KR940003099B1 - 다이어몬드류 박막의 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

다이어몬드류 박막의 제조방법 및 그 제조장치

제1도는 본 발명의 제조방법에 있어서 마이크로파플라즈마 CVD장치를 사용한 경우의 박막피형성부재와 보조부재와의 관계의 일예를 표시한 설명도.

제2도는 마찬가지로 박막피형성부재의 단부 부근의 플라즈마의 분산상태를 표시한 설명도.

제3도는 본 발명의 방법에 있어서 기재의 유지상태의 일예를 표시한 단면도.

제4도는 본 발명의 제조장치의 일예를 표시한 설명도.

제5도는 본 발명의 제조장치의 일예를 표시한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 막대상기재 2 : 보조부재

3 : 개구부 4 : 마이크로파발진기

10 : 볼록형상부 11 : 예정면

20 : 지지대 21 : 지지대표면

35 : 관통구멍

본 발명은 다이어몬드류박막의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은, 균일한 막두께의 밀착성에 뛰어난 다이어몬드류막을 형성하는 박막의 제조방법 및 그와같은 다이어몬드류막을 형성할 수도 있는 다이어몬드류 박막의 제조장치에 관한 것이다.

다이어몬드막 또는 다이어몬드형상 탄소막은 경도, 내마모성, 전기절연성, 열전도성 및 고체윤활성등에 뛰어나기 때문에, 예를들면 절삭공구류, 내마모성기계 부품등의 각종 부재의 하아드코우트재나 전자재료등에 이용되고 있다. 그리고, 이 다이어몬드류박막의 제조방법에 있어서는 일반적으로 기상법이 채용되고 있다.

예를들면, 일본국 특개소 63-166733호 공보에 있어서는, 반응통내에 금속 혹은 그 금속화합물을 균일하게 점재(点在)한 기판을 배치해서 이 기판을 500∼1300℃로 가열한 후, 이 반응통내에 적어도 수소원자, 탄소원자, 산소원자를 함유한 다이어몬드 생성용가스를 도입함과 동시에 이 가스를 활성화시켜서 이 기판 표면에 다이어몬드를 석출시키는 다이어몬드막의 제조방법이 공개되어 있다.

그러나, 이 방법에 있어서는, 평판형상의 지지대위에 다이어몬드막을 형성시켜아할 기판을 재치하므로, 다이아몬드 생성용가스를, 예를들면 마이크로파나 고주파에 의해 활성화하면, 상기 지지대위에 돌출한 기판의 에지부, 예를들면 기판의 능선부분, 특히 코오너부에 플라즈마가 국소적으로 집중해 버린다.

그리고, 예를들면 이 방법을 채용해서 다이아몬드류박막부착 절삭공구를 제조하면, 절삭공구의 에지부에 국소적으로 플라즈마가 집중하고, 이 부분에 있어서 막두께가 특히 두꺼워지고, 막두께가 불균일해져서 열응력이나 내부응력에 급격한 변화를 발생하므로, 절삭공구에 있어서 가장 중요한 절삭칼날(코오너)부에 있어서 다이아몬드류박막이 박리하기 쉽다고하는 내구성이 부족한 다이아몬드류박막부착 절삭공구밖에 얻지 못한다.

또, 동특개소 63-285192호 공보에 있어서는, 탄소원의 화합물 및 수소원의 화합물을 사용해서 기상법에 의해 다이아몬드를 합성하는 방법에 있어서, 상기 탄소원의 화합물 및 수소원의 화합물중 일부 내지 전부를 여기(勵起)하기 전에 미리 가열하는 다이아몬드합성법에 개시되어 있다.

그러나, 이 방법에 있어서도, 평판형상의 지지대위에 다이아몬드막을 형성해야할 기판을 제치하는 것은 변동이 없으므로, 탄소원의 화합물 및 수소원의 화합물을, 예를들면 마이크로파나 고주파에 의해 여기하면, 플라즈마가 국소적으로 집중한다고하는 전술한 문제가 있다.

즉, 기상법을 채용하는 종래의 다이아몬드막의 제조방법, 특히 플라즈마법에 의한 제조방법에 있어서는, 플라즈마가 에지부에 국소적으로 집중한다고하는 문제가 있고, 그중에서도, 플라즈마에 의해서 기판의 발열을 초래하는 마이크로파 플라즈마법, 고주파플라즈마법에 의해서는 막두께의 균일성에 뛰어나고 박리가 발생하기 어려운 다이아몬드막을 제조하는 것은 곤란하다.

본 발명은, 상기의 사정에 의거해서 이루어진 것이다.

본 발명의 목적은, 균일한 막두께로, 밀착성이 양호한 다이아몬드류박막을 형성할 수 있는 박막의 제조방법을 제공하는 것이고, 또 본 발명의 다른 목적은, 그와같이 뛰어난 다이아몬드류박막을 용이하게 형성할수 있는 다이아몬드류박막 제조장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 탄소원가스를 함유하는 원료가스를 여기해서 얻어지는 가스를 기재에 접촉시켜서, 상기 기재에 다이아몬드류박막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 기재의 다이아몬드류박막형성 예정면에 존재하는 볼록형상부에 근접시켜서 보조부재를 배치하고, 상기 보조부재의 존재하에 상기 기재의 다이아몬드류박막형성 예정면에 다이아몬드류박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드류박막의 제조방법, 및 마이크로파 플라즈마법에 의한 다이아몬드류박막의 제조장치에 있어서, 기재에 있어서 다이아몬드류박막형성예정면에 존재하는 볼록형상부에 근접해서 배치된 보조부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드류박막의 제조장치이다.

본 발명의 방법에 있어서는, 탄소원가스를 함유한 원료가스를 반응실내에 도입한다.

사용에 제공되는 상기 원료가스는, 적어도 탄소원가스를 함유하는 것이면 좋지만, 적어도 탄소원자와 수소원자를 함유한 가스가 바람직하고, 탄소원자와 수소원자와 산소원자를 함유한 가스가 특히 바람직하다.

구체적으로는, 상기 원료가스로서, 예를들면 탄소원가스와 수소가스의 혼합가스, 함산소 탄화수소화합물 가스를 들 수 있다.

또, 소망에 따라, 상기 원료가스와 함께, 불활성가스등의 캐리어가스를 사용할 수도 있다.

상기 탄소원자로서는, 각종 탄화수소, 함산소화합물, 함질소화합물등의 가스를 사용할 수 있다.

탄화수소화합물로서는 예를들면 메탄, 에탄, 프로판, 부탄등의 파라핀계 탄화수소 ; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌등의 올레핀계 탄화수소 ; 아세틸렌, 알킬렌등의 아세틸렌계 탄화수소 ; 부타디엔등의 디올레핀계 탄화수소 ; 시클로프로판, 시클로부탄, 시클로펜탄, 시클로헥산등의 치환식 탄화수소 ; 시클로부타디엔, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 나프탈렌 등의 방향족 탄화수소, 염화메틸, 브롬화메틸, 염화메틸렌, 4염화탄소등의 할로겐화 탄화수소등을 들 수 있다.

함산소화합물로서는 예를들면 아세톤, 디에틸케톤, 벤조페논등의 케톤류 ; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올등의 알코올류 ; 메틸에테르, 에틸에테르, 에틸메틸에테르, 메틸프로필에테르, 에틸프로필에테르, 페놀에테르, 아세탈, 고리식에테르(디옥산, 에틸렌옥시드등)의 에테르류 ; 아세톤, 피나콜린, 메틸옥시드, 방향족케톤(아세토페논, 벤조페논등)디케톤, 고리식케톤등의 케톤류 ; 포름알데히드, 아세토알데히드, 부틸알데히드, 벤즈알데히드등의 알데히드류 ; 개미산, 아세트산, 프로피온산, 숙신산, 부티르산, 옥살산, 타르타르산, 스테아르산등의 유기산류 ; 아세트산메틸, 아세트산에틸등의 산에스테르류 ; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜등의 2가알코올류 ; 일산화탄소, 이산화탄소등을 들 수 있다.

함질소화합물로서는, 예를들면 트리메틸아민, 트리에틸아민등의 아민류등을 들수 있다.

이들의 탄소원가스중에서도, 상온에서 기체 또는 증기압이 높은 메탄, 에탄, 프로판등의 라라핀계탄화수소 ; 혹은 아세톤, 벤조페논등의 케톤류, 메탄올, 에탄올 등의 알코올류, 일산화탄소, 이산화탄소가스등의 함산소화합물이 바람직하다.

상기 수소가스에는, 특히 제한은 없고, 예를들면 석유류의 가스화, 천연가스, 수성가스등의 변성, 물의전해, 철과 수증기와의 반응, 석탄의 완전가스화등에 의해 얻게 되는 것을 충분히 정제한 것을 사용할 수 있다.

상기 수소가스를 구성하는 수소는 여기되므로서 원자상수소를 형성한다.

상기 원자상수소는, 다이아몬드류의 석출과 동시에 석출하는 흑연구조의 탄소등의 비정질탄소 제거하는 작용을 가진다. 상기 원료가스의 합계유량은, 통상 1∼1000SCCM, 바람직하게는 10∼200SCCM이다.

또, 상기 원료가스에 탄소원가스와 수소가스와의 혼합가스를 사용하는 경우의 탄소원가스와 수소가스와의 혼합비는, 통상, 상기 탄소원가스와 상기 수소와의 합계유량에 대해서 상기 탄소원자가스의 유량이 0.1∼90% 바람직하게는, 0.2∼80%, 더바람직하게는 0.2∼60%이다. 또한, 이 혼합비는 탄소원가스의 종류에 따라서도 다르므로, 최적한 조합을 적당히 결정하면 된다.

혼합가스속의 탄소원가스의 유량이 0.1%보다 적으면, 다이아몬드류박막이 성막되지 않거나, 다이아몬드류박막이 가령 성막되어도 그 성막속도가 현저하게 작아질때도 있다.

또한, 본 발명 방법에 있어서 형성되는 다이아몬드류박막이란, 다이아몬드의 박막, 다이아몬드형상 탄소의 박막 혹은, 다이아몬드와, 다이아몬드형상탄소가 혼합한 상태의 박막을 의미한다.

본 발명의 방법에 있어서 사용에 제공되는 상기 기재의 재질에는 특히 제한은 없고, 예를들면 실리콘, 알루미늄, 티탄, 텡스텐, 몰리브덴, 코발트, 크롬등의 금속, 이들의 산화물, 질화물 및 탄화물, 이들의 합금 WC-Co계, WC-TiC-Co계, WC-TiC-Tac-Co계등의 초경합금, Al₂O₃-Fe계, TiC-Ni계, TiC-Co계, TiC-TiN계, B₄C-Fe계등의 서어멧, 또는 각종 유리, 세라믹스나 수지등속에서 선택된 임의의 것을 사용할 수 있다. 그중에서도, 각종 금속, 합금, 초경합금, 실리콘등의 전기전도체, 반도체등으로 이루어진 기재의 경우에, 본 발명 방법은 유용하다.

또, 상기 기재의 형상에 관해서도, 그 다이아몬드류박막형성 예정면에 볼록형상부를 가진 듯한 형상인한, 특히 제한은 없다. 기재의 형상으로서는, 예를들면 둥근막대상, 각막대상, 원추상, 각추상, 파이프상, 드릴상등의 막대상이나, 볼록형상부를 가진 평판상, 또 3각형이나 4각형등의 판형상등의 임의의 형상을 들 수 있다.

또한, 예를들면, 4각형이나 3각형의 판에 있어서는 그 능선이, 보조부재를 근접시킬 수 있도록 볼록형상부이다.

또, 특히, 상기 기재가 드릴등의 절삭공구나 치과용공구이면, 본 발명의 방법에 의해 얻게 되는 다이아몬드류박막으로 피복하면, 얻게되는 다이아몬드류박막부착기재는, 그대로 절삭공구나 치과용 공구로서 사용할 수 있다.

그와같은 공구규로서는, 예를들면 솔리드드릴, 마이크로 드릴등의 구멍뚫기공구 ; 일반선삭용, 커터용드의 특수형상의 절삭칩 ; 앤드밀 ; 바이트등의 각종 절삭공구 및 치과용드릴, 스케러칩등의 치과용공구를 바람직한 예로서 들수 있다.

본 발명의 방법에 있어서는, 탄소원가스를 함유하는 원료가스를 여기해서 얻게되는 가스를, 기재에 있어서 다이아몬드류박막 형성예정면에 존재하는 볼록형상부에 근접해서 배치된 보조부재의 존재하에, 상기 기재의 다이아몬드류박막형성 예정면에 접촉시켜서, 상기 기재의 다이아몬드류박막형성 예정면에 다이아몬드류 박막을 형성한다.

상기 원료가스를 여기하는 수단에는 가상법에 의해 다이아몬드류박막을 형성할 수 있는 방법이면, 특히 제한은 없고, 예를들면 직류 또는 교류아아크 방전에 의해 플라즈마 분해하는 방법, 고주파유도방전에 의해 플라즈마분해하는 방법, 마이크로파방전에 의해 플라즈마분해하는 방법(ECR-CVD법, 유자장-CVD법을 포함) 혹은 플라즈마분해를 이온실 또는 이온층으로 행하여, 전계에 의해 이온을 빼네는 이온비임법, 열필라멘트에 의한 가열에 의해 열분해하는 열ㄹ분해법(EACVD법을 포함)등 어느것이나 채용할 수 있다. 이들 각종의 여기수단중에서도, 마이크로파 플라즈마 CVD법, 고주파플라즈마 CVD법을 채용해서 다이아몬드류막을 형성하는 경우, 특히 효과적이다.

본 발명의 방법에 있어서는, 이하의 조건하에 반응이 진행해서, 상기 기재위에 다이아몬드류박막이 석출한다.

즉, 본 발명의 방법에 있어서는, 상기 기재의 온도를 통상, 300∼1300℃, 바람직하게는 500∼1100℃로 설정한다.

상기 온도가 300℃보다 낮으면, 다이아몬드류 박막의 석출속도가 느리게 되거나, 비정질탄소를 다량함유한 막이 형상되는 일이 있다. 한편, 1300℃보다 높게해도, 그것에 알맞는 효과는 나타나지 않고, 에너지효율이란 점에서 불리해진다.

그리고, 본 발명의 방법에 있어서는, 성막단계에 있어서, 상기 기재의 온도를 상기 상기의 범위에서 변경해도 좋지만, 통상은, 상기의 범위에서 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 특히 상기 기재의 온도분포를 상기의 범위에서 일정하게 유지하므로서, 상기 기재와의 밀착성 및 막두께의 균일성이 더욱 뛰어난 다이아몬드류박막을 얻을 수 있다. 반응압력은, 통상,10^-6∼10³torr, 바람직하게는 10^-5torr∼760torr이다.

또한, 본 발명의 방법에 있어서, 반응압력을 1torr보다 낮게 설정할 경우에는, 반응실내에 자장을 부가한상태에서, 상기 원료가스르 여기하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 상기원료가스의 여기수단에 ECR(전자사이클로트론 공명) 조건-CVD법을 바람직하게 채용할 수도 있다.

반응압력이 10^-6torr보다 낮으면, 다이아몬드류박막의 석출속도가 늦어지거나, 다이아몬드류박막이 석출하지 않을때가 않다. 한편, 10³torr보다 높게 해도 그것에 알맞는 효과는 나타나지 않을 때가 있다. 반응시간은, 상기 기재의 온도, 반응압력, 필요로하는 막두께등에 의해 다르므로 일률적으로 결정할 수는 없다.

따라서, 최적시간을 적당히 선정하면 된다.

본 발명의 방법에 있어서는, 상기 조건하에 플라즈마가스를 기재에 접촉하는데 있어서, 상기 보조부재를 기재에 있어서 상기 볼록형상부에 근접해서 배치하는 것이 중요하고, 그것은 여러가지의 태양이 있다.

그 제1태양으로서, 기재를 지지하는 지지부재에 있어서 기재설치평면에 대해서 기재가 중공(中空)을 향해서 입설(立設)하게 되는 상태인 경우(예를들면 지지부재위에 절삭드릴을 입설한 경우등을 예시할 수 있다). 이 경우에는, 볼록형상부인 그 기재의 정점에 서로 대향하도록 보조부재르 상기 기재에 근접해서 배치하는 예를 들 수 있다.

구체적으로 설명하면, 제1도에 표시하는 바와같이, 예를들면 마이크로파 플라즈마 CVD장치에 있어서, 볼록형상부(10)인 정점을 가진 막대상의 기재(1)를, 지지대(20)위에 지지하고, 또 볼록형상부(10)에 근접해서 보조부재(2)를 설치하는 태양을 줄 수 있다.

여기서「근접해서」이란, 기재(1)의 볼록형상부(10) 부근의 플라즈마를 유효하게 분산시킬 수 있는 거리이다.「근접해서」라고 말할 수 있기 위해서는, 통상, 기재(1)의 볼록형상부(10)와 보조부재(2)의 단부와의 거리가 통상, 5㎜이내, 바람직하게는 3㎜이내, 더 바람직하게는 1㎜이내로 조절된다. 이 거리가 5㎜를 초과하면, 보조부재(2)가 그 기능을 충분히 완수하지 못할때가 있고, 기재(1)의 볼록형상부재(10)에 플라즈마가 국소적으로 집중하는 것을 유효하게 방지할 수 없을때가 있다.

상술한 바와같이 설치되는 보조부재(2)는, 예를들면 제2도에 표시하는 바와같이, 볼록형상부(10)를 가진기재(1)의 볼록형상부(10) 부근의 플라즈마 A를 분산시켜서, 볼록형상부(10)에 풀라즈마가 국소적으로 집중하는 것을 방지하는 기능 내지 작용을 가진다.

상기와 같은 기능 내지 작용을 가진 보조부재(2)를 형성하는 재료로서는 특히 제한은 없고, 예를들면 실리콘, 알루미늄, 티탄, 텅스텐, 몰리부덴, 코발트, 크롬등의 금속, 이들의 산화물, 질화물 및 탄화물, 이들의 합금, WC-Co계, WC-TiC-Co계, WC-TiC-Tac-Co계등의 초경합금등을 바람직하게 사용할 수 있다.

그리고, 예를들면 상기 기재가 WC-Co계, WC-TiC-Co계, WC-TiC-Tac-Co계등의 초경합금으로 이루어진 경우에는, 이들 초경합금을 사용하느 것과 같이, 상기 기재의 형성재료와 동일 혹은 유사한 물성을 가진 재료로 상기 보조부재를 형성하는 것은 바람직하다.

상기 보조부재의 형성재료가, 상기 볼록형상부를 가진 기재의 형성재료와 동일 혹은 유사한 물성, 특히 열적, 전기적 물성을 가진 재료이면, 본 발명의 제조방법에 있어서 플라즈마의 국소적인 집중을 더 효과적으로 방지할 수 있기 때문이다.

또, 상기 보조부재를 형성하는 재료의 형태로서는, 예를들면 선재, 망재, 판재, 막대재등의 형태중, 상기 기재의 형상에 적합한 것을 선택해서 사용할 수 있다.

구체적으로는, 예를들면 상기 기재가 마이크로드릴일때는, 선재등의 막대형상체를 상기 보조부재로서 바람직하게 사용하는 것이 가능하고, 선재는 특히 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 제1도에 있어서는, 보조부재는, 그 일단을 지지대(20)에 입설함과 동시에 그 중앙부를 굽혀서 그 선단부를 상기 기재의 정점에서로 대향하도록 형성되어 있으나, 본 발명에 있어서 상기 보조부재는 이와같은 독특한 형상에 한정되지 않는다. 요컨대 기재의 볼록형상부에 서로 대향하도록 보조부재가 배치되어 있으면 좋다.

본 발명의 방법에 있어서는, 상기 보조부재를 상술한 바와같이 설치하므로서, 상기 기재의 단부에 플라즈마가 국소적으로 집중하는 것을 방지해서, 국소적인 이상 고온화에 의한 단부의 용해나 다이아몬드류의 부분적인 후막화(厚膜化)를 방지하고, 밀착성 및 막두께의 균일성에 뛰어난 다이아몬드류박막을 제조할 수 있다.

상기 보조부재를 상기 기재의 볼록형상부에 근접해서 배치하는 제2의 태양으로서, 상기 기재에 있어서 다이아몬드류박막형성 예정면과 지지부재의 표면이 동일면을 형성하록, 또한 상기 기재와 상기 지지부재가 일정한 간극을 가지도록, 상기 지지부재에 개구부를 설치하고, 이 개구부내에 기재를 배치하는 예를 들 수 있다.

상기예는, 기재의 형상이 능선을 가진 입체인 경우에 바람직하다. 이때, 상기 능선이 볼록형상부가 되고, 상기 지지부재에 있어서 개구부의 상기 능선을 향한 지지부재의 내면이 보조부재의 역할을 완수한다.

더 구체적으로 설명하면, 이 태양에 있어서는, 예를들면 제3도에 표시하는 바와같이, 기재(1)를, 지지부재인 지지대(20)의 개구부내(3)에서, 기재(1)의 다이아몬드류박막형성예정면(11)과, 지지대(20)의 표면(25)이 동일면을 형성하도록 유지하는 일이 중요하고, 지지대(20)의 개구부(3)내에서 노출한 다이어몬드류박막형성예정면(11)과 기재(1)의 둘레쪽면에 다이어몬드류박막이 형성된다.

여기서,「동일면」이란 실질적으로 기재(1)의 다이어몬드류 박막형성 예정면(11)과 지지대(20)의 위표면(25)에 단차를 발생해도 좋다. 그와같은 단차는, 기재의 크기, 재질 등에도 따르지만, 통상, 1㎜ 이내이다.

또, 지지대에 있어서 개구부의 내주면과 기재의 능선(에지부)과의 간격은, 통상 5㎜ 이내, 바람직하게는 3㎜이내, 더 바람직하게는 1㎜ 이내이고, 에지부의 옆면까지 다이어몬드류의 박막을 형성할 수 있을것이 필요하다.

어느 경우이든, 본 발명의 방법은 지지부재를 특정형상으로 하므로서, 기재에 외관상의 에지부, 특히 코오너부를 형성하지 않도록 하는데 특징을 가진다.

따라서, 상기의 단차 및 상기의 간격이, 상기의 범위를 초과하면, 상기 원료가스를 여기해서 생기는 플라즈마가 에지부코오너부에 국소적으로 집중해서, 막두께의 균일성에 뛰어남과 동시에 박리가 적은 다이어몬드박막 및/또는 다이어몬드형상 탄소박막을 제조할 수 없다.

상기 지지부재의 형성재료에 대해서도, 다이어몬드류 박막을 형성할때의 반응온도에 견딜 수 있는 것이면 특히 제한은 없으나, 예를들면 상기 기재가 WC-Co계, WC-TiC-Co계, WC-TiC-Tac-Co계 등의 초경합금으로 이루어진 경우에는, 이들 초경합금을 사용하는 것과 같이, 상기 기재의 형성재료와 동일 혹은 유사한 물성, 특히 열적, 전기적물성을 가진 재료일 것이 바람직하다. 이와 같은 재료이면, 지지부재와 기재와의 온도, 특히 온도분포를 균일화할 수 있기 때문이다. 따라서, 마이크로파나 고주파를 사용하는 경우에는, 기재 및 지지부재의 재질에 관해서, 전기적특성이 근사한 재료의 조합을 선정하는 일이 바람직하다.

어떻든, 상기 지지부재의 형성재료가, 상기 기재의 형성재료와 동일 혹은 유사한 물성을 가진 재료이면, 본 발명의 방법에 있어서 플라즈마의 국소적인 집중을 더효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 방법에 있어서는, 상기 기재를 상술한 바와 같이 유지하므로서 플라즈마가 에지부에, 특히 코오너부에 국소적으로 집중하는 것을 방지해서, 막두께의 균일성에 뛰어남과 동시에 박리가 적은 다이어몬드 박막 및/도는 다이어몬드형상 탄소박막을 제조할 수 있다. 상기 제2의 태양을 변형한 예로서 다음 제3의 태양을 들 수 있다.

제3의 태양에 있어서는, 제4도에 표시하는 바와 같이, 지지부재인 지지대(20) 위에, 관통구멍(35)을 가진 보조부재(21)르 재치하고, 상기 과통구멍(35)내에 기재를 수납하는 예이다. 이 예에 있어서는, 상기 보조부재(21)는, 지지대(20)에 대해서 분리가능한 프레임체이고, 보조부재(21)의 높이가 기재(1)의 높이와 실질적으로 동일해지도록, 또한 상기 관통구멍(35)의 개구내단(開口內端)이, 관통구멍(35)내에 기재(1)를 수용했을때에 기재(1)의 외면과 관통구멍(35)의 내면과의 간격이 통상, 5㎜이내, 바람직하게는 3㎜이내, 더 바람직하게는 1㎜이내가 되도록, 조절되어 있다. 보조부재(21)의 높이와 기재(1)의 높이가 실질적으로 동일해져 있으므로, 기재(1)의 위표면과 보조부재(21)의 위표면이 실질적으로 동일면이 되고, 그 결과는 상기 제2의 태양과 마찬가지이다. 또, 관통구멍(35)의 개구내단을, 관통구멍(35)내에 기재(1)을 수용했을때 기재(1)의 바깥면과 관통구멍(35)의 내면과의 간격이 상기와 같은 값으로 설정되도록 조절하는 이유도, 상기 제2의 태양에 있어서와 마찬가지이다. 상기 제3의 태양에 있어서도 상기 보조부재의 재질은, 상기 제2의 태양에 있어서 지지부재와 마찬가지이다.

상기 제3의 태양에 있어서는, 상기 보조부재로서 기재의 형상에 맞춘 각종 형상의 보조부재를 준비해두면, 지지부재의 위에 보조부재를 둠으로서, 하나의 제조장치이면서 각종 형상의 기재에 대한 다이어몬즈류 박막의 형성에 대응할 수 있고, 매우 편리하다.

또한, 상기 제3의 태양에 있어서, 상기 보조부재(21)는, 분리불가능하게 지지대(20)에 고정되어 있어도 좋다.

제2 및 제3의 태양에 있어서는, ① 기재에 있어서 다이어몬드박막형성 예정면과 보조부재의 위표면이 실질적으로 동일평면이 되도록, 또한 ② 기재의 볼록형상부(판형상의 기재이면 그 능선이 볼록형상부가 된다)와 보조부재와의 간겨이 소정간격이 되도록, 기재에 대해서 보조부재가 지지부재위에 배치될 것이 중요하다. 그리고, 이 ① 및 ②의 조건이 만족되는 것이면, 기재가 막대형상체이거나, 상기 제2 및 제3의 태양뿐아니라, 다음 제4의 태양에 의해서, 막두께의 균일한 다이어몬드류 박막을 용이하게 형성할 수 있다.

즉, 제4의 태양에 있어서는, 지지부재위에 입설된 막대상드릴을 포함한 기재를 포위하도록, 상기 기재와 같은 높이로, 상기 기재와의 간격이 상기 태양에 있어서 표시한 것과 마찬가지의 간격에서 근접시켜서 복수개의 보조부재 예를들면 블록 혹은 플레이트를 지지부재위에 입설해서 배치한다.

이와 같은 태양이면, 막대형상의 기재가 복수개의 보조부재로 포위되므로서, 플라즈마가스가 존재하는 공간속에 있어서, 기재의 정점이 볼록형상부가 아니고 따라서, 기재의 장점에 프라즈마가 집중하는 것이 방지된다.

다음 상기 제2∼3의 태양을 실시 할 수 있는 제조장치에 대해서, 제2의 태양을 예로들어 다음에 구체적으로 설명한다. 상기 제2의 태양을 실시할 수 있는 제조장치는, 기재를 유지하는 개구부를 가짐과 동시에, 상기 기재의 다이어몬드류 박막형상예정면과 동일면을 형성하는 개구개설면을 가진 지지부재와, 방전장치를 구비한 것이다.

제5도에 본 발명의 제조장치의 일예인 마이크로파 플라즈마 CVD장치를 표시한다.

제5도에 표시한 바와 같이, 본 발명의 제조장치는 기재(1)를 유지하는 개구부(3)를 가진 지지대(20)와, 마이크로파 발진기(4)를 구비한다.

그리고, 지지대(20)의 개구부개설면(25)에 개설되는 개구부(3)는, 기개(1)를 수납가능하고, 또한 수납된 기재와 개구부(3)의 내면과의 간격이 상기 태양에 있어서 규정된 치수가 될 수 있는 크리고 형성되어 있고, 기재(1)는, 이 개구부(3)내에서 기개(1)의 다이어몬드류 박막형성예정면(11)과, 개구부개설면(25)이 동일면을 형성하도록 개구부(3)의 길이가 조정된다.

제5도에 표시한 지지대(20) 대신, 제4도에 표시한 바와 같은 지지대(20)와 보조부재(21)를 사용할 수도 있다.

또, 개구부의 형상은, 적어도 기재(1)의 다이어몬드류 박막형성예정면(11)과 지지대(20)의 개구부개설명(25)이 동일면을 형성할 수 있는 형상이면 특히 제한은 없고, 예를들면 4각형, 3각형 및 절삭드릴의 칼끝의 형상등으로 할 수 있다.

이와 같은 구성에 의해, 상기 원료가스를 플라즈마의 국소적인 집중을 방지하면서 여기하는 것이 가능하고, 막두께의 균일성에 뛰어나고 박리가 생기기 어려운 다이어몬드류 박막의 고속성막을 달성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제조장치는, 본 발명의 프로세스를 유리하게 실행할 수 있고, 본 발명의 제조장치를 사용해서 제조되는 다이어몬들 박막은 막두께의 균일성에 뛰어나서 박리가 생기기 어려운 것이다.

본 발명의 방법에 의하면, 예를들면 기재가 마이크로드릴과 같이 미소한 단부를 가진 것이라 할지라도, 이 단부에 플라즈마가 국소적으로 집중하는 것을 방지해서, 이상별열, 이상성막의 발생이 없고, 밀착성 및 막두께의 균일성에 뛰어난 고품질의 다이어몬드류박막을, 양호한 재현성 및 안정성하에, 성막조건을 용이하게 제어하면서 효율좋게 제조할 수가 있다.

이와 같이 해서 얻게되는 다이어몬드류 박막은, 특히 절삭공구나 치과용 공구등의 절삭공구류에 바람직하게 이용가능할 뿐 아니라, 예를들면 볼록형상부를 가진 특수형상의 내마모성 기계부품등의 각종 부재의 하아드코우팅재나 전자재료등에 바람직하게 이용가능하다.

본 발명의 이점을 이하에 정리한다.

본 발명에 의하면,

① 볼록형상부(미소한 단부)를 가진 기재의 상기 볼록형상부에 근접해서 설치한 보조부재의 존재하에, 탄소원가스를 함유하는 원료가스를 여기해서 얻게되는 가스를, 상기 기재에 접촉시키므로, 기재가 예를들면 마이크로드릴과 같이 미소한 단부를 가진 부재나 4각상으로 코오너를 가진 절석용칩 등 일지라도, 단부나 코오너 부근의 플라즈마를 분산시킬 수가 있어서, 공구로서 가장 중요한 단부나 코오너에 프라즈마가 국소적으로 집중하는 것을 유효하게 방지할 수 있다.

② 따라서, 균일한 플라즈마에 의해 기계를 균일하게 가열하는 것이 가능해지므로, 볼록형상부에 있어서 과열에 의한 용융이나 이상성막에 의한 후막화를 방지할 수 있고, 기재와의 밀착성 및 막두께의 균일성이 우수한 다이어몬드박막 및/또는 다이어몬드형상 탄소박막을 형성할 수 있음과 동시에,

③ 재현성 및 안정성에 뛰어나고, 또한 성막조건의 제어가 용이하므로, 비평판상의 특수형상을 가진 기재에도, 고품질의 다이어몬드류 박막으로 이루어진 피복막을 형성하는 것이 가능한, 등의 이점을 가진 공업적으로 유용한 다이어몬드류 박막의 제조방법을 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 제조장치에 의하면, 간단한 구조의 장치인데도, 불과하고, 본 발명의 프로세스를 용이하게 실시할 수 있고, 그 결과로서 볼록형상부가 존재하는 기재에 대해서도 균일한 막두께의 다이어몬드류 박막을 밀착성좋게 형성할 수 있다.

이어서, 본 발명의 실리예 및 비교예를 표시하고, 본 발명에 대해서 더 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

WC-6% Co 조성을 가진 프린트기판 구멍뚫기 가공용 마이크로드릴(JIS K10ψ=2.0)을 기재로서 마이크로파 플라즈마 CVD장치의 반응실내에 설치함과 동시에, 이 마이크로드릴의 단부에 2㎜의 간극을 두고 직경 1.0㎜의 텅스텐선으로된 보조부재를 제1도에 표시한 바와 같이 설치하였다.

이어서, 이 반응실내에, 일산화탄소 5% 및 수소가스 95%로 이루어진 혼합가스를 유량 100SCCM의 비율로 도입하고, 반응실내의 압력 40torr, 기재온도 900℃의 조건하에 주파수 2.45㎓의 마이크로파 전원의 출력을 70W로 설정하였다.

이 조건에서 마이크로파 방전방식에 의한 플라즈마처리를 6시간 행하고, 박막부착 프린트기판구멍뚫기 가공용 마이크로드릴을 제조하였다.

또한, 프린트기판 구멍뚫기 가공용 마이크로드릴로 이루어진 기재는, 세정을 행한 후 사용하였다.

반응종료후, 얻게된 박막부착프린트 기판구멍뚫기 가공용 마이크로드릴을 반응실에서 꺼내서, 박막에 대해서 라만분광분석을 행하였던바, 1333^-1㎝의 위치에 다이어몬드에 기인하는 샤아프한 피이크가 인정되었다.

또, 이 박막의 각부의 막두께는, 4∼4.5㎛이고, 균일성에 뛰어난 것이였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에 있어서, 혼합가스의 유량을 100SCCM에서 50SCCM로 바꿈과 동시에, 부재온도를 900℃에서 950℃로 바꾼외는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 해서 실시하였다.

반응종료후, 얻게된 박막부착 프린트기판 구멍뚫기 가공용 마이크로드릴을 반응실에서 꺼내서, 박막에 대해서 라만분광분석을 행하였던 바, 1333^-1㎝의 위치에 다이어몬드에 기인하는 샤아프한 피이크가 인정되었다. 또, 이 박막의 각부의 막두께는, 7~8㎛이고, 균일성에 뛰어난 것이었다.

[비교예 1]

상기 실시예 1에 있어서, 프린트기판 구멍뚫기 가공용 마이크로드릴로 이루어진 기재의 단부에 보조부재를 설치하지 않은 외에는, 상기 실시에 1가 마찬가지로해서 박막부착 프린트기판 구멍뚫기 가공용 마이크로 드릴을 제조하였다.

얻게된 박막부착프린트기판 구멍뚫기 가공용 마이크로드릴을 반응실에서 꺼내서, 박막에 대해서 라만분광 분석을 행하였던 바, 1333^-1㎝의 위치에 다이어몬드로 기인되는 샤아프한 피이크가 인정되었다.

또, 이 박막의 각부의 막두께는, 0∼7㎛이고, 박막이 형성되지 않는 부분도 있어서 상기 실시예 1 내지 2에서 얻게된 다이어몬드 박막부착프린트기판 구멍뚫기 가공용 마이크로드릴의 박막에 비교해서 불균일한 것임과 동시에 박리하기 쉬운 것이였다.

[평가]

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 결과에서, 본 발명의 방법에 의하면, 기재와의 밀착성 및 막두께의 균일성이 뛰어난 다이어몬드벽막을 얻게 될 수 있음을 확인하였다.

[실시예 3]

제4도에 표시한 바와 같은 구성으로 이루어진 마이크로파 플라즈마 CVD제조장치를 사용해서, WC-6% Co조성을 가진 유지부재의 개구부(13.7×13.7×3.18㎜H)에, WC-65 Co조성을 가진 절삭칩(12.7×12.7×3.18㎜HH)을 기재로서 수납하였다.

이어서, 반응실내에 수소가스를 93%, 일산화탄소가스를 7%의 비율로 또 수소가스 및 일산화탄소가스의 합계유량 100SCCM로 도입하고, 반응실내의 압력 40torr, 기재의 온도 900℃의 조건하에, 주파수 2.45CHZ의 마이크로파 전원의 출력을 400W로 설정하였다.

이 조건에서 마이크로파 방전방식에 의한 프라즈마처리를 5시간 행하고, 박막이 형성된 절삭칩을 제조하였다.

또한, 절삭칩은 세정제[일본국 닛가세이코(주)제 : 「란겔 E」]의 10배 희석액(액온 50℃) 및 순수를 60초간에 1회의 비율로 순차 사용해서, 각각 3회씩의 세정을 행한 후 사용하였다.

반응종료후, 이 절삭칩의 박막에 대해서 라만분광분석을 행하였던 바 1333^-1㎝의 위치에 다이어몬드로 기인되는 샤아프한 피이크가 인정되었다. 또 이 박막의 각부의 막두께는, 5∼5.5㎛이고, 균일성에 뛰어난 것이였다.

또, 상기와 마찬가지의 조작에 의해 얻게된 다이어몬드의 박막부착절삭칩에 대해서, 박리가 생기고 있는 샘플의 출현율을 구하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 3에 있어서, 유지부재를 사용하지 않고, WC-6% Co조성을 가진 절삭칩을 질화붕소로 이루어진 평판기판위에 재치한 외는, 상기 실시예 3과 마찬가지로 해서 박막부착절삭칩을 제조하였다.

반응종료후, 이 절삭칩의 박막에 대해서 라만분광분석을 행하였던 바, 1333^-1㎝의 위치에 다이어몬드로 기인되는 샤아프한 피이크가 인정되었다.

또, 이 박막의 각부의 막두께는, 4㎛(중앙부)∼13㎛(에지부)이고, 상기 실시예 3에서 얻게된 다이어몬드박막부착 절삭칩에 비교해서, 다이어몬드박막의 막두께의 균일성에 떨어지는 것이었다.

또, 상기와 마찬가지의 조작에 의해 얻게되는 다이어몬드 박막부착절삭칩에 대해서, 박리가 생겨 있는 샘플의 출현율을 구하였다. 결과를 표 1에 표시한다.

[표 1]

[평가]

실시예 3과 비교예 2의 결과에서, 본 발명의 제조장치를 사용한 본 발명의 방법에 의하면, 플라즈마의 국소적인 집중에 없는 것을 확인하였다. 그리고, 본 발명의 제조장치를 사용한 본 발명의 방법에 의하면, 막두께의 균일성에 뛰어나고, 또한 표 1에서 명백한 바와 같이, 박리가 생기기 어려운 다이어몬드류 박막을 얻을 수 있다.

Claims (13)

1. 탄소원가스를 함유하는 원료가스를 여기해서 얻어지는 가스를 가재에 접촉시켜서, 상기 기재에 다이어몬드류박막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 기재의 다이어몬드류 박막형성예정면에 존재하는 볼록형상부에 근접시켜서 보조부재를 배치하고, 상기 보조부재의 존재하에 상기 기재의 다이어몬드류 박막형성 예정면에 다이어몬드류박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 다이어몬드류박막의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 보조부재가, 상기 기재(1)의 위표면(11)과 지지부재(20)의 위표면(25)이 실질적으로 동일평면을 형성하게 되는 길이를 가지는 동시에, 기개(1)와의 사이에 간극을 가지도록 위표면(25)에 개설된 개구부(3)를 가지는 지지부재(20)인 것을 특징으로 하는 다이어몬드류박막의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 보조부재(21)가, 지지부재(20)의 위표면에 설치되는 경우의, 상기 기재(1)의 위표면(11)과 실질적으로 동일평면을 형성하게 되는 높이와 위표면(22)을 가지는 동시에 기재와의 사이에 간극을 가지도록 개설된, 관통구멍(35)을 가지는 프레임체인 것을 특징으로 하는 다이어몬드류 박막의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 프레임체가 상기 지지부재의 위표면에서 분리가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 다이어몬드류 박막의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 보조부재가, 상기 지지부재의 위표면에 설치되는 경우의, 상기 기재의 위표면과 실질적으로 동일평면을 형성하게 되는 높이와, 위표면을 가짐과 동시에 기재와의 사이에 간극을 가지도록 개설된, 복수개의 블록 또는 플레이트인 것을 특징으로 하는 다이어몬드류 박막의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 보조부재(2)가 기재(1)의 볼록형상부(10)에 서로 대향해서 배치되는 것을 특징으로 하는 다이어몬드류박막의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 보조부재가 기재와 마찬가지 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 다이어몬드류 박막의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 보조부재 및 기재가 금속, 합금, WC-Co계 초경합금, WC-TiC-Co계 초경합급 및 WC-TiC-TaC-Co계 초경합금으로부터 선택되는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 다이어몬드류 박막의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 보조부재 및 기재가 WC-Co계 초경합금인 것을 특징으로 하는 다이어몬드류 박막의 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 기재에 있어서의 다이어몬드류 박막형성 예정면에 존재하는 볼록형상부에 보조부재가 근접하는 상태로해서, 볼록형상부와 보조부재가 5㎜ 이하의 간격을 가지고 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 다이어몬드류박막의 제조방법.
11. 제1항에 있어서, 탄소원가스를 함유하는 원료가스를 여기해서 얻게되는 플라즈마가스가, 마이크로파 플라즈마법에 의해 얻게되는 것을 특징으로 하는 다이어몬드류박막의 제조방법.
12. 제1항에 있어서, 탄소원가스를 함유하는 원료가스가 일산화탄소와 수소가스를 가진 것을 특징으로 하는 다이어몬드류박막의 제조방법.
13. 마이크로파 플라즈마법에 의한 다이어몬드류박막의 제조장치에 있어서, 기재에 있어서의 다이어몬드류 박막형성 예정면에 존재하는 볼록형상부에 근접해서 배치된 보조부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 다이어몬드류 박막의 제조장치.

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