JPH01261214A - ダイヤモンド含有膜または硬質カーボン膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、表面保護材料、音響材料、硬質材料、ぬれ性
制御材料等に利用されるダイヤモンド含有膜または硬質
カーボン膜の製造方法に関する。

［従来の技術］ ダイヤモンドは、高硬度、良熱伝導性といった機械的、
電気的、光学的に優れた性質を有し、各種工業用材料と
して広く利用されている。

しかしながら、超硬物質であるダイヤモンドは加工性に
難があり、このため、薄膜状ダイヤモンド、あるいはこ
れと類似の性質を有する硬質カーボン膜の製法の開発が
進められている。これら薄膜材料は、コーティングする
基体の形状を変えることにより任意の形状を取り得るた
め、広範囲の用途が期待できる。

このダイヤモンド含有膜または硬質カーボン膜の製造方
法に関しては、近年、種々の方法が提案されており（例
えば、エレクトロセラミックー８７／９　　ｐ４６〜５
５．特開昭６０−１９５０９３号公報等）、その方法は
、大きく２つに分類される。１つは、物理気相蒸着（Ｐ
ＶＤ）法であり、低エネルギーのイオン照射と各種蒸着
法を組合わせたイオン化蒸着法、基体上に直接Ｃあるい
はＣ−ビームを照射する炭素ビーム法、カーボンターゲ
ットを不活性イオンでスパッタし、基体上にスパッタ蒸
着すると同時にイオン照射を行なうイオンビームスパッ
タ法等がこれに属する。

もう１つは化学気相蒸着（ＣＶＤ）法であり、例えば、
マイクロ波ＣＶＤ法、電子衝撃ＣＶＤ法、プラズマＣＶ
Ｄ法等が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の方法では、得られたダイヤモ
ンド含有膜または硬質カーボン膜と基体との密着性が低
く、熱歪みや急激な力の付与によって剥離する等の問題
があった。

本発明は、上記従来技術における問題を解決するために
なされたものであり、ダイヤモンド含有膜または硬質カ
ーボン膜と基体との密着性を高め、耐久性を向上させる
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討を行
なった結果、真空中、基体上に３０ｋｅＶ〜２００　ｋ
　ｅ　Ｖのエネルギーを有する不活性ガスイオンを、イ
オン照射量１×１０１７イオン／−以上の条件で照射し
、同時に該基体上に水素とメタンの混合ガスを導入する
ことにより、ダイヤモンド含有膜または硬質カーボン膜
が製造できること、しかも得られたダイヤモンド含有膜
または硬質カーボン膜はイオンのミキシング効果により
良好な密着性を有することを見出だした。

本発明において、基体上に照射する不活性ガスイオンと
しては、アルゴンイオン、ヘリウムイオン、ネオンイオ
ン、キセノンイオン等が好適に曲用される。照射する不
活性ガスイオンのエネルギーは３０ｋｅＶ〜２００ｋｅ
Ｖであることが望ましく、この範囲内で適切なミキシン
グ効果が得られる。エネルギーが３０ｋｅＶより低いと
、イオンによるスパッタ効果が主流となり、生成した膜
の表面が削りとられてしまう。また、逆に２００ｋｅＶ
を越えるとイオンが基体内部に注入されてしまい、イオ
ンのミキシング効果が基体内部で生じて膜との界面に作
用せず、密着性が向上しない。

さらに好ましくは３０ｋｅＶ〜１００ｋｅＶの範囲とす
る。

イオンの照射量は、少なくとも１×１０１７イオン／ｃ
ｍ２以上とすることが必要で、１×１０１７イオン／−
未満では膜が形成されない。

本発明においては、イオン照射と同時に、基体上に水素
とメタンの混合ガスを導入するが、混合ガス中のメタン
濃度は生成する膜の性状を決定する重要なファクターの
１つである。ダイヤモンド含有膜はメタン濃度０．１ｍ
ｏ１％〜１．０ｍ。

１％の範囲で形成され、それ以外では硬質カーボン膜が
生成する。ここで、ダイヤモンド含有膜とはダイヤモン
ドを主体とする膜を、硬質カーボン膜はｉ−カーボンを
主体とする膜をそれぞれ意味し、いずれも通常少量のグ
ラファイトを含有する。

また、基体温度も重要なファクターの１つであり、基体
温度が８００°Ｃ〜１０００°Ｃの範囲でのみダイヤモ
ンド含有膜が形成され、８００℃より低温では硬質カー
ボン膜が形成される。ダイヤモンド含有膜の形成には、
メタン濃度および基体温度の両方が上記範囲を満たして
いることが必要で、例えばメタン濃度が上記範囲であっ
ても基体温度が８００℃より低い場合にはダイヤモンド
含有膜は生成せず、硬質カーボン膜が生成する。

次に、図面に基づいて本発明方法の一例を説明する。第
１図には本発明のダイヤモンド含有ｗＡまたは硬質カー
ボン膜を製造する装置の概要を示す。

図中、１は真空ポンプ、２は真空槽、３はイオン源、４
は基体ホルダー、５は基体、６は混合カス導入系、７は
イオンビーム、８は混合ガスである。

先ず、基体５を基体ホルダー４に取付けて真空槽２中に
設置し、真空ポンプ１で５Ｘ１０−６Ｔ。

ｒｒ以下になるまで真空排気する。一方、真空槽２に接
続されているイオン源３において不活性ガスイオンを生
成し、その後加速して所定のエネルギーを付与し、基体
５上に照射する。同時に混合ガス導入系６より導入した
水素とメタンの混合ガスを基体５上に吹付ける。この時
、真空槽２内の真空度は１×１Ｏ−５ＴＯｒｒ〜ｌＸ１
Ｏ−４ＴＯｒｒの範囲内とすることが望ましい。そして
、基体温度、イオン照射量等を上記した範囲内で任意に
設定することにより、基体上にダイヤモンド含有膜また
は硬質カーボン膜が形成される。

［作用］ イオン源より基体表面に向けて照射されたイオンは、混
合ガスに衝突してエネルギーを与え、ダイヤモンド含有
膜または硬質カーボン膜の生成反応に寄与する。

同時に、照射イオンのミキシング効果により膜と基体表
面層とが混ざり合い、膜と基体との間にこれらの混合層
を形成する。かくして、膜が基体から剥離しにくくなり
、基体と膜との密着性が格段に向上する。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明
はその要旨を越えない限り、これら実施例により限定さ
れるものではない。

（１）第１図に示される装置を用い、第１表に示される
条件でダイヤモンド含有膜および硬質カーボン膜を作製
しな。基体５としてはシリコンを用い、これを基体ホル
ダー４に取付けな後、真空槽２中に設置し、真空ポンプ
１で３Ｘ１０−６Ｔｏｒｒまで真空排気した。その後、
基体５を第１表に示す温度まで加熱し、混合ガス導入系
６より水素とメタンの混合ガス（メタン濃度０．５％）
を導入して基体５上に吹付けた。真空槽２内は２×１０
−”Ｔｏｒｒを保持するよう真空ポンプ１で真空排気し
た。

その状態でイオン源３においてＡｒ　　イオンを生成し
、第１表に示すエネルギーを付与して基体５上に照射し
た。イオン照射量は１×１０１７イオン／−とした。（
実施例１〜４）。

得られた膜の状態をＡＥＳ（オージェエレクトロンエレ
クトロスコピー）、およびラマン分光によって評価した
。実施例１および実施例３のＡＥＳ分析結果を第２図（
１）に示す。実施例１と実施例３のスペクトルの相異は
、２４０〜２６０ｅ■のスペクトルプロファイルに観察
することができ、第２図（２）に示したダイヤモンドお
よびｉ−カーボンの標準スペクトルとの比較かられかる
ように、実施例１の膜はダイヤモンドのプロファイルに
、実施例３の膜はｉ−カーボンのプロファイルに近い。

また、実施例１のラマンスペクトルを第３図に示すが、
１３３６．ｆｆｌにダイヤモンドのピークが、１５５３
ａＴ！付近から１３００−に続くグラファイトのブロー
ドなピークが見られ、この膜がダイヤモンドおよびグラ
ファイトを含有することがわかる。

なお、第１表には、比較例１〜３としてイオンのエネル
ギー、または導入ガスを本発明の範囲外とした場合の製
造条件と得られた膜の状態を記した。

次に、実施例１〜４および比較例２〜３で得られた膜の
基体との密着性を評価するため、０．５ＲＡｌ２Ｏ３圧
子によるひつかき試験を行なった。ひっかき試験は５０
ｇ荷重、２０　ＩＴｎ／　ｍ　ｉ　ｎの条件で行ない、
判定は下記のようにした。

○・・・傷なし Δ・・・わずかに傷あり ×・・・傷あり また、コンタクタンゲルメータ（接触角測定装置）によ
り、水のぬれ性を評価し、これらの結果を第１表に併記
した。

第１表に明らかな如く、比較例２．３でははっきり傷が
認められるのに対し、実施例１．２ではひっかき傷は認
められず、実施例３．４ではわずかに傷が認められるも
のの、本発明のダイヤモンド含有膜または硬質カーボン
膜は良好な密着性を有していることがわかる。また、ぬ
れ性は、実施例１〜４のいずれも水の接触角が８０°以
上あり、良好な溌水性を示すことがわかる。

（２）Ａｒ　　イオンに代えてＨｅ　　イオンを照射し
た以外は実施例１と同様の条件で成膜を行なった。得ら
れた膜の状態をＡＥＳおよびラマン分光で評価したとこ
ろ、ダイヤモンドを主体とする膜が生成しており、ひつ
かき試験およびぬれ性評価の結果も良好であった。また
、同様の結果が、Ｎｅ＋イオン、Ｘｅ＋イオンについて
も得られた。

［発明の効果コ 本発明によれば、基体との密着性が高く、耐久性に優れ
たダイヤモンド含有膜または硬質カーボン膜を製造する
ことができる。また、溌水性にも優れているので、表面
を利用したぬれ性制御薄膜　　、等、利用範囲が広く、
利用価値が大である。

さらに、従来のＰＶＤ法またはＣＶＤ法では、基体上の
特定部位にのみ膜を形成しようとする場合、マスクを用
いるが、形成温度が高いなめに反応を起こしたり、周辺
を汚したりするおそれがある。これに対し、本発明の方
法では、照射イオンの径を絞り、所定の領域を走査する
ことにより特定部位に膜を形成することが可能であり、
未照射の周辺への悪影響を及ぼすことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のダイヤモンド含有膜または硬質カーボ
ン膜を製造する装置の一例を示す概略図、第２図は実施
例１および実施例３で得られた膜のＡＥＳカーボンスペ
クトル図、第３図は実施例１で得られた膜のラマンスペ
クトル図である。 １・・・・・・真空ポンプ ２・・・・・・真空槽 ３・・・・・・イオン源 ４・・・・・・基体ホルダー ５・・・・・・基体 ６・・・・・・混合ガス導入系 ７・・・・・・イオンビーム ８・・・・・・混合ガス 第１Ｒ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空中、基体上に３０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶのエ
   ネルギーを有する不活性ガスイオンを、イオン照射量１
   ×１０＾１＾７イオン／ｃｍ＾２以上で照射し、同時に
   該基体上に水素とメタンの混合ガスを導入することを特
   徴とするダイヤモンド含有膜または硬質カーボン膜の製
   造方法。
2. （２）混合ガス中のメタン濃度が０．１ｍｏｌ％〜１．
   ０ｍｏｌ％である請求項１記載のダイヤモンド含有膜の
   製造方法。
3. （３）基体の温度が８００℃〜１０００℃の範囲である
   請求項１または２記載のダイヤモンド含有膜の製造方法
   。
4. （４）不活性イオンのエネルギーが３０ｋｅＶ〜１００
   ｋｅＶである請求項３記載のダイヤモンド含有膜の製造
   方法。