JPWO2016017438A1 - Carbon thin film, plasma apparatus for manufacturing the same, and manufacturing method - Google Patents

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Abstract

陰極物質が割れるのを抑制可能なプラズマ装置を提供する。プラズマ装置10は、真空容器1と、アーク式蒸発源3と、陰極部材4と、永久磁石5と、電源7と、トリガー電極8と、シャッター12とを備える。アーク式蒸発源3は、真空容器1の側壁に基板20に対向して固定される。陰極部材4は、突起部を有するガラス状炭素からなり、アーク式蒸発源3に取り付けられる。突起部は、0.785mm2よりも大きい断面積を有する。永久磁石5は、陰極部材4に磁界を印加する。電源7は、アーク式蒸発源3に負の電圧を印加する。トリガー電極8は、陰極部材4の突起部に接触または離反する。アーク式蒸発源3に負の電圧を印加し、トリガー電極8を陰極部材4の突起部に接触させてアーク放電を発生させ、シャッター12を開けてカーボン薄膜を基板20上に形成する。Provided is a plasma device capable of suppressing the breakage of a cathode material. The plasma apparatus 10 includes a vacuum vessel 1, an arc evaporation source 3, a cathode member 4, a permanent magnet 5, a power source 7, a trigger electrode 8, and a shutter 12. The arc evaporation source 3 is fixed to the side wall of the vacuum vessel 1 so as to face the substrate 20. The cathode member 4 is made of glassy carbon having protrusions, and is attached to the arc evaporation source 3. The protrusion has a cross-sectional area greater than 0.785 mm2. The permanent magnet 5 applies a magnetic field to the cathode member 4. The power source 7 applies a negative voltage to the arc evaporation source 3. The trigger electrode 8 contacts or separates from the protruding portion of the cathode member 4. A negative voltage is applied to the arc evaporation source 3, the trigger electrode 8 is brought into contact with the protrusion of the cathode member 4 to generate arc discharge, the shutter 12 is opened, and a carbon thin film is formed on the substrate 20.

Description

この発明は、カーボン薄膜、それを製造するプラズマ装置および製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon thin film, a plasma apparatus for manufacturing the carbon thin film, and a manufacturing method.

従来、アーク放電を用いて薄膜を形成する薄膜形成装置に用いられるアーク式蒸発源において、粗大粒子が基板に付着するのを抑制したフィルタードバキュームアーク式(FVA式)のアーク式蒸発源が知られている(特許文献1)。   2. Description of the Related Art Conventionally, an arc evaporation source used in a thin film forming apparatus for forming a thin film using arc discharge is known as a filtered vacuum arc type (FVA type) arc evaporation source in which coarse particles are prevented from adhering to a substrate. (Patent Document 1).

このアーク式蒸発源は、真空容器と、プラズマダクトと、多孔部材と、磁気コイルと、蒸発源とを備える。プラズマダクトは、その一方端が真空容器に取り付けられる。蒸発源は、プラズマダクトの他方端に取り付けられる。   This arc evaporation source includes a vacuum vessel, a plasma duct, a porous member, a magnetic coil, and an evaporation source. One end of the plasma duct is attached to the vacuum vessel. The evaporation source is attached to the other end of the plasma duct.

磁気コイルは、プラズマダクトの周囲に巻かれている。そして、磁気コイルは、蒸発源の近傍で発生したプラズマを真空容器内に配置された基板の近傍に導く。   The magnetic coil is wound around the plasma duct. The magnetic coil guides plasma generated in the vicinity of the evaporation source to the vicinity of the substrate disposed in the vacuum vessel.

多孔部材は、プラズマダクトの内壁に取り付けられており、蒸発源に取り付けられた陰極物質から飛び出した粗大粒子を捕獲する。   The porous member is attached to the inner wall of the plasma duct and captures coarse particles that have jumped out of the cathode material attached to the evaporation source.

このように、従来の真空アーク蒸着装置は、蒸発源をプラズマダクトによって真空容器に連結し、陰極物質から飛び出した粗大粒子をプラズマダクトの内壁に設けられた多孔部材によって捕獲して粗大粒子が基板に飛来するのを抑制する。   As described above, the conventional vacuum arc deposition apparatus connects the evaporation source to the vacuum vessel by the plasma duct, captures the coarse particles jumping out from the cathode material by the porous member provided on the inner wall of the plasma duct, and the coarse particles are formed on the substrate. Suppresses flying in.

このような、フィルタードアーク式蒸発源を用いて成膜したダイヤモンドライクカーボン膜が提案されている(特許文献2)。このような方式での成膜では、ダクトを用いてドロップレットを捕集し、粗大粒子の飛来を抑制している。しかし、液体状のドロップレットがダクト表面に衝突すると、20nm以下の大きさの細かい粒子となって飛び散り、ダクト自体がドロップレットのガイドとなって、成膜チャンバまで輸送されてしまい、20nm未満の大きさの粒子が多数、成膜されてしまうことになる。   A diamond-like carbon film formed using such a filtered arc evaporation source has been proposed (Patent Document 2). In film formation by such a method, droplets are collected using a duct to suppress the flying of coarse particles. However, when the liquid droplet collides with the duct surface, it is scattered as fine particles with a size of 20 nm or less, and the duct itself serves as a guide for the droplet and is transported to the film forming chamber, which is less than 20 nm A large number of particles having a size are formed.

このため、特許文献2の方法では、高さまたは深さが20nm以上の凹凸の数が単位膜厚あたり0.01個以下であるダイヤモンドライクカーボン膜が開示されているが、10〜20nmと非常に小さい凹凸については、十分に改善されたものではなかった。   For this reason, the method of Patent Document 2 discloses a diamond-like carbon film in which the number of irregularities having a height or depth of 20 nm or more is 0.01 or less per unit film thickness. However, the small irregularities were not sufficiently improved.

また、この10〜20nmと非常に小さい凹凸の存在は、これまで20nm以上の大きさの凹凸による悪影響が大きかったため、あまり注目されていなかったが、光学レンズの成型用金型などの精密金型の用途では、10〜20nmの凸凹の個数を低減する効果は非常に大きく、FVA方式に代わる成膜手法が求められていた。   Further, the presence of such very small asperities of 10 to 20 nm has not been so much noticed since it has had a large adverse effect due to the asperities of 20 nm or more, but precision molds such as molds for molding optical lenses. In this application, the effect of reducing the number of irregularities of 10 to 20 nm is very large, and a film forming method replacing the FVA method has been demanded.

特開2002−105628号公報JP 2002-105628 A 特開2014−062326号公報JP 2014-062326 A

従来の真空アーク蒸着装置では、陰極物質としてグラファイト(カーボン)が用いられており、グラファイトは、カーボン粒子を焼結して作製されるので、粒界が存在する。その結果、グラファイトを陰極物質として用いた場合、陰極物質が粒界に沿って割れ、粗大粒子(パーティクル)が発生するという問題がある。また、このような粗大粒子をプラズマダクトを用いて捕集し、粗大粒子の飛来を抑制する技術が提案されているが粗大粒子がダクトに衝突して生成した20nm以下の微細な粒子の生成は十分に抑制することはできなかった。   In the conventional vacuum arc vapor deposition apparatus, graphite (carbon) is used as a cathode material, and graphite is produced by sintering carbon particles, so there is a grain boundary. As a result, when graphite is used as the cathode material, there is a problem in that the cathode material breaks along the grain boundaries and coarse particles (particles) are generated. Further, a technique has been proposed in which such coarse particles are collected using a plasma duct to suppress the flying of the coarse particles. However, generation of fine particles of 20 nm or less produced by collision of coarse particles with the duct is performed. It was not possible to suppress it sufficiently.

そこで、この発明の実施の形態によれば、陰極物質が割れるのを抑制可能なプラズマ装置を提供する。   Therefore, according to the embodiment of the present invention, a plasma apparatus capable of suppressing the breakage of the cathode material is provided.

また、この発明の実施の形態によれば、陰極物質が割れるのを抑制してカーボン薄膜を製造可能なカーボン薄膜の製造方法を提供する。   In addition, according to the embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a carbon thin film capable of producing a carbon thin film while preventing the cathode material from cracking.

更に、この発明の実施の形態によれば、陰極物質が割れるのを抑制して製造されたカーボン薄膜を提供する。   Furthermore, according to the embodiment of the present invention, there is provided a carbon thin film manufactured by suppressing the cathode material from cracking.

この発明の実施の形態によれば、カーボン薄膜は、20nmの凹凸の数が単位走査距離および単位膜厚あたり0.007[個/mm/nm]未満であるカーボン膜を備える。   According to the embodiment of the present invention, the carbon thin film includes a carbon film in which the number of irregularities of 20 nm is less than 0.007 [piece / mm / nm] per unit scanning distance and unit film thickness.

従って、10〜20nmの凹凸を低減できる。   Therefore, unevenness of 10 to 20 nm can be reduced.

好ましくは、前記カーボン膜は、次の式(1)で表される熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きいガラス状炭素を陰極部材に用いて形成された場合である。
ここで、前記式(1)において、σは曲げ強度[MPa]、λは熱伝導率[W/mK]、αは熱膨張率[/10K]、Eはヤング率[GPa]である。熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きいと、ガラス状炭素の耐熱衝撃性は、アーク放電によって陰極部材表面に生じる熱応力に対して大きくなり、陰極部材が割れるのを防止できる。従って、陰極部材が割れるときに生じやすい10〜20nmの凹凸を更に低減できる。
Preferably, the carbon film is formed using glassy carbon having a thermal shock resistance R expressed by the following formula (1) larger than 7.9 as a cathode member.
Here, in the formula (1), σ is the bending strength [MPa], λ is the thermal conductivity [W / mK], α is the thermal expansion coefficient [/ 10 6 K], and E is the Young's modulus [GPa]. . When the thermal shock resistance R is larger than 7.9, the thermal shock resistance of the glassy carbon increases with respect to the thermal stress generated on the surface of the cathode member by arc discharge, and the cathode member can be prevented from cracking. Therefore, the unevenness of 10 to 20 nm that is likely to occur when the cathode member is cracked can be further reduced.

この発明の実施の形態によれば、プラズマ装置は、真空容器と、アーク式蒸発源と、陰極部材と、保持部材と、放電開始手段と、電源とを備える。アーク式蒸発源は、真空容器に固定される。陰極部材は、アーク式蒸発源に取り付けられる。保持部材は、陰極部材に向かって配置された基板を保持する。放電開始手段は、放電を開始させる。電源は、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する。陰極部材は、ガラス状炭素からなるとともに、柱状形状を有し、かつ、断面積が0.785mmよりも大きい柱状部分を含む。そして、放電開始手段は、プラズマが陰極部材の柱状部分から放出されるように放電を開始させる。According to the embodiment of the present invention, the plasma apparatus includes a vacuum vessel, an arc evaporation source, a cathode member, a holding member, a discharge starting unit, and a power source. The arc evaporation source is fixed to the vacuum vessel. The cathode member is attached to an arc evaporation source. The holding member holds the substrate disposed toward the cathode member. The discharge start means starts discharge. The power source applies a negative voltage to the arc evaporation source. The negative electrode member is made of glassy carbon, has a columnar shape, and includes a columnar portion having a cross-sectional area larger than 0.785 mm 2 . Then, the discharge start means starts the discharge so that the plasma is emitted from the columnar portion of the cathode member.

この発明の実施の形態によるプラズマ装置においては、陰極部材は、断面積が0.785mmよりも大きい柱状部分を含む。その結果、アーク放電が開始され、陰極部材の温度が急激に上昇しても、陰極部材は、熱応力に耐える強度を有する。従って、陰極部材が割れるのを防止できる。In the plasma device according to the embodiment of the present invention, the cathode member includes a columnar portion having a cross-sectional area larger than 0.785 mm 2 . As a result, even if arc discharge is started and the temperature of the cathode member rises rapidly, the cathode member has a strength that can withstand thermal stress. Therefore, the cathode member can be prevented from cracking.

好ましくは、陰極部材の上記式(1)で表される熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きい場合である。   Preferably, the thermal shock resistance R represented by the above formula (1) of the cathode member is larger than 7.9.

更に、この発明の実施の形態によれば、カーボン薄膜の製造方法は、基板に向かって真空容器に固定されたアーク式蒸発源に、ガラス状炭素からなるとともに、柱状形状を有し、かつ、断面積が0.785mmよりも大きい柱状部分を含む陰極部材を取り付ける第1の工程と、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する第2の工程と、プラズマが陰極部材の柱状部分から放出されるように放電を開始させ、基板上にカーボン膜を形成する第3の工程とを備える。Furthermore, according to the embodiment of the present invention, the method for producing a carbon thin film comprises an arc evaporation source fixed to a vacuum vessel toward a substrate, is made of glassy carbon, has a columnar shape, and A first step of attaching a cathode member including a columnar portion having a cross-sectional area larger than 0.785 mm 2, a second step of applying a negative voltage to the arc evaporation source, and plasma is emitted from the columnar portion of the cathode member And a third step of starting discharge and forming a carbon film on the substrate.

この発明の実施の形態によるカーボン薄膜の製造方法を用いることにより、アーク放電が開始され、陰極部材の温度が急激に上昇しても、陰極部材は、熱応力に耐える強度を有する。従って、陰極部材が割れるのを防止できる。   By using the method for producing a carbon thin film according to the embodiment of the present invention, even when arc discharge is started and the temperature of the cathode member rises rapidly, the cathode member has the strength to withstand thermal stress. Therefore, the cathode member can be prevented from cracking.

好ましくは、陰極部材の上記式(1)で表される熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きい場合である。   Preferably, the thermal shock resistance R represented by the above formula (1) of the cathode member is larger than 7.9.

陰極部材が割れるのを防止できる。   It is possible to prevent the cathode member from cracking.

10〜20nmの微細な凹凸の発生が少ない上、成膜速度が大きくコンパクトな成膜装置とその被覆物品を提供できる。   It is possible to provide a compact film forming apparatus and a coated article thereof with a small film thickness of 10 to 20 nm and a large film forming speed.

この発明の実施の形態1によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the plasma apparatus by Embodiment 1 of this invention. 図1に示す陰極部材の斜視図である。It is a perspective view of the negative electrode member shown in FIG. 図2に示す線III−III間における陰極部材の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the cathode member taken along line III-III shown in FIG. 2. 図1に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the carbon thin film using the plasma apparatus shown in FIG. 直径2mmφのガラス状炭素(突起部)を用いた時の放電後の突起部を示す図である。It is a figure which shows the projection part after discharge when glassy carbon (projection part) of diameter 2mm (phi) is used. 直径5.2mmφのガラス状炭素(突起部)を用いた時の放電後の突起部を示す図である。It is a figure which shows the projection part after discharge when glassy carbon (projection part) of diameter 5.2mm (phi) is used. 真空アーク放電試験後における比較例1の陰極部材を示す図である。It is a figure which shows the cathode member of the comparative example 1 after a vacuum arc discharge test. 真空アーク放電試験後における実施例1の陰極部材を示す図である。It is a figure which shows the cathode member of Example 1 after a vacuum arc discharge test. 実施の形態2によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the plasma apparatus by Embodiment 2. FIG. 図9に示すプラズマ装置によって製造されるカーボン薄膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)の断面図である。It is sectional drawing of the carbon thin film (diamond-like carbon film) manufactured with the plasma apparatus shown in FIG. 図9に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the carbon thin film (diamond-like carbon film) using the plasma apparatus shown in FIG. 従来のアーク法を用いたプラズマ装置の概略図である。It is the schematic of the plasma apparatus using the conventional arc method. 凹凸の欠陥数と凹凸の欠陥のサイズとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of uneven | corrugated defects, and the size of an uneven | corrugated defect.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。     Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1によるプラズマ装置は、真空容器1と、保持部材2と、アーク式蒸発源3と、陰極部材4と、永久磁石5と、電源6,7と、トリガー電極8と、抵抗9と、シャッター12とを備える。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a plasma apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, a plasma apparatus according to Embodiment 1 of the present invention includes a vacuum vessel 1, a holding member 2, an arc evaporation source 3, a cathode member 4, a permanent magnet 5, and power supplies 6 and 7. A trigger electrode 8, a resistor 9, and a shutter 12.

なお、プラズマ装置10においては、図1に示すようにx軸、y軸およびz軸が定義されている。   In the plasma apparatus 10, the x axis, the y axis, and the z axis are defined as shown in FIG.

真空容器1は、排気口11を有し、排気口11から排気装置(図示せず)によって真空に引かれる。そして、真空容器1は、接地ノードGNDに接続される。   The vacuum container 1 has an exhaust port 11 and is evacuated from the exhaust port 11 by an exhaust device (not shown). The vacuum container 1 is connected to the ground node GND.

保持部材2は、真空容器1内に配置される。保持部材2は、円柱部2Aを有する。円柱部2Aは、y−z平面内において回転装置(図示せず)によって回転される。そうすると、基板20は、保持部材2の円柱部2Aの回転に伴ってy−z平面内において回転可能である。   The holding member 2 is disposed in the vacuum container 1. The holding member 2 has a cylindrical portion 2A. The cylindrical portion 2A is rotated by a rotating device (not shown) in the yz plane. Then, the substrate 20 can rotate in the yz plane with the rotation of the cylindrical portion 2 </ b> A of the holding member 2.

アーク式蒸発源3は、真空容器1の側壁に固定される。   The arc evaporation source 3 is fixed to the side wall of the vacuum vessel 1.

陰極部材4は、アーク式蒸発源3の基板20側の表面に取り付けられる。そして、陰極部材4は、ガラス状炭素からなる。ガラス状炭素は、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を焼成、炭素化することにより製造される。このガラス状炭素は、構造的にガラス状であり、粒界が存在しない。粒界が存在しないという理由から、陰極部材4は、導電性のダイヤモンドからなっていてもよい。また、陰極部材4は、基板20側へ突出した突起部を有する。   The cathode member 4 is attached to the surface of the arc evaporation source 3 on the substrate 20 side. The cathode member 4 is made of glassy carbon. Glassy carbon is produced by firing and carbonizing a thermosetting resin such as a phenol resin. This glassy carbon is structurally glassy and has no grain boundaries. The cathode member 4 may be made of conductive diamond because there is no grain boundary. Further, the cathode member 4 has a protruding portion protruding toward the substrate 20 side.

なお、ガラス状炭素の具体例として、日清紡ケミカル製のガラス状カーボン、または東海カーボン製のグラッシーカーボンを挙げることができる。そして、この発明の実施の形態においては、グラッシーカーボン(glassy carbon)、アモルファスカーボン、非晶質カーボン、非定形炭素、無定形炭素、非黒鉛化炭素およびvitreous carbonは、ガラス状炭素に含まれるものとする。   Specific examples of glassy carbon include glassy carbon made by Nisshinbo Chemical, or glassy carbon made by Tokai Carbon. In the embodiment of the present invention, glassy carbon, amorphous carbon, amorphous carbon, amorphous carbon, amorphous carbon, non-graphitized carbon, and vital carbon are included in glassy carbon. And

永久磁石5は、リング形状からなり、真空容器1の外部においてアーク式蒸発源3に近接して配置される。より具体的には、永久磁石5は、中心軸がアーク式蒸発源3の中心軸に一致するように配置される。そして、永久磁石5において、アーク式蒸発源3側がN極であり、アーク式蒸発源3と反対側がS極である。このように、永久磁石5は、陰極部材4に対して基板20と反対側に配置される。そして、永久磁石5は、陰極部材4に対して軸方向(陰極部材4から基板20へ向かう方向)の磁場を印加するものである。なお、永久磁石5の着磁方向は、軸方向(陰極部材4から基板20へ向かう方向)であればよく、永久磁石5のアーク式蒸発源3側がS極であってもよい。   The permanent magnet 5 has a ring shape and is disposed in the vicinity of the arc evaporation source 3 outside the vacuum vessel 1. More specifically, the permanent magnet 5 is disposed so that the central axis thereof coincides with the central axis of the arc evaporation source 3. In the permanent magnet 5, the arc evaporation source 3 side is the N pole, and the opposite side of the arc evaporation source 3 is the S pole. Thus, the permanent magnet 5 is disposed on the opposite side of the substrate 20 with respect to the cathode member 4. The permanent magnet 5 applies a magnetic field in the axial direction (the direction from the cathode member 4 toward the substrate 20) to the cathode member 4. The magnetizing direction of the permanent magnet 5 may be an axial direction (a direction from the cathode member 4 toward the substrate 20), and the arc evaporation source 3 side of the permanent magnet 5 may be an S pole.

電源6は、保持部材2と接地ノードGNDとの間に接続される。電源7は、アーク式蒸発源3と接地ノードGNDとの間に接続される。   Power supply 6 is connected between holding member 2 and ground node GND. The power supply 7 is connected between the arc evaporation source 3 and the ground node GND.

トリガー電極8は、一部が真空容器1の側壁を介して真空容器1内に配置され、残部が真空容器1外に配置される。そして、トリガー電極8は、例えば、モリブデン(Mo)からなり、抵抗9を介して接地ノードGNDに接続される。抵抗9は、トリガー電極8と接地ノードGNDとの間に接続される。   A part of the trigger electrode 8 is disposed in the vacuum container 1 through the side wall of the vacuum container 1, and the remaining part is disposed outside the vacuum container 1. The trigger electrode 8 is made of, for example, molybdenum (Mo), and is connected to the ground node GND through the resistor 9. The resistor 9 is connected between the trigger electrode 8 and the ground node GND.

保持部材2は、基板20を保持する。この場合、保持部材2は、y−z平面内において任意の角度だけ回転して停止し、基板20を保持する。アーク式蒸発源3は、陰極部材4と真空容器1との間のアーク放電によって陰極部材4を局部的に加熱させて陰極物質を蒸発させる。   The holding member 2 holds the substrate 20. In this case, the holding member 2 rotates and stops at an arbitrary angle in the yz plane, and holds the substrate 20. The arc evaporation source 3 causes the cathode member 4 to be locally heated by arc discharge between the cathode member 4 and the vacuum vessel 1 to evaporate the cathode material.

電源6は、負の電圧を保持部材2を介して基板20に印加する。電源7は、負の電圧をアーク式蒸発源3に印加する。   The power source 6 applies a negative voltage to the substrate 20 via the holding member 2. The power source 7 applies a negative voltage to the arc evaporation source 3.

トリガー電極8は、往復駆動装置(図示せず)によって陰極部材4に接触または離反する。抵抗9は、アーク電流がトリガー電極8に流れるのを抑制する。シャッター12は、陰極部材4と基板20との間に陰極部材4に対向して配置される。   The trigger electrode 8 contacts or separates from the cathode member 4 by a reciprocating drive device (not shown). The resistor 9 suppresses the arc current from flowing to the trigger electrode 8. The shutter 12 is disposed between the cathode member 4 and the substrate 20 so as to face the cathode member 4.

なお、基板20は、例えば、Fe系の金属、Si、タングステンカーバイトおよびSiCのいずれかからなる。   The substrate 20 is made of, for example, one of Fe-based metal, Si, tungsten carbide and SiC.

図2は、図1に示す陰極部材4の斜視図である。また、図3は、図2に示す線III−III間における陰極部材4の断面図である。   FIG. 2 is a perspective view of the cathode member 4 shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the cathode member 4 taken along the line III-III shown in FIG.

図2および図3を参照して、陰極部材4は、本体部41と、突起部42とを含む。本体部41は、円盤形状を有する。突起部42は、円柱形状を有する。そして、突起部42は、突起部42の中心軸X2が本体部41の中心軸X1に一致するように本体部41上に配置される。なお、本体部41および突起部42は、一体的に作製される。   Referring to FIGS. 2 and 3, negative electrode member 4 includes a main body portion 41 and a protrusion portion 42. The main body 41 has a disk shape. The protrusion 42 has a cylindrical shape. The protrusion 42 is arranged on the main body 41 so that the central axis X2 of the protrusion 42 coincides with the central axis X1 of the main body 41. In addition, the main-body part 41 and the projection part 42 are produced integrally.

本体部41は、例えば、64mmφの直径R1を有し、12mmの高さH1を有する。突起部42は、2mmφ以上の直径R2を有し、数mm以上、例えば、6mm〜80mmの高さH2を有する。   The main body 41 has, for example, a diameter R1 of 64 mmφ and a height H1 of 12 mm. The protrusion 42 has a diameter R2 of 2 mmφ or more, and a height H2 of several mm or more, for example, 6 mm to 80 mm.

陰極部材4は、次の方法によって作製される。フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を焼成、炭素化し円柱形状のガラス状炭素を作製する。その後、その作製したガラス状炭素を突起部42を有するように旋盤加工して陰極部材4を作製しても良いし、熱硬化性樹脂を成形型に流し込んで成形した後、焼成、炭素化しても良い。なお、突起部42を形成する方法は、旋盤加工や成形型による成形に限らず、エッチング(ウェットエッチングおよびドライエッチングの両方を含む)であってもよく、突起部42を形成可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。また、突起部42と本体部41がそれぞれ個別に作製されたものであってもよく、突起部42がガラス状炭素であり、本体部41が、例えば、焼結体グラファイトやガラス状炭素等であってもよい。   The cathode member 4 is produced by the following method. A thermosetting resin such as a phenol resin is fired and carbonized to produce cylindrical glassy carbon. Thereafter, the produced glassy carbon may be turned so as to have the protrusions 42 to produce the cathode member 4, or the thermosetting resin may be poured into a mold and molded, and then fired and carbonized. Also good. The method of forming the protrusion 42 is not limited to lathe processing or molding by a mold, and may be etching (including both wet etching and dry etching), and any method capable of forming the protrusion 42. Any method may be used. Moreover, the protrusion part 42 and the main-body part 41 may each be produced separately, the protrusion part 42 is glassy carbon, and the main-body part 41 is made of, for example, sintered graphite or glassy carbon. There may be.

中心軸X2に垂直な方向における突起部42の断面積は、突起部42の直径R2が6mmφである場合、π×3mm×3mm=28.3mmであり、中心軸X1に垂直な方向における本体部41の断面積は、π×32mm×32mm=3215.4mmである。その結果、本体部41の断面積に対する突起部42の断面積の比は、約1/113になる。The cross-sectional area of the protrusion 42 in the direction perpendicular to the central axis X2 is π × 3 mm × 3 mm = 28.3 mm 2 when the diameter R2 of the protrusion 42 is 6 mmφ, and the main body in the direction perpendicular to the central axis X1 The cross-sectional area of the portion 41 is π × 32 mm × 32 mm = 3215.4 mm 2 . As a result, the ratio of the cross-sectional area of the protrusion 42 to the cross-sectional area of the main body 41 is about 1/113.

その結果、突起部42における伝熱成分が減少することによって突起部42から熱が逃げ難くなり、突起部42全体が均熱化され易くなるため、熱歪が少なくなる。   As a result, the heat transfer component in the protrusions 42 is reduced, making it difficult for heat to escape from the protrusions 42, and the entire protrusion 42 is easily soaked, so that thermal distortion is reduced.

また、ガラス状炭素は、粒界を有しないため、陰極部材4として用いられた場合、アーク放電中に原子状のカーボンが陰極部材4から放出される。   Further, since glassy carbon has no grain boundary, atomic carbon is emitted from the cathode member 4 during arc discharge when used as the cathode member 4.

従って、陰極部材4が割れるのを抑制できる。   Therefore, the cathode member 4 can be prevented from cracking.

上述したように、陰極部材4から原子状のカーボンが放出されるので、パーティクルが発生しない。その結果、陰極部材4を用いると、スパークレス放電を発生させることができる。このスパークレス放電は、パーティクルが発生しない放電である。なお、この明細書においては、パーティクルとは、サイズが5nm〜数μmであるカーボンの粒を言う。   As described above, since atomic carbon is released from the cathode member 4, no particles are generated. As a result, when the cathode member 4 is used, a sparkless discharge can be generated. This sparkless discharge is a discharge in which particles are not generated. In this specification, the term “particle” refers to a carbon particle having a size of 5 nm to several μm.

一方、炭素の粒を焼結した焼結体は、陰極部材4としては適さない。その理由は、次のとおりである。炭素の焼結体は、炭素の粒を押し固めて焼いたものであるため、粒界が存在する。その結果、炭素の焼結体を陰極部材4として用いた場合、アーク放電中に粒界から陰極部材4が割れ、パーティクルが陰極部材4から放出されるからである。   On the other hand, a sintered body obtained by sintering carbon particles is not suitable as the cathode member 4. The reason is as follows. Since the sintered body of carbon is obtained by pressing and solidifying carbon grains, grain boundaries exist. As a result, when a carbon sintered body is used as the cathode member 4, the cathode member 4 is cracked from the grain boundary during arc discharge, and particles are emitted from the cathode member 4.

図4は、図1に示すプラズマ装置10を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。図4を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、突起部42を有するガラス状炭素を陰極部材4としてアーク式蒸発源3に取り付ける(工程S1)。   FIG. 4 is a process diagram showing a carbon thin film manufacturing method using the plasma apparatus 10 shown in FIG. Referring to FIG. 4, when the production of the carbon thin film is started, glassy carbon having protrusions 42 is attached to arc evaporation source 3 as cathode member 4 (step S1).

そして、排気口11を介して真空容器1内を排気し、真空容器1内の圧力を9.9×10−3Paに設定する。And the inside of the vacuum vessel 1 is exhausted through the exhaust port 11, and the pressure in the vacuum vessel 1 is set to 9.9 * 10 < -3 > Pa.

そうすると、電源6によって基板20に−10V〜−300Vの負の電圧を印加し(工程S2)、永久磁石5によって磁界を陰極部材4に印加する(工程S3)。この場合、磁界は、陰極部材4の突起部42の中心軸X2方向の成分と、突起部42の径方向の成分とを有する。   Then, a negative voltage of −10 V to −300 V is applied to the substrate 20 by the power source 6 (step S2), and a magnetic field is applied to the cathode member 4 by the permanent magnet 5 (step S3). In this case, the magnetic field has a component in the central axis X2 direction of the protrusion 42 of the cathode member 4 and a component in the radial direction of the protrusion 42.

工程S3の後、電源7によってアーク式蒸発源3に−15V〜−50Vの負の電圧を印加する(工程S4)。   After step S3, a negative voltage of −15 V to −50 V is applied to the arc evaporation source 3 by the power source 7 (step S4).

そして、往復駆動装置(図示せず)によって、トリガー電極8を陰極部材4の突起部42に接触させ(工程S5)、その後、トリガー電極8を陰極部材4から離反させる。これによって、アーク放電が開始し、アークスポットが陰極部材4の表面に現れる。このアークスポットは、アーク放電における陰極点であり、強く発光している。   Then, the trigger electrode 8 is brought into contact with the protrusion 42 of the cathode member 4 by a reciprocating drive device (not shown) (step S5), and then the trigger electrode 8 is separated from the cathode member 4. As a result, arc discharge starts and an arc spot appears on the surface of the cathode member 4. This arc spot is a cathode spot in arc discharge and emits light strongly.

その後、シャッター12を開ける(工程S6)。これによって、カーボン薄膜(DLC:Diamond Like Carbon)が基板20上に形成される。そして、プラズマ装置10の操作者によって、放電が停止したか否かが判定される(工程S7)。アークスポットは、強く発光しているので、プラズマ装置10の操作者は、アークスポットが光っていれば、放電が停止していないと判定し、アークスポットが光っていなければ、放電が停止したと判定する。   Thereafter, the shutter 12 is opened (step S6). Thus, a carbon thin film (DLC: Diamond Like Carbon) is formed on the substrate 20. Then, it is determined by the operator of the plasma apparatus 10 whether or not the discharge has stopped (step S7). Since the arc spot is intensely emitted, the operator of the plasma apparatus 10 determines that the discharge has not stopped if the arc spot is shining, and that the discharge has stopped if the arc spot does not shine. judge.

工程S7において、放電が停止したと判定されたとき、シャッター12を閉じ(工程S8)、その後、上述した工程S5〜S8が繰り返し実行される。   When it is determined in step S7 that the discharge has stopped, the shutter 12 is closed (step S8), and then the above-described steps S5 to S8 are repeatedly executed.

一方、工程S7において、放電が停止していないと判定されたとき、所望の時間が経過すると、シャッター12を閉じる(工程S9)。これによって、カーボン薄膜の製造が終了する。   On the other hand, when it is determined in step S7 that the discharge has not stopped, the shutter 12 is closed when a desired time has elapsed (step S9). This completes the production of the carbon thin film.

そして、上述した工程S1〜工程S9に従って製造されたカーボン薄膜には、アモルファスカーボン薄膜、ダイヤモンドライクカーボン薄膜、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜、非晶質硬質炭素薄膜および硬質炭素薄膜が含まれるものとする。   And the carbon thin film manufactured according to the process S1-step S9 mentioned above shall contain an amorphous carbon thin film, a diamond-like carbon thin film, a tetrahedral amorphous carbon film, an amorphous hard carbon thin film, and a hard carbon thin film. .

なお、実施の形態1においては、電源6は、0Vの電圧を基板20に印加してもよい。また、シャッター12を開けたままでカーボン薄膜を製造してもよい。更に、磁界は、印加されなくてもよい。従って、実施の形態1によるカーボン薄膜の製造方法は、図4に示す工程S1,S4,S5を少なくとも備えていればよい。   In the first embodiment, the power supply 6 may apply a voltage of 0 V to the substrate 20. Further, the carbon thin film may be manufactured with the shutter 12 opened. Furthermore, the magnetic field may not be applied. Therefore, the carbon thin film manufacturing method according to the first embodiment only needs to include at least steps S1, S4, and S5 shown in FIG.

このように、カーボン薄膜は、直径2mmφ以上の突起部42を有し、かつ、ガラス状炭素からなる陰極部材4を用いてアーク放電によって基板20上に形成される。   As described above, the carbon thin film has the protrusions 42 having a diameter of 2 mmφ or more and is formed on the substrate 20 by arc discharge using the cathode member 4 made of glassy carbon.

その結果、突起部42における熱歪が少なくなり、陰極部材4(ガラス状炭素)は、粒界を有しないため、陰極部材4が粒界に沿って割れることを抑制できる。   As a result, the thermal strain in the protrusion 42 is reduced, and the cathode member 4 (glassy carbon) does not have a grain boundary, so that the cathode member 4 can be prevented from cracking along the grain boundary.

陰極部材4の突起部42の直径(=断面積)を変化させた実験について説明する。プラズマ装置10を用いた実験の詳細な実験条件を表1に示す。   An experiment in which the diameter (= cross-sectional area) of the protrusion 42 of the cathode member 4 is changed will be described. Table 1 shows the detailed experimental conditions of the experiment using the plasma apparatus 10.

なお、表1における軸方向磁場Bzおよび半径方向磁場Brは、Lake Shore社製410−SCT型のガウスメータを用いて陰極部材4の突起部42の先端部において測定された値である。   The axial magnetic field Bz and radial magnetic field Br in Table 1 are values measured at the tip of the protrusion 42 of the cathode member 4 using a 410-SCT type gauss meter manufactured by Lake Shore.

そして、実験においては、陰極部材4の突起部42の高さを全て10mmとし、突起部42の直径を1mmφ,2mmφ,3mmφ,5.2mmφ,6mmφと変化させたときの放電状況、放電継続時間および放電痕跡状態について調べた。   In the experiment, the discharge state and discharge duration when the heights of the protrusions 42 of the cathode member 4 are all 10 mm and the diameters of the protrusions 42 are changed to 1 mmφ, 2 mmφ, 3 mmφ, 5.2 mmφ, and 6 mmφ. And the discharge trace state was investigated.

アーク電流が40[A]であるときの実験結果を表2に示す。   Table 2 shows the experimental results when the arc current is 40 [A].

図5は、直径2mmφのガラス状炭素(突起部42)を用いた時の放電後の突起部42を示す図である。図6は、直径5.2mmφのガラス状炭素(突起部42)を用いた時の放電後の突起部42を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing the protrusion 42 after discharge when glassy carbon (projection 42) having a diameter of 2 mmφ is used. FIG. 6 is a diagram showing the protrusion 42 after discharge when glassy carbon (protrusion 42) having a diameter of 5.2 mmφ is used.

アーク電流が40[A]である場合、突起部42の直径が1mmφ(即ち、断面積=0.785mm)である場合のみ、点弧後、全体が破砕し、1sec程度で放電が停止した。そして、突起部42の直径が2mmφ,3mmφ,5.2mmφ,6mmφである場合、即ち、突起部42の断面積が3.140mm,7.065mm,21.226mm,28.260mmである場合については、安定したスパークレス放電が40[sec]にわたって継続したことを確認した後に強制消弧した。強制消弧した後、真空容器1を大気開放し、陰極部材4のガラス状炭素を確認した結果、突起部42の直径が2mmφ,3mmφ,5.2mmφ,6mmφである場合、即ち、突起部42の断面積が3.140mm,7.065mm,21.226mm,28.260mmである場合については、陰極部材4の突起部42の側面にスパイラル状の放電痕跡が確認された(図5,6参照)。When the arc current is 40 [A], only when the diameter of the protrusion 42 is 1 mmφ (that is, the cross-sectional area = 0.785 mm 2 ), the whole is crushed after the ignition and the discharge is stopped in about 1 sec. . And when the diameter of the projection part 42 is 2 mmφ, 3 mmφ, 5.2 mmφ, 6 mmφ, that is, the cross-sectional area of the projection part 42 is 3.140 mm 2 , 7.065 mm 2 , 21.226 mm 2 , 28.260 mm 2 . In some cases, forcible extinguishing was performed after confirming that stable sparkless discharge continued for 40 [sec]. After forcibly extinguishing the arc, the vacuum chamber 1 is opened to the atmosphere, and the glassy carbon of the cathode member 4 is confirmed. As a result, when the diameter of the protrusion 42 is 2 mmφ, 3 mmφ, 5.2 mmφ, 6 mmφ, the cross-sectional area 3.140mm 2, 7.065mm 2, 21.226mm 2 , the case is 28.260Mm 2, the discharge traces of spiral was observed on the side surface of the protrusion 42 of the cathode member 4 (FIG. 5 and 6).

このように、突起部42を備えた陰極部材4を用いてアーク放電を発生させた場合、アークスポットが永久磁石5からの磁場によって突起部42の表面をスパイラル状に移動する。その結果、アークスポットが本体部41へ移動することも無い。従って、放電後にスパイラル状の放電痕が突起部42に形成されているのが、アークスポットの本体部41への移動が発生しない根拠である。   As described above, when arc discharge is generated using the cathode member 4 provided with the protruding portion 42, the arc spot moves spirally on the surface of the protruding portion 42 by the magnetic field from the permanent magnet 5. As a result, the arc spot does not move to the main body 41. Therefore, the fact that the spiral discharge trace is formed on the protrusion 42 after the discharge is the basis for the movement of the arc spot to the main body 41 does not occur.

突起部42の直径が1mmφである場合のみ、全体が破砕したことについては、突起部42が熱応力に耐えることが出来なかったためと考えられる。   Only when the diameter of the protruding portion 42 is 1 mmφ, the fact that the entire portion was crushed is considered to be because the protruding portion 42 could not withstand thermal stress.

熱応力を発生させる熱量は、アークスポットからの伝熱成分(アーク電流が同一であれば同一な熱量となる。)、およびアーク電流が突起部42を流れるときのジュール発熱成分である。ジュール発熱成分は、アーク電流が一定であれば、突起部42の断面積が小さいほど大きくなる。従って、断面積が小さいほど、突起部42の熱量は、大きくなる。   The amount of heat that generates thermal stress is a heat transfer component from the arc spot (the same amount of heat if the arc current is the same) and a Joule heat generation component when the arc current flows through the protrusion 42. If the arc current is constant, the Joule heat generation component increases as the cross-sectional area of the protrusion 42 decreases. Accordingly, the smaller the cross-sectional area, the greater the amount of heat of the protrusion 42.

その結果、断面積が0.785mmである場合のみ、突起部42に発生する熱量による熱応力に耐えることが出来なかったものと考えられる。As a result, it is considered that only when the cross-sectional area is 0.785 mm 2 , the thermal stress due to the amount of heat generated in the protrusion 42 could not be withstood.

アーク電流が80[A]であるときの実験結果を表3に示す。   Table 3 shows the experimental results when the arc current is 80 [A].

アーク電流が80[A]である場合、突起部42の直径が1mmφ,2mmφである場合、即ち、突起部42の断面積が0.785mm,3.140mmである場合、点弧後、全体が破砕し、1sec程度で放電が停止した。そして、突起部42の直径が3mmφ,5.2mmφ,6mmφである場合、即ち、突起部42の断面積が7.065mm,21.226mm,28.260mmである場合については、安定したスパークレス放電が40[sec]にわたって継続したことを確認した後に強制消弧した。強制消弧した後、真空容器1を大気開放し、陰極部材4のガラス状炭素を確認した結果、突起部42の直径が3mmφ,5.2mmφ,6mmφである場合については、陰極部材4の突起部42の側面にスパイラル状の放電痕跡が確認された。If the arc current is 80 [A], when the diameter of the protrusion 42 is 1 mm in diameter, is 2 mm, i.e., if the cross-sectional area of the projecting portion 42 is 0.785 mm 2, a 3.140Mm 2, after ignition, The whole was crushed and the discharge stopped in about 1 sec. And when the diameter of the protrusion 42 is 3 mmφ, 5.2 mmφ, 6 mmφ, that is, when the cross-sectional area of the protrusion 42 is 7.065 mm 2 , 21.226 mm 2 , 28.260 mm 2 , it is stable. After confirming that the sparkless discharge continued for 40 [sec], the arc was forcibly extinguished. After forcibly extinguishing the arc, the vacuum chamber 1 is opened to the atmosphere, and the glassy carbon of the cathode member 4 is confirmed. As a result, when the diameter of the protrusion 42 is 3 mmφ, 5.2 mmφ, 6 mmφ, Spiral discharge traces were confirmed on the side surfaces of the portion 42.

突起部42の直径が1mmφ,2mmφである場合、即ち、突起部42の断面積が0.785mm,3.140mmである場合、全体が破砕したことについては、突起部42が熱応力に耐えることが出来なかったためと考えられる。When the diameter of the protruding portion 42 is 1 mmφ, 2 mmφ, that is, when the sectional area of the protruding portion 42 is 0.785 mm 2 or 3.140 mm 2 , the protruding portion 42 is subjected to thermal stress when the whole is crushed. This is probably because he could not endure.

アーク電流が100[A]であるときの実験結果を表4に示す。   Table 4 shows the experimental results when the arc current is 100 [A].

アーク電流が100[A]である場合の実験結果は、アーク電流が80[A]である場合の実験結果と同じであった。   The experimental result when the arc current was 100 [A] was the same as the experimental result when the arc current was 80 [A].

上述した実験結果により、アーク電流が40[A]である場合において、陰極部材4の突起部42の断面積が0.785mmよりも大きいとき、良好な放電を実現することができ、アーク電流が80A,100Aである場合において、陰極部材4の突起部42の断面積が3.140mmよりも大きいとき、良好な放電を実現することができた。From the experimental results described above, when the arc current is 40 [A], when the cross-sectional area of the protrusion 42 of the cathode member 4 is larger than 0.785 mm 2 , good discharge can be realized, and the arc current can be realized. When the cross-sectional area of the protrusion 42 of the cathode member 4 is larger than 3.140 mm 2 , good discharge can be realized.

アーク電流が40[A]である場合にも、良好な放電を実現できることから、陰極部材4の突起部42の断面積は、0.785mmよりも大きければよいことが実証された。Even when the arc current is 40 [A], good discharge can be realized. Thus, it was proved that the cross-sectional area of the protrusion 42 of the cathode member 4 should be larger than 0.785 mm 2 .

また、陰極部材4の突起部42の断面積は、アーク電流が40[A],80[A],100[A]のいずれであっても良好な放電を実現できる観点からは、好ましくは、3.140mmよりも大きい。In addition, the cross-sectional area of the protruding portion 42 of the cathode member 4 is preferably from the viewpoint of realizing good discharge even when the arc current is 40 [A], 80 [A], or 100 [A], 3. Greater than 140 mm 2 .

また、この発明の実施の形態においては、放電の継続時間が40[sec]であるものを良好な放電と判定しているが、これは、突起部42の長さが20[mm]であるときに放電によって突起部42の一部が長さ方向において消耗するときの時間である。その結果、突起部42の長さを20[mm]よりも長くすれば、放電の継続時間は、40[sec]よりも長くなり、良好な放電であるか否かを判定する時間も、40[sec]よりも長くなる。   In the embodiment of the present invention, a discharge having a discharge duration of 40 [sec] is determined as a good discharge. This is because the length of the protrusion 42 is 20 [mm]. This is the time when a part of the protrusion 42 is consumed in the length direction due to discharge. As a result, if the length of the protrusion 42 is longer than 20 [mm], the duration of the discharge becomes longer than 40 [sec], and the time for determining whether or not the discharge is good is 40 It becomes longer than [sec].

このように、この発明の実施の形態においては、陰極部材4の突起部42の一部が長さ方向にわたって放電によって消耗したときの突起部42の断面積を好適な断面積として決定している。   As described above, in the embodiment of the present invention, the cross-sectional area of the protrusion 42 when a part of the protrusion 42 of the cathode member 4 is consumed by discharge over the length direction is determined as a suitable cross-sectional area. .

従って、放電の継続時間が40[sec]である場合は、放電の継続時間が約1[sec]である場合に比べ、放電の意義が飛躍的に大きい。   Therefore, when the discharge duration is 40 [sec], the significance of the discharge is significantly greater than when the discharge duration is about 1 [sec].

よって、3.140mm以上の突起部42の断面積は、放電の継続時間が約1[sec]であるときの突起部42の断面積に比べ、臨界的意義を有する。Therefore, the cross-sectional area of the protrusions 42 of 3.140 mm 2 or more has a critical significance compared to the cross-sectional area of the protrusions 42 when the discharge duration is about 1 [sec].

なお、良好な放電を実現するための突起部42の特徴として突起部42の断面積を用いたのは、長さ方向に垂直な方向における突起部42の断面形状は、円形に限らず、楕円形状、角部に丸み(R取り)を付けた多角形形状、パイプ等の中空形状であってもよいからである。   The reason why the cross-sectional area of the protrusion 42 is used as a feature of the protrusion 42 to achieve good discharge is that the cross-sectional shape of the protrusion 42 in the direction perpendicular to the length direction is not limited to a circle but an ellipse. This is because it may be a shape, a polygonal shape with rounded corners (R removal), or a hollow shape such as a pipe.

また、陰極部材4の熱衝撃抵抗Rは、好ましくは7.9より大きく、より好ましくは12.2以上である。熱衝撃抵抗Rは、次の式(1)で定義される。下記式(1)において、σは曲げ強度[MPa]、λは熱伝導率[W/mK]、αは熱膨張率[/106K]、Eはヤング率[GPa]である。
Further, the thermal shock resistance R of the cathode member 4 is preferably larger than 7.9, more preferably 12.2 or more. The thermal shock resistance R is defined by the following formula (1). In the following formula (1), σ is the bending strength [MPa], λ is the thermal conductivity [W / mK], α is the thermal expansion coefficient [/ 106K], and E is the Young's modulus [GPa].

陰極部材4は、熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きいため、真空アーク放電の際に急激な温度上昇が生じ、大きな熱応力が発生した場合であっても粉砕しにくい。したがって、陰極部材4を用いることにより、安定したスパークレス放電の継続を期待することができる。   Since the cathode member 4 has a thermal shock resistance R larger than 7.9, a rapid temperature rise occurs during vacuum arc discharge, and even when a large thermal stress is generated, it is difficult to pulverize. Therefore, the use of the cathode member 4 can be expected to continue stable sparkless discharge.

以下、陰極部材4の熱衝撃抵抗を変化させた実験について説明する。   Hereinafter, an experiment in which the thermal shock resistance of the cathode member 4 is changed will be described.

プラズマ装置100を使用し、表1に示す試験条件においてアーク電流が80[A]である場合、表5に示す試験条件で、4種類の陰極部材(比較例1、実施例1、実施例2、及び実施例3)それぞれについて真空アーク放電試験を行った。比較例1、実施例1、実施例2、及び実施例3の陰極部材は、ガラス状炭素からなり、略同一寸法の円柱状である。実施例1、実施例2、及び実施例3の各陰極部材は、実施の形態1において陰極部材4の突起部42に相当する。   When the plasma apparatus 100 is used and the arc current is 80 [A] under the test conditions shown in Table 1, four types of cathode members (Comparative Example 1, Example 1, Example 2) are tested under the test conditions shown in Table 5. And Example 3) A vacuum arc discharge test was conducted for each. The cathode members of Comparative Example 1, Example 1, Example 2, and Example 3 are made of glassy carbon and have a columnar shape with substantially the same dimensions. Each cathode member of Example 1, Example 2, and Example 3 corresponds to the protrusion 42 of the cathode member 4 in the first embodiment.

各陰極部材の曲げ強度σ、熱伝導率λ、熱膨張率α、ヤング率E、及び熱衝撃抵抗Rを表5に示す。表5に示す各陰極部材の曲げ強度σ、熱伝導率λ、熱膨張率α、ヤング率Eは、いずれも20〜30℃程度における値である。表5に示す各熱衝撃抵抗Rは、曲げ強度σ、熱伝導率λ、熱膨張率α、ヤング率Eの値を用いて、上述の式(1)により算出したものである。   Table 5 shows the bending strength σ, thermal conductivity λ, thermal expansion coefficient α, Young's modulus E, and thermal shock resistance R of each cathode member. The bending strength σ, thermal conductivity λ, thermal expansion coefficient α, and Young's modulus E of each cathode member shown in Table 5 are values at about 20 to 30 ° C. Each thermal shock resistance R shown in Table 5 is calculated by the above formula (1) using the values of bending strength σ, thermal conductivity λ, thermal expansion coefficient α, and Young's modulus E.

この実施例での真空アーク放電試験の結果を表6に示す。比較例1、実施例1、実施例2、及び実施例3の陰極部材それぞれについて真空アーク放電試験を3回ずつ実施した所、3回とも同一の結果となった。   The results of the vacuum arc discharge test in this example are shown in Table 6. When the vacuum arc discharge test was performed three times for each of the cathode members of Comparative Example 1, Example 1, Example 2, and Example 3, the same result was obtained for all three times.

比較例1の陰極部材は、放電点弧後、瞬時に粉砕して放電が停止した。真空アーク放電試験後における比較例1の陰極部材を図7に示す。比較例1の陰極部材は、熱衝撃抵抗Rが7.9と低く、放電点弧した際の急激な温度上昇に耐えることができなかったため、放電点弧後、瞬時に粉砕する結果となった。   The cathode member of Comparative Example 1 was crushed instantaneously after the discharge was ignited, and the discharge was stopped. The cathode member of Comparative Example 1 after the vacuum arc discharge test is shown in FIG. The cathode member of Comparative Example 1 had a thermal shock resistance R as low as 7.9 and could not withstand a rapid temperature rise when the discharge was ignited. .

一方、熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きい実施例1、実施例1、及び実施例3の陰極部材では、安定したスパークレス放電が発生した。したがって、陰極部材の熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きい場合、スパークレス放電が安定して継続することがわかる。   On the other hand, in the cathode members of Examples 1, 1 and 3 having a thermal shock resistance R greater than 7.9, stable sparkless discharge occurred. Therefore, it can be seen that when the thermal shock resistance R of the cathode member is larger than 7.9, the sparkless discharge continues stably.

実施例1、実施例2、及び実施例3については、安定したスパークレス放電が40秒に亘って継続したことを確認した後、強制消弧した。強制消弧後、真空容器1を大気開放して各陰極部材の確認を行った。   About Example 1, Example 2, and Example 3, after confirming that the stable sparkless discharge continued over 40 seconds, it forcibly extinguished. After forced extinction, the vacuum vessel 1 was opened to the atmosphere and each cathode member was confirmed.

実施例1、実施例2、及び実施例3の陰極部材は、いずれも側面にスパイラル状の放電痕跡が残っていた。この点から、真空アーク放電中、実施例1、実施例2、及び実施例3の陰極部材の側面をアークスポットがスパイラル状に移動したことがわかる。つまり、実施例1、実施例2、及び実施例3の陰極部材は、陰極部材以外の部分へのアークスポットの移動を抑制していると評価することができる。図8は、真空アーク放電試験後における実施例1の陰極部材の写真である。   As for the cathode member of Example 1, Example 2, and Example 3, the spiral-shaped discharge trace remained in all the side surfaces. From this point, it can be seen that the arc spot moved spirally on the side surfaces of the cathode members of Example 1, Example 2, and Example 3 during the vacuum arc discharge. That is, it can be evaluated that the cathode members of Example 1, Example 2, and Example 3 suppress the movement of the arc spot to a part other than the cathode member. FIG. 8 is a photograph of the cathode member of Example 1 after the vacuum arc discharge test.

[実施の形態2]
図9は、実施の形態2によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図9を参照して、実施の形態2によるプラズマ装置100は、図1に示すプラズマ装置10に、アーク式蒸発源103と、電源105,106と、抵抗107と、トリガー電極108と、真空容器110と、コイル120〜122とを追加したものであり、その他は、プラズマ装置10と同じである。
[Embodiment 2]
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the plasma device according to the second embodiment. Referring to FIG. 9, plasma apparatus 100 according to the second embodiment is similar to plasma apparatus 10 shown in FIG. 1, except that arc evaporation source 103, power supplies 105 and 106, resistor 107, trigger electrode 108, and vacuum vessel. 110 and coils 120 to 122 are added, and the rest is the same as the plasma apparatus 10.

なお、プラズマ装置100においては、真空容器1は、ガス供給口13を有する。   In the plasma apparatus 100, the vacuum container 1 has a gas supply port 13.

真空容器110は、円弧状に湾曲した筒状部材からなる。また、真空容器110は、開口部110Aおよび壁110B,110C,100Dを有する。そして、真空容器110は、開口部110A側の一方端が真空容器1の側壁を貫通するように真空容器1の側壁に固定される。その結果、真空容器110の内部空間は、真空容器1の内部空間と連通する。   The vacuum vessel 110 is formed of a cylindrical member that is curved in an arc shape. The vacuum vessel 110 has an opening 110A and walls 110B, 110C, and 100D. The vacuum container 110 is fixed to the side wall of the vacuum container 1 so that one end on the opening 110 </ b> A side penetrates the side wall of the vacuum container 1. As a result, the internal space of the vacuum vessel 110 communicates with the internal space of the vacuum vessel 1.

アーク式蒸発源103は、真空容器110の壁110Dに固定される。そして、アーク式蒸発源103は、電源105の負極に接続される。   The arc evaporation source 103 is fixed to the wall 110 </ b> D of the vacuum vessel 110. The arc evaporation source 103 is connected to the negative electrode of the power source 105.

陰極部材104は、アーク式蒸発源103の基板20側の表面に固定される。そして、陰極部材104は、円盤形状を有し、周期律表4A、5A、6A族元素、B、Siから選ばれた少なくとも1つの元素およびこれらの窒化物のいずれかからなる。   The cathode member 104 is fixed to the surface of the arc evaporation source 103 on the substrate 20 side. The negative electrode member 104 has a disk shape and is made of at least one element selected from the periodic table 4A, 5A, and 6A group elements, B, and Si, and any of these nitrides.

電源105は、アーク式蒸発源103と接地ノードGNDとの間に接続される。電源106は、真空容器110と接地ノードGNDとの間に接続される。   Power source 105 is connected between arc evaporation source 103 and ground node GND. Power supply 106 is connected between vacuum vessel 110 and ground node GND.

トリガー電極108は、一方端側が真空容器110の壁110Dを介して真空容器110内に配置され、陰極部材104に対向する。そして、トリガー電極108の他方端は、抵抗107に接続される。また、トリガー電極108は、例えば、Moからなる。   One end of the trigger electrode 108 is disposed in the vacuum container 110 via the wall 110 </ b> D of the vacuum container 110 and faces the cathode member 104. The other end of the trigger electrode 108 is connected to the resistor 107. The trigger electrode 108 is made of Mo, for example.

抵抗107は、トリガー電極108と接地ノードGNDとの間に接続される。   Resistor 107 is connected between trigger electrode 108 and ground node GND.

コイル120は、陰極部材104の近傍において、真空容器110の周囲に配置される。そして、コイル120の両端は、電源(図示せず)に接続される。コイル120は、プラズマを引き出すために設けられる。   The coil 120 is disposed around the vacuum vessel 110 in the vicinity of the cathode member 104. The both ends of the coil 120 are connected to a power source (not shown). The coil 120 is provided for extracting plasma.

コイル121は、真空容器110の開口部110Aと壁110Dとの略中央部において、真空容器110の周囲に配置される。そして、コイル121の両端は、電源(図示せず)に接続される。コイル121は、真空容器110の円弧状に沿ってプラズマを曲げるために設けられる。   The coil 121 is disposed around the vacuum vessel 110 at a substantially central portion between the opening 110A of the vacuum vessel 110 and the wall 110D. The both ends of the coil 121 are connected to a power source (not shown). The coil 121 is provided to bend the plasma along the arc shape of the vacuum vessel 110.

コイル122は、真空容器110の開口部110Aの近傍において、真空容器110の周囲に配置される。そして、コイル122の両端は、電源(図示せず)に接続される。コイル122は、プラズマを収束するために設けられる。   The coil 122 is disposed around the vacuum container 110 in the vicinity of the opening 110 </ b> A of the vacuum container 110. The both ends of the coil 122 are connected to a power source (not shown). The coil 122 is provided for converging the plasma.

電源(図示せず)によってコイル120〜122に電流が流れると、コイル120〜122は、真空容器110の内部に磁界を発生する。この磁界は、陰極部材104の突起部1042から飛び出したイオンを真空容器110に沿って円弧状に曲げ、イオンを基板20に到達させる。陰極部材104から飛び出したパーティクルおよび中性粒子は、真空容器110の壁110B,110Cに衝突し、基板20に到達しない。   When a current flows through the coils 120 to 122 by a power source (not shown), the coils 120 to 122 generate a magnetic field inside the vacuum vessel 110. This magnetic field bends ions that have jumped out of the protrusion 1042 of the cathode member 104 into an arc shape along the vacuum container 110, and causes the ions to reach the substrate 20. The particles and neutral particles that have jumped out of the cathode member 104 collide with the walls 110 </ b> B and 110 </ b> C of the vacuum vessel 110 and do not reach the substrate 20.

従って、プラズマ装置100を用いれば、極めてパーティクルの少ない、即ち、表面粗さの極めて小さいカーボン薄膜を製造できる。   Therefore, if the plasma apparatus 100 is used, a carbon thin film having very few particles, that is, a very small surface roughness can be produced.

また、プラズマ装置100を用いれば、不純物の少ない、高品質なカーボン薄膜を製造できる。   Moreover, if the plasma apparatus 100 is used, a high-quality carbon thin film with few impurities can be manufactured.

図10は、図9に示すプラズマ装置100によって製造されるカーボン薄膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)の断面図である。図10を参照して、カーボン薄膜50は、基板20と、中間層30,35と、カーボン膜40とを含む。   FIG. 10 is a cross-sectional view of a carbon thin film (diamond-like carbon film) manufactured by the plasma apparatus 100 shown in FIG. Referring to FIG. 10, carbon thin film 50 includes a substrate 20, intermediate layers 30 and 35, and carbon film 40.

中間層30は、基板20の一主面上に形成される。中間層30は、周期律表4A、5A、6A族元素、B、Siから選ばれた少なくとも1つの元素およびこれらの窒化物のいずれかからなる。4A,5A,6A族元素としては、特にCr,Ti,Wが好ましく、CrNやTiNなどの窒化物を用いることもできる。   The intermediate layer 30 is formed on one main surface of the substrate 20. The intermediate layer 30 is composed of at least one element selected from the periodic table 4A, 5A, and 6A group elements, B, and Si, and nitrides thereof. As the 4A, 5A, and 6A group elements, Cr, Ti, and W are particularly preferable, and nitrides such as CrN and TiN can also be used.

中間層35は、ダイヤモンドライクカーボンからなり、中間層30に接して形成される。   The intermediate layer 35 is made of diamond-like carbon and is formed in contact with the intermediate layer 30.

カーボン膜40は、中間層35に接して形成される。   The carbon film 40 is formed in contact with the intermediate layer 35.

図11は、図9に示すプラズマ装置100を用いたカーボン薄膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)の製造方法を示す工程図である。   FIG. 11 is a process diagram showing a method of manufacturing a carbon thin film (diamond-like carbon film) using the plasma apparatus 100 shown in FIG.

図11に示す工程図は、図4に示す工程図に工程S11〜工程S16を追加したものであり、その他は、図4に示す工程図と同じである。   The process diagram shown in FIG. 11 is obtained by adding steps S11 to S16 to the process diagram shown in FIG. 4, and the other processes are the same as the process diagram shown in FIG.

図11を参照して、カーボン薄膜50の製造が開始されると、周期律表4A、5A、6A族元素、B、Siから選ばれた少なくとも1つの元素およびこれらの窒化物のいずれかからなる金属製の陰極部材104をアーク式蒸発源103に取り付ける(工程S11)。   Referring to FIG. 11, when the production of carbon thin film 50 is started, it consists of at least one element selected from periodic table 4A, 5A, 6A group element, B, Si, and any of these nitrides. The metal cathode member 104 is attached to the arc evaporation source 103 (step S11).

そして、基板20に負の電圧を印加する(ステップS12)。その後、プラズマを引き出すための磁場をコイル120によって印加し、プラズマを収束させるための磁場をコイル122によって印加し、更に、陰極部材14から放出されるイオン(Crイオン等)のみを円弧状の真空容器110に沿って曲げるための磁場をコイル121によって印加する(工程S13)。   Then, a negative voltage is applied to the substrate 20 (step S12). Thereafter, a magnetic field for extracting plasma is applied by the coil 120, a magnetic field for converging the plasma is applied by the coil 122, and only ions (Cr ions, etc.) emitted from the cathode member 14 are vacuumed in an arc shape. A magnetic field for bending along the container 110 is applied by the coil 121 (step S13).

そして、アーク式蒸発源103に負の電圧を印加する(工程S14)。引き続いて、トリガー電極108を陰極部材104に接触させ(工程S15)、その後、トリガー電極108を陰極部材104から引き離す。   Then, a negative voltage is applied to the arc evaporation source 103 (step S14). Subsequently, the trigger electrode 108 is brought into contact with the cathode member 104 (step S15), and then the trigger electrode 108 is pulled away from the cathode member 104.

これにより、アーク放電が発生し、所望の膜厚を有する中間層30が基板20上に形成される(工程S16)。   Thereby, arc discharge occurs and the intermediate layer 30 having a desired film thickness is formed on the substrate 20 (step S16).

その後、基板20を180度回転して保持し、上述した工程S1〜工程S9を順次実行し、ダイヤモンドライクカーボンからなる中間層35を中間層30上に形成し、その後、カーボン膜40を中間層35上に形成する。これによって、一連の動作が終了する。   Thereafter, the substrate 20 is rotated 180 degrees and held, and the above-described steps S1 to S9 are sequentially performed to form the intermediate layer 35 made of diamond-like carbon on the intermediate layer 30, and then the carbon film 40 is formed on the intermediate layer. 35 is formed. As a result, a series of operations is completed.

図11に示す工程図は、実施の形態1において説明した工程S1〜S9を含むので、図11に示す工程図に従ってカーボン薄膜を製造すれば、実施の形態1と同じように、陰極部材4が割れるのを防止して、安定したスパークレス放電によってカーボン薄膜を製造できる。   11 includes the steps S1 to S9 described in the first embodiment. Therefore, if the carbon thin film is manufactured according to the process diagram shown in FIG. 11, the cathode member 4 is formed as in the first embodiment. The carbon thin film can be produced by preventing sparks and performing stable sparkless discharge.

なお、カーボン薄膜50の製造においては、図11に示す工程S11〜工程S16に代えて、スパッタリング法によって中間層30を基板20上に形成してもよい。即ち、中間層30は、陰極部材104から基板20までの間に配置された円弧状に湾曲した筒状部材からなる真空容器110の内部に陰極部材104から放出されるイオン(Crイオン等)を前記真空容器110に沿って円弧状に曲げ、陰極部材104から放出されるイオン(Crイオン等)を基板20に到達させるスパッタリング法によって形成されてもよい。   In the manufacture of the carbon thin film 50, the intermediate layer 30 may be formed on the substrate 20 by a sputtering method instead of the steps S11 to S16 shown in FIG. That is, the intermediate layer 30 allows ions (Cr ions or the like) emitted from the cathode member 104 to enter the vacuum vessel 110 formed of a cylindrical member curved in an arc shape disposed between the cathode member 104 and the substrate 20. It may be formed by a sputtering method in which ions (Cr ions or the like) emitted from the cathode member 104 reach the substrate 20 by bending in a circular arc along the vacuum vessel 110.

さらには、スパッタリング法で形成される中間層の表面形状は、アーク法と比較して平滑である。したがって、スパッタリング法で陰極部材104から基板20までの間に配置された円弧状に湾曲した筒状部材を用いずに、陰極部材104から基板20まで、陰極部材104から放出されるイオンを直線的に基板20に到達させて、中間層30を形成してもよい。   Furthermore, the surface shape of the intermediate layer formed by the sputtering method is smooth compared to the arc method. Therefore, ions emitted from the cathode member 104 are linearly distributed from the cathode member 104 to the substrate 20 without using the arcuate cylindrical member disposed between the cathode member 104 and the substrate 20 by sputtering. The intermediate layer 30 may be formed by reaching the substrate 20.

また、工程S11の前に、陰極部材104から放出されるイオンによって基板20をイオンボンバード処理してもよい。   Further, the substrate 20 may be subjected to ion bombardment treatment with ions emitted from the cathode member 104 before step S11.

(実施例)
以下、実施の形態2における実施例を説明する。
(Example)
Hereinafter, examples in the second embodiment will be described.

実施例においては、陰極部材4からアーク放電を発生させる方法をSLA法と言い、陰極部材104からアーク放電を発生させる方法をFVA法と言う。   In the embodiment, a method of generating arc discharge from the cathode member 4 is referred to as an SLA method, and a method of generating arc discharge from the cathode member 104 is referred to as an FVA method.

そして、実施例においては、FVA法を用いて基板20をイオンボンバード処理し、その後、FVA法を用いて中間層30を基板20上に堆積し、SLA法を用いて30nmの中間層35を中間層30上に形成し、最後に、SLA法を用いてカーボン膜(ダイヤモンドライクカーボン)40を中間層35上に形成して、カーボン薄膜50を作製した。カーボン膜(ダイヤモンドライクカーボン)40の膜厚は、0.24μmである。   In the embodiment, the substrate 20 is ion bombarded by using the FVA method, and then the intermediate layer 30 is deposited on the substrate 20 by using the FVA method, and the intermediate layer 35 having a thickness of 30 nm is formed by using the SLA method. A carbon film (diamond-like carbon) 40 was formed on the intermediate layer 35 by using the SLA method to form the carbon thin film 50. The film thickness of the carbon film (diamond-like carbon) 40 is 0.24 μm.

なお、実施例においては、陰極部材4の突起部42は、直径R2が3mmφであり、高さH2が70mmである。   In the embodiment, the protruding portion 42 of the cathode member 4 has a diameter R2 of 3 mmφ and a height H2 of 70 mm.

カーボン薄膜50の具体的な製造方法は、次のとおりである。
1)保持部材2に基板20を装着する。
2)真空容器1,110内を図示していないロータリーポンプ、ターボ分子ポンプおよびコールドトラップによって9.9×10−3Paまで真空排気する。
3)真空容器1,110内にArガスをガス供給口13から流し、図示していない圧力調整バルブにて真空容器1,110内の圧力を0.5Paに調整する。
4)保持部材2を回転し、電源6により−800Vのバイアス電圧を基板20に印加する。
5)コイル120〜122の各々に40Aの直流を流す。
6)電源106により+15Vの電圧を真空容器110に印加する。
7)電源105により70Aのアーク電流を流し、トリガー電極108によって陰極部材104に放電点弧し、FVA法によって基板20のイオンボンバード処理を90秒間実施する。
8) Arガスを停止し、真空容器1,110内を9.9×10−3Paまで真空排気後、電源6によって、−100Vのバイアス電圧を基板20に印加する。
9)コイル120〜122の各々に40Aの直流を流す。
10)保持部材2を回転し、電源106によって真空容器110に+15Vの電圧を印加する。
11)電源105により70Aのアーク電流を流し、トリガー電極108によって陰極部材104に放電点弧し、FVA法によって、12分間、中間層を成膜する。この場合、中間層の膜厚は、30nmである。
12)コイル120〜122に電流を流すのを停止し、電源105を停止する。
13)電源106を停止する。
14)トリガー電極8によって陰極材料4に放電点弧し、表7に示す成膜条件I,IIの順でSLA法にて0.27μmのカーボン膜(ダイヤモンドライクカーボン)を成膜する。
A specific method for manufacturing the carbon thin film 50 is as follows.
1) The substrate 20 is mounted on the holding member 2.
2) The inside of the vacuum vessel 1 110 is evacuated to 9.9 × 10 −3 Pa by a rotary pump, a turbo molecular pump and a cold trap not shown.
3) Ar gas is allowed to flow from the gas supply port 13 into the vacuum vessel 1 and 110, and the pressure inside the vacuum vessel 1 and 110 is adjusted to 0.5 Pa by a pressure adjustment valve (not shown).
4) The holding member 2 is rotated, and a bias voltage of −800 V is applied to the substrate 20 by the power source 6.
5) A 40 A direct current is passed through each of the coils 120-122.
6) A voltage of +15 V is applied to the vacuum vessel 110 by the power source 106.
7) An arc current of 70 A is supplied from the power source 105, the discharge is ignited to the cathode member 104 by the trigger electrode 108, and ion bombarding of the substrate 20 is performed for 90 seconds by the FVA method.
8) The Ar gas is stopped, the inside of the vacuum vessel 1 110 is evacuated to 9.9 × 10 −3 Pa, and a bias voltage of −100 V is applied to the substrate 20 by the power source 6.
9) A 40 A direct current is passed through each of the coils 120-122.
10) The holding member 2 is rotated, and a voltage of +15 V is applied to the vacuum vessel 110 by the power source 106.
11) An arc current of 70 A is passed by the power source 105, the discharge is ignited to the cathode member 104 by the trigger electrode 108, and an intermediate layer is formed for 12 minutes by the FVA method. In this case, the film thickness of the intermediate layer is 30 nm.
12) Stop the flow of current through the coils 120 to 122, and stop the power source 105.
13) Stop the power supply 106.
14) The cathode material 4 is ignited by the trigger electrode 8 and a 0.27 μm carbon film (diamond-like carbon) is formed by the SLA method in the order of film formation conditions I and II shown in Table 7.

従来のFVA法で形成したカーボン薄膜の評価を表8に示す。   Table 8 shows the evaluation of the carbon thin film formed by the conventional FVA method.

表8において、比較例2〜4は、ダイヤモンドライクカーボンからなる中間層35およびカーボン膜40をFVA法で形成したものであり、比較例5は、中間層35を形成せずにカーボン膜40をFVA法で形成したものである。比較例2〜4においては、中間層35の膜厚は、30nmであり、比較例2〜5において、全体の膜厚は、300nmである。   In Table 8, Comparative Examples 2 to 4 are obtained by forming the intermediate layer 35 and the carbon film 40 made of diamond-like carbon by the FVA method. In Comparative Example 5, the carbon film 40 is formed without forming the intermediate layer 35. It is formed by the FVA method. In Comparative Examples 2 to 4, the film thickness of the intermediate layer 35 is 30 nm, and in Comparative Examples 2 to 5, the entire film thickness is 300 nm.

中間層30を従来のアーク法で形成し、カーボン膜40をFVA法で形成したカーボン薄膜の評価を表9に示す。図12は、従来のアーク法を用いたプラズマ装置の概略図である。図12に示すプラズマ装置1000は、図9に示すプラズマ装置100の陰極部材4を陰極部材1001に代えたものであり、その他は、プラズマ装置100と同じである。陰極部材1001は、直径が64mmφであり、厚みが25mmであるCrからなる。そして、この発明の実施の形態においては、従来のアーク法とは、陰極部材1001を用いてアーク放電させることを言う。   Table 9 shows the evaluation of the carbon thin film in which the intermediate layer 30 is formed by the conventional arc method and the carbon film 40 is formed by the FVA method. FIG. 12 is a schematic view of a plasma apparatus using a conventional arc method. The plasma apparatus 1000 shown in FIG. 12 is the same as the plasma apparatus 100 except that the cathode member 4 of the plasma apparatus 100 shown in FIG. The cathode member 1001 is made of Cr having a diameter of 64 mmφ and a thickness of 25 mm. In the embodiment of the present invention, the conventional arc method means arc discharge using the cathode member 1001.

表9において、比較例6〜8は、中間層30を従来のアーク法で形成し、カーボン膜40をFVA法で形成したものである。そして、比較例6〜8においては、中間層30の材質は、それぞれ、Cr,W,Tiである。また、比較例6〜8において、中間層30の膜厚は、30nmであり、全体の膜厚は、300nmである。   In Table 9, in Comparative Examples 6 to 8, the intermediate layer 30 is formed by the conventional arc method, and the carbon film 40 is formed by the FVA method. And in the comparative examples 6-8, the material of the intermediate | middle layer 30 is Cr, W, and Ti, respectively. Moreover, in Comparative Examples 6-8, the film thickness of the intermediate | middle layer 30 is 30 nm, and the whole film thickness is 300 nm.

SLA法で形成したカーボン薄膜の評価を表10に示す。   Table 10 shows the evaluation of the carbon thin film formed by the SLA method.

表10において、実施例2〜4は、ダイヤモンドライクカーボンからなる中間層35およびカーボン膜40をSLA法で形成したものであり、実施例5は、中間層35を形成せずにカーボン膜40をSLA法で形成したものである。実施例2〜5においては、中間層35の膜厚は、30nmであり、実施例2〜5において、全体の膜厚は、300nmである。   In Table 10, in Examples 2 to 4, the intermediate layer 35 and the carbon film 40 made of diamond-like carbon were formed by the SLA method, and in Example 5, the carbon film 40 was formed without forming the intermediate layer 35. It is formed by the SLA method. In Examples 2-5, the film thickness of the intermediate layer 35 is 30 nm, and in Examples 2-5, the total film thickness is 300 nm.

中間層30をFVA法で形成し、カーボン膜40をSLA法で形成したカーボン薄膜の評価を表11に示す。   Table 11 shows the evaluation of the carbon thin film in which the intermediate layer 30 is formed by the FVA method and the carbon film 40 is formed by the SLA method.

表11において、実施例6〜11は、中間層30をFVA法で形成し、カーボン膜40をSLA法で形成したものである。そして、実施例6〜11においては、中間層30の材質は、それぞれ、Cr,Cr,Cr,CrN,W,Tiである。また、実施例6〜11において、中間層30の膜厚は、30nmであり、全体の膜厚は、300nmである。   In Table 11, in Examples 6 to 11, the intermediate layer 30 is formed by the FVA method, and the carbon film 40 is formed by the SLA method. In Examples 6 to 11, the material of the intermediate layer 30 is Cr, Cr, Cr, CrN, W, and Ti, respectively. Moreover, in Examples 6-11, the film thickness of the intermediate | middle layer 30 is 30 nm, and the whole film thickness is 300 nm.

表8〜11において、面粗度指標は、触針先端半径が1.25μmである触針式表面形状測定器を用いて測定された10〜20nmの凹凸の個数を単位走査距離[mm]および単位膜厚保[nm]で除したものである。表面形状測定器は、Veeco社の型式Dektak150である。また、走査距離を5mmとし、操作時間を30秒とし、荷重を1.5mgfとした。なお、触針先端半径が1.25μmの触針を選んだ理由は、凹凸の数は触針の先端半径に依存するためである。   In Tables 8 to 11, the surface roughness index is the number of irregularities of 10 to 20 nm measured using a stylus type surface shape measuring instrument having a stylus tip radius of 1.25 μm as a unit scanning distance [mm] and The unit thickness is divided by [nm]. The surface profile measuring instrument is a model Dektak 150 from Veeco. The scanning distance was 5 mm, the operation time was 30 seconds, and the load was 1.5 mgf. The reason for selecting a stylus having a stylus tip radius of 1.25 μm is that the number of irregularities depends on the tip radius of the stylus.

密着性指標1は、ロックウェル硬さ試験機により150kgfの荷重(Cスケール)を印加して圧痕周辺のカーボン膜の剥離の有無をCCDマイクロスコープにて倍率300倍で観察して評価したものである。試験機は、Akashi社製で型式ARK-600を使用した。   The adhesion index 1 was evaluated by applying a 150 kgf load (C scale) with a Rockwell hardness tester and observing the carbon film around the indentation with a CCD microscope at a magnification of 300 times. is there. The test machine was model ARK-600 manufactured by Akashi.

密着性指標2は、ボールオンディスク型の摩擦摩耗試験機を使用し、エンジンオイル中で最大5000Nまで10N/秒で荷重を傾斜させ、摩擦係数の急峻な変化点を剥離荷重と定めて試験を実施し、基板ディスクの剥離の有無と剥離荷重(N)を求めたものである。ボールの材質は、SUJ2であり、サイズは、直径3/8インチであり、1試験につき3球を直径18mmの円周上に3等配に固定し、所定の試験荷重を加え、基板ディスクは、一定の回転数30rpmで回転させた。試験荷重は、最大5000Nになれば試験を終了した。装置は、ORIENTEC社製で型式EFM−III-ENである。エンジンオイルの種類は、出光ゼプロツーリングSN/GF5(5W−30)を試験容器に満たし、ボール及びディスク基板を浸漬させた。   Adhesion index 2 uses a ball-on-disk type friction and wear tester, inclines the load up to 5000 N in engine oil at 10 N / sec, and determines the point of sharp change in the friction coefficient as the peel load. It is carried out, and the presence / absence of peeling of the substrate disk and the peeling load (N) are obtained. The material of the ball is SUJ2, the size is 3/8 inch in diameter, 3 balls per test are fixed on a circle of 18 mm in diameter, and a predetermined test load is applied. , And rotated at a constant rotation speed of 30 rpm. The test was terminated when the test load reached 5000 N at the maximum. The apparatus is model EFM-III-EN manufactured by ORIENTEC. As the type of engine oil, Idemitsu Zepro Tooling SN / GF5 (5W-30) was filled in a test container, and balls and a disk substrate were immersed therein.

基板のサイズは、直径が30mmφであり、厚さが5mmである。また、基板の材質は、SCM415の浸炭材で、成膜面を鏡面研磨し、表面粗さRaを10nm未満、最大表面粗さRmaxを100nm未満とした。   The substrate has a diameter of 30 mmφ and a thickness of 5 mm. Further, the substrate material was a carburized material of SCM415, and the film formation surface was mirror-polished so that the surface roughness Ra was less than 10 nm and the maximum surface roughness Rmax was less than 100 nm.

表8に示すように、比較例2〜5のカーボン薄膜は、面粗度指標が0.0073〜0.0267[個/mm/nm]と小さいが、剥離し、剥離荷重が900〜1200[N]である。   As shown in Table 8, the carbon thin films of Comparative Examples 2 to 5 have a small surface roughness index of 0.0073 to 0.0267 [pieces / mm / nm], but are peeled off, and the peeling load is 900 to 1200 [ N].

表9に示すように、比較例6〜8のカーボン薄膜は、剥離しないが、面粗度指標が0.0333〜0.0600[個/mm/nm]であり、剥離荷重が1800〜2800[N]である。   As shown in Table 9, the carbon thin films of Comparative Examples 6 to 8 do not peel, but the surface roughness index is 0.0333 to 0.0600 [pieces / mm / nm], and the peel load is 1800 to 2800 [ N].

表10に示す実施例2〜5のカーボン薄膜は、剥離するが、面粗度指標が0.0005〜0.0013[個/mm/nm]と小さく、剥離荷重が1600〜2800[N]である。   The carbon thin films of Examples 2 to 5 shown in Table 10 peel off, but the surface roughness index is as small as 0.0005 to 0.0013 [pieces / mm / nm], and the peeling load is 1600 to 2800 [N]. is there.

表11に示す実施例6〜11のカーボン薄膜は、面粗度指標が0.0017〜0.0067[個/mm/nm]と小さく、剥離せず、剥離荷重が3500〜5000[N]と大きい。   The carbon thin films of Examples 6 to 11 shown in Table 11 have a small surface roughness index of 0.0017 to 0.0067 [pieces / mm / nm], do not peel, and have a peeling load of 3500 to 5000 [N]. large.

従って、中間層30をFVA法で形成し、カーボン膜40をSLA法で形成することによって、剥離せずに、面粗度指標が小さく、剥離荷重が大きいカーボン薄膜を形成できる。   Therefore, by forming the intermediate layer 30 by the FVA method and the carbon film 40 by the SLA method, a carbon thin film having a small surface roughness index and a large peeling load can be formed without peeling.

図13は、凹凸の欠陥数と凹凸の欠陥のサイズとの関係を示す図である。図13において、縦軸は、単位走査距離当たりおよび単位膜厚当たりの凹凸の欠陥数を表し、横軸は、欠陥の凹凸のサイズを表す。   FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between the number of uneven defects and the size of the uneven defects. In FIG. 13, the vertical axis represents the number of irregularities per unit scanning distance and unit film thickness, and the horizontal axis represents the size of the irregularities of the defect.

また、図13において、黒の棒グラフは、FVA法を用いて形成したカーボン薄膜における凹凸の欠陥数と凹凸の欠陥のサイズとの関係を示し、白の棒グラフは、この発明の実施の形態によるカーボン薄膜における凹凸の欠陥数と凹凸の欠陥のサイズとの関係を示す。   In FIG. 13, the black bar graph shows the relationship between the number of concave and convex defects and the size of the concave and convex defects in the carbon thin film formed using the FVA method, and the white bar graph shows the carbon according to the embodiment of the present invention. The relationship between the number of uneven defects in a thin film and the size of the uneven defects is shown.

図13を参照して、この発明の実施の形態によるカーボン薄膜は、凹凸が10nm以上20nm未満である欠陥を1.2[個/mm/nm]有し、凹凸が20nm以上30nm未満である欠陥を有さず、凹凸が30nm以上40nm未満である欠陥を0.4[個/mm/nm]有し、凹凸が40nm以上50nm未満である欠陥を有さない。   Referring to FIG. 13, the carbon thin film according to the embodiment of the present invention has 1.2 defects / mm / nm with irregularities of 10 nm or more and less than 20 nm, and defects with irregularities of 20 nm or more and less than 30 nm. , Having a defect with an unevenness of 30 nm or more and less than 40 nm, 0.4 [piece / mm / nm], and having an unevenness of 40 nm or more and less than 50 nm.

一方、FVA法を用いて形成したカーボン薄膜は、凹凸が10nm以上20nm未満である欠陥を10.8[個/mm/nm]有し、凹凸が20nm以上30nm未満である欠陥を5.8[個/mm/nm]有し、凹凸が30nm以上40nm未満である欠陥を3.0[個/mm/nm]有し、凹凸が40nm以上50nm未満である欠陥を2.4[個/mm/nm]有する。   On the other hand, the carbon thin film formed using the FVA method has 10.8 [pieces / mm / nm] of defects with unevenness of 10 nm or more and less than 20 nm, and 5.8 [ Pieces / mm / nm], and defects having irregularities of 30 nm or more and less than 40 nm are 3.0 [pieces / mm / nm] and defects having irregularities of 40 nm or more and less than 50 nm are 2.4 [pieces / mm / nm]. nm].

従って、この発明の実施の形態によるカーボン薄膜は、FVA法を用いて形成したカーボン薄膜よりも欠陥数を大幅に低減できる。   Therefore, the carbon thin film according to the embodiment of the present invention can greatly reduce the number of defects compared to the carbon thin film formed by using the FVA method.

なお、この実施例においては、FVA法による中間層30の形成に代えて、スパッタリング法によって中間層30を形成するようにしてもよい。この場合も、同様に、カーボン膜(ダイヤモンドライクカーボン)の表面における欠陥数を大幅に低減できる。   In this embodiment, instead of forming the intermediate layer 30 by the FVA method, the intermediate layer 30 may be formed by the sputtering method. In this case as well, the number of defects on the surface of the carbon film (diamond-like carbon) can be greatly reduced.

また、FVA法によるイオンボンバード処理を行わなくてもよい。   Further, the ion bombardment process by the FVA method may not be performed.

上述した製造方法、すなわち基板面にFVA法を用い、全体の膜厚が約30nm程度である金属中間層を形成した後、SLA法によって、膜厚が約300nmのカーボン膜を形成したカーボン薄膜50のカーボン膜(=ダイヤモンドライクカーボン)の表面における欠陥数(面粗度指数)は、表9に示すように、0.0067[個/mm/nm]以下となった。従って、欠陥数(面粗度指数)は、好ましくは、0.0070[個/mm/nm]未満であり、より好ましくは、0.0035[個/mm/nm]未満であり、特に、好ましくは、0.0015[個/mm/nm]未満である。   A carbon thin film 50 in which a metal intermediate layer having an overall film thickness of about 30 nm is formed on the substrate surface using the FVA method on the substrate surface, and then a carbon film having a film thickness of about 300 nm is formed by the SLA method. The number of defects (surface roughness index) on the surface of the carbon film (= diamond-like carbon) was 0.0067 [piece / mm / nm] or less as shown in Table 9. Therefore, the number of defects (surface roughness index) is preferably less than 0.0070 [pieces / mm / nm], more preferably less than 0.0035 [pieces / mm / nm], and particularly preferably. Is less than 0.0015 [pieces / mm / nm].

また、表11中、実施例7〜10では、欠陥数(面粗度指数)は、0.0035[個/mm/nm]未満であり、10〜20nm未満の凹凸が悪影響を及ぼす光学レンズの成型用金型などの精密金型用途として適した膜となっている。   In Table 11, in Examples 7 to 10, the number of defects (surface roughness index) is less than 0.0035 [pieces / mm / nm], and unevenness of less than 10 to 20 nm adversely affects the optical lens. The film is suitable for precision mold applications such as molding molds.

更に、同製造法により形成された膜は、基材とカーボン膜との界面に、金属からなる中間層30を敷設しているため、ロックウェル硬さ試験による剥離も無く、高面圧摺動試験における剥離耐荷重も5000[N]をクリアした膜となっており、密着性及び耐摩耗性の面でも優れた膜となっている。   Furthermore, the film formed by the manufacturing method has a metal intermediate layer 30 laid at the interface between the base material and the carbon film, so there is no peeling due to the Rockwell hardness test, and high surface pressure sliding. The peeling load resistance in the test is also a film that cleared 5000 [N], and the film is also excellent in adhesion and wear resistance.

なお、表10に示す通り、FVA法によって中間層30を形成せずに、SLA法のみでダイヤモンドライクカーボンからなる中間層35とカーボン膜40とを成膜した場合、密着力の低下は有るものの、欠陥数(面粗度指数)は、0.0013[個/mm/nm]以下であり、更に、精密金型用途として適した膜となり得る。   As shown in Table 10, when the intermediate layer 35 made of diamond-like carbon and the carbon film 40 are formed only by the SLA method without forming the intermediate layer 30 by the FVA method, there is a decrease in adhesion. The number of defects (surface roughness index) is 0.0013 [piece / mm / nm] or less, and can be a film suitable for precision mold applications.

一方、表8,9に示した比較例(従来例)では、欠陥数(面粗度指数)は、0.0067[個/mm/nm]よりも大きく、面粗度の面でも精密金型用途には適さず、また、ロックウェル硬さ試験でも剥離し、高面圧摺動試験における剥離耐荷重も低荷重となり、密着性の面でも弱い膜となった。   On the other hand, in the comparative examples (conventional examples) shown in Tables 8 and 9, the number of defects (surface roughness index) is larger than 0.0067 [piece / mm / nm], and even in terms of surface roughness, precision molds are used. The film was not suitable for use, and peeled off in the Rockwell hardness test. The peeling load resistance in the high surface pressure sliding test was low, and the film was weak in terms of adhesion.

なお、カーボン膜40の形成に用いる陰極部材4の式(1)で表される熱衝撃抵抗Rは、好ましくは7.9より大きく、より好ましくは12.2以上である。   The thermal shock resistance R represented by the formula (1) of the cathode member 4 used for forming the carbon film 40 is preferably greater than 7.9, more preferably 12.2 or more.

熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きいと、ガラス状炭素の耐熱衝撃性は、アーク放電によって陰極部材表面に生じる熱応力に対して大きくなり、陰極部材4が割れるのを防止できる。従って、陰極部材4が割れるときに生じやすい10〜20nmの凹凸の数を更に低減したカーボン膜40を形成できる。   When the thermal shock resistance R is larger than 7.9, the thermal shock resistance of the glassy carbon increases with respect to the thermal stress generated on the surface of the cathode member by arc discharge, and the cathode member 4 can be prevented from cracking. Therefore, it is possible to form the carbon film 40 in which the number of irregularities of 10 to 20 nm that are likely to occur when the cathode member 4 is cracked is further reduced.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

この発明は、カーボン薄膜、それを製造するプラズマ装置および製造方法に適用される。   The present invention is applied to a carbon thin film, a plasma apparatus for manufacturing the carbon thin film, and a manufacturing method.

1,110 真空容器、2 保持部材、3,103 アーク式蒸発源、4,104,1001 陰極部材、5 永久磁石、6,7,107 電源、8,108 トリガー電極、9,109 抵抗、10,100,1000 プラズマ装置、11 排気口、12 シャッター、20 基板、30,35 中間層、40 カーボン膜、41 本体部、42 突起部、50 カーボン薄膜、120 コイル。   1,110 vacuum vessel, 2 holding member, 3,103 arc evaporation source, 4,104,1001 cathode member, 5 permanent magnet, 6,7,107 power supply, 8,108 trigger electrode, 9,109 resistance, 10, 100, 1000 Plasma device, 11 Exhaust port, 12 Shutter, 20 Substrate, 30, 35 Intermediate layer, 40 Carbon film, 41 Main body part, 42 Protrusion part, 50 Carbon thin film, 120 Coil

Claims (12)

触針先端半径が1.25μmである触針式の表面形状測定器によって測定された10〜20nmの凹凸の数が単位走査距離および単位膜厚あたり0.007[個/mm/nm]未満であるカーボン膜を備える、カーボン薄膜。   The number of irregularities of 10 to 20 nm measured by a stylus type surface shape measuring instrument having a stylus tip radius of 1.25 μm is less than 0.007 [piece / mm / nm] per unit scanning distance and unit film thickness. Carbon thin film with a certain carbon film. 前記10〜20nmの凹凸の数は、単位走査距離および単位膜厚あたり0.0035[個/mm/nm]未満である、請求項1に記載のカーボン薄膜。   2. The carbon thin film according to claim 1, wherein the number of irregularities of 10 to 20 nm is less than 0.0035 [piece / mm / nm] per unit scanning distance and unit film thickness. 前記カーボン膜は、次の式(1)で表される熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きいガラス状炭素を陰極部材に用いて形成された、請求項1または請求項2に記載のカーボン薄膜。
ここで、前記式(1)において、σは曲げ強度[MPa]、λは熱伝導率[W/mK]、αは熱膨張率[/10K]、Eはヤング率[GPa]である。
3. The carbon according to claim 1, wherein the carbon film is formed using glassy carbon having a thermal shock resistance R expressed by the following formula (1) greater than 7.9 as a cathode member. Thin film.
Here, in the formula (1), σ is the bending strength [MPa], λ is the thermal conductivity [W / mK], α is the thermal expansion coefficient [/ 10 6 K], and E is the Young's modulus [GPa]. .
前記カーボン膜に接して基板上に形成された金属層を更に備え、
前記金属層は、周期律表4A、5A、6A族元素、B、Siから選ばれた少なくとも1つの元素およびこれらの窒化物のいずれかからなる、請求項1〜請求項3に記載のカーボン薄膜。
A metal layer formed on the substrate in contact with the carbon film;
4. The carbon thin film according to claim 1, wherein the metal layer is made of at least one element selected from the periodic table 4A, 5A, and 6A group elements, B, and Si, and nitrides thereof. .
真空容器と、
前記真空容器に固定されたアーク式蒸発源と、
前記アーク式蒸発源に取り付けられた陰極部材と、
前記陰極部材に向かって配置された基板を保持する保持部材と、
放電を開始させる放電開始手段と、
前記アーク式蒸発源に負の電圧を印加する電源とを備え、
前記陰極部材は、ガラス状炭素からなるとともに、柱状形状を有し、かつ、断面積が0.785mmよりも大きい柱状部分を含み、
前記放電開始手段は、プラズマが前記陰極部材の前記柱状部分から放出されるように放電を開始させる、プラズマ装置。
A vacuum vessel;
An arc evaporation source fixed to the vacuum vessel;
A cathode member attached to the arc evaporation source;
A holding member for holding a substrate disposed toward the cathode member;
A discharge starting means for starting discharge;
A power source for applying a negative voltage to the arc evaporation source,
The cathode member is made of glassy carbon, has a columnar shape, and includes a columnar portion having a cross-sectional area larger than 0.785 mm 2 ,
The discharge start means is a plasma device that starts discharge so that plasma is emitted from the columnar portion of the cathode member.
前記陰極部材は、次の式(1)で表される熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きい、請求項5に記載のプラズマ装置。
ここで、前記式(1)において、σは曲げ強度[MPa]、λは熱伝導率[W/mK]、αは熱膨張率[/106K]、Eはヤング率[GPa]である。
The plasma apparatus according to claim 5, wherein the cathode member has a thermal shock resistance R expressed by the following formula (1) greater than 7.9.
Here, in the formula (1), σ is the bending strength [MPa], λ is the thermal conductivity [W / mK], α is the thermal expansion coefficient [/ 106K], and E is the Young's modulus [GPa].
前記陰極部材の柱状部分の外周面に形成される放電痕の形状は、放電後においてスパイラル状である、請求項5または請求項6に記載のプラズマ装置。   The plasma apparatus according to claim 5 or 6, wherein a shape of a discharge mark formed on an outer peripheral surface of the columnar portion of the cathode member is a spiral shape after the discharge. 基板に向かって真空容器に固定されたアーク式蒸発源に、ガラス状炭素からなるとともに、柱状形状を有し、かつ、断面積が0.785mmよりも大きい柱状部分を含む陰極部材を取り付ける第1の工程と、
前記アーク式蒸発源に負の電圧を印加する第2の工程と、
プラズマが前記陰極部材の前記柱状部分から放出されるように放電を開始させ、前記基板上にカーボン膜を形成する第3の工程とを備える、カーボン薄膜の製造方法。
First, a cathode member made of glassy carbon, having a columnar shape, and including a columnar portion having a cross-sectional area larger than 0.785 mm 2 is attached to an arc evaporation source fixed to a vacuum vessel toward the substrate. 1 process,
A second step of applying a negative voltage to the arc evaporation source;
And a third step of starting discharge so that plasma is emitted from the columnar portion of the cathode member and forming a carbon film on the substrate.
前記陰極部材は、次の式(1)で表される熱衝撃抵抗Rが7.9よりも大きい、請求項8に記載のカーボン薄膜の製造方法。
ここで、前記式(1)において、σは曲げ強度[MPa]、λは熱伝導率[W/mK]、αは熱膨張率[/106K]、Eはヤング率[GPa]である。
The method for producing a carbon thin film according to claim 8, wherein the cathode member has a thermal shock resistance R represented by the following formula (1) greater than 7.9.
Here, in the formula (1), σ is the bending strength [MPa], λ is the thermal conductivity [W / mK], α is the thermal expansion coefficient [/ 106K], and E is the Young's modulus [GPa].
周期律表4A、5A、6A族元素、B、Siから選ばれた少なくとも1つの元素およびこれらの窒化物のいずれかからなる中間層を前記カーボン膜と基板の間に形成する第4の工程を更に備え、
前記カーボン膜は、触針先端半径が1.25μmである触針式の表面形状測定器によって測定された10〜20nmの凹凸の数が単位走査距離および単位膜厚あたり0.007[個/mm/nm]未満である、請求項8または請求項9に記載のカーボン薄膜の製造方法。
A fourth step of forming an intermediate layer made of at least one element selected from periodic group 4A, 5A, 6A group element, B, Si and any of these nitrides between the carbon film and the substrate; In addition,
In the carbon film, the number of irregularities of 10 to 20 nm measured by a stylus type surface shape measuring instrument having a stylus tip radius of 1.25 μm is 0.007 [piece / mm per unit scanning distance and unit film thickness. / Nm] is a manufacturing method of the carbon thin film of Claim 8 or Claim 9.
前記中間層は、金属製の陰極部材から前記基板までの間に配置された円弧状に湾曲した筒状部材からなる真空容器の内部に前記金属製の陰極部材から放出されるイオンを前記真空容器に沿って円弧状に曲げ、前記イオンを前記基板に到達させるアーク放電法またはスパッタリング法によって形成される、請求項10に記載のカーボン薄膜の製造方法。   The intermediate layer contains ions released from the metal cathode member into the vacuum container made of a cylindrical member curved in an arc shape disposed between the metal cathode member and the substrate. The method for producing a carbon thin film according to claim 10, wherein the carbon thin film is formed by an arc discharge method or a sputtering method in which the ions are bent in a circular arc shape along the line and reach the substrate. 前記中間層は、金属製の陰極部材を用いてスパッタリング法によって形成される、請求項10に記載のカーボン薄膜の製造方法。   The said intermediate | middle layer is a manufacturing method of the carbon thin film of Claim 10 formed by sputtering method using a metal cathode member.
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