[发明专利]涂敷硬碳膜的基底及其制造方法

说明书

本发明涉及一种涂敷硬碳膜的基底，它具有在基底表面上形成的硬碳膜，也涉及一种制造涂敷了硬碳膜的基底的方法。本发明还涉及一种在基底上提供硬碳膜的方法，尤其涉及一种提供保护薄膜的方法，诸如电动剃须刀内部和外部刀片、磁光盘、薄膜磁头和声表面波(SAW)器件上的保护薄膜；用于光刻法的防反射薄膜；压缩机滑动表面上的保护薄膜；或诸如太阳能电池、装饰物和光学元件结构层上的硬碳膜。

众所周知，在基底上直接形成类金刚石碳薄膜，导致类金刚石碳薄膜和基底之间的粘附性不强。为了克服此缺点，提出在类金刚石碳薄膜和基底之间插入Si中间层(例如，见182880(1990)、3-115572(1991)和1-138611(1989)号日本公开专利)。

第7-41386(1995)和7-316818(1995)号日本公开专利中揭示了在硬碳膜和基底之间提供Si、Ru或Ge构成的中间层，从而即使用主要由Ni或Al或不锈钢形成的金属或合金来构成基底(适用于电动剃须刀的刀片)时，也可改善硬碳膜和基底之间的粘附性。

如果在基底和硬碳膜(例如，类金刚石碳薄膜)之间插入上述已有技术的中间层，可显著地改善其间的粘附性和抗剥离性。然而，考虑到本领域内技术的多样性和对各种技术情况的应用性，仍旧需要也能改善基底和硬碳膜之间的粘附性和抗剥离性的其它类型的中间层。

通过溅射法和等离子体CVD法之类的气相外延法形成上述的常规中间层。这需要使中间层的厚度较大，或者，如果基底具有复杂的三维结构，则需要在形成中间层期间改变基底位置。

本发明的一个目的是提供一种涂敷硬碳膜的基底，在硬碳膜和基底之间的粘附性和抗剥离性有所改善，还提供了一种提供涂敷硬碳膜的基底的方法。

本发明的另一个目的是提供一种在基底上提供硬碳膜的方法，从而即使在具有复杂三维结构的基底上也可均匀地形成中间层，并可在硬碳膜和基底之间获得令人满意的粘附性。

依据本发明第一方面的涂有硬碳膜的基低包括基底、硬碳膜和在基底与硬碳膜之间形成的中间层。中间层主要由从Al、Cr、Sn、Co和B及它们的氧化物、氮化物和碳化物构成的组中选出的至少一种来构成。

依据本发明的第一方面，可使用诸如溅射之类的任何方法形成中间层。在使用溅射法的情况下，最好在把射频电压加到基底时形成中间层，从而横穿基底产生自偏电压。最好把基底中产生的自偏电压控制在不超过-20V，以保证增强硬碳膜对基底的粘附性。

可使用其它物理淀积或化学气相外延法来形成依据本发明第一方面的中间层。例如，可使用电镀来形成金属中间层。

本发明第一方面中所使用的术语“硬碳膜”将包括无定形类金刚石碳薄膜、具有无定形和结晶部分的类金刚石碳薄膜以及结晶类金刚石碳薄膜。

在本发明第一方面中形成硬碳膜的方法没有特殊限定。可通过CVD法(例如，等离子体CVD法)之类的方法形成硬碳膜。类似于形成中间层，最好在把射频电压加到基底时形成硬碳膜，从而横穿基底产生自偏电压。最好把基底中产生的自偏电压控制在不超过-20V。在等离子体CVD法中，例如可使用电子回旋共振(ECR)等离子体CVD设备作为产生等离子体的装置。使用此设备可增大等离子体的密度，并可在低温下形成高质量的硬碳膜。

例如，依据本发明第一方面的涂敷硬碳膜的薄膜可应用于电动剃须刀的内部和外部刀片。电动剃须刀的那些内部和外部刀片一般是用主要由Ni或Al或不锈钢构成的金属或合金来形成的。相应地，可使用这些材料构成的基底作为本发明第一方面的基底。

基底不限于电动剃须刀的内部和外部刀片，也可适用于磁光盘、薄膜磁头和声表面波(SAW)器件。可在其上的硬碳膜作为它们的保护薄膜。此外，可把硬碳膜作为可在光刻法的曝光期间所使用的防反射薄膜。此外，可把硬碳膜作为旋转压缩机之类压缩机滑动部分的保护薄膜、太阳能电池的保护薄膜层、光学元件或装饰物的一部分。

依据本发明第一方面的基底的材料类型包括Mo-Ni-Cr铸铁之类的铸铁、高速工具钢之类的钢、SUS304之类的不锈钢、铁合金、非铁金属材料、陶瓷、贵金属和碳。非铁金属材料和陶瓷包括Ti、Al、Zr、Si、W、Mo、In、Ta、Fe、Ni、Co、Mn、Cr或Zn的单种元素、合金或烧结形式；及它们的氧化物、氮化物和碳化物。贵金属包括Au、Ag、Pt、Ru和Pd。碳包括含铝的碳。

依据本发明的第二方面，一种在基底上提供硬碳膜的方法包括在基底上电镀形成中间层和在该中间层上形成硬碳膜的步骤。