JPH07316818A - Head carbon coating film covered substrate and its formation - Google Patents
Head carbon coating film covered substrate and its formationInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電気かみそり等の刃物
などに用いることができる、硬質炭素被膜を有した基板
及びその形成方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate having a hard carbon coating, which can be used for a blade such as an electric shaver, and a method for forming the substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
セラミック基板やシリコン基板などの基板とダイヤモン
ド状被膜との密着性を向上させるため、基板とダイヤモ
ンド状被膜との間に中間層を形成させることが提案され
ている。特開平１−３１７１９７号公報では、プラズマ
ＣＶＤ法により基板上にシリコンを主成分とする中間層
を形成し、この中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成
する技術が開示されている。このような中間層を設ける
ことにより、基板上に直接ダイヤモンド状被膜を形成し
た場合に比べ、基板に対するダイヤモンド状被膜の密着
性を向上させることができる。2. Description of the Related Art Conventionally, the problems to be solved by the invention
It has been proposed to form an intermediate layer between the substrate and the diamond-like coating in order to improve the adhesion between the substrate such as a ceramic substrate or a silicon substrate and the diamond-like coating. Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-317197 discloses a technique in which an intermediate layer containing silicon as a main component is formed on a substrate by a plasma CVD method, and a diamond film is formed on the intermediate layer. By providing such an intermediate layer, the adhesion of the diamond-like coating to the substrate can be improved as compared with the case where the diamond-like coating is directly formed on the substrate.
【０００３】しかしながら、電気かみそり等の刃物とし
て用いられるニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、及びステンレス鋼などの基板上にダイヤモンド状
被膜を形成する場合については中間層の形成が検討され
ていない。However, nickel (Ni), aluminum (A) used as a blade for electric razors, etc.
l) and the case of forming a diamond-like coating on a substrate such as stainless steel, formation of an intermediate layer has not been studied.
【０００４】本発明の目的は、ＮｉまたはＡｌを主成分
とする金属もしくは合金、またはステンレス鋼からなる
基板の上に硬質炭素被膜を形成した硬質炭素被膜基板で
あって、基板と硬質炭素被膜との密着性に優れた硬質炭
素被膜基板を提供することにある。An object of the present invention is a hard carbon coated substrate in which a hard carbon coated film is formed on a substrate made of a metal or alloy containing Ni or Al as a main component, or a stainless steel. To provide a hard carbon coated substrate having excellent adhesion.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明における硬質炭素
被膜の概念は、結晶質のダイヤモンド及び非晶質のダイ
ヤモンド状被膜を含むものである。SUMMARY OF THE INVENTION The concept of hard carbon coatings in the present invention includes crystalline diamond and amorphous diamond-like coatings.
【０００６】本発明に従う硬質炭素被膜基板は、Ｎｉま
たはＡｌを主成分とする金属もしくは合金、またはステ
ンレス鋼からなる基板と、基板上に形成されるＳｉまた
はＧｅを主成分とする中間層と、中間層上に形成される
硬質炭素被膜とを備えている。The hard carbon coated substrate according to the present invention comprises a substrate made of a metal or alloy containing Ni or Al as a main component, or stainless steel, and an intermediate layer formed on the substrate and containing Si or Ge as a main component. And a hard carbon coating formed on the intermediate layer.
【０００７】本発明に従えば、基板とダイヤモンド状被
膜の間にＳｉまたはＧｅを主成分とする中間層が設けら
れる。このような中間層により、基板とダイヤモンド状
被膜の密着性が高められる。According to the present invention, an intermediate layer containing Si or Ge as a main component is provided between the substrate and the diamond-like film. Such an intermediate layer enhances the adhesion between the substrate and the diamond-like coating.
【０００８】本発明において、中間層は、組成比率が膜
厚方向に傾斜した構造を有する、ＳｉまたはＧｅと、炭
素、窒素、または酸素の混合層であることが好ましい。
このような混合層において、基板に近い部分ではＳｉま
たはＧｅの含有量が多く、硬質炭素被膜に近い部分では
炭素、窒素、または酸素の含有量が多くなっていること
が好ましい。In the present invention, the intermediate layer is preferably a mixed layer of Si or Ge and carbon, nitrogen, or oxygen having a structure in which the composition ratio is inclined in the film thickness direction.
In such a mixed layer, it is preferable that the portion near the substrate has a large Si or Ge content, and the portion near the hard carbon film has a large carbon, nitrogen, or oxygen content.
【０００９】また、本発明の硬質炭素被膜基板を電気シ
ェーバーの内刃として用いる場合には、中間層の膜厚が
５０〜８０００Åの範囲内であることが好ましい。ま
た、本発明の硬質炭素被膜基板を電気シェーバーの外刃
として用いる場合には、中間層の膜厚が５０〜４０００
Åの範囲内であることが好ましい。中間層の膜厚が薄す
ぎると密着性向上の効果が少なく、上記範囲より厚くし
てもそれ以上の効果は認められない。When the hard carbon coated substrate of the present invention is used as the inner blade of an electric shaver, the thickness of the intermediate layer is preferably in the range of 50 to 8000Å. When the hard carbon coated substrate of the present invention is used as an outer blade of an electric shaver, the thickness of the intermediate layer is 50 to 4000.
It is preferably within the range of Å. If the thickness of the intermediate layer is too thin, the effect of improving the adhesiveness is small, and if the thickness is more than the above range, no further effect is observed.
【００１０】本発明に従う硬質炭素被膜基板の形成方法
は、不活性ガスのイオン照射により、中間層を構成する
材料原子をスパッタリングすることにより、真空チャン
バ内に配置された基板上に中間層を形成する工程と、炭
素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプラズマ
化し、該プラズマを前記中間層に向けて放射することに
よって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成する工程とを
備えている。According to the method of forming a hard carbon coated substrate according to the present invention, an intermediate layer is formed on a substrate arranged in a vacuum chamber by sputtering material atoms constituting the intermediate layer by ion irradiation of an inert gas. And a step of forming a hard carbon coating on the intermediate layer by supplying a reaction gas containing carbon into a vacuum chamber to generate plasma and radiating the plasma toward the intermediate layer. There is.
【００１１】本発明に従う形成方法の１つの実施態様に
おいては、供給量が漸次増加するように炭素、窒素、ま
たは酸素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプ
ラズマ化し、該プラズマを真空チャンバ内に配置された
基板に向けて放射するとともに、不活性ガスのイオン照
射量を漸次低減させながらイオン照射し中間層を構成す
る材料原子をスパッタリングすることにより基板上に前
記材料原子と炭素、窒素、または酸素の混合層からなる
中間層を形成する工程と、炭素を含む反応ガスを真空チ
ャンバ内に供給してプラズマ化し、該プラズマを前記中
間層に向けて放射することによって、該中間層上に硬質
炭素被膜を形成する工程とを備えている。上記方法によ
れば、傾斜構造を有する中間層を形成することができ
る。In one embodiment of the forming method according to the present invention, a reaction gas containing carbon, nitrogen, or oxygen is supplied into the vacuum chamber to generate plasma so that the supply amount is gradually increased, and the plasma is generated in the vacuum chamber. While radiating toward the substrate placed inside, the material atoms forming the intermediate layer are sputtered by ion irradiation while gradually reducing the ion irradiation amount of the inert gas, and the material atoms and carbon, nitrogen are sputtered on the substrate. Or forming an intermediate layer composed of a mixed layer of oxygen, and supplying a reaction gas containing carbon into the vacuum chamber to generate plasma, and radiating the plasma toward the intermediate layer to form a plasma on the intermediate layer. And a step of forming a hard carbon coating. According to the above method, it is possible to form an intermediate layer having a graded structure.
【００１２】本発明に従う硬質炭素被膜基板の他の形成
方法は、中間層を構成する材料原子を含むガスを真空チ
ャンバ内に供給してプラズマ化し、該プラズマを基板上
に向けて放射することによって、基板上に中間層を形成
する工程と、炭素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供
給してプラズマ化し、該プラズマを中間層に向けて放射
することによって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成す
る工程とを備えている。Another method of forming a hard carbon coated substrate according to the present invention is to supply a gas containing material atoms constituting the intermediate layer into a vacuum chamber to generate plasma, and radiate the plasma onto the substrate. A step of forming an intermediate layer on a substrate, supplying a reaction gas containing carbon into a vacuum chamber to generate plasma, and radiating the plasma toward the intermediate layer to form a hard carbon film on the intermediate layer. And a forming step.
【００１３】[0013]
【作用】本発明に従い、Ｓｉを主成分とする中間層また
はＧｅを主成分とする中間層を基板と硬質炭素被膜の間
に形成することにより、硬質炭素被膜中の応力を緩和す
ることができ、基板と硬質炭素被膜の密着性を高めるこ
とができる。中間層の存在により、基板と硬質炭素被膜
との熱膨張係数の差により生じていた熱応力を緩和させ
ることができるため、硬質炭素被膜中の応力を緩和させ
ることができる。According to the present invention, by forming an intermediate layer containing Si as a main component or an intermediate layer containing Ge as a main component between the substrate and the hard carbon coating, the stress in the hard carbon coating can be relaxed. The adhesion between the substrate and the hard carbon coating can be improved. Due to the presence of the intermediate layer, the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the hard carbon coating can be relaxed, so that the stress in the hard carbon coating can be relaxed.
【００１４】[0014]
【実施例】図１は、本発明における硬質炭素被膜形成の
ための装置の一例を示す概略断面図である。図１を参照
して、真空チャンバ８には、プラズマ発生室４が設けら
れている。プラズマ発生室４には、導波管２の一端が取
り付けられており、導波管２の他端には、マイクロ波供
給手段１が設けられている。マイクロ波供給手段１で発
生したマイクロ波は、導波管２及びマイクロ波導入窓３
を通って、プラズマ発生室４に導かれる。プラズマ発生
室４には、プラズマ発生室４内にアルゴン（Ａｒ）ガス
などの放電ガスを導入させるための放電ガス導入管５が
設けられている。またプラズマ発生室４の周囲には、プ
ラズマ磁界発生装置６が設けられている。マイクロ波に
よる高周波磁界と、プラズマ磁界発生装置６からの磁界
を作用させることにより、プラズマ発生室４内に高密度
のプラズマが形成される。EXAMPLE FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus for forming a hard carbon film in the present invention. Referring to FIG. 1, the vacuum chamber 8 is provided with a plasma generation chamber 4. One end of the waveguide 2 is attached to the plasma generation chamber 4, and the microwave supply means 1 is provided at the other end of the waveguide 2. The microwave generated by the microwave supply means 1 is applied to the waveguide 2 and the microwave introduction window 3
And is guided to the plasma generation chamber 4. The plasma generation chamber 4 is provided with a discharge gas introduction pipe 5 for introducing a discharge gas such as argon (Ar) gas into the plasma generation chamber 4. A plasma magnetic field generator 6 is provided around the plasma generating chamber 4. A high-density plasma is formed in the plasma generation chamber 4 by applying a high-frequency magnetic field generated by microwaves and a magnetic field from the plasma magnetic field generator 6.
【００１５】真空チャンバ８内には筒状の基板ホルダ１
２が設けられいる。この筒状の基板ホルダ１２は、真空
チャンバ８の壁面に対し垂直に設けられた軸（図示せ
ず）のまわりに回転自在に設けられている。基板ホルダ
１２の周面には、複数の基板１３が等しい間隔で装着さ
れている。なお、本実施例では、基板１３として、ニッ
ケル（Ｎｉ）基板を用いており、基板ホルダ１２の周面
に２４個装着している。基板ホルダ１２には、高周波電
源１０が接続されている。A cylindrical substrate holder 1 is provided in the vacuum chamber 8.
Two are provided. The cylindrical substrate holder 12 is rotatably provided around an axis (not shown) provided perpendicularly to the wall surface of the vacuum chamber 8. A plurality of substrates 13 are mounted on the peripheral surface of the substrate holder 12 at equal intervals. In this embodiment, a nickel (Ni) substrate is used as the substrate 13, and 24 substrates are mounted on the peripheral surface of the substrate holder 12. The high frequency power supply 10 is connected to the substrate holder 12.
【００１６】基板ホルダ１２の周囲には、金属製の筒状
のシールドカバー１４が所定の距離隔てて設けられてい
る。このシールドカバー１４は、接地電極に接続されて
いる。このシールドカバー１４は、被膜を形成するとき
に、基板ホルダ１２に印加されるＲＦ電圧によって被膜
形成箇所以外の基板ホルダ１２と真空チャンバ８との間
で放電が発生するのを防止するために設けられている。
基板ホルダ１２とシールドカバー１４との間の間隙は、
気体分子の平均自由行程以下の距離となるように配置さ
れている。気体分子の平均自由行程は、何らかの原因で
発生したイオン及び電子が電界により加速され、衝突せ
ずに移動できる平均距離と同じあるいはそれ以下の距離
である。従って、基板ホルダ１２とシールドカバー１４
との間隙を気体分子の平均自由行程以下にすることによ
り、イオン及び電子が気体分子と衝突する確率を小さく
し、連鎖的に電離が進行するのを防止している。A metallic cylindrical shield cover 14 is provided around the substrate holder 12 at a predetermined distance. The shield cover 14 is connected to the ground electrode. This shield cover 14 is provided in order to prevent electric discharge from occurring between the substrate holder 12 and the vacuum chamber 8 other than the film forming location due to the RF voltage applied to the substrate holder 12 when forming the film. Has been.
The gap between the substrate holder 12 and the shield cover 14 is
The distance is equal to or less than the mean free path of gas molecules. The mean free path of a gas molecule is equal to or less than the mean distance that ions and electrons generated for some reason can be accelerated by an electric field and can move without collision. Therefore, the substrate holder 12 and the shield cover 14
By setting the gap between and to be equal to or less than the mean free path of the gas molecule, the probability that ions and electrons collide with the gas molecule is reduced, and ionization is prevented from proceeding in a chain.
【００１７】基板ホルダ１２とシールドカバー１４との
間隙は、特に気体分子の平均自由行程の１／１０以下の
距離にすることが好ましい。本実施例では、基板ホルダ
１２とシールドカバー１４との間隙を気体分子の平均自
由行程の１／１０以下である約５ｍｍとしている。The gap between the substrate holder 12 and the shield cover 14 is preferably 1/10 or less of the mean free path of gas molecules. In this embodiment, the gap between the substrate holder 12 and the shield cover 14 is about 5 mm, which is 1/10 or less of the mean free path of gas molecules.
【００１８】シールドカバー１４には、開口部１５が形
成されている。この開口部１５を通って、プラズマ発生
室４から引き出されたプラズマが基板ホルダ１２に装着
された基板１３に放射されるようになっている。真空チ
ャンバ８内には、反応ガス導入管１６が設けられてい
る。この反応ガス導入管１６の先端は、開口部１５の上
方に位置する。図２は、この反応ガス導入管１６の先端
部分近傍を示す平面図である。図２を参照して、反応ガ
ス導入管１６は、外部から真空チャンバ内にＣＨ 4 ガス
を導入するガス導入部１６ａと、このガス導入部１６ａ
と垂直方向に接続されたガス放出部１６ｂとから構成さ
れている。ガス放出部１６ｂは、基板ホルダ１２の回転
方向Ａに対して垂直方向に配置され、かつ開口部１５の
上方の回転方向の上流側に位置するように設けられてい
る。ガス放出部１６ｂには、下方に向けて約４５度の方
向に複数の孔２１が形成されている。本実施例では、８
個の孔２１が形成されている。孔２１の間隔は、中央か
ら両側に向かうに従い徐々に狭くなるように形成されて
いる。このような間隔で孔２１を形成することにより、
ガス導入部１６ａから導入されたＣＨ4 ガスがそれぞれ
の孔２１からほぼ均等に放出される。An opening 15 is formed in the shield cover 14.
Is made. Plasma is generated through this opening 15.
Plasma drawn from chamber 4 is mounted on substrate holder 12.
It is adapted to be radiated to the printed substrate 13. Vacuum
A reaction gas introduction pipe 16 is provided in the chamber 8.
It The tip of the reaction gas introducing pipe 16 is located above the opening 15.
Located towards. FIG. 2 shows the tip of the reaction gas introducing pipe 16.
It is a top view which shows a part vicinity. Referring to FIG. 2, the reaction gas
The gas introducing pipe 16 is CH Fourgas
Gas introducing part 16a for introducing the gas, and this gas introducing part 16a
And a gas discharge portion 16b connected in the vertical direction.
Has been. The gas releasing portion 16b rotates the substrate holder 12
It is arranged in a direction perpendicular to the direction A and
It is installed so as to be located on the upstream side in the upper rotation direction.
It The gas discharge part 16b has a downward angle of about 45 degrees.
A plurality of holes 21 are formed in the direction. In this embodiment, 8
Individual holes 21 are formed. Is the distance between the holes 21 at the center?
It is formed so that it gradually narrows from both sides
There is. By forming the holes 21 at such intervals,
CH introduced from the gas introduction unit 16aFourEach gas
The holes 21 are discharged almost uniformly.
【００１９】第１開口部１５の反対側には、第２開口部
４３が形成されている。第２開口部４３の下方には、中
間層を構成する材料原子からなるターゲット４６が設け
られている。またターゲット４６の近傍には、ターゲッ
ト４６をスパッタするため、不活性ガスのイオンをター
ゲット４６に放射するイオンガン４７が設けられてい
る。本実施例では、不活性ガスとしてＡｒガスを用いて
いる。本実施例においては、ターゲット４６及びイオン
ガン４７により、中間層形成手段が構成されている。タ
ーゲット４６及びイオンガン４７により第２開口部４３
を介して、基板１３上に中間層を構成する材料原子が放
射される。A second opening 43 is formed on the opposite side of the first opening 15. Below the second opening 43, a target 46 made of the material atoms forming the intermediate layer is provided. An ion gun 47 that emits ions of an inert gas to the target 46 is provided near the target 46 to sputter the target 46. In this embodiment, Ar gas is used as the inert gas. In this embodiment, the target 46 and the ion gun 47 constitute an intermediate layer forming means. The second opening 43 is formed by the target 46 and the ion gun 47.
The material atoms forming the intermediate layer are radiated on the substrate 13 via the.
【００２０】以下、中間層として単一の元素から中間層
を形成し、その中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成
する実施例について説明する。An example of forming an intermediate layer from a single element as the intermediate layer and forming a diamond-like coating on the intermediate layer will be described below.
【００２１】まず、真空チャンバ８内を１０-5〜１０-7
Ｔｏｒｒに排気して、基板ホルダ１２を約１０ｒｐｍの
速度で回転させる。次に、イオンガン４７にＡｒガスを
供給して、Ａｒイオンを取り出し、これをＳｉからなる
ターゲット４６の表面に放射する。このときのＡｒイオ
ンの加速電圧は９００ｅＶ、イオン電流密度は０．４ｍ
Ａ／ｃｍ2 に設定した。以上の工程を約１０分間行い、
基板１３の表面に膜厚３００ÅのＳｉからなる中間層を
形成した。First, the inside of the vacuum chamber 8 is set to 10 -5 to 10 -7.
Exhaust to Torr and rotate the substrate holder 12 at a speed of about 10 rpm. Next, Ar gas is supplied to the ion gun 47 to take out Ar ions and irradiate them on the surface of the target 46 made of Si. At this time, the acceleration voltage of Ar ions is 900 eV and the ion current density is 0.4 m.
It was set to A / cm 2 . Perform the above steps for about 10 minutes,
An intermediate layer made of Si and having a film thickness of 300 Å was formed on the surface of the substrate 13.
【００２２】次に、イオンガン４７からのＡｒイオンの
放射を止めた後、ＥＣＲプラズマ発生装置の放電ガス導
入管５からＡｒガスを５．７×１０-4Ｔｏｒｒで供給す
るとともに、マイクロ波供給手段１から２．４５ＧＨ
ｚ、１００Ｗのマイクロ波を供給して、プラズマ発生室
４内に形成されたＡｒプラズマを基板１３の表面に放射
する。これと同時に、基板１３に発生する自己バイアス
が−５０Ｖとなるように、高周波電源１０から１３．５
６ＭＨｚのＲＦ電圧を基板ホルダ１２に印加し、反応ガ
ス導入管１６からＣＨ4 ガスを１．３×１０-3Ｔｏｒｒ
で供給する。Next, after the emission of Ar ions from the ion gun 47 is stopped, Ar gas is supplied from the discharge gas introduction tube 5 of the ECR plasma generator at 5.7 × 10 −4 Torr and the microwave supply means is provided. 1 to 2.45GH
A microwave of z, 100 W is supplied to irradiate the surface of the substrate 13 with the Ar plasma formed in the plasma generation chamber 4. At the same time, the high frequency power supply 13.5 is set so that the self-bias generated on the substrate 13 becomes −50V.
An RF voltage of 6 MHz is applied to the substrate holder 12, and CH 4 gas is supplied from the reaction gas introducing pipe 16 at 1.3 × 10 −3 Torr.
Supplied by.
【００２３】以上の工程を約１５分間行い、基板１３上
に形成した中間層の上に膜厚１２００Åのダイヤモンド
状被膜を形成した。The above steps were carried out for about 15 minutes to form a diamond-like film having a film thickness of 1200 Å on the intermediate layer formed on the substrate 13.
【００２４】以上の２つの工程の結果、基板１３の表面
にＳｉからなる中間層を形成し、この中間層上にダイヤ
モンド状被膜を形成した積層薄膜が得られた。このよう
な中間層の形成により、ダイヤモンド状被膜中の応力を
緩和させることができ、基板とダイヤモンド被膜の密着
性を高めることができる。中間層の存在により、基板と
ダイヤモンド状被膜との熱膨張係数の差により生じてい
た熱応力を緩和させることができるため、ダイヤモンド
状被膜中の応力を緩和させることができるものと考えら
れる。また、中間層形成の際、Ａｒイオンがターゲット
のみならず基板１３にも照射されるため、より密着性の
高い中間層が形成される。As a result of the above two steps, a laminated thin film was obtained in which an intermediate layer made of Si was formed on the surface of the substrate 13 and a diamond-like coating was formed on this intermediate layer. By forming such an intermediate layer, the stress in the diamond-like coating can be relieved and the adhesion between the substrate and the diamond coating can be enhanced. Since the presence of the intermediate layer can alleviate the thermal stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate and the diamond-like coating, it is considered that the stress in the diamond-like coating can be alleviated. Further, when the intermediate layer is formed, not only the target but also the substrate 13 is irradiated with Ar ions, so that the intermediate layer having higher adhesiveness is formed.
【００２５】以下、中間層として、材料原子と炭素の混
合層を形成し、この中間層上にダイヤモンド状被膜を形
成する実施例について説明する。この実施例でも、図１
に示す装置と同様の装置を用いる。An example in which a mixed layer of material atoms and carbon is formed as an intermediate layer and a diamond-like coating is formed on the intermediate layer will be described below. Also in this embodiment, FIG.
An apparatus similar to that shown in is used.
【００２６】まず、基板ホルダ１２の周面に２４個の基
板１３を等しい間隔で装着する。真空チャンバ８内を１
０-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気して、基板ホルダ１２を約
１０ｒｐｍの速度で回転させる。First, 24 substrates 13 are mounted on the peripheral surface of the substrate holder 12 at equal intervals. 1 in the vacuum chamber 8
The substrate holder 12 is rotated at a speed of about 10 rpm after exhausting to 0 −5 to 10 −7 Torr.
【００２７】次に、ＥＣＲプラズマ発生装置の放電ガス
導入管５からＡｒガスを５．７×１０-4Ｔｏｒｒで供給
するとともに、マイクロ波供給手段１から２．４５ＧＨ
ｚ、１００Ｗのマイクロ波を供給して、プラズマ発生室
４内に形成されたＡｒプラズマを基板１３の表面に放射
する。これと同時に、基板１３に発生する自己バイアス
が−５０Ｖとなるように、高周波電源１０から１３．５
６ＭＨｚのＲＦ電圧を基板ホルダ１２に印加し、反応ガ
ス導入管１６からＣＨ4 ガスを供給する。このときのＣ
Ｈ4 ガスの供給量を、図３に示すように、時間経過とと
もに漸次増加させ、１０分経過時に１００ｓｃｃｍ、す
なわち１．３×１０-3Ｔｏｒｒとなるように設定する。Next, Ar gas is supplied from the discharge gas introduction pipe 5 of the ECR plasma generator at 5.7 × 10 −4 Torr and the microwave supply means 1 to 2.45 GH.
A microwave of z, 100 W is supplied to irradiate the surface of the substrate 13 with the Ar plasma formed in the plasma generation chamber 4. At the same time, the high frequency power supply 13.5 is set so that the self-bias generated on the substrate 13 becomes −50V.
An RF voltage of 6 MHz is applied to the substrate holder 12, and CH 4 gas is supplied from the reaction gas introducing pipe 16. C at this time
As shown in FIG. 3, the supply amount of the H 4 gas is gradually increased with time, and is set to 100 sccm after 10 minutes, that is, 1.3 × 10 −3 Torr.
【００２８】上記ＥＣＲプラズマ発生装置よる被膜形成
処理と同時に、ターゲット４６の表面にイオンガン４７
からＡｒイオンを放射する。このときのＡｒイオンの加
速電圧を９００ｅＶ、イオン電流密度を０．４ｍＡ／ｃ
ｍ2 に設定する。またイオン電流密度を、図４に示すよ
うに、時間経過につれて漸次減少させ、１０分経過後に
０ｍＡ／ｃｍ2 になるように設定する。At the same time as the film forming process by the ECR plasma generator, an ion gun 47 is formed on the surface of the target 46.
Emits Ar ions. At this time, the acceleration voltage of Ar ions is 900 eV, and the ion current density is 0.4 mA / c.
Set to m 2 . Further, as shown in FIG. 4, the ion current density is set to gradually decrease with the lapse of time and become 0 mA / cm 2 after 10 minutes.
【００２９】以上のように、第１開口部１５におけるプ
ラズマＣＶＤ法による炭素被膜形成と、第２開口部４３
におけるＳｉのスパッタリングを同時に行うことによ
り、中間層としてＳｉとＣが混合した中間層が形成され
る。本実施例では、以上の工程を約１０分間行うことに
より、基板１３の表面に合計膜厚３００ÅのＳｉとＣの
混合層を形成した。図３及び図４に示すように、時間経
過とともに、Ｓｉの量を少なくし、炭素被膜形成量を多
くしている。従って、この中間層では、基板１３の表面
から離れるに従いＳｉの含有量が漸次減少し、Ｃの含有
量が漸次増加する傾斜構造となっている。As described above, the carbon coating is formed in the first opening 15 by the plasma CVD method and the second opening 43 is formed.
Simultaneously performing the sputtering of Si in step 1) forms an intermediate layer in which Si and C are mixed as the intermediate layer. In this example, the above steps were performed for about 10 minutes to form a mixed layer of Si and C having a total film thickness of 300 Å on the surface of the substrate 13. As shown in FIGS. 3 and 4, the amount of Si is reduced and the amount of carbon film formed is increased with the passage of time. Therefore, the intermediate layer has a graded structure in which the Si content gradually decreases and the C content gradually increases as the distance from the surface of the substrate 13 increases.
【００３０】次に、このように形成した中間層の上に、
ダイヤモンド状被膜を形成した。反応ガス導入管１６か
ら供給するＣＨ4 ガスの供給分圧を１．３×１０-3Ｔｏ
ｒｒと一定にし、上記工程におけるＥＣＲプラズマ発生
装置による被膜形成処理を引き続き行う。この工程を約
１５分間行い、基板１３の中間層の上に膜厚１２００Å
のダイヤモンド状被膜を形成した。Next, on the intermediate layer thus formed,
A diamond-like coating was formed. The supply partial pressure of CH 4 gas supplied from the reaction gas introducing pipe 16 is 1.3 × 10 −3 To
With the value of rr kept constant, the film formation treatment by the ECR plasma generator in the above process is continued. This process is performed for about 15 minutes, and a film thickness of 1200 Å is formed on the intermediate layer of the substrate 13.
To form a diamond-like coating.
【００３１】以上の結果、基板上に、傾斜構造を有する
ＳｉとＣからなる中間層とダイヤモンド状被膜が積層さ
れた積層被膜が形成された。このような傾斜構造を有す
る中間層とすることにより、上記単一の元素の中間層よ
りも、基板とダイヤモンド状被膜の密着性を高めること
ができる。As a result of the above, a laminated coating was formed on the substrate, in which an intermediate layer of Si and C having a graded structure and a diamond coating were laminated. By forming the intermediate layer having such a graded structure, it is possible to improve the adhesion between the substrate and the diamond-like coating as compared with the intermediate layer of the single element.
【００３２】次に、Ｓｉを主成分とする中間層の膜厚を
変化させてＮｉ基板上に形成しダイヤモンド状被膜を形
成する実施例について説明する。真空チャンバ内を１０
-5〜１０-7Ｔｏｒｒに配置し、基板ホルダを約１０ｒｐ
ｍの速度で回転させる。基板ホルダには２４個のＮｉ基
板を等しい間隔で装着した。イオンガンにＡｒガスを供
給して、Ａｒイオンをターゲットの表面に放射する。こ
のときのＡｒイオンの加速電圧は９００ｅＶとし、イオ
ン電流密度は０．４Ａ／ｃｍ2 に設定した。このときの
スパッタリングされたＳｉの基板上への蒸着速度は３０
Å／分であった。Next, a description will be given of an embodiment in which the film thickness of the intermediate layer containing Si as a main component is changed to form the diamond-like coating on the Ni substrate. 10 in the vacuum chamber
Place it at -5 to 10 -7 Torr and set the substrate holder to about 10 rp.
Rotate at a speed of m. Twenty-four Ni substrates were mounted on the substrate holder at equal intervals. Ar gas is supplied to the ion gun to emit Ar ions to the surface of the target. At this time, the acceleration voltage of Ar ions was set to 900 eV, and the ion current density was set to 0.4 A / cm 2 . At this time, the deposition rate of sputtered Si on the substrate is 30.
It was Å / min.
【００３３】Ｓｉスパッタリングの工程の時間を変化さ
せて、Ｓｉの中間層の膜厚を、３０Å、５０Å、１００
Å、及び５００Åと変化させた（実施例１）。以上のよ
うにして得られた膜厚の異なる中間層の上に、上記実施
例と同様にして、膜厚１２００Åのダイヤモンド状被膜
を形成した。By changing the time of the Si sputtering process, the film thickness of the Si intermediate layer is changed to 30Å, 50Å, 100.
It was changed to Å and 500Å (Example 1). On the intermediate layers having different film thicknesses obtained as described above, a diamond-like film having a film thickness of 1200 Å was formed in the same manner as in the above-mentioned example.
【００３４】以上のようにして得られたダイヤモンド状
被膜について、密着性の評価試験を行った。密着性の評
価は、ビッカース圧子を用いた一定荷重（荷重＝１ｋ
ｇ）の押し込み試験により行った。サンプル数を５０個
とし、Ｎｉ基板上のダイヤモンド状被膜に剥離が発生し
た個数を数えて評価した。The diamond-like coating film obtained as described above was subjected to an adhesion evaluation test. The adhesion is evaluated by a constant load (load = 1k) using a Vickers indenter.
The indentation test of g) was performed. The number of samples was set to 50, and the number of peeled diamond-like coatings on the Ni substrate was counted and evaluated.
【００３５】また比較として、中間層を形成せずＮｉ基
板上に直接ダイヤモンド状被膜を形成した（比較例）。
この比較例についても同様に密着性を評価した。表１
は、これらの結果を示す。For comparison, a diamond-like coating was formed directly on a Ni substrate without forming an intermediate layer (comparative example).
The adhesiveness was similarly evaluated for this comparative example. Table 1
Shows these results.
【００３６】[0036]
【表１】 [Table 1]
【００３７】表１から明らかなように、中間層の膜厚が
５０Åより薄い場合には剥離が発生するのに対し、膜厚
が５０Å以上になると剥離が認められなかった。As is clear from Table 1, peeling occurs when the film thickness of the intermediate layer is less than 50Å, whereas no peeling is observed when the film thickness exceeds 50Å.
【００３８】本発明の硬質炭素被膜基板を電気シェーバ
ーの外刃として用いる場合には、中間層の膜厚は５００
０Å程度までで充分であると考えられる。それ以上の膜
厚にしても密着性の向上は変化しない。従って、本発明
において中間層としてＳｉを主成分とする中間層を用い
る場合には、４０００Å程度で充分であると考えられ
る。またダイヤモンド状薄膜の膜厚も、５０００Å程度
で充分であると考えられる。ダイヤモンド状薄膜の膜厚
が５０００Å以上になると、内部応力が発生し易くなり
基板が変形するおそれがある。When the hard carbon coated substrate of the present invention is used as an outer blade of an electric shaver, the thickness of the intermediate layer is 500.
It is considered that a value of 0 Å is sufficient. Even if the film thickness is made larger than that, the improvement of the adhesiveness does not change. Therefore, in the present invention, when an intermediate layer containing Si as the main component is used as the intermediate layer, about 4000 Å is considered to be sufficient. Further, it is considered that the diamond-like thin film has a thickness of about 5000 Å. If the diamond-like thin film has a thickness of 5000 Å or more, internal stress is likely to occur and the substrate may be deformed.
【００３９】次に、中間層としてＳｉと炭素との混合層
を形成する実施例について説明する。Ｓｉと炭素との混
合層は、上述のＳｉとＣの混合層を中間層として形成す
る実施例と同様にして形成した。中間層の膜厚は、３０
Å、５０Å、１００Å、５００Åに変化させた（実施例
２）。またダイヤモンド状被膜は膜厚１２００Åとなる
ように形成した。以上のようにして得られたサンプルに
ついて、ダイヤモンド状被膜の密着性を評価した。密着
性の評価は、上記と同様にして行った。Next, an example of forming a mixed layer of Si and carbon as an intermediate layer will be described. The mixed layer of Si and carbon was formed in the same manner as in the example in which the mixed layer of Si and C was formed as the intermediate layer. The thickness of the intermediate layer is 30
It was changed to Å, 50 Å, 100 Å, 500 Å (Example 2). The diamond-like coating was formed to have a film thickness of 1200Å. With respect to the samples obtained as described above, the adhesion of the diamond-like film was evaluated. The evaluation of adhesion was performed in the same manner as above.
【００４０】表２はこの結果を示す。Table 2 shows the results.
【００４１】[0041]
【表２】 [Table 2]
【００４２】表２から明らかなように、中間層としてＳ
ｉＣ層を形成した場合、膜厚が５０Åより薄い場合は、
剥離が発生しているのに対し、膜厚が５０Å以上になる
と剥離が認められなくなった。従って、中間層としてＳ
ｉＣ層を形成する場合にも、中間層の膜厚は５０Å以上
であることが好ましい。As is clear from Table 2, S is used as the intermediate layer.
When the iC layer is formed and the film thickness is less than 50Å,
Although peeling occurred, peeling was not observed when the film thickness was 50 Å or more. Therefore, S as an intermediate layer
Also when the iC layer is formed, the thickness of the intermediate layer is preferably 50 Å or more.
【００４３】次に、図１に示すガス導入管１６から、窒
素を含む反応ガスとして窒素ガスを真空チャンバ８内に
導入することにより、中間層としてＳｉと窒素との混合
層を形成させた。窒素ガスの供給分圧は１．８×１０-4
Ｔｏｒｒとした。その他の条件は、上記実施例２と同様
にして、この中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成し
た。この結果、表２に示すのと同様の結果が得られた。Next, a nitrogen gas as a reaction gas containing nitrogen was introduced into the vacuum chamber 8 from the gas introduction pipe 16 shown in FIG. 1 to form a mixed layer of Si and nitrogen as an intermediate layer. Supply partial pressure of nitrogen gas is 1.8 × 10 -4
Torr. Other conditions were the same as in Example 2 above, and a diamond-like coating was formed on this intermediate layer. As a result, the same results as shown in Table 2 were obtained.
【００４４】また、中間層として、Ｓｉと酸素の混合層
を形成し、この中間層の上にダイヤモンド状被膜を形成
した。酸素を含む反応ガスとしては、酸素ガスを用い、
ガス供給分圧は１．８×１０-4Ｔｏｒｒとした。その他
の条件は上記実施例２と同様にして行った。この結果、
表２に示すのと同様の結果が得られた。A mixed layer of Si and oxygen was formed as an intermediate layer, and a diamond-like coating was formed on this intermediate layer. As the reaction gas containing oxygen, oxygen gas is used,
The gas supply partial pressure was 1.8 × 10 −4 Torr. Other conditions were the same as in Example 2 above. As a result,
Results similar to those shown in Table 2 were obtained.
【００４５】次に、Ｓｉに代えてＧｅを用い、上記実施
例１及び２と同様にして評価した結果、表１及び表２と
ほぼ同様の結果が得られた。上記実施例では、中間層を
スパッタリングにより形成しているが、本発明では中間
層をプラズマＣＶＤ法により形成してもよい。このよう
な場合、反応ガス導入管１６から中間層を構成する材料
原子を含むガスを真空チャンバ８内に供給して、プラズ
マ化し、このプラズマを基板１３上に向けて放射するこ
とによって基板上に中間層を形成する。Then, Ge was used instead of Si, and the same evaluation as in Examples 1 and 2 was performed. As a result, almost the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. Although the intermediate layer is formed by sputtering in the above embodiment, the intermediate layer may be formed by the plasma CVD method in the present invention. In such a case, the gas containing the material atoms forming the intermediate layer is supplied from the reaction gas introduction pipe 16 into the vacuum chamber 8 to be turned into plasma, and the plasma is radiated onto the substrate 13 to irradiate it onto the substrate. Form an intermediate layer.
【００４６】上記実施例では、プラズマ発生手段として
ＥＣＲプラズマ発生装置を例にして説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、例えば高周波プラズ
マＣＶＤ装置、ＤＣプラズマＣＶＤ装置などその他のプ
ラズマＣＶＤ装置を用いることができる。In the above embodiments, the ECR plasma generator was explained as an example of the plasma generating means, but the present invention is not limited to this, and other plasma such as a high-frequency plasma CVD device, a DC plasma CVD device, etc. A CVD device can be used.
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明に従い、基板と硬質炭素被膜との
間にＳｉまたはＧｅを主成分とする中間層を形成するこ
とにより、基板と硬質炭素被膜の密着性を向上させるこ
とができる。従って、硬質炭素被膜の剥離発生を低減さ
せた硬質炭素被膜基板を得ることができる。According to the present invention, the adhesion between the substrate and the hard carbon film can be improved by forming the intermediate layer containing Si or Ge as the main component between the substrate and the hard carbon film. Therefore, it is possible to obtain a hard carbon coating substrate in which the occurrence of peeling of the hard carbon coating is reduced.
【００４８】また、中間層として組成比率を傾斜構造と
した中間層を形成することにより、基板と硬質炭素被膜
との密着性をさらに向上させることが可能となる。By forming an intermediate layer having a graded composition ratio as the intermediate layer, the adhesion between the substrate and the hard carbon coating can be further improved.
【図１】本発明に従う一実施例における硬質炭素被膜形
成装置を示す概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a hard carbon film forming apparatus in one embodiment according to the present invention.
【図２】図１に示す装置における反応ガス導入管の先端
部分近傍を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the vicinity of a tip portion of a reaction gas introduction pipe in the apparatus shown in FIG.
【図３】本発明に従う実施例における傾斜構造を有する
中間層を形成する際の成膜時間とＣＨ4 流量との関係を
示す図。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a film formation time and a CH 4 flow rate when forming an intermediate layer having a graded structure in an example according to the present invention.
【図４】本発明に従う実施例における傾斜構造を有する
中間層を形成する場合の成膜時間とイオン電流密度との
関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a film formation time and an ion current density when an intermediate layer having a graded structure is formed in an example according to the present invention.
１…マイクロ波供給手段 ２…導波管 ３…マイクロ波導入窓 ４…プラズマ発生室 ５…放電ガス導入管 ６…磁界発生手段 ８…真空チャンバ １０…高周波電源 １２…基板ホルダ １３…基板 １４…シールドカバー １５…第１開口部 １６…反応ガス導入管 ４３…第２開口部 ４６…ターゲット ４７…イオンガン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microwave supply means 2 ... Waveguide 3 ... Microwave introduction window 4 ... Plasma generation chamber 5 ... Discharge gas introduction tube 6 ... Magnetic field generation means 8 ... Vacuum chamber 10 ... High frequency power supply 12 ... Substrate holder 13 ... Substrate 14 ... Shield cover 15 ... First opening 16 ... Reaction gas introduction pipe 43 ... Second opening 46 ... Target 47 ... Ion gun
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木山 精一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Seiichi Kiyama 2-5-5 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd.
Claims (9)
くは合金、またはステンレス鋼からなる基板と、 前記基板上に形成されるＳｉを主成分とする中間層と、 前記中間層上に形成される硬質炭素被膜とを備える硬質
炭素被膜基板。1. A substrate made of a metal or alloy containing Ni or Al as a main component, or stainless steel, an intermediate layer containing Si as a main component formed on the substrate, and formed on the intermediate layer. A hard carbon film substrate comprising a hard carbon film.
斜した構造を有するＳｉと炭素、窒素及び酸素のうちの
少なくとも１種の元素との混合層である請求項１に記載
の硬質炭素被膜基板。2. The hard layer according to claim 1, wherein the intermediate layer is a mixed layer of Si having a structure in which the composition ratio is inclined in the film thickness direction and at least one element of carbon, nitrogen and oxygen. Carbon coated substrate.
くは合金、またはステンレス鋼からなる基板と、 前記基板上に形成されるＧｅを主成分とする中間層と、 前記中間層上に形成される硬質炭素被膜とを備える硬質
炭素被膜基板。3. A substrate made of a metal or alloy containing Ni or Al as a main component, or stainless steel, an intermediate layer containing Ge as a main component formed on the substrate, and formed on the intermediate layer. A hard carbon film substrate comprising a hard carbon film.
斜した構造を有するＧｅと炭素、窒素及び酸素のうちの
少なくとも１種の元素との混合層である請求項３に記載
の硬質炭素被膜基板。4. The hard layer according to claim 3, wherein the intermediate layer is a mixed layer of Ge having a composition ratio inclined in the film thickness direction and at least one element of carbon, nitrogen and oxygen. Carbon coated substrate.
ある請求項１または３に記載の硬質炭素被膜基板。5. The hard carbon coated substrate according to claim 1, wherein the thickness of the intermediate layer is 50 to 8000Å.
ある請求項１または３に記載の硬質炭素被膜基板。6. The hard carbon coated substrate according to claim 1, wherein the thickness of the intermediate layer is 50 to 4000 Å.
を構成する材料原子をスパッタリングすることにより、
真空チャンバ内に配置された基板上に中間層を形成する
工程と、 炭素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプラズ
マ化し、該プラズマを前記中間層に向けて放射すること
によって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成する工程と
を備える硬質炭素被膜基板の形成方法。7. By irradiating an ion of an inert gas to sputter the material atoms constituting the intermediate layer,
Forming an intermediate layer on a substrate arranged in a vacuum chamber; supplying a reaction gas containing carbon into the vacuum chamber to generate plasma, and radiating the plasma toward the intermediate layer Forming a hard carbon coating on the layer.
素、または酸素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給
してプラズマ化し、該プラズマを真空チャンバ内に配置
された基板に向けて放射するとともに、不活性ガスのイ
オン照射量を漸次低減させながらイオン照射し中間層を
構成する材料原子をスパッタリングすることにより基板
上に前記材料原子と炭素、窒素、または酸素の混合層か
らなる中間層を形成する工程と、 炭素を含む反応ガスを真空チャンバ内に供給してプラズ
マ化し、該プラズマを前記中間層に向けて放射すること
によって、該中間層上に硬質炭素被膜を形成する工程と
を備える硬質炭素被膜基板の形成方法。8. A reaction gas containing carbon, nitrogen, or oxygen is supplied into a vacuum chamber to generate plasma so that the supply amount is gradually increased, and the plasma is radiated toward a substrate arranged in the vacuum chamber. At the same time, an intermediate layer formed of a mixed layer of the material atoms and carbon, nitrogen, or oxygen is formed on the substrate by ion-irradiating while gradually reducing the ion irradiation amount of the inert gas and sputtering the material atoms forming the intermediate layer. A step of forming a hard carbon film on the intermediate layer by supplying a reactive gas containing carbon into a vacuum chamber to generate plasma and radiating the plasma toward the intermediate layer. Method for forming hard carbon coated substrate.
真空チャンバ内に供給してプラズマ化し、該プラズマを
基板上に向けて放射することによって、基板上に中間層
を形成する工程と、 炭素を含むガスを真空チャンバ内に供給してプラズマ化
し、該プラズマを前記中間層に向けて放射することによ
って、該中間層上に硬質炭素被膜を形成する工程とを備
える硬質炭素被膜基板の形成方法。9. A step of forming an intermediate layer on a substrate by supplying a gas containing material atoms constituting the intermediate layer into a vacuum chamber to generate plasma and radiating the plasma onto the substrate. Forming a hard carbon coating substrate on the intermediate layer by supplying a gas containing carbon into a vacuum chamber to generate plasma, and radiating the plasma toward the intermediate layer. Method.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP6119222A JP2777543B2 (en) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | Hard carbon coated substrate and method of forming the same |
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