JPH01294867A - 炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する方法 - Google Patents
炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する方法Info
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- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「発明の利用分野」
本発明は光学的エネルギバンド巾が１．ＯｅＶ以上特に
１．５〜５．５ｅＶを有する炭素または炭素を生成とす
る被膜を被形成面上にコーティングすることにより、こ
れら固体の表面の補強材、または機械ストレスにたいす
る保護材を得ようとする複合体に関するものである。
１．５〜５．５ｅＶを有する炭素または炭素を生成とす
る被膜を被形成面上にコーティングすることにより、こ
れら固体の表面の補強材、または機械ストレスにたいす
る保護材を得ようとする複合体に関するものである。
炭素膜のコーティングに関しては、本発明人の出願にな
る特許願［炭素被膜を有する複合体及びその作製方法」
（特願昭５６−１４６９３０号昭和５６年９月１７日
出願）が知られている。
る特許願［炭素被膜を有する複合体及びその作製方法」
（特願昭５６−１４６９３０号昭和５６年９月１７日
出願）が知られている。
また炭素膜は耐摩耗材であると同時に高平滑性、高熱伝
導性等多くの特性を有しており、電気部品その他に応用
が期待されている。
導性等多くの特性を有しており、電気部品その他に応用
が期待されている。
被形成面上にダイヤモンド類似の硬さを有するアモルフ
ァス（非晶質）または５〜２００人の大きさの微結晶性
を有するセミアモルファス（半非晶質）構造を有する炭
素または炭素を主成分とする被膜を形成する場合、被形
成面を有する基板を設けた高周波印加電極の近傍におい
て、プラズマ中の電子が高周波印加電極に蓄積されるこ
とによって生じるセルフバイアスにより加速された正イ
オン（例えばＨ”）を、形成中の炭素または炭素を主成
分とする被膜に衝突させることにより、その炭素または
炭素を主成分とする被膜をより硬度の大きな、ダイヤモ
ンドに近い構造を持った炭素膜を作ることを行なってき
た。これは正イオンを衝突させることでＣ＝Ｃのような
二重結合を有する炭素の割合を減らしてＣ−Ｃの結合を
ゆうする炭素を増やしたり、あるいは炭素原子に結合し
ている水素原子をなくすことによりｓｐ Ｚ混成軌道を
もついわゆる三方炭素やｓｐ混成軌道をもついわゆる三
方炭素を無くシＳｐ３混成軌道をもったいわゆる四方炭
素の割合を増やすことによりダイヤモンド結合を生じや
す（するためである。
ァス（非晶質）または５〜２００人の大きさの微結晶性
を有するセミアモルファス（半非晶質）構造を有する炭
素または炭素を主成分とする被膜を形成する場合、被形
成面を有する基板を設けた高周波印加電極の近傍におい
て、プラズマ中の電子が高周波印加電極に蓄積されるこ
とによって生じるセルフバイアスにより加速された正イ
オン（例えばＨ”）を、形成中の炭素または炭素を主成
分とする被膜に衝突させることにより、その炭素または
炭素を主成分とする被膜をより硬度の大きな、ダイヤモ
ンドに近い構造を持った炭素膜を作ることを行なってき
た。これは正イオンを衝突させることでＣ＝Ｃのような
二重結合を有する炭素の割合を減らしてＣ−Ｃの結合を
ゆうする炭素を増やしたり、あるいは炭素原子に結合し
ている水素原子をなくすことによりｓｐ Ｚ混成軌道を
もついわゆる三方炭素やｓｐ混成軌道をもついわゆる三
方炭素を無くシＳｐ３混成軌道をもったいわゆる四方炭
素の割合を増やすことによりダイヤモンド結合を生じや
す（するためである。
従ってより硬度の大きい炭素または炭素を主成分とする
被膜を作成しようとするときは、電極間に発生するセル
フバイアスを大きくして正イオンの加速を大きくしなけ
ればならない。
被膜を作成しようとするときは、電極間に発生するセル
フバイアスを大きくして正イオンの加速を大きくしなけ
ればならない。
このセルフバイアスを増加させるために行われている方
法としては、先ず第１に反応圧力を減少させる方法があ
る。これは炭素または炭素を主成分とする被膜形成に使
用する炭化水素化物気体の圧力を減少させることにより
単位体積中に含まれる炭化水素化物気体分子の個数が減
少するため、相対的に気体を分解するために加えられて
いる高周波エネルギの出力が大きくなりプラズマ中の電
子が増大して高周波印加電極に蓄積されるためセルフバ
イアスが増大するということに基づくものである。
法としては、先ず第１に反応圧力を減少させる方法があ
る。これは炭素または炭素を主成分とする被膜形成に使
用する炭化水素化物気体の圧力を減少させることにより
単位体積中に含まれる炭化水素化物気体分子の個数が減
少するため、相対的に気体を分解するために加えられて
いる高周波エネルギの出力が大きくなりプラズマ中の電
子が増大して高周波印加電極に蓄積されるためセルフバ
イアスが増大するということに基づくものである。
また、高周波エネルギの出力を増大させる方法があるが
、これは上述した如く、気体を分解するエネルギが増大
するとプラズマ中の電子が増大するために、高周波印加
電極への電子の蓄積が増大してセルフバイアスが大きく
なることによるものである。
、これは上述した如く、気体を分解するエネルギが増大
するとプラズマ中の電子が増大するために、高周波印加
電極への電子の蓄積が増大してセルフバイアスが大きく
なることによるものである。
しかしながら、このような方法により被形成面上に硬度
の大きい炭素または炭素を主成分とする被膜を形成しよ
うとした場合、セルフバイアスを大きくすることにより
成膜することになるため、大きなセルフバイアスで加速
された大きな運動エネルギを持った正イオンが成膜中の
炭素または炭素を主成分とする被膜に衝突すると同時に
形成面にも衝突してしまい被形成面をスパツクしてしま
う結果硬度の大きな炭素または炭素を主成分とする被膜
を被形成面に損傷を与えることなく形成することは困難
であった。
の大きい炭素または炭素を主成分とする被膜を形成しよ
うとした場合、セルフバイアスを大きくすることにより
成膜することになるため、大きなセルフバイアスで加速
された大きな運動エネルギを持った正イオンが成膜中の
炭素または炭素を主成分とする被膜に衝突すると同時に
形成面にも衝突してしまい被形成面をスパツクしてしま
う結果硬度の大きな炭素または炭素を主成分とする被膜
を被形成面に損傷を与えることなく形成することは困難
であった。
また硬度の大きな膜は被形成面や炭素または炭素を主成
分とする被膜自体の膨張、収縮または応力等のために被
形成面との整合性が悪く剥離や脱離をおこしてしまい密
着性の悪いものであった。
分とする被膜自体の膨張、収縮または応力等のために被
形成面との整合性が悪く剥離や脱離をおこしてしまい密
着性の悪いものであった。
本発明は上記のような問題点を解決し光学的エネルギバ
ンド巾（Ｅｇという）が１ 、 ＯｅＶ以上、好ましく
は１．５〜５．５ｅＶを有し、硬度がビッカース硬度に
おいて２０００Ｋｇ／ｍｍ” 以上、好ましくは４５
００Ｋｇ／ｍｍ”以上、理想的には６５００Ｋｇ／ｍｍ
”というダイヤモンドに類似の絶縁性と硬さを有するア
モルファスまたは５〜２００人の大きさの微結晶性を有
するアモルファス（半非晶質）構造を有する炭素または
この炭素中に水素、ハロゲン元素が２５原子％以下また
は■価またはＶ価の不純物が５原子％以下、また窒素が
Ｎ／Ｃ≦０．０５の濃度に添加されたいわゆる炭素を主
成分とする炭素を被形成面上に、密着性良くまた被形成
面に対して整合性良く設けることを目的として成された
ものである。
ンド巾（Ｅｇという）が１ 、 ＯｅＶ以上、好ましく
は１．５〜５．５ｅＶを有し、硬度がビッカース硬度に
おいて２０００Ｋｇ／ｍｍ” 以上、好ましくは４５
００Ｋｇ／ｍｍ”以上、理想的には６５００Ｋｇ／ｍｍ
”というダイヤモンドに類似の絶縁性と硬さを有するア
モルファスまたは５〜２００人の大きさの微結晶性を有
するアモルファス（半非晶質）構造を有する炭素または
この炭素中に水素、ハロゲン元素が２５原子％以下また
は■価またはＶ価の不純物が５原子％以下、また窒素が
Ｎ／Ｃ≦０．０５の濃度に添加されたいわゆる炭素を主
成分とする炭素を被形成面上に、密着性良くまた被形成
面に対して整合性良く設けることを目的として成された
ものである。
〔問題を解決すべき手段〕
本発明は上記の目的を達成するために第１の電極と被形
成面を有する基板に接して設けられた第２の電極との間
に直流または高周波エネルギを加えて、発生させたプラ
ズマにより炭化水素化物気体とまたはこれに加えて添加
物気体とを分解反応せしめて上記被形成面上に炭素また
は炭素を主成分とする被膜を形成する方法において、炭
素または炭素を主成分とする被膜形成の際、反応圧力を
減少させるあるいは高周波エネルギを増加させるまたは
添加物気体の添加量を変化させる若しくはそれらの条件
を複数併用することにより形成される炭素または炭素を
主成分とする被膜の硬度を被形成面側より表面に向かっ
て増加させることとしたものである。
成面を有する基板に接して設けられた第２の電極との間
に直流または高周波エネルギを加えて、発生させたプラ
ズマにより炭化水素化物気体とまたはこれに加えて添加
物気体とを分解反応せしめて上記被形成面上に炭素また
は炭素を主成分とする被膜を形成する方法において、炭
素または炭素を主成分とする被膜形成の際、反応圧力を
減少させるあるいは高周波エネルギを増加させるまたは
添加物気体の添加量を変化させる若しくはそれらの条件
を複数併用することにより形成される炭素または炭素を
主成分とする被膜の硬度を被形成面側より表面に向かっ
て増加させることとしたものである。
即ち本発明は被形成面上に炭素または炭素を主成分とす
る被膜をコーティングし、その表面での耐摩耗性等の機
械的強度を補強しようというものであり、そのためのダ
イヤモンド類似の硬さを有した炭素または炭素を主成分
とする被膜を被形成面上に直接形成させるのではなく、
被形成面に密接する部分から徐々に硬度を上げてゆき、
所望の膜厚のときに所望の硬度の炭素または炭素を主成
分とする被膜が得られるように反応圧力を減少あるいは
高周波エネルギを増加または添加物気体の添加量を変化
させることに特徴を有する。
る被膜をコーティングし、その表面での耐摩耗性等の機
械的強度を補強しようというものであり、そのためのダ
イヤモンド類似の硬さを有した炭素または炭素を主成分
とする被膜を被形成面上に直接形成させるのではなく、
被形成面に密接する部分から徐々に硬度を上げてゆき、
所望の膜厚のときに所望の硬度の炭素または炭素を主成
分とする被膜が得られるように反応圧力を減少あるいは
高周波エネルギを増加または添加物気体の添加量を変化
させることに特徴を有する。
被形成面上に直接ダイヤモンド類似の硬さを有した膜を
形成させようとするとセルフバイアスを大きくして炭素
または炭素を主成分とする被膜を形成させることを行わ
なければならず、被形成面へのスパッタは避けることは
できないが、被形成面上に密接した炭素または炭素を主
成分とする被膜は、被形成面に損傷を与えない程度のセ
ルフバイアスで作り得る硬さの炭素または炭素を主成分
とする被膜にしておき、徐々に硬度を上げた膜を積層さ
せて、表面には所望の硬度を有した炭素または炭素を主
成分とする被膜を形成すれば、被形成面との密接性も良
くしかも大きな硬度を有した炭素または炭素を主成分と
する被膜を形成することができる。
形成させようとするとセルフバイアスを大きくして炭素
または炭素を主成分とする被膜を形成させることを行わ
なければならず、被形成面へのスパッタは避けることは
できないが、被形成面上に密接した炭素または炭素を主
成分とする被膜は、被形成面に損傷を与えない程度のセ
ルフバイアスで作り得る硬さの炭素または炭素を主成分
とする被膜にしておき、徐々に硬度を上げた膜を積層さ
せて、表面には所望の硬度を有した炭素または炭素を主
成分とする被膜を形成すれば、被形成面との密接性も良
くしかも大きな硬度を有した炭素または炭素を主成分と
する被膜を形成することができる。
この場合、第６図（Ａ）に示すように硬度の小さい膜か
ら硬度の大きい膜を何層かに別けて積層する方法と、第
６図（Ｂ）に示すように硬度を連続的に変えて、単層の
中で硬度が連続的に変化した炭素または炭素を主成分と
する被膜を形成させる方法とがある。
ら硬度の大きい膜を何層かに別けて積層する方法と、第
６図（Ｂ）に示すように硬度を連続的に変えて、単層の
中で硬度が連続的に変化した炭素または炭素を主成分と
する被膜を形成させる方法とがある。
また本発明においてセルフバイアスを大きくする方法と
しては反応圧力を減少させる方法、高周波エネルギを増
加させる方法、添加物気体の添加量を変化させる方法及
び上記３つの方法を２つまたは３つ組あわせる方法があ
る。
しては反応圧力を減少させる方法、高周波エネルギを増
加させる方法、添加物気体の添加量を変化させる方法及
び上記３つの方法を２つまたは３つ組あわせる方法があ
る。
本発明に用いられる被形成面としては、ＰＥＴ（ポリエ
チレンテレフタレート）、ＰＥＳ、ＰＭＭＡ、テフロン
、エポキシ、ポリイミド等の有機樹脂基体または金属メ
ツシュ状キャリア、紙等テープ状キャリア、ガラス、金
属、セラミック、半導体、磁気ヘッド用部材、磁気ディ
スク等がある。
チレンテレフタレート）、ＰＥＳ、ＰＭＭＡ、テフロン
、エポキシ、ポリイミド等の有機樹脂基体または金属メ
ツシュ状キャリア、紙等テープ状キャリア、ガラス、金
属、セラミック、半導体、磁気ヘッド用部材、磁気ディ
スク等がある。
以下に実施例と共に本発明を具体的に説明する。
第１図は本発明の炭素または炭素を主成分とする被膜を
形成するためのプラズマＣＶＤ装置の概要を示す。
形成するためのプラズマＣＶＤ装置の概要を示す。
図面において、ドーピング系（１）において、キャリア
ガスである水素を（２）より、反応性気体である炭化水
素気体例えばメタン、エチレンを（３）より、■価不純
物のジポラン（水素希釈）（４）、Ｖ価不純物のアンモ
ニアまたはフォスヒンを（５）よりバルブ（６）、流量
計（７）をへて反応系（８）中にノズル（９）より導入
される。このノズルに至る前に、反応性気体の励起用に
マイクロ波エネルギを００）で加えて予め活性化させる
ことは有効である。
ガスである水素を（２）より、反応性気体である炭化水
素気体例えばメタン、エチレンを（３）より、■価不純
物のジポラン（水素希釈）（４）、Ｖ価不純物のアンモ
ニアまたはフォスヒンを（５）よりバルブ（６）、流量
計（７）をへて反応系（８）中にノズル（９）より導入
される。このノズルに至る前に、反応性気体の励起用に
マイクロ波エネルギを００）で加えて予め活性化させる
ことは有効である。
反応系（８）には第１の電極（ＩＱ、第２の電極０２）
を設けた。この場合（第１の電極面積／第２の電極面積
）＜ｌの条件を満たすようにした。一対の電極（１１）
、０２）間には高周波電源０３）、マツチングトランス
側、直流バイヤス電源的より電気エネルギが加えられ、
プラズマが発生する。排気系０６）は圧力調整バルブＱ
７）、ターボ分子ポンプ０８）、ロータリーポンプ０９
）をへて不要気体を排気する。 反応性気体には、反応
空間四における圧力が０．００１〜１０ｔｏｒｒ代表的
には０．０１〜Ｑ、５ｔｏｒｒの下で高周波もしくは直
流によるエネルギにより０．１〜５に−のエネルギが加
えられる。
を設けた。この場合（第１の電極面積／第２の電極面積
）＜ｌの条件を満たすようにした。一対の電極（１１）
、０２）間には高周波電源０３）、マツチングトランス
側、直流バイヤス電源的より電気エネルギが加えられ、
プラズマが発生する。排気系０６）は圧力調整バルブＱ
７）、ターボ分子ポンプ０８）、ロータリーポンプ０９
）をへて不要気体を排気する。 反応性気体には、反応
空間四における圧力が０．００１〜１０ｔｏｒｒ代表的
には０．０１〜Ｑ、５ｔｏｒｒの下で高周波もしくは直
流によるエネルギにより０．１〜５に−のエネルギが加
えられる。
特に励起源がＩＧＨ２以上、例えば２．４５Ｇ）１２の
周波数にあっては、Ｃ−Ｈ結合より水素を分離し、さら
に周波数源が０．１〜５０ＭＨ２例えば１３．５６Ｍ１
ｌｚの周波数にあってはＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を分解
し、−Ｃ−Ｃ−結合を作り、炭素の不対結合手同志を互
いに衝突させて共有結合させ、安定なダイヤモンド構造
を局部的に有した構造とさせ得る。
周波数にあっては、Ｃ−Ｈ結合より水素を分離し、さら
に周波数源が０．１〜５０ＭＨ２例えば１３．５６Ｍ１
ｌｚの周波数にあってはＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を分解
し、−Ｃ−Ｃ−結合を作り、炭素の不対結合手同志を互
いに衝突させて共有結合させ、安定なダイヤモンド構造
を局部的に有した構造とさせ得る。
直流バイアスは一２００〜６００Ｖ（実質的には一４０
０〜＋４００Ｖ）を加える。なぜなら、直流バイアスが
零のときは自己バイアスが一２００Ｖ （第２の電極を
接地レベルとして）を有しているためである。
０〜＋４００Ｖ）を加える。なぜなら、直流バイアスが
零のときは自己バイアスが一２００Ｖ （第２の電極を
接地レベルとして）を有しているためである。
反応性気体は、水素で一部を希釈した。例えばメタン：
Ｈ素＝１：ｌとした。第１の電極は冷却手段を有してお
り、被形成面上の温度を２５０〜−１００°Ｃに保持さ
せた。
Ｈ素＝１：ｌとした。第１の電極は冷却手段を有してお
り、被形成面上の温度を２５０〜−１００°Ｃに保持さ
せた。
本発明では被形成面をカソード電極に置いた。
これは被形成面をアノード側に置いたときとカソード側
に置いたときとの形成された炭素膜の膜質を比較した場
合第２図に示すようにカソード側に被形成面を置いたと
きの方が硬度の大きな炭素膜が速い成膜速度で得られる
からである。尚、第２図中のＯは触針式表面粗さ計、◇
はエリプソメーターで測定した膜厚、Ｏはエリプソメー
ターによる膜の屈折率を示す。また実験条件は、高周波
エネルギー６０Ｗ、圧力０．０１５ｔｏｒｒメタンの流
量１１００５ＣＣ、基板温度を室温、成膜時間１８０分
で行った。
に置いたときとの形成された炭素膜の膜質を比較した場
合第２図に示すようにカソード側に被形成面を置いたと
きの方が硬度の大きな炭素膜が速い成膜速度で得られる
からである。尚、第２図中のＯは触針式表面粗さ計、◇
はエリプソメーターで測定した膜厚、Ｏはエリプソメー
ターによる膜の屈折率を示す。また実験条件は、高周波
エネルギー６０Ｗ、圧力０．０１５ｔｏｒｒメタンの流
量１１００５ＣＣ、基板温度を室温、成膜時間１８０分
で行った。
以上のようにしてプラズマにより被形成面上にビッカー
ス硬度２０００Ｋｇ／ｍｍ”以上を有するとともに、熱
伝導度２．５Ｗ／ｃｎ＋ ｄｅｇ以上のＣ−Ｃ結合を多
数形成したアモルファス構造または微結晶構造を有する
アモルファス構造の炭素を生成させた。さらにこの電磁
エネルギは５０匈〜ＩＫＷを供給し、単位面積あたり０
．０３〜３Ｗ／ｃｍ”のプラズマエネルギを加えた。
ス硬度２０００Ｋｇ／ｍｍ”以上を有するとともに、熱
伝導度２．５Ｗ／ｃｎ＋ ｄｅｇ以上のＣ−Ｃ結合を多
数形成したアモルファス構造または微結晶構造を有する
アモルファス構造の炭素を生成させた。さらにこの電磁
エネルギは５０匈〜ＩＫＷを供給し、単位面積あたり０
．０３〜３Ｗ／ｃｍ”のプラズマエネルギを加えた。
第３図には本発明に用いる装置において加える高周波エ
ネルギーを変えて炭素膜を形成させたときの成膜速度と
膜のビッカース硬度を示した。
ネルギーを変えて炭素膜を形成させたときの成膜速度と
膜のビッカース硬度を示した。
加える高周波エネルギーが大きい程、硬い膜が形成され
る。
る。
第４図には、反応圧力を変化させて炭素膜を形成させた
ときの成膜速度と膜のビッカース硬度とを示した０反応
圧力が小さい程、硬い膜が形成されている。
ときの成膜速度と膜のビッカース硬度とを示した０反応
圧力が小さい程、硬い膜が形成されている。
第５図は加える高周波エネルギーと反応圧力及びセルフ
バイアスとの関係を示したものである。
バイアスとの関係を示したものである。
高周波エネルギーが大きい程セルフバイアスが大きくな
り、また反応圧力は小さい方がセルフバイアスが大きく
なる。
り、また反応圧力は小さい方がセルフバイアスが大きく
なる。
この第５図と第３図及び第４図とによりセルフ１−バイ
アスが大きい程形成された炭素膜も硬いものが得られる
ことがわかる。
アスが大きい程形成された炭素膜も硬いものが得られる
ことがわかる。
〔実施例１〕
第１図に示した装置において、被形成面を有した基板上
に本発明方法により炭素膜を形成しした。
に本発明方法により炭素膜を形成しした。
先ず反応系にノズルより水素の添加されたメタンを１０
０ＳＣＣＭの流量で導入し、圧力を０．０３ｔｏｒｒに
保持し、メタンに対し５０Ｗの高周波エネルギを加え、
セルフバイアス−１５０Ｖの条件で室温に保持されたＳ
ｉ基板上に１５０分間膜形成を行い、第１の層を形成し
た０次にノズルより水素の添加されたメタンを１００５
ＣＣ１１の流量で導入し、圧力を０．０１５ ｔｏｒｒ
に保持してメタンに対し１００Ｗの高周波エネルギを加
え、セルフバイアス−２００■の条件で被形成面を１５
０°Ｃに保持して１５０分間膜形成を行い第２の層とし
た。そして第２の層上にノズルより水素の添加されたメ
タンを１００５ＣＣＨの流量で導入し、反応系を０１０
１５ ｔｏｒｒに保持してメタンに対し２００Ｗの高周
波エネルギを加え、セルフバイアス−２８０Ｖの条件で
被形成面を室温に保持して６０分間膜形成を行い第３の
層とした。これら３つの層のビッカース硬度を測定した
ところ第１の層は２２００ Ｋｇ／ｍｍ”、第２の層は
３５００ Ｋｇ／ｍｎ＋１、第３の層は４２００Ｋｇ／
ｍｍｔ、でありダイヤモンド類似の硬さを表面に有した
炭素膜を被形成面との密着性を良く形成させることがで
きた。
０ＳＣＣＭの流量で導入し、圧力を０．０３ｔｏｒｒに
保持し、メタンに対し５０Ｗの高周波エネルギを加え、
セルフバイアス−１５０Ｖの条件で室温に保持されたＳ
ｉ基板上に１５０分間膜形成を行い、第１の層を形成し
た０次にノズルより水素の添加されたメタンを１００５
ＣＣ１１の流量で導入し、圧力を０．０１５ ｔｏｒｒ
に保持してメタンに対し１００Ｗの高周波エネルギを加
え、セルフバイアス−２００■の条件で被形成面を１５
０°Ｃに保持して１５０分間膜形成を行い第２の層とし
た。そして第２の層上にノズルより水素の添加されたメ
タンを１００５ＣＣＨの流量で導入し、反応系を０１０
１５ ｔｏｒｒに保持してメタンに対し２００Ｗの高周
波エネルギを加え、セルフバイアス−２８０Ｖの条件で
被形成面を室温に保持して６０分間膜形成を行い第３の
層とした。これら３つの層のビッカース硬度を測定した
ところ第１の層は２２００ Ｋｇ／ｍｍ”、第２の層は
３５００ Ｋｇ／ｍｎ＋１、第３の層は４２００Ｋｇ／
ｍｍｔ、でありダイヤモンド類似の硬さを表面に有した
炭素膜を被形成面との密着性を良く形成させることがで
きた。
〔実施例２〕
被形成面を有する基板の置かれた反応系に水素の添加さ
れたメタンをｌ Ｏ０ＳＣＣＨの流量で導入し、圧力を
０１０３ｔｏｒｒに保持し、メタンに対し５０Ｗの高周
波エネルギを加え、１５０分間膜形成を行い、第１の層
を形成した。次に第１の層の上に、メタンに対する高周
波エネルギが１５０Ｗである以外は第１の層と同じ条件
で実施し第２の層を形成した。そして第２の層上に、高
周波エネルギを３００Ｗにして６０分間成膜する以外は
第１の層と同一条件で実施した。その結果、２２００
Ｋｇ／ｍｍｚ、３８００ Ｋｇ／ｍｍ２．５０００ Ｋ
ｇ／ｍｍ”、のビッカース硬度を有する第１の層、第２
の層、第３の層からなる炭素膜を形成させることができ
た。この炭素膜は表面の硬度が５０００Ｋｇ／ｍｍ”と
ダイヤモンド類似の硬さを有し、耐摩耗性、高熱伝導性
、高平滑性に優れたものであった。
れたメタンをｌ Ｏ０ＳＣＣＨの流量で導入し、圧力を
０１０３ｔｏｒｒに保持し、メタンに対し５０Ｗの高周
波エネルギを加え、１５０分間膜形成を行い、第１の層
を形成した。次に第１の層の上に、メタンに対する高周
波エネルギが１５０Ｗである以外は第１の層と同じ条件
で実施し第２の層を形成した。そして第２の層上に、高
周波エネルギを３００Ｗにして６０分間成膜する以外は
第１の層と同一条件で実施した。その結果、２２００
Ｋｇ／ｍｍｚ、３８００ Ｋｇ／ｍｍ２．５０００ Ｋ
ｇ／ｍｍ”、のビッカース硬度を有する第１の層、第２
の層、第３の層からなる炭素膜を形成させることができ
た。この炭素膜は表面の硬度が５０００Ｋｇ／ｍｍ”と
ダイヤモンド類似の硬さを有し、耐摩耗性、高熱伝導性
、高平滑性に優れたものであった。
本実施例においては高周波エネルギの出力のみを増加さ
せることにより炭素膜の硬度を大きくしたが、反応圧力
のみを減少させても同様な効果が得られることは前述し
た通りである。
せることにより炭素膜の硬度を大きくしたが、反応圧力
のみを減少させても同様な効果が得られることは前述し
た通りである。
また本実施例では各炭素膜の層を一つの反応室を用いて
作成したが、反応室を複数接続させることにより各層を
それぞれ異なる反応室で形成させても良い。
作成したが、反応室を複数接続させることにより各層を
それぞれ異なる反応室で形成させても良い。
〔実施例３〕
本実施例においては、被形成面上に硬度の異なる層を積
層させるのではなく、高周波エネルギを連続的に増加さ
せることにより硬度が連続的に変化している炭素膜を形
成させた。
層させるのではなく、高周波エネルギを連続的に増加さ
せることにより硬度が連続的に変化している炭素膜を形
成させた。
先ず、実施例１の第１の層を形成させるのと同一の条件
で膜形成を開始し、その後高周波エネルギを０．７〜２
Ｗ／ｗｉｎの上昇率で３００Ｗになるまで増加させるこ
とにより被形成面上に炭素膜を形成させた。形成させた
炭素膜は、表面において４０００ Ｋｇ／ｖｗ”のビッ
カース硬度を有する、耐摩耗性、高熱伝導性、高平滑性
に優れたものであった。
で膜形成を開始し、その後高周波エネルギを０．７〜２
Ｗ／ｗｉｎの上昇率で３００Ｗになるまで増加させるこ
とにより被形成面上に炭素膜を形成させた。形成させた
炭素膜は、表面において４０００ Ｋｇ／ｖｗ”のビッ
カース硬度を有する、耐摩耗性、高熱伝導性、高平滑性
に優れたものであった。
本実施例では高周波エネルギのみを連続的に大きくさせ
たが、反応圧力のみを連続的に減少させても良く、また
高周波エネルギを連続的に大きくさせると共に反応圧力
を連続的に減少させても良い。
たが、反応圧力のみを連続的に減少させても良く、また
高周波エネルギを連続的に大きくさせると共に反応圧力
を連続的に減少させても良い。
また反応性気体に添加する添加物の量を連続的に変化さ
せても良く、添加物の変化と高周波エネルギの増加若し
くは反応圧力の減少とを組み合わせても本発明の方法を
実施することはできる。
せても良く、添加物の変化と高周波エネルギの増加若し
くは反応圧力の減少とを組み合わせても本発明の方法を
実施することはできる。
〔実施例４］
本実施例は、被形成面上に炭素膜を形成する前に、プラ
ズマ活性にした不活性気体または水素の雰囲気に被形成
面を配設することにより被形成面の酸化物、炭化物また
は窒化物等の汚染物または異物を除去した後に炭素膜を
形成させた。
ズマ活性にした不活性気体または水素の雰囲気に被形成
面を配設することにより被形成面の酸化物、炭化物また
は窒化物等の汚染物または異物を除去した後に炭素膜を
形成させた。
不活性気体または水素をプラズマ化するための手段は、
０．１〜１００Ｍ）１２の高周波や１〜１０ＧＨｚのマ
イクロ波を用い、加えるエネルギーは１０〜１０００Ｗ
で十分である。
０．１〜１００Ｍ）１２の高周波や１〜１０ＧＨｚのマ
イクロ波を用い、加えるエネルギーは１０〜１０００Ｗ
で十分である。
プラズマ化に際しての反応系の圧力は１０−″ｔｏｒｒ
以上、代表的には０．０１〜２００ｔｏｒｒ好ましくは
１〜１０ｔｏｒｒである。
以上、代表的には０．０１〜２００ｔｏｒｒ好ましくは
１〜１０ｔｏｒｒである。
以上のような条件の下で不活性気体または水素をプラズ
マ活性にし、その活性化した水素または不活性気体によ
り被形成面上の酸化物、汚物、水酸化物、さらにまたは
これらの局部性による表面張力、物理吸着力を除去した
。
マ活性にし、その活性化した水素または不活性気体によ
り被形成面上の酸化物、汚物、水酸化物、さらにまたは
これらの局部性による表面張力、物理吸着力を除去した
。
このような処理をした後被形成面上に実施例１、実施例
２若しくは実施例３に従って炭素膜を形成した。
２若しくは実施例３に従って炭素膜を形成した。
得られた炭素膜は被形成面との密着性に優れたものであ
った。
った。
以上の如く本発明の方法により作製した炭素または炭素
を主成分とする被膜は被形成面上に密接した炭素または
炭素を主成分とする被膜は、被形成面に損傷を与えない
程度のセルフバイアスで作り得る硬さの炭素または炭素
を主成分とする被膜にしておき、徐々に硬度を上げた膜
をＩＩＪＩさせて、表面には所望の硬度を有した炭素ま
たは炭素を主成分とする被膜を形成しているため、被形
成面との密着性に優れたダイヤモンドに類似の硬さを有
するものであり、磁気ヘッドや磁気ディスク等一部に異
種材料がその表面ををこすって走行する電気用部材にき
わめて有効であった。 特に得られる炭素または炭素を
主成分とする被膜は熱伝導率が２．５Ｗ／ｃｍ ｄｅｇ
以上、代表的には４．０〜６．ＯＷ／ｃＩＩＩｄｅｇと
ダイヤモンドの６０Ｗ／ｃｍ ｄｅｇ に近いため摩
擦によって生じる熱を全体に均一に逃すことが可能であ
り、更に耐摩耗性、高熱伝導性、炭素膜特有の高平滑性
等の特性を有するものであった。
を主成分とする被膜は被形成面上に密接した炭素または
炭素を主成分とする被膜は、被形成面に損傷を与えない
程度のセルフバイアスで作り得る硬さの炭素または炭素
を主成分とする被膜にしておき、徐々に硬度を上げた膜
をＩＩＪＩさせて、表面には所望の硬度を有した炭素ま
たは炭素を主成分とする被膜を形成しているため、被形
成面との密着性に優れたダイヤモンドに類似の硬さを有
するものであり、磁気ヘッドや磁気ディスク等一部に異
種材料がその表面ををこすって走行する電気用部材にき
わめて有効であった。 特に得られる炭素または炭素を
主成分とする被膜は熱伝導率が２．５Ｗ／ｃｍ ｄｅｇ
以上、代表的には４．０〜６．ＯＷ／ｃＩＩＩｄｅｇと
ダイヤモンドの６０Ｗ／ｃｍ ｄｅｇ に近いため摩
擦によって生じる熱を全体に均一に逃すことが可能であ
り、更に耐摩耗性、高熱伝導性、炭素膜特有の高平滑性
等の特性を有するものであった。
また本発明の方法は、有機樹脂、ガラス、磁性体、金属
、セラミックまたは半導体等を被形成面として実施する
ことができるため、その反応は計り知れないものである
。
、セラミックまたは半導体等を被形成面として実施する
ことができるため、その反応は計り知れないものである
。
第１図は本発明に使用する装置の概要を示す。
第２図は炭素膜の膜質を示す図。
第３図は高周波エネルギの出力と成膜速度及びビッカー
ス硬度を示す図。 第４図は反応圧力と成膜速度及びビッカース硬度を示す
図。 第５図は高周波エネルギと反応圧力及びセルフバイアス
との関係を示した図。 第６図は炭素膜の膜厚と硬度の関係を示す図。 １・・・ドーピング系 ６・・・バルブ ７・・・流量計 ８・・・反応系 ９・・・ノズル １０・・・マイクロ波エネルギ １１・・・第１の電極 １２・・・第２の電極 １３・・・高周波電源 １４・・・マツチングトランス １５・・・直流バイアス電源 １６・・・排気系 １７・・・圧力調整バルブ １日・・・ターボ分子ポンプ １９・・・ロータリーポンプ ２０・・・反応空間
ス硬度を示す図。 第４図は反応圧力と成膜速度及びビッカース硬度を示す
図。 第５図は高周波エネルギと反応圧力及びセルフバイアス
との関係を示した図。 第６図は炭素膜の膜厚と硬度の関係を示す図。 １・・・ドーピング系 ６・・・バルブ ７・・・流量計 ８・・・反応系 ９・・・ノズル １０・・・マイクロ波エネルギ １１・・・第１の電極 １２・・・第２の電極 １３・・・高周波電源 １４・・・マツチングトランス １５・・・直流バイアス電源 １６・・・排気系 １７・・・圧力調整バルブ １日・・・ターボ分子ポンプ １９・・・ロータリーポンプ ２０・・・反応空間
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、第１の電極と被形成面を有する基板に接して設けら
れた第２の電極との間に直流または高周波エネルギを加
えて、発生させたプラズマにより炭化水素化物気体とま
たはこれに加えて添加物気体とを分解反応せしめて上記
被形成面上に炭素膜を形成する方法において、炭素膜形
成の際、反応圧力を減少させるあるいは高周波エネルギ
を増加させるまたは添加物気体の添加量を変化させる若
しくはそれらの条件を複数併用することにより形成され
る炭素または炭素を主成分とする被膜の硬度を被形成面
側より炭素膜表面に向かって増加させることを特徴とす
る炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する方法。 ２、特許請求の範囲第１項において炭素膜形成の前に、
プラズマにより活性化された不活性気体または水素によ
り被形成面の酸化物、炭化物、窒化物等の汚染物または
異物を除去した後に炭素または炭素を主成分とする被膜
を形成することを特徴とする炭素または炭素を主成分と
する被膜を形成する方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63050397A JP2610469B2 (ja) | 1988-02-26 | 1988-03-02 | 炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する方法 |
| US07/311,845 US4996079A (en) | 1988-02-26 | 1989-02-17 | Method of depositing thin films consisting mainly of carbon |
| KR1019890002243A KR910005836B1 (ko) | 1988-02-26 | 1989-02-25 | 탄소계 피막 부착방법 |
| CN89101005A CN1028117C (zh) | 1988-02-26 | 1989-02-25 | 淀积主要由碳组成的薄膜的方法 |
| EP89301934A EP0330524A1 (en) | 1988-02-26 | 1989-02-27 | Improvements relating to the deposition of thin carbon films |
| US07/626,435 US5368937A (en) | 1988-02-26 | 1990-12-12 | Improved carbon containing thin film formed by increasing bias voltage during a plasma CVD process |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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