JP5144562B2 - Ｄｌｃ膜量産方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＬＣ膜量産方法及びその装置に関し、詳しくは、複数枚の板状基材上に同時にＤＬＣ膜を生成するＤＬＣ膜量産方法及びその装置に関する。なお、ＤＬＣとは、ダイヤモンド・ライク・カーボンの略である。

ＤＬＣ膜は、その結晶構造がアモルファスであり、高硬度なばかりでなく耐摩耗性や低摩擦性といった機械的特性も優れている点で各種の技術分野で利用されている材料である。こうしたＤＬＣ膜を基材上に生成する方法として、プラズマＣＶＤを利用する方法が知られている。この方法では、基材を載せる設置電極とその基材に対向する対向電極とを離間してチャンバ内に配置し、炭素源ガスの雰囲気下で対向電極に負のパルス電圧を印加することによりプラズマを発生させて基材上にＤＬＣ膜を生成させる。この方法を用いて複数の基材上に同時にＤＬＣ膜を生成することも考えられるが、そうすると、各基材ごとに対向電極が必要となるため、装置が大型化してしまう。

一方、特許文献１には、対向電極を配置することなくＤＬＣ膜を複数の板状基材上に同時に生成する方法が開示されている。この方法では、アースに設置されたチャンバ内に複数の板状基材を平行に且つ上下方向に隣接する板状基材同士の間隔が２〜３０ｍｍの範囲となるように上下方向に積層した状態で保持し、チャンバの内圧を１３〜１３３０Ｐａに設定し、チャンバ内に複数のノズルから炭素源ガスを導入すると共に各板状基材に一斉に負の電圧を印加することにより、プラズマを発生させて各板状基材上にＤＬＣ膜を生成する。この方法によれば、対向電極が不要であるため、装置を小型化することができる。また、チャンバの内圧を１３〜１３３０Ｐａに設定することによりシース幅が狭くなり、そのシース幅に応じて板状基材の間隔も狭くすることができることから、この点でも装置の小型化を図ることができる。

特開２００４−２６３２９２

ところで、対向電極を配置することなくプラズマＣＶＤを利用してＤＬＣ膜を複数の板状基材上に生成する方法としては、負の電圧の印加時間が長いほどシース幅は広がる傾向にあることに鑑み、負の電圧の印加時間を短くすることによりシース時間を狭くすることも考えられる。具体的には、負の電圧を印加するのに直流パルス発生源を利用し、パルス半値幅を短く調整することによりシース幅を狭くする。こうすれば、そのシース幅に応じて板状基材の間隔も狭くすることができるから、装置の小型化が可能となる。

しかしながら、こうした方法において、直流パルス発生源を利用すると、チャンバの内圧によってＤＬＣ膜が生成しないことがあった。すなわち、チャンバの内圧を数１０Ｐａに設定すると、シース幅は狭くなる傾向があるため板状基材同士の間隔を狭くすることが可能になるものの、硬度や低摩擦性が不十分な膜が生成することがわかった。こうした膜は、アモルファス炭素膜と呼ぶことはできるものの、一般的にＤＬＣ膜に要求される硬度や耐摩耗性、低摩擦性を有していないためＤＬＣ膜と呼ぶことはできない。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、小型の装置で複数枚の板状基材に同時に良好な特性を持つＤＬＣ膜を生成するＤＬＣ膜量産方法及びその装置を提供することを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

すなわち、本発明のＤＬＣ膜量産方法は、
複数枚の板状基材上に同時にＤＬＣ膜を生成するＤＬＣ膜量産方法であって、
（ａ）アースに接地されたチャンバ内に各板状基材に対向する対向電極を配置することなく、前記複数枚の板状基材を平行に等間隔に並べて配置する工程と、
（ｂ）前記チャンバの内圧が０．１〜１０Ｐａになるように該チャンバに炭素源ガスを導入すると共に各板状基材に一斉にパルス半値幅が０．１〜３μｓｅｃの直流パルスの負電圧を印加することにより、プラズマを発生させて各板状基材上にＤＬＣ膜を生成する工程と、
を含むものである。

このＤＬＣ膜量産方法では、各板状基材に対向する対向電極を配置する必要がないため、各板状基材ごとに対向電極を配置する場合に比べて、ＤＬＣ膜量産装置の小型化が可能となる。一方、プラズマ発生時、各板状基材の周囲にはシースと呼ばれる電子密度の低い領域が生じるが、隣り合う板状基材のシースが重なり合うと成膜に支障が生じることがわかっているため、このようなシースの重なり合いが起こらないように板状基材の間隔を設定する。したがって、シース幅が狭いほど板状基材同士の間隔を狭くすることができる。ここで、プラズマ発生条件として、同じ内圧であれば直流パルスのパルス半値幅が小さいほどシース幅が狭くなる傾向にあり、直流パルスのパルス半値幅が同じであれば内圧が高いほどシース幅が狭くなる傾向にある。しかし、直流パルスを利用してＤＬＣ膜を生成する場合、内圧が高すぎると、硬度や表面粗さが不十分な膜つまりＤＬＣ膜とはいえないアモルファス炭素膜が生成することが実験により判明した。この実験結果を踏まえて、チャンバの内圧を０．１〜１０Ｐａに設定し、負電圧を印加する際の直流パルスのパルス半値幅を０．１〜３μｓｅｃに設定した。こうすることにより、プラズマ発生時のシース幅を十分狭くすることと、硬度が高く表面粗さが小さいＤＬＣ膜を生成することの二つを両立させることが可能になったのである。また、パルス半値幅が短いために、基材温度の上昇が抑えられ、樹脂材料のような低融点材料への成膜が可能である。例えば、チャンバの内圧を１０Ｐａ、パルス半値幅を２．５μｓｅｃとすることで、シース幅を５ｍｍ程度にすることが可能である。以上のように、本発明のＤＬＣ膜量産方法によれば、小型の装置で複数枚の板状基材に同時に良好な特性を持つＤＬＣ膜を生成することができる。

なお、本発明において、パルス半値幅とは、最大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。このパルス半値幅の数値範囲は０．１〜３μｓｅｃ、好ましくは０．５〜１．５μｓｅｃである。また、ＤＬＣ膜は、アモルファス炭素の中でも特にｓｐ３混成軌道結合した炭素を多く含む不規則構造からなる準安定な硬質アモルファス炭素と定義されるが（ＤＬＣ膜ハンドブック、斎藤秀俊監修、株式会社エヌ・ティー・エス発行）、特性についてはいまだ確立された定義はない。しかし、ＤＬＣ膜は硬度が高く耐摩耗性や低摩擦性に優れていることが要求されているため、それを満足する特性を有することが望ましい。

本発明のＤＬＣ膜量産方法において、前記工程（ｂ）では、前記チャンバの内圧及び前記パルス半値幅に依存して決定されるシース幅が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下となるように、前記チャンバの内圧を０．１〜１０Ｐａの範囲内で設定すると共に前記パルス半値幅を０．１〜３μｓｅｃの範囲内で設定してもよい。こうすれば、隣り合う板状基材の間隔を十分狭くすることができるため、量産装置を十分小型にすることができる。また、真空度が１０Ｐａ以下ではガスの拡散が早いためにチャンバ内のガス密度分布が均一となるため、ガス導入口をチャンバ側面に設置でき、設備として非常に簡略な構造とすることができる。

本発明のＤＬＣ膜量産方法において、前記工程（ｂ）では、隣り合う板状基材の間隔を、前記チャンバの内圧及び前記パルス半値幅に依存して決定されるシース幅の２倍を超えるように設定してもよい。こうすれば、隣り合う板状基材のシースの重なり合いを防止することができるため、板状基材の表面全体に成膜することができる。

本発明のＤＬＣ膜量産方法において、予め前記シース幅と前記チャンバの内圧と前記パルス半値幅との関係を定めた検量線を作成し、所望のシース幅となるように前記検量線に基づいて前記チャンバの内圧及び前記パルス半値幅を設定してもよい。シース幅は、チャンバの内圧及びパルス半値幅に依存して変化するからである。

本発明のＤＬＣ膜量産方法において、前記板状基材は、鉄系材質からなるものとしてもよい。鉄系材質としては、ＳＵＳ材、ＳＳ材（一般構造用圧延鋼）、ＳＫＤ材（ダイス鋼）又はＳＫＨ材（ハイスピード鋼）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。ＳＳ材としてはＳＳ４００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。また、アルミニウムを主成分とする材料からなる基板や銅を主成分とする材料からなる基板にも応用できることは当然である。更に、板状基材は、耐摩耗膜により表面が被覆されていてもよい。耐摩耗膜としては、例えば、ＣｒめっきやＮｉめっき、ＴｉＣ膜、Ｗ３Ｃ膜などが挙げられる。あるいは、前記板状基材は、金属上に設置された樹脂材としてもよい。樹脂材としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂などが挙げられる。樹脂材を設置する金属の材質は問わないが、例えば鉄系材料やアルミ系材料が好ましい。

本発明のＤＬＣ膜量産方法において、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各板状基材に印加することが可能となる。

本発明のＤＬＣ膜量産装置は、上述したいずれかのＤＬＣ膜量産方法を実現可能な装置である。

実施例１等のＤＬＣ膜量産装置１０の概略構成を示す説明図である。 直流パルス発生回路２２の回路図である。 各部の電流及び電圧の動作波形の説明図である。 比較例３のＤＬＣ膜量産装置１１０の概略構成を示す説明図である。 パルス半値幅とチャンバ内圧とシース幅との関係を表すグラフである。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はＤＬＣ膜量産装置１０の概略構成を示す説明図、図２は直流パルス発生源の説明図である。

ＤＬＣ膜量産装置１０は、鉄系材質（例えばＳＵＳ材やＳＳ材など）からなる複数の板状基材６０上に同時にＤＬＣ膜を生成する装置である。このＤＬＣ膜量産装置１０は、アースに接続されたステンレス製のチャンバ１２と、このチャンバ１２内で複数の板状基材６０を支持する支持竿１６と、支持竿１６に直流パルスの負の電圧を印加する直流パルス発生回路２２とを備えている。

チャンバ１２は、ステンレス製の板材によって箱型に形成されている。このチャンバ１２の内部は閉空間となっている。また、チャンバ１２は、図示しない真空ポンプに接続され、該真空ポンプの駆動によりチャンバ１２の内圧を負圧に調整するためのガス排出口１３と、内部に各種のガスを導入可能なガス導入口１４とを有している。なお、説明の便宜上、チャンバ１２の幅方向をＸ方向、奥行き方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向と称することとする。

支持竿１６は、Ｘ方向に延びる１本のステンレス製の主支持棒１７と、Ｙ方向に延びる多数のステンレス製の副支持棒１８とで構成される。各副支持棒１８は主支持棒１７と直
交しており、副支持棒１８の中点が主支持棒１７に固着されている。また、各副支持棒１８の両端近傍には図示しないステンレス製のＳ字フックが取り付けられ、このＳ字フックを介して板状基材６０を吊り下げて支持する。この支持竿１６は、チャンバ１２の内部の上段と下段にそれぞれ設けられている。これら２つの支持竿１６は、ステンレス製の上下連結棒２０により導通されている。なお、ここでは、支持竿１６により板状基材６０を支持したが、これ以外の方法で板状基材６０を支持しても構わない。例えば、重量物を吊り下げる場合にはチャンバ下面よりチャンバとは絶縁された支持棒により支持することや、数量が多い場合には支持竿１６をチャンバの中で２つ以上構成し、それぞれに直流パルス発生回路２２を接続して良い。

直流パルス発生回路２２は、チャンバ１２と絶縁された状態で支持竿１６に電気的に接続されている。この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、支持竿１６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。なお、コイル素子４８は、一端は支持竿１６に接続され他端はアースに接地されている。

次に、ＤＬＣ膜量産装置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３に示す。図３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。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ＤＬＣ膜量産装置１０を用いて複数の板状基材６０上にＤＬＣ膜を同時に生成する場合について説明する。まず、板状基材６０の間隔が所定間隔となるように、板状基材６０を上下２段に設けられた支持竿１６に吊り下げる。このときの板状基材６０の間隔については後述する。なお、このＤＬＣ膜量産装置１０では、各板状基材６０に対向する対向電極を積極的に配置してはいないが、支持竿１６のうちＸ方向の両端に吊り下げられた合計８枚の板状基材６０の片面については、対向するチャンバ１２の側壁が存在するため、これらが対向電極の役割を果たす。それ以外の板状基材６０には対向電極の役割を果たすものはない。次に、ガス排出口１３に繋いだ図示しない真空ポンプを用いてチャンバ１２の内圧が０．０１Ｐａ以下となるまで真空引きする。その後、基材を加熱することなく不活性ガス（例えばアルゴンガスやヘリウムガス、窒素ガス、水素ガス、またはこれらの混合ガス）を内圧が数Ｐａになるまでガス導入口１４から導入したあと、プラズマ放電により各板状基材６０の表面をスパッタリングクリーニングする。スパッタリング工程において、基材がプラズマ熱とパルス電流により加熱されるが、パルス半値幅が短いため、基板が高温に加熱されることを抑えることができる。続いて、シリコン元素を含むガス（例えばテトラメチルシランガス）を内圧がコンマ数Ｐａになるまで所定の流量にてガス導入口１４から導入したあと、プラズマ放電によりシリコンを主成分とする下地密着層を形成する。続いて、炭素源ガス（例えばアセチレンガスやメタンガス、ベンゼンガス、トルエンガスなどの炭化水素ガス）を内圧が０．１〜１０Ｐａの範囲で定めた所定の圧力になるようにガス導入口１４から導入し、負電位でパルス半値幅が０．１〜３．０μｓｅｃの範囲で定めた値になるように直流パルス電圧を印加し、数時間かけて成膜を実施する。こうすることにより、プラズマ発生時のシース幅を十分狭くすることと、硬度が高く表面粗さが小さいＤＬＣ膜を生成することの二つを両立させることができ、小型の装置で複数枚の板状基材に同時に良好な特性を持つＤＬＣ膜を生成することができる。

ここで、板状基材６０の間隔は、プラズマ発生時のシース幅（厚さ）の２倍以上となるように設定する。プラズマ発生時、各板状基材６０の表面とプラズマとの間にはシース（電子密度の低い領域）が形成され、シースの両端に加わる電位差によりプラズマ表面からイオンが引き出されて板状基材６０に一様に薄膜が形成される。このため、隣り合う板状基材６０の間には、一様なプラズマが存在する必要がある。一方、板状基材６０の表面近傍に形成されるシースと隣の板状基材６０の表面近傍に形成されるシースとが重なり合うと、両板状基材６０の間には一様なプラズマが存在しなくなるため、薄膜が形成されなくなる。したがって、隣り合う板状基材６０の間隔は、シース幅の２倍より大きくする必要がある。そして、シース幅は、後述する実施例の項で図５を用いて説明するように、プラズマ発生条件におけるパルス半値幅とチャンバ１２の内圧とに依存して決まる。具体的には、直流パルス電圧を印加する際、パルス半値幅を０．１〜３μｓｅｃ、チャンバ１２の内圧を０．１〜１０Ｐａにすれば、シース幅を５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に抑えることができると共にＤＬＣ膜を得ることができることが実験によりわかっている。したがって、この範囲でプラズマ発生条件を設定すれば、板状基材同士の間隔を十分狭めることが可能となり、基材の最小間隔を１０ｍｍ程度に設置することが可能である。

以上詳述した本実施形態のＤＬＣ膜量産装置１０によれば、小型の装置で複数枚の板状基材６０に同時に良好な特性を持つＤＬＣ膜、すなわち硬度が高く表面粗さＲａの小さいＤＬＣ膜を生成することができる。また、ガス導入口がチャンバ側面に設置された簡略な装置構造であるとともに、直流パルス発生回路２２を採用したため、急峻に立ち上がる直流パルス電圧を各板状基材６０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を一次巻線側回路４４と二次巻線側回路５０とで構成したが、インダクタ３０の代わりにコイル素子４８を電気的に接続してもよい。この場合、コイル素子４８は、一端が各板状基材６０を支持する支持竿１６に接続され他端がアースに設置される。このため、コイル素子４８に発生したパルス電圧がそのまま支持竿１６に印加されることになる。

上述した実施形態では、一次巻線側回路４４として第１及び第２半導体スイッチ３２，３４を開いたときにパルス電圧が発生するオープニング方式の回路を採用したが、スイッチを閉じたときにパルス電圧が発生するクロージング方式の回路を採用してもよい。

上述した実施形態では、板状基材として、鉄系材質（例えばＳＵＳ材やＳＳ材など）からなるものを用いたが、これに代えて、鉄系材料やアルミ系材料の金属板の上に樹脂材を設置したものを用いてもよい。この場合も、複数枚の板状基材の樹脂材上に同時に良好な特性を持つＤＬＣ膜を生成することができる。

［実施例１〜６，比較例１〜３］
板状基材６０として、リングを用いた。このリングは、外径φ２５０ｍｍ―内径φ１００ｍｍ、板厚２．０ｍｍで、表面に３μｍのＣｒめっきが施されたＳＫＤ製のものである。また、チャンバ１２は横１ｍ×奥行き１ｍ×高さ１ｍのものを用いた。

基本的な成膜手順は次の通りとした。まず、実施例１〜６，比較例１，２のそれぞれにつき、表１の設置枚数及び基材間隔となるように、上下２段に設けられた支持竿１６に板状基材６０を吊り下げた。次に、ガス排出口１３に繋いだ図示しない油回転ポンプ及び油拡散ポンプをこの順に使用して、チャンバ１２の内圧が０．０１Ｐａ以下になるまで真空引きした。その後、基材を加熱することなくアルゴンガスをチャンバ１２の内圧が１．０Ｐａになるまで導入したあと、直流パルス発生回路２２を制御することにより発生させたプラズマ放電により、各板状基材６０の表面をスパッタリング工程により１時間洗浄した。続いて、テトラメチルシランガスをチャンバ１２の内圧が０．３Ｐａになるまで導入したあと、プラズマ放電によりシリコンを主成分とする厚さ０．１μｍの下地密着層を形成した。スパッタリング工程及び下地密着層形成の際のプラズマ放電は、最大パルス電圧１０ｋＶ、パルス半値幅１．４μｓｅｃの直流パルス電圧を利用して発生させた。続いて、アセチレンガスをチャンバ１２の内圧が１０．０Ｐａになるように導入し、最大パルス電圧４ｋＶ、負電位でパルス半値幅が２．５μｓｅｃの直流パルス電圧を印加し、３時間の成膜を実施した。その後、チャンバ１２から成膜後の板状基材６０を取り出し、硬度と弾性率とを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）を用いて測定した。その結果を成膜速度と共に表１に示す。

一方、比較例３では、図４に示すＤＬＣ膜量産装置１１０を使用した。このＤＬＣ膜量産装置１１０は、支持竿１６の代わり支持竿１１６を利用する以外は、ＤＬＣ膜量産装置１０と同様であるため、以下には支持竿１１６についてのみ詳説する。支持竿１１６は、Ｘ方向に延びる１本のステンレス製の主支持棒１１７とＹ方向に延びる１本のステンレス製の副支持棒１１８とを直交させ、両者の中点で固着したものである。こうした支持竿１１６をチャンバ１２の内部に上下２段に設置した。なお、両支持竿１１６は上下連結棒１２０により電気的に接続した。比較例３では、板状基材６０を主支持棒１１７の両端近傍に２つ吊り下げると共に、副支持棒１１８の両端近傍に２つ吊り下げた。つまり、図４に示すように、合計８枚の板状基材６０を配置した。各板状基材６０の両面とも、対向するチャンバ１２の側壁が存在するため、これらが対向電極の役割を果たす。このように８枚の板状基材６０を支持竿１１６に配置したあと、上述した基本的な成膜手順に準じて成膜を行った。その後、チャンバ１２から成膜後の板状基材６０を取り出し、硬度と弾性率を測定した。その結果を成膜速度と共に表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜６（基材間隔が１０ｍｍ〜５００ｍｍ）では硬度が１７．０ＧＰａ以上、弾性率が１７５ＧＰａ以上のＤＬＣ膜が得られたが、比較例１，２（基材間隔が７ｍｍと５ｍｍ）ではそもそもうまく成膜できなかった。したがって、このプラズマ発生条件では、基材間隔を１０ｍｍ程度まで狭くすることができることがわかった。一方、各板状基材６０の両面がそれぞれ対向電極を持つ比較例３と各板状基材の片面だけ対向電極を持つ実施例１とを比較すると、両者とも同等のＤＬＣ膜が得られた。したがって、ＤＬＣ膜を生成するにあたり、各板状基材６０の両面のそれぞれが対向電極を持つ必要はないことがわかった。

［実施例７〜１０，比較例４〜６］
実施例７〜１０，比較例４〜６は、パルス半値幅を１．０μｓｅｃとし、チャンバ１２の内圧を種々変化させた以外は、実施例４と同様にして成膜を実施した。すなわち、チャンバ１２の内圧を０．０１〜２０Ｐａの範囲で設定して成膜を実施した。その結果を表２に示す。

表２から明らかなように、実施例７〜１１では、硬度が１４．０ＧＰａ以上で弾性率が１３５ＧＰａ以上でありしかも表面粗さＲａが０．１ｎｍ未満のＤＬＣ膜が得られた。表面粗さＲａが０．１ｎｍ未満ということは、十分な低摩擦性であることを示す。一方、比較例４（チャンバ１２の内圧が０．０１Ｐａ）では、放電しなかったため成膜できなかった。また、比較例５，６（チャンバ１２の内圧が１３Ｐａ以上）では、成膜できたものの表面粗さＲａが０．５以上であり、ＤＬＣ膜の一つの特徴である低摩擦性が得られなかったため、得られた膜はＤＬＣ膜ではないと判断した。

[シース幅とチャンバ１２の内圧とパルス半値幅との関係]
プラズマ放電時のシース幅と直流パルス電圧のパルス半値幅とチャンバ１２の内圧との関係を調べた。ここでは、アリオス（株）製のラングミュアプローブ プラズマモニターＬＰＭ−１００を使用し、アルゴンガスを用いて測定した。このときの結果を図５に示す。図５から明らかなように、チャンバ１２の内圧を０．１Ｐａ以上の範囲に設定し、直流パルス電圧のパルス半値幅を０．１〜３μｓｅｃの範囲に設定することにより、シース幅を５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に制御することができることがわかった。このように、シース幅を５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に抑えれば、基板間隔を十分狭くすることが可能となる。しかし、チャンバ１２の内圧が１３Ｐａ以上では、表２に示したようにＤＬＣ膜が得られないため、チャンバ１２の内圧は０．１〜１０Ｐａの範囲で設定する必要がある。つまり、ＤＬＣ膜量産装置１０でＤＬＣ膜を量産するには、プラズマ発生時にチャンバ１２の内圧を０．１〜１０Ｐａ、直流パルス電圧のパルス半値幅を０．１〜３μｓｅｃとすることが好ましいといえる。

［実施例１１〜１８，比較例７〜１０］
板状基材６０として、円形の金属板を用いた。この金属板は、外径φ２５０ｍｍ、板厚２．０ｍｍのＳＵＳ３０４製の部材であり、金属表面の両面に厚み２ｍｍ、縦１００×横１００ｍｍのポリカーボネート樹脂板又は塩化ビニル樹脂板が設置されたものである。また、チャンバ１２は、横１ｍ×奥行き１ｍ×高さ１ｍのものを用いた。そして、実施例１〜６と同様にして、成膜の実施及び成膜後のＤＬＣ膜の評価を行った。ポリカーボネート樹脂板、塩化ビニル樹脂板の各表面のＤＬＣ膜の評価は、ＨＥＩＤＯＮ：ＴＹＰＥ−３２（新東科学（株））を使用してスクラッチ試験による膜の密着性評価を実施した。スクラッチ試験に用いた針は先端半径が５０μｍのダイヤモンド圧子であり、荷重は１０ｍｇｆとした。樹脂などの柔らかい材料の上の硬質膜の評価は基材自体が柔らかいために硬度の測定が難しく、樹脂との密着性を確認することと目視判断とにより、良好なＤＬＣ膜かどうかの判断を行った。ポリカーボネート樹脂の結果を表３に、塩化ビニル樹脂の結果を表４に示す。表３と表４から明らかなように、チャンバ１２の内圧は０．１〜１０．０Ｐａの範囲で設定する必要がある。

１０ ＤＬＣ膜量産装置、１２ チャンバ、１３ ガス排出口、１４ ガス導入口、１６
支持竿、１７ 主支持棒、１８ 副支持棒、２０ 上下連結棒、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、３２Ｋ カソード端子、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、３８Ｄ ドレイン端子、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、６０ 板状基材。

Claims (9)

1. 複数枚の板状基材上に同時にダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）膜を生成するＤＬＣ膜量産方法であって、
   （ａ）アースに接地されたチャンバ内に各板状基材に対向する対向電極を配置することなく、前記複数枚の板状基材を平行に等間隔に並べて配置すると共に電気的に接続する工程と、
   （ｂ）前記チャンバの内圧が０．１〜１０Ｐａになるように該チャンバに炭素源ガスを導入すると共に各板状基材に一斉にパルス半値幅が０．１〜３μｓｅｃの直流パルスの負電圧を印加することにより、プラズマを発生させて各板状基材上にＤＬＣ膜を生成する工程と、
   を含むＤＬＣ膜量産方法。
2. 前記工程（ｂ）では、前記チャンバの内圧及び前記パルス半値幅に依存して決定されるシース幅が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下となるように、前記チャンバの内圧を０．１〜１０Ｐａの範囲内で設定すると共に前記パルス半値幅を０．１〜３μｓｅｃの範囲内で設定する、
   請求項１に記載のＤＬＣ膜量産方法。
3. 前記工程（ｂ）では、隣り合う板状基材の間隔を、前記チャンバの内圧及び前記パルス半値幅に依存して決定されるシース幅の２倍を超えるように設定する、
   請求項１又は２に記載のＤＬＣ膜量産方法。
4. 前記工程（ｂ）では、予め前記シース幅と前記チャンバの内圧と前記パルス半値幅との関係を定めた検量線を作成し、該検量線に基づいて所望のシース幅となるように前記チャンバの内圧及び前記パルス半値幅を設定する、
   請求項２又は３に記載のＤＬＣ膜量産方法。
5. 前記板状基材は、ＳＵＳ材、ＳＫＤ材、ＳＳ材又はＳＫＨ材からなる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＬＣ膜量産方法。
6. 前記板状基材は、金属上に設置された樹脂材である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＬＣ膜量産方法。
7. 前記板状基材は、耐摩耗膜により表面が被覆されている、
   請求項５又は６に記載のＤＬＣ膜量産方法。
8. 前記板状基材は、セラミックスの押出成形、射出成形又は乾式成形に用いられる部品である、
   請求項５又は６に記載のＤＬＣ膜量産方法。
9. 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１〜８のいずれか１項に記載のＤＬＣ膜量産方法。