JPH1072288A - 炭素膜及びその形成方法 - Google Patents
炭素膜及びその形成方法Info
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- JPH1072288A JPH1072288A JP23045996A JP23045996A JPH1072288A JP H1072288 A JPH1072288 A JP H1072288A JP 23045996 A JP23045996 A JP 23045996A JP 23045996 A JP23045996 A JP 23045996A JP H1072288 A JPH1072288 A JP H1072288A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高硬度で、且つ、比較的膜厚が大きくても被成
膜物品上に密着性良好に形成される炭素膜、及び高硬度
な炭素膜を比較的膜厚を大きくしても被成膜物品上に密
着性良好に形成することができる炭素膜の形成方法を提
供する。 【解決手段】薄膜状炭素層Ｆ１及びその外側に形成され
た微粒子状炭素層Ｆ２からなる炭素層単位Ｕが１つ形成
された又は２以上積層された（図示の例ではｎ積層され
た）炭素膜Ｃ１、及びその形成方法。
膜物品上に密着性良好に形成される炭素膜、及び高硬度
な炭素膜を比較的膜厚を大きくしても被成膜物品上に密
着性良好に形成することができる炭素膜の形成方法を提
供する。 【解決手段】薄膜状炭素層Ｆ１及びその外側に形成され
た微粒子状炭素層Ｆ２からなる炭素層単位Ｕが１つ形成
された又は２以上積層された（図示の例ではｎ積層され
た）炭素膜Ｃ１、及びその形成方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＬＣ（Diamond
Like Carbon ）膜等の炭素膜及びその形成方法に関す
る。
Like Carbon ）膜等の炭素膜及びその形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】炭素膜の中でもＤＬＣ膜は、耐摩耗性、
摺動性、電気絶縁性等に優れ、また、通常の膜厚では光
を透過する性質を有することから、切削工具、機械の駆
動部部品、スピーカの振動板、装飾品、光学部品等への
コーティング等に用いられる。ＤＬＣ膜等の炭素膜の形
成にはプラズマＣＶＤ法が多用されている。炭素膜形成
に用いられているプラズマＣＶＤ装置の１例を図２に示
す。
摺動性、電気絶縁性等に優れ、また、通常の膜厚では光
を透過する性質を有することから、切削工具、機械の駆
動部部品、スピーカの振動板、装飾品、光学部品等への
コーティング等に用いられる。ＤＬＣ膜等の炭素膜の形
成にはプラズマＣＶＤ法が多用されている。炭素膜形成
に用いられているプラズマＣＶＤ装置の１例を図２に示
す。
【０００３】この装置は、平行平板型高周波プラズマＣ
ＶＤ装置であり、排気装置１１が付設された真空チャン
バ１を有し、チャンバ１内には電極２及びこれに対向す
る位置に電極３が設置されている。電極３は接地され、
電極２にはマッチングボックス２２を介して高周波電源
２３が接続されている。また、電極２にはその上に支持
される被成膜物品を成膜温度に加熱するためのヒータ２
１が付設されている。また、チャンバ１にはガス供給部
４が付設されて、内部に成膜用原料ガスを導入できるよ
うになっている。ガス供給部４には、マスフローコント
ローラ４１１、４１２・・・及び弁４２１、４２２・・
・を介して接続された１又は２以上のプラズマ原料ガス
のガス源４３１、４３２・・・が含まれる。
ＶＤ装置であり、排気装置１１が付設された真空チャン
バ１を有し、チャンバ１内には電極２及びこれに対向す
る位置に電極３が設置されている。電極３は接地され、
電極２にはマッチングボックス２２を介して高周波電源
２３が接続されている。また、電極２にはその上に支持
される被成膜物品を成膜温度に加熱するためのヒータ２
１が付設されている。また、チャンバ１にはガス供給部
４が付設されて、内部に成膜用原料ガスを導入できるよ
うになっている。ガス供給部４には、マスフローコント
ローラ４１１、４１２・・・及び弁４２１、４２２・・
・を介して接続された１又は２以上のプラズマ原料ガス
のガス源４３１、４３２・・・が含まれる。
【０００４】この装置を用いて被成膜物品Ｓ上に炭素膜
を形成するにあたっては、物品Ｓをチャンバ１内に搬入
して電極２上に配置し、排気装置１１の運転にてチャン
バ１内部を数１００ｍＴｏｒｒの真空度にする。また、
ガス供給部４からチャンバ１内に成膜用原料ガスとして
メタン（ＣＨ4 ）ガスやエタン（Ｃ2 Ｈ6 ）ガス等の炭
素化合物ガスを導入するとともに、高周波電源２３から
マッチングボックス２２を介して電極２に例えば周波数
１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、これにより前
記導入した成膜用原料ガスをプラズマ化し、該プラズマ
の下で物品Ｓ表面に炭素膜を形成する。
を形成するにあたっては、物品Ｓをチャンバ１内に搬入
して電極２上に配置し、排気装置１１の運転にてチャン
バ１内部を数１００ｍＴｏｒｒの真空度にする。また、
ガス供給部４からチャンバ１内に成膜用原料ガスとして
メタン（ＣＨ4 ）ガスやエタン（Ｃ2 Ｈ6 ）ガス等の炭
素化合物ガスを導入するとともに、高周波電源２３から
マッチングボックス２２を介して電極２に例えば周波数
１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、これにより前
記導入した成膜用原料ガスをプラズマ化し、該プラズマ
の下で物品Ｓ表面に炭素膜を形成する。
【０００５】この場合、被成膜物品Ｓの処理温度を変え
ることにより膜質を制御できる。例えば樹脂等からなる
物品上に成膜するときは、該物品の耐熱性を考慮して１
００℃程度以下の成膜温度とされ、このときにはＤＬＣ
膜が形成される。被成膜物品温度を上昇させると、炭素
膜の硬度はさらに上昇する。従って切削工具、各種機械
部品等の表面硬度等を改善するために、それら硬質炭素
膜をコーティングするときは、成膜温度は一般的には５
００℃以上に設定される。さらに成膜温度を９００℃以
上に設定するとダイアモンド膜が得られる。
ることにより膜質を制御できる。例えば樹脂等からなる
物品上に成膜するときは、該物品の耐熱性を考慮して１
００℃程度以下の成膜温度とされ、このときにはＤＬＣ
膜が形成される。被成膜物品温度を上昇させると、炭素
膜の硬度はさらに上昇する。従って切削工具、各種機械
部品等の表面硬度等を改善するために、それら硬質炭素
膜をコーティングするときは、成膜温度は一般的には５
００℃以上に設定される。さらに成膜温度を９００℃以
上に設定するとダイアモンド膜が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硬度の
高い炭素膜は内部応力が大きくなり、膜として保持でき
るのはせいぜい膜厚１μｍ程度が限界である。膜厚が大
きくなりすぎると内部応力のため膜に亀裂が入ってく
る。また、膜厚を大きくした高硬度な炭素膜は膜自体の
膨張或いは収縮により被成膜物品表面との整合性が悪く
なり、剥離が生じ易い。一方、摩耗に対する耐久性向上
等のために、厚い炭素膜が求められているという現状が
ある。
高い炭素膜は内部応力が大きくなり、膜として保持でき
るのはせいぜい膜厚１μｍ程度が限界である。膜厚が大
きくなりすぎると内部応力のため膜に亀裂が入ってく
る。また、膜厚を大きくした高硬度な炭素膜は膜自体の
膨張或いは収縮により被成膜物品表面との整合性が悪く
なり、剥離が生じ易い。一方、摩耗に対する耐久性向上
等のために、厚い炭素膜が求められているという現状が
ある。
【０００７】そこで本発明は、高硬度で、且つ、比較的
膜厚が大きくても被成膜物品上に密着性良好に形成され
る炭素膜、及び高硬度な炭素膜を、比較的膜厚を大きく
しても被成膜物品上に密着性良好に形成することができ
る炭素膜の形成方法を提供することを課題とする。
膜厚が大きくても被成膜物品上に密着性良好に形成され
る炭素膜、及び高硬度な炭素膜を、比較的膜厚を大きく
しても被成膜物品上に密着性良好に形成することができ
る炭素膜の形成方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、薄膜状炭素層及びその外側に形成された微
粒子状炭素層からなる炭素層単位が１つ形成された又は
２以上積層されたことを特徴とする炭素膜を提供する。
なお、本発明において「微粒子状炭素層」とは炭素から
なる微粒子が集まってできている炭素層である。
に本発明は、薄膜状炭素層及びその外側に形成された微
粒子状炭素層からなる炭素層単位が１つ形成された又は
２以上積層されたことを特徴とする炭素膜を提供する。
なお、本発明において「微粒子状炭素層」とは炭素から
なる微粒子が集まってできている炭素層である。
【０００９】また、前記課題を解決するために本発明
は、所定真空状態下で、炭素化合物ガスを含む成膜用原
料ガスを電力印加によりプラズマ化し、該プラズマの下
で物品設置電極に設置された被成膜物品上に炭素膜を形
成する方法であって、被成膜物品上への、薄膜状炭素層
の形成及び該薄膜状炭素層上への微粒子状炭素層の形成
を含む工程を１回実施し又は２回以上繰り返すことによ
り、該物品上に炭素膜を形成することを特徴とする炭素
膜の形成方法を提供する。
は、所定真空状態下で、炭素化合物ガスを含む成膜用原
料ガスを電力印加によりプラズマ化し、該プラズマの下
で物品設置電極に設置された被成膜物品上に炭素膜を形
成する方法であって、被成膜物品上への、薄膜状炭素層
の形成及び該薄膜状炭素層上への微粒子状炭素層の形成
を含む工程を１回実施し又は２回以上繰り返すことによ
り、該物品上に炭素膜を形成することを特徴とする炭素
膜の形成方法を提供する。
【００１０】本発明炭素膜及び本発明方法において、前
記薄膜状炭素層及び微粒子状炭素層を構成する炭素は、
それぞれ、硬質炭素であることが考えられ、代表例とし
てＤＬＣを挙げることができる。本発明に係る上記炭素
膜によると、炭素層単位における薄膜状炭素層は薄く形
成することでその下地（被成膜物品表面や、炭素層単位
が複数積層されるときは下側の微粒子状炭素層）に密着
性良く形成でき、該薄膜状炭素層上の微粒子状炭素層は
内部応力が小さいので厚く形成でき、全体として被成膜
物品に対する密着性が良好で厚いものとすることができ
る。また、炭素膜の膜厚を大きくすることができ、そう
することで摩耗に対する耐久性良好な炭素膜とすること
ができる。また、適度な表面粗さを有する微粒子状炭素
層が表面層となっているため、他物品との摩擦係数が小
さく、他物品との潤滑性が良い。
記薄膜状炭素層及び微粒子状炭素層を構成する炭素は、
それぞれ、硬質炭素であることが考えられ、代表例とし
てＤＬＣを挙げることができる。本発明に係る上記炭素
膜によると、炭素層単位における薄膜状炭素層は薄く形
成することでその下地（被成膜物品表面や、炭素層単位
が複数積層されるときは下側の微粒子状炭素層）に密着
性良く形成でき、該薄膜状炭素層上の微粒子状炭素層は
内部応力が小さいので厚く形成でき、全体として被成膜
物品に対する密着性が良好で厚いものとすることができ
る。また、炭素膜の膜厚を大きくすることができ、そう
することで摩耗に対する耐久性良好な炭素膜とすること
ができる。また、適度な表面粗さを有する微粒子状炭素
層が表面層となっているため、他物品との摩擦係数が小
さく、他物品との潤滑性が良い。
【００１１】また、本発明の炭素膜の形成方法による
と、上記のような炭素膜が得られる。本発明炭素膜及び
本発明方法において、表面層の微粒子状炭素層の外側に
さらに薄膜状炭素層を設けることが考えられる。これに
より、被成膜物品に対する密着性が良好であるととも
に、表面が極めて平滑な比較的厚い炭素膜を得ることも
できる。
と、上記のような炭素膜が得られる。本発明炭素膜及び
本発明方法において、表面層の微粒子状炭素層の外側に
さらに薄膜状炭素層を設けることが考えられる。これに
より、被成膜物品に対する密着性が良好であるととも
に、表面が極めて平滑な比較的厚い炭素膜を得ることも
できる。
【００１２】本発明において、微粒子状炭素層中の微粒
子の直径は１００Å〜２０００Å程度とすることができ
る。これは、直径が１００Åより小さいと、微粒子状炭
素層が炭素膜の表面層である場合、他物品との接触面積
が増加して該物品との間の摩擦係数が大きくなるからで
あり、２０００Åより大きいと膜の表面粗さが大きくな
りすぎ、機械的精度が悪くなるからである。
子の直径は１００Å〜２０００Å程度とすることができ
る。これは、直径が１００Åより小さいと、微粒子状炭
素層が炭素膜の表面層である場合、他物品との接触面積
が増加して該物品との間の摩擦係数が大きくなるからで
あり、２０００Åより大きいと膜の表面粗さが大きくな
りすぎ、機械的精度が悪くなるからである。
【００１３】また、本発明においては、炭素膜の目的、
用途等に応じた所望の炭素膜の膜厚の範囲で、薄膜状炭
素層及び微粒子状炭素層の各層厚とこれらからなる炭素
層単位の数を適宜定めることができる。また、本発明に
おいて、その表面に炭素膜を形成する被成膜物品の材質
は特に限定されず、例えば、金属、セラミック、樹脂等
を例示できる。
用途等に応じた所望の炭素膜の膜厚の範囲で、薄膜状炭
素層及び微粒子状炭素層の各層厚とこれらからなる炭素
層単位の数を適宜定めることができる。また、本発明に
おいて、その表面に炭素膜を形成する被成膜物品の材質
は特に限定されず、例えば、金属、セラミック、樹脂等
を例示できる。
【００１４】本発明方法において、成膜用原料ガスとし
ては、炭素膜形成に一般に用いられるメタン（Ｃ
Ｈ4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）、
ブタン（Ｃ 4 Ｈ10）、アセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）、ベンゼ
ン（Ｃ6 Ｈ6 ）、４フッ化炭素（ＣＦ4 ）、６フッ化２
炭素（Ｃ2 Ｆ6 ）等の炭素化合物ガス、及び必要に応じ
て、これらの炭素化合物ガスにキャリアガスとして水素
ガス、不活性ガス等を混合したものを用いることができ
る。
ては、炭素膜形成に一般に用いられるメタン（Ｃ
Ｈ4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）、
ブタン（Ｃ 4 Ｈ10）、アセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）、ベンゼ
ン（Ｃ6 Ｈ6 ）、４フッ化炭素（ＣＦ4 ）、６フッ化２
炭素（Ｃ2 Ｆ6 ）等の炭素化合物ガス、及び必要に応じ
て、これらの炭素化合物ガスにキャリアガスとして水素
ガス、不活性ガス等を混合したものを用いることができ
る。
【００１５】本発明方法において、成膜真空度及び成膜
中の被成膜物品を設置する物品設置電極における自己バ
イアス電圧の大きさをそれぞれ制御し、適宜組み合わせ
ることにより、形成する炭素層を薄膜状のものとするか
或いは微粒子状のものとするかの選択を行うことができ
る。このような選択を行うことができる成膜真空度及び
自己バイアス電圧の大きさの組み合わせは、電極サイズ
等の装置条件、被成膜物品の材質や大きさ、成膜用原料
ガスの種類等の成膜条件等によって異なる。成膜真空度
は例えば０．０１Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ程度の範囲内か
ら選ぶことが考えられる。この範囲では普通には成膜真
空度を大きくすると形成される炭素層は微粒子状炭素層
になり易い。また、被成膜物品上に生じる自己バイアス
電圧の大きさは、例えば高周波電力印加により成膜用原
料ガスをプラズマ化する場合、それには限定されない
が、０Ｖ〜−３００Ｖ程度の範囲から選ぶことができ、
この範囲では普通には自己バイアス電圧を低く（絶対値
では大きく）すると形成される炭素層は微粒子状炭素層
になり易い。
中の被成膜物品を設置する物品設置電極における自己バ
イアス電圧の大きさをそれぞれ制御し、適宜組み合わせ
ることにより、形成する炭素層を薄膜状のものとするか
或いは微粒子状のものとするかの選択を行うことができ
る。このような選択を行うことができる成膜真空度及び
自己バイアス電圧の大きさの組み合わせは、電極サイズ
等の装置条件、被成膜物品の材質や大きさ、成膜用原料
ガスの種類等の成膜条件等によって異なる。成膜真空度
は例えば０．０１Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ程度の範囲内か
ら選ぶことが考えられる。この範囲では普通には成膜真
空度を大きくすると形成される炭素層は微粒子状炭素層
になり易い。また、被成膜物品上に生じる自己バイアス
電圧の大きさは、例えば高周波電力印加により成膜用原
料ガスをプラズマ化する場合、それには限定されない
が、０Ｖ〜−３００Ｖ程度の範囲から選ぶことができ、
この範囲では普通には自己バイアス電圧を低く（絶対値
では大きく）すると形成される炭素層は微粒子状炭素層
になり易い。
【００１６】本発明方法において、成膜用原料ガスのプ
ラズマ化のために印加する電力は、高周波電力、直流電
力又はそれら双方のいずれでもよい。代表例として、高
周波電力のみ印加することが考えられ、この場合、高周
波電力の大きさを大きくするほど被成膜物品表面に生じ
る自己バイアス電圧は低くなる（絶対値は大きくな
る）。
ラズマ化のために印加する電力は、高周波電力、直流電
力又はそれら双方のいずれでもよい。代表例として、高
周波電力のみ印加することが考えられ、この場合、高周
波電力の大きさを大きくするほど被成膜物品表面に生じ
る自己バイアス電圧は低くなる（絶対値は大きくな
る）。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明に係る炭素膜
の１例の断面を示す図である。この炭素膜Ｃ１は、被成
膜物品Ｓ上にＤＬＣからなる薄膜状炭素層Ｆ１及びＤＬ
Ｃからなる微粒子状炭素層Ｆ２からなる炭素層単位Ｕが
ｎ単位積層されたものである。
を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明に係る炭素膜
の１例の断面を示す図である。この炭素膜Ｃ１は、被成
膜物品Ｓ上にＤＬＣからなる薄膜状炭素層Ｆ１及びＤＬ
Ｃからなる微粒子状炭素層Ｆ２からなる炭素層単位Ｕが
ｎ単位積層されたものである。
【００１８】この炭素膜Ｃ１によると、各薄膜状炭素層
Ｆ１は薄く形成することで被成膜物品Ｓやその層Ｆ１の
下側の層Ｆ２との密着性が良く、各微粒子状炭素層Ｆ２
は内部応力が小さいので厚く形成できるため、全体とし
て被成膜物品Ｓに対する密着性が良好で厚いものとする
ことができる。また、高硬度で、適度な表面粗さを有す
る微粒子状炭素層Ｆ２が表面層となっているため、他物
品との摩擦係数が小さく、他物品との潤滑性が良い。
Ｆ１は薄く形成することで被成膜物品Ｓやその層Ｆ１の
下側の層Ｆ２との密着性が良く、各微粒子状炭素層Ｆ２
は内部応力が小さいので厚く形成できるため、全体とし
て被成膜物品Ｓに対する密着性が良好で厚いものとする
ことができる。また、高硬度で、適度な表面粗さを有す
る微粒子状炭素層Ｆ２が表面層となっているため、他物
品との摩擦係数が小さく、他物品との潤滑性が良い。
【００１９】また、図１（Ｂ）は本発明に係る炭素膜の
他の例の断面を示す図である。この炭素膜Ｃ２は、図１
（Ａ）の炭素膜において、最も外側の微粒子状炭素層Ｆ
２のさらに外側に薄膜状炭素層Ｆ１を形成したものであ
る。この炭素膜Ｃ２によると、高硬度で被成膜物品Ｓに
対する密着性が優れるとともに表面平滑性にも優れる。
他の例の断面を示す図である。この炭素膜Ｃ２は、図１
（Ａ）の炭素膜において、最も外側の微粒子状炭素層Ｆ
２のさらに外側に薄膜状炭素層Ｆ１を形成したものであ
る。この炭素膜Ｃ２によると、高硬度で被成膜物品Ｓに
対する密着性が優れるとともに表面平滑性にも優れる。
【００２０】図１（Ａ）の炭素膜は、例えば図２に示す
プラズマＣＶＤ装置を用いて前述の従来例における炭素
膜形成と同様にして炭素膜形成を行うが、ここでは、成
膜真空度及び電極２における自己バイアス電圧の大きさ
を、それぞれ制御することで、薄膜状炭素層Ｆ１の形成
と微粒子状炭素層Ｆ２の形成との切替えを行って、薄膜
状炭素層Ｆ１の形成と微粒子状炭素層Ｆ２の形成をこの
順にｎ回繰り返すことにより得られる。前記自己バイア
ス電圧の大きさの制御は、電極２に印加する高周波電力
の大きさを制御することにより行うことができる。な
お、ここでは高周波電源２３として電力可変のものを用
いる。
プラズマＣＶＤ装置を用いて前述の従来例における炭素
膜形成と同様にして炭素膜形成を行うが、ここでは、成
膜真空度及び電極２における自己バイアス電圧の大きさ
を、それぞれ制御することで、薄膜状炭素層Ｆ１の形成
と微粒子状炭素層Ｆ２の形成との切替えを行って、薄膜
状炭素層Ｆ１の形成と微粒子状炭素層Ｆ２の形成をこの
順にｎ回繰り返すことにより得られる。前記自己バイア
ス電圧の大きさの制御は、電極２に印加する高周波電力
の大きさを制御することにより行うことができる。な
お、ここでは高周波電源２３として電力可変のものを用
いる。
【００２１】図１（Ｂ）の炭素膜は、図１（Ａ）の炭素
膜を形成した後、さらに前記と同様にして薄膜状炭素層
Ｆ１を形成することにより得られる。次に、図２に示す
装置を用いて炭素膜を形成するときの、成膜真空度及び
電極２における自己バイアス電圧の大きさと、形成され
る炭素膜の状態との関係を調べた結果を図３に示す。図
３（Ａ）は、被成膜物品Ｓとしてシリコンウェハを用い
た場合の結果であり、図３（Ｂ）は、被成膜物品Ｓ材質
としてシリコンゴムを用いた場合の結果である。なお、
その他の条件は次の通りである。 条件 高周波電極２サイズ：直径２８０ｍｍ 被成膜物品Ｓサイズ：１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ１
ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ 電力は図示の自己バイアス電圧を得るように変化させ
た。
膜を形成した後、さらに前記と同様にして薄膜状炭素層
Ｆ１を形成することにより得られる。次に、図２に示す
装置を用いて炭素膜を形成するときの、成膜真空度及び
電極２における自己バイアス電圧の大きさと、形成され
る炭素膜の状態との関係を調べた結果を図３に示す。図
３（Ａ）は、被成膜物品Ｓとしてシリコンウェハを用い
た場合の結果であり、図３（Ｂ）は、被成膜物品Ｓ材質
としてシリコンゴムを用いた場合の結果である。なお、
その他の条件は次の通りである。 条件 高周波電極２サイズ：直径２８０ｍｍ 被成膜物品Ｓサイズ：１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ１
ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ 電力は図示の自己バイアス電圧を得るように変化させ
た。
【００２２】 成膜用原料ガス ：ＣＨ4 ５０ｓｃｃｍ 成膜温度 ：２５°Ｃ 成膜時間 ：６０ｍｉｎ 成膜真空度 ：図示のとおり変化させた。 この結果、図３に示す成膜真空度及び自己バイアス電圧
の範囲では、成膜真空度を大きくするほど、また、高周
波電極２に印加する電力を大きくして電極２における自
己バイアス電圧を低くするほど（自己バイアス電圧の絶
対値を大きくするほど）、得られる炭素膜は微粒子状と
なり易いことが分かる。なお、微粒子状炭素膜が形成さ
れた場合の微粒子の直径は１００〜２０００Åであっ
た。
の範囲では、成膜真空度を大きくするほど、また、高周
波電極２に印加する電力を大きくして電極２における自
己バイアス電圧を低くするほど（自己バイアス電圧の絶
対値を大きくするほど）、得られる炭素膜は微粒子状と
なり易いことが分かる。なお、微粒子状炭素膜が形成さ
れた場合の微粒子の直径は１００〜２０００Åであっ
た。
【００２３】次に、本発明実施の具体例を説明する。以
下の具体的実施例においては、被成膜物品Ｓとして、シ
リコンゴムからなりサイズが１００ｍｍ×１００ｍｍ×
厚さ１ｍｍのものを用い、薄膜状炭素層Ｆ１及び微粒子
状炭素層Ｆ２の形成は、次の条件で行った。 ・薄膜状炭素層Ｆ１の形成（条件１） 高周波電極サイズ ：直径２８０ｍｍ 被成膜物品Ｓサイズ：１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ１
ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、５０Ｗ 自己バイアス電圧 ：−８０Ｖ 成膜用原料ガス ：ＣＨ4 ５０ｓｃｃｍ 成膜温度 ：２５°Ｃ 成膜真空度 ：０．１Ｔｏｒｒ ・微粒子状炭素層Ｆ２の形成（条件２） 高周波電極サイズ ：直径２８０ｍｍ 被成膜物品Ｓサイズ：１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ１
ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗ 自己バイアス電圧 ：−２００Ｖ 成膜用原料ガス ：ＣＨ4 ５０ｓｃｃｍ 成膜温度 ：２５°Ｃ 成膜真空度 ：０．１Ｔｏｒｒ 実施例１ 前記条件１で３０分間成膜を行った後、前記条件２で３
０分間成膜を行い、被成膜物品Ｓ上に薄膜状炭素層Ｆ１
及び微粒子状炭素層Ｆ２がこの順に形成された炭素膜を
得た。 実施例２ 前記条件１、条件２及び条件１でこの順にそれぞれ３０
分間ずつ成膜を行い、被成膜物品Ｓ上に薄膜状炭素層Ｆ
１、微粒子状炭素層Ｆ２及び薄膜状炭素層Ｆ１がこの順
に形成された炭素膜を得た。 実施例３ 前記条件１、条件２、条件１及び条件２でこの順にそれ
ぞれ３０分間ずつ成膜を行い、被成膜物品Ｓ上に薄膜状
炭素層Ｆ１、微粒子状炭素層Ｆ２、薄膜状炭素層Ｆ１及
び微粒子状炭素層Ｆ２がこの順に形成された炭素膜を得
た。
下の具体的実施例においては、被成膜物品Ｓとして、シ
リコンゴムからなりサイズが１００ｍｍ×１００ｍｍ×
厚さ１ｍｍのものを用い、薄膜状炭素層Ｆ１及び微粒子
状炭素層Ｆ２の形成は、次の条件で行った。 ・薄膜状炭素層Ｆ１の形成（条件１） 高周波電極サイズ ：直径２８０ｍｍ 被成膜物品Ｓサイズ：１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ１
ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、５０Ｗ 自己バイアス電圧 ：−８０Ｖ 成膜用原料ガス ：ＣＨ4 ５０ｓｃｃｍ 成膜温度 ：２５°Ｃ 成膜真空度 ：０．１Ｔｏｒｒ ・微粒子状炭素層Ｆ２の形成（条件２） 高周波電極サイズ ：直径２８０ｍｍ 被成膜物品Ｓサイズ：１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ１
ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗ 自己バイアス電圧 ：−２００Ｖ 成膜用原料ガス ：ＣＨ4 ５０ｓｃｃｍ 成膜温度 ：２５°Ｃ 成膜真空度 ：０．１Ｔｏｒｒ 実施例１ 前記条件１で３０分間成膜を行った後、前記条件２で３
０分間成膜を行い、被成膜物品Ｓ上に薄膜状炭素層Ｆ１
及び微粒子状炭素層Ｆ２がこの順に形成された炭素膜を
得た。 実施例２ 前記条件１、条件２及び条件１でこの順にそれぞれ３０
分間ずつ成膜を行い、被成膜物品Ｓ上に薄膜状炭素層Ｆ
１、微粒子状炭素層Ｆ２及び薄膜状炭素層Ｆ１がこの順
に形成された炭素膜を得た。 実施例３ 前記条件１、条件２、条件１及び条件２でこの順にそれ
ぞれ３０分間ずつ成膜を行い、被成膜物品Ｓ上に薄膜状
炭素層Ｆ１、微粒子状炭素層Ｆ２、薄膜状炭素層Ｆ１及
び微粒子状炭素層Ｆ２がこの順に形成された炭素膜を得
た。
【００２４】前記実施例１、２、３により得られた炭素
膜、並びに前記条件１で６０分間成膜を行って得られた
薄膜状炭素膜（比較例１）及び前記条件２で６０分間成
膜を行って得られた微粒子状炭素膜（比較例２）につい
て、膜応力、アルミニウム材との間の摩擦係数、表面粗
さ及び硬度を評価した結果を次表に示す。膜についても
併記する。
膜、並びに前記条件１で６０分間成膜を行って得られた
薄膜状炭素膜（比較例１）及び前記条件２で６０分間成
膜を行って得られた微粒子状炭素膜（比較例２）につい
て、膜応力、アルミニウム材との間の摩擦係数、表面粗
さ及び硬度を評価した結果を次表に示す。膜についても
併記する。
【００２５】膜応力は、各実施例ごとにシリコンウェハ
である同サイズの物品上に同条件で成膜した炭素膜被覆
物品についてレーザ撓み計を用いて測定した。摩擦係数
は、炭素膜被覆物品表面に先端曲率Ｒ１８のアルミニウ
ムからなるピン状物品の先端部を当接させ、且つ、該ピ
ン状物品に１０ｇの荷重をかけた状態でこのピンを２０
ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させたときの値を測定した。
表面粗さは触診式表面粗さ計を用いて測定し、硬度はヌ
ープ硬度を測定した。 膜応力 摩擦係数 表面粗さ 硬度 膜厚 (dyne/cm2) Ra(μm) (μm) 実施例１ 1.5 ×1010 0.3 0.8 300 1.2 実施例２ 1.9 ×1010 0.45 0.5 250 1.7 実施例３ 2.0 ×1010 0.3 0.8 300 2.5 比較例１ 3.0 ×1010 0.6 0.3 100 0.9 比較例２ 0.8 ×1010 0.3 1.3 240 1.5 このように、薄膜状炭素層Ｆ１に加えて微粒子状炭素層
Ｆ２を有する本発明実施例１〜３の炭素膜では、薄膜状
炭素膜（比較例１）に比べて、膜応力が小さく物品Ｓへ
の密着性が良いと考えられるとともに、膜厚は大きくな
っている。また、比較例１の炭素膜に比べて硬度も高
い。
である同サイズの物品上に同条件で成膜した炭素膜被覆
物品についてレーザ撓み計を用いて測定した。摩擦係数
は、炭素膜被覆物品表面に先端曲率Ｒ１８のアルミニウ
ムからなるピン状物品の先端部を当接させ、且つ、該ピ
ン状物品に１０ｇの荷重をかけた状態でこのピンを２０
ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させたときの値を測定した。
表面粗さは触診式表面粗さ計を用いて測定し、硬度はヌ
ープ硬度を測定した。 膜応力 摩擦係数 表面粗さ 硬度 膜厚 (dyne/cm2) Ra(μm) (μm) 実施例１ 1.5 ×1010 0.3 0.8 300 1.2 実施例２ 1.9 ×1010 0.45 0.5 250 1.7 実施例３ 2.0 ×1010 0.3 0.8 300 2.5 比較例１ 3.0 ×1010 0.6 0.3 100 0.9 比較例２ 0.8 ×1010 0.3 1.3 240 1.5 このように、薄膜状炭素層Ｆ１に加えて微粒子状炭素層
Ｆ２を有する本発明実施例１〜３の炭素膜では、薄膜状
炭素膜（比較例１）に比べて、膜応力が小さく物品Ｓへ
の密着性が良いと考えられるとともに、膜厚は大きくな
っている。また、比較例１の炭素膜に比べて硬度も高
い。
【００２６】また、表面層が微粒子状炭素層Ｆ２である
実施例１及び実施例３の炭素膜は、表面層が薄膜状炭素
層Ｆ１である実施例２の炭素膜に比べて、表面が粗く、
その結果アルミニウム材との間の摩擦係数が小さく、潤
滑性が優れることが分かる。なお、比較例２の微粒子状
炭素膜は表面粗さが大きすぎ、表面が緻密でないととも
に、機械的精度が悪すぎる。なお、炭素膜被覆物品と他
物品との間の潤滑性は炭素膜被覆物品とアルミニウム材
との間の潤滑性と同様と考えられる。
実施例１及び実施例３の炭素膜は、表面層が薄膜状炭素
層Ｆ１である実施例２の炭素膜に比べて、表面が粗く、
その結果アルミニウム材との間の摩擦係数が小さく、潤
滑性が優れることが分かる。なお、比較例２の微粒子状
炭素膜は表面粗さが大きすぎ、表面が緻密でないととも
に、機械的精度が悪すぎる。なお、炭素膜被覆物品と他
物品との間の潤滑性は炭素膜被覆物品とアルミニウム材
との間の潤滑性と同様と考えられる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明によると、高硬度
で、且つ、比較的膜厚が大きくても被成膜物品上に密着
性良好に形成される炭素膜、及び高硬度な炭素膜を比較
的膜厚を大きくしても被成膜物品上に密着性良好に形成
することができる炭素膜の形成方法を提供することがで
きる。
で、且つ、比較的膜厚が大きくても被成膜物品上に密着
性良好に形成される炭素膜、及び高硬度な炭素膜を比較
的膜厚を大きくしても被成膜物品上に密着性良好に形成
することができる炭素膜の形成方法を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図（Ａ）及び図（Ｂ）は、それぞれ本発明に係
る炭素膜の例の断面図である。
る炭素膜の例の断面図である。
【図２】本発明に係る炭素膜の形成に用いることができ
る成膜装置の１例の概略構成を示す図である。
る成膜装置の１例の概略構成を示す図である。
【図３】図（Ａ）及び図（Ｂ）は、それぞれ、図２に示
す装置を用いて炭素膜を形成したときの、成膜真空度及
び電極２における自己バイアス電圧の大きさと形成され
る炭素層の状態との関係の例を示す図である。
す装置を用いて炭素膜を形成したときの、成膜真空度及
び電極２における自己バイアス電圧の大きさと形成され
る炭素層の状態との関係の例を示す図である。
１ 真空チャンバ １１ 排気装置 ２ 高周波電極 ２１ ヒータ ２２ マッチングボックス ２３ 高周波電源 ３ 接地電極 ４ プラズマ原料ガス供給部 Ｓ 被成膜物品 Ｆ１ 薄膜状炭素層 Ｆ２ 微粒子状炭素層 Ｕ 炭素層単位 Ｃ１、Ｃ２ 炭素膜
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ２３Ｃ 16/52 Ｃ２３Ｃ 16/52
Claims (7)
- 【請求項１】 薄膜状炭素層及びその外側に形成された
微粒子状炭素層からなる炭素層単位が１つ形成された又
は２以上積層形成されたことを特徴とする炭素膜。 - 【請求項２】 前記炭素層単位のうち最も外側のものの
さらに外側に薄膜状炭素層が形成されている請求項１記
載の炭素膜。 - 【請求項３】 前記炭素膜を構成する炭素がダイアモン
ド状炭素（ＤＬＣ）である請求項１又は２記載の炭素
膜。 - 【請求項４】 所定真空状態下で、炭素化合物ガスを含
む成膜用原料ガスを電力印加によりプラズマ化し、該プ
ラズマの下で物品設置電極に設置された被成膜物品上に
炭素膜を形成する方法であって、被成膜物品上への、薄
膜状炭素層の形成及び該薄膜状炭素層上への微粒子状炭
素層の形成を含む工程を１回実施し又は２回以上繰り返
すことにより、該物品上に炭素膜を形成することを特徴
とする炭素膜の形成方法。 - 【請求項５】 １又は２回以上の前記工程の実施の後、
さらに薄膜状炭素層を形成する請求項４記載の炭素膜の
形成方法。 - 【請求項６】 薄膜状炭素層の形成と微粒子状炭素層の
形成との切り換えを、成膜真空度及び成膜中の前記物品
設置電極における自己バイアス電圧の大きさをそれぞれ
制御することにより行う請求項４又は５記載の炭素膜の
形成方法。 - 【請求項７】 前記炭素膜を構成する炭素がダイアモン
ド状炭素（ＤＬＣ）である請求項４、５又は６記載の炭
素膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23045996A JPH1072288A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 炭素膜及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23045996A JPH1072288A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 炭素膜及びその形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1072288A true JPH1072288A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=16908193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23045996A Pending JPH1072288A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 炭素膜及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1072288A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001261318A (ja) * | 2000-03-23 | 2001-09-26 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜および耐摩耗性、耐摺動性に優れた部材 |
| JP2020033577A (ja) * | 2018-08-27 | 2020-03-05 | 国立大学法人九州大学 | カーボンナノ粒子の製造方法 |
-
1996
- 1996-08-30 JP JP23045996A patent/JPH1072288A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001261318A (ja) * | 2000-03-23 | 2001-09-26 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜および耐摩耗性、耐摺動性に優れた部材 |
| JP4730753B2 (ja) * | 2000-03-23 | 2011-07-20 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜および耐摩耗性、耐摺動性に優れた部材 |
| JP2020033577A (ja) * | 2018-08-27 | 2020-03-05 | 国立大学法人九州大学 | カーボンナノ粒子の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051028 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051108 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051219 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060221 |
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Effective date: 20060627 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |