JPH0565625A - 硬質炭素積層膜 - Google Patents

硬質炭素積層膜

Info

Publication number
JPH0565625A
JPH0565625A JP25481391A JP25481391A JPH0565625A JP H0565625 A JPH0565625 A JP H0565625A JP 25481391 A JP25481391 A JP 25481391A JP 25481391 A JP25481391 A JP 25481391A JP H0565625 A JPH0565625 A JP H0565625A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hard carbon
film
buffer layer
carbon film
laminated film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP25481391A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3246513B2 (ja
Inventor
Kazuhiko Oda
一彦 織田
Hiroshi Kawai
弘 川合
Toshio Nomura
俊雄 野村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP25481391A priority Critical patent/JP3246513B2/ja
Publication of JPH0565625A publication Critical patent/JPH0565625A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3246513B2 publication Critical patent/JP3246513B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐摩耗部品などに用いる硬質炭素膜であっ
て、膜厚が厚く、かつ剥離が発生し難いものを提供す
る。 【構成】 基材上に硬質炭素膜とバッファ層を交互に積
層し、最外層が硬質炭素膜となるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性部品や摺動部
品、赤外線光学部品等に用いられる硬質炭素積層膜に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】硬質炭素膜は、アモルファス状の炭素膜
あるいは水素化炭素膜で、a−C:H、i−C、DLC
(ダイヤモンドライクカーボン)とも呼ばれている。そ
の形成には、炭化水素ガスをプラズマで分解して成膜す
るプラズマCVD法、炭素又は炭化水素イオンを用いる
イオンビーム蒸着法、等の気相合成法が用いられる。硬
質炭素膜はヌープ硬度が2000〜10000と非常に
高く、表面平滑性に優れ、赤外線に対して高い透過性を
もつなどの性質を有している。現在これらの特性を生か
して種々の分野への応用が期待されており、特に耐摩耗
性部品や摺動部品、赤外線光学部品等へのコーティング
の応用研究が進められている。
【0003】ところで、硬質炭素膜は金属や誘電体など
多くの基材に対する付着性が低く、基材と硬質炭素膜と
の間にSi等の中間層を用いることで前記付着性の向上
を図ってきた。又、硬質炭素膜は成膜後の残留応力が大
きく、1μmを越える膜厚になると非常に剥離が生じ易
くなる。これはたとえSiなどの中間層を用いても同様
であり、通常0.5μm以下の比較的薄い膜厚のものが
用いられていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】硬質炭素膜を基材表面
の保護膜として使用する場合、耐用寿命などの点からで
きるだけ膜厚の厚いことが要求される。ところが前記の
とおり硬質炭素膜は残留応力の大きい膜であり、膜厚を
厚くすると極めて剥離し易くなるため、耐摩耗部品や摺
動部品などへの適用は極めて限られていた。従って、本
発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、膜厚
が厚く、剥離し難い硬質炭素膜を提供することを目的と
するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明硬質炭素積層膜
は、上記の課題を解決するために基材上に硬質炭素膜と
バッファ層とを交互に積層することを特徴とするもので
ある。ここで、積層膜はその最外層が硬質炭素膜となる
よう形成し、基材の上に積層する順序は、バッファ層か
ら始めても、硬質炭素膜から始めてもどちらでもよい。
又、前記バッファ層の材料は、シリコン、ゲルマニウ
ム、炭化けい素、窒化けい素、二酸化けい素、ガラス、
アルミナから選ばれた1種類以上を用いることが好まし
く、さらには引っ張り応力を有する膜を用いることが好
ましい。又、前記バッファ層の膜厚は適宜選択すればよ
いが、硬質炭素膜、バッファ層の膜厚及び内部応力をそ
れぞれd1 、d2 、σ1 、σ2 とした場合、−1/10
0σ11 <σ22 の関係を満たすように選択する
と、層数を多くする場合に有利である。尚、基材として
は、超硬合金、炭化けい素、窒化けい素、窒化アルミニ
ウム、アルミナ、窒化ほう素、炭化ほう素、ガラス、ダ
イヤモンド、等のセラミックス、Si、Ge、GaA
s、等の半導体、ZnS、ZnSe等の光学材料、鉄系
合金、アルミ系合金等が適用できる。
【0006】
【作用】上記のように硬質炭素膜とバッファ層を交互に
積層することで、これらの積算値で従来形成が困難であ
った厚い膜を形成することができる。又、硬質炭素膜は
109 〜1010dyn/cm2 程度の圧縮応力を有して
おり、これと引っ張り応力を有するバッファ膜を交互に
積層すれば、硬質炭素膜の持つ圧縮応力が緩和あるいは
相殺され、積層膜全体として内部応力のバランスが保た
れるものと考えられ、剥離の発生し難い膜を形成するこ
とができる。
【0007】これらの事から、本発明におけるバッファ
層は、硬質炭素膜との付着性に優れることと、硬質炭素
膜の圧縮応力を緩和あるいは相殺すること、即ち、引っ
張り応力を有する膜であるという二つの条件を満たすこ
とが好ましい。
【0008】付着性に関しては、付着性の高い材料を用
いることと、付着性の高い方法で成膜することがあげら
れる。材料は前記の各材料が好ましく、特にシリコン、
ゲルマニウムは真空蒸着法などの簡単な方法で成膜して
も比較的高い付着強度が得られる。もちろんこれ以外の
材料であっても、硬質炭素膜との新和性の高いものであ
ればバッファ層として使用できる。成膜方法はイオンビ
ームを用いる方法が多くの材料に対して有効である。成
膜直前のイオン照射は、基材表面の汚染除去に効果的で
あり、成膜初期のイオン照射は、界面のミキシング効果
による付着性の向上に有効である。又、硬質炭素膜とバ
ッファ層との界面に、これら両者に対して付着性の優れ
る層を挿入してもよい。
【0009】引っ張り応力を有する膜であるという点に
関しては、バッファ層成膜後に引っ張り応力が残留する
材料を用いることと、硬質炭素膜が有する圧縮応力を緩
和あるいは相殺する方法で成膜することがあげられる。
材料は前記の各材料が好ましく、例えばSi蒸着膜は1
9 dyn/cm2台の引っ張り応力を有しており、こ
れらを硬質炭素膜と交互に積層することで、積層膜全体
の内部応力のバランスが保たれるものと思われる。
【0010】硬質炭素膜が有する圧縮応力を緩和あるい
は相殺する方法で成膜することは、上述のように硬質炭
素膜とバッファ層とを交互に積層するのだが、さらに硬
質炭素膜の膜厚に応じてバッファ層の膜厚を選択する必
要がある。理論的には硬質炭素膜が有する圧縮応力を相
殺するには、硬質炭素膜、バッファ層の膜厚及び内部応
力をそれぞれd1 、d2 、σ1 、σ2 とした場合、−σ
11 =σ22 の関係にあることが必要である。例え
ば、硬質炭素膜がσ1 =−8×109 dyn/cm2
圧縮の応力を有し、Si蒸着膜バッファ層が4×109
dyn/cm2の引っ張りの応力を有しているとき、S
iバッファ層は硬質炭素膜の2倍の膜厚であることが好
ましい。この膜厚と内部応力との関係について実際に種
々の試験を行った結果、−1/100σ11 <σ2
2 の関係を満たしていれば積層膜の剥離が発生しないこ
とが判明した。又、本発明硬質炭素膜は積層膜の積算値
で50μmまでは剥離が生じなかった。
【0011】
【実施例】
(実施例1)ZnSe基材に0.1μmのアルミナと
0.2μmの硬質炭素膜とを交互に積層して成膜した。
成膜に用いた装置は図1に示すもので、電子ビームによ
るバッファ層蒸発源3と2基のイオン源1、2を備えて
おり、硬質炭素膜とバッファ層は共通の成膜室8で連続
して形成できる。バッファ層蒸発源3はアルミナの成膜
に用い、イオン源は1基を硬質炭素膜用のメタンイオン
源1として、他の1基を希ガスイオン源2として用い、
基材5表面のスパッタリングと各層間界面のミキシング
に適用した。又、補助ポンプを備えたターボ分子ポンプ
で5×10-8Torrまで排気し、ヒーター6により基
材温度は成膜全般にわたり、250℃とした。アルミナ
の膜厚は水晶振動子式の膜厚計7でモニターし、硬質炭
素膜の膜厚は成膜時間で制御した。成膜手順を以下に示
す。
【0012】3KeV−Arイオンによる基材表面の
洗浄。 Arイオンのエネルギーを40KeVに上げる。 Arイオン照射を継続した状態でアルミナの成膜を開
始する。 0.01μm成膜したところでArイオン照射を止め
る。 アルミナの膜厚が0.1μmになった時点でアルミナ
蒸着を停止し、即座に40KeVメタンイオン照射を開
始する。 30秒経過後メタンイオンのエネルギーを0.5Ke
Vに下げ硬質炭素膜の成膜を続ける。 30分経過したらメタンイオン照射を停止してに戻
る。 以上の手順を所定の回数繰り返し、硬質炭素膜とバッ
ファ層を積層して成膜を終了する。
【0013】以上の手順で硬質炭素膜、バッファ層をそ
れぞれ1、3、5、10層(合計2、6、10、20
層)成膜し、積層膜の剥離の有無を調べると共に硬度の
評価を行った。又、比較のためバッファ層無しで基材の
上に直接硬質炭素膜を2μm成膜してみた。その結果を
表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】同表に示すようにバッファ層の無いものは
内部応力が原因と考えられる剥離が生じていたのに対
し、本発明硬質炭素膜は積層数の多いものでも剥離が無
く、厚い膜厚の硬質炭素膜が形成できることが確認され
た。
【0016】(実施例2)次に、Siウエハ上にSiバ
ッファ層と硬質炭素膜とを交互にそれぞれ5層、合計1
0層成膜した。成膜に用いた装置は図2に示すもので、
硬質炭素膜とバッファ層はインラインにてそれぞれ独立
した成膜室10及び11で行なうことができる。バッフ
ァ層の成膜は真空蒸着法で行った。バッファ層蒸発源1
3にSiをセットし、バッファ層成膜室10は補助ポン
プを備えたターボ分子ポンプで排気した。真空到達度は
8×10-9Torrであり、成膜中の真空度は2×10
-7Torrであった。一方、硬質炭素膜の成膜は、容量
結合式の平行平板型電極を用いる高周波プラズマCVD
法で行った。硬質炭素膜成膜室11は補助ポンプを備え
た油拡散ポンプで排気され、真空到達度は8×10-9
orrであった。ここで、原料ガスであるメタンを5×
10-4Torrまで導入し、基材温度を250℃とし
た。そして成膜した硬質炭素膜とバッファ層の各内部応
力を測定するとともに、硬質炭素膜の膜厚は0.6μm
に固定し、Siバッファ層の膜厚を50Åから2.0μ
mの範囲で変化させて、積層膜の剥離の有無について調
べてみた。その結果を表2に示す。
【0017】
【表2】
【0018】同表に示すように、−σ11 がσ22
よりも十分小さい場合、例えば−1/100σ11
σ22 を満たす程度であれば積層膜に剥離が発生しな
いことが確認された。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、従来困難とされて
きた硬質炭素膜の厚膜化がバッファ層と交互に積層する
という間接的な方法ではあるが可能となった。これによ
り、耐摩耗部品や摺動部品などの耐用寿命を格段に向上
させることができ、又無反射コート、全反射コートなど
の光学コートにも有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明炭素膜の成膜に用いた装置の概略図であ
る。
【図2】本発明炭素膜の成膜に用いた装置の概略図であ
る。
【符号の説明】
1 メタンイオン源 2 希ガスイオン源 3、13 バッファ層蒸発源 4、14 シャッター 5、15 基材 6、16 ヒーター 7 膜厚計 8 成膜室 10 バッファ層成膜室 11 硬質炭素膜成膜室 17 基材ホルダー兼高周波電極 18 接地電極 20、21 予備室

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材上に硬質炭素膜とバッファ層とを交
    互に積層し、最外層が硬質炭素膜となることを特徴とす
    る硬質炭素積層膜。
  2. 【請求項2】 バッファ層の材料として、シリコン、ゲ
    ルマニウム、炭化けい素、窒化けい素、二酸化けい素、
    ガラス、アルミナから選ばれた1種類以上を用いること
    を特徴とする請求項1記載の硬質炭素積層膜。
  3. 【請求項3】 バッファ層に引っ張り応力を有する膜を
    用いることを特徴とする請求項1記載の硬質炭素積層
    膜。
  4. 【請求項4】 硬質炭素膜、バッファ層の膜厚及び内部
    応力をそれぞれd1、d2 、σ1 、σ2 とした場合、−
    1/100σ11 <σ22 の関係にあることを特徴
    とする請求項1記載の硬質炭素積層膜。
JP25481391A 1991-09-04 1991-09-04 ダイヤモンドライクカーボン積層膜 Expired - Fee Related JP3246513B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25481391A JP3246513B2 (ja) 1991-09-04 1991-09-04 ダイヤモンドライクカーボン積層膜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25481391A JP3246513B2 (ja) 1991-09-04 1991-09-04 ダイヤモンドライクカーボン積層膜

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0565625A true JPH0565625A (ja) 1993-03-19
JP3246513B2 JP3246513B2 (ja) 2002-01-15

Family

ID=17270240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25481391A Expired - Fee Related JP3246513B2 (ja) 1991-09-04 1991-09-04 ダイヤモンドライクカーボン積層膜

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3246513B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006527791A (ja) * 2003-06-16 2006-12-07 コミサリア、ア、レネルジ、アトミク 少なくとも一つの水素含有アモルファスカーボンを含んでなる、機械部品用コーティング、およびコーティングの堆積方法
JP2008254144A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Osg Corp 硬質被膜および硬質被膜被覆工具
JP2017128491A (ja) * 2016-01-18 2017-07-27 住友電気工業株式会社 光学部品
WO2017126394A1 (ja) * 2016-01-18 2017-07-27 住友電気工業株式会社 光学部品

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5287395B2 (ja) * 2009-03-18 2013-09-11 三菱マテリアル株式会社 耐熱性、耐久性に優れる耐摩耗性工具部材

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006527791A (ja) * 2003-06-16 2006-12-07 コミサリア、ア、レネルジ、アトミク 少なくとも一つの水素含有アモルファスカーボンを含んでなる、機械部品用コーティング、およびコーティングの堆積方法
JP2008254144A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Osg Corp 硬質被膜および硬質被膜被覆工具
JP2017128491A (ja) * 2016-01-18 2017-07-27 住友電気工業株式会社 光学部品
WO2017126394A1 (ja) * 2016-01-18 2017-07-27 住友電気工業株式会社 光学部品
CN108474871A (zh) * 2016-01-18 2018-08-31 住友电气工业株式会社 光学元件
US20190023609A1 (en) * 2016-01-18 2019-01-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical component
US10807908B2 (en) 2016-01-18 2020-10-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical component
JP2020180378A (ja) * 2016-01-18 2020-11-05 住友電気工業株式会社 光学部品

Also Published As

Publication number Publication date
JP3246513B2 (ja) 2002-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5227196A (en) Method of forming a carbon film on a substrate made of an oxide material
US5314652A (en) Method for making free-standing diamond film
EP1984152B1 (en) Method for producing a multi-layer coating for razor blades
JPH0726381A (ja) 基体表面被覆方法及び被覆部材
JP2000119843A (ja) ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体
Peng et al. Residual stress and debonding of DLC films on metallic substrates
CN111334794B (zh) 一种在基体表面沉积含Ti过渡层及钛掺杂类金刚石的改性薄膜及方法
JP3561611B2 (ja) 硬質炭素系被膜
US6090456A (en) Process for large area deposition of diamond-like carbon films
JPH1192934A (ja) 硬質炭素厚膜及びその製造方法
JPH0565625A (ja) 硬質炭素積層膜
EP2110460A1 (en) Yttrium-containing ceramic coating
JPH03291379A (ja) カーボン硬質膜の積層構造
Ali et al. Role of surface pre-treatment in the CVD of diamond films on copper
Gimeno et al. Adherence experiments on cBN films
JP2002115061A (ja) ダイヤモンド状炭素膜の作製方法
Murakawa et al. The possibility of coating cubic BN films on various substrates
JP3260156B2 (ja) ダイヤモンド類被覆部材の製造方法
JPH08209347A (ja) 合成ダイヤモンド及びその合成方法
JPH05221691A (ja) 硬質カーボン膜の密着性改善方法
JP3057072B2 (ja) ダイヤモンド状炭素膜作製方法
JPH0774449B2 (ja) ダイヤモンド被覆水素脆性金属の製造方法
JPH08144045A (ja) 立方晶窒化ホウ素被覆部材
JP3267959B2 (ja) ダイヤモンド状炭素膜作製方法
JP3256212B2 (ja) ダイヤモンド状炭素膜の作製方法

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 6

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071102

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 8

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 9

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees