JPH10203896A - Member having diamond-like carbon thin film formed thereon and its formation - Google Patents
Member having diamond-like carbon thin film formed thereon and its formationInfo
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- JPH10203896A JPH10203896A JP665697A JP665697A JPH10203896A JP H10203896 A JPH10203896 A JP H10203896A JP 665697 A JP665697 A JP 665697A JP 665697 A JP665697 A JP 665697A JP H10203896 A JPH10203896 A JP H10203896A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、基材の表面にダ
イヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜が形成された
部材およびDLC薄膜の形成方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a member in which a diamond-like carbon (DLC) thin film is formed on the surface of a substrate and a method for forming the DLC thin film.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、金型、工具、摺動部材、光・
磁気ディスク装置の記録媒体などの表面を保護するハー
ドコーティング膜として、ダイヤモンドライクカーボン
(DLC)薄膜の利用が図られている。図27は従来の
DLC薄膜が形成された部材を示す断面図であり、図2
8は、例えば特開昭63−185893号公報に示され
た従来のマイクロ波プラズマを用いたDLC薄膜形成装
置の断面図である。これらの図において、1は内部を真
空に保つ真空槽、101は真空槽1内で基材3を保持す
る基材ホルダー、61は基材ホルダー101に設けられ
て基材3を加熱するヒーター、103、104は真空槽
1内へ反応ガスを導入するための反応ガス導入口、10
2は真空槽1内へマイクロ波を印加するための導波管、
105は真空槽1内に磁界を生じさせる電磁石である。
91は基材3上にDLC薄膜80が形成されてなる部材
である。2. Description of the Related Art Conventionally, molds, tools, sliding members,
A diamond-like carbon (DLC) thin film has been used as a hard coating film for protecting the surface of a recording medium or the like of a magnetic disk device. FIG. 27 is a sectional view showing a member on which a conventional DLC thin film is formed.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional DLC thin film forming apparatus using microwave plasma disclosed in JP-A-63-185893. In these figures, reference numeral 1 denotes a vacuum tank for keeping the inside vacuum, 101 a substrate holder for holding the substrate 3 in the vacuum tank 1, 61 a heater provided on the substrate holder 101 to heat the substrate 3, 103 and 104 are reaction gas inlets for introducing a reaction gas into the vacuum chamber 1;
2 is a waveguide for applying a microwave into the vacuum chamber 1,
An electromagnet 105 generates a magnetic field in the vacuum chamber 1.
Reference numeral 91 denotes a member formed by forming the DLC thin film 80 on the base material 3.
【0003】次に動作について説明する。真空槽1内で
基材ホルダー101に基材3を保持させる。次いで、ヒ
ーター61により基材3を300〜900℃に加熱する
とともに、真空槽1内の真空度を10-3〜10-5Tor
rに保持する。続いて反応ガス導入口103および10
4からCH4、C2H2などの反応ガスを真空槽1内に供
給し、電磁石105により真空槽1内に磁場を印加する
とともに、導波管102から出力300〜600Wのマ
イクロ波を印加して真空槽1内にマイクロ波プラズマを
発生させ、励起炭素が基材3上に到達することにより、
基材3上にDLC薄膜を形成する。Next, the operation will be described. The substrate 3 is held by the substrate holder 101 in the vacuum chamber 1. Next, the base material 3 is heated to 300 to 900 ° C. by the heater 61 and the degree of vacuum in the vacuum chamber 1 is reduced to 10 −3 to 10 −5 Torr.
r. Subsequently, the reaction gas inlets 103 and 10
4 supplies a reaction gas such as CH 4 and C 2 H 2 into the vacuum chamber 1, applies a magnetic field to the vacuum chamber 1 by the electromagnet 105, and applies a microwave having an output of 300 to 600 W from the waveguide 102. As a result, microwave plasma is generated in the vacuum chamber 1, and the excited carbon reaches the base material 3.
A DLC thin film is formed on the substrate 3.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のダ
イヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜が形成された
部材および形成方法では、DLC薄膜と基材との密着性
が悪く、このような基材上にDLC薄膜を形成した場
合、剥離してしまうという問題があった。本発明は、上
記のような問題点を解決するためになされたもので、基
材との密着性の良い、高硬度のDLC薄膜が形成された
部材およびその形成方法を得ることを目的とする。In the member and the method of forming the above-mentioned conventional diamond-like carbon (DLC) thin film, the adhesion between the DLC thin film and the base material is poor, and such a material is formed on the base material. However, when a DLC thin film is formed, there is a problem that it is peeled off. The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has an object to obtain a member having a DLC thin film having high adhesion to a substrate and a high hardness, and a method for forming the member. .
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
るDLC薄膜が形成された部材は、下地層が基材上の密
着層とその上のDLC前処理層とからなり、密着層はシ
リコン、タングステン、チタン、アルミニウムからなる
群から選ばれた金属薄膜からなるとともに、DLC前処
理層は炭化シリコン、炭化タングステン、炭化チタン、
炭化アルミニウムからなる群から選ばれたセラミック薄
膜からなるものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a member on which a DLC thin film is formed, wherein a base layer comprises an adhesion layer on a base material and a DLC pretreatment layer on the adhesion layer. Silicon, tungsten, titanium, and a metal thin film selected from the group consisting of aluminum, the DLC pretreatment layer is silicon carbide, tungsten carbide, titanium carbide,
It is made of a ceramic thin film selected from the group consisting of aluminum carbide.
【0006】請求項2に係るDLC薄膜が形成された部
材は、DLC前処理層が、密着層と同じ金属成分を有す
るセラミックからなるものである。請求項3に係るDL
C薄膜が形成された部材は、DLC前処理層が、密着層
からDLC薄膜に向かって炭素成分組成が大きくなって
いるものである。請求項4に係るDLC薄膜が形成され
た部材は、DLC前処理層が、互いに同じ金属成分を含
んで組成が異なる複数の層からなり、そのうち炭素組成
の最も大きい層が最上層に形成されたものである。According to a second aspect of the present invention, in the member on which the DLC thin film is formed, the DLC pretreatment layer is made of ceramic having the same metal component as the adhesion layer. DL according to claim 3
In the member on which the C thin film is formed, the DLC pretreatment layer has a carbon component composition that increases from the adhesion layer to the DLC thin film. In the member on which the DLC thin film according to claim 4 is formed, the DLC pretreatment layer includes a plurality of layers containing the same metal component and having different compositions, and a layer having the largest carbon composition is formed on the uppermost layer. Things.
【0007】請求項5、請求項6、請求項7、請求項8
に係るDLC薄膜が形成された部材は、それぞれ密着層
がシリコン、タングステン、チタン、アルミニウムの金
属薄膜からなるとともに、DLC前処理層が密着層と同
じ金属成分を含んだセラミックからなるものである。[0007] Claims 5, 6, 7, and 8
In the member having the DLC thin film according to the above, the adhesion layer is made of a metal thin film of silicon, tungsten, titanium, and aluminum, and the DLC pretreatment layer is made of a ceramic containing the same metal component as the adhesion layer.
【0008】請求項9に係るDLC薄膜が形成された部
材は、下地層が基材上の密着層とその上のDLC前処理
層とからなり、密着層およびDLC前処理層はそれぞれ
シリコン、タングステン、チタン、アルミニウムからな
る群から選ばれた金属薄膜からなるものである。According to a ninth aspect of the present invention, in the member on which the DLC thin film is formed, the base layer comprises an adhesion layer on the substrate and a DLC pretreatment layer thereon, and the adhesion layer and the DLC pretreatment layer are made of silicon and tungsten, respectively. , Titanium, and aluminum.
【0009】請求項10に係るDLC薄膜が形成された
部材は、基材表面に炭素成分を含む処理層を形成したも
のである。請求項11に係るDLC薄膜が形成された部
材は、その処理層が炭素イオンのイオン注入層であるも
のである。請求項12に係るDLC薄膜が形成された部
材は、そのイオン注入層における炭素量が基材の表面近
傍で大きく、深くなるにしたがって小さくなる分布にな
ったものである。請求項13に係るDLC薄膜が形成さ
れた部材は、その処理層が炭素イオンの照射および拡散
による炭化層であるものである。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a member on which a DLC thin film is formed, wherein a treatment layer containing a carbon component is formed on a substrate surface. In the member on which the DLC thin film according to claim 11 is formed, the treatment layer is an ion implantation layer of carbon ions. The member on which the DLC thin film according to claim 12 is formed has a distribution in which the amount of carbon in the ion-implanted layer is large near the surface of the base material and decreases as the carbon depth increases. The member on which the DLC thin film according to claim 13 is formed has a treatment layer which is a carbonized layer formed by irradiation and diffusion of carbon ions.
【0010】請求項14に係るDLC薄膜の形成方法
は、イオン注入層を形成する工程において、炭素イオン
とともに水素イオンを基材表面上に照射するものであ
る。In the method of forming a DLC thin film according to a fourteenth aspect, in the step of forming the ion-implanted layer, the surface of the substrate is irradiated with hydrogen ions together with carbon ions.
【0011】[0011]
実施の形態1.以下、この発明の一実施の形態を図につ
いて説明する。図1はこの発明の実施の形態1を示すダ
イヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜が形成された
部材の断面図であり、図において90は金型、工具、機
械部品などに用いられる部材、3は例えば超硬合金のよ
うな基材、50は下地層であり、基材3上に形成された
密着層60とその上に形成されたDLC前処理層70と
で下地層50を構成している。80はDLC薄膜であ
り、基材3上に下地層50を介してDLC薄膜を形成し
て部材90を構成している。この実施の形態では、密着
層60として基材3との密着性のよいシリコン、タング
ステン、チタン、アルミニウムからなる群から選ばれた
金属の薄膜を用いるとともに、DLC前処理層70とし
てDLC薄膜80との密着性のよい炭化シリコン、炭化
タングステン、炭化チタン、炭化アルミニウムからなる
群から選ばれたセラミックの薄膜を用いた場合について
示す。Embodiment 1 FIG. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a member on which a diamond-like carbon (DLC) thin film according to a first embodiment of the present invention is formed. In the figure, reference numeral 90 denotes a member used for a mold, a tool, a mechanical part, and the like; A base material 50 such as a cemented carbide is a base layer, and the base layer 50 is composed of the adhesion layer 60 formed on the base material 3 and the DLC pretreatment layer 70 formed thereon. Reference numeral 80 denotes a DLC thin film, and a member 90 is formed by forming the DLC thin film on the base material 3 with the base layer 50 interposed therebetween. In this embodiment, a metal thin film selected from the group consisting of silicon, tungsten, titanium, and aluminum having good adhesion to the base material 3 is used as the adhesion layer 60, and a DLC thin film 80 is used as the DLC pretreatment layer 70. The case where a ceramic thin film selected from the group consisting of silicon carbide, tungsten carbide, titanium carbide, and aluminum carbide having good adhesion is used.
【0012】図2はこの実施の形態で用いるに適した薄
膜形成装置の断面図であり、図において、1は内部を真
空に保持する真空槽、2は真空槽1内の排気を行う排気
系、4は真空槽1内で基材3を保持する基材ホルダー、
5は後述の加速電極15に対して、基材ホルダー4を経
由して基材3にバイアス電圧を印加するバイアス手段、
6は基材ホルダー4に設けられて基材3を加熱、冷却し
てその温度を調整する基材温度調整機構、7は真空槽1
と基材ホルダー4の間を電気的に絶縁する絶縁セラミッ
ク、100は基材3を回転させる回転機構である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a thin film forming apparatus suitable for use in this embodiment. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber for holding the inside of the vacuum chamber, and 2 denotes an exhaust system for exhausting the vacuum chamber 1. 4, a substrate holder for holding the substrate 3 in the vacuum chamber 1;
5 is a bias means for applying a bias voltage to the base material 3 via the base material holder 4 with respect to an acceleration electrode 15 described later,
Reference numeral 6 denotes a substrate temperature adjusting mechanism provided on the substrate holder 4 for heating and cooling the substrate 3 to adjust the temperature thereof.
An insulating ceramic that electrically insulates the substrate 3 from the substrate holder 4, and 100 is a rotation mechanism that rotates the substrate 3.
【0013】10は真空槽1内で基材3に対向してその
下方に設けられたガスイオン源、11は内部に反応ガス
が導入される反応ガス導入室で、イオンなどを放出で
き、かつ流路抵抗を大きくして真空槽1との間に差圧が
与えられるように、基材3に向かってオリフィス(図示
せず)が設けられている。12は反応ガス導入室11内
に設けられて例えばタングステンワイヤで構成された熱
電子放出手段、13は平行配置された細い金属線で構成
され、反応ガス導入室11内に設けられた熱電子引出し
電極、14は反応ガス導入室11につながってその内部
に反応ガスを導入する反応ガス導入管、15は反応ガス
導入室11の外側に設けられて基材3に向けてイオンを
加速する加速電極であり、反応ガス導入室11、熱電子
放出手段12、熱電子引出し電極13、反応ガス導入管
14および加速電極15でガスイオン源10を構成して
いる。Reference numeral 10 denotes a gas ion source provided below the substrate 3 in the vacuum chamber 1 so as to be opposed to the substrate 3. Reference numeral 11 denotes a reaction gas introduction chamber into which a reaction gas is introduced. An orifice (not shown) is provided toward the base material 3 so as to increase the flow path resistance and apply a pressure difference between the flow path resistance and the vacuum chamber 1. Numeral 12 denotes a thermionic emission means provided in the reaction gas introduction chamber 11 and made of, for example, a tungsten wire. Numeral 13 comprises a thin metal wire arranged in parallel, and a thermoelectron extractor provided in the reaction gas introduction chamber 11. An electrode 14 is a reaction gas introduction pipe connected to the reaction gas introduction chamber 11 to introduce a reaction gas into the inside, and an acceleration electrode 15 is provided outside the reaction gas introduction chamber 11 and accelerates ions toward the substrate 3. The reaction gas introduction chamber 11, thermionic emission means 12, thermionic extraction electrode 13, the reaction gas introduction tube 14, and the acceleration electrode 15 constitute the gas ion source 10.
【0014】30は真空槽1内で基材3に対向して設け
られた、金属薄膜もしくはセラミック薄膜を形成できる
電子ビーム蒸発源、イオンプレーティング装置、金属イ
オン源などの金属蒸気発生源であり、ここでは金属イオ
ン源を用いている。31は金属の原料を入れるるつぼ、
32はるつぼ31を加熱するヒータ、33は熱電子を放
出する熱電子放出手段、34は熱電子放出手段33から
熱電子を引き出す熱電子引出し手段、35はこれらを断
熱する熱シールド、36は金属蒸気発生源30からイオ
ンを引き出す加速電極であり、金属蒸気発生源30は、
るつぼ31、ヒータ32、熱電子放出手段33、熱電子
引出し手段34、熱シールド35および加速電極36で
構成されている。なお、バイアス手段5の一端、真空槽
1、加速電極15は接地している。Reference numeral 30 denotes a metal vapor generating source, such as an electron beam evaporation source, an ion plating device, or a metal ion source, provided in the vacuum chamber 1 so as to face the substrate 3 and capable of forming a metal thin film or a ceramic thin film. Here, a metal ion source is used. 31 is a crucible for putting metal raw materials,
32 is a heater for heating the crucible 31, 33 is a thermionic emission means for emitting thermoelectrons, 34 is a thermoelectron extraction means for extracting thermoelectrons from the thermionic emission means 33, 35 is a heat shield for insulating these, and 36 is metal It is an accelerating electrode for extracting ions from the vapor source 30, and the metal vapor source 30
It comprises a crucible 31, a heater 32, a thermoelectron emission means 33, a thermoelectron extraction means 34, a heat shield 35, and an acceleration electrode 36. One end of the bias means 5, the vacuum chamber 1, and the acceleration electrode 15 are grounded.
【0015】次に動作について説明する。まず、基材ホ
ルダー4に基材3を取り付け、排気系2により真空槽1
内を1×10-6Torr程度の真空度に排気した後、基
材温度調整機構6により基材3の温度を300℃程度に
調整する。そして基材3の表面のクリーニング処理のた
めに、水素ガスを反応ガス導入管14から反応ガス導入
室11へ導入して、反応ガス導入室11内の真空度を1
×10-2〜1×10-1Torrにする。Next, the operation will be described. First, the substrate 3 is attached to the substrate holder 4, and the vacuum system 1 is
After the inside is evacuated to a degree of vacuum of about 1 × 10 −6 Torr, the temperature of the base material 3 is adjusted to about 300 ° C. by the base material temperature adjustment mechanism 6. Then, for cleaning the surface of the base material 3, hydrogen gas is introduced from the reaction gas introduction pipe 14 into the reaction gas introduction chamber 11, and the degree of vacuum in the reaction gas introduction chamber 11 is reduced by one.
X 10 -2 to 1 x 10 -1 Torr.
【0016】そして、熱電子放出手段12を作動させ、
図示しない電源により熱電子放出手段12に対して熱電
子引出し電極13に+50〜800V程度のバイアス電
圧を印加する。また、ガスイオン源10からイオンを引
き出すために、加速電極15に対し、つまり接地電位に
対して熱電子放出手段12に+200〜500V程度の
電圧を図示しない電源により印加しておく。熱電子放出
手段12から放出された電子は熱電子引出し電極13に
向けて加速され、水素ガスをイオン化する。この水素イ
オンを基材3に向けて照射し、基材3の表面の不純物を
還元反応で除去する。このときバイアス手段5により基
材3を接地電位に対して−200〜−3000V程度で
バイアスを調整して、基材3へ照射する水素イオンの量
およびエネルギーを制御する。水素イオンのエネルギー
を200〜3000eVとすることにより、水素イオン
による表面酸化物の還元反応を効率良く進行させること
ができ、クリーニング処理を効果的に行うことができ
る。Then, the thermoelectron emission means 12 is operated,
A bias voltage of about +50 to 800 V is applied to the thermoelectron extraction electrode 13 to the thermoelectron emission means 12 by a power supply (not shown). In addition, in order to extract ions from the gas ion source 10, a voltage of about +200 to 500 V is applied to the accelerating electrode 15, that is, to the thermionic emission means 12 with respect to the ground potential by a power supply (not shown). The electrons emitted from the thermionic emission means 12 are accelerated toward the thermionic extraction electrode 13 and ionize the hydrogen gas. The substrate 3 is irradiated with the hydrogen ions, and impurities on the surface of the substrate 3 are removed by a reduction reaction. At this time, the bias of the substrate 3 is adjusted to about -200 to -3000 V with respect to the ground potential by the bias means 5 to control the amount and energy of the hydrogen ions to be irradiated on the substrate 3. By setting the energy of the hydrogen ions to 200 to 3000 eV, the reduction reaction of the surface oxide by the hydrogen ions can efficiently proceed, and the cleaning treatment can be performed effectively.
【0017】ここで、イオンクリーニング用ガスとし
て、水素ガスとヘリウム、アルゴン、キセノンなどの不
活性ガスの混合ガス(例えば、50%H2+50%A
r)を用い、クリーニング処理を実施してもよい。水素
イオンによる表面の酸化物の還元反応による除去と同時
に、不活性ガスイオンによりスパッタリングによる基材
表面の不純物層の研削除去ができるため、基材3と下地
層50およびDLC薄膜80の密着性を向上させること
ができる。以上の処理により、基材3表面の水分、油脂
成分、表面酸化物などの不純物を除去することができ、
基材3上に下地層50を介して形成されるDLC薄膜8
0の密着性が向上する。Here, a mixed gas of hydrogen gas and an inert gas such as helium, argon, xenon (for example, 50% H 2 + 50% A) is used as the ion cleaning gas.
The cleaning process may be performed using r). Since the impurity layer on the substrate surface can be ground and removed by sputtering with inert gas ions at the same time as the removal of the oxide on the surface by the reduction reaction with hydrogen ions, the adhesion between the substrate 3 and the underlayer 50 and the DLC thin film 80 can be improved. Can be improved. By the above treatment, impurities such as water, oil and fat components, and surface oxides on the surface of the substrate 3 can be removed,
DLC thin film 8 formed on base material 3 via base layer 50
0 improves the adhesion.
【0018】次に、ガスイオン源10へのイオンクリー
ニング用ガスの供給を停止して、基材3表面のクリーニ
ング処理を終了するとともに、バイアス手段5により、
接地電位に対して基材3に−0.5〜−3kV程度の電
圧を印加し、また、ヒータ32によりるつぼ31内のシ
リコン(Si)、タングステン(W)、チタン(Ti)
またはアルミニウム(Al)の金属を加熱して蒸気を発
生させるとともに、熱電子放出手段33から放出された
熱電子を熱電子引出し手段34により、引出し、加速し
て金属イオンを発生させ、これを基材3に照射してその
表面に下地層50を構成する密着層60としてのSi、
W、TiまたはAlの金属薄膜の形成を行う。Next, the supply of the ion cleaning gas to the gas ion source 10 is stopped, and the cleaning of the surface of the substrate 3 is terminated.
A voltage of about -0.5 to -3 kV is applied to the substrate 3 with respect to the ground potential, and silicon (Si), tungsten (W), and titanium (Ti) in the crucible 31 are heated by the heater 32.
Alternatively, the metal of aluminum (Al) is heated to generate steam, and thermionic electrons emitted from thermionic electron emitting means 33 are extracted and accelerated by thermionic electron extracting means 34 to generate metal ions. The material 3 is irradiated with Si as an adhesion layer 60 constituting a base layer 50 on the surface thereof,
A metal thin film of W, Ti or Al is formed.
【0019】次いで、ガスイオン源10で炭化水素系の
ガスを励起、解離およびイオン化して解離された炭素と
炭素イオンを基材3に向けて照射しながら、もしくは真
空槽1内を炭化水素系のガス雰囲気にして、金属蒸気発
生源30を上記のように稼働させることにより、密着層
60上にDLC前処理層70として、SiC、WC、T
iCまたはAl4C3のセラミック薄膜を形成する。Next, the hydrocarbon-based gas is excited, dissociated and ionized by the gas ion source 10 and the dissociated carbon and carbon ions are irradiated toward the substrate 3 or the hydrocarbon-based gas is evacuated in the vacuum chamber 1. And the metal vapor generation source 30 is operated as described above to form a DLC pretreatment layer 70 on the adhesion layer 60 as SiC, WC, T
A ceramic thin film of iC or Al 4 C 3 is formed.
【0020】次に、DLC薄膜80の形成を行う。ま
ず、基材温度調整機構6により基材3の温度を、後述の
理由から100℃〜250℃に調整する。ここでは20
0℃にした。そしてバイアス手段5により基材3の電位
を接地電位に対して、時間tの関数V(t)として与え
る。図3に、基材3に与えるバイアス電圧波形の例を示
す。図3(a)〜(c)は直流や、半波整流あるいは全
波整流された負の電圧を印加する場合を示す。電圧値は
数kV以内とし、ここでは−1kVとした。また周波数
は(b)で数十Hz〜数十kHz程度とし、ここでは6
0Hzおよび1kHzとした。このV(t)の電圧値を
制御することにより、イオンに与えるエネルギーを調整
することができる。これにより、薄膜の付着強度、およ
び硬度を制御することができる。Next, a DLC thin film 80 is formed. First, the temperature of the substrate 3 is adjusted to 100 ° C. to 250 ° C. by the substrate temperature adjusting mechanism 6 for the reason described below. Here is 20
It was brought to 0 ° C. The bias means 5 gives the potential of the substrate 3 to the ground potential as a function V (t) of time t. FIG. 3 shows an example of a bias voltage waveform applied to the base material 3. 3 (a) to 3 (c) show the case where a DC or half-wave rectified or full-wave rectified negative voltage is applied. The voltage value was within several kV, and was -1 kV here. Further, the frequency is set to about several tens Hz to several tens kHz in (b).
0 Hz and 1 kHz. By controlling the voltage value of V (t), the energy given to the ions can be adjusted. Thereby, the adhesion strength and hardness of the thin film can be controlled.
【0021】続いて、DLC薄膜80を構成する材料で
ある炭素(C)を含む炭化水素系のガスを、反応ガス導
入管14から反応ガス導入室11へ導入し、反応ガス導
入室11内の真空度を1×10-2〜1×10-1Torr
にする。このとき導入する反応ガスとしては、例えばベ
ンゼン、トルエン、キシレンなどのガスを用いる。そし
て熱電子放出手段12を作動させ、熱電子放出手段12
に対して熱電子引出し電極13に+50〜800V程度
のバイアス電圧を印加する。熱電子放出手段12には接
地電位に対して+200〜500V程度の電圧を印加す
る。熱電子放出手段12から放出された電子は、熱電子
引出し電極13に向けて加速され、放電もしくは電子の
照射により上記炭化水素系のガスを励起、解離、および
イオン化し、解離された炭素と炭素イオン、および解離
された水素と水素イオンが基材3に向けて照射され、基
材3上にDLC薄膜80を形成する。イオンは正電荷な
ので、加速電極15によりガスイオン源10から加速し
て引き出されるとともに基材3の負のバイアス電圧を制
御することにより、イオンに与えるエネルギーを調整で
きる。Subsequently, a hydrocarbon-based gas containing carbon (C), which is a material constituting the DLC thin film 80, is introduced from the reaction gas introduction pipe 14 into the reaction gas introduction chamber 11, and the inside of the reaction gas introduction chamber 11 The degree of vacuum is 1 × 10 -2 to 1 × 10 -1 Torr
To As a reaction gas introduced at this time, for example, a gas such as benzene, toluene, or xylene is used. Then, the thermoelectron emission means 12 is operated, and the thermoelectron emission means 12 is operated.
, A bias voltage of about +50 to 800 V is applied to the thermoelectron extraction electrode 13. A voltage of about +200 to 500 V with respect to the ground potential is applied to the thermoelectron emitting means 12. The electrons emitted from the thermionic electron emitting means 12 are accelerated toward the thermionic extraction electrode 13, and excite, dissociate, and ionize the hydrocarbon-based gas by discharging or irradiating the electrons, thereby dissociating the dissociated carbon and carbon. The ions and the dissociated hydrogen and hydrogen ions are irradiated toward the substrate 3 to form a DLC thin film 80 on the substrate 3. Since the ions are positively charged, the ions are accelerated and extracted from the gas ion source 10 by the acceleration electrode 15 and the energy given to the ions can be adjusted by controlling the negative bias voltage of the substrate 3.
【0022】図4は基材の温度をパラメータとした場合
のDLC薄膜のラマン分析結果を示す。基材3の温度が
250℃ではDLCの典型的なスペクトルを示すのに対
して、基材3の温度を300℃あるいは400℃とした
場合にはグラファイトのスペクトルとなっている。この
ため基材3の温度は250℃以下にすべきであるが、一
方、別の理由から温度を低くしすぎるのは好ましくな
い。すなわち、100℃より低いと基材3に対するDL
C薄膜80の付着力が弱くなる。そのため、基材温度調
整機構6を用いて、成膜中の基材3の温度を100℃か
ら250℃に制御する。そうすることにより、DLC薄
膜80のグラファイト化を抑制することができ、高硬度
で、高品質のDLC薄膜80が形成できる。なお、上記
温度範囲が、図28で示した従来装置の温度範囲と異な
るのは、装置のタイプが相違するためである。FIG. 4 shows the results of Raman analysis of the DLC thin film when the temperature of the substrate is used as a parameter. When the temperature of the substrate 3 is 250 ° C., a typical spectrum of DLC is shown, whereas when the temperature of the substrate 3 is 300 ° C. or 400 ° C., the spectrum is graphite. For this reason, the temperature of the substrate 3 should be 250 ° C. or lower, but it is not preferable to lower the temperature too much for another reason. That is, if the temperature is lower than 100 ° C.,
The adhesion of the C thin film 80 becomes weak. Therefore, the temperature of the substrate 3 during film formation is controlled from 100 ° C. to 250 ° C. by using the substrate temperature adjusting mechanism 6. By doing so, graphitization of the DLC thin film 80 can be suppressed, and a high-hardness, high-quality DLC thin film 80 can be formed. Note that the temperature range is different from the temperature range of the conventional device shown in FIG. 28 because the type of the device is different.
【0023】また、回転機構100で、成膜中に基材3
を回転させることにより、膜厚分布の均一化が図れると
ともに、基材3の端部などに対する付廻り性の向上、つ
まり面の向きや位置による膜厚不均一を低減できる。図
5に以上のプロセスを模式的に示す。また、図6のよう
に水素イオンによるクリーニングに先行して、アルゴン
のような不活性ガスイオンによるスパッタクリーニング
を行ってもよい。なお、上記のようにガスイオン源10
への供給ガスを、イオンクリーニング用ガスからDLC
薄膜成膜用ガスに切り替えることにより、1台のガスイ
オン源10によりイオンクリーニング処理およびDLC
薄膜成膜の両方が実施でき、装置構成の簡略化、低価格
化ができる。これにより、図1に示すような基材3上に
下地層50を介してDLC薄膜80が形成された金型、
工具、機械部品などの部材90を形成することができ
る。Further, the rotating mechanism 100 allows the base material 3 to be formed during film formation.
By rotating, the film thickness distribution can be made uniform, and at the same time, it is possible to improve the throwing power to the end of the base material 3, that is, to reduce the film thickness non-uniformity due to the direction and position of the surface. FIG. 5 schematically shows the above process. Further, as shown in FIG. 6, prior to cleaning with hydrogen ions, sputter cleaning with inert gas ions such as argon may be performed. Note that, as described above, the gas ion source 10
Supply gas from the ion cleaning gas to DLC
By switching to a gas for forming a thin film, a single gas ion source 10 performs ion cleaning processing and DLC.
Both thin film formation can be performed, and the apparatus configuration can be simplified and the price can be reduced. Thereby, a mold in which the DLC thin film 80 is formed on the base material 3 via the base layer 50 as shown in FIG.
A member 90 such as a tool or a mechanical part can be formed.
【0024】以上のように、DLC薄膜80の成膜前
に、まず、下地層50を構成する密着層60として、チ
タン、アルミニウム、シリコン、タングステンからなる
群から選ばれた少なくとも1種類の金属薄膜を形成し、
次いで、DLC前処理層70として、SiC、WC、T
iC、Al4C3からなる群から選ばれた少なくとも1種
類のセラミック薄膜を形成することにより、前述の密着
層60としての金属薄膜は密着力が大きいこと、ならび
に前述の金属薄膜の上では、SiC、Al4C3、Ti
C、WCなどのセラミック薄膜が成長し易いこと、およ
びDLC前処理層70としてのセラミック薄膜の形成は
表面の硬度を高くするとともに、これらのセラミック薄
膜上ではDLC薄膜80が成長し易くなるため、基材3
とDLC薄膜80の密着強度を向上させることができ、
耐摩耗性、耐食性に優れた金型、工具、機械部品などの
部材90を得ることができる。As described above, before forming the DLC thin film 80, at least one type of metal thin film selected from the group consisting of titanium, aluminum, silicon, and tungsten is used as the adhesion layer 60 constituting the underlayer 50. To form
Next, as the DLC pretreatment layer 70, SiC, WC, T
By forming at least one type of ceramic thin film selected from the group consisting of iC and Al 4 C 3 , the metal thin film as the above-mentioned adhesion layer 60 has a large adhesive force. SiC, Al 4 C 3 , Ti
Since the ceramic thin film such as C and WC easily grows and the formation of the ceramic thin film as the DLC pretreatment layer 70 increases the surface hardness, and the DLC thin film 80 easily grows on these ceramic thin films. Base material 3
And the DLC thin film 80 can be improved in adhesion strength,
A member 90 such as a mold, a tool, and a machine part having excellent wear resistance and corrosion resistance can be obtained.
【0025】実施の形態2.この実施の形態では下地層
を構成するDLC前処理層としてのセラミック薄膜にお
いて、その炭素成分の組成が厚さ方向に徐々に変化する
場合を示す。図7〜図10は、DLC薄膜が形成された
金型、工具、機械部品などの部材を示すものである。密
着層60としてのシリコン、タングステン、チタン、ア
ルミニウムの金属薄膜側から厚さd方向にDLC薄膜8
0に向かって、DLC前処理層70中の炭素成分の組成
が徐々に増大し、最上層では炭素組成が90%以上にな
っている。Embodiment 2 This embodiment shows a case where the composition of the carbon component of the ceramic thin film as the DLC pretreatment layer constituting the underlayer gradually changes in the thickness direction. 7 to 10 show members such as molds, tools, and mechanical parts on which the DLC thin film is formed. The DLC thin film 8 in the thickness d direction from the side of the metal thin film of silicon, tungsten, titanium, or aluminum as the adhesion layer 60
The composition of the carbon component in the DLC pretreatment layer 70 gradually increases toward 0, and the carbon composition in the uppermost layer is 90% or more.
【0026】次に動作について説明する。実施の形態1
の場合と同様にして、図2において、排気系2により、
真空槽1内を1×10-6Torr程度の真空度に排気し
た後、基材温度調整機構6により、基材3の温度を30
0℃程度に調整する。まず、実施の形態1の場合と同様
に基材3表面のクリーニング処理を実施することによ
り、基材3表面の水分、油脂成分、表面酸化物などの不
純物を除去することができ、基材3と下地層50との密
着性を向上させることができる。次に、ガスイオン源1
0へのイオンクリーニング用ガスの供給を中止し、基材
3表面のクリーニング処理を終了する。次いで、バイア
ス手段5により接地電位に対して、基材3に−0.5〜
−3kV程度の電圧を印加し、また、ヒーター32によ
りるつぼ31内のSi、W、TiまたはAlの金属を加
熱して蒸気を発生させるとともに、熱電子放出手段33
から放出された熱電子を熱電子引出し手段34により、
引出し、加速して、金属イオンを発生させ、これを基材
3に照射してその表面に密着層60としてのSi、W、
TiまたはAlの金属薄膜の形成を行う。Next, the operation will be described. Embodiment 1
In the same manner as in the case of FIG.
After evacuating the inside of the vacuum chamber 1 to a degree of vacuum of about 1 × 10 −6 Torr, the temperature of the substrate 3 is reduced to 30 by the substrate temperature adjusting mechanism 6.
Adjust to about 0 ° C. First, by performing a cleaning process on the surface of the substrate 3 in the same manner as in the first embodiment, it is possible to remove impurities such as moisture, oil components, and surface oxides on the surface of the substrate 3. And the underlayer 50 can be improved in adhesion. Next, the gas ion source 1
The supply of the ion cleaning gas to 0 is stopped, and the cleaning process on the surface of the substrate 3 is terminated. Next, the bias means 5 applies -0.5 to
A voltage of about -3 kV is applied, and a heater 32 heats the metal of Si, W, Ti or Al in the crucible 31 to generate steam, and thermionic emission means 33
Thermionic electrons emitted from the
It is pulled out and accelerated to generate metal ions, which are irradiated on the base material 3 and Si, W,
A metal thin film of Ti or Al is formed.
【0027】引き続き、ガスイオン源10で炭化水素系
のガスを励起、解離、およびイオン化して、解離された
炭素および炭素イオンを基材3に向けて照射しながら、
もしくは真空槽1内を炭化水素系のガス雰囲気にして、
金属蒸気発生源30を上記のように稼働させることによ
り、上述の金属薄膜の上にDLC前処理層70としてS
iC、Al4C3、TiCまたはWCのセラミック薄膜を
形成することができる。ここで、金属蒸気発生源30を
上記のように稼働させた状態で、ガスイオン源10で炭
化水素系のガスを励起、解離、およびイオン化し、解離
された炭素と炭素イオンを照射して、セラミック薄膜を
成膜するとき、導入する炭化水素系のガス量を徐々に増
加させ、一方、金属蒸気発生源30からの金属蒸気の供
給量を徐々に減少させることにより、炭素(C)組成が
金属元素Si、W、Ti、Alの組成に対して徐々に大
きくなるようにした炭化物層を形成することができる。
すなわち、炭化物層をSi2-XCX,W2-XCX,Ti2-X
CXまたはAl4(2-X)C3X(0<x<2)で表すと、D
LC薄膜80に向かってxが徐々に大きくなったDLC
前処理層70が得られる。組成を変化させることにより
膜中の応力を制御することができ、下地層50の上に形
成するDLC薄膜80により発生する圧縮応力を打ち消
すような応力設定とすることにより、応力を緩和するこ
とができDLC薄膜80の密着性を向上させることがで
きる。Subsequently, the hydrocarbon-based gas is excited, dissociated, and ionized by the gas ion source 10, and the dissociated carbon and carbon ions are irradiated toward the base material 3.
Alternatively, the inside of the vacuum chamber 1 is made a hydrocarbon gas atmosphere,
By operating the metal vapor generation source 30 as described above, SLC is formed as a DLC pretreatment layer 70 on the above-described metal thin film.
A ceramic thin film of iC, Al 4 C 3 , TiC or WC can be formed. Here, in a state where the metal vapor generation source 30 is operated as described above, the hydrocarbon-based gas is excited, dissociated, and ionized by the gas ion source 10, and the dissociated carbon and carbon ions are irradiated. When the ceramic thin film is formed, the amount of the hydrocarbon-based gas to be introduced is gradually increased, while the supply amount of the metal vapor from the metal vapor generation source 30 is gradually decreased. It is possible to form a carbide layer that is gradually increased with respect to the composition of the metal elements Si, W, Ti, and Al.
That is, the carbide layer is made of Si 2 -X C X , W 2 -X C X , Ti 2 -X
When represented by C X or Al 4 (2-X) C 3X (0 <x <2), D
DLC with x gradually increasing toward LC thin film 80
A pretreatment layer 70 is obtained. The stress in the film can be controlled by changing the composition, and the stress can be reduced by setting the stress so as to cancel the compressive stress generated by the DLC thin film 80 formed on the underlayer 50. As a result, the adhesion of the DLC thin film 80 can be improved.
【0028】次いで、実施の形態1の場合と同様に、ガ
スイオン源10を動作させ、基材3表面の下地層50の
上にDLC薄膜80を形成する。これにより、基材3表
面に下地層50として、基材3からDLC薄膜80に向
かって、シリコン層、その上に炭素組成が金属元素の組
成に対して徐々に大きくなるようにした炭化物層で形成
された下地層50を形成し、この下地層50上にDLC
薄膜80を形成することができる。以上のプロセスを模
式的に示せば図5、図6と同様になるが、図の下地層形
成において金属イオンビームとガスイオンビームを同時
に照射するとき、この実施の形態では両者の比が時間と
ともに、ガスイオンビームが大となるように変化する。Next, as in the case of the first embodiment, the gas ion source 10 is operated to form the DLC thin film 80 on the underlayer 50 on the surface of the substrate 3. Thereby, as a base layer 50 on the surface of the base material 3, a silicon layer is formed from the base material 3 toward the DLC thin film 80, and a carbon layer on which a carbon composition is gradually increased with respect to a composition of a metal element. The formed underlayer 50 is formed, and DLC is formed on the underlayer 50.
A thin film 80 can be formed. The above process is schematically illustrated in FIGS. 5 and 6, but when simultaneously irradiating a metal ion beam and a gas ion beam in the formation of the underlayer shown in the figure, in this embodiment, the ratio between the two with time increases , So that the gas ion beam becomes large.
【0029】以上、同一真空槽1内にガスイオン源10
と金属薄膜もしくはセラミック薄膜を形成できる金属蒸
気発生源30を備えることにより、基材3表面に下地層
50を形成後、大気開放することなしに連続してDLC
薄膜80が形成できる。図7に示した例では、DLC薄
膜80の成膜前に密着力の高いシリコン層、次に炭素組
成がシリコン組成に対して徐々に大きくなるようにした
炭化シリコンSi(2-X)CX層とし、硬度の高い炭化シリ
コンSiC成分を含むとともに、DLC薄膜80に近い
部分でDLC薄膜80が成長し易い炭素成分を膜中に増
やすことにより、基材3とDLC薄膜80の密着強度を
向上させることができ、耐摩耗性、耐食性に優れた金
型、工具、機械部品などの部材90を得ることができ
る。また図8、図9、図10に示すようなW、Ti、A
lを用いた場合も同様の効果がある。As described above, the gas ion source 10
And a metal vapor generation source 30 capable of forming a metal thin film or a ceramic thin film. After forming the base layer 50 on the surface of the base material 3, the DLC can be continuously performed without opening to the atmosphere.
A thin film 80 can be formed. In the example shown in FIG. 7, before the DLC thin film 80 is formed, a silicon layer having high adhesion is formed, and then silicon carbide Si (2-X) C X in which the carbon composition is gradually increased with respect to the silicon composition. The layer contains a silicon carbide SiC component having high hardness, and a carbon component in which the DLC thin film 80 easily grows in a portion near the DLC thin film 80 is increased in the film, so that the adhesion strength between the base material 3 and the DLC thin film 80 is improved. Thus, a member 90 such as a mold, a tool, and a mechanical part having excellent wear resistance and corrosion resistance can be obtained. Also, as shown in FIGS. 8, 9 and 10, W, Ti, A
The same effect is obtained when 1 is used.
【0030】実施の形態3.実施の形態2と類似してい
るが、この実施の形態ではDLC前処理層が組成の異な
る複数の層からなっている。すなわち組成が段階的に変
化する点が異なる。実施の形態2と同様の部分は説明を
省略する。図11はこの実施の形態における部材を示す
断面図であり、基板3上にSiによる密着層60が形成
され、その上にSiの炭化物で組成の異なる複数のセラ
ミックの層からなるDLC前処理層70が形成される。
これら組成の異なる複数のセラミック層のうち、炭素組
成の最大の層(炭素組成90%以上)を最上層、すなわ
ちDLC薄膜80側に形成する。これにより、DLC薄
膜80の形成時の成長がし易くなるとともに、DLC薄
膜80とDLC前処理層70との密着性が向上する。ま
た、これら組成の異なる層の組合せは、基板3上に下地
層50を介してDLC薄膜80を形成したとき発生する
圧縮応力を打ち消すように設定する。Embodiment 3 Although similar to the second embodiment, in this embodiment, the DLC pretreatment layer includes a plurality of layers having different compositions. That is, the difference is that the composition changes stepwise. The description of the same parts as in the second embodiment is omitted. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a member according to the present embodiment, in which a DLC pretreatment layer composed of a plurality of ceramic layers having a different composition of Si carbide is formed on a substrate 3 on which an adhesion layer 60 made of Si is formed. 70 is formed.
Of the plurality of ceramic layers having different compositions, the layer having the largest carbon composition (90% or more carbon composition) is formed on the uppermost layer, that is, on the DLC thin film 80 side. This facilitates the growth during the formation of the DLC thin film 80 and improves the adhesion between the DLC thin film 80 and the DLC pretreatment layer 70. The combination of the layers having different compositions is set so as to cancel the compressive stress generated when the DLC thin film 80 is formed on the substrate 3 via the underlayer 50.
【0031】また、図12、図13、図14に示すよう
なW、Ti、Alを用いた場合も同様の効果がある。さ
らに、図15に示すようにSiによる密着層60上にD
LC前処理層70としてSiCおよび炭素組成90%以
上の層を形成しても同様の効果がある。また図16に示
したWを用いたような場合などでも同様の効果がある。Similar effects are obtained when W, Ti, or Al is used as shown in FIGS. Further, as shown in FIG.
The same effect can be obtained by forming a layer having a SiC and carbon composition of 90% or more as the LC pretreatment layer 70. The same effect is obtained even in the case where W shown in FIG. 16 is used.
【0032】以上のプロセスを示せば図5、図6と同様
になるが、図の下地層形成において金属イオンビームと
ガスイオンビームを同時に照射するとき、この実施の形
態では両者の比が時間とともに段階的に変化する。以上
のようにして、DLC薄膜80の密着強度を大きくする
ことができ、耐摩耗性、耐食性に優れた部材90が得ら
れる。The above process is the same as that shown in FIGS. 5 and 6, but when simultaneously irradiating a metal ion beam and a gas ion beam in the formation of the underlayer shown in FIG. It changes step by step. As described above, the adhesion strength of the DLC thin film 80 can be increased, and a member 90 having excellent wear resistance and corrosion resistance can be obtained.
【0033】実施の形態4.この実施の形態において
は、下地層を構成する密着層およびDLC前処理層とし
てそれぞれ基材3あるいはDLC薄膜80との密着性の
よいSi、W、Ti、Alからなる群から選ばれた金属
の薄膜を用いる場合について示す。図17は、この実施
の形態において用いるに適したDLC薄膜形成装置を示
す断面図であり、第1および第2の金属蒸気発生源30
a、30bを備えている。実施の形態1と同一部分の説
明は省略する。Embodiment 4 FIG. In this embodiment, a metal selected from the group consisting of Si, W, Ti, and Al having good adhesion to the base material 3 or the DLC thin film 80 is used as an adhesion layer and a DLC pretreatment layer that constitute a base layer. The case where a thin film is used will be described. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a DLC thin film forming apparatus suitable for use in this embodiment.
a and 30b. The description of the same parts as in the first embodiment is omitted.
【0034】次に動作ついて説明する。実施の形態1と
同様にして、図17において、排気系2により、真空槽
1内を1×10-6Torr程度の真空度に排気した後、
基材温度調整機構6により、基材3の温度を300℃程
度に調整する。まず、実施の形態1の場合と同様の基材
3表面のクリーニング処理を実施することにより、基材
3表面の水分、油脂成分、表面酸化物などの不純物を除
去することができ、基材3と下地層50との密着性を向
上させることができる。Next, the operation will be described. In the same manner as in the first embodiment, in FIG. 17, after the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to a degree of vacuum of about 1 × 10 −6 Torr by the exhaust system 2,
The temperature of the substrate 3 is adjusted to about 300 ° C. by the substrate temperature adjusting mechanism 6. First, by performing the same cleaning treatment on the surface of the substrate 3 as in the first embodiment, it is possible to remove impurities such as moisture, oils and fats, and surface oxides on the surface of the substrate 3. And the underlayer 50 can be improved in adhesion.
【0035】次に、ガスイオン源10へのイオンクリー
ニング用ガスの供給を中止し、基材3表面のクリーニン
グ処理を終了する。次いで、バイアス手段5により接地
電位に対して、基材3に−0.5〜−3kV程度の電圧
を印加し、また、第1の金属蒸気発生源30aのヒータ
ー32によりるつぼ31内のSi、Al、TiまたはW
の金属を加熱して蒸気を発生させるとともに、熱電子放
出手段33から放出された熱電子を熱電子引出し手段3
4により、引出し、加速して、金属イオンを発生させ、
これを基材3に照射してその表面に下地層を構成する密
着層としてのSi、Al、TiまたはWの金属薄膜の形
成を行う。引き続き、上記と同様にして第2の金属蒸気
発生源30bにより、密着層60上にDLC前処理層7
0としてのSi、Al、TiまたはWの金属薄膜の形成
を行う。次いで、実施の形態1の場合と同様に、ガスイ
オン源10を動作させ、基材3表面の下地層50の上に
DLC薄膜80を形成する。これにより、図1に示すよ
うな基材3上に下地層50を介してDLC薄膜80が形
成された金型、工具、機械部品などの部材90を形成す
ることができる。図18に以上のプロセスの一例を模式
的に示す。図18において、水素イオンによるクリーニ
ングに先行して、不活性ガスイオンによるスパッタクリ
ーニングを行ってもよい。Next, the supply of the ion cleaning gas to the gas ion source 10 is stopped, and the cleaning process of the surface of the substrate 3 is completed. Next, a voltage of about -0.5 to -3 kV is applied to the base material 3 with respect to the ground potential by the bias means 5, and the Si in the crucible 31 is heated by the heater 32 of the first metal vapor generation source 30a. Al, Ti or W
Is heated to generate steam, and thermionic electrons emitted from thermionic emission means 33 are extracted by thermionic extraction means 3.
By 4, withdraw, accelerate, generate metal ions,
This is irradiated onto the base material 3 to form a metal thin film of Si, Al, Ti or W as an adhesion layer constituting a base layer on the surface thereof. Subsequently, the DLC pretreatment layer 7 is formed on the adhesion layer 60 by the second metal vapor generation source 30b in the same manner as described above.
A metal thin film of Si, Al, Ti or W as 0 is formed. Next, as in the case of the first embodiment, the gas ion source 10 is operated to form the DLC thin film 80 on the underlayer 50 on the surface of the substrate 3. Thus, a member 90 such as a mold, a tool, and a mechanical part having the DLC thin film 80 formed on the base material 3 via the base layer 50 as shown in FIG. 1 can be formed. FIG. 18 schematically shows an example of the above process. In FIG. 18, prior to cleaning with hydrogen ions, sputter cleaning with inert gas ions may be performed.
【0036】以上より、DLC薄膜80の成膜前に、基
材3からDLC薄膜80に向かって、密着層60および
DLC前処理層70から構成される下地層50を形成
し、密着層60として、Si、W、Ti、Alからなる
群から選ばれた少なくとも1種類の金属を用いるととも
に、DLC前処理層70として、Si、W、Ti、Al
からなる群から選ばれた少なくとも1種類の金属を用い
ることにより、下地層50が基材3との密着性の良い金
属からなる密着層60と、DLC薄膜80との密着性の
良く、DLCが成長し易い金属からなるDLC前処理層
70から構成されているため、基材3とDLC薄膜80
の密着強度を向上させることができ、さらに、下地層5
0が二種類の金属薄膜で構成されているので、膜中の応
力を制御できる範囲が拡がり、下地層50の上に形成す
るDLC薄膜80により発生する圧縮応力を打ち消すよ
うな応力設定とすることにより、応力緩和することがで
き、DLC薄膜80の密着性を向上させることができ、
耐摩耗性、耐食性に優れた金型、工具、機械部品などの
部材90を得ることができる。As described above, before the formation of the DLC thin film 80, the base layer 50 composed of the adhesion layer 60 and the DLC pre-treatment layer 70 is formed from the substrate 3 toward the DLC thin film 80. , Si, W, Ti, and Al, at least one metal selected from the group consisting of Si, W, Ti, and Al
By using at least one kind of metal selected from the group consisting of, the base layer 50 has good adhesion between the adhesion layer 60 made of a metal having good adhesion to the base material 3 and the DLC thin film 80, and DLC The base material 3 and the DLC thin film 80 are composed of the DLC pretreatment layer 70 made of a metal which is easy to grow.
The adhesion strength of the base layer 5 can be improved.
Since 0 is composed of two kinds of metal thin films, the range in which the stress in the film can be controlled is expanded, and the stress is set so as to cancel the compressive stress generated by the DLC thin film 80 formed on the underlayer 50. Thereby, the stress can be relaxed, and the adhesion of the DLC thin film 80 can be improved,
A member 90 such as a mold, a tool, and a machine part having excellent wear resistance and corrosion resistance can be obtained.
【0037】実施の形態5.この実施の形態において
は、基材表面に形成した炭素を含む処理層として、基材
への炭素イオン注入によるイオン注入層を形成する場合
について示す。図19は、この実施の形態による部材を
示し、51は処理層である。図20はこの実施の形態で
用いるに適したDLC薄膜形成装置の断面図である。次
に動作について説明する。実施の形態1の場合と同様に
して、図20において、排気系2により、真空槽1内を
1×10-6Torr程度の真空度に排気した後、基材温
度調整機構6により、基材3の温度を300℃程度に調
整する。Embodiment 5 In this embodiment, a case is described in which an ion-implanted layer is formed by implanting carbon ions into a substrate as a treatment layer containing carbon formed on the surface of the substrate. FIG. 19 shows a member according to this embodiment, and 51 is a treatment layer. FIG. 20 is a sectional view of a DLC thin film forming apparatus suitable for use in this embodiment. Next, the operation will be described. In the same manner as in the first embodiment, in FIG. 20, after evacuating the vacuum chamber 1 to a degree of vacuum of about 1 × 10 −6 Torr by the exhaust system 2, Adjust the temperature of Step 3 to about 300 ° C.
【0038】次に、DLC薄膜の成膜前に、炭素イオン
によるイオン注入を実施する。まず、ベンゼン、トルエ
ン、キシレンなどの炭素元素を含む炭化水素系のガスを
反応ガス導入管14より反応ガス導入室11に導入し、
反応ガス導入室11の真空度を1×10-2〜1×10-1
Torrとする。そして、熱電子放出手段12を動作さ
せ、図示しない電源により熱電子放出手段12に対して
熱電子引出し電極13に50〜800V程度のバイアス
電圧を印加する。また、ガスイオン源10からイオンを
引き出すために、加速電極15に対して、つまり接地電
位に対して熱電子放出手段12に+200〜500V程
度の電圧を図示しない電源により印加しておく。熱電子
放出手段12から放出された電子は熱電子引出し電極1
3に向けて加速され、炭素元素を含む炭化水素系のガス
を励起、解離、およびイオン化する。このイオン化され
た炭素イオンを基材に向けて照射する。この際、バイア
ス手段5により基材3を接地電位に対して負の方向に−
10〜−30kV程度バイアスすることにより、イオン
注入が行われ、処理層51としてのイオン注入層が形成
される。この処理に引き続き、実施の形態1に示すよう
なDLC薄膜80の形成を実施する。Next, before forming the DLC thin film, ion implantation with carbon ions is performed. First, a hydrocarbon-based gas containing a carbon element such as benzene, toluene, or xylene is introduced into the reaction gas introduction chamber 11 through the reaction gas introduction pipe 14,
The degree of vacuum in the reaction gas introduction chamber 11 is 1 × 10 −2 to 1 × 10 −1
Torr. Then, the thermoelectron emission unit 12 is operated, and a bias voltage of about 50 to 800 V is applied to the thermoelectron extraction electrode 13 to the thermoelectron emission unit 12 by a power supply (not shown). Further, in order to extract ions from the gas ion source 10, a voltage of about +200 to 500 V is applied to the accelerating electrode 15, that is, to the thermionic emission means 12 with respect to the ground potential from a power supply (not shown). Electrons emitted from the thermionic electron emitting means 12 are used as thermionic extraction electrodes 1
It accelerates toward 3, and excites, dissociates, and ionizes a hydrocarbon-based gas containing a carbon element. The substrate is irradiated with the ionized carbon ions. At this time, the substrate 3 is moved in the negative direction with respect to the ground potential by the bias means 5.
By applying a bias of about 10 to -30 kV, ion implantation is performed, and an ion implantation layer as the processing layer 51 is formed. Subsequent to this processing, a DLC thin film 80 as described in the first embodiment is formed.
【0039】図21に以上のプロセスを模式的に示す。
また図22に示すように、イオン注入に先行して水素イ
オンクリーニングを行って、基材3とDLC薄膜80の
密着性をさらに向上させることができる。また、図22
における水素イオンクリーニングに先行して、不活性ガ
スイオンによるスパッタクリーニングを行ってもよい。
このようにDLC薄膜80の成膜前に炭素イオンのエネ
ルギーを10〜30keVとして、イオン注入層を形成
することにより、基材材料と炭素原子が混合した領域が
形成されるため、基材3とDLC薄膜の密着性を向上さ
せることができ、耐摩耗性、耐食性に優れた金型、工
具、機械部品などの部材90を得ることができる。FIG. 21 schematically shows the above process.
Further, as shown in FIG. 22, hydrogen ion cleaning is performed prior to ion implantation, so that the adhesion between the substrate 3 and the DLC thin film 80 can be further improved. FIG.
Prior to the hydrogen ion cleaning in the above, sputter cleaning using inert gas ions may be performed.
By forming the ion-implanted layer with the energy of carbon ions at 10 to 30 keV before forming the DLC thin film 80 in this manner, a region in which the base material and the carbon atoms are mixed is formed. The adhesion of the DLC thin film can be improved, and a member 90 such as a mold, a tool, and a machine part having excellent wear resistance and corrosion resistance can be obtained.
【0040】また、イオンの注入エネルギーと注入量の
深さ方向の分布の関係は、図23に示すような関係があ
り、注入エネルギーに応じて注入量の注入深さ方向の分
布は、ある注入深さをピーク点としてその両側へ徐々に
減っていく形になっている。注入エネルギーが増大する
とピーク点は注入深さの深い方へと移動する。したがっ
て、例えばイオンの注入エネルギーを時間に対して図2
4に示すような分布を持たせる、すなわちエネルギーの
低い注入を長時間、エネルギーの高い注入を短時間行う
ことにより図25に示すように、深さ方向への炭素原子
の分布として、基材3表面に近くなる程、密度が高くな
り、基材3の表面近傍で炭素注入量が最大となるような
分布にすることができる。このように、DLC薄膜80
形成前のイオン注入の過程において、炭素イオンにエネ
ルギー分布をもたせることにより、注入層の基材3表面
からの深さ方向への炭素原子の分布を制御することがで
き、基材3とDLC薄膜80の密着性を向上させること
ができ、耐摩耗性、耐食性に優れた金型、工具、機械部
品などの部材90を得ることができる。FIG. 23 shows the relationship between the ion implantation energy and the distribution of the implantation amount in the depth direction. The distribution of the implantation amount in the implantation depth direction depends on the implantation energy. With the depth as the peak point, it gradually decreases to both sides. As the implantation energy increases, the peak point moves to a deeper implantation depth. Therefore, for example, the ion implantation energy is shown in FIG.
In other words, by giving a distribution as shown in FIG. 4, that is, performing low-energy implantation for a long time and high-energy implantation for a short time, as shown in FIG. The closer to the surface, the higher the density, and the distribution can be such that the carbon injection amount is maximum near the surface of the substrate 3. Thus, the DLC thin film 80
In the process of ion implantation before formation, by giving carbon ions an energy distribution, the distribution of carbon atoms in the depth direction from the surface of the substrate 3 of the implanted layer can be controlled, and the substrate 3 and the DLC thin film can be controlled. The member 90 such as a mold, a tool, and a machine part having excellent abrasion resistance and corrosion resistance can be obtained.
【0041】また、基材3へのイオン注入の過程におい
て、炭素イオンとともに水素イオンを用いることによ
り、水素イオンが注入層のグラファイト成分の選択エッ
チングするため、DLC薄膜80のグラファイト化を抑
制することができ、基材3とDLC薄膜80の密着強度
を向上させることができ、耐摩耗性、耐食性に優れた金
型、工具、機械部品などの部材90を得ることができ
る。Also, in the process of ion implantation into the base material 3, by using hydrogen ions together with carbon ions, hydrogen ions selectively etch the graphite component of the implanted layer. Thus, the adhesion strength between the base material 3 and the DLC thin film 80 can be improved, and a member 90 such as a mold, a tool, and a machine part having excellent wear resistance and corrosion resistance can be obtained.
【0042】実施の形態6.この実施の形態では、図1
9に示す処理層51として、炭素イオンにより炭化層を
形成する場合について示す。次に動作について説明す
る。実施の形態1の場合と同様にして、図20において
排気系2により、真空槽1内を1×10-6Torr程度
の真空度に排気した後、基材温度調整機構6により、基
材3の温度を300℃程度に調整する。次に、DLC薄
膜の成膜前に、炭素イオンによる炭化を実施する。ま
ず、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭素元素を含
む炭化水素系のガスを反応ガス導入管14より反応ガス
導入室11に導入し、反応ガス導入室11の真空度を1
×10-2〜1×10-1Torrとする。そして、熱電子
放出手段12を動作させ、図示しない電源により熱電子
放出手段12に対して熱電子引出し電極13に50〜8
00V程度のバイアス電圧を印加する。また、ガスイオ
ン源10からイオンを引き出すために、加速電極15に
対して、つまり接地電位に対して熱電子放出手段12に
+200〜500V程度の電圧を図示しない電源により
印加しておく。熱電子放出手段12から放出された電子
は熱電子引出し電極13に向けて加速され、炭素元素を
含む炭化水素系のガスを励起、解離、およびイオン化す
る。このイオン化された炭素イオンを基材に向けて照射
する。この際、バイアス手段5により基材3を接地電位
に対して負の方向に−50〜−1000V程度バイアス
し、100〜2000mA程度のイオン電流を基材3表
面に照射することにより、基材3表面への炭素の拡散が
行われ、炭素イオンによる炭化層が形成される。この処
理に引き続き、実施の形態1に示すようなDLC薄膜8
0の形成を実施する。Embodiment 6 FIG. In this embodiment, FIG.
9 shows a case where a carbonized layer is formed by carbon ions as the treatment layer 51 shown in FIG. Next, the operation will be described. In the same manner as in the first embodiment, after evacuating the vacuum chamber 1 to a degree of vacuum of about 1 × 10 −6 Torr by the exhaust system 2 in FIG. Is adjusted to about 300 ° C. Next, carbonization by carbon ions is performed before forming the DLC thin film. First, a hydrocarbon-based gas containing a carbon element such as benzene, toluene, or xylene is introduced into the reaction gas introduction chamber 11 through the reaction gas introduction pipe 14, and the degree of vacuum of the reaction gas introduction chamber 11 is reduced to 1 degree.
× 10 -2 to 1 × 10 -1 Torr. Then, the thermoelectron emitting means 12 is operated, and the thermoelectron emitting means 12 is connected to the thermoelectron extracting electrode 13 by a power source (not shown).
A bias voltage of about 00V is applied. In addition, in order to extract ions from the gas ion source 10, a voltage of about +200 to 500 V is applied to the accelerating electrode 15, that is, to the thermionic emission means 12 with respect to the ground potential by a power supply (not shown). The electrons emitted from the thermionic emission means 12 are accelerated toward the thermionic extraction electrode 13 to excite, dissociate, and ionize a hydrocarbon-based gas containing a carbon element. The substrate is irradiated with the ionized carbon ions. At this time, the biasing means 5 biases the substrate 3 in the negative direction with respect to the ground potential by about −50 to −1000 V, and irradiates the surface of the substrate 3 with an ion current of about 100 to 2000 mA. Diffusion of carbon to the surface is performed, and a carbonized layer is formed by carbon ions. Subsequent to this processing, the DLC thin film 8 as described in the first embodiment is used.
0 is formed.
【0043】図26に以上のプロセスを模式的に示す。
また、炭化に先行して、水素イオンによるクリーニング
を基材3の表面に行ってもよい。以上のように、DLC
薄膜80の成膜前に、ガスイオン源10より照射される
炭素イオンを50eV〜1000eV程度のイオンの加
速エネルギーならびに100〜2000mA程度の電流
で基材3表面に照射して、炭化を行うことにより、基材
3表面に炭化層が形成され、基材3表面の硬度が高くな
るとともに、基材3の表面層に炭素成分が存在すること
によりDLC薄膜80が成長し易くなるため、基材3と
DLC薄膜80の密着強度を向上させることができ、耐
摩耗性、耐食性に優れた金型、工具、機械部品などの部
材90を得ることができる。FIG. 26 schematically shows the above process.
Prior to carbonization, cleaning with hydrogen ions may be performed on the surface of the base material 3. As described above, DLC
Before the thin film 80 is formed, the surface of the substrate 3 is irradiated with carbon ions irradiated from the gas ion source 10 at an acceleration energy of about 50 eV to about 1000 eV and a current of about 100 to about 2,000 mA to perform carbonization. Since a carbonized layer is formed on the surface of the base material 3 and the hardness of the surface of the base material 3 is increased, the presence of a carbon component in the surface layer of the base material 3 facilitates the growth of the DLC thin film 80. And the DLC thin film 80 can be improved in adhesion strength, and a member 90 such as a mold, a tool, and a mechanical part having excellent wear resistance and corrosion resistance can be obtained.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上のように、請求項1に発明によれ
ば、シリコン、タングステン、チタン、アルミニウムか
らなる群から選ばれた金属薄膜からなる密着層と、炭化
シリコン、炭化タングステン、炭化チタン、炭化アルミ
ニウムからなる群から選ばれたセラミック薄膜からなる
DLC前処理層とを介して、基材上にダイヤモンドライ
クカーボン(DLC)薄膜を形成しているので、DLC
薄膜の密着性が良く、またセラミック薄膜のために表面
硬度が高くなり、さらに形成時にDLC薄膜が成長し易
くなり、したがって、耐摩耗性、耐食性に優れた部材を
得ることができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, an adhesion layer made of a metal thin film selected from the group consisting of silicon, tungsten, titanium, and aluminum, silicon carbide, tungsten carbide, titanium carbide, Since a diamond-like carbon (DLC) thin film is formed on the substrate through a DLC pretreatment layer made of a ceramic thin film selected from the group consisting of aluminum carbide,
The adhesiveness of the thin film is good, the surface hardness is high due to the ceramic thin film, and the DLC thin film is easy to grow at the time of formation. Therefore, a member excellent in abrasion resistance and corrosion resistance can be obtained.
【0045】また、請求項2の発明によれば、DLC前
処理層が密着層と同じ金属成分を有するセラミックから
なるので、さらに密着性のよいDLC薄膜が得られ、上
記と同様の効果を奏する。請求項3の発明によれば、D
LC前処理層は、密着層からDLC薄膜に向かって炭素
組成が大きくなっているので、また、請求項4の発明に
よれば、DLC前処理層が組成の異なる複数の層からな
り、炭素組成の最大の層を最上層に形成したので、とも
にDLC薄膜の応力を低減することができるとともに、
成長のし易い、密着性のよいDLC薄膜が得られ、同様
の効果を奏する。According to the second aspect of the present invention, since the DLC pretreatment layer is made of a ceramic having the same metal component as the adhesion layer, a DLC thin film having better adhesion can be obtained, and the same effect as above can be obtained. . According to the invention of claim 3, D
In the LC pretreatment layer, the carbon composition increases from the adhesion layer toward the DLC thin film. According to the invention of claim 4, the DLC pretreatment layer is composed of a plurality of layers having different compositions. Is formed on the uppermost layer, so that the stress of the DLC thin film can be reduced,
A DLC thin film which is easy to grow and has good adhesion is obtained, and the same effect is obtained.
【0046】請求項5、6、7、8の発明によれば、そ
れぞれ密着層がシリコン、タングステン、チタン、アル
ミニウムからなるとともに、DLC前処理層が密着層と
同じ金属成分を有するセラミックからなるので、密着性
のよいDLC薄膜が得られ、同様の効果を奏する。請求
項9の発明によれば、密着層およびDLC前処理層がそ
れぞれシリコン、タングステン、チタン、アルミニウム
からなる群から選ばれた金属薄膜からなるので、密着性
のよいDLC薄膜が得られ、同様の効果を奏する。According to the fifth, sixth, seventh and eighth aspects of the present invention, the adhesion layer is made of silicon, tungsten, titanium and aluminum, and the DLC pretreatment layer is made of ceramic having the same metal component as the adhesion layer. A DLC thin film having good adhesion can be obtained, and the same effect can be obtained. According to the ninth aspect of the present invention, since the adhesion layer and the DLC pretreatment layer are each made of a metal thin film selected from the group consisting of silicon, tungsten, titanium, and aluminum, a DLC thin film having good adhesion can be obtained. It works.
【0047】請求項10の発明によれば基材表面に炭素
成分を含む処理層を形成したので、さらに請求項11の
発明によれば処理層を炭素イオンのイオン注入層とした
ので、さらに請求項12の発明によればイオン注入層に
おける炭素量の分布を基材の表面近傍で大きくなるよう
にしたので、ともに、密着性のよいDLC薄膜が得ら
れ、同様の効果を奏する。According to the tenth aspect of the present invention, the treatment layer containing a carbon component is formed on the surface of the base material. According to the eleventh aspect of the invention, the treatment layer is an ion-implanted layer of carbon ions. According to the invention of Item 12, the distribution of the amount of carbon in the ion-implanted layer is made large near the surface of the base material, so that a DLC thin film having good adhesion can be obtained, and the same effect can be obtained.
【0048】請求項13の発明によれば、処理層を炭化
層としたので、表面の硬度が高くなるとともに、成長の
し易い、密着性のよいDLC薄膜が得られ、同様の効果
を奏する。According to the thirteenth aspect of the present invention, since the treatment layer is a carbonized layer, the surface hardness is increased, and a DLC thin film which is easy to grow and has good adhesion is obtained, and the same effect is obtained.
【0049】請求項14の発明によれば、イオン注入層
形成時に、炭素イオンとともに水素イオンを照射するの
で、基材上に生成したグラファイトを選択的にエッチン
グし、密着性のよいDLC薄膜が得られ、同様の効果を
奏する。According to the fourteenth aspect, since hydrogen ions are irradiated together with carbon ions when forming the ion-implanted layer, the graphite formed on the base material is selectively etched to obtain a DLC thin film having good adhesion. And have the same effect.
【図1】 この発明の実施の形態1におけるDLC薄膜
が形成された部材を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a member on which a DLC thin film is formed according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】 この発明の実施の形態1におけるDLC薄膜
形成装置を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a DLC thin film forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
【図3】 この発明の実施の形態1においてバイアス手
段により印加する電圧の波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram of a voltage applied by a bias unit in the first embodiment of the present invention.
【図4】 この発明の実施の形態1における薄膜の成膜
温度依存性を示すラマンスペクトル図である。FIG. 4 is a Raman spectrum diagram showing the film forming temperature dependence of a thin film according to the first embodiment of the present invention.
【図5】 この発明の実施の形態1における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a thin film forming process according to the first embodiment of the present invention.
【図6】 この発明の実施の形態1における薄膜形成プ
ロセスを示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to the first embodiment of the present invention.
【図7】 この発明の実施の形態2におけるDLC薄膜
が形成された部材を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to Embodiment 2 of the present invention.
【図8】 この発明の実施の形態2におけるDLC薄膜
が形成された部材を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to a second embodiment of the present invention.
【図9】 この発明の実施の形態2におけるDLC薄膜
が形成された部材を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to Embodiment 2 of the present invention.
【図10】 この発明の実施の形態2におけるDLC薄
膜が形成された部材を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to Embodiment 2 of the present invention.
【図11】 この発明の実施の形態3におけるDLC薄
膜が形成された部材を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to a third embodiment of the present invention.
【図12】 この発明の実施の形態3におけるDLC薄
膜が形成された部材を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to Embodiment 3 of the present invention.
【図13】 この発明の実施の形態3におけるDLC薄
膜が形成された部材を示す断面図である。FIG. 13 is a sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to Embodiment 3 of the present invention.
【図14】 この発明の実施の形態3におけるDLC薄
膜が形成された部材を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to Embodiment 3 of the present invention.
【図15】 この発明の実施の形態3におけるDLC薄
膜が形成された部材を示す断面図である。FIG. 15 is a sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to Embodiment 3 of the present invention.
【図16】 この発明の実施の形態3におけるDLC薄
膜が形成された部材を示す断面図である。FIG. 16 is a sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to Embodiment 3 of the present invention.
【図17】 この発明の実施の形態4におけるDLC薄
膜形成装置を示す断面図である。FIG. 17 is a sectional view showing a DLC thin film forming apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
【図18】 この発明の実施の形態4における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to Embodiment 4 of the present invention.
【図19】 この発明の実施の形態5におけるDLC薄
膜が形成された部材を示す断面図である。FIG. 19 is a sectional view showing a member on which a DLC thin film is formed according to a fifth embodiment of the present invention.
【図20】 この発明の実施の形態5におけるDLC薄
膜形成装置を示す説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram showing a DLC thin film forming apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
【図21】 この発明の実施の形態5における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a fifth embodiment of the present invention.
【図22】 この発明の実施の形態5における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。FIG. 22 is an explanatory diagram showing a thin film forming process according to a fifth embodiment of the present invention.
【図23】 イオンの注入エネルギーと注入量の深さ方
向の分布の関係を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the ion implantation energy and the distribution of the implantation dose in the depth direction.
【図24】 この発明の実施の形態5におけるイオンの
注入エネルギーの時間に対する分布を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a distribution of ion implantation energy with respect to time according to the fifth embodiment of the present invention.
【図25】 この発明の実施の形態5における基材の深
さ方向への炭素原子の分布を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing a distribution of carbon atoms in a depth direction of a base material according to Embodiment 5 of the present invention.
【図26】 この発明の実施の形態6における薄膜形成
プロセスを示す説明図である。FIG. 26 is an explanatory diagram illustrating a thin film forming process according to a sixth embodiment of the present invention.
【図27】 従来のDLC薄膜が形成された部材を示す
断面図である。FIG. 27 is a sectional view showing a member on which a conventional DLC thin film is formed.
【図28】 従来のDLC薄膜形成装置を示す断面図で
ある。FIG. 28 is a sectional view showing a conventional DLC thin film forming apparatus.
3 基材、50 下地層、51 処理層、60 密着
層、70 DLC前処理層、80 DLC薄膜、90
部材。3 base material, 50 underlayer, 51 treatment layer, 60 adhesion layer, 70 DLC pretreatment layer, 80 DLC thin film, 90
Element.
Claims (14)
イクカーボン薄膜が形成された部材において、上記下地
層は上記基材上に形成された密着層とこの密着層上に形
成されたDLC前処理層とからなり、上記密着層はシリ
コン、タングステン、チタン、アルミニウムからなる群
から選ばれた金属薄膜からなるとともに、上記DLC前
処理層は炭化シリコン、炭化タングステン、炭化チタ
ン、炭化アルミニウムからなる群から選ばれたセラミッ
ク薄膜からなることを特徴とする、ダイヤモンドライク
カーボン薄膜が形成された部材。In a member in which a diamond-like carbon thin film is formed on a base material via a base layer, the base layer is composed of an adhesion layer formed on the base material and a DLC layer formed on the adhesion layer. The adhesion layer is made of a metal thin film selected from the group consisting of silicon, tungsten, titanium, and aluminum, and the DLC pretreatment layer is made of a group consisting of silicon carbide, tungsten carbide, titanium carbide, and aluminum carbide. A member having a diamond-like carbon thin film formed thereon, comprising a ceramic thin film selected from the group consisting of:
分を含んだセラミックからなることを特徴とする、請求
項1記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜が形成され
た部材。2. The member having a diamond-like carbon thin film according to claim 1, wherein the DLC pretreatment layer is made of ceramic containing the same metal component as the adhesion layer.
ンドライクカーボン薄膜に向かって炭素成分組成が金属
成分組成に対して大きくなっていることを特徴とする、
請求項2記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜が形成
された部材。3. The DLC pretreatment layer is characterized in that the carbon component composition is larger than the metal component composition from the adhesion layer toward the diamond-like carbon thin film.
A member on which the diamond-like carbon thin film according to claim 2 is formed.
を含んで組成が異なる複数のセラミックの層からなり、
これら複数のセラミックの層のうち炭素組成の最も大き
い層が最上層に形成されたことを特徴とする、請求項2
記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜が形成された部
材。4. The DLC pre-treatment layer comprises a plurality of ceramic layers containing the same metal component and having different compositions.
3. A layer having the largest carbon composition among the plurality of ceramic layers is formed as an uppermost layer.
A member on which the diamond-like carbon thin film according to the above is formed.
ミックからなることを特徴とする、請求項2から請求項
4のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜
が形成された部材。5. The member according to claim 2, wherein the DLC pretreatment layer is made of a ceramic containing silicon.
セラミックからなることを特徴とする、請求項2から請
求項4のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン
薄膜が形成された部材。6. The member having a diamond-like carbon thin film formed thereon according to claim 2, wherein the DLC pretreatment layer is made of a ceramic containing tungsten.
ックからなることを特徴とする、請求項2から請求項4
のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜が
形成された部材。7. The DLC pre-treatment layer is made of a ceramic containing titanium.
A member having the diamond-like carbon thin film according to any one of the above.
セラミックからなることを特徴とする、請求項2から請
求項4のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン
薄膜が形成された部材。8. The member having a diamond-like carbon thin film formed thereon according to claim 2, wherein the DLC pretreatment layer is made of a ceramic containing aluminum.
イクカーボン薄膜が形成された部材において、上記下地
層は上記基材上に形成された密着層とこの密着層上に形
成されたDLC前処理層とからなり、上記密着層および
DLC前処理層はそれぞれシリコン、タングステン、チ
タン、アルミニウムからなる群から選ばれた金属薄膜か
らなることを特徴とする、ダイヤモンドライクカーボン
薄膜が形成された部材。9. In a member in which a diamond-like carbon thin film is formed on a base material via a base layer, the base layer is formed of an adhesion layer formed on the base material and a DLC layer formed on the adhesion layer. A member having a diamond-like carbon thin film formed thereon, wherein the adhesion layer and the DLC pretreatment layer are each formed of a metal thin film selected from the group consisting of silicon, tungsten, titanium, and aluminum.
薄膜が形成された部材において、上記基材の表面に炭素
成分を含む処理層を形成したことを特徴とする、ダイヤ
モンドライクカーボン薄膜が形成された部材。10. A member in which a diamond-like carbon thin film is formed on a substrate, wherein a treatment layer containing a carbon component is formed on the surface of the substrate. .
したイオン注入層であることを特徴とする、請求項10
記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜が形成された部
材。11. The treatment layer is an ion-implanted layer formed by implanting carbon ions.
A member on which the diamond-like carbon thin film according to the above is formed.
の表面近傍で大きく、深くなるにしたがって小さくなる
分布になっていることを特徴とする、請求項11記載の
ダイヤモンドライクカーボン薄膜が形成された部材。12. The diamond-like carbon thin film according to claim 11, wherein the amount of carbon in the ion-implanted layer is large in the vicinity of the surface of the base material, and has a distribution decreasing as the depth increases. Components.
により形成した炭化層であることを特徴とする、請求項
10記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜が形成され
た部材。13. The member having a diamond-like carbon thin film according to claim 10, wherein the treatment layer is a carbonized layer formed by irradiation and diffusion of carbon ions.
素イオンを注入してイオン注入層を形成する第1の工
程、ならびに、解離された炭素と炭素イオンおよび解離
された水素と水素イオンの照射により上記イオン注入層
上にダイヤモンドライクカーボン薄膜を形成する第2の
工程を有するダイヤモンドライクカーボン薄膜の形成方
法において、上記第2の工程で炭素イオンとともに水素
イオンを上記基材表面に照射することを特徴とする、ダ
イヤモンドライクカーボン薄膜の形成方法。14. A first step of forming an ion-implanted layer by implanting carbon ions into the surface of a substrate by irradiating carbon ions, and irradiating dissociated carbon and carbon ions and dissociated hydrogen and hydrogen ions. In the method for forming a diamond-like carbon thin film having a second step of forming a diamond-like carbon thin film on the ion-implanted layer, the method further comprises irradiating the substrate surface with hydrogen ions together with carbon ions in the second step. A method for forming a diamond-like carbon thin film.
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