(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に向かって真空容器に固定されたアーク式蒸発源に、ガラス状炭素からなるとともに、柱状形状を有し、かつ、断面積が０．７８５ｍｍ２よりも大きい柱状部分を含む陰極部材を取り付ける第１の工程と、 
前記アーク式蒸発源に負の電圧を印加する第２の工程と、 
プラズマが前記陰極部材の前記柱状部分から放出されるように放電を開始させ、前記基板上にカーボン膜を形成する第３の工程とを備える、カーボン薄膜の製造方法において、
周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも１つの元素およびこれらの窒化物のいずれかからなる中間層を前記カーボン膜と基板の間に形成する第４の工程を更に備え、
前記カーボン膜は、触針先端半径が１．２５μｍである触針式の表面形状測定器によって測定された１０〜２０ｎｍの凹凸の数が単位走査距離および単位膜厚あたり０．００７［個／ｍｍ／ｎｍ］未満であり、
前記中間層は、金属製の陰極部材から前記基板までの間に配置された円弧状に湾曲した筒状部材からなる真空容器の内部に前記金属製の陰極部材から放出されるイオンを前記真空容器に沿って円弧状に曲げ、前記イオンを前記基板に到達させるアーク放電法またはスパッタリング法によって形成され、
前記陰極部材は、前記柱状部分の長さが２０ｍｍ以上であり、次の式（１）で表される熱衝撃抵抗Ｒが１２．２以上である、カーボン薄膜の製造方法。
Ｒ＝σ×λ／α／Ｅ  ・・・（１）
ここで、前記式（１）において、σは曲げ強度［ＭＰａ］、λは熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、αは熱膨張率［／１０６Ｋ］、Ｅはヤング率［ＧＰａ］である。
【請求項２】
前記中間層は、金属製の陰極部材を用いてスパッタリング法によって形成される、請求項１に記載のカーボン薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カーボン薄膜、それを製造するプラズマ装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アーク放電を用いて薄膜を形成する薄膜形成装置に用いられるアーク式蒸発源において、粗大粒子が基板に付着するのを抑制したフィルタードバキュームアーク式（ＦＶＡ式）のアーク式蒸発源が知られている（特許文献１）。【０００３】
このアーク式蒸発源は、真空容器と、プラズマダクトと、多孔部材と、磁気コイルと、蒸発源とを備える。プラズマダクトは、その一方端が真空容器に取り付けられる。蒸発源は、プラズマダクトの他方端に取り付けられる。【０００４】
磁気コイルは、プラズマダクトの周囲に巻かれている。そして、磁気コイルは、蒸発源の近傍で発生したプラズマを真空容器内に配置された基板の近傍に導く。【０００５】
多孔部材は、プラズマダクトの内壁に取り付けられており、蒸発源に取り付けられた陰極物質から飛び出した粗大粒子を捕獲する。【０００６】
このように、従来の真空アーク蒸着装置は、蒸発源をプラズマダクトによって真空容器に連結し、陰極物質から飛び出した粗大粒子をプラズマダクトの内壁に設けられた多孔部材によって捕獲して粗大粒子が基板に飛来するのを抑制する。【０００７】
このような、フィルタードアーク式蒸発源を用いて成膜したダイヤモンドライクカーボン膜が提案されている（特許文献２）。このような方式での成膜では、ダクトを用いてドロップレットを捕集し、粗大粒子の飛来を抑制している。しかし、液体状のドロップレットがダクト表面に衝突すると、２０ｎｍ以下の大きさの細かい粒子となって飛び散り、ダクト自体がドロップレットのガイドとなって、成膜チャンバまで輸送されてしまい、２０ｎｍ未満の大きさの粒子が多数、成膜されてしまうことになる。【０００８】
このため、特許文献２の方法では、高さまたは深さが２０ｎｍ以上の凹凸の数が単位膜厚あたり０．０１個以下であるダイヤモンドライクカーボン膜が開示されているが、１０〜２０ｎｍと非常に小さい凹凸については、十分に改善されたものではなかった。【０００９】
また、この１０〜２０ｎｍと非常に小さい凹凸の存在は、これまで２０ｎｍ以上の大きさの凹凸による悪影響が大きかったため、あまり注目されていなかったが、光学レンズの成型用金型などの精密金型の用途では、１０〜２０ｎｍの凸凹の個数を低減する効果は非常に大きく、ＦＶＡ方式に代わる成膜手法が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１０５６２８号公報
【特許文献２】特開２０１４−０６２３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の真空アーク蒸着装置では、陰極物質としてグラファイト（カーボン）が用いられており、グラファイトは、カーボン粒子を焼結して作製されるので、粒界が存在する。その結果、グラファイトを陰極物質として用いた場合、陰極物質が粒界に沿って割れ、粗大粒子（パーティクル）が発生するという問題がある。また、このような粗大粒子をプラズマダクトを用いて捕集し、粗大粒子の飛来を抑制する技術が提案されているが粗大粒子がダクトに衝突して生成した２０ｎｍ以下の微細な粒子の生成は十分に抑制することはできなかった。【００１２】
そこで、この発明の実施の形態によれば、陰極物質が割れるのを抑制可能なプラズマ装置を提供する。【００１３】
また、この発明の実施の形態によれば、陰極物質が割れるのを抑制してカーボン薄膜を製造可能なカーボン薄膜の製造方法を提供する。【００１４】
更に、この発明の実施の形態によれば、陰極物質が割れるのを抑制して製造されたカーボン薄膜を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明の実施の形態によれば、カーボン薄膜は、２０ｎｍの凹凸の数が単位走査距離および単位膜厚あたり０．００７［個／ｍｍ／ｎｍ］未満であるカーボン膜を備える。【００１６】
従って、１０〜２０ｎｍの凹凸を低減できる。【００１７】
好ましくは、前記カーボン膜は、次の式（１）で表される熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きいガラス状炭素を陰極部材に用いて形成された場合である。
【数１】
0006578489.tif 000002
ここで、前記式（１）において、σは曲げ強度［ＭＰａ］、λは熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、αは熱膨張率［／１０６Ｋ］、Ｅはヤング率［ＧＰａ］である。熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きいと、ガラス状炭素の耐熱衝撃性は、アーク放電によって陰極部材表面に生じる熱応力に対して大きくなり、陰極部材が割れるのを防止できる。従って、陰極部材が割れるときに生じやすい１０〜２０ｎｍの凹凸を更に低減できる。【００１８】
この発明の実施の形態によれば、プラズマ装置は、真空容器と、アーク式蒸発源と、陰極部材と、保持部材と、放電開始手段と、電源とを備える。アーク式蒸発源は、真空容器に固定される。陰極部材は、アーク式蒸発源に取り付けられる。保持部材は、陰極部材に向かって配置された基板を保持する。放電開始手段は、放電を開始させる。電源は、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する。陰極部材は、ガラス状炭素からなるとともに、柱状形状を有し、かつ、断面積が０．７８５ｍｍ２よりも大きい柱状部分を含む。そして、放電開始手段は、プラズマが陰極部材の柱状部分から放出されるように放電を開始させる。【００１９】
この発明の実施の形態によるプラズマ装置においては、陰極部材は、断面積が０．７８５ｍｍ２よりも大きい柱状部分を含む。その結果、アーク放電が開始され、陰極部材の温度が急激に上昇しても、陰極部材は、熱応力に耐える強度を有する。従って、陰極部材が割れるのを防止できる。【００２０】
好ましくは、陰極部材の上記式（１）で表される熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きい場合である。【００２１】
更に、この発明の実施の形態によれば、カーボン薄膜の製造方法は、基板に向かって真空容器に固定されたアーク式蒸発源に、ガラス状炭素からなるとともに、柱状形状を有し、かつ、断面積が０．７８５ｍｍ２よりも大きい柱状部分を含む陰極部材を取り付ける第１の工程と、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する第２の工程と、プラズマが陰極部材の柱状部分から放出されるように放電を開始させ、基板上にカーボン膜を形成する第３の工程とを備える。【００２２】
この発明の実施の形態によるカーボン薄膜の製造方法を用いることにより、アーク放電が開始され、陰極部材の温度が急激に上昇しても、陰極部材は、熱応力に耐える強度を有する。従って、陰極部材が割れるのを防止できる。【００２３】
好ましくは、陰極部材の上記式（１）で表される熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きい場合である。
【発明の効果】
【００２４】
陰極部材が割れるのを防止できる。【００２５】
１０〜２０ｎｍの微細な凹凸の発生が少ない上、成膜速度が大きくコンパクトな成膜装置とその被覆物品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す陰極部材の斜視図である。
【図３】図２に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩ間における陰極部材の断面図である。
【図４】図１に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。
【図５】直径２ｍｍφのガラス状炭素（突起部）を用いた時の放電後の突起部を示す図である。
【図６】直径５．２ｍｍφのガラス状炭素（突起部）を用いた時の放電後の突起部を示す図である。
【図７】真空アーク放電試験後における比較例１の陰極部材を示す図である。
【図８】真空アーク放電試験後における実施例１の陰極部材を示す図である。
【図９】実施の形態２によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【図１０】図９に示すプラズマ装置によって製造されるカーボン薄膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）の断面図である。
【図１１】図９に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）の製造方法を示す工程図である。
【図１２】従来のアーク法を用いたプラズマ装置の概略図である。
【図１３】凹凸の欠陥数と凹凸の欠陥のサイズとの関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。【００２８】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１によるプラズマ装置は、真空容器１と、保持部材２と、アーク式蒸発源３と、陰極部材４と、永久磁石５と、電源６，７と、トリガー電極８と、抵抗９と、シャッター１２とを備える。【００２９】
なお、プラズマ装置１０においては、図１に示すようにｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が定義されている。【００３０】
真空容器１は、排気口１１を有し、排気口１１から排気装置（図示せず）によって真空に引かれる。そして、真空容器１は、接地ノードＧＮＤに接続される。【００３１】
保持部材２は、真空容器１内に配置される。保持部材２は、円柱部２Ａを有する。円柱部２Ａは、ｙ−ｚ平面内において回転装置（図示せず）によって回転される。そうすると、基板２０は、保持部材２の円柱部２Ａの回転に伴ってｙ−ｚ平面内において回転可能である。【００３２】
アーク式蒸発源３は、真空容器１の側壁に固定される。【００３３】
陰極部材４は、アーク式蒸発源３の基板２０側の表面に取り付けられる。そして、陰極部材４は、ガラス状炭素からなる。ガラス状炭素は、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を焼成、炭素化することにより製造される。このガラス状炭素は、構造的にガラス状であり、粒界が存在しない。粒界が存在しないという理由から、陰極部材４は、導電性のダイヤモンドからなっていてもよい。また、陰極部材４は、基板２０側へ突出した突起部を有する。【００３４】
なお、ガラス状炭素の具体例として、日清紡ケミカル製のガラス状カーボン、または東海カーボン製のグラッシーカーボンを挙げることができる。そして、この発明の実施の形態においては、グラッシーカーボン（glassy carbon）、アモルファスカーボン、非晶質カーボン、非定形炭素、無定形炭素、非黒鉛化炭素およびvitreous carbonは、ガラス状炭素に含まれるものとする。【００３５】
永久磁石５は、リング形状からなり、真空容器１の外部においてアーク式蒸発源３に近接して配置される。より具体的には、永久磁石５は、中心軸がアーク式蒸発源３の中心軸に一致するように配置される。そして、永久磁石５において、アーク式蒸発源３側がＮ極であり、アーク式蒸発源３と反対側がＳ極である。このように、永久磁石５は、陰極部材４に対して基板２０と反対側に配置される。そして、永久磁石５は、陰極部材４に対して軸方向（陰極部材４から基板２０へ向かう方向）の磁場を印加するものである。なお、永久磁石５の着磁方向は、軸方向（陰極部材４から基板２０へ向かう方向）であればよく、永久磁石５のアーク式蒸発源３側がＳ極であってもよい。【００３６】
電源６は、保持部材２と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。電源７は、アーク式蒸発源３と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。【００３７】
トリガー電極８は、一部が真空容器１の側壁を介して真空容器１内に配置され、残部が真空容器１外に配置される。そして、トリガー電極８は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）からなり、抵抗９を介して接地ノードＧＮＤに接続される。抵抗９は、トリガー電極８と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。【００３８】
保持部材２は、基板２０を保持する。この場合、保持部材２は、ｙ−ｚ平面内において任意の角度だけ回転して停止し、基板２０を保持する。アーク式蒸発源３は、陰極部材４と真空容器１との間のアーク放電によって陰極部材４を局部的に加熱させて陰極物質を蒸発させる。【００３９】
電源６は、負の電圧を保持部材２を介して基板２０に印加する。電源７は、負の電圧をアーク式蒸発源３に印加する。【００４０】
トリガー電極８は、往復駆動装置（図示せず）によって陰極部材４に接触または離反する。抵抗９は、アーク電流がトリガー電極８に流れるのを抑制する。シャッター１２は、陰極部材４と基板２０との間に陰極部材４に対向して配置される。【００４１】
なお、基板２０は、例えば、Ｆｅ系の金属、Ｓｉ、タングステンカーバイトおよびＳｉＣのいずれかからなる。【００４２】
図２は、図１に示す陰極部材４の斜視図である。また、図３は、図２に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩ間における陰極部材４の断面図である。【００４３】
図２および図３を参照して、陰極部材４は、本体部４１と、突起部４２とを含む。本体部４１は、円盤形状を有する。突起部４２は、円柱形状を有する。そして、突起部４２は、突起部４２の中心軸Ｘ２が本体部４１の中心軸Ｘ１に一致するように本体部４１上に配置される。なお、本体部４１および突起部４２は、一体的に作製される。【００４４】
本体部４１は、例えば、６４ｍｍφの直径Ｒ１を有し、１２ｍｍの高さＨ１を有する。突起部４２は、２ｍｍφ以上の直径Ｒ２を有し、数ｍｍ以上、例えば、６ｍｍ〜８０ｍｍの高さＨ２を有する。【００４５】
陰極部材４は、次の方法によって作製される。フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を焼成、炭素化し円柱形状のガラス状炭素を作製する。その後、その作製したガラス状炭素を突起部４２を有するように旋盤加工して陰極部材４を作製しても良いし、熱硬化性樹脂を成形型に流し込んで成形した後、焼成、炭素化しても良い。なお、突起部４２を形成する方法は、旋盤加工や成形型による成形に限らず、エッチング（ウェットエッチングおよびドライエッチングの両方を含む）であってもよく、突起部４２を形成可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。また、突起部４２と本体部４１がそれぞれ個別に作製されたものであってもよく、突起部４２がガラス状炭素であり、本体部４１が、例えば、焼結体グラファイトやガラス状炭素等であってもよい。【００４６】
中心軸Ｘ２に垂直な方向における突起部４２の断面積は、突起部４２の直径Ｒ２が６ｍｍφである場合、π×３ｍｍ×３ｍｍ＝２８．３ｍｍ２であり、中心軸Ｘ１に垂直な方向における本体部４１の断面積は、π×３２ｍｍ×３２ｍｍ＝３２１５．４ｍｍ２である。その結果、本体部４１の断面積に対する突起部４２の断面積の比は、約１／１１３になる。【００４７】
その結果、突起部４２における伝熱成分が減少することによって突起部４２から熱が逃げ難くなり、突起部４２全体が均熱化され易くなるため、熱歪が少なくなる。【００４８】
また、ガラス状炭素は、粒界を有しないため、陰極部材４として用いられた場合、アーク放電中に原子状のカーボンが陰極部材４から放出される。【００４９】
従って、陰極部材４が割れるのを抑制できる。【００５０】
上述したように、陰極部材４から原子状のカーボンが放出されるので、パーティクルが発生しない。その結果、陰極部材４を用いると、スパークレス放電を発生させることができる。このスパークレス放電は、パーティクルが発生しない放電である。なお、この明細書においては、パーティクルとは、サイズが５ｎｍ〜数μｍであるカーボンの粒を言う。【００５１】
一方、炭素の粒を焼結した焼結体は、陰極部材４としては適さない。その理由は、次のとおりである。炭素の焼結体は、炭素の粒を押し固めて焼いたものであるため、粒界が存在する。その結果、炭素の焼結体を陰極部材４として用いた場合、アーク放電中に粒界から陰極部材４が割れ、パーティクルが陰極部材４から放出されるからである。【００５２】
図４は、図１に示すプラズマ装置１０を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。図４を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、突起部４２を有するガラス状炭素を陰極部材４としてアーク式蒸発源３に取り付ける（工程Ｓ１）。【００５３】
そして、排気口１１を介して真空容器１内を排気し、真空容器１内の圧力を９．９×１０−３Ｐａに設定する。【００５４】
そうすると、電源６によって基板２０に−１０Ｖ〜−３００Ｖの負の電圧を印加し（工程Ｓ２）、永久磁石５によって磁界を陰極部材４に印加する（工程Ｓ３）。この場合、磁界は、陰極部材４の突起部４２の中心軸Ｘ２方向の成分と、突起部４２の径方向の成分とを有する。【００５５】
工程Ｓ３の後、電源７によってアーク式蒸発源３に−１５Ｖ〜−５０Ｖの負の電圧を印加する（工程Ｓ４）。【００５６】
そして、往復駆動装置（図示せず）によって、トリガー電極８を陰極部材４の突起部４２に接触させ（工程Ｓ５）、その後、トリガー電極８を陰極部材４から離反させる。これによって、アーク放電が開始し、アークスポットが陰極部材４の表面に現れる。このアークスポットは、アーク放電における陰極点であり、強く発光している。【００５７】
その後、シャッター１２を開ける（工程Ｓ６）。これによって、カーボン薄膜（ＤＬＣ:Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）が基板２０上に形成される。そして、プラズマ装置１０の操作者によって、放電が停止したか否かが判定される（工程Ｓ７）。アークスポットは、強く発光しているので、プラズマ装置１０の操作者は、アークスポットが光っていれば、放電が停止していないと判定し、アークスポットが光っていなければ、放電が停止したと判定する。【００５８】
工程Ｓ７において、放電が停止したと判定されたとき、シャッター１２を閉じ（工程Ｓ８）、その後、上述した工程Ｓ５〜Ｓ８が繰り返し実行される。【００５９】
一方、工程Ｓ７において、放電が停止していないと判定されたとき、所望の時間が経過すると、シャッター１２を閉じる（工程Ｓ９）。これによって、カーボン薄膜の製造が終了する。【００６０】
そして、上述した工程Ｓ１〜工程Ｓ９に従って製造されたカーボン薄膜には、アモルファスカーボン薄膜、ダイヤモンドライクカーボン薄膜、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜、非晶質硬質炭素薄膜および硬質炭素薄膜が含まれるものとする。【００６１】
なお、実施の形態１においては、電源６は、０Ｖの電圧を基板２０に印加してもよい。また、シャッター１２を開けたままでカーボン薄膜を製造してもよい。更に、磁界は、印加されなくてもよい。従って、実施の形態１によるカーボン薄膜の製造方法は、図４に示す工程Ｓ１，Ｓ４，Ｓ５を少なくとも備えていればよい。【００６２】
このように、カーボン薄膜は、直径２ｍｍφ以上の突起部４２を有し、かつ、ガラス状炭素からなる陰極部材４を用いてアーク放電によって基板２０上に形成される。【００６３】
その結果、突起部４２における熱歪が少なくなり、陰極部材４（ガラス状炭素）は、粒界を有しないため、陰極部材４が粒界に沿って割れることを抑制できる。【００６４】
陰極部材４の突起部４２の直径（＝断面積）を変化させた実験について説明する。プラズマ装置１０を用いた実験の詳細な実験条件を表１に示す。【００６５】
【表１】
0006578489.tif 000003
【００６６】
なお、表１における軸方向磁場Ｂｚおよび半径方向磁場Ｂｒは、Ｌａｋｅ  Ｓｈｏｒｅ社製４１０−ＳＣＴ型のガウスメータを用いて陰極部材４の突起部４２の先端部において測定された値である。【００６７】
そして、実験においては、陰極部材４の突起部４２の高さを全て１０ｍｍとし、突起部４２の直径を１ｍｍφ，２ｍｍφ，３ｍｍφ，５．２ｍｍφ，６ｍｍφと変化させたときの放電状況、放電継続時間および放電痕跡状態について調べた。【００６８】
アーク電流が４０［Ａ］であるときの実験結果を表２に示す。【００６９】
【表２】
0006578489.tif 000004
【００７０】
図５は、直径２ｍｍφのガラス状炭素（突起部４２）を用いた時の放電後の突起部４２を示す図である。図６は、直径５．２ｍｍφのガラス状炭素（突起部４２）を用いた時の放電後の突起部４２を示す図である。【００７１】
アーク電流が４０［Ａ］である場合、突起部４２の直径が１ｍｍφ（即ち、断面積＝０．７８５ｍｍ２）である場合のみ、点弧後、全体が破砕し、１ｓｅｃ程度で放電が停止した。そして、突起部４２の直径が２ｍｍφ，３ｍｍφ，５．２ｍｍφ，６ｍｍφである場合、即ち、突起部４２の断面積が３．１４０ｍｍ２，７．０６５ｍｍ２，２１．２２６ｍｍ２，２８．２６０ｍｍ２である場合については、安定したスパークレス放電が４０［ｓｅｃ］にわたって継続したことを確認した後に強制消弧した。強制消弧した後、真空容器１を大気開放し、陰極部材４のガラス状炭素を確認した結果、突起部４２の直径が２ｍｍφ，３ｍｍφ，５．２ｍｍφ，６ｍｍφである場合、即ち、突起部４２の断面積が３．１４０ｍｍ２，７．０６５ｍｍ２，２１．２２６ｍｍ２，２８．２６０ｍｍ２である場合については、陰極部材４の突起部４２の側面にスパイラル状の放電痕跡が確認された（図５，６参照）。【００７２】
このように、突起部４２を備えた陰極部材４を用いてアーク放電を発生させた場合、アークスポットが永久磁石５からの磁場によって突起部４２の表面をスパイラル状に移動する。その結果、アークスポットが本体部４１へ移動することも無い。従って、放電後にスパイラル状の放電痕が突起部４２に形成されているのが、アークスポットの本体部４１への移動が発生しない根拠である。【００７３】
突起部４２の直径が１ｍｍφである場合のみ、全体が破砕したことについては、突起部４２が熱応力に耐えることが出来なかったためと考えられる。【００７４】
熱応力を発生させる熱量は、アークスポットからの伝熱成分（アーク電流が同一であれば同一な熱量となる。）、およびアーク電流が突起部４２を流れるときのジュール発熱成分である。ジュール発熱成分は、アーク電流が一定であれば、突起部４２の断面積が小さいほど大きくなる。従って、断面積が小さいほど、突起部４２の熱量は、大きくなる。【００７５】
その結果、断面積が０．７８５ｍｍ２である場合のみ、突起部４２に発生する熱量による熱応力に耐えることが出来なかったものと考えられる。【００７６】
アーク電流が８０［Ａ］であるときの実験結果を表３に示す。【００７７】
【表３】
0006578489.tif 000005
【００７８】
アーク電流が８０［Ａ］である場合、突起部４２の直径が１ｍｍφ，２ｍｍφである場合、即ち、突起部４２の断面積が０．７８５ｍｍ２，３．１４０ｍｍ２である場合、点弧後、全体が破砕し、１ｓｅｃ程度で放電が停止した。そして、突起部４２の直径が３ｍｍφ，５．２ｍｍφ，６ｍｍφである場合、即ち、突起部４２の断面積が７．０６５ｍｍ２，２１．２２６ｍｍ２，２８．２６０ｍｍ２である場合については、安定したスパークレス放電が４０［ｓｅｃ］にわたって継続したことを確認した後に強制消弧した。強制消弧した後、真空容器１を大気開放し、陰極部材４のガラス状炭素を確認した結果、突起部４２の直径が３ｍｍφ，５．２ｍｍφ，６ｍｍφである場合については、陰極部材４の突起部４２の側面にスパイラル状の放電痕跡が確認された。【００７９】
突起部４２の直径が１ｍｍφ，２ｍｍφである場合、即ち、突起部４２の断面積が０．７８５ｍｍ２，３．１４０ｍｍ２である場合、全体が破砕したことについては、突起部４２が熱応力に耐えることが出来なかったためと考えられる。【００８０】
アーク電流が１００［Ａ］であるときの実験結果を表４に示す。【００８１】
【表４】
0006578489.tif 000006
【００８２】
アーク電流が１００［Ａ］である場合の実験結果は、アーク電流が８０［Ａ］である場合の実験結果と同じであった。【００８３】
上述した実験結果により、アーク電流が４０［Ａ］である場合において、陰極部材４の突起部４２の断面積が０．７８５ｍｍ２よりも大きいとき、良好な放電を実現することができ、アーク電流が８０Ａ，１００Ａである場合において、陰極部材４の突起部４２の断面積が３．１４０ｍｍ２よりも大きいとき、良好な放電を実現することができた。【００８４】
アーク電流が４０［Ａ］である場合にも、良好な放電を実現できることから、陰極部材４の突起部４２の断面積は、０．７８５ｍｍ２よりも大きければよいことが実証された。【００８５】
また、陰極部材４の突起部４２の断面積は、アーク電流が４０［Ａ］，８０［Ａ］，１００［Ａ］のいずれであっても良好な放電を実現できる観点からは、好ましくは、３．１４０ｍｍ２よりも大きい。【００８６】
また、この発明の実施の形態においては、放電の継続時間が４０［ｓｅｃ］であるものを良好な放電と判定しているが、これは、突起部４２の長さが２０［ｍｍ］であるときに放電によって突起部４２の一部が長さ方向において消耗するときの時間である。その結果、突起部４２の長さを２０［ｍｍ］よりも長くすれば、放電の継続時間は、４０［ｓｅｃ］よりも長くなり、良好な放電であるか否かを判定する時間も、４０［ｓｅｃ］よりも長くなる。【００８７】
このように、この発明の実施の形態においては、陰極部材４の突起部４２の一部が長さ方向にわたって放電によって消耗したときの突起部４２の断面積を好適な断面積として決定している。【００８８】
従って、放電の継続時間が４０［ｓｅｃ］である場合は、放電の継続時間が約１［ｓｅｃ］である場合に比べ、放電の意義が飛躍的に大きい。【００８９】
よって、３．１４０ｍｍ２以上の突起部４２の断面積は、放電の継続時間が約１［ｓｅｃ］であるときの突起部４２の断面積に比べ、臨界的意義を有する。【００９０】
なお、良好な放電を実現するための突起部４２の特徴として突起部４２の断面積を用いたのは、長さ方向に垂直な方向における突起部４２の断面形状は、円形に限らず、楕円形状、角部に丸み（Ｒ取り）を付けた多角形形状、パイプ等の中空形状であってもよいからである。【００９１】
また、陰極部材４の熱衝撃抵抗Ｒは、好ましくは７．９より大きく、より好ましくは１２．２以上である。熱衝撃抵抗Ｒは、次の式（１）で定義される。下記式（１）において、σは曲げ強度［ＭＰａ］、λは熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、αは熱膨張率［／１０６Ｋ］、Ｅはヤング率［ＧＰａ］である。
【数１】
0006578489.tif 000007
【００９２】
陰極部材４は、熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きいため、真空アーク放電の際に急激な温度上昇が生じ、大きな熱応力が発生した場合であっても粉砕しにくい。したがって、陰極部材４を用いることにより、安定したスパークレス放電の継続を期待することができる。【００９３】
以下、陰極部材４の熱衝撃抵抗を変化させた実験について説明する。【００９４】
プラズマ装置１００を使用し、表1に示す試験条件においてアーク電流が８０［Ａ］である場合、表５に示す試験条件で、４種類の陰極部材（比較例１、実施例１、実施例２、及び実施例３）それぞれについて真空アーク放電試験を行った。比較例１、実施例１、実施例２、及び実施例３の陰極部材は、ガラス状炭素からなり、略同一寸法の円柱状である。実施例１、実施例２、及び実施例３の各陰極部材は、実施の形態１において陰極部材４の突起部４２に相当する。【００９５】
各陰極部材の曲げ強度σ、熱伝導率λ、熱膨張率α、ヤング率Ｅ、及び熱衝撃抵抗Ｒを表５に示す。表５に示す各陰極部材の曲げ強度σ、熱伝導率λ、熱膨張率α、ヤング率Ｅは、いずれも２０〜３０℃程度における値である。表５に示す各熱衝撃抵抗Ｒは、曲げ強度σ、熱伝導率λ、熱膨張率α、ヤング率Ｅの値を用いて、上述の式（１）により算出したものである。【００９６】
【表５】
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【００９７】
この実施例での真空アーク放電試験の結果を表６に示す。比較例１、実施例１、実施例２、及び実施例３の陰極部材それぞれについて真空アーク放電試験を３回ずつ実施した所、３回とも同一の結果となった。【００９８】
【表６】
0006578489.tif 000009
【００９９】
比較例１の陰極部材は、放電点弧後、瞬時に粉砕して放電が停止した。真空アーク放電試験後における比較例１の陰極部材を図７に示す。比較例１の陰極部材は、熱衝撃抵抗Ｒが７．９と低く、放電点弧した際の急激な温度上昇に耐えることができなかったため、放電点弧後、瞬時に粉砕する結果となった。【０１００】
一方、熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きい実施例１、実施例１、及び実施例３の陰極部材では、安定したスパークレス放電が発生した。したがって、陰極部材の熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きい場合、スパークレス放電が安定して継続することがわかる。【０１０１】
実施例１、実施例２、及び実施例３については、安定したスパークレス放電が４０秒に亘って継続したことを確認した後、強制消弧した。強制消弧後、真空容器１を大気開放して各陰極部材の確認を行った。【０１０２】
実施例１、実施例２、及び実施例３の陰極部材は、いずれも側面にスパイラル状の放電痕跡が残っていた。この点から、真空アーク放電中、実施例１、実施例２、及び実施例３の陰極部材の側面をアークスポットがスパイラル状に移動したことがわかる。つまり、実施例１、実施例２、及び実施例３の陰極部材は、陰極部材以外の部分へのアークスポットの移動を抑制していると評価することができる。図８は、真空アーク放電試験後における実施例１の陰極部材の写真である。【０１０３】
［実施の形態２］
図９は、実施の形態２によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図９を参照して、実施の形態２によるプラズマ装置１００は、図１に示すプラズマ装置１０に、アーク式蒸発源１０３と、電源１０５，１０６と、抵抗１０７と、トリガー電極１０８と、真空容器１１０と、コイル１２０〜１２２とを追加したものであり、その他は、プラズマ装置１０と同じである。【０１０４】
なお、プラズマ装置１００においては、真空容器１は、ガス供給口１３を有する。【０１０５】
真空容器１１０は、円弧状に湾曲した筒状部材からなる。また、真空容器１１０は、開口部１１０Ａおよび壁１１０Ｂ，１１０Ｃ，１００Ｄを有する。そして、真空容器１１０は、開口部１１０Ａ側の一方端が真空容器１の側壁を貫通するように真空容器１の側壁に固定される。その結果、真空容器１１０の内部空間は、真空容器１の内部空間と連通する。【０１０６】
アーク式蒸発源１０３は、真空容器１１０の壁１１０Ｄに固定される。そして、アーク式蒸発源１０３は、電源１０５の負極に接続される。【０１０７】
陰極部材１０４は、アーク式蒸発源１０３の基板２０側の表面に固定される。そして、陰極部材１０４は、円盤形状を有し、周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも１つの元素およびこれらの窒化物のいずれかからなる。【０１０８】
電源１０５は、アーク式蒸発源１０３と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。電源１０６は、真空容器１１０と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。【０１０９】
トリガー電極１０８は、一方端側が真空容器１１０の壁１１０Ｄを介して真空容器１１０内に配置され、陰極部材１０４に対向する。そして、トリガー電極１０８の他方端は、抵抗１０７に接続される。また、トリガー電極１０８は、例えば、Ｍｏからなる。【０１１０】
抵抗１０７は、トリガー電極１０８と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。【０１１１】
コイル１２０は、陰極部材１０４の近傍において、真空容器１１０の周囲に配置される。そして、コイル１２０の両端は、電源（図示せず）に接続される。コイル１２０は、プラズマを引き出すために設けられる。【０１１２】
コイル１２１は、真空容器１１０の開口部１１０Ａと壁１１０Ｄとの略中央部において、真空容器１１０の周囲に配置される。そして、コイル１２１の両端は、電源（図示せず）に接続される。コイル１２１は、真空容器１１０の円弧状に沿ってプラズマを曲げるために設けられる。【０１１３】
コイル１２２は、真空容器１１０の開口部１１０Ａの近傍において、真空容器１１０の周囲に配置される。そして、コイル１２２の両端は、電源（図示せず）に接続される。コイル１２２は、プラズマを収束するために設けられる。【０１１４】
電源（図示せず）によってコイル１２０〜１２２に電流が流れると、コイル１２０〜１２２は、真空容器１１０の内部に磁界を発生する。この磁界は、陰極部材１０４の突起部１０４２から飛び出したイオンを真空容器１１０に沿って円弧状に曲げ、イオンを基板２０に到達させる。陰極部材１０４から飛び出したパーティクルおよび中性粒子は、真空容器１１０の壁１１０Ｂ，１１０Ｃに衝突し、基板２０に到達しない。【０１１５】
従って、プラズマ装置１００を用いれば、極めてパーティクルの少ない、即ち、表面粗さの極めて小さいカーボン薄膜を製造できる。【０１１６】
また、プラズマ装置１００を用いれば、不純物の少ない、高品質なカーボン薄膜を製造できる。【０１１７】
図１０は、図９に示すプラズマ装置１００によって製造されるカーボン薄膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）の断面図である。図１０を参照して、カーボン薄膜５０は、基板２０と、中間層３０，３５と、カーボン膜４０とを含む。【０１１８】
中間層３０は、基板２０の一主面上に形成される。中間層３０は、周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも１つの元素およびこれらの窒化物のいずれかからなる。４Ａ，５Ａ，６Ａ族元素としては、特にＣｒ，Ｔｉ，Ｗが好ましく、ＣｒＮやＴｉＮなどの窒化物を用いることもできる。【０１１９】
中間層３５は、ダイヤモンドライクカーボンからなり、中間層３０に接して形成される。【０１２０】
カーボン膜４０は、中間層３５に接して形成される。【０１２１】
図１１は、図９に示すプラズマ装置１００を用いたカーボン薄膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）の製造方法を示す工程図である。【０１２２】
図１１に示す工程図は、図４に示す工程図に工程Ｓ１１〜工程Ｓ１６を追加したものであり、その他は、図４に示す工程図と同じである。【０１２３】
図１１を参照して、カーボン薄膜５０の製造が開始されると、周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも１つの元素およびこれらの窒化物のいずれかからなる金属製の陰極部材１０４をアーク式蒸発源１０３に取り付ける（工程Ｓ１１）。【０１２４】
そして、基板２０に負の電圧を印加する（ステップＳ１２）。その後、プラズマを引き出すための磁場をコイル１２０によって印加し、プラズマを収束させるための磁場をコイル１２２によって印加し、更に、陰極部材１４から放出されるイオン（Ｃｒイオン等）のみを円弧状の真空容器１１０に沿って曲げるための磁場をコイル１２１によって印加する（工程Ｓ１３）。【０１２５】
そして、アーク式蒸発源１０３に負の電圧を印加する（工程Ｓ１４）。引き続いて、トリガー電極１０８を陰極部材１０４に接触させ（工程Ｓ１５）、その後、トリガー電極１０８を陰極部材１０４から引き離す。【０１２６】
これにより、アーク放電が発生し、所望の膜厚を有する中間層３０が基板２０上に形成される（工程Ｓ１６）。【０１２７】
その後、基板２０を１８０度回転して保持し、上述した工程Ｓ１〜工程Ｓ９を順次実行し、ダイヤモンドライクカーボンからなる中間層３５を中間層３０上に形成し、その後、カーボン膜４０を中間層３５上に形成する。これによって、一連の動作が終了する。【０１２８】
図１１に示す工程図は、実施の形態１において説明した工程Ｓ１〜Ｓ９を含むので、図１１に示す工程図に従ってカーボン薄膜を製造すれば、実施の形態１と同じように、陰極部材４が割れるのを防止して、安定したスパークレス放電によってカーボン薄膜を製造できる。【０１２９】
なお、カーボン薄膜５０の製造においては、図１１に示す工程Ｓ１１〜工程Ｓ１６に代えて、スパッタリング法によって中間層３０を基板２０上に形成してもよい。即ち、中間層３０は、陰極部材１０４から基板２０までの間に配置された円弧状に湾曲した筒状部材からなる真空容器１１０の内部に陰極部材１０４から放出されるイオン（Ｃｒイオン等）を前記真空容器１１０に沿って円弧状に曲げ、陰極部材１０４から放出されるイオン（Ｃｒイオン等）を基板２０に到達させるスパッタリング法によって形成されてもよい。【０１３０】
さらには、スパッタリング法で形成される中間層の表面形状は、アーク法と比較して平滑である。したがって、スパッタリング法で陰極部材１０４から基板２０までの間に配置された円弧状に湾曲した筒状部材を用いずに、陰極部材１０４から基板２０まで、陰極部材１０４から放出されるイオンを直線的に基板２０に到達させて、中間層３０を形成してもよい。【０１３１】
また、工程Ｓ１１の前に、陰極部材１０４から放出されるイオンによって基板２０をイオンボンバード処理してもよい。【０１３２】
（実施例）
以下、実施の形態２における実施例を説明する。【０１３３】
実施例においては、陰極部材４からアーク放電を発生させる方法をＳＬＡ法と言い、陰極部材１０４からアーク放電を発生させる方法をＦＶＡ法と言う。【０１３４】
そして、実施例においては、ＦＶＡ法を用いて基板２０をイオンボンバード処理し、その後、ＦＶＡ法を用いて中間層３０を基板２０上に堆積し、ＳＬＡ法を用いて３０ｎｍの中間層３５を中間層３０上に形成し、最後に、ＳＬＡ法を用いてカーボン膜（ダイヤモンドライクカーボン）４０を中間層３５上に形成して、カーボン薄膜５０を作製した。カーボン膜（ダイヤモンドライクカーボン）４０の膜厚は、０．２４μｍである。【０１３５】
なお、実施例においては、陰極部材４の突起部４２は、直径Ｒ２が３ｍｍφであり、高さＨ２が７０ｍｍである。【０１３６】
カーボン薄膜５０の具体的な製造方法は、次のとおりである。
１）保持部材２に基板２０を装着する。
２）真空容器１，１１０内を図示していないロータリーポンプ、ターボ分子ポンプおよびコールドトラップによって９．９×１０−３Ｐａまで真空排気する。
３）真空容器１，１１０内にＡｒガスをガス供給口１３から流し、図示していない圧力調整バルブにて真空容器１，１１０内の圧力を０．５Ｐａに調整する。
４）保持部材２を回転し、電源６により−８００Ｖのバイアス電圧を基板２０に印加する。
５）コイル１２０〜１２２の各々に４０Ａの直流を流す。
６）電源１０６により＋１５Ｖの電圧を真空容器１１０に印加する。
７）電源１０５により７０Ａのアーク電流を流し、トリガー電極１０８によって陰極部材１０４に放電点弧し、ＦＶＡ法によって基板２０のイオンボンバード処理を９０秒間実施する。
８) Ａｒガスを停止し、真空容器１，１１０内を９．９×１０−３Ｐａまで真空排気後、電源６によって、−１００Ｖのバイアス電圧を基板２０に印加する。
９）コイル１２０〜１２２の各々に４０Ａの直流を流す。
１０）保持部材２を回転し、電源１０６によって真空容器１１０に＋１５Ｖの電圧を印加する。
１１）電源１０５により７０Ａのアーク電流を流し、トリガー電極１０８によって陰極部材１０４に放電点弧し、ＦＶＡ法によって、１２分間、中間層を成膜する。この場合、中間層の膜厚は、３０ｎｍである。
１２）コイル１２０〜１２２に電流を流すのを停止し、電源１０５を停止する。
１３）電源１０６を停止する。
１４）トリガー電極８によって陰極材料４に放電点弧し、表７に示す成膜条件Ｉ，ＩＩの順でＳＬＡ法にて０．２７μｍのカーボン膜（ダイヤモンドライクカーボン）を成膜する。【０１３７】
【表７】
0006578489.tif 000010
【０１３８】
従来のＦＶＡ法で形成したカーボン薄膜の評価を表８に示す。【０１３９】
【表８】
0006578489.tif 000011
【０１４０】
表８において、比較例２〜４は、ダイヤモンドライクカーボンからなる中間層３５およびカーボン膜４０をＦＶＡ法で形成したものであり、比較例５は、中間層３５を形成せずにカーボン膜４０をＦＶＡ法で形成したものである。比較例２〜４においては、中間層３５の膜厚は、３０ｎｍであり、比較例２〜５において、全体の膜厚は、３００ｎｍである。【０１４１】
中間層３０を従来のアーク法で形成し、カーボン膜４０をＦＶＡ法で形成したカーボン薄膜の評価を表９に示す。図１２は、従来のアーク法を用いたプラズマ装置の概略図である。図１２に示すプラズマ装置１０００は、図９に示すプラズマ装置１００の陰極部材４を陰極部材１００１に代えたものであり、その他は、プラズマ装置１００と同じである。陰極部材１００１は、直径が６４ｍｍφであり、厚みが２５ｍｍであるＣｒからなる。そして、この発明の実施の形態においては、従来のアーク法とは、陰極部材１００１を用いてアーク放電させることを言う。【０１４２】
【表９】
0006578489.tif 000012
【０１４３】
表９において、比較例６〜８は、中間層３０を従来のアーク法で形成し、カーボン膜４０をＦＶＡ法で形成したものである。そして、比較例６〜８においては、中間層３０の材質は、それぞれ、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉである。また、比較例６〜８において、中間層３０の膜厚は、３０ｎｍであり、全体の膜厚は、３００ｎｍである。【０１４４】
ＳＬＡ法で形成したカーボン薄膜の評価を表１０に示す。【０１４５】
【表１０】
0006578489.tif 000013
【０１４６】
表１０において、実施例２〜４は、ダイヤモンドライクカーボンからなる中間層３５およびカーボン膜４０をＳＬＡ法で形成したものであり、実施例５は、中間層３５を形成せずにカーボン膜４０をＳＬＡ法で形成したものである。実施例２〜５においては、中間層３５の膜厚は、３０ｎｍであり、実施例２〜５において、全体の膜厚は、３００ｎｍである。【０１４７】
中間層３０をＦＶＡ法で形成し、カーボン膜４０をＳＬＡ法で形成したカーボン薄膜の評価を表１１に示す。【０１４８】
【表１１】
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【０１４９】
表１１において、実施例６〜１１は、中間層３０をＦＶＡ法で形成し、カーボン膜４０をＳＬＡ法で形成したものである。そして、実施例６〜１１においては、中間層３０の材質は、それぞれ、Ｃｒ，Ｃｒ，Ｃｒ，ＣｒＮ，Ｗ，Ｔｉである。また、実施例６〜１１において、中間層３０の膜厚は、３０ｎｍであり、全体の膜厚は、３００ｎｍである。【０１５０】
表８〜１１において、面粗度指標は、触針先端半径が１．２５μｍである触針式表面形状測定器を用いて測定された１０〜２０ｎｍの凹凸の個数を単位走査距離［ｍｍ］および単位膜厚保［ｎｍ］で除したものである。表面形状測定器は、Ｖｅｅｃｏ社の型式Ｄｅｋｔａｋ１５０である。また、走査距離を５ｍｍとし、操作時間を３０秒とし、荷重を１．５ｍｇｆとした。なお、触針先端半径が１．２５μｍの触針を選んだ理由は、凹凸の数は触針の先端半径に依存するためである。【０１５１】
密着性指標１は、ロックウェル硬さ試験機により１５０ｋｇｆの荷重（Ｃスケール）を印加して圧痕周辺のカーボン膜の剥離の有無をＣＣＤマイクロスコープにて倍率３００倍で観察して評価したものである。試験機は、Ａｋａｓｈｉ社製で型式ＡＲＫ-６００を使用した。【０１５２】
密着性指標２は、ボールオンディスク型の摩擦摩耗試験機を使用し、エンジンオイル中で最大５０００Ｎまで１０Ｎ／秒で荷重を傾斜させ、摩擦係数の急峻な変化点を剥離荷重と定めて試験を実施し、基板ディスクの剥離の有無と剥離荷重（Ｎ）を求めたものである。ボールの材質は、ＳＵＪ２であり、サイズは、直径３／８インチであり、１試験につき３球を直径１８ｍｍの円周上に３等配に固定し、所定の試験荷重を加え、基板ディスクは、一定の回転数３０ｒｐｍで回転させた。試験荷重は、最大５０００Ｎになれば試験を終了した。装置は、ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製で型式ＥＦＭ−ＩＩＩ-ＥＮである。エンジンオイルの種類は、出光ゼプロツーリングＳＮ／ＧＦ５（５Ｗ−３０）を試験容器に満たし、ボール及びディスク基板を浸漬させた。【０１５３】
基板のサイズは、直径が３０ｍｍφであり、厚さが５ｍｍである。また、基板の材質は、ＳＣＭ４１５の浸炭材で、成膜面を鏡面研磨し、表面粗さＲａを１０ｎｍ未満、最大表面粗さＲｍａｘを１００ｎｍ未満とした。【０１５４】
表８に示すように、比較例２〜５のカーボン薄膜は、面粗度指標が０．００７３〜０．０２６７［個／ｍｍ／ｎｍ］と小さいが、剥離し、剥離荷重が９００〜１２００［Ｎ］である。【０１５５】
表９に示すように、比較例６〜８のカーボン薄膜は、剥離しないが、面粗度指標が０．０３３３〜０．０６００［個／ｍｍ／ｎｍ］であり、剥離荷重が１８００〜２８００［Ｎ］である。【０１５６】
表１０に示す実施例２〜５のカーボン薄膜は、剥離するが、面粗度指標が０．０００５〜０．００１３［個／ｍｍ／ｎｍ］と小さく、剥離荷重が１６００〜２８００［Ｎ］である。【０１５７】
表１１に示す実施例６〜１１のカーボン薄膜は、面粗度指標が０．００１７〜０．００６７［個／ｍｍ／ｎｍ］と小さく、剥離せず、剥離荷重が３５００〜５０００［Ｎ］と大きい。【０１５８】
従って、中間層３０をＦＶＡ法で形成し、カーボン膜４０をＳＬＡ法で形成することによって、剥離せずに、面粗度指標が小さく、剥離荷重が大きいカーボン薄膜を形成できる。【０１５９】
図１３は、凹凸の欠陥数と凹凸の欠陥のサイズとの関係を示す図である。図１３において、縦軸は、単位走査距離当たりおよび単位膜厚当たりの凹凸の欠陥数を表し、横軸は、欠陥の凹凸のサイズを表す。【０１６０】
また、図１３において、黒の棒グラフは、ＦＶＡ法を用いて形成したカーボン薄膜における凹凸の欠陥数と凹凸の欠陥のサイズとの関係を示し、白の棒グラフは、この発明の実施の形態によるカーボン薄膜における凹凸の欠陥数と凹凸の欠陥のサイズとの関係を示す。【０１６１】
図１３を参照して、この発明の実施の形態によるカーボン薄膜は、凹凸が１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満である欠陥を１．２［個／ｍｍ／ｎｍ］有し、凹凸が２０ｎｍ以上３０ｎｍ未満である欠陥を有さず、凹凸が３０ｎｍ以上４０ｎｍ未満である欠陥を０．４［個／ｍｍ／ｎｍ］有し、凹凸が４０ｎｍ以上５０ｎｍ未満である欠陥を有さない。【０１６２】
一方、ＦＶＡ法を用いて形成したカーボン薄膜は、凹凸が１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満である欠陥を１０．８［個／ｍｍ／ｎｍ］有し、凹凸が２０ｎｍ以上３０ｎｍ未満である欠陥を５．８［個／ｍｍ／ｎｍ］有し、凹凸が３０ｎｍ以上４０ｎｍ未満である欠陥を３．０［個／ｍｍ／ｎｍ］有し、凹凸が４０ｎｍ以上５０ｎｍ未満である欠陥を２．４［個／ｍｍ／ｎｍ］有する。【０１６３】
従って、この発明の実施の形態によるカーボン薄膜は、ＦＶＡ法を用いて形成したカーボン薄膜よりも欠陥数を大幅に低減できる。【０１６４】
なお、この実施例においては、ＦＶＡ法による中間層３０の形成に代えて、スパッタリング法によって中間層３０を形成するようにしてもよい。この場合も、同様に、カーボン膜（ダイヤモンドライクカーボン）の表面における欠陥数を大幅に低減できる。【０１６５】
また、ＦＶＡ法によるイオンボンバード処理を行わなくてもよい。【０１６６】
上述した製造方法、すなわち基板面にＦＶＡ法を用い、全体の膜厚が約３０ｎｍ程度である金属中間層を形成した後、ＳＬＡ法によって、膜厚が約３００ｎｍのカーボン膜を形成したカーボン薄膜５０のカーボン膜（＝ダイヤモンドライクカーボン）の表面における欠陥数（面粗度指数）は、表９に示すように、０．００６７［個／ｍｍ／ｎｍ］以下となった。従って、欠陥数（面粗度指数）は、好ましくは、０．００７０［個／ｍｍ／ｎｍ］未満であり、より好ましくは、０．００３５［個／ｍｍ／ｎｍ］未満であり、特に、好ましくは、０．００１５［個／ｍｍ／ｎｍ］未満である。【０１６７】
また、表１１中、実施例７〜１０では、欠陥数（面粗度指数）は、０．００３５［個／ｍｍ／ｎｍ］未満であり、１０〜２０ｎｍ未満の凹凸が悪影響を及ぼす光学レンズの成型用金型などの精密金型用途として適した膜となっている。【０１６８】
更に、同製造法により形成された膜は、基材とカーボン膜との界面に、金属からなる中間層３０を敷設しているため、ロックウェル硬さ試験による剥離も無く、高面圧摺動試験における剥離耐荷重も５０００［Ｎ］をクリアした膜となっており、密着性及び耐摩耗性の面でも優れた膜となっている。【０１６９】
なお、表１０に示す通り、ＦＶＡ法によって中間層３０を形成せずに、ＳＬＡ法のみでダイヤモンドライクカーボンからなる中間層３５とカーボン膜４０とを成膜した場合、密着力の低下は有るものの、欠陥数（面粗度指数）は、０．００１３［個／ｍｍ／ｎｍ］以下であり、更に、精密金型用途として適した膜となり得る。【０１７０】
一方、表８，９に示した比較例（従来例）では、欠陥数（面粗度指数）は、０．００６７［個／ｍｍ／ｎｍ］よりも大きく、面粗度の面でも精密金型用途には適さず、また、ロックウェル硬さ試験でも剥離し、高面圧摺動試験における剥離耐荷重も低荷重となり、密着性の面でも弱い膜となった。【０１７１】
なお、カーボン膜４０の形成に用いる陰極部材４の式（１）で表される熱衝撃抵抗Ｒは、好ましくは７．９より大きく、より好ましくは１２．２以上である。【０１７２】
熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きいと、ガラス状炭素の耐熱衝撃性は、アーク放電によって陰極部材表面に生じる熱応力に対して大きくなり、陰極部材４が割れるのを防止できる。従って、陰極部材４が割れるときに生じやすい１０〜２０ｎｍの凹凸の数を更に低減したカーボン膜４０を形成できる。【０１７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
この発明は、カーボン薄膜、それを製造するプラズマ装置および製造方法に適用される。
【符号の説明】
【０１７５】
１，１１０  真空容器、２  保持部材、３，１０３  アーク式蒸発源、４，１０４，１００１  陰極部材、５  永久磁石、６，７，１０７  電源、８，１０８  トリガー電極、９，１０９  抵抗、１０，１００，１０００  プラズマ装置、１１  排気口、１２  シャッター、２０  基板、３０，３５  中間層、４０  カーボン膜、４１  本体部、４２  突起部、５０  カーボン薄膜、１２０  コイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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