JPS60145994A - Formation of diamond-like carbon film on substrate - Google Patents

Formation of diamond-like carbon film on substrate

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JPS60145994A
JPS60145994A JP59001245A JP124584A JPS60145994A JP S60145994 A JPS60145994 A JP S60145994A JP 59001245 A JP59001245 A JP 59001245A JP 124584 A JP124584 A JP 124584A JP S60145994 A JPS60145994 A JP S60145994A
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JP
Japan
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carbon
ratio
gas
ions
diamond
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JP59001245A
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Japanese (ja)
Inventor
ジエラード・リユーイン
ダン・ニール
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Technion Research and Development Foundation Ltd
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Technion Research and Development Foundation Ltd
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は基体にダイX7Uンド状炭素被膜を形成する
ための方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to a method for forming a die-shaped carbon coating on a substrate.

緩やかに加速された炭素イオンもしくは中性原子は基体
に硬質の被膜を形成Jるのに利用でき、このような炭素
被膜はその特性において黒鉛J:りもダイヤモンドに類
似しているためI(イオン)炭素もしくはダイヤモンド
状炭素と呼ばれている。
Slowly accelerated carbon ions or neutral atoms can be used to form a hard coating on a substrate, and such carbon coatings are similar in properties to graphite and diamond, so they are ) carbon or diamond-like carbon.

このようなダイヤモンド状炭素の構造は正確には分かつ
ていないがダイヤモンドはど硬くはないが硬化鋼よりは
硬いことが知られている。またダイX7モンド状炭素は
良好な絶縁性を右するとともに化学的に不活性であり、
かつダイヤモンドに似た屈折率を右していることが知ら
れている。しかしながらダイヤモンド状炭素の特性は例
えばイオンゴニネルギー、基体湿度および被膜に衝突す
るその他のイオンの間や種類のようなデボジン1〜条件
に依存している。
Although the exact structure of diamond-like carbon is not known, it is known that diamond is not extremely hard, but it is harder than hardened steel. In addition, Dai-X7 diamond-like carbon has good insulation properties and is chemically inert.
It is also known to have a refractive index similar to that of diamond. However, the properties of diamond-like carbon are dependent on deposition conditions such as ion energy, substrate humidity, and the number and types of other ions that impinge on the coating.

このような被膜の用途の一つには、硬度が高いことから
光学レンズ用の保護コーティングがある9゜またもう一
つの用途とし−Cは医学分野にお()る人体への挿入器
具がある。本発明のIJ法にJ、す(47られる炭素被
膜は化学的に不活性でありかつ絶縁↑+1を右している
ので、このようなコーティングが施された医用器具は抗
凝固1/1(りなわ’−′)h IIエンシン形成を実
質的に生じない、、)を備え−Cいる。さらに、本発明
の方法はダイヤモンドをホし主ビタキシt/ルに成長さ
けるのに、利用できる。(1978′L110月19日
刊「ネイチv −J (Nature) 誌第27!i
巻第634・−635頁参照。) ダイヤモンド状被膜を成長さけるのに利用されてぎた技
術はいくつもある。例えば1971 ′i+■++のア
プライド・フィジックス誌(J、 Appl、 Phy
s、 )第42巻第2953頁にはイオン鯨から発せら
iする炭素−アルゴンビームを利用してグイAノ[ンド
状炭素をデボジツ1−する方法が開示され−Cおり、こ
の方法ではアノードと黒鉛カソードとの間に))ルゴン
のグロー放電が生ずる。カソードは放電によりスパッタ
ーされ、スパッターされlJ炭素1jii +′のいく
つかはfliE内でイオン化される。しかしながらこの
方法では1!i電内における炭素イオンの濃度が非常に
低いという欠員が有る。このため、もう一つの方法とし
ては炭化水素ガスをDCもしくは無線周波数(RF)グ
ロー放電のいずれかの内でクラックする方法がある。後
者の方法の設備【まRFスパッタリング装置に利用され
る設備に類似している。基体は適当な回路を介して同軸
コードの中央尋体に接続された電極上に置かれ、負バイ
アス状態となるがそのmは入力電圧に依存する。
One use of such coatings is as a protective coating for optical lenses due to their high hardness.Another use is in the medical field (C) as a device for insertion into the human body. . Since the carbon coating applied to the IJ method of the present invention is chemically inert and has an insulation value of ↑+1, medical instruments coated with such a coating have an anticoagulation rate of 1/1 (47). The line '-') h does not substantially result in the formation of II encine. Additionally, the method of the present invention can be used to prevent the growth of diamonds in the primary bitaxy. (1978'L19th October 19th issue ``Nature v-J (Nature) Magazine No. 27!
See Volume 634-635. ) There are a number of techniques that have been used to avoid the growth of diamond-like films. For example, in 1971 'i+■++ Applied Physics magazine (J, Appl, Phy
s, Volume 42, page 2953 discloses a method for depositing carbon in the form of carbon using a carbon-argon beam emitted from an ion whale. and the graphite cathode)) a Rougone glow discharge occurs. The cathode is sputtered by a discharge and some of the sputtered lJ carbon 1jii +' is ionized in fliE. However, with this method, 1! There is a vacancy in which the concentration of carbon ions in the i-den is very low. Therefore, another method is to crack the hydrocarbon gas in either a DC or radio frequency (RF) glow discharge. The equipment for the latter method is similar to that used in RF sputtering equipment. The substrate is placed on an electrode connected to the central crossbody of the coaxial cord through a suitable circuit, and is negatively biased, m depending on the input voltage.

以上のような方法で11ノられた被膜には好ましがらざ
る吊の黒鉛が含まれるのがしばしばであり、このにうな
黒鉛は抵抗と光の透過性を減じ、高濃度の場合は硬度に
逆効果を及ぼり一0被膜の厚さが1(Qすにつれて黒鉛
の核生成中心の形成により黒鉛の比率が増すものと思わ
れる。
Coatings produced using these methods often contain undesirable suspended graphite, which reduces resistance and light transmission, and in high concentrations can increase hardness. It is thought that as the thickness of the 10 coating increases to 1 (Q), the ratio of graphite increases due to the formation of graphite nucleation centers.

さらに、多くの従来技術により寄られるダイX7モンド
状炭素の被膜には多伍の水素(原子百分率で約30%)
が含まれている。このため機械的な圧縮応力が生じ、ま
たC −1−1結合による被膜の赤外線の吸収が起こる
こととなっている。結果どして、従来技術による被膜の
1ゾさは約1マイク11メーターを越えることができな
かった。
Furthermore, the diamond-like carbon coating produced by many conventional techniques contains a large amount of hydrogen (approximately 30% in atomic percentage).
It is included. This causes mechanical compressive stress and absorption of infrared rays by the coating due to C-1-1 bonds. As a result, the thickness of coatings according to the prior art could not exceed approximately 1 meter.

以上の従来技術にJ:り炭化水素ガス以外の化2;′。In accordance with the above conventional technology, chemical compounds other than hydrocarbon gas 2;'.

的に活性な気体く例えば02)のWは−」−−フインク
の剥離を防ぐ!こめ厳密に制限ηべさであることが示さ
れている。これとは対照的に、本出願人(,1、これら
の気体のイオンが基体から望ましくない黒鉛を除去して
良好なダイA7゛[ンド状炭1;i’ 二J−ノイング
を提供リ−ることを見出した。
Active gas such as W in 02) prevents peeling of the ink! It has been shown that there is a strict limit η. In contrast, the ions of these gases remove undesired graphite from the substrate and provide good die-like carbon formation. I discovered that.

黒鉛を除去りるための気体にJ、っ−Cダイ八7シンド
状炭素も成る程度除去されるので、気体1) Ll過剰
であってはならない。一般にこのような気体のび在は回
避Uねばならずまた存在りるどしてら微mでなりればな
らないど思われ(いた。このJ、−)な示唆とは逆に、
本出願人は、このJ、う4j気体【、Lコーティングを
改良するものであり、fポジット速度を過麿に減するこ
と/、rく多iit −Q rj (1−Lうるbので
あることを見出した。
Since the gas for removing graphite also removes a certain amount of syndoid carbon, the gas 1) Ll must not be in excess. Contrary to the general suggestion that the presence of such gases must be avoided, and if they do exist, they must be minute.
The applicant proposes to improve this J, 4j gas [, L coating, and to reduce the f posit velocity to an excessively high value. I found out.

従ってこの発明の目的は黒鉛おJ、び水素を微111と
して基体にダイヤモンド状炭素の被膜を形成するための
方法の提供にある。またこの発明のもう一つの目的は1
マイクロメーターを越える厚さを右しうるタイA7モン
ド状炭素の被膜の提供にある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a diamond-like carbon film on a substrate using graphite, hydrogen, and hydrogen. Another purpose of this invention is 1.
The purpose of the present invention is to provide a coating of tie-A7 carbon, which can have a thickness exceeding micrometers.

本発明は炭素イオン源を用いて基体状にダイヤモンド状
炭素被膜を形成する方法であり、炭素イオンは例えば光
学レンズのような基体状に被膜を形成する。基体はまた
黒鉛炭素を含むグfましくない形態の炭素を基体被膜か
ら化学的スパッタリングにJ、す)π択的に除去するた
めのイオンにさらされる。このようにして得られる被膜
は黒鉛や水素含有量が極めて少ないという特長を有して
おり・1マイクロメ一ター以上の厚さを有りる安定した
被膜の形成が可能となる。
The present invention is a method of forming a diamond-like carbon film on a substrate using a carbon ion source, and carbon ions form a film on a substrate such as an optical lens. The substrate is also exposed to ions to selectively remove undesirable forms of carbon, including graphitic carbon, from the substrate coating by chemical sputtering. The film obtained in this manner has the feature of extremely low graphite and hydrogen content, and it is possible to form a stable film with a thickness of 1 micrometer or more.

炭素イオンは炭化水素ガス中のグロー放電にJ、り発生
し、しばしば無線周波数放電で11なわれる。
Carbon ions are generated by glow discharges in hydrocarbon gases, and often by radio frequency discharges.

その他炭化水素ガスを用いたイオン源を利用する方法が
ある。
Another method is to use an ion source using hydrocarbon gas.

無線周波数放電にお()る入射イオンのエネルギー(よ
無線周波数電圧の刻々の値に伴なって変化し、その平均
値は入)J値に依存する。−力、イオン源はほぼ均一な
]−ネルギーのヒーl\を発生リ−る。
The energy of the incident ions in the radio frequency discharge (which varies with the instantaneous value of the radio frequency voltage, the average value of which varies with the momentary value of the radio frequency voltage) depends on the J value. -The ion source generates a nearly uniform energy.

炭素イオンの発生は炭化水素カスと、基体被11栄から
黒鉛を化学的スパッタリングにより選択的に除去づる少
なくとも一種の気体の解離J3J、び宙ト111によっ
て起こる。一般に後者のカスは炭升、と水素のみを含む
カス(l[]ち炭炭化水素カスを除さ、炭素1M素、塩
素、フッ素、j3J:び水素のうら少7(くともいずれ
か1つの元素を含むカスから選ばれる。黒鉛の除去に好
ましいカスは二酸化炭素、酌累、−酸化炭素、四フッ化
炭糸おJ、び四基化炭2(−8から選択される。これら
のガスはまたイオン源の内部および電極への炭質物の1
fL積を最小限とりる利点がある。
The generation of carbon ions occurs through the dissociation of hydrocarbon scum and at least one gas that selectively removes graphite from the substrate coating 111 by chemical sputtering. In general, the latter sludge is carbon, and sludge containing only hydrogen (l[], excluding carbon-hydrocarbon scum, carbon 1M element, chlorine, fluorine, Selected from scum containing elements. Preferred scum for graphite removal is selected from carbon dioxide, diluted carbon dioxide, -carbon oxide, tetrafluoride carbon fiber, and tetrafluorinated carbon 2 (-8). Also contains carbonaceous material inside the ion source and to the electrodes.
There is an advantage in minimizing the fL product.

本発明の方法にはどのような種類の炭化水素カスも用い
ることが′C′きるが、放電内に存在りる水素の昂を少
なくりるため炭素対水パ・、の比が人さへガスを用いる
ことが好ましい。J、たこのJ、う<1−:;?化水素
ガスは原子自分率で少なくとも40%の炭素を含むのが
好ましい。最も好ましいカスL、−1j’セチレンとベ
ンゼンである。
Although any type of hydrocarbon sludge can be used in the method of the invention, the ratio of carbon to water sludge may be lowered to reduce the concentration of hydrogen present in the discharge. Preferably, a gas is used. J, octopus J, u<1-:;? Preferably, the hydrogen chloride gas contains at least 40% carbon by atomic percentage. The most preferred residues L, -1j', are cetylene and benzene.

黒鉛炭素を選択的に除去するガスどして酸素を含むガス
(例えば02.CO2もしくはC○)を選んだ場合、こ
のJ:うな酸素含有ガスのいくぶんかの代わりに水素ガ
スもしくはその適当な同位体(例えば重水素)を用いる
必要がある。これ(よ多mに酸素が存在すると波長9.
5マイクロメーターあたりの赤外線が吸収されてしまう
事実に基づく。
If an oxygen-containing gas (for example, 02.CO2 or C○) is selected as the gas for selectively removing graphite carbon, hydrogen gas or a suitable isotope thereof may be used instead of some of the oxygen-containing gas. (e.g. deuterium). If oxygen is present at a wavelength of 9.
This is based on the fact that infrared rays around 5 micrometers are absorbed.

酸素含有ガスに置き代えられる水素の量は、約9.5マ
イクロメーターの波長で1マイクロメ一タ一層の赤外線
の吸収を制限することにJ:す、約6〜8%以下の値に
定められる。
The amount of hydrogen to be replaced by the oxygen-containing gas is determined to be no more than about 6-8% to limit the absorption of infrared radiation by 1 micrometer at a wavelength of about 9.5 micrometers. .

結果どして、本発明の方法によれば放電中の水lrj 
Oiを1何rにコント1〕−ルすることができる。この
ため被膜中の水素昂が減ぜられ、被膜の機械的特性を改
良することができる。また本発明において必要とあらば
放電を安定させるために例えばアルゴンのような不活性
ガスを利用することができる。
As a result, according to the method of the invention, water lrj during the discharge
Oi can be controlled to 1/r. This reduces hydrogen enrichment in the coating and improves the mechanical properties of the coating. Furthermore, in the present invention, an inert gas such as argon can be used to stabilize the discharge if necessary.

本発明にJ3いて、デボジン1−中の具体の8uf I
jJ−i、1約100〜200℃とされているので黒鉛
の除去を理想的に行なうことかでさ、被膜の機械的な1
”1性が改良される。
In the present invention, specific 8uf I in J3 and Devodine 1-
jJ-i, 1 is said to be about 100 to 200°C, so it is ideal to remove graphite.
``Oneness is improved.

次にこの発明の一実施例を図面に従って説明りる。以下
の説明は本発明の目的d3よび効果に関j11!して特
に記載したしのであるが、図面J3よひこれに示した実
施例は甲に説明のために挙げたしの−(あって、特許請
求の範囲に記載しIこ発明を制限し或いは新たにどのよ
うにも限定ηるムのではイfい33図中、イオン源10
は水冷式の黒鉛カソード12を右している。炭化水素ガ
ス(例えばアレブーレンガス)および化学的なスパッタ
リングにより、黒鉛を選択的に除去するガス(例えば二
酸化炭メ・、)は入口16からイオン源10の内部に入
る。ノルチレンガスと二酸化炭素とを用いた場合にはこ
れらの気体に対づる感疫が空気にスf−Jるのと同様(
あるど仮定して、熱雷対真空泪にJ、り測定しIこJれ
らの気体の圧力比は約0.5”−5,0: 1’Fに約
3〜1:1であるのがりfましい。このjL力はh!!
電開始前の放電室内で測定される。放電中、圧力は約5
0%程高くなる。比率としては1;1を採用した場合に
特に良好な結果が管られた。デポジットの初期の段階(
500オングストローム迄)で(よ密層性を良くりるた
めに炭化水素ガスが高濃度で利用され、次いで炭化水素
ガスの濃度は1:1まで減ぜられる。
Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following explanation relates to the object d3 and effects of the present invention. However, the embodiment shown in Drawing J3 has been mentioned for the purpose of explanation in A-A. In Figure 33, the ion source 10 cannot be newly limited in any way.
A water-cooled graphite cathode 12 is shown on the right. A hydrocarbon gas (eg, allebourene gas) and a gas that selectively removes graphite by chemical sputtering (eg, carbon dioxide) enter the interior of the ion source 10 through an inlet 16. When nortylene gas and carbon dioxide are used, the infection caused by these gases is similar to that caused by air.
Assuming that thermal lightning versus vacuum pressure is measured, the pressure ratio of these gases is approximately 3 to 1:1 at 0.5"-5.0:1'F. I'm so jealous. This jL power is h!!
Measured in the discharge chamber before the start of the discharge. During discharge, the pressure is approximately 5
It will be about 0% higher. Particularly good results were obtained when a ratio of 1:1 was adopted. Early stages of deposit (
(up to 500 angstroms) (for better layering, a higher concentration of hydrocarbon gas is utilized, then the concentration of hydrocarbon gas is reduced to 1:1).

カソード12に相対づるイオン源至の端部には接地側の
アノード14が配置されている。アノード14はステン
レス鋼板から成っており、その中央部にはプラズマビー
ムがデボクツ1−チ1フンバ20内へ通り抜(プること
かできる通常直径が約2R11I+の間1]が設けられ
ている。カソード12に相対づるアノード14の側面は
プラズマの密度をアノード140部分で増加させるため
に絶縁材18により部分的に覆われている。
A grounded anode 14 is disposed at the end of the ion source facing the cathode 12. The anode 14 is made of a stainless steel plate and is provided in its central part with a hole, typically about 2R11+ in diameter, through which the plasma beam can pass into the depot 1-chi1 fan 20. The side of the anode 14 facing the cathode 12 is partially covered with an insulating material 18 to increase the density of the plasma in the anode 140 region.

アノード14どカソード12との間の電圧は動作電流が
約60〜100ミリアンペアで、通常約500〜800
ポル1〜、好ましくは約600ボルトである。
The voltage between anode 14 and cathode 12 is typically about 500-800 milliamps, with an operating current of about 60-100 milliamps.
Pol 1 to preferably about 600 volts.

プラズマビームはデボジッ1−ヂ1/ンハ20に入る。The plasma beam enters the deposition chamber 20.

グリッド22はアノード14から約3 mm 離れて位
置しており、7ノード1/lどf]JIIIlllの間
口をイJしている。グリッド22はアノード1/Iより
も約50〜100ポル1−高い電位を右しており、プラ
ズマビームはグリッド22を通って基体2Gに18触す
る。
Grid 22 is located approximately 3 mm from anode 14 and has a frontage of 7 nodes. The grid 22 is at a potential approximately 50-100 pol 1 higher than the anode 1/I, and the plasma beam passes through the grid 22 and impinges on the substrate 2G.

プラズマビームの電子の行路長を増すため、イオン源の
周囲には数百ガウスの軸方向の磁場を形成する磁気コイ
ル28が配置されており、これによってイオン源内のガ
ス濃度が低くても本発明の方法の実施が可能となってい
る。このような効果は筒状壁と同り11の筒状アノード
を利用づることによりさらに高めることができる。
To increase the path length of the electrons in the plasma beam, a magnetic coil 28 is placed around the ion source that creates an axial magnetic field of several hundred Gauss, which allows the present invention to be used even at low gas concentrations within the ion source. It is now possible to implement this method. This effect can be further enhanced by utilizing a cylindrical anode of 11 as well as a cylindrical wall.

基体26に形成される炭素被膜は絶縁性をイ」シている
。このため基体26の直前には一方向に並lυだステン
レス鋼線からなる負バイアス用のメツシュ24が設【ノ
られている。接地側に対づるf1バイアス電圧が約−1
500ボルトのどさ、基体26上の被膜はグリッド22
に対し約−200ポル1−の負バイアス状態どなる。こ
れ1よプラズマビームのイオンがメツシュ24に衝突す
るとメック1.24から一次電子が放出され、プラズマ
ビームからイオンが取り除かれることによる。メツシュ
24が浮動状態のとき、グリッド12に対Jる基体26
の電圧は約−20ボルトとなる。基体電圧はグリッド2
2どメツシュ24との間でプラズマビームに垂直な弱い
磁場を形成してプラズマビームから電子を取り除くこと
により更に高めることができる。このような磁場が存在
し、接地側に対するメツシュ24の電圧が約−150ボ
ルトである場合、基体電圧はグリッド電圧に対しはlυ
の約1ボルト程低いた()である。本出願人は平均のイ
オンエネルギーはグリッド22と基体26どの間の電位
差にほぼ等しいと考える。
The carbon film formed on the base body 26 has excellent insulation properties. For this reason, a negative bias mesh 24 made of stainless steel wires arranged in parallel in one direction is provided immediately before the base body 26. The f1 bias voltage to the ground side is approximately -1
500 volts, the coating on the substrate 26 is the grid 22
A negative bias condition of approximately −200 pol 1− will occur. This is because when ions of the plasma beam collide with the mesh 24, primary electrons are emitted from the MEC 1.24 and the ions are removed from the plasma beam. When the mesh 24 is in a floating state, the base 26 is opposed to the grid 12.
The voltage will be approximately -20 volts. Base voltage is grid 2
This can be further enhanced by forming a weak magnetic field perpendicular to the plasma beam between the second mesh 24 and removing electrons from the plasma beam. If such a magnetic field exists and the voltage on the mesh 24 with respect to the ground side is approximately -150 volts, the substrate voltage will be lυ with respect to the grid voltage.
It is about 1 volt lower than (). Applicants believe that the average ion energy is approximately equal to the potential difference between grid 22 and substrate 26.

均一な被膜の形成を確実にするため基体26はメツシュ
24のワイヤおJ:びプラズマビームに垂直方向の鋸刃
状で連続的に動かされる。プラズマビーム中の電子密度
はまたプラズマビーム中に負バイアスの熱電子エミッタ
を配するといった慣用的な方法で高めることができる。
To ensure uniform coating formation, the substrate 26 is continuously moved in a sawtooth direction perpendicular to the wires of the mesh 24 and the plasma beam. Electron density in the plasma beam can also be increased by conventional methods such as placing a negatively biased thermionic emitter in the plasma beam.

アノード14の間口から入り込/Vだ残留ガスIJυ1
出用接続部30を介してデボジツトブトンバ20から排
出される。デボジツ1へチャンバ20内の圧力は約10
torrの窒素に等しいイオンの熱仏ス・j真空甜読取
1iQである。
Enters from the frontage of the anode 14/V residual gas IJυ1
The deposit is discharged from the deposit button 20 via the outlet connection 30. The pressure in the chamber 20 to the deposit 1 is approximately 10
The thermal pressure of ions equal to torr of nitrogen is 1iQ.

イオンスパッタリングによる通例の清1品をに一1’、
;つだ後は3:1の比率のアレブレンとニ醒化炭メ・9
を用いて放電をまず行なうのがθfましく、ここぐこれ
らの基体の全圧は放電前の熱伝対真空ム1読取値に等し
い空気で約0.1〜0.2tOrl・とされる。このよ
うな初期段階において接地側に対し約−1!IOOボル
トの電位差がメツシュ24に加えられ、・(の結果基体
26にはグリッド22に対し一200ポルl〜の電位差
が勾えられることとなる。この状1ざはコーティング厚
が約0.05マイクロメーターに達するまでの約3分間
維持される。
A customary cleaning product made by ion sputtering is made into 1'
; After that, add alebrene and carbonated charcoal in a ratio of 3:1.9
It is preferable to first perform a discharge using θf, where the total pressure of these substrates is approximately 0.1 to 0.2 tOrl· with air equal to the thermocouple vacuum 1 reading before discharge. At such an early stage, about -1 to the ground side! A potential difference of IOO volts is applied to the mesh 24, resulting in a potential difference of 1200 volts to the substrate 26 with respect to the grid 22. It is maintained for about 3 minutes until reaching the micrometer.

次にアレブレンQ’Hが上記のような測定C・約1=1
の比率になるまで減ビられ、メツンJ24の電位は接地
側に対し約−100・〜−1000jl・ルト増加して
被膜にはグリッド22に対し約−1〜−60ポルl〜の
負バイアスが加わる。この第2の作業段階では、基体2
6は約100〜150℃の湿度に維持され、時間あたり
約1マイクロメーターの割合で被膜が基体上にデポジッ
トされる。
Next, alebrene Q'H is measured as above C・approximately 1=1
The potential of Metsun J24 increases by about -100 to -1000 pol to the ground side, and the coating has a negative bias of about -1 to -60 pol to the grid 22. join. In this second working phase, the substrate 2
6 is maintained at a humidity of about 100-150°C and the coating is deposited onto the substrate at a rate of about 1 micrometer per hour.

イオンエネルギーか高ければ高いほど被膜の硬度が増し
、また逆に低いほど吸収+![が弱まる。以上に示した
方法を利用することにより、炭化水素重合物被膜の形成
を伴なうことなく非常に近いイオンエネルギーを用いる
ことができる。また、初期エネルギーが高いほど被膜の
密着性がよくなる。
The higher the ion energy, the harder the film becomes, and conversely, the lower the ion energy, the more absorbed! [is weakened. By utilizing the methods described above, very similar ion energies can be used without the formation of hydrocarbon polymer coatings. Furthermore, the higher the initial energy, the better the adhesion of the film.

さまざまな被膜をテストした結果以下のJこうな1)■
性が測定された。
As a result of testing various coatings, the following JKona 1)■
gender was measured.

厚さ :2マイクロメ一ター以下 酸素含有m ;約2〜25%(原子百分*)水素含有m
 :約5%(原子百分率) 炭素金石n :残分 tri :100荷重で1200Ky / mm’ (
ヌ:−プ硬度) 酷摩耗試験 :影響なし くアメリカ合衆国 ミル規格No、 M目−−C−675C)2 電気抵抗 :約1Q ollm CIn屈折率 :赤外
線にJ、る測定で07.7:イクI」メーク厚のとさ 
23 約2.0 可視スペクトルはかと褐色との間で、請、り口l、j 
O,’1吸収は微量であり、C−1−1結合は観察され
なか−)だ。
Thickness: 2 micrometers or less Oxygen content m; Approximately 2 to 25% (atomic percent*) hydrogen content m
: Approx. 5% (atomic percentage) Carbon goldstone n : Remaining tri : 1200Ky/mm' at 100 load (
Severe abrasion test: No effect, American mill standard No. M - C-675C) 2 Electrical resistance: Approximately 1 Q ollm CIn refractive index: 07.7 when measured in infrared rays: I ”Make thick comb
23 Approximately 2.0 The visible spectrum is between black and brown.
The O,'1 absorption was minute, and no C-1-1 bond was observed.

フッ化水素、硫酸 :なし および硝酸による反応 有機溶材による反応:なし 真空中で500°Cまで:影響なし 加熱 以上の説明は単一のイオン源装置を利用し!(場合に関
するものであるが、本発明は他の態様でし実施できる。
Hydrogen fluoride, sulfuric acid: None and reaction with nitric acid Reaction with organic solvent: None Up to 500°C in vacuum: No effect Heating The above explanation uses a single ion source device! (However, the invention may be practiced in other embodiments.

例えば2基のイオン源装置を用い(。For example, using two ion source devices (.

第1のイオン源を炭化水素ガスおJ、び放電を安定させ
るための例えばアルゴンのようld−不活性〕jス用と
し、第2のイオン源をこれらの選択されI、:力スを用
いて化学的なスパッタリングにより黒鉛その他の望まし
くない形態の炭素を選択的に除去するのに利用づ“る。
A first ion source is used for a hydrocarbon gas and an inert gas, such as argon, to stabilize the discharge, and a second ion source is used for these selected sources. It can be used to selectively remove graphite and other undesirable forms of carbon by chemical sputtering.

なお、これらのイオン源はこれから介されるプラズマビ
ームが基体表面で接するよう成る角度で配置される。
Note that these ion sources are arranged at an angle such that the plasma beam that will be passed therethrough comes into contact with the surface of the substrate.

もう一つの態様どしては、第1のイオン源を炭化水素ガ
スおにび11i、電を安定さVるための例えばアルゴン
のような不活性ガス用とし、第2のイオン8≦ミをこれ
らの選択されたガスを用いて化学的なスパッタリングに
より黒鉛その他の望ましくない形態の炭素を選択的に除
去りるのに利用し、イオン源をそれから発Uられるビー
ムが基体に接触Jる以前に相互に接Jるような角度で配
置する方法がある。
In another embodiment, the first ion source is a hydrocarbon gas 11i, an inert gas such as argon to stabilize the voltage, and the second ion source is These selected gases can be used to selectively remove graphite and other undesirable forms of carbon by chemical sputtering, and the ion source can be used to selectively remove graphite and other undesirable forms of carbon by chemical sputtering. There is a method of arranging them at an angle so that they touch each other.

これらの2基のイオン源装置を採用した態様のいずれに
おいても、もしも一方のイオン源が他方のイオン源に対
し負バイアス状態となっており、かつ基体が位置固定さ
れているならばメツシュを省くことができる。
In any of the embodiments employing these two ion source devices, if one ion source is in a negative bias state with respect to the other and the substrate is fixed in position, the mesh can be omitted. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図は本発明の一実施例を示づグイX7Lンド状炭素被膜
形成装置の概略断面図である。 10・・・イオン源 12・・・カソード14・・・ア
ノード 16・・・入 口18・・・絶 縁 拐 20
・・・デボジノ1−ブ1フンバ22・・・ グ リ ッ
 ド 24・・・ メ ッ シ 12G・・・基 体 
28・・・磁気コイル30・・・排出用1χ続部 出願人 テクニAン・す1ナーヂ・アンド・デベ[」ツ
ブメン1−・)77ウン デーシヨン・リミテッド 代狸人 弁理士 岡 [U 英 rシ
The figure is a schematic cross-sectional view of an apparatus for forming a carbon film in the shape of a Gui X7L, showing an embodiment of the present invention. 10... Ion source 12... Cathode 14... Anode 16... Inlet 18... Insulation 20
・・・Debojino 1-bu 1 Humba 22... Grid 24... Messhi 12G... Base
28...Magnetic coil 30...1x for discharge Applicant: Techni A, SuNage & Debe [Tsubmen 1-・) 77 Undation Limited Representative, Patent Attorney Oka [U.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)炭素イオンのイオン源を配置し、この炭素イオン
をダイA7モンド状炭素被膜を形成しつる条件下で基体
に向けて進まU、前記被膜に含まれるダイヤモンド状炭
素以外の形態の炭素を化学的スパッタリングにJ、り選
択的に除去覆るのに十分な吊の炭化水素以外の第2のガ
スのイオンのための第2のイオン源を配置し、前記被膜
中の前記ダイヤモンド状炭素以外の形態の炭素の化学的
スパッタリングによる選択的な除去を促進するのに適し
に条イ′1下で前記第2のガスを前記基体に同番プて進
ませることを特徴とづ゛る基体にダイヤモンド状炭素被
膜を形成するための方法。 (2)前記炭素イオンおJ:び前記第2のガスのイオン
が同時に前記基体に同番プて進められることを1!i 
mとする特許請求の範囲第1項記載の基体にダイA7モ
ンド状炭素被膜を形成するためのyノ法。 (3)前記ダイヤモンド状炭素以外の形態の炭素が黒鉛
であることを1−II徴どりる特11品求の翁1囲第1
項記載の基体にダイX7モンド状炭素被膜を形成り゛る
7jめの方法。 (4)前記第2のガスのイオンは炭λ、酸素、I!ll
i素、フッ素および水素のうち少なくどし1つの元素を
含む少なくとも1種の炭化水素以外のガスのイオンであ
ることを特徴とする特J1請求の範囲第1項記載の基体
にダイX7モンド状炭素被膜を形成するための方法。 (5)前記第2のガスは二酸化炭素、酸素、−酸□化炭
素、四塩化炭素および四フッ化炭素のうらがら選ばれる
ことを特徴とする4?+ Yr請求の範囲第4項記載の
λ1体にダイX7モンド状炭素被膜を形成・するための
方法。 (6)前記炭素イオンJ3」:び前記第2のガスのイオ
ンの放電を安定させるために小話性ガスを利用すること
を特徴ど゛す“る待nQ’ 請求の範囲第1項、:L!
戟の基体にダイA7モンド状炭素被膜を形成J゛る人二
めのブ)ンノー。 (7)前記不活性ガスがアルゴンであることを特徴とす
る特許請求の範囲第6項記載の基体にダイヤモンド状炭
素被膜を形成するための方法。 (8)前記炭素イオンのイオン源には少なくども1種の
炭化水素ガスが利用されていることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の基体にダイヤモンド状炭素被膜を
形成づ−るための方法。 (9)前記炭化水素ガスは原子百分率で少なくとも40
%の炭素を含んでいることを特徴とする特:+’ 請求
の範囲第8項記載の基体にダイヤモンド状炭素被膜を形
成するための方法。 (10)前記炭化水素ガスはアセチレンとベンゼンのう
ちから選ばれることを特徴とする特許請求の範囲第9項
記載の基体にダイヤモンド状炭素被膜を形成づ−るため
の方法。 (11)前記第2のガスのイオンは酸素臼イ1ガスのイ
オンであり、1マイク【コメ−ターの被膜層での約9.
5マイクロメーターの波長の赤外線の吸収を防止するの
に一ト分な量の水素含有ガスを約6〜8%以下まで加え
ることを4?j徴どりる’Ml i+’l 請求の範f
IB第41n記載の14体にダイヤモンド状炭素被膜を
形成するための方法。 (12)前記水素含有ガスは水素ガスと重水素の・うち
から選ばれることを特徴とする特許請求の範囲第11項
記載の基体にダイヤモンド状炭素被膜を形成するだめの
方法。 (13)前桟炭素イオン源にはアレブレンが、前記第2
のガスのイオン源には二酸化炭素がそれぞれ用いられて
おり、かつアセチレンと二酸化k ’+(の比は放電開
始前の空気に関し測定した熱電対火?1!81の読取値
で約05〜50:1であることを1!I徴どりる特許請
求の範囲第1項記載の基体にグイ\lモンド状炭素被膜
を形成づ−るための方法1、(14)前記アセチレンと
二酸化炭素の比はデボジツ1〜の初期段階で【ま3:1
に、イの後は約1:1に設定されることを特徴とする特
9′、請求の範囲第13項記載の基体にタイA7tンド
状炭素被股を形成づ−るための方法。 (15)前記基体を約100〜200℃に加熱りること
を特徴とする特(/1請求の範囲第1 In記載の基体
にグイ)lモンド状炭素被膜を形成り゛るための方法。 (16)前記炭素イオンおよび前記第2のガスのイオン
が前記基体に対J−る同様な無線周波数放電により発生
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の基体
にダイヤモンド状炭素被膜を形成づるための方法。 (17)前記基体が無線周波数電極と接触していること
を特徴とする特W[請求の範囲第16項記載の基体にダ
イヤモンド状炭素被膜を形成するための方が1゜ (18) +”il記炭素イオンと前記第2のガスのイ
オンが少な(とも1徂のイオン発生源から生ずることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の基体にダイヤモ
ンド状炭素被膜を形成するための方法。 (19)前記炭素イオンと前記第2のガスのイオンは別
個のイオン発生源から生じて第1おJ、び第2のプラズ
マずなわちイオンビームを形成し、これらのイオンビー
ムは前記基体の表面で接触りることを!l¥徴どJる1
)訂u1求の範囲第18項記載のJ、1体にダイヤモン
ド状炭素被膜を形成り−るための/J法。 (20)前記炭素イオンど前記第2のガスのイオンは別
個のイオン発生源から生じて第1おJ、ひ第2のプラズ
マずなわらイオンビームを形成し、(−れらのイオンビ
ームは前記基体の前方で接触りる(丁とを特徴とする特
許請求の範囲第18 M?記載の基体にダイA71:ン
ド状炭素被膜を形成りるIこめの方法。 (21)前記イオンビームの一方は他りの前記イオンビ
ームに対し負バイアス状態どなっていることを特徴とす
る特品′1請求の範囲第191nbL/ <はi′;2
0項のいずれかに記載の基体にダイ17(−ン1:状炭
素被膜を形成づ−るための1)法。 (22)前記炭素イオンど電子どを含むプラズマビーム
を発生さ氾かつこのプラズマビームにシュはλト直な磁
場を加えることにより前記ブシズマヒー11の前記電子
部分を除去することを1!j徴と刀る1、“11.”1
請求の範囲第18項記載の基体にグイX/シンI・払炭
素被膜を形成づるための方法。
[Scope of Claims] (1) An ion source of carbon ions is disposed, and the carbon ions are directed toward the substrate under conditions that form a diamond-like carbon film, and the diamond-like carbon contained in the film is disposing a second ion source for ions of a second gas other than hydrocarbons sufficient to selectively remove other forms of carbon by chemical sputtering; characterized in that said second gas is pumped onto said substrate under said strip '1' in a manner suitable to promote the selective removal by chemical sputtering of carbon in forms other than said diamond-like carbon. A method for forming a diamond-like carbon film on a substrate. (2) 1! that the carbon ions and the ions of the second gas are simultaneously pushed into the substrate with the same number; i
A yno method for forming a diamond-like carbon film on a substrate according to claim 1, where m is a diamond-like carbon film. (3) 1-II indicates that the carbon in a form other than diamond-like carbon is graphite.
A 7j method for forming a diamond-like carbon film on the substrate described in Section 7. (4) The ions of the second gas are carbon λ, oxygen, I! ll
The substrate according to claim 1 of the present invention is ionized with at least one gas other than hydrocarbon containing at least one element selected from the group consisting of hydrogen, fluorine, and hydrogen. A method for forming a carbon film. (5) The second gas is selected from among carbon dioxide, oxygen, carbon oxide, carbon tetrachloride, and carbon tetrafluoride. +Yr A method for forming a diamond-like carbon film on a λ1 body according to claim 4. (6) A small talk gas is used to stabilize the discharge of the ions of the carbon ions J3 and the second gas.Claim 1:L !
Forming a diamond-like carbon film on the base of the sword. (7) A method for forming a diamond-like carbon film on a substrate according to claim 6, wherein the inert gas is argon. (8) For forming a diamond-like carbon film on a substrate according to claim 1, wherein at least one type of hydrocarbon gas is used as the ion source of the carbon ions. the method of. (9) the hydrocarbon gas has an atomic percentage of at least 40
% of carbon. A method for forming a diamond-like carbon coating on a substrate according to claim 8. (10) A method for forming a diamond-like carbon film on a substrate according to claim 9, wherein the hydrocarbon gas is selected from acetylene and benzene. (11) The ions of the second gas are ions of oxygen gas, and the ions of the second gas are approximately 9.
Adding an amount of hydrogen-containing gas to about 6 to 8% or less to prevent absorption of infrared rays with a wavelength of 5 micrometers is 4? jCharacter'Ml i+'l Claim f
A method for forming a diamond-like carbon coating on the 14 bodies described in IB No. 41n. (12) A method for forming a diamond-like carbon film on a substrate according to claim 11, wherein the hydrogen-containing gas is selected from hydrogen gas and deuterium. (13) Alebren is added to the front carbon ion source, and the second
Carbon dioxide is used as the ion source for each of the gases, and the ratio of acetylene and carbon dioxide k'+ (is approximately 05 to 50 as measured by a thermocouple of 1!81 in the air before the start of discharge. : 1!I method 1 for forming a carbon film on a substrate according to claim 1, (14) the ratio of acetylene to carbon dioxide; is at the initial stage of Debojitsu 1 ~ [Ma 3:1
9'. A method for forming a tie-like carbon covering on a substrate according to claim 13, wherein the ratio of the ratio of the ratio of the ratio of the ratio to the ratio of the ratio of the ratio of the ratio to the ratio of the ratio of the ratio of the ratio to the ratio of the ratio of the ratio of the ratio to the ratio of the ratio of the ratio of the ratio to the ratio of the ratio of the ratio of the ratio of the number of (a) to 1 to 1 to approximately 1:1 is set, to the ratio of 1:1 to 1:1. (15) A method for forming a carbon-like carbon film on the substrate according to claim 1, characterized in that the substrate is heated to about 100 to 200°C. (16) A diamond-like carbon coating is applied to the substrate according to claim 1, wherein the carbon ions and the ions of the second gas are generated by a similar radio frequency discharge to the substrate. A method for forming. (17) The substrate is in contact with a radio frequency electrode. A method for forming a diamond-like carbon film on a substrate according to claim 1, characterized in that carbon ions and ions of the second gas are generated from a single ion source. (19) The carbon ions and the second gas ions are generated from separate ion sources to form first and second plasmas or ion beams, and these ion beams are directed toward the substrate. Make contact with the surface of the surface!
) Scope of Revision u1 Required J/J method for forming a diamond-like carbon film on one body described in item 18. (20) Ions of the second gas, such as the carbon ions, are generated from separate ion sources and form an ion beam with the first, second and second plasmas; A method for forming a carbon film in the form of a die A71 on a substrate according to claim 18, characterized in that the ion beam contacts the front side of the substrate. A special product characterized in that one of the ion beams is in a negative bias state with respect to the other ion beam. Claim 191nbL/<i';2
1) Method for forming a die 17 (-1:-shaped carbon coating) on the substrate according to any one of Items 0 to 1. (22) removing the electron portion of the Bushism Mahi 11 by generating a plasma beam containing the carbon ions and electrons, and applying a magnetic field with a direct magnetic field of λ to the plasma beam; j sign and sword 1, "11." 1
A method for forming a Gui
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61219709A (en) * 1985-03-25 1986-09-30 Namiki Precision Jewel Co Ltd Preparation of diamondlike carbon
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