(57)【要約】【課題】凹面表面に対しても密度の高いプラズマを供給することが可能で、且つ摺動特性の優れた炭素系膜が合成可能な条件を調整可能な炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置を提供する。【解決手段】外部プラズマ源によりプラズマを生成するとともに、処理基材に対し、パルス状のＲＦバイアスと負のパルス状のＤＣバイアス電圧とを同時に印加する。外部プラズマ源は高密度プラズマを生成可能で、且つ、この高密度プラズマにより処理基材の周囲を均一に覆うことができるプラズマ源から構成する。また、ＲＦバイアスのパワーを自己バイアス電圧が−０．０５ｋＶから−１ｋＶとなるように調整し、ＲＦバイアスのデューティー比を１％から５０％とし、ＤＣバイアス電圧を−１ｋＶから−１０ｋＶとし、ＤＣバイアス電圧のデューティー比を１％から５０％とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部プラズマ源によりプラズマを生成するとともに、処理基材に対し、パルス状のＲＦバイアスと負のパルス状のＤＣバイアス電圧とを同時に印加することを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記外部プラズマ源は高密度プラズマを生成可能で、且つ、この高密度プラズマにより前記処理基材の周囲を均一に覆うことができるプラズマ源から構成されることを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記処理基材に印加する前記パルス状のＲＦバイアスのパワーを、前記処理基材に印加される自己バイアス電圧が−０．０５ｋＶから−１ｋＶとなるように調整することを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記処理部材に印加する前記パルス状のＲＦバイアスのデューティー比を、１％から５０％とすることを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造方法。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４に記載の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記処理基材に印加する前記パルス状のＤＣバイアス電圧を、−１ｋＶから−１０ｋＶとすることを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１，２，３，４又は５に記載の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記処理部材に印加する前記パルス状のＤＣバイアス電圧のデューティー比を、１％から５０％とすることを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造方法。
【請求項７】
外部プラズマ源と、パルス状のＲＦバイアスを印加するＲＦパルスバイアス印加手段と、パルス状のＤＣバイアス電圧を印加するＤＣパルスバイアス印加手段とを備え、前記外部プラズマ源によりプラズマを生成するとともに、前記ＲＦパルスバイアス印加手段と前記ＤＣパルスバイアス印加手段とにより、前記処理基材に対し、パルス状のＲＦバイアスと負のパルス状のＤＣバイアス電圧とを同時に印加するように構成したことを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記外部プラズマ源は高密度プラズマを生成可能で、且つ、この高密度プラズマにより前記処理基材の周囲を均一に覆うことができるプラズマ源から構成されることを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記ＲＦパルスバイアス印加手段によって前記処理基材に印加する前記パルス状のＲＦバイアスのパワーを、前記処理基材に印加される自己バイアス電圧が−０．０５ｋＶから−１ｋＶとなるように調整することを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造装置。
【請求項１０】
請求項７，８又は９に記載の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記ＲＦパルスバイアス印加手段によって前記処理部材に印加する前記パルス状のＲＦバイアスのデューティー比を、１％から５０％とすることを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造装置。
【請求項１１】
請求項７，８，９又は１０に記載の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記ＤＣパルスバイアス印加手段によって前記処理基材に印加する前記パルス状のＤＣバイアス電圧を、−１ｋＶから−１０ｋＶとすることを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造装置。
【請求項１２】
請求項７，８，９，１０又は１１に記載の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記ＤＣパルスバイアス印加手段によって前記処理部材に印加する前記パルス状のＤＣバイアス電圧のデューティー比を、１％から５０％とすることを特徴とする炭素系膜被覆部材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種摺動部材、回転機器の軸受け、情報機器記憶装置等、耐摩耗性の要求される部材に適用される炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンビームを利用した成膜技術は、イオンビームの持つエネルギーを用いることにより、常温常圧では不安定な非平衡物質の合成に有効な手法である。例えば、ダイヤモンドの次に硬く、ダイヤモンドより熱的安定な立方晶窒化ホウ素（ｃｕｂｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  ：ｃＢＮ）や、アモルファス構造ながら硬質で摩擦特性に優れたダイヤモンド状炭素（Ｄｉａｍｏｎｄ  ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ  ：ＤＬＣ）等が挙げられる。これらの材料は耐摩耗性、高硬度等の特徴を活かし、各種摺動部材や工具等への応用が期待されている。これらの部材は平板から構成されるものは非常に少なく、立体形状、３次元的に複雑な形状を有する。しかし、イオンビームを用いた成膜技術を用い、立体形状、複雑形状部材の表面への処理を行う場合、イオンビームの指向性から、処理部材へのイオンビームの照射角度により、成膜速度やエッチング速度が異なるため、曲率を有する箇所に均一に成膜することは非常に困難である。現状では、処理部材に対して均一性膜条件が維持できるようなマスク、ワークの回転、揺動運動が不可欠であるため、処理時間がかかり、処理コストが高く生産性が悪い。
【０００３】
イオンビームを用いた成膜技術に関し、上記課題を克服可能な成膜方法として、プラズマイオン注入法（Ｐｌａｓｍａ  Ｂａｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  ：ＰＢＩＩ）が注目されている。これは、１９８６年にアメリカから提唱された成膜方法であり、プラズマ中に浸漬した処理部材に対し、負のパルス電圧を印加し、処理部材の周囲に存在するプラズマ中のイオンを均一に処理部材に照射する方法である。本手法による複雑形状部材表面への均一処理（イオンビームの均一照射）に対しては、プラズマの高密度化、及びパルスバイアスの短パルス化が望まれる。
【０００４】
また、炭素系膜被覆部材の製造方法に関する反応性プラズマ中の処理で、膜が処理部材上へ堆積する場合は、パルス電圧が印加されていない間に膜が堆積し、その膜の性質が全体の膜の特性に大きな影響を与える。一般的に、パルス電圧が印加されていない間に生成する膜は機械的に弱い膜であり、より摩擦特性等の機械的特性に優れた硬質膜を得ようとする場合、大きな問題となる。そこで、本発明者らは、プラズマ源に外部プラズマ源を用い、パルスバイアスと直流バイアスの同時印加により摩擦特性等の機械的特性の非常に優れた硬質炭素膜被覆部材の製造方法を提案している（特願２００１−１８８６３７号）。
【０００５】
プラズマ源に外部プラズマ源を用いる技術では、プラズマを特に凹面内に均一に供給することが難しく、現状技術では均一処理が困難である。
【０００６】
一方で、産業技術総合研究所関西センター及び中部センサーでは、非処理部材にそれぞれ高周波又は正のパルスバイアスを印加するといった、非処理部材自身をプラズマ発生のためのアンテナとして用い処理基材周辺でプラズマを生成する工程により、従来から計算により必要とされる密度よりは低いものの凹面内にもプラズマを供給することができる手法を提案している（特許文献１，特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２６８８７号公報  （図１，図２）
【特許文献２】
特開２００１−２０７２５９号公報  （図１，図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの手法では処理基材を覆うプラズマの密度が十分に高くなく、処理基材にバイアス電圧を印加する際にイオンの供給源となるプラズマシースエッジの形状が処理形状に沿わないため、一般にギアや工具の有する複雑な形状の処理基材を十分な均一性で処理することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記問課題に着眼してなされたものであり、凹面表面に対しても密度の高いプラズマを供給することが可能で、且つ摺動特性の優れた炭素系膜が合成可能な条件を調整可能な炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の炭素系膜被覆部材の製造方法は、外部プラズマ源によりプラズマを生成するとともに、処理基材に対し、パルス状のＲＦバイアスと負のパルス状のＤＣバイアス電圧とを同時に印加することを特徴とする。
【００１１】
また、第２発明の炭素系膜被覆部材の製造方法は、第１発明の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記外部プラズマ源は高密度プラズマを生成可能で、且つ、この高密度プラズマにより前記処理基材の周囲を均一に覆うことができるプラズマ源から構成されることを特徴とする。例えば、外部プラズマ源はＥＣＲプラズマ源、ＲＦプラズマ源、ＩＣＰプラズマ源、ヘリコン波プラズマ源等、ＲＦプラズマより高密度プラズマを生成可能で、処理基材周囲を均一に覆うことができるプラズマ源から構成される。
【００１２】
また、第３発明の炭素系膜被覆部材の製造方法は、第１又は第２発明の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記処理基材に印加する前記パルス状のＲＦバイアスのパワーを、前記処理基材に印加される自己バイアス電圧が−０．０５ｋＶから−１ｋＶとなるように調整することを特徴とする。
【００１３】
また、第４発明の炭素系膜被覆部材の製造方法は、第１，第２又は第３発明の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記処理部材に印加する前記パルス状のＲＦバイアスのデューティー比を、１％から５０％とすることを特徴とする。
【００１４】
また、第５発明の炭素系膜被覆部材の製造方法は、第１，第２，第３又は第４発明の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記処理基材に印加する前記パルス状のＤＣバイアス電圧を、−１ｋＶから−１０ｋＶとすることを特徴とする。
【００１５】
また、第６発明の炭素系膜被覆部材の製造方法は、第１，第２，第３，第４又は第５発明の炭素系膜被覆部材の製造方法において、
前記処理部材に印加する前記パルス状のＤＣバイアス電圧のデューティー比を、１％から５０％とすることを特徴とする。
【００１６】
また、第７発明の炭素系膜被覆部材の製造装置は、外部プラズマ源と、パルス状のＲＦバイアスを印加するＲＦパルスバイアス印加手段と、パルス状のＤＣバイアス電圧を印加するＤＣパルスバイアス印加手段とを備え、前記外部プラズマ源によりプラズマを生成するとともに、前記ＲＦパルスバイアス印加手段と前記ＤＣパルスバイアス印加手段とにより、前記処理基材に対し、パルス状のＲＦバイアスと負のパルス状のＤＣバイアス電圧とを同時に印加するように構成したことを特徴とする。
【００１７】
また、第８発明の炭素系膜被覆部材の製造装置は、第７発明の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記外部プラズマ源は高密度プラズマを生成可能で、且つ、この高密度プラズマにより前記処理基材の周囲を均一に覆うことができるプラズマ源から構成されることを特徴とする。例えば、外部プラズマ源はＥＣＲプラズマ源、ＲＦプラズマ源、ＩＣＰプラズマ源、ヘリコン波プラズマ源等、ＲＦプラズマより高密度プラズマを生成可能で、処理基材周囲を均一に覆うことができるプラズマ源から構成される。
【００１８】
また、第９発明の炭素系膜被覆部材の製造装置は、第７又は第８発明の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記ＲＦパルスバイアス印加手段によって前記処理基材に印加する前記パルス状のＲＦバイアスのパワーを、前記処理基材に印加される自己バイアス電圧が−０．０５ｋＶから−１ｋＶとなるように調整することを特徴とする。
【００１９】
また、第１０発明の炭素系膜被覆部材の製造装置は、第７，第８又は第９発明の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記ＲＦパルスバイアス印加手段によって前記処理部材に印加する前記パルス状のＲＦバイアスのデューティー比を、１％から５０％とすることを特徴とする。
【００２０】
また、第１１発明の炭素系膜被覆部材の製造装置は、第７，第８，第９又は第１０発明の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記ＤＣパルスバイアス印加手段によって前記処理基材に印加する前記パルス状のＤＣバイアス電圧を、−１ｋＶから−１０ｋＶとすることを特徴とする。
【００２１】
また、第１２発明の炭素系膜被覆部材の製造装置は、第７，第８，第９，第１０又は第１１発明の炭素系膜被覆部材の製造装置において、
前記ＤＣパルスバイアス印加手段によって前記処理部材に印加する前記パルス状のＤＣバイアス電圧のデューティー比を、１％から５０％とすることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置は、凸面表面のみならず凹面表面に対しても密度の高いプラズマを供給することを可能とし、且つ摺動特性の優れた炭素系膜が合成可能な条件を調整可能な製造方法及び装置である。
これは、処理基材にＲＦバイアスを印加することにより処理基材の周囲にプラズマを生成するとともに、自己バイアスによりプラズマ中のイオンを積極的に引き込み、パルス電圧が印加されていない時間に成膜される機械的に弱い膜の成膜を防ぎ、且つ外部プラズマ源から密度の高いプラズマを処理基材に供給しながら、負のパルスバイアス印加によるイオン照射を行い、機械的特性の優れた炭素系膜を成膜する方法である。
【００２３】
以下に、図１を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる炭素系膜被覆部材を製造するための装置の概略図である。
【００２４】
図１に示すように、真空容器１１は排気孔２３から図示しない真空排気装置により真空排気され、内部に処理基材１２を設置する基材ホルダー１３を有している。基材ホルダー１３は、高絶縁フィードスルー１４を介して、ＤＣパルスバイアスを印加するＤＣパルスバイアス印加手段としてのＤＣパルスバイアス電源１５、ＲＦパルスバイアスを印加するＲＦパルスバイアス印加手段としてのＲＦパルスバイアス電源１７、及びＤＣパルスバイアス電源１５とＲＦパルスバイアス電源１７の整合をとる整合器１６に接続されている。
【００２５】
プラズマ１８は、ガス導入管１９から真空容器１１内へ反応ガスを導入し、導波管２０を介してマイクロ波電源２１から真空容器１１へとマイクロ波を導入し、対向した電磁コイル２２により処理基材１２付近に導入したマイクロ波を最も効率的に吸収する磁場を形成することによりプラズマを発生させる外部プラズマ源と、ＲＦパルスバイアス電源１７によるＲＦパルスバイアス印加により形成される。外部プラズマ発生源は、上記以外にも、高周波プラズマや、ヘリコン波プラズマ、誘導結合プラズマ等の種々のプラズマ源を用いても同様な効果が得られる。
【００２６】
次に、図１を用いて炭素系膜被覆部材の製造方法を説明する。
【００２７】
まず、基材ホルダー１３に処理基材１２を設置し、真空容器１１を所定の真空度まで真空排気する。その後、ガス導入管１９から所望の炭化水素系の原料ガスを導入し所望の圧力に設定した後、電磁コイル２２に所望の電流を流すことにより、真空容器１１内の所望の箇所においてマイクロ波を効率的に吸収可能な磁場を形成する。この状態で、導波管２０を介してマイクロ波電源２１から所望の出力のマイクロ波を真空容器１１内へ導入することで外部プラズマを発生させる。
【００２８】
また、この外部プラズマの発生と同時に、高絶縁フィードスルー１４を介してＲＦパルスバイアス電源１７から処理基材１２にパルス状のＲＦバイアス（ＲＦパルスバイアス）を印加することによりさらにプラズマを生成するとともに、ＤＣパルスバイアス電源１５から処理基材１２に、整合器１６によりＲＦバイアスとの整合を取りながら、所望の電圧、デューティー比のＤＣパルスバイアス（パルス状のＤＣバイアス電圧）を印加する。以上の工程により処理基材１２の表面に対し炭素系膜を製造する。
【００２９】
ここで、ＲＦパルスバイアス電源１７から処理基材１２に印加するＲＦパルスバイアスを、自己バイアス電圧が、−０．０５ｋＶから−１ｋＶとなるように調整することが望ましい。処理基材１２に印加するＲＦ自己バイアス電圧が−０．０５ｋＶ以下のときは、イオンのエネルギーが低くＲＦパルスバイアスを印加しない場合と差がなく、自己バイアス電圧の印加効果がない。また、ＲＦ自己バイアス電圧が−２ｋＶ以上では照射するイオンのエッチング効果により成膜速度が著しく減少する。
【００３０】
その際、ＲＦパルスバイアス電源１７から処理基材１２に印加するＲＦパルスバイアスのデューティー比を、処理基材の表面温度が４００℃以下となるよう、１％から５０％とすることが望ましい。処理基材１２を水冷等により冷却していても高密度のプラズマに曝されること、及び過度のＲＦバイアスの印加により、処理基材１２の表面は高温になる。このとき、処理基材１２の表面の温度が４００℃以上になると、合成される炭素系膜の構造が徐々に変化して機械的性質が悪化するため、ＲＦバイアスをパルス化して処理基材１２に印加することにより、処理基材１２の表面温度の過度な上昇を防止可能なデューティー比でＲＦバイアスを印加することが望まれる。
【００３１】
また、ＤＣパルスバイアス電源１５から処理部材に印加するＤＣパルスバイアス（パルス電圧）を、−１ｋＶから−１０ｋＶとすることが望ましい。処理基材１２に印加するＤＣパルスバイアスが−１ｋＶ以下のときは、イオンが膜に注入されず表面に堆積することにより、ＤＣパルスバイアスが印加されていない間に堆積する炭素膜の改質を行うことが出来ない。また、ＤＣパルスバイアスが−１０ｋＶ以上では、ＤＣパルスバイアスが印加されていない間に堆積する炭素膜を注入されるイオンが突き抜けてしまうため、効果的に炭素膜の改質を行うことができない。
【００３２】
さらに、ＤＣパルスバイアス電源１５から処理基材１２に印加するＤＣパルスバイアスのデューティー比を、１％から５０％とすることが望ましい。処理基材１２に印加するＤＣパルスバイアスのデューティー比が１％以下のときは、Ｄパルスバイアスが印加されていない間に堆積する炭素膜を改質するために必要なイオンが不足しているため、十分に硬質な膜が得られない。また、デューティー比が５０％以上では、ＤＣパルスバイアスが印加されていない間に堆積する炭素膜をエッチングしてしまい成膜速度が著しく減少する、イオン照射過多により得られる膜が多孔質化してしまい硬質な膜が得られない、といった問題が生じる。さらに、処理基材１２と真空容器１１間で異常放電が起こり安定した動作が保証されない。
【００３３】
＜実施例＞
以下に、本発明の実施例を図１を用いて詳細に説明する。
【００３４】
（実施例１）
まず、基材ホルダー１３にステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）からなる処理基材１２を設置し、真空容器１１を１×１０−３Ｐａ以下の真空度まで真空排気した。その後、ガス導入管１９から原料ガスとしてメタンを導入し、５×１０−２Ｐａの圧力に制御した。その後、電磁コイル２２に３００Ａの電流を流すことにより、真空容器１１内の中心部から１００ｍｍ離れた箇所においてマイクロ波を効率的に吸収可能な磁場（８７５ガウス）を形成した。この状態で、導波管２０を介してマイクロ波電源２１から２００Ｗの出力のマイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）を真空容器１１内へ導入することによりプラズマを発生させた。そして、このプラズマ発生と同時に、高絶縁フィードスルー１４を介して、ＲＦパルスバイアス電源１５から処理基材１２にＲＦパワー２００Ｗ、デューティー比４０％のＲＦパルスバイアスを印加するとともに、ＤＣパルスバイアス電源１７から処理基材１２に電圧−２ｋＶ、デューティー比１％のＤＣパルスバイアス（パルス電圧）を同時に印加することにより、炭素膜被覆部材を製造した。このときのＲＦバイアス印加による自己バイアス電圧は−１００Ｖで、試料表面温度は２５０℃であった。
【００３５】
得られた炭素膜の構造をラマンスペクトル分析により調べたところ、１５２０ｃｍ−１付近のメインピークと１３８０ｃｍ−１付近のショルダーバンドからなるブロードなピークが検出され、硬質炭素膜であるダイヤモンドライクカーボン膜の合成が確認された。
【００３６】
さらに、得られた炭素膜の摩擦特性をボールオンディスク型摩擦試験機により調べた。摩擦試験の条件としては、相手材をＳｉＣボール、荷重を１Ｎ、速度を０．１ｍ／ｓｅｃ、雰囲気を乾燥空気中、温度を室温とした。その結果、摩擦係数は、バイアスバイアスを印加せずに製造した炭素膜では０．４、電圧−２ｋＶ、デューティー比１％のＤＣパルスバイアスのみを印加して製造した炭素膜では０．０８であったのに対し、前述のＲＦ自己バイアス電圧−１００Ｖと−２ｋＶ、デューティー比１％のＤＣパルスバイアスを同時に印加させることにより製造した炭素膜では０．０２と大幅に向上した。また、前述のＲＦ自己バイアス電圧−１００Ｖと−２ｋＶ、デューティー比１％のＤＣパルスバイアスを同時に印加させることにより製造した炭素膜は、荷重２０Ｎでの摩擦試験にも剥離することなく摩擦係数０．０２を示し、密着性、耐久性も大幅に向上した。これらの特性は、複雑形状を模擬したトレンチ形状を含む凹凸面の各面上において均一に有することが確認された。
【００３７】
（実施例２）
まず、基材ホルダー１３に高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５１）からなる基材１２を設置し、真空容器１１を１×１０−３Ｐａ以下の真空度まで真空排気した。その後、ガス導入管１９から原料ガスとしてメタン及び窒素１：１の割合で導入し、５×１０−２Ｐａの圧力に制御した。その後、電磁コイル２２に２５０Ａの電流を流すことにより、真空容器１１内の中心部から１５０ｍｍ離れた箇所においてマイクロ波を効率的に吸収可能な磁場（８７５ガウス）を形成した。この状態で、導波管２０を介してマイクロ波電源２１から７００Ｗの出力のマイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）を真空容器１１内へ導入することによりプラズマを発生させた。そして、このプラズマ発生と同時に、高絶縁フィードスルー１４を介してＲＦパルスバイアス電源１５から処理基材１２にＲＦパワー５００Ｗ、デューティー比２０％のＲＦパルスバイアスを印加するとともに、ＤＣパルスバイアス電源１７から処理基材１２に電圧−５ｋＶ、デューティー比１０％のＤＣパルスバイアスを同時に印加させることにより、炭素膜被覆部材を製造した。このときのＲＦバイアス印加による自己バイアス電圧は−２００Ｖで、試料表面温度は３５０℃であった。
【００３８】
得られた膜のラマンスペクトル分析を用い構造を調べた。その結果、１５２０ｃｍ−１付近のメインピークと１３８０ｃｍ−１付近のショルダーバンドからなるブロードなピークが検出され、硬質炭素膜であるダイヤモンドライクカーボン膜に類似した膜の合成が確認された。さらに、得られた膜の組成及び構造を光電子分光法により調べたところ、膜中での炭素と窒素の結合が確認され、窒素を２０％含む窒化炭素膜であることが確認された。
【００３９】
さらに、得られた膜の摩擦特性をボールオンディスク型摩擦試験機により調べた。摩擦試験の条件としては、相手材をＳｉＣボール、荷重を１Ｎ、速度を０．１ｍ／ｓｅｃ、雰囲気を乾燥空気中、温度を室温とした。その結果、摩擦係数は、バイアスバイアスを印加せずに製造した炭素膜では０．５、電圧−２ｋＶ、デューティー比１％のＤＣパルスバイアスのみを印加し製造した炭素膜では０．０９であったのに対し、前述のＲＦ自己バイアス電圧−２００Ｖと−５ｋＶ、デューティー比１０％のパルス電圧を同時に印加させることにより製造した炭素膜では０．０３と大幅に向上した。また、前述のＲＦ自己バイアス電圧−２００Ｖと−５ｋＶ、デューティー比１０％のＤＣパルスバイアスを同時に印加させることにより製造した炭素膜は、荷重２０Ｎでの摩擦試験にも剥離することなく摩擦係数０．０３を示し、密着性、耐久性も大幅に向上した。これらの特性は、複雑形状を模擬したトレンチ形状を含む凹凸面の各面上において均一に有することが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明のように、第１〜第１２発明の炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置によれば、摩擦特性の優れた炭素系膜を、複雑形状を有する処理基材に対し、密着よく製造することができる。また、本発明に用いた手法は、イオンビームを用いた成膜方法の中で複雑形状の部材へ処理可能な方法であるため、従来の製造方法と比較し短時間に低コストで製造することができる。従って、工具、軸受け等の産業機械、エンジン、宇宙機器等への性能、寿命向上へと寄与する炭素系膜被覆部材の製造方法を提供することができる。
【００４１】
また、第３又は第９発明の炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置よれば、処理基材に印加するパルス状のＲＦバイアスのパワーを、処理基材に印加される自己バイアス電圧が−０．０５ｋＶから−１ｋＶとなるように調整することにより、自己バイアス電圧の印加効果が確実に得られ、且つ、イオンのエッチング効果による成膜速度の著しい減少を防ぐことができる。
第４又は第１０発明の炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置によれば、処理部材に印加するパルス状のＲＦバイアスのデューティー比を、１％から５０％とすることにより、処理基材の表面温度の過度な上昇を確実に防止することができる。
第５又は第１１発明の炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置によれば、処理基材に印加するパルス状のＤＣバイアス電圧を、−１ｋＶから−１０ｋＶとすることにより、パルス電圧が印加されていない間に堆積する炭素系膜の改質を確実に行うことができる。
第６又は第１２発明の炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置によれば、処理部材に印加するパルス状のＤＣバイアス電圧のデューティー比を、１％から５０％とすることにより、十分に硬質な膜が得られ、且つ、エッチングによる成膜速度の著しい減少を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる炭素系膜被覆部材を製造するための装置の概略図である。
【符号の説明】
１１  真空容器
１２  処理基材
１３  基材ホルダー
１４  高絶縁フィードスルー
１５  ＤＣパルスバイアス電源
１６  整合器
１７  ＲＦパルスバイアス電源
１８  プラズマ
１９  ガス導入管
２０  導波管
２１  マイクロ波電源
２２  電磁コイル
２３  排気孔
【図１】
2004238649.tif 000003