ダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法
【課題】装置の大幅な改造をせず汎用的な真空チャンバを用いて、プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドライクカーボン膜の高速成膜を安定して行う方法を提供する。
【解決手段】プラズマＣＶＤ法で基材上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する方法であって、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすると共に、チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用い、かつ、チャンバ内のガスの全圧を４Ｐａ以上７Ｐａ以下にしてダイヤモンドライクカーボン膜を形成する。
【解決手段】プラズマＣＶＤ法で基材上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する方法であって、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすると共に、チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用い、かつ、チャンバ内のガスの全圧を４Ｐａ以上７Ｐａ以下にしてダイヤモンドライクカーボン膜を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドライクカーボン膜（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ；ＤＬＣ、非晶質炭素）の製造方法に関するものであり、例えば自動車のカムおよびシムなど２種類の部品が接触する摺動部材の摺動部表面にコーティングしたり、電子部品等の電気特性を改善すべく表面改質処理でコーティングされるダイヤモンドライクカーボン膜を、高速かつ安定に形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドとグラファイトが混ざり合った両者の中間の構造を有するダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）は、ダイヤモンドと同様に硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、化学的安定性に優れていることから、例えば、摺動部材、金型、切削工具類、耐摩耗性機械部品、研磨材、磁気・光学部品等の各種部品の保護膜として利用されつつある。
【０００３】
上記ＤＬＣ膜の作製法としては、大きく分けてＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，物理蒸着）法とＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，化学蒸着）法の２種類が存在する。ＰＶＤ法による成膜では、炭化水素ガスを用いないか、あるいは成膜時のガス導入量を微量にすることで、水素なしまたは水素の少ない、硬度の高い皮膜の作製が可能となる。これらの皮膜を摺動部品表面に形成した場合には該部品の耐久性を向上させることができる。例えば特許文献１には、基材との密着性に優れ、かつ耐摩耗性にも優れた、第１および第２のＤＬＣ膜と中間層からなるＤＬＣ成形体をＰＶＤ法で形成することが示されている。しかしながら、ＰＶＤ法による成膜は成膜速度が１μｍ／ｈ（時間）以下であるため、生産性に優れているとは言い難い。
【０００４】
一方、ＣＶＤ法による成膜は、利点として、成膜速度がＰＶＤ法よりも速いことや複雑形状の物質にコーティング可能であることが挙げられる。この様にＣＶＤ法では成膜速度を速めることができるが、成膜速度を速めて安定した成膜を行うには装置構成を工夫する必要がある。例えば特許文献２には、複雑形状の基材を用い、均一かつ高速に成膜することを目的に、複雑な形状を有する基材に対して電界を均一に印加できるよう補助電極を設けることが示されている。即ち、特許文献２は、複雑形状の基材を対象としたコーティングに主眼を置いた技術であり、試料の形状に適した補助電極を設けることで内面への成膜を行っている。しかしこの技術は、上記補助電極を設けるため装置を改造する必要があり、かつ各形状に応じた補助電極を用いる必要もあり、従来より用いられている比較的単純な装置を用いて、ＤＬＣ膜の高速かつ安定した成膜を図るものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７０６６７号公報
【特許文献２】特開２００２−３６３７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置の大幅な改造をせず汎用的な装置を用いて、ＣＶＤ法、特にはプラズマＣＶＤ法により、ＤＬＣ膜を高速かつ安定に形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法とは、プラズマＣＶＤ法で基材上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する方法であって、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすると共に、チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用い、かつ、チャンバ内のガスの全圧を４Ｐａ以上７Ｐａ以下にしてダイヤモンドライクカーボン膜を形成するところに特徴を有している。
【０００８】
前記チャンバ内に供給するガスは、トルエンとアルゴンの混合ガスであり、この混合ガスにおけるトルエンの体積比率が４０％以上であることが好ましい。
【０００９】
好ましい実施形態として、前記基材の周囲に導電性材料を配設し、かつ、この導電性材料を接地するのがよい。
【００１０】
前記バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数は、２００ｋＨｚ以上であることが好ましい。また、前記バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさは、４００Ｖ以上であることが好ましい。
【００１１】
好ましい実施態様として、チャンバ内でＰＶＤ法により下地層を基材上に形成し、次いで、同チャンバ内でプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成することが挙げられる。前記ＰＶＤ法では、アンバランスド・マグネトロン型スパッタリング蒸発源から生成する成分で前記下地層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、装置の大幅な改造をせず汎用的な装置を用いて、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜の高速成膜を安定して行うことができる。特に、従来のプラズマＣＶＤ法の様に高い雰囲気圧力（雰囲気中のガスの全圧）を必要とせずにＤＬＣ膜を成膜できるので、例えば特許文献１に示された従来のＰＶＤ装置にプラズマＣＶＤ機能を付与した複合装置において、排気系統の大掛かりな改造を施す必要なく、該複合装置のチャンバ内でＤＬＣ膜を形成することができる。また、ＤＬＣ膜の安定した高速成膜と、ＤＬＣ膜以外の膜（例えば、基材とＤＬＣ膜の間に形成する下地層）のＰＶＤ法による成膜を、同一装置内で簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はバイポーラＤＣパルス電圧のパルス波形の一例を示す図である。
【図２】図２は実施例において用いたＤＬＣ膜の成膜装置の概略説明図である。
【図３】図３はガスの全圧と成膜速度の関係を炭化水素系ガス種別に示したグラフである。
【図４】図４は混合ガスに占めるトルエンの体積分率と成膜速度の関係を示したグラフである。
【図５】図５はバイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数と成膜速度の関係を示したグラフである。
【図６】図６はバイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさと成膜速度の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、装置の大幅な改造をせず汎用的な装置（真空チャンバ）を用いて、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜の高速成膜を安定して行うべく、その成膜条件について様々な観点から検討を行った。その結果、特に、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすると共に、チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用い、かつ、チャンバ内のガスの全圧を４Ｐａ以上７Ｐａ以下にすればよいことを見出した。以下、本発明で規定した上記成膜条件について詳述する。
【００１５】
まず本発明では、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とする。
【００１６】
プラズマＣＶＤ法によるＤＬＣ膜の成膜には、電源として高周波電源が一般的に使用されている。しかし高周波電源を使用した場合、被処理物の積載量や形状に応じて自己バイアスの値が変化する。この自己バイアスの値は任意に制御できないため、自己バイアスの値の変化に応じて成膜条件を最適化することが必要になる。一方、ＤＣ電源の場合には、前記高周波電源のような問題がなく、工業応用の観点から有利である。しかしながら、ＤＣ電源を用いた場合、直流放電を開始させるには、一定値以上の雰囲気圧力、電力が必要であるため、チャンバを改造したり、大掛かりな電源装置を用いる必要がある。本発明では、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすることによって、電子の運動（負バイアス電圧または正バイアス電圧を印加時に、電子が基板とその対極であるチャンバ内壁または後述する導電性材料との間を往復運動する）を促進させてイオン化効率を上げることができ、その結果、開始時に一定値以上の雰囲気圧力、電力を必要とせず、より低い雰囲気圧力、電力領域でも安定な成膜を行えることを見出した。上記バイポーラＤＣパルス電圧とは、正・負の双方の電圧パルスが時間軸上交互に現れる状態の電圧をいい、正のパルス波形と負のパルス波形が対称である場合、またはこれらの波形が非対称である場合の双方を含む。正のパルス波形と負のパルス波形が非対称であれば、イオン化効率をより高めることができ、その結果、開始時の雰囲気圧力や電力をより小さくでき、しかもより高速で成膜できるので好ましい。この場合、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の時間積分値が、バイポーラＤＣパルス電圧における正バイアス電圧の時間積分値よりも大きいことが好ましい。本発明は、上記パルスの具体的波形まで特定されるものでなく、例えば図１に示す様な波形の非対称パルスとすることが挙げられる。
【００１７】
上記の通り、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧としてイオン化効率を高めることで、成膜速度も向上する。更にパルス化すれば、印加周波数やデューティサイクル（高周波電源では５０％で不変）を制御できることから、成膜速度、膜質を幅広く調整することができる。この様な成膜速度等の調整は、後述する通り、チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用いた場合に特に効果的に行うことができる。
【００１８】
ＤＬＣ膜は、炭化水素系ガス（Ｃ（炭素）含有ガス）を含むガスをチャンバ内に導入し、基材へ電圧を印加し、上記炭化水素系ガスを分解してＤＬＣを基材上に蒸着させて形成される。
【００１９】
本発明者らが、この炭化水素系ガスの種類について検討を行ったところ、トルエン（気体状態のものをいう。以下同じ）が炭化水素系ガスとして最適であることを見出した。後述する実施例に示す通り、炭化水素系ガスとして、メタン、アセチレン、またはトルエンを含むガスを用いて成膜を行った結果、メタンやアセチレンを用いた場合には、ガスの全圧がほとんど成膜速度に影響しないのに対し、トルエンを用いて成膜を行った場合には、１０μｍ／ｈ（時間）を超える成膜速度を実現できることを見出した。この様にトルエンを用いて成膜を行った場合に、他の炭化水素系ガスよりも成膜速度が速くなる理由として、トルエンのイオン化エネルギー（８．８２ｅＶ）が、メタン（１２．９８ｅＶ）やアセチレン（１１．４１ｅＶ）よりも小さいことが考えられる。
【００２０】
上記チャンバ内に供給するガスとして、前記トルエンとアルゴンの混合ガスを用い、かつ、前記混合ガスにおけるトルエンの体積比率を４０％以上とすることが好ましい。この様に分解するトルエンの量を確保することで成膜速度を速めることができる。より好ましい前記トルエンの体積比率は４５％以上である。一方、トルエンの体積比率が高すぎると、プラズマが安定せず成膜が不安定になるおそれがある。よって本発明では、混合ガスに占めるトルエンの体積比率を６０％以下とすることが好ましい。より好ましくは５５％以下である。
【００２１】
本発明において、前記チャンバ内のガスの全圧は４Ｐａ以上７Ｐａ以下である。成膜速度は、チャンバ内のガスの全圧を高めることによって速めることができる。後述する実施例に示す通り、１０μｍ／ｈを超える成膜速度を確実に実現するには、前記全圧を４Ｐａ以上とする必要がある。好ましくは４．５Ｐａ以上である。一方、前記全圧が高すぎると、プラズマが安定せず成膜することが不可能となるため、本発明では、該全圧を７Ｐａ以下とする。好ましくは６．５Ｐａ以下である。
【００２２】
前記成膜は、前記基材の周囲に導電性材料を配設し、かつ、この導電性材料を接地した状態で行うことが好ましい。この様な態様では、導電性材料がその名の通り導電性を示し、かつ接地されているため、チャンバと導電性材料が同電位となり、導電性材料の表面が試料に対し対極の役割を果たす。その結果、対極が試料に近づいたこととなるため、発生するプラズマの密度を高めることができ、結果として成膜速度をより速めることができる。
【００２３】
前記導電性材料としてはＳＵＳ、Ｔｉ合金などが挙げられ、例えば筒状とすることが挙げられ、板状のものでも金網を用いても良い。また、前記導電性材料の形状としては、基板と後述する一定の間隔で対向する状態となっていれば特に限定されず、略円筒のものや、楕円筒や多角円筒等のものが挙げられる。基材と導電性材料（例えば筒状の導電性材料）の表面との距離は、３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
前記成膜では、バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数が２００ｋＨｚ以上であれば、確実に成膜速度が速まるので好ましい。より好ましくは前記パルス周波数を２３０ｋＨｚ以上とする。一方、前記パルス周波数が３００ｋＨｚを超えると、安定してプラズマが発生せず成膜が不安定となるおそれがある。よって、前記パルス周波数は３００ｋＨｚ以下であることが好ましい。成膜速度の向上と成膜安定性の確保の観点からは、２６０ｋＨｚ以下であることがより好ましい。
【００２５】
また、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさが４００Ｖ以上であれば、成膜速度が確実に速まるので好ましい。より好ましくは５００Ｖ以上である。一方、前記電圧の大きさが６５０Ｖを超えると、安定してプラズマが発生せず成膜が不安定となるおそれがあるので、前記電圧の大きさは６５０Ｖ以下であることが好ましい。
【００２６】
本発明の方法は、既存のプラズマＣＶＤ装置においても実施できるが、ＰＶＤ法を実施するチャンバ内で、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成することもできる。例えばＰＶＤ装置（例えば、スパッタリング装置）にプラズマＣＶＤ機能を付与した複合装置のチャンバ内で、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成することができる。
【００２７】
前記スパッタリング装置（ＰＶＤ装置）では、通常、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプによる真空排気を行っていることから、該ＰＶＤ装置のチャンバ内で、従来のプラズマＣＶＤ法の様に１０Ｐａ以上と、雰囲気中のガスの全圧の高い状態でＤＬＣ膜を成膜するには、真空排気ラインを別ラインに改造するなど、排気系統の大掛かりな改造が必要であった。しかし本発明では、１０Ｐａを下回る雰囲気圧力（雰囲気中のガスの全圧）でＤＬＣ膜を成膜できるため、ＰＶＤ法を実施するチャンバを利用して、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を高速かつ安定して形成することができる。
【００２８】
上記複合装置でＤＬＣ膜を成膜できるメリットとして、プラズマＣＶＤ法によるＤＬＣ膜の成膜と、ＰＶＤ法によるＤＬＣ膜以外の膜（例えば基材とＤＬＣ膜の間に形成する下地層として、例えば特許文献１に示された様な金属層や金属化合物層）の成膜を、同一チャンバ内で実施することができる。
【００２９】
具体的な実施形態として、チャンバ内でＰＶＤ法により下地層を基材上に形成し、次いで、同チャンバ内でプラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を規定の条件で形成することが挙げられる。
【００３０】
前記ＰＶＤ法では、アンバランスド・マグネトロン型スパッタリング蒸発源から生成する成分で前記下地層を形成すれば、該下地層として緻密で高硬度な皮膜を形成することができるので好ましい。
【００３１】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３２】
（実験例１）
神戸製鋼社製アンバランスドマグネトロンスパッタ（ＵＢＭＳ２０２）装置のチャンバを用い、図２に示す通り、基材３周辺を導電性材料製の円筒５で覆い、基材３にＤＣパルスバイアス電圧を印加してプラズマＣＶＤ法でＤＬＣ膜の成膜を行った。図２において、２は基材支持部である。電源４には非対称ＤＣパルス電源（アドバンスドエナジー（ＡＥ）のＰｉｎｎａｃｌｅ（登録商標）Ｐｌｕｓ＋，５ｋＷ電源）を使用し、基板ステージに接続を行った。パルスデューティサイクルは７０％一定で成膜を行うためにパルス幅を設定している。バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数は２５０ｋＨｚ、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさは６００Ｖとした。前記導電性材料製の円筒５は、ＳＵＳ板製のものを用い、図２に示す通り、円筒表面が試料表面から７５ｍｍ離れるように配置し、かつ接地した。
【００３３】
チャンバ内に供給するガスとして、Ａｒ（アルゴン）とＣ７Ｈ８（トルエン）との混合ガスを用いた。トルエンは、図２に示す通り恒温装置１０内で７０℃に加熱すると同時に真空引きを行い気化させてチャンバ１内へ導入した。図２において、１１は液体トルエン容器、９はバルブを示している。尚、比較例として、トルエンのかわりにアセチレンまたはメタンを導入した場合についても成膜を行った。アルゴンとの混合ガスに占めるトルエン、アセチレン、またはメタンの体積分率は、いずれも５０％で一定となるようにした。図２中の６はアルゴン用マスフローコントローラー、７はメタン／アセチレン用マスフローコントローラー、８はトルエン用マスフローコントローラーを示している。
【００３４】
基材３にはＳｉウエハ（Ｓｉ基板）を使用した。この基材３をチャンバ１内に導入後１×１０−３Ｐａ以下に排気してから成膜を行った。また、チャンバ１内のガスの全圧を変化させて成膜を行った。このガスの全圧の制御は、手動のバタフライバルブ１２を設け、バタフライバルブ１２の開閉量を制御することで実施した。また、図２中の１３はターボ分子ポンプ、１４はロータリーポンプを示している。
【００３５】
成膜速度は、Ｓｉウエハ上に予め修正液を塗布してマスキングを施し、成膜後に修正液を除去することで、膜表面と基材表面の段差を表面粗さ計（ＤＥＫＴＡＫ）で測定して求めた。その結果を炭化水素系ガス種別に表１に示す。また、この表１の結果を用いてガスの全圧と成膜速度の関係を炭化水素系ガス種別に示したグラフを図３に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１および図３より、いずれの炭化水素系ガスを用いた場合も、ガスの全圧の増加に比例して成膜速度が増加している。しかしアセチレンを用いた場合には、ガスの全圧を７Ｐａとした場合でも成膜速度が４．３μｍ／ｈであり、トルエンを用いた場合の１５．７μｍ／ｈと比較して成膜速度が遅くなっている。メタンを用いた場合には、ガスの全圧を７Ｐａとした場合でも約０．１μｍ／ｈと成膜速度が極めて遅いことが分かる。一方、トルエンを用いた場合であっても、ガスの全圧を８Ｐａ以上とした場合には安定した成膜ができなかった。また、この実験において、パルスを用いないＤＣ電源を使用した場合にはプラズマが発生せず、成膜できなかった。尚、本実験におけるガスの全圧の範囲では、パルスを用いないＤＣ電源の場合、電圧が１０００Ｖでも放電しなかったことから、放電開始電圧は１０００Ｖよりも高いと思われる。
【００３８】
（実験例２）
混合ガスに占めるトルエン量（体積分率）が、成膜速度に及ぼす影響について調べた。
【００３９】
詳細には、トルエンとアルゴンの混合ガスを用い、該混合ガスに占めるトルエンの体積分率を変化させ、かつチャンバ内のガスの全圧を５Ｐａで一定として成膜する以外は、実験例１と同様にしてＤＬＣ膜の形成を行った。そして実験例１と同様に成膜速度を調べた。その結果を表２に示す。また、この表２の結果を用いて作成した、混合ガスに占めるトルエンの体積分率と成膜速度の関係を示したグラフを図４に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２および図４より、混合ガスに占めるトルエン量（体積分率）を増加させることで成膜速度も増加しており、成膜速度を１０μｍ／ｈ以上に確実に速めるには、混合ガス中のトルエンの体積比率を４０％以上とするのが好ましいことがわかる。
【００４２】
（実験例３）
基材の周囲に配設する導電性材料の有無が成膜速度に及ぼす影響について調べた。
【００４３】
詳細には、トルエン（体積分率：５０％）とアルゴンの混合ガスを用い、チャンバ内のガスの全圧を５Ｐａで一定とし、かつ導電性材料製の円筒の設置をあり・なしとする以外は、実験例１と同様にしてＤＬＣ膜の成膜を行った。そして実験例１と同様に成膜速度を調べた。
【００４４】
その結果、導電性材料製の円筒を配設しない場合には、成膜速度が７．１７μｍ／ｈであったのに対し、導電性材料製の円筒を配設した場合には、成膜速度が１２．５８μｍ／ｈであり、上記導電性材料製の円筒を設置することで成膜速度が１．８倍程度増加したことがわかる。これは上述した通り、チャンバと同電位である導電性材料製の円筒表面が、試料に対し対極の役割を果たす結果、対極が近づいたこととなるため、プラズマ密度が高められて成膜速度が向上したものと思われる。
【００４５】
（実験例４）
成膜時のバイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数が成膜速度に及ぼす影響について調べた。
【００４６】
詳細には、トルエン（体積分率：５０％）とアルゴンの混合ガスを用い、チャンバ内のガスの全圧を５Ｐａで一定とし、かつバイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数を５０〜３００ｋＨｚの範囲内で変化させる以外は、実験例１と同様にしてＤＬＣ膜の成膜を行った。そして実験例１と同様に成膜速度を調べた。その結果を表３に示す。また、この表３の結果を用いて作成した、バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数と成膜速度の関係を示したグラフを図５に示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
表３および図５より、バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数を高めることにより、成膜速度も上昇しており、上記周波数を２００ｋＨｚ以上とすることで成膜速度：１０μｍ／ｈ以上を達成でき、ＰＶＤ法によるＤＬＣ膜の成膜速度（１μｍ／ｈ以下）に比べて、成膜速度を一桁以上速めうることがわかる。
【００４９】
（実験例５）
成膜時のバイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさが、成膜速度に及ぼす影響について調べた。
【００５０】
詳細には、トルエン（体積分率：５０％）とアルゴンの混合ガスを用い、チャンバ内のガスの全圧を５Ｐａで一定とし、かつバイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさを３００〜６５０Ｖの範囲内で変化させる以外は、実験例１と同様にしてＤＬＣ膜の成膜を行った。そして実験例１と同様に成膜速度を調べた。その結果を表４に示す。また、この表４の結果を用いて作成した、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさと成膜速度との関係を示したグラフを図６に示す。
【００５１】
【表４】
【００５２】
表４および図６より、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさが３００〜５００Ｖの間は、負バイアス電圧の大きさを増加させることで成膜速度が増加し、１０μｍ／ｈ以上の成膜速度を達成させるには、４００Ｖ以上とすればよいことがわかる。尚、前記電圧が５００Ｖを超えると成膜速度がほぼ横ばいになることも分かる。
【符号の説明】
【００５３】
１ チャンバ
２ 基材支持部
３ 試料（基材）
４ 電源
５ 導電性材料製円筒
６ アルゴン用マスフローコントローラー
７ メタン／アセチレン用マスフローコントローラー
８ トルエン用マスフローコントローラー
９ バルブ
１０ 恒温装置
１１ 液体トルエン容器
１２ バタフライバルブ
１３ ターボ分子ポンプ
１４ ロータリーポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドライクカーボン膜（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ；ＤＬＣ、非晶質炭素）の製造方法に関するものであり、例えば自動車のカムおよびシムなど２種類の部品が接触する摺動部材の摺動部表面にコーティングしたり、電子部品等の電気特性を改善すべく表面改質処理でコーティングされるダイヤモンドライクカーボン膜を、高速かつ安定に形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドとグラファイトが混ざり合った両者の中間の構造を有するダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）は、ダイヤモンドと同様に硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、化学的安定性に優れていることから、例えば、摺動部材、金型、切削工具類、耐摩耗性機械部品、研磨材、磁気・光学部品等の各種部品の保護膜として利用されつつある。
【０００３】
上記ＤＬＣ膜の作製法としては、大きく分けてＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，物理蒸着）法とＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，化学蒸着）法の２種類が存在する。ＰＶＤ法による成膜では、炭化水素ガスを用いないか、あるいは成膜時のガス導入量を微量にすることで、水素なしまたは水素の少ない、硬度の高い皮膜の作製が可能となる。これらの皮膜を摺動部品表面に形成した場合には該部品の耐久性を向上させることができる。例えば特許文献１には、基材との密着性に優れ、かつ耐摩耗性にも優れた、第１および第２のＤＬＣ膜と中間層からなるＤＬＣ成形体をＰＶＤ法で形成することが示されている。しかしながら、ＰＶＤ法による成膜は成膜速度が１μｍ／ｈ（時間）以下であるため、生産性に優れているとは言い難い。
【０００４】
一方、ＣＶＤ法による成膜は、利点として、成膜速度がＰＶＤ法よりも速いことや複雑形状の物質にコーティング可能であることが挙げられる。この様にＣＶＤ法では成膜速度を速めることができるが、成膜速度を速めて安定した成膜を行うには装置構成を工夫する必要がある。例えば特許文献２には、複雑形状の基材を用い、均一かつ高速に成膜することを目的に、複雑な形状を有する基材に対して電界を均一に印加できるよう補助電極を設けることが示されている。即ち、特許文献２は、複雑形状の基材を対象としたコーティングに主眼を置いた技術であり、試料の形状に適した補助電極を設けることで内面への成膜を行っている。しかしこの技術は、上記補助電極を設けるため装置を改造する必要があり、かつ各形状に応じた補助電極を用いる必要もあり、従来より用いられている比較的単純な装置を用いて、ＤＬＣ膜の高速かつ安定した成膜を図るものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７０６６７号公報
【特許文献２】特開２００２−３６３７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置の大幅な改造をせず汎用的な装置を用いて、ＣＶＤ法、特にはプラズマＣＶＤ法により、ＤＬＣ膜を高速かつ安定に形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法とは、プラズマＣＶＤ法で基材上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する方法であって、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすると共に、チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用い、かつ、チャンバ内のガスの全圧を４Ｐａ以上７Ｐａ以下にしてダイヤモンドライクカーボン膜を形成するところに特徴を有している。
【０００８】
前記チャンバ内に供給するガスは、トルエンとアルゴンの混合ガスであり、この混合ガスにおけるトルエンの体積比率が４０％以上であることが好ましい。
【０００９】
好ましい実施形態として、前記基材の周囲に導電性材料を配設し、かつ、この導電性材料を接地するのがよい。
【００１０】
前記バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数は、２００ｋＨｚ以上であることが好ましい。また、前記バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさは、４００Ｖ以上であることが好ましい。
【００１１】
好ましい実施態様として、チャンバ内でＰＶＤ法により下地層を基材上に形成し、次いで、同チャンバ内でプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成することが挙げられる。前記ＰＶＤ法では、アンバランスド・マグネトロン型スパッタリング蒸発源から生成する成分で前記下地層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、装置の大幅な改造をせず汎用的な装置を用いて、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜の高速成膜を安定して行うことができる。特に、従来のプラズマＣＶＤ法の様に高い雰囲気圧力（雰囲気中のガスの全圧）を必要とせずにＤＬＣ膜を成膜できるので、例えば特許文献１に示された従来のＰＶＤ装置にプラズマＣＶＤ機能を付与した複合装置において、排気系統の大掛かりな改造を施す必要なく、該複合装置のチャンバ内でＤＬＣ膜を形成することができる。また、ＤＬＣ膜の安定した高速成膜と、ＤＬＣ膜以外の膜（例えば、基材とＤＬＣ膜の間に形成する下地層）のＰＶＤ法による成膜を、同一装置内で簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はバイポーラＤＣパルス電圧のパルス波形の一例を示す図である。
【図２】図２は実施例において用いたＤＬＣ膜の成膜装置の概略説明図である。
【図３】図３はガスの全圧と成膜速度の関係を炭化水素系ガス種別に示したグラフである。
【図４】図４は混合ガスに占めるトルエンの体積分率と成膜速度の関係を示したグラフである。
【図５】図５はバイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数と成膜速度の関係を示したグラフである。
【図６】図６はバイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさと成膜速度の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、装置の大幅な改造をせず汎用的な装置（真空チャンバ）を用いて、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜の高速成膜を安定して行うべく、その成膜条件について様々な観点から検討を行った。その結果、特に、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすると共に、チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用い、かつ、チャンバ内のガスの全圧を４Ｐａ以上７Ｐａ以下にすればよいことを見出した。以下、本発明で規定した上記成膜条件について詳述する。
【００１５】
まず本発明では、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とする。
【００１６】
プラズマＣＶＤ法によるＤＬＣ膜の成膜には、電源として高周波電源が一般的に使用されている。しかし高周波電源を使用した場合、被処理物の積載量や形状に応じて自己バイアスの値が変化する。この自己バイアスの値は任意に制御できないため、自己バイアスの値の変化に応じて成膜条件を最適化することが必要になる。一方、ＤＣ電源の場合には、前記高周波電源のような問題がなく、工業応用の観点から有利である。しかしながら、ＤＣ電源を用いた場合、直流放電を開始させるには、一定値以上の雰囲気圧力、電力が必要であるため、チャンバを改造したり、大掛かりな電源装置を用いる必要がある。本発明では、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすることによって、電子の運動（負バイアス電圧または正バイアス電圧を印加時に、電子が基板とその対極であるチャンバ内壁または後述する導電性材料との間を往復運動する）を促進させてイオン化効率を上げることができ、その結果、開始時に一定値以上の雰囲気圧力、電力を必要とせず、より低い雰囲気圧力、電力領域でも安定な成膜を行えることを見出した。上記バイポーラＤＣパルス電圧とは、正・負の双方の電圧パルスが時間軸上交互に現れる状態の電圧をいい、正のパルス波形と負のパルス波形が対称である場合、またはこれらの波形が非対称である場合の双方を含む。正のパルス波形と負のパルス波形が非対称であれば、イオン化効率をより高めることができ、その結果、開始時の雰囲気圧力や電力をより小さくでき、しかもより高速で成膜できるので好ましい。この場合、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の時間積分値が、バイポーラＤＣパルス電圧における正バイアス電圧の時間積分値よりも大きいことが好ましい。本発明は、上記パルスの具体的波形まで特定されるものでなく、例えば図１に示す様な波形の非対称パルスとすることが挙げられる。
【００１７】
上記の通り、基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧としてイオン化効率を高めることで、成膜速度も向上する。更にパルス化すれば、印加周波数やデューティサイクル（高周波電源では５０％で不変）を制御できることから、成膜速度、膜質を幅広く調整することができる。この様な成膜速度等の調整は、後述する通り、チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用いた場合に特に効果的に行うことができる。
【００１８】
ＤＬＣ膜は、炭化水素系ガス（Ｃ（炭素）含有ガス）を含むガスをチャンバ内に導入し、基材へ電圧を印加し、上記炭化水素系ガスを分解してＤＬＣを基材上に蒸着させて形成される。
【００１９】
本発明者らが、この炭化水素系ガスの種類について検討を行ったところ、トルエン（気体状態のものをいう。以下同じ）が炭化水素系ガスとして最適であることを見出した。後述する実施例に示す通り、炭化水素系ガスとして、メタン、アセチレン、またはトルエンを含むガスを用いて成膜を行った結果、メタンやアセチレンを用いた場合には、ガスの全圧がほとんど成膜速度に影響しないのに対し、トルエンを用いて成膜を行った場合には、１０μｍ／ｈ（時間）を超える成膜速度を実現できることを見出した。この様にトルエンを用いて成膜を行った場合に、他の炭化水素系ガスよりも成膜速度が速くなる理由として、トルエンのイオン化エネルギー（８．８２ｅＶ）が、メタン（１２．９８ｅＶ）やアセチレン（１１．４１ｅＶ）よりも小さいことが考えられる。
【００２０】
上記チャンバ内に供給するガスとして、前記トルエンとアルゴンの混合ガスを用い、かつ、前記混合ガスにおけるトルエンの体積比率を４０％以上とすることが好ましい。この様に分解するトルエンの量を確保することで成膜速度を速めることができる。より好ましい前記トルエンの体積比率は４５％以上である。一方、トルエンの体積比率が高すぎると、プラズマが安定せず成膜が不安定になるおそれがある。よって本発明では、混合ガスに占めるトルエンの体積比率を６０％以下とすることが好ましい。より好ましくは５５％以下である。
【００２１】
本発明において、前記チャンバ内のガスの全圧は４Ｐａ以上７Ｐａ以下である。成膜速度は、チャンバ内のガスの全圧を高めることによって速めることができる。後述する実施例に示す通り、１０μｍ／ｈを超える成膜速度を確実に実現するには、前記全圧を４Ｐａ以上とする必要がある。好ましくは４．５Ｐａ以上である。一方、前記全圧が高すぎると、プラズマが安定せず成膜することが不可能となるため、本発明では、該全圧を７Ｐａ以下とする。好ましくは６．５Ｐａ以下である。
【００２２】
前記成膜は、前記基材の周囲に導電性材料を配設し、かつ、この導電性材料を接地した状態で行うことが好ましい。この様な態様では、導電性材料がその名の通り導電性を示し、かつ接地されているため、チャンバと導電性材料が同電位となり、導電性材料の表面が試料に対し対極の役割を果たす。その結果、対極が試料に近づいたこととなるため、発生するプラズマの密度を高めることができ、結果として成膜速度をより速めることができる。
【００２３】
前記導電性材料としてはＳＵＳ、Ｔｉ合金などが挙げられ、例えば筒状とすることが挙げられ、板状のものでも金網を用いても良い。また、前記導電性材料の形状としては、基板と後述する一定の間隔で対向する状態となっていれば特に限定されず、略円筒のものや、楕円筒や多角円筒等のものが挙げられる。基材と導電性材料（例えば筒状の導電性材料）の表面との距離は、３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
前記成膜では、バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数が２００ｋＨｚ以上であれば、確実に成膜速度が速まるので好ましい。より好ましくは前記パルス周波数を２３０ｋＨｚ以上とする。一方、前記パルス周波数が３００ｋＨｚを超えると、安定してプラズマが発生せず成膜が不安定となるおそれがある。よって、前記パルス周波数は３００ｋＨｚ以下であることが好ましい。成膜速度の向上と成膜安定性の確保の観点からは、２６０ｋＨｚ以下であることがより好ましい。
【００２５】
また、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさが４００Ｖ以上であれば、成膜速度が確実に速まるので好ましい。より好ましくは５００Ｖ以上である。一方、前記電圧の大きさが６５０Ｖを超えると、安定してプラズマが発生せず成膜が不安定となるおそれがあるので、前記電圧の大きさは６５０Ｖ以下であることが好ましい。
【００２６】
本発明の方法は、既存のプラズマＣＶＤ装置においても実施できるが、ＰＶＤ法を実施するチャンバ内で、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成することもできる。例えばＰＶＤ装置（例えば、スパッタリング装置）にプラズマＣＶＤ機能を付与した複合装置のチャンバ内で、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成することができる。
【００２７】
前記スパッタリング装置（ＰＶＤ装置）では、通常、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプによる真空排気を行っていることから、該ＰＶＤ装置のチャンバ内で、従来のプラズマＣＶＤ法の様に１０Ｐａ以上と、雰囲気中のガスの全圧の高い状態でＤＬＣ膜を成膜するには、真空排気ラインを別ラインに改造するなど、排気系統の大掛かりな改造が必要であった。しかし本発明では、１０Ｐａを下回る雰囲気圧力（雰囲気中のガスの全圧）でＤＬＣ膜を成膜できるため、ＰＶＤ法を実施するチャンバを利用して、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を高速かつ安定して形成することができる。
【００２８】
上記複合装置でＤＬＣ膜を成膜できるメリットとして、プラズマＣＶＤ法によるＤＬＣ膜の成膜と、ＰＶＤ法によるＤＬＣ膜以外の膜（例えば基材とＤＬＣ膜の間に形成する下地層として、例えば特許文献１に示された様な金属層や金属化合物層）の成膜を、同一チャンバ内で実施することができる。
【００２９】
具体的な実施形態として、チャンバ内でＰＶＤ法により下地層を基材上に形成し、次いで、同チャンバ内でプラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を規定の条件で形成することが挙げられる。
【００３０】
前記ＰＶＤ法では、アンバランスド・マグネトロン型スパッタリング蒸発源から生成する成分で前記下地層を形成すれば、該下地層として緻密で高硬度な皮膜を形成することができるので好ましい。
【００３１】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３２】
（実験例１）
神戸製鋼社製アンバランスドマグネトロンスパッタ（ＵＢＭＳ２０２）装置のチャンバを用い、図２に示す通り、基材３周辺を導電性材料製の円筒５で覆い、基材３にＤＣパルスバイアス電圧を印加してプラズマＣＶＤ法でＤＬＣ膜の成膜を行った。図２において、２は基材支持部である。電源４には非対称ＤＣパルス電源（アドバンスドエナジー（ＡＥ）のＰｉｎｎａｃｌｅ（登録商標）Ｐｌｕｓ＋，５ｋＷ電源）を使用し、基板ステージに接続を行った。パルスデューティサイクルは７０％一定で成膜を行うためにパルス幅を設定している。バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数は２５０ｋＨｚ、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさは６００Ｖとした。前記導電性材料製の円筒５は、ＳＵＳ板製のものを用い、図２に示す通り、円筒表面が試料表面から７５ｍｍ離れるように配置し、かつ接地した。
【００３３】
チャンバ内に供給するガスとして、Ａｒ（アルゴン）とＣ７Ｈ８（トルエン）との混合ガスを用いた。トルエンは、図２に示す通り恒温装置１０内で７０℃に加熱すると同時に真空引きを行い気化させてチャンバ１内へ導入した。図２において、１１は液体トルエン容器、９はバルブを示している。尚、比較例として、トルエンのかわりにアセチレンまたはメタンを導入した場合についても成膜を行った。アルゴンとの混合ガスに占めるトルエン、アセチレン、またはメタンの体積分率は、いずれも５０％で一定となるようにした。図２中の６はアルゴン用マスフローコントローラー、７はメタン／アセチレン用マスフローコントローラー、８はトルエン用マスフローコントローラーを示している。
【００３４】
基材３にはＳｉウエハ（Ｓｉ基板）を使用した。この基材３をチャンバ１内に導入後１×１０−３Ｐａ以下に排気してから成膜を行った。また、チャンバ１内のガスの全圧を変化させて成膜を行った。このガスの全圧の制御は、手動のバタフライバルブ１２を設け、バタフライバルブ１２の開閉量を制御することで実施した。また、図２中の１３はターボ分子ポンプ、１４はロータリーポンプを示している。
【００３５】
成膜速度は、Ｓｉウエハ上に予め修正液を塗布してマスキングを施し、成膜後に修正液を除去することで、膜表面と基材表面の段差を表面粗さ計（ＤＥＫＴＡＫ）で測定して求めた。その結果を炭化水素系ガス種別に表１に示す。また、この表１の結果を用いてガスの全圧と成膜速度の関係を炭化水素系ガス種別に示したグラフを図３に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１および図３より、いずれの炭化水素系ガスを用いた場合も、ガスの全圧の増加に比例して成膜速度が増加している。しかしアセチレンを用いた場合には、ガスの全圧を７Ｐａとした場合でも成膜速度が４．３μｍ／ｈであり、トルエンを用いた場合の１５．７μｍ／ｈと比較して成膜速度が遅くなっている。メタンを用いた場合には、ガスの全圧を７Ｐａとした場合でも約０．１μｍ／ｈと成膜速度が極めて遅いことが分かる。一方、トルエンを用いた場合であっても、ガスの全圧を８Ｐａ以上とした場合には安定した成膜ができなかった。また、この実験において、パルスを用いないＤＣ電源を使用した場合にはプラズマが発生せず、成膜できなかった。尚、本実験におけるガスの全圧の範囲では、パルスを用いないＤＣ電源の場合、電圧が１０００Ｖでも放電しなかったことから、放電開始電圧は１０００Ｖよりも高いと思われる。
【００３８】
（実験例２）
混合ガスに占めるトルエン量（体積分率）が、成膜速度に及ぼす影響について調べた。
【００３９】
詳細には、トルエンとアルゴンの混合ガスを用い、該混合ガスに占めるトルエンの体積分率を変化させ、かつチャンバ内のガスの全圧を５Ｐａで一定として成膜する以外は、実験例１と同様にしてＤＬＣ膜の形成を行った。そして実験例１と同様に成膜速度を調べた。その結果を表２に示す。また、この表２の結果を用いて作成した、混合ガスに占めるトルエンの体積分率と成膜速度の関係を示したグラフを図４に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２および図４より、混合ガスに占めるトルエン量（体積分率）を増加させることで成膜速度も増加しており、成膜速度を１０μｍ／ｈ以上に確実に速めるには、混合ガス中のトルエンの体積比率を４０％以上とするのが好ましいことがわかる。
【００４２】
（実験例３）
基材の周囲に配設する導電性材料の有無が成膜速度に及ぼす影響について調べた。
【００４３】
詳細には、トルエン（体積分率：５０％）とアルゴンの混合ガスを用い、チャンバ内のガスの全圧を５Ｐａで一定とし、かつ導電性材料製の円筒の設置をあり・なしとする以外は、実験例１と同様にしてＤＬＣ膜の成膜を行った。そして実験例１と同様に成膜速度を調べた。
【００４４】
その結果、導電性材料製の円筒を配設しない場合には、成膜速度が７．１７μｍ／ｈであったのに対し、導電性材料製の円筒を配設した場合には、成膜速度が１２．５８μｍ／ｈであり、上記導電性材料製の円筒を設置することで成膜速度が１．８倍程度増加したことがわかる。これは上述した通り、チャンバと同電位である導電性材料製の円筒表面が、試料に対し対極の役割を果たす結果、対極が近づいたこととなるため、プラズマ密度が高められて成膜速度が向上したものと思われる。
【００４５】
（実験例４）
成膜時のバイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数が成膜速度に及ぼす影響について調べた。
【００４６】
詳細には、トルエン（体積分率：５０％）とアルゴンの混合ガスを用い、チャンバ内のガスの全圧を５Ｐａで一定とし、かつバイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数を５０〜３００ｋＨｚの範囲内で変化させる以外は、実験例１と同様にしてＤＬＣ膜の成膜を行った。そして実験例１と同様に成膜速度を調べた。その結果を表３に示す。また、この表３の結果を用いて作成した、バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数と成膜速度の関係を示したグラフを図５に示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
表３および図５より、バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数を高めることにより、成膜速度も上昇しており、上記周波数を２００ｋＨｚ以上とすることで成膜速度：１０μｍ／ｈ以上を達成でき、ＰＶＤ法によるＤＬＣ膜の成膜速度（１μｍ／ｈ以下）に比べて、成膜速度を一桁以上速めうることがわかる。
【００４９】
（実験例５）
成膜時のバイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさが、成膜速度に及ぼす影響について調べた。
【００５０】
詳細には、トルエン（体積分率：５０％）とアルゴンの混合ガスを用い、チャンバ内のガスの全圧を５Ｐａで一定とし、かつバイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさを３００〜６５０Ｖの範囲内で変化させる以外は、実験例１と同様にしてＤＬＣ膜の成膜を行った。そして実験例１と同様に成膜速度を調べた。その結果を表４に示す。また、この表４の結果を用いて作成した、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさと成膜速度との関係を示したグラフを図６に示す。
【００５１】
【表４】
【００５２】
表４および図６より、バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさが３００〜５００Ｖの間は、負バイアス電圧の大きさを増加させることで成膜速度が増加し、１０μｍ／ｈ以上の成膜速度を達成させるには、４００Ｖ以上とすればよいことがわかる。尚、前記電圧が５００Ｖを超えると成膜速度がほぼ横ばいになることも分かる。
【符号の説明】
【００５３】
１ チャンバ
２ 基材支持部
３ 試料（基材）
４ 電源
５ 導電性材料製円筒
６ アルゴン用マスフローコントローラー
７ メタン／アセチレン用マスフローコントローラー
８ トルエン用マスフローコントローラー
９ バルブ
１０ 恒温装置
１１ 液体トルエン容器
１２ バタフライバルブ
１３ ターボ分子ポンプ
１４ ロータリーポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマＣＶＤ法で基材上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する方法であって、
基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすると共に、
チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用い、かつ、
チャンバ内のガスの全圧を４Ｐａ以上７Ｐａ以下にしてダイヤモンドライクカーボン膜を形成することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項２】
前記チャンバ内に供給するガスが、トルエンとアルゴンの混合ガスであり、この混合ガスにおけるトルエンの体積比率が４０％以上である請求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項３】
前記基材の周囲に導電性材料を配設し、かつ、この導電性材料を接地する請求項１または２に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項４】
前記バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数が２００ｋＨｚ以上である請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項５】
前記バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさが４００Ｖ以上である請求項１〜４のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項６】
チャンバ内でＰＶＤ法により下地層を基材上に形成し、次いで、同チャンバ内でプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成する請求項１〜５のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項７】
前記ＰＶＤ法では、アンバランスド・マグネトロン型スパッタリング蒸発源から生成する成分で前記下地層を形成する請求項６に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項１】
プラズマＣＶＤ法で基材上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する方法であって、
基材に印加する電圧をバイポーラＤＣパルス電圧とすると共に、
チャンバ内に供給するガスとしてトルエン含有ガスを用い、かつ、
チャンバ内のガスの全圧を４Ｐａ以上７Ｐａ以下にしてダイヤモンドライクカーボン膜を形成することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項２】
前記チャンバ内に供給するガスが、トルエンとアルゴンの混合ガスであり、この混合ガスにおけるトルエンの体積比率が４０％以上である請求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項３】
前記基材の周囲に導電性材料を配設し、かつ、この導電性材料を接地する請求項１または２に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項４】
前記バイポーラＤＣパルス電圧のパルス周波数が２００ｋＨｚ以上である請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項５】
前記バイポーラＤＣパルス電圧における負バイアス電圧の大きさが４００Ｖ以上である請求項１〜４のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項６】
チャンバ内でＰＶＤ法により下地層を基材上に形成し、次いで、同チャンバ内でプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成する請求項１〜５のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【請求項７】
前記ＰＶＤ法では、アンバランスド・マグネトロン型スパッタリング蒸発源から生成する成分で前記下地層を形成する請求項６に記載のダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１７４３１０（Ｐ２０１０−１７４３１０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６９３５（Ｐ２００９−１６９３５）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]