示していない流量制御装置により設定した流量比で混合した後、ガス導入口６から供給した。また、硬質炭素膜８に含有されるフッ素量は前記流量比で制御した。
【００１７】
次に、メタン及び四フッ化炭素からなる混合ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を２×１０−２Ｐａに調整した。この状態でイオン源５をイオン加速電圧５００Ｖ、イオン電流密度１ｍＡ／ｃｍ２ の作動条件で作動させ、発生した混合ガスのイオンをイオンビーム７として基材２に照射し、膜厚が１μｍの硬質炭素膜８を成膜した。
【００１８】
以上のようにして得られた硬質炭素膜８の特性評価として、撥水性の評価、硬度測定、摩擦特性の評価を行った。
【００１９】
［撥水性の評価］
撥水性の評価は、成膜した炭素膜の上に純水の水滴を置き、その接触角を測定することにより行った。なお、接触角とは、固体表面と固体表面に置かれた液滴とがなす角のうち液体を含む方の角を指し、角度が大きいほど撥水性が高いことを示す。図２は、本実施例で作製した硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。なお、硬質炭素膜に含有されるフッ素量はラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により測定した。同図に示すように、フッ素含有率が０原子％の従来の硬質炭素膜では接触角は６５°であるが、フッ素含有率が４原子％の硬質炭素膜では８２°に向上している。さらにフッ素含有率の増加と共に接触角は増加し、フッ素含有率が５０原子％の硬質炭素膜では接触角が１００°を示した。すなわち、フッ素を含有させ、また含有率を増加させることにより、硬質炭素膜の撥水性を向上させることができた。
【００２０】
［硬度測定］
硬度については、微小硬度計により荷重１ｇにてビッカース硬度を測定した。測定の結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した炭素膜のうちフッ素含有率が３０原子％までの炭素膜の硬度は、共におよそＨｖ１７７０であった。また、これらのフッ素含有率０〜３０原子％の硬質炭素膜は、ラマンスペクトル分析の結果、１５００〜１６００ｃｍ−１付近に広いピークを示し、アモルファス構造の硬質炭素膜であることが確認できた。一方、フッ素含有率が３０原子％を超えた炭素膜では、硬度が大幅に低下した。また、これらの炭素膜では、ラマンスペクトル分析においてアモルファス構造特有のピークが確認されず、ポリマー状の構造となっているものと推測された。
【００２１】
以上、撥水性の評価及び硬度測定の結果から、フッ素含有量が４〜３０原子％の炭素膜において、優れた撥水性と高い硬度とを両立する硬質炭素膜を得ることができた。
【００２２】
［摩擦特性の評価］
摩擦特性の評価については、ボールディスク型摩擦特性試験機を用い、相手材のボールをステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）とし、荷重２Ｎ、速度０．１ｍ／ｓｅｃ、温度３０℃の条件下において、大気中における摩擦係数を測定した。その結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した硬質炭素膜（フッ素含有率３０原子％）の摩擦係数は、それぞれ０．１、０．０７であり、本実施例で作製した硬質炭素膜は優れた摩擦特性を有することが分かった。
【００２３】
前記原料ガスについては、炭化水素化合物ガスとしてメタン以外にもエタン、プロパン、ブタン、アセチレン、ベンゼン等、また、フッ化炭素化合物ガスとして四フッ化炭素以外にも六フッ化二炭素（Ｃ２ Ｆ６ ）、八フッ化四炭素（Ｃ４ Ｆ８ ）等を用いることができ、これらのガスを用いても同等性能の硬質炭素膜が作製可能である。また、前記イオン加速電圧については、５０Ｖ〜２０００Ｖが好ましい。イオン加速電圧が５０Ｖ未満では、炭素膜中に水素が多く混入しポリマー状となる結果、軟質な膜となる。一方、イオン加速電圧が２０００Ｖを超えると、炭素膜の自己スパッタ効果が強くなり極端に成膜速度が低くなる。
【００２４】
図３は、本発明の実施例２に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。同図に示すように、硬質炭素膜の製造装置はガス導入口６が設けられた真空容器１と、当該真空容器１の内部に設置されたホルダー３と、真空容器１の周囲にそれぞれ対向するように設置された電磁コイル１５と、導波管１３を介して真空容器１に接続されているマイクロ波電源１４とからなる。
【００２５】
真空容器１は、図示していない真空排気装置によって真空排気されるようになっている。ホルダー３は、硬質炭素膜８が成膜される基材２を真空容器１内に保持するための台であり、高絶縁フィードスルー１０を介して、負のパルス電圧の印加が可能なバイアス電源１１に接続されている。
【００２６】
次に、プラズマ１２の発生原理について説明する。まず、ガス導入口６から導入される原料ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を一定に調整する。また、電磁コイル１５により真空容器１内に磁場を発生させると共に、マイクロ波電源１４によりマイクロ波を真空容器１内へ導入する。これらの条件を適切に調整することにより、基材２付近において、マイクロ波を効果的に吸収することができる磁場を形成し、混合ガスのプラズマ１２を発生させることができる。なお、プラズマを発生させる方法としては、上記以外に高周波プラズマ、ヘリコンプラズマ、誘導結合プラズマ等のプラズマ源を用いる方法によっても同様な効果を得ることができる。
【００２７】
次に、図３に示した硬質炭素膜の製造装置を用いた炭素膜の製造例を説明する。まず、基材２として高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５５）をホルダー３に設置し、真空容器１を１．５×１０−３Ｐａ以下に真空排気した。次に、ガス導入口６より、主に炭素源としての炭化水素化合物ガスと主にフッ素源としてのフッ化炭素化合物ガスとからなる原料ガスを供給した。ここで、炭化水素化合物ガスとしてはメタン（ＣＨ４ ）、フッ化炭素化合物ガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ４ ）を用い、これらのガスを図示していない流量制御装置により設定した流量比で混合した後、ガス導入口６より供給した。また、硬質炭素膜８に含有されるフッ素量は前記流量比で制御した。
【００２８】
次に、メタン及び四フッ化炭素からなる混合ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を５×１０−２Ｐａに調整した。また、電磁コイル１５に３００Ａの電流を流すと共に、マイクロ波電源１４から１０００Ｗの出力のマイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）を真空容器１内へ導入した。これにより、真空容器１内の中心部から１００ｍｍ離れた場所において、混合ガスがマイクロ波を効果的に吸収することができる磁場（８７５ガウス）を形成し、混合ガスのプラズマ１２を発生させた。この状態において、高絶縁フィードスルー１０を介してバイアス電源１１から基材２に、電圧−２ｋＶ、ｄｕｔｙ比１％のパルス電圧を印加することにより硬質炭素膜８を成膜した。
【００２９】
以上のようにして得られた硬質炭素膜８の特性評価として、撥水性の評価、硬度測定、摩擦特性の評価を行った。
【００３０】
［撥水性の評価］
撥水性の評価は、成膜した炭素膜の上に純水の水滴を置き、その接触角を測定することにより行った。なお、接触角とは、固体表面と固体表面に置かれた液滴とがなす角のうち液体を含む方の角を指し、角度が大きいほど撥水性が高いことを示す。図４は、本実施例で作製した硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。なお、硬質炭素膜に含有されるフッ素量はラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により測定した。同図に示すように、フッ素含有率が０原子％の従来の硬質炭素膜では接触角は６６°であるが、フッ素含有率が４原子％の硬質炭素膜では８４°に向上している。さらにフッ素含有率の増加と共に接触角は増加し、フッ素含有率が５０原子％の硬質炭素膜では接触角が９９°を示した。すなわち、フッ素を含有させ、また含有率を増加させることにより、硬質炭素膜の撥水性を向上させることができた。
【００３１】
［硬度測定］
硬度については、微小硬度計により荷重１ｇにてビッカース硬度を測定した。測定の結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した炭素膜のうちフッ素含有率が３０原子％までの炭素膜の硬度は、それぞれＨｖ１８００、約Ｈｖ１７５０であった。また、これらのフッ素含有率０〜３０原子％の硬質炭素膜は、ラマンスペクトル分析の結果、１５００〜１６００ｃｍ−１付近に広いピークを示し、アモルファス構造の硬質炭素膜であることが確認できた。一方、フッ素含有率が３０原子％を超えた炭素膜では、硬度が大幅に低下した。また、これらの炭素膜では、ラマンスペクトル分析においてアモルファス構造特有のピークが確認されず、ポリマー状の構造となっているものと推測された。
【００３２】
以上、撥水性の評価及び硬度測定の結果から、フッ素含有量が４〜３０原子％の炭素膜において、優れた撥水性と高い硬度とを両立する硬質炭素膜を得ることができた。
【００３３】
［摩擦特性の評価］
摩擦特性の評価については、ボールディスク型摩擦特性試験機を用い、相手材のボールをステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）とし、荷重２Ｎ、速度０．１ｍ／ｓｅｃ、温度３０℃の条件下において、大気中における摩擦係数を測定した。その結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した硬質炭素膜（フッ素含有率３０原子％）の摩擦係数は、それぞれ０．１、０．０６であり、本実施例で作製した硬質炭素膜は優れた摩擦特性を有することが分かった。
【００３４】
前記原料ガスについては、炭化水素化合物ガスとしてメタン以外にもエタン、プロパン、ブタン、アセチレン、ベンゼン等、また、フッ化炭素化合物ガスとして四フッ化炭素以外にも六フッ化二炭素（Ｃ２ Ｆ６ ）、八フッ化四炭素（Ｃ４ Ｆ８ ）等を用いることができ、これらのガスを使用しても同等性能の硬質炭素膜が作製可能である。また、基材２に印加するパルス電圧については、−０．２ｋＶ〜−１０ｋＶが望ましい。パルス電圧が−０．２ｋＶ未満（０から−０．２ｋＶの間）では、炭素膜中に水素が多く混入しポリマー状となる結果、軟質な膜となる。一方、パルス電圧が−１０ｋＶより大きい（すなわち印加する負のパルス電圧の絶対値が１０ｋＶより大きい）場合は、炭素膜の自己スパッタ効果が強くなり極端に成膜速度が低くなる。
【００３５】
図５は、本発明の実施例３に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。同図に示すように、硬質炭素膜の製造装置はガス導入口６が設けられた真空容器１と、当該真空容器１の内部に設置されたスパッタ源２０と、当該スパッタ源２０の対向位置に設置された基板電極２８からなる。
【００３６】
真空容器１は、図示していない真空排気装置によって真空排気されるようになっている。基板電極２８は、硬質炭素膜８が成膜される基材２を真空容器１内に保持するための台の機能も有し、真空シール機能を備えた絶縁体２５を介して真空容器１の内部に通じるように設置されている。また、基板電極２８は加熱ヒーター４を備えており、当該加熱ヒーター４の上に基材２が設置されている。スパッタ源２０は、炭素から構成されるターゲット２１と、磁場発生用磁石２２と、内部に水冷機能を備えたターゲットホルダー２３と、これらの部品の周囲を囲むように設置されたシールド２４とからなる。また、ターゲットホルダー２３は、絶縁体２５を介して真空容器１の内部に通じるように設置されており、真空容器１の外部では、整合器２６を介して高周波電源２７に接続されている。この電源としては、高周波電源以外に直流電源を用いても良く、この場合には整合器２６は不要となる。
【００３７】
次に、図５に示した硬質炭素膜の製造装置を用いた炭素膜の製造例を説明する。まず、基材２として高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５５）を基板電極２８に設置し、真空容器１を２×１０−４Ｐａ以下に真空排気した。次に、ガス導入口６より、放電ガスである希ガスと主にフッ素源としてのフッ化炭素化合物ガスとからなる原料ガスを供給した。ここで、希ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）、フッ化炭素化合物ガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ４ ）を用い、これらのガスを図示していない流量制御装置により設定した流量比で混合した後、ガス導入口６より供給した。また、硬質炭素膜８に含有されるフッ素量は前記流量比で制御した。
【００３８】
次に、アルゴン及び四フッ化炭素からなる混合ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を７×１０−１Ｐａに調整した。この状態において、整合器２６を介して高周波電源２７より高周波電力をターゲットホルダー２３に印加し、アルゴンガスを放電させると共に四フッ化炭素（ＣＦ４ ）を分解させる。放電により生じたアルゴンイオンはターゲット２１の表面に衝突し、ターゲット２１の表面からは炭素膜中の炭素源となる炭素スパッタ粒子が飛び出す。この炭素スパッタ粒子及び四フッ化炭素（ＣＦ４ ）の分解により生じたフッ素が基板２に堆積することにより、硬質炭素膜８が形成される。前記実施例と同様に、成膜した硬質炭素膜の膜厚は１μｍとした。
【００３９】
以上のようにして得られた硬質炭素膜８の特性評価として、撥水性の評価、硬度測定、摩擦特性の評価を行った。
【００４０】
［撥水性の評価］
撥水性の評価は、炭素膜の上に純水の水滴を置き、その接触角を測定することにより行った。なお、接触角とは、固体表面と固体表面に置かれた液滴とがなす角のうち液体を含む方の角を指し、角度が大きいほど撥水性が高いことを示す。図６は、本実施例で作製した硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。なお、硬質炭素膜に含有されるフッ素量はラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により測定した。同図に示すように、フッ素含有率が０原子％の従来の硬質炭素膜では接触角は６４°であるが、フッ素含有率が４原子％の硬質炭素膜では８７°に向上している。さらにフッ素含有率の増加と共に接触角は増加し、フッ素含有率が５０原子％の硬質炭素膜では接触角が１０２°を示した。すなわち、フッ素を含有させ、また含有率を増加させることにより、硬質炭素膜の撥水性を向上させることができた。
【００４１】
［硬度測定］
硬度については、微小硬度計により荷重１ｇにてビッカース硬度を測定した。測定の結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した炭素膜のうちフッ素含有率が３０原子％までの炭素膜の硬度は、それぞれＨｖ１８２０、約Ｈｖ１７５０であった。また、これらのフッ素含有率０〜３０原子％の硬質炭素膜は、ラマンスペクトル分析の結果、１５００〜１６００ｃｍ−１付近に広いピークを示し、アモルファス構造の硬質炭素膜であることが確認できた。一方、フッ素含有率が３０原子％を超えた炭素膜では、硬度が大幅に低下した。また、これらの炭素膜では、ラマンスペクトル分析においてアモルファス構造特有のピークが確認されず、ポリマー状の構造となっているものと推測された。
【００４２】
以上、撥水性の評価及び硬度測定の結果から、フッ素含有量が４〜３０原子％の炭素膜において、優れた撥水性と高い硬度とを両立する硬質炭素膜を得ることができた。
【００４３】
［摩擦特性の評価］
摩擦特性の評価については、ボールディスク型摩擦特性試験機を用い、相手材のボールをステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）とし、荷重２Ｎ、速度０．１ｍ／ｓｅｃ、温度３０℃の条件下において、大気中における摩擦係数を測定した。その結果、従来の硬質炭素膜（フッ素含有率０原子％）及び本実施例で作製した硬質炭素膜（フッ素含有率３０原子％）の摩擦係数は、それぞれ０．１、０．０８であり、本実施例で作製した硬質炭素膜は優れた摩擦特性を有することが分かった。
【００４４】
前記原料ガスについては、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）以外にもネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等、また、フッ化炭素化合物ガスとして四フッ化炭素以外にも六フッ化二炭素（Ｃ２ Ｆ６ ）、八フッ化四炭素（Ｃ４ Ｆ８ ）等を用いることができ、これらのガスを使用しても同等性能の硬質炭素膜が作製可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る炭素膜及びその製造方法よれば、優れた撥水性と共に高い硬度を有する硬質炭素膜を提供することができる。これにより、各種回転機械の軸受けやスライドなどの摺動部材および情報記憶装置等の耐摩耗性等を要求される部材の性能や寿命を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。
【図２】実施例１に係る硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。
【図３】本発明の実施例２に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。
【図４】実施例２に係る硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。
【図５】本発明の実施例３に係る硬質炭素膜の製造装置の概略図である。
【図６】実施例３に係る硬質炭素膜のフッ素含有量と接触角との関係図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
２ 基材
３ ホルダー
４ 加熱ヒーター
５ イオン源
６ ガス導入口
７ イオンビーム
８ 硬質炭素膜
１０ 高絶縁フィードスルー
１１ バイアス電源
１２ プラズマ
１３ 導波管
１４ マイクロ波電源
１５ 電磁コイル
２０ スパッタ源
２１ ターゲット
２２ 磁場発生用磁石
２３ ターゲットホルダー
２４ シールド
２５ 絶縁体
２６ 整合器
２７ 高周波電源
２８ 基板電極
Claims (7)
- フッ素原子を含有することを特徴とする炭素膜。
- フッ素原子を含有するアモルファス構造の炭素膜であって、フッ素含有量が４〜３０原子％であることを特徴とする炭素膜。
- 少なくとも炭化水素化合物のガスとフッ化炭素化合物のガスとを含有する混合ガスをイオン化させた後、発生したイオンを一定の電圧で加速し基材に照射することにより、前記基材の表面に炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法。
- 請求項３に記載の炭素膜の製造方法であって、前記イオンを加速する電圧が５０Ｖから２０００Ｖであることを特徴とする炭素膜の製造方法。
- 少なくとも炭化水素化合物のガスとフッ化炭素化合物のガスとを含有する混合ガスのプラズマを発生させ、当該プラズマ中に浸漬した基材に負のパルス電圧を印加することにより、前記基材の表面に炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法。
- 請求項５に記載の炭素膜の製造方法であって、前記基材に印加するパルス電圧が−０．２ｋＶから−１０ｋＶであることを特徴とする炭素膜の製造方法。
- 少なくとも希ガスとフッ化炭素化合物のガスとを含有する混合ガスの存在下における炭素ターゲットに電圧を印加することにより、混合ガスを放電させ、当該放電により生じた希ガスイオンが前記炭素ターゲットに衝突することにより発生した炭素のスパッタ粒子と当該放電により生じたフッ素とにより、炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2013100601A (ja) * | 2011-10-14 | 2013-05-23 | I'msep Co Ltd | フッ化処理による表面改質方法 |
-
2002
- 2002-06-27 JP JP2002187136A patent/JP2004027309A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| CN100453788C (zh) * | 2004-09-14 | 2009-01-21 | 日产自动车株式会社 | 内燃机用部件及其制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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