JPH0826456B2 - イオン源およびこのイオン源を備えたダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置 - Google Patents

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【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオン源およびダイヤモンドライクカーボ
ン薄膜製造装置に係り、特に、１基の有効蒸着エリアが
比較的広いダイヤモンドライクカーボン薄膜製造用イオ
ン源およびこのイオン源を備えたダイヤモンドライクカ
ーボン薄膜製造装置に関する。

［従来の技術］ ダイヤモンドライクカーボンは、極めて高い硬度を有
し、摩擦係数が低く、耐摩耗性、耐薬品性、熱伝導性等
に優れているため、切削工具、金型、電子材料、光情報
記録媒体等の表面保護膜としての利用が図られている。
表面保護膜としてのダイヤモンドライクカーボン薄膜
は、被成膜部材の表面に直接成膜される他、密着力の向
上を目的として、被成膜部材の表面にTi、Si、Al等の薄
膜（中間層）を介して成膜される。

このようなダイヤモンドライクカーボン薄膜を成膜す
るための装置（以下、ダイヤモンドライクカーボン薄膜
製造装置という）としては種々のものが開発されている
が、それらのなかで１基の有効蒸着エリアが比較的広い
イオン源を備えたダイヤモンドライクカーボン薄膜製造
装置としては、例えば、特開昭56−102576号公報に開示
されている、強付着性の特に硬質炭素層を大きな面積に
蒸着するための装置が知られている。

この装置においては、第10図に示すように、円筒状の
基体装置（基体および基体保持体）50により形成される
動作空間51内に、熱電子を放出する螺旋状の熱陰極52、
この熱陰極52から放出された熱電子を反射する円板状の
反射電極53、および熱電子を取り込んで熱陰極との間に
放電を生じさせる複数本の線状の陽極54が配置されてお
り、基体装置50、熱陰極52、反射電極53および線状の陽
極54により、本発明でいうイオン源を構成している。

この装置によるダイヤモンドライクカーボン薄膜（硬
質炭素層）の成膜は、反射電極53と線状の陽極54との間
に形成される放電室55において拡散性のプラズマを形成
して、これにより動作媒体（原料ガス）であるベンゼン
をイオン化し、このイオンを電気的に基体装置50上に吸
引させることにより行われる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、１基の有効蒸着エリアが比較的広いイ
オン源を備えた従来のダイヤモンドライクカーボン薄膜
製造装置において高い成膜速度を得るためには、熱電子
を安定に放出するに十分な電流を熱陰極に菜がしてイオ
ン化電流（熱陰極と線状の陽極との間に流れる放電電
流）を大きくする必要があるが、この場合には、成膜イ
オン電流（イオン化された原料ガスが基体に電気的に吸
引されることにより流れる電流）に高調波が生じる。こ
のため、高い成膜速度の下では、均質で密着性に優れた
ダイヤモンドライクカーボン薄膜を得ることが困難にな
るという問題点があった。成膜イオン電流における高調
波の発生は、成膜速度を低くする、すなわち熱陰極に流
す電流を小さくすることにより解消されるが、この場合
には熱電子の放出量が不安定となってイオン化電流が不
安定となり、これに伴い成膜イオン電流が不安定化す
る。このため、成膜速度を高くした場合と同様に、均質
で密着性に優れたダイヤモンドライクカーボン薄膜を得
ることが困難になるという問題点を生じる。

また、成膜時間を長時間とした場合には、イオン源を
構成する線状の陽極の表面にグラファイト膜が成膜され
るが、従来のダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置
においては、このグラファイト膜の成膜による線状の陽
極の表面積の変化量が大きいためにイオン化電流が不安
定となり、これに伴い成膜イオン電流が不安定化して、
均質で密着性に優れたダイヤモンドライクカーボン薄膜
を得ることが困難になるという問題点があった。

さらに、従来のダイヤモンドライクカーボン薄膜製造
装置においては、得られるダイヤモンドライクカーボン
薄膜に線状の陽極の影が出やすく、すなわち、熱陽極と
線状の陽極とを結ぶ線上に成膜されるダイヤモンドライ
クカーボン薄膜の膜厚が他の部位の膜厚よりも薄くなり
やすく、これによっても均質で密着性に優れたダイヤモ
ンドライクカーボン薄膜を得ることが困難であるという
問題点があった。

その他、従来のダイヤモンドライクカーボン薄膜製造
装置では中間層の成膜が行えないため、被成膜部材に中
間層を介してダイヤモンドライクカーボン薄膜を成膜す
るためには、他の成膜装置により中間層を成膜する必要
がある。このため、成膜された中間層は、一旦、大気中
にさらされることとなり、このときの中間層の酸化によ
り、中間層とダイヤモンドライクカーボン薄膜との密着
性が低下するという問題点があった。中間層の酸化は、
ダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置の真空槽内に
中間層成膜専用の蒸発源を設けることにより解決可能で
あるが、実際には、放電時におけるイオンの電気的干渉
の問題、成膜空間が減少する問題等、種々の問題が生じ
る。

したがって本発明の第１の目的は、１基の有効蒸着エ
リアが比較的広く、被成膜部材の表面に均質で密着性に
優れた比較的大面積のダイヤモンドライクカーボン薄膜
を成膜することが可能なイオン源およびダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜製造装置を提供することにある。

また本発明の第２の目的は、１基の有効蒸着エリアが
比較的広く、中間層の成膜とダイヤモンドライクカーボ
ン薄膜の成膜とを連続して行うことができ、かつ中間層
の表面に均質で密着性に優れた比較的大面積のダイヤモ
ンドライクカーボン薄膜を成膜することが可能なイオン
源およびダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するためになされたものであ
り、上記第１の目的を達成する本発明のイオン源は、底
部を有する筒状の導電性金属からなる反射電極と、この
反射電極内に該反射電極と電気的に絶縁さえれて設けら
れた熱電子放出用陰極と、この熱電子放出用陰極よりも
前記反射電極の開口端側に該反射電極と電気的に絶縁さ
れて設けられた板状陽極と、前記反射電極の開口端の前
方に設けられた導電性金属からなる基板と、前記反射電
極の内部空間に開口端を有する作動ガス供給管とを少な
くとも備え、成膜時における前記板状陽極の電位を基準
とたときの前記反射電極、前記熱電子放出用陰極および
前記基板の各電位がそれぞれ負電位であり、かつ、前記
熱電子放出用陰極の電位の方が前記反射電極の電位より
高く、前記反射電極の電位の方が前記基板の電位より高
いことを特徴とするものである（以下、この発明を第１
の発明という）。

ここで、第１の発明のイオン源を構成する上記の基板
は、上述のように板状陽極、反射電極および熱電子放出
用陰極に対して所定の電位に設定されるものであり、当
該基板は電気的な面からみれば電極基板である。一方、
機械的な面からみれば被成膜部材の支持基板であり、当
該基板は被成膜部材を支持する回転テーブルや回転ホル
ダーであってもよい。

また、第１の発明のイオン源における作動ガス供給管
から供給される作動ガスは、後記の実施例で詳述するよ
うに、当該イオン源によりダイヤモンドライクカーボン
薄膜を成膜する場合にはその原料ガスであり、当該イオ
ン源により被成膜部材の表面をイオンボンバードする場
合には、イオンボンバードを行うために使用するガス、
例えばアルゴンガスである。

また、上記第１の目的を達成する放出のダイヤモンド
ライクカーボン薄膜製造装置は、上記第１のイオン源ま
たは後述する第３の発明のイオン源の少なくとも１基を
備えたことを特徴とするものである（以下、この発明を
第２の発明という）。

前記第２の目的を達成する本発明のイオン源は、上記
第１の発明のイオン源の板状陽極において反射電極の開
口端側に位置する面の外縁部が、この面の他の部分より
も前記反射電極の開口端側に突出していることを特徴と
するものである（以下、この発明を第３の発明とい
う）。

ここで、第３の発明のイオン源を構成する基板は、第
１の発明のイオン源における基板と同様に、電気的な面
からみれば電極基板であり、機械的な面からみれば被成
膜部材の支持基板である。当該基板は被成膜部材を支持
する回転テーブルや回転ホルダーであってもよい。

また、第３の発明のイオン源における作動ガス供給管
から供給される作動ガスは、後記の実施例で詳述するよ
うに、当該イオン源によりダイヤモンドライクカーボン
薄膜を成膜する場合にはその原料ガスであり、当該イオ
ン源により中間層を成膜する場合には中間層の原料をイ
オン化するためにプラズマ化されるアルゴンガスであ
る。そして、当該イオン源により被成膜部材の表面をイ
オンボンバードする場合には、イオンボンバードを行う
ために使用するガス、例えばアルゴンガスである。

また、前記第２の目的を達成する本発明のダイヤモン
ドライクカーボン薄膜製造装置は、上記第３の発明のイ
オン源を少なくとも１基を備えたことを特徴とするもの
である（以下、この発明を第４の発明という）。

［作用］ 第１の発明のイオン源においては、熱電子放出用陰極
に熱電子を安定に放出するに十分な電流を流した場合で
も、成膜イオン電流（イオン化された薄膜原料が基板に
電気的に吸引されることにより流れる電流）に高調波が
生じない。この理由は定かではないが、熱電子放出用陰
極から放出された熱電子と取り込む陽極の形状が板状で
あることから、熱電子放出用陰極に熱電子を安定に放出
するに十分な電流を流した場合でも、板状陽極における
熱電子の取り組み能力が熱電子放出用陰極からの熱電子
の放出量を上回り、プラズマが安定に発生するためと思
われる。また陽極が板状であることから、陽極の表面に
グラファイト膜が成膜されることによる陽極の表面積の
変化量は、従来より小さい。このため、第１の発明のイ
オン源においては、安定したイオン化電流および成膜イ
オン電流を得ることができる。

さらに、第１の発明のイオン源において熱電子放出用
陰極から放出された熱電子は、熱電子放出用陰極よりも
底電位にある筒状の反射電極により反射されるため、プ
ラズマ生成空間は反射電極内および反射電極の開口端上
方付近まで及ぶ。すなわち、板状陽極の配置位置の開口
端側においてもイオンが発生するため、得られるダイヤ
モンドライクカーボン薄膜には板状陽極の影がでない。

第１の発明のイオン源においては、反射電極の開口径
を大きくすることにより１基の有効蒸着エリアを広くと
ることができ、かつ安定したイオン化電流および成膜イ
オン電流を得ることができるため、また陽極の影もでな
いため、この第１の発明のイオン源およびこのイオン源
を備えた第２の発明のダイヤモンドライクカーボン薄膜
製造装置によれば、均質で密着性に優れた比較的大面積
のダイヤモンドライクカーボン薄膜を成膜することが可
能となる。

また第３の発明のイオン源は、第１の発明のイオン源
の板状陽極において反射電極の開口端側に位置する面の
外縁部が、この面の他の部分よりも反射電極の開口端側
に突出しているため、この面上に中間層の原料を置くこ
とができる。このため、イオン源を構成する各部材の電
気的条件や作動ガスの種類等を変えるだけで、真空槽内
は真空に保ったまま中間層の成膜とダイヤモンドライク
カーボン薄膜の成膜とを連続して行うことができる。す
なわち、第３の発明のイオン源およびこのイオン源を備
えた第４の発明のダイヤモンドライクカーボン薄膜製造
装置においては、イオンの電気的干渉や成膜空間の減少
等の問題を生じることなく、中間層の酸化に基因する中
間層とダイヤモンドライクカーボン薄膜との密着性の低
下を抑制することができる。

したがって、第３の発明のイオン源およびこのイオン
源を備えた第４の発明のダイヤモンドライクカーボン薄
膜製造装置によれば、中間層の表面に均質で密着性に優
れた比較的大面積のダイヤモンドライクカーボン薄膜を
成膜することが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を用いて説明す
る。

実施例１ 第１の発明に基づくイオン源のうち、導電性物質から
なる被成膜部材にダイヤモンドライクカーボン薄膜を成
膜するためのイオン源の一例の概略を示す端面図を、第
１図に示す。

第１図に示したイオン源１は、底部を有する円筒状の
モリブデンからなる反射電極２（最大径60mmφ）と、こ
の反射電極内２に該反射電極２と電気的に絶縁されて設
けられたタンタル製フィラメントからなる熱電子放出用
陰極３と、この熱電子放出用陰極３よりもこの反射電極
２の開口端側に該反射電極２と電気的に絶縁されて設け
られたタングステン製の板状陽極４と、反射電極２の開
口端の前方に設けられたステンレスからなる基板５と、
反射電極２の内部空間に開口端を有する作動ガス供給管
６とを備えている。

導電性物質からなる被成膜部材（図示せず）は基板５
の下面、すなわち、板状陽極４と対向している側の面上
に支持される。

そして、ダイヤモンドライクカーボン薄膜の成膜時に
おいて、板状陽極４の電位を基準としたときの反射電極
２、熱電子放出用陰極３および基板５の各電位は、第１
図に示すように、それぞれ負電位であり、かつ、熱電子
放出用陰極３の電位の方が反射電極２の電位より高く、
反射電極２の電位の方が基板５の電位より高く保たれ
る。反射電極２内の電気力線を第１図中に２点鎖線で示
す。

また、第２図に、第３の発明のダイヤモンドライクカ
ーボン薄膜製造装置の一例の概略図を示す。

第２図に示したダイヤモンドライクカーボン薄膜製造
装置10は、真空槽11の上部壁に２基および左右の側壁に
それぞれ１基、第１図に示したイオン源１と同じ原理の
イオン源12を備えている。このイオン源12において、熱
電子放出用陰極および板状陽極は第１図に示したイオン
源１と同じであり、第２図中に四角13で示してある。イ
オン源１における筒状の反射電極２は、イオン源12にお
いては、開口端側の開口径が他の部位より大きい円筒状
の反射電極14に代わっており、イオン源１における基板
５は後述する回転テーブル15に代わっている。そして、
四角13で示した熱電子放出用陰極および板状陽極、なら
びに反射電極14は、支持体16により支持されている。

真空槽11の側壁に設けられたイオン源12における反射
電極14の開口端は互いに対向しており、真空槽11の上部
壁に設けられた２基のイオン源12における反射電極14の
開口端は、それぞれ真空槽11の底面に対向している。そ
して真空槽11の底部には、４基のイオン源12にそれぞれ
共通する基板として、３軸の回転テーブル15が配置され
ている。

真空槽11の側壁には、この真空槽11内を真空とするた
めのポンプ（図示せず）と連通する排気口17および、ダ
イヤモンドライクカーボン薄膜の構造を変化させるため
の水素ガスを必要に応じて導入するためのガス導入口18
が開口している。また、真空槽11内の上方には、被成膜
部材の表面を必要に応じて活性化させるための加熱ヒー
ター19が設けられている。なおガス導入口18および過熱
ヒーター19は、なくてもよい。

このようにしてなるダイヤモンドライクカーボン薄膜
製造装置10によるダイヤモンドライクカーボン薄膜の成
膜条件は、以下の条件とする。

・真空槽11内の初期圧力 １×10^-5Torr以下 ・真空槽11内の作業圧力 １×10^-2〜１×10^-3Torr ・熱電子放出用陰極の温度 熱電子を安定に放出するに十分な温度（概ね2500℃以
上） ・板状陽極の印加電圧、電流および温度 直流20〜100V（0.3〜3A） ・反射電極14の印加電圧および電流 直流20〜200V（0.1〜0.5A） ・回転テーブル15の印加電圧および電流 直流1000〜2000V（0.01〜1A） ・作動ガス（原料ガス） ベンゼンガス このようにしてなるダイヤモンドライクカーボン薄膜
製造装置10においては、イオン源12を構成する熱電子放
射用電極と板状陽極との間に放電（イオン化電流）が生
じ、反射電極14の内部空間に供給されたベンゼンガス
は、イオン化電流によりプラズマ化される。これにより
生じた炭素イオンは、負電位にある回転テーブル15およ
びこの回転テーブル15上に置かれた導電性物質からなる
被成膜部材（図示せず）に電気的に吸引され（成膜イオ
ン電流）、回転テーブル15および被成膜部材に衝突付着
してダイヤモンドライクカーボン薄膜を形成する。イオ
ン源12おいては、板状陽極と反射電極14との間にも放電
が生じ、この板状陽極と反射電極14との間の放電によっ
ても、ベンゼンガスがプラズマ化される。

なおベンゼンガスは、原料である液体ベンゼンを入れ
たタンク（図示せず）からマスフローコントローラ（図
示せず）を介して作動ガス供給管（図示せず）に供給さ
れ、作動ガス供給管から反射電極14の内部空間に供給さ
れる。このときのマスフローコントローラーとしては、
オリフィス部における液化を、オリフィス部を加熱する
ことにより抑止したマスフローコントローラー（例え
ば、（株）上島製作所製のマスフローコントローラー、
モデル5877のヒーター付き）を用いることが好ましい。

・イオン化電流および成膜イオン電流の安定性の評価 第２図に示したダイヤモンドライクカーボン薄膜製造
装置10において、真空槽11内の作業圧力を1.0×10_-2Tor
r、熱電子放出用陰極の温度を2500℃、板状陽極の印加
電圧および電流を直流70V（2A）、反射電極14の印加電
圧および電流を直流100V（0.2A）、回転テーブル15の印
加電圧および電流を直流1000V（0.03A）とし、原料ガス
（作動ガス）としてベンゼンガスを用いたときのイオン
化電流の経時変化を第３図中に実線で、成膜イオン電流
の経時変化を破線で、また真空槽11内の作業圧力の経時
変化を点線でそれぞれ示す。

また、従来のダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装
置（硬質炭素層の蒸着装置）において、真空槽内の作業
圧力を１×10^-3Torr、熱陰極の印加電圧および電流を交
流8V（20A）、線状の陽極の印加電圧および電流を直流1
00V（2A）、円板状の反射電極の電位は熱陰極と同じと
し、基体装置の印加電圧および電流を直流1000V（0.05
A）とし、原料ガス（動作媒体）としてベンゼンガスを
用いたときのイオン化電流の経時変化を第４図中に実線
で、成膜イオン電流の経時変化を破線で、また真空槽内
の作業圧力の経時変化を点線でそれぞれ示す。

第３図と第４図との比較から明らかなように、第１の
発明のイオン源12を備えた第３の発明のダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜製造装置10においては、イオン化電流
および成膜イオン電流が、従来に比べて非常に安定して
いる。

・得られたダイヤモンドライクカーボン薄膜の密着製の
評価および均質性の評価 被成膜部材として13×13×5mmの切削工具用超硬合金
（JIS使用分類記号K10）の表面を研磨したものを用い、
この切削工具用超硬合金をダイヤモンドライクカーボン
薄膜製造装置10の回転テーブル15上に置いて、成膜時間
を20分とした以外は前述したイオン化電流および成膜イ
オン電流の評価の際の成膜条件と同じ条件で、切削工具
用超硬合金の表面に膜厚1.5μｍのダイヤモンドライク
カーボン薄膜を成膜した。

そして、得られたダイヤモンドライクカーボン薄膜の
密着性を、AEセンサー付自動スクラッチ試験機（商品名
REVETEST、サントル・スイス・デレクトロニク・エ・ド
・ミクロテクニク・ソシエテ・アノニム社製）により３
回繰返し試験した。なお、このAEセンサー付自動スクラ
ッチ試験機は、得られたダイヤモンドライクカーボン薄
膜にダイヤモンドコーンを押付け、このダイヤモンドコ
ーンにかける荷重を徐々に増やしながら引張り、薄膜の
破壊や剥離に伴う音をAE（アコースティック・エミッシ
ョン）センサーにより検知するもので、AE信号が検知さ
れたときの荷重が大きいほど密着性が高い。この試験結
果を第５図に示す。

また、被成膜部材として13×13×5mmの切削工具用超
硬合金（JIS使用分類記号K10）の表面を研磨したものを
用い、この切削工具用超硬合金の表面に、従来のダイヤ
モンドライクカーボン薄膜製造装置（硬質炭素層の蒸着
装置）により膜厚1.5μｍのダイヤモンドライクカーボ
ン薄膜を成膜し、得られたダイヤモンドライクカーボン
薄膜の密着性を、同様にして試験した。この試験結果を
第６図に示す。

第５図と第６図との比較から明らかなように、第１の
発明のイオン源12を備えた第３の発明のダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜製造装置10により得られるダイヤモン
ドライクカーボン薄膜における破壊加重の値は、従来の
装置により得られるダイヤモンドライクカーボン薄膜に
おける破壊加重の値よりも高く、密着性に優れているこ
とがわかる。また、この第３の発明のダイヤモンドライ
クカーボン薄膜製造装置10により得られるダイヤモンド
ライクカーボン薄膜は、破壊荷重（AE信号が急激に立ち
上がるときの荷重）の安定性（再現性）にも優れている
ことから、均質性に優れていることがわかる。

実施例２ 第１の発明に基づくイオン源のうち、絶縁性物質から
なる被成膜部材にダイヤモンドライクカーボン薄膜を成
膜するためのイオン源、およびこのイオン源を備えたダ
イヤモンドライクカーボン薄膜製造装置の一例の概略を
示す端面図を、第７図に示す。

第７図に示したダイヤモンドライクカーボン薄膜製造
装置20を構成するイオン源21は、基本的には第２図中に
示したイオン源12と同じ構成であるが、イオン源12にお
ける基板である回転テーブル15に代えて、Ｔ字状の基板
22を備えている点で異なる。この基板22は、真空槽11の
上部外壁に設けられた駆動モーター23により回転自在お
よび上下動自在に運動する。なお、第７図において第２
図と共通する部材については、第２図と同じ符号を付し
てその説明を省略する。

基板22は、イオン源21における反射電極14の開口端と
対向配置されており、基板22の反射電極14における開口
端側には、被成膜部材の表面を活性化させるための加熱
ヒーターパネル24を保持した加熱ヒーターパネルホルダ
ー25が配置されている。そしてこの加熱ヒーターパネル
24の反射電極14における開口端側前方には、加熱ヒータ
ーパネル24と電気的に導通した導電性物質からなり、反
射電極14における開口端側に多数の開口部を有する絶縁
物用加速電極26が設けられている。絶縁物用加速電極26
の電位は、加熱ヒーターパネル24の電位と同電位に保た
れており、加熱ヒーターパネル24の電位は、基板22と同
電位に保たれている。そして、絶縁性物質からなる被成
膜部材（図示せず）は、加熱ヒーターパネル24において
反射電極14の開口端側に位置する表面に取り付けられ
る。したがって、このダイヤモンドライクカーボン薄膜
製造装置20においては、加熱ヒーターパネル24が実質的
な基板となる。

このようにしてなるダイヤモンドライクカーボン薄膜
製造装置20による、絶縁性物質からなる被成膜部材表面
上へのダイヤモンドライクカーボン薄膜の成膜は、ベン
ゼンガスをイオン源21によりプラズマ化することにより
生じた炭素イオンが、加熱ヒーターパネル24と同電位に
保たれている絶縁物用加速電極26により強制的に吸引さ
れ、絶縁物用加速電極26を通過後、慣性により被成膜部
材に衝突付着することによりなされる。このときの成膜
条件は、第２図に示したダイヤモンドライクカーボン薄
膜製造装置10における成膜条件と同じである。

なお、被成膜部材表面を活性化しなくてもダイヤモン
ドライクカーボン薄膜を成膜することができるため、第
７図に示したダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置
20においては、基板22の反射電極14における開口端側前
方に、この基板22と電気的に導通させて絶縁物用加速電
極26を直接設けてもよい。この場合、被成膜部材は基板
22の反射電極14における開口端側表面に取り付ける。

また、耐熱性に劣るプラスチック等からなる絶縁性の
被成膜部材にダイヤモンドライクカーボン薄膜を成膜す
る場合には、例えば第７図に示したダイヤモンドライク
カーボン薄膜製造装置20の基板22に水冷機構をもたせ、
この水冷機構をもたせた基板22の反射電極14における開
口端側前方に、この基板22と電気的に導通させて絶縁物
用加速電極26を直接設ける。この場合、被成膜部材は基
板22の反射電極14における開口端側表面に取り付ける。
基板22に水冷機構を持たせるには、例えば第７図の基板
22中に２点鎖線で示したように基板22を２重構造とし、
内側の部材27a内に給水管（あるいは排水管、図示せ
ず）を配設して外側の部材27b内に排水管（あるいは給
水管、図示せず）を配設して、これら給水管および排水
管内に水を通せばよい。

さらに、第７図に示したダイヤモンドライクカーボン
薄膜製造装置20から加熱ヒーターパネル24、加熱ヒータ
ーパネルホルダー25および絶縁物用加速電極26を取り除
き、基板22の反射電極14における開口端側表面に導電性
物質からなる被成膜部材を取り付けることにより、この
導電性物質からなる被成膜部材の表面にダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜を成膜することができる。あるいは、
第７図に示したダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装
置20から絶縁物用加速電極26を取り除き、加熱ヒーター
パネル24において反射電極14の開口端側に位置する表面
に導電性物質からなる被成膜部材取り付けることによ
り、この導電性物質からなる被成膜部材の表面を加熱ヒ
ーターパネル24により活性化しつつダイヤモンドライク
カーボン薄膜を成膜することができる。さらには、第７
図に示したダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置20
から基板22、駆動モーター23、加熱ヒーターパネル24、
加熱ヒーターパネルホルダー25および絶縁物用加速電極
26を取り除き、基板として、例えば第７図中に２点鎖線
で示す回転ホルダー28を設けることにより、他の部材は
何等変化することなく、導電性部材からなる被成膜部材
全体にダイヤモンドライクカーボン薄膜を成膜すること
ができる。

実施例３ 第３の発明に基づくイオン源のうち、導電性物質から
なる被成膜部材に中間層およびダイヤモンドライクカー
ボン薄膜を成膜するためのイオン源の一例を概略を示す
端面図を、第８図に示す。

第８図に示したイオン源30においては、板状陽極31の
形状が、反射電極２の開口端側に位置する面の外縁部が
この面の他の部分よりも反射電極２の開口端側に突出し
ている形状に代わっており、他の部分は第１図に示した
イオン源１と同様である。なお、第８図において第１図
と共通する部材については、第１図と同じ符号を付して
その説明を省略する。

また、このイオン源30を備えたダイヤモンドライクカ
ーボン薄膜製造装置として、第７図に示したダイヤモン
ドライクカーボン薄膜製造装置20において基板22、駆動
モーター23、加熱ヒーターパネル24、加熱ヒーターパネ
ルホルダー25および絶縁物用加速電極26に代えて回転ホ
ルダー28を備え、イオン源21に代えてイオン源30を備え
たダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置を作製し
た。ただし、この装置のイオン源30においては、基板５
として回転ホルダー28を使用している。

このダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置によ
り、導電性物質からなる被成膜部材に中間層としてSi薄
膜を成膜する際の成膜条件は、以下の条件とする。

・真空槽内の作業圧力 ２×10^-3〜２×10^-4Torr ・熱電子放出用陰極３の温度 熱電子を安定に放出するに十分な温度（概ね2500℃以
上） ・板状陽極31の印加電圧、電流および温度 直流200〜300V（３〜5A）、Siを蒸発させるに十分な
温度（概ね1700℃以上） ・反射電極２の印加電圧および電流 直流50〜100V（0.02〜0.2A） ・回転ホルダー28の印加電圧および電流 直流500〜1000V（0.05〜0.2A） ・作動ガス アルゴンガス このダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置におい
ては、板上陽極31を1700℃以上に加熱することにより、
中間層の原料であるSiを溶融、蒸発させる。また同時
に、イオン源30を構成する熱電子放射用電極３と板状陽
極31との間に放電（イオン化電流）を生じさせて、反射
電極２の内部空間に供給されたアルゴンガスをイオン化
電流によりプラズマ化する。これにより生じたアルゴン
イオンは、反射電極２の内部空間および開口端上方でSi
の蒸気と衝突し、この蒸気のある割合をイオン化する。
そして、イオン化されたSiの蒸気は、負電位にある回転
ホルダー28に取り付けられた被成膜部材（図示せず）に
電気的に吸引され（成膜イオン電流）、中間層であるSi
薄膜を形成する。

このダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置によ
る、中間層（Si薄膜）表面へのダイヤモンドライクカー
ボン薄膜の成膜は、中間層を成膜した際の真空槽内の雰
囲気を一旦、排気し、真空槽内の初期圧力を１×10^-5To
rr以下とした後に、新たに行う。このときの成膜条件
は、第７図に示したダイヤモンドライクカーボン薄膜製
造装置20あるいは第２図に示したダイヤモンドライクカ
ーボン薄膜製造装置10における成膜条件と同じである。

なお、第４の発明に基づくダイヤモンドライクカーボ
ン薄膜製造装置においても、実施例２で説明した第２の
発明に基づくダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置
と同様に、基板の反射電極における開口端側前方に、こ
の基板と電気的に導通させて加速電極を設けることによ
り、絶縁性物質からなる被成膜部材に中間層およびダイ
ヤモンドライクカーボン薄膜を成膜することができる。
また、基板に水冷機構をもたせることにより、耐熱性に
劣る被成膜部材に中間層およびダイヤモンドライクカー
ボン薄膜を成膜することができる。さらに、加熱ヒータ
ーパネル等を設けて被成膜部材を加熱することにより、
この被成膜部材の表面を活性化させながら中間層および
ダイヤモンドライクカーボン薄膜を成膜することができ
る。

以上、本発明のイオン源およびダイヤモンドライクカ
ーボン薄膜製造装置について実施例を挙げて説明した
が、本発明のイオン源およびダイヤモンドライクカーボ
ン薄膜製造装置はこれらの実施例に限定されるものでな
く、種々の変形例を含むものである。以下、変形例の一
例を説明する。

まず、第１の発明および第３の発明のイオン源を構成
する反射電極は、実施例では円筒状の導電性金属により
形成したが、その水平断面形状（内周の輪郭形状）は円
形に限定されるものではなく、楕円形、多角形等、種々
変更可能である。また、反射電極の開口端の内径の値は
特に限定されるものではなく、種々の値をとることがで
きるが、開口端の内径が反射電極における最大内径とな
るようにすることが好ましい。反射電極の材質は、実施
例で用いたモリブデンの他、タングステン、タンタル等
を用いてもよい。また、反射電極の底部は、この反射電
極の側壁を形成する導電性物質と同質の物質から形成さ
れていなくてもよく、他の導電性物質から形成してもよ
い。

熱電子放出用陰極は、実施例で用いたタンタルフィラ
メントの他、タングステンフィラメント、ランタンヘキ
サボラインフィラメント等を用いてもよい。熱電子放出
用陰極に印加する電圧および電流の量は、この熱電子放
出用陰極の温度が、熱電子を安定に放出し得る温度とな
る量とする。この量は、用いる熱電子放出用陰極に応じ
て適宜設定される。

板上陽極の材質は、実施例で用いたタングステンの
他、モリブデン、タンタル等を用いてもよい。特に、中
間層およびダイヤモンドライクカーボン薄膜の成膜を行
う場合の板状陽極の材質としては、中間層の原料を蒸発
させる必要上、このときの加熱温度に十分耐えられるも
のを使用する。また、板状陽極に印加する電圧および電
流の量は、この板状陽極の温度が、ダイヤモンドライク
カーボン薄膜成膜時において板状陽極の表面に付着する
グラファイト膜を揮散させ得る温度となる量とすること
が好ましい。この量は、用いる板状陽極に応じて適宜設
定される。なお、中間層およびダイヤモンドライクカー
ボン薄膜の成膜を行う場合の板状陽極の形状は、溶融し
た中間層の原料が流出しない形状であればよく、実施例
で示した形状の他、例えば第９図（ａ）および（ｂ）に
示す形状としてもよい。なお、第９図は板状陽極40の端
面図である。

作動ガス供給管は、実施例では反射電極の底部からこ
の反射電極の内部空間に開口端を挿入しているが、作動
ガス供給管の開口端の挿入部位は反射電極の底部に限定
されるものではなく、側壁であってもよい。

実施例のイオン源では板状陽極をグランドに落として
いるが、第１の発明および第３の発明のイオン源におい
ては、成膜時における板状陽極の電位を基準としたとき
の反射電極、熱電子放出用陰極および基板の各電位がそ
れぞれ負電位であり、かつ、熱電子放出用陰極の電位の
方が反射電極の電位より高く、反射電極の電位の方が基
板の電位より高ければよく、これらの条件は、グランド
に落とさなくとも、あるいは基板をグランドに落として
も満足させることができる。

また、第２の発明および第４の発明のダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜製造装置におけるイオン源の配置数お
よび配置位置は、実施例で示した配置数および配置位置
に限定されるものではなく、基板上に被成膜部材の形状
の大きさ、基板上に配置される被成膜部材数、１基のイ
オン源の有効蒸着エリア等を勘案して、種々選択され
る。ただし、第３の発明のイオン源を用いて、被成膜部
材に中間層を成膜した後にダイヤモンドライクカーボン
薄膜を成膜する場合のイオン源の配置位置は、板状陽極
において溶融した中間層の原料がこの板状陽極から流出
しない位置とする。

なお、実施例では被成膜部材に直接、ダイヤモンドラ
イクカーボン薄膜あるいは中間層を成膜したが、ダイヤ
モンドライクカーボン薄膜あるいは中間層を成膜する前
に、被成膜部材の表面をイオンボンバードにより洗浄す
ることで、ダイヤモンドライクカーボン薄膜あるいは中
間層の密着性を更に向上させることができる。

イオンボンバードによる被成膜部材表面の洗浄は、例
えば作動ガスとしてアルゴンガスを用い、熱電子放射用
電極と板状陽極との間の放電（イオン化電流）によりア
ルゴンガスをプラズマ化し、これにより生じたアルゴン
イオンを基板および被成膜部材に電気的に衝突させるこ
とにより行うことができる。イオンボンバードにより被
成膜部材表面を洗浄した場合は、洗浄時の雰囲気を一
旦、排気してから、ダイヤモンドライクカーボン薄膜あ
るいは中間層の成膜を行うことが好ましい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のイオン源およびこのイ
オン源を備えたダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装
置によれば、被成膜部材の表面または被成膜部材の設け
られた中間層表面に、均質で密着性に優れた大面積のダ
イヤモンドライクカーボン薄膜を成膜することが可能と
なる。

したがって本発明を実施することにより、信頼性や耐
久性が向上した表面保護膜を備えた切削工具、金型、電
子材料、光情報記録媒体等を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明に係るイオン源の一例を示す端面
図、第２図は第２の発明に係るダイヤモンドライクカー
ボン薄膜製造装置の一例を示す概略図、第３図は第２図
に示したダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置を構
成するイオン源におけるイオン化電流および成膜イオン
電流ならびに真空槽内の圧力の経時変化を示すグラフ、
第４図は従来のダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装
置を構成するイオン源におけるイオン化電流および成膜
イオン電流ならびに真空槽内の圧力の経時変化を示すグ
ラフ、第５図は第２図に示したダイヤモンドライクカー
ボン薄膜製造装置により得られたダイヤモンドライクカ
ーボン薄膜の密着性の試験結果を示すグラフ、第６図は
従来のダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置により
得られたダイヤモンドライクカーボン薄膜の密着性の試
験結果を示すグラフ、第７図は第２の発明に係るダイヤ
モンドライクカーボン薄膜製造装置の他の一例を示す概
略図、第８図は第３の発明に係るイオン源の一例を示す
端面図、第９図は第３の発明に係るイオン源を構成する
板状陽極の変型例の一例を示す端面図、第10図は従来の
ダイヤモンドライクカーボン薄膜製造装置（強付着性の
特に硬質炭素層を大きな面積に蒸着するための装置）を
示す概略図である。 １、12、21、30…イオン源、２、14、…反射電極、３…
熱電子放出用陰極、４、31、40…板状陽極、５、15、2
2、28…基板、10、20…ダイヤモンドライクカーボン薄
膜製造装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底部を有する筒状の導電性金属からなる反
   射電極と、この反射電極内に該反射電極と電気的に絶縁
   されて設けられた熱電子放出用陰極と、この熱電子放出
   用陰極よりも前記反射電極の開口端側に該反射電極と電
   気的に絶縁されて設けられた板状陽極と、前記反射電極
   の開口端の前方に設けられた導電性金属からなる基板
   と、前記反射電極の内部空間に開口端を有する作動ガス
   供給管とを少なくとも備え、成膜時における前記板状陽
   極の電位を基準としたときの前記反射電極、前記熱電子
   放出用陰極および前記基板の各電位がそれぞれ負電位で
   あり、かつ、前記熱電子放出用陰極の電位の方が前記反
   射電極の電位より高く、前記反射電極の電位の方が前記
   基板の電位より高いことを特徴とするイオン源。
2. 【請求項２】板状陽極において反射電極の開口端側に位
   置する面の外縁部が、この面の他の部分よりも前記反射
   電極の開口端側に突出している、請求項（１）記載のイ
   オン源。
3. 【請求項３】イオン源として請求項（１）または（２）
   記載のイオン源を少なくとも１基備えた、ダイヤモンド
   ライクカーボン薄膜製造装置。