JP2001003160A

JP2001003160A - 膜形成方法およびその装置

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Publication number: JP2001003160A
Application number: JP11172644A
Authority: JP
Inventors: Koji Miyake; 浩二三宅; Toru Amamiya; 亨雨宮; Tsukasa Hayashi; 司林; Kimito Nishikawa; 公人西川; Koji Matsunaga; 幸二松永; Yasuo Suzuki; 泰雄鈴木
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】基体に対する密着性の高い膜を大きな成膜速
度で形成することができるようにする。【解決手段】この膜形成方法は、第１および第２の成
膜工程を備えている。第１の成膜工程では、真空アーク
放電によって陰極２２を溶解させて陰極物質２２ａを含
むプラズマ３２を生成する第１の真空アーク蒸発源２０
によって生成したプラズマ３２を、偏向磁場によって粗
大粒子を除去する磁気フィルタ４０を通して、負のバイ
アス電圧Ｖ_Bを印加した基体６の近傍に導いて、基体６
の表面に第１の膜を形成する。第２の成膜工程では、真
空アーク放電によって陰極５２を溶解させて陰極物質５
２ａを含むプラズマ６２を生成するものであって真空ア
ーク蒸発源２０の陰極２２と同一材質の陰極５２を有す
る第２の真空アーク蒸発源５０によって生成したプラズ
マ６２を、負のバイアス電圧Ｖ_Bを印加した基体６の近
傍に導いて、前記第１の膜の表面に第２の膜を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、真空アーク蒸発
源を用いたいわゆるアーク式イオンプレーティング法に
よって、例えば自動車部品、工作機械部品、工具等の基
体の表面に、例えば潤滑性や硬度等に優れた膜を形成す
る膜形成方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空アーク放電によって陰極を溶解させ
て陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源
を用いて、この真空アーク蒸発源で発生させたプラズマ
中のイオン（この明細書では正イオンを意味する）を負
バイアス電圧によって基体に引き込んで、基体の表面に
膜を形成する膜形成方法は、アーク式イオンプレーティ
ング法とも呼ばれており、この方法による装置が例えば
特開平９−１５７８３７号公報、特開平１０−２５１８
４５号公報に記載されている。

【０００３】この膜形成方法は、成膜速度が大きい、膜
の密着性が高い等の利点を有している。成膜速度が大き
いのは、真空アーク放電を利用して陰極を溶解させて、
陰極物質を大量に蒸発させることができるからである。
膜の密着性が高いのは、上記プラズマ中のイオンを、負
バイアス電圧による電界によって基体に引き込んで衝突
させることができるからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記真空アーク蒸発源
の陰極から蒸発させる陰極物質には、成膜に好ましい微
小粒子の他に、例えば直径が数μｍ程度またはそれ以上
という粗大粒子（これはドロップレットとも呼ばれる）
が含まれており、この粗大粒子が基体に飛来してその表
面に付着してしまい、この粗大粒子付近を起点として膜
が剥がれやすくなるので、粗大粒子が原因で基体に対す
る膜の密着性が低下するという大きな課題がある。

【０００５】粗大粒子が基体に付着することを防止して
膜の密着性を高める手段は、上記公報にも幾つか提案さ
れているけれども、密着性向上の要求は年々厳しくなっ
て来ており、特に面圧の大きな摩擦摺動部品等に使用す
る場合には、更なる改善が求められている。

【０００６】粗大粒子が基体に付着することを簡単に防
止するためには、例えば、真空アーク蒸発源の前方を避
けた所に基体を配置する方法が考えられるけれども、そ
のような方法では、基体に到達する微小粒子の量も極端
に減るため、成膜速度が極端に低下してしまう。

【０００７】そこでこの発明は、基体に対する密着性の
高い膜を大きな成膜速度で形成することのできる膜形成
方法およびその装置を提供することを主たる目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る膜形成方
法は、真空アーク放電によって陰極を溶解させて陰極物
質を含むプラズマを生成する第１の真空アーク蒸発源に
よって生成したプラズマを、偏向磁場によって粗大粒子
を除去する磁気フィルタを通して、負のバイアス電圧を
印加した基体の近傍に導いて、当該基体の表面に第１の
膜を形成する第１の成膜工程と、真空アーク放電によっ
て陰極を溶解させて陰極物質を含むプラズマを生成する
ものであって前記第１の真空アーク蒸発源の陰極と同一
材質の陰極を有する第２の真空アーク蒸発源によって生
成したプラズマを、負のバイアス電圧を印加した前記基
体の近傍に導いて、前記第１の膜の表面に第２の膜を形
成する第２の成膜工程とを備えることを特徴としてい
る。

【０００９】上記膜形成方法によれば、第１の成膜工程
によって、磁気フィルタを通して粗大粒子の除去された
プラズマを用いて、基体の表面に、粗大粒子を殆ど含ま
ない密着性の高い第１の膜を形成することができる。但
しこの第１の成膜工程だけでは、磁気フィルタを通すこ
とによって基体に到達するプラズマの量が若干減少する
ため、磁気フィルタを用いない場合に比べて、成膜速度
が若干低下する。

【００１０】そこでこの発明では、第２の成膜工程によ
って、上記密着性の高い第１の膜の表面に、第２の真空
アーク蒸発源を用いて第２の膜を形成する。この第２の
成膜工程では、第２の真空アーク蒸発源で生成したプラ
ズマをそのまま成膜に利用するので、高速成膜が可能で
ある。

【００１１】しかも、仮に第２の成膜工程において形成
する第２の膜に粗大粒子が含まれていたとしても、その
下の第１の膜の基体に対する密着性が上記理由から高
く、この第１の膜と第２の膜とは互いに同一種類の膜で
あるので、密着性の高い第１の膜が第２の膜の密着性を
高める作用をし、膜全体として見れば、基体に対する密
着性は高くなる。

【００１２】その結果、基体に対する密着性の高い膜を
大きな成膜速度で形成することができる。

【００１３】この発明に係る膜形成装置は、基体を収納
して真空排気される成膜室と、前記基体に負のバイアス
電圧を印加するバイアス電源と、真空アーク放電によっ
て陰極を溶解させて陰極物質を含むプラズマを生成する
第１の真空アーク蒸発源と、この第１の真空アーク蒸発
源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて
粗大粒子を除去して前記成膜室内の基体の近傍に導く磁
気フィルタと、真空アーク放電によって陰極を溶解させ
て陰極物質を含むプラズマを生成してそれを前記成膜室
内の基体の近傍に導くものであって前記第１の真空アー
ク蒸発源の陰極と同一材質の陰極を有する第２の真空ア
ーク蒸発源とを備えることを特徴としている。

【００１４】上記膜形成装置によれば、第１の真空アー
ク蒸発源および磁気フィルタを用いて、粗大粒子の除去
されたプラズマを基体の近傍に導いて、基体の表面に、
粗大粒子を殆ど含まない密着性の高い第１の膜を形成す
ることができる。

【００１５】更に、第２の真空アーク蒸発源で生成した
プラズマをそのまま基体の近傍に導いて、上記第１の膜
の表面に、第２の膜を高速で成膜することができる。

【００１６】その結果、上記膜形成方法の場合と同様の
理由から、基体に対する密着性の高い膜を大きな成膜速
度で形成することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る膜形成方
法を実施する膜形成装置の一例を示す図である。この膜
形成装置は、図示しない真空排気装置によって真空排気
される成膜室（換言すれば真空容器）２を備えており、
その中に、成膜しようとする基体６を保持するホルダ１
４が設けられている。成膜室２ならびにそれに接続され
た後述する輸送管４２および部屋３４は、この例では電
気的に接地されている。

【００１８】成膜室２内には、この例では、図示しない
ガス源から、不活性ガス、反応性ガス等のガス４が導入
される。不活性ガスは、例えばアルゴンガスである。反
応性ガスは、後述するプラズマ３２、６２中に含まれる
陰極物質２２ａ、５２ａと反応して化合物を作るガスで
ある。

【００１９】ホルダ１４は、この例では、導体から成
り、同じく導体から成る軸１５によって支持されてい
る。この軸１５が成膜室２の壁面を貫通する部分は、絶
縁物１６によって電気絶縁されている。このホルダ１４
および軸１５を、図示しない回転駆動装置によって、例
えば矢印Ｂ方向に回転させるようにしても良い。そのよ
うにすれば、基体６の全面により均一に膜を形成するこ
とが可能になる。

【００２０】ホルダ１４およびそれに保持される基体６
には、バイアス電源１８から、負のバイアス電圧Ｖ_Bが
印加される。バイアス電源１８は、負の直流のバイアス
電圧Ｖ_Bを出力する直流電源でも良いし、負のパルス状
のバイアス電圧Ｖ_Bを繰り返して出力するパルス電源で
も良い。

【００２１】基体６に印加可能なバイアス電圧Ｖ_Bの大
きさ（絶対値）は、動作ガス圧にもよるが、直流電圧の
場合は通常は数百Ｖ程度以下、高くても数ｋＶ程度以下
であり、パルス電圧の場合は数十ｋＶ〜数百ｋＶ程度ま
で印加可能である。これは、基体６等の近傍に後述する
プラズマ３２、６２が導かれることもあって、直流電圧
の場合は、基体６等と成膜室２の壁面との間でブレーク
ダウン（せん絡）が起こりやすいために電圧をあまり高
くすることができないのに対して、パルス電圧の場合
は、そのパルス幅を適宜選択することによって、ブレー
クダウンに至る前に電圧が０または０近くになるように
することができるので、大きな電圧を印加することがで
きるからである。

【００２２】成膜室２の壁面には、後述する磁気フィル
タ４０を構成する輸送管４２の一方の端部が、ホルダ１
４上の基体６に向くように接続されている。この輸送管
４２内も、成膜室２と共に真空排気される。例えば、成
膜室２および輸送管４２内は、ガス４、３０の導入前
に、１０^-5〜１０^-6Ｔｏｒｒ程度に真空排気される。こ
の輸送管４２の他方の端部内に、第１の真空アーク蒸発
源２０が設けられている。

【００２３】真空アーク蒸発源２０は、この例では金属
製の支持体２４に取り付けられた陰極２２を有してい
て、それと陽極兼用の輸送管４２との間の真空アーク放
電によって、陰極２２を局部的に溶解させて陰極物質２
２ａを蒸発させるものである。このとき、陰極２２の前
方近傍には、アーク放電によってプラズマが生成され、
陰極物質２２ａの一部はイオン化される。即ち、陰極２
２の前方近傍には、イオン化された陰極物質２２ａを含
むプラズマ３２が生成される。

【００２４】このとき、陰極２２と輸送管４２との間に
は、直流のアーク電源２８から、前者を負極側にして、
直流のアーク放電電圧Ｖ_A1が供給される。このアーク放
電電圧Ｖ_A1の大きさは、例えば数十Ｖ〜数百Ｖ程度であ
る。なお、通常は、アーク放電起動用のトリガ電極が備
えられているが、ここではその図示を省略している。２
６は絶縁物である。

【００２５】陰極２２の材質は、形成しようとする膜の
種類に応じて選ばれる。例えば、金属、金属化合物、半
金属、半金属化合物等である。これらはいずれも、導電
性材料である。

【００２６】陰極２２の近傍には、この例のように、成
膜室２内に導入するガス４と同種類のガス３０を導入す
るのが好ましい。そのようにすれば、陰極２２の近傍の
ガス圧調整が容易になるので、プラズマ３２の生成が容
易になる。

【００２７】磁気フィルタ４０は、湾曲した前記輸送管
４２と、その外周に巻かれていて輸送管４２に沿う磁束
（図１中にその磁力線４８の一例を示す）を発生する磁
気コイル４４と、この磁気コイル４４を励磁する直流電
源４６とを備えている。磁気コイル４４は、一つでも良
いし、複数に分割されていても良い。この磁気コイル４
４によって、輸送管４２の中心軸上で例えば１０ガウス
〜数ｋガウス程度の磁束密度になるような偏向磁場を形
成する。但し、磁気コイル４４および直流電源４６の代
わりに、上記と同様の磁場を形成する複数の永久磁石を
用いても良い。

【００２８】この磁気フィルタ４０は、真空アーク蒸発
源２０によって生成されたプラズマ３２を、上記偏向磁
場によって湾曲させて当該プラズマ３２中に含まれてい
る粗大粒子を除去した後に、成膜室２内の基体６の近傍
に導く働きをする。

【００２９】これを詳述すると、陰極２２から蒸発する
陰極物質２２ａには、数原子レベルの微小粒子だけでな
く、前述したように例えば直径が数μｍ程度またはそれ
以上という粗大粒子も含まれているが、この粗大粒子が
イオン化した場合、それは磁気フィルタ４０内の磁場に
捕捉されてその磁力線４８を中心軸として螺旋運動をす
る。この螺旋運動の半径（ラーマー半径）は質量に比例
して大きくなるため、粗大粒子の場合は極端に大きく、
結果的に輸送管４２の内壁または図示しないフィン（防
着板）に衝突して消滅（付着）する。

【００３０】上記粗大粒子がイオン化していない場合
は、陰極２２から直線的に飛散するため、これも湾曲し
た輸送管４２の内壁またはフィンに衝突して消滅する。
従っていずれにしても、粗大粒子は磁気フィルタ４０内
においてプラズマ３２中から除去され、成膜室２内に
は、イオン化した微小粒子および電子から成るプラズマ
３２が輸送され、これが基体６の近傍に導かれる。

【００３１】成膜室２の上記磁気フィルタ４０接続面と
は別の壁面の部分に、ホルダ１４上の基体６に向くよう
に、第２の真空アーク蒸発源５０が設けられている。こ
の真空アーク蒸発源５０は、例えば図示例のように成膜
室２に連通する部屋３４内に設けても良いし、直接、成
膜室２の壁面の内側に設けても良い。

【００３２】真空アーク蒸発源５０は、上記真空アーク
蒸発源２０とほぼ同様の構成を有している。即ち、この
真空アーク蒸発源５０は、この例では金属製の支持体５
４に取り付けられた陰極５２を有していて、それと陽極
を兼ねる部屋３４（または成膜室２）の壁面との間の真
空アーク放電によって、陰極５２を局部的に溶解させて
陰極物質５２ａを蒸発させるものである。このとき、陰
極５２の前方近傍には、アーク放電によってプラズマが
生成され、陰極物質５２ａの一部はイオン化される。即
ち、陰極５２の前方近傍には、イオン化された陰極物質
５２ａを含むプラズマ６２が生成される。

【００３３】このとき、陰極５２と部屋３４の壁面等と
の間には、アーク電源５８から、前者を負極側にして、
直流またはパルス状のアーク放電電圧Ｖ_A2が供給され
る。即ち、アーク電源５８は、直流のアーク放電電圧Ｖ
_A2を出力する直流電源でも良いし、パルス状のアーク放
電電圧Ｖ_A2を繰り返して出力するパルス電源でも良い。
このアーク放電電圧Ｖ_A2の大きさは、例えば数十Ｖ〜数
百Ｖ程度である。なお、通常は、アーク放電起動用のト
リガ電極が備えられているが、ここでもその図示を省略
している。５６は絶縁物である。陰極５２の材質は、第
１の真空アーク蒸発源２０の陰極２２と同一のものであ
る。

【００３４】この真空アーク蒸発源５０で生成したプラ
ズマ６２は、そのまま（即ち真空アーク蒸発源２０側の
ように磁気フィルタ４０を通すことなく）ホルダ１４上
の基体６の近傍に導かれる。

【００３５】次に、上記のような膜形成装置を用いて、
基体６の表面に膜を形成する膜形成方法の例を幾つか説
明する。

【００３６】まず、次のような第１の成膜工程を行う。
即ち、上記第１の真空アーク蒸発源２０によって生成し
たプラズマ３２を、磁気フィルタ４０を通して粗大粒子
を除去して、成膜室２内の基体６の近傍に導く。このと
き、基体６にはバイアス電源１８から上記のような負の
バイアス電圧Ｖ_Bを印加しておく。これによって、プラ
ズマ３２中に含まれているイオン化した陰極物質２２ａ
がバイアス電圧Ｖ_Bによって基体に向けて加速されて基
体６の表面に衝突し堆積して、図２に示すように、基体
６の表面に、陰極物質２２ａから成る第１の膜８が形成
される。このとき、成膜室２内等に導入するガス４およ
び３０が前述した反応性ガスの場合は、当該反応性ガス
と陰極物質２２ａとが化合した化合物膜が、基体６の表
面に第１の膜８として形成される。

【００３７】例えば、陰極２２をＴi 、ガス４および３
０をＮ₂とすれば、ＴiＮ膜を形成することができる。
陰極２２をＴi 、ガス４および３０をＣＨ₄とＮ₂の混
合ガスとすれば、ＴiＣＮ膜を形成することができる。
陰極２２をＴiＡl 合金、ガス４および３０をＮ₂とす
れば、ＴiＡlＮ膜を形成することができる。

【００３８】次に、次のような第２の成膜工程を行う。
即ち、上記第２の真空アーク蒸発源５０によって生成し
たプラズマ６２を成膜室２内の基体６の近傍に導く。こ
のときも、基体６にはバイアス電源１８から上記のよう
な負のバイアス電圧Ｖ_Bを印加しておく。これによっ
て、プラズマ６２中に含まれているイオン化した陰極物
質５２ａがバイアス電圧Ｖ_Bによって基体６に向けて加
速されて基体６上の膜８に衝突し堆積して、図２に示す
ように、第１の膜８の表面に第２の膜１０が形成され
る。このとき、成膜室２内に導入するガス４の種類は、
上記第１の成膜工程のときと同じにしておく。これによ
って、陰極２２と５２とは互いに同一材質であるので、
膜８と同一種類の膜１０が形成される。

【００３９】上記膜形成方法によれば、第１の成膜工程
によって、磁気フィルタ４０を通して粗大粒子の除去さ
れたプラズマ３２を用いて、基体６の表面に、粗大粒子
を殆ど含まない密着性の高い第１の膜８を形成すること
ができる。但しこの第１の成膜工程だけでは、磁気フィ
ルタ４０を通すことによって基体６に到達するプラズマ
３２の量が若干減少するため、磁気フィルタ４０を用い
ない場合に比べて、成膜速度が若干低下する。

【００４０】そこでこの膜形成方法では、第２の成膜工
程によって、上記密着性の高い第１の膜８の表面に、第
２の真空アーク蒸発源５０を用いて第２の膜１０を形成
する。この第２の成膜工程では、第２の真空アーク蒸発
源５０で生成したプラズマ６２をそのまま成膜に利用す
るので、高速成膜が可能である。

【００４１】しかも、仮に第２の成膜工程において形成
する第２の膜１０に粗大粒子が含まれていたとしても、
その下の第１の膜８の基体６に対する密着性が上記理由
から高く、この第１の膜８と第２の膜１０とは互いに同
一種類の膜であるので、密着性の高い第１の膜８が第２
の膜１０の密着性を高める作用をし、膜全体として見れ
ば、基体６に対する密着性は高くなる。

【００４２】その結果、基体６に対する密着性の高い膜
を大きな成膜速度で形成することができる。

【００４３】上記第２の成膜工程において、第１の真空
アーク蒸発源２０および磁気フィルタ４０をも動作させ
て、第２の真空アーク蒸発源５０からのプラズマ６２と
共に、磁気フィルタ４０からのプラズマ３２を成膜に用
いても良い。そのようにすれば、第２の膜１０の成膜
に、プラズマ６２および３２の両方を用いることができ
るので、膜１０の成膜速度をより高めることができる。

【００４４】また、上記アーク電源５８をパルス電源と
して、第２の成膜工程時に、第２の真空アーク蒸発源５
０において、直流放電ではなくパルス状のアーク放電を
繰り返して発生させても良い。そのようにすれば、陰極
５２の表面の局部的な過熱を抑制することができるの
で、陰極物質５２ａに含まれる粗大粒子の数および粒子
サイズを低減することができる。その結果、第２の膜１
０に含まれる粗大粒子の数およびサイズを低減すること
ができるので、第２の膜１０の密着性を、ひいては膜全
体の基体６に対する密着性を、より高めることができ
る。また、第２の膜１０の表面の平滑性も高めることが
できる。

【００４５】上記第２の成膜工程の後に、更に、次のよ
うな第３の成膜工程を行っても良い。即ち、第２の真空
アーク蒸発源５０を停止し、第１の真空アーク蒸発源２
０および磁気フィルタ４０を用いて第１の成膜工程のと
きと同様にして、即ち真空アーク蒸発源２０によって生
成したプラズマ３２を磁気フィルタ４０を通して粗大粒
子を除去した後に基体６の近傍に導いて、図３に示すよ
うに、第２の膜１０の表面に、粗大粒子を殆ど含まない
第３の膜１２を形成する。このとき、基体６には、上記
各工程の場合と同様に、バイアス電源１８から負のバイ
アス電圧Ｖ_Bを印加しておく。

【００４６】これによって、第２の膜１０の表面に、粗
大粒子を殆ど含まない超平滑な第３の膜１２を形成する
ことができる。即ち、基体６上に形成された膜の表面を
極めて平滑性の高いものにすることができる。このよう
な平滑性の高い膜は、前述した自動車部品、工作機械部
品、工具等の分野に用いれば、その耐久性等の向上にお
いて、特に大きな効果を発揮することができる。

【００４７】上記のようにして基体６の表面に形成する
膜８および１０、または膜８、１０および１２の全体の
厚さは、目的に応じて適宜選定すれば良く、例えば、１
ｎｍ〜数十μｍ程度である。各膜８、１０および１２の
厚さは、互いに同一としても良いし異ならせても良い。
上述した各膜の性質に鑑みれば、第１の膜８および第３
の膜１２は、第２の膜１０に比べて薄くしても良い。

【００４８】また、上記第１ないし第３の成膜工程にお
いて、基体６に、バイアス電源１８から負のパルス状の
バイアス電圧Ｖ_Bを繰り返して印加しても良い。バイア
ス電圧Ｖ_Bがパルス電圧の場合は、前述したように、直
流電圧の場合に比べて、遙かに大きな電圧（例えば−数
十ｋＶ〜−数百ｋＶ程度）を基体６に印加することが可
能である。

【００４９】従って、基体６の近傍に導かれたプラズマ
３２、６２中のイオンを、大きなエネルギーで基体６に
向けて加速して、基体６またはその表面の膜に入射堆積
させることができる。このとき、入射イオンは、蒸着
原子の基体６中への押し込み、基体原子および蒸着原
子の叩き出し、イオン自体の基体６中への侵入の作用
をし、これらの作用によって、図４に示すように、基体
６とその上の膜８との界面付近に両者の構成元素から成
る混合層（ミキシング層）７が形成され、この混合層７
があたかも楔のような作用をするので、基体６に対する
膜８の密着性が極めて高くなる。これらの作用効果は、
膜１０と膜８との間、および膜１２と膜１０との間にお
いても同様に得られる。

【００５０】アーク電源５８およびバイアス電源１８の
両方をパルス電源とする場合は、例えば同期制御回路６
４を設ける等して、これらの電源から出力するパルス状
のアーク放電電圧Ｖ_A2およびバイアス電圧Ｖ_Bを互いに
同期させるのが好ましい。そのようにすれば、プラズマ
６２の密度が高い状態のときにバイアス電圧Ｖ_Bによっ
てプラズマ６２中のイオンを基体６に効率良く引き込む
ことができるので、成膜速度が向上する等の効果が得ら
れる。

【００５１】

【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。

【００５２】請求項１記載の発明によれば、第１の成膜
工程によって粗大粒子を殆ど含まない密着性の高い第１
の膜を形成した上に、第２の成膜工程によって第２の膜
を大きな成膜速度で形成することができ、この第１の膜
と第２の膜とは互いに同一種類の膜であるので、密着性
の高い第１の膜が第２の膜の密着性を高める作用をして
膜全体として見れば基体に対する密着性が高くなると共
に、第２の膜の成膜速度が大きいので、基体に対する密
着性の高い膜を大きな成膜速度で形成することができ
る。

【００５３】請求項２記載の発明によれば、第２の膜の
表面に粗大粒子を殆ど含まない第３の膜を形成すること
ができるので、基体上に形成された膜の表面を極めて平
滑性の高いものにすることができる、という更なる効果
を奏する。

【００５４】請求項３記載の発明によれば、第２の成膜
工程で形成する第２の膜に含まれる粗大粒子の数および
サイズを低減することができるので、第２の膜の密着性
を、ひいては膜全体の基体に対する密着性をより高める
ことができ、かつ第２の膜の表面の平滑性を高めること
ができる、という更なる効果を奏する。

【００５５】請求項４記載の発明によれば、直流電圧の
場合よりも遙かに大きなバイアス電圧を基体に印加し
て、プラズマ中のイオンを大きなエネルギーで基体また
はその表面の膜に入射堆積させることができ、それによ
って基体と膜間または膜同士間に混合層を形成して、膜
の密着性をより一層高めることができる、という更なる
効果を奏する。

【００５６】請求項５記載の発明によれば、第１の真空
アーク蒸発源および磁気フィルタを用いて粗大粒子を殆
ど含まない密着性の高い第１の膜を形成した上に、第２
の真空アーク蒸発源を用いて第２の膜を大きな成膜速度
で形成することができ、この第１の膜と第２の膜とは互
いに同一種類の膜であるので、密着性の高い第１の膜が
第２の膜の密着性を高める作用をして膜全体として見れ
ば基体に対する密着性が高くなると共に、第２の膜の成
膜速度が大きいので、基体に対する密着性の高い膜を大
きな成膜速度で形成することができる。

【００５７】請求項６記載の発明によれば、第２の真空
アーク蒸発源を用いて形成する第２の膜に含まれる粗大
粒子の数およびサイズを低減することができるので、第
２の膜の密着性を、ひいては膜全体の基体に対する密着
性をより高めることができ、かつ第２の膜の表面の平滑
性を高めることができる、という更なる効果を奏する。

【００５８】請求項７記載の発明によれば、直流電圧の
場合よりも遙かに大きなバイアス電圧を基体に印加し
て、プラズマ中のイオンを大きなエネルギーで基体また
はその表面の膜に入射堆積させることができ、それによ
って基体と膜間または膜同士間に混合層を形成して、膜
の密着性をより一層高めることができる、という更なる
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る膜形成方法を実施する膜形成装
置の一例を示す図である。

【図２】基体上に第１および第２の膜を形成した状態の
一例を示す概略断面図である。

【図３】基体上に第１ないし第３の膜を形成した状態の
一例を示す概略断面図である。

【図４】混合層の概念を示す断面図である。

【符号の説明】

２成膜室６基体８第１の膜１０第２の膜１２第３の膜１８バイアス電源２０第１の真空アーク蒸発源２２陰極２２ａ陰極物質３２プラズマ４０磁気フィルタ５０第２の真空アーク蒸発源５２陰極５２ａ陰極物質５８アーク電源６２プラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林司京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (72)発明者西川公人京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (72)発明者松永幸二京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (72)発明者鈴木泰雄京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 BA43 BB02 BC02 BD03 BD05 CA03 CA13 DD06 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空アーク放電によって陰極を溶解させ
て陰極物質を含むプラズマを生成する第１の真空アーク
蒸発源によって生成したプラズマを、偏向磁場によって
粗大粒子を除去する磁気フィルタを通して、負のバイア
ス電圧を印加した基体の近傍に導いて、当該基体の表面
に第１の膜を形成する第１の成膜工程と、真空アーク放
電によって陰極を溶解させて陰極物質を含むプラズマを
生成するものであって前記第１の真空アーク蒸発源の陰
極と同一材質の陰極を有する第２の真空アーク蒸発源に
よって生成したプラズマを、負のバイアス電圧を印加し
た前記基体の近傍に導いて、前記第１の膜の表面に第２
の膜を形成する第２の成膜工程とを備えることを特徴と
する膜形成方法。
【請求項２】前記第２の成膜工程の後に、前記第１の
真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを前記磁気
フィルタを通して、負のバイアス電圧を印加した前記基
体の近傍に導いて、前記第２の膜の表面に第３の膜を形
成する第３の成膜工程を更に備える請求項１記載の膜形
成方法。
【請求項３】前記第２の真空アーク蒸発源においてパ
ルス状の真空アーク放電を繰り返して発生させる請求項
１または２記載の膜形成方法。
【請求項４】前記基体に負のパルス状のバイアス電圧
を繰り返して印加する請求項１、２または３記載の膜形
成方法。
【請求項５】基体を収納して真空排気される成膜室
と、前記基体に負のバイアス電圧を印加するバイアス電
源と、真空アーク放電によって陰極を溶解させて陰極物
質を含むプラズマを生成する第１の真空アーク蒸発源
と、この第１の真空アーク蒸発源によって生成したプラ
ズマを磁場によって湾曲させて粗大粒子を除去して前記
成膜室内の基体の近傍に導く磁気フィルタと、真空アー
ク放電によって陰極を溶解させて陰極物質を含むプラズ
マを生成してそれを前記成膜室内の基体の近傍に導くも
のであって前記第１の真空アーク蒸発源の陰極と同一材
質の陰極を有する第２の真空アーク蒸発源とを備えるこ
とを特徴とする膜形成装置。
【請求項６】前記第２の真空アーク蒸発源が、パルス
状の真空アーク放電を繰り返して発生させるものである
請求項５記載の膜形成装置。
【請求項７】前記バイアス電源が、前記基体に負のパ
ルス状のバイアス電圧を繰り返して印加するものである
請求項５または６記載の膜形成装置。