JPS59174508A - 超硬質カ−ボン膜の製造法 - Google Patents
超硬質カ−ボン膜の製造法Info
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- JPS59174508A JPS59174508A JP58046941A JP4694183A JPS59174508A JP S59174508 A JPS59174508 A JP S59174508A JP 58046941 A JP58046941 A JP 58046941A JP 4694183 A JP4694183 A JP 4694183A JP S59174508 A JPS59174508 A JP S59174508A
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- JP
- Japan
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- sputtering rate
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- arc discharge
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
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- Organic Chemistry (AREA)
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は炭化水素ガスをアーク放電によってイオン化
蒸着してダイヤモンド状カーゼン膜を生成させる場合に
おいて従来法ではカーゼン膜の形成が比較的困難である
とされているスパッタ率が高い物質の基板にも高硬度の
ダイヤモンド膜全形成できる方法を提供するものである
。
蒸着してダイヤモンド状カーゼン膜を生成させる場合に
おいて従来法ではカーゼン膜の形成が比較的困難である
とされているスパッタ率が高い物質の基板にも高硬度の
ダイヤモンド膜全形成できる方法を提供するものである
。
一般にシリコイヵーゼン等スノぐツタ率が比較的低い物
質の蒸着基板にはダイヤモンド状カーゼン膜を安定に形
成することができるが、銀、銅、ニッケル等スパッタ率
が比較的高い物質の基板ＶＣはダイヤモンド状カーゼン
膜を形成させることが難かしい、これは、イオン化物質
により基板表面にスノぐツタ蒸気を生ずるためカーゼン
膜が生成され難いものと考えられる。
質の蒸着基板にはダイヤモンド状カーゼン膜を安定に形
成することができるが、銀、銅、ニッケル等スパッタ率
が比較的高い物質の基板ＶＣはダイヤモンド状カーゼン
膜を形成させることが難かしい、これは、イオン化物質
により基板表面にスノぐツタ蒸気を生ずるためカーゼン
膜が生成され難いものと考えられる。
本発明は、後述する特殊電極からイオン化ガスを放出さ
せることによって高濃度のガスイオンを生成させると共
に従来困難とされていたスノぐツタ率の比較的高い物質
基板上に高硬度カーゼン膜を生成させうるものである。
せることによって高濃度のガスイオンを生成させると共
に従来困難とされていたスノぐツタ率の比較的高い物質
基板上に高硬度カーゼン膜を生成させうるものである。
スパッタ率が比較的高い物質としては上記の他Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ｃｏ：Ｆｅ等であるが、 本発明においてはこれら
物質の基板上に、スパッタ率が比較的低い物質の薄膜を
下地層として蒸着させた二層基板を用いるものである。
ｔ、Ｃｏ：Ｆｅ等であるが、 本発明においてはこれら
物質の基板上に、スパッタ率が比較的低い物質の薄膜を
下地層として蒸着させた二層基板を用いるものである。
本発明において、スノぞツタ率が比較的低い物質として
は０ 、８１ 、 Ｔｉ 、 Ｚｒ 、 Ｎｂ 、 Ｈ
ｆ 、 Ｔａ 、 Ｗ等をいうがこれらの物質の中Ｓ
＋ ｒ Ｔ ＋ ＋ Ｔ ａ Ｈ等は真空蒸着法によっ
て簡単に薄膜が形成することができるので特に好ましい
ものであるっまたこれらスノξツタ率が比較的低い物質
による薄ガζ順の厚みは数原子層以上あれば良く、数１
０Ａの厚みで充分である、 以下に本発明を図の装置と共に説明する。
は０ 、８１ 、 Ｔｉ 、 Ｚｒ 、 Ｎｂ 、 Ｈ
ｆ 、 Ｔａ 、 Ｗ等をいうがこれらの物質の中Ｓ
＋ ｒ Ｔ ＋ ＋ Ｔ ａ Ｈ等は真空蒸着法によっ
て簡単に薄膜が形成することができるので特に好ましい
ものであるっまたこれらスノξツタ率が比較的低い物質
による薄ガζ順の厚みは数原子層以上あれば良く、数１
０Ａの厚みで充分である、 以下に本発明を図の装置と共に説明する。
第１図は本発明における基板の構造を示したものであり
、（１）はスパッタ率が高い物質の層、（２）はその表
面に例えば真空＃着等により形成されたスノξツタ率の
低い物質の薄膜層である。
、（１）はスパッタ率が高い物質の層、（２）はその表
面に例えば真空＃着等により形成されたスノξツタ率の
低い物質の薄膜層である。
第２図σ本発明に適用される最も効率的な装置であって
、帥は、真空容器、ａυはチャンバーであり排気系６１
に接続されて１０’Ｔｏｒｒ稈度まで高真空に引かれる
つむ２は基板Ｓｅ固定する基板台であって陰極を構成し
ている。（１階はグリッド、０番はフィラメント、ｌ＋
９は金属央、多孔ガス供給電極（峰巣状通路付電極）刃
あって前記フイラメン） Ｑ４の直下に位置され且つこ
れを囲繞する電磁コイル０１の軸中心に位置せしめられ
て設けられている。
、帥は、真空容器、ａυはチャンバーであり排気系６１
に接続されて１０’Ｔｏｒｒ稈度まで高真空に引かれる
つむ２は基板Ｓｅ固定する基板台であって陰極を構成し
ている。（１階はグリッド、０番はフィラメント、ｌ＋
９は金属央、多孔ガス供給電極（峰巣状通路付電極）刃
あって前記フイラメン） Ｑ４の直下に位置され且つこ
れを囲繞する電磁コイル０１の軸中心に位置せしめられ
て設けられている。
本発明において金属製多孔ガス供給電極は、ガス噴出方
向に独立して平行な細管（イ）が多数−の巣状に穿設さ
れて、構成されその材質μタングステン、タンタル、モ
リブデン等の耐熱性金属である。
向に独立して平行な細管（イ）が多数−の巣状に穿設さ
れて、構成されその材質μタングステン、タンタル、モ
リブデン等の耐熱性金属である。
次に、上記装置を用いて本発明方法を実施する場合につ
いて説明すると、先ずチャン／々−内を１０ ’Ｔｏ
ｒｒ ’Ｊで高真空とし、−々ルプＯηを°操作して
所定流量のメタンガスを導入しながら排気系（Ｉ咎を調
節して所定のガス圧例えば１０’Ｔｏｒｒ とする。
いて説明すると、先ずチャン／々−内を１０ ’Ｔｏ
ｒｒ ’Ｊで高真空とし、−々ルプＯηを°操作して
所定流量のメタンガスを導入しながら排気系（Ｉ咎を調
節して所定のガス圧例えば１０’Ｔｏｒｒ とする。
一方、電極の先端面（１５ｂ） とフィラメントの間
にはアーク放電が行なわれてお勺、電極面から放出され
たメタンガスは熱分解されると共にフィラメントからの
熱電子と衝突してプラスのイオン粒子と電子とを生ずる
。この電子は別の熱分解粒子に衝突する。このような現
象を繰夛返すことによってメタンガスは熱分解され分解
物質の陽イオン粒子となる。
にはアーク放電が行なわれてお勺、電極面から放出され
たメタンガスは熱分解されると共にフィラメントからの
熱電子と衝突してプラスのイオン粒子と電子とを生ずる
。この電子は別の熱分解粒子に衝突する。このような現
象を繰夛返すことによってメタンガスは熱分解され分解
物質の陽イオン粒子となる。
陽イオン粒子はグリッドα１を通過し陰極の基板Ｓに加
速されながら衝突する。
速されながら衝突する。
蒸着基板上にイオン化された粒子が付着すると同時に付
着した膜面でスノξツタリングを生じ、比較的結合エネ
ルギーの小さいＯ−Ｈ結合ニ膜面からたたき出されて結
合力の強い Ｏ−０結合が残る。
着した膜面でスノξツタリングを生じ、比較的結合エネ
ルギーの小さいＯ−Ｈ結合ニ膜面からたたき出されて結
合力の強い Ｏ−０結合が残る。
このようにしてカーヂン膜が生成していくものと考えら
れる。
れる。
本発明において、多孔ガス供給電極の細管径は０．５〜
５１＃Ｒ好ましくは１〜３間がよく、またその直径と長
さの比は５以上、好ましい範囲１−ｊ１０〜３０であシ
、比が５以下ではアーク放電の熱によって孔が変形し易
くなろう なお、先端面（１５ｂ）の形状は曲面でも平面でもよい
、また電極への印加電圧はフィラメントに対しプラス１
０〜６０Ｖであ）１０■未満では安定なアーク放電が生
ぜず６０Ｖｆ超えると放電電流が太きぐなり１！極の温
度が高くなり過ぎる。
５１＃Ｒ好ましくは１〜３間がよく、またその直径と長
さの比は５以上、好ましい範囲１−ｊ１０〜３０であシ
、比が５以下ではアーク放電の熱によって孔が変形し易
くなろう なお、先端面（１５ｂ）の形状は曲面でも平面でもよい
、また電極への印加電圧はフィラメントに対しプラス１
０〜６０Ｖであ）１０■未満では安定なアーク放電が生
ぜず６０Ｖｆ超えると放電電流が太きぐなり１！極の温
度が高くなり過ぎる。
電磁コイルｔＪ１による磁束密度は磁束密度が高い程炭
化水素ガスのイオン化率は高くなる上沓られるダイヤモ
ンド状カーボン膜の硬度も高くなるが５００ Ｇａｕｓ
ｓ以上になるとイオンが集束してしまうために蒸着基板
の広い面積に均一に膜を形成するのが難かしくなる。好
ましい範囲は１００〜５００ Ｇａｕｓｓである。
化水素ガスのイオン化率は高くなる上沓られるダイヤモ
ンド状カーボン膜の硬度も高くなるが５００ Ｇａｕｓ
ｓ以上になるとイオンが集束してしまうために蒸着基板
の広い面積に均一に膜を形成するのが難かしくなる。好
ましい範囲は１００〜５００ Ｇａｕｓｓである。
蒸着基板への印加電圧は高いほどダイヤモンド状カーボ
ン膜の析出速度が大となシまた析出した膜の硬度も高く
なる。しかし２００口■こえると蒸着−板上でのスパッ
タ率が高くなシ膜の形成が出来なくなるので好ましくな
い。好ましい範囲は６００〜１，０ＯＯＶである。
ン膜の析出速度が大となシまた析出した膜の硬度も高く
なる。しかし２００口■こえると蒸着−板上でのスパッ
タ率が高くなシ膜の形成が出来なくなるので好ましくな
い。好ましい範囲は６００〜１，０ＯＯＶである。
上記装置はイオン化ガスが独立した複数の細長い蜂巣状
通路電極から供給されるようになっているから放出量も
均−且つ安定である。更に従来装置のように供給口が広
い場合は、電極周辺部と供給口の中心部とでは電位が一
様でなくなる欠点があり従って放電が不安定となるので
放電電流を大きくとれない欠点があったのであるが、上
記装置によれば放電が安定屹なシ、この為放電電流を大
きくとれるので超硬質ダイヤモンド状カーボン膜が生成
できる利点がある。
通路電極から供給されるようになっているから放出量も
均−且つ安定である。更に従来装置のように供給口が広
い場合は、電極周辺部と供給口の中心部とでは電位が一
様でなくなる欠点があり従って放電が不安定となるので
放電電流を大きくとれない欠点があったのであるが、上
記装置によれば放電が安定屹なシ、この為放電電流を大
きくとれるので超硬質ダイヤモンド状カーボン膜が生成
できる利点がある。
更に多孔ガス供給電極を囲む電磁コイルからの磁界によ
シミ子と熱分解ガス粒子との衝突回数が増えるためにイ
オン粒子の増殖が活溌に行なわれる効果がある。
シミ子と熱分解ガス粒子との衝突回数が増えるためにイ
オン粒子の増殖が活溌に行なわれる効果がある。
第３図はスパッタ率が比較的低い物質の下地層の形成と
それに続くダイヤモンド状カーゼン膜の形成を同一装置
内で行うことがてきるようにしたものである。
それに続くダイヤモンド状カーゼン膜の形成を同一装置
内で行うことがてきるようにしたものである。
真空容器１内には下地層形成のための蒸着源（７）およ
びダイヤモンド状カーゼン膜を形成するためのアーク放
電によるｆ４２図のイオン化蒸着装置が設置されている
。この２つの装置は仕切シ板ｅｌｌ）にて仕切られお互
いに異種の蒸着源で汚染されないようになっている。ま
ず！子ビーム発生装置（至）により蒸発源６乃ヲ加熱し
単層基板８．に所定厚みの下地層を形成し二層基板Ｓと
してから直ちに基板台０に移送して定置固定しイオン化
蒸Ｎを行なうものである。
びダイヤモンド状カーゼン膜を形成するためのアーク放
電によるｆ４２図のイオン化蒸着装置が設置されている
。この２つの装置は仕切シ板ｅｌｌ）にて仕切られお互
いに異種の蒸着源で汚染されないようになっている。ま
ず！子ビーム発生装置（至）により蒸発源６乃ヲ加熱し
単層基板８．に所定厚みの下地層を形成し二層基板Ｓと
してから直ちに基板台０に移送して定置固定しイオン化
蒸Ｎを行なうものである。
以上説明したように本発明は基板としてスノぞツタ率の
比較的高い物質の基板上にス、ｅツタ率の比較的低い物
質を蒸着させた二層基板を用い°、更に磁界中の蜂巣状
の炭化水素ガス供給通路から炭化水素全供給して安定な
アーク放電によりイオン化することによって前記二層基
板に超硬質カーヂン膜を生成させる方法であって、本発
明によれば従来困難とされていたスパッタ率の比較的高
い物質に超硬質カーゼン全均一に蒸着させることができ
るのである。５ 以下第３図の装置を用いた本発明の実施例を示す。
比較的高い物質の基板上にス、ｅツタ率の比較的低い物
質を蒸着させた二層基板を用い°、更に磁界中の蜂巣状
の炭化水素ガス供給通路から炭化水素全供給して安定な
アーク放電によりイオン化することによって前記二層基
板に超硬質カーヂン膜を生成させる方法であって、本発
明によれば従来困難とされていたスパッタ率の比較的高
い物質に超硬質カーゼン全均一に蒸着させることができ
るのである。５ 以下第３図の装置を用いた本発明の実施例を示す。
実施例
バルブαηの操作によ＃）Ａ「ガスを真空容器１内に導
入し１０”Ｔｏｒｒとし、アーク放電によりイオン化さ
れたＡｒにより銅の蒸着基板の表面をホ゛ン／々−ドし
た。
入し１０”Ｔｏｒｒとし、アーク放電によりイオン化さ
れたＡｒにより銅の蒸着基板の表面をホ゛ン／々−ドし
た。
次に真空排気系（ＩＩによシＡｒガスを排気し１０−’
Ｔｏｒｒとし真空容器１内に設けたＳ＋蒸発源よ、ｊ
ｌ） ８ｉ １Ｆｒ：蒸発させ基板表面に４０Ａの厚み
のＳｔ薄膜を形成した。その後Ｓｉ蒸気全排気してメタ
ンガスを導入した。アーク放電を起こさせて放電中のガ
ス圧ｆ Ｑ、ｆ Ｔｏｒｒとしてダイヤモンド状カーフ
＋２ン膜を形成させた。
Ｔｏｒｒとし真空容器１内に設けたＳ＋蒸発源よ、ｊ
ｌ） ８ｉ １Ｆｒ：蒸発させ基板表面に４０Ａの厚み
のＳｔ薄膜を形成した。その後Ｓｉ蒸気全排気してメタ
ンガスを導入した。アーク放電を起こさせて放電中のガ
ス圧ｆ Ｑ、ｆ Ｔｏｒｒとしてダイヤモンド状カーフ
＋２ン膜を形成させた。
イオン化装置内の磁束密度４００ （Ｊａｕｓ８．基板
への電圧４００Ｖ、蒸着基板温度６ｏｏ℃、アーク放電
電流ＬＯ人とし膜厚３μｍのものを作製した。
への電圧４００Ｖ、蒸着基板温度６ｏｏ℃、アーク放電
電流ＬＯ人とし膜厚３μｍのものを作製した。
上記と同一条件で単層基板Ｓ１の材質をｏｕ。
Ｎｉ、ステンレス、白金に変えて夫々について密着性及
び硬度を比較測定した結果は表のようであった。
び硬度を比較測定した結果は表のようであった。
ビッカース硬度の測定は寺沢式マイクロ硬度テスターに
よル２５Ｆの分銅を１５秒間加えて行った。
よル２５Ｆの分銅を１５秒間加えて行った。
なお、単層基板５ＩＦｉ他の金属又はセラミックス、プ
ラスチックス等の物質であってもよくまた下地層σＳｉ
以外にも 前記の蒸発イオンに対してスパッタ率が低い
物質であれば適用可能であることも言うまでもない。
ラスチックス等の物質であってもよくまた下地層σＳｉ
以外にも 前記の蒸発イオンに対してスパッタ率が低い
物質であれば適用可能であることも言うまでもない。
表 １
第１図は本発明に用いる蒸着基板の拡大断面図、第２図
は本発明の実施に適用される装置の断面図、 第３図は、他の実施例の装置の断面図である。 （１４はフィラメント ０りは多孔ガス供給１１Ｌ極 （Ｓ）に二層基板 特許出願人 離波義捷 才１図 第２図 才３図 手続補正書 昭和５叶 ５月２６日 特許庁長官 若杉和 夫殿 表示 １？（和５８年特許−第 ４６９４１ 号名称 起硬賀カーボン膜の製造法 する者 との関係 特許出願人 所 東京都八王子市片倉町９１１−５０名 難波義
捷 人 今の日付け （自発） より増加する発明の数 ナシ 対象 明細書中の、発明の詳細な説明の欄、及び図面１２１ｍ
。 内容 別紙記載の通り。 補正歯 １．明細書の第１頁下から２行目に「ダイヤモンド膜」
とあるのを、「ダイヤモンド状膜」と補正する。 ２、明細書の第３頁第２行目に「が形成」とあるのを、
「を形成」と補正する。 ３、明細書の第４頁第１〜３行目に「電極は、・・・構
成されｊとあるのを１次の通り補正する。 ［電極（１５）は、その先端部（１５ａ）にガス噴出方
向に向は且つ独立して平行な細管通路（２０）を多数蜂
巣状に穿設すると共に先端部（１５ａ）内部に平行細管
通路（２０）をガス管路（１６）に連通させる空洞室（
１５ｃ）を形成して構成され、」 ４、明細書の第４頁第８行目の「導入」とある前に、「
ガス管路（］８）を介してＪを挿入する。 、５．明細書の第５頁第７行目に「細管Ｆ＝Ｊとあるの
を、「平行細管通路（２０）の孔径」と補正する。 ６、明細書の第７頁第８行目及び同頁第１２行目に「蒸
着源」とあるのを、夫々「蒸発源」と補正す７、図面の
第２図中に、添付図に朱書にて示すように符号「２０」
をその引出線と共に記入する。 以 上
は本発明の実施に適用される装置の断面図、 第３図は、他の実施例の装置の断面図である。 （１４はフィラメント ０りは多孔ガス供給１１Ｌ極 （Ｓ）に二層基板 特許出願人 離波義捷 才１図 第２図 才３図 手続補正書 昭和５叶 ５月２６日 特許庁長官 若杉和 夫殿 表示 １？（和５８年特許−第 ４６９４１ 号名称 起硬賀カーボン膜の製造法 する者 との関係 特許出願人 所 東京都八王子市片倉町９１１−５０名 難波義
捷 人 今の日付け （自発） より増加する発明の数 ナシ 対象 明細書中の、発明の詳細な説明の欄、及び図面１２１ｍ
。 内容 別紙記載の通り。 補正歯 １．明細書の第１頁下から２行目に「ダイヤモンド膜」
とあるのを、「ダイヤモンド状膜」と補正する。 ２、明細書の第３頁第２行目に「が形成」とあるのを、
「を形成」と補正する。 ３、明細書の第４頁第１〜３行目に「電極は、・・・構
成されｊとあるのを１次の通り補正する。 ［電極（１５）は、その先端部（１５ａ）にガス噴出方
向に向は且つ独立して平行な細管通路（２０）を多数蜂
巣状に穿設すると共に先端部（１５ａ）内部に平行細管
通路（２０）をガス管路（１６）に連通させる空洞室（
１５ｃ）を形成して構成され、」 ４、明細書の第４頁第８行目の「導入」とある前に、「
ガス管路（］８）を介してＪを挿入する。 、５．明細書の第５頁第７行目に「細管Ｆ＝Ｊとあるの
を、「平行細管通路（２０）の孔径」と補正する。 ６、明細書の第７頁第８行目及び同頁第１２行目に「蒸
着源」とあるのを、夫々「蒸発源」と補正す７、図面の
第２図中に、添付図に朱書にて示すように符号「２０」
をその引出線と共に記入する。 以 上
Claims (1)
- （菖） アーク放電によル炭化水素ガスをイオン化さ
せ基板上にダイヤモンド状カーゼン膜を蒸着する方法に
おいて、スパッタ率の比較的高い物質からなる基板の上
にスパッタ率の比較的低い物質を蒸着して二層基板とし
、前記イオン化ガスを先端部に独立した蜂巣状の平行細
管通路を備え且つ磁界中に定置された多孔ガス供給電極
からアーク放電域に供給す声ことをゞ特徴とする超硬質
カーヂン膜の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58046941A JPS59174508A (ja) | 1983-03-18 | 1983-03-18 | 超硬質カ−ボン膜の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58046941A JPS59174508A (ja) | 1983-03-18 | 1983-03-18 | 超硬質カ−ボン膜の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59174508A true JPS59174508A (ja) | 1984-10-03 |
Family
ID=12761335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58046941A Pending JPS59174508A (ja) | 1983-03-18 | 1983-03-18 | 超硬質カ−ボン膜の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59174508A (ja) |
Cited By (11)
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-
1983
- 1983-03-18 JP JP58046941A patent/JPS59174508A/ja active Pending
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