JP2006009110A - Method for removing dlc film - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for removing a DLC (Diamond Like Carbon) film where a DLC film is partially removed by a plasma etching process in which cost does not increase for masking and treatment time is not largely taken. <P>SOLUTION: Into a work 10 having almost columnar shape, a cylindrical masking member 30 longer than the work 10 and having an inside diameter larger than its diameter is inserted in such a manner that the work 10 is completely covered, and it is placed on a cathode 3 in a chamber. The masking member 30 with which the mask clearance 50 between the outside face of the work 10 and the inner face of the masking member 30 reaches ≤1 mm is used. The side faces of the masking member 30 are provided with a plurality of opening parts 31 having almost rhombic shape, and the parts released at the opening parts 31 are etched. The etching is performed in such a manner that a gaseous mixture of Ar, Cr<SB>4</SB>and O<SB>2</SB>in which the mixing ratio of Ar is ≥70% is introduced into the chamber under a gaseous pressure of ≤26 Pa, and the side face temperature of the work is held at 50 to 250°C. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、DLC(Diamond Like Carbon)被膜除去方法に関するものであり、詳細には、プラズマエッチング法によって部分的にDLC被膜を除去するDLC被膜除去方法に関する。   The present invention relates to a DLC (Diamond Like Carbon) film removing method, and more particularly, to a DLC film removing method for partially removing a DLC film by a plasma etching method.

従来、ミシンなどの種々の装置には、カム、シャフト、クランク等の複数の摺動部品が摺動自在に組み付けられていることが多く、これらの摺動部品においては、その摺動部の焼き付けを防止したり、摩耗を軽減するために、摺動部に潤滑剤を供給したり、摺動部の表面に耐摩耗性に優れた被膜を形成するのが一般的である。   Conventionally, various devices such as sewing machines are often slidably assembled with a plurality of sliding parts such as cams, shafts, cranks, etc., and these sliding parts are baked. In order to prevent wear and reduce wear, it is common to supply a lubricant to the sliding portion or to form a coating with excellent wear resistance on the surface of the sliding portion.

例えば、特許文献1には、ミシンの針棒の摺動部分に耐摩耗性被膜として、摩擦係数が低く且つ高硬度のDiamond Like Carbon(以下、DLCという)被膜が形成されている。しかし、潤滑剤として潤滑油を用いる場合、このDLC被膜は潤滑油をはじく性質を有するので、摺動部に供給された潤滑油が直ぐに流出してしまう。そこで特許文献1の摺動部品においては、DLC被膜に油溝を形成し、潤滑油を油溝に溜めることで潤滑油の流出を極力防止し、摺動部の潤滑性能を維持するようにした摺動部品が開示されている。この摺動部品においては、油溜に充填された潤滑油が他方の摺動部品の摺動によって摺動方向と同方向へ流れやすくなり、潤滑油が油溜の側壁面を通ってDLC被膜の外周面に供給されて、摺動部の潤滑性能が高い状態で維持される。尚、特許文献1においては、略密着状にマスキングを取り付けてDLC被膜を形成し、マスキングされた部分に油溝を形成している。   For example, in Patent Document 1, a diamond like carbon (hereinafter referred to as DLC) film having a low friction coefficient and a high hardness is formed as a wear-resistant film on a sliding portion of a needle bar of a sewing machine. However, when a lubricating oil is used as the lubricant, the DLC film has a property of repelling the lubricating oil, so that the lubricating oil supplied to the sliding portion flows out immediately. Therefore, in the sliding component of Patent Document 1, an oil groove is formed in the DLC film, and the lubricating oil is accumulated in the oil groove to prevent the lubricating oil from flowing out as much as possible and maintain the lubricating performance of the sliding portion. A sliding component is disclosed. In this sliding part, the lubricating oil filled in the oil reservoir becomes easy to flow in the same direction as the sliding direction by the sliding of the other sliding component, and the lubricating oil passes through the side wall surface of the oil reservoir and the DLC coating. Supplied to the outer peripheral surface, the lubrication performance of the sliding part is maintained in a high state. In Patent Document 1, a DLC film is formed by attaching a mask in a substantially close contact state, and an oil groove is formed in the masked portion.

また、まず摺動部分全体にDLC被膜を形成し、油溝を形成する部分以外にマスキングを施してエッチングを行ってDLC被膜を除去し油溝を形成したり、集束イオンビームやレーザーによりDLC被膜を除去して油溝を形成したりする方法もある。このような方法の中で、油溜を形成する1つの方法として、ドライエッチング法の一種であり、プラズマを利用してエッチングを行うプラズマエッチング法が考えられる。このプラズマエッチング法でマスキングを施してエッチングを行う際には、マスキングした部分へもエッチングが進行してしまうこと、所謂サイドエッチングを防止するために、被エッチング媒体に密着してマスキングされる。
特開2003−247691号公報
First, a DLC film is formed on the entire sliding part, and masking is applied to the part other than the part where the oil groove is formed, and etching is performed to remove the DLC film to form the oil groove, or the DLC film is formed by a focused ion beam or laser. There is also a method of removing oil to form an oil groove. Among these methods, one method for forming the oil reservoir is a kind of dry etching method, and a plasma etching method in which etching is performed using plasma is conceivable. When performing etching by performing masking by this plasma etching method, in order to prevent so-called side etching, etching proceeds to the masked portion, and masking is performed in close contact with the medium to be etched.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-247691

しかしながら、密着型のマスクは再利用することができずコストが嵩み、マスク層を形成するのにも多大な時間が費やされるという問題点がある。   However, there is a problem in that the contact mask cannot be reused and the cost is increased, and a great deal of time is spent for forming the mask layer.

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、プラズマエッチング法によって部分的にDLC被膜を除去するDLC被膜除去方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a DLC film removal method for partially removing a DLC film by a plasma etching method.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明のDLC被膜除去方法では、基材の表面に形成されたDLC被膜をプラズマエッチング法によって部分的に除去するDLC被膜除去方法において、エッチングガスの圧力が26Pa以下であることを特徴とする構成となっている。   In order to solve the above problems, in the DLC film removal method of the invention according to claim 1, in the DLC film removal method in which the DLC film formed on the surface of the substrate is partially removed by the plasma etching method, the pressure of the etching gas Is 26 Pa or less.

また、請求項2に係る発明のDLC被膜除去方法では、請求項1に記載の発明の構成に加えて、エッチングガスは、Ar,CF,Oの混合ガスであり、Arの混合比が70%以上であることを特徴とする構成となっている。 In the DLC film removal method of the invention according to claim 2, in addition to the configuration of the invention of claim 1, the etching gas is a mixed gas of Ar, CF 4 , O 2 , and the mixing ratio of Ar is It is the structure characterized by being 70% or more.

また、請求項3に係る発明のDLC皮膜除去方法では、請求項1又は2に記載の発明の構成に加えて、DLC被膜を除去する際におけるDLC被膜の温度が、DLC被膜を形成する成膜室内の当該DLC被膜形成時の温度以下であることを特徴とする構成となっている。   In addition, in the DLC film removal method of the invention according to claim 3, in addition to the configuration of the invention of claim 1 or 2, the temperature of the DLC film when removing the DLC film forms the DLC film. The temperature is equal to or lower than the temperature at which the DLC film is formed in the room.

また、請求項4に係る発明のDLC被膜除去方法では、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明の構成に加えて、DLC被膜を除去する際におけるDLC被膜の温度が50℃以上、250℃以下であることを特徴とする構成となっている。   In the DLC film removal method of the invention according to claim 4, in addition to the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 3, the temperature of the DLC film when removing the DLC film is 50 ° C. or more, 250 It is the structure characterized by being below ℃.

また、請求項5に係る発明のDLC被膜除去方法では、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明の構成に加えて、DLC被膜を除去しない部分を覆うマスクと、DLC被膜との間隔が1mm以下であることを特徴とする構成となっている。   Further, in the DLC film removal method of the invention according to claim 5, in addition to the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 4, there is a gap between the mask that covers the portion where the DLC film is not removed and the DLC film. It is the structure characterized by being 1 mm or less.

請求項1に係る発明のDLC被膜除去方法では、基材の表面に形成されたDLC被膜をプラズマエッチング法によって部分的に除去するDLC被膜除去方法において、エッチングガスの圧力を26Pa以下とするので、マスキングされた部分にまでエッチングされてしまうサイドエッチングを進行させること無く、エッチングしたい部分を適切にエッチングすることができる。   In the DLC film removal method of the invention according to claim 1, in the DLC film removal method in which the DLC film formed on the surface of the substrate is partially removed by the plasma etching method, the pressure of the etching gas is 26 Pa or less. The portion to be etched can be appropriately etched without causing the side etching to be etched up to the masked portion.

また、請求項2に係る発明のDLC被膜除去方法では、請求項1に記載の発明の効果に加えて、Ar,CF,Oの混合ガスであるエッチングガスは、Arが70%以上混合されているので、安定したプラズマを発生させることができる。 Further, in the DLC film removing method of the invention according to claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, the etching gas which is a mixed gas of Ar, CF 4 and O 2 is mixed with Ar 70% or more. Therefore, stable plasma can be generated.

また、請求項3に係る発明のDLC被膜除去方法では、請求項1又は2に記載の発明の効果に加えて、DLC被膜の温度を、DLC被膜を形成した際の成膜室内の温度以下の温度として、DLC被膜が除去されるので、DLC被膜の硬度を保ちつつ、エッチングを施すのに現実的な所要時間でエッチングを行うことができる。   Moreover, in the DLC film removal method of the invention according to claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 1 or 2, the temperature of the DLC film is lower than the temperature in the film forming chamber when the DLC film is formed. Since the DLC film is removed as the temperature, the etching can be performed in a practical time required for etching while maintaining the hardness of the DLC film.

また、請求項4に係る発明のDLC被膜除去方法では、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明の効果に加えて、DLC被膜を除去する際におけるDLC被膜の温度を50℃以上、250℃以下に保ってエッチングが行われるので、250℃で成膜されたDLC被膜の硬度を保ちつつ、エッチングを施すのに現実的な所要時間でエッチングを行うことができる。   In the DLC film removal method of the invention according to claim 4, in addition to the effect of the invention according to any one of claims 1 to 3, the temperature of the DLC film when removing the DLC film is 50 ° C. or more and 250 Since the etching is performed at a temperature lower than or equal to ° C., the etching can be performed in a practical time required for performing the etching while maintaining the hardness of the DLC film formed at 250 ° C.

また、請求項5に係る発明のDLC被膜除去方法では、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明の効果に加えて、DLC被膜を除去しない部分を覆うマスクと、DLC被膜との間隔を1mm以下としているので、サイドエッチングを進行させること無く、エッチングしたい部分を適切にエッチングすることができる。
Further, in the DLC film removal method of the invention according to claim 5, in addition to the effect of the invention according to any one of claims 1 to 4, the distance between the mask that covers the portion where the DLC film is not removed and the DLC film is set. Since the thickness is 1 mm or less, a portion to be etched can be appropriately etched without causing side etching to proceed.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。ミシンなどの種々の装置には、複数の摺動部品が摺動自在に組み付けられていることが多く、これらの摺動部品においては、その摺動部の焼き付けを防止したり、摩耗を軽減したりするために、摩擦係数が低く且つ高硬度のDLC被膜が形成され、さらに、摺動部に潤滑剤としてグリースが塗布されている。しかしながら、このDLC被膜はグリースをはじく性質を有するので、摺動部に供給されたグリースが直ぐに流出してしまう。そこで、本発明の実施の形態では、DLC被膜に油溝を形成し、グリースを油溝に溜めることでグリースの流出を極力防止し、摺動部の潤滑性能を維持する。そのために、DLC被膜をプラズマエッチングで除去して、グリースを溜めるための油溝を形成する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In various devices such as a sewing machine, a plurality of sliding parts are often slidably assembled. In these sliding parts, seizure of the sliding parts is prevented and wear is reduced. Therefore, a DLC film having a low friction coefficient and a high hardness is formed, and grease is applied as a lubricant to the sliding portion. However, since this DLC film has a property of repelling grease, the grease supplied to the sliding portion flows out immediately. Therefore, in the embodiment of the present invention, an oil groove is formed in the DLC film, and the grease is stored in the oil groove to prevent the grease from flowing out as much as possible and maintain the lubrication performance of the sliding portion. For this purpose, the DLC film is removed by plasma etching to form an oil groove for storing grease.

本実施の形態では、発明者自作の平行平板型高周波プラズマエッチング装置を用いている。図1は、その自作のプラズマエッチング装置のチャンバー1の概略図である。図1に示すように、チャンバー1内には、アノード2とカソード3との間にプラズマ処理空間6が形成される。アノード2は、エッチングガスを供給するガスシャワーヘッドとしても機能している。また、カソード3は、本実施の形態ではA4サイズの基板であり、その基板上にプラズマエッチングを施す被加工物10がマスキング部材30(図2参照)内にセットされて載置される。そして、カソード3には、RF電源5がマッチングボックス4を介して接続されている。ガスシャワーヘッドからエッチングガスをチャンバー1内に導入し、RF電源5から高周波電界を印加することにより、プラズマ処理空間6にプラズマが発生する。本実施の形態では、エッチングガスとしてAr(アルゴン)、CF(四フッ化炭素)、O(酸素)の混合ガスを使用し、13.56MHz、600Wの高周波電界を印加する。尚、CF及びOは、DLC被膜と反応させるための反応性ガスであり、Arは、プラズマを安定させるための物理的ガスである。 In the present embodiment, the inventor's own parallel plate type high-frequency plasma etching apparatus is used. FIG. 1 is a schematic view of a chamber 1 of the self-made plasma etching apparatus. As shown in FIG. 1, a plasma processing space 6 is formed in the chamber 1 between the anode 2 and the cathode 3. The anode 2 also functions as a gas shower head that supplies an etching gas. Further, the cathode 3 is an A4 size substrate in the present embodiment, and a workpiece 10 to be subjected to plasma etching is set and placed in a masking member 30 (see FIG. 2) on the substrate. An RF power source 5 is connected to the cathode 3 via a matching box 4. Plasma is generated in the plasma processing space 6 by introducing an etching gas from the gas shower head into the chamber 1 and applying a high-frequency electric field from the RF power source 5. In this embodiment mode, a mixed gas of Ar (argon), CF 4 (carbon tetrafluoride), and O 2 (oxygen) is used as an etching gas, and a high frequency electric field of 13.56 MHz and 600 W is applied. CF 4 and O 2 are reactive gases for reacting with the DLC film, and Ar is a physical gas for stabilizing the plasma.

図2は被加工物10とマスキング部材30の測面の拡大図である。図2に示す被加工物10は略円柱の軸であり、マスキング部材30は、被加工物10の長さ以上の長さを有し、被加工物10の直径よりも大きい内径の円筒である。そして、マスキング部材30が被加工物10をすっかり覆うように、被加工物10がマスキング部材30に挿入される。マスキング部材30厚さは0.75mmであり、その側面には、略ひし形の開口部31が複数開口されており、この開口部31により開放されている部分がエッチングされる。尚、被加工物10の外側面と、マスキング部材30の内面との間の距離をマスククリアランス50と呼ぶ。   FIG. 2 is an enlarged view of the surface measurement of the workpiece 10 and the masking member 30. The workpiece 10 shown in FIG. 2 is a substantially cylindrical shaft, and the masking member 30 is a cylinder having a length equal to or greater than the length of the workpiece 10 and an inner diameter larger than the diameter of the workpiece 10. . Then, the workpiece 10 is inserted into the masking member 30 so that the masking member 30 completely covers the workpiece 10. The thickness of the masking member 30 is 0.75 mm, and a plurality of substantially diamond-shaped openings 31 are opened on the side surfaces, and the portions opened by the openings 31 are etched. The distance between the outer surface of the workpiece 10 and the inner surface of the masking member 30 is referred to as a mask clearance 50.

図3は、マスキング部材30で覆いプラズマエッチングが施された被加工物10の拡大斜視図であり、図4は、エッチングによりDLC被膜が除去された状態の被加工物10及びマスキング部材30の、図3におけるA−A’線矢視方向の断面図である。図3に示すように、マスキング部材30の開口部31と同様の形状である略ひし形にDLC被膜13が除去されてグリース保持部40が形成されている。図4に示すように、被加工物10は、鉄の表面を焼入れした焼入鋼11の表面に、焼入鋼11からDLC被膜13に向けて連続的に組成が変化する傾斜層12が設けられており、その表面にDLC被膜13が形成されている。そして、DLC被膜13に密着しない状態でマスキング部材30が配置される。そして、プラズマエッチングにより、マスキング部材30の開口部31からチャンバー1のプラズマ処理空間6に露出されている部分のDLC被膜13が除去され、グリース保持部40が形成される。尚、図3及び図4では、開口部31を略ひし形としているが、他の形状であってもよい。   FIG. 3 is an enlarged perspective view of the workpiece 10 covered with the masking member 30 and subjected to plasma etching. FIG. 4 shows the workpiece 10 and the masking member 30 in a state where the DLC film is removed by etching. It is sectional drawing of the AA 'line arrow direction in FIG. As shown in FIG. 3, the DLC film 13 is removed in a substantially rhombus shape having the same shape as the opening 31 of the masking member 30 to form a grease holding portion 40. As shown in FIG. 4, the workpiece 10 is provided with an inclined layer 12 whose composition continuously changes from the hardened steel 11 toward the DLC coating 13 on the surface of the hardened steel 11, which is obtained by quenching the iron surface. The DLC film 13 is formed on the surface. And the masking member 30 is arrange | positioned in the state which is not closely_contact | adhered to the DLC film 13. FIG. Then, the portion of the DLC film 13 exposed to the plasma processing space 6 of the chamber 1 is removed from the opening 31 of the masking member 30 by plasma etching, and the grease holding portion 40 is formed. 3 and 4, the opening 31 has a substantially rhombus shape, but may have other shapes.

しかしながら、プラズマエッチングを行う際の環境により、グリース保持部40の底面41、すなわち、DLC被膜の除去により露出されている傾斜層12の外表面の面積が、開口部31の面積よりも大きくなってしまうことがある(所謂、サイドエッチング)。また、プラズマエッチングを行う際の環境により、エッチングレート(DLC被膜を1分間に除去できる深さ)が異なり、このエッチングレートが低い場合には、所望の深さまでDLC被膜を除去するのに要する時間が長くなってしまう。   However, the area of the bottom surface 41 of the grease retaining portion 40, that is, the outer surface of the inclined layer 12 exposed by the removal of the DLC film, is larger than the area of the opening 31 due to the environment when performing plasma etching. (So-called side etching). Also, the etching rate (depth at which the DLC film can be removed in one minute) varies depending on the environment during plasma etching, and when this etching rate is low, the time required to remove the DLC film to a desired depth Will become longer.

そこで、表1乃至表4、及び、図5乃至図10に示す実験結果を参照して、プラズマエッチングを行う際の環境に影響を及ぼす、エッチングガスのガス圧,エッチングガスへのArの混合比,被加工物10の温度,マスククリアランス50の距離について、望ましい値を見つけ出した。   Therefore, referring to the experimental results shown in Tables 1 to 4 and FIGS. 5 to 10, the gas pressure of the etching gas and the mixing ratio of Ar to the etching gas have an influence on the environment when performing the plasma etching. The desired values were found for the temperature of the workpiece 10 and the distance of the mask clearance 50.

まず表1、図5及び図6を参照して、エッチングガスのガス圧についての実験結果について述べる。表1は、ガス圧とサイドエッチング率及びエッチングレートとを示す表であり、図5は、ガス圧とサイドエッチング率との関係を示すグラフ図であり、図6は、ガス圧とエッチングレートとの関係を示すグラフ図である。   First, with reference to Table 1, FIG. 5 and FIG. 6, the experimental results on the gas pressure of the etching gas will be described. Table 1 is a table showing gas pressure, side etching rate and etching rate, FIG. 5 is a graph showing the relationship between gas pressure and side etching rate, and FIG. It is a graph which shows the relationship.

Figure 2006009110
Figure 2006009110

この実験では、種々のガス圧でAr混合比70%のエッチングガスを導入してプラズマエッチングを行う。被加工物10は、膜厚2000nmのDLC被膜が施されており、マスククリアランス0.025mmでマスキング部材30により覆い、10分間プラズマエッチングを行った。   In this experiment, plasma etching is performed by introducing an etching gas having an Ar mixing ratio of 70% at various gas pressures. The workpiece 10 was coated with a DLC film having a film thickness of 2000 nm, covered with a masking member 30 with a mask clearance of 0.025 mm, and subjected to plasma etching for 10 minutes.

尚、サイドエッチング率とは、グリース保持部40の底面41の面積をマスキング部材30の開口部31の面積で割った商であり、「1」であることが開口部31と同じ面積のDLC被膜を除去したことを示し、「1」より大である場合には必要以上にDLC被膜が除去されていること(サイドエッチング状態)を示し、「1」より小である場合にはDLC被膜の除去が不足していることを示している。よって、サイドエッチング率は「1」であることが望ましい。   The side etching rate is a quotient obtained by dividing the area of the bottom surface 41 of the grease holding portion 40 by the area of the opening 31 of the masking member 30, and “1” is a DLC film having the same area as the opening 31. If it is larger than “1”, it indicates that the DLC film is removed more than necessary (side etching state), and if it is smaller than “1”, the DLC film is removed. Indicates that there is a shortage. Therefore, the side etching rate is desirably “1”.

また、エッチングレートは1分間にエッチングされたDLC被膜の深さであり、10分間のプラズマエッチング後、段差計によりエッチング深さを計測し、その値をエッチング施工時間の10分で割った商とした。   The etching rate is the depth of the DLC film etched in 1 minute. After 10 minutes of plasma etching, the etching depth is measured by a step gauge, and the value is divided by 10 minutes of etching time. did.

表1及び図5に示すように、ガス圧117Paではサイドエッチング率は9.4、ガス圧103Paではサイドエッチング率は8.6、ガス圧77Paではサイドエッチング率は6.3、ガス圧42Paではサイドエッチング率は4.0、ガス圧37Paではサイドエッチング率は3.1であり、「1」以上であるので、開口部31よりも広い面積のDLC被膜が除去されてしまっている。ガス圧26Pa、ガス圧13Pa、ガス圧5Paではサイドエッチング率は1.0であり、開口部31と同じ面積のDLC被膜が除去されている。よって、ガス圧が26Pa以下であれば、サイドエッチング率は「1」となり、望ましいエッチング結果が得られることになる。   As shown in Table 1 and FIG. 5, the side etching rate is 9.4 at a gas pressure of 117 Pa, the side etching rate is 8.6 at a gas pressure of 103 Pa, the side etching rate is 6.3 at a gas pressure of 77 Pa, and the gas pressure is 42 Pa. The side etching rate is 4.0 and the side etching rate is 3.1 at a gas pressure of 37 Pa, which is “1” or more, and thus the DLC film having a larger area than the opening 31 has been removed. At a gas pressure of 26 Pa, a gas pressure of 13 Pa, and a gas pressure of 5 Pa, the side etching rate is 1.0, and the DLC film having the same area as the opening 31 is removed. Therefore, if the gas pressure is 26 Pa or less, the side etching rate is “1”, and a desirable etching result is obtained.

また、表1及び図6に示すように、ガス圧117Paではエッチングレートは15nm/min、ガス圧103Paではエッチングレートは35nm/min、ガス圧77Paではエッチングレートは55nm/min、ガス圧42Paではエッチングレートは65nm/min、ガス圧37Paではエッチングレートは70nm/min、ガス圧26Paではエッチングレートは72nm/min、ガス圧13Paではエッチングレートは73nm/min、ガス圧5Paではエッチングレートは73nm/minである。よって、サイドエッチング率が「1」となるガス圧では、DLC膜厚が2000nmのDLC皮膜をプラズマエッチングする場合の所要処理時間は、ガス圧26Paでは約28分、ガス圧13Pa、ガス圧5Paでは約27分となり、実用的な処理時間となっている。したがって、ガス圧は26Pa以下であれは、実用的な処理時間で望ましいサイドエッチング率のエッチングを形成することができる。   As shown in Table 1 and FIG. 6, the etching rate is 15 nm / min at a gas pressure of 117 Pa, the etching rate is 35 nm / min at a gas pressure of 103 Pa, the etching rate is 55 nm / min at a gas pressure of 77 Pa, and the etching is performed at a gas pressure of 42 Pa. The rate is 65 nm / min, the etching rate is 70 nm / min at a gas pressure of 37 Pa, the etching rate is 72 nm / min at a gas pressure of 26 Pa, the etching rate is 73 nm / min at a gas pressure of 13 Pa, and the etching rate is 73 nm / min at a gas pressure of 5 Pa. is there. Therefore, at a gas pressure with a side etching rate of “1”, the required processing time for plasma etching a DLC film having a DLC film thickness of 2000 nm is approximately 28 minutes at a gas pressure of 26 Pa, and at a gas pressure of 13 Pa and a gas pressure of 5 Pa. It is about 27 minutes, which is a practical processing time. Therefore, if the gas pressure is 26 Pa or less, etching with a desirable side etching rate can be formed in a practical processing time.

次に、表2及び図7を参照して、エッチングガスへのArの混合比についての実験結果について述べる。表2は、種々のAr混合比におけるエッチングレート差割合を示す表であり、図7はAr混合比とエッチングレート差割合との関係を示すグラフ図である。   Next, with reference to Table 2 and FIG. 7, the experimental result about the mixing ratio of Ar to etching gas is described. Table 2 is a table showing the etching rate difference ratios at various Ar mixing ratios, and FIG. 7 is a graph showing the relationship between the Ar mixing ratio and the etching rate difference ratios.

Figure 2006009110
Figure 2006009110

この実験では、ガス圧13Paでエッチングガスをチャンバー1へ供給し、カソード3であるA4サイズの基板の3ヶ所に被加工物を載置し、10分間エッチングを行った。被加工物は、基板に高さ40mm、直径10mmの略円柱のシャフトであり、側面の略中央に直径2mmの開口部を設けたマスキング部材をマスククリアランス0.025mmで覆い、その開口部にのみエッチングが行われるようにした。そして、エッチング終了後、3つの被加工物のエッチング部分の深さを計測し、エッチングレート差割合を算出した。尚、エッチングレート差割合とは、最大のエッチング深さと最小のエッチング深さとの差を、3つの被加工物のエッチング深さの平均値で割った商に100を掛けた値である。また、DLC被膜の膜厚は2000nmである。そして、被加工物はA4サイズの基板の1本の対角線を成す直線上に略等間隔で載置した。すなわち、基板の略中心、1つの角、その角と中心点を挟んで向かい合った角の3ヶ所に載置した。   In this experiment, an etching gas was supplied to the chamber 1 at a gas pressure of 13 Pa, and workpieces were placed at three locations on an A4 size substrate as the cathode 3 and etched for 10 minutes. The workpiece is a substantially cylindrical shaft having a height of 40 mm and a diameter of 10 mm on the substrate. A masking member provided with an opening of 2 mm in diameter at the center of the side surface is covered with a mask clearance of 0.025 mm, and only the opening is covered. Etching was performed. And after completion | finish of an etching, the depth of the etching part of three to-be-processed objects was measured, and the etching rate difference ratio was computed. The etching rate difference ratio is a value obtained by multiplying the quotient obtained by dividing the difference between the maximum etching depth and the minimum etching depth by the average value of the etching depths of the three workpieces by 100. The film thickness of the DLC film is 2000 nm. The workpieces were placed on a straight line forming one diagonal line of an A4 size substrate at substantially equal intervals. In other words, the substrate was placed at three locations, approximately the center of the substrate, one corner, and corners facing each other across the corner.

3ヶ所の被加工物のエッチング深さにばらつきがある程、エッチングレート差割合の値が大きくなる。エッチング深さにばらつきがあるということは、基板上の被加工物の載置位置によりエッチングレートが異なり、DLC被膜全てを除去するのに所要する時間が異なることになる。よって、ある被加工物(第1加工物)においてマスキング部材の開口部のエッチングが終了したとしても、他の位置に載置されている被加工物(第2加工物)のマスキング部材の開口部のエッチングが終了していない場合には、さらにエッチングが継続されることとなり、すでにエッチングの終了している第1被加工物はサイドエッチングが進行してしまうことになる。   As the etching depth of the three workpieces varies, the value of the etching rate difference ratio increases. The variation in the etching depth means that the etching rate varies depending on the mounting position of the workpiece on the substrate, and the time required to remove all the DLC film varies. Therefore, even if the etching of the opening of the masking member is finished in a certain workpiece (first workpiece), the opening of the masking member of the workpiece (second workpiece) placed at another position If the etching is not completed, the etching is further continued, and side etching proceeds on the first workpiece that has already been etched.

例えば、60分間で全ての被加工物のエッチングが完了した場合を考える。エッチングレート差割合が10%である場合には、最も早くエッチングが完了した被加工物は約54分でエッチングが完了し、残りの約6分は余計にエッチングが行われる。また、エッチングレート差割合が36%であれば、最も早くエッチングが完了した被加工物は約41分でエッチングが完了し、残りの約19分は余計にエッチングが行われる。よって、被加工物の載置位置によるエッチングレートの差が少なく、エッチングレート差割合の値が小さいことが望ましい。尚一般的に、エッチング完了後の超過時間がエッチング完了までの所要時間の約2割を越えるとサイドエッチングが進行する。そこで、エッチングレート差割合の値の判断値を10%とする。   For example, consider a case where etching of all workpieces is completed in 60 minutes. When the etching rate difference ratio is 10%, the workpiece that has been etched earliest is etched in about 54 minutes, and the remaining 6 minutes are further etched. If the etching rate difference ratio is 36%, the workpiece that has been etched earliest is completed in about 41 minutes, and the remaining about 19 minutes are further etched. Therefore, it is desirable that the difference in the etching rate depending on the mounting position of the workpiece is small and the value of the etching rate difference ratio is small. Generally, when the excess time after completion of etching exceeds about 20% of the time required for completion of etching, side etching proceeds. Therefore, the judgment value of the value of the etching rate difference ratio is set to 10%.

表2及び図8に示すように、Ar混合比20%ではエッチングレート差割合は58%、Ar混合比50%ではエッチングレート差割合は36%であり、10%より多いので望ましくない。しかし、Ar混合比70%ではエッチングレート差割合は10%、Ar混合比90%ではエッチングレート差割合は7%、Ar混合比100%ではエッチングレート差割合は4%であり、10%以下であるので、望ましいAr混合比である。よって、Ar混合比は70%以上であることが望ましい。   As shown in Table 2 and FIG. 8, when the Ar mixture ratio is 20%, the etching rate difference ratio is 58%, and when the Ar mixture ratio is 50%, the etching rate difference ratio is 36%, which is not desirable because it exceeds 10%. However, the etching rate difference ratio is 10% at an Ar mixing ratio of 70%, the etching rate difference ratio is 7% at an Ar mixing ratio of 90%, and the etching rate difference ratio is 4% at an Ar mixing ratio of 100%. Therefore, it is a desirable Ar mixing ratio. Therefore, the Ar mixing ratio is desirably 70% or more.

次に、表3及び図8、表4及び図9を参照して、被加工物側面(DLC被膜)の温度についての実験結果について述べる。表1は、被加工物の温度と、エッチングレート及び所要処理時間の関係を示す表であり、図8は、被加工物の温度とエッチングレートとの関係を示すグラフ図である。また、表4は、被加工物の温度とDLC皮膜の硬さとの関係を示す表であり、図9は、被加工物の温度とDLC皮膜の硬さとの関係を示すグラフ図である。   Next, with reference to Table 3 and FIG. 8, Table 4 and FIG. 9, the experimental result about the temperature of a workpiece side surface (DLC film) will be described. Table 1 is a table showing the relationship between the workpiece temperature, the etching rate and the required processing time, and FIG. 8 is a graph showing the relationship between the workpiece temperature and the etching rate. Table 4 is a table showing the relationship between the temperature of the workpiece and the hardness of the DLC film, and FIG. 9 is a graph showing the relationship between the temperature of the workpiece and the hardness of the DLC film.

Figure 2006009110
Figure 2006009110

Figure 2006009110
Figure 2006009110

この実験では、成膜室内の温度が250℃の状態で2000nmのDLC被膜を形成した被加工物を用い、被加工物の温度を40℃〜250℃の範囲の様々な温度として、10分間のプラズマエッチングを実施した。尚、エッチングガスのAr混合比は70%、ガス圧は13Paであり、マスククリアランスは0.025mmである。被加工物の温度は被加工物の側面にサーモラベルを貼って測定した。   In this experiment, using a workpiece on which a DLC film having a thickness of 2000 nm was formed in a state where the temperature in the film forming chamber was 250 ° C., the temperature of the workpiece was set to various temperatures ranging from 40 ° C. to 250 ° C. for 10 minutes. Plasma etching was performed. Note that the Ar mixing ratio of the etching gas is 70%, the gas pressure is 13 Pa, and the mask clearance is 0.025 mm. The temperature of the workpiece was measured by attaching a thermo label to the side surface of the workpiece.

表3及び図8に示すように、250℃のエッチングレートは130nm/minで、2000nmのDLC被膜を全てエッチングするのに所要する処理時間は15分となり、200℃のエッチングレートは90nm/minで所要処理時間は22分となり、170℃のエッチングレートは73nm/minで所要処理時間は27分となり、130℃のエッチングレートは45nm/minで所要処理時間は44分となり、100℃のエッチングレートは25nm/minで所要処理時間は80分となり、70℃のエッチングレートは10nm/minで所要処理時間は200分となり、50℃のエッチングレートは6nm/minで所要処理時間は333分となる。しかし、40℃のエッチングレートは3nm/minで、2000nmのDLC被膜を全てエッチングするのに所要する処理時間は667分となる。つまり、11時間以上かかってしまい、1日の作業時間(例えば、8時間)で1つのエッチングが完了せず、実用的な処理時間とは言いがたい。しかしながら、250℃〜50℃では、2000nmのDLC被膜を全てエッチングするのに15分〜約5時間半nm/minで、1日の作業時間でエッチングが完了する。また、170℃以上の高温ですれば、高温にするためのエネルギーが必要なものの15分〜27分と30分以内という短いでエッチングが完了する。よって、この実験結果からは、被加工物側面の温度は50℃以上であることが望ましいといえる。   As shown in Table 3 and FIG. 8, the etching rate at 250 ° C. is 130 nm / min, the processing time required to etch all the 2000 nm DLC films is 15 minutes, and the etching rate at 200 ° C. is 90 nm / min. The required processing time is 22 minutes, the etching rate at 170 ° C. is 73 nm / min and the required processing time is 27 minutes, the etching rate at 130 ° C. is 45 nm / min and the required processing time is 44 minutes, and the etching rate at 100 ° C. is The required processing time is 80 minutes at 25 nm / min, the etching rate at 70 ° C. is 10 nm / min and the required processing time is 200 minutes, the etching rate at 50 ° C. is 6 nm / min and the required processing time is 333 minutes. However, the etching rate at 40 ° C. is 3 nm / min, and the processing time required to etch all of the 2000 nm DLC film is 667 minutes. That is, it takes 11 hours or more, and one etching is not completed in one day working time (for example, 8 hours), which is difficult to say as a practical processing time. However, at 250 ° C. to 50 ° C., the etching is completed in one day working time from 15 minutes to about 5 hours and a half nm / min to etch all of the 2000 nm DLC film. If the temperature is 170 ° C. or higher, the etching is completed in a short period of 15 minutes to 27 minutes and within 30 minutes although energy for increasing the temperature is required. Therefore, from this experimental result, it can be said that the temperature of the workpiece side surface is desirably 50 ° C. or higher.

尚、本実験では250℃までしか計測していない。これは、エッチングされるDLC被膜の温度が、DLC被膜が形成された際の成膜室内の温度よりも高温となることにより、DLC被膜のグラファイト化が進んでしまい、DLC被膜自体が脆弱となり、被加工物が使用に耐えなくなってしまうためである。そこで、DLC被膜を高温化した場合にDLC被膜がその硬さを維持しているか否かの実験を行った。この実験の結果が表4及び図9に示すものである。DLC被膜を形成する際の成膜室内の温度が250℃の状態でDLCコーティングされた2000nmのDLC被膜を各温度に加熱し、その温度で1時間保持後にビッカース硬さを測定した。尚、ビッカース硬さの測定には、マイクロビッカース硬さ試験機である微小硬度計(株式会社明石製作所のMVK−E)を使用した。   In this experiment, only the temperature up to 250 ° C. is measured. This is because when the temperature of the DLC film to be etched is higher than the temperature in the film forming chamber when the DLC film is formed, graphitization of the DLC film proceeds, and the DLC film itself becomes brittle. This is because the workpiece becomes unusable for use. Therefore, an experiment was conducted as to whether or not the DLC film maintains its hardness when the DLC film is heated to a high temperature. The results of this experiment are shown in Table 4 and FIG. The DLC-coated 2000 nm DLC film was heated to each temperature while the temperature in the film formation chamber at the time of forming the DLC film was 250 ° C., and the Vickers hardness was measured after holding at that temperature for 1 hour. For the measurement of Vickers hardness, a micro hardness tester (MVK-E manufactured by Akashi Seisakusho Co., Ltd.), which is a micro Vickers hardness tester, was used.

表4及び図9に示すように、100℃、130℃、170℃、200℃、250℃ではビッカース硬さは2500Hvであり、加熱前の硬さを維持している。しかし、290℃ではビッカース硬さは2000Hv、320℃ではビッカース硬さは1200Hvとなり加熱前の硬さは維持されていない。つまり、エッチングを行う際に250℃よりも高温としてしまうと、仮にエッチングレートが高くなったとしても、DLC被膜自体が脆弱となってしまうので、成膜時の成膜室内温度である250℃よりも高温とすることは望ましくない。よって、この実験結果からは、被加工物側面の温度は成膜時の成膜室内温度である250℃以下であることが望ましいといえる。したがって、これら2つの実験結果より、プラズマエッチング実行時の被加工物の側面の温度は成膜時の成膜室内温度以下であることが望ましく、本実施の形態のDLC皮膜においては、成膜時の成膜室内温度である250℃以下、50℃以上が望ましい。   As shown in Table 4 and FIG. 9, the Vickers hardness is 2500 Hv at 100 ° C., 130 ° C., 170 ° C., 200 ° C., and 250 ° C., and the hardness before heating is maintained. However, at 290 ° C., the Vickers hardness is 2000 Hv, and at 320 ° C., the Vickers hardness is 1200 Hv, and the hardness before heating is not maintained. In other words, if the temperature is higher than 250 ° C. when etching is performed, even if the etching rate is increased, the DLC film itself becomes fragile. However, it is not desirable that the temperature is too high. Therefore, from this experimental result, it can be said that the temperature on the side surface of the workpiece is desirably 250 ° C. or less, which is the temperature in the film formation chamber during film formation. Therefore, based on the results of these two experiments, it is desirable that the temperature of the side surface of the workpiece when performing plasma etching be equal to or lower than the film formation chamber temperature during film formation. In the DLC film of the present embodiment, The film formation chamber temperature of 250 ° C. or lower and 50 ° C. or higher is desirable.

次に、表5及び図10を参照して、マスククリアランスについての実験結果について述べる。表5は、マスククリアランスとサイドエッチング率との関係を示す表であり、図10はマスククリアランスとサイドエッチング率との関係を示すグラフ図である。   Next, with reference to Table 5 and FIG. 10, the experimental results regarding the mask clearance will be described. Table 5 is a table showing the relationship between the mask clearance and the side etching rate, and FIG. 10 is a graph showing the relationship between the mask clearance and the side etching rate.

Figure 2006009110
Figure 2006009110

この実験では、マスククリアランスが0.005mm〜2.0mmとなるマスキング部材を用いて、Ar混合比70%のエッチングガスをガス圧13Paで導入して、27分間、膜厚2000nmのDLC被膜に対してプラズマエッチングを行い、それぞれのサイドエッチング率を算出した。ここでも、サイドエッチング率は「1」であることが望ましい。   In this experiment, using a masking member having a mask clearance of 0.005 mm to 2.0 mm, an etching gas having an Ar mixing ratio of 70% was introduced at a gas pressure of 13 Pa, and the DLC film having a thickness of 2000 nm was applied for 27 minutes. Then, plasma etching was performed, and each side etching rate was calculated. Also in this case, it is desirable that the side etching rate is “1”.

表5及び10に示すように、マスククリアランスが0.005mmではマスキング部材を被加工物に着脱することが不可能であるので、実験自体を行うことができない。そして、マスククリアランスが0.010mm、0.025mm、0.050mm、0.100mm、0.500mm、1.000mmでは、サイドエッチング率1.0であり、マスキング部材の開口部と同じ面積のDLC被膜が除去されている。しかし、マスククリアランスが1.200mmでは1.7、マスククリアランスが1.500mmでは3.2、マスククリアランスが2.000mmでは、7.8であり、「1」以上であるので、開口部よりも広い面積のDLC被膜が除去されてしまっている。よって、マスククリアランスは、1.00mm以下であることが望ましい。また、マスキング部材を着脱可能な距離(例えば、0.005mm)以上であることが望ましい。   As shown in Tables 5 and 10, when the mask clearance is 0.005 mm, the masking member cannot be attached to and detached from the workpiece, so that the experiment itself cannot be performed. When the mask clearance is 0.010 mm, 0.025 mm, 0.050 mm, 0.100 mm, 0.500 mm, and 1.000 mm, the DLC film has a side etching rate of 1.0 and the same area as the opening of the masking member. Has been removed. However, when the mask clearance is 1.200 mm, it is 1.7, when the mask clearance is 1.500 mm, 3.2, and when the mask clearance is 2.000 mm, it is 7.8. A large area of the DLC film has been removed. Therefore, the mask clearance is desirably 1.00 mm or less. Moreover, it is desirable that it is more than the distance (for example, 0.005 mm) which can attach or detach a masking member.

以上の実験結果より、エッチングガスの圧力は26Pa以下が望ましく、Ar,CF,Oの混合ガスであるエッチングガスのArの混合比は70%以上が望ましく、被加工物の側面(DLC被膜)の温度は成膜時の成膜室内温度以下が望ましく、本実施の形態のDLC被膜では50℃以上、250℃以下が望ましく、マスククリアランスは、1mm以下が望ましい。 From the above experimental results, the pressure of the etching gas is desirably 26 Pa or less, the mixing ratio of Ar of the etching gas, which is a mixed gas of Ar, CF 4 , and O 2 , is desirably 70% or more, and the side surface of the workpiece (DLC coating) ) Is preferably equal to or lower than the temperature in the film formation chamber during film formation. In the DLC film of the present embodiment, it is preferably 50 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and the mask clearance is preferably 1 mm or less.

尚、本発明のDLC被膜除去方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。被加工物の形状は、円筒形に限らずより複雑な形状であってもよい。また、DLC被膜の膜厚は2000nmに限らず、それ以上であってもそれ以下あってもよい。   In addition, the DLC film removal method of this invention is not limited to above-described embodiment, Of course, various changes can be added within the range which does not deviate from the summary of this invention. The shape of the workpiece is not limited to a cylindrical shape, and may be a more complicated shape. Further, the thickness of the DLC film is not limited to 2000 nm, and may be more or less.

本発明のDLC被膜除去方法は、種々の装置における摺動部分を有し、潤滑剤の使用が求められる部材に形成されているDLC被膜をプラズマエッチング法により除去する際に利用可能である。   The DLC film removal method of the present invention can be used when a DLC film formed on a member having a sliding portion in various apparatuses and requiring the use of a lubricant is removed by a plasma etching method.

プラズマエッチング装置のチャンバー1の概略図である。It is the schematic of the chamber 1 of a plasma etching apparatus. 被加工物10とマスキング部材30の測面拡大図である。3 is an enlarged view of the surface of the workpiece 10 and the masking member 30. FIG. マスキング部材30で覆いプラズマエッチングが施された被加工物10の拡大斜視図である。3 is an enlarged perspective view of the workpiece 10 covered with the masking member 30 and subjected to plasma etching. FIG. エッチングによりDLC被膜が除去された状態の被加工物10及びマスキング部材30の図3におけるA−A’線矢視方向の断面図である。It is sectional drawing of the to-be-processed object 10 and the masking member 30 in the state from which the DLC film was removed by the etching in the A-A 'arrow direction in FIG. ガス圧とサイドエッチング率との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a gas pressure and a side etching rate. ガス圧とエッチングレートとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a gas pressure and an etching rate. Ar混合比とエッチングレート差割合との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between Ar mixing ratio and an etching rate difference ratio. 被加工物の温度とエッチングレートとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the temperature of a to-be-processed object, and an etching rate. 被加工物の温度とDLC皮膜の硬さとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the temperature of a to-be-processed object, and the hardness of a DLC film. マスククリアランスとサイドエッチング率との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a mask clearance and a side etching rate.

符号の説明Explanation of symbols

1 チャンバー
2 アノード
3 カソード
4 マッチングボックス
5 電源
6 プラズマ処理空間
10 被加工物
11 焼入鋼
12 傾斜層
13 DLC被膜
30 マスキング部材
31 開口部
40 グリース保持部
41 底面
50 マスククリアランス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Anode 3 Cathode 4 Matching box 5 Power supply 6 Plasma processing space 10 Workpiece 11 Hardened steel 12 Inclined layer 13 DLC coating 30 Masking member 31 Opening part 40 Grease holding part 41 Bottom face 50 Mask clearance

Claims (5)

基材の表面に形成されたDLC(Diamond Like Carbon)被膜をプラズマエッチング法によって部分的に除去するDLC被膜除去方法において、
エッチングガスの圧力が26Pa以下であることを特徴とするDLC被膜除去方法。
In a DLC film removal method in which a DLC (Diamond Like Carbon) film formed on the surface of a substrate is partially removed by a plasma etching method,
A method for removing a DLC film, wherein the pressure of an etching gas is 26 Pa or less.
エッチングガスは、Ar,CF,Oの混合ガスであり、
Arの混合比が70%以上であることを特徴とする請求項1に記載のDLC被膜除去方法。
The etching gas is a mixed gas of Ar, CF 4 and O 2 ,
The method for removing a DLC film according to claim 1, wherein the mixing ratio of Ar is 70% or more.
DLC被膜を除去する際におけるDLC被膜の温度が、DLC被膜を形成する成膜室内の当該DLC被膜形成時の温度以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のDLC被膜除去方法。   The method of removing a DLC film according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the DLC film when removing the DLC film is equal to or lower than the temperature at which the DLC film is formed in the film forming chamber in which the DLC film is formed. DLC被膜を除去する際におけるDLC被膜の温度が50℃以上、250℃以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のDLC被膜除去方法。   The method of removing a DLC film according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the DLC film when removing the DLC film is 50 ° C or higher and 250 ° C or lower. DLC被膜を除去しない部分を覆うマスクと、DLC被膜との間隔が1mm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のDLC被膜除去方法。
The method for removing a DLC film according to any one of claims 1 to 4, wherein an interval between the mask that covers a portion where the DLC film is not removed and the DLC film is 1 mm or less.
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