JPH1087395A - 高品質ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法 - Google Patents
高品質ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法Info
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- JPH1087395A JPH1087395A JP8237500A JP23750096A JPH1087395A JP H1087395 A JPH1087395 A JP H1087395A JP 8237500 A JP8237500 A JP 8237500A JP 23750096 A JP23750096 A JP 23750096A JP H1087395 A JPH1087395 A JP H1087395A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】レーザーアブレーション法において、高品質の
ダイヤモンド状炭素薄膜を形成する方法を提供する。 【構成】レーザーアブレーション法によって、基板上に
ダイヤモンド状炭素薄膜を蒸着して成膜するに際し、レ
ーザーエネルギー密度を成膜下限界領域に保つことを特
徴とする高品質ダイヤモンド状炭素薄膜の成膜方法であ
る。
ダイヤモンド状炭素薄膜を形成する方法を提供する。 【構成】レーザーアブレーション法によって、基板上に
ダイヤモンド状炭素薄膜を蒸着して成膜するに際し、レ
ーザーエネルギー密度を成膜下限界領域に保つことを特
徴とする高品質ダイヤモンド状炭素薄膜の成膜方法であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンド状炭素薄膜
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンド状炭素（DIAMOND LIKE CAR
BON、以下ＤＬＣと略す）膜はダイヤモンドと同様な性
質を有する薄膜であって、高硬度、高熱伝導性、高絶縁
性、耐薬品性などに優れるために、切削工具、電子材料
の表面保護材料など様々な分野で利用されることが期待
されている。
BON、以下ＤＬＣと略す）膜はダイヤモンドと同様な性
質を有する薄膜であって、高硬度、高熱伝導性、高絶縁
性、耐薬品性などに優れるために、切削工具、電子材料
の表面保護材料など様々な分野で利用されることが期待
されている。
【０００３】しかして、薄膜の製造方法としては、原則
として固体表面（通常、基板という）上への気相からの
凝集によって形成され、この気相は常温で気体のものも
あるが、固体又は液体の物を気化して形成する場合が多
く、最も一般的な方法は真空蒸着法である。これは１０
~2Ｐａより高い真空度の真空チャンバー中に固体の薄膜
材料を蒸発源として入れて加熱、蒸発させて蒸発源より
低温の基板上に蒸着させる方法であり、蒸発源の加熱手
段として抵抗加熱、電子ビーム加熱、高周波加熱、レー
ザー加熱等がある。また、薄膜材料を加熱、蒸発させる
かわりに、イオン銃やグロー放電などで発生させた高速
イオンを薄膜材料に照射してイオン衝突で蒸発させるス
パッタリング法があり、この場合蒸発源に相当する部分
はターゲットと称されている。また、真空蒸着装置中に
活性ガスを導入し、直流又は高周波電場で放電プラズマ
を発生させ、蒸発源からの原子をそのプラズマをくぐら
せて蒸着すると、原子は励起またはイオン化されて薄膜
が形成され、この方法はイオンプレーティング法と称さ
れている。また、化学気相成長（ＣＶＤ）法の変形で、
高温で反応を行わせるかわりに、低温で放電を行わせて
必要な物質を析出させる方法をプラズマＣＶＤ法とい
う。その外、熱フィラメント法、光ＣＶＤ法、電子サイ
クロントン共鳴（ＥＣＲ）、レーザーアブレーション法
等がある。
として固体表面（通常、基板という）上への気相からの
凝集によって形成され、この気相は常温で気体のものも
あるが、固体又は液体の物を気化して形成する場合が多
く、最も一般的な方法は真空蒸着法である。これは１０
~2Ｐａより高い真空度の真空チャンバー中に固体の薄膜
材料を蒸発源として入れて加熱、蒸発させて蒸発源より
低温の基板上に蒸着させる方法であり、蒸発源の加熱手
段として抵抗加熱、電子ビーム加熱、高周波加熱、レー
ザー加熱等がある。また、薄膜材料を加熱、蒸発させる
かわりに、イオン銃やグロー放電などで発生させた高速
イオンを薄膜材料に照射してイオン衝突で蒸発させるス
パッタリング法があり、この場合蒸発源に相当する部分
はターゲットと称されている。また、真空蒸着装置中に
活性ガスを導入し、直流又は高周波電場で放電プラズマ
を発生させ、蒸発源からの原子をそのプラズマをくぐら
せて蒸着すると、原子は励起またはイオン化されて薄膜
が形成され、この方法はイオンプレーティング法と称さ
れている。また、化学気相成長（ＣＶＤ）法の変形で、
高温で反応を行わせるかわりに、低温で放電を行わせて
必要な物質を析出させる方法をプラズマＣＶＤ法とい
う。その外、熱フィラメント法、光ＣＶＤ法、電子サイ
クロントン共鳴（ＥＣＲ）、レーザーアブレーション法
等がある。
【０００４】そして、従来ＤＬＣ膜の製造方法の１つと
して、レーザーアブレーション法がある。この方法は、
ターゲットにグラファイトを用い、高レーザーエネルギ
密度を有するレーザー光をターゲットに照射させて、グ
ラファイトを蒸発させ、固体基板上に凝縮させてＤＣＬ
膜を得る方法である。即ち、この方法は高レーザーエネ
ルギー密度、例えば１０10Ｗ／ｃｍ2程度が必要であっ
た。
して、レーザーアブレーション法がある。この方法は、
ターゲットにグラファイトを用い、高レーザーエネルギ
密度を有するレーザー光をターゲットに照射させて、グ
ラファイトを蒸発させ、固体基板上に凝縮させてＤＣＬ
膜を得る方法である。即ち、この方法は高レーザーエネ
ルギー密度、例えば１０10Ｗ／ｃｍ2程度が必要であっ
た。
【０００５】このように従来のレーザーアブレーション
法でＤＬＣ膜を形成する場合、高レーザーエネルギーに
よって、結晶粒子全体からアプレーションされて、アモ
ルファスカーボン構造を作りやすいｓｐ2結合を保持し
たままの炭素が２個以上の分子サイズの粒子として発生
し、この粒子は十分なエネルギーをもっていない場合に
はアモルファスカーボンを多く発生する。従って、透過
率が高く、高抵抗で、アモルファスカーボンの混入の少
ない高品質のＤＬＣ膜を得るには、より高レーザーエネ
ルギーのレーザー光を必要とし、高レーザーエネルギー
密度を実現できる高出力のレーザーが必要となった。
法でＤＬＣ膜を形成する場合、高レーザーエネルギーに
よって、結晶粒子全体からアプレーションされて、アモ
ルファスカーボン構造を作りやすいｓｐ2結合を保持し
たままの炭素が２個以上の分子サイズの粒子として発生
し、この粒子は十分なエネルギーをもっていない場合に
はアモルファスカーボンを多く発生する。従って、透過
率が高く、高抵抗で、アモルファスカーボンの混入の少
ない高品質のＤＬＣ膜を得るには、より高レーザーエネ
ルギーのレーザー光を必要とし、高レーザーエネルギー
密度を実現できる高出力のレーザーが必要となった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者はＤ
ＬＣ膜を形成するに、従来より低いレーザーエネルギー
密度のレーザーを使用すべく種々検討した結果、結晶粒
子の端部の不安定な状態の炭素原子は、低いレーザーエ
ネルギー密度でも結合が切れ炭素原子１個のような分子
サイズの小さい粒子が発生してＤＬＣ膜を作りやすいと
いう知見を得、その結果、膜生成のレーザーエネルギー
密度下限界領域で、透過率が高く、高抵抗で、アモルフ
ァスカーボンの混入の少ない高品質のＤＬＣ膜が得られ
ることを見出し、本発明を完成したもので、本発明は低
いレーザーエネルギー密度のレーザーを使用して高品質
のＤＬＣ膜を形成することを目的とする。
ＬＣ膜を形成するに、従来より低いレーザーエネルギー
密度のレーザーを使用すべく種々検討した結果、結晶粒
子の端部の不安定な状態の炭素原子は、低いレーザーエ
ネルギー密度でも結合が切れ炭素原子１個のような分子
サイズの小さい粒子が発生してＤＬＣ膜を作りやすいと
いう知見を得、その結果、膜生成のレーザーエネルギー
密度下限界領域で、透過率が高く、高抵抗で、アモルフ
ァスカーボンの混入の少ない高品質のＤＬＣ膜が得られ
ることを見出し、本発明を完成したもので、本発明は低
いレーザーエネルギー密度のレーザーを使用して高品質
のＤＬＣ膜を形成することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、レーザ
ーアブレーション法によって、基板上にダイヤモンド状
炭素薄膜を蒸着して成膜するに際し、レーザーエネルギ
ー密度を成膜エネルギー密度下限界領域に保つことを特
徴とする高品質ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法であ
る。
ーアブレーション法によって、基板上にダイヤモンド状
炭素薄膜を蒸着して成膜するに際し、レーザーエネルギ
ー密度を成膜エネルギー密度下限界領域に保つことを特
徴とする高品質ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法であ
る。
【０００８】即ち、本発明においてはレーザーエネルギ
ー密度を成膜エネルギー密度下限界領域に保つことによ
り、高エネルギー密度で得られるＤＬＣ膜以上の膜質の
ＤＬＣ膜を得ることが可能となった。高品質ダイヤモン
ド状炭素成膜のためのレーザーエネルギー密度の下限界
の波長依存を図示すると図１のようになる。高品質のＤ
ＬＣ成膜が可能なのはこの下限値の上ほぼ２倍迄の範囲
である。従って、例えば、波長２６６ｎｍのレーザー光
を用いた場合、成膜下限レーザーエネルギー密度は３．
５×１０7Ｗ／ｃｍ2であり、得られる膜は透過率が高
く、高抵抗でアモルファスカーボンの混入の少ない高品
質のＤＬＣ膜で１０9Ｗ／ｃｍ2以上で得られる膜よりも
良好な膜質である。なお、本発明における高品質のＤＬ
Ｃ膜について定義すると、アモルファスカーボン構造を
表すｓｐ2成分をＣｓｐ2、ダイヤモンド状構造を表すｓ
ｐ3成分をＣｓｐ3としたとき、Ｃｓｐ3≧８５％、Ｃｓ
ｐ2≦１５％であり、アモルファスカーボンの混入率は
１５％以下である。
ー密度を成膜エネルギー密度下限界領域に保つことによ
り、高エネルギー密度で得られるＤＬＣ膜以上の膜質の
ＤＬＣ膜を得ることが可能となった。高品質ダイヤモン
ド状炭素成膜のためのレーザーエネルギー密度の下限界
の波長依存を図示すると図１のようになる。高品質のＤ
ＬＣ成膜が可能なのはこの下限値の上ほぼ２倍迄の範囲
である。従って、例えば、波長２６６ｎｍのレーザー光
を用いた場合、成膜下限レーザーエネルギー密度は３．
５×１０7Ｗ／ｃｍ2であり、得られる膜は透過率が高
く、高抵抗でアモルファスカーボンの混入の少ない高品
質のＤＬＣ膜で１０9Ｗ／ｃｍ2以上で得られる膜よりも
良好な膜質である。なお、本発明における高品質のＤＬ
Ｃ膜について定義すると、アモルファスカーボン構造を
表すｓｐ2成分をＣｓｐ2、ダイヤモンド状構造を表すｓ
ｐ3成分をＣｓｐ3としたとき、Ｃｓｐ3≧８５％、Ｃｓ
ｐ2≦１５％であり、アモルファスカーボンの混入率は
１５％以下である。
【０００９】さらに本発明について詳細に説明する。本
発明においてレーザーエネルギー密度は、用いられたレ
ーザー波長でＤＬＣ膜を成膜する際、成膜できるレーザ
ーエネルギー密度の下限界領域、即ち、図１に示す領域
で、例えばレーザー波長２６６ｎｍを用いた場合、３．
５×１０7Ｗ／ｃｍ2のエネルギ密度で高品質のＤＬＣ膜
の作製が可能である。この場合ターゲットやレーザー波
長はとくに限定されない。
発明においてレーザーエネルギー密度は、用いられたレ
ーザー波長でＤＬＣ膜を成膜する際、成膜できるレーザ
ーエネルギー密度の下限界領域、即ち、図１に示す領域
で、例えばレーザー波長２６６ｎｍを用いた場合、３．
５×１０7Ｗ／ｃｍ2のエネルギ密度で高品質のＤＬＣ膜
の作製が可能である。この場合ターゲットやレーザー波
長はとくに限定されない。
【００１０】次に本発明を実施する際に使用する装置の
一例を図２に示す。図２において、真空チャンバー１の
中には、ターゲット３と基板４が設置されている。真空
チャンバー１内は真空排気系２によって10~3Ｐａ程度に
保たれている。レーザー発生装置５から発射されたパル
スレーザーが凸レンズ６により集光されて真空チャンバ
ー１の中のターゲットに照射される。パルスレーザーに
よって照射されたターゲット３は蒸発、炭化して基板４
上にＤＬＣとして凝縮する。
一例を図２に示す。図２において、真空チャンバー１の
中には、ターゲット３と基板４が設置されている。真空
チャンバー１内は真空排気系２によって10~3Ｐａ程度に
保たれている。レーザー発生装置５から発射されたパル
スレーザーが凸レンズ６により集光されて真空チャンバ
ー１の中のターゲットに照射される。パルスレーザーに
よって照射されたターゲット３は蒸発、炭化して基板４
上にＤＬＣとして凝縮する。
【００１１】
【実施例及び比較例】更に実施例をもって本発明を具体
的に説明する。 実施例１ 図２に示したＤＬＣ薄膜作成装置を使用してＤＬＣ薄膜
を形成した。図２におけるターゲット３には硬化ポリイ
ミドを使用、真空チャンバー１内の真空度は１０~3Ｐａ
程度とした。レーザー発生装置５から発射されたパルス
レーザーが凸レンズ６により集光されて真空チャンバー
１の中のターゲットに照射された。ターゲットに照射し
た照射レーザーの波長は紫外領域の２６６ｎｍのものを
使用し、その際のレーザーエネルギー密度は３．５×１
０7ｗ／ｃｍ2であった。その結果、基板上に膜が得ら
れ、ラマン分光法で調べた結果、得られた膜がＤＬＣ膜
であることが確認できた。また、抵抗率測定、透過率測
定からも高抵抗で高透過率を示し、高品質のＤＬＣ膜で
あることが確認できた。
的に説明する。 実施例１ 図２に示したＤＬＣ薄膜作成装置を使用してＤＬＣ薄膜
を形成した。図２におけるターゲット３には硬化ポリイ
ミドを使用、真空チャンバー１内の真空度は１０~3Ｐａ
程度とした。レーザー発生装置５から発射されたパルス
レーザーが凸レンズ６により集光されて真空チャンバー
１の中のターゲットに照射された。ターゲットに照射し
た照射レーザーの波長は紫外領域の２６６ｎｍのものを
使用し、その際のレーザーエネルギー密度は３．５×１
０7ｗ／ｃｍ2であった。その結果、基板上に膜が得ら
れ、ラマン分光法で調べた結果、得られた膜がＤＬＣ膜
であることが確認できた。また、抵抗率測定、透過率測
定からも高抵抗で高透過率を示し、高品質のＤＬＣ膜で
あることが確認できた。
【００１２】同様に、レーザーエネルギ密度７．１×１
０7ｗ／ｃｍ2及び５．６×１０8ｗ／ｃｍ2の場合につい
ても、ＤＬＣを得ることができた。図３にそれぞれＤＬ
Ｃ膜の透過率測定の結果を示す。７．１×１０7ｗ／ｃ
ｍ2の場合はアモルファスカーボンの混入がなく光吸収
が大きい。５．６×１０8ｗ／ｃｍ2の場合は、透過率は
良好になっているが、成膜下限の３．５×１０7ｗ／ｃ
ｍ2の場合は、より高透過率の膜ができることが示され
た。上記ターゲットとして硬化ポリイミドに代えて硬化
フェノール樹脂を用いても同様の結果が得られた。
０7ｗ／ｃｍ2及び５．６×１０8ｗ／ｃｍ2の場合につい
ても、ＤＬＣを得ることができた。図３にそれぞれＤＬ
Ｃ膜の透過率測定の結果を示す。７．１×１０7ｗ／ｃ
ｍ2の場合はアモルファスカーボンの混入がなく光吸収
が大きい。５．６×１０8ｗ／ｃｍ2の場合は、透過率は
良好になっているが、成膜下限の３．５×１０7ｗ／ｃ
ｍ2の場合は、より高透過率の膜ができることが示され
た。上記ターゲットとして硬化ポリイミドに代えて硬化
フェノール樹脂を用いても同様の結果が得られた。
【００１３】実施例２ 図２に示したＤＬＣ薄膜作成装置を使用し、図２におけ
るターゲット３としてグラファイトを使用、真空チャン
バー１内の真空度は１０~3Ｐａ程度とした。ターゲット
３に照射されるレーザーの波長及びレーザー密度は実施
例１に記載した場合と同じであった。その結果、基板上
にＤＬＣ膜が得られ、実施例１の場合と同様にアモルフ
ァスの混入が少ない高品質のＤＬＣ膜であることが確認
できた。
るターゲット３としてグラファイトを使用、真空チャン
バー１内の真空度は１０~3Ｐａ程度とした。ターゲット
３に照射されるレーザーの波長及びレーザー密度は実施
例１に記載した場合と同じであった。その結果、基板上
にＤＬＣ膜が得られ、実施例１の場合と同様にアモルフ
ァスの混入が少ない高品質のＤＬＣ膜であることが確認
できた。
【００１４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明ではレーザー
アブレーション法においてレーザーエネルギー密度を成
膜下限界に保つことにより高透過率で高抵抗のアモルフ
ァスカーボンの混入の少ない高品質のＤＬＣ膜を得るこ
とができた。
アブレーション法においてレーザーエネルギー密度を成
膜下限界に保つことにより高透過率で高抵抗のアモルフ
ァスカーボンの混入の少ない高品質のＤＬＣ膜を得るこ
とができた。
【図１】レーザー光の波長に対する成膜レーザーエネル
ギー密度の関係図
ギー密度の関係図
【図２】レーザーアブレーション法を用いたＤＬＣ薄膜
作成装置例の概略図
作成装置例の概略図
【図３】実施例１で得られた膜の５００〜２５００ｎｍ
の波長範囲に対する吸収率測定結果図 各図における成膜時のレーザーエネルギー密度は（ａ）
は３．５×１０7ｗ／ｃｍ2（ｂ）７．１×１０7ｗ／ｃ
ｍ2（ｃ）５．６×１０8ｗ／ｃｍ2であり、（ａ）は４
倍図、（ｂ）等倍図、（ｃ）１．２倍図である。
の波長範囲に対する吸収率測定結果図 各図における成膜時のレーザーエネルギー密度は（ａ）
は３．５×１０7ｗ／ｃｍ2（ｂ）７．１×１０7ｗ／ｃ
ｍ2（ｃ）５．６×１０8ｗ／ｃｍ2であり、（ａ）は４
倍図、（ｂ）等倍図、（ｃ）１．２倍図である。
１ 真空チャンバー ２ 真空排気系 ３ タ
ーゲット ４ 基板 ５ レーザー発生装置 ６ 凸レン
ズ
ーゲット ４ 基板 ５ レーザー発生装置 ６ 凸レン
ズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯田坂 雅子 神奈川県川崎市多摩区長沢１−29−３ (72)発明者 大木 芳正 神奈川県相模原市大野台３−30−２
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザーアブレーション法によって、基
板上にダイヤモンド状炭素薄膜を蒸着して製造するに際
し、レーザーエネルギー密度を成膜エネルギー密度下限
界領域に保つことを特徴とする高品質ダイヤモンド状炭
素薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8237500A JPH1087395A (ja) | 1996-09-09 | 1996-09-09 | 高品質ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8237500A JPH1087395A (ja) | 1996-09-09 | 1996-09-09 | 高品質ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1087395A true JPH1087395A (ja) | 1998-04-07 |
Family
ID=17016245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8237500A Pending JPH1087395A (ja) | 1996-09-09 | 1996-09-09 | 高品質ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1087395A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073813A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Okura Ind Co Ltd | ダイヤモンド様炭素薄膜の形成方法 |
| JP2006111967A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-04-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスバリア膜及び容器 |
| JP2009527646A (ja) * | 2006-02-23 | 2009-07-30 | ピコデオン エルティーディー オイ | プラスチック基材の塗装方法及び塗装されたプラスチック製品 |
-
1996
- 1996-09-09 JP JP8237500A patent/JPH1087395A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073813A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Okura Ind Co Ltd | ダイヤモンド様炭素薄膜の形成方法 |
| JP4706010B2 (ja) * | 2001-09-04 | 2011-06-22 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ダイヤモンド様炭素薄膜の形成方法 |
| JP2006111967A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-04-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスバリア膜及び容器 |
| JP4545073B2 (ja) * | 2004-09-17 | 2010-09-15 | 三菱重工業株式会社 | ガスバリア膜及び容器 |
| JP2009527646A (ja) * | 2006-02-23 | 2009-07-30 | ピコデオン エルティーディー オイ | プラスチック基材の塗装方法及び塗装されたプラスチック製品 |
| JP2009527648A (ja) * | 2006-02-23 | 2009-07-30 | ピコデオン エルティーディー オイ | 金属基材上のコーティングおよびコーティングした製品 |
| JP2009527645A (ja) * | 2006-02-23 | 2009-07-30 | ピコデオン エルティーディー オイ | ガラス基材の塗装方法及び塗装されたガラス製品 |
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