JPH0526867B2 - - Google Patents
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- JPH0526867B2 JPH0526867B2 JP22959685A JP22959685A JPH0526867B2 JP H0526867 B2 JPH0526867 B2 JP H0526867B2 JP 22959685 A JP22959685 A JP 22959685A JP 22959685 A JP22959685 A JP 22959685A JP H0526867 B2 JPH0526867 B2 JP H0526867B2
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
（発明の技術分野）
本発明は、カミソリの刃でも傷の付かない硬質
炭素被膜を製造する方法に関する。 （発明の背景） 従来、このような硬質炭素被膜を製造する方法
として、炭化水素ガスのグロー放電を利用した、
いわゆるプラズマCVD法が知られているが、こ
の方法は、膜厚分布の均一性が良好であること、
大面積の基板上にも形成が可能なこと、原理的に
曲面の基板上にも形成が可能なことなどの特徴点
から、工業的方法として脚光を浴び、盛んに研究
されている。 これまでのところ、炭化水素ガスのグロー放電
を起こすには、直流電源又は0.5〜100MHzの比較
的高周波電源を利用する。 直流電源を用いる場合には、一対の平行電極板
を備えた真空チヤンバー内に、大気圧以下の炭化
水素ガスを主成分とする原料ガスを導入し、前記
電極板の一方に直流電源の陽極を接続し、他方に
基板を乗せ、該基板を乗せた電極板に直流電源の
陰極を接続し、そうしておいて電源を作動させる
と、グロー放電が生じ、基板上に硬質炭素被膜が
成長する。 しかし、この直流電源を用いる方法には次のよ
うな欠点があつた。 １ 直流であるため基板として導電性又は半導電
性のものしか使用できない。 ２ 成長する硬質炭素被膜そのものが絶縁性であ
るため、仮に導電性の基板を使用しても、膜厚
が成長するに従い基板の導電性を損ない、つい
には放電が停止して膜の成長が停止してしま
う。つまり厚い硬質炭素被膜が作れない。 また、高周波電源を用いる場合には、真空チヤ
ンバー内に配置された一対の平行電極板の間に、
大気圧以下の炭化水素ガスを主成分とする原料ガ
スを供給し、前記電極板の一方をアースし、他方
に基板を乗せ、該基板を乗せた電極板に整合回路
を介して周波数0.5〜100MHzの交流電源を接続
し、そうしておいて電源を作動させると、グロー
放電が生じ、基板上に硬質炭素被膜が成長する。
高周波電源を使用するため、絶縁性基板上でも問
題なく硬質炭素被膜を成長させることができる。 しかし、この高周波電源を用いる方法には次の
ような欠点があつた。 即ち、高周波グロー放電を継続するには、整合
回路によつて電源の出力インピーダンスと製造装
置のインピーダンスとの整合を図らなければなら
ないが、製造装置のインピーダンスは安定してお
らず、外気温度や湿度の影響、チヤンバー内の微
妙な圧力変化の影響などを受けて変化し、そのた
め高周波グロー放電が安定せず、安定した硬質炭
素被膜を成長させることができなかつた。これを
解決するには、製造装置のインピーダンス変化を
自動的に補償するオートマチツチング・システム
や、チヤンバー内の微妙な圧力変化をコントロー
ルするシステムが必要となり、装置は勢い高価な
ものとならざるを得ない。 （発明の目的） 従つて、本発明の目的は、これらの欠点を解決
し、特別なシステムを付加せずとも、各種基板上
に安定に硬質炭素被膜特にカミソリの刃でも傷の
付かない硬質炭素被膜を成長させることができる
製造方法を提供することにある。 また、本発明の別の目的は、耐環境性に優れた
硬質炭素被膜を製造することにある。 （発明の概要） 本発明者は、鋭意研究の結果、150〜460kHzと
いう比較的低周波数の交流電源を使用して下記に
示す特別な条件を満足させれば、先に示した本発
明の目的を満足させることができることを見い出
し、本発明を成すに至つた。 即ち、本発明は、真空チヤンバー内に配置され
た一対の平行電極板の間に、大気圧以下の炭化水
素ガスを主成分とする原料ガスを供給し、前記電
極板の一方をアースし、他方に基板を乗せ、該基
板を乗せた電極板に整合回路を介して周波数150
〜460kHzの交流電源を接続することにより、前
記電極板間にグロー放電を生じさせ、以て前記基
板上に硬質炭素被膜を製造する方法において、 Ｆを交流電源の出力〔単位：ワツト〕 Ｖを放電空間の容積〔単位：リツトル〕 Ｐをチヤンバー内の圧力〔単位：torr.〕 Ｓを炭化水素ガスの流量〔単位：sccm〕 とするとき、下記式（）： Ｆ×Ｖ／Ｐ×Ｓ＝α の値（α）を100〜2200にすることを特徴とする
方法を提供する。 ここにおいて、放電空間の容積Ｖとは、一対の
平行電極板に挟まれた空間の体積を言う。 これまで、式（）の如き関係式が論議された
ことはなく、本発明者が初めて見い出しものであ
り、この式（）の値αを100〜2200に限定した
のは、実験科学的に見出された事実に基づくもの
である。このαが仮に100より小さいと、得られ
る被膜がカミソリの刃で簡単に傷のつく程度の硬
さしか有さないものとなり、逆に2200を越える
と、膜の成長速度が著しく遅くなるため、非実用
的となつた。 また、本発明において、交流電源の周波数を
150〜460kHzに限定したのは、同様に実験科学的
に見出された事実に基づくものであり、周波数が
150kHzより低いと、絶縁体中を電流が通りにく
くなり、絶縁基板を用いると放電を起こすのが困
難となり、逆に460kHzより高くなると、装置の
インピーダンイスをより精密に整合させなければ
ならず、そのため安定な放電を継続させることが
困難になつたからである。 以下、実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。 （実施例） 製造装置の説明（第１図参照） この装置は、真空チヤンバー１と、チヤンバー
内ほぼ中央部に配置された一対の平行電極板２，
３と、チヤンバー上部に取りつけられた原料ガス
導入管４と、チヤンバー側面に取りつけられ排気
管５と、電極板３に接続された整合回路（本実施
例では、50〜600オームの間で５段階に切り換え
られるマツチングトランスを使用した）６と、整
合回路に接続された交流電源７とからなる。 電極板２は、ガス放出電極となつており、原料
ガス導入管４を通じて導入されたガスが内部を通
つて下面から吹き出す。この電極板２は、チヤン
バーのハウジングと電気的に接続しており、ハウ
ジングはアースされている。 電極板３は、絶縁体８を介してハウジングより
外部に取り出されており、上述のように整合回路
６に接続され、この整合回路６に接続された交流
電源７の他端はアースされている。 なお、９，１０はバルブであり、基板はＳで示
されている。 硬質炭素被膜の製造 真空チヤンバー１内を真空ポンプで一旦排気し
た後、炭化水素ガスとしてメタンガス、基板(S)と
してシリコン単結晶基板、交流電源７として周波
数200kHzの電源をそれぞれ用い、 交流電源の出力Ｆ：〔単位：ワツト〕 放電空間の容積Ｖ：〔単位：リツトル〕 チヤンバー内の圧力Ｐ：〔単位：torr.〕 炭化水素ガスの流量Ｓ：〔単位：sccm〕 を下記第１表に示す如く種々変えて硬質炭素被膜
を製造した。 この結果、３種類の膜が製造されたので、これ
を次の通りに分類した。本発明の目的とする硬質
炭素被膜は、タイプの膜である。 タイプ：HBの鉛筆で線を引くと、簡単に傷が
入る。 タイプ：HBの鉛筆で線を引いても傷が付かな
いが、市販のカミソリの刃で線を引くと、傷が
付く。 タイプ：市販のカミソリの刃で線を引いても傷
が付かない。
炭素被膜を製造する方法に関する。 （発明の背景） 従来、このような硬質炭素被膜を製造する方法
として、炭化水素ガスのグロー放電を利用した、
いわゆるプラズマCVD法が知られているが、こ
の方法は、膜厚分布の均一性が良好であること、
大面積の基板上にも形成が可能なこと、原理的に
曲面の基板上にも形成が可能なことなどの特徴点
から、工業的方法として脚光を浴び、盛んに研究
されている。 これまでのところ、炭化水素ガスのグロー放電
を起こすには、直流電源又は0.5〜100MHzの比較
的高周波電源を利用する。 直流電源を用いる場合には、一対の平行電極板
を備えた真空チヤンバー内に、大気圧以下の炭化
水素ガスを主成分とする原料ガスを導入し、前記
電極板の一方に直流電源の陽極を接続し、他方に
基板を乗せ、該基板を乗せた電極板に直流電源の
陰極を接続し、そうしておいて電源を作動させる
と、グロー放電が生じ、基板上に硬質炭素被膜が
成長する。 しかし、この直流電源を用いる方法には次のよ
うな欠点があつた。 １ 直流であるため基板として導電性又は半導電
性のものしか使用できない。 ２ 成長する硬質炭素被膜そのものが絶縁性であ
るため、仮に導電性の基板を使用しても、膜厚
が成長するに従い基板の導電性を損ない、つい
には放電が停止して膜の成長が停止してしま
う。つまり厚い硬質炭素被膜が作れない。 また、高周波電源を用いる場合には、真空チヤ
ンバー内に配置された一対の平行電極板の間に、
大気圧以下の炭化水素ガスを主成分とする原料ガ
スを供給し、前記電極板の一方をアースし、他方
に基板を乗せ、該基板を乗せた電極板に整合回路
を介して周波数0.5〜100MHzの交流電源を接続
し、そうしておいて電源を作動させると、グロー
放電が生じ、基板上に硬質炭素被膜が成長する。
高周波電源を使用するため、絶縁性基板上でも問
題なく硬質炭素被膜を成長させることができる。 しかし、この高周波電源を用いる方法には次の
ような欠点があつた。 即ち、高周波グロー放電を継続するには、整合
回路によつて電源の出力インピーダンスと製造装
置のインピーダンスとの整合を図らなければなら
ないが、製造装置のインピーダンスは安定してお
らず、外気温度や湿度の影響、チヤンバー内の微
妙な圧力変化の影響などを受けて変化し、そのた
め高周波グロー放電が安定せず、安定した硬質炭
素被膜を成長させることができなかつた。これを
解決するには、製造装置のインピーダンス変化を
自動的に補償するオートマチツチング・システム
や、チヤンバー内の微妙な圧力変化をコントロー
ルするシステムが必要となり、装置は勢い高価な
ものとならざるを得ない。 （発明の目的） 従つて、本発明の目的は、これらの欠点を解決
し、特別なシステムを付加せずとも、各種基板上
に安定に硬質炭素被膜特にカミソリの刃でも傷の
付かない硬質炭素被膜を成長させることができる
製造方法を提供することにある。 また、本発明の別の目的は、耐環境性に優れた
硬質炭素被膜を製造することにある。 （発明の概要） 本発明者は、鋭意研究の結果、150〜460kHzと
いう比較的低周波数の交流電源を使用して下記に
示す特別な条件を満足させれば、先に示した本発
明の目的を満足させることができることを見い出
し、本発明を成すに至つた。 即ち、本発明は、真空チヤンバー内に配置され
た一対の平行電極板の間に、大気圧以下の炭化水
素ガスを主成分とする原料ガスを供給し、前記電
極板の一方をアースし、他方に基板を乗せ、該基
板を乗せた電極板に整合回路を介して周波数150
〜460kHzの交流電源を接続することにより、前
記電極板間にグロー放電を生じさせ、以て前記基
板上に硬質炭素被膜を製造する方法において、 Ｆを交流電源の出力〔単位：ワツト〕 Ｖを放電空間の容積〔単位：リツトル〕 Ｐをチヤンバー内の圧力〔単位：torr.〕 Ｓを炭化水素ガスの流量〔単位：sccm〕 とするとき、下記式（）： Ｆ×Ｖ／Ｐ×Ｓ＝α の値（α）を100〜2200にすることを特徴とする
方法を提供する。 ここにおいて、放電空間の容積Ｖとは、一対の
平行電極板に挟まれた空間の体積を言う。 これまで、式（）の如き関係式が論議された
ことはなく、本発明者が初めて見い出しものであ
り、この式（）の値αを100〜2200に限定した
のは、実験科学的に見出された事実に基づくもの
である。このαが仮に100より小さいと、得られ
る被膜がカミソリの刃で簡単に傷のつく程度の硬
さしか有さないものとなり、逆に2200を越える
と、膜の成長速度が著しく遅くなるため、非実用
的となつた。 また、本発明において、交流電源の周波数を
150〜460kHzに限定したのは、同様に実験科学的
に見出された事実に基づくものであり、周波数が
150kHzより低いと、絶縁体中を電流が通りにく
くなり、絶縁基板を用いると放電を起こすのが困
難となり、逆に460kHzより高くなると、装置の
インピーダンイスをより精密に整合させなければ
ならず、そのため安定な放電を継続させることが
困難になつたからである。 以下、実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。 （実施例） 製造装置の説明（第１図参照） この装置は、真空チヤンバー１と、チヤンバー
内ほぼ中央部に配置された一対の平行電極板２，
３と、チヤンバー上部に取りつけられた原料ガス
導入管４と、チヤンバー側面に取りつけられ排気
管５と、電極板３に接続された整合回路（本実施
例では、50〜600オームの間で５段階に切り換え
られるマツチングトランスを使用した）６と、整
合回路に接続された交流電源７とからなる。 電極板２は、ガス放出電極となつており、原料
ガス導入管４を通じて導入されたガスが内部を通
つて下面から吹き出す。この電極板２は、チヤン
バーのハウジングと電気的に接続しており、ハウ
ジングはアースされている。 電極板３は、絶縁体８を介してハウジングより
外部に取り出されており、上述のように整合回路
６に接続され、この整合回路６に接続された交流
電源７の他端はアースされている。 なお、９，１０はバルブであり、基板はＳで示
されている。 硬質炭素被膜の製造 真空チヤンバー１内を真空ポンプで一旦排気し
た後、炭化水素ガスとしてメタンガス、基板(S)と
してシリコン単結晶基板、交流電源７として周波
数200kHzの電源をそれぞれ用い、 交流電源の出力Ｆ：〔単位：ワツト〕 放電空間の容積Ｖ：〔単位：リツトル〕 チヤンバー内の圧力Ｐ：〔単位：torr.〕 炭化水素ガスの流量Ｓ：〔単位：sccm〕 を下記第１表に示す如く種々変えて硬質炭素被膜
を製造した。 この結果、３種類の膜が製造されたので、これ
を次の通りに分類した。本発明の目的とする硬質
炭素被膜は、タイプの膜である。 タイプ：HBの鉛筆で線を引くと、簡単に傷が
入る。 タイプ：HBの鉛筆で線を引いても傷が付かな
いが、市販のカミソリの刃で線を引くと、傷が
付く。 タイプ：市販のカミソリの刃で線を引いても傷
が付かない。
【表】
【表】
また、本発明の方法によれば、シリコン基板以
外に、ステンレス、アルミニウム、石英ガラス、
ゲルマニウム、チタン等の各種基板にも本発明の
目的とするタイプの硬質炭素被膜を形成するこ
とができた。 第２図の実線は、厚さ５mmのゲルマニウム基板
の表裏両面に厚さ1μｍのタイプの硬質炭素被
膜を形成した試料の赤外線透過吸収スペクトルで
あり、タイプの硬質炭素被膜は、硬いばかりで
なく、シリコンやゲルマニウムのような高屈折率
基板の赤外線反射防止膜として有用である。 更に、この試料を第２表に示す環境試験に供し
たが、光学特性に変化がなく耐環境性にも優れて
いた。
外に、ステンレス、アルミニウム、石英ガラス、
ゲルマニウム、チタン等の各種基板にも本発明の
目的とするタイプの硬質炭素被膜を形成するこ
とができた。 第２図の実線は、厚さ５mmのゲルマニウム基板
の表裏両面に厚さ1μｍのタイプの硬質炭素被
膜を形成した試料の赤外線透過吸収スペクトルで
あり、タイプの硬質炭素被膜は、硬いばかりで
なく、シリコンやゲルマニウムのような高屈折率
基板の赤外線反射防止膜として有用である。 更に、この試料を第２表に示す環境試験に供し
たが、光学特性に変化がなく耐環境性にも優れて
いた。
【表】
（発明の効果）
以上のとおり、本発明によれば、絶縁性の基板
も含めた各種基板上に、特別なシステムを付加せ
ずとも、安定に、カミソリの刃でも傷の付かない
硬い炭素被膜を成長させることができる。 また、製造された被膜は、耐環境性に優れてい
る。
も含めた各種基板上に、特別なシステムを付加せ
ずとも、安定に、カミソリの刃でも傷の付かない
硬い炭素被膜を成長させることができる。 また、製造された被膜は、耐環境性に優れてい
る。
第１図は、本発明の実施例に使用した製造装置
の全体構成を示す概念図である。第２図は、赤外
線吸収スペクトルのチヤート図である。実線は、
ゲルマニウム基板の表裏両面に厚さ1μｍのタイ
プの硬質炭素被膜を設けたもののスペクトルで
あり、点線は基板のみのそれである。 〔主要部分の符号の説明〕、１……真空チヤン
バー、２，３……一対の平行電極板、４……原料
ガス導入管、５……排気管、６……整合回路、７
……交流電源、８……絶縁体、９，１０……バル
ブ、Ｓ……基板。
の全体構成を示す概念図である。第２図は、赤外
線吸収スペクトルのチヤート図である。実線は、
ゲルマニウム基板の表裏両面に厚さ1μｍのタイ
プの硬質炭素被膜を設けたもののスペクトルで
あり、点線は基板のみのそれである。 〔主要部分の符号の説明〕、１……真空チヤン
バー、２，３……一対の平行電極板、４……原料
ガス導入管、５……排気管、６……整合回路、７
……交流電源、８……絶縁体、９，１０……バル
ブ、Ｓ……基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 真空チヤンバー内に配置された一対の平行電
極板の間に、大気圧以下の炭化水素ガスを主成分
とする原料ガスを供給し、前記電極板の一方をア
ースし、他方に基板を乗せ、該基板を乗せた電極
板に整合回路を介して周波数150〜460kHzの交流
電源を接続することにより、前記電極板間にグロ
ー放電を生じさせ、以て前記基板上に硬質炭素被
膜を製造する方法において、 下記式（）の値（α）を100〜2200にするこ
とを特徴とするカミソリの刃で傷の付かない硬質
炭素被膜を製造する方法。 記 Ｆ×Ｖ／Ｐ×Ｓ＝α …式（） 但し、 Ｆは交流電源の出力〔単位：ワツト〕 Ｖは放電空間の容積〔単位：リツトル〕 Ｐはチヤンバー内の圧力〔単位：torr.〕 Ｓは炭化水素ガスの流量〔単位：sccm〕
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22959685A JPS6289868A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 硬質炭素被膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22959685A JPS6289868A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 硬質炭素被膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6289868A JPS6289868A (ja) | 1987-04-24 |
| JPH0526867B2 true JPH0526867B2 (ja) | 1993-04-19 |
Family
ID=16894656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22959685A Granted JPS6289868A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 硬質炭素被膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6289868A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4840655B2 (ja) * | 2006-08-08 | 2011-12-21 | 地方独立行政法人山口県産業技術センター | プラズマ処理装置及び基材の表面処理方法 |
| JP5099693B2 (ja) * | 2008-02-06 | 2012-12-19 | 地方独立行政法人山口県産業技術センター | 非晶質炭素膜及びその成膜方法 |
| JP2011225999A (ja) * | 2011-07-21 | 2011-11-10 | Yamaguchi Prefectural Industrial Technology Institute | プラズマ処理装置及び成膜方法 |
| JP5637119B2 (ja) * | 2011-11-14 | 2014-12-10 | トヨタ自動車株式会社 | プラズマｃｖｄ装置 |
| JP6352787B2 (ja) * | 2014-12-03 | 2018-07-04 | 大同メタル工業株式会社 | 摺動部材、ハウジング及び軸受装置 |
| JP6014941B2 (ja) * | 2015-07-31 | 2016-10-26 | 地方独立行政法人山口県産業技術センター | プラズマ処理装置及び成膜方法 |
-
1985
- 1985-10-15 JP JP22959685A patent/JPS6289868A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6289868A (ja) | 1987-04-24 |
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