JP2009235495A

JP2009235495A - アモルファス炭素成膜方法

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Publication number: JP2009235495A
Application number: JP2008083520A
Authority: JP
Inventors: Takao Saito; 隆雄齊藤; Tatsuya Terasawa; 達矢寺澤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: US20090246407A1; US7923377B2; JP5198114B2

Abstract

【課題】１０Ｔｏｒｒを超え常圧以下において、比較的低硬度の炭素膜を生成する。
【解決手段】アモルファス炭素成膜装置１０は、グランドに接続され基板１２を支持する支持電極１４と、この支持電極１４と対向する位置に設けられ混合ガスの噴射口である混合ガス噴射口１６ａを有する対向電極１６と、支持電極１４と対向電極１６とを包含するチャンバ２０と、支持電極１４と対向電極１６との間に直流パルス電圧を印加するパルス供給源を有する直流パルス発生回路２２とを備えている。アモルファス炭素膜を生成するときには、対向電極１６にパルス幅が０．１μｓｅｃ以上５．０μｓｅｃ以下の直流パルス電圧を印加した状態で、キャリアガスに対するアセチレンガスの割合が０．０５体積％以上１０体積％以下となるように混合ガスを支持電極１４及び対向電極１６との間に供給してプラズマを発生させることにより、アモルファス炭素膜を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アモルファス炭素成膜方法に関する。

従来、金属製の被処理基材上に炭素膜を生成する成膜方法が知られている。例えば、特許文献１に記載の成膜方法では、チャンバ内の２つの電極の一方に金属製の被処理基材を設置し、１００〜１６００Ｔｏｒｒの雰囲気圧力下、電極間にパルス電圧を印加すると共に、希釈ガスとしてのヘリウムガスに対する原料ガスとしてのメタンガスの割合が所定の割合となるようにこれら２種類のガスをチャンバ内に供給することにより、１０ＧＰａ以上の硬度を有する炭素膜を生成するものとしている。
特開２００４−２７００２２号公報

ところで、１０ＧＰａ以上の硬度を有する炭素膜のみならず、１０ＧＰａ未満の比較的低硬度の炭素膜についても種々の応用が期待されている。例えば、摺動する金属部品のコートとしての応用が期待されている。つまり、１０ＧＰａ未満の比較的低硬度の炭素膜は、１０ＧＰａ以上の炭素膜に比べて柔らかく、膜を生成したときに蓄積される内部応力が少ないためアルミニウムの様な弾性率の低い材料に成膜することが可能であると共に、膜を厚くすることができる。膜が厚いことによって、こすれ合うごとに例えば１原子層ずつ削られるとすると、膜を厚くできる分コートの寿命を長くすることができる。しかしながら、こういった１０ＧＰａ未満の比較的低硬度の炭素膜を生成する方法はほとんど提案されておらず、特に１０Ｔｏｒｒを超え常圧以下の圧力下において生成する方法は提案されていなかった。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、１０Ｔｏｒｒを超え常圧以下において、比較的低硬度の炭素膜を生成することができるアモルファス炭素成膜方法を提供することを主目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のアモルファス炭素成膜方法は、
グランドに接続された支持電極と、該支持電極と対向する位置に設けられた対向電極と、を備えたアモルファス炭素成膜装置を用いて、１０Ｔｏｒｒ以上常圧以下で被処理基材にアモルファス炭素膜を生成するアモルファス炭素成膜方法であって、
（ａ）前記被処理基材を前記対向電極から離間して前記支持電極に載置する工程と、
（ｂ）前記対向電極にパルス幅が０．１μｓｅｃ以上５．０μｓｅｃ以下である直流パルス電圧を印加した状態で、アセチレンガスと該アセチレンガスを運搬するキャリアガスとの混合ガスを、該キャリアガスに対する該アセチレンガスの割合が０．０５体積％以上１０体積％以下となるように前記支持電極及び前記対向電極との間に供給してプラズマを発生させることにより、アモルファス炭素膜を生成する工程と、
を含むものである。

このアモルファス炭素成膜方法では、圧力が１０Ｔｏｒｒを下回る場合には、真空下でアモルファス炭素膜を生成した場合と同程度の遅い成膜速度になるため好ましくなく、常圧を超える場合には、アーク放電が発生し成膜できないため好ましくない。また、直流パルス電圧のパルス幅が０．１μｓｅｃを下回る場合には放電が発生しないか生成された膜の硬度が低くなりすぎるため好ましくなく、５．０μｓｅｃを超える場合には、アーク放電が発生し成膜できないため好ましくない。また、キャリアガスに対するアセチレンガスの割合が０．０５体積％を下回る場合には、真空下でアモルファス炭素膜を生成した場合と同程度の遅い成膜速度になるか生成された膜の硬度が低くなりすぎるため好ましくなく、１０体積％を超える場合には膜の生成ができないか又は膜の硬度が１０ＧＰａ以上となるため好ましくない。このような事情から、圧力範囲を１０Ｔｏｒｒ以上常圧以下、直流パルス電圧のパルス幅を０．１μｓｅｃ以上５．０μｓｅｃ以下、キャリアガスに対するアセチレンガスの割合を０．０５体積％以上１０体積％以下と設定した。したがって、１０Ｔｏｒｒを超え常圧以下において、比較的低硬度の炭素膜を生成することができる。この理由は定かではないが、アセチレンガスを使うことで、炭素の３重結合を膜中へ積極的に取り込み、グラファイト成分に近付けて膜の硬度が高くなるのを抑制することができるものと推察される。ここで、膜の硬度は薄膜の機械的特性評価装置（ＭＴＳシステムズ社製のナノインデンターＸＰ）を用いて測定して得られる硬度で表すものとする。

本発明のアモルファス炭素成膜方法において、前記工程（ｂ）では、２ＧＰａ以上８ＧＰａ以下の硬度を有するアモルファス炭素膜を生成するものとしてもよい。２ＧＰａ以上８ＧＰａ以下の硬度を有するアモルファス炭素膜は、上述したようにその特徴である柔らかさを利用した応用が期待されるため、本発明を適用する意義が高い。

本発明のアモルファス炭素成膜方法において、前記直流パルス電圧は正電圧としてもよい。

本発明のアモルファス炭素成膜方法において、前記被処理基材は、ＳＵＳ材、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材、ＳＳ材、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとするのが好ましい。ＳＵＳ材としては、例えば鉄−クロム−ニッケル系のＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６、鉄−クロム系のＳＵＳ４１０やＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４０などが挙げられる。ＳＫＤ材としては、例えばＳＫＤ１１やＳＫＤ６１などが挙げられる。ＳＫＨ材としては、例えばＳＫＨ２，ＳＫＨ１０，ＳＫＨ５１，ＳＫＨ５５などが挙げられる。ＳＳ材としては、例えばＳＳ３３０，ＳＳ４００，ＳＳ４９０，ＳＳ５４０などが挙げられる。アルミニウム合金としては、Ａ２０１１，Ａ２０１７，Ａ５０５２，Ａ５０５６，Ａ６０６１，Ａ６０６３，Ａ７０７５などが挙げられる。

本発明のアモルファス炭素成膜方法において、前記工程（ｂ）では、前記直流パルスの発生源として、直流電源の両端にインダクタ、第１半導体スイッチ及び第２半導体スイッチが直列接続され、前記インダクタは、一端が前記第１半導体スイッチのアノード端子に接続されると共に他端がダイオードを介して前記第１半導体スイッチのゲート端子に接続され、前記ダイオードは、アノード端子が前記第１半導体スイッチのゲート端子に接続されており、前記第２半導体スイッチがターンオンされると前記第１半導体スイッチの導通に伴って前記インダクタに誘導エネルギが蓄積され、前記第２半導体スイッチがターンオフされると前記第１半導体スイッチのターンオフに伴って前記インダクタでパルス電圧が発生し該インダクタと磁気的に結合された前記コイル素子に前記パルス電圧を昇圧して供給する装置を使用するものとしてもよい。こうすれば、急峻に立ち上がる直流パルス電圧を対向電極に印加することが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、アモルファス炭素成膜装置１０の概略構成を示す説明図である。

アモルファス炭素成膜装置１０は、鉄系材質（例えばＳＵＳ材やＳＫＤ材、ＳＫＨ材、ＳＳ材、など）またはアルミ系材質（アルミニウム、アルミニウム合金など）からなる基板１２上にアモルファス炭素膜を１０Ｔｏｒｒ以上常圧以下で生成する装置である。このアモルファス炭素成膜装置１０は、グランドに接続され基板１２を支持する支持電極１４と、この支持電極１４と対向する位置に設けられ混合ガスの噴射口である混合ガス噴射口１６ａを有する対向電極１６と、支持電極１４と対向電極１６とを包含するステンレス製のチャンバ２０と、支持電極１４と対向電極１６との間に直流パルス電圧を印加するパルス供給源を有する直流パルス発生回路２２とを備えている。

支持電極１４は、材質がＳＵＳ３０４で直径が１００ｍｍ、厚さが１０ｍｍの円盤の下面に、直径が５０ｍｍの円柱状の軸が一体化されたものである。この支持電極１４は、ヒータ１７を内蔵すると共に、内部に冷却液が通過可能な冷却液通路１５が形成されている。この冷却液通路１５に流す冷却液の流量を制御することにより、支持電極１４は所望の温度に維持することができる。なお、ヒータ１７としては、赤外線ヒータやシーズヒータなどを用いることができる。また、ヒータ１７は支持電極１４に内蔵する代わりに支持電極１４の近傍に設置してもよい。

対向電極１６は、材質がＳＵＳ３０４で直径が１５ｍｍ、内径が５ｍｍ、高さが５０ｍｍの円筒部材である。この対向電極１６は、基板１２を支持電極１４との間に挟みこの基板１２の表面から５ｍｍ離間している。また、対向電極１６はチャンバ２０と絶縁された状態で取り付けられている。この対向電極１６の円筒の内部は、基板１２に生成させるアモルファス炭素膜の材料となるアセチレンガスとこのアセチレンガスを運搬するキャリアガスとの混合ガスを流通させる流通路となっている。この流通路の一端は、チャンバ２０の外部から供給される混合ガスの混合ガス供給管１８に接続されている。また、この流通路の他端は混合ガスを基板１２に向けて噴射する混合ガス噴射口１６ａとなっている。

なお、支持電極１４及び対向電極１６上に固体誘電体を設置する必要はない。なぜならば、アモルファス炭素膜の成膜はイオンを主成分とする成膜方法であり、誘電体を設置すると、プラズマ中のイオン伝導が阻害され、耐摩耗性を有するアモルファス炭素膜が成膜されないからである。

チャンバ２０は、材質がステンレスの板材によって支持電極１４及び対向電極１６とを取り囲むように形成されている。このチャンバ２０は、図示しない真空ポンプ（例えば、油回転ポンプ）に接続され該真空ポンプの駆動によりチャンバ２０内の圧力を負圧に調整するための排気口２０ａを有している。

直流パルス発生回路２２は、直流電源２４と高周波インピーダンスを低くするコンデンサ２６とを有する直流電源部２８の両端にインダクタ３０、第１半導体スイッチ３２及び第２半導体スイッチ３４が直列接続された一次巻線側回路４４と、一端が対向電極１６に他端がグランドに電気的に接続されたコイル素子４８を備えた二次巻線側回路５０とで構成されている。一次巻線側回路４４では、インダクタ３０は、一端が第１半導体スイッチ３２のアノード端子３２Ａに接続され、他端がダイオード４２を介して第１半導体スイッチ３２の制御端子であるゲート端子３２Ｇに接続されている。ダイオード４２は、アノード側が第１半導体スイッチ３２のゲート端子３２Ｇに接続されている。第１半導体スイッチ３２は、電流制御形デバイスや自己消弧形デバイス、転流消弧形デバイスを用いることができるが、ここではターンオフ時の電圧上昇率（ｄｖ／ｄｔ）に対する耐量が極めて大きく且つ電圧定格の高いＳＩサイリスタを用いている。第２半導体スイッチ３４は、自己消弧形デバイスや転流消弧形デバイスを用いることができるが、ここでは、アバランシェ形ダイオード３６が逆並列で内蔵されたパワーＭＯＳＦＥＴ３８を使用し、このパワーＭＯＳＦＥＴ３８と、パワーＭＯＳＦＥＴ３８のゲート端子３８Ｇとソース端子３８Ｓに接続されソース端子３８Ｓ−ドレイン端子３８Ｄ間の電流の流れをオンオフ制御するゲート駆動回路４０とから構成されている。ここで、一次巻線側回路４４のインダクタ３０は一次巻線を構成し、二次巻線側回路５０のコイル素子４８は二次巻線を構成し、両者がトランスとして機能する。そして、一次巻線の巻数をＮ１、二次巻線の巻数をＮ２、第１半導体スイッチ３２のアノード−ゲート間電圧をＶAGとすれば、ＶAG×Ｎ２／Ｎ１の電圧をコイル素子４８の両端に印加することができる。

次に、アモルファス炭素成膜装置１０の一次巻線側回路４４でパルス電圧が発生するメカニズムを説明する。ゲート駆動回路４０からパワーＭＯＳＦＥＴ３８のゲート−ソース間に制御信号Ｖｃが供給されると、パワーＭＯＳＦＥＴ３８がオフからオンになる。このとき、ダイオード４２の逆極性の極めて大きなインピーダンスにより、第１半導体スイッチ３２は、ゲート端子３２Ｇ及びカソード端子３２Ｋ間に正に印加される電界効果によりターンオンしてアノード端子３２Ａ−カソード端子３２Ｋ間が通流する（Ａ−Ｋ間電流）。このようにして、第１及び第２半導体スイッチ３２，３４が導通すると、インダクタ３０に直流電源２４の電圧Ｅと略同等の電圧が印加され、所望のエネルギが蓄積される。そして、所望のエネルギが得られた後、ゲート駆動回路４０からの制御信号の供給を停止し、パワーＭＯＳＦＥＴ３８をターンオフさせる。すると、パワーＭＯＳＦＥＴ３８がターンオフするのに伴ってインダクタ３０でパルス電圧が発生する。具体的には、第２半導体スイッチ３４がターンオフすると、インダクタ３０の電流ＩＬは、第１半導体スイッチ３２のアノード端子３２Ａ→ゲート端子３２Ｇ→ダイオード４２のアノード→ダイオード４２のカソードの経路に転流するため、アノード端子３２Ａ−ゲート端子３２Ｇ間が通流する（Ａ−Ｇ間電流）。そして、インダクタ３０に蓄積したエネルギによる電流が引き続きアノード端子３２Ａからゲート端子３２Ｇに流れ、第１半導体スイッチ３２がオフ状態に移行するので、第１半導体スイッチ３２のアノード−ゲート間電圧ＶAGとインダクタ端子間電圧ＶＬが急上昇する。そして、電流ＩＬがゼロになると、電圧ＶAGとインダクタ端子間電圧ＶＬが最大となる。その後、第１半導体スイッチ３２が非通流になると、各電圧ＶAG，ＶＬは急下降する。このときの様子を図２に示す。図２において、電流ＩＬはインダクタ３０を流れる電流であり、電圧ＶAGは第１半導体スイッチ３２のアノード−ゲート間電圧であり、電圧ＶＬはインダクタ３０の端子間電圧である。正電圧、負電圧の切り替えは、配線のつなぎかえで可能である。なお、パルス電圧の詳しいメカニズムについては例えば特許第３８１１６８１号に記載されている。

次に、こうしたアモルファス炭素成膜装置１０を用いて基板１２上にアモルファス炭素膜を生成する手順について説明する。ここでは、キャリアガスとしてヘリウムガスを用いるものとする。まず、基板１２を支持電極１４に載置する。次に、図示しない真空ポンプを用いてチャンバ２０内の圧力が０．０１気圧以下になるまで排気口２０ａから排気する。次いで、ヘリウムガス及び水素ガスを混合ガス噴射口１６ａからチャンバ２０内の圧力が０．２気圧となるまで噴射する。次いで、支持電極１４と対向電極１６との間に直流パルス電圧を印加する。すなわち、直流パルス発生回路２２の一次巻線側回路４４により二次巻線側回路５０のコイル素子４８に直流パルス電圧を発生させる。すると、発生したパルス電圧が支持電極１４と対向電極１６との間に印加され、両電極１４，１６の間にプラズマが発生し、このプラズマにより基板１２の表面がエッチング処理される。その後、水素ガスをテトラメチルシランガスに切替えてこのテトラメチルシランガスとヘリウムガスを同様に０．２気圧となるまで混合ガス噴射口１６ａから噴射し、中間層としてのアモルファス炭化ケイ素の膜を生成する。この中間層は、後で成膜するアモルファス炭素膜が基板１２から簡単にははがれないようにするためのものである。

次いで、キャリアガスに対するアセチレンガスの割合（以下、アセチレンガス割合ともいう）が０．０５体積％以上１０体積％以下のアセチレンガスとキャリアガスとの混合ガスを、混合ガス噴射口１６ａからチャンバ２０内の圧力が１０Ｔｏｒｒ以上常圧以下の範囲で定められた所定圧力となるまで噴射して供給する。次いで、対向電極１６にパルス幅が０．１μｓｅｃ以上５．０μｓｅｃ以下の直流パルスの正電圧が印加されるように支持電極１４と対向電極１６との間に直流パルス電圧を印加する。すると、支持電極１４及び対向電極１６の間にプラズマが発生し、基板１２上にアモルファス炭素膜が生成される。ここで、混合ガス噴射口１６ａから噴射されたガスは、チャンバ２０の下方に設けられた排気口２０ａへ向かって流れ、この排気口２０ａから排気される。

以上詳述した本実施形態のアモルファス炭素成膜装置１０によるアモルファス炭素成膜方法によれば、アモルファス炭素膜の原料となるガスにアセチレンガスを使うことで、膜の硬度が高くなるのを抑制している。したがって、１０Ｔｏｒｒを超え常圧以下において、比較的低硬度の炭素膜を生成することができる。具体的には、０．５ＧＰａ以上８ＧＰａ以下の硬度を有するアモルファス炭素膜を生成することができる。また、直流パルス発生回路２２を用いているから、急峻に立ち上がる直流パルス電圧を対向電極１６に印加することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、直流パルス発生回路２２は、対向電極１６に正電圧の直流パルスを印加するものとしたが、対向電極１６に負電圧の直流パルスを印加するものとしてもよい。

上述した実施形態では、キャリアガスとしてヘリウムガスを使用したが、ヘリウムガスの代わりにアルゴンガスや窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガス等を使用してもよい。

［実施例１］
ＳＵＳ４４０Ｃからなる直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの基板１２を支持電極１４に載置した状態で、チャンバ２０内の圧力が０．０１気圧以下になるまで排気口２０ａから排気した。このとき、基材１２と支持電極１４は電気的に導通状態である。次いで、支持電極１４と対向電極１６との間にピークパルス電圧が１．８ｋＶ、パルス半値幅が０．８μｓｅｃの直流パルス電圧を印加した。次いで、ヘリウムガス及び水素ガスをチャンバ２０内の圧力が０．２気圧となるまで混合ガス噴射口１６ａから２分間噴射した。次いで、支持電極１４と対向電極１６との間にピークパルス電圧が２．０ｋＶ、パルス半値幅が０．５μｓｅｃの直流パルス電圧を印加し、水素ガスをテトラメチルシランガスに切替えて１分間噴射した。なお、パルス半値幅とは、ピークパルス電圧値の半分の電圧における時間幅のことをいう。

次いで、チャンバ２０内の圧力が０．２気圧の状態で、支持電極１４と対向電極１６との間にピークパルス電圧が１．４ｋＶで、パルス幅が０．８μｓｅｃの直流パルス電圧を印加し、アセチレンガス及びヘリウムガスをそれぞれアセチレンガス１ｃｃ／ｍｉｎ、ヘリウムガス２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で２．０分間噴射した。このとき、アセチレンガス割合は０．０５体積％となった。その結果、基板１２上にアモルファス炭素膜が生成された。なお、支持電極１４の温度は２００℃となるようにした。

得られたアモルファス炭素膜について、ラマン分光装置（日本分光社製のＮＲＳ−１０００）を使用して分光分析を行ったところ、良好なアモルファス炭素膜であることが判明した。また、得られたアモルファス炭素膜の硬度を、薄膜の機械的特性評価装置（ＭＴＳ社製のナノインデンターＸＰ）を用いて測定した。その結果、硬度は０．５ＧＰａであった。なお、表１に実施例１の成膜条件及び成膜結果を示す。

［比較例１〜３］
比較例１〜３では、アセチレンガスの代わりにメタンガスを用いて、表１に示した条件で上述した実施例１に準ずる手順でプラズマを発生させてアモルファス炭素膜の生成を試みた。このとき、ピークパルス電圧が１．５ｋＶ〜１．２ｋＶ、パルス幅が１．０μｓｅｃ〜１．４μｓｅｃの直流パルス電圧を印加した。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、硬度１８ＧＰａ〜２５ＧＰａという１０ＧＰａ以上の硬度の炭素膜が得られた。なお、表１中、メタンガス割合とは、キャリアガスとしてのヘリウムガスに対するメタンガスの割合のことをいう。

［実施例２〜６，比較例４，５］
実施例２〜６，比較例４，５では、アセチレンガス割合を０．０８体積％〜１２．５体積％に振り表１に示した条件で実施例１に準ずる手順でアモルファス炭素膜の生成を試みた。このとき、ピークパルス電圧が１．３８ｋＶ〜１．０ｋＶ、パルス幅が０．９μｓｅｃ〜１．５μｓｅｃの直流パルス電圧を印加した。その結果を表１に示す。実施例１〜６で、硬度が０．５ＧＰａ〜８．０ＧＰａのアモルファス炭素膜が得られた。ここで、既述した摺動する金属部品のコートとしての応用に向くアモルファス炭素膜の硬度としては、１ＧＰａ以上８ＧＰａ未満の硬度が好ましく、２ＧＰａ以上８ＧＰａ未満の硬度がより好ましい。また、比較例４は、部分的な放電となり均一な膜ができず、膜の硬度は１０ＧＰａとなった。また、比較例５は、アーク放電が発生し、炭素膜の生成自体が不安定であった。また、表１から明らかなように、実施例１〜６，比較例４の中では、アセチレンガス割合が大きくなるに従って、成膜速度が速くなり、生成したアモルファス炭素膜の硬度も高くなる傾向にあることが分かった。

［比較例６，実施例７〜１０，比較例７］
比較例６，実施例７〜１０，比較例７では、直流パルス電圧のパルス幅を０．０５〜７．５μｓｅｃに振り、それ以外は実施例５に準ずる手順でアモルファス炭素膜の生成を試みた。このとき、直流パルス電圧のピークパルス電圧は、２．５ｋＶ〜１．０ｋＶであった。その結果を表２に示す。比較例６のときには放電が発生せず、実施例７〜１０のときにはグロー様放電が観測され、比較例７のときにはアーク放電が発生した。パルス幅が実施例７〜１０のときには、真空下での一般的な成膜速度０．０１μｍ／ｍｉｎに比して速い０．７〜５．７μｍ／ｍｉｎの成膜速度が得られた。また、実施例５，７〜１０の中では、パルス幅が大きくなるに従って、成膜速度が速くなる傾向にあることが分かった。

これらの結果と図示しない他の実験結果とをまとめたのが図３のグラフである。図３では、横軸にパルス幅、縦軸にアセチレンガス割合をとっている。ここで、図中の丸印は、アモルファス炭素膜の生成に成功した条件を表し、三角印は部分的にしか膜を生成できなかったか又は膜の硬度が０．５ＧＰａ未満若しくは１０ＧＰａを超えた条件を表し、バツ印は膜の生成自体が不安定であった条件を表している。

アモルファス炭素成膜装置１０の概略構成を示す説明図である。各部の電流及び電圧の動作波形の説明図である。アモルファス炭素膜の生成を試みた結果を表すグラフである。

符号の説明

１０アモルファス炭素成膜装置、１２基板、１４支持電極、１５冷却液通路、１６対向電極、１６ａ混合ガス噴射口、１７ヒータ、１８混合ガス供給管、２０チャンバ、２０ａ排気口、２２直流パルス発生回路、２４直流電源、２６コンデンサ、２８直流電源部、３０インダクタ、３２第１半導体スイッチ、３２Ａアノード端子、３２Ｇゲート端子、３４第２半導体スイッチ、３６アバランシェ形ダイオード、３８パワーＭＯＳＦＥＴ、３８Ｇゲート端子、３８Ｓソース端子、４０ゲート駆動回路、４２ダイオード、４４一次巻線側回路、４８コイル素子、５０二次巻線側回路。

Claims

グランドに接続された支持電極と、該支持電極と対向する位置に設けられた対向電極と、を備えたアモルファス炭素成膜装置を用いて、１０Ｔｏｒｒ以上常圧以下で被処理基材にアモルファス炭素膜を生成するアモルファス炭素成膜方法であって、
（ａ）前記被処理基材を前記対向電極から離間して前記支持電極に載置する工程と、
（ｂ）前記対向電極にパルス幅が０．１μｓｅｃ以上５．０μｓｅｃ以下である直流パルス電圧を印加した状態で、アセチレンガスと該アセチレンガスを運搬するキャリアガスとの混合ガスを、該キャリアガスに対する該アセチレンガスの割合が０．０５体積％以上１０体積％以下となるように前記支持電極及び前記対向電極との間に供給してプラズマを発生させることにより、アモルファス炭素膜を生成する工程と、
を含むアモルファス炭素成膜方法。
前記工程（ｂ）では、２ＧＰａ以上８ＧＰａ以下の硬度を有するアモルファス炭素膜を生成する、
請求項１に記載のアモルファス炭素成膜方法。
前記直流パルス電圧は正電圧である、
請求項１又は２に記載のアモルファス炭素成膜方法。
前記被処理基材は、ＳＵＳ材、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材、ＳＳ材、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアモルファス炭素成膜方法。
前記工程（ｂ）では、前記直流パルスの発生源として、直流電源の両端にインダクタ、第１半導体スイッチ及び第２半導体スイッチが直列接続され、前記インダクタは、一端が前記第１半導体スイッチのアノード端子に接続されると共に他端がダイオードを介して前記第１半導体スイッチのゲート端子に接続され、前記ダイオードは、アノード端子が前記第１半導体スイッチのゲート端子に接続されており、前記第２半導体スイッチがターンオンされると前記第１半導体スイッチの導通に伴って前記インダクタに誘導エネルギが蓄積され、前記第２半導体スイッチがターンオフされると前記第１半導体スイッチのターンオフに伴って前記インダクタでパルス電圧が発生し該インダクタと磁気的に結合された前記コイル素子に前記パルス電圧を昇圧して供給する装置を使用する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアモルファス炭素成膜方法。