JPS63222095A - 炭素系膜の被覆方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、各種基体の表面に、ダイヤモンド結晶とア
モルファス炭素とを含む炭素系の膜を被覆する方法に関
する。

〔背景となる技術〕

基体の表面に被覆する膜として、例えば磁気記録媒体、
磁気ヘッド用コア、刃物類等の表面の保護膜のように、
耐摩耗性および潤滑性（この明細書では、表面がなめら
かで滑りが良好なことを意味する。）を兼ね備えた膜が
要求される場合があり、これに対して本発明者は、ダイ
ヤモンド結晶とアモルファス炭素とを含む炭素系の膜が
有効であることを見出した。

これは、ダイヤモンド結晶は高硬度であるため、膜の耐
摩耗性向上に優れており、一方アモルファス炭素は粒子
が細かいため、膜の表面をなめらかにして潤滑性を向上
させるのに優れているからである。

その場合、このような炭素系の膜を被覆する方法として
は、通常、炭化水素系や有機化合物系の反応ガスを用い
たプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等の化学気相成長法が
考えられる。

〔発明の目的〕

ところが、上記のような方法においては、■基体および
ガス雰囲気を高温（例えば８００°Ｃ〜１０００℃程度
）に加熱して処理する必要があるため、基体の材質が大
幅に限定される、■基体に対する膜の密着性が良くない
、等の問題がある。

そこでこの発明は、このような問題が無く上記のような
炭素系の膜を被覆することができる方法を提供すること
を目的とする。

〔目的達成のための手段〕

この発明の被覆方法は、真空中で基体に対して、炭素の
蒸着と、不活性ガス、炭化水素系ガスおよび有機化合物
系ガスの内の少なくとも一種をイオン化して得られたイ
オンビームの照射とを行うことによって、前記基体の表
面に、ダイヤモンド結晶とアモルファス炭素とを含む炭
素系の膜を被覆することを特徴とする。

〔作用〕

上記方法によれば、基体の表面に、ダイヤモンド結晶と
アモルファス炭素とを含む炭素系の膜が作製される。こ
れは、イオン照射によって、基体に蒸着された炭素がア
モルファス化する一方、照射イオンが、基体に蒸着され
たグラファイト構造の炭素をダイヤモンドに結晶成長さ
せるための核形成エネルギー供給源として作用するから
であると考えられる。

〔実施例〕

第１図は、この発明に係る方法を実施する装置の一例を
示す概略図である。

真空容器（図示省略）内に、例えばホルダ１５に取り付
けられて基体４が収納されており、当該基体４に向けて
蒸発源８およびイオン源１６が配置されている。

蒸発源８は、図示例のものでは電子ビーム蒸発源であり
、蒸発材料１０として炭素ペレソ１−を有しており、そ
れを電子ビームによって加熱蒸気化して得られる炭素１
２を基体４の表面に蒸着させることができる。もっとも
、炭素は昇華性であるため電子ビーム蒸発源では膜形成
速度が遅い場合もあり、その場合は蒸発源８として、炭
素から成るターゲットを不活性ガスイオンの照射やマグ
ネトロン放電によってスパッタさせる方式のもの、ある
いは炭素から成るカソードにおける真空アーク放電によ
って炭素を蒸発させる方式のもの等としても良く、更に
はこれらを併用しても良い。

イオン源１６としても、特定の方式のものに限定される
ものではないが、例えばプラズマ閉込めにカスプ磁場を
用いるバケット型イオン源が好ましく、それによれば供
給されたガスＧをイオン化して均一で大面積のイオンビ
ーム１８を基体４の表面に向けて照射することができる
ので、一度に大面積の処理が可能になる。尚、１４は基
体４上に作製される膜の膜厚モニタである。

イオン源１６に供給するガスＧとしては、後述するよう
な理由から、不活性ガス（例えばヘリウムガス、アルゴ
ンガス等）、炭化水素系ガス（例えばメタンガス、エタ
ンガス等）および有機化合物系ガス（例えばアセトン等
）の内の少なくとも一種、即ちこれらの単一ガスまたは
混合ガスを用いる。

膜作製に際しては、真空容器内を例えば１０−５〜１０
−’Ｔｏ　ｒ　ｒ程度にまで排気した後、蒸発源８から
の炭素１２を基体４上に蒸着させるのと同時に、または
それと交互に、あるいは間歇的にイオン源１６からのイ
オンビーム１８を基体４に向けて照射する。その際、基
体４に蒸着させる炭素量に対する照射イオン量の割合、
即ちイオン／炭素は、例えば０．１％〜１００％程度の
範囲内にする。

その結果、例えば第２図に示すように、基体４の表面に
、ダイヤモンド結晶とアモルファス炭素とがほぼ偏在す
ることなく混在した炭素系の膜６が作製される。これは
、イオン照射によって、基体４に蒸着された炭素がアモ
ルファス化する一方、照射イオンが、基体４に蒸着され
たグラファイト構造の炭素をダイヤモンドに結晶成長さ
せるための核形成エネルギー供給源として作用するから
であると考えられる。この炭素系の膜６は、前述したよ
うに、ダイヤモンド結晶の存在によって耐摩耗性に優れ
ており、しかもアモルファス炭素の存在によって潤滑性
に優れている。

その場合、ガスＧに上記のような種類のものを用いるの
は、不活性ガスを用いれば、イオンビーム１８として照
射される不活性元素は反応性が乏しいため、不純物混入
の無い良質の炭素系の膜６が得られるからであり、炭化
水素系ガスや有機化合物系ガスを用いれば、蒸着炭素に
それと同系の、即ち炭素系のイオンビーム１８が照射さ
れるため、それによって蒸着炭素をより励起し易くなる
からであり、またこれらの混合ガスを用いれば、」１記
のような各作用を併合した結果を得ることができるから
である。

また、ガスＧとして、」１記のような単一ガスまたは混
合ガスに、ケイ素系ガス（例えばモノシランガス、ジシ
ランガス等）および水素ガスの内の少なくとも一方を混
合したガスを用いても良く、そのようにすれば、イオン
ビーム１８として照射されたケイ素はＳＰ３混成軌道し
か取らず、蒸着炭素中におけるグラファイトの析出を抑
制すると共にダイヤモンド形成に有効に作用するため、
またイオンビーム１８として照射された水素は、蒸着炭
素中のグラファイトをメタン、エタン等の炭化水素系の
ガスとして取り除く作用をするため、ダイヤモンド結晶
がより効果的に形成されるようになる。

上記の場合、炭素系の膜６中におけるダイヤモンド結晶
とアモルファス炭素との割合は、前述した基体４に入射
させるイオン／炭素の割合、イオン源１６に供給する上
記のような各種ガスの混合比、イオンビーム１８のエネ
ルギー等の条件によって変化するので、これらの条件に
よって所望のものに制御することができる。

尚、イオンビーム１８のエネルギーは、その照射によっ
て炭素系の膜６の内部にダメージ（欠陥部）が発生する
のを極力少なくする観点から、１０ＫｅＶ程度以下の低
エネルギー、より好ましくは数百ｅＶ程度以下にするの
が良く、またその下限は特にないが、イオン源１６から
イオンビーム１８を引き出せる限度から、現実的には１
０ｅＶ程度以上になる。

また、基体４に対するイオンビーム１８の照射角度（即
ち第１図に示すように基体４の表面に対する垂線との間
の角度）θは、０°〜５０°程度の範囲内にするのが好
ましく、そのようにすれば、イオンビーム１８の照射に
伴う蒸着炭素のスパッタを小さく抑えることができる。

また、膜作製時には、必要に応じて基体４を加熱手段（
図示省略）によって例えば数百℃程度まで加熱、あるい
は冷却手段（図示省略）によって例えば室温〜１００℃
程度以内になるように冷却しても良く、加熱すれば熱励
起によってダイヤモンド形成の反応を促進することがで
きると共に、炭素系の膜６中に発生する欠陥部を成膜中
に除去することができ、また冷却すればイオンビーム１
８の照射による基体４の熱的損傷を防止することができ
る。

上記方法の特徴を列挙すれば次の通りである。

■　熱励起を主体としていないため、低温処理が可能で
あり、その結果基体４として使用できる材質の範囲が大
幅に広がる。

■　イオンビーム照射を併用するため、イオンの押込み
（ノックオン）作用により母材と炭素系膜との混合層の
形成が期待でき、基体４に対する密着性の良い炭素系の
膜６が得られる。

■　炭素系の膜６中のダイヤモンド結晶とアモルファス
炭素との割合が、前述したイオン／炭素の割合等の条件
によって制御可能であり、しかもそのような条件の制御
は容易であるので、被覆する炭素系の膜６の耐摩耗性、
潤滑性等の機械的特性を目的等に応じて容易に変えるこ
とができる。

■　炭素１２の蒸着を併用するため、従来の方法に比べ
て短時間で大きな膜厚が得られ、炭素系の膜６の作製効
率が良い。

次に、上記方法の応用例を幾つか説明する。

第３図は、磁気記録媒体の一例を部分的に示す概略断面
図である。この磁気記録媒体２０は、例えば磁気テープ
、磁気ディスク等であり、基体２４ａ上に磁性膜２４ｂ
を形成したものを前述した基体４として、その磁性膜２
４ｂの表面に前述したような炭素系の膜６を、磁性膜２
４ｂの機械的なあるいは酸化防止等のための保護膜とし
て被覆したものである。

このような磁気記録媒体２０は、表面の炭素系の膜６が
耐摩耗性、潤滑性等に優れているため、長寿命でしかも
相手側の磁気ヘッド等との機械的ななじみも良い。

また、上記方法によれば、非常に薄い炭素系の膜６を被
覆することができるので、当該磁気記録媒体２０の使用
時にその磁性膜２４．　ｂと相手側の磁気ヘッドとの間
に生じる空隙長が小さくて済み、当該磁気記録媒体２０
の記録密度や感度（ＳＮ比）等の磁気特性を低下させる
というような問題も殆ど起こらない。

第４図は、磁気ヘッド用コアの一例を示す概略平面図で
ある。この磁気ヘッド用コア３０は、例えば積層構造を
したコア材３４を前述した基体４としてその磁気テープ
等の磁気記録媒体との摺動面３４　ｓに前述したような
炭素系の膜６を機械的な保護膜として被覆したものであ
る。ちなみに当該磁気ヘッド用コア３２には、あとで例
えば２点鎖線で示すようにコイル３６が巻かれる。

尚、上記摺動面３４Ｓのみに炭素系の膜６を被覆する必
要がある場合には、例えば、当該摺動面３４、　ｓのみ
が露出するようなマスクを用いる等すれば良い。その場
合、ギャップ３４ｇが炭素系の膜６で被覆されても、当
該膜６は非磁性だから特に支障はない。

このような磁気ヘッド用コア３０は、表面の炭素系の膜
６が耐摩耗性、潤滑性等に優れているため、その摺動面
３４ｓの摩耗が少なく、しかも相手側の磁気記録媒体と
の機械的ななじみも良い。

また、上記方法によれば、非常に薄い炭素系の膜６を被
覆することができるので、当該磁気ヘッド用コア３０を
磁気ヘッドとして使用する時にその摺動面３４３と相手
側の磁気記録媒体との間に生じる空隙長も小さくて済み
、磁気特性低下の問題も殆ど起こらない。

第５図は、切削工具の一例を部分的に示す概略断面図で
ある。この切削工具４０は、例えば高速度鋼、超硬材等
の母材４４を前述した基体４として、その刃先部に前述
したような炭素系の膜６を機械的な保護膜として被覆し
たものである。

従来、切削工具の保護膜としては例えば炭化チタン（Ｔ
ｉｃ）や窒化チタン（ＴｉＮ）が用いられていた。とこ
ろが、炭化チタンは、高硬度物質であるため高硬度材に
対しては切削性が良いが、耐摩耗性が小さい（すなわち
熱的に安定ではない）ために、ニッケル等の軟削材の切
削の場合は切粉がすくい面（第５図のすくい面４４−　
ｓ参照）にまつわりついて加熱されて切削性等がすぐに
悪くなるという問題があり、逆に窒化チタンは、硬度が
炭化チタンの約半分であるため高硬度材の切削に不向き
であるという問題がある。

これに対してこの切削工具４０の場合は、その炭素系の
膜６が耐摩耗性に優れているため高硬度材の切削性に優
れているのみならず、炭素系の膜６が潤滑性にも優れて
いるため、軟削材の切削の場合にも切粉のすくい面４４
　ｓからの離れが良く、良好な切削性を保つことができ
る。従って、上記切削工具４０は、硬材から軟削材まで
幅広い材料に使用可能である。

尚、上記炭素系の膜６は、ドリルや超硬チップ等の切削
工具、包丁、鋏、鋸等の刃物類の切削性向上および長寿
命化に広（有効である。

また、」１記のような炭素系の膜６は、ダイヤモンド結
晶を含んでいて熱伝導性も良好であるため、これを露光
用マスクに用いることも可能である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、ダイヤモンド結晶とア
モルファス炭素とを含む炭素系の膜を基体上に密着性良
くかつ効率良く被覆することができる。しかも低温処理
が可能であるため、基体として使用できる材質の範囲が
大幅に広がる。また当該膜の機械的特性の制御も容易で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る方法を実施する装置の一例を
示す概略図である。第２図は、表面に炭素系の膜が被覆
された状態の基体の一例を部分的に示す概略断面図であ
る。第３図は、磁気記録媒体の一例を部分的に示す概略
断面図である。第４図は、磁気ヘッド用コアの一例を示
す概略平面図である。第５図は、切削工具の刃先を部分
的に示す概略断面図である。 ４・・・基体、６・・・ダイヤモンド結晶とアモルファ
ス炭素とを含む炭素系の膜、８・・・蒸発源、１２、、
、炭素、１６・・・イオン源、１８・・・イ第ンビーム
、Ｇ・・・ガス。 第１区 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空中で基体に対して、炭素の蒸着と、不活性ガ
   ス、炭化水素系ガスおよび有機化合物系ガスの内の少な
   くとも一種をイオン化して得られたイオンビームの照射
   とを行うことによって、前記基体の表面に、ダイヤモン
   ド結晶とアモルファス炭素とを含む炭素系の膜を被覆す
   ることを特徴とする炭素系膜の被覆方法。