JP6586618B2 - Dlc膜形成方法及びdlc膜形成装置 - Google Patents
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Description
DLC膜は、金型や工具等の硬質保護皮膜として用いれられ、例えば、a−C:HからなるDLCの成膜には、炭化水素系のガスを原料とする方法が用いられている。
本発明者らの一部は、特開2008−297171号公報(特許文献1)、特開2008−297477号公報(特許文献2)及び特開2009−6470号公報(特許文献3)に、ta−CからなるDLC膜(ta−C膜)を保護膜として形成した金型、摺動部材、工具を開示している。ta−C膜の成膜には、T字状のフィルタードアーク蒸着(T-shape filtered arc deposition:T−FAD)装置(以下、単に「フィルタードアーク装置」とも称する)が用いられている。
また、特開2010−5744号公報(特許文献5)には、フィルタードアーク蒸着法(FAD法)による成膜中にテトラメチルシラン(TMS,化学式:Si(CH3)4)ガスを供給して、Siを添加することが記載されている。硬質炭素膜にSiを添加することによって、耐熱性を向上させることを目的としていることが記載されている。
特表2002−544380(特許文献6)や特開2013−949414(特許文献7)には、蒸発源に金属を含有させ、真空アーク法やフィルタードアーク蒸着法を用いて、金属含有DLCを成膜することが記載されている。
特許文献4に記載されるa−DLC−Si膜は、反応室内に反応ガスとしてメタン(CH4)を1%、水素(H2)を99%含むガスを供給すると共に、レーザー光をSiターゲットに照射して、蒸発させたSiをDLCに添加している。よって、メタンガスや水素ガスを導入することから、成膜されるDLC膜はa−C:Hが基本構造である。よって、水素フリーのDLC膜やsp3結合の比率の高いta−Cに比べ、耐久性が低いことは明らかである。
添加される他元素としては、DLC膜の耐熱性を向上させる種々元素を添加することができる。よって、DLC膜を形成する対象物の材料や使用環境に応じて添加元素を選択することができ、耐熱性が殆ど低下しない元素であれば、さらに異なる他元素を添加することができる。
第1の形態に係る真空アークは、真空中におけるアーク放電によって陰極として配設された炭素を含有する主蒸発源から真空アークプラズマを発生させて、DLC膜を形成する真空アーク蒸着法である。炭化水素系のガス導入をしないから、水素を含まないa−C膜やta−C膜を形成することができる。また、DLC膜の成膜時に、常温で基体でない副蒸発源から他元素を供給することによって耐熱性を付与することができる。よって、前記他元素が添加される
第1の形態に係るフィルタードアークは、陰極である主蒸発源の真空アークプラズマを磁場で誘導する輸送ダクトがフィルター機能を有するものであり、輸送ダクトの壁面にドロップレットを捕集するものである。真空アークプラズマを発生させたとき、電気的に中性なサブミクロン以上のサイズを有するドロップレットが、蒸発源である陰極で生成される。よって、真空アークプラズマを磁場で誘導し、経路が屈曲及び/又は湾曲してフィルター機能が付与された輸送ダクトの壁面にドロップレットを衝突させて捕集することができる。後述するように、輸送ダクトを屈曲させ、その屈曲部にドロップレット捕集部を設けたものがT字状のフィルタードアーク蒸着(T-shape filtered arc deposition:T−FAD)装置である。
第1の形態に係るレーザー蒸発は、固体の主蒸発源にレーザー光を照射して蒸発させることができ、ガス導入することなくDLC膜を成膜すると同時に、副蒸発物質の他元素を添加して、好適な耐熱性を付与することができる。
前述の真空アーク、フィルタードアークとレーザー蒸発と同様に、抵抗加熱蒸発、電子線蒸発、熱セル蒸発、るつぼ型蒸発、ノズル蒸発及び有機EL蒸発もガス導入なしに、真空中で副蒸発物質の他元素を供給することができる。よって、主蒸発源によるDLC膜の成膜と同時に、他元素を添加して高品質の他元素含有DLC膜を対象物の表面に形成することができる。
抵抗加熱蒸発は、抵抗に電圧を印加して抵抗熱により副蒸発源を加熱して副蒸発物質を蒸発させるものであり、電子線蒸発は、電子線を照射して電子線のエネルギーで加熱することにより副蒸発源を蒸発させるものである。
熱セル蒸発とるつぼ型蒸発は、熱セルやるつぼを加熱して熱セル内やるつぼ内の副蒸発源を加熱して副蒸発物質を蒸発させるものである。ノズル蒸発では、副蒸発源がノズルを有する炉内に配置され、所定の蒸発方向に蒸発物質を供給するノズルが設けられ、ノズル内に蒸発物質が堆積しないようノズルが加熱されている。
有機EL蒸発は、有機ELの製造用に用いられる蒸発方法であり、比較的低温で揮発する有機材料をるつぼにより加熱して蒸発させるものである。
即ち、主蒸発物質発生手段が真空アーク装置、フィルタードアーク装置又はレーザー蒸発装置であるから、一切、ガスを導入することなく、前記副蒸発源により耐熱性を向上させる前記他元素を添加すると共に、高品質のDLC膜を対象物の表面に形成することができる。ガス導入を行わないことにより、ガスに含まれる水素や他の不純物がDLC膜に添加されることがなく、高品質のDLC膜を成膜し、且つ他元素を含有させることができる。
真空アーク装置、フィルタードアーク装置又はレーザー蒸発装置は、前述した真空アーク、フィルタードアーク又はレーザー蒸発を用いてDLC膜を形成する装置であり、これ以上の説明は省略する。
添加される他元素としては、DLC膜の耐熱性を向上させる種々元素を添加することができる。よって、DLC膜を形成する対象物の材料や使用環境に応じて添加元素を選択することができ、耐熱性が殆ど低下しない元素であれば、さらに異なる他元素を添加することができる。
主蒸発物質発生部8は、フィルター部12aを介して対象物6が配置された処理部4に接続され、同様に、副蒸発物質発生部10は、フィルター部12bを介して処理部4に接続されている。よって、主蒸発源2と副蒸発源3の蒸発物質を各々のフィルター部12a、12bを介して処理部4に導入し、他元素が添加されたDLC膜を対象物6の表面に成膜する。添加される他元素の含有量は、蒸発量や成膜時間等によって調整可能である。
前記フィルター部12a、12bは、主蒸発源2や副蒸発源3の蒸発物質以外に生じる不純物を除去する機能を有し、例えば、主蒸発物質蒸発手段8aがフィルタードアーク蒸着装置である場合、主蒸発源2からプラズマと共に、電気的に中性な粒子等からなるドロップレットが発生する。よって、フィルター部12aには、主蒸発源発生部8から処理部4に進行するプラズマの経路を電磁力によって屈曲又は湾曲させ、ドロップレットと分離する等のフィルター機構が設けられている。
副蒸発物質蒸発手段10aとしては、抵抗加熱蒸発、電子線蒸発、真空アーク、フィルタードアーク、レーザー蒸発、パルスレーザーアーク、加熱セル蒸発、るつぼ型蒸発、ノズル蒸発又は有機EL蒸発を用いることができる。主蒸発物質蒸発手段8aがガス導入を行わず主蒸発物質を蒸発させるものであることから、副蒸発物質蒸発手段10aもガス導入せずに、他元素を蒸発させる蒸発手段を選択される。
なお、当然ながら真空度は低い程好ましく、より強力な真空ポンプを用いて真空度を向上させる手法が好ましい。その他、成膜前にアーク放電させることで、フィルターダクト内の脱ガスを促進させる手法や、成膜前のArイオンエッチング工程を長めに行い、炉内の脱ガスを進める手法等も有効である。
(2C)では、主蒸発源2から主の蒸発物質を電磁気力により湾曲状に進行させ、主蒸発物質に含まれるドロップレットと分離させている。最終的に対象物6の主進行方向に沿って、被覆面中心領域6aに到達している。また、(2C)において、副蒸発源3からの副蒸発物質は、(2A)と同様に直進して副進行方向9に沿って被覆面中心領域6aに到達している。同様に、主進行方向7と副進行方向9のなす角θが180°以下であれば、他元素含有DLC膜を好適に対象物6の表面に成膜することができる。
入力INで行われたDLC膜の設定は、コンピュータCに送信され、メモリであるROMに保存されたDLC膜製造プログラムをCPUで演算し、入出力ポートI/Oを介して、各ステップの制御信号が主蒸発物質発生部ME、副蒸発物質発生部SE及び処理部PUに送信される。よって、主蒸発物質発生部ME、副蒸発物質発生部SE及び処理部PUを制御して、所定のDLC膜を処理部PUの対象物に形成することができ、成膜時に、主蒸発物質発生部ME、副蒸発物質発生部SE及び処理部PUから各々の状態がフィードバックされ、さらにコンピュータCから対応するステップに進むよう制御信号が指示される。
プラズマは、プラズマ引出用コイル34によってフィルター部12に誘導され、ドロップレットを含む主蒸発物質が混合進行路48を進行する。混合進行路48を進行するプラズマは、プラズマ屈曲用コイル36により屈曲部46で主進行路18に誘導され、ドロップレットはドロップレット進行方向40に進んでドロップレット捕集部42に捕集される。ドロップレットが分離されたプラズマは、プラズマガイド用コイル38により主進行路18を誘導され、処理部4に導入される。
よって、主進行路18を進行してきた主蒸発物質によって被覆面6bにDLC膜が成膜されると同時に、副進行路20を介して供給される副蒸発物質が添加されていく。
18と副進行路20の関係を明確に示している。主蒸発物質の主進行方向7は、水平方向であるが、図5に示すように、副進行方向9は、副蒸発物質が下方の副進行路入口20aから上方の副進行路出口20bに上昇するよう配置されている。従って、主蒸発物質は、水平方向に主進行路出口18aから対象物に進行し、副蒸発物質は、鉛直方向に副進行路出口20bから対象物に進行する。
副進行路入口20aの下方にある副蒸発源が存在する位置を副位置としたとき、処理部4内の対象物が存在する対象位置より、副蒸発源の副位置が鉛直方向の低位置に配置され、副蒸発物質が副進行方向9である鉛直方向に上昇して対象物の表面に到達する。
また、副蒸発物質発生手段がレーザー蒸発装置である場合、処理部4に設けられたレーザー入射窓4aからレーザー光を入射させ、副進行路入口20aの下方に設けられた副蒸発源にレーザー光を照射して副蒸発物質を蒸発させることができる。
ステップ2では、主蒸発物質発生部MEが起動状態にあるか判断され、主蒸発物質発生部MEから主蒸発物質を処理部PUに供給可能な状態にある場合にYとなり、ステップ3に進む。主蒸発物質発生部MEが起動状態に無い場合、Nとなり、主蒸発物質発生部MEが起動状態になるまで待機状態となる。同様に、ステップ3では、副蒸発物質発生部SEが起動状態にあるか判断され、副蒸発物質発生部SEから主蒸発物質を処理部PUに供給可能な状態にある場合にYとなり、ステップ3に進む。副蒸発物質発生部SEが起動状態に無い場合、Nとなり、副蒸発物質発生部MEが起動状態になるまで待機状態となる。
ステップ4では、初期時間に設定され、主蒸発物質発生部MEの主蒸発時間TmがTm=0に設定されると同時に、副蒸発物質発生部SEの副蒸発時間TsがTs=0に設定され、ステップ5に進む。ステップ5では、主蒸発物質発生部MEの主蒸発時間Tmと副蒸発物質発生部SEの副蒸発時間Tsが同時に進行し、点Pを介してステップS6に進む。
後述するように、ステップ6では、設定に応じていくつかの蒸発パターンが実行され、ステップ6における蒸発が終了し、点Qを介してステップ7に進む。ステップ7では、蒸発を繰り返す場合にYとなり、点Pを介してステップS6に戻り、蒸発を繰り返す。ステップ7において、蒸発を繰り返さない場合には、Nとなり、DLC膜成膜装置の制御フローが終了(END)となる。
蒸発パターンBでは、主蒸発物質発生部MEにおける主蒸発と副蒸発物質発生部SEにおける副蒸発が同時に開始して、主蒸発が先に終了し、副蒸発が後に終了する。蒸発パターンCでは、主蒸発物質発生部MEにおける主蒸発と副蒸発物質発生部SEにおける副蒸発が同時に開始して、副蒸発が先に終了して、主蒸発が後に終了する。
蒸発パターンG〜Iでは、全て、副蒸発物質発生部SEにおける副蒸発が先に開始して、主蒸発物質発生部MEにおける主蒸発が後に開始する。図示に示すように、蒸発パターンGでは、主蒸発物質発生部MEにおける主蒸発と副蒸発物質発生部SEにおける副蒸発が同時に終了し、蒸発パターンHでは、主蒸発物質発生部MEにおける主蒸発が先に終了し、副蒸発物質発生部SEにおける副蒸発が後に終了する。また、蒸発パターンIでは、副蒸発物質発生部SEにおける副蒸発が先に終了し、主蒸発物質発生部MEにおける主蒸発が後に終了する。
図10のフロー図では、図8の点Pよりステップ11に進む。ステップ11では、事前の設定に基づいて、主蒸発物質発生部MEの主蒸発開始時間Tmsと副蒸発物質発生部SEの副蒸発開始時間Tssが同時かどうか判断され、主蒸発と副蒸発の開始が同時の場合、Tms=Tssであり、Yとなってステップ12に進む。主蒸発と副蒸発の開始が同時ではなく、時間差を設ける場合にNとなり、ステップ17に進む。ステップ17については後述する。
ステップ12では、主蒸発時間Tmが主蒸発開始時間Tmsに到達しているかどうか判断し、Yの場合にステップ13に進む。ステップ12がNの場合、ステップ12に戻ることから、主蒸発時間Tmが主蒸発開始時間Tmsになるまで待機となる。ステップ13では、主蒸発物質発生部MEの主蒸発と副蒸発物質発生部SEの副蒸発が同時に開始され、ステップ14に進む。尚、ステップ13は同時開始であるため、ステップ12において、副蒸発時間Tsが副蒸発開始時間Tssに到達しているかどうかを判断しても良い。
ステップ15では、主蒸発時間Tmが主蒸発終了時間Tmeに到達しているかどうか判断し、Yの場合にステップ16に進む。ステップ15がNの場合、ステップ15に戻ることから、主蒸発時間Tmが主蒸発終了時間Tmeになるまで蒸発が持続される。ステップ16では、主蒸発物質発生部MEの主蒸発と副蒸発物質発生部SEの副蒸発が同時に終了し、点Qを介して図8のステップ7に進む。同様に、図10のステップ16は同時終了であるため、ステップ15において、副蒸発時間Tsが副蒸発終了時間Tseに到達しているかどうかを判断しても良い。
図10に示したステップ11〜ステップ13への工程は、図9における蒸初パターンA〜Cの主蒸発と副蒸発の同時開始に対応し、図10のステップ14〜16への工程は、図9における蒸初パターンA、D、Gの主蒸発と副蒸発の同時終了に対応する。
ステップ24では、副蒸発時間Tsが副蒸発開始時間Tssか判断され、Yの場合にステップ25に進み、ステップ25では、副蒸発物質発生部SEで副蒸発が開始され、点Q1を介して図10のステップ14に進む。ステップ22において、副蒸発時間Tsが副蒸発開始時間TssになっていないNの場合、ステップ22に戻り、副蒸発開始時間Tssになるまで繰り返されることから、待機となる。
ステップ21において、主蒸発物質発生部MEの主蒸発が先に開始しない場合、Nとなり、ステップ26に進む。ステップ26では、副蒸発時間Tsが副蒸発開始時間Tssか判断され、Yの場合にステップ27に進み、ステップ27では、副蒸発物質発生部SEで副蒸発が開始され、ステップ28に進む。ステップ26において、副蒸発時間Tsが副蒸発開始時間TssになっていないNの場合、ステップ26に戻り、副蒸発開始時間Tssになるまで繰り返されることから、待機となる。
ステップ28では、主蒸発時間Tmが主蒸発開始時間Tmsか判断され、Yの場合にステップ29に進み、ステップ29で主蒸発物質発生部MEの主蒸発が開始し、点Q1を介して図10のステップ14に進む。ステップ28において、主蒸発時間Tmが主蒸発開始時間TmsになっていないNの場合、ステップ28に戻り、主蒸発開始時間Tmsになるまで繰り返されることから、待機となる。
図11におけるステップ22〜25の流れが、蒸発パターンD〜Fにおける主蒸発が先に開始する場合に対応し、図11におけるステップ26〜29の流れが、蒸発パターンG〜Iにおける副蒸発が先に開始する場合に対応する。
ステップ34では、副蒸発時間Tsが副蒸発終了時間Tseか判断され、Yの場合にステップ35に進み、ステップ35では、副蒸発物質発生部SEで副蒸発が終了し、図10の点Q2と点Qを介して接続される図8のステップ7に進む。ステップ34において、副蒸発時間Tsが副蒸発終了時間TseになっていないNの場合、ステップ34に戻り、副蒸発終了時間Tseになるまで繰り返されることから、副蒸発が持続する。
ステップ31において、主蒸発物質発生部MEの主蒸発が先に終了しない場合、Nとなり、ステップ36に進む。ステップ36では、副蒸発時間Tsが副蒸発終了時間Tseか判断され、Yの場合にステップ37に進み、ステップ37では、副蒸発物質発生部SEで副蒸発が終了し、ステップ38に進む。ステップ36において、副蒸発時間Tsが副蒸発終了時間TseになっていないNの場合、ステップ36に戻り、副蒸発開始時間Tseになるまで繰り返されることから、副蒸発が持続する
ステップ38では、主蒸発時間Tmが主蒸発終了時間Tmeか判断され、Yの場合にステップ39に進み、ステップ39で主蒸発物質発生部MEの主蒸発が終了し、図10の点Q2と点Qを介して接続される図8のステップ7に進む。ステップ38において、主蒸発時間Tmが主蒸発終了時間TmeになっていないNの場合、ステップ38に戻り、主蒸発終了時間Tmsになるまで繰り返されることから、主蒸発が持続する。
図12におけるステップ32〜35の流れが、図9に示した蒸発パターンB、E、Hにおける主蒸発が先に終了する場合に対応し、図12におけるステップ36〜39の流れが、図9に示した蒸発パターンC、F、Iにおける副蒸発が先に終了する場合に対応する。
加熱試験における熱処理では、DLC膜が成膜された基材を各熱処理温度まで加熱しており、熱処理前と、所定の熱処理温度まで加熱した珪素含有DLC膜(珪素含有量:3at.%)のラマン分光スペクトルを測定した。各熱処理温度は、図示のように、800℃、850℃、900℃及び950℃である。熱処理装置内の到達真空度を3.0×10−2Paとし、各熱処理温度まで2時間で昇温後、1時間保持し、その後、常温まで冷却を行った。試験前後には、アルゴンガスのパージを行った。
熱処理温度が950℃であるスペクトル(e)では、GバンドとDバンドが明確に分離してハイブリッドバンドが測定されなくなっている。即ち、スペクトル(e)は、熱処理によって珪素含有DLC膜の構造が変化したことを示しており、基材表面の被膜としての特性が変化していることを示している。
よって、図22、図23に示した実施例と比較例のラマン分光スペクトルの熱処理温度に対する変化から、珪素の添加によりDLC膜に好適な耐熱性が付与されたことが明確に示されている。また、本願明細書では、DLC膜における耐熱性の向上を示す明確な実測データとして、ラマン分光スペクトルにおけるハイブリッドバンド(Hバンド)が高温での熱処理後も分離されないことを示しており、図22、図23に示すように、本発明と比較例は完全に区別される。
また、試料#02のDLC(1)と#03のDLC(2)は、珪素を添加していないDLC膜の成膜条件を比較例として示したものである。更に、試料#04のDLC:Si:Hは、他元素の原料としてTMS蒸気を導入し、水素を含む珪素含有DLC(表1に「DLC:Si:H」と記載)膜が成膜される成膜条件を他の比較例として示している。
尚、各成膜条件のDLC膜は、電子線マイクロアナライザ分析およびエネルギー分散型X線分析によって、珪素含有量を求めている。また、水素含有量は、共鳴核反応分析によって求めている。以下に、上記4種類のDLC膜の成膜条件を詳細に説明する。
試料#01の成膜では、主蒸発源のアーク電流が一定となるよう保持し、EB装置の加速電圧を6kVとして、エミッション電流を80〜120mAの範囲内で変化させ、珪素の蒸発量を調整している。主蒸発源と副蒸発源を同時に運転して、珪素含有量を調整することによって、所望の試料#01のDLC:Si膜を基材上に成膜している。表1に示すように、印加電圧は約―100Vのパルス電圧である。試料#01のDLC:Siは、図22に示したラマン分光スペクトルの結果と同様に、珪素添加によって耐熱性が向上する。
表1の試料#03は、珪素を添加しないDLC膜であり、T−FAD装置により黒鉛陰極材料からなる蒸発源を用いて成膜しており、表中に「DLC(2)と記載している。試料#03は、被成膜基板に対する印加電圧が約−100VのDC電圧であり、基板バイアスの条件が変更されても、DLC膜に大きな変化がないことを確認するために成膜したものである。試料#03は、図23のラマン分光スペクトルを測定したDLC膜と同じ成膜条件であり、図23と同様に、800℃以上の熱処理では、ラマン分光スペクトルに現れるDバンドとGバンドが顕著に分離する。また、図示していないが、比較例の試料#02を用いたラマン分光スペクトルの測定においても、DバンドとGバンドが顕著に分離する同様の結果が得られている。よって、DLC膜の熱処理温度に依存したラマン分光スペクトルの変化は、基板バイアスの条件が変わっても、ほぼ同じ傾向にあることが確かめられている。
これらの結果は、前述のように、珪素の添加によってDLC膜に好適な耐熱性が付与されることを示している。
表1の試料#04は、TMS蒸気を導入し、水素を含む珪素含有DLC膜を超硬基板に成膜したものであり、このDLC膜を「DLC:Si:H」と称している。
なお、珪素含有黒鉛陰極材料が蒸発源に用いられる場合、特別な対策を施さない限り、添加物の溶出、析出、浮き出し、及び/又は偏析により放電が不安定となるが、主蒸発源と副蒸発源を有する本発明の方法では、そのような問題が発生しないため、長時間安定した放電が可能になる。
前述のように、波数が1000〜1200cm−1の間にピークを有するSバンドは、ta−Cにおけるsp3結合由来のバンドであり、試料#1〜3のラマン分光スペクトル測定においてSバンドが測定されている。よって、試料#1〜3の珪素含有DLC膜は、ta−C膜と同様の強度を有し、さらに珪素添加による好適な耐熱性が付与されている。
尚、ta−Cに分類されるDLC膜に関し、sp3結合/(sp2結合+sp3結合)の比が0.5〜0.9、水素含有量が0〜5at.%、ナノインデンテーション硬さが40〜100GPa、密度が2.7〜3.4g/cm3であることをta−Cの定義とする場合もある(特許文献1)が、本願明細書では、前記ラマン分光スペクトルにおいてSバンドが測定されるものをsp3比率の高いta−Cとみなしている。
また、本発明のDLC膜は、プロセスチャンバ内に水素を含むガスを意図的には導入しないで成膜したものであり、実質的に水素を含まない水素フリーのDLC膜である。但し、元来、真空チャンバ内壁や電極内(および内壁)に付着、吸着していたガス、ゴミ、あるいは水などがプロセス中に脱離して、膜内に混入する場合もあるため、水素含有量を完全になくすことは困難であるが、その程度は、通常5at.%以下である。そして、この程度であれば、保護膜としての密度や硬さ、耐熱性、耐摩耗性、耐凝着性、耐食性、光透過性、電気伝導度などの機械的特性、化学的特性、電気的特性、光学的特性への実質的な影響がないことから、具体的な水素含有量としては5at.%以下を意味する。
試料#7のDLC:Si:Hは、前述のように、TMSガスの導入によって珪素が添加され、さらに水素を含有するものであり、Sバンドのピークは観察されていない。
ガラスレンズの成形試験では、ガラスプリフォーム材料(ガラス転移点608℃、軟化点713℃)を使用し、成形時の温度を683℃、プレス荷重を400kgfとして、窒素雰囲気中でガラスレンズを成形している。プレス成形を繰り返し、DLC膜が剥離することなく、成形用金型表面へのガラス材料の付着や成形されたレンズの表面形状の変化を引き起こすことなく、成形可能な回数(以下、単に「成形回数」とも称する)を調査している。
添加される他元素としては、DLC膜の耐熱性を向上させる種々元素を添加することができる。よって、DLC膜を形成する対象物の材料や使用環境に応じて添加元素を選択することができ、耐熱性が殆ど低下しない元素であれば、さらに異なる他元素を添加することができる。
よって、切削工具、切断工具、成型加工工具、精密金型、ガラスプレス用金型、摺動部品又は装飾品の表面に耐熱性の優れたDLC膜からなる保護膜を形成することができる。
2 主蒸発源
3 副蒸発源
4 処理部
4a レーザー入射窓
6 対象物
6a 被覆面中心領域
6b 被覆面
7 主進行方向
8 主蒸発物質発生部
8a 主蒸発物質蒸発手段
9 副進行方向
10 副蒸発物質発生部
10a 副蒸発物質蒸発手段
12 フィルター部
12a フィルター部
12b フィルター部
17 電子線蒸発装置
17a 電子線照射部
18 主進行路
18a 主進行路出口
20 副進行路
20a 副進行路出口
20b 副進行路入口
22 電源
24 電流制限抵抗器
26 トリガ電極
28 陽極
30 シールド
32 アーク安定化用コイル
34 プラズマ引出用コイル
36 プラズマ屈曲用コイル
38 プラズマガイド用コイル
40 ドロップレット進行方向
42 ドロップレット捕集部
44 取付台
46 屈曲部
48 混合進行路
61 副蒸発物質発生部
62 副進行路
64 屈曲部
66 ドロップレット衝突壁
68 プラズマ屈曲用コイル
69 アーク安定化用コイル
71 副蒸発物質発生部
72 副進行路
79 アーク安定化用コイル
80 混合層
81 主蒸発物質層
82 混合層
83 主蒸発物質層
84 対象物
t1 厚さ
t2 厚さ
Claims (7)
- ガス導入しない真空雰囲気下に設定された固体又は液体からなる2個以上の蒸発源を蒸発させて生成された蒸発物質により対象物の表面に被膜を形成する被膜形成方法であり、少なくとも1個の蒸発源が炭素を含有する固体の主蒸発源であり、少なくとも1個の蒸発源が炭素以外の常温で気体でない他元素からなる副蒸発源であり、前記主蒸発源の主蒸発物質を発生させる方法が真空アーク、フィルタードアーク又はレーザー蒸発であり、前記対象物の被覆面中心領域に対して、前記主蒸発源と前記副蒸発源から各々の蒸発物質を主進行方向と副進行方向に沿って進行させ、前記被覆面中心領域に入射する前記主進行方向と前記副進行方向のなす角θが180°より小さい角度で斜交するように構成されており、
メモリに保存されたDLC膜製造プログラムに従ってコンピュータからの信号によりDLC膜を製造するステップを有し、
該製造ステップは、
主蒸発物質発生部が起動状態にあるか判断するステップと、
副蒸発物質発生部が起動状態にあるか判断するステップと、
主蒸発物質発生部の主蒸発時間TmがTm=0に設定されると同時に、副蒸発物質発生部の副蒸発時間TsがTs=0に設定されるステップと、
主蒸発時間と副蒸発時間が同時に進行されるステップと、
下記の蒸発パターンが実行されるステップと、
蒸発を開始する蒸発パターンは(1)〜(3)のいずれかが選択され、
(1)主蒸発と副蒸発を同時に開始する
(2)主蒸発を副蒸発より先に開始する
(3)主蒸発を副蒸発より後に開始する、
蒸発を終了する蒸発パターンは(4)〜(6)のいずれかが選択され、
(4)主蒸発と副蒸発を同時に終了する
(5)主蒸発を副蒸発より先に終了する
(6)主蒸発を副蒸発より後に終了する、
更に前記蒸発を繰り返すかどうかを判断するステップから少なくとも構成され、
1種以上の前記他元素を含有した他元素含有DLC膜を前記対象物の前記被覆面に形成することを特徴とするDLC膜形成方法。 - 前記副蒸発源の副蒸発物質を発生させる方法が抵抗加熱蒸発、電子線蒸発、真空アーク、フィルタードアーク、レーザー蒸発、加熱セル蒸発、るつぼ型蒸発、ノズル蒸発及び有機EL蒸発から選択される1種以上の方法である請求項1に記載のDLC膜形成方法。
- 前記副蒸発源が存在する副位置が前記対象物が存在する対象位置より鉛直方向の低位置に配置され、前記副蒸発源の副蒸発物質が鉛直方向に上昇して前記対象物の表面に到達する請求項1又は2に記載のDLC膜形成方法。
- 前記主蒸発物質と前記副蒸発物質とが混合して形成される蒸着層を混合層とし、前記主蒸発物質だけから形成された蒸着層を主蒸発物質層としたとき、前記混合層と前記主蒸発物質層とを交互に積層して前記混合層の層厚を1nm以上に調整した積層DLC膜を形成する請求項1、2又は3に記載のDLC膜形成方法。
- ガス導入しない真空雰囲気下に蒸発源が配置される少なくとも2つの蒸発物質発生部と、前記蒸発源の蒸発物質を導入して対象物の表面に被膜を形成する処理部から構成される被膜形成装置であり、少なくとも2つの前記蒸発物質発生部のうち一方が炭素を含有する固体の主蒸発源を配置した主蒸発物質発生部であり、他方が炭素以外の常温で気体でない他元素からなる固体又は液体の副蒸発源を配置した副蒸発物質発生部であり、前記主蒸発源の主蒸発物質を発生させる主蒸発物質発生手段が真空アーク装置、フィルタードアーク装置又はレーザー蒸発装置であり、前記対象物の被覆面中心領域に対して、前記主蒸発源と前記副蒸発源から各々の蒸発物質が主進行方向と副進行方向に沿って進行され、前記被覆面中心領域に入射する前記主進行方向と前記副進行方向のなす角θが180°より小さい角度で斜交するように構成されており、
DLC膜製造プログラムを保存したメモリと、DLC膜製造プログラムに従って形成信号を前記主蒸発物質発生部と前記副蒸発物質発生部と前記処理部に信号を送信するコンピュータを具備し、
前記DLC膜製造プログラムはコンピュータからの信号によりDLC膜を製造するステップを有し、該製造ステップは、
主蒸発物質発生部が起動状態にあるか判断するステップと、
副蒸発物質発生部が起動状態にあるか判断するステップと、
主蒸発物質発生部の主蒸発時間TmがTm=0に設定されると同時に、副蒸発物質発生部の副蒸発時間TsがTs=0に設定されるステップと、
主蒸発時間と副蒸発時間が同時に進行されるステップと、
下記の蒸発パターンが実行されるステップと、
蒸発を開始する蒸発パターンは(1)〜(3)のいずれかが選択され、
(1)主蒸発と副蒸発を同時に開始する
(2)主蒸発を副蒸発より先に開始する
(3)主蒸発を副蒸発より後に開始する、
蒸発を終了する蒸発パターンは(4)〜(6)のいずれかが選択され、
(4)主蒸発と副蒸発を同時に終了する
(5)主蒸発を副蒸発より先に終了する
(6)主蒸発を副蒸発より後に終了する、
前記蒸発を繰り返すかどうかを判断するステップから少なくとも構成され、
1種以上の前記他元素を含有した他元素含有DLC膜を前記対象物の前記被覆面に形成することを特徴とするDLC膜形成装置。 - 前記副蒸発源の副蒸発物質を発生させる副蒸発物質発生手段が抵抗加熱蒸発装置、電子線蒸発装置、レーザー蒸発装置、加熱セル蒸発装置、るつぼ型蒸発装置、ノズル蒸発装置及び有機EL蒸発装置から選択される1種以上の蒸発装置である請求項5に記載のDLC膜形成装置。
- 前記副蒸発源が存在する副位置が前記対象物が存在する対象位置より鉛直方向の低位置になるよう副蒸発物質発生部が配置され、前記副蒸発源の副蒸発物質が鉛直方向に上昇して前記対象物の表面に到達する上昇路が設けられる請求項5又は6に記載のDLC膜形成装置。
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