JP2014237890A - Film deposition apparatus of diamond-like carbon film and formation method - Google Patents

Film deposition apparatus of diamond-like carbon film and formation method Download PDF

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JP2014237890A
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泰隆 西永
Yasutaka Nishinaga
泰隆 西永
田中 勝己
Katsumi Tanaka
勝己 田中
チャオ キョン チュウ
Cheow Keong Choo
チャオ キョン チュウ
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition apparatus of a diamond-like carbon film capable of shortening a time required for film deposition, and improving a film quality, and to provide a formation method thereof.SOLUTION: A gas control part 22 is constituted so as to control so that carrier gas is supplied from a carrier gas feed source 20 into a flow route 14 until the flow route 14 reaches a film deposition temperature, and that, when the flow route 14 reaches the film deposition temperature, gas for film deposition is supplied from the carrier gas feed source 20 and a hydrocarbon gas feed source 18 into the flow route 14 at a prescribed flow rate so that a carbon source is contained at a prescribed concentration.

Description

本発明は、ダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置および形成方法に係りsp/sp構造比が比較的高いダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置および形成方法に関するものである。 The present invention relates to a diamond-like carbon film forming apparatus and method, and more particularly to a diamond-like carbon film forming apparatus and method having a relatively high sp 3 / sp 2 structure ratio.

硬度、摺動性などの特性に加えて、耐熱性、耐融着性、耐溶着性に優れ、しかも極めて平坦な表面を備えたダイヤモンドライクカーボン(Diamond Like Carbon。以下「DLC」ともいう。)膜は、工具等の硬質被覆材などとして実用化されている。   In addition to properties such as hardness and slidability, diamond-like carbon (Diamond Like Carbon, hereinafter also referred to as “DLC”) having excellent heat resistance, fusing resistance, and welding resistance and an extremely flat surface. The film has been put into practical use as a hard coating material such as a tool.

DLC膜は、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いて低温で作製できることが広く知られている。   It is widely known that a DLC film can be produced at a low temperature using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus.

しかし、プラズマCVD装置は装置自体が複雑な作りとなり装置導入コストが高くなるという難点がある。   However, the plasma CVD apparatus has a drawback that the apparatus itself is complicated and the apparatus introduction cost is high.

そこで、大気圧中でのDLC膜の作成を可能にする大気圧熱分解法が開発されつつある(例えば、特許文献1、2参照)。   Therefore, an atmospheric pressure pyrolysis method that enables creation of a DLC film in atmospheric pressure is being developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許第5002803号公報Japanese Patent No. 50000283 特開2008−260670号公報JP 2008-260670 A

ところが、上記従来の大気圧熱分解法によるDLC膜の形成方法は、成膜に例えば1時間以上の時間を要していた。   However, the conventional method for forming a DLC film by the atmospheric pressure pyrolysis method requires, for example, one hour or more for the film formation.

即ち、比較的大きな試料表面にDLC膜を形成する場合に、単位表面当たりのDLC量を増大させる必要から反応に必要な炭化水素を供給するために長時間の反応時間を必要とするという難点があった。   That is, when a DLC film is formed on a relatively large sample surface, there is a problem that a long reaction time is required to supply hydrocarbons necessary for the reaction because it is necessary to increase the amount of DLC per unit surface. there were.

また、炭素源としてメタンを用いた場合には、形成されたDLC膜の表面に煤状の不要な炭素が残留するという不都合もあった。   In addition, when methane is used as a carbon source, there is a disadvantage in that soot-like unnecessary carbon remains on the surface of the formed DLC film.

本発明は、上述のような課題を解決すべくなされたものであり、成膜に要する時間を短縮することができ、且つ膜品質を向上させることが可能なダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置および形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can provide a diamond-like carbon film forming apparatus capable of reducing the time required for film formation and improving the film quality. An object is to provide a forming method.

前記課題を解決するため、本発明に係るダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置は、
ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する成膜対象物を配置し、成膜用ガスおよび前記成膜用ガス以外のガスを流動させる流動経路と、水素ガス、窒素ガスまたはアルゴンガスの何れかを含むキャリアガスを所定流量で前記流動経路に供給するキャリアガス供給源と、ケトン体、アルコール類またはカルボン酸の何れかのガスから成る炭素源を所定流量で前記流動経路に供給する炭素源ガス供給源と、前記キャリアガス供給源および前記炭素源ガス供給源から前記流量経路へのガス流量を制御するガス制御部と、前記流動経路の温度を上昇させる加温部と、前記流動経路内の温度が所定温度となるように前記加温部を制御する温度制御部とを備え、前記ガス制御部は、前記流動経路が成膜温度に達するまで、前記キャリアガスを前記キャリアガス供給源から前記流動経路に供給するように制御すると共に、前記流動経路が成膜温度に達した際に、炭素源が所定濃度で含まれるように、前記成膜用ガスを前記キャリアガス供給源および前記炭化水素ガス供給源から前記流動経路に所定流量で供給するように制御することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a diamond-like carbon film forming apparatus according to the present invention includes:
A carrier including a deposition target for forming a diamond-like carbon film, a flow path for flowing a film forming gas and a gas other than the film forming gas, and any of hydrogen gas, nitrogen gas, and argon gas A carrier gas supply source for supplying gas to the flow path at a predetermined flow rate; and a carbon source gas supply source for supplying a carbon source comprising any one of a ketone body, an alcohol or a carboxylic acid to the flow path at a predetermined flow rate; A gas control unit for controlling a gas flow rate from the carrier gas supply source and the carbon source gas supply source to the flow path, a heating unit for increasing the temperature of the flow path, and a temperature in the flow path being predetermined. A temperature control unit that controls the heating unit to reach a temperature, and the gas control unit transfers the carrier gas to the carrier until the flow path reaches a film formation temperature. Supply gas to the flow path from the gas supply source, and supply the film forming gas to the carrier gas so that a carbon source is included at a predetermined concentration when the flow path reaches the film formation temperature. Control is performed so that a predetermined flow rate is supplied from the gas source and the hydrocarbon gas supply source to the flow path.

また、本発明に係るダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法は、水素ガスを流動させる流動経路に、ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する成膜対象物を配置する工程と、前記水素ガスを所定流量で前記流動経路に流すと共に前記成膜対象物を室温から所定温度まで上昇させる工程と、前記所定温度に達した際に、前記水素ガスをキャリアガスとして炭素源であるケトン体、アルコール類またはカルボン酸の何れかを所定の濃度で含む成膜用ガスを前記流動経路に所定時間にわたって流動させる工程と、前記所定温度の状態を所定時間にわたって保持する工程とを有することを特徴とする。   The method of forming a diamond-like carbon film according to the present invention includes a step of disposing a film formation target for forming a diamond-like carbon film in a flow path for flowing hydrogen gas, and the hydrogen gas at a predetermined flow rate. Flowing the flow path through the flow path and raising the film formation target from room temperature to a predetermined temperature; and when the predetermined temperature is reached, the hydrogen gas is used as a carrier gas to form a ketone body, alcohol or carboxylic acid as a carbon source. The method includes a step of flowing a film forming gas containing any of them at a predetermined concentration in the flow path for a predetermined time, and a step of maintaining the predetermined temperature state for a predetermined time.

本発明によれば以下の効果を奏することができる。   According to the present invention, the following effects can be obtained.

即ち、本発明に係るダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置によれば、sp/sp構造比が、0.32〜0.5であり、ラマン分光法におけるGバンドピークの半値幅が、70cm−1以下であることにより、硬度が高く、抵抗率の高い優れた特性を有するダイヤモンドライクカーボン膜を得ることができる。 That is, according to the diamond-like carbon film forming apparatus of the present invention, the sp 3 / sp 2 structure ratio is 0.32 to 0.5, and the half-value width of the G band peak in Raman spectroscopy is 70 cm. When it is −1 or less, a diamond-like carbon film having excellent properties with high hardness and high resistivity can be obtained.

また、本発明に係るダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法によれば、炭素源としてメタンを用いる場合に比して、成膜に要する時間を大幅に短縮することができる。   In addition, according to the method for forming a diamond-like carbon film according to the present invention, the time required for film formation can be greatly reduced as compared with the case where methane is used as the carbon source.

また、成膜用ガスを流す前に、水素ガスを流動させることにより、成膜対象物の表面について水素ガスの還元作用により不純物除去を行う場合には、成膜対象物の表面を清浄化して成膜品質を向上させることができる。   In addition, when impurities are removed from the surface of the film formation target by reducing the hydrogen gas by flowing hydrogen gas before flowing the film formation gas, the surface of the film formation target is cleaned. The film formation quality can be improved.

また、成膜対象物の表面に、所定の触媒を塗布する場合には、成膜温度をより低温とすることができる。   In addition, when a predetermined catalyst is applied to the surface of the film formation target, the film formation temperature can be lowered.

また、ダイヤモンドライクカーボン膜の形成後に、水素ガスを流動させることにより、成膜対象物上のダイヤモンドライクカーボン膜の表面に残留している不要の炭素の除去を行う場合には、成膜品質を一層向上させることができる。   In addition, when unnecessary carbon remaining on the surface of the diamond-like carbon film on the object to be deposited is removed by flowing hydrogen gas after the diamond-like carbon film is formed, the film-forming quality is reduced. This can be further improved.

(a)は、実施の形態に係る成膜装置の概念を説明する模式図であり、(b)は、成膜対象物にDLC膜が形成された状態を示す断面図である。(A) is a schematic diagram explaining the concept of the film-forming apparatus which concerns on embodiment, (b) is sectional drawing which shows the state in which the DLC film was formed in the film-forming target object. 管状の電気炉の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of a tubular electric furnace. 実施の形態に係る成膜装置を用いた成膜実験例の電気炉内温度と時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature in an electric furnace and time of the film-forming experiment example using the film-forming apparatus which concerns on embodiment. 成膜用ガスの生成方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the production | generation method of the gas for film-forming. 実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:60℃、熱分解温度:1200℃)で成膜されたDLC膜のラマンスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the Raman spectrum of the DLC film formed into a film on the predetermined conditions (Acetone hot water bath temperature: 60 degreeC, thermal decomposition temperature: 1200 degreeC) in embodiment. 実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:60℃、熱分解温度:1200℃)で成膜されたDLC膜のXPSスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the XPS spectrum of the DLC film formed into a film on the predetermined conditions (Acetone hot-water bath temperature: 60 degreeC, thermal decomposition temperature: 1200 degreeC) in embodiment. 実施の形態において所定条件で成膜されたDLC膜中のsp/sp構造比とGピークの半値幅(fwhm)の関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the sp 3 / sp 2 structure ratio in a DLC film formed under a predetermined condition and the half width (fwhm) of a G peak in an embodiment. 実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度(触媒無しの場合と有りの場合)とラマンシフトのGピーク位置との関係を示すグラフである。In the embodiment, the thermal decomposition temperature (with and without the catalyst) of the comparative example using the DLC film and methane formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) and Raman shift It is a graph which shows the relationship with G peak position. 実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度(触媒無しの場合と有りの場合)とG-ピーク半値幅との関係を示すグラフである。Thermal decomposition temperature (with and without catalyst) and G-peak of comparative example using DLC film and methane formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) in the embodiment It is a graph which shows the relationship with a half value width. 実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度(触媒無しの場合と、触媒有りの場合)とラマンスペクトルのGピークとDピークの面積強度の比、I(D)/I(G)比との関係を示すグラフである。Thermal decomposition temperatures (in the case of no catalyst and in the presence of a catalyst) and Raman of a comparative example using a DLC film and methane formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) in the embodiment It is a graph which shows the relationship of ratio of area intensity of G peak of a spectrum, and D peak, and I (D) / I (G) ratio. 実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度(触媒無しの場合と有りの場合)とsp/sp構造比との関係を示すグラフである。In the embodiment, a thermal decomposition temperature (with and without catalyst) of a comparative example using a DLC film and methane formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) and sp 3 / is a graph showing the relationship between the sp 2 structure ratio. 実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度と光学バンドギャップとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thermal decomposition temperature and optical band gap of the comparative example using the DLC film and methane which were formed into a film on the predetermined conditions (acetone hot water bath temperature: 50 degreeC, 60 degreeC) in embodiment. アセトン捕集装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of an acetone collection apparatus. 実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度と抵抗値との関係を示す図表である。It is a graph which shows the relationship between the thermal decomposition temperature and resistance value of the comparative example using the DLC film | membrane and methane which were formed into a film on the predetermined conditions (acetone hot water bath temperature: 50 degreeC, 60 degreeC) in embodiment. 実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜のsp/sp構造比と電気抵抗率との関係を示すグラフである。Predetermined condition in the embodiment (acetone water bath temperature: 50 ℃, 60 ℃) is a graph showing the relationship between the in sp 3 / sp 2 structure ratio of the formed DLC film and the electrical resistivity.

以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
[DLC膜の形成方法の実施の形態]
実施の形態に係るDLC膜の形成方法は、次の(a)〜(d)の形成工程を有する。即ち、
(a)水素ガスを流動させる流動経路に、ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する成膜対象物を配置する工程、
(b)前記水素ガスを所定流量で前記流動経路に流すと共に前記成膜対象物を室温から所定温度まで上昇させる工程、
(c)前記所定温度に達した際に、前記水素ガスをキャリアガスとして炭素源であるケトン体、アルコール類またはカルボン酸の何れかを所定の濃度で含む成膜用ガスを前記流動経路に所定時間にわたって流動させる工程、
(d)前記所定温度の状態を所定時間にわたって保持する工程、
である。
Hereinafter, an embodiment as an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, in the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same members, and duplicate descriptions are omitted. In addition, since description here is the best form by which this invention is implemented, this invention is not limited to the said form.
[Embodiment of Method for Forming DLC Film]
The DLC film forming method according to the embodiment includes the following forming steps (a) to (d). That is,
(A) a step of disposing a film formation target for forming a diamond-like carbon film in a flow path for flowing hydrogen gas;
(B) flowing the hydrogen gas through the flow path at a predetermined flow rate and raising the film formation target from room temperature to a predetermined temperature;
(C) When the predetermined temperature is reached, a film-forming gas containing any one of a ketone body, an alcohol, or a carboxylic acid that is a carbon source at a predetermined concentration using the hydrogen gas as a carrier gas is predetermined in the flow path. Flowing over time,
(D) maintaining the state of the predetermined temperature for a predetermined time;
It is.

なお、本実施の形態において、前記炭素源としてのケトン体として、アセトン(CHCOCH)を用いた。 In the present embodiment, acetone (CH 3 COCH 3 ) was used as the ketone body as the carbon source.

ケトン体としては、アセトン以外にアルデヒド等を用いることもできる。また、ケトン体に代えて、メタノールやエタノール等のアルコール類を用いることもできる。   As the ketone body, aldehyde or the like can be used in addition to acetone. Moreover, it can replace with a ketone body and alcohols, such as methanol and ethanol, can also be used.

成膜対象物は、所定のセラミックまたは所定の金属で構成されるようにできる。セラミックとしては、アルミナ、シリカ等を用いることができる。金属としては、鉄、モリブデン鋼などを用いることができる。   The film formation target can be made of a predetermined ceramic or a predetermined metal. As the ceramic, alumina, silica, or the like can be used. As the metal, iron, molybdenum steel, or the like can be used.

また、成膜用ガスを流す前に、水素ガスを流動させることにより、成膜対象物の表面について前記水素ガスの還元作用により不純物除去を行う工程を有するようにしても良い。   Further, before flowing the film forming gas, a process of removing impurities by reducing the hydrogen gas on the surface of the film forming target may be provided by flowing hydrogen gas.

また、成膜対象物の表面には、所定の触媒が塗布されるようにしても良い。なお、所定の触媒は、所定の濃度で塗布されるようにできる。   A predetermined catalyst may be applied to the surface of the film formation target. The predetermined catalyst can be applied at a predetermined concentration.

また、前記所定温度は、1000〜1400℃とすることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said predetermined temperature shall be 1000-1400 degreeC.

さらに、DLC膜の形成後に、水素ガスを流動させることにより、成膜対象物上のDLC膜の表面に残留している不要の炭素の除去を行う工程を有するようにしても良い。
[実施の形態に係る成膜装置の基本構成]
上記形成方法を実施可能な実施の形態に係る成膜装置の基本構成は、次の通りである。
Further, after the DLC film is formed, there may be a step of removing unnecessary carbon remaining on the surface of the DLC film on the deposition target by flowing hydrogen gas.
[Basic Configuration of Film Forming Apparatus According to Embodiment]
A basic configuration of a film forming apparatus according to an embodiment capable of performing the above forming method is as follows.

即ち、実施の形態に係る成膜装置は、ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する成膜対象物を配置し、成膜用ガスおよび前記成膜用ガス以外のガスを流動させる流動経路と、
水素ガス、窒素ガスまたはアルゴンガスの何れかを含むキャリアガスを所定流量で前記流動経路に供給するキャリアガス供給源と、ケトン体、アルコール類またはカルボン酸の何れかのガスから成る炭素源を所定流量で前記流動経路に供給する炭素源ガス供給源と、前記キャリアガス供給源および前記炭素源ガス供給源から前記流量経路へのガス流量を制御するガス制御部と、前記流動経路の温度を上昇させる加温部と、前記流動経路内の温度が所定温度となるように前記加温部を制御する温度制御部とを備え、前記ガス制御部は、前記流動経路が成膜温度に達するまで、前記キャリアガスを前記キャリアガス供給源から前記流動経路に供給するように制御すると共に、前記流動経路が成膜温度に達した際に、炭素源が所定濃度で含まれるように、前記成膜用ガスを前記キャリアガス供給源および前記炭化水素ガス供給源から前記流動経路に所定流量で供給するように制御する構成となっている。
That is, the film forming apparatus according to the embodiment arranges a film forming target for forming a diamond-like carbon film, and flows a film forming gas and a gas other than the film forming gas,
A carrier gas supply source that supplies a carrier gas containing any one of hydrogen gas, nitrogen gas, and argon gas to the flow path at a predetermined flow rate, and a carbon source that includes a ketone body, an alcohol, or a carboxylic acid gas is predetermined. A carbon source gas supply source that supplies the flow path at a flow rate, a gas control unit that controls a gas flow rate from the carrier gas supply source and the carbon source gas supply source to the flow path, and a temperature of the flow path is increased. And a temperature control unit that controls the heating unit so that the temperature in the flow path becomes a predetermined temperature, the gas control unit until the flow path reaches the film formation temperature, The carrier gas is controlled to be supplied from the carrier gas supply source to the flow path, and a carbon source is included at a predetermined concentration when the flow path reaches the film formation temperature. A has a configuration for controlling to supply a predetermined flow rate to the flow path of the deposition gas from the carrier gas supply source and the hydrocarbon gas supply source.

また、前記ガス制御部は、成膜完了後において、前記キャリアガス供給源から供給されるキャリアガスを前記流動経路に供給するように制御するようにできる。   Further, the gas control unit can control to supply the carrier gas supplied from the carrier gas supply source to the flow path after the film formation is completed.

さらに、前記ガス制御部は、成膜前と成膜後とで、前記キャリアガスの種類を変更するように制御するようにしてもよい。   Further, the gas control unit may control to change the type of the carrier gas before and after the film formation.

また、前記成膜温度は、1000〜1400℃であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said film-forming temperature is 1000-1400 degreeC.

前記成膜用ガスの前記炭素源と前記成膜用ガス以外のモル比は、0.18〜0.30:1.0であることが望ましい。   The molar ratio of the film forming gas other than the carbon source and the film forming gas is preferably 0.18 to 0.30: 1.0.

また、前記ケトン体は、アセトンとすることができる。   The ketone body can be acetone.

前記キャリアガス供給源およびガス制御部によるガスの供給は、バブリングを経由して行われるようにしてもよい。   The gas supply by the carrier gas supply source and the gas control unit may be performed via bubbling.

また、前記成膜対象物は、所定のセラミックまたは所定の金属で構成されるようにできる。
[実施の形態に係る成膜装置の構成例]
上記形成方法を実施可能な成膜装置の構成例について、図1〜図3を参照して説明する。
Further, the film formation target can be made of a predetermined ceramic or a predetermined metal.
[Configuration Example of Film Forming Apparatus According to Embodiment]
A structural example of a film forming apparatus capable of performing the above forming method will be described with reference to FIGS.

図1(a)は本実施の形態に係る成膜装置の概念を説明する模式図、図1(b)はDLC膜が形成された状態を示す断面図である。   FIG. 1A is a schematic diagram for explaining the concept of the film forming apparatus according to this embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a state in which a DLC film is formed.

本実施の形態に係る成膜装置10は、図1(a)に示すように、ガス供給源12と、ガス供給源12から供給されたガスを流動させる流動経路14と、ガス供給源12および流動経路14を制御する制御部16とを有する。   As shown in FIG. 1A, the film forming apparatus 10 according to the present embodiment includes a gas supply source 12, a flow path 14 for flowing a gas supplied from the gas supply source 12, a gas supply source 12, and And a control unit 16 that controls the flow path 14.

ガス供給源12は、炭素源としてのアセトンガス供給源18と、キャリアガスとしての水素ガス(Hガス)供給源20とを有する。 The gas supply source 12 includes an acetone gas supply source 18 as a carbon source and a hydrogen gas (H 2 gas) supply source 20 as a carrier gas.

流動経路14には、成膜対象物30を載置する炉26が設けられている。   The flow path 14 is provided with a furnace 26 on which the film formation target 30 is placed.

制御部16は、例えばマイクロコンピュータ等で構成され、ガス制御部22と温度制御部24とを有する。   The control unit 16 is composed of, for example, a microcomputer and has a gas control unit 22 and a temperature control unit 24.

ガス制御部22は、アセトンガスと水素ガスとの混合比を制御すると共に、混合されてなる成膜用ガスRGの流量を調整するように構成されている。   The gas control unit 22 is configured to control the mixing ratio of the acetone gas and the hydrogen gas and adjust the flow rate of the mixed film forming gas RG.

温度制御部24は、成膜用ガスRGの温度制御を行うように構成されている。
(配置工程)
本実施形態では、流動経路14に設ける炉としては、図2に示すような管状の電気炉26を用いることができる。
The temperature control unit 24 is configured to control the temperature of the film forming gas RG.
(Arrangement process)
In the present embodiment, a tubular electric furnace 26 as shown in FIG. 2 can be used as the furnace provided in the flow path 14.

管状の電気炉26内には、炉心管28が挿通され、成膜用ガスRGや水素ガスが流通されるようになっている。   A furnace core tube 28 is inserted into the tubular electric furnace 26 so that a film forming gas RG and hydrogen gas are circulated.

炉心管28内には、DLC膜の成膜対象となるセラミック製あるいは金属製の成膜対象物30が載置される。   In the furnace core tube 28, a ceramic or metal film formation target 30 to be a DLC film formation target is placed.

セラミックとしては、例えばアルミナやシリカ等が適用可能である。   As the ceramic, for example, alumina or silica can be applied.

金属製の成膜対象物30としては、例えば、SKD11、S45C、SKH51、SNCM439、SUS304、SCM440などの金属物(金属部材や金属部品など)が挙げられる。なお、SKD11はドリルロッドに使用されるのに適しており、SKH51は高速度鋼に使用されるのに適している。また、SCM440はクロムモリブデン鋼であり構造用鋼として使用されるのに適しており、S45Cは鋼管として使用されるのに適している。   Examples of the metal film formation target 30 include metal objects (such as metal members and metal parts) such as SKD11, S45C, SKH51, SNCM439, SUS304, and SCM440. SKD11 is suitable for use in a drill rod, and SKH51 is suitable for use in high speed steel. SCM440 is chrome molybdenum steel and is suitable for use as a structural steel, and S45C is suitable for use as a steel pipe.

また、セラミック製あるいは金属製の成膜対象物に代えて、サファイアガラスなどで構成した成膜対象物を用いることもできる。   Further, instead of the ceramic or metal film formation object, a film formation object made of sapphire glass or the like can be used.

(不純物除去・成膜工程)
成膜対象物30を配置した後、流動経路14には、図3に示す時間T1の期間にわたって水素ガスが流通される。図3に示す実験例では、水素ガスの流量は50ml/minとした。
(Impurity removal / film formation process)
After the film formation target 30 is arranged, hydrogen gas is circulated through the flow path 14 over a period of time T1 shown in FIG. In the experimental example shown in FIG. 3, the flow rate of hydrogen gas was 50 ml / min.

なお、図3は、本実施の形態に係る成膜装置10を用いた成膜実験例の電気炉内温度と時間との関係を示すグラフである。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature in the electric furnace and time in a film forming experiment example using the film forming apparatus 10 according to the present embodiment.

次いで、電気炉26により、図3に示す時間T1の期間にわたって成膜対象物30を室温から所定温度になるまで加熱する工程を経る。   Next, a process of heating the film formation target 30 from room temperature to a predetermined temperature by the electric furnace 26 over a period of time T1 shown in FIG.

図3に示す例では、時間T1は約240分となっている。   In the example shown in FIG. 3, the time T1 is about 240 minutes.

この水素ガスを流通させる工程において、成膜対象物30の表面30fに存在する不純物は、水素ガスの還元作用により除去される。即ち、不純物は、水素ガスとの反応によりHOやCOなどのガス状となって除去される。これにより、成膜対象物30の表面30fを清浄な状態に保つことができる。 In the step of circulating the hydrogen gas, impurities present on the surface 30f of the film formation target 30 are removed by the reducing action of the hydrogen gas. That is, impurities are removed in the form of a gas such as H 2 O or CO 2 by reaction with hydrogen gas. Thereby, the surface 30f of the film-forming target 30 can be kept clean.

そして、温度制御部24において所定温度に達したと判定された時点から図3に示す時間T2の期間にわたって水素ガスとアセトンガスの混合ガスから成る成膜用ガスRGが流通される。   Then, a film-forming gas RG made of a mixed gas of hydrogen gas and acetone gas is circulated for a period of time T2 shown in FIG. 3 from the time point when the temperature control unit 24 determines that the predetermined temperature has been reached.

なお、図3に示す実験例では、所定温度はA〜Gの100℃間隔の7種類の温度(約800℃〜1400℃)で試行された。   In addition, in the experimental example shown in FIG. 3, the predetermined temperature was tried by seven types of temperature (about 800 to 1400 degreeC) of 100 to C intervals of AG.

また、図3に示す例では、時間T2は約10分となっている。   In the example shown in FIG. 3, the time T2 is about 10 minutes.

このように、成膜対象物30を所定温度で保持しつつアセトンガスを含む成膜用ガスRGを成膜対象面30fに触れさせることにより、成膜対象面30fと成膜用ガスRGを反応させてDLC膜34(図1(b)参照)を成膜対象面30f上に成膜させる。   As described above, the film formation target surface 30f and the film formation gas RG are reacted by bringing the film formation target gas RG containing acetone gas into contact with the film formation target surface 30f while holding the film formation target 30 at a predetermined temperature. Thus, the DLC film 34 (see FIG. 1B) is formed on the film formation target surface 30f.

所定温度の上限は、成膜対象物30の耐熱温度(即ち、成膜対象物30が熱で溶けない温度)で規制される。この所定温度は、低くて済むほど、成膜装置の装置構成を簡素化あるいは低コスト化できる。   The upper limit of the predetermined temperature is regulated by the heat resistant temperature of the film formation target 30 (that is, the temperature at which the film formation target 30 does not melt with heat). The lower the predetermined temperature is, the simpler or lower the cost of the apparatus configuration of the film forming apparatus.

また、図3に示す例では、成膜に要する時間T2は約10分で済み、炭素源としてメタンガスを用いた場合の成膜時間(約2時間)に比して、成膜時間を大幅に短縮することができる。これにより、効率的にDLC膜の形成を行うことができ、コストの低廉化を図ることができる。   In the example shown in FIG. 3, the time T2 required for film formation is about 10 minutes, and the film formation time is significantly longer than the film formation time (about 2 hours) when methane gas is used as the carbon source. It can be shortened. Thereby, the DLC film can be efficiently formed, and the cost can be reduced.

次いで、時間T2の成膜工程が終了した後、図3に示す時間T3の期間にわたって、ガス制御部22の制御により再び水素ガスを流通させる。これにより、成膜対象物30上に形成されたDLC膜34上に不要の炭素(煤)が付着した場合にも水素ガスと反応させて除去することができ、DLC膜の品質を向上させることができる。   Next, after the film formation process at time T2 is completed, hydrogen gas is circulated again under the control of the gas control unit 22 over a period of time T3 shown in FIG. Thereby, even when unnecessary carbon (soot) adheres to the DLC film 34 formed on the film formation target 30, it can be removed by reacting with hydrogen gas, and the quality of the DLC film is improved. Can do.

その後、電気炉26の開放などを行い、電気炉26から成膜対象物30を取り出す。 その際、成膜工程の終了時に不活性ガスまたは窒素ガスを流動経路14に流すことで水素ガス等を排除し、電気炉26内の成膜対象物30を室温にまで冷却した後に電気炉26を開放することが好ましい。   Thereafter, the electric furnace 26 is opened and the film formation target 30 is taken out from the electric furnace 26. At that time, an inert gas or a nitrogen gas is allowed to flow through the flow path 14 at the end of the film formation process to remove hydrogen gas and the like, and after the film formation target 30 in the electric furnace 26 is cooled to room temperature, the electric furnace 26 Is preferably opened.

このようにして形成されたDLC膜34は、炭化水素熱分解法で成膜されているので、プラズマ法で作製されたDLC膜に比して、ラマン散乱分光において後述するようにGピーク、Dピークが共に顕著に観測される。   Since the DLC film 34 formed in this way is formed by a hydrocarbon pyrolysis method, as compared to a DLC film prepared by a plasma method, G peak, D, as will be described later in Raman scattering spectroscopy. Both peaks are observed remarkably.

また、管状の電気炉26に代えて、市販の電気炉26も用いることができるので、プラズマCVDなどの装置を用いて成膜する場合に比べ、成膜対象物30の寸法が大きい場合にもDLC膜を成膜することができる。   In addition, since a commercially available electric furnace 26 can be used instead of the tubular electric furnace 26, the film-forming target 30 can be used in a case where the dimension of the film-forming target 30 is larger than that when a film is formed using an apparatus such as plasma CVD. A DLC film can be formed.

また、成膜用ガスRGの流量については、多すぎると成膜用ガスRGの温度が低下すること、また、成膜用ガスRGを効率良く使用することを考慮し、成膜対象面30f(被成膜面)に対して成膜用ガスRGができるだけゆっくりと接触するように流すことが好ましい。ただし、流量が少なすぎるとDLC膜の原料となる炭素が充分に供給されないおそれもあるので、電気炉26の寸法や成膜対象物30の寸法などを考慮して適度な流量に設定される。   In addition, regarding the flow rate of the film forming gas RG, if the flow rate is too large, the temperature of the film forming gas RG decreases, and considering the efficient use of the film forming gas RG, the film formation target surface 30f ( It is preferable to flow the deposition gas RG so as to contact the deposition surface RG as slowly as possible. However, if the flow rate is too small, carbon as a raw material for the DLC film may not be sufficiently supplied. Therefore, the flow rate is set to an appropriate flow rate in consideration of the dimensions of the electric furnace 26 and the film formation target 30.

また、本実施形態では、説明の便宜上、片面側の成膜対象面30fにDLC膜34を成膜する場合について述べたが、成膜用ガスRGに接する成膜対象物表面であれば成膜が可能である。   In the present embodiment, for convenience of description, the case where the DLC film 34 is formed on the film formation target surface 30f on one side has been described. However, if the film formation target surface is in contact with the film formation gas RG, the film formation is performed. Is possible.

即ち、図1(b)の二点鎖線および実線で示すように、成膜対象物30の成膜用ガスRGと接する全面にDLC膜34を成膜することも可能である。   That is, as indicated by the two-dot chain line and the solid line in FIG. 1B, the DLC film 34 can be formed on the entire surface of the film formation target 30 in contact with the film formation gas RG.

また、成膜対象面30fに触媒(例えば、Ni、Fe、Co等の微粒子)を塗布してDLC膜34を成膜するようにしても良い。   Alternatively, the DLC film 34 may be formed by applying a catalyst (for example, fine particles of Ni, Fe, Co, etc.) to the film formation target surface 30f.

なお、DLC膜34は、膜厚約1〜10μmの範囲内で成膜できる。
[成膜用ガスの生成方法]
図4の模式図を参照して、成膜用ガスの生成方法について説明する。
The DLC film 34 can be formed within a thickness range of about 1 to 10 μm.
[Method of generating gas for film formation]
With reference to the schematic diagram of FIG. 4, a method for generating a film forming gas will be described.

図4に示す例では、容器61に入れた液体状のアセトン63を湯浴容器60に浸し、所定の温度で湯浴しながら水素ガス(H)をバブリングして成膜用ガスRGを生成した後、供給管70を介して電気炉26に供給するようになっている。 In the example shown in FIG. 4, liquid acetone 63 contained in a container 61 is immersed in a hot water bath container 60, and hydrogen gas (H 2 ) is bubbled in a hot water bath at a predetermined temperature to generate a film forming gas RG. After that, the electric furnace 26 is supplied via the supply pipe 70.

また、供給管71を介して水素ガス(H)を単独で電気炉26に供給できるようになっている。 In addition, hydrogen gas (H 2 ) can be supplied independently to the electric furnace 26 via the supply pipe 71.

なお、湯浴する所定の温度は、後述するように、アセトン沸点(56℃)より低く設定した50℃と、該沸点よりも高く設定した60℃で実験を行った。   In addition, the experiment was conducted at a predetermined temperature for bathing at 50 ° C. set lower than the boiling point of acetone (56 ° C.) and 60 ° C. set higher than the boiling point, as described later.

図4に示す成膜用ガスの生成方法を適用することにより、前出の図3のグラフに従えば、時間T1においては、供給管71を介して水素ガス(H)を単独で電気炉26に供給する。 By applying the film forming gas generation method shown in FIG. 4, according to the graph of FIG. 3 described above, at time T1, hydrogen gas (H 2 ) is independently supplied through the supply pipe 71 to the electric furnace. 26.

次いで、電気炉26を加熱して所定温度に達した場合には、時間T2の期間、上述のようにして生成した成膜用ガスRGを供給管70を介して電気炉26に供給する。   Next, when the electric furnace 26 is heated and reaches a predetermined temperature, the film-forming gas RG generated as described above is supplied to the electric furnace 26 through the supply pipe 70 during the period of time T2.

次に、時間T2経過後には、時間T3の期間にわたって再び供給管71を介して水素ガス(H)を単独で電気炉26に供給する。 Next, after the elapse of time T2, hydrogen gas (H 2 ) is supplied alone to the electric furnace 26 again through the supply pipe 71 over the period of time T3.

以上のように電気炉26に供給するガスを所定のタイミングで切り換えることにより、成膜対象物30にDLC膜を形成することができる。
[成膜されたDLC膜の評価結果]
図5〜図12に、本実施の形態において所定条件で成膜されたDLC膜の評価結果を示す。
As described above, the DLC film can be formed on the film formation target 30 by switching the gas supplied to the electric furnace 26 at a predetermined timing.
[Evaluation results of the formed DLC film]
5 to 12 show the evaluation results of the DLC film formed under the predetermined conditions in the present embodiment.

図5は、実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:60℃、熱分解温度:1200℃)で成膜されたDLC膜のラマンスペクトルを示すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing a Raman spectrum of a DLC film formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 60 ° C., thermal decomposition temperature: 1200 ° C.) in the embodiment.

図5に示すように、通常用いられる可視光レーザを用いたラマン散乱分光において、成膜されたDLC膜は、1333cm−1と1584cm−1の2箇所にピークを有することが分かる。 As shown in FIG. 5, in the Raman scattering spectroscopy using a commonly used visible light laser, it can be seen that the formed DLC film has two peaks at 1333 cm −1 and 1584 cm −1 .

図示しないグラファイトでは1584cm−1に鋭いピークが一本観測され、この振動モードはグラファイト(Graphite)の頭文字をとってG−bandと呼ばれる。 In graphite (not shown), one sharp peak is observed at 1584 cm −1 , and this vibration mode is called G-band after the initial of Graphite.

また、グラファイトでは1333cm−1付近の領域に大きなフォノン状態密度を持つがラマン活性でないため、結晶性の高いグラファイトではピークは観測されない。しかし、欠陥が導入されるとラマンピークとなって観測され、このピークは欠陥(Defect)由来のピークとしてD−bandと呼ばれる。 In addition, graphite has a large phonon density in the region near 1333 cm −1, but is not Raman-active, so no peak is observed in highly crystalline graphite. However, when a defect is introduced, a Raman peak is observed, and this peak is called a D-band as a defect-derived peak.

欠陥由来であるため、結晶性の低いグラファイトやアモルファス、ナノ粒子において強い強度で観測される。   Because it is derived from defects, it is observed with high strength in graphite, amorphous, and nanoparticles with low crystallinity.

また、同じカーボン結晶でも、グラファイトと異なる結晶構造であるダイヤモンドの振動モードでは1333cm−1に一本鋭いピークが現れ、微小結晶および薄膜の結晶性評価などに使用されている。 Further, even in the same carbon crystal, a sharp peak appears at 1333 cm −1 in the vibration mode of diamond having a crystal structure different from that of graphite, which is used for evaluating the crystallinity of microcrystals and thin films.

つまり、ダイヤモンドやグラファイトのような完全な結晶構造を持たない炭素材料は、二本のラマンピークが観測され、結晶性が高くなるほど鋭く、半値幅の狭いピークを示す。   In other words, a carbon material such as diamond or graphite that does not have a complete crystal structure has two Raman peaks, which are sharper as the crystallinity increases and show a peak with a narrow half-value width.

DLC膜における1333cm−1付近のブロードなD−bandの相対感度と比較して、ダイヤモンドに観測される1333cm−1の鋭い1本のピークの相対感度は極めて低いため、わずかにDLCを含んだダイヤモンドにおいても1333cm−1の鋭い1本のピークは僅かにしか観測されない。 Compared with the relative sensitivity of the broad D-band near 1333 cm −1 in the DLC film, the relative sensitivity of the sharp single peak at 1333 cm −1 observed in diamond is very low, so diamond with slightly DLC In Fig. 1 , only one sharp peak at 1333 cm -1 is observed.

したがって、図5に示すように実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:60℃、熱分解温度:1200℃)で成膜された膜は、ダイヤモンドに特徴的な1333cm−1の鋭い1本のピークは観測されず、1333cm−1と1584cm−1の2箇所にブロードなピークを有している。これにより、本実施の形態に係るDLC膜は、ダイヤモンド的な性質を有してはいるが、その量は限定的であるという特性を有する特徴的なDLC膜であると判断することができる。 Therefore, as shown in FIG. 5, the film formed under the predetermined conditions (acetone bath temperature: 60 ° C., thermal decomposition temperature: 1200 ° C.) in the embodiment is one sharp 1333 cm −1 characteristic of diamond. No peak is observed, and there are broad peaks at two locations of 1333 cm −1 and 1584 cm −1 . Thereby, it can be determined that the DLC film according to the present embodiment is a characteristic DLC film having a characteristic that the amount thereof is limited although it has a diamond-like property.

図6は、実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:60℃、熱分解温度:1200℃)で成膜されたDLC膜のXPSスペクトル(C1sについて波形分離)を示すグラフである。   FIG. 6 is a graph showing an XPS spectrum (waveform separation for C1s) of a DLC film formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 60 ° C., thermal decomposition temperature: 1200 ° C.) in the embodiment.

ここで、波形(イ)は元データ(Raw Intensity)、(ロ)はバックグラウンドであり、(ハ)および(ニ)は、元データ(イ)から波形分離されたspとspの波形である。 Here, waveform (A) is the original data (Raw Intensity), (B) is the background, and (C) and (D) are the waveforms of sp 2 and sp 3 separated from the original data (A). It is.

図6を見ると、284eVに鋭いピークが表れている。これは、sp軌道の炭素の1s電子を検出したものであると考えられる。 As shown in FIG. 6, a sharp peak appears at 284 eV. This is considered to have detected the 1s electron of carbon of sp 2 orbital.

また、285eV付近にある程度のピークが表れている。これは、sp軌道の炭素の1s電子を検出したものであると考えられる。 Further, a certain peak appears in the vicinity of 285 eV. This is considered to have detected the 1s electron of carbon of sp 3 orbital.

なお、sp軌道の炭素には、ダイヤモンドにおける炭素と結合したC−C結合した炭素とともに、水素と結合したC−H結合による炭素が存在することが知られている。 In addition, it is known that carbon in sp 3 orbital includes carbon by C—C bond bonded to carbon in diamond and carbon by C—H bond bonded to hydrogen.

したがって、図5に示すように実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:60℃、熱分解温度:1200℃)で成膜された膜は、通常の炭素としての性質を有するsp軌道の炭素と、ダイヤモンド的な性質を有するsp軌道の炭素と水素とが結合したC−H結合による炭素を含んでいることが分かる。 Therefore, as shown in FIG. 5, in the embodiment, the film formed under the predetermined conditions (acetone bath temperature: 60 ° C., thermal decomposition temperature: 1200 ° C.) has sp 2 orbital properties that are normal carbon. It can be seen that carbon is included due to the C—H bond in which carbon and diamond-like sp 3 orbital carbon and hydrogen are bonded.

図7は、実施の形態において所定条件で成膜されたDLC膜中のsp/sp構造比とGピークの半値幅(fwhm)の関係を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the sp 3 / sp 2 structure ratio in the DLC film formed under the predetermined conditions and the half width (fwhm) of the G peak in the embodiment.

図7において横軸は、XPSスペクトルより求めたsp/sp比、縦軸は、ラマンスペクトルより求めたGピークの半値幅(cm−1)である。 In FIG. 7, the horizontal axis represents the sp 3 / sp 2 ratio obtained from the XPS spectrum, and the vertical axis represents the half width (cm −1 ) of the G peak obtained from the Raman spectrum.

図7にプロットした成膜条件は、以下の4種類である。   The film formation conditions plotted in FIG. 7 are the following four types.

○:触媒なしで、メタン+Ar(10%+90%) 処理温度:1000、1100、1200、1300℃
◎:触媒なしで、湯浴温度50℃ アセトン+水素50ml 処理温度:1200、1300、1400℃
□:触媒なしで、湯浴温度60℃ アセトン+水素50ml 処理温度:1000、1200、1300、1400℃
●:触媒有りで、湯浴温度50℃ アセトン+水素50ml 処理温度:1100、1200、1300、1400℃
■:触媒有りで、湯浴温度60℃ アセトン+水素50ml 処理温度:1000、1100、1200、1300、1400℃
なお、メタン+Arは1時間、アセトンは10分間の反応で、成膜対象物としてのセラミックス基板上に成膜した。
触媒の塗布方法としては滴下法を用い、触媒の量はその機能を持たせるためセラミックの表面原子数(約8.18×1014)個の1/10(8.18×1013個=1.36×10mol)となるように硝酸ニッケル(II)六水和物、硝酸鉄(III)九水和物、硝酸コバルト(II)六水和物を蒸留水に溶かし、硝酸塩水溶液を調製した。これらの硝酸塩は、昇温中で水素によって還元され、純粋な金属クラスタとなって基板上に残る。
○: Without catalyst, methane + Ar (10% + 90%) Treatment temperature: 1000, 1100, 1200, 1300 ° C.
A: Without catalyst, hot water bath temperature 50 ° C. acetone + hydrogen 50 ml Treatment temperature: 1200, 1300, 1400 ° C.
□: without catalyst, hot water bath temperature 60 ° C. acetone + hydrogen 50 ml treatment temperature: 1000, 1200, 1300, 1400 ° C.
●: With catalyst, hot water bath temperature 50 ° C. Acetone + hydrogen 50 ml Treatment temperature: 1100, 1200, 1300, 1400 ° C.
■: With catalyst, hot water bath temperature 60 ° C. Acetone + hydrogen 50 ml Treatment temperature: 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 ° C.
In addition, it formed into a film on the ceramic substrate as a film-forming target object by reaction of methane + Ar for 1 hour and acetone for 10 minutes.
As a method of applying the catalyst, a dropping method is used, and the amount of the catalyst is 1/10 (8.18 × 10 13 = 1) of the number of surface atoms (about 8.18 × 10 14 ) of the ceramic in order to have the function. Prepare a nitrate aqueous solution by dissolving nickel nitrate (II) hexahydrate, iron nitrate (III) nonahydrate, and cobalt nitrate (II) hexahydrate in distilled water so as to be 36 × 10 9 mol) did. These nitrates are reduced by hydrogen at elevated temperatures and remain on the substrate as pure metal clusters.

図7より、
(1)湯浴50℃でアセトン+水素を原料とすると(◎および●)、メタン+Arで作製したDLC(○)と比べsp/spは大きな値をとる。
(2)湯浴60℃でアセトン+水素を原料とすると(□および■)、メタン+Arで作製したDLC(○)と比べsp/spは僅かに小さな値をとる(0.26±0.04→0.20±0.04)。
(3)Gピークのfwhm値はアセトンを用いるとメタン+Arの時に比べ必ず小さな値をとる。
From FIG.
(1) When acetone + hydrogen is used as a raw material in a hot water bath at 50 ° C. (◎ and ●), sp 3 / sp 2 takes a larger value than DLC (◯) prepared with methane + Ar.
(2) When acetone + hydrogen is used as a raw material in a hot water bath of 60 ° C. (□ and ■), sp 3 / sp 2 takes a slightly smaller value (0.26 ± 0) than DLC (◯) prepared with methane + Ar. .04 → 0.20 ± 0.04).
(3) When acetone is used, the fwhm value of the G peak always takes a smaller value than when methane + Ar.

ということが分かる。   I understand that.

そして、本発明者は、図7に基いて、本実施の形態に係る成膜装置で成膜されたDLC膜は、sp/sp構造比が0.32〜0.5であるとの知見を導き出した。 Then, the present inventor stated that, based on FIG. 7, the DLC film formed by the film forming apparatus according to the present embodiment has a sp 3 / sp 2 structure ratio of 0.32 to 0.5. The knowledge was derived.

図8は、実施の形態に係る成膜装置において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度(触媒無しの場合と、触媒有りの場合)とラマンシフトのGピーク位置との関係を示すグラフである。   FIG. 8 shows the thermal decomposition temperature of a comparative example using a DLC film and methane formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) in the film forming apparatus according to the embodiment (in the case of no catalyst). And a graph showing the relationship between the G peak position of the Raman shift and the case where there is a catalyst.

図8に基いて、触媒無しでセラミックス上に成膜したDLC膜について検討すると、それぞれの結果から、湯浴温度50℃、湯浴温度60℃ともに1400℃では殆どグラファイトの領域、1000〜1300℃ではnc-graphite(nano-crystalline Graphite)から非晶質炭素(a−C)の領域であるということが分かる。   When the DLC film formed on the ceramics without a catalyst is examined based on FIG. 8, from the respective results, the hot water bath temperature of 50 ° C. and the hot water bath temperature of 60 ° C. are almost in the graphite region at 1000 ° C., 1000 to 1300 ° C. Then, it can be seen from nc-graphite (nano-crystalline Graphite) that the region is amorphous carbon (a-C).

図9は、実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度(触媒無しの場合と、触媒有りの場合)とG-ピーク半値幅(fwhm)との関係を示すグラフである。   FIG. 9 shows a thermal decomposition temperature of a comparative example using a DLC film and methane formed under a predetermined condition (acetone hot water bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) in the embodiment (without catalyst and with catalyst). And the G-peak half width (fwhm).

図10は、実施の形態に係る成膜装置において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度(触媒無しの場合と、触媒有りの場合)とラマンスペクトルのGピークとDピークの面積強度の比、I(D)/I(G)比との関係を示すグラフである。   FIG. 10 shows the thermal decomposition temperature of a comparative example using a DLC film and methane formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) in the film forming apparatus according to the embodiment (in the case of no catalyst). And the ratio of the area intensity of the G peak and D peak of the Raman spectrum, and the I (D) / I (G) ratio.

ここで、触媒なしでアセトンにより作製されたDLC膜について、メタンで作製したDLC膜と比較すると、以下の(1)〜(5)に示す事項が分かる。
(1)メタンで作製したDLCでは作製温度を1000℃から1300℃に変えても、Gピーク位置、I(D)/I(G)比、Gpeak半値幅はあまり変化がないのに対し、アセトンで作製したDLC膜では、これらの値の変化が大きい。
(2)成膜温度上昇により、Gピーク半値幅が減少し、結晶性の高いDLC膜が作製される。
(3)湯浴温度が50℃、60℃いずれの場合で作製してもDLCの特性に大きな差はない。
(4)1300℃で作製したDLC膜のGピーク位置はグラファイトの1575cm−1より低くなり、非晶質炭素(a−C)の特性を示す。
(5)1400℃で作製すると、グラファイトが生成すると考えられる。
Here, when the DLC film made of acetone without a catalyst is compared with the DLC film made of methane, the following items (1) to (5) can be understood.
(1) In DLC produced with methane, the G peak position, I (D) / I (G) ratio, and Gpeak full width at half maximum do not change much even when the production temperature is changed from 1000 ° C to 1300 ° C. In the DLC film fabricated in (1), the change in these values is large.
(2) As the film formation temperature rises, the G peak half width decreases, and a DLC film with high crystallinity is produced.
(3) Even if the bath temperature is 50 ° C. or 60 ° C., there is no significant difference in DLC characteristics.
(4) The G peak position of the DLC film produced at 1300 ° C. is lower than 1575 cm −1 of graphite and exhibits the characteristics of amorphous carbon (a-C).
(5) When produced at 1400 ° C., it is considered that graphite is produced.

また、湯浴温度の違いによるDLC膜の特性について検討すると、以下の(6)、(7)の事項が分かる。
(6)触媒の無い場合に作製したDLCの特性については、ほとんど違いがない。
(7)触媒を塗布して作製したDLCの特性については、1400℃で作製した膜に違いが見られる。具体的には、60℃で作製した場合にGピーク、I(D)/I(G)比、Gピーク半値幅が1300℃で作製した場合より大きな値となり、本来は結晶性の良いグラファイトが作成される1400℃という温度にも拘らず、供給されるアセトンの量が多いために崩れたグラファイト結晶ができていることが示唆される。
Further, when the characteristics of the DLC film due to the difference in hot water bath temperature are examined, the following items (6) and (7) can be understood.
(6) There is almost no difference in the characteristics of the DLC produced without the catalyst.
(7) Regarding the characteristics of the DLC produced by applying the catalyst, a difference is seen in the film produced at 1400 ° C. Specifically, when produced at 60 ° C., the G peak, I (D) / I (G) ratio, and G peak half-value width are larger than those produced at 1300 ° C. In spite of the temperature of 1400 ° C. produced, it is suggested that a large amount of acetone is supplied, resulting in a broken graphite crystal.

また、触媒の有無によるDLC膜の特性について検討すると、以下の(8)の事項が分かる。
(8)触媒がない場合は、1300℃以上で作製した膜ではGピーク位置がグラファイトの1575cm−1より低くなり、非晶質炭素(a−C)の特性を示す。
Further, when the characteristics of the DLC film with and without the catalyst are examined, the following item (8) can be found.
(8) When there is no catalyst, the G peak position is lower than 1575 cm −1 of graphite in the film prepared at 1300 ° C. or higher, and shows the characteristics of amorphous carbon (a-C).

そして、特に上記(2)の事項に基いて、本発明者は、本実施の形態によって成膜されたDLC膜は、ラマン分光法におけるGバンドピークの半値幅が、70cm−1以下であるとの知見を導き出した。 In particular, based on the above item (2), the present inventor has found that the half-width of the G band peak in the Raman spectroscopy of the DLC film formed according to the present embodiment is 70 cm −1 or less. The knowledge of was derived.

図11は、実施の形態に係る成膜装置において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度(触媒無しの場合と有りの場合)とsp/sp構造比との関係を示すグラフである。 FIG. 11 shows a thermal decomposition temperature of a comparative example using DLC film and methane formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) in the film forming apparatus according to the embodiment (in the case of no catalyst). And the sp 3 / sp 2 structure ratio.

図11より、触媒なしでアセトンにより作製されたDLC膜について、メタンで作製したDLC膜と比較すると、以下の(1)〜(4)の事項が分かる。
(1)メタンで作製した膜に比べてほぼ同様(0.2〜0.3)のsp/sp比が得られる。
(2)湯浴温度50℃、加熱温度1200℃で作製された薄膜では0.4と大きなsp/sp比が得られる。
(3)湯浴温度50℃、加熱温度1100℃で作製された薄膜ではXPS測定ができなかった。
(4)湯浴温度60℃、加熱温度1100℃で作製した膜において特異的に大きなsp/sp比が得られた(この試料ではC1sスペクトルの高BE側にCO等と考えられるピークがあり、酸素原子Oとの反応により表面のsp/sp比が変化している可能性が高い)。
From FIG. 11, the following items (1) to (4) can be understood by comparing the DLC film made of acetone without a catalyst with the DLC film made of methane.
(1) The same sp 3 / sp 2 ratio (0.2 to 0.3) can be obtained as compared with a film made of methane.
(2) A thin film produced at a hot water bath temperature of 50 ° C. and a heating temperature of 1200 ° C. has a large sp 3 / sp 2 ratio of 0.4.
(3) XPS measurement could not be performed on a thin film produced at a hot water bath temperature of 50 ° C. and a heating temperature of 1100 ° C.
(4) A particularly large sp 3 / sp 2 ratio was obtained in a film produced at a hot water bath temperature of 60 ° C. and a heating temperature of 1100 ° C. (In this sample, a peak considered to be CO 3 etc. on the high BE side of the C1s spectrum) There is a high possibility that the surface sp 3 / sp 2 ratio is changed by the reaction with the oxygen atom O).

また、湯浴温度の違いによるDLC膜の特性について、以下の(5)の事項が分かる。
(5)触媒を塗布して作製したDLC膜において湯浴温度が50℃の膜の方がsp/sp比が大きい(湯浴温度が60℃の場合、供給される炭素量が多く安定なsp炭素が生成すると考えられる)。
Further, the following item (5) can be understood with respect to the characteristics of the DLC film depending on the difference in the bath temperature.
(5) In the DLC film prepared by applying the catalyst, the film having a hot water bath temperature of 50 ° C. has a larger sp 3 / sp 2 ratio (when the hot water bath temperature is 60 ° C., the amount of supplied carbon is large and stable. It is thought that a sp 2 carbon is generated).

また、触媒の有無によるDLC膜の特性について、以下の(6)の事項が分かる。
(6)触媒を塗布して作製したDLC膜においては、湯浴温度が同じであれば加熱温度が変化しても作製される膜のsp/sp比は変化しない(反応が十分に早いことを暗示していると考えられる)。
Further, the following item (6) can be understood as to the characteristics of the DLC film depending on the presence or absence of a catalyst.
(6) In a DLC film produced by applying a catalyst, the sp 3 / sp 2 ratio of the produced film does not change even if the heating temperature changes if the bath temperature is the same (the reaction is sufficiently fast) Is thought to imply that).

図12は、実施の形態において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例1、2の熱分解温度(触媒無しの場合と、触媒有りの場合)と光学バンドギャップとの関係を示すグラフである。   FIG. 12 shows the thermal decomposition temperatures of Comparative Examples 1 and 2 using a DLC film and methane formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) in the embodiment (in the case of no catalyst, It is a graph which shows the relationship between an optical band gap and a case with a catalyst.

図12より、以下の(1)、(2)の事項が分かる。
(1)光学バンドギャップに関して、触媒の有無に拘らず全ての熱分解温度で約1.5〜2.0[eV]の値をとる。
(2)メタンの熱分解の値(比較例1、2)よりもアセトンの熱分解の値の方が高い。
From FIG. 12, the following items (1) and (2) can be understood.
(1) Regarding the optical band gap, a value of about 1.5 to 2.0 [eV] is taken at all thermal decomposition temperatures regardless of the presence or absence of a catalyst.
(2) The value of pyrolysis of acetone is higher than the value of pyrolysis of methane (Comparative Examples 1 and 2).

以上の図5〜図12の評価結果から総括して次の(イ)〜(ト)の事項が把握される。
(イ)金属触媒を用いなかった場合でも10分で成膜することができた。
(ロ)成膜に関係した触媒の効果は、湯浴温度50℃、熱分解温度1100℃で明確に確認された。
(ハ)触媒を用いると膜厚が厚くなるが、触媒を用いないと膜の剥がれは無いことが分かった。
(ニ)触媒によって膜質に変化が生じることが分かった。
(ホ)触媒を用いないと、熱分解温度1300℃、1400℃では湯浴温度による変化は見られないことが分かった。
(ヘ)炭素のspの割合は、触媒を用いた湯浴温度50℃の場合が一番高いことが分かった。
(ト)触媒の有無に関わらず、メタンの熱分解よりも光学バンドギャップ値は高いことが分かった。
[湯浴温度が50℃と60℃の時のアセトン:水素の比]
次に、湯浴温度が50℃と60℃の時のアセトン:水素の比を求めた計測について述べる。
(計測方法)
水素量は、50ml/minとし、計測法は、水素用デジタル流量計を用いて行った。
The following items (a) to (g) can be grasped collectively from the evaluation results shown in FIGS.
(A) Even when no metal catalyst was used, the film could be formed in 10 minutes.
(B) The effect of the catalyst related to the film formation was clearly confirmed at a hot water bath temperature of 50 ° C. and a thermal decomposition temperature of 1100 ° C.
(C) It was found that when a catalyst was used, the film thickness increased, but without the use of a catalyst, there was no film peeling.
(D) It was found that the film quality was changed by the catalyst.
(E) If no catalyst was used, it was found that no change due to the bath temperature was observed at the thermal decomposition temperatures of 1300 ° C and 1400 ° C.
(F) It was found that the ratio of carbon sp 3 was highest when the temperature of the hot water bath using the catalyst was 50 ° C.
(G) It was found that the optical band gap value was higher than the thermal decomposition of methane, regardless of the presence or absence of a catalyst.
[Acetone: hydrogen ratio when the bath temperature is 50 ° C. and 60 ° C.]
Next, the measurement which calculated | required the ratio of acetone: hydrogen when the hot water bath temperature is 50 degreeC and 60 degreeC is described.
(Measurement method)
The amount of hydrogen was 50 ml / min, and the measurement method was performed using a hydrogen digital flow meter.

そして、気体の状態方程式から一定時間に流れた水素量をモル数として計算した。   And the amount of hydrogen which flowed for a fixed time from the gas equation of state was calculated as the number of moles.

アセトン量については、図13に示すアセトン捕集装置200を用いて行った。   About the amount of acetone, it carried out using the acetone collection apparatus 200 shown in FIG.

アセトン捕集装置200は、図13に示すように、容器201内に液体窒素202を入れ、その中に水素とアセトン蒸気の混合ガスを流通させるU字管203aを有するパイプ203を浸すようになっている。   As shown in FIG. 13, the acetone collection device 200 immerses a pipe 203 having a U-shaped tube 203 a through which liquid nitrogen 202 is placed in a container 201 and a mixed gas of hydrogen and acetone vapor is circulated therein. ing.

ここで、前出の図4の装置において、湯浴温度を50℃または60℃として水素をバブリングし、供給管70により室温で冷却されたアセトン蒸気が電気炉26に供給される。   Here, in the apparatus of FIG. 4 described above, hydrogen vapor is bubbled at a hot water bath temperature of 50 ° C. or 60 ° C., and acetone vapor cooled at room temperature by the supply pipe 70 is supplied to the electric furnace 26.

そして、前記アセトン蒸気をアセトン捕集装置200のパイプ203に流通させ、U字管203aを通し、一定時間にわたって液体窒素トラップに捕集し、液体として重量を測定し、モル数に換算してアセトン量を計算した。
測定結果は、次の通りとなった。
Then, the acetone vapor is circulated through the pipe 203 of the acetone collecting device 200, passed through the U-shaped tube 203a, collected in a liquid nitrogen trap for a certain period of time, measured as a liquid, measured in weight, and converted into the number of moles. The amount was calculated.
The measurement results were as follows.

アセトン:水素(モル比)
湯浴温度50℃の時: 0.20:1.0
湯浴温度60℃の時: 0.29:1.0
湯浴温度を(沸点を超える温度)60℃としてもアセトン:水素比が50℃の時とそれほど大きく変わらないのは、次のような理由であると推察される。
Acetone: hydrogen (molar ratio)
When the bath temperature is 50 ° C .: 0.20: 1.0
When the bath temperature is 60 ° C .: 0.29: 1.0
Even if the bath temperature is 60 ° C. (temperature exceeding the boiling point), the reason why the acetone: hydrogen ratio is not so different from that at 50 ° C. is presumed to be as follows.

即ち、図4に示す装置において、湯浴温度を60℃とすると、沸点を超えたアセトン蒸気が勢いよく供給される。しかし、アセトン蒸気の大部分は、供給管70の上方部分で冷却され液化して容器60内に戻り、残りのアセトン蒸気が水素ガスによって電気炉26内に供給されることとなる。このような理由から、湯浴温度を60℃にしてもアセトン量は50℃の場合と比して余り大きくはならないものと考えられる。
(熱分解温度と抵抗値との関係)
次に、図14は、実施の形態に係る成膜装置において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜およびメタンを用いた比較例の熱分解温度と抵抗値との関係を示す図表である。
That is, in the apparatus shown in FIG. 4, when the bath temperature is 60 ° C., acetone vapor exceeding the boiling point is vigorously supplied. However, most of the acetone vapor is cooled and liquefied in the upper part of the supply pipe 70 and returns to the container 60, and the remaining acetone vapor is supplied into the electric furnace 26 by hydrogen gas. For this reason, it is considered that the amount of acetone is not so large as compared with the case of 50 ° C. even when the bath temperature is 60 ° C.
(Relationship between thermal decomposition temperature and resistance value)
Next, FIG. 14 shows the thermal decomposition temperature and resistance of a comparative example using a DLC film and methane formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) in the film forming apparatus according to the embodiment. It is a graph which shows the relationship with a value.

図14に示す抵抗値は、四探針法で測定できるI−V特性と膜厚tを使うことによって、膜の電気抵抗率ρ、シート抵抗ρs[Ω/cm]として下記の式1で求めることができる。   The resistance value shown in FIG. 14 is obtained by the following formula 1 as the electrical resistivity ρ and sheet resistance ρs [Ω / cm] of the film by using the IV characteristic and the film thickness t that can be measured by the four-point probe method. be able to.

ρ=Ft×(V/I)・・・式1
但し、Fは抵抗率補正係数(=π/ln2)である。
ρ = Ft × (V / I) Equation 1
Here, F is a resistivity correction coefficient (= π / ln2).

本実施の形態で作製したDLC膜の抵抗率は、10−3〜10−4オーダーで、比較例(メタン熱分解法)で作製したDLCは10−5オーダーであることから、アセトンを用いて作製したDLCは抵抗率が高く、より半導体的となったと考えられる。
(DLC膜中のsp/sp比と電気抵抗率)
図15は、実施の形態に係る成膜装置において所定条件(アセトン湯浴温度:50℃、60℃)で成膜されたDLC膜のsp/sp構造比と電気抵抗率との関係を示すグラフである。
The resistivity of the DLC film produced in this embodiment is on the order of 10 −3 to 10 −4 , and the DLC produced in the comparative example (methane pyrolysis method) is on the order of 10 −5 , so acetone is used. The produced DLC has a high resistivity and is considered to be more semiconducting.
(Sp 3 / sp 2 ratio and electrical resistivity in DLC film)
FIG. 15 shows the relationship between the electrical resistivity and the sp 3 / sp 2 structure ratio of a DLC film formed under predetermined conditions (acetone bath temperature: 50 ° C., 60 ° C.) in the film forming apparatus according to the embodiment. It is a graph to show.

図15において、横軸は、XPSスペクトルより求めたsp/sp比、縦軸は、電気抵抗率である。 In FIG. 15, the horizontal axis represents the sp 3 / sp 2 ratio obtained from the XPS spectrum, and the vertical axis represents the electrical resistivity.

成膜条件は、セラミックス基板上にメタン+Arは1時間、アセトンは10分間にわたって反応させて成膜した。   The film formation was carried out on a ceramic substrate by reacting methane + Ar for 1 hour and acetone for 10 minutes.

ここで、湯浴温度等の条件は、
□:湯浴温度50℃ アセトン+水素50ml 1100、1200、1300、1400℃
○:湯浴温度60℃ アセトン+水素50ml 1000、1100、1200、1300、1400℃
である。
Here, conditions such as hot water bath temperature,
□: hot water bath temperature 50 ° C. acetone + hydrogen 50 ml 1100, 1200, 1300, 1400 ° C.
○: Bath temperature 60 ° C. Acetone + Hydrogen 50 ml 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 ° C.
It is.

また、四探針法で測定できるI−V特性と膜厚tを使うことによって、膜の電気抵抗率ρ、シート抵抗ρs[Ω/cm]を式2のように求めることができる。   Further, by using the IV characteristics and the film thickness t that can be measured by the four-probe method, the electrical resistivity ρ and sheet resistance ρs [Ω / cm] of the film can be obtained as shown in Equation 2.

ρ=Ft×(V/I)=ρst・・・式2
但し、Fは抵抗率補正係数(=π/ln2)である。
ρ = Ft × (V / I) = ρst Equation 2
Here, F is a resistivity correction coefficient (= π / ln2).

図15に示す結果から以下の(1)、(2)の事項が分かる。
(1)湯浴温度が50℃の場合は、成膜されたDLC膜中のsp/spの値が大きくなるに従って電気抵抗率は小さくなる。sp炭素はsp炭素と比較して電気抵抗率は高い事が予想される。このような予測と異なる結果が得られた理由は、XPSで測定するsp/spの値は表面のみの値であり、炭素と結合した炭素の他に水素と結合した炭素の情報も含まれるのに対し、四探針法で測定される抵抗は膜内部全体であることが考えられる。
(2)湯浴温度が60℃の場合は、成膜されたDLC膜中のsp/spの値はほぼ一定で電気抵抗率はDLCを作製する温度によって変化する。
The following items (1) and (2) can be understood from the results shown in FIG.
(1) When the bath temperature is 50 ° C., the electrical resistivity decreases as the value of sp 3 / sp 2 in the formed DLC film increases. It is expected that the electrical resistivity of sp 3 carbon is higher than that of sp 2 carbon. The reason why the results different from these predictions were obtained is that the value of sp 3 / sp 2 measured by XPS is the value of the surface only, and includes information on carbon bonded to hydrogen in addition to carbon bonded to carbon. In contrast, the resistance measured by the four-probe method is considered to be the entire inside of the film.
(2) When the bath temperature is 60 ° C., the value of sp 3 / sp 2 in the formed DLC film is substantially constant, and the electrical resistivity varies depending on the temperature at which the DLC is produced.

なお、触媒なしの場合については、膜が薄く、膜厚を求めることができず電気抵抗率ρを求めることができない。   In the case of no catalyst, the film is thin, the film thickness cannot be obtained, and the electrical resistivity ρ cannot be obtained.

抵抗FV/I自体の値は触媒無しの場合は数倍(n倍とする)の値を示した。膜厚が触媒を用いた場合と比較して薄いことから、この値を1/n倍と仮定すると電気抵抗率は同じとなる。   The value of the resistance FV / I itself was several times (n times) in the case of no catalyst. Since the film thickness is thinner than that when a catalyst is used, assuming that this value is 1 / n times, the electrical resistivity is the same.

以上述べたように、本実施の形態に係る成膜装置によれば、sp/sp構造比が、0.32〜0.5であり、ラマン分光法におけるGバンドピークの半値幅が、70cm−1以下であるDLC膜が得られる。 As described above, according to the film forming apparatus according to the present embodiment, the sp 3 / sp 2 structure ratio is 0.32 to 0.5, and the half width of the G band peak in Raman spectroscopy is A DLC film of 70 cm −1 or less is obtained.

また、このDLC膜の電気抵抗率は、0.2〜2.0×10−3[Ωm]である。 The electrical resistivity of the DLC film is 0.2 to 2.0 × 10 −3 [Ωm].

また、膜厚は、1〜10μmとすることができる。   The film thickness can be 1 to 10 μm.

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not limited to the disclosed technology. Should not be considered. That is, the technical scope of the present invention should not be construed restrictively based on the description in the above embodiment, but should be construed according to the description of the scope of claims. All modifications that fall within the scope of the claims and the equivalent technology are included.

例えば、アセトンの湯浴温度により供給するアセトン/水素の比率を制御することで、反応炉内の処理温度を変えることなく、成膜されるDLC膜の炭素sp/sp比、バンドギャップ値、電気抵抗値などの特性を制御することができる。 For example, by controlling the ratio of acetone / hydrogen supplied by the hot water bath temperature of acetone, the carbon sp 3 / sp 2 ratio and band gap value of the DLC film to be formed without changing the processing temperature in the reactor It is possible to control characteristics such as an electric resistance value.

10…成膜装置
12…ガス供給源
14…流動経路
16…制御部
18…アセトンガス供給源
20…供給源
22…ガス制御部
24…温度制御部
26…電気炉
30…成膜対象物
30f…成膜対象面(表面)
34…DLC膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)
60…湯浴容器
61…容器
63…アセトン
70、71…供給管
128…炉心管
200…アセトン捕集装置
201…容器
202…液体窒素
203…パイプ
203a…U字管
RG…成膜用ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Film-forming apparatus 12 ... Gas supply source 14 ... Flow path 16 ... Control part 18 ... Acetone gas supply source 20 ... Supply source 22 ... Gas control part 24 ... Temperature control part 26 ... Electric furnace 30 ... Deposition object 30f ... Deposition target surface (surface)
34 ... DLC film (diamond-like carbon film)
60 ... Hot water bath container 61 ... Container 63 ... Acetone 70, 71 ... Supply pipe 128 ... Core tube 200 ... Acetone collector 201 ... Container 202 ... Liquid nitrogen 203 ... Pipe 203a ... U-shaped pipe RG ... Gas for film formation

Claims (16)

ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する成膜対象物を配置し、成膜用ガスおよび前記成膜用ガス以外のガスを流動させる流動経路と、
水素ガス、窒素ガスまたはアルゴンガスの何れかを含むキャリアガスを所定流量で前記流動経路に供給するキャリアガス供給源と、
ケトン体、アルコール類またはカルボン酸の何れかのガスから成る炭素源を所定流量で前記流動経路に供給する炭素源ガス供給源と、
前記キャリアガス供給源および前記炭素源ガス供給源から前記流量経路へのガス流量を制御するガス制御部と、
前記流動経路の温度を上昇させる加温部と、
前記流動経路内の温度が所定温度となるように前記加温部を制御する温度制御部と、を備え、
前記ガス制御部は、前記流動経路が成膜温度に達するまで、前記キャリアガスを前記キャリアガス供給源から前記流動経路に供給するように制御すると共に、前記流動経路が成膜温度に達した際に、炭素源が所定濃度で含まれるように、前記成膜用ガスを前記キャリアガス供給源および前記炭化水素ガス供給源から前記流動経路に所定流量で供給するように制御することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置。
A flow path for arranging a film formation target for forming a diamond-like carbon film and flowing a gas other than the film formation gas and the film formation gas;
A carrier gas supply source for supplying a carrier gas containing hydrogen gas, nitrogen gas or argon gas to the flow path at a predetermined flow rate;
A carbon source gas supply source for supplying a carbon source consisting of a gas of a ketone body, an alcohol, or a carboxylic acid to the flow path at a predetermined flow rate;
A gas control unit for controlling a gas flow rate from the carrier gas supply source and the carbon source gas supply source to the flow path;
A heating section for increasing the temperature of the flow path;
A temperature control unit that controls the heating unit such that the temperature in the flow path becomes a predetermined temperature,
The gas control unit controls the carrier gas to be supplied from the carrier gas supply source to the flow path until the flow path reaches the film formation temperature, and when the flow path reaches the film formation temperature. The film-forming gas is controlled to be supplied at a predetermined flow rate from the carrier gas supply source and the hydrocarbon gas supply source so that the carbon source is contained at a predetermined concentration. Diamond-like carbon film deposition system.
前記ガス制御部は、成膜完了後において、前記キャリアガス供給源から供給されるキャリアガスを前記流動経路に供給するように制御することを特徴とする請求項1に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置。   2. The diamond-like carbon film according to claim 1, wherein the gas control unit controls the carrier gas supplied from the carrier gas supply source to be supplied to the flow path after the film formation is completed. Deposition device. 前記ガス制御部は、成膜前と成膜後とで、前記キャリアガスの種類を変更するように制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置。   3. The diamond-like carbon film formation according to claim 1, wherein the gas control unit controls to change the type of the carrier gas before and after the film formation. apparatus. 前記成膜温度は、1000〜1400℃であることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置。   4. The diamond-like carbon film forming apparatus according to claim 1, wherein the film forming temperature is 1000 to 1400 ° C. 5. 前記成膜用ガスの前記炭素源と前記成膜用ガス以外のモル比が0.18〜0.30:1.0であることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置。   The molar ratio of the film forming gas other than the carbon source and the film forming gas is 0.18 to 0.30: 1.0. The diamond-like carbon film forming apparatus described in 1. 前記ケトン体は、アセトンであることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置。   The diamond-like carbon film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the ketone body is acetone. 前記キャリアガス供給源およびガス制御部によるガスの供給は、バブリングを経由して行われることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置。   7. The diamond-like carbon film forming apparatus according to claim 1, wherein gas supply by the carrier gas supply source and the gas control unit is performed through bubbling. 8. . 前記成膜対象物は、所定のセラミックまたは所定の金属で構成されることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の成膜装置。   The diamond-like carbon film forming apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the film formation target is made of a predetermined ceramic or a predetermined metal. 水素ガスを流動させる流動経路に、ダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する成膜対象物を配置する工程と、
前記水素ガスを所定流量で前記流動経路に流すと共に前記成膜対象物を室温から所定温度まで上昇させる工程と、
前記所定温度に達した際に、前記水素ガスをキャリアガスとして炭素源であるケトン体、アルコール類またはカルボン酸の何れかを所定の濃度で含む成膜用ガスを前記流動経路に所定時間にわたって流動させる工程と、
前記所定温度の状態を所定時間にわたって保持する工程と
を有することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法。
Arranging a film-forming target for forming a diamond-like carbon film in a flow path for flowing hydrogen gas;
Flowing the hydrogen gas through the flow path at a predetermined flow rate and raising the film formation target from room temperature to a predetermined temperature;
When the temperature reaches the predetermined temperature, a film forming gas containing any of a ketone body, an alcohol, or a carboxylic acid as a carbon source at a predetermined concentration flows in the flow path over a predetermined time using the hydrogen gas as a carrier gas. A process of
Holding the state at the predetermined temperature for a predetermined time. A method for forming a diamond-like carbon film, comprising:
前記炭素源としてのケトン体は、アセトンであることを特徴とする請求項9に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法。   The method for forming a diamond-like carbon film according to claim 9, wherein the ketone body as the carbon source is acetone. 前記成膜対象物は、セラミックまたは金属で構成されることを特徴とする請求項9または請求項10に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法。   The method for forming a diamond-like carbon film according to claim 9 or 10, wherein the film formation target is made of ceramic or metal. 前記成膜用ガスを流す前に、前記水素ガスを流動させることにより、前記成膜対象物の表面について前記水素ガスの還元作用により不純物除去を行うことを特徴とする請求項9から請求項11の何れか1項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法。   The impurity removal is performed on the surface of the film formation target by the reducing action of the hydrogen gas by flowing the hydrogen gas before flowing the film forming gas. The method for forming a diamond-like carbon film according to any one of the above. 前記成膜対象物の表面には、金属からなる触媒が塗布されていることを特徴とする請求項9から請求項12の何れか1項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法。   The method of forming a diamond-like carbon film according to any one of claims 9 to 12, wherein a catalyst made of a metal is applied to a surface of the film formation target. 前記金属からなる触媒は、セラミックで構成されることを特徴とする請求項13に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法。   The method of forming a diamond-like carbon film according to claim 13, wherein the catalyst made of the metal is made of ceramic. 前記所定温度は、1000〜1400℃であることを特徴とする請求項9から請求項14の何れか1項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法。   The method for forming a diamond-like carbon film according to any one of claims 9 to 14, wherein the predetermined temperature is 1000 to 1400 ° C. ダイヤモンドライクカーボン膜の形成後に、前記水素ガスを流動させることにより、前記成膜対象物上の前記ダイヤモンドライクカーボン膜の表面に残留している不要の炭素の除去を行うことを特徴とする請求項9から請求項15のいずれか1項に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法。   The unnecessary carbon remaining on the surface of the diamond-like carbon film on the deposition target is removed by flowing the hydrogen gas after the formation of the diamond-like carbon film. The method for forming a diamond-like carbon film according to any one of claims 9 to 15.
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