(57)【要約】【課題】  高品質で均質な膜を得ることができる炭素被膜の製造方法およびその装置を提供すること。【解決手段】  蒸着源７としてバルク状のカーボンを用意し、このバルク状のカーボンに電子ビームを照射する。これによって、前記カーボンを蒸発させ、これら蒸発したカーボンをワークに被着させることにより前記ワークの成膜を行うことを特徴とする。このときの蒸着源７は、バルク状に形成されているため、電子ビームが照射される領域の表面積が小さくなる。そのため、カーボン表面において、電子ビームを収束させ易くすることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着源としてのバルク状のカーボンに電子ビームを照射することによって、前記カーボンを蒸発させ、これら蒸発したカーボンをワークに被着させることにより前記ワークの成膜を行うことを特徴とする炭素被膜の製造方法。
【請求項２】
前記カーボンが、グラッシーカーボンであることを特徴とする請求項１に記載の炭素被膜の製造方法。
【請求項３】
前記カーボンの表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炭素被膜の製造方法。
【請求項４】
電子ビームを放出する電子ビーム放出手段と、
この電子ビーム放出手段により放出された電子ビームが照射されることにより蒸発する蒸着源と、
この蒸着源から蒸発した物質をワークに被着させるために前記ワークを保持するワーク保持手段とを備え、
前記蒸着源が、バルク状のカーボンであることを特徴とする炭素被膜の製造装置。
【請求項５】
前記カーボンが、グラッシーカーボンであることを特徴とする請求項４に記載の炭素被膜の製造装置。
【請求項６】
前記カーボンの表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の炭素被膜の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ金型や磁気ディスクなどの表面保護膜として最適な炭素被膜の製造方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な炭素被膜成膜方式として、イオンビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などが知られている。これらの成膜方式では、大規模で高価な装置が必要となってしまい、また炭素被膜の膜厚５０Å未満の均質な膜形成が困難となっていた。
そこで、今日では、コストを抑制することができるだけでなく、高純度の成膜が可能な電子ビーム蒸着法による成膜方式が要請されてきている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
これら電子ビーム蒸着法は、小片または粒子状のカーボンに電子ビームを照射することによって、それらカーボンを蒸発させ、これら蒸発した物質をワークに被着させることによりワークの成膜を行うものである。これにより、コストを抑えて炭素被膜を製造することができる。
【特許文献１】特開２００１−８１５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような方式によると、照射された電子ビームがカーボンの表面で収束し難いため、エミッションをかけた状態で、安定した蒸着レートを得ることが困難になるという問題がある。そのため、製造された膜は安定した膜質とならず、密着強度や膜厚にもバラツキが生じてしまう。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、高品質で均質な膜を得ることができる炭素被膜の製造方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、蒸着源としてのバルク状のカーボンに電子ビームを照射することによって、前記カーボンを蒸発させ、これら蒸発したカーボンをワークに被着させることにより前記ワークの成膜を行うことを特徴とする。
【０００７】
この発明に係る炭素被膜の製造方法によれば、カーボンに電子ビームを照射すると、カーボンが蒸発し、これら蒸発したカーボンがワークに被着する。このとき、蒸着源としてのカーボンは、バルク状になっているため、電子ビームが照射される領域の表面積が小さくなり、カーボン表面において電子ビームが収束し易くなる。
これにより、電子ビームによる熱エネルギーを集中させることができ、効率よく安定してカーボンを蒸発させることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の炭素被膜の製造方法において、前記カーボンが、グラッシーカーボンであることを特徴とする。
この発明に係る炭素被膜の製造方法によれば、グラッシーカーボンに電子ビームが照射され、グラッシーカーボンが蒸発する。
グラッシーカーボンは、通常のカーボンよりも表面粗さが小さいことから、電子ビームが照射される領域の表面積をさらに小さくし、電子ビームを収束させ易くすることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の炭素被膜の製造方法において、前記カーボンの表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以下に設定されていることを特徴とする。
この発明に係る炭素被膜の製造方法によれば、カーボンまたはグラッシーカーボンに電子ビームが照射され、それらカーボンまたはグラッシーカーボンが蒸発する。これらカーボン等の表面粗さはＲａ＝０．１μｍ以下に設定されていることから、カーボン等の電子ビームが照射される領域の表面積はさらに小さくなる。
これにより、電子ビームをさらに収束させ易くすることができる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、電子ビームを放出する電子ビーム放出手段と、この電子ビーム放出手段により放出された電子ビームが照射されることにより蒸発する蒸着源と、この蒸着源から蒸発した物質をワークに被着させるために前記ワークを保持するワーク保持手段とを備え、前記蒸着源が、バルク状のカーボンであることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る炭素被膜の製造装置によれば、電子ビーム放出手段から電子ビームが放出されると、その電子ビームは蒸着源に照射され、蒸着源が蒸発する。この蒸発した物質が、ワーク保持手段により保持されたワークに被着する。このときの蒸着源は、バルク状のカーボンであることから、電子ビームが照射される領域の表面積が小さくなり、カーボン表面において電子ビームが収束し易くなる。
これにより、電子ビームによる熱エネルギーを集中させることができ、効率よく安定してカーボンを蒸発させることができる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の炭素被膜の製造装置において、前記カーボンが、グラッシーカーボンであることを特徴とする。
この発明に係る炭素被膜の製造装置によれば、電子ビーム放出手段により放出された電子ビームがグラッシーカーボンに照射され、グラッシーカーボンが蒸発する。
グラッシーカーボンは、通常のカーボンよりも表面粗さが小さいことから、電子ビームが照射される領域の表面積をさらに小さくし、電子ビームを収束させ易くすることができる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項４または請求項５に記載の炭素被膜の製造装置において、前記カーボンの表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以下に設定されていることを特徴とする。
この発明に係る炭素被膜の製造装置によれば、電子ビーム放出手段により放出された電子ビームがカーボンまたはグラッシーカーボンに照射され、それらカーボンまたはグラッシーカーボンが蒸発する。これらカーボン等の表面粗さはＲａ＝０．１μｍ以下に設定されていることから、カーボン等の電子ビームが照射される領域の表面積はさらに小さくなる。
これにより、電子ビームをさらに収束させ易くすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、効率よく安定してカーボンを蒸発させることにより、蒸着レートを安定させるとともに、スプラッシュを低減させることができる。さらに、基板加熱することなく短時間で生産性の良い炭素被膜を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施例１）
以下、本発明の第1の実施例における炭素被膜の製造装置について、図面を参照して説明する。
図１において、符号１は炭素被膜の製造装置を示したものである。
製造装置１は、密閉空間を有する真空槽３を備えている。この真空槽３は、真空槽３内の空気を排出するための、不図示のロータリーポンプおよび拡散ポンプを備えている。また、真空槽３の底部には、電子ビームガン（電子ビーム放出手段）４が設けられている。
【００１６】
電子ビームガン４は、タングステンを主材料とするフィラメント５を備えている。そして、このフィラメント５に所定量の電流を流すと、フィラメント５が赤熱されて熱電子（電子ビーム）を放出するようになっている。さらに、電子ビームガン４の近傍には、収容部９を有するハース８が設置されている。
【００１７】
この収容部９の底面の径は１７．５ｍｍに設定されており、蒸着体（蒸着源）７を収容するようになっている。また、ハース８は、ハース回転機構１０を備えている。さらに、ハース８は、不図示の冷却手段を備えており、ハース８本体を適宜冷却するようになっている。
【００１８】
また、電子ビームガン４の上方には、電磁石を有する偏向ヨーク１２が設けられている。
このような構成のもと、電子ビームガン４から熱電子を放出すると、偏向ヨーク１２によって電磁気的にそれら熱電子の進行方向が変えられて、それら熱電子は、収容部９に収容された蒸着体７に電子ビームとして照射されるようになっている。そして、ハース回転機構１０を駆動することにより、ハース８の収容部９に収容された異なる蒸着体７に電子ビームを照射することが可能である。
【００１９】
また、真空槽３の上面には、ワーク保持部（ワーク保持手段）１４が設けられている。ワーク保持部１４は、真空槽３の上面に取り付けられた治具回転機構１６を備えている。この治具回転機構１６には、ワークＷを保持するコートドーム１７が設けられている。そして、このコートドーム１７の所定の位置に、ヤトイ１８を介してワークＷが着脱可能に取り付けられるようになっている。
このような構成のもと、治具回転機構１６を駆動すると、ワークＷが取り付けられた状態で、ワーク保持部１４の上下に延びる軸線Ｍを中心として、コートドーム１７が回転するようになっている。
【００２０】
また、コートドーム１７の近傍には、ワークＷに成膜された蒸着膜の膜厚を検出する膜厚モニタ２０が設けられている。この膜厚モニタ２０は、水晶振動子により、ワークＷへの蒸着量を検出するようになっている。
【００２１】
さらに、本実施例における製造装置１においては、蒸着体７がカーボンからなり、このカーボンが円柱状に形成されている。すなわち、蒸着体７は、カーボンの円柱状の塊として形成されたものであり、例えばその径が、収容部９の底面の径と同一である１７．５ｍｍに設定され、その高さ寸法は収容部９の深さ寸法と同一に設定されている。
【００２２】
次に、このように構成された製造装置１を用いて、ワークＷへの成膜を行う方法について説明する。
まず、コートドーム１７の所定の位置にヤトイ１８を介してワークＷを取り付ける。さらに、円柱状のカーボンからなる蒸着体７を用意し、その蒸着体７を収容部９に収容する。このとき、蒸着体７の高さ寸法と、収容部９の深さ寸法とが同一に設定されていることから、蒸着体７の天面がハース８の上面と面一に揃えられる。
【００２３】
この状態から、ロータリーポンプにより粗引きを行い、真空槽３内に低真空状態を作り出し、その後、拡散ポンプにより、５×１０-4Ｐａまで真空槽３内を排気する。排気を終えた後、治具回転機構１６を駆動する。すると、コートドーム１７を介してワークＷが軸線Ｍを中心として公転する。このように、ワークＷを公転させるのは、ムラなく均一に成膜するためである。
【００２４】
そして、フィラメント５に１２０ｍＡのエミッション電流を流す。すると、フィラメント５が赤熱され熱電子が放出される。これら放出された熱電子は、偏向ヨーク１２によって進行方向が変えられて、収容部９に収容された蒸着体７に電子ビームとして照射される。すると、その照射された部分が加熱されて蒸発する。蒸発したカーボンの原子は、ワーク保持部１４によって保持されたワークＷの表面に被着、堆積する。これにより、ワークＷの表面に炭素被膜が成膜される。そして、このときの膜厚が膜厚モニタ２０によって検出される。
【００２５】
所定の膜厚に達すると、膜厚モニタ２０がそれを検出し、フィラメント５への通電が停止され、熱電子の放出が止められる。ここで、引き続き別の蒸着体７を成膜したい場合は、ハース回転機構１０を駆動し、その蒸着体７を電子ビームが照射される位置に移動させた後、上記と同様の工程を実施することによって、ワークＷの表面に別の蒸着体を積層成膜する。そして、拡散ポンプおよびロータリーポンプにより、真空槽３内を大気圧に戻し、治具回転機構１６の駆動を停止する。さらに、コートドーム１７からワークＷを取り外すことにより、炭素被膜されたワークＷを得ることができる。
【００２６】
ここで、従来のように小片や粒子状のカーボンに電子ビームを照射すると、電子ビームをカーボン表面において収束させるのは困難であったが、本実施例における製造装置１によれば、以下のようにして、容易に収束させることができる。
すなわち、本実施例においては、蒸着体７が、カーボンの円柱状の塊として形成されていることから、電子ビームが照射される領域の表面積が小片や粒子状のものと比較して小さくなる。そのため、電子ビームの放出地点から到達地点までの間の飛距離が変動することなく安定する。これによって、カーボン表面において電子ビームが収束し易くなる。
【００２７】
以上より、本実施例における製造装置１によれば、カーボン表面において、照射される電子ビームを収束させ易くすることができるため、電子ビームによる熱エネルギーを集中させて、効率よく安定してカーボンを蒸発させることができる。そのため、ワークＷへの蒸着レートを安定させるとともに、スプラッシュを低減させることができる。また、基板加熱することなく短時間で生産性の良い炭素被膜を容易に製造することができる。
【００２８】
なお、実際には、成膜レートが８〜１０Å／ｓで安定し、成膜時間を制御することにより、均質で十分な密着強度を備えた膜厚４０Åの炭素被膜を得ることができた。
また、蒸着体７の径を１５．０ｍｍとし、エミッション電流を９０ｍＡとしたところ、成膜レートは５〜８Å／ｓで安定し、上記と同様に均質で十分な密着強度を備えた膜厚４０Åの炭素被膜を得ることができた。
【００２９】
（実施例２）
次いで、本発明の第２の実施例について説明する。
この実施例と上記第１の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点においてのみ相違したものとなっている。すなわち、本実施例においては、蒸着体７がグラッシーカーボンからなるものであって、その表面粗さがＲａ＝０．１μｍに設定されたものである。
これにより、蒸着体７の表面の凹凸を少なくし、電子ビームが照射される領域の表面積をさらに小さくすることができ、カーボン表面において電子ビームを容易に収束させることができる。そのため、上記と同様に、ワークＷへの蒸着レートを安定させるとともに、スプラッシュを低減させることができる。また、基板加熱することなく短時間で生産性の良い炭素被膜を容易に製造することができる。
【００３０】
なお、上記第１および第２の実施例においては、収容部９の底面の径および蒸着体７の径を１７．５ｍｍ等としたが、これに限ることはなく、そのサイズ、形状等は適宜変更可能である。
また、蒸着体７を円柱状としたが、これに限ることはなく、電子ビームが照射される領域の表面積が小さくなるように、柱状や球状などの塊であれば、その形状は適宜変更可能である。
【００３１】
さらに、上記第２の実施例において、蒸着体７の表面粗さをＲａ＝０．１μｍに設定するとしたが、これに限ることはなく０．１μｍ以下であれば適宜変更可能である。
特に、０．００３〜０．１μｍの範囲内に設定することが望ましい。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明における炭素被膜の製造装置の第１の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    製造装置（炭素被膜の製造装置）
４    電子ビームガン（電子ビーム放出手段）
７    蒸着体（蒸着源）
１４  ワーク保持部（ワーク保持手段）
Ｗ    ワーク
【図１】
2006089805.tif 000003