JPH101305A - 炭素膜および炭素膜製造方法 - Google Patents
炭素膜および炭素膜製造方法Info
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- JPH101305A JPH101305A JP8148977A JP14897796A JPH101305A JP H101305 A JPH101305 A JP H101305A JP 8148977 A JP8148977 A JP 8148977A JP 14897796 A JP14897796 A JP 14897796A JP H101305 A JPH101305 A JP H101305A
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- film
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- plasma
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ビッカース硬さが１０００Ｋｇ／ｍｍ2以上の
高硬度で、耐摩耗性に優れる炭素膜並びにそれを生産性
よく、安定して提供すること 【解決手段】ｓｐ3の存在比率が７０％以上であり、水
素濃度が０．５〜１．７×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3で
あることを特徴とする非晶質炭素膜であり、又、真空容
器内に配置された基材に対面するシート状のプラズマを
発生させながら、前記シート状プラズマを経由して前記
基材上に炭化水素を含む原料ガスを供給することにより
前記基材上に炭素膜を形成させる炭素膜製造方法であっ
て、前記炭化水素が高分子量の炭化水素であり、しかも
前記基材に負のバイアスを印加することを特徴とする炭
素膜製造方法である。
高硬度で、耐摩耗性に優れる炭素膜並びにそれを生産性
よく、安定して提供すること 【解決手段】ｓｐ3の存在比率が７０％以上であり、水
素濃度が０．５〜１．７×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3で
あることを特徴とする非晶質炭素膜であり、又、真空容
器内に配置された基材に対面するシート状のプラズマを
発生させながら、前記シート状プラズマを経由して前記
基材上に炭化水素を含む原料ガスを供給することにより
前記基材上に炭素膜を形成させる炭素膜製造方法であっ
て、前記炭化水素が高分子量の炭化水素であり、しかも
前記基材に負のバイアスを印加することを特徴とする炭
素膜製造方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工具、装飾品等の
耐摩耗コーティング、あるいは、磁気テープ等の磁気記
録媒体および磁気ヘッド等の摺動部材へのコーティング
等のコーティングに係わる炭素膜に関する、また、炭素
膜形成の高速化、低温化に適した炭素膜の製造方法に関
する。
耐摩耗コーティング、あるいは、磁気テープ等の磁気記
録媒体および磁気ヘッド等の摺動部材へのコーティング
等のコーティングに係わる炭素膜に関する、また、炭素
膜形成の高速化、低温化に適した炭素膜の製造方法に関
する。
【０００２】炭化水素ガスを原料ガスとしてこれらをプ
ラズマ化し、プラズマ中のラジカルやイオンを利用して
ダイヤモンド膜やＤＬＣ膜（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ
Ｃａｒｂｏｎ；以下単に炭素膜という）の合成が報告
されているが、これらの硬質な炭素膜は高電気絶縁性、
高赤外透過率、高屈折率、高耐摩耗性、低摩擦係数など
に優れているので、いろいろな用途、例えば、高耐摩耗
性に着目して磁気ディスク、磁気ヘッド、光学レンズ、
超硬工具などの保護コーティング層、等への適用が広が
っている。更に、硬質の炭素膜をフィルム状基材表面に
経済性よく堆積させることができれば、磁気テープ、フ
ロッピーディスクなどの耐摩耗保護層としての用途が拡
大される。
ラズマ化し、プラズマ中のラジカルやイオンを利用して
ダイヤモンド膜やＤＬＣ膜（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ
Ｃａｒｂｏｎ；以下単に炭素膜という）の合成が報告
されているが、これらの硬質な炭素膜は高電気絶縁性、
高赤外透過率、高屈折率、高耐摩耗性、低摩擦係数など
に優れているので、いろいろな用途、例えば、高耐摩耗
性に着目して磁気ディスク、磁気ヘッド、光学レンズ、
超硬工具などの保護コーティング層、等への適用が広が
っている。更に、硬質の炭素膜をフィルム状基材表面に
経済性よく堆積させることができれば、磁気テープ、フ
ロッピーディスクなどの耐摩耗保護層としての用途が拡
大される。
【０００３】
【従来の技術】炭素膜が硬質であるためには、一般的
に、ダイヤモンド構造に類似したｓｐ3存在比率が高
い、あるいは、水素含有量の少ないことが知られてい
る。そのために、高エネルギーのイオンを基材表面に照
射しつつ炭素膜を形成する方法が一般的に採用されてお
り、具体的には、基材に高周波を印加することで、プラ
ズマの生成及び基材に発生した負の自己バイアスによる
イオン照射を同時に行う方法等が公知である（特開平６
−２４７７９１号公報参照）。しかし、前記の方法で
は、原料ガスにはメタン等の低分子量のパラフィン系炭
化水素ガスを水素で希釈して使用しているために、十分
に高い成膜速度を得ることが困難で、０．２μｍ／ｍｉ
ｎにも満たず、実用上問題である。
に、ダイヤモンド構造に類似したｓｐ3存在比率が高
い、あるいは、水素含有量の少ないことが知られてい
る。そのために、高エネルギーのイオンを基材表面に照
射しつつ炭素膜を形成する方法が一般的に採用されてお
り、具体的には、基材に高周波を印加することで、プラ
ズマの生成及び基材に発生した負の自己バイアスによる
イオン照射を同時に行う方法等が公知である（特開平６
−２４７７９１号公報参照）。しかし、前記の方法で
は、原料ガスにはメタン等の低分子量のパラフィン系炭
化水素ガスを水素で希釈して使用しているために、十分
に高い成膜速度を得ることが困難で、０．２μｍ／ｍｉ
ｎにも満たず、実用上問題である。
【０００４】上記の従来の炭素膜製造法による場合、た
とえ高分子量の炭化水素を原料として用い、成膜速度を
多少上げることはできるとしても、低密度の構造的に粗
な炭素膜しか得られず、しかも該炭素膜中には２×１０
22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の水素原子が含まれており、
結果的にビッカース硬さが１０００ｋｇ／ｍｍ2以下の
柔らかな炭素膜しか得ることができない。
とえ高分子量の炭化水素を原料として用い、成膜速度を
多少上げることはできるとしても、低密度の構造的に粗
な炭素膜しか得られず、しかも該炭素膜中には２×１０
22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の水素原子が含まれており、
結果的にビッカース硬さが１０００ｋｇ／ｍｍ2以下の
柔らかな炭素膜しか得ることができない。
【０００５】一方、炭素膜を大面積の基材に均一に形成
させる方法として、第２図に示すとおり、電子ビーム発
生装置と磁場手段により、基材に対面するシート状の均
一かつ高密度のプラズマを発生させて原料を導入する方
法が用いられる（特開平３−２７５５９７号公報参
照）。しかし、陽極が電子ビーム発生装置から最も離れ
ている成膜部真空装置内の終端に位置しているので、陽
極にも電気絶縁性の炭素膜が付着し、その結果陽極が絶
縁化して放電が不安定になるという欠点がある。加え
て、プラズマ中を流れる電流によりプラズマのまわりに
発生する磁場が前記シート状プラズマの捻れを引き起こ
し、前記基材上に対して均一なプラズマを発生させるこ
とが難しいという問題もある。
させる方法として、第２図に示すとおり、電子ビーム発
生装置と磁場手段により、基材に対面するシート状の均
一かつ高密度のプラズマを発生させて原料を導入する方
法が用いられる（特開平３−２７５５９７号公報参
照）。しかし、陽極が電子ビーム発生装置から最も離れ
ている成膜部真空装置内の終端に位置しているので、陽
極にも電気絶縁性の炭素膜が付着し、その結果陽極が絶
縁化して放電が不安定になるという欠点がある。加え
て、プラズマ中を流れる電流によりプラズマのまわりに
発生する磁場が前記シート状プラズマの捻れを引き起こ
し、前記基材上に対して均一なプラズマを発生させるこ
とが難しいという問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題点の解決をするべくいろいろ検討した結果、本発明に
至ったもので、その目的は、ビッカース硬さが１０００
Ｋｇ／ｍｍ2以上の高硬度で、耐摩耗性に優れ、各種の
耐摩耗用途に適用可能な炭素膜を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記炭素膜を安価に、安定
して供給するべく、実用的に十分な成膜速度で前記炭素
膜を成膜する方法を提供することにある。
題点の解決をするべくいろいろ検討した結果、本発明に
至ったもので、その目的は、ビッカース硬さが１０００
Ｋｇ／ｍｍ2以上の高硬度で、耐摩耗性に優れ、各種の
耐摩耗用途に適用可能な炭素膜を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記炭素膜を安価に、安定
して供給するべく、実用的に十分な成膜速度で前記炭素
膜を成膜する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、ｓｐ3の存在
比率が７０％以上であり、水素濃度が０．５×１０22ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１．７×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
以下であることを特徴とする非晶質炭素膜に関する。
比率が７０％以上であり、水素濃度が０．５×１０22ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１．７×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
以下であることを特徴とする非晶質炭素膜に関する。
【０００８】また、本発明は、真空容器内に配置された
基材に対面するシート状プラズマを発生させながら、前
記シート状プラズマを経由して前記基材上に炭化水素を
含む原料ガスを供給することにより前記基材上に炭素膜
を形成させる炭素膜製造方法であって、前記炭化水素が
高分子量の炭化水素であって、しかも前記基材に負のバ
イアスを印加することを特徴とする炭素膜製造方法に関
し、特に、電子ビーム発生装置と基材が配置された真空
容器との間にスリット状の穴を有する陽極を配置し、前
記陽極のスリット状の穴を通して発生させたシート状プ
ラズマを、前記真空容器内で反射させながら前記基材に
膜を形成させることを特徴とする前記の炭素膜製造方法
に関する。
基材に対面するシート状プラズマを発生させながら、前
記シート状プラズマを経由して前記基材上に炭化水素を
含む原料ガスを供給することにより前記基材上に炭素膜
を形成させる炭素膜製造方法であって、前記炭化水素が
高分子量の炭化水素であって、しかも前記基材に負のバ
イアスを印加することを特徴とする炭素膜製造方法に関
し、特に、電子ビーム発生装置と基材が配置された真空
容器との間にスリット状の穴を有する陽極を配置し、前
記陽極のスリット状の穴を通して発生させたシート状プ
ラズマを、前記真空容器内で反射させながら前記基材に
膜を形成させることを特徴とする前記の炭素膜製造方法
に関する。
【０００９】さらに、本発明は、前記高分子量の炭化水
素が芳香族炭化水素であることを特徴とする前記の炭素
膜製造方法であり、成膜速度が０．２μｍ／ｍｉｎ以上
０．８μｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする前記の
炭素膜製造方法に関する。
素が芳香族炭化水素であることを特徴とする前記の炭素
膜製造方法であり、成膜速度が０．２μｍ／ｍｉｎ以上
０．８μｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする前記の
炭素膜製造方法に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の炭素膜は、ｓｐ3の存在
比率が７０％以上であり、しかも水素濃度が０．５×１
０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１．７×１０22ａｔｏｍｓ
／ｃｍ3以下であることが必須である。本発明者らが実
験的に検討した結果、両者が前記の特定の範囲にあると
きに限り、実用上十分な成膜速度で高硬度の炭素膜が得
ることができるという知見を得て本発明に至ったもので
ある。即ち、本発明者らの検討によれば、前記範囲以内
のときにのみ、実用上十分な成膜速度で、ビッカース硬
さが１０００Ｋｇ／ｍｍ2以上の高硬度で、耐摩耗性に
優れ、各種の耐摩耗用途に適用可能な炭素膜を得ること
ができるからである。
比率が７０％以上であり、しかも水素濃度が０．５×１
０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１．７×１０22ａｔｏｍｓ
／ｃｍ3以下であることが必須である。本発明者らが実
験的に検討した結果、両者が前記の特定の範囲にあると
きに限り、実用上十分な成膜速度で高硬度の炭素膜が得
ることができるという知見を得て本発明に至ったもので
ある。即ち、本発明者らの検討によれば、前記範囲以内
のときにのみ、実用上十分な成膜速度で、ビッカース硬
さが１０００Ｋｇ／ｍｍ2以上の高硬度で、耐摩耗性に
優れ、各種の耐摩耗用途に適用可能な炭素膜を得ること
ができるからである。
【００１１】炭素膜中のｓｐ3存在比率と水素濃度には
大きくみれば負の相関があるので、水素濃度が０．５×
１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3より小さい場合には、ｓｐ3存
在比率が高くなり、ビッカース硬さのより高い炭素膜を
得ることができるが、このような炭素膜は成膜速度が実
用的な０．２μｍ／ｍｉｎ以上の範囲では得ることがで
きないし、水素濃度が１．７×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3を越える場合は、ｓｐ3存在比率が７０％未満になり、
ビッカース硬さが１０００Ｋｇ／ｍｍ2以上の高硬質の
炭素膜が得られなくなるので、いずるの場合も本発明の
目的を達成できなくなる。
大きくみれば負の相関があるので、水素濃度が０．５×
１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3より小さい場合には、ｓｐ3存
在比率が高くなり、ビッカース硬さのより高い炭素膜を
得ることができるが、このような炭素膜は成膜速度が実
用的な０．２μｍ／ｍｉｎ以上の範囲では得ることがで
きないし、水素濃度が１．７×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3を越える場合は、ｓｐ3存在比率が７０％未満になり、
ビッカース硬さが１０００Ｋｇ／ｍｍ2以上の高硬質の
炭素膜が得られなくなるので、いずるの場合も本発明の
目的を達成できなくなる。
【００１２】本発明の製造方法を、これを達成する装置
の構成例を示す図１をもって、以下説明する。装置は大
きくプラズマ発生部と成膜部とから構成される。プラズ
マ発生部は、複合陰極型プラズマガン１０１、中間電極
１０２、１０３、陰極から陽極に向かう方向に磁場を形
成させる空芯コイル１０６、１０７、１０８、１０９、
発生したプラズマをシート状に変形させる同じ極を対に
して対向させた永久磁石１１０、並びに前記シート状プ
ラズマが通過し得るスリット状の穴を有する陽極１０４
で構成されている。成膜部は、前記陽極１０４のスリッ
トを通過してくるシート状プラズマのなす面に対するよ
うに基材１１２を配置固定する基材固定具１１３、シー
ト状プラズマを挟んで前記基材固定具１１３に対向する
ように配置された原料ガス供給部１１５、シート状プラ
ズマに垂直に配置され該シート状プラズマを反射する反
射板１１１で構成されている。尚、プラズマ発生部と成
膜部とは、それぞれ排気装置により真空排気されるが、
特に、成膜部は所定圧力に制御できるように圧力制御装
置に連結されていることが成膜速度の制御の面で望まし
い。
の構成例を示す図１をもって、以下説明する。装置は大
きくプラズマ発生部と成膜部とから構成される。プラズ
マ発生部は、複合陰極型プラズマガン１０１、中間電極
１０２、１０３、陰極から陽極に向かう方向に磁場を形
成させる空芯コイル１０６、１０７、１０８、１０９、
発生したプラズマをシート状に変形させる同じ極を対に
して対向させた永久磁石１１０、並びに前記シート状プ
ラズマが通過し得るスリット状の穴を有する陽極１０４
で構成されている。成膜部は、前記陽極１０４のスリッ
トを通過してくるシート状プラズマのなす面に対するよ
うに基材１１２を配置固定する基材固定具１１３、シー
ト状プラズマを挟んで前記基材固定具１１３に対向する
ように配置された原料ガス供給部１１５、シート状プラ
ズマに垂直に配置され該シート状プラズマを反射する反
射板１１１で構成されている。尚、プラズマ発生部と成
膜部とは、それぞれ排気装置により真空排気されるが、
特に、成膜部は所定圧力に制御できるように圧力制御装
置に連結されていることが成膜速度の制御の面で望まし
い。
【００１３】複合陰極型プラズマガン１０１は、放電ガ
ス導入口１０５を有し、陰極及び少なくとも１個以上の
中間電極で構成され、前記放電ガス導入口１０５よりＡ
ｒ、Ｈｅ、Ｈ2等の不活性ガスを導入し前記陰極と陽極
１０４との間に電圧を印加することで電子ビームプラズ
マを発生させる。尚、前記陰極については、大電流放電
が可能で長寿命なＴａ製パイプとＬａＢ6製円板を組み
合わせたもの（「真空」第２５巻第１０号（１９８２
年）第６６０頁〜第６７０頁参照）が好ましい。
ス導入口１０５を有し、陰極及び少なくとも１個以上の
中間電極で構成され、前記放電ガス導入口１０５よりＡ
ｒ、Ｈｅ、Ｈ2等の不活性ガスを導入し前記陰極と陽極
１０４との間に電圧を印加することで電子ビームプラズ
マを発生させる。尚、前記陰極については、大電流放電
が可能で長寿命なＴａ製パイプとＬａＢ6製円板を組み
合わせたもの（「真空」第２５巻第１０号（１９８２
年）第６６０頁〜第６７０頁参照）が好ましい。
【００１４】次に、空芯コイル１０６、１０７、１０
８、１０９により陰極から陽極に向かう方向に磁場を形
成させ、更に同じ極を対にして対向させた永久磁石１１
０を配置することにより、前記複合陰極型プラズマガン
から発生した電子ビームを高密度のシート状プラズマに
変形する。また、中間電極１０３と陽極１０４との間に
排気装置を設けることで、この間の圧力を低下させ、電
子ビームプラズマ中の電子と中性種との衝突を減らし、
高いエネルギーを有する電子を効率よく成膜部へ供給す
ることが可能となる。更に、前記シート状プラズマの形
成において、スリット状の穴を有する陽極１０４を採用
することで、前記陽極１０３に絶縁膜が付着して放電が
不安定となる現象を防止できるし、シート状プラズマに
捻れを引き起こすような磁場の発生することを抑制する
ことができる。尚、中間電極１０２には環状の永久磁石
１２０が組み込まれている。
８、１０９により陰極から陽極に向かう方向に磁場を形
成させ、更に同じ極を対にして対向させた永久磁石１１
０を配置することにより、前記複合陰極型プラズマガン
から発生した電子ビームを高密度のシート状プラズマに
変形する。また、中間電極１０３と陽極１０４との間に
排気装置を設けることで、この間の圧力を低下させ、電
子ビームプラズマ中の電子と中性種との衝突を減らし、
高いエネルギーを有する電子を効率よく成膜部へ供給す
ることが可能となる。更に、前記シート状プラズマの形
成において、スリット状の穴を有する陽極１０４を採用
することで、前記陽極１０３に絶縁膜が付着して放電が
不安定となる現象を防止できるし、シート状プラズマに
捻れを引き起こすような磁場の発生することを抑制する
ことができる。尚、中間電極１０２には環状の永久磁石
１２０が組み込まれている。
【００１５】シート状プラズマは陽極１０４のスリット
状の穴を通過し、成膜部に配置された基材１１２よりも
遠方に配置された反射板１１１で反射される。反射板１
１１には成膜部の真空容器から電気的に絶縁された金属
板が用いられるが、反射板１１１を配置する代わりに、
成膜部真空容器を前記陽極１０４に対して電気的に絶縁
させることで真空容器そのものに反射板の役割を与える
こともできる。この構成を採用することで、陽極１０４
のスリットを通過した電子を、前記反射板１１１で反射
し最終的に前記陽極１０４に入れることで、成膜部内で
は実質的に電子流を打ち消すことができ、その結果、シ
ート状プラズマの捻れを引き起こすような磁場を発生さ
せないという格別の効果が得られる。加えて、陽極が成
膜部の外側に位置しているので、成膜部側での膜の付
着、その結果生じる電極の絶縁化、放電の不安定化とい
った成膜時の不良現象をも防止できる。
状の穴を通過し、成膜部に配置された基材１１２よりも
遠方に配置された反射板１１１で反射される。反射板１
１１には成膜部の真空容器から電気的に絶縁された金属
板が用いられるが、反射板１１１を配置する代わりに、
成膜部真空容器を前記陽極１０４に対して電気的に絶縁
させることで真空容器そのものに反射板の役割を与える
こともできる。この構成を採用することで、陽極１０４
のスリットを通過した電子を、前記反射板１１１で反射
し最終的に前記陽極１０４に入れることで、成膜部内で
は実質的に電子流を打ち消すことができ、その結果、シ
ート状プラズマの捻れを引き起こすような磁場を発生さ
せないという格別の効果が得られる。加えて、陽極が成
膜部の外側に位置しているので、成膜部側での膜の付
着、その結果生じる電極の絶縁化、放電の不安定化とい
った成膜時の不良現象をも防止できる。
【００１６】基材１１２は、シート状プラズマの面の下
方数ｃｍの位置に、基材固定具１１３上に高周波電極１
１４を介して配置される。前記高周波電極１１４には１
３．５６ＭＨｚの高周波を印加することにより、基材１
１２に負の自己バイアスを形成させる。そして、シート
状プラズマの上方数ｃｍの位置に、原料ガスを基材１１
２表面に対して均等に導入するための原料ガス供給部１
１５が配置し、この供給部から原料となるトルエン等の
高分子量の炭化水素を供給する。なお、前記高周波バイ
アスを付加することに代えて、負の直流バイアスを付加
することで同様の効果を得ることもできるが、成膜され
る炭素膜は電気絶縁性であるので、絶縁膜が形成されて
も負のバイアスを安定に維持し得る高周波を付加する方
法がより好ましい。
方数ｃｍの位置に、基材固定具１１３上に高周波電極１
１４を介して配置される。前記高周波電極１１４には１
３．５６ＭＨｚの高周波を印加することにより、基材１
１２に負の自己バイアスを形成させる。そして、シート
状プラズマの上方数ｃｍの位置に、原料ガスを基材１１
２表面に対して均等に導入するための原料ガス供給部１
１５が配置し、この供給部から原料となるトルエン等の
高分子量の炭化水素を供給する。なお、前記高周波バイ
アスを付加することに代えて、負の直流バイアスを付加
することで同様の効果を得ることもできるが、成膜され
る炭素膜は電気絶縁性であるので、絶縁膜が形成されて
も負のバイアスを安定に維持し得る高周波を付加する方
法がより好ましい。
【００１７】本発明の製造方法では、基材１１２に高周
波バイアスを印加しながら、成膜部の圧力を２０ｍＴｏ
ｒｒ以下の真空条件下で成膜する。成膜時の成膜部の圧
力を低くすることで、シート状プラズマ中の正イオンの
平均自由行程を増加させることができ、高いエネルギー
を有するイオンを基材１１２に照射することが一層助長
されるからである。そして、この作用によって、もとも
と１分子あたりの炭素原子数が多いトルエン等の高分子
量の炭化水素を原料ガスとして用いて、従来は達成でき
なかったｓｐ3の存在比率が高く、水素濃度も低い、そ
してビッカース硬さが１０００Ｋｇ／ｍｍ2以上の硬質
な炭素膜を、非常に高い成膜速度で得ることができるも
のである。
波バイアスを印加しながら、成膜部の圧力を２０ｍＴｏ
ｒｒ以下の真空条件下で成膜する。成膜時の成膜部の圧
力を低くすることで、シート状プラズマ中の正イオンの
平均自由行程を増加させることができ、高いエネルギー
を有するイオンを基材１１２に照射することが一層助長
されるからである。そして、この作用によって、もとも
と１分子あたりの炭素原子数が多いトルエン等の高分子
量の炭化水素を原料ガスとして用いて、従来は達成でき
なかったｓｐ3の存在比率が高く、水素濃度も低い、そ
してビッカース硬さが１０００Ｋｇ／ｍｍ2以上の硬質
な炭素膜を、非常に高い成膜速度で得ることができるも
のである。
【００１８】本発明において、高分子量の炭化水素とは
炭素数３以上の炭化水素をいい、その上限については特
に定める必要はないが室温での蒸気圧が比較的高い炭素
数１２程度の炭化水素が好ましい。また、炭化水素の種
類については、プロパン、ブタン等のパラフィン系炭化
水素、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水
素、ブタジエン等のジオレフィン系炭化水素、シクロプ
ロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサ
ン等の脂環式炭化水素、シクロブタジエン、ベンゼン、
トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素が
もちることができる。これらの内、とりわけ、水素含有
量が少ない芳香族炭化水素が好ましく、更に、蒸気圧が
高いトルエン、ベンゼン、キシレンは好適である。
炭素数３以上の炭化水素をいい、その上限については特
に定める必要はないが室温での蒸気圧が比較的高い炭素
数１２程度の炭化水素が好ましい。また、炭化水素の種
類については、プロパン、ブタン等のパラフィン系炭化
水素、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水
素、ブタジエン等のジオレフィン系炭化水素、シクロプ
ロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサ
ン等の脂環式炭化水素、シクロブタジエン、ベンゼン、
トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素が
もちることができる。これらの内、とりわけ、水素含有
量が少ない芳香族炭化水素が好ましく、更に、蒸気圧が
高いトルエン、ベンゼン、キシレンは好適である。
【００１９】以下、図１に例示した構成の装置を用いた
実施例をもって、本発明の炭素膜および炭素膜製造方法
について更に詳細に説明する。
実施例をもって、本発明の炭素膜および炭素膜製造方法
について更に詳細に説明する。
【００２０】
〔実施例１〜３〕放電ガス導入口よりＡｒガスを２０ｃ
ｃｍ導入してシート状プラズマを発生させ、原料ガス供
給部よりトルエンを２８ｃｃｍ導入するとともにシリコ
ン基材に１３．５６ＭＨｚの高周波バイアスを５００Ｖ
印加して、炭素膜を成膜する。この時電子ビームプラズ
マ用の直流電源の電圧を調整し、放電電流を所定の電流
値に調整した。尚、いずれの実施例においても、シリコ
ン基材温度は室温であり、成膜部真空容器内の圧力は５
ｍＴｏｒｒ、プラズマ発生部真空容器内の圧力は３ｍＴ
ｏｒｒとした。その結果、いずれの場合も、成膜中に放
電が不安定となるような異常はなく、しかも、得られた
炭素膜はシリコン基材全面に均一に成膜され、外観上何
等異常なく、良好であった。
ｃｍ導入してシート状プラズマを発生させ、原料ガス供
給部よりトルエンを２８ｃｃｍ導入するとともにシリコ
ン基材に１３．５６ＭＨｚの高周波バイアスを５００Ｖ
印加して、炭素膜を成膜する。この時電子ビームプラズ
マ用の直流電源の電圧を調整し、放電電流を所定の電流
値に調整した。尚、いずれの実施例においても、シリコ
ン基材温度は室温であり、成膜部真空容器内の圧力は５
ｍＴｏｒｒ、プラズマ発生部真空容器内の圧力は３ｍＴ
ｏｒｒとした。その結果、いずれの場合も、成膜中に放
電が不安定となるような異常はなく、しかも、得られた
炭素膜はシリコン基材全面に均一に成膜され、外観上何
等異常なく、良好であった。
【００２１】得られた炭素膜について、ｓｐ3の存在
比、水素濃度を、以下に示す方法で測定するとともにビ
ッカース硬さを測定した。これらの結果を、成膜速度と
ともに、表１に示す。得られた炭素膜は、ｓｐ3の存在
比率が７０％以上であり、水素濃度が０．５〜１．７×
１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であり、いずれもビッカース
硬さが１０００Ｋｇ／ｍｍ2以上の硬質の炭素膜が０．
２〜０．８μｍ／ｍｉｎの従来に比べて非常に高い成膜
速度で得られていることが明かである。また、前記炭素
膜についてラマン分光スペクトルを測定した結果、いず
れの炭素膜も非晶質であることを示していた。
比、水素濃度を、以下に示す方法で測定するとともにビ
ッカース硬さを測定した。これらの結果を、成膜速度と
ともに、表１に示す。得られた炭素膜は、ｓｐ3の存在
比率が７０％以上であり、水素濃度が０．５〜１．７×
１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であり、いずれもビッカース
硬さが１０００Ｋｇ／ｍｍ2以上の硬質の炭素膜が０．
２〜０．８μｍ／ｍｉｎの従来に比べて非常に高い成膜
速度で得られていることが明かである。また、前記炭素
膜についてラマン分光スペクトルを測定した結果、いず
れの炭素膜も非晶質であることを示していた。
【００２２】
【表１】 ＊１（単位） ×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
【００２３】＜ｓｐ3の存在比率の測定方法＞炭素膜に
ついて赤外線分光分析を行い、得られるスペクトルの２
８００〜３１００ｃｍ-1の範囲に検出される炭素−水素
結合に基づく吸収ピークを波形分離（図３に実施例３の
炭素膜の赤外線スペクトルとその波形分離した例を示
す）し、その吸収ピークの面積総和に対する２９７０ｃ
ｍ-1の吸収ピークの面積の割合にて、ｓｐ3の存在比率
を算出する。尚、吸収スペクトルの帰属関係を表２に示
す。
ついて赤外線分光分析を行い、得られるスペクトルの２
８００〜３１００ｃｍ-1の範囲に検出される炭素−水素
結合に基づく吸収ピークを波形分離（図３に実施例３の
炭素膜の赤外線スペクトルとその波形分離した例を示
す）し、その吸収ピークの面積総和に対する２９７０ｃ
ｍ-1の吸収ピークの面積の割合にて、ｓｐ3の存在比率
を算出する。尚、吸収スペクトルの帰属関係を表２に示
す。
【００２４】
【表２】
【００２５】＜水素濃度の算定方法＞前記赤外線分光分
析で得られるスペクトルについて、数１式を用いて水素
濃度を算出する。係数Ａは、核反応やＮＭＲその他の方
法で求めた水素濃度と比較検討してして求められた値で
あり、各種の炭素−水素結合の赤外線吸収に対する平均
値として報告されている１．０×１０21ｃｍ-2を用い
た。（Ｆ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，ｅｔ ａｌ，Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｎｏ．２３（１９８４）
Ｐ．８１０参照）
析で得られるスペクトルについて、数１式を用いて水素
濃度を算出する。係数Ａは、核反応やＮＭＲその他の方
法で求めた水素濃度と比較検討してして求められた値で
あり、各種の炭素−水素結合の赤外線吸収に対する平均
値として報告されている１．０×１０21ｃｍ-2を用い
た。（Ｆ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，ｅｔ ａｌ，Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｎｏ．２３（１９８４）
Ｐ．８１０参照）
【００２６】
【数１】ＨＣ＝Ａ∫（α（ω）／ω）ｄω 但し、ＨＣ 水素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3） ω 波数（ｃｍ-1） α（ω） 波数ωのときの吸収係数（ｃｍ-1）
【００２７】
【発明の効果】本発明の炭素膜は、ビッカース硬さが１
０００Ｋｇ／ｍｍ2以上と硬いので、工具、装飾品等の
耐摩耗コーティング、あるいは、磁気テープ等の磁気記
録媒体及び磁気ヘッド等の摺動部材へのコーティング等
に有用である。更に、本発明の炭素膜製造方法によれ
ば、前記の有用な炭素膜を従来達成できなかった実用上
満足できる高速度で、しかも安定して製造することがで
きる。
０００Ｋｇ／ｍｍ2以上と硬いので、工具、装飾品等の
耐摩耗コーティング、あるいは、磁気テープ等の磁気記
録媒体及び磁気ヘッド等の摺動部材へのコーティング等
に有用である。更に、本発明の炭素膜製造方法によれ
ば、前記の有用な炭素膜を従来達成できなかった実用上
満足できる高速度で、しかも安定して製造することがで
きる。
【図１】本発明の炭素膜製造方法を具体化する成膜装置
の構成を示す図。
の構成を示す図。
【図２】従来公知の成膜方法を具体化する装置構成を示
す図。
す図。
【図３】実施例３の赤外線分光スペクトルとその波形分
離例を示す図。
離例を示す図。
【符号の説明】 １０１ 複合陰極型プラズマ
ガン １０２、１０３ 中間電極 １０４ 陽極 １０５ 放電ガス導入口 １０６、１０７、１０８、１０９ 空芯コイル １１０ 永久磁石 １１１ 反射板（金属板） １１２ 基材 １１３ 基材固定具 １１４ 高周波電極 １１５ 原料ガス供給部 １１６ 直流電源 １１７ 高周波電源 １１８ シート状プラズマ １１９ 成膜部真空容器 １２０ 環状永久磁石 ２０１ 複合陰極型プラズマ
ガン ２０２、２０３ 中間電極 ２０４ 陽極 ２０５ 放電ガス導入口 ２０６、２０７ 空芯コイル ２０８ 永久磁石 ２０９ 成膜部真空容器 ２１０ 基材 ２１１ 基材固定具 ２１２ 原料ガス供給部 ２１３ 直流電源 ２１４ シート状プラズマ
ガン １０２、１０３ 中間電極 １０４ 陽極 １０５ 放電ガス導入口 １０６、１０７、１０８、１０９ 空芯コイル １１０ 永久磁石 １１１ 反射板（金属板） １１２ 基材 １１３ 基材固定具 １１４ 高周波電極 １１５ 原料ガス供給部 １１６ 直流電源 １１７ 高周波電源 １１８ シート状プラズマ １１９ 成膜部真空容器 １２０ 環状永久磁石 ２０１ 複合陰極型プラズマ
ガン ２０２、２０３ 中間電極 ２０４ 陽極 ２０５ 放電ガス導入口 ２０６、２０７ 空芯コイル ２０８ 永久磁石 ２０９ 成膜部真空容器 ２１０ 基材 ２１１ 基材固定具 ２１２ 原料ガス供給部 ２１３ 直流電源 ２１４ シート状プラズマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１１Ｂ 5/72 Ｇ１１Ｂ 5/72
Claims (5)
- 【請求項１】 ｓｐ3の存在比率が７０％以上であり、
水素濃度が０．５×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１．
７×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴と
する非晶質炭素膜。 - 【請求項２】 真空容器内に配置された基材に対面する
シート状のプラズマを発生させながら、前記シート状プ
ラズマを経由して前記基材上に炭化水素を含む原料ガス
を供給することにより前記基材上に炭素膜を形成させる
炭素膜製造方法であって、前記炭化水素が高分子量の炭
化水素であって、しかも前記基材に負のバイアスを印加
することを特徴とする炭素膜製造方法。 - 【請求項３】 電子ビーム発生装置と基材が配置された
真空容器との間にスリット状の穴を有する陽極を配置
し、前記陽極のスリット状の穴を通して発生させたシー
ト状プラズマを、前記真空容器内で反射させながら前記
基材に膜を形成させることを特徴とする請求項２記載の
炭素膜製造方法。 - 【請求項４】 前記高分子量の炭化水素が芳香族炭化水
素であることを特徴とする請求項３記載の炭素膜製造方
法。 - 【請求項５】 成膜速度が０．２μｍ／ｍｉｎ以上０．
８μｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項４記
載の炭素膜製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8148977A JPH101305A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 炭素膜および炭素膜製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8148977A JPH101305A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 炭素膜および炭素膜製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH101305A true JPH101305A (ja) | 1998-01-06 |
Family
ID=15464925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8148977A Pending JPH101305A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 炭素膜および炭素膜製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH101305A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000331336A (ja) * | 1999-04-22 | 2000-11-30 | Komag Inc | 高いｓｐ３含有率をもつ磁気ディスク上に、炭素保護フィルムをスパッタリングする方法 |
| JP2002063717A (ja) * | 2000-06-27 | 2002-02-28 | Komag Inc | 高ｓｐ３内容を有する第１炭素被膜と低ｓｐ３内容を有する第２炭素被膜とを含む磁気ディスク |
| JP2005313533A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Shinko Electric Co Ltd | リライタブルペーパー用磁気ヘッドおよびリライタブルプリンタ |
| WO2007066606A1 (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-14 | Shinmaywa Industries, Ltd. | プラズマ成膜装置 |
| WO2008026738A1 (fr) * | 2006-09-01 | 2008-03-06 | Ihi Corporation | appareil et procédé de fabrication d'une structure carbonée |
| WO2008099579A1 (ja) * | 2007-02-14 | 2008-08-21 | Shinmaywa Industries, Ltd. | プラズマ成膜装置 |
| JP2013037730A (ja) * | 2011-08-04 | 2013-02-21 | Fuji Electric Co Ltd | 垂直磁気記録媒体およびその製造方法 |
| JP2014099235A (ja) * | 2012-11-14 | 2014-05-29 | Hgst Netherlands B V | 磁気記録媒体および磁気ヘッド用の超微量の水素を含有する硬質非晶質炭素膜 |
-
1996
- 1996-06-11 JP JP8148977A patent/JPH101305A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000331336A (ja) * | 1999-04-22 | 2000-11-30 | Komag Inc | 高いｓｐ３含有率をもつ磁気ディスク上に、炭素保護フィルムをスパッタリングする方法 |
| JP2002063717A (ja) * | 2000-06-27 | 2002-02-28 | Komag Inc | 高ｓｐ３内容を有する第１炭素被膜と低ｓｐ３内容を有する第２炭素被膜とを含む磁気ディスク |
| JP2005313533A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Shinko Electric Co Ltd | リライタブルペーパー用磁気ヘッドおよびリライタブルプリンタ |
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| JPWO2007066606A1 (ja) * | 2005-12-06 | 2009-05-21 | 新明和工業株式会社 | プラズマ成膜装置 |
| WO2008026738A1 (fr) * | 2006-09-01 | 2008-03-06 | Ihi Corporation | appareil et procédé de fabrication d'une structure carbonée |
| JP2008056546A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Ihi Corp | 炭素構造体の製造装置及び製造方法 |
| WO2008099579A1 (ja) * | 2007-02-14 | 2008-08-21 | Shinmaywa Industries, Ltd. | プラズマ成膜装置 |
| JP2013037730A (ja) * | 2011-08-04 | 2013-02-21 | Fuji Electric Co Ltd | 垂直磁気記録媒体およびその製造方法 |
| JP2014099235A (ja) * | 2012-11-14 | 2014-05-29 | Hgst Netherlands B V | 磁気記録媒体および磁気ヘッド用の超微量の水素を含有する硬質非晶質炭素膜 |
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