JPH06280019A - Production of thin film of diamond-like carbon - Google Patents

Production of thin film of diamond-like carbon

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JPH06280019A
JPH06280019A JP6972293A JP6972293A JPH06280019A JP H06280019 A JPH06280019 A JP H06280019A JP 6972293 A JP6972293 A JP 6972293A JP 6972293 A JP6972293 A JP 6972293A JP H06280019 A JPH06280019 A JP H06280019A
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thin film
film
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Abstract

PURPOSE:To stably produce a diamond-like-carbon thin film of high quality having uniform particle size by forming a diamond-like-carbon base film on the surface of a substrate by electron cyclotron resonance method, then exciting a gas containing C and H2, and bringing the gas into contact with the carbon base film. CONSTITUTION:A base body 7 is disposed in a vacuum chamber 1 and then the chamber is evacuated. After heating the base body 7 with a heater 11, a source gas containing C and H2 such as methane and ethane and a mixture gas of rare gas such as He and Ar are introduced to the chamber through gas inlet tubes 13 and 14. A magnetic field of specified intensity is applied by a magnetic coil 6, while microwaves of specified frequency are introduced from the microwave oscillator 4 through an inlet 5 to the vacuum chamber 1. The gas such as methane is excited to change into a plasma state, in which carbon-contg. active seeds are brought into contact with the base body 7 to form a base layer comprising diamond-state carbon by electron cyclotron resonance method. Further, by exciting a gas containing C and H2 such as methane and bringing the gas into contact with the substrate, a high quality diamond-like carbon thin film is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、装飾用、工具用、電子
デバイス用等の被膜に利用されるダイヤモンド状炭素薄
膜の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a diamond-like carbon thin film used as a coating for decoration, tools, electronic devices and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイヤモンド状炭素薄膜は、優れた物性
を有しており、装飾用、工具用、電子デバイス用等の被
膜材料として幅広い用途に使用されつつある。従来よ
り、ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法としては、熱C
VD法、プラズマCVD法、イオンビ−ム法、イオンプ
レ−ティング法等が知られている。例えば、特開昭58
−91100号公報に、炭素含有ガスと水素ガスを用い
て、熱CVD法によりダイヤモンド状炭素薄膜を形成す
る方法が記載されており、特開昭64−31974号公
報には、炭素含有ガスと不活性ガスを用いて、プラズマ
CVD法により成膜する方法が記載されている。また、
最近では特開昭63−83271号公報に、水素ガスと
炭素含有ガスを用いて電子サイクロトロン共鳴方法によ
り成膜する方法が記載されている。
2. Description of the Related Art Diamond-like carbon thin films have excellent physical properties and are being widely used as a coating material for decoration, tools, electronic devices and the like. Conventionally, as a method for producing a diamond-like carbon thin film, heat C has been used.
VD method, plasma CVD method, ion beam method, ion plating method and the like are known. For example, JP-A-58
-91100 discloses a method of forming a diamond-like carbon thin film by a thermal CVD method using a carbon-containing gas and a hydrogen gas, and JP-A-64-31974 discloses that a carbon-containing gas and a hydrogen-containing gas are not included. A method of forming a film by a plasma CVD method using an active gas is described. Also,
Recently, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-83271 describes a method of forming a film by an electron cyclotron resonance method using a hydrogen gas and a carbon-containing gas.

【0003】また、特開平5−9736号公報には、炭
素含有ガス及び希ガスからなる混合ガス、あるいは炭素
含有ガス、水素ガス及び希ガスからなる混合ガスを用い
て、電子サイクロトロン共鳴方法により成膜する方法が
記載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 9736/1993, a mixed gas containing a carbon-containing gas and a rare gas, or a mixed gas containing a carbon-containing gas, a hydrogen gas and a rare gas is used to perform an electron cyclotron resonance method. A method of filming is described.

【0004】しかしながら、上記の方法で得られたダイ
ヤモンド状炭素薄膜は、ダイヤモンド結晶の粒径が不均
一であり、電子材料や光学材料として使用することが困
難であった。
However, the diamond-like carbon thin film obtained by the above method has a non-uniform diamond crystal grain size, and is difficult to use as an electronic material or an optical material.

【0005】その対策として、特開平3−278463
号公報には、粒径の均一なダイヤモンド粒子を形成する
ために、基材に微細な凹凸をつけ、次いでダイヤモンド
粉末を含む溶液中に浸潤し振動を与え、さらにアルゴン
ビームを照射して、核発生する位置を制御することによ
って、粒径が均一なダイヤモンド結晶を選択的に形成す
る方法が開示されている。しかしながら、この方法は、
製造工程が複雑になるという欠点があった。
As a countermeasure against this, Japanese Patent Laid-Open No. 3-278463
In the publication, in order to form diamond particles having a uniform particle size, fine irregularities are formed on a base material, which is then infiltrated and vibrated in a solution containing diamond powder, and further irradiated with an argon beam to generate a nucleus. A method for selectively forming a diamond crystal having a uniform grain size by controlling the generation position is disclosed. However, this method
There is a drawback that the manufacturing process becomes complicated.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、粒径の均一な
良質のダイヤモンド状炭素薄膜を、簡単な工程で製造す
る方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above drawbacks, and an object thereof is to provide a method for producing a high quality diamond-like carbon thin film having a uniform grain size in a simple process. To do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のダイヤモンド状
炭素薄膜の製造方法は、炭素と水素を含有するガス及び
希ガスからなる混合ガスを電子サイクロトロン共鳴法に
より励起して下地層を形成した後、該下地層に、炭素と
水素を含有するガスを励起して接触させることを特徴と
する。
The method for producing a diamond-like carbon thin film of the present invention is a method in which a mixed gas consisting of a gas containing carbon and hydrogen and a rare gas is excited by an electron cyclotron resonance method to form an underlayer. A gas containing carbon and hydrogen is excited and brought into contact with the underlayer.

【0008】本発明で使用される混合ガスは、炭素と水
素を含有するガス及び希ガスからなる。
The mixed gas used in the present invention comprises a gas containing carbon and hydrogen and a rare gas.

【0009】上記炭素と水素を含有するガスとしては、
例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタ
ン、ヘキサン等のアルカン系ガス類;エチレン、プロピ
レン、ブテン、ペンテン等のアルケン系ガス類;ペンタ
ジエン、ブタジエン等のアルカジエン系ガス類;アセチ
レン、メチルアセチレン等のアルキン系ガス類;ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、インデン、ナフタレン、フェ
ナントレン等の芳香族炭化水素系ガス類;シクロプロパ
ン、シクロヘキサン等のシクロアルカン系ガス類;シク
ロペンテン、シクロヘキセン等のシクロアルケン系ガス
類;メタノ−ル、エタノ−ル等のアルコ−ル系ガス類;
アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系ガス類;メ
タナール、エタナール等のアルデヒド系ガス類等が挙げ
られる。これらのガスは、単独で使用されてもよいし、
二種以上が併用されてもよい。
As the gas containing carbon and hydrogen,
For example, alkane-based gases such as methane, ethane, propane, butane, pentane, and hexane; alkene-based gases such as ethylene, propylene, butene, and pentene; alkadiene-based gases such as pentadiene and butadiene; acetylene, methylacetylene, and the like. Alkyne-based gases; aromatic hydrocarbon-based gases such as benzene, toluene, xylene, indene, naphthalene, phenanthrene; cycloalkane-based gases such as cyclopropane and cyclohexane; cycloalkene-based gases such as cyclopentene and cyclohexene; methano -Alcohol-based gases such as alcohol and ethanol;
Ketone-based gases such as acetone and methyl ethyl ketone; aldehyde-based gases such as methanal and ethanal. These gases may be used alone,
Two or more kinds may be used in combination.

【0010】また、上記以外の炭素と水素を含有するガ
スとしては、上記ガス類と水素ガスとの混合ガス;一酸
化炭素ガス、二酸化炭素ガス等炭素と酸素のみから構成
されるガスと上記ガス類との混合ガス;一酸化炭素ガ
ス、二酸化炭素ガス等炭素と酸素のみから構成されるガ
スと水素ガスとの混合ガスなどが挙げられる。さらに、
これらの炭素と水素を含有するガスに、酸素ガスや水蒸
気を添加してもかまわない。
As the gas containing carbon and hydrogen other than the above, a mixed gas of the above gases and hydrogen gas; a gas composed only of carbon and oxygen such as carbon monoxide gas and carbon dioxide gas and the above gas Mixed gas with a gas; mixed gas of hydrogen gas and a gas composed only of carbon and oxygen, such as carbon monoxide gas and carbon dioxide gas. further,
Oxygen gas or water vapor may be added to the gas containing carbon and hydrogen.

【0011】上記希ガスは、周期律表第0族の元素から
なるガスであり、例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオ
ン、キセノン等が挙げられる。これらの希ガスは、単独
で使用されてもいし、2種以上が併用されてもよい。上
記希ガスを混合するとプラズマ電子密度が大きくなるた
め、ダイヤモンド状炭素薄膜の成膜速度が高くなる傾向
がある。
The rare gas is a gas containing an element belonging to Group 0 of the periodic table, and examples thereof include helium, argon, neon and xenon. These rare gases may be used alone or in combination of two or more. When the rare gas is mixed, the plasma electron density increases, so that the diamond-like carbon thin film deposition rate tends to increase.

【0012】上記混合ガス中における希ガスの混合量
は、混合ガスの種類や成膜圧力等によって適宜決定され
るが、過剰でも過小でも、得られる薄膜がグラファイト
状になり、ダイヤモンド状炭素薄膜の成膜速度が低下す
るので、混合ガス中20〜90vol%が好ましい。
The mixing amount of the rare gas in the above mixed gas is appropriately determined depending on the kind of the mixed gas, the film forming pressure and the like. However, if the amount is excessive or too small, the obtained thin film becomes graphite and the diamond-like carbon thin film Since the film forming rate decreases, it is preferably 20 to 90 vol% in the mixed gas.

【0013】上記混合ガス中における炭素と水素を含有
するガスの混合量は、混合ガス中10〜80vol%が
好ましい。
The mixed amount of the gas containing carbon and hydrogen in the mixed gas is preferably 10 to 80 vol% in the mixed gas.

【0014】また、水素ガスについては、混合ガス中の
混合量は使用される混合ガスの種類や成膜圧力等によっ
て適宜決定され、その混合量は特に限定されるものでは
ない。
Regarding the hydrogen gas, the mixing amount in the mixed gas is appropriately determined depending on the kind of the mixed gas used, the film forming pressure, etc., and the mixing amount is not particularly limited.

【0015】本発明で使用される基材としては、例え
ば、シリコン、アルミニウム、チタン、モリブデン、タ
ングステン等の金属およびこれら金属の合金、各種金属
の酸化物、窒化物および炭化物、ガラス、セラミック
ス、プラスチック等が挙げられ、その形状としては特に
限定されるものではなく、例えば、板状、線状、パイプ
状等が挙げられる。
Examples of the base material used in the present invention include metals such as silicon, aluminum, titanium, molybdenum and tungsten, alloys of these metals, oxides, nitrides and carbides of various metals, glass, ceramics and plastics. The shape is not particularly limited, and examples thereof include a plate shape, a linear shape, and a pipe shape.

【0016】基材とダイヤモンド状炭素薄膜との高密着
性を必要とする場合は、上記基材に脱脂や脱水するため
の洗浄等の清浄化処理;真空容器内でアルゴン等の不活
性ガスのプラズマ処理等公知の前処理が施されるのが好
ましい。
When high adhesion between the base material and the diamond-like carbon thin film is required, a cleaning treatment such as cleaning for degreasing and dehydrating the above base material; inert gas such as argon in a vacuum vessel. Known pretreatment such as plasma treatment is preferably performed.

【0017】上記基材が清浄な表面を有する場合は、下
地層が容易に形成できるため、ダイヤモンド核形成のた
めのダイヤモンド砥粒による基材の前処理は必ずしも必
要ではない。
When the base material has a clean surface, the base layer can be easily formed, so that pretreatment of the base material with diamond abrasive grains for forming diamond nuclei is not always necessary.

【0018】上記混合ガスは電子サイクロトロン共鳴法
によって励起され、基材上に下地層が形成される。
The mixed gas is excited by the electron cyclotron resonance method to form an underlayer on the base material.

【0019】図1は、下地層の形成に使用される装置の
1例を示す模式断面図である。図1において、1は真空
容器であり、真空容器1はプラズマ発生室2と成膜室3
からなっている。プラズマ発生室2の側面中央部には、
マイクロ波発振器4が、マイクロ波導入管5によってプ
ラズマ発生室2に連設されており、プラズマ発生室2と
マイクロ波導入管5の周辺部には磁場コイル6が設置さ
れている。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus used for forming an underlayer. In FIG. 1, reference numeral 1 is a vacuum container, and the vacuum container 1 is a plasma generating chamber 2 and a film forming chamber 3.
It consists of At the center of the side surface of the plasma generation chamber 2,
A microwave oscillator 4 is connected to the plasma generation chamber 2 by a microwave introduction tube 5, and a magnetic field coil 6 is provided around the plasma generation chamber 2 and the microwave introduction tube 5.

【0020】一方、真空容器内には、基材7の下地層形
成面がマイクロ波導入管5に対向するようにして基材7
を保持するための保持具8が設置されている。さらに、
保持具8は基材7に直流バイアスを印加するための直流
バイアス電源9と導線によって接続されている。
On the other hand, in the vacuum container, the base material 7 is made so that the surface of the base material 7 on which the base layer is formed faces the microwave introducing tube 5.
A holding tool 8 for holding is installed. further,
The holder 8 is connected to a DC bias power source 9 for applying a DC bias to the base material 7 by a conductive wire.

【0021】上記保持具8は、約200℃以下で成膜す
る場合のために、冷却用液体循環器(図示せず)が接続
され、内部に冷却液10が循環し得るようにされてい
る。また、約200℃以上で成膜する場合のために、加
熱装置11が設けられている。さらに、保持具8には基
材の背面の温度を測定するための熱電対12が設置され
ている。
The holder 8 is connected to a cooling liquid circulator (not shown) for the case of forming a film at a temperature of about 200 ° C. or lower, and the cooling liquid 10 can be circulated inside. . A heating device 11 is provided for the case of forming a film at about 200 ° C. or higher. Further, the holder 8 is provided with a thermocouple 12 for measuring the temperature of the back surface of the base material.

【0022】上記プラズマ発生室2には、混合ガスを導
入するための2本のガス導入管13及び14が接続され
ており、ガス導入管13が保持具8に近い位置に設けら
れている。尚、成膜室3の壁面には、真空容器1内の圧
力を調整するための排気装置(図示せず)と接続する排
気口15が設けられている。
Two gas introduction pipes 13 and 14 for introducing a mixed gas are connected to the plasma generation chamber 2, and the gas introduction pipe 13 is provided at a position near the holder 8. The wall surface of the film forming chamber 3 is provided with an exhaust port 15 connected to an exhaust device (not shown) for adjusting the pressure inside the vacuum container 1.

【0023】以下、上記装置により下地層を形成する方
法を説明する。まず、真空容器1内に保持具8によって
基材7を設置した後、真空容器1内を高真空とする。こ
の時の真空容器1内の圧力は、他の不純物ガスの残留に
よる成膜への影響をなくすため、10-4Torr以下が
好ましい。
The method of forming the underlayer by the above apparatus will be described below. First, after the base material 7 is set in the vacuum container 1 by the holder 8, the inside of the vacuum container 1 is set to a high vacuum. The pressure in the vacuum container 1 at this time is preferably 10 −4 Torr or less in order to eliminate the influence on the film formation due to the residual of other impurity gas.

【0024】次に、基材7を所定の温度に設定する。上
記基材7は前記冷却装置及び加熱装置11が付いた保持
具8によって保持され、その温度は、室温から1000
℃の範囲の所定の温度に制御される。基材7に対する熱
的影響の少ない200℃以下の低温で下地層を形成する
場合は、基材7の温度は接触する保持具8の温度を制御
することにより設定する。この場合、上記基材7は、保
持具8を介してプラズマの温度以下に設定する。
Next, the base material 7 is set to a predetermined temperature. The substrate 7 is held by a holder 8 provided with the cooling device and the heating device 11, and the temperature thereof is from room temperature to 1000.
It is controlled to a predetermined temperature in the range of ° C. When the underlayer is formed at a low temperature of 200 ° C. or less, which has a small thermal influence on the base material 7, the temperature of the base material 7 is set by controlling the temperature of the holding tool 8 in contact therewith. In this case, the base material 7 is set to a temperature of plasma or lower via the holder 8.

【0025】この場合、保持具8の温度制御方式は、保
持具8内部へ所定温度の液体あるいは気体を循環する方
式、熱線、通電加熱等の方法が挙げられるが、成膜時の
プラズマが200℃以上の温度を持っているため、下地
層の成膜温度を200℃以下に保持するには、熱容量の
大きい液体の循環方式が好ましく、少なくとも基材を2
00℃以下に保持する必要がある。
In this case, the temperature control method of the holder 8 may be a method of circulating a liquid or a gas having a predetermined temperature inside the holder 8, a method of heating wire, an electric heating, or the like. Since it has a temperature of ℃ or more, in order to keep the film forming temperature of the underlayer at 200 ℃ or less, a liquid circulation system with a large heat capacity is preferable, and at least 2
It is necessary to keep the temperature below 00 ° C.

【0026】循環方式に使用される液体としては、所定
の温度に加温あるいは冷却された液体、例えば、水、エ
チレングリコール(不凍液)、アルコール類、さらに低
温化する場合、液体窒素、液体ヘリウム等が挙げられ
る。
The liquid used in the circulation system is a liquid that has been heated or cooled to a predetermined temperature, such as water, ethylene glycol (antifreeze liquid), alcohols, and liquid nitrogen, liquid helium, etc. when the temperature is further lowered. Is mentioned.

【0027】また、200℃以上の高温で下地層を形成
する場合は、基材温度を高める方法として、基材7を保
持する保持具8の加熱装置11を通電加熱制御する方
法、熱線を基材7に照射する方法等が挙げられる。
When the underlayer is formed at a high temperature of 200 ° C. or higher, the method for raising the temperature of the base material is to control the heating device 11 of the holder 8 for holding the base material 7 by heating the heating device 11 based on heat. Examples include a method of irradiating the material 7.

【0028】次に、混合ガスを真空容器1内に導入し所
定圧力に調整する。圧力は低くなると成膜速度が低くな
り、高くなると得られるダイヤモンド状炭素薄膜の膜質
が低下するので、1×10-4〜50Torrが好まし
く、より好ましくは1×10-2〜10Torrである。
Next, the mixed gas is introduced into the vacuum container 1 and adjusted to a predetermined pressure. The lower the pressure, the lower the film formation rate, and the higher the pressure, the lower the quality of the diamond-like carbon thin film obtained. Therefore, the pressure is preferably 1 × 10 −4 to 50 Torr, more preferably 1 × 10 −2 to 10 Torr.

【0029】上記混合ガスの導入方法は特に限定される
ものではなく、混合ガスを導入管13もしくは14から
一括して導入してもよいし、導入管13及び14を用い
て混合ガスを構成する成分ガスを個別に導入してもよ
い。但し、後者の導入方法を採用する場合は、炭素を含
有するガスは基材7に近い導入管13より導入するのが
好ましい。
The method of introducing the mixed gas is not particularly limited, and the mixed gas may be introduced all at once through the introduction pipes 13 or 14, or the mixed gas is constituted using the introduction pipes 13 and 14. The component gases may be introduced individually. However, when the latter introduction method is adopted, it is preferable to introduce the gas containing carbon through the introduction pipe 13 near the base material 7.

【0030】次に、磁場コイル6によって所定の磁場強
度の磁場を印加すると共に、マイクロ波発振器4によっ
て所定の周波数のマイクロ波を発生させ、このマイクロ
波を、マイクロ波導入管5を経由し石英窓16を通じて
真空容器1内に導入する。
Next, a magnetic field having a predetermined magnetic field strength is applied by the magnetic field coil 6, and a microwave having a predetermined frequency is generated by the microwave oscillator 4, and the microwave is passed through the microwave introduction tube 5 and quartz. It is introduced into the vacuum container 1 through the window 16.

【0031】真空容器1内に導入された炭素と水素を含
有するガスは励起されてプラズマ状態となり、炭素含有
活性種が基材7に接触することにより、基材7上にダイ
ヤモンド状炭素薄膜の下地層(図示しない)が形成され
る。
The gas containing carbon and hydrogen introduced into the vacuum vessel 1 is excited into a plasma state, and the carbon-containing active species come into contact with the base material 7, whereby the diamond-like carbon thin film on the base material 7 is formed. A base layer (not shown) is formed.

【0032】上記所定の磁場強度及び周波数は、特に限
定されるものではないが、電子サイクロトロン共鳴に必
要な条件を満たす値とするのが好ましい。この条件と
は、一定磁場における電子のサイクロトロン周波数とマ
イクロ波周波数とが一致することをいい、例えば、マイ
クロ周波数が2.45GHzの場合、磁場強度が875
ガウスである。尚、この時均一な膜を形成するために基
材7に直流バイアスを印加するのが好ましく、直流バイ
アス値は−5〜200Vが好ましい。
The above-mentioned predetermined magnetic field strength and frequency are not particularly limited, but it is preferable that the predetermined magnetic field strength and frequency satisfy the conditions required for electron cyclotron resonance. This condition means that the cyclotron frequency of an electron in a constant magnetic field and the microwave frequency match, and for example, when the microwave frequency is 2.45 GHz, the magnetic field strength is 875.
Gauss. At this time, in order to form a uniform film, it is preferable to apply a DC bias to the substrate 7, and the DC bias value is preferably -5 to 200V.

【0033】上記下地層は薄膜状であることが好まし
く、その膜厚は特に制限されないが、0.01μm以上
が好ましい。
The underlayer is preferably in the form of a thin film, and the film thickness is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more.

【0034】上記ダイヤモンド状炭素薄膜はダイヤモン
ド状炭素の微結晶から構成されるが、その結晶子径は1
00Å以下が好ましい。結晶子径は、成膜圧力、混合ガ
スの種類とその混合比および成膜温度等の条件によって
異なり、例えば、成膜温度が低くなると、結晶子径は小
さくなる傾向がある。
The diamond-like carbon thin film is composed of diamond-like carbon microcrystals, and has a crystallite diameter of 1
It is preferably 00 Å or less. The crystallite diameter varies depending on conditions such as film forming pressure, mixed gas type and its mixing ratio, and film forming temperature. For example, when the film forming temperature becomes lower, the crystallite diameter tends to become smaller.

【0035】本発明の製造方法では、上記の方法で形成
された下地層上にダイヤモンド状炭素薄膜が1層以上形
成される。
In the manufacturing method of the present invention, one or more diamond-like carbon thin films are formed on the underlayer formed by the above method.

【0036】上記炭素薄膜の形成に使用されるガスとし
ては、前記炭素と水素を含有するガスが用いられる。
As the gas used for forming the carbon thin film, the gas containing carbon and hydrogen is used.

【0037】上記炭素と水素を含有するガスを励起する
手段としては、ダイヤモンドの合成に従来より使用され
ている方法、例えば、直流を印加してプラズマ分解する
方法;マイクロ波放電によってプラズマ分解する方法;
前記電子サイクロトロン共鳴法によりプラズマ分解する
方法;熱フィラメント加熱によって熱分解する方法等が
挙げられるが、生産性や密着性の点から電子サイクロト
ロン共鳴法が好ましく、前記下地層を形成する方法に準
じてダイヤモンド状炭素薄膜が形成される。
As a means for exciting the gas containing carbon and hydrogen, a method conventionally used for synthesizing diamond, for example, a method of decomposing plasma by applying direct current; a method of decomposing plasma by microwave discharge ;
A method of plasma decomposition by the electron cyclotron resonance method; a method of thermally decomposing by hot filament heating and the like can be mentioned, but the electron cyclotron resonance method is preferable from the viewpoint of productivity and adhesion, and according to the method of forming the underlayer A diamond-like carbon thin film is formed.

【0038】[0038]

〔膜の性状及び同定〕[Properties and identification of film]

(1)膜の性状 走査型電子顕微鏡により得られた膜の表面写真を観察し
結晶粒径を評価した。 (2)膜の同定 X線電子分光法により、得られた膜の結合エネルギー0
〜30eVの範囲の価電子帯スペクトルを測定し、図2
に示すIIb 型天然ダイヤモンドの価電子帯スペクトルの
ように、14eV及び18eVのダイヤモンド特有のピ
−クの有無を確認することによって、得られた膜がダイ
ヤモンド状炭素薄膜であることを同定した。尚、黒鉛の
価電子帯スペクトルは、図3に示すように、14eV及
び18eVのピークは確認されない。
(1) Properties of Film The surface grain of the film obtained by a scanning electron microscope was observed to evaluate the crystal grain size. (2) Identification of film The binding energy of the film obtained by X-ray electron spectroscopy was 0.
The valence band spectrum in the range of ˜30 eV was measured, and FIG.
As shown in the valence band spectrum of IIb type natural diamond shown in (4), the presence or absence of peaks peculiar to diamond at 14 eV and 18 eV was confirmed to identify that the obtained film was a diamond-like carbon thin film. Incidentally, in the valence band spectrum of graphite, as shown in FIG. 3, peaks at 14 eV and 18 eV are not confirmed.

【0039】(実施例1)図1に示した装置において、
真空容器1内のステンレス製保持具8にダイヤモンド砥
粒による前処理を施していない直径4インチ、厚み20
0μmのSi基材7を設置し、真空容器1内を1×10
-5Torrに減圧した後、加熱装置11を500℃に加
熱した。
(Example 1) In the apparatus shown in FIG.
The stainless steel holder 8 in the vacuum container 1 is not pre-treated with diamond abrasive grains and has a diameter of 4 inches and a thickness of 20.
The Si substrate 7 of 0 μm is installed, and the inside of the vacuum container 1 is set to 1 × 10.
After reducing the pressure to −5 Torr, the heating device 11 was heated to 500 ° C.

【0040】次いで、ガス流量をそれぞれメタノールガ
ス40sccm、アルゴンガス140sccmに設定
し、ガス導入管14より混合ガスとして真空容器1内に
導入し、0.1Torrの圧力とした後、周波数2.4
5GHz、1.2kWのマイクロ波及び2.2kガウス
の磁場を印加すると共に、30Vの直流バイアスを印加
して15分間成膜を行い、70Åの結晶子からなる厚さ
0.05μmの下地層を形成した。また、この時の基材
表面付近の磁場強度は875ガウスであった。
Then, the gas flow rate was set to 40 sccm of methanol gas and 140 sccm of argon gas respectively, and the mixed gas was introduced into the vacuum vessel 1 through the gas introduction pipe 14 to a pressure of 0.1 Torr, and the frequency was changed to 2.4.
While applying a microwave of 5 GHz, 1.2 kW and a magnetic field of 2.2 kGauss and applying a DC bias of 30 V for 15 minutes to form a film, a 0.05 μm-thick underlayer made of 70 Å crystallites was formed. Formed. The magnetic field strength near the surface of the base material at this time was 875 Gauss.

【0041】次に、アルゴンガスを水素ガスに代えたこ
と以外は、下地層の形成と同一の成膜条件で4時間成膜
を行い、厚さ0.6μmの薄膜を得た。得られた薄膜を
上記(1)の方法で評価した結果、基材7の全面に0.
1μm程度の粒径の均一なダイヤモンドの(111)面
を有する結晶が確認された。また、得られた薄膜を上記
(2)の方法で評価した結果、14eV及び18eVに
ピークを持つダイヤモンド特有の価電子帯スペクトルが
確認された。
Next, a film having a thickness of 0.6 μm was obtained by performing film formation for 4 hours under the same film forming conditions as the formation of the underlayer, except that the argon gas was replaced with hydrogen gas. The obtained thin film was evaluated by the above method (1).
Crystals having a uniform (111) face of diamond having a grain size of about 1 μm were confirmed. Further, as a result of evaluating the obtained thin film by the method (2), valence band spectra peculiar to diamond having peaks at 14 eV and 18 eV were confirmed.

【0042】(実施例2)実施例1において、公知のダ
イヤモンド砥粒による前処理として、平均粒径20〜4
0μmのダイヤモンド砥粒が分散したエタノール分散液
中で30分間超音波処理を施したSi基材を用いたこと
以外は、実施例1と同様にして、成膜を行った。得られ
た薄膜を、実施例1と同様にして評価した結果、約0.
1μmの粒径の均一な結晶からなる膜が基材全面に形成
されているのが確認され、X線電子分光法では、14e
V及び18eVにピークをもつダイヤモンド特有の価電
子帯スペクトルが確認された。
(Example 2) In Example 1, as a pretreatment with known diamond abrasive grains, an average particle size of 20 to 4 was used.
Film formation was performed in the same manner as in Example 1 except that a Si base material that was ultrasonically treated for 30 minutes in an ethanol dispersion liquid in which 0 μm diamond abrasive grains were dispersed was used. The obtained thin film was evaluated in the same manner as in Example 1, and as a result, the result was about 0.
It was confirmed that a film composed of a uniform crystal having a particle size of 1 μm was formed on the entire surface of the base material.
A valence band spectrum peculiar to diamond having peaks at V and 18 eV was confirmed.

【0043】(実施例3)実施例1と同様にして形成し
た下地層上に、慣用のマイクロ波プラズマCVD法を用
いて、COガス10sccm、水素ガス90sccmの
混合ガスにより、圧力30Torr、温度850℃で4
時間成膜を行い、膜厚0.1μmの薄膜を形成した。得
られた薄膜を、実施例1と同様にして評価した結果、約
0.5μmの粒径の均一な結晶で構成された膜が基材全
面に形成されているのが確認され、X線電子分光法で
は、14eV及び18eVにピークをもつダイヤモンド
特有の価電子帯スペクトルが確認された。
(Embodiment 3) On the underlayer formed in the same manner as in Embodiment 1, a conventional microwave plasma CVD method was used to mix a gas of CO gas of 10 sccm and hydrogen gas of 90 sccm to obtain a pressure of 30 Torr and a temperature of 850. 4 at ℃
Film formation was performed for a time to form a thin film having a thickness of 0.1 μm. The obtained thin film was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that a film composed of uniform crystals having a grain size of about 0.5 μm was formed on the entire surface of the substrate, and X-ray electron In the spectroscopy, valence band spectra peculiar to diamond having peaks at 14 eV and 18 eV were confirmed.

【0044】(比較例1)実施例1において、下地層を
形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして4時
間成膜を行った。得られた薄膜を、実施例1と同様にし
て評価した結果、粒径が0.1μm以下の不揃いの結晶
が基材上に形成されているのが確認された。
Comparative Example 1 Film formation was carried out for 4 hours in the same manner as in Example 1 except that the underlayer was not formed. As a result of evaluating the obtained thin film in the same manner as in Example 1, it was confirmed that irregular crystals having a particle size of 0.1 μm or less were formed on the substrate.

【0045】(比較例2)実施例2において、下地層を
形成しなかったこと以外は、実施例2と同様にして4時
間成膜を行った。得られた薄膜を、実施例1と同様にし
て評価した結果、0.1μm以下の粒径の不揃いの結晶
が絡み合った膜が確認され、X線電子分光法では、14
eV及び18eVにピークをもつダイヤモンド特有の価
電子帯スペクトルが確認された。
Comparative Example 2 Film formation was carried out for 4 hours in the same manner as in Example 2 except that the underlayer was not formed. The obtained thin film was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, a film in which crystals having irregular grain sizes of 0.1 μm or less were entangled with each other was confirmed.
A valence band spectrum peculiar to diamond having peaks at eV and 18 eV was confirmed.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明のダイヤモンド状炭素薄膜の製造
方法は、上述の通りであるから、粒径の均一なダイヤモ
ンド状炭素薄膜が形成可能であり、得られたダイヤモン
ド状炭素薄膜は、装飾用、工具用、電子デバイス用等の
被膜として使用でき、光学用材料、電子材料、化学工業
材料等幅広い用途に好適に用いることができる。
Since the method for producing a diamond-like carbon thin film of the present invention is as described above, it is possible to form a diamond-like carbon thin film having a uniform grain size, and the obtained diamond-like carbon thin film is for decoration. It can be used as a coating for tools, electronic devices, etc., and can be suitably used for a wide range of applications such as optical materials, electronic materials, and chemical industrial materials.

【0047】[0047]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の製造方法に使用される装置の一例を示
す模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an apparatus used in the manufacturing method of the present invention.

【図2】IIb 型天然ダイヤモンドのX線電子分光法によ
って得られた価電子帯スペクトルである。
FIG. 2 is a valence band spectrum obtained by X-ray electron spectroscopy of type IIb natural diamond.

【図3】黒鉛のX線電子分光法によって得られた価電子
帯スペクトルである。
FIG. 3 is a valence band spectrum obtained by X-ray electron spectroscopy of graphite.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2 プラズマ発生室 3 成膜室 4 マイクロ波発振器 5 マイクロ波導入管 6 磁場コイル 7 基材 8 保持具 9 直流バイアス電源 10 冷却液 11 加熱装置 12 熱電対 13、14 ガス導入管 15 排気口 16 石英窓 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Plasma generation chamber 3 Film-forming chamber 4 Microwave oscillator 5 Microwave introduction pipe 6 Magnetic field coil 7 Base material 8 Holding device 9 DC bias power supply 10 Cooling liquid 11 Heating device 12 Thermocouple 13, 14 Gas introduction pipe 15 Exhaust Mouth 16 Quartz window

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭素と水素を含有するガス及び希ガスから
なる混合ガスを、電子サイクロトロン共鳴法により励起
して基材に接触させ、基材上にダイヤモンド状炭素膜か
らなる下地層を形成した後、該下地層に、炭素と水素を
含有するガスを励起し接触させて成膜することを特徴と
するダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法。
1. A mixed gas composed of a gas containing carbon and hydrogen and a rare gas is excited by an electron cyclotron resonance method and brought into contact with a base material to form a base layer composed of a diamond-like carbon film on the base material. Then, a method for producing a diamond-like carbon thin film is characterized in that a gas containing carbon and hydrogen is excited and brought into contact with the underlayer to form a film.
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