[发明专利]导电性硬质碳膜及其成膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及可适用于需要导电性与耐磨损性、以及耐热性的各种部件的导电性硬质碳膜及其成膜方法。特别涉及适于对用于测定半导体、电子零件材料的电气特性等的探针（探头）进行表面处理、对设置在燃料电池的阳极与阴极之间的隔膜进行表面处理、对阴极电子发射元件进行表面处理等的导电性硬质碳膜。

背景技术

近年来，具有导电性的DLC（类金刚石碳）被用作用于测定半导体以及各种电子零件材料的电气特性的探针（探头）。以往，作为这种探头，使用在铍铜构成的基材上包覆镀金的物质，但具有如下所示的问题。

（1）用于半导体、电子零件等的电极的焊料与探头在测定电气特性时多次反复接触造成焊料附着在探头表面使接触电阻变化。其结果是由于检查结果不稳定，导致品质参差不齐。

（2）探头基材的耐磨损性不充分，需要频繁更换探头。其结果是由于探头镀金的更新频率增多，成本提高的同时，探头的更换耗费时间，导致生产率下降。

为了解决如上所述的问题，开发了导电性DLC，防止了焊料造成的污染并改善了耐磨损性（例如，专利文献1、专利文献2）。

由于焊料造成的探头表面的污染主要因材料的表面自由能引起，通过使用有机物系的碳膜代替金，能够减小其表面自由能，因此作为结果焊料难以附着在探头表面。

另一方面，兼顾硬度与导电性并不简单。之所以这样说是由于为了使碳膜具有高硬度，需要增多碳膜中的立方晶系的金刚石成分。其另一方面，金刚石成分增多时，碳显示出绝缘性。为了使导电性更好，增多碳膜中的石墨成分即可，但石墨成分增多时，碳膜变为非常柔软的材料（石墨的硬度为0.1GPa以下）。如此，由于在硬度与导电性之间本来就具有权衡关系，因此兼顾硬度与导电性并不简单。

因此，通过使硼等杂质混入DLC膜中从而具备导电性与一定程度的硬度的薄膜被适用于上述技术领域（例如，专利文献3）。当前被用作探头包覆膜的导电性DLC膜的硬度为9～30GPa的范围，另外，其体积电阻率为1×10^-4～1×10²Ω·cm的范围。

但是，因半导体、电子零件等的制造工艺中的零件的微细化和制造线的高速化等，当前对于DLC膜要求以下的特性。即，要求（1）与已有的导电性DLC膜具有同等以下的低体积电阻率并且具有更高的硬度（耐磨损性）以及（2）在200℃水平的高温区域下体积电阻率与硬度稳定。

专利文献1：特开2004-217975号公报

专利文献2：特开2010-24476号公报

专利文献3：国际公开WO2008/133156号说明书

发明内容

本发明有鉴于现有的导电性DLC膜具有的上述问题，其目的在于提供一种与已有的导电性DLC膜具有同等以下的低体积电阻率并且具有比已有的导电性DLC膜更高的硬度，在200℃水平的高温区域下体积电阻率与硬度稳定的导电性硬质碳膜及其成膜方法。

为了达到上述目的，本发明人等进行了深入研究的结果产生了本发明，如下所示构成。

（1）在真空减压下照射气体团簇离子束进行气相成膜的方法以及通过该方法成膜的导电性硬质碳膜

作为导电性硬质碳膜的第一成膜方法，在真空减压下在基材上通过气相成膜形成导电性硬质碳膜，其特征在于，具有：向基材照射气体团簇离子束而使基材清洁化和/或平坦化的工序；以及使包括硼材料和实质上不含氢的碳质材料的碳膜形成材料蒸发汽化，使该蒸发汽化物电离，或者不电离而附着在上述基材表面，并且向碳膜形成材料照射气体团簇离子束而进行成膜的工序。

作为导电性硬质碳膜的第二成膜方法，在真空减压下在基材上通过气相成膜形成导电性硬质碳膜，其特征在于，具有：向基材照射气体团簇离子束而使基材清洁化和/或平坦化的工序；使中间层膜形成材料蒸发汽化，使该蒸发汽化物电离，或者不电离而附着在上述基材表面，并且向中间层膜形成材料照射气体团簇离子束而形成中间层膜的工序；以及使包括硼材料和实质上不含氢的碳质材料的碳膜形成材料蒸发汽化，使该蒸发汽化物电离，或者不电离而附着在上述中间层膜表面，并且向碳膜形成材料照射气体团簇离子束而进行成膜的工序。

通过上述方法制造的导电性硬质碳膜的特征在于，具有35～60GPa的压痕硬度和1.0×10^-4～1.0×10⁰Ω·cm的体积电阻率。

碳质材料优选为进行气化时变为团簇的物质。

气体团簇优选为由稀有气体、碳氧化物、氮以及氮化物中的一种以上的原子或分子构成。