本發(fā)明涉及一種碳薄膜、制造其的等離子體裝置及制造方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有上，在使用電弧放電而形成薄膜的薄膜形成裝置中所使用的電弧式蒸發(fā)源中，已知有抑制粗大粒子附著于基板上的過(guò)濾式真空電弧式(FVA(Filtered Vacuum Arc)式)的電弧式蒸發(fā)源(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。

所述電弧式蒸發(fā)源包括真空容器、等離子體輸送管(plasma duct)、多孔構(gòu)件、電磁線圈(magnetic coil)及蒸發(fā)源。等離子體輸送管將其一端安裝于真空容器上。蒸發(fā)源安裝于等離子體輸送管的另一端。

電磁線圈纏繞于等離子體輸送管的周?chē)?。而且，電磁線圈將在蒸發(fā)源的附近產(chǎn)生的等離子體導(dǎo)入至配置在真空容器內(nèi)的基板的附近。

多孔構(gòu)件安裝于等離子體輸送管的內(nèi)壁，捕獲從安裝于蒸發(fā)源上的陰極物質(zhì)飛出的粗大粒子。

如上所述，現(xiàn)有的真空電弧蒸鍍裝置通過(guò)等離子體輸送管將蒸發(fā)源與真空容器連結(jié)，利用設(shè)置于等離子體輸送管的內(nèi)壁上的多孔構(gòu)件捕獲從陰極物質(zhì)飛出的粗大粒子而抑制粗大粒子向基板飛來(lái)。

已經(jīng)提出了使用如上所述的過(guò)濾式電弧式蒸發(fā)源而成膜的類(lèi)金剛石碳膜(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。在此種方式下的成膜中，使用輸送管來(lái)俘獲微滴(droplet)，從而抑制粗大粒子的飛來(lái)。然而，如果液體狀的微滴碰撞到輸送管表面，則會(huì)變?yōu)?0nm以下的大小的細(xì)小粒子而飛散，輸送管自身成為微滴的導(dǎo)管，而輸送至成膜腔室為止，從而小于20nm的大小的粒子多數(shù)被成膜。

因此，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的方法中，揭示了高度或深度為20nm以上的凹凸的數(shù)量在每單位膜厚中為0.01個(gè)以下的類(lèi)金剛石碳膜，但是關(guān)于非常小至10nm～20nm的凹凸，則沒(méi)有充分改善。

并且，由于迄今為止20nm以上的大小的凹凸所造成的不良影響較大，所以所述非常小至10nm～20nm的凹凸的存在不太引人注目，但是在光學(xué)透鏡的成型用模具等精密模具的用途中，減少10nm～20nm的凸凹的個(gè)數(shù)的效果非常大，從而正在謀求替代FVA方式的成膜方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本專(zhuān)利特開(kāi)2002-105628號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本專(zhuān)利特開(kāi)2014-062326號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[發(fā)明所要解決的課題]

在現(xiàn)有的真空電弧蒸鍍裝置中，是使用石墨(碳)作為陰極物質(zhì)，石墨是對(duì)碳粒子進(jìn)行燒結(jié)而制作，所以存在晶界。其結(jié)果為，當(dāng)使用石墨作為陰極物質(zhì)時(shí)，存在陰極物質(zhì)沿晶界破裂，而產(chǎn)生粗大粒子(微粒)的問(wèn)題。并且，雖然提出了使用等離子體輸送管俘獲此種粗大粒子來(lái)抑制粗大粒子的飛來(lái)的技術(shù)，但是無(wú)法充分抑制粗大粒子碰撞至輸送管而生成的20nm以下的微細(xì)粒子的生成。

因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種能夠抑制陰極物質(zhì)破裂的等離子體裝置。

并且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種可抑制陰極物質(zhì)破裂而制造碳薄膜的碳薄膜的制造方法。

進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種抑制陰極物質(zhì)破裂而制造的碳薄膜。

[解決課題的手段]

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，碳薄膜包括20nm的凹凸的數(shù)量在每單位掃描距離及每單位膜厚中小于0.007[個(gè)/mm/nm]的碳膜。

因此，可減少10nm～20nm的凹凸。

優(yōu)選的是，所述碳膜是將用下式(1)表示的抗熱震性R大于7.9的玻璃狀碳用于陰極構(gòu)件而形成的情況。

[數(shù)式1]

R＝σ×λ/α/E…(1)

此處，在所述式(1)中，σ為彎曲強(qiáng)度[MPa]，λ為導(dǎo)熱率[W/mK]，α為熱膨脹系數(shù)[/10⁶K]，E為楊氏模量[GPa]。當(dāng)抗熱震性R大于7.9時(shí)，玻璃狀碳的耐熱震性相對(duì)于因電弧放電而產(chǎn)生于陰極構(gòu)件表面上的熱應(yīng)力而增大，從而可以防止陰極構(gòu)件破裂。因此，能夠進(jìn)一步減少陰極構(gòu)件破裂時(shí)容易產(chǎn)生的10nm～20nm的凹凸。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，等離子體裝置包括真空容器、電弧式蒸發(fā)源、陰極構(gòu)件、保持構(gòu)件、放電開(kāi)始元件及電源。電弧式蒸發(fā)源固定于真空容器上。陰極構(gòu)件安裝于電弧式蒸發(fā)源上。保持構(gòu)件保持朝向陰極構(gòu)件而配置的基板。放電開(kāi)始元件使放電開(kāi)始。電源對(duì)電弧式蒸發(fā)源施加負(fù)的電壓。陰極構(gòu)件包含玻璃狀碳，并且包含具有柱狀形狀且剖面積大于0.785mm²的柱狀部分。并且，放電開(kāi)始元件是使放電開(kāi)始，以使等離子體從陰極構(gòu)件的柱狀部分釋放出來(lái)。

在本發(fā)明的實(shí)施方式的等離子體裝置中，陰極構(gòu)件包含剖面積大于0.785mm²的柱狀部分。其結(jié)果為，即使開(kāi)始電弧放電，陰極構(gòu)件的溫度急劇上升，陰極構(gòu)件也具有承受熱應(yīng)力的強(qiáng)度。因此，可以防止陰極構(gòu)件破裂。

優(yōu)選的是陰極構(gòu)件的以所述式(1)表示的抗熱震性R大于7.9的情況。

進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，碳薄膜的制造方法包括：第1工序，在朝向基板而固定于真空容器上的電弧式蒸發(fā)源上，安裝陰極構(gòu)件，所述陰極構(gòu)件包含玻璃狀碳，并且包含具有柱狀形狀且剖面積大于0.785mm²的柱狀部分；第2工序，對(duì)電弧式蒸發(fā)源施加負(fù)的電壓；以及第3工序，使放電開(kāi)始以使等離子體從陰極構(gòu)件的柱狀部分釋放出來(lái)，而在基板上形成碳膜。

通過(guò)使用本發(fā)明的實(shí)施方式的碳薄膜的制造方法，而使得即使開(kāi)始電弧放電，陰極構(gòu)件的溫度急劇上升，陰極構(gòu)件也具有承受熱應(yīng)力的強(qiáng)度。因此，可以防止陰極構(gòu)件破裂。

優(yōu)選的是陰極構(gòu)件的以所述式(1)表示的抗熱震性R大于7.9的情況。

[發(fā)明的效果]

可以防止陰極構(gòu)件破裂。

能夠提供一種10nm～20nm的微細(xì)凹凸的產(chǎn)生少，而且成膜速度快的小型的成膜裝置及其覆蓋物品。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的等離子體裝置的構(gòu)成的概略圖。

圖2是圖1所示的陰極構(gòu)件的立體圖。

圖3是圖2所示的線III-III間的陰極構(gòu)件的剖面圖。

圖4是表示使用圖1所示的等離子體裝置的碳薄膜的制造方法的工序圖。

圖5是表示使用直徑2mmφ的玻璃狀碳(突起部)時(shí)的放電后的突起部的圖。

圖6是表示使用直徑5.2mmφ的玻璃狀碳(突起部)時(shí)的放電后的突起部的圖。

圖7是表示真空電弧放電試驗(yàn)后的比較例1的陰極構(gòu)件的圖。

圖8是表示真空電弧放電試驗(yàn)后的實(shí)施例1的陰極構(gòu)件的圖。

圖9是表示實(shí)施方式2的等離子體裝置的構(gòu)成的概略圖。

圖10是利用圖9所示的等離子體裝置而制造的碳薄膜(類(lèi)金剛石碳膜)的剖面圖。

圖11是表示使用圖9所示的等離子體裝置的碳薄膜(類(lèi)金剛石碳膜)的制造方法的工序圖。

圖12是使用現(xiàn)有的電弧法的等離子體裝置的概略圖。

圖13是表示凹凸的缺陷數(shù)與凹凸的缺陷的尺寸的關(guān)系的圖。

具體實(shí)施方式

一邊參照附圖，一邊對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。再者，圖中對(duì)相同或相當(dāng)部分標(biāo)注相同符號(hào)，并且不重復(fù)對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。

[實(shí)施方式1]

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的等離子體裝置的構(gòu)成的概略圖。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)施方式1的等離子體裝置包括真空容器1、保持構(gòu)件2、電弧式蒸發(fā)源3、陰極構(gòu)件4、永久磁鐵5、電源6、電源7、觸發(fā)電極8、電阻9及擋板12。

再者，等離子體裝置10中，如圖1所示定義x軸、y軸及z軸。

真空容器1包含排氣口11，從排氣口11利用排氣裝置(未圖示)抽成真空。并且，真空容器1與接地節(jié)點(diǎn)GND連接。

保持構(gòu)件2配置在真空容器1內(nèi)。保持構(gòu)件2包含圓柱部2A。圓柱部2A在y-z平面內(nèi)通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置(未圖示)而旋轉(zhuǎn)。如此，基板20可伴隨著保持構(gòu)件2的圓柱部2A的旋轉(zhuǎn)而在y-z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

電弧式蒸發(fā)源3固定于真空容器1的側(cè)壁上。

陰極構(gòu)件4安裝于電弧式蒸發(fā)源3的基板20側(cè)的表面上。并且，陰極構(gòu)件4包含玻璃狀碳。玻璃狀碳是通過(guò)對(duì)酚樹(shù)脂等熱硬化性樹(shù)脂進(jìn)行煅燒、碳化而制造。所述玻璃狀碳在構(gòu)造上呈玻璃狀，不存在晶界。由于不存在晶界，所以陰極構(gòu)件4也可以包含導(dǎo)電性的金剛石。并且，陰極構(gòu)件4包含向基板20側(cè)突出的突起部。

再者，作為玻璃狀碳的具體例，可以舉出日清紡化學(xué)(Nisshinbo Chemical)公司制造的玻璃狀碳或東海碳公司制造的玻碳。并且，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，玻璃狀碳包含玻碳(glassy carbon)、非晶碳、非晶質(zhì)碳、非定形碳、無(wú)定形碳、非石墨化碳及玻璃碳(vitreous carbon)。

永久磁鐵5由環(huán)形構(gòu)成，在真空容器1的外部靠近電弧式蒸發(fā)源3而配置。更具體而言，永久磁鐵5配置成中心軸與電弧式蒸發(fā)源3的中心軸相一致。并且，在永久磁鐵5中，電弧式蒸發(fā)源3側(cè)為N極，與電弧式蒸發(fā)源3相反之側(cè)為S極。如上所述，永久磁鐵5配置在相對(duì)于陰極構(gòu)件4而與基板20為相反之側(cè)。而且，永久磁鐵5對(duì)陰極構(gòu)件4施加軸向(從陰極構(gòu)件4向基板20的方向)上的磁場(chǎng)。再者，永久磁鐵5的磁化方向只要是軸向(從陰極構(gòu)件4向基板20的方向)即可，永久磁鐵5的電弧式蒸發(fā)源3側(cè)也可以為S極。

電源6連接于保持構(gòu)件2與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。電源7連接于電弧式蒸發(fā)源3與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。

觸發(fā)電極8將一部分經(jīng)由真空容器1的側(cè)壁配置在真空容器1內(nèi)，將剩余部分配置在真空容器1外。并且，觸發(fā)電極8例如包含鉬(Mo)，經(jīng)由電阻9與接地節(jié)點(diǎn)GND連接。電阻9連接于觸發(fā)電極8與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。

保持構(gòu)件2保持基板20。此時(shí)，保持構(gòu)件2在y-z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)僅任意的角度而停止，并保持基板20。電弧式蒸發(fā)源3通過(guò)陰極構(gòu)件4與真空容器1之間的電弧放電而使陰極構(gòu)件4局部地加熱而使陰極物質(zhì)蒸發(fā)。

電源6經(jīng)由保持構(gòu)件2對(duì)基板20施加負(fù)的電壓。電源7對(duì)電弧式蒸發(fā)源3施加負(fù)的電壓。

觸發(fā)電極8通過(guò)往返驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)而與陰極構(gòu)件4接觸或背離。電阻9抑制電弧電流流入至觸發(fā)電極8。擋板12在陰極構(gòu)件4與基板20之間與陰極構(gòu)件4相對(duì)向而配置。

再者，基板20例如包含F(xiàn)e系的金屬、Si、碳化鎢(tungsten carbide)及SiC中的任一者。

圖2是圖1所示的陰極構(gòu)件4的立體圖。并且，圖3是圖2所示的線III-III間的陰極構(gòu)件4的剖面圖。

參照?qǐng)D2及圖3，陰極構(gòu)件4包括本體部41及突起部42。本體部41具有圓盤(pán)形狀。突起部42具有圓柱形狀。并且，突起部42是以突起部42的中心軸X2與本體部41的中心軸X1相一致的方式配置在本體部41上。再者，本體部41及突起部42制作成一體。

本體部41例如具有64mmφ的直徑R1，并具有12mm的高度H1。突起部42具有2mmφ以上的直徑R2，并具有數(shù)mm以上、例如6mm～80mm的高度H2。

陰極構(gòu)件4是通過(guò)如下方法來(lái)制作。對(duì)酚樹(shù)脂等熱硬化性樹(shù)脂進(jìn)行煅燒、碳化而制作圓柱形狀的玻璃狀碳。然后，也可以對(duì)所述制作的玻璃狀碳以具有突起部42的方式進(jìn)行車(chē)床加工而制作陰極構(gòu)件4，還可以將熱硬化性樹(shù)脂流入至成形模具而加以成形之后，進(jìn)行煅燒、碳化。再者，形成突起部42的方法并不限于車(chē)床加工或成形模具的成形，也可以是蝕刻(包括濕式蝕刻及干式蝕刻兩者)，只要是能夠形成突起部42的方法，則可為任何方法。并且，突起部42及本體部41也可以分別個(gè)別地制作，也可以突起部42是玻璃狀碳，本體部41例如是燒結(jié)體石墨或玻璃狀碳等。

與中心軸X2垂直的方向上的突起部42的剖面積在突起部42的直徑R2為6mmφ的情況下，是π×3mm×3mm＝28.3mm²，與中心軸X1垂直的方向上的本體部41的剖面積是π×32mmX32mm＝3215.4mm²。其結(jié)果為，突起部42的剖面積相對(duì)于本體部41的剖面積的比約為1/113。

其結(jié)果為，突起部42中的傳熱成分減少，由此難以從突起部42散熱，從而整個(gè)突起部42容易均熱化，所以熱應(yīng)變減少。

并且，玻璃狀碳由于不具有晶界，所以當(dāng)用作陰極構(gòu)件4時(shí)，在電弧放電中會(huì)從陰極構(gòu)件4釋放出原子狀的碳。

因此，可以抑制陰極構(gòu)件4破裂。

如上所述，會(huì)從陰極構(gòu)件4釋放出原子狀的碳，所以不產(chǎn)生微粒。其結(jié)果為，如果使用陰極構(gòu)件4，則可以產(chǎn)生無(wú)火花放電。所述無(wú)火花放電是不產(chǎn)生微粒的放電。再者，在所述說(shuō)明書(shū)中，所謂微粒，是指尺寸為5nm～數(shù)μm的碳粒。

另一方面，對(duì)碳粒進(jìn)行燒結(jié)而成的燒結(jié)體不適合作為陰極構(gòu)件4。其理由如下。原因在于：碳的燒結(jié)體是將碳粒加以壓緊并燒結(jié)而成，所以存在晶界；其結(jié)果為，當(dāng)使用碳的燒結(jié)體作為陰極構(gòu)件4時(shí)，在電弧放電中陰極構(gòu)件4會(huì)從晶界而產(chǎn)生破裂，微粒從陰極構(gòu)件4釋放出來(lái)。

圖4是表示使用圖1所示的等離子體裝置10的碳薄膜的制造方法的工序圖。參照?qǐng)D4，當(dāng)開(kāi)始碳薄膜的制造時(shí)，將包含突起部42的玻璃狀碳安裝于電弧式蒸發(fā)源3作為陰極構(gòu)件4(工序S1)。

然后，經(jīng)由排氣口11對(duì)真空容器1內(nèi)進(jìn)行排氣，將真空容器1內(nèi)的壓力設(shè)定為9.9×10^-3Pa。

如此，通過(guò)電源6對(duì)基板20施加-10V～-300V的負(fù)的電壓(工序S2)，利用永久磁鐵5將磁場(chǎng)施加至陰極構(gòu)件4(工序S3)。此時(shí)，磁場(chǎng)包括陰極構(gòu)件4的突起部42的中心軸X2方向上的成分以及突起部42的徑向上的成分。

工序S3之后，利用電源7對(duì)電弧式蒸發(fā)源3施加-15V～-50V的負(fù)的電壓(工序S4)。

然后，通過(guò)往返驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)，使觸發(fā)電極8與陰極構(gòu)件4的突起部42接觸(工序S5)，然后，使觸發(fā)電極8與陰極構(gòu)件4背離。由此，開(kāi)始電弧放電，電弧斑點(diǎn)出現(xiàn)于陰極構(gòu)件4的表面。所述電弧斑點(diǎn)是電弧放電時(shí)的陰極點(diǎn)，強(qiáng)烈地發(fā)光。

然后，打開(kāi)擋板12(工序S6)。由此，在基板20上形成碳薄膜(類(lèi)金剛石碳(Diamond Like Carbon，DLC))。然后，由等離子體裝置10的操作者判定放電是否已停止(工序S7)。由于電弧斑點(diǎn)強(qiáng)烈地發(fā)光，所以等離子體裝置10的操作者在電弧斑點(diǎn)發(fā)光時(shí)，判定為放電未停止，在電弧斑點(diǎn)不發(fā)光時(shí)，判定為放電已停止。

在工序S7中，判定為放電已停止時(shí)，關(guān)閉擋板12(工序S8)，然后，重復(fù)執(zhí)行所述工序S5～工序S8。

另一方面，在工序S7中，判定為放電未停止時(shí)，如果經(jīng)過(guò)所需時(shí)間，則關(guān)閉擋板12(工序S9)。由此，碳薄膜的制造結(jié)束。

并且，在按照所述工序S1～工序S9而制造的碳薄膜中，包含非晶碳薄膜、類(lèi)金剛石碳薄膜、四面體非晶碳膜、非晶質(zhì)硬質(zhì)碳薄膜及硬質(zhì)碳薄膜。

再者，在實(shí)施方式1中，電源6也可以將0V的電壓施加至基板20。并且，也可以在打開(kāi)擋板12的狀態(tài)下制造碳薄膜。進(jìn)而，也可以不施加磁場(chǎng)。因此，實(shí)施方式1的碳薄膜的制造方法只要至少包括圖4所示的工序S1、工序S4、工序S5即可。

如上所述，碳薄膜是使用包含直徑2mmφ以上的突起部42且包含玻璃狀碳的陰極構(gòu)件4，通過(guò)電弧放電而形成于基板20上。

其結(jié)果為，突起部42中的熱應(yīng)變減少，因?yàn)殛帢O構(gòu)件4(玻璃狀碳)不具有晶界，所以可抑制陰極構(gòu)件4沿晶界破裂。

對(duì)使陰極構(gòu)件4的突起部42的直徑(＝剖面積)發(fā)生變化的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明。將使用等離子體裝置10的實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)條件示于表1。

[表1]

再者，表1中的軸向磁場(chǎng)Bz及半徑方向磁場(chǎng)Br是使用湖岸(Lake Shore)公司制造的410-SCT型的高斯計(jì)在陰極構(gòu)件4的突起部42的前端部所測(cè)定的值。

并且，在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)將陰極構(gòu)件4的突起部42的高度全部設(shè)為10mm，使突起部42的直徑變?yōu)?mmφ、2mmφ、3mmφ、5.2mmφ、6mmφ時(shí)的放電狀況、放電持續(xù)時(shí)間及放電痕跡狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)查。

將電弧電流為40[A]時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于表2。

[表2]

電弧電流：40[A]

圖5是表示使用直徑2mmφ的玻璃狀碳(突起部42)時(shí)的放電后的突起部42的圖。圖6是使用直徑5.2mmφ的玻璃狀碳(突起部42)時(shí)的放電后的突起部42的圖。

當(dāng)電弧電流為40[A]時(shí)，只在突起部42的直徑為1mmφ(即，剖面積＝0.785mm²)的情況下，起弧后，整體破碎，經(jīng)1sec左右放電停止。并且，在突起部42的直徑為2mmφ、3mmφ、5.2mmφ、6mmφ的情況下，即，在突起部42的剖面積為3.140mm²、7.065mm²、21.226mm²、28.260mm²的情況下，確認(rèn)到穩(wěn)定的無(wú)火花放電持續(xù)了40[see]之后，進(jìn)行了強(qiáng)制滅弧。在強(qiáng)制滅弧之后，將真空容器1在大氣中敞開(kāi)，確認(rèn)陰極構(gòu)件4的玻璃狀碳的結(jié)果為，在突起部42的直徑為2mmφ、3mmφ、5.2mmφ、6mmφ的情況下，即，在突起部42的剖面積為3.140mm²、7.065mm²、21.226mm²、28.260mm²的情況下，在陰極構(gòu)件4的突起部42的側(cè)面確認(rèn)到螺旋狀的放電痕跡(參照?qǐng)D5、圖6)。

如上所述，當(dāng)使用包含突起部42的陰極構(gòu)件4而產(chǎn)生電弧放電時(shí)，電弧斑點(diǎn)通過(guò)來(lái)自永久磁鐵5的磁場(chǎng)而在突起部42的表面上呈螺旋狀移動(dòng)。其結(jié)果為，電弧斑點(diǎn)也不會(huì)向本體部41移動(dòng)。因此，不產(chǎn)生電弧斑點(diǎn)向本體部41的移動(dòng)的依據(jù)是放電后螺旋狀的放電痕跡形成于突起部42。

關(guān)于只在突起部42的直徑為1mmφ的情況下整體破裂，可認(rèn)為原因在于突起部42無(wú)法承受熱應(yīng)力。

產(chǎn)生熱應(yīng)力的熱量是來(lái)自電弧斑點(diǎn)的傳熱成分(如果電弧電流相同則為相同的熱量)以及電弧電流流經(jīng)突起部42時(shí)的焦耳(Joule)發(fā)熱成分。如果電弧電流為固定，那么突起部42的剖面積越小，焦耳發(fā)熱成分越大。因此，剖面積越小，突起部42的熱量越大。

其結(jié)果可認(rèn)為，只在剖面積為0.785mm²的情況下，無(wú)法承受在突起部42產(chǎn)生的熱量所引起的熱應(yīng)力。

將電弧電流為80[A]時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于表3。

[表3]

電弧電流：80[A]

當(dāng)電弧電流為80[A]時(shí)，在突起部42的直徑為1mmφ、2mmφ的情況下，即，在突起部42的剖面積為0.785mm²、3.140mm²的情況下，起弧后，整體破碎，經(jīng)1sec左右放電停止。并且，在突起部42的直徑為3mmφ、5.2mmφ、6mmφ的情況下，即，在突起部42的剖面積為7.065mm²、21.226mm²、28.260mm²的情況下，確認(rèn)到穩(wěn)定的無(wú)火花放電持續(xù)了40[sec]之后，進(jìn)行了強(qiáng)制滅弧。在強(qiáng)制滅弧之后，將真空容器1在大氣中敞開(kāi)，確認(rèn)陰極構(gòu)件4的玻璃狀碳的結(jié)果為，在突起部42的直徑為3mmφ、5.2mmφ、6mmφ的情況下，在陰極構(gòu)件4的突起部42的側(cè)面確認(rèn)到螺旋狀的放電痕跡。

關(guān)于當(dāng)突起部42的直徑為1mmφ、2mmφ時(shí)，即，當(dāng)突起部42的剖面積為0.785mm²、3.140mm²時(shí)整體破碎，可認(rèn)為原因在于突起部42無(wú)法承受熱應(yīng)力。

將電弧電流為100[A]時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于表4。

[表4]

電弧電流：100[A]

電弧電流為100[A]時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與電弧電流為80[A]時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同。

根據(jù)所述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)電弧電流為40[A]時(shí)，在陰極構(gòu)件4的突起部42的剖面積大于0.785mm²的情況下，可以實(shí)現(xiàn)良好的放電，當(dāng)電弧電流為80A、100A時(shí)，在陰極構(gòu)件4的突起部42的剖面積大于3.140mm²的情況下，可以實(shí)現(xiàn)良好的放電。

當(dāng)電弧電流為40[A]時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)良好的放電，所以可證實(shí)，陰極構(gòu)件4的突起部42的剖面積只要大于0.785mm²即可。

并且，陰極構(gòu)件4的突起部42的剖面積從在電弧電流為40[A]、80[A]、100[A]的任一者時(shí)均可以實(shí)現(xiàn)良好的放電的角度而言，優(yōu)選的是大于3.140mm²。

并且，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，將放電的持續(xù)時(shí)間為40[see]者判定為良好的放電，但是這是突起部42的長(zhǎng)度為20[mm]時(shí)通過(guò)放電而在長(zhǎng)度方向上消耗突起部42的一部分時(shí)的時(shí)間。其結(jié)果為，如果使突起部42的長(zhǎng)度長(zhǎng)于20[mm]，則放電的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于40[sec]，判定是否是良好的放電的時(shí)間也長(zhǎng)于40[sec]。

如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，將陰極構(gòu)件4的突起部42的一部分在整個(gè)長(zhǎng)度方向上通過(guò)放電而消耗時(shí)的突起部42的剖面積確定為適合的剖面積。

因此，在放電的持續(xù)時(shí)間為40[sec]的情況下，與放電的持續(xù)時(shí)間為約1[sec]的情況相比，放電的意義極大。

因此，3.140mm²以上的突起部42的剖面積與放電的持續(xù)時(shí)間為約1[sec]時(shí)的突起部42的剖面積相比，具有臨界意義。

再者，作為用于實(shí)現(xiàn)良好的放電的突起部42的特征，使用突起部42的剖面積的原因在于，與長(zhǎng)度方向垂直的方向上的突起部42的剖面形狀并不限于圓形，還可以是橢圓形狀、角部帶圓形(R倒角)的多邊形形狀、管狀等中空形狀。

并且，陰極構(gòu)件4的抗熱震性R優(yōu)選的是大于7.9，更優(yōu)選的是12.2以上?？篃嵴鹦訰是以下式(1)定義。下述式(1)中，σ為彎曲強(qiáng)度[MPa]，λ為導(dǎo)熱率[W/mK]，α為熱膨脹系數(shù)[/106k]，E為楊氏模量[GPa]。

[數(shù)式1]

R＝σ×λ/α/E…(1)

陰極構(gòu)件4由于抗熱震性R大于7.9，所以即使在真空電弧放電時(shí)產(chǎn)生急劇的溫度上升，而產(chǎn)生了大的熱應(yīng)力的情況下也難以粉碎。因此，通過(guò)使用陰極構(gòu)件4，可以期待穩(wěn)定的無(wú)火花放電的持續(xù)。

以下，對(duì)改變陰極構(gòu)件4的抗熱震性的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明。

使用等離子體裝置100，當(dāng)在表1所示的試驗(yàn)條件下電弧電流為80[A]時(shí)，在表5所示的試驗(yàn)條件下，對(duì)四種陰極構(gòu)件(比較例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3)分別進(jìn)行真空電弧放電試驗(yàn)。比較例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3的陰極構(gòu)件包含玻璃狀碳，是大致相同尺寸的圓柱狀。實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3的各陰極構(gòu)件在實(shí)施方式1中相當(dāng)于陰極構(gòu)件4的突起部42。

將各陰極構(gòu)件的彎曲強(qiáng)度σ、導(dǎo)熱率λ、熱膨脹系數(shù)α、楊氏模量E及抗熱震性R示于表5。表5所示的各陰極構(gòu)件的彎曲強(qiáng)度σ、導(dǎo)熱率λ、熱膨脹系數(shù)α、楊氏模量E均是在20℃～30℃左右時(shí)的值。表5所示的各抗熱震性R是使用彎曲強(qiáng)度σ、導(dǎo)熱率λ、熱膨脹系數(shù)α、楊氏模量E的值，通過(guò)所述式(1)而算出。

[表5]

將所述實(shí)施例中的真空電弧放電試驗(yàn)的結(jié)果示于表6。對(duì)比較例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3的陰極構(gòu)件分別實(shí)施各三次真空電弧放電試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)三次均為相同的結(jié)果。

[表6]

比較例1的陰極構(gòu)件在放電起弧后，瞬間粉碎而放電停止。將真空電弧放電試驗(yàn)后的比較例1的陰極構(gòu)件示于圖7。比較例1的陰極構(gòu)件由于抗熱震性R低至7.9，無(wú)法承受放電起弧時(shí)的急劇的溫度上升，所以導(dǎo)致在放電起弧后瞬間粉碎的結(jié)果。

另一方面，在抗熱震性R大于7.9的實(shí)施例1、實(shí)施例1及實(shí)施例3的陰極構(gòu)件中，產(chǎn)生了穩(wěn)定的無(wú)火花放電。因此，可知當(dāng)陰極構(gòu)件的抗熱震性R大于7.9時(shí)，無(wú)火花放電穩(wěn)定地持續(xù)。

關(guān)于實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3，確認(rèn)到穩(wěn)定的無(wú)火花放電持續(xù)了40秒之后，進(jìn)行了強(qiáng)制滅弧。強(qiáng)制滅弧后，將真空容器1在大氣中敞開(kāi)而進(jìn)行各陰極構(gòu)件的確認(rèn)。

實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3的陰極構(gòu)件在所有側(cè)面均殘留有螺旋狀的放電痕跡。從所述方面可知，在真空電弧放電過(guò)程中，電弧斑點(diǎn)在實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3的陰極構(gòu)件的側(cè)面上呈螺旋狀移動(dòng)。即，實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3的陰極構(gòu)件可評(píng)估為抑制了電弧斑點(diǎn)向陰極構(gòu)件以外的部分的移動(dòng)。圖8是真空電弧放電試驗(yàn)后的實(shí)施例1的陰極構(gòu)件的照片。

[實(shí)施方式2]

圖9是表示實(shí)施方式2的等離子體裝置的構(gòu)成的概略圖。參照?qǐng)D9，實(shí)施方式2的等離子體裝置100是在圖1所示的等離子體裝置10上追加了電弧式蒸發(fā)源103、電源105、電源106、電阻107、觸發(fā)電極108、真空容器110及線圈120～線圈122，除此以外與等離子體裝置10相同。

再者，在等離子體裝置100中，真空容器1包含氣體供給口13。

真空容器110包含呈圓弧狀彎曲的筒狀構(gòu)件。并且，真空容器110包含開(kāi)口部110A及壁110B、壁110C、壁100D。而且，真空容器110是以開(kāi)口部110A側(cè)的一端貫穿真空容器1的側(cè)壁的方式固定在真空容器1的側(cè)壁上。其結(jié)果為，真空容器110的內(nèi)部空間與真空容器1的內(nèi)部空間連通。

電弧式蒸發(fā)源103固定在真空容器110的壁110D上。而且，電弧式蒸發(fā)源103與電源105的負(fù)極連接。

陰極構(gòu)件104固定在電弧式蒸發(fā)源103的基板20側(cè)的表面上。而且，陰極構(gòu)件104具有圓盤(pán)形狀，包含選自元素周期表4A族元素、5A族元素、6A族元素、B、Si中的至少一個(gè)元素及它們的氮化物中的任一者。

電源105連接于電弧式蒸發(fā)源103與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。電源106連接于真空容器110與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。

觸發(fā)電極108將一端側(cè)經(jīng)由真空容器110的壁110D配置在真空容器110內(nèi)，與陰極構(gòu)件104相對(duì)向。而且，觸發(fā)電極108的另一端與電阻107連接。并且，觸發(fā)電極108例如包含Mo。

電阻107連接于觸發(fā)電極108與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。

線圈120在陰極構(gòu)件104的附近，配置在真空容器110的周?chē)?。而且，線圈120的兩端與電源(未圖示)連接。線圈120是為了抽出等離子體而設(shè)置。

線圈121在真空容器110的開(kāi)口部110A與壁110D的大致中央部，配置在真空容器110的周?chē)?。而且，線圈121的兩端與電源(未圖示)連接。線圈121是為了使等離子體沿真空容器110的圓弧狀彎曲而設(shè)置。

線圈122在真空容器110的開(kāi)口部110A的附近，配置在真空容器110的周?chē)?。而且，線圈122的兩端與電源(未圖示)連接。線圈122是為了收斂等離子體而設(shè)置。

當(dāng)電流通過(guò)電源(未圖示)流入至線圈120～線圈122時(shí)，線圈120～線圈122在真空容器110的內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)。所述磁場(chǎng)使從陰極構(gòu)件104的突起部1042飛出的離子沿真空容器110呈圓弧狀彎曲，使離子抵達(dá)至基板20。從陰極構(gòu)件104飛出的微粒及中性粒子碰撞至真空容器110的壁110B、壁110C，而不抵達(dá)至基板20。

因此，如果使用等離子體裝置100，則可制造微粒極少，即，表面粗糙度極小的碳薄膜。

并且，如果使用等離子體裝置100，則可制造雜質(zhì)少的高品質(zhì)的碳薄膜。

圖10是利用圖9所示的等離子體裝置100而制造的碳薄膜(類(lèi)金剛石碳膜)的剖面圖。參照?qǐng)D10，碳薄膜50包括基板20、中間層30、中間層35及碳膜40。

中間層30形成于基板20的一個(gè)主面上。中間層30包含選自元素周期表4A族元素、5A族元素、6A族元素、B、Si中的至少一個(gè)元素及它們的氮化物中的任一者。作為4A族元素、5A族元素、6A族元素，特別優(yōu)選的是Cr、Ti、W，還可以使用CrN或TiN等氮化物。

中間層35包含類(lèi)金剛石碳，與中間層30相接而形成。

碳膜40與中間層35相接而形成。

圖11是表示使用圖9所示的等離子體裝置100的碳薄膜(類(lèi)金剛石碳膜)的制造方法的工序圖。

圖11所示的工序圖是在圖4所示的工序圖上追加了工序S11～工序S16的圖，除此以外與圖4所示的工序圖相同。

參照?qǐng)D11，當(dāng)開(kāi)始碳薄膜50的制造時(shí)，將包含選自元素周期表4A族元素、5A族元素、6A族元素、B、Si中的至少一個(gè)元素及它們的氮化物中的任一者的金屬制的陰極構(gòu)件104安裝于電弧式蒸發(fā)源103上(工序S11)。

接著，對(duì)基板20施加負(fù)的電壓(步驟S12)。然后，通過(guò)線圈120施加用于抽出等離子體的磁場(chǎng)，并通過(guò)線圈122施加用于收斂等離子體的磁場(chǎng)，進(jìn)而，通過(guò)線圈121施加用于只使從陰極構(gòu)件14釋放出的離子(Cr離子等)沿圓弧狀的真空容器110彎曲的磁場(chǎng)(工序S13)。

接著，對(duì)電弧式蒸發(fā)源103施加負(fù)的電壓(工序S14)。接著，使觸發(fā)電極108與陰極構(gòu)件104接觸(工序S15)，然后，使觸發(fā)電極108遠(yuǎn)離陰極構(gòu)件104。

由此，產(chǎn)生電弧放電，將具有所需膜厚的中間層30形成于基板20上(工序S16)。

然后，將基板20旋轉(zhuǎn)180度而加以保持，依次執(zhí)行所述工序S1～工序S9，將包含類(lèi)金剛石碳的中間層35形成于中間層30上，然后，將碳膜40形成于中間層35上。由此，一系列的動(dòng)作結(jié)束。

圖11所示的工序圖包括實(shí)施方式1中所說(shuō)明的工序S1～工序S9，因此如果按照?qǐng)D11所示的工序圖制造碳薄膜，則與實(shí)施方式1同樣地，可以防止陰極構(gòu)件4破裂，并通過(guò)穩(wěn)定的無(wú)火花放電來(lái)制造碳薄膜。

再者，在碳薄膜50的制造中，也可以代替圖11所示的工序S11～工序S16，而利用濺射法將中間層30形成于基板20上。即，中間層30也可以通過(guò)濺射法而形成，所述濺射法是使從陰極構(gòu)件104向真空容器110的內(nèi)部釋放出的離子(Cr離子等)沿所述真空容器110呈圓弧狀彎曲，使從陰極構(gòu)件104釋放出的離子(Cr離子等)抵達(dá)至基板20，所述真空容器110配置在陰極構(gòu)件104至基板20之間，包含呈圓弧狀彎曲的筒狀構(gòu)件。

進(jìn)而，利用濺射法而形成的中間層的表面形狀與電弧法相比更平滑。因此，也可以不使用利用濺射法而配置在陰極構(gòu)件104至基板20之間的呈圓弧狀彎曲的筒狀構(gòu)件，而使從陰極構(gòu)件104釋放出的離子從陰極構(gòu)件104到基板20為止線性地抵達(dá)至基板20，而形成中間層30。

并且，在工序S11之前，也可以通過(guò)從陰極構(gòu)件104釋放出的離子來(lái)對(duì)基板20進(jìn)行離子轟擊(ion bombard)處理。

(實(shí)施例)

以下，對(duì)實(shí)施方式2中的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

在實(shí)施例中，將由陰極構(gòu)件4產(chǎn)生電弧放電的方法稱(chēng)為SLA法，將由陰極構(gòu)件104產(chǎn)生電弧放電的方法稱(chēng)為FVA法。

而且，在實(shí)施例中，使用FVA法對(duì)基板20進(jìn)行離子轟擊處理，然后，利用FVA法將中間層30堆積于基板20上，利用SLA法將30nm的中間層35形成于中間層30上，最后，利用SLA法將碳膜(類(lèi)金剛石碳)40形成于中間層35上，制作碳薄膜50。碳膜(類(lèi)金剛石碳)40的膜厚為0.24μm。

再者，在實(shí)施例中，陰極構(gòu)件4的突起部42是直徑R2為3mmφ，高度H2為70mm。

碳薄膜50的具體制造方法如下。

1)在保持構(gòu)件2上安裝基板20。

2)通過(guò)未圖示的回轉(zhuǎn)泵、渦輪分子泵及冷阱(cold trap)將真空容器1、真空容器110內(nèi)真空排氣至9.9×10^-3Pa為止。

3)使Ar氣體從氣體供給口13流入至真空容器1、真空容器110內(nèi)，通過(guò)未圖示的壓力調(diào)整閥將真空容器1、真空容器110內(nèi)的壓力調(diào)整至0.5Pa。

4)使保持構(gòu)件2旋轉(zhuǎn)，通過(guò)電源6將-800V的偏壓施加至基板20。

5)使40A的直流流入至線圈120～線圈122的各個(gè)線圈。

6)通過(guò)電源106將+15V的電壓施加至真空容器110。

7)通過(guò)電源105流入70A的電弧電流，通過(guò)觸發(fā)電極108而在陰極構(gòu)件104中產(chǎn)生放電起弧，利用FVA法實(shí)施90秒的基板20的離子轟擊處理。

8)停止Ar氣體，將真空容器1、真空容器110內(nèi)真空排氣至9.9×10^-3 Pa之后，利用電源6，將-100V的偏壓施加至基板20。

9)使40A的直流流入至線圈120～線圈122的各個(gè)線圈。

10)使保持構(gòu)件2旋轉(zhuǎn)，通過(guò)電源106對(duì)真空容器110施加+15V的電壓。

11)通過(guò)電源105流入70A的電弧電流，通過(guò)觸發(fā)電極108在陰極構(gòu)件104中產(chǎn)生放電起弧，利用FVA法，經(jīng)12分鐘使中間層成膜。此時(shí)，中間層的膜厚為30nm。

12)停止使電流流入至線圈120～線圈122，使電源105停止。

13)使電源106停止。

14)通過(guò)觸發(fā)電極8而在陰極材料4中產(chǎn)生放電起弧，按照表7所示的成膜條件I、成膜條件II的順序并利用SLA法使0.27μm的碳膜(類(lèi)金剛石碳)成膜。

[表7]

將利用現(xiàn)有的FVA法而形成的碳薄膜的評(píng)估示于表8。

[表8]

在表8中，比較例2～比較例4是利用FVA法形成包含類(lèi)金剛石碳的中間層35及碳膜40的示例，比較例5是未形成中間層35而利用FVA法形成碳膜40的示例。在比較例2～比較例4中，中間層35的膜厚為30nm，在比較例2～比較例5中，整體的膜厚為300nm。

將利用現(xiàn)有的電弧法形成有中間層30且利用FVA法形成有碳膜40的碳薄膜的評(píng)估示于表9。圖12是利用現(xiàn)有的電弧法的等離子體裝置的概略圖。圖12所示的等離子體裝置1000是將圖9所示的等離子體裝置100的陰極構(gòu)件4替換為陰極構(gòu)件1001，除此以外與等離子體裝置100相同。陰極構(gòu)件1001包含直徑為64mmφ，厚度為25mm的Cr。而且，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所謂現(xiàn)有的電弧法，是指使用陰極構(gòu)件1001來(lái)產(chǎn)生電弧放電。

[表9]

在表9中，比較例6～比較例8是利用現(xiàn)有的電弧法形成有中間層30且利用FVA法形成有碳膜40的示例。而且，在比較例6～比較例8中，中間層30的材質(zhì)分別為Cr、W、Ti。并且，在比較例6～比較例8中，中間層30的膜厚為30nm，整體的膜厚為300nm。

將利用SLA法而形成的碳薄膜的評(píng)估示于表10。

[表10]

在表10中，實(shí)施例2～實(shí)施例4是利用SLA法形成包含類(lèi)金剛石碳的中間層35及碳膜40的示例，實(shí)施例5是未形成中間層35而利用SLA法形成有碳膜40的示例。在實(shí)施例2～實(shí)施例5中，中間層35的膜厚為30nm，在實(shí)施例2～實(shí)施例5中，整體的膜厚為300nm。

將利用FVA法形成中間層30且利用SLA法形成碳膜40的碳薄膜的評(píng)估示于表11。

[表11]

在表11中，實(shí)施例6～實(shí)施例11是利用FVA法形成有中間層30且利用SLA法形成有碳膜40的示例。而且，在實(shí)施例6～實(shí)施例11中，中間層30的材質(zhì)分別為Cr、Cr、Cr、CrN、W、Ti。并且，在實(shí)施例6～實(shí)施例11中，中間層30的膜厚為30nm，整體的膜厚為300nm。

在表8～表11中，面粗糙度指標(biāo)是將經(jīng)觸針前端半徑為1.25μm的觸針式表面形狀測(cè)定器測(cè)定的10nm～20nm的凹凸的個(gè)數(shù)除以單位掃描距離[mm]及單位膜厚保[nm]所得。表面形狀測(cè)定器是維易科(Veeco)公司的型號(hào)戴科泰克(Dektak)150。并且，將掃描距離設(shè)為5mm，將操作時(shí)間設(shè)為30秒，將載荷設(shè)為1.5mgf。再者，選擇觸針前端半徑為1.25μm的觸針的理由在于凹凸的數(shù)量取決于觸針的前端半徑。

密接性指標(biāo)1是利用洛氏(Rockwell)硬度試驗(yàn)機(jī)施加150kgf的載荷(C級(jí))而利用電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)顯微鏡以放大率300倍觀察而評(píng)估壓痕周邊的碳膜的剝離的有無(wú)。試驗(yàn)機(jī)是使用明石(Akashi)公司制造的型號(hào)ARK-600的機(jī)器。

密接性指標(biāo)2是使用球盤(pán)(ball on disk)型的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，在機(jī)油(engine oil)中以10N/秒使載荷傾斜至最大5000N為止，將摩擦系數(shù)的陡峭的變化點(diǎn)確定為剝離載荷而實(shí)施試驗(yàn)，求出基板盤(pán)片的剝離的有無(wú)及剝離載荷(N)。球的材質(zhì)是SUJ 2，尺寸是直徑3/8英寸，每個(gè)試驗(yàn)將三個(gè)球三等分地固定在直徑18mm的圓周上，施加規(guī)定的試驗(yàn)載荷，基板盤(pán)片是以固定的轉(zhuǎn)數(shù)30rpm進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。試驗(yàn)載荷如果達(dá)到最大5000N則結(jié)束試驗(yàn)。裝置是海計(jì)測(cè)特機(jī)(ORIENTEC)公司制造的型號(hào)EFM-III-EN的機(jī)器。機(jī)油的種類(lèi)是將出光思普?qǐng)D潤(rùn)(ZEPRO TOURING)SN/GF5(5W-30)裝滿(mǎn)于試驗(yàn)容器，并使球及盤(pán)片基板浸漬。

基板的尺寸是直徑為30mmφ，厚度為5mm。并且，基板的材質(zhì)是SCM 415的滲碳材料，對(duì)成膜面進(jìn)行鏡面研磨，而使表面粗糙度Ra小于10nm，使最大表面粗糙度Rmax小于100nm。

如表8所示，比較例2～比較例5的碳薄膜是面粗糙度指標(biāo)小至0.0073[個(gè)/mm/nm]～0.0267[個(gè)/mm/nm]，經(jīng)剝離，剝離載荷為900[N]～1200[N]。

如表9所示，比較例6～比較例8的碳薄膜未經(jīng)剝離，面粗糙度指標(biāo)為0.0333[個(gè)/mm/nm]～0.0600[個(gè)/mm/nm]，剝離載荷為1800[N]～2800[N]。

表10所示的實(shí)施例2～實(shí)施例5的碳薄膜經(jīng)剝離，面粗糙度指標(biāo)小至0.0005[個(gè)/mm/nm]～0.0013[個(gè)/mm/nm]，剝離載荷為1600[N]～2800[N]。

表11所示的實(shí)施例6～實(shí)施例11的碳薄膜的面粗糙度指標(biāo)小至0.0017[個(gè)/mm/nm]～0.0067[個(gè)/mm/nm]，未經(jīng)剝離，剝離載荷大至3500[N]～5000[N]。

因此，通過(guò)利用FVA法形成中間層30，并利用SLA法形成碳膜40，可不經(jīng)剝離，而形成面粗糙度指標(biāo)小，剝離載荷大的碳薄膜。

圖13是表示凹凸的缺陷數(shù)與凹凸的缺陷的尺寸的關(guān)系的圖。在圖13中，縱軸表示在每個(gè)單位掃描距離及每個(gè)單位膜厚的凹凸的缺陷數(shù)，橫軸表示缺陷的凹凸的尺寸。

并且，在圖13中，黑色的柱狀圖表示使用FVA法而形成的碳薄膜上的凹凸的缺陷數(shù)與凹凸的缺陷的尺寸的關(guān)系，白色的柱狀圖表示本發(fā)明的實(shí)施方式的碳薄膜上的凹凸的缺陷數(shù)與凹凸的缺陷的尺寸的關(guān)系。

參照?qǐng)D13，在本發(fā)明的實(shí)施方式的碳薄膜中，包含1.2[個(gè)/mm/nm]凹凸為10nm以上且小于20nm的缺陷，不含凹凸為20nm以上且小于30nm的缺陷，包含0.4[個(gè)/mm/nm]凹凸為30nm以上且小于40nm的缺陷，不含凹凸為40nm以上且小于50nm的缺陷。

另一方面，使用FVA法而形成的碳薄膜包含10.8[個(gè)/mm/nm]凹凸為10nm以上且小于20nm的缺陷，包含5.8[個(gè)/mm/nm]凹凸為20nm以上且小于30nm的缺陷，包含3.0[個(gè)/mm/nm]凹凸為30nm以上且小于40nm的缺陷，并包含2.4[個(gè)/mm/nm]凹凸為40nm以上且小于50nm的缺陷。

因此，本發(fā)明的實(shí)施方式的碳薄膜可以與使用FVA法而形成的碳薄膜相比大幅減少缺陷數(shù)。

再者，在所述實(shí)施例中，也可以替代FVA法的中間層30的形成，設(shè)為利用濺射法形成中間層30。此時(shí)，也同樣地，可以大幅減少碳膜(類(lèi)金剛石碳)的表面上的缺陷數(shù)。

并且，也可以不進(jìn)行利用FVA法的離子轟擊處理。

所述制造方法，即，在基板面上利用FVA法形成整體的膜厚為約30nm左右的金屬中間層之后，利用SLA法形成有膜厚為約300nm的碳膜的碳薄膜50的碳膜(＝類(lèi)金剛石碳)的表面上的缺陷數(shù)(面粗糙度指數(shù))如表9所示，為0.0067[個(gè)/mm/nm]以下。因此，缺陷數(shù)(面粗糙度指數(shù))優(yōu)選的是小于0.0070[個(gè)/mm/nm]，更優(yōu)選的是小于0.0035[個(gè)/mm/nm]，特別優(yōu)選的是小于0.0015[個(gè)/mm/nm]。

并且，在表11中，在實(shí)施例7～實(shí)施例10中，缺陷數(shù)(面粗糙度指數(shù))小于0.0035[個(gè)/mm/nm]，而成為適合于小于10nm～20nm的凹凸會(huì)造成不良影響的光學(xué)透鏡的成型用模具等精密模具用途的膜。

進(jìn)而，利用所述制造法而形成的膜在基材與碳膜的界面上鋪設(shè)有包含金屬的中間層30，所以成為既沒(méi)有出現(xiàn)因洛氏硬度試驗(yàn)而引起的剝離，高面壓滑動(dòng)試驗(yàn)中的耐剝離載荷又超過(guò)5000[N]的膜，從而成為在密接性及耐磨損性方面也優(yōu)異的膜。

再者，如表10所示，當(dāng)沒(méi)有利用FVA法形成中間層30，只利用SLA法使包含類(lèi)金剛石碳的中間層35及碳膜40成膜時(shí)，雖然存在密接力的下降，但是缺陷數(shù)(面粗糙度指數(shù))為0.0013[個(gè)/mm/nm]以下，從而可進(jìn)一步成為適合于精密模具用途的膜。

另一方面，在表8、表9所示的比較例(現(xiàn)有例)中，缺陷數(shù)(面粗糙度指數(shù))大于0.0067[個(gè)/mm/nm]，從而成為如下膜：在面粗糙度方面也不適合于精密模具用途，并且即使進(jìn)行洛氏硬度試驗(yàn)也會(huì)剝離，高面壓滑動(dòng)試驗(yàn)中的耐剝離載荷也成為低載荷，在密接性方面也薄弱。

再者，用于形成碳膜40的陰極構(gòu)件4的以式(1)表示的抗熱震性R優(yōu)選的是大于7.9，更優(yōu)選的是12.2以上。

如果抗熱震性R大于7.9，則玻璃狀碳的耐熱震性相對(duì)于因?yàn)殡娀》烹姸a(chǎn)生于陰極構(gòu)件表面上的熱應(yīng)力而增大，從而能夠防止陰極構(gòu)件4破裂。因此，可以形成進(jìn)一步減少了陰極構(gòu)件4破裂時(shí)容易產(chǎn)生的10nm～20nm的凹凸的數(shù)量的碳膜40。

此次所揭示的實(shí)施方式應(yīng)認(rèn)為在所有方面均為例示而并非加以限制。本發(fā)明的范圍是通過(guò)權(quán)利要求書(shū)而不是所述實(shí)施方式的說(shuō)明來(lái)揭示，意圖包含與權(quán)利要求書(shū)同等的涵義及范圍內(nèi)的所有變更。

[產(chǎn)業(yè)上的可利用性]

本發(fā)明適用于碳薄膜、制造其的等離子體裝置及制造方法。

[符號(hào)的說(shuō)明]

1、110：真空容器

2：保持構(gòu)件

3、103：電弧式蒸發(fā)源

4、104、1001：陰極構(gòu)件

5：永久磁鐵

6、7、107：電源

8、108：觸發(fā)電極

9、109：電阻

10、100、1000：等離子體裝置

11：排氣口

12：擋板

20：基板

30、35：中間層

40：碳膜

41：本體部

42：突起部

50：碳薄膜

120：線圈