JP2777543B2 - 硬質炭素被膜基板及びその形成方法 - Google Patents
硬質炭素被膜基板及びその形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気かみそり等の刃物
などに用いることができる、硬質炭素被膜を有した基板
及びその形成方法に関するものである。
などに用いることができる、硬質炭素被膜を有した基板
及びその形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
セラミック基板やシリコン基板などの基板とダイヤモン
ド状被膜との密着性を向上させるため、基板とダイヤモ
ンド状被膜との間に中間層を形成させることが提案され
ている。特開平１−３１７１９７号公報では、プラズマ
ＣＶＤ法により基板上にシリコンを主成分とする中間層
を形成し、この中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成
する技術が開示されている。このような中間層を設ける
ことにより、基板上に直接ダイヤモンド状被膜を形成し
た場合に比べ、基板に対するダイヤモンド状被膜の密着
性を向上させることができる。
セラミック基板やシリコン基板などの基板とダイヤモン
ド状被膜との密着性を向上させるため、基板とダイヤモ
ンド状被膜との間に中間層を形成させることが提案され
ている。特開平１−３１７１９７号公報では、プラズマ
ＣＶＤ法により基板上にシリコンを主成分とする中間層
を形成し、この中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成
する技術が開示されている。このような中間層を設ける
ことにより、基板上に直接ダイヤモンド状被膜を形成し
た場合に比べ、基板に対するダイヤモンド状被膜の密着
性を向上させることができる。
【０００３】しかしながら、電気かみそり等の刃物とし
て用いられるニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、及びステンレス鋼などの基板上にダイヤモンド状
被膜を形成する場合については中間層の形成が検討され
ていない。
て用いられるニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、及びステンレス鋼などの基板上にダイヤモンド状
被膜を形成する場合については中間層の形成が検討され
ていない。
【０００４】本発明の目的は、ＮｉまたはＡｌを主成分
とする金属もしくは合金、またはステンレス鋼からなる
基板の上に硬質炭素被膜を形成した硬質炭素被膜基板で
あって、基板と硬質炭素被膜との密着性に優れた硬質炭
素被膜基板を提供することにある。
とする金属もしくは合金、またはステンレス鋼からなる
基板の上に硬質炭素被膜を形成した硬質炭素被膜基板で
あって、基板と硬質炭素被膜との密着性に優れた硬質炭
素被膜基板を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明における硬質炭素
被膜の概念は、結晶質のダイヤモンド及び非晶質のダイ
ヤモンド状被膜を含むものである。
被膜の概念は、結晶質のダイヤモンド及び非晶質のダイ
ヤモンド状被膜を含むものである。
【０００６】本発明に従う硬質炭素被膜基板は、Ｎｉま
たはＡｌを主成分とする金属もしくは合金、またはステ
ンレス鋼からなる基板と、基板上に形成されるＳｉまた
はＧｅを主成分とする中間層と、中間層上に形成される
硬質炭素被膜とを備えている。
たはＡｌを主成分とする金属もしくは合金、またはステ
ンレス鋼からなる基板と、基板上に形成されるＳｉまた
はＧｅを主成分とする中間層と、中間層上に形成される
硬質炭素被膜とを備えている。
【０００７】本発明に従えば、基板とダイヤモンド状被
膜の間にＳｉまたはＧｅを主成分とする中間層が設けら
れる。このような中間層により、基板とダイヤモンド状
被膜の密着性が高められる。
膜の間にＳｉまたはＧｅを主成分とする中間層が設けら
れる。このような中間層により、基板とダイヤモンド状
被膜の密着性が高められる。
【０００８】本発明において、中間層は、組成比率が膜
厚方向に傾斜した構造を有する、ＳｉまたはＧｅと、炭
素、窒素、または酸素の混合層であり、このような混合
層において、基板に近い部分ではＳｉまたはＧｅの含有
量が多く、硬質炭素被膜に近い部分では炭素、窒素、ま
たは酸素の含有量が多くなっている。
厚方向に傾斜した構造を有する、ＳｉまたはＧｅと、炭
素、窒素、または酸素の混合層であり、このような混合
層において、基板に近い部分ではＳｉまたはＧｅの含有
量が多く、硬質炭素被膜に近い部分では炭素、窒素、ま
たは酸素の含有量が多くなっている。
【０００９】また、本発明の硬質炭素被膜基板を電気シ
ェーバーの内刃として用いる場合には、中間層の膜厚が
５０〜８０００Åの範囲内であることが好ましい。ま
た、本発明の硬質炭素被膜基板を電気シェーバーの外刃
として用いる場合には、中間層の膜厚が５０〜４０００
Åの範囲内であることが好ましい。中間層の膜厚が薄す
ぎると密着性向上の効果が少なく、上記範囲より厚くし
てもそれ以上の効果は認められない。
ェーバーの内刃として用いる場合には、中間層の膜厚が
５０〜８０００Åの範囲内であることが好ましい。ま
た、本発明の硬質炭素被膜基板を電気シェーバーの外刃
として用いる場合には、中間層の膜厚が５０〜４０００
Åの範囲内であることが好ましい。中間層の膜厚が薄す
ぎると密着性向上の効果が少なく、上記範囲より厚くし
てもそれ以上の効果は認められない。
【００１０】本発明に従う硬質炭素被膜基板の形成方法
は、不活性ガスのイオン照射により、中間層を構成する
材料原子をスパッタリングすることにより、真空チャン
バ内に配置された基板上に中間層を形成する工程と、炭
素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプラズマ
化し、該プラズマを前記中間層に向けて放射することに
よって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成する工程とを
備えている。
は、不活性ガスのイオン照射により、中間層を構成する
材料原子をスパッタリングすることにより、真空チャン
バ内に配置された基板上に中間層を形成する工程と、炭
素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプラズマ
化し、該プラズマを前記中間層に向けて放射することに
よって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成する工程とを
備えている。
【００１１】本発明に従う形成方法の１つの実施態様に
おいては、供給量が漸次増加するように炭素、窒素、ま
たは酸素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプ
ラズマ化し、該プラズマを真空チャンバ内に配置された
基板に向けて放射するとともに、不活性ガスのイオン照
射量を漸次低減させながらイオン照射し中間層を構成す
る材料原子をスパッタリングすることにより基板上に前
記材料原子と炭素、窒素、または酸素の混合層からなる
中間層を形成する工程と、炭素を含む反応ガスを真空チ
ャンバ内に供給してプラズマ化し、該プラズマを前記中
間層に向けて放射することによって、該中間層上に硬質
炭素被膜を形成する工程とを備えている。上記方法によ
れば、傾斜構造を有する中間層を形成することができ
る。
おいては、供給量が漸次増加するように炭素、窒素、ま
たは酸素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプ
ラズマ化し、該プラズマを真空チャンバ内に配置された
基板に向けて放射するとともに、不活性ガスのイオン照
射量を漸次低減させながらイオン照射し中間層を構成す
る材料原子をスパッタリングすることにより基板上に前
記材料原子と炭素、窒素、または酸素の混合層からなる
中間層を形成する工程と、炭素を含む反応ガスを真空チ
ャンバ内に供給してプラズマ化し、該プラズマを前記中
間層に向けて放射することによって、該中間層上に硬質
炭素被膜を形成する工程とを備えている。上記方法によ
れば、傾斜構造を有する中間層を形成することができ
る。
【００１２】本発明に従う硬質炭素被膜基板の他の形成
方法は、中間層を構成する材料原子を含むガスを真空チ
ャンバ内に供給してプラズマ化し、該プラズマを基板上
に向けて放射することによって、基板上に中間層を形成
する工程と、炭素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供
給してプラズマ化し、該プラズマを中間層に向けて放射
することによって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成す
る工程とを備えている。
方法は、中間層を構成する材料原子を含むガスを真空チ
ャンバ内に供給してプラズマ化し、該プラズマを基板上
に向けて放射することによって、基板上に中間層を形成
する工程と、炭素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供
給してプラズマ化し、該プラズマを中間層に向けて放射
することによって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成す
る工程とを備えている。
【００１３】
【作用】本発明に従い、基板に近い部分ではＳｉの含有
量が多く、硬質炭素被膜に近い部分では炭素、窒素及び
酸素のうちの少なくとも１種の元素の含有量が多くなる
傾斜構造を有する中間層、または基板に近い部分ではＧ
ｅの含有量が多く、硬質炭素被膜に近い部分では炭素、
窒素及び酸素のうちの少なくとも１種の元素の含有量が
多くなる傾斜構造を有する中間層を、基板と硬質炭素被
膜の間に形成することにより、硬質炭素被膜中の応力を
緩和することができ、基板と硬質炭素被膜の密着性を高
めることができる。中間層の存在により、基板と硬質炭
素被膜との熱膨張係数の差により生じていた熱応力を緩
和させることができるため、硬質炭素被膜中の応力を緩
和させることができる。
量が多く、硬質炭素被膜に近い部分では炭素、窒素及び
酸素のうちの少なくとも１種の元素の含有量が多くなる
傾斜構造を有する中間層、または基板に近い部分ではＧ
ｅの含有量が多く、硬質炭素被膜に近い部分では炭素、
窒素及び酸素のうちの少なくとも１種の元素の含有量が
多くなる傾斜構造を有する中間層を、基板と硬質炭素被
膜の間に形成することにより、硬質炭素被膜中の応力を
緩和することができ、基板と硬質炭素被膜の密着性を高
めることができる。中間層の存在により、基板と硬質炭
素被膜との熱膨張係数の差により生じていた熱応力を緩
和させることができるため、硬質炭素被膜中の応力を緩
和させることができる。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明における硬質炭素被膜形成の
ための装置の一例を示す概略断面図である。図１を参照
して、真空チャンバ８には、プラズマ発生室４が設けら
れている。プラズマ発生室４には、導波管２の一端が取
り付けられており、導波管２の他端には、マイクロ波供
給手段１が設けられている。マイクロ波供給手段１で発
生したマイクロ波は、導波管２及びマイクロ波導入窓３
を通って、プラズマ発生室４に導かれる。プラズマ発生
室４には、プラズマ発生室４内にアルゴン（Ａｒ）ガス
などの放電ガスを導入させるための放電ガス導入管５が
設けられている。またプラズマ発生室４の周囲には、プ
ラズマ磁界発生装置６が設けられている。マイクロ波に
よる高周波磁界と、プラズマ磁界発生装置６からの磁界
を作用させることにより、プラズマ発生室４内に高密度
のプラズマが形成される。
ための装置の一例を示す概略断面図である。図１を参照
して、真空チャンバ８には、プラズマ発生室４が設けら
れている。プラズマ発生室４には、導波管２の一端が取
り付けられており、導波管２の他端には、マイクロ波供
給手段１が設けられている。マイクロ波供給手段１で発
生したマイクロ波は、導波管２及びマイクロ波導入窓３
を通って、プラズマ発生室４に導かれる。プラズマ発生
室４には、プラズマ発生室４内にアルゴン（Ａｒ）ガス
などの放電ガスを導入させるための放電ガス導入管５が
設けられている。またプラズマ発生室４の周囲には、プ
ラズマ磁界発生装置６が設けられている。マイクロ波に
よる高周波磁界と、プラズマ磁界発生装置６からの磁界
を作用させることにより、プラズマ発生室４内に高密度
のプラズマが形成される。
【００１５】真空チャンバ８内には筒状の基板ホルダ１
２が設けられている。この筒状の基板ホルダ１２は、真
空チャンバ８の壁面に対し垂直に設けられた軸（図示せ
ず）のまわりに回転自在に設けられている。基板ホルダ
１２の周面には、複数の基板１３が等しい間隔で装着さ
れている。なお、本実施例では、基板１３として、ニッ
ケル（Ｎｉ）基板を用いており、基板ホルダ１２の周面
に２４個装着している。基板ホルダ１２には、高周波電
源１０が接続されている。
２が設けられている。この筒状の基板ホルダ１２は、真
空チャンバ８の壁面に対し垂直に設けられた軸（図示せ
ず）のまわりに回転自在に設けられている。基板ホルダ
１２の周面には、複数の基板１３が等しい間隔で装着さ
れている。なお、本実施例では、基板１３として、ニッ
ケル（Ｎｉ）基板を用いており、基板ホルダ１２の周面
に２４個装着している。基板ホルダ１２には、高周波電
源１０が接続されている。
【００１６】基板ホルダ１２の周囲には、金属製の筒状
のシールドカバー１４が所定の距離隔てて設けられてい
る。このシールドカバー１４は、接地電極に接続されて
いる。このシールドカバー１４は、被膜を形成するとき
に、基板ホルダ１２に印加されるＲＦ電圧によって被膜
形成箇所以外の基板ホルダ１２と真空チャンバ８との間
で放電が発生するのを防止するために設けられている。
基板ホルダ１２とシールドカバー１４との間の間隙は、
気体分子の平均自由行程以下の距離となるように配置さ
れている。気体分子の平均自由行程は、何らかの原因で
発生したイオン及び電子が電界により加速され、衝突せ
ずに移動できる平均距離と同じあるいはそれ以下の距離
である。従って、基板ホルダ１２とシールドカバー１４
との間隙を気体分子の平均自由行程以下にすることによ
り、イオン及び電子が気体分子と衝突する確率を小さく
し、連鎖的に電離が進行するのを防止している。
のシールドカバー１４が所定の距離隔てて設けられてい
る。このシールドカバー１４は、接地電極に接続されて
いる。このシールドカバー１４は、被膜を形成するとき
に、基板ホルダ１２に印加されるＲＦ電圧によって被膜
形成箇所以外の基板ホルダ１２と真空チャンバ８との間
で放電が発生するのを防止するために設けられている。
基板ホルダ１２とシールドカバー１４との間の間隙は、
気体分子の平均自由行程以下の距離となるように配置さ
れている。気体分子の平均自由行程は、何らかの原因で
発生したイオン及び電子が電界により加速され、衝突せ
ずに移動できる平均距離と同じあるいはそれ以下の距離
である。従って、基板ホルダ１２とシールドカバー１４
との間隙を気体分子の平均自由行程以下にすることによ
り、イオン及び電子が気体分子と衝突する確率を小さく
し、連鎖的に電離が進行するのを防止している。
【００１７】基板ホルダ１２とシールドカバー１４との
間隙は、特に気体分子の平均自由行程の１／１０以下の
距離にすることが好ましい。本実施例では、基板ホルダ
１２とシールドカバー１４との間隙を気体分子の平均自
由行程の１／１０以下である約５ｍｍとしている。
間隙は、特に気体分子の平均自由行程の１／１０以下の
距離にすることが好ましい。本実施例では、基板ホルダ
１２とシールドカバー１４との間隙を気体分子の平均自
由行程の１／１０以下である約５ｍｍとしている。
【００１８】シールドカバー１４には、開口部１５が形
成されている。この開口部１５を通って、プラズマ発生
室４から引き出されたプラズマが基板ホルダ１２に装着
された基板１３に放射されるようになっている。真空チ
ャンバ８内には、反応ガス導入管１６が設けられてい
る。この反応ガス導入管１６の先端は、開口部１５の上
方に位置する。図２は、この反応ガス導入管１６の先端
部分近傍を示す平面図である。図２を参照して、反応ガ
ス導入管１６は、外部から真空チャンバ内にＣＨ 4 ガス
を導入するガス導入部１６ａと、このガス導入部１６ａ
と垂直方向に接続されたガス放出部１６ｂとから構成さ
れている。ガス放出部１６ｂは、基板ホルダ１２の回転
方向Ａに対して垂直方向に配置され、かつ開口部１５の
上方の回転方向の上流側に位置するように設けられてい
る。ガス放出部１６ｂには、下方に向けて約４５度の方
向に複数の孔２１が形成されている。本実施例では、８
個の孔２１が形成されている。孔２１の間隔は、中央か
ら両側に向かうに従い徐々に狭くなるように形成されて
いる。このような間隔で孔２１を形成することにより、
ガス導入部１６ａから導入されたＣＨ4 ガスがそれぞれ
の孔２１からほぼ均等に放出される。
成されている。この開口部１５を通って、プラズマ発生
室４から引き出されたプラズマが基板ホルダ１２に装着
された基板１３に放射されるようになっている。真空チ
ャンバ８内には、反応ガス導入管１６が設けられてい
る。この反応ガス導入管１６の先端は、開口部１５の上
方に位置する。図２は、この反応ガス導入管１６の先端
部分近傍を示す平面図である。図２を参照して、反応ガ
ス導入管１６は、外部から真空チャンバ内にＣＨ 4 ガス
を導入するガス導入部１６ａと、このガス導入部１６ａ
と垂直方向に接続されたガス放出部１６ｂとから構成さ
れている。ガス放出部１６ｂは、基板ホルダ１２の回転
方向Ａに対して垂直方向に配置され、かつ開口部１５の
上方の回転方向の上流側に位置するように設けられてい
る。ガス放出部１６ｂには、下方に向けて約４５度の方
向に複数の孔２１が形成されている。本実施例では、８
個の孔２１が形成されている。孔２１の間隔は、中央か
ら両側に向かうに従い徐々に狭くなるように形成されて
いる。このような間隔で孔２１を形成することにより、
ガス導入部１６ａから導入されたＣＨ4 ガスがそれぞれ
の孔２１からほぼ均等に放出される。
【００１９】第１開口部１５の反対側には、第２開口部
４３が形成されている。第２開口部４３の下方には、中
間層を構成する材料原子からなるターゲット４６が設け
られている。またターゲット４６の近傍には、ターゲッ
ト４６をスパッタするため、不活性ガスのイオンをター
ゲット４６に放射するイオンガン４７が設けられてい
る。本実施例では、不活性ガスとしてＡｒガスを用いて
いる。本実施例においては、ターゲット４６及びイオン
ガン４７により、中間層形成手段が構成されている。タ
ーゲット４６及びイオンガン４７により第２開口部４３
を介して、基板１３上に中間層を構成する材料原子が放
射される。
４３が形成されている。第２開口部４３の下方には、中
間層を構成する材料原子からなるターゲット４６が設け
られている。またターゲット４６の近傍には、ターゲッ
ト４６をスパッタするため、不活性ガスのイオンをター
ゲット４６に放射するイオンガン４７が設けられてい
る。本実施例では、不活性ガスとしてＡｒガスを用いて
いる。本実施例においては、ターゲット４６及びイオン
ガン４７により、中間層形成手段が構成されている。タ
ーゲット４６及びイオンガン４７により第２開口部４３
を介して、基板１３上に中間層を構成する材料原子が放
射される。
【００２０】以下、中間層として単一の元素から中間層
を形成し、その中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成
する実施例について説明する。
を形成し、その中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成
する実施例について説明する。
【００２１】まず、真空チャンバ８内を１０-5〜１０-7
Ｔｏｒｒに排気して、基板ホルダ１２を約１０ｒｐｍの
速度で回転させる。次に、イオンガン４７にＡｒガスを
供給して、Ａｒイオンを取り出し、これをＳｉからなる
ターゲット４６の表面に放射する。このときのＡｒイオ
ンの加速電圧は９００ｅＶ、イオン電流密度は０．４ｍ
Ａ／ｃｍ2 に設定した。以上の工程を約１０分間行い、
基板１３の表面に膜厚３００ÅのＳｉからなる中間層を
形成した。
Ｔｏｒｒに排気して、基板ホルダ１２を約１０ｒｐｍの
速度で回転させる。次に、イオンガン４７にＡｒガスを
供給して、Ａｒイオンを取り出し、これをＳｉからなる
ターゲット４６の表面に放射する。このときのＡｒイオ
ンの加速電圧は９００ｅＶ、イオン電流密度は０．４ｍ
Ａ／ｃｍ2 に設定した。以上の工程を約１０分間行い、
基板１３の表面に膜厚３００ÅのＳｉからなる中間層を
形成した。
【００２２】次に、イオンガン４７からのＡｒイオンの
放射を止めた後、ＥＣＲプラズマ発生装置の放電ガス導
入管５からＡｒガスを５．７×１０-4Ｔｏｒｒで供給す
るとともに、マイクロ波供給手段１から２．４５ＧＨ
ｚ、１００Ｗのマイクロ波を供給して、プラズマ発生室
４内に形成されたＡｒプラズマを基板１３の表面に放射
する。これと同時に、基板１３に発生する自己バイアス
が−５０Ｖとなるように、高周波電源１０から１３．５
６ＭＨｚのＲＦ電圧を基板ホルダ１２に印加し、反応ガ
ス導入管１６からＣＨ4 ガスを１．３×１０-3Ｔｏｒｒ
で供給する。
放射を止めた後、ＥＣＲプラズマ発生装置の放電ガス導
入管５からＡｒガスを５．７×１０-4Ｔｏｒｒで供給す
るとともに、マイクロ波供給手段１から２．４５ＧＨ
ｚ、１００Ｗのマイクロ波を供給して、プラズマ発生室
４内に形成されたＡｒプラズマを基板１３の表面に放射
する。これと同時に、基板１３に発生する自己バイアス
が−５０Ｖとなるように、高周波電源１０から１３．５
６ＭＨｚのＲＦ電圧を基板ホルダ１２に印加し、反応ガ
ス導入管１６からＣＨ4 ガスを１．３×１０-3Ｔｏｒｒ
で供給する。
【００２３】以上の工程を約１５分間行い、基板１３上
に形成した中間層の上に膜厚１２００Åのダイヤモンド
状被膜を形成した。
に形成した中間層の上に膜厚１２００Åのダイヤモンド
状被膜を形成した。
【００２４】以上の２つの工程の結果、基板１３の表面
にＳｉからなる中間層を形成し、この中間層上にダイヤ
モンド状被膜を形成した積層薄膜が得られた。このよう
な中間層の形成により、ダイヤモンド状被膜中の応力を
緩和させることができ、基板とダイヤモンド被膜の密着
性を高めることができる。中間層の存在により、基板と
ダイヤモンド状被膜との熱膨張係数の差により生じてい
た熱応力を緩和させることができるため、ダイヤモンド
状被膜中の応力を緩和させることができるものと考えら
れる。また、中間層形成の際、Ａｒイオンがターゲット
のみならず基板１３にも照射されるため、より密着性の
高い中間層が形成される。
にＳｉからなる中間層を形成し、この中間層上にダイヤ
モンド状被膜を形成した積層薄膜が得られた。このよう
な中間層の形成により、ダイヤモンド状被膜中の応力を
緩和させることができ、基板とダイヤモンド被膜の密着
性を高めることができる。中間層の存在により、基板と
ダイヤモンド状被膜との熱膨張係数の差により生じてい
た熱応力を緩和させることができるため、ダイヤモンド
状被膜中の応力を緩和させることができるものと考えら
れる。また、中間層形成の際、Ａｒイオンがターゲット
のみならず基板１３にも照射されるため、より密着性の
高い中間層が形成される。
【００２５】以下、中間層として、材料原子と炭素の混
合層を形成し、この中間層上にダイヤモンド状被膜を形
成する実施例について説明する。この実施例でも、図１
に示す装置と同様の装置を用いる。
合層を形成し、この中間層上にダイヤモンド状被膜を形
成する実施例について説明する。この実施例でも、図１
に示す装置と同様の装置を用いる。
【００２６】まず、基板ホルダ１２の周面に２４個の基
板１３を等しい間隔で装着する。真空チャンバ８内を１
０-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気して、基板ホルダ１２を約
１０ｒｐｍの速度で回転させる。
板１３を等しい間隔で装着する。真空チャンバ８内を１
０-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気して、基板ホルダ１２を約
１０ｒｐｍの速度で回転させる。
【００２７】次に、ＥＣＲプラズマ発生装置の放電ガス
導入管５からＡｒガスを５．７×１０-4Ｔｏｒｒで供給
するとともに、マイクロ波供給手段１から２．４５ＧＨ
ｚ、１００Ｗのマイクロ波を供給して、プラズマ発生室
４内に形成されたＡｒプラズマを基板１３の表面に放射
する。これと同時に、基板１３に発生する自己バイアス
が−５０Ｖとなるように、高周波電源１０から１３．５
６ＭＨｚのＲＦ電圧を基板ホルダ１２に印加し、反応ガ
ス導入管１６からＣＨ4 ガスを供給する。このときのＣ
Ｈ4 ガスの供給量を、図３に示すように、時間経過とと
もに漸次増加させ、１０分経過時に１００ｓｃｃｍ、す
なわち１．３×１０-3Ｔｏｒｒとなるように設定する。
導入管５からＡｒガスを５．７×１０-4Ｔｏｒｒで供給
するとともに、マイクロ波供給手段１から２．４５ＧＨ
ｚ、１００Ｗのマイクロ波を供給して、プラズマ発生室
４内に形成されたＡｒプラズマを基板１３の表面に放射
する。これと同時に、基板１３に発生する自己バイアス
が−５０Ｖとなるように、高周波電源１０から１３．５
６ＭＨｚのＲＦ電圧を基板ホルダ１２に印加し、反応ガ
ス導入管１６からＣＨ4 ガスを供給する。このときのＣ
Ｈ4 ガスの供給量を、図３に示すように、時間経過とと
もに漸次増加させ、１０分経過時に１００ｓｃｃｍ、す
なわち１．３×１０-3Ｔｏｒｒとなるように設定する。
【００２８】上記ＥＣＲプラズマ発生装置よる被膜形成
処理と同時に、ターゲット４６の表面にイオンガン４７
からＡｒイオンを放射する。このときのＡｒイオンの加
速電圧を９００ｅＶ、イオン電流密度を０．４ｍＡ／ｃ
ｍ2 に設定する。またイオン電流密度を、図４に示すよ
うに、時間経過につれて漸次減少させ、１０分経過後に
０ｍＡ／ｃｍ2 になるように設定する。
処理と同時に、ターゲット４６の表面にイオンガン４７
からＡｒイオンを放射する。このときのＡｒイオンの加
速電圧を９００ｅＶ、イオン電流密度を０．４ｍＡ／ｃ
ｍ2 に設定する。またイオン電流密度を、図４に示すよ
うに、時間経過につれて漸次減少させ、１０分経過後に
０ｍＡ／ｃｍ2 になるように設定する。
【００２９】以上のように、第１開口部１５におけるプ
ラズマＣＶＤ法による炭素被膜形成と、第２開口部４３
におけるＳｉのスパッタリングを同時に行うことによ
り、中間層としてＳｉとＣが混合した中間層が形成され
る。本実施例では、以上の工程を約１０分間行うことに
より、基板１３の表面に合計膜厚３００ÅのＳｉとＣの
混合層を形成した。図３及び図４に示すように、時間経
過とともに、Ｓｉの量を少なくし、炭素被膜形成量を多
くしている。従って、この中間層では、基板１３の表面
から離れるに従いＳｉの含有量が漸次減少し、Ｃの含有
量が漸次増加する傾斜構造となっている。
ラズマＣＶＤ法による炭素被膜形成と、第２開口部４３
におけるＳｉのスパッタリングを同時に行うことによ
り、中間層としてＳｉとＣが混合した中間層が形成され
る。本実施例では、以上の工程を約１０分間行うことに
より、基板１３の表面に合計膜厚３００ÅのＳｉとＣの
混合層を形成した。図３及び図４に示すように、時間経
過とともに、Ｓｉの量を少なくし、炭素被膜形成量を多
くしている。従って、この中間層では、基板１３の表面
から離れるに従いＳｉの含有量が漸次減少し、Ｃの含有
量が漸次増加する傾斜構造となっている。
【００３０】次に、このように形成した中間層の上に、
ダイヤモンド状被膜を形成した。反応ガス導入管１６か
ら供給するＣＨ4 ガスの供給分圧を１．３×１０-3Ｔｏ
ｒｒと一定にし、上記工程におけるＥＣＲプラズマ発生
装置による被膜形成処理を引き続き行う。この工程を約
１５分間行い、基板１３の中間層の上に膜厚１２００Å
のダイヤモンド状被膜を形成した。
ダイヤモンド状被膜を形成した。反応ガス導入管１６か
ら供給するＣＨ4 ガスの供給分圧を１．３×１０-3Ｔｏ
ｒｒと一定にし、上記工程におけるＥＣＲプラズマ発生
装置による被膜形成処理を引き続き行う。この工程を約
１５分間行い、基板１３の中間層の上に膜厚１２００Å
のダイヤモンド状被膜を形成した。
【００３１】以上の結果、基板上に、傾斜構造を有する
ＳｉとＣからなる中間層とダイヤモンド状被膜が積層さ
れた積層被膜が形成された。このような傾斜構造を有す
る中間層とすることにより、上記単一の元素の中間層よ
りも、基板とダイヤモンド状被膜の密着性を高めること
ができる。
ＳｉとＣからなる中間層とダイヤモンド状被膜が積層さ
れた積層被膜が形成された。このような傾斜構造を有す
る中間層とすることにより、上記単一の元素の中間層よ
りも、基板とダイヤモンド状被膜の密着性を高めること
ができる。
【００３２】次に、Ｓｉを主成分とする中間層の膜厚を
変化させてＮｉ基板上に形成しダイヤモンド状被膜を形
成する実施例について説明する。真空チャンバ内を１０
-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気し、基板ホルダを約１０ｒｐ
ｍの速度で回転させる。基板ホルダには２４個のＮｉ基
板を等しい間隔で装着した。イオンガンにＡｒガスを供
給して、Ａｒイオンをターゲットの表面に放射する。こ
のときのＡｒイオンの加速電圧は９００ｅＶとし、イオ
ン電流密度は０．４Ａ／ｃｍ2 に設定した。このときの
スパッタリングされたＳｉの基板上への蒸着速度は３０
Å／分であった。
変化させてＮｉ基板上に形成しダイヤモンド状被膜を形
成する実施例について説明する。真空チャンバ内を１０
-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気し、基板ホルダを約１０ｒｐ
ｍの速度で回転させる。基板ホルダには２４個のＮｉ基
板を等しい間隔で装着した。イオンガンにＡｒガスを供
給して、Ａｒイオンをターゲットの表面に放射する。こ
のときのＡｒイオンの加速電圧は９００ｅＶとし、イオ
ン電流密度は０．４Ａ／ｃｍ2 に設定した。このときの
スパッタリングされたＳｉの基板上への蒸着速度は３０
Å／分であった。
【００３３】Ｓｉスパッタリングの工程の時間を変化さ
せて、Ｓｉの中間層の膜厚を、３０Å、５０Å、１００
Å、及び５００Åと変化させた（実施例１）。以上のよ
うにして得られた膜厚の異なる中間層の上に、上記実施
例と同様にして、膜厚１２００Åのダイヤモンド状被膜
を形成した。
せて、Ｓｉの中間層の膜厚を、３０Å、５０Å、１００
Å、及び５００Åと変化させた（実施例１）。以上のよ
うにして得られた膜厚の異なる中間層の上に、上記実施
例と同様にして、膜厚１２００Åのダイヤモンド状被膜
を形成した。
【００３４】以上のようにして得られたダイヤモンド状
被膜について、密着性の評価試験を行った。密着性の評
価は、ビッカース圧子を用いた一定荷重（荷重＝１ｋ
ｇ）の押し込み試験により行った。サンプル数を５０個
とし、Ｎｉ基板上のダイヤモンド状被膜に剥離が発生し
た個数を数えて評価した。
被膜について、密着性の評価試験を行った。密着性の評
価は、ビッカース圧子を用いた一定荷重（荷重＝１ｋ
ｇ）の押し込み試験により行った。サンプル数を５０個
とし、Ｎｉ基板上のダイヤモンド状被膜に剥離が発生し
た個数を数えて評価した。
【００３５】また比較として、中間層を形成せずＮｉ基
板上に直接ダイヤモンド状被膜を形成した（比較例）。
この比較例についても同様に密着性を評価した。表１
は、これらの結果を示す。
板上に直接ダイヤモンド状被膜を形成した（比較例）。
この比較例についても同様に密着性を評価した。表１
は、これらの結果を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】表１から明らかなように、中間層の膜厚が
５０Åより薄い場合には剥離が発生するのに対し、膜厚
が５０Å以上になると剥離が認められなかった。
５０Åより薄い場合には剥離が発生するのに対し、膜厚
が５０Å以上になると剥離が認められなかった。
【００３８】本発明の硬質炭素被膜基板を電気シェーバ
ーの外刃として用いる場合には、中間層の膜厚は５００
０Å程度までで充分であると考えられる。それ以上の膜
厚にしても密着性の向上は変化しない。従って、本発明
において中間層としてＳｉを主成分とする中間層を用い
る場合には、４０００Å程度で充分であると考えられ
る。またダイヤモンド状薄膜の膜厚も、５０００Å程度
で充分であると考えられる。ダイヤモンド状薄膜の膜厚
が５０００Å以上になると、内部応力が発生し易くなり
基板が変形するおそれがある。
ーの外刃として用いる場合には、中間層の膜厚は５００
０Å程度までで充分であると考えられる。それ以上の膜
厚にしても密着性の向上は変化しない。従って、本発明
において中間層としてＳｉを主成分とする中間層を用い
る場合には、４０００Å程度で充分であると考えられ
る。またダイヤモンド状薄膜の膜厚も、５０００Å程度
で充分であると考えられる。ダイヤモンド状薄膜の膜厚
が５０００Å以上になると、内部応力が発生し易くなり
基板が変形するおそれがある。
【００３９】次に、中間層としてＳｉと炭素との混合層
を形成する実施例について説明する。Ｓｉと炭素との混
合層は、上述のＳｉとＣの混合層を中間層として形成す
る実施例と同様にして形成した。中間層の膜厚は、３０
Å、５０Å、１００Å、５００Åに変化させた（実施例
２）。またダイヤモンド状被膜は膜厚１２００Åとなる
ように形成した。以上のようにして得られたサンプルに
ついて、ダイヤモンド状被膜の密着性を評価した。密着
性の評価は、上記と同様にして行った。
を形成する実施例について説明する。Ｓｉと炭素との混
合層は、上述のＳｉとＣの混合層を中間層として形成す
る実施例と同様にして形成した。中間層の膜厚は、３０
Å、５０Å、１００Å、５００Åに変化させた（実施例
２）。またダイヤモンド状被膜は膜厚１２００Åとなる
ように形成した。以上のようにして得られたサンプルに
ついて、ダイヤモンド状被膜の密着性を評価した。密着
性の評価は、上記と同様にして行った。
【００４０】表２はこの結果を示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】表２から明らかなように、中間層としてＳ
ｉＣ層を形成した場合、膜厚が５０Åより薄い場合は、
剥離が発生しているのに対し、膜厚が５０Å以上になる
と剥離が認められなくなった。従って、中間層としてＳ
ｉＣ層を形成する場合にも、中間層の膜厚は５０Å以上
であることが好ましい。
ｉＣ層を形成した場合、膜厚が５０Åより薄い場合は、
剥離が発生しているのに対し、膜厚が５０Å以上になる
と剥離が認められなくなった。従って、中間層としてＳ
ｉＣ層を形成する場合にも、中間層の膜厚は５０Å以上
であることが好ましい。
【００４３】次に、図１に示すガス導入管１６から、窒
素を含む反応ガスとして窒素ガスを真空チャンバ８内に
導入することにより、中間層としてＳｉと窒素との混合
層を形成させた。窒素ガスの供給分圧は１．８×１０-4
Ｔｏｒｒとした。その他の条件は、上記実施例２と同様
にして、この中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成し
た。この結果、表２に示すのと同様の結果が得られた。
素を含む反応ガスとして窒素ガスを真空チャンバ８内に
導入することにより、中間層としてＳｉと窒素との混合
層を形成させた。窒素ガスの供給分圧は１．８×１０-4
Ｔｏｒｒとした。その他の条件は、上記実施例２と同様
にして、この中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成し
た。この結果、表２に示すのと同様の結果が得られた。
【００４４】また、中間層として、Ｓｉと酸素の混合層
を形成し、この中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成
した。酸素を含む反応ガスとしては、酸素ガスを用い、
ガス供給分圧は１．８×１０-4Ｔｏｒｒとした。その他
の条件は上記実施例２と同様にして行った。この結果、
表２に示すのと同様の結果が得られた。
を形成し、この中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成
した。酸素を含む反応ガスとしては、酸素ガスを用い、
ガス供給分圧は１．８×１０-4Ｔｏｒｒとした。その他
の条件は上記実施例２と同様にして行った。この結果、
表２に示すのと同様の結果が得られた。
【００４５】次に、Ｓｉに代えてＧｅを用い、上記実施
例１及び２と同様にして評価した結果、表１及び表２と
ほぼ同様の結果が得られた。上記実施例では、中間層を
スパッタリングにより形成しているが、本発明では中間
層をプラズマＣＶＤ法により形成してもよい。このよう
な場合、反応ガス導入管１６から中間層を構成する材料
原子を含むガスを真空チャンバ８内に供給して、プラズ
マ化し、このプラズマを基板１３上に向けて放射するこ
とによって基板上に中間層を形成する。
例１及び２と同様にして評価した結果、表１及び表２と
ほぼ同様の結果が得られた。上記実施例では、中間層を
スパッタリングにより形成しているが、本発明では中間
層をプラズマＣＶＤ法により形成してもよい。このよう
な場合、反応ガス導入管１６から中間層を構成する材料
原子を含むガスを真空チャンバ８内に供給して、プラズ
マ化し、このプラズマを基板１３上に向けて放射するこ
とによって基板上に中間層を形成する。
【００４６】上記実施例では、プラズマ発生手段として
ＥＣＲプラズマ発生装置を例にして説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、例えば高周波プラズ
マＣＶＤ装置、ＤＣプラズマＣＶＤ装置などその他のプ
ラズマＣＶＤ装置を用いることができる。
ＥＣＲプラズマ発生装置を例にして説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、例えば高周波プラズ
マＣＶＤ装置、ＤＣプラズマＣＶＤ装置などその他のプ
ラズマＣＶＤ装置を用いることができる。
【００４７】
【発明の効果】本発明に従い、基板に近い部分ではＳｉ
の含有量が多く、硬質炭素被膜に近い部分では炭素、窒
素及び酸素のうちの少なくとも１種の元素の含有量が多
くなる傾斜構造を有する中間層、または基板に近い部分
ではＧｅの元素の含有量が多く、硬質炭素被膜に近い部
分では炭素、窒素及び酸素のうちの少なくとも１種の含
有量が多くなる傾斜構造を有する中間層を形成すること
により、基板と硬質炭素被膜の密着性を向上させること
ができる。従って、硬質炭素被膜の剥離発生を低減させ
た硬質炭素被膜基板を得ることができる。
の含有量が多く、硬質炭素被膜に近い部分では炭素、窒
素及び酸素のうちの少なくとも１種の元素の含有量が多
くなる傾斜構造を有する中間層、または基板に近い部分
ではＧｅの元素の含有量が多く、硬質炭素被膜に近い部
分では炭素、窒素及び酸素のうちの少なくとも１種の含
有量が多くなる傾斜構造を有する中間層を形成すること
により、基板と硬質炭素被膜の密着性を向上させること
ができる。従って、硬質炭素被膜の剥離発生を低減させ
た硬質炭素被膜基板を得ることができる。
【００４８】
【図１】本発明に従う一実施例における硬質炭素被膜形
成装置を示す概略断面図。
成装置を示す概略断面図。
【図２】図１に示す装置における反応ガス導入管の先端
部分近傍を示す平面図。
部分近傍を示す平面図。
【図３】本発明に従う実施例における傾斜構造を有する
中間層を形成する際の成膜時間とＣＨ4 流量との関係を
示す図。
中間層を形成する際の成膜時間とＣＨ4 流量との関係を
示す図。
【図４】本発明に従う実施例における傾斜構造を有する
中間層を形成する場合の成膜時間とイオン電流密度との
関係を示す図。
中間層を形成する場合の成膜時間とイオン電流密度との
関係を示す図。
１…マイクロ波供給手段 ２…導波管 ３…マイクロ波導入窓 ４…プラズマ発生室 ５…放電ガス導入管 ６…磁界発生手段 ８…真空チャンバ １０…高周波電源 １２…基板ホルダ １３…基板 １４…シールドカバー １５…第１開口部 １６…反応ガス導入管 ４３…第２開口部 ４６…ターゲット ４７…イオンガン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ３０Ｂ 29/04 Ｃ３０Ｂ 29/04 Ｘ (72)発明者 木山 精一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−132779（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−62457（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−119362（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−333577（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−286576（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 C23C 14/34 C30B 29/04
Claims (7)
- 【請求項１】 ＮｉまたはＡｌを主成分とする金属もし
くは合金、またはステンレス鋼からなる基板と、 前記基板上に形成されるＳｉを主成分とする中間層と、 前記中間層上に形成される硬質炭素被膜とを備え、 前記中間層が、組成比率が膜厚方向に傾斜した構造を有
するＳｉと炭素、窒素及び酸素のうちの少なくとも１種
の元素との混合層であり、該混合層において、基板に近
い部分ではＳｉの含有量が多く、硬質炭素被膜に近い部
分では、炭素、窒素及び酸素のうちの少なくとも１種の
元素の含有量が多くなっている 硬質炭素被膜基板。 - 【請求項２】 ＮｉまたはＡｌを主成分とする金属もし
くは合金、またはステンレス鋼からなる基板と、 前記基板上に形成されるＧｅを主成分とする中間層と、 前記中間層上に形成される硬質炭素被膜とを備え、 前記中間層が、組成比率が膜厚方向に傾斜した構造を有
するＧｅと炭素、窒素及び酸素のうちの少なくとも１種
の元素との混合層であり、該混合層において、基板に近
い部分ではＧｅの含有量が多く、硬質炭素被膜に近い部
分では、炭素、窒素及び酸素のうちの少なくとも１種の
元素の含有量が多くなっている 硬質炭素被膜基板。 - 【請求項３】 前記中間層の膜厚が５０〜８０００Åで
ある請求項１または２に記載の硬質炭素被膜基板。 - 【請求項４】 前記中間層の膜厚が５０〜４０００Åで
ある請求項１または２に記載の硬質炭素被膜基板。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の硬
質炭素被膜基板を形成する方法であって、 不活性ガスのイオン照射により、中間層を構成する材料
原子をスパッタリングすることにより、真空チャンバ内
に配置された基板上に中間層を形成する工程と、 炭素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプラズ
マ化し、該プラズマを前記中間層に向けて放射すること
によって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成する工程と
を備える硬質炭素被膜基板の形成方法。 - 【請求項６】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の硬
質炭素被膜基板を形成する方法であって、 供給量が漸次増加するように炭素、窒素、または酸素を
含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプラズマ化
し、該プラズマを真空チャンバ内に配置された基板に向
けて放射するとともに、不活性ガスのイオン照射量を漸
次低減させながらイオン照射し中間層を構成する材料原
子をスパッタリングすることにより基板上に前記材料原
子と炭素、窒素、または酸素の混合層からなる中間層を
形成する工程と、 炭素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプラズ
マ化し、該プラズマを前記中間層に向けて放射すること
によって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成する工程と
を備える硬質炭素被膜基板の形成方法。 - 【請求項７】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の硬
質炭素被膜基板を形成する方法であって、 中間層を構成する材料原子を含むガスを真空チャンバ内
に供給してプラズマ化し、該プラズマを基板上に向けて
放射することによって、基板上に中間層を形成する工程
と、 炭素を含むガスを真空チャンバ内に供給してプラズマ化
し、該プラズマを前記中間層に向けて放射することによ
って、該中間層上に硬質炭素被膜を形成する工程とを備
える硬質炭素被膜基板の形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6119222A JP2777543B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 硬質炭素被膜基板及びその形成方法 |
| KR1019940016062A KR100325560B1 (ko) | 1993-07-07 | 1994-07-06 | 경질탄소피막기판및그형성방법및장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6119222A JP2777543B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 硬質炭素被膜基板及びその形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07316818A JPH07316818A (ja) | 1995-12-05 |
| JP2777543B2 true JP2777543B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=14755987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6119222A Expired - Fee Related JP2777543B2 (ja) | 1993-07-07 | 1994-05-31 | 硬質炭素被膜基板及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2777543B2 (ja) |
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| JP5212416B2 (ja) * | 2000-02-25 | 2013-06-19 | 住友電気工業株式会社 | 非晶質炭素被覆部材 |
| JP4560964B2 (ja) * | 2000-02-25 | 2010-10-13 | 住友電気工業株式会社 | 非晶質炭素被覆部材 |
| JP5126867B2 (ja) * | 2006-05-25 | 2013-01-23 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 炭素膜の製造方法 |
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Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57119362A (en) * | 1981-01-17 | 1982-07-24 | Canon Inc | Photoconductive member |
| JPS63286576A (ja) * | 1987-05-19 | 1988-11-24 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | 硬質炭素膜の製造方法 |
| JPS6462457A (en) * | 1987-09-01 | 1989-03-08 | Citizen Watch Co Ltd | Coating method with diamond film |
| JP2623611B2 (ja) * | 1987-11-17 | 1997-06-25 | 株式会社ニコン | 硬質炭素膜被覆を施した金属基体 |
| JP2981012B2 (ja) * | 1991-05-07 | 1999-11-22 | 旭ダイヤモンド工業株式会社 | ダイヤモンド被覆工具の製造方法 |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP6119222A patent/JP2777543B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07316818A (ja) | 1995-12-05 |
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