(57)【要約】      （修正有）【課題】金属元素を含有したダイヤモンドライクカーボン膜を安定して且つ低コストで成膜できる導電性基材の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】プラズマ化した昇華ガス２５を金属元素を含有する蒸着原料に照射して該蒸着原料をイオン化し、且つ、前記プラズマ化した昇華ガスに炭化水素ガス３６を接触させて該炭化水素ガスをイオン化する同時イオン化工程と、前記同時イオン化工程でイオン化した前記蒸着原料イオンと前記炭化水素ガスイオンとを基材上に同時に堆積させて、前記金属元素を含有するダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する成膜工程と、を有する方法とする。同時イオン化工程において、炭化水素ガスのイオン化を、プラズマ化した昇華ガスを蒸着原料に照射する昇華ガス流路で行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ化した昇華ガスを金属元素を含有する蒸着原料に照射して該蒸着原料をイオン化し、且つ、前記プラズマ化した昇華ガスに炭化水素ガスを接触させて該炭化水素ガスをイオン化する同時イオン化工程と、
前記同時イオン化工程でイオン化した前記蒸着原料イオンと前記炭化水素ガスイオンとを基材上に同時に堆積させて、前記金属元素を含有するダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する成膜工程と、を有することを特徴とする導電性基材の製造方法。
【請求項２】
前記同時イオン化工程において、前記炭化水素ガスのイオン化を、前記プラズマ化した昇華ガスを前記蒸着原料に照射する昇華ガス流路で行う、請求項１に記載の導電性基材の製造方法。
【請求項３】
前記昇華ガス流路で行う前記炭化水素ガスのイオン化を、プラズマ化した昇華ガスで照射される前記蒸着原料の直上で行う、請求項２に記載の導電性基材の製造方法。
【請求項４】
真空チャンバ内で、金属元素を含有する蒸着原料と炭化水素ガスとを成膜材料として基材上に同時にダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させてなる導電性基材の製造装置であって、
前記蒸着材料を収容する収容装置と、
昇華ガスを導入する昇華ガス導入装置と、
前記昇華ガスをプラズマ化するプラズマ発生装置と、
前記プラズマ発生装置でプラズマ化された前記昇華ガスを前記収容装置内の蒸着原料に照射するように誘導するための磁場印加装置と、
前記磁場印加装置で誘導された前記プラズマ化昇華ガスの昇華ガス流路に炭化水素ガスを導入する炭化水素ガス導入装置と、を有する導電性基材の製造装置。
【請求項５】
前記プラズマ発生装置が前記昇華ガス導入装置に接続され、前記真空チャンバ内への昇華ガスの導入時に該昇華ガスをプラズマ化する、請求項４に記載の導電性基材の製造装置。
【請求項６】
前記昇華ガス流路に導入する前記炭化水素ガス導入装置の導入端を、前記収容装置の直上に配置する、請求項４又は５に記載の導電性基材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性基材の製造方法及び製造装置に関し、さらに詳しくは、金属元素を含むダイヤモンドライクカーボン膜を安定して且つ低コストで成膜できる導電性基材の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドライクカーボン（硬質炭素ともいい、ＤＬＣと略す。）は、アモルファスで、硬度が高く、耐摩耗性に優れ、自己潤滑性に富むという特徴がある。そのため、従来、切削工具、金型、機械部品、電子部品等の耐摩耗性皮膜として利用されている（特許文献１，２）。また、ＤＬＣ膜を誘電性皮膜として用いた例では、ＤＬＣ膜中のタングステン等の含有元素量をコントロールすれば、誘電性皮膜から導電性皮膜にまで広く変化させることができ、誘電性皮膜のフラッシュオーバー又は絶縁破壊を防止できるとされている（特許文献３）。また、ＤＬＣ膜にホウ素を含有させて導電性を付与することも検討されている。
【０００３】
金属元素を含有するＤＬＣ膜の製造方法乃至製造装置は種々検討されている。例えば、前記特許文献１〜３及び特許文献４はいずれもＤＣ又はＲＦスパッタリング法を用いたＤＬＣ膜の成膜手段が提案されている。具体的には、チャンバ内に供給された炭化水素ガスがグロー放電によって分解して基材表面にＤＬＣ膜として蒸着すると同時に、ターゲットからはじき出されたターゲット粒子が前記ＤＬＣ膜中に混入して、金属又は金属炭化物を含有したＤＬＣ膜を基材表面に成膜できるとされている。
【０００４】
なお、特許文献５には、ＤＬＣ膜の下層として設けられる中間層の成膜手段として、ＨＣＤ法でチタンを蒸発させる方法とＩＢＡＤ法で炭素イオンを発生させる方法とを併用しつつ、イオンプレーティング法でチタン又はチタン化合物を含有した炭素膜からなる中間層を成膜する方法が提案されている。具体的には、チタンのイオンプレーティングを行いつつ、ＩＢＡＤ法イオンソースに電圧を印加し、イオンビームを発生させ、導入した炭化水素ガスをイオン化して、基材上にチタンと炭素との混合層を成膜することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１９４９６０号公報
【特許文献２】特開２００８−２１４７５９号公報
【特許文献３】特表平１１−５０８９６３号公報
【特許文献４】特開２００４−６８０９２号公報
【特許文献５】特開２００４−１３７５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、ＤＬＣ膜に導電性を与え、耐摩耗性のある電極材料としての可能性に着目して検討している過程で、特定の金属元素を含有するＤＬＣ膜に可能性を見出し、そうしたＤＬＣ膜を安定して且つ低コストで成膜できる方法等について検討していた。
【０００７】
しかしながら、従来の金属若しくは金属化合物を含有するＤＬＣ膜又は混合膜は、上記特許文献１〜４に記載のようにスパッタリング法で行われており、炭化水素ガスのイオン化させるための放電条件及び蒸着条件と、ターゲット粒子のスパッタ条件とを制御しなければならないという問題、また、放電電源とスパッタバイアス電源との二つの電源装置及びその制御が必要であるという問題、また、導電性のないプラスチック基材を用いた場合には成膜が困難であるという問題、等があった。一方、特許文献５でも、炭化水素ガスをイオン化する手段（ＩＢＡＤ法）が別途必要であり、そのイオン化条件とイオンプレーティング条件との制御が煩雑であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、金属元素を含有するダイヤモンドライクカーボン膜を安定して且つ低コストで成膜できる導電性基材の製造方法及び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】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明に係る導電性基材の製造方法は、プラズマ化した昇華ガス流を金属元素を含有する蒸着原料に照射して該蒸着原料をイオン化し、且つ、前記プラズマ化した昇華ガス流に炭化水素ガスを接触させて該炭化水素ガスをイオン化する同時イオン化工程と、前記同時イオン化工程でイオン化した前記蒸着原料イオンと前記炭化水素ガスイオンとを基材上に同時に堆積させて、前記金属元素を含有するダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する成膜工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、プラズマ化した昇華ガス流が単一のイオン化源となって、蒸着原料と炭化水素ガスとを同時にイオン化するので、簡便な手段でイオン化を制御することができる。この単一のイオン化源により、蒸着原料と炭化水素ガスとが同じ場所でイオン化し、そのまま一緒に基材上に堆積させることができる。その結果、膜内での成分分布の偏りの無いダイヤモンドライクカーボン膜を、密着性よく、安定且つ低コストで成膜することができる。膜内での成分分布が一定なダイヤモンドライクカーボン膜は、例えば導電性や耐食性等の膜特性を安定且つ均一なものとすることができる点で極めて有利である。
【００１１】
本発明に係る導電性基材の製造方法は、前記同時イオン化工程において、前記炭化水素ガスのイオン化を、前記プラズマ化した昇華ガス流を前記蒸着原料に照射する昇華ガス流路で行う。
【００１２】
この発明によれば、炭化水素ガスのイオン化を、プラズマ化した昇華ガス流を蒸着原料に照射する昇華ガス流路で行うように構成することにより、簡便な手段で同時イオン化を実現することができる。
【００１３】
本発明に係る導電性基材の製造方法において、前記昇華ガス流路で行う前記炭化水素ガスのイオン化を、プラズマ化した昇華ガス流で照射される前記蒸着原料の直上で行う。
【００１４】
この発明によれば、昇華ガス流路で行う炭化水素ガスのイオン化を、プラズマ化した昇華ガス流で照射される蒸着原料の直上で行うように構成することにより、そのまま一緒に基材上に堆積させることができる。
【００１５】
上記課題を解決するための本発明に係る導電性基材の製造装置は、真空チャンバ内で、金属元素を含有する蒸着原料と炭化水素ガスとを成膜材料として基材上にダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させてなる導電性基材の製造装置であって、前記蒸着材料を収容する収容装置と、昇華ガスを導入する昇華ガス導入装置と、前記昇華ガスをプラズマ化するプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生装置でプラズマ化された昇華ガス流を前記収容装置内の蒸着原料に照射するように誘導するための磁場印加装置と、前記磁場印加装置で誘導された前記プラズマ化昇華ガス流の昇華ガス流路に炭化水素ガスを導入する炭化水素ガス導入装置と、を有する。
【００１６】
この発明によれば、磁場印加装置で誘導されたプラズマ化昇華ガス流の昇華ガス流路に炭化水素ガスを導入するための炭化水素ガス導入装置を設けたので、その炭化水素ガス導入装置から導入された炭化水素ガスは、昇華ガス流路でプラズマ化昇華ガス流によって分解し、イオン化する。そのプラズマ化昇華ガス流は、収容装置内の蒸着原料をイオン化するので、プラズマ化昇華ガス流が単一のイオン化源となって、蒸着原料と炭化水素ガスとを同時にイオン化する。その結果、この単一のイオン化源により、蒸着原料と炭化水素ガスとが同じ場所でイオン化し、そのまま一緒に基材上に堆積させることができる。この装置で成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜は、膜内での成分分布に偏りが無く、密着性のよい安定した膜を低コストで成膜することができる。
【００１７】
本発明に係る導電性基材の製造装置において、前記プラズマ発生装置を前記昇華ガス導入装置に接続する。
【００１８】
この発明によれば、プラズマ発生装置を昇華ガス導入装置に接続するので、真空チャンバ内への昇華ガスの導入時にその昇華ガスを容易にプラズマ化することができる。
【００１９】
本発明に係る導電性基材の製造装置において、前記昇華ガス流路に導入する前記炭化水素ガス導入装置の導入端を、前記収容装置の直上に配置する。
【００２０】
この発明によれば、昇華ガス流路に導入する炭化水素ガス導入装置の導入端を、収容装置の直上に配置するので、収容装置の直上で同時にイオン化した蒸着原料と炭化水素ガスとをそのまま一緒に基材上に堆積させることができる。なお、前記炭化水素ガスの導入量を制御して、前記ダイヤモンドライクカーボン膜に含まれる蒸着原料の含有量を制御することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る導電性基材の製造方法によれば、プラズマ化した昇華ガス流が単一のイオン化源となって、蒸着原料と炭化水素ガスとを同時にイオン化するので、簡便な手段でイオン化を制御することができる。しかも、蒸着原料と炭化水素ガスとを同じ場所でイオン化し、そのまま一緒に基材上に堆積させることができるので、膜内での成分分布の偏りの無いダイヤモンドライクカーボン膜を、密着性よく、安定且つ低コストで成膜することができる。膜内での成分分布が一定なダイヤモンドライクカーボン膜は、例えば導電性や耐食性等の膜特性を安定且つ均一なものとすることができる点で極めて有利である。さらに、本発明によれば、従来のスパッタリング法のような放電条件及び蒸着条件とスパッタ条件との煩雑な制御が不要であり、また、放電電源とスパッタバイアス電源という二つの電源装置及びその制御も不要であり、また、バイアス電圧の印加も不要でプラスチック基材も用いることができる。
【００２２】
本発明に係る導電性基材の製造装置によれば、炭化水素ガス導入装置から導入された炭化水素ガスは昇華ガス流路でプラズマ化昇華ガス流によって分解され、イオン化される。さらに、そのプラズマ化昇華ガス流は、収容装置内の蒸着原料をイオン化する。したがって、プラズマ化昇華ガス流が単一のイオン化源となり、蒸着原料と炭化水素ガスとを同時にイオン化する。その結果、この単一のイオン化源により、蒸着原料と炭化水素ガスとが同じ場所でイオン化し、そのまま一緒に基材上に堆積させることができる。この装置で成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜は、膜内での成分分布に偏りが無く、密着性のよい安定した膜を低コストで成膜することができる。さらに、この装置は、従来のスパッタリング法のような放電電源とスパッタバイアス電源という二つの電源装置も不要である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る導電性基材を製造するためのイオンプレーティング装置の一例を示す模式的な断面構成図である。
【図２】作製された導電性基材の一例を示す模式的な断面図である。例を示す模式的な断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００２５】
［導電性基材の製造方法］
本発明に係る導電性基材１の製造方法は、図２に例示する導電性基材１を製造するための方法であって、プラズマ化した昇華ガス流２２を金属元素を含有する蒸着原料２０に照射してその蒸着原料をイオン化し、且つ、前記プラズマ化した昇華ガス流２２に炭化水素ガス３６を接触させてその炭化水素ガス３６をイオン化する同時イオン化工程と、その同時イオン化工程でイオン化した蒸着原料イオンと炭化水素ガスイオンとを基材２上に同時に堆積させて、金属元素を含有するダイヤモンドライクカーボン膜３を成膜する成膜工程とを有することに特徴がある。
【００２６】
図１に示した装置１０（本発明に係る製造装置）は、本発明に係る製造方法を実施できる装置の一例である。以下では、図１に示す装置１０を用いて行う導電性基材の製造方法について説明する。なお、本発明に係る製造方法は、図１に示す装置１０及び以下で説明する装置を用いた方法に限定されず、本発明の要旨の範囲内であればそれ以外の装置で実施してもよい。
【００２７】
（製造装置）
図１に示す装置１０は、真空チャンバ１２内で、金属元素を含有する蒸着原料２０と炭化水素ガス３６とを成膜材料とし、基材２上にダイヤモンドライクカーボン膜３を堆積させるイオンプレーティング装置である。この装置１０により、本発明に係る製造方法を実施でき、導電性基材１を製造できる。
【００２８】
当該装置１０は、蒸着材料２０を収容する収容装置１９と、昇華ガス２５を導入する昇華ガス導入装置２４と、前記昇華ガスをプラズマ化するプラズマ発生装置１１と、前記プラズマ発生装置でプラズマ化された昇華ガス流２２を前記収容装置内の蒸着原料に照射するように誘導するための磁場印加装置３５と、前記磁場印加装置３５で誘導されたプラズマ化昇華ガス流２２の昇華ガス流路２２Ａに炭化水素ガス３６を導入する炭化水素ガス導入装置３９と、を有する。
【００２９】
以下、装置１０の各構成について説明する。
【００３０】
収容装置１９は、所謂るつぼであり、真空チャンバ１２内の下部に配置されている。収容装置１９は導電性材料で形成され、放電電源１４のプラス側に接続されている。収容装置１９の中には、ダイヤモンドライクカーボン膜３に含まれることになる蒸着原料２０が収容されている。収容装置１９の内部には、るつぼ用磁石２１が設けられている。また、収容装置１９は、真空チャンバ１２及びアース５５に対して電気的に浮遊状態となっている。
【００３１】
蒸着材料２０としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｚｎ、ＮｉＣｒ等の金属材料、又はこれら金属を含む無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、無機酸化窒化物、無機酸化炭化物、無機窒化炭化物等の無機化合物、又はこれら金属の合金材料を用いることができる。なお、耐腐食性の点からは、特にＮｉＣｒ合金が好ましい。
【００３２】
昇華ガス導入装置２４は、昇華ガス２５を導入する装置であり、真空チャンバ１２に取り付けられている。昇華ガス導入装置２４は、真空チャンバ１２内に昇華ガス２５を導入するための昇華ガス導入管２５ａと、導入する昇華ガス２５の導入量（流量）を調整する導入バルブ２５ｂとで構成されている。
【００３３】
昇華ガス２５としては、例えばアルゴンガスが好ましく適用されるが、アルゴンガス以外のキセノンガス等を必要に応じて併用してもよい。昇華ガス２５は、プラズマ発生装置１１によりプラズマ化される。プラズマ化された昇華ガス流２２は、蒸着材料２０に向けて照射され、蒸着材料２０を昇華させる。昇華した蒸着材料２０はプラズマ化昇華ガス流２２は、昇華した蒸着原料２０をイオン化し、同時に、導入された炭化水素ガス３６をイオン化する。
【００３４】
プラズマ発生装置１１は、昇華ガス２５をプラズマ化する装置であり、例えばプラズマガン、特に圧力勾配型のプラズマガンが好ましく用いられる。このプラズマ発生装置１１は、前記のガス導入装置２４に接続されている。そのため、真空チャンバ１２内への昇華ガス２５の導入時に、その昇華ガス２５を容易にプラズマ化することができる。図１に示すプラズマ発生装置１１は、放電電源１４のマイナス側に接続された環状の陰極１５と、放電電源１４のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１６及び第２中間電極１７とを有している。陰極１５側からプラズマ発生装置１１に昇華ガス２５が供給されると、プラズマ発生装置１１に所定の放電電力を投入することにより放電が起こり、これによって昇華ガス２５がプラズマ化される。プラズマ化された昇華ガスは、図１に示すように、プラズマ化昇華ガス流２２として第２中間電極１７から真空チャンバ１２内に向けて流出させられる。
【００３５】
プラズマ発生装置１１には、プラズマ発生装置１１に投入された放電電力により生じる放電電圧と放電電流を計測するとともに、放電電圧と放電電流とに基づき電気抵抗を算出する検出装置６１が接続されている。検出装置６１は、図１に示すように、プラズマ発生装置１１における放電電圧を計測する放電電圧計４５と、プラズマ発生装置１１における放電電流を計測する放電電流計４６と、計測された放電電圧を計測された放電電流によって除することにより電気抵抗値を算出する演算部５１とからなる。
【００３６】
磁場印加装置３５は、プラズマ発生装置１１でプラズマ化された昇華ガス流２２を収容装置１９内の蒸着原料２０に照射するように磁場を発生させて誘導するための装置である。この磁場印加装置３５は、真空チャンバ１２と第２中間電極１７との間に設けられている。磁場印加装置３５は、具体的には、真空チャンバ１２と第２中間電極１７との間の短管部１２Ａの外側において、短管部１２Ａを包囲するよう設けられた収束コイル１８と、収容装置１９の内部に設けられたるつぼ用磁石２１とから構成されている。この場合、収束コイル１８に発生させる磁場を制御することにより、真空チャンバ１２におけるプラズマ化昇華ガス流２２の行程、及びプラズマ化昇華ガス流２２の収束、等を制御することができる。図１に示す態様においては、真空チャンバ１２内に向けて流出したプラズマ化昇華ガス流２２が蒸着材料２０に照射されるよう、制御装置６０により収束コイル１８に発生させる磁場が制御される。
【００３７】
なお、短管部１２Ａは、真空チャンバ１２と第２中間電極１７との間に位置するが、その短管部１２Ａ内には絶縁管３１が突設されている。絶縁管３１は、プラズマ化昇華ガス流２２の周囲を取り囲むよう配置されており、プラズマ発生装置１１から電気的に浮遊状態となっている。また、短管部１２Ａ内には、絶縁管３１の外周側を取り巻く電子帰還電極３２が設けられている。
【００３８】
電子帰還電極３２は、放電電源１４のプラス側に接続されており、このため電子帰還電極３２の電位はプラズマ発生装置１１の真空チャンバ１２側における電位よりも高い。絶縁管３１としては、例えば、セラミック製短管が採用される。電子帰還電極３２には、図１に示すように、電子帰還電極電流を測定する電子帰還電極電流計４７が接続されている。さらに真空チャンバ１２とアース５５との間には、真空チャンバ１２からの接地電流を測定する接地電流計４８が設けられている。
【００３９】
炭化水素ガス導入装置３９は、磁場印加装置３５で誘導されたプラズマ化昇華ガス流２２の昇華ガス流路２２Ａに、炭化水素ガス３６を導入し、そのプラズマ化昇華ガス流２２に炭化水素ガス３６を接触させるための装置である。すなわち、炭化水素ガス導入管３８は、プラズマ化昇華ガス流２２に接触する位置に配置され、その導入管３８から真空チャンバ１２内に導入された炭化水素ガス３６は、プラズマ化昇華ガス流２２に接触してイオン化することになる。
【００４０】
特に、昇華ガス流路２２Ａに導入する炭化水素ガス導入装置３９の導入端３８Ａが、収容装置１９の直上に配置されていることが好ましい。こうすることにより、収容装置１９の直上で同時にイオン化した蒸着原料２０と炭化水素ガス３６とをそのまま一緒に基材２上に堆積させることができる。
【００４１】
なお、炭化水素ガス３６の導入量を制御して、ダイヤモンドライクカーボン膜３に含まれる蒸着原料２０の含有量を制御することができる。導入量は、圧力調整ガス導入管３８に設けられた圧力調整ガス導入バルブ３７により調整される。
【００４２】
真空チャンバ１２には、真空チャンバ１２内を減圧する排気ポンプ５０が、排気管４９を介して接続されている。
【００４３】
真空チャンバ１２の内面には、真空チャンバ１２から電気的に浮遊状態となる防着板４０が設けられている。この防着板４０は、ＳＵＳ板からなり、プラズマ化した昇華ガス２５が蒸着材料２０に照射された際に生じる反射電子流３３が真空チャンバ１２へ帰還して接地されるのを防止するために設けられている。なお、防着板４０を設ける代わりに、真空チャンバ１２内面に、反射電子流３３が真空チャンバ１２へ帰還することを防止するための絶縁コーティング膜（図示せず）を設けてもよい。
【００４４】
真空チャンバ１２内の基材２近傍には、基材２上に形成されるダイヤモンドライクカーボン膜３の形成速度を測定する成膜速度計４１が設けられ、また成膜速度計４１の下方に、真空チャンバ１２内の真空度及び成膜真空度を各々測定する真空計４２が設けられている。さらに、真空チャンバ１２内の圧力を調整するため、真空チャンバ１２内の収容装置１９近傍には、圧力調整ガス２８を導入する圧力調整ガス導入管２８ａが設けられている。圧力調整ガス２８の流量は、圧力調整ガス導入管２８ａに設けられた圧力調整ガス導入バルブ２８ｂにより調整される。なお、圧力調整ガス２８としては、キセノンガス、アルゴンガス等を用いることができる。
【００４５】
上述した放電電圧計４５、放電電流計４６、演算部５１、電子帰還電極電流計４７、接地電流計４８、成膜速度計４１、真空計４２からの情報は、制御装置６０に収集される。
【００４６】
以上説明したように、こうした装置１０によれば、磁場印加装置３５で誘導されたプラズマ化昇華ガス流２２の昇華ガス流路２２Ａに炭化水素ガス３６を導入するための炭化水素ガス導入装置３９を設けたので、その炭化水素ガス導入装置３９から導入された炭化水素ガス３６は、昇華ガス流路２２Ａでプラズマ化昇華ガス流２２によって分解し、イオン化する。そのプラズマ化昇華ガス流２２は、収容装置１９内の蒸着原料２０をイオン化するので、プラズマ化昇華ガス流２２が単一のイオン化源となって、蒸着原料２０と炭化水素ガス３６とを同時にイオン化する。その結果、この単一のイオン化源により、蒸着原料２０と炭化水素ガス３６とが同じ場所でイオン化し、そのまま一緒に基材２上に堆積させることができる。この装置１０で成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜３は、膜３内での成分分布に偏りが無く、密着性のよい安定した膜を低コストで成膜することができる。
【００４７】
（製造方法）
次に、上記装置１０で導電性基材１を製造する本発明に係る製造方法について詳しく説明する。以下では、図１の装置１０の符号を用いて説明するが、本発明の方法はその装置１０を用いたものに限定されない。
【００４８】
先ず、真空チャンバ１２内に、基材２を設置する。なお、基材２については後述する。次に、上述した金属元素を含有する蒸着原料２０を真空チャンバ１２の収容装置１９内に収容する。その後、真空チャンバ１２のガス導入装置２４に設けられたプラズマ発生装置１１に、昇華ガス２５を導入する。
【００４９】
真空チャンバ１２内の真空度は、０．０８〜０．１２Ｐａの範囲内であることが好ましい。この範囲とすることにより、蒸着材料２０の昇華を安定化することができる。また、昇華ガス２５としてアルゴンガスを用いた場合の導入量としては、１２〜２５ｓｃｃｍであることが好ましい。この範囲とすることによって、アルゴンガスを安定にプラズマ化することができる。アルゴンガスの導入量が１２ｓｃｃｍよりも小さい場合、アルゴンガスのプラズマ化が安定しないことがある。一方、アルゴンガスの導入量が２５ｓｃｃｍよりも大きい場合、プラズマ化したアルゴンガスが蒸着材料２０を昇華させるエネルギーが小さくなり、このため昇華した蒸着材料２０の蒸気圧が小さくなることが考えられる。
【００５０】
次に、プラズマ発生装置１１に放電電力を投入し、これによって放電を生じさせる。このことにより、昇華ガス２５がプラズマ化し、この結果、プラズマ発生装置１１の第２中間電極１７から真空チャンバ１２内に向うプラズマ化昇華ガス流２２が形成される。形成されたプラズマ化昇華ガス流２２は、磁場印加装置３５により生成される磁場に導かれてプラズマ化昇華ガス流路２２Ａを形成して蒸着材料２０に照射する。このとき磁場印加装置３５の収束コイル１８は、プラズマ化昇華ガス流２２の横断面を収縮させる作用を行い、また磁場印加装置３５のるつぼ用磁石２１は、プラズマ化昇華ガス流２２の焦点合わせ及びプラズマ化昇華ガス流２２を曲げる作用を行っている。
【００５１】
蒸着材料２０にプラズマ化昇華ガス流２２が照射されると、収容装置１９内の蒸着材料２０が昇華し、同時に、昇華した蒸着材料２０がプラズマ化昇華ガス流２２によりイオン化される。イオン化した蒸着材料２０は電界（図示せず）により加速されて基材２に衝突する。
【００５２】
一方、炭化水素ガス導入管３８から真空チャンバ１２内に導入された炭化水素ガス３６は、プラズマ発生装置１１によって生じたプラズマ化昇華ガス流２２に接触してイオン化する。イオン化した炭化水素ガスは、前記したイオン化した蒸着原料とともに電界で加速され、基材２に衝突する。なお、炭化水素ガス３６としては、エチレン、アセチレン、ベンゼン等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００５３】
このように、炭化水素ガス３６のイオン化は、プラズマ化昇華ガス流２２が蒸着原料２０に照射して蒸着原料２０をイオン化する際に、そのプラズマ化昇華ガス流２２乃至プラズマ化昇華ガス流路２２Ａに接触して行われる。このイオン化工程は、同時イオン化工程と呼ぶ。特に、昇華ガス流路２２Ａで行う炭化水素ガスのイオン化を、プラズマ化昇華ガス２２で照射される蒸着原料２０の直上又は近傍で行うことが好ましい。こうすることにより、イオン化された炭化水素ガスと、イオン化された蒸着原料２０とを、そのまま一緒に基材上に堆積させることができる。
【００５４】
蒸着材料２０と炭化水素ガス３６を収容装置１９の直上又は近傍でイオン化することにより、イオン化した蒸着材料と炭化水素ガスが基材２に衝突する際の運動エネルギーがより大きくなると考えられる。そのため、イオン化したニッケル、クロム及び炭化水素からなる堆積材料と、基材２との密着力が向上し、かつ基材２上における堆積材料のマイグレーションも促進されると考えられることから、堆積材料と基材２との間の密着が強固になるとともに、堆積材料同士の結合も強固となると考えられる。このことにより、基材２上に、緻密且つ平坦で、異常粒成長による欠陥のないダイヤモンドライクカーボン膜３を形成することができ、その結果、膜に良好な特性（例えば、導電性と耐食性等）が付与できると考えられる。
【００５５】
ここで、蒸着材料２０と炭化水素ガス３６のイオン化が好ましく起こる「収容装置１９の直上又は近傍」とは、図１に示すように、収容装置１９の直上且つ近傍の意味であって、収容装置１９で蒸発した蒸着原料２０が基材２に向かう途中のプラズマ化昇華ガス流領域である。この収容装置１９の直上のプラズマ化昇華ガス流領域で蒸着原料２０がイオン化し、さらに、そのプラズマ化昇華ガス流領域に向かって炭化水素ガス導入管３８の導入端３８Ａを向けることにより、その導入端３８Ａから導入された炭化水素ガス３６がプラズマ化昇華ガス流領域でイオン化する。こうして、２種の材料のイオン化を、収容装置１９の直上且つ近傍の同じ位置のプラズマ化昇華ガス流領域で行うことができるので、イオン化した２種の材料を容易に混合状態とすることができ、その後、混合したイオンを基材２に蒸着させることができる。こうして、成分元素の分布状態が均一なダイヤモンドライクカーボン膜３を形成できる。
【００５６】
なお、プラズマ化した昇華ガス流２２が収容装置１９内の蒸着材料２０に照射されると、収容装置１９は真空チャンバ１２及びアース５５に対して電気的に浮遊状態となる。このため、プラズマ化した昇華ガス流２２が蒸着材料２０から反射して反射電子流３３が生じる（図１参照）。この場合、真空チャンバ１２内面には真空チャンバ１２から電気的に浮遊する防着板４０が設けられており、このため、防着板４０により反射電子流３３の真空チャンバ１２側への帰還を妨げることができる。このことにより、大部分の反射電子流３３をプラズマ化昇華ガス流２２の外側を通して電子帰還電極３２側へ確実に帰還させることができる。
【００５７】
ここで、反射電子流３３の流れについて説明する。図１に示すように、電子帰還電極３２は収容装置１９から離れた位置に設けられており、このため、収容装置１９上から昇華した蒸着材料２０が電子帰還電極３２に付着することはほとんどない。また、プラズマ発生装置１１から出たプラズマ化昇華ガス流２２と電子帰還電極３２との間に両者を遮る絶縁管３１が設けられており、このため、プラズマ化昇華ガス流２２が電子帰還電極３２に入射し、これによって陰極１５と電子帰還電極３２との間で異常放電が発生するのを防止することができる。この場合、反射電子流３３は、プラズマ化昇華ガス流２２の外側であって、プラズマ化昇華ガス流２２とは分離した経路に沿って電子帰還電極３２まで延びるよう形成される。このことにより、プラズマ化昇華ガス流２２を連続的かつ安定に持続させることができる。
【００５８】
プラズマ化昇華ガス流２２の持続時間は、絶縁管３１及び電子帰還電極３２を設けない場合に比べて倍以上となり、飛躍的に向上することが確認されている。また、絶縁管３１を設けることにより異常放電の発生を防止し、これによってプラズマ化昇華ガス流２２の電子帰還電極３２への流れ込みによる電力ロスを減少させることができる。このため、絶縁管３１及び電子帰還電極３２を設けない場合に比べて、ダイヤモンドライクカーボン膜３の成膜速度（材料昇華量）が約２０％向上することが確認されている。また、電子帰還電極３２を収束コイル１８に近い位置に設けることにより、イオンプレーティング装置１０全体が小型化されている。
【００５９】
なお、図１では、圧力調整ガス２８が圧力調整ガス導入管２８ａを介して真空チャンバ１２内に導入される例を示しているが、これに限られることはなく、プラズマ発生装置１１からプラズマ化昇華ガス流２２が安定して発生されている場合、圧力調整ガス２８を真空チャンバ１２内に導入しなくてもよい。
【００６０】
以上のように、本発明に係る導電性基材１の製造方法は、図２に例示する導電性基材１を製造するための方法であって、プラズマ化した昇華ガス流２２を金属元素を含有する蒸着原料２０に照射してその蒸着原料２２をイオン化し、且つ、プラズマ化した昇華ガス流２２に炭化水素ガス３６を接触させてその炭化水素ガス３６をイオン化する同時イオン化工程を有している。そして、その同時イオン化工程でイオン化した蒸着原料イオンと炭化水素ガスイオンとを基材２上に同時に堆積させて、金属元素を含有するダイヤモンドライクカーボン膜３を成膜する成膜工程とを有している。
【００６１】
こうした製造方法によって、プラズマ化昇華ガス流２２が単一のイオン化源となって、蒸着原料２０と炭化水素ガス３６とを同時にイオン化するので、簡便な手段でイオン化を制御することができる。この単一のイオン化源により、蒸着原料２０と炭化水素ガス３６とが同じ場所でイオン化し、そのまま一緒に基材２上に堆積させることができる。その結果、膜内での成分分布の偏りの無いダイヤモンドライクカーボン膜３を、密着性よく、安定且つ低コストで成膜することができる。膜内での成分分布が一定なダイヤモンドライクカーボン膜３は、例えば導電性や耐食性等の膜特性を安定且つ均一なものとすることができる点で極めて有利である。また、このようにして行う導電性基材１の製造は、従来のようなＢＨ３等の毒性の高い反応性ガスを用いる必要がなく、除害装置も必要にならないという利点がある。
【００６２】
（基材）
次に、基材について説明する。基材２は特に限定されず、金属材料基材、無機材料基材、有機材料基材のいずれであってもよい。本発明を構成するダイヤモンドライクカーボン膜３に所望の特性（例えば、導電性、耐食性等）を与える場合には、ダイヤモンドライクカーボン膜３を設けることによりその特性を付与できる基材２であることが特に望ましい。
【００６３】
例えば金属材料基材は耐食性が乏しいものが多いので、金属材料基材に耐食性のあるダイヤモンドライクカーボン膜３を設けることにより、導電性をある程度維持したまま耐食性を付与することができる。そうした金属材料基材としては、耐酸性の乏しい鉄、銅、クロム、ニッケル、アルミニウム、錫、亜鉛、チタン等を挙げることができる。
【００６４】
また、無機材料基材と有機材料基材は導電性に乏しいものが多いので、無機材料基材又は有機材料基材に導電性のあるダイヤモンドライクカーボン膜３を設けることにより、耐食性をある程度維持したまま導電性を付与することができる。そうした無機材料基材としては、導電性に乏しいガラス基材、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の酸化物基材、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化チタン等の窒化物基材、炭化珪素、炭化タングステン等の炭化物基材、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム等の酸化窒化基材、その他複合酸化物等を挙げることができる。有機材料基材としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーポネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ナイロン、芳香族ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、シクロポリオレフィン（ＣＰＯ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキサイド等を挙げることができる。
【００６５】
また、上記したように、イオンプレーティング装置等を用いてダイヤモンドライクカーボン膜３を成膜する場合には、比較的耐熱性のある基材を用いることが好ましく、金属材料基材と無機材料基材は特に問題はないが、有機材料基材においては、ある程度の耐熱性があるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーポネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、シクロポリオレフィン（ＣＰＯ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）等を好ましく用いることが好ましい。
【００６６】
基材２の形態は、具体的な用途や目的等に応じて、板状、シート状、フィルム状の平面的基材であってもよいし、部品又は部材等の任意の立体的基材であってもよい。また、ウエハ、プリント基板、様々なカード等であってもよい。シート状又はフィルム状の有機材料基材においては、必要に応じ、長手方向乃至幅方向に延伸処理されたフィルムであってもよい。基材２の寸法や厚さも特に限定されない。
【００６７】
基材２の表面には、コロナ処理、火炎処理、プラズマ処理、グロー放電処理、粗面化処理、加熱処理、薬品処理、ＵＶ照射処理、大気圧プラズマ処理、易接着化処理等の表面処理を行ってもよい。こうした表面処理の具体的な方法としては、公知の方法を適宜用いることができる。
【００６８】
このように、特定の特性（例えば、導電性、耐食性等）を持つダイヤモンドライクカーボン膜３を基材２上に設けることにより、各基材が不足する性質を補うことができる。特に有機材料基材のように、導電性を持たない基材上に導電性のあるダイヤモンドライクカーボン膜３を設ければ、耐食性に優れた導電性基材１とすることができる。
【００６９】
なお、本発明の趣旨を損なわない範囲内で、基材２のうちダイヤモンドライクカーボン膜３が形成される側の表面の平坦度を高めるため、当該表面上に平坦化層（図示しない）を適宜設けてもよい。平坦化層の材料としては、例えば、ゾル−ゲル材料、硬化性樹脂（紫外線硬化性樹脂、熱硬化型樹脂）、及びフォトレジスト材料等を挙げることができる。例えば、アクリレート系樹脂、エポキシ基をもつ反応性のプレポリマー、オリゴマー、及び／又は単量体を適宜混合したものである電離放射線硬化型樹脂を挙げることができ、また、電離放射線硬化型樹脂に、必要に応じてウレタン系、ポリエステル系、アクリル系、プチラール系、ビニル系等の熱可塑性樹脂を混合して液状とした樹脂を用いることもできる。このような液状樹脂は、分子中に重合性不飽和結合を有しており、紫外線（ＵＶ）や電子線（ＥＢ）を照射することにより架橋重合反応を起こして３次元の高分子構造に変化するという特性を示す。
【００７０】
（ダイヤモンドライクカーボン膜）
本発明に係る製造方法によって、前記した基材２上に金属元素を含有したアモルファス状のダイヤモンドライクカーボン膜３を形成することができる。そのダイヤモンドライクカーボン膜３の性質は、そこに含有させる金属元素の種類によって任意に変化させることができる。含有させる金属元素は１種でも２種以上であってもよい。２種以上含有させる場合は、蒸着原料２０に２種以上の金属元素を含有させる。また、２種以上の金属元素を用いた場合の、ダイヤモンドライクカーボン膜３中の組成制御は、チャンバ内に導入する炭化水素ガス流量、プラズマ放電電力、成膜圧力、蒸着原料中の含有比、等により制御可能である。
【００７１】
ダイヤモンドライクカーボン膜３の厚さは特に限定されないが、例えばシート状基材又はフィルム状基材上に設ける場合には、２０〜１５０ｎｍ程度とすることが好ましい。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜３がアモルファスであることは、Ｘ線回折測定によって評価できる。
【実施例】
【００７２】
本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
【００７３】
［実施例１］
図１に示す形態のバッチ式イオンプレーティング装置１０を使用した。厚さ１００μｍＰＥＮフィルム（帝人デュポンフィルム株式会社製、品番：Ｑ６５Ｆ）を基材２として真空チャンバ１２内に設置し、Ｎｉ粉末（粒径４５μｍ）を蒸着材料２０として真空チャンバ内の収容装置１９に入れた。真空チャンバ１２を減圧して真空度を１×１０-４Ｐａまで到達させた後、真空チャンバ内に、昇華ガス２５としてアルゴンガスを流量２０ｓｃｃｍで導入した。その後、収束型プラズマ発生装置１１に放電電力を投入し、１１０Ａの放電電流を発生させ、昇華ガス２５をプラズマ化した。なお、ｓｃｃｍとは、ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅの略である。
【００７４】
収束コイル１８に所定の磁場を発生させて、プラズマ化した昇華ガス２５からなるプラズマ化昇華ガス流２２を所定方向に曲げ、これによってプラズマ化昇華ガス流２２を真空チャンバ１２内の蒸着材料２０に向けて照射した。プラズマ化昇華ガス流２２によって、蒸着材料２０を昇華させるとともにイオン化した。同時に、流量２０ｓｃｃｍのエチレンガス（フジオックス株式会社製、９９．９％）を炭化水素ガス３６として、炭化水素ガス導入管３８からプラズマ化昇華ガス流２２の流路２２Ａに向けて導入し、炭化水素ガス３６をイオン化した。成膜圧力は０．０８Ｐａで、プラズマ照射時間は５分間とした。こうしてイオン化した蒸着原料と炭化水素ガスとを基材２上に堆積し、ダイヤモンドライクカーボン膜３を形成し、実施例１に係る導電性基材１を作製した。このダイヤモンドライクカーボン膜３をＸ線回折測定したところ、アモルファス特有のハローが見られた。
【００７５】
ダイヤモンドライクカーボン膜３の膜厚はｓｌｏａｎ社製ＤｅｋｔａｋIIＡで測定した。表面抵抗（Ω／□）は、ダイアインスツルメンツ製のロレスタＡＰ  ＭＣＰ−Ｔ６１０型の装置を用い、４端子法で測定した。また、ダイヤモンドライクカーボン膜中の合計金属成分割合及び組成比等を、Ｒｉｇａｋｕ製の蛍光Ｘ線分析装置（型名：ＲＩＸ３１００）で、同一サンプル上の複数点を測定した。その結果、膜厚１３０ｎｍで表面抵抗７．５Ω／□のダイヤモンドライクカーボン膜３が得られた。また、成分組成は、炭素成分が５０モル％で金属成分（ニッケル）が５０モル％であった。
【００７６】
［実施例２］
実施例１において、Ｔｉ粉末（粒径４５μｍ）を蒸着材料２０とした他は、実施例１と同様にしてダイヤモンドライクカーボン膜３を形成し、実施例２に係る導電性基材１を作製した。このとき、エチレンガスを３０sccmでチャンバ内に導入した。得られたダイヤモンドライクカーボン膜３は、膜厚９０ｎｍで表面抵抗４×１０２Ω／□であった。また、成分組成は、炭素成分が９０モル％で金属成分（Ｔｉ）が１０モル％であった。
【００７７】
［実施例３］
実施例１において、Ｃｕ粉末（粒径３ｍｍ）を蒸着材料２０とした他は、実施例１と同様にしてダイヤモンドライクカーボン膜３を形成し、実施例３に係る導電性基材１を作製した。このとき、エチレンガスを２０ｓｃｃｍでチャンバ内に導入した。得られたダイヤモンドライクカーボン膜３は、膜厚１５０ｎｍで表面抵抗１４Ω／□であった。また、成分組成は、炭素成分が３０モル％で金属成分（Ｃｕ）が７０モル％であった。
【００７８】
［実施例４］
実施例１において、Ｎｉが８０モル％でＣｒが２０モル％のＮｉＣｒ合金粉末（粒径４５μｍ）を蒸着材料２０とした他は、実施例１と同様にしてダイヤモンドライクカーボン膜３を形成し、実施例３に係る導電性基材１を作製した。このとき、エチレンガスを８０ｓｃｃｍでチャンバ内に導入した。得られたダイヤモンドライクカーボン膜３は、膜厚１１０ｎｍで表面抵抗７×１０２Ω／□であった。また、成分組成は、炭素成分が７０モル％で金属成分（ＮｉＣｒ）が３０モル％であった。また、Ｎｉ：Ｃｒのモル比は７４：２６であった。
【符号の説明】
【００７９】
１  導電性基材
２  基材
３  ダイヤモンドライクカーボン膜
１０  イオンプレーティング装置
１１  プラズマガン
１２  真空チャンバ
１２Ａ  短管部
１４  放電電源
１５  陰極
１６  第１中間電極
１７  第２中間電極
１８  収束コイル
１９  収容装置（るつぼ）
２０  蒸着材料
２１  るつぼ用磁石
２２  プラズマ化昇華ガス流
２２Ａ  プラズマ化昇華ガス流路
２３  電子帰還電極水冷用ジャケット
２４  昇華ガス導入装置
２５  昇華ガス
２５ａ  昇華ガス導入管
２５ｂ  昇華ガス導入バルブ
２８  圧力調整ガス
２８ａ  圧力調整ガス導入管
２８ｂ  圧力調整ガス導入バルブ
３１  絶縁管
３２  電子帰還電極
３３  反射電子流
３５  磁場印加装置
３６  炭化水素ガス
３７  炭化水素ガス導入バルブ
３８  炭化水素ガス導入管
３８Ａ  導入端
３９  炭化水素ガス導入装置
４０  防着板
４１  成膜速度計
４２  真空計
４３  酸素供給管
４４  測定値収集ユニット
４５  放電電流計
４６  放電電圧計
４７  電子帰還電極電流計
４８  接地電流計
４９  排気管
５０  排気ポンプ
５１  演算部
５５  アース
６０  制御装置
６１  検出装置
【図１】
2011111648.tif 000003
【図２】
2011111648.tif 000004