JPH01201463A - 硬質炭素膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 硬質炭素膜の製造方法に関し、 成膜速度を向上することを目的とし、 イオンプレーティング装置を用い、電子線照射により蒸
発させた炭素原子を水素分子と共に高周波コイルのｉｊ
を通してイオン化せしめ、被処理基板上に膜形成させて
硬質炭素膜の製造方法を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は硬質炭素膜の製造方法に関する。

炭素には各種の同素体が知られている。

その一つはダイヤモンドであり、絶縁物であって所謂る
ダイヤモンド構造をもち、モース硬度１０と最高に硬く
、また熱伝導度は１００ＯＷ　／　ｍ　Ｋと他の材料よ
りも格段に優れた遇明な結晶である。

他の一つはグラファイトであって、石墨または黒鉛と言
われ、六方晶系の六角板状の偏平な結晶であって、モー
ス硬度１〜２と軟らかく、Ｃ軸方向に異方性を示し、面
内方向で１０４Ωｃｍ程度の電導性を示す不透明な結晶
である。

また、他の一つは無定形炭素であって石炭。

コークス、木炭、煤などの構成体であり、大部分のもの
はグラファイトの格子の乱れたものから成り立っている
が、比重はグラファイトよりも小さく、表面積が極めて
・大きな材料である。

これら三種類の同素体の内、ダイヤモンドは硬度、電気
絶縁性および熱伝導性の面で優れているが、製造が容易
ではなく、また平滑な表面をもつ薄膜を形成することは
困難である。

一方、同素体とは異なるが無定形であり、透明で電気絶
縁性をもつダイヤモンド状をした炭素がある。

このものはダイヤモンドより劣るもの＼高い硬度を示す
ことから硬質炭素膜と言われ各種の用途が期待されてい
る。

例えば、磁気ディスクの磁性層の上に形成する保護膜と
して使用すれば、ヘッドクラッシュによる磁性層の損傷
を防ぐこ七ができるし、また酸：アルカリに対して耐蝕
性が優れていることから治工具類などの保護膜として使
用すれば使用寿命を延長することができる。

これらのことから、硬質炭素膜の実用化が期待されてい
る。

本発明はか−る硬質炭素膜の製法に関するものである。

〔従来の技術〕

硬質炭素膜の製法としては次のような方法が知られてい
る。

■　メタン（ＣＨ４）、エタン（ＣｚＨｂ）などの炭化
水素ガスをグロー放電で分解し、被処理基板上に成膜す
る方法。

■　炭素膜によるアーク放電あるいは炭化水素ガスの減
圧雰囲気中でのグロー放電などにより炭素をイオン化し
、これを加速させて被処理基板に析出させて成膜する方
法。

■　水素（ｎｚ）の減圧雰囲気中で炭素をスパッタする
ことにより被処理基板上に成膜する。

以上のような方法により硬質炭素膜を作ることができる
もの＼、成膜速度は０．１〜１μｍ／時間と極めて遅く
、量産工程に適用することが困難であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上記したように硬質炭素膜の製法として各種の方法が
あるが、何れも成膜速度が０．１〜１μ−７時間と低く
、量産工程に適用することができない。

そこで、成膜速度が一桁以上大きい方法を開発すること
が課題である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は水素ガス雰囲気中で炭素をグロー放電せし
めて炭素イオンを作り、該炭素イオンを被処理基板上に
析出させる硬質炭素膜の製法において、イオンプレーテ
ィング装置を用い、電子線照射により蒸発させた炭素原
子を水素分子と共に高周波コイルの中を通してイオン化
せしめ、被処理基板上に膜形成させる硬質炭素膜の製造
方法により解決することができる。

〔作用〕

本発明は電子ビームを蒸着源に照射することにより効率
よく真空菖着を行う電子ビーム蒸着法と、高周波コイル
を用い、この中を蒸発原子を通過させてイオン化させる
イオンプレーティング技術の二つの方法を併用すること
により成膜速度を高めるものである。

先に記したように各種の硬質炭素膜の製法が知られてい
るが、硬質炭素Ｆ（ダイヤモンド状炭素膜）の製法にお
ける特徴は水素（Ｈ）原子が介在することであり、膜の
硬度は膜中に含まれるＨｌと炭素（Ｃ）原子の配位数に
より決められようである。（例えば“グロー放電法によ
り作成した一Ｃ：ＨＷＪ、”、山本他、第２回ダイヤモ
ンドシンポジュウム、Ｐ５３〜５４．１９８７） そこで、発明者等は電子ビーム蒸着法を用いることによ
りＣの蒸発速度を高めると共に、このＣとＨとの結合を
促進する方法としてイオンプレーティング法を用い、Ｃ
とＨとを同時にイオン化させるものである。

このようにすると、Ｃと１■との反応は促進されるので
、被処理基板上に効率よく硬質炭素膜を形成することが
できる。

〔実施例〕 第１［ｉｌ：電子ビーム蒸発源１とイオン化のための高
周波コイル２および１１！ガス供給管３を備えたイオン
プレーティング装置の断面図である。

図の電子ビーム蒸発源（略して蒸発源）１においてグラ
ファイト４からなる蒸発材料は水冷された坩堝５に入れ
てあり、電子ビーム加熱装置は加熱用のフィラメント６
と電子を放出する電子銃７と、電子ビーム８を偏向させ
るマグネット９を備えて構成されている。

また、蒸発源１の上には高周波コイル２が設けてあり、
周波数１３．５６　ＭｌｌｚＯ高周波ＴＬ源１０による
電力印加によって放電するよう構成されている。

次に、真空チャンバ１１の上部には被処理基板１２が基
板支持台１３に載置されている。

また、蒸発源１が設けられている基板には排気口１４が
設けられていて排気系に通じている。

以下、か＼るイオンプレーディング装置を用いて硬質炭
素膜を形成した実施例について説明する。

真空チャンバ内を１　ｘｌｏ−’　ｔｏｒｒ以下に排気
した後、Ｉｈガス供給管３を通じて１１□を８０〜９０
　ＳＣＣＭ導入し、真空チャンバ１１をｌＸｌ０−”〜
ｌＸｌ０−２ｔｏｒｒの真空度に保った状態で蒸発源１
からＣを蒸発させた。

また、同時に高周波コイル２に１００〜３００Ｗの高周
波電力を印加すると、この放電９■域でＣ（！：Ｈとの
プラズマが発生し、被処理基板１２の上に１０〜５０μ
ｍ／時の成膜速度で硬質炭素膜が形成された。

このようにして得られた膜は透明で、絶縁抵抗値は１０
１０Ωｃｍ以上であり、またピンセットで擦っても傷が
付かない程に硬質であった。

第２図はこのようにして形成した硬質炭素膜の赤外吸収
スペクトルを示すもので、ＳＰ３結合（四配位）による
吸収やＣ−Ｈ変角およびＣ−Ｃ伸縮による吸収が現れて
いることが判る。

〔発明の効果〕

本発明の実施により硬質炭素膜の成長速度を従来法に較
べて一桁以上向上することができ、これにより硬質炭素
膜の量産化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したイオンプレーティング装置の
断面図、 第２図は硬？ｌｔ炭素膜の赤外吸収スペクトル、である
。 図において、 １は蒸発源、　　　　　　　２は高周波コイル、３は１
１．ガス供給管、　　　　４はグラファイト、８は電子
ビーム、　　　　１０は高周波電源、１１は真空チャン
バ、　　　１２は被処理基板、である。 未発９月はカモ＝、した４オ／フ゛レーテイ／り稟【時
面図第　１１ＺＩ 石ｒ毘グ＃８憤りｆｒ、外板ｑ又λへ°７））し第　２
　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 水素ガス雰囲気中で炭素をグロー放電せしめて炭素イオ
   ンを作り、該炭素イオンを被処理基板上に析出させる硬
   質炭素膜の製法において、 イオンプレーティング装置を用い、電子線照射により蒸
   発させた炭素原子を水素分子と共に高周波コイルの中を
   通してイオン化せしめ、被処理基板上に膜形成させるこ
   とを特徴とする硬質炭素膜の製造方法。