JPH11100671A - 硬質炭素系被膜 - Google Patents
硬質炭素系被膜Info
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- JPH11100671A JPH11100671A JP9259832A JP25983297A JPH11100671A JP H11100671 A JPH11100671 A JP H11100671A JP 9259832 A JP9259832 A JP 9259832A JP 25983297 A JP25983297 A JP 25983297A JP H11100671 A JPH11100671 A JP H11100671A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 膜硬度が高く、かつ基板からの剥離や基板の
反りの原因となる内部応力が低減した硬質炭素系被膜を
得る。 【解決手段】 水素を含有する非晶質炭素からなる硬質
炭素層２を少なくとも２層有し、該硬質炭素層２の間に
内部応力緩和層１を配置した積層構造を有することを特
徴としている。
反りの原因となる内部応力が低減した硬質炭素系被膜を
得る。 【解決手段】 水素を含有する非晶質炭素からなる硬質
炭素層２を少なくとも２層有し、該硬質炭素層２の間に
内部応力緩和層１を配置した積層構造を有することを特
徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、硬質炭素系被膜に
関するものであり、電気シェーバー刃、コンプレッサの
摺動部品、薄膜磁気ヘッド、弾性表面波素子等の保護膜
及び絶縁膜、あるいはセンサ用薄膜などとして用いるこ
とができる耐摩耗性を有した硬質炭素系被膜に関するも
のである。
関するものであり、電気シェーバー刃、コンプレッサの
摺動部品、薄膜磁気ヘッド、弾性表面波素子等の保護膜
及び絶縁膜、あるいはセンサ用薄膜などとして用いるこ
とができる耐摩耗性を有した硬質炭素系被膜に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンド状炭素被膜などの硬質炭素
被膜は、硬度、絶縁性、化学的安定性等に優れているた
め、コーティング材料として注目されている。しかしな
がら、このような硬質炭素被膜は、一般に高い硬度を有
する程、内部応力が高くなるので、膜厚の増加に伴い、
基板からの剥離や、あるいは基板の反り等が問題となっ
ていた。
被膜は、硬度、絶縁性、化学的安定性等に優れているた
め、コーティング材料として注目されている。しかしな
がら、このような硬質炭素被膜は、一般に高い硬度を有
する程、内部応力が高くなるので、膜厚の増加に伴い、
基板からの剥離や、あるいは基板の反り等が問題となっ
ていた。
【０００３】硬質炭素被膜の基板に対する接着性を高
め、剥離を防止する方法として、基板と硬質炭素被膜の
間にシリコンからなる中間層を設ける方法が提案されて
いる（特開平１−３１７１９７号公報）。
め、剥離を防止する方法として、基板と硬質炭素被膜の
間にシリコンからなる中間層を設ける方法が提案されて
いる（特開平１−３１７１９７号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の中間層を設ける
方法によれば、硬質炭素被膜と基板との間の密着性が改
善され、これによって基板からの剥離を防止することが
可能であるが、硬質炭素被膜自身の内部応力による基板
の反りの発生を防止することができなかった。
方法によれば、硬質炭素被膜と基板との間の密着性が改
善され、これによって基板からの剥離を防止することが
可能であるが、硬質炭素被膜自身の内部応力による基板
の反りの発生を防止することができなかった。
【０００５】このような基板の反りを防止する方法とし
て、内部応力の低い硬質炭素被膜を形成する方法が考え
られるが、一般に内部応力を低くすると、硬質炭素被膜
の膜硬度が大幅に低下する傾向にある。従って、内部応
力の低い硬質炭素被膜を用いると、十分に高い硬度が得
られず、耐摩耗性等が不十分になるという問題を生じ
た。
て、内部応力の低い硬質炭素被膜を形成する方法が考え
られるが、一般に内部応力を低くすると、硬質炭素被膜
の膜硬度が大幅に低下する傾向にある。従って、内部応
力の低い硬質炭素被膜を用いると、十分に高い硬度が得
られず、耐摩耗性等が不十分になるという問題を生じ
た。
【０００６】本発明の目的は、膜硬度が高く、かつ基板
からの剥離や基板の反りの原因となる内部応力が低減し
た硬質炭素系被膜を提供することにある。
からの剥離や基板の反りの原因となる内部応力が低減し
た硬質炭素系被膜を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の硬質炭素系被膜
は、水素を含有する非晶質炭素からなる硬質炭素層を少
なくとも２層有し、該硬質炭素層の間に内部応力緩和層
を配置した積層構造を有することを特徴としている。
は、水素を含有する非晶質炭素からなる硬質炭素層を少
なくとも２層有し、該硬質炭素層の間に内部応力緩和層
を配置した積層構造を有することを特徴としている。
【０００８】本発明に従う好ましい実施形態において
は、積層構造が、少なくとも３層の硬質炭素層を有し、
各硬質炭素層の間にそれぞれ内部応力緩和層を配置した
積層構造である。
は、積層構造が、少なくとも３層の硬質炭素層を有し、
各硬質炭素層の間にそれぞれ内部応力緩和層を配置した
積層構造である。
【０００９】本発明における硬質炭素層は、膜中に水素
を含有しており、一般的に高い硬度を有する硬質炭素層
である。硬質炭素層の硬度としては、３０００Ｈｖ以上
であることが好ましい。このような硬質炭素層は、例え
ばメタンガスのような炭化水素系ガスを原料ガスとして
用いたプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
を含有しており、一般的に高い硬度を有する硬質炭素層
である。硬質炭素層の硬度としては、３０００Ｈｖ以上
であることが好ましい。このような硬質炭素層は、例え
ばメタンガスのような炭化水素系ガスを原料ガスとして
用いたプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００１０】本発明における内部応力緩和層は、硬質炭
素層よりも低い内部応力を有する層であればよく、例え
ば、水素を含有しない炭素層をこのような内部応力緩和
層として用いることができる。このような水素を含有し
ない炭素層は、例えば、グラファイトをターゲットとし
て用いたスパッタリング法により形成することができ
る。ここで、水素を含有しないとは、水素濃度が４原子
％以下のものを意味している。
素層よりも低い内部応力を有する層であればよく、例え
ば、水素を含有しない炭素層をこのような内部応力緩和
層として用いることができる。このような水素を含有し
ない炭素層は、例えば、グラファイトをターゲットとし
て用いたスパッタリング法により形成することができ
る。ここで、水素を含有しないとは、水素濃度が４原子
％以下のものを意味している。
【００１１】スパッタリング法により形成した水素を含
有しない炭素層の硬度は、一般に数百Ｈｖ程度であり、
その内部応力も低い。また、本発明における内部応力緩
和層としては、上記の水素を含有しない炭素層以外に、
Ｓｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｒｕ
またはこれらの酸化物、これらの窒化物、もしくはこれ
らの炭化物が適用可能である。
有しない炭素層の硬度は、一般に数百Ｈｖ程度であり、
その内部応力も低い。また、本発明における内部応力緩
和層としては、上記の水素を含有しない炭素層以外に、
Ｓｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｒｕ
またはこれらの酸化物、これらの窒化物、もしくはこれ
らの炭化物が適用可能である。
【００１２】本発明においては、上記の硬質炭素層の間
に上記の内部応力緩和層を配置した積層構造を有してい
る。本発明における硬質炭素系被膜の積層構造の最小単
位は、硬質炭素層／内部応力緩和層／硬質炭素層の３層
であり、硬質炭素層と内部応力緩和層の積層を複数回繰
り返すことにより、さらに多層の積層構造としてもよ
い。
に上記の内部応力緩和層を配置した積層構造を有してい
る。本発明における硬質炭素系被膜の積層構造の最小単
位は、硬質炭素層／内部応力緩和層／硬質炭素層の３層
であり、硬質炭素層と内部応力緩和層の積層を複数回繰
り返すことにより、さらに多層の積層構造としてもよ
い。
【００１３】本発明における各硬質炭素層の膜厚は、５
０Å〜５μｍ程度が好ましく、さらに好ましくは１００
Å〜１μｍ程度である。また、本発明における各内部応
力緩和層の膜厚は、５Å〜５μｍ程度が好ましく、さら
に好ましくは１０Å〜１μｍ程度である。
０Å〜５μｍ程度が好ましく、さらに好ましくは１００
Å〜１μｍ程度である。また、本発明における各内部応
力緩和層の膜厚は、５Å〜５μｍ程度が好ましく、さら
に好ましくは１０Å〜１μｍ程度である。
【００１４】各硬質炭素層の膜厚をａ、各内部応力緩和
層の膜厚をｂとすると、その膜厚の比ａ／ｂは、１〜１
０００の範囲内であることが好ましく、さらに好ましく
は１０〜５００の範囲内である。
層の膜厚をｂとすると、その膜厚の比ａ／ｂは、１〜１
０００の範囲内であることが好ましく、さらに好ましく
は１０〜５００の範囲内である。
【００１５】本発明において、硬質炭素層と内部応力緩
和層の硬度の比は、（硬質炭素層の硬度）／（内部応力
緩和層の硬度）で１０以上であることが好ましい。ま
た、硬質炭素層の内部応力と、内部応力緩和層の内部応
力の比は、（硬質炭素層の内部応力）／（内部応力緩和
層の内部応力）で１００以上であることが好ましい。
和層の硬度の比は、（硬質炭素層の硬度）／（内部応力
緩和層の硬度）で１０以上であることが好ましい。ま
た、硬質炭素層の内部応力と、内部応力緩和層の内部応
力の比は、（硬質炭素層の内部応力）／（内部応力緩和
層の内部応力）で１００以上であることが好ましい。
【００１６】本発明の硬質炭素系被膜は、硬質炭素層の
間に内部応力緩和層を配置した積層構造を有している。
従って、内部応力緩和層の存在により、その両側の硬質
炭素層の内部応力が緩和され、硬質炭素層として高硬度
の硬質炭素層を用いても、全体としての内部応力を低減
させることができる。
間に内部応力緩和層を配置した積層構造を有している。
従って、内部応力緩和層の存在により、その両側の硬質
炭素層の内部応力が緩和され、硬質炭素層として高硬度
の硬質炭素層を用いても、全体としての内部応力を低減
させることができる。
【００１７】従って、従来の非晶質炭素被膜と同程度の
硬度を有し、かつ従来よりも内部応力の低い硬質炭素系
被膜とすることができる。
硬度を有し、かつ従来よりも内部応力の低い硬質炭素系
被膜とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に従う硬質炭素系
被膜の一実施例を示す断面図である。基板１の上には、
硬質炭素層２が形成されており、この硬質炭素層２の上
に、内部応力緩和層３が形成されている。その上には、
さらに硬質炭素層２及び内部応力緩和層３の積層ユニッ
トが繰り返し積層されており、最上層には、硬質炭素層
２が設けられている。硬質炭素系被膜４は、このような
硬質炭素層２と内部応力緩和層３の積層構造から構成さ
れている。この硬質炭素系被膜４の積層構造において
は、硬質炭素層２の間に内部応力緩和層３が配置されて
いる。
被膜の一実施例を示す断面図である。基板１の上には、
硬質炭素層２が形成されており、この硬質炭素層２の上
に、内部応力緩和層３が形成されている。その上には、
さらに硬質炭素層２及び内部応力緩和層３の積層ユニッ
トが繰り返し積層されており、最上層には、硬質炭素層
２が設けられている。硬質炭素系被膜４は、このような
硬質炭素層２と内部応力緩和層３の積層構造から構成さ
れている。この硬質炭素系被膜４の積層構造において
は、硬質炭素層２の間に内部応力緩和層３が配置されて
いる。
【００１９】図２は、本発明に従う硬質炭素系被膜を形
成するための装置の一例を示す概略断面図であり、ＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ法による薄膜形成と、スパッタリング
法による薄膜形成を同一の装置内で行うことができる薄
膜形成装置を示している。図２を参照して、真空チャン
バー１７内には、プラズマ発生室１４と、基板１８が設
置される反応室とが設けられている。プラズマ発生室１
４には、導波管１２を介してマイクロ波発生装置１１が
接続されている。導波管１２とプラズマ発生室１４の接
続部には、マイクロ波導入窓１３が設けられている。プ
ラズマ発生室１４には、プラズマ発生室１４にアルゴン
（Ａｒ）等の放電ガスを導入するための放電ガス導入管
１５が接続されている。また、プラズマ発生室１４を包
囲して、プラズマ磁界発生装置１６が設けられている。
成するための装置の一例を示す概略断面図であり、ＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ法による薄膜形成と、スパッタリング
法による薄膜形成を同一の装置内で行うことができる薄
膜形成装置を示している。図２を参照して、真空チャン
バー１７内には、プラズマ発生室１４と、基板１８が設
置される反応室とが設けられている。プラズマ発生室１
４には、導波管１２を介してマイクロ波発生装置１１が
接続されている。導波管１２とプラズマ発生室１４の接
続部には、マイクロ波導入窓１３が設けられている。プ
ラズマ発生室１４には、プラズマ発生室１４にアルゴン
（Ａｒ）等の放電ガスを導入するための放電ガス導入管
１５が接続されている。また、プラズマ発生室１４を包
囲して、プラズマ磁界発生装置１６が設けられている。
【００２０】真空チャンバー１７内の反応室には、基板
ホルダー１９が設置され、この基板ホルダー１９の上に
基板１８が載せられている。また真空チャンバー１７内
の反応室には、プラズマＣＶＤ法の原料ガスとなる反応
ガスを導入するための反応ガス導入管２１が接続されて
いる。基板ホルダー１９には、基板１８に自己バイアス
電圧を発生させるための高周波電源２０が接続されてい
る。
ホルダー１９が設置され、この基板ホルダー１９の上に
基板１８が載せられている。また真空チャンバー１７内
の反応室には、プラズマＣＶＤ法の原料ガスとなる反応
ガスを導入するための反応ガス導入管２１が接続されて
いる。基板ホルダー１９には、基板１８に自己バイアス
電圧を発生させるための高周波電源２０が接続されてい
る。
【００２１】また、真空チャンバー１７には、基板１８
上にスパッタリング法により薄膜を形成するためのター
ゲットを装着したスパッタ源２２が設置されている。ま
たこのスパッタ源２２に高周波電力を供給するための高
周波電源２３が設けられている。真空チャンバー１７内
は、排気口２４から排気されることにより、所定の圧力
に設定される。
上にスパッタリング法により薄膜を形成するためのター
ゲットを装着したスパッタ源２２が設置されている。ま
たこのスパッタ源２２に高周波電力を供給するための高
周波電源２３が設けられている。真空チャンバー１７内
は、排気口２４から排気されることにより、所定の圧力
に設定される。
【００２２】図３は、図２に示す薄膜形成装置を用い、
ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、硬質炭素層としてのダ
イヤモンド状炭素薄膜を形成した場合のダイヤモンド状
炭素薄膜の膜中水素濃度、内部応力、及び硬度を示す図
である。図３に示すデータは、高周波電源２０により基
板ホルダー１９に印加する高周波電力を変え、基板１８
に発生する自己バイアス電圧を０から−２００Ｖまで変
化させてダイヤモンド状炭素薄膜を形成したときのデー
タを示している。
ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、硬質炭素層としてのダ
イヤモンド状炭素薄膜を形成した場合のダイヤモンド状
炭素薄膜の膜中水素濃度、内部応力、及び硬度を示す図
である。図３に示すデータは、高周波電源２０により基
板ホルダー１９に印加する高周波電力を変え、基板１８
に発生する自己バイアス電圧を０から−２００Ｖまで変
化させてダイヤモンド状炭素薄膜を形成したときのデー
タを示している。
【００２３】膜中水素濃度は、二次イオン質量分析（Ｓ
ＩＭＳ）により測定した値である。また内部応力は、基
板の変形量から測定した値である。薄い基板の上に応力
のかかった状態で膜を形成すると、基板はその形と弾性
定数によって決まるたわみを示すので、このたわみ量を
検出することにより内部応力を測定することができる。
このたわみ量については、例えば、「応力物理」第６６
巻，第７号（１９８７），９２３〜９２４頁に説明され
ている。ここでは、ニュートン環法により求めた基板の
たわみの曲率半径から内部応力を算出した。
ＩＭＳ）により測定した値である。また内部応力は、基
板の変形量から測定した値である。薄い基板の上に応力
のかかった状態で膜を形成すると、基板はその形と弾性
定数によって決まるたわみを示すので、このたわみ量を
検出することにより内部応力を測定することができる。
このたわみ量については、例えば、「応力物理」第６６
巻，第７号（１９８７），９２３〜９２４頁に説明され
ている。ここでは、ニュートン環法により求めた基板の
たわみの曲率半径から内部応力を算出した。
【００２４】硬度は、ビッカース硬度である。図３から
明らかなように、自己バイアス電圧の絶対値が大きくな
るにつれて、膜中水素濃度が減少し、これと共に内部応
力が増加し、硬度が高くなっていることがわかる。
明らかなように、自己バイアス電圧の絶対値が大きくな
るにつれて、膜中水素濃度が減少し、これと共に内部応
力が増加し、硬度が高くなっていることがわかる。
【００２５】実施例１ 図２に示す薄膜形成装置を用い、Ｓｉ基板の上に、図１
に示すような本発明に従う硬質炭素系被膜を形成した。
硬質炭素系被膜の形成は、以下に示す硬質炭素層を形成
する工程と、内部応力緩和層を形成する工程とを交
互に繰り返すことにより行った。なお、本実施例では、
内部応力緩和層として、グラファイトターゲットを用
い、これをスパッタリングすることにより形成した、水
素を実質的に含有しない非晶質炭素被膜を形成した。
に示すような本発明に従う硬質炭素系被膜を形成した。
硬質炭素系被膜の形成は、以下に示す硬質炭素層を形成
する工程と、内部応力緩和層を形成する工程とを交
互に繰り返すことにより行った。なお、本実施例では、
内部応力緩和層として、グラファイトターゲットを用
い、これをスパッタリングすることにより形成した、水
素を実質的に含有しない非晶質炭素被膜を形成した。
【００２６】工程：図２に示す薄膜形成装置におい
て、基板ホルダー１９の上に基板１８を取付け、真空チ
ャンバー１７内の内部を１０-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気
する。次に、放電ガス導入管１５からＡｒガスを５．７
×１０-4Ｔｏｒｒで供給すると共に、マイクロ波発生装
置１１から２．４５ＧＨｚ、１００Ｗのマイクロ波を供
給して、プラズマ発生室１４内にＡｒプラズマを発生さ
せ、このＡｒプラズマを基板１８の表面上に放射する。
反応ガス導入管２１からは、ＣＨ4 ガスを７．６×１０
-4Ｔｏｒｒで供給する。反応ガス導入管２１から供給さ
れたＣＨ4 ガスは、プラズマの作用により分解され、こ
れによって生じた炭素が、反応性の高いイオンまたは中
性の活性状態となって、基板１８の表面に放射される。
これと同時に、基板１８に発生する自己バイアス電圧が
−５０Ｖとなるように、高周波電源２０から周波数１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を基板ホルダー１９に印加
する。以上の工程により、Ｓｉ基板１８の上に、１回の
薄膜形成工程で、膜厚約９００Åの硬質炭素層が形成さ
れる。
て、基板ホルダー１９の上に基板１８を取付け、真空チ
ャンバー１７内の内部を１０-5〜１０-7Ｔｏｒｒに排気
する。次に、放電ガス導入管１５からＡｒガスを５．７
×１０-4Ｔｏｒｒで供給すると共に、マイクロ波発生装
置１１から２．４５ＧＨｚ、１００Ｗのマイクロ波を供
給して、プラズマ発生室１４内にＡｒプラズマを発生さ
せ、このＡｒプラズマを基板１８の表面上に放射する。
反応ガス導入管２１からは、ＣＨ4 ガスを７．６×１０
-4Ｔｏｒｒで供給する。反応ガス導入管２１から供給さ
れたＣＨ4 ガスは、プラズマの作用により分解され、こ
れによって生じた炭素が、反応性の高いイオンまたは中
性の活性状態となって、基板１８の表面に放射される。
これと同時に、基板１８に発生する自己バイアス電圧が
−５０Ｖとなるように、高周波電源２０から周波数１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を基板ホルダー１９に印加
する。以上の工程により、Ｓｉ基板１８の上に、１回の
薄膜形成工程で、膜厚約９００Åの硬質炭素層が形成さ
れる。
【００２７】工程：反応ガス導入管２１からのＣＨ4
ガスの供給を停止し、放電ガス導入管１５からＡｒガス
を、１×１０-3Ｔｏｒｒとなるように供給し、高周波電
源２３から、スパッタ源２２に、１３．５６ＭＨｚの高
周波電力を印加し、スパッタ源２２を動作させ、基板１
８上に、内部応力緩和層として膜厚約１００Åの非晶質
炭素層を形成する。
ガスの供給を停止し、放電ガス導入管１５からＡｒガス
を、１×１０-3Ｔｏｒｒとなるように供給し、高周波電
源２３から、スパッタ源２２に、１３．５６ＭＨｚの高
周波電力を印加し、スパッタ源２２を動作させ、基板１
８上に、内部応力緩和層として膜厚約１００Åの非晶質
炭素層を形成する。
【００２８】上記工程及びのプロセスを１０回繰り
返し、最後に工程を１回行うことにより、図１に示す
ような、基板１上に、硬質炭素層２と内部応力緩和層３
からなるユニットを１０回積層し、最後に硬質炭素層２
を積層した、合計２１層からなる硬質系炭素被膜４を形
成した。この硬質系炭素被膜４のトータルの膜厚は１．
０９μｍであった。
返し、最後に工程を１回行うことにより、図１に示す
ような、基板１上に、硬質炭素層２と内部応力緩和層３
からなるユニットを１０回積層し、最後に硬質炭素層２
を積層した、合計２１層からなる硬質系炭素被膜４を形
成した。この硬質系炭素被膜４のトータルの膜厚は１．
０９μｍであった。
【００２９】比較例１ Ｓｉ基板上に、実施例１における工程で、硬質炭素層
に相当する薄膜を膜厚１．０９μｍとなるように形成し
た。
に相当する薄膜を膜厚１．０９μｍとなるように形成し
た。
【００３０】比較例２ Ｓｉ基板上に、実施例１における工程で、非晶質炭素
層の薄膜を膜厚１．０９μｍとなるように形成した。
層の薄膜を膜厚１．０９μｍとなるように形成した。
【００３１】ビッカース硬度及び内部応力の測定 上記実施例１並びに比較例１及び２で得られた被膜につ
いて、ビッカース硬度と内部応力を測定し、表１にその
結果を示した。
いて、ビッカース硬度と内部応力を測定し、表１にその
結果を示した。
【００３２】
【表１】
【００３３】表１から明らかなように、本発明に従う実
施例１の硬質炭素系被膜は、比較例１の硬質炭素層に相
当するダイヤモンド状炭素被膜とほぼ同程度のビッカー
ス硬度を有しているが、比較例１のダイヤモンド状炭素
被膜に比べ、低い内部応力であることがわかる。
施例１の硬質炭素系被膜は、比較例１の硬質炭素層に相
当するダイヤモンド状炭素被膜とほぼ同程度のビッカー
ス硬度を有しているが、比較例１のダイヤモンド状炭素
被膜に比べ、低い内部応力であることがわかる。
【００３４】図４は、比較例１及び比較例２の被膜につ
いて、ビッカース圧子の押し込み荷重を一定の割合で増
加させながら、ビッカース圧子を被膜に押し込んだ場合
の荷重と押し込み深さとの関係を示す図である。図４に
示すように、比較例１のダイヤモンド状炭素被膜は、荷
重に対する押し込み深さが小さく、比較例２のスパッタ
リング法により形成した非晶質炭素被膜に比べ高い硬度
を有していることがわかる。
いて、ビッカース圧子の押し込み荷重を一定の割合で増
加させながら、ビッカース圧子を被膜に押し込んだ場合
の荷重と押し込み深さとの関係を示す図である。図４に
示すように、比較例１のダイヤモンド状炭素被膜は、荷
重に対する押し込み深さが小さく、比較例２のスパッタ
リング法により形成した非晶質炭素被膜に比べ高い硬度
を有していることがわかる。
【００３５】図５は、実施例１の硬質炭素系被膜につい
て、ビッカース圧子の押し込み荷重を一定の割合で増加
させながら、ビッカース圧子を被膜に押し込んだ場合の
荷重と押し込み深さとの関係を示す図である。点線は、
実施例１の荷重と押し込み深さとの関係を示している。
この点線の傾斜は、硬質炭素層に相当するＡの部分と、
内部応力緩和層に相当するＢの部分をその膜厚割合で合
計させた仮想曲線（実線）で表される傾斜と同程度の傾
斜であることがわかる。従って、比較例１の勾配に近い
勾配となり、高い硬度を有する。
て、ビッカース圧子の押し込み荷重を一定の割合で増加
させながら、ビッカース圧子を被膜に押し込んだ場合の
荷重と押し込み深さとの関係を示す図である。点線は、
実施例１の荷重と押し込み深さとの関係を示している。
この点線の傾斜は、硬質炭素層に相当するＡの部分と、
内部応力緩和層に相当するＢの部分をその膜厚割合で合
計させた仮想曲線（実線）で表される傾斜と同程度の傾
斜であることがわかる。従って、比較例１の勾配に近い
勾配となり、高い硬度を有する。
【００３６】図６は、硬質炭素層の膜厚をａ、内部応力
緩和層の膜厚をｂとしたときの膜厚比ａ／ｂを変化させ
て積層させた硬質炭素系被膜のビッカース硬度及び内部
応力を示す図である。ビッカース硬度及び内部応力は、
それぞれ比較例１のビッカース硬度及び内部応力を１と
した場合の相対値で示している。全体の膜厚は１．０９
μｍとし、実施例１と同様に、硬質炭素層を合計で１１
層、内部応力緩和層を合計で１０層となるように積層し
ている。
緩和層の膜厚をｂとしたときの膜厚比ａ／ｂを変化させ
て積層させた硬質炭素系被膜のビッカース硬度及び内部
応力を示す図である。ビッカース硬度及び内部応力は、
それぞれ比較例１のビッカース硬度及び内部応力を１と
した場合の相対値で示している。全体の膜厚は１．０９
μｍとし、実施例１と同様に、硬質炭素層を合計で１１
層、内部応力緩和層を合計で１０層となるように積層し
ている。
【００３７】図６の結果から明らかなように、膜厚の比
ａ／ｂが１〜１０００の範囲で硬度が高くなっており、
ａ／ｂが１０〜５００の範囲で、さらに高い硬度が得ら
れていることがわかる。
ａ／ｂが１〜１０００の範囲で硬度が高くなっており、
ａ／ｂが１０〜５００の範囲で、さらに高い硬度が得ら
れていることがわかる。
【００３８】実施例２ 内部応力緩和層としてＳｉ層を形成した。スパッタ源２
２として、Ｓｉターゲットを装着したスパッタ源を用
い、実施例１における工程において、Ｓｉターゲット
をスパッタリングすることにより、膜厚約１００ÅのＳ
ｉ層を内部応力緩和層として形成し、硬質炭素層とＳｉ
層の積層構造からなる硬質炭素系被膜を形成した。
２として、Ｓｉターゲットを装着したスパッタ源を用
い、実施例１における工程において、Ｓｉターゲット
をスパッタリングすることにより、膜厚約１００ÅのＳ
ｉ層を内部応力緩和層として形成し、硬質炭素層とＳｉ
層の積層構造からなる硬質炭素系被膜を形成した。
【００３９】得られた硬質炭素系被膜のビッカース硬度
測定を行った結果、３０５０Ｈｖであり、また比較例１
の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値は０．７
５であった。
測定を行った結果、３０５０Ｈｖであり、また比較例１
の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値は０．７
５であった。
【００４０】実施例３ 内部応力緩和層としてＷ層を形成した。スパッタ源２２
として、Ｗターゲットを装着したスパッタ源を用い、実
施例１における工程において、Ｗターゲットをスパッ
タリングすることにより、膜厚約１００ÅのＷ層を内部
応力緩和層として形成し、硬質炭素層とＷ層の積層構造
からなる硬質炭素系被膜を形成した。
として、Ｗターゲットを装着したスパッタ源を用い、実
施例１における工程において、Ｗターゲットをスパッ
タリングすることにより、膜厚約１００ÅのＷ層を内部
応力緩和層として形成し、硬質炭素層とＷ層の積層構造
からなる硬質炭素系被膜を形成した。
【００４１】得られた硬質炭素系被膜のビッカース硬度
測定を行った結果、３０００Ｈｖであり、また、比較例
１の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値は０．
７３であった。
測定を行った結果、３０００Ｈｖであり、また、比較例
１の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値は０．
７３であった。
【００４２】実施例４ 内部応力緩和層としてＺｒ層を形成した。スパッタ源２
２として、Ｚｒターゲットを装着したスパッタ源を用
い、実施例１における工程において、Ｚｒターゲット
をスパッタリングすることにより、膜厚約１００ÅのＺ
ｒ層を内部応力緩和層として形成し、硬質炭素層とＺｒ
層の積層構造からなる硬質炭素系被膜を形成した。
２として、Ｚｒターゲットを装着したスパッタ源を用
い、実施例１における工程において、Ｚｒターゲット
をスパッタリングすることにより、膜厚約１００ÅのＺ
ｒ層を内部応力緩和層として形成し、硬質炭素層とＺｒ
層の積層構造からなる硬質炭素系被膜を形成した。
【００４３】得られた硬質炭素系被膜のビッカース硬度
測定を行った結果、３０００Ｈｖであり、また比較例１
の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値は０．７
３であった。
測定を行った結果、３０００Ｈｖであり、また比較例１
の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値は０．７
３であった。
【００４４】実施例５ 内部応力緩和層としてＳｉＣ層を形成した。スパッタ源
２２として、Ｓｉターゲットを装着したスパッタ源を用
い、実施例１における工程において、反応ガス導入管
２１からＣＨ4 ガスを９．５×１０-5Ｔｏｒｒで供給
し、Ｓｉターゲットをスパッタリングすることにより、
膜厚約１００ÅのＳｉＣ層を内部応力緩和層として形成
し、硬質炭素層とＳｉＣ層の積層構造からなる硬質炭素
系被膜を形成した。
２２として、Ｓｉターゲットを装着したスパッタ源を用
い、実施例１における工程において、反応ガス導入管
２１からＣＨ4 ガスを９．５×１０-5Ｔｏｒｒで供給
し、Ｓｉターゲットをスパッタリングすることにより、
膜厚約１００ÅのＳｉＣ層を内部応力緩和層として形成
し、硬質炭素層とＳｉＣ層の積層構造からなる硬質炭素
系被膜を形成した。
【００４５】得られた硬質炭素系被膜のビッカース硬度
測定を行った結果、３０８０Ｈｖであり、また比較例１
の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値は０．８
であった。
測定を行った結果、３０８０Ｈｖであり、また比較例１
の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値は０．８
であった。
【００４６】上記実施例においては、内部応力緩和層と
してスパッタリング法により形成した非晶質炭素層、Ｓ
ｉ層、Ｗ層、Ｚｒ層、及びＳｉＣ層を用いたが、上述の
その他の内部応力緩和層を用いた場合にも、上記実施例
と同様の約３０００Ｈｖのビッカース硬度を有し、比較
例１の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値が約
０．７である高硬度、低内部応力の硬質炭素系被膜が得
られることを実験により確認している。
してスパッタリング法により形成した非晶質炭素層、Ｓ
ｉ層、Ｗ層、Ｚｒ層、及びＳｉＣ層を用いたが、上述の
その他の内部応力緩和層を用いた場合にも、上記実施例
と同様の約３０００Ｈｖのビッカース硬度を有し、比較
例１の内部応力を１とした場合の内部応力の相対値が約
０．７である高硬度、低内部応力の硬質炭素系被膜が得
られることを実験により確認している。
【００４７】
【発明の効果】本発明に従えば、高い膜硬度を有し、か
つ内部応力の低い硬質炭素系被膜とすることができる。
従って、電気シェーバー刃、コンプレッサにおける摺動
部品等の保護膜として有用であり、さらには磁気薄膜ヘ
ッドや弾性表面波素子の保護膜等として有用な硬質炭素
系被膜とすることができる。
つ内部応力の低い硬質炭素系被膜とすることができる。
従って、電気シェーバー刃、コンプレッサにおける摺動
部品等の保護膜として有用であり、さらには磁気薄膜ヘ
ッドや弾性表面波素子の保護膜等として有用な硬質炭素
系被膜とすることができる。
【図１】本発明に従う硬質炭素系被膜の一実施例を示す
断面図。
断面図。
【図２】本発明の硬質炭素系被膜を形成することができ
る薄膜形成装置の一例を示す概略断面図。
る薄膜形成装置の一例を示す概略断面図。
【図３】本発明の硬質炭素系被膜における硬質炭素層と
なるダイヤモンド状炭素被膜の膜中水素濃度、内部応
力、及び硬度と、自己バイアス電圧との関係を示す図。
なるダイヤモンド状炭素被膜の膜中水素濃度、内部応
力、及び硬度と、自己バイアス電圧との関係を示す図。
【図４】硬質炭素層（比較例１）と内部応力緩和層（比
較例２）の圧子押し込み荷重と押し込み深さとの関係を
示す図。
較例２）の圧子押し込み荷重と押し込み深さとの関係を
示す図。
【図５】本発明に従う実施例１の硬質炭素系被膜の圧子
押し込み荷重と押し込み深さとの関係を示す図。
押し込み荷重と押し込み深さとの関係を示す図。
【図６】本発明の実施例において硬質炭素層の膜厚ａと
内部応力緩和層の膜厚ｂとの比を変化させたときのビッ
カース硬度及び内部応力を示す図。
内部応力緩和層の膜厚ｂとの比を変化させたときのビッ
カース硬度及び内部応力を示す図。
１…基板 ２…硬質炭素層 ３…内部応力緩和層 ４…硬質炭素系被膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樽井 久樹 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
Claims (9)
- 【請求項１】 水素を含有する非晶質炭素からなる硬質
炭素層を少なくとも２層有し、該硬質炭素層の間に内部
応力緩和層を配置した積層構造を有する硬質炭素系被
膜。 - 【請求項２】 前記積層構造が、少なくとも３層の前記
硬質炭素層を有し、各硬質炭素層の間にそれぞれ内部応
力緩和層を配置した積層構造である請求項１に記載の硬
質炭素系被膜。 - 【請求項３】 前記内部応力緩和層が、水素を含有しな
い炭素層である請求項１または２に記載の硬質炭素系被
膜。 - 【請求項４】 前記水素を含有しない炭素層がスパッタ
リング法により形成される炭素層である請求項３に記載
の硬質炭素系被膜。 - 【請求項５】 前記内部応力緩和層が、Ｓｉ、Ｗ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｒｕまたはこれら
の酸化物、これらの窒化物、もしくはこれらの炭化物か
らなる層である請求項１または２に記載の硬質炭素系被
膜。 - 【請求項６】 前記各硬質炭素層の膜厚をａ、前記各内
部応力緩和層の膜厚をｂとすると、その比ａ／ｂが１〜
１０００である請求項１〜５のいずれか１項に記載の硬
質炭素系被膜。 - 【請求項７】 前記硬質炭素層の硬度が３０００Ｈｖ以
上である請求項１〜６のいずれか１項に記載の硬質炭素
系被膜。 - 【請求項８】 前記硬質炭素層中の水素濃度が５〜４０
原子％である請求項１〜７のいずれか１項に記載の硬質
炭素系被膜。 - 【請求項９】 前記硬質炭素系被膜全体としての硬度が
３０００Ｈｖ以上である請求項１〜８のいずれか１項に
記載の硬質炭素系被膜。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25983297A JP3561611B2 (ja) | 1997-09-25 | 1997-09-25 | 硬質炭素系被膜 |
| US09/023,016 US5986857A (en) | 1997-02-13 | 1998-02-11 | Thin film magnetic head including adhesion enhancing interlayers, and upper and lower gap insulative layers having different hydrogen contents and internal stress states |
| DE69805126T DE69805126T2 (de) | 1997-02-13 | 1998-02-12 | Dünnschichtmagnetkopf |
| EP98102454A EP0859355B1 (en) | 1997-02-13 | 1998-02-12 | Thin film magnetic head |
| CN98103859A CN1114902C (zh) | 1997-02-13 | 1998-02-13 | 薄膜磁头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25983297A JP3561611B2 (ja) | 1997-09-25 | 1997-09-25 | 硬質炭素系被膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11100671A true JPH11100671A (ja) | 1999-04-13 |
| JP3561611B2 JP3561611B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=17339619
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25983297A Expired - Fee Related JP3561611B2 (ja) | 1997-02-13 | 1997-09-25 | 硬質炭素系被膜 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3561611B2 (ja) |
Cited By (16)
| 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 |
| JP2001288559A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-10-19 | Hauzer Techno Coating Europ Bv | 被覆の製造方法と物品 |
| JP2002113604A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-04-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 切削工具 |
| JP2006527791A (ja) * | 2003-06-16 | 2006-12-07 | コミサリア、ア、レネルジ、アトミク | 少なくとも一つの水素含有アモルファスカーボンを含んでなる、機械部品用コーティング、およびコーティングの堆積方法 |
| JP2008081630A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Brother Ind Ltd | 摺動部材 |
| JP2009544844A (ja) * | 2006-07-26 | 2009-12-17 | ロバート ボッシュ ゲーエムベーハー | コーティング材料を適用する方法及び金属表面のためのコーティング |
| JP2011522965A (ja) * | 2008-06-09 | 2011-08-04 | ナノフィルム テクノロジーズ インターナショナル ピーティーイー リミテッド | 応力を低減したコーティングおよび基材上への該コーティングの蒸着方法 |
| JP2012082477A (ja) * | 2010-10-12 | 2012-04-26 | Jtekt Corp | Ｄｌｃ被覆部材 |
| US20130004756A1 (en) * | 2010-03-09 | 2013-01-03 | Marcus Kennedy | Sliding element, in particular a piston ring, and method for coating a sliding element |
| US20130168906A1 (en) * | 2010-03-09 | 2013-07-04 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Helical Compression Spring for an Oil Scraper Ring of a Piston in an Internal Combustion Engine and Method for Coating a Helical Compression Spring |
| US20130309486A1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-21 | Beijing Zhongao Huicheng Biology-Tech Material Co., Ltd. | Magnetron sputtering coating device, a nano-multilayer film, and the preparation method thereof |
| US9121548B2 (en) | 2011-04-15 | 2015-09-01 | Kobe Steel, Ltd. | Sliding member |
| JP2015194259A (ja) * | 2015-06-02 | 2015-11-05 | 日本精工株式会社 | 転がり軸受 |
| WO2016098217A1 (ja) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | オーエスジー株式会社 | 非晶質炭素被膜および非晶質炭素被膜被覆工具 |
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| JP2017122262A (ja) * | 2016-01-06 | 2017-07-13 | 株式会社アルバック | 成膜方法 |
-
1997
- 1997-09-25 JP JP25983297A patent/JP3561611B2/ja not_active Expired - Fee Related
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