JP2002121660A - Method and apparatus for forming thin film - Google Patents

Method and apparatus for forming thin film

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JP2002121660A
JP2002121660A JP2000311544A JP2000311544A JP2002121660A JP 2002121660 A JP2002121660 A JP 2002121660A JP 2000311544 A JP2000311544 A JP 2000311544A JP 2000311544 A JP2000311544 A JP 2000311544A JP 2002121660 A JP2002121660 A JP 2002121660A
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Japan
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thin film
forming
substrate
cathode material
film
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JP2000311544A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Murakami
浩 村上
Kiyoshi Ogata
潔 緒方
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for forming a carbon thin film excellent in adhesiveness to a substrate and film productivity. SOLUTION: In a first process, a substance containing atoms (e.g. carbon atom) constituting a thin film as a cathode substance 31 is used, in a gas atmosphere containing second atoms (e.g. silicon atom) different from the atom constituting the thin film, a plasma originating from the cathode substance and the gas is generated from the cathode substance by vacuum arc discharging, an intermediate film MF, which contains the atom constituting the thin film CF and the second atom under the plasma, has tight adhesion to both of a substrate W and the thin film CF, is formed, in a second process, a substance containing atoms (e.g. carbon atom) constituting a thin film as a cathode substance 31 is mainly used, the plasma originating from the cathode substance is generated from the cathode substance by vacuum arc discharging, the thin film (e.g. carbon thin film) is formed under the plasma.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形成方法及び装
置に関する。
The present invention relates to a method and an apparatus for forming a thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種物品の基体表面に耐摩耗性、良好な
摺動性等の所望の特性を付与するために基体に薄膜を形
成することが広く行われている。
2. Description of the Related Art In order to impart desired characteristics such as abrasion resistance and good slidability to a substrate surface of various articles, a thin film is widely formed on the substrate.

【0003】例えば、DLC(ダイアモンドライクカー
ボン)膜、アモルファスカーボン膜、アモルファスダイ
アモンド膜等の炭素膜は耐摩耗性、摺動性に優れること
から、自動車部品、機械部品、工具、金型等の耐摩耗性
及び(又は)良好な摺動性が要求される物品基体に形成
される。
For example, carbon films such as a DLC (diamond-like carbon) film, an amorphous carbon film, and an amorphous diamond film have excellent abrasion resistance and slidability. It is formed on an article substrate that requires abrasion and / or good slidability.

【0004】かかる炭素膜は、これまでプラズマCVD
法によりに形成されてきた。
[0004] Such carbon films have hitherto been used for plasma CVD.
It has been formed by the method.

【0005】しかし、プラズマCVD法によって形成す
る炭素膜は、自動車部品、機械部品、工具、金型等の基
体の材料としてよく採用される鉄系、アルミニュウム系
の金属、超硬合金、セラミック等との密着性の点で満足
できるものではなかった。
However, the carbon film formed by the plasma CVD method is made of an iron-based material, an aluminum-based metal, a cemented carbide, a ceramic, etc., which are often used as base materials for automobile parts, machine parts, tools, molds and the like. Was not satisfactory in terms of adhesion.

【0006】このため、密着性のよい炭素膜を形成すべ
く研究、開発がなされてきた。その一つを例示すると、
基体と炭素膜の双方に密着性のよいバインダー膜を一般
的なイオプレーティング法やスパッタリング法にて基体
上に形成し、このバインダー膜上にプラズマCVD法に
より炭素膜を形成することが提案されている。
For this reason, research and development have been made to form a carbon film having good adhesion. To illustrate one of them:
It has been proposed that a binder film having good adhesion to both the substrate and the carbon film be formed on the substrate by a general ion plating method or a sputtering method, and a carbon film formed on the binder film by a plasma CVD method. ing.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラズ
マCVD法による炭素膜の形成を含め、これまで提案さ
れ、実施されてきた炭素膜形成方法は、いずれも、基体
への密着性の点でなお満足できるものでないことに加
え、成膜速度が遅く、特に大きい面積にわたる成膜速度
が遅く、炭素膜生産性の点でなお満足できる程度のもの
ではない。
However, all of the carbon film forming methods proposed and implemented so far, including the formation of a carbon film by a plasma CVD method, are still satisfactory in terms of adhesion to a substrate. In addition to what is not possible, the deposition rate is slow, especially over large areas, and is still not satisfactory in terms of carbon film productivity.

【0008】以上炭素膜の形成を例にとって説明した
が、一般的に言っても、従来の膜形成方法では基体への
膜密着性、成膜速度の点でなお満足し難い膜について
は、一層の基体への密着性の向上が求められ、一層の成
膜速度向上が求められている。
Although the formation of a carbon film has been described above as an example, generally speaking, a film which is still unsatisfactory in terms of film adhesion to a substrate and a film formation rate by a conventional film forming method is more and more. There is a demand for improved adhesion to substrates, and a further improvement in film forming speed.

【0009】そこで本発明は、各種膜の形成に適用で
き、基体への膜密着性に優れるとともに膜生産性の点で
も優れた薄膜形成方法及び装置を提供することを課題と
する。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for forming a thin film which can be applied to the formation of various films, have excellent film adhesion to a substrate, and are excellent in film productivity.

【0010】また本発明は、基体への膜密着性に優れる
とともに膜生産性の点でも優れた薄膜形成方法及び装
置、特に炭素薄膜の形成方法及び装置を提供することを
課題とする。
Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for forming a thin film, particularly a method and an apparatus for forming a carbon thin film, which are excellent in film adhesion to a substrate and excellent in film productivity.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため研究を重ね、 a)基体及び目的とする薄膜の双方に密着性良好な、薄
膜構成原子を含む中間膜を形成し、該中間膜上に目的と
する薄膜を形成する、又は b)基体及び目的とする薄膜の双方に密着性良好な、薄
膜構成原子を含む物質と基体とのミキシング層を基体上
に形成し、該ミキシング層上に目的とする薄膜を形成す
る 、又は c)基体への膜密着性を良好ならしめるために基体をク
リーニングした後、該基体に薄膜構成原子を含む物質と
基体とのミキシング層を形成し、該ミキシング層上に目
的とする薄膜を形成するか、或いは該ミキシング層上に
該ミキシング層及び目的とする薄膜の双方に密着性良好
な、薄膜構成原子を含む中間膜を形成し、該中間膜上に
目的とする薄膜を形成する、のいずれかの手法を採用す
るとともに、これら中間膜、ミキシング層、目的とする
薄膜の形成を真空アーク蒸着法により形成することで、
基体への密着性を飛躍的に向上させ得るとともに膜生産
性も従来より向上させ得ることを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventor has repeated studies to solve the above problems, and a) forming an intermediate film containing atoms constituting the thin film having good adhesion to both the substrate and the target thin film; Forming a target thin film on the intermediate film, or b) forming a mixing layer of a substrate containing a thin-film constituent atom and a substrate having good adhesion to both the substrate and the target thin film on the substrate, Forming a desired thin film on the mixing layer, or c) forming a mixing layer between the substance containing atoms constituting the thin film and the substrate on the substrate after cleaning the substrate to improve the film adhesion to the substrate. Forming an intended thin film on the mixing layer, or forming an intermediate film containing thin film constituent atoms having good adhesion to both the mixing layer and the intended thin film on the mixing layer, Target on interlayer By forming any one of the methods of forming a thin film, and forming these intermediate films, mixing layers, and thin films of interest by vacuum arc evaporation,
It has been found that the adhesion to the substrate can be dramatically improved and the film productivity can be improved as compared with the conventional case.

【0012】真空アーク蒸着法は、陰極物質を真空アー
ク放電によって蒸発させて該陰極物質由来のプラズマを
生成する真空アーク蒸発源を用い、この真空アーク蒸発
源で発生させたプラズマ中から目的とする薄膜の構成に
寄与するイオンを、膜形成しようとする基体等へバイア
ス電圧印加のもとに引き込んで該基体等に膜形成する方
法であり、成膜速度が大きい上に、膜形成しようとする
基体等への膜密着性が高いという利点を有している。
The vacuum arc evaporation method uses a vacuum arc evaporation source that evaporates a cathode material by vacuum arc discharge to generate a plasma derived from the cathode material, and uses a vacuum arc evaporation source from the plasma generated by the vacuum arc evaporation source. In this method, ions contributing to the configuration of a thin film are drawn into a substrate or the like on which a film is to be formed under the application of a bias voltage, and a film is formed on the substrate or the like. It has the advantage of high film adhesion to substrates and the like.

【0013】成膜速度が大きいのは真空アーク放電を利
用して陰極物質を大量に蒸発させることができるからで
あり、複数の蒸発源を用いることで、大面積にも大きい
成膜速度で膜形成できる。膜密着性が高いのは、前記プ
ラズマ中のイオンを、基体等への負バイアス電圧などの
膜形成用バイアス電圧の印加により該基体等へ強く引き
寄せ、基体等に衝突させることができるからである。
The reason why the film formation rate is high is that a large amount of the cathode material can be evaporated using vacuum arc discharge. Can be formed. The film adhesion is high because the ions in the plasma can be strongly attracted to the substrate and the like by application of a film forming bias voltage such as a negative bias voltage to the substrate and the like, and can collide with the substrate and the like. .

【0014】本発明はかかる知見に基づき次の第1タイ
プから第4タイプの薄膜形成方法及び装置を提供する。
The present invention provides the following first to fourth types of thin film forming methods and apparatuses based on such knowledge.

【0015】以下に説明するいずれの薄膜形成方法及び
装置においても、真空アーク蒸着法を利用して薄膜を形
成するので基体上に目的とする薄膜を密着性良好に形成
することができ、しかも真空アーク蒸着法を利用してい
るので成膜速度が大きく、大面積にも大きい成膜速度で
膜形成でき、膜生産性が高い。さらに目的とする薄膜
は、 (1) 基体及び目的とする薄膜の双方に対しそれ自体密着
性のある中間膜を真空アーク蒸着法により密着性よく強
固に基体上に形成し、該中間膜上に真空アーク蒸着法に
より目的とする薄膜を密着性よく強固に形成するか(以
下の第1及び第2のタイプの薄膜形成方法及び装置の場
合)、或いは (2) 基体に薄膜構成原子と該基体材料が混合されたそれ
自体基体に対し密着性のあるミキシング層を、真空アー
ク蒸着法利用の基体のスパッタクリーニング後に、真空
アーク蒸着法により密着性よく強固に基体上に形成し、
該ミキシング層上に真空アーク蒸着法により目的とする
薄膜を密着性よく強固に形成するか(以下の第3タイプ
の薄膜形成方法及び装置の場合)、或いは (3) かかるミキシング層を形成し、該ミキシング層及び
目的とする薄膜の双方に対しそれ自体密着性のある中間
膜を真空アーク蒸着法により該ミキシング層上に密着性
よく強固に形成し、該中間膜上に真空アーク蒸着法によ
り目的とする薄膜を密着性よく強固に形成する(以下の
第4タイプの薄膜形成方法及び装置の場合)ので、目的
とする薄膜の基体への密着性が一層良好となる。
In any of the thin film forming methods and apparatuses described below, a thin film is formed using a vacuum arc evaporation method, so that a desired thin film can be formed on a substrate with good adhesion. Since the arc evaporation method is used, the film forming speed is high, and a film can be formed at a large film forming speed even in a large area, and the film productivity is high. Further, the target thin film is formed by (1) forming an intermediate film having adhesiveness to both the substrate and the target thin film on the substrate firmly with good adhesion by a vacuum arc vapor deposition method, Whether the target thin film is formed firmly with good adhesion by vacuum arc evaporation (in the case of the first and second types of thin film forming methods and apparatuses described below), or (2) the thin film constituent atoms and the base After the sputter cleaning of the substrate using the vacuum arc evaporation method, a mixing layer having adhesion to the substrate itself, in which the material is mixed, is formed on the substrate with good adhesion by the vacuum arc evaporation method,
Whether the target thin film is firmly formed on the mixing layer by vacuum arc evaporation with good adhesion (in the case of the following third type of thin film forming method and apparatus), or (3) forming such a mixing layer, An intermediate film having adhesiveness to both the mixing layer and the target thin film is formed on the mixing layer firmly and firmly by vacuum arc vapor deposition on the mixing layer. The thin film to be formed is firmly formed with good adhesion (in the case of the fourth type thin film forming method and apparatus described below), so that the adhesion of the target thin film to the substrate is further improved.

【0016】以下に説明するいずれの薄膜形成方法及び
装置も、各種膜の形成に適用できる。例えば(各種金属
膜、窒化物膜、炭化物膜)の形成に用いることができ
る。代表例として炭素薄膜の形成を挙げることができ
る。
Any of the thin film forming methods and apparatuses described below can be applied to the formation of various films. For example, it can be used for forming (various metal films, nitride films, carbide films). A typical example is the formation of a carbon thin film.

【0017】炭素薄膜は、本来、鉄系、アルミ系等の金
属製基体、超硬合金等の合金製の基体、セラミック製基
体等には密着性がよくないが、かかる材料基体であって
も、本発明に係る以下の薄膜形成方法及び装置によると
密着性よく強固に、硬質に形成することができる。特に
炭素膜の密着性が弱くなる鉄系金属基体に従来に比べ密
着性良好な硬質の炭素膜を形成できる。
Although the carbon thin film has poor adhesion to a metal substrate such as an iron-based or aluminum-based substrate, a substrate made of an alloy such as a cemented carbide, a ceramic substrate, etc., even such a material substrate may be used. According to the following method and apparatus for forming a thin film according to the present invention, a thin film can be formed with good adhesion and firmly. In particular, a hard carbon film having better adhesion than before can be formed on an iron-based metal substrate in which the adhesion of the carbon film is weak.

【0018】なお、以下の各タイプの薄膜形成方法及び
装置において、炭素膜を形成する場合の基体として、鉄
系、アルミ系等の金属製基体、超硬合金等の合金製の基
体、セラミック製基体から選ばれた基体を代表例として
挙げることができる。 (1)第1タイプの薄膜形成方法及び装置 a)第1タイプの薄膜形成方法 基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成方法であり、
前記基体上に真空アーク蒸着法により中間膜を形成する
第1の工程と、前記第1の工程により形成される中間膜
上に該第1の工程に引き続いて真空アーク蒸着法により
前記薄膜を形成する第2の工程とを含み、前記第1の工
程においては、真空アーク放電を起こさせる陰極物質と
して前記目的とする薄膜を構成する原子及び該原子とは
異なる第2の原子を含む物質を用い、該陰極物質から真
空アーク放電させて該陰極物質由来のプラズマを発生さ
せ、該プラズマのもとで前記薄膜を構成する原子及び第
2の原子を含み前記基体及び前記薄膜の双方に密着性の
よい中間膜を形成し、前記第2の工程においては、真空
アーク放電を起こさせる陰極物質として前記目的とする
薄膜を構成する原子を主として含む物質を用い、該陰極
物質から真空アーク放電させて該陰極物質由来のプラズ
マを発生させ、該プラズマのもとで前記目的とする薄膜
を形成する薄膜形成方法。
In each of the following types of thin film forming methods and apparatuses, the base for forming a carbon film is a metal base such as an iron base or an aluminum base, an alloy base such as a cemented carbide, or a ceramic base. Substrates selected from the substrates can be mentioned as typical examples. (1) First type thin film forming method and apparatus a) First type thin film forming method This is a thin film forming method for forming a target thin film on a substrate.
A first step of forming an intermediate film on the substrate by a vacuum arc deposition method, and forming the thin film on the intermediate film formed by the first step by a vacuum arc deposition method subsequent to the first step. The first step comprises using a substance containing the atoms constituting the target thin film and a second atom different from the atoms as a cathode material for causing a vacuum arc discharge. A vacuum arc discharge is generated from the cathode material to generate plasma derived from the cathode material, and the atoms including the atoms constituting the thin film and the second atoms under the plasma are adhered to both the substrate and the thin film. A good intermediate film is formed, and in the second step, a material mainly containing atoms constituting the target thin film is used as a cathode material for causing a vacuum arc discharge. Discharged thereby to generate plasma from the cathode material, a thin film forming method for forming a thin film to the object under the plasma.

【0019】ここでいう「第2の原子」とは基体に対し
馴染み易い、換言すれば基体に結合し易い原子であり、
中間膜はこの第2原子を含んでいることで基体への密着
性が良好であり、また薄膜構成原子を含んでいることで
目的とする薄膜との密着性も良好である。
The term "second atom" as used herein refers to an atom that is easily compatible with the substrate, in other words, is easily bonded to the substrate.
The intermediate film has good adhesion to the substrate by containing the second atoms, and has good adhesion to the target thin film by containing atoms constituting the thin film.

【0020】後述する薄膜形成方法及び装置で採用する
「第2原子」及びこれを含む「中間膜」等についても同
様である。
The same applies to the “second atom” and the “intermediate film” including the “second atom” used in the method and apparatus for forming a thin film described later.

【0021】本発明は特に、かかる薄膜形成方法とし
て、前記第1工程では、真空アーク放電を起こさせる前
記陰極物質として炭素原子及びシリコン原子を含む物質
を用いて炭化シリコン中間膜を形成し、前記第2工程で
は、真空アーク放電を起こさせる前記陰極物質として炭
素原子を主として含む物質(シリコンを含んでいなくて
もよい)を用いて炭素薄膜を形成する炭素薄膜の形成方
法を提供する。
According to the present invention, as the thin film forming method, in the first step, a silicon carbide intermediate film is formed by using a material containing carbon atoms and silicon atoms as the cathode material for causing a vacuum arc discharge. In the second step, a method for forming a carbon thin film using a material mainly containing carbon atoms (which may not contain silicon) as the cathode material for causing vacuum arc discharge is provided.

【0022】炭化シリコン中間膜はシリコンを含んでい
るので鉄系、アルミ系等の金属製基体、超硬合金等の合
金製の基体、セラミック製基体等の基体でも密着性よく
形成でき、炭素を含んでいるので炭素薄膜との密着性も
よい。 b)第1タイプの薄膜形成装置基体に目的とする薄膜を
形成する薄膜形成装置であり、被成膜基体を設置する真
空容器と、前記真空容器内に設置された基体に中間膜を
形成するための第1真空アーク蒸発源と、前記第1真空
アーク蒸発源により形成される中間膜上に前記目的とす
る薄膜を形成するための第2真空アーク蒸発源と、前記
基体に膜形成用バイアス電圧を印加するためのバイアス
電圧印加装置とを備えており、前記第1真空アーク蒸発
源は、真空アーク放電を起こさせる陰極物質として前記
目的とする薄膜を構成する原子及び該原子とは異なる第
2原子を含む中間膜形成用陰極物質を有し、前記第2真
空アーク蒸発源は、真空アーク放電を起こさせる陰極物
質として前記薄膜を構成する原子を主として含む薄膜形
成用陰極物質を有し、前記バイアス電圧印加装置は前記
基体に、中間膜形成時には中間膜形成用バイアス電圧
を、薄膜形成時には薄膜形成用バイアス電圧を印加で
き、前記第1真空アーク蒸発源は前記陰極物質から真空
アーク放電させることで該陰極物質由来のプラズマを形
成し、該プラズマのもとで、前記バイアス電圧印加装置
から中間膜形成用バイアス電圧を印加される前記基体上
に該基体及び前記目的とする薄膜の双方に密着性のよい
前記中間膜を形成でき、前記第2真空アーク蒸発源は前
記陰極物質から真空アーク放電させることで該陰極物質
由来のプラズマを形成し、該プラズマのもとで、前記バ
イアス電圧印加装置から薄膜形成用バイアス電圧を印加
される前記基体上の中間膜上に前記目的とする薄膜を形
成できる薄膜形成装置。
Since the silicon carbide intermediate film contains silicon, it can be formed with good adhesion even on substrates such as iron-based or aluminum-based metal substrates, alloy substrates such as cemented carbides, and ceramic substrates. Since it contains, it has good adhesion to the carbon thin film. b) Thin film forming apparatus of the first type This is a thin film forming apparatus for forming a target thin film on a substrate, and forms a vacuum vessel in which a substrate to be formed is placed, and an intermediate film on the substrate placed in the vacuum vessel. Vacuum arc evaporation source for forming the thin film of interest on an intermediate film formed by the first vacuum arc evaporation source, and a film forming bias on the base. A bias voltage applying device for applying a voltage, wherein the first vacuum arc evaporation source includes, as a cathode material for causing a vacuum arc discharge, an atom constituting the target thin film and a second atom different from the atom. The second vacuum arc evaporation source has a cathode material for forming a thin film mainly containing atoms constituting the thin film as a cathode material for causing vacuum arc discharge. The bias voltage applying device can apply a bias voltage for forming an intermediate film to the substrate when forming an intermediate film, and a bias voltage for forming a thin film when forming a thin film, and the first vacuum arc evaporation source can perform vacuum arc discharge from the cathode material. Forming a plasma derived from the cathode material, and applying both the substrate and the target thin film on the substrate to which a bias voltage for forming an intermediate film is applied from the bias voltage applying device under the plasma. The second vacuum arc evaporation source forms a plasma derived from the cathode material by causing a vacuum arc discharge from the cathode material, and the bias voltage is applied under the plasma. A thin film forming apparatus capable of forming the target thin film on an intermediate film on the substrate to which a thin film forming bias voltage is applied from an application device.

【0023】本発明は特に、かかる薄膜形成装置とし
て、前記第1真空アーク蒸発源は、真空アーク放電を起
こさせる陰極物質として炭素原子及びシリコン原子を含
む中間膜形成用陰極物質を有し、前記第2真空アーク蒸
発源は、真空アーク放電を起こさせる陰極物質として炭
素原子を主として含む薄膜形成用陰極物質(シリコンを
含んでいなくてもよい)を有し、前記第1真空アーク蒸
発源において前記陰極物質から真空アーク放電させるこ
とで該陰極物質由来のプラズマを形成し、該プラズマの
もとで、前記バイアス電圧印加装置から中間膜形成用バ
イアス電圧を印加される前記基体上に炭化シリコン中間
膜を形成でき、前記第2真空アーク蒸発源において前記
陰極物質から真空アーク放電させることで該陰極物質由
来のプラズマを形成し、該プラズマのもとで、前記バイ
アス電圧印加装置から薄膜膜形成用バイアス電圧を印加
される前記基体上の中間膜上に炭素薄膜を形成できる炭
素薄膜形成装置を提供する。
The present invention is particularly directed to such a thin film forming apparatus, wherein the first vacuum arc evaporation source has a cathode material for forming an intermediate film containing carbon atoms and silicon atoms as a cathode material for causing vacuum arc discharge. The second vacuum arc evaporation source has a cathode material for forming a thin film mainly containing carbon atoms (which may not contain silicon) as a cathode material for causing a vacuum arc discharge. A plasma derived from the cathode material is formed by performing a vacuum arc discharge from the cathode material, and a silicon carbide intermediate layer is formed on the substrate to which a bias voltage for forming an intermediate film is applied from the bias voltage applying device under the plasma. A film can be formed, and a plasma derived from the cathode material is formed by performing a vacuum arc discharge from the cathode material in the second vacuum arc evaporation source. , Under the plasma, to provide a carbon film forming apparatus capable of forming a carbon film on an intermediate layer on the bias voltage the substrate is applied a bias voltage for thin film formation from the application device.

【0024】なお、「真空容器」は内部を所定の減圧雰
囲気状態に設定できるものであり、通常、排気装置を備
えており、該排気装置にて内部を所定の減圧状態に設定
できる。この点は、以下に説明する他のタイプの薄膜形
成方法及び装置においても同様である。
The "vacuum vessel" can be set to a predetermined reduced-pressure atmosphere state in the inside thereof. Usually, the "vacuum container" is provided with an exhaust device, and the inside of the vacuum device can be set to a predetermined reduced pressure state. This applies to other types of thin film forming methods and apparatuses described below.

【0025】また、いずれの真空アーク蒸発源も、基本
的には真空アーク放電を起こさせる陰極物質及び該陰極
物質に接続される放電用電源を備えている。この点も、
以下に説明する薄膜形成方法及び装置において同様であ
る。
Each of the vacuum arc evaporation sources basically includes a cathode material for generating a vacuum arc discharge and a discharge power supply connected to the cathode material. This point also
The same applies to the method and apparatus for forming a thin film described below.

【0026】ここでの第1及び第2の真空アーク蒸発源
は、一部が両者に共通に構成されていてもよい。
Here, the first and second vacuum arc evaporation sources may be partially configured in common.

【0027】各真空アーク蒸発源の数及び(又は)それ
に属する陰極物質の設置数は任意である。この点も、以
下に説明する薄膜形成方法及び装置において同様であ
る。 (2)第2タイプの薄膜形成方法及び装置 a)第2タイプの薄膜形成方法 基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成方法であり、
前記基体上に真空アーク蒸着法により中間膜を形成する
第1の工程と、前記第1の工程により形成される中間膜
上に該第1の工程に引き続いて真空アーク蒸着法により
前記目的とする薄膜を形成する第2の工程とを含み、前
記第1の工程においては、真空アーク放電を起こさせる
陰極物質として前記薄膜を構成する原子を含む物質を用
い、該薄膜を構成する原子とは異なる第2の原子を含む
ガス雰囲気中で該陰極物質から真空アーク放電させて該
陰極物質及びガス由来のプラズマを発生させ、該プラズ
マのもとで前記薄膜を構成する原子及び第2の原子を含
み前記基体及び前記薄膜の双方に密着性のよい中間膜を
形成し、前記第2の工程においては、真空アーク放電を
起こさせる陰極物質として前記薄膜を構成する原子を主
として含む物質を用い、該陰極物質から真空アーク放電
させて該陰極物質由来のプラズマを発生させ、該プラズ
マのもとで前記目的とする薄膜を形成する薄膜形成方
法。
The number of vacuum arc evaporation sources and / or the number of cathode materials belonging to each vacuum arc evaporation source are arbitrary. This is the same in the method and apparatus for forming a thin film described below. (2) Second type thin film forming method and apparatus a) Second type thin film forming method This is a thin film forming method for forming a target thin film on a substrate,
A first step of forming an intermediate film on the substrate by a vacuum arc vapor deposition method, and forming the intermediate film on the intermediate film formed by the first step by the vacuum arc vapor deposition method following the first step; A second step of forming a thin film, wherein in the first step, a material containing atoms constituting the thin film is used as a cathode material for causing a vacuum arc discharge, and is different from the atoms constituting the thin film. A vacuum arc discharge is generated from the cathode material in a gas atmosphere containing a second atom to generate plasma derived from the cathode material and the gas, and the plasma includes atoms forming the thin film and the second atoms under the plasma. An intermediate film having good adhesion is formed on both the base and the thin film, and in the second step, a material mainly containing atoms constituting the thin film is used as a cathode material for causing vacuum arc discharge. There was vacuum arc discharge from the cathode material to generate a plasma from the cathode material, a thin film forming method for forming a thin film to the object under the plasma.

【0028】この薄膜形成方法においては、前記第1工
程において前記中間膜を形成するに際し、該中間膜形成
の初期から終期にかけて次第に前記第2原子を含むガス
の供給量を減じることで、前記基体に近い部位では該基
体から遠い部位より該第2原子の含有量が多く、前記薄
膜に近くなる部位では前記基体に近い部位より薄膜構成
原子の含有量が多い中間膜を形成してもよい。この中間
膜は基体に近い部位では第2原子の含有量が多く、前記
薄膜に近くなる部位では薄膜構成原子の含有量が多いか
ら、一層基体及び目的とする薄膜との密着性が良好であ
る。
In this thin film forming method, when the intermediate film is formed in the first step, the supply amount of the gas containing the second atom is gradually reduced from the beginning to the end of the formation of the intermediate film. An intermediate film having a higher content of the second atoms in a portion closer to the base than a portion far from the base, and having a higher content of thin-film constituent atoms in a portion closer to the thin film than a portion close to the base may be formed. Since the intermediate film has a large content of the second atom in a portion close to the substrate and a large content of atoms constituting the thin film in a portion near the thin film, the adhesion between the substrate and the target thin film is better. .

【0029】本発明は特に、この第2タイプの薄膜形成
方法として、前記第1工程では、真空アーク放電を起こ
させる前記陰極物質として炭素原子を含む物質(シリコ
ンを含有していなくてもよい)を用いるとともに前記ガ
スとして前記第2原子としてのシリコン原子を含むガス
又は該シリコン原子及び炭素原子を含むガスを用いて炭
化シリコン中間膜を形成し、前記第2工程では、真空ア
ーク放電を起こさせる前記陰極物質として主として炭素
原子を含む物質(シリコンを含有していなくてもよい)
を用いて炭素薄膜を形成する炭素薄膜の形成方法を提供
する。
In the present invention, in particular, as the second type of thin film forming method, in the first step, a material containing a carbon atom (which may not contain silicon) is used as the cathode material for causing a vacuum arc discharge. And forming a silicon carbide intermediate film using a gas containing a silicon atom as the second atom or a gas containing the silicon atom and the carbon atom as the gas, and causing a vacuum arc discharge in the second step. A substance mainly containing carbon atoms as the cathode substance (silicon may not be contained)
Provided is a method for forming a carbon thin film using the method.

【0030】このように炭素薄膜を形成する場合におい
ても、前記第1工程において前記炭化シリコン中間膜を
形成するに際し、該中間膜形成の初期から終期にかけて
次第に前記シリコン原子を含むガス又は前記シリコン原
子及び炭素原子を含むガスの供給量を減じることで、前
記基体に近い部位では該基体から遠い部位よりシリコン
原子の含有量が多く、前記薄膜に近くなる部位では前記
基体に近い部位より炭素原子の含有量が多い中間膜を形
成することができる。かかる炭化シリコン中間膜は、基
体及び目的とする炭素薄膜の双方に対し一層密着性がよ
くなる。 b)第2タイプの薄膜形成装置 基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成装置であり、
被成膜基体を設置する真空容器と、前記真空容器内に設
置された基体に中間膜及び前記目的とする薄膜を形成す
るための真空アーク蒸発源と、前記基体に膜形成用バイ
アス電圧を印加するためのバイアス電圧印加装置と、前
記真空容器内に前記薄膜を構成する原子とは異なる第2
の原子を含むガスを供給するガス供給装置とを備えてお
り、前記真空アーク蒸発源は、真空アーク放電を起こさ
せる陰極物質として前記薄膜構成原子を含む中間膜形成
用及び目的とする薄膜形成用の陰極物質を有し、バイア
ス電圧印加装置は前記基体に、中間膜形成時には中間膜
形成用バイアス電圧を、薄膜形成時には薄膜形成用バイ
アス電圧を印加でき、前記真空アーク蒸発源において前
記陰極物質から真空アーク放電させるとともに前記ガス
供給装置から真空容器内に所定量の前記ガスを供給する
ことで該陰極物質及びガス由来のプラズマを形成し、前
記基体に前記バイアス電圧印加装置から中間膜形成用バ
イアス電圧を印加することで該プラズマのもとで前記基
体上に該基体及び前記薄膜の双方に密着性のよい、前記
薄膜構成原子及び前記第2原子を含む中間膜を形成で
き、次いで、前記真空アーク蒸発源において前記陰極物
質から真空アーク放電させて該陰極物質由来のプラズマ
を形成し、前記基体に前記バイアス電圧印加装置から薄
膜形成用バイアス電圧をすることで該プラズマのもとで
前記基体上の前記中間膜上に前記目的とする薄膜を形成
できる薄膜形成装置。
In the case where the carbon thin film is formed as described above, when forming the silicon carbide intermediate film in the first step, the gas containing the silicon atoms or the silicon atom is gradually increased from the beginning to the end of the formation of the intermediate film. And reducing the supply amount of the gas containing carbon atoms, the portion closer to the substrate has a higher content of silicon atoms than the portion far from the substrate, and the portion closer to the thin film has more carbon atoms than the portion closer to the substrate. An intermediate film having a large content can be formed. Such a silicon carbide intermediate film has better adhesion to both the substrate and the target carbon thin film. b) Thin film forming apparatus of the second type This is a thin film forming apparatus for forming a target thin film on a substrate,
A vacuum container for installing a substrate on which a film is to be formed, a vacuum arc evaporation source for forming an intermediate film and the target thin film on the substrate provided in the vacuum container, and a bias voltage for film formation applied to the substrate. A bias voltage applying device for performing the operation, and a second atom different from the atoms constituting the thin film in the vacuum vessel.
A gas supply device for supplying a gas containing atoms.The vacuum arc evaporation source is used for forming an intermediate film containing the thin film constituent atoms as a cathode material for causing vacuum arc discharge and for forming a thin film of interest. The bias voltage applying device can apply a bias voltage for forming an intermediate film to the substrate when forming an intermediate film, and a bias voltage for forming a thin film when forming a thin film. By performing a vacuum arc discharge and supplying a predetermined amount of the gas into the vacuum container from the gas supply device, a plasma derived from the cathode material and the gas is formed. By applying a voltage, on the substrate under the plasma, the substrate and the thin film have good adhesiveness, the thin film constituent atoms and The intermediate film containing the second atom can be formed, and then vacuum arc discharge is performed from the cathode material in the vacuum arc evaporation source to form a plasma derived from the cathode material, and a thin film is formed on the base from the bias voltage applying device. A thin film forming apparatus capable of forming the target thin film on the intermediate film on the base under the plasma by applying a bias voltage for use.

【0031】前記中間膜の基体及び目的とする薄膜への
密着性を一層向上させるために、前記ガス供給装置は前
記中間膜を形成するに際し、該中間膜形成の初期から終
期にかけて次第に前記第2原子を含むガスの供給量を減
じることができるガス供給装置であってもよい。
In order to further improve the adhesion of the intermediate film to the substrate and the target thin film, the gas supply device gradually forms the second film from the beginning to the end of the formation of the intermediate film when forming the intermediate film. A gas supply device capable of reducing the supply amount of gas containing atoms may be used.

【0032】本発明は特に、この第2タイプの薄膜形成
装置として、前記アーク蒸発源における中間膜及び薄膜
形成用陰極物質が炭素原子を含む物質(代表的には炭素
原子を主として含む物質)(シリコンを含有していなく
てもよい)であり、前記ガス供給装置が炭化シリコン中
間膜を形成するためのガスを供給するガス供給装置であ
って前記第2原子としてシリコン原子を含むガス又は該
シリコン原子及び炭素原子を含むガスを供給でき、前記
目的とする薄膜として炭素薄膜を形成できる薄膜形成装
置を提供する。
The present invention is particularly directed to the second type of thin film forming apparatus, wherein the intermediate film and the thin film forming cathode material in the arc evaporation source contain carbon atoms (typically, a material mainly containing carbon atoms) ( And the gas supply device supplies a gas for forming a silicon carbide intermediate film, wherein the gas contains silicon atoms as the second atom or the silicon gas. A thin film forming apparatus capable of supplying a gas containing atoms and carbon atoms and forming a carbon thin film as the target thin film is provided.

【0033】この装置の場合、前記ガス供給装置は、前
記炭化シリコン中間膜を形成するに際し、該中間膜形成
の初期から終期にかけて次第に前記シリコン原子を含む
ガス又は前記シリコン原子及び炭素原子を含むガスの供
給量を減じることができるガス供給装置であってもよ
い。
In the case of this apparatus, when forming the silicon carbide intermediate film, the gas supply device gradually increases the gas containing the silicon atoms or the gas containing the silicon atoms and the carbon atoms from the beginning to the end of the formation of the intermediate film. It may be a gas supply device capable of reducing the supply amount of the gas.

【0034】以上説明した第1及び第2タイプの薄膜形
成方法及び装置において、シリコン原子は前記第2原子
の代表例として挙げることができるが、特に基体が、鉄
系、アルミ系等の金属製基体、超硬合金等の合金製の基
体、セラミック製基体等の基体であるとき、シリコン原
子が好ましい。
In the first and second types of thin film forming methods and apparatuses described above, silicon atoms can be cited as a typical example of the second atoms. In particular, the substrate is made of a metal such as iron or aluminum. When the substrate is a substrate such as a substrate, an alloy substrate such as a cemented carbide, or a ceramic substrate, silicon atoms are preferred.

【0035】前記シリコン原子を含むガスの例として、
モノシランガス、ジシランガス等のシランガスを挙げる
ことができ、シリコン原子及び炭素原子を含むガスの例
として、トリエチルシランガス、トリメチルシランガ
ス、テトラメチルシランガスを挙げることができる。中
でも、テトラメチルシランガスは自然発火等の危険性、
毒性が少なく、沸点が26℃程度で常温に近く、これら
の点で取扱容易であり、好ましい。
As an example of the gas containing silicon atoms,
A silane gas such as a monosilane gas and a disilane gas can be given. Examples of the gas containing a silicon atom and a carbon atom include a triethylsilane gas, a trimethylsilane gas, and a tetramethylsilane gas. Among them, tetramethylsilane gas is a danger of spontaneous ignition,
It is less toxic, has a boiling point of about 26 ° C. and is close to room temperature, and is easy to handle in these respects, which is preferable.

【0036】なお、炭素薄膜を形成する場合において、
シリコン原子含有ガス(シリコン原子及び炭素原子を含
むガスを含む)を用いる場合には、中間膜形成のために
真空アーク放電を起こさせる陰極物質は炭素原子を主と
して含む物質でよく、シリコンを含んでいる必要はな
い。また、このことから、複数種類の陰極物質を採用す
る必要がなくなり、それだけ安価に炭素膜を形成でき、
また、安価に炭素膜形成装置を提供できる。また目的と
する炭素膜形成のための炭素原子を主として含む陰極物
質を複数用いて、一層炭素膜の生産性を向上させること
もできる。
In forming a carbon thin film,
When a gas containing silicon atoms (including a gas containing silicon atoms and carbon atoms) is used, the cathode material that causes a vacuum arc discharge to form an intermediate film may be a material mainly containing carbon atoms, and may contain silicon. You don't need to be. Also, from this, it is not necessary to employ a plurality of types of cathode materials, so that a carbon film can be formed at a lower cost,
Further, a carbon film forming apparatus can be provided at low cost. Further, the productivity of the carbon film can be further improved by using a plurality of cathode materials mainly containing carbon atoms for forming the target carbon film.

【0037】以上説明したシリコン原子を含むガス又は
シリコン原子及び炭素原子を含むガスの点は、後述する
薄膜形成方法(炭素膜形成方法)、薄膜形成装置(炭素
膜形成装置)で炭化シリコン中間膜等を形成する場合に
用いるシリコン原子を含むガス又はシリコン原子及び炭
素原子を含むガスについても同様である。
The gas containing silicon atoms or the gas containing silicon atoms and carbon atoms described above is characterized in that a silicon carbide intermediate film is formed by a thin film forming method (carbon film forming method) and a thin film forming apparatus (carbon film forming apparatus) described later. The same is true for a gas containing silicon atoms or a gas containing silicon atoms and carbon atoms used for forming silicon or the like.

【0038】また、以上説明した第1、第2のタイプの
薄膜形成方法及び装置では、真空アーク蒸着法を利用し
て膜形成するので、陰極物質からの真空アーク放電によ
り発生するプラズマ中の、所定の膜形成に寄与するイオ
ンを基体に引き込むためのバイアス電圧をバイアス電圧
印加装置により基体に印加するのであるが、かかるバイ
アス電圧は通常、負のバイアス電圧である。その大きさ
は、数十ボルト〜500ボルト程度である。バイアス電
圧はこれより小さすぎるとバイアス電圧印加の効果が認
め難くなり、これより大きすぎると基体へのイオンの衝
突による基体昇温が大きくなり、基体に熱的損傷が発生
し易くなる等の問題が生じる。
In the first and second types of thin film forming methods and apparatuses described above, a film is formed by using a vacuum arc evaporation method. A bias voltage for attracting ions contributing to the formation of a predetermined film to the substrate is applied to the substrate by a bias voltage applying device. Such a bias voltage is usually a negative bias voltage. Its size is about several tens to 500 volts. If the bias voltage is too low, the effect of applying the bias voltage is difficult to recognize, and if the bias voltage is too high, the temperature rise of the substrate due to the collision of ions with the substrate becomes large, and the substrate is likely to be thermally damaged. Occurs.

【0039】前記第1、第2のタイプの薄膜形成方法で
は、前記第1の工程及び第2の工程のうち少なくとも一
方において、前記基体に膜形成のためのパルス状負電圧
又はパルス状負電圧と直流負電圧とを重畳した電圧を印
加してもよい。また前記第1及び第2のタイプの薄膜形
成装置においても、前記バイアス電圧印加装置は、前記
基体に膜形成のためのパルス状負電圧又はパルス状負電
圧と直流負電圧とを重畳した電圧を印加できるものであ
ってもよい。
In the first and second types of thin film forming methods, in at least one of the first step and the second step, a pulsed negative voltage or a pulsed negative voltage for forming a film on the substrate is provided. And a voltage obtained by superimposing DC negative voltage. In the first and second types of thin film forming apparatuses, the bias voltage applying apparatus may further include a pulsed negative voltage for forming a film or a voltage obtained by superimposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage on the substrate. What can be applied may be used.

【0040】かかるパルス状負電圧の印加により膜密着
性を一層向上させることができる。
The application of such a pulsed negative voltage can further improve the film adhesion.

【0041】かかるパルス状負電圧の大きさとしては、
500V〜10kV程度を例示でき、パルス状負電圧の
パルス周波数としては、100Hz〜10kHz程度を
例示できる。パルス状負電圧の大きさやパルス周波数が
これらより小さすぎるとパルス状負電圧印加の効果を認
めがたくなり、大きすぎると基体等へのイオン衝撃が大
きくなって基体等が昇温し、熱的損傷を受けやすくなる
等の問題が発生する。
The magnitude of the pulsed negative voltage is as follows.
A pulse frequency of about 500 V to 10 kV can be exemplified, and a pulse frequency of the pulsed negative voltage can be about 100 Hz to 10 kHz. If the magnitude of the pulsed negative voltage or the pulse frequency is too small, the effect of the application of the pulsed negative voltage is difficult to recognize. Problems such as susceptibility to damage occur.

【0042】また、前記第1、第2のタイプの薄膜形成
方法では、前記第1の工程及び第2の工程のそれぞれに
おいて、前記陰極物質からのアーク放電により形成され
るプラズマを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを用
い、該磁気フィルタにより前記基体への粗大粒子の到達
を抑制してもよい。前記第1及び第2のタイプの薄膜形
成装置においても、第1及び第2の真空アーク蒸発原
は、陰極物質からの真空アーク放電により形成されるプ
ラズマを磁場によって湾曲させ、前記基体への粗大粒子
の到達を抑制する磁気フィルタを含んでいてもよい。
In each of the first and second types of thin film forming methods, in each of the first step and the second step, a plasma formed by arc discharge from the cathode material is curved by a magnetic field. A magnetic filter may be used, and the arrival of the coarse particles to the base may be suppressed by the magnetic filter. Also in the first and second types of thin film forming apparatuses, the first and second vacuum arc evaporation sources cause the plasma formed by the vacuum arc discharge from the cathode material to be curved by the magnetic field, and the roughening to the base is performed. A magnetic filter for suppressing the arrival of particles may be included.

【0043】かかる粗大粒子は主として陰極物質に由来
するものであるが、該粗大粒子が基体へ到達することを
抑制することで、粗大粒子の中間膜や目的とする薄膜へ
の混入による膜剥がれを抑制することができ、一層密着
性のよい中間膜や目的とする薄膜を形成できる。 (3)第3タイプの薄膜形成方法及び装置 a)第3タイプの薄膜形成方法 基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成方法であり、
不活性ガス雰囲気中で前記目的とする薄膜を構成する原
子を含む陰極物質から真空アーク放電させて該不活性ガ
ス及び陰極物質由来のプラズマを発生させるとともに前
記基体にクリーニング用バイアス電圧を印加し、該プラ
ズマを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを用いて前
記基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達を抑制しつつ
前記基体を該プラズマによりスパッタクリーニングする
クリーニング工程と、前記スパッタクリーニング時より
も前記不活性ガスの供給量を減じるか又は該不活性ガス
の供給を停止し、前記陰極物質から真空アーク放電させ
て該陰極物質由来のプラズマを発生させるとともに前記
基体にミキシング層形成用バイアス電圧を印加し、該プ
ラズマを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを用いて
前記基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達を抑制しつ
つ該プラズマのもとで該基体に該基体と陰極物質由来の
薄膜構成原子を含んだ物質とのミキシング層を形成する
ミキシング層形成工程と、前記ミキシング層形成工程時
よりも前記不活性ガスの供給量を減じるか又は該不活性
ガスの供給を停止し、前記陰極物質から真空アーク放電
させて該陰極物質由来のプラズマを発生させるとともに
前記基体に薄膜形成用バイアス電圧を印加し、該プラズ
マを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを用いて前記
基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達を抑制しつつ該
プラズマのもとで前記ミキシング層上に前記目的とする
薄膜を形成する薄膜形成工程とを含む薄膜形成方法。
Such coarse particles are mainly derived from the cathode material, but by preventing the coarse particles from reaching the substrate, the peeling of the coarse particles into the intermediate film or the target thin film can be prevented. It is possible to form an intermediate film and a target thin film having better adhesion. (3) Third-type thin-film forming method and apparatus a) Third-type thin-film forming method This is a thin-film forming method for forming a target thin film on a substrate.
Applying a cleaning bias voltage to the base while generating a plasma derived from the inert gas and the cathode material by performing a vacuum arc discharge from the cathode material containing atoms constituting the target thin film in an inert gas atmosphere, A cleaning step of sputter-cleaning the substrate with the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate using a magnetic filter that bends the plasma by a magnetic field; and Reduce the supply amount of gas or stop the supply of the inert gas, generate a vacuum arc discharge from the cathode material to generate plasma derived from the cathode material and apply a mixing layer forming bias voltage to the substrate, Cathode to the substrate using a magnetic filter that bends the plasma by a magnetic field A mixing layer forming step of forming a mixing layer of the substrate and a substance containing thin film-constituting atoms derived from the cathode material on the substrate under the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the material; and The supply amount of the inert gas is reduced or the supply of the inert gas is stopped, and a vacuum arc discharge is performed from the cathode material to generate a plasma derived from the cathode material, and a thin film is formed on the substrate. Applying a bias voltage for the purpose, using a magnetic filter that bends the plasma by a magnetic field, while suppressing the arrival of the coarse particles derived from the cathode material to the base, the target on the mixing layer under the plasma while suppressing the arrival. A thin film forming step of forming a thin film.

【0044】本発明は特に、この薄膜形成方法として、
前記陰極物質として主として炭素原子を含む物質を用
い、前記ミキシング層形成工程では基体と炭素を含んだ
物質のミキシング層を形成し、前記薄膜形成工程では炭
素薄膜を形成する薄膜形成方法を提供する。
The present invention particularly provides a method for forming a thin film,
The present invention provides a thin film forming method in which a material mainly containing carbon atoms is used as the cathode material, a mixing layer of a substrate and a material containing carbon is formed in the mixing layer forming step, and a carbon thin film is formed in the thin film forming step.

【0045】いずれにせよ、前記クリーニング工程にお
いて基体に印加するクリーニング用バイアス電圧、ミキ
シング層形成において基体に印加するミキシング層形成
用バイアス電圧は、要するにスパッタクリーニングとミ
キシング層形成が可能な電圧であって格別問題を生じな
い電圧であればよい。それには限定されないが、負の2
000V〜500V程度の電圧を例示できる。両バイア
ス電圧は同じ大きさでもよい。印加する負のバイアス電
圧の大きさが2000Vより大きくなってくると基体の
加熱が著しくなってくるので好ましくない。500Vよ
り小さくなってくるとスパッタクリーニングやミキシン
グ層形成が困難になってくる。
In any case, the cleaning bias voltage applied to the substrate in the cleaning step and the mixing layer formation bias voltage applied to the substrate in the formation of the mixing layer are, in short, voltages capable of performing sputter cleaning and mixing layer formation. Any voltage that does not cause a special problem may be used. Without limitation, negative 2
A voltage of about 000 V to 500 V can be exemplified. Both bias voltages may have the same magnitude. If the magnitude of the applied negative bias voltage is larger than 2000 V, heating of the substrate becomes remarkable, which is not preferable. If the voltage becomes lower than 500 V, it becomes difficult to perform sputter cleaning and mixing layer formation.

【0046】また前記クリーニング工程における不活性
ガス雰囲気圧として1×10-2Pa〜1×10Pa程度
を例示できる。前記ミキシング層形成工程における不活
性ガス雰囲気圧として、これより低いガス雰囲気圧或い
は不活性ガスの供給停止を例示できる。ミキシング層形
成時にも不活性ガスを供給すると、基体に密着性の弱い
膜が形成されることがあっても該膜を不活性ガスイオン
でスパッタ除去できる。
The inert gas atmosphere pressure in the cleaning step may be, for example, about 1 × 10 −2 Pa to 1 × 10 Pa. Examples of the inert gas atmosphere pressure in the mixing layer forming step include a lower gas atmosphere pressure and a stop of the supply of the inert gas. If an inert gas is supplied even during the formation of the mixing layer, the film can be sputter-removed with the inert gas ions even if a film having low adhesion may be formed on the substrate.

【0047】前記薄膜形成工程における基体に印加する
薄膜形成用バイアス電圧として負の数十ボルト〜数百ボ
ルト程度の電圧を例示でき、不活性ガス雰囲気圧として
さらに低い1×10-3Pa程度或いは不活性ガス供給の
停止を例示できる。
As the thin film forming bias voltage applied to the substrate in the thin film forming step, a negative voltage of about several tens volts to several hundred volts can be exemplified, and the inert gas atmosphere pressure is further reduced to about 1 × 10 −3 Pa or Stopping the supply of the inert gas can be exemplified.

【0048】前記クリーニング工程及びミキシング層形
成工程で基体に印加するバイアス電圧は直流電圧が一般
的であるが、基体が導電率の低い基体や絶縁性の基体の
場合には、高周波電圧を基体に印加してもよい。
The bias voltage applied to the substrate in the cleaning step and the mixing layer forming step is generally a DC voltage. However, when the substrate is a substrate having low conductivity or an insulating substrate, a high frequency voltage is applied to the substrate. It may be applied.

【0049】また、前記のミキシング層形成工程、薄膜
形成工程のうち少なくとも一つにおいて、前記基体に前
記バイアス電圧としてパルス状の負電圧又はパルス状の
負電圧と直流負電圧或いは高周波電圧とを重畳した電圧
を印加してもよい。
In at least one of the mixing layer forming step and the thin film forming step, a pulsed negative voltage or a pulsed negative voltage and a DC negative voltage or a high frequency voltage are superimposed on the substrate as the bias voltage. The applied voltage may be applied.

【0050】かかるパルス状バイアス電圧の印加によっ
て、基体への密着性に優れたミキシング層を形成でき、
或いはミキシング層への密着性に優れた薄膜を形成でき
る。
By applying such a pulsed bias voltage, a mixing layer having excellent adhesion to a substrate can be formed,
Alternatively, a thin film having excellent adhesion to the mixing layer can be formed.

【0051】かかるパルス状負電圧の大きさは各工程に
適したものとすればよいが、ミキシング層形成工程で
は、概ね−10kVから前記例示した直流負電圧の範囲
内の電圧(前記の−2000V〜−500Vの範囲の電
圧)を例示できる。パルス状電圧が−10KVより負側
へ大きくなってくると、基体の過熱や電磁波の発生など
が懸念される。
The magnitude of the pulsed negative voltage may be suitable for each step. However, in the mixing layer forming step, a voltage in the range of approximately −10 kV to the above-described DC negative voltage (−2000 V). (Voltage in the range of -500 V). When the pulse voltage becomes more negative than −10 KV, there is a concern that the base may be overheated or electromagnetic waves may be generated.

【0052】薄膜形成工程で印加するパルス状電圧につ
いては、それには限定されないが、概ね−2000V〜
−100Vを例示できる。
The pulse voltage applied in the thin film forming step is not limited to the above, but is generally from -2000 V to
-100 V can be exemplified.

【0053】また、クリーニング工程及びミキシング層
形成工程の実施にあたっては、パルス状電圧を直流電圧
や高周波電圧に重畳することに代えて、直流電圧や高周
波電圧とパルス状電圧を交互に印加してもよい。この場
合において、クリーニング工程及びミキシング層形成工
程において、不活性ガス雰囲気にて直流電圧又は高周波
電圧を基体に印加し、不活性ガスのない雰囲気にてパル
ス状電圧を基体に印加すると、不活性ガスイオンによる
スパッタクリーニングと陰極物質由来のインオンによる
ミキシング層形成が交互に行われる。
In performing the cleaning step and the mixing layer forming step, instead of superimposing the pulse voltage on the DC voltage or the high frequency voltage, the DC voltage or the high frequency voltage and the pulse voltage may be alternately applied. Good. In this case, in the cleaning step and the mixing layer forming step, a DC voltage or a high-frequency voltage is applied to the substrate in an inert gas atmosphere, and a pulsed voltage is applied to the substrate in an inert gas-free atmosphere. Sputter cleaning by ions and mixing layer formation by ion-on derived from the cathode material are performed alternately.

【0054】ここで前記基体のスパッタクリーニングに
ついてさらに述べると,基体が鉄系、アルミニウム系等
の金属性基体、超硬系合金材料等からなる合金製基体の
ような場合には、従来行われている有機溶剤による洗浄
だけでは表面汚染層が除去しきれないところ、かかる真
空アーク蒸着法利用のスパッタクリーニング処理によ
り、該表面汚染層でも十分除去され、その結果、密着性
の高い薄膜が得られる。
Here, the sputter cleaning of the substrate will be further described. In the case where the substrate is an iron-based or aluminum-based metal substrate, or an alloy substrate made of a cemented carbide material, etc. Although the surface contaminated layer cannot be completely removed only by washing with an organic solvent, the sputter cleaning process using the vacuum arc evaporation method can sufficiently remove even the surface contaminated layer, and as a result, a thin film having high adhesion can be obtained.

【0055】特に、鉄系基体の場合は表面に形成される
酸化鉄などの酸化層が、アルミニウム系基体の場合は酸
化アルミニウムなどの酸化層が、超硬合金基体の場合は
析出したコバルト層などが、基体の表面に形成されてい
て有機溶剤では除去しきれないため、その上に従来の方
法で薄膜を形成しても密着性の高い膜が得られないとこ
ろ、真空アーク蒸着法利用のスパッタクリーニング処理
により、該表面汚染層でも十分除去され、その結果、密
着性の高い薄膜が得られる。
In particular, in the case of an iron-based substrate, an oxide layer such as iron oxide formed on the surface is formed, in the case of an aluminum-based substrate, an oxide layer of aluminum oxide or the like is formed, and in the case of a cemented carbide substrate, a deposited cobalt layer is formed. However, since it is formed on the surface of the substrate and cannot be completely removed with an organic solvent, even if a thin film is formed thereon by a conventional method, a film having high adhesion cannot be obtained. By the cleaning treatment, even the surface contamination layer is sufficiently removed, and as a result, a thin film having high adhesion is obtained.

【0056】また炭素含有薄膜を形成する場合は粗大粒
子の発生が特に顕著であるところ、磁気フィルタの採用
によりかかる粗大粒子の基体への到達を十分抑制して密
着製良好な膜を形成できる。
スパッタクリーニングに関するこれ
らの効果及び磁気フィルタ使用効果は、後述する第3タ
イプの薄膜形成装置、第4タイプの薄膜形成方法及び装
置においても同様に得られる。 b)第3タイプの薄膜形成装置 基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成装置であり、
被成膜基体を設置する真空容器と、前記真空容器内に設
置された基体をクリーニングし、該クリーニング基体に
ミキシング層を形成し、該ミキシング層上に前記目的と
する薄膜を形成するための真空アーク蒸発源と、前記基
体にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加装
置と、前記真空容器内に不活性ガスを供給する不活性ガ
ス供給装置とを備えており、前記真空アーク蒸発原は、
真空アーク放電を起こさせる陰極物質として前記薄膜の
構成原子を含む陰極物質を有するとともに該陰極物質か
らの真空アーク放電により発生するプラズマを磁場によ
って湾曲させ、前記基体への粗大粒子の到達を抑制する
磁気フィルタを含んでおり、前記バイアス電圧印加装置
は前記基体に、前記基体クリーニング時にはクリーニン
グ用バイアス電圧を、前記ミキシング層形成時にはミキ
シング層形成用バイアス電圧を、前記薄膜形成時には薄
膜形成用バイアス電圧を印加でき、前記真空アーク蒸発
源は、前記不活性ガス供給装置から真空容器内に所定量
供給される不活性ガス雰囲気中で陰極物質から真空アー
ク放電させて該不活性ガス及び陰極物質由来のプラズマ
を発生させ、前記バイアス電圧印加装置からクリーニン
グ用バイアス電圧を印加される前記基体を、前記磁気フ
ィルタによる基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達抑
制下に該プラズマによりスパッタクリーニングでき、前
記スパッタクリーニング時よりも前記不活性ガス供給装
置からの不活性ガス供給量を減じるか又は該不活性ガス
供給を停止した状態下に、陰極物質から真空アーク放電
させて該陰極物質由来のプラズマを発生させ、前記バイ
アス電圧印加装置からミキシング層形成用バイアス電圧
を印加される前記基体に、前記磁気フィルタによる基体
への陰極物質由来の粗大粒子の到達抑制下に該プラズマ
のもとで該基体と陰極物質由来の薄膜構成原子を含む物
質とのミキシング層を形成でき、前記ミキシング層形成
時よりも前記不活性ガス供給装置からの不活性ガス供給
量を減じるか又は該不活性ガス供給を停止した状態下
に、陰極物質から真空アーク放電させて該陰極物質由来
のプラズマを発生させ、前記バイアス電圧印加装置から
薄膜形成用バイアス電圧を印加される前記基体上のミキ
シング層上に、前記磁気フィルタによる基体への陰極物
質由来の粗大粒子の到達抑制下に該プラズマのもとで前
記目的とする薄膜を形成できる薄膜形成装置。
In the case where a carbon-containing thin film is formed, the generation of coarse particles is particularly remarkable. However, the use of a magnetic filter can sufficiently suppress the arrival of such coarse particles to the substrate, thereby forming a good film with good adhesion.
These effects relating to sputter cleaning and the effect of using the magnetic filter can be similarly obtained in a third type thin film forming apparatus and a fourth type thin film forming method and apparatus described later. b) Thin film forming apparatus of the third type This is a thin film forming apparatus for forming a target thin film on a substrate,
A vacuum container for installing a substrate on which a film is to be formed, and a vacuum for cleaning a substrate provided in the vacuum container, forming a mixing layer on the cleaning substrate, and forming the target thin film on the mixing layer. An arc evaporation source, a bias voltage application device for applying a bias voltage to the substrate, and an inert gas supply device for supplying an inert gas into the vacuum vessel, wherein the vacuum arc evaporation source is
A cathode material containing the constituent atoms of the thin film as a cathode material that causes vacuum arc discharge, and a plasma generated by vacuum arc discharge from the cathode material is curved by a magnetic field to suppress the arrival of coarse particles to the base. A magnetic filter, wherein the bias voltage applying device applies a cleaning bias voltage to the substrate when cleaning the substrate, a mixing layer forming bias voltage when forming the mixing layer, and a thin film forming bias voltage when forming the thin film. The vacuum arc evaporation source is capable of applying a vacuum arc discharge from a cathode material in an inert gas atmosphere supplied in a predetermined amount from the inert gas supply device into a vacuum vessel to generate a plasma derived from the inert gas and the cathode material. And a cleaning bias voltage is supplied from the bias voltage applying device. The substrate to be applied can be sputter-cleaned by the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate by the magnetic filter, and the inert gas supply from the inert gas supply device is shorter than during the sputter cleaning. While the amount is reduced or the supply of the inert gas is stopped, a vacuum arc discharge is generated from the cathode material to generate plasma derived from the cathode material, and a bias voltage for mixing layer formation is applied from the bias voltage application device. A mixing layer of the substrate and a material containing thin-film constituent atoms derived from the cathode material under the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate by the magnetic filter; The inert gas supply amount from the inert gas supply device is reduced or the inert gas supply from the inert gas supply device as compared to when the mixing layer is formed. Under a stopped state, a vacuum arc discharge is generated from the cathode material to generate plasma derived from the cathode material, and the magnetic layer is formed on the mixing layer on the substrate to which a bias voltage for thin film formation is applied from the bias voltage applying device. A thin film forming apparatus capable of forming the target thin film under the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate by the filter.

【0057】本発明は特に、この薄膜形成装置として、
前記真空アーク蒸発源は前記陰極物質として主として
炭素原子を含む物質を有しており、前記ミキシング層と
して基体と炭素を含む物質とのミキシング層を、前記目
的とする薄膜として炭素膜を形成できる薄膜形成装置を
提供する。
In particular, the present invention relates to this thin film forming apparatus,
The vacuum arc evaporation source has a material mainly containing carbon atoms as the cathode material, a thin film capable of forming a mixing layer of a substrate and a material containing carbon as the mixing layer, and a carbon film as the thin film as the object. A forming device is provided.

【0058】前記バイアス電圧印加装置としては、例え
ば、第3タイプの薄膜形成方法で説明した各種バイアス
電圧を適宜印加できるものを採用できる。
As the bias voltage applying device, for example, a device capable of appropriately applying various bias voltages described in the third type thin film forming method can be adopted.

【0059】例えば、前記バイアス電圧印加装置は、前
記ミキシング層形成時、薄膜形成時のうち少なくとも一
つにおいて前記基体にパルス状負電圧又はパルス状負電
圧と直流負電圧とを重畳した電圧を印加できるものであ
ってもよい。
For example, the bias voltage applying device applies a pulsed negative voltage or a voltage obtained by superimposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage to the substrate during at least one of the step of forming the mixing layer and the step of forming the thin film. It may be something that can be done.

【0060】この場合のパルス状負電圧として、例え
ば、第3タイプの薄膜形成方法で説明した各種パルス状
負電圧を採用できる。 (4)第4タイプの薄膜形成方法及び装置 a)第4タイプの薄膜形成方法 基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成方法であり、
不活性ガス雰囲気中で前記目的とする薄膜を構成する原
子を含む陰極物質から真空アーク放電させて該不活性ガ
ス及び陰極物質由来のプラズマを発生させるとともに前
記基体にクリーニング用バイアス電圧を印加し、該プラ
ズマを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを用いて前
記基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達を抑制しつつ
前記基体を該プラズマによりスパッタクリーニングする
クリーニング工程と、前記薄膜を構成する原子及び該原
子とは異なる第2の原子を含む物質とスパッタクリーニ
ングされた基体とのミキシング層並びに前記薄膜を構成
する原子及び該原子とは異なる該第2の原子を含む、該
ミキシング層上の中間膜を形成するミキシング層及び中
間膜形成工程と、前記中間膜上に前記目的とする薄膜を
形成する薄膜形成工程とを含み、前記ミキシング層及び
中間膜形成工程においては、前記薄膜を構成する原子と
は異なる第2の原子を含むミキシング層及び中間膜形成
用のガスの雰囲気中で前記陰極物質から真空アーク放電
させて該ガス及び陰極物質由来のプラズマを発生させる
とともに前記基体にミキシング層形成用バイアス電圧及
び中間膜形成用バイアス電圧をこの順序で順次印加し、
該プラズマを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを用
いて前記基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達を抑制
しつつ前記基体に該プラズマのもとでミキシング層及び
中間膜を順次形成し、前記薄膜形成工程では前記陰極物
質から真空アーク放電させて該陰極物質由来のプラズマ
を発生させるとともに前記基体に薄膜形成用バイアス電
圧を印加し、該プラズマを磁場によって湾曲させる磁気
フィルタを用いて前記基体への陰極物質由来の粗大粒子
の到達を抑制しつつ該プラズマのもとで前記中間膜上に
前記目的とする薄膜を形成する薄膜形成方法。
As the pulsed negative voltage in this case, for example, various pulsed negative voltages described in the third type thin film forming method can be adopted. (4) Fourth type thin film forming method and apparatus a) Fourth type thin film forming method This is a thin film forming method for forming a target thin film on a substrate.
Applying a cleaning bias voltage to the base while generating a plasma derived from the inert gas and the cathode material by performing a vacuum arc discharge from the cathode material containing atoms constituting the target thin film in an inert gas atmosphere, A cleaning step of sputter cleaning the substrate with the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate by using a magnetic filter that bends the plasma by a magnetic field; and atoms and the atoms constituting the thin film. Forming a mixing layer of a substance containing a second atom different from the substrate and the substrate cleaned by sputter cleaning, and an intermediate film on the mixing layer containing atoms constituting the thin film and the second atom different from the atoms. Forming a mixing layer and an intermediate film, and forming a thin film on the intermediate film to form the target thin film In the step of forming a mixing layer and an intermediate film, a vacuum arc is generated from the cathode material in an atmosphere of a gas for forming a mixing layer and an intermediate film that includes a second atom different from the atoms constituting the thin film. The gas and the cathode substance-derived plasma are generated by discharging, and a mixing layer forming bias voltage and an intermediate film forming bias voltage are sequentially applied to the substrate in this order,
A mixing layer and an intermediate film are sequentially formed under the plasma on the base while suppressing the arrival of the coarse particles derived from the cathode material to the base using a magnetic filter that bends the plasma by a magnetic field, and the thin film is formed. In the step, the cathode material is subjected to vacuum arc discharge to generate plasma derived from the cathode material, and a bias voltage for forming a thin film is applied to the substrate, and the cathode is applied to the substrate using a magnetic filter that bends the plasma by a magnetic field. A thin film forming method for forming the target thin film on the intermediate film under the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from a substance.

【0061】最終的に目的とする薄膜を形成する段階で
は、不活性ガス雰囲気中で(例えばスパッタクリーニン
グ時より少量の不活性ガス雰囲気中で)前記陰極物質か
ら真空アーク放電させて該不活性ガス及び陰極物質由来
のプラズマを発生させ、該プラズマのもとで目的とする
薄膜を形成してもよい。
At the stage of finally forming a target thin film, the cathode material is subjected to vacuum arc discharge in an inert gas atmosphere (for example, in a smaller amount of inert gas atmosphere than at the time of sputter cleaning) to form the inert gas. Alternatively, a plasma derived from the cathode material may be generated, and a target thin film may be formed under the plasma.

【0062】前記中間膜を形成するに際し、該中間膜形
成の初期から終期にかけて次第に前記第2原子を含むガ
スの供給量を減じることで、前記基体に近い部位では該
基体から遠い部位より該第2原子の含有量が多く、前記
薄膜に近くなる部位では前記基体に近い部位より薄膜構
成原子の含有量が多い中間膜を形成するようにしてもよ
い。
When the intermediate film is formed, the supply amount of the gas containing the second atom is gradually reduced from the beginning to the end of the formation of the intermediate film. An intermediate film having a higher content of two atoms and being closer to the thin film may be formed to have a higher content of atoms constituting the thin film than a portion closer to the base.

【0063】本発明は特に、この第4タイプの薄膜形成
方法として、前記陰極物質として主として炭素原子を含
む物質を用い、前記ミキシング層及び中間膜形成工程で
は、ミキシング層及び中間膜形成用ガスとしてシリコン
原子を含むガス又は炭素原子及びシリコン原子を含むガ
スを用い、ミキシング層として炭素原子及びシリコン原
子を含む物質と基体とのミキシング層を形成し、中間膜
として炭化シリコン中間膜を形成し、前記薄膜形成工程
では前記目的とする薄膜として炭素膜を形成する薄膜形
成方法を提供する。
In the present invention, in particular, as the fourth type of thin film forming method, a material mainly containing carbon atoms is used as the cathode material, and in the mixing layer and intermediate film forming step, the gas for forming the mixing layer and the intermediate film is used. Using a gas containing silicon atoms or a gas containing carbon atoms and silicon atoms, forming a mixing layer of a substance containing carbon atoms and silicon atoms and a substrate as a mixing layer, forming a silicon carbide intermediate film as an intermediate film, In the thin film forming step, a thin film forming method for forming a carbon film as the target thin film is provided.

【0064】このように炭素薄膜を形成する場合におい
て、前記中間膜形成において炭化シリコン中間膜を形成
するに際し、該中間膜形成の初期から終期にかけて次第
に前記シリコン原子を含むガス又はシリコン原子及び炭
素原子を含むガスの供給量を減じることで、前記基体に
近い部位では該基体から遠い部位よりシリコン原子の含
有量が多く、前記薄膜に近くなる部位では前記基体に近
い部位より炭素原子の含有量が多い中間膜を形成するよ
うにしてもよい。
In the case of forming a carbon thin film as described above, when forming the silicon carbide intermediate film in the formation of the intermediate film, the gas containing silicon atoms or the silicon atom and the carbon atoms is gradually increased from the beginning to the end of the formation of the intermediate film. By reducing the supply amount of gas containing, the content of silicon atoms is higher at a portion near the base than at a portion far from the base, and the content of carbon atoms is higher at a portion closer to the thin film than a portion near the base. A large number of intermediate films may be formed.

【0065】クリーニング工程、ミキシング層形成工
程、薄膜形成工程において基体に印加するバイアス電圧
としては、例えば、第3タイプの薄膜形成方法で説明し
たと同様のバイアス電圧を採用できる。
As the bias voltage applied to the substrate in the cleaning step, the mixing layer forming step, and the thin film forming step, for example, the same bias voltage as described in the third type thin film forming method can be employed.

【0066】中間膜形成において基体に印加する中間間
形成用のバイアス電圧については、薄膜形成工程におけ
る薄膜形成用バイアス電圧と同様の電圧を採用できる。
As the bias voltage for forming the intermediate layer applied to the substrate in forming the intermediate film, the same voltage as the bias voltage for forming the thin film in the thin film forming step can be employed.

【0067】前記ミキシング層形成工程、前記中間膜形
成工程及び前記薄膜形成工程のうち少なくとも一つにお
いて、前記基体に前記バイアス電圧としてパルス状の負
電圧又はパルス状の負電圧と直流負電圧を重畳した電圧
を印加してもよい。
In at least one of the mixing layer forming step, the intermediate film forming step and the thin film forming step, a pulsed negative voltage or a pulsed negative voltage and a DC negative voltage are superimposed on the substrate as the bias voltage. The applied voltage may be applied.

【0068】この場合のパルス状負電圧として、工程に
応じて、例えば、第3タイプの薄膜形成方法で説明した
各種パルス状負電圧を採用できる。 b)第4タイプの薄膜形成装置 基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成装置であり、
被成膜基体を設置する真空容器と、前記真空容器内に設
置された基体をクリーニングし、該クリーニング基体に
ミキシング層を形成し、該ミキシング層上に中間膜を形
成し、該中間膜上に前記目的とする薄膜を形成するため
の真空アーク蒸発源と、前記基体にバイアス電圧を印加
するためのバイアス電圧印加装置と、前記真空容器内に
不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、前記薄膜
を構成する原子と該原子とは異なる第2の原子とを含む
物質と基体とのミキシング層及び前記薄膜を構成する原
子と該原子とは異なる該第2の原子とを含む、該ミキシ
ング層上の中間膜を形成するための、ミキシング層及び
中間膜形成用のガスを前記真空容器内に供給するミキシ
ング層及び中間膜形成用ガス供給装置とを備えており、
前記真空アーク蒸発原は、真空アーク放電を起こさせる
陰極物質として前記薄膜の構成原子を含む陰極物質を有
するとともに該陰極物質からの真空アーク放電により発
生するプラズマを磁場によって湾曲させ、前記基体への
粗大粒子の到達を抑制する磁気フィルタを含んでおり、
前記バイアス電圧印加装置は前記基体に、前記基体クリ
ーニング時にはクリーニング用バイアス電圧を、前記ミ
キシング層形成時にはミキシング層形成用バイアス電圧
を、前記中間膜形成時には中間膜形成用バイアス電圧
を、前記薄膜形成時には薄膜形成用バイアス電圧を印加
でき、前記真空アーク蒸発源は、前記不活性ガス供給装
置から真空容器内に所定量供給される不活性ガス雰囲気
中で陰極物質から真空アーク放電させて該不活性ガス及
び陰極物質由来のプラズマを発生させ、前記バイアス電
圧印加装置からクリーニング用バイアス電圧を印加され
る前記基体を、前記磁気フィルタによる基体への陰極物
質由来の粗大粒子の到達抑制下に該プラズマによりスパ
ッタクリーニングでき、前記ミキシング層及び中間膜形
成用ガス供給装置から真空容器内に所定量供給されるミ
キシング層及び中間膜形成用ガスの雰囲気中で陰極物質
から真空アーク放電させて該ガス及び陰極物質由来のプ
ラズマを発生させ、前記バイアス電圧印加装置からミキ
シング層形成用バイアス電圧を、引き続き中間膜形成用
バイアス電圧を順次印加される前記基体に、前記磁気フ
ィルタによる基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達抑
制下に該プラズマのもとで前記ミキシング層及び前記中
間膜を順次形成でき、陰極物質から真空アーク放電させ
て該陰極物質由来のプラズマを発生させ、前記バイアス
電圧印加装置から薄膜形成用バイアス電圧を印加される
前記基体上の前記中間膜上に、前記磁気フィルタによる
基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達抑制下に該プラ
ズマのもとで前記目的とする薄膜を形成できる薄膜形成
装置。
In this case, as the pulsed negative voltage, for example, various pulsed negative voltages described in the third type thin film forming method can be adopted depending on the process. b) Fourth type thin film forming apparatus A thin film forming apparatus for forming a target thin film on a substrate,
A vacuum vessel for installing the substrate on which the film is to be formed, and cleaning the substrate placed in the vacuum vessel, forming a mixing layer on the cleaning substrate, forming an intermediate film on the mixing layer, and forming an intermediate film on the intermediate film. A vacuum arc evaporation source for forming the target thin film, a bias voltage application device for applying a bias voltage to the substrate, and an inert gas supply device for supplying an inert gas into the vacuum vessel, A mixing layer between a substance containing atoms forming the thin film and a second atom different from the atoms and the substrate, and a mixing layer including atoms forming the thin film and the second atoms different from the atoms For forming an intermediate film on the layer, comprising a mixing layer and a gas supply device for forming an intermediate film, which supplies a gas for forming a mixing layer and the intermediate film into the vacuum vessel,
The vacuum arc evaporation source has a cathode material containing the constituent atoms of the thin film as a cathode material for causing a vacuum arc discharge, and curves a plasma generated by the vacuum arc discharge from the cathode material by a magnetic field, and causes Includes a magnetic filter that suppresses the arrival of coarse particles,
The bias voltage applying device applies a bias voltage for cleaning to the substrate when cleaning the substrate, a bias voltage for forming a mixing layer when forming the mixing layer, a bias voltage for forming an intermediate film when forming the intermediate film, and a bias voltage for forming an intermediate film when forming the thin film. A bias voltage for forming a thin film can be applied, and the vacuum arc evaporation source performs a vacuum arc discharge from the cathode material in an inert gas atmosphere supplied from the inert gas supply device into a vacuum vessel in a predetermined amount, thereby forming the inert gas. And generating a plasma derived from the cathode material and sputtering the substrate to which the cleaning bias voltage is applied from the bias voltage applying device with the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate by the magnetic filter. The gas supply device for forming the mixing layer and the intermediate film can be cleaned. A vacuum arc discharge is generated from a cathode material in an atmosphere of a gas for forming a mixing layer and an intermediate film supplied in a predetermined amount into a vacuum vessel to generate plasma derived from the gas and the cathode material, and a mixing layer is formed from the bias voltage applying device. The bias voltage for the intermediate layer is successively applied to the substrate, and the mixing layer and the mixture under the plasma under the suppression of the arrival of the coarse particles derived from the cathode material to the substrate by the magnetic filter. An intermediate film can be sequentially formed, a vacuum arc discharge is generated from the cathode material to generate plasma derived from the cathode material, and a bias voltage for thin film formation is applied from the bias voltage applying device on the intermediate film on the base, The target thin film is formed under the plasma while suppressing the arrival of the coarse particles derived from the cathode material to the substrate by the magnetic filter. The thin film forming apparatus capable.

【0069】最終的に目的とする薄膜を形成する段階で
は、前記ガス供給装置から不活性ガスを供給して(例え
ばスパッタクリーニング時より少量の不活性ガスを供給
して)、該ガス雰囲気中で前記陰極物質から真空アーク
放電させて該不活性ガス及び陰極物質由来のプラズマを
発生させ、該プラズマのもとで目的とする薄膜を形成し
てもよい。
In the step of finally forming a target thin film, an inert gas is supplied from the gas supply device (for example, a smaller amount of inert gas is supplied than at the time of sputter cleaning) and the gas is supplied in the gas atmosphere. Vacuum arc discharge may be generated from the cathode material to generate plasma derived from the inert gas and the cathode material, and a target thin film may be formed under the plasma.

【0070】前記ミキシング層及び中間膜形成用ガス供
給装置は、前記真空アーク蒸発源による中間膜形成に際
し、該中間膜形成の初期から終期にかけて次第に前記第
2原子を含むガスの供給量を減じることで、前記基体に
近い部位では該基体から遠い部位より該第2原子の含有
量が多く、前記薄膜に近くなる部位では前記基体に近い
部位より薄膜構成原子の含有量が多い中間膜を形成でき
るものでもよい。
The mixing layer and the gas supply device for forming an intermediate film, when forming the intermediate film by the vacuum arc evaporation source, gradually reduce the supply amount of the gas containing the second atom from the beginning to the end of the formation of the intermediate film. Thus, an intermediate film having a higher content of the second atoms in a portion closer to the base than a portion far from the base, and having a higher content of constituent atoms of the thin film in a portion closer to the thin film than a portion close to the base can be formed. It may be something.

【0071】本発明は特に、この第4タイプの薄膜形成
装置として、前記真空アーク蒸発源は前記陰極物質とし
て主として炭素原子を含む物質を有しており、前記ミキ
シング層及び中間層形成用ガス供給装置はシリコン原子
を含むガス又は該シリコン原子及び炭素原子を含むガス
を供給でき、前記ミキシング層として炭素原子及びシリ
コン原子を含む物質と基体とのミキシング層を、前記中
間膜として炭化シリコン中間膜を、前記目的とする薄膜
として炭素膜を形成できる薄膜形成装置を提供する。
The present invention is particularly directed to a thin film forming apparatus of the fourth type, wherein the vacuum arc evaporation source has a material mainly containing carbon atoms as the cathode material, and the gas supply for the mixing layer and the intermediate layer is formed. The apparatus can supply a gas containing silicon atoms or a gas containing silicon atoms and carbon atoms, a mixing layer of a substance containing carbon atoms and silicon atoms and a substrate as the mixing layer, and a silicon carbide intermediate film as the intermediate film. And a thin film forming apparatus capable of forming a carbon film as the target thin film.

【0072】この装置の場合、前記ミキシング層及び中
間膜形成用ガス供給装置は、真空アーク蒸発源による炭
化シリコン中間膜形成に際し、該中間膜形成の初期から
終期にかけて次第に前記シリコン原子を含むガス又は前
記シリコン原子及び炭素原子を含むガスの供給量を減じ
ることができるガス供給装置であってもよい。
In the case of this apparatus, the gas supply device for forming the mixing layer and the intermediate film forms the gas or silicon gas containing the silicon atoms gradually from the beginning to the end of the formation of the silicon carbide intermediate film by the vacuum arc evaporation source. The gas supply device may be capable of reducing the supply amount of the gas containing the silicon atoms and the carbon atoms.

【0073】前記バイアス電圧印加装置としては、例え
ば、第3タイプの薄膜形成方法で説明した各種バイアス
電圧を適宜印加できることに加え、中間膜形成用のバイ
アス電圧も印加できるものを採用できる。
As the bias voltage applying device, for example, a device capable of applying a bias voltage for forming an intermediate film in addition to appropriately applying various bias voltages described in the third type thin film forming method can be employed.

【0074】中間膜形成用バイアス電圧としては、例え
ば薄膜形成用バイアス電圧と同様の電圧を採用できる。
As the bias voltage for forming the intermediate film, for example, the same voltage as the bias voltage for forming the thin film can be employed.

【0075】前記ミキシング層形成工程、前記中間膜形
成工程及び前記薄膜形成工程のうち少なくとも一つにお
いて、前記基体に前記バイアス電圧としてパルス状の負
電圧又はパルス状の負電圧と直流負電圧を重畳した電圧
を印加してもよい。
In at least one of the mixing layer forming step, the intermediate film forming step and the thin film forming step, a pulsed negative voltage or a pulsed negative voltage and a DC negative voltage are superimposed on the substrate as the bias voltage. The applied voltage may be applied.

【0076】この場合のパルス状負電圧として、工程に
応じて、例えば、第3タイプの薄膜形成方法で説明した
各種パルス状負電圧を採用できる。
As the pulsed negative voltage in this case, for example, various pulsed negative voltages described in the third type thin film forming method can be adopted depending on the process.

【0077】[0077]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0078】図1は前記した第1及び第2のタイプの薄
膜形成方法を実施できる薄膜形成装置例の基本的構成を
示しており、図3は前記した第3及び第4のタイプの薄
膜形成方法を実施でき、用い方によって第2タイプの薄
膜形成方法も実施できる薄膜形成装置例の基本的構成を
示している。
FIG. 1 shows a basic configuration of an example of a thin film forming apparatus capable of implementing the first and second types of thin film forming methods, and FIG. 3 shows a third and fourth type of thin film forming methods. 1 shows a basic configuration of an example of a thin film forming apparatus that can execute the method and can also execute the second type of thin film forming method depending on how the method is used.

【0079】図1に示す薄膜形成装置Aは、真空容器1
並びに第1真空アーク蒸発源3及び第2真空アーク蒸発
源3’を備えている。真空容器1は接地されており、内
部に被成膜基体Wを設置するホルダ11を有している。
ホルダ11は図示省略の回転駆動装置にて回転させるこ
とができる。真空容器1はこれに接続された排気装置2
によって内部を所定の減圧雰囲気に設定することができ
る。真空容器1にはさらにガス供給装置5が接続されて
おり、必要に応じ、ガス供給装置5から真空容器内に所
定のガスを所定流量で供給できる。
The thin film forming apparatus A shown in FIG.
And a first vacuum arc evaporation source 3 and a second vacuum arc evaporation source 3 '. The vacuum vessel 1 is grounded, and has a holder 11 in which the film-forming substrate W is installed.
The holder 11 can be rotated by a rotation drive device (not shown). The vacuum vessel 1 has an exhaust device 2 connected thereto.
Thus, the inside can be set to a predetermined reduced pressure atmosphere. A gas supply device 5 is further connected to the vacuum container 1, and a predetermined gas can be supplied from the gas supply device 5 into the vacuum container at a predetermined flow rate as needed.

【0080】第1真空アーク蒸発源3は、真空容器1内
に真空アーク放電を起こさせるための陰極物質31を有
するとともに該陰極物質31に接続されたアーク放電用
電源32を含んでいる。陰極物質31と容器壁との間に
は絶縁部材30を介在させてある。
The first vacuum arc evaporation source 3 has a cathode material 31 for causing a vacuum arc discharge in the vacuum vessel 1 and includes an arc discharge power supply 32 connected to the cathode material 31. An insulating member 30 is interposed between the cathode material 31 and the container wall.

【0081】第2真空アーク蒸発源3’は、真空容器1
内に真空アーク放電を起こさせるための陰極物質31’
を有するとともに該陰極物質31’に接続されたアーク
放電用電源32’を含んでいる。陰極物質31’と容器
壁との間には絶縁部材30’を介在させてある。
The second vacuum arc evaporation source 3 ′ is
Cathode material 31 'for causing vacuum arc discharge in
And an arc discharge power supply 32 'connected to the cathode material 31'. An insulating member 30 'is interposed between the cathode material 31' and the container wall.

【0082】前記のホルダ11にはホルダ上に設置する
被成膜基体Wにバイアス電圧を印加するためのバイアス
電圧印加電源4が接続されている。
The holder 11 is connected to a bias voltage applying power supply 4 for applying a bias voltage to the substrate W to be formed, which is installed on the holder.

【0083】図3に示す薄膜形成装置Bは、図1に示す
装置Aにおいて、磁気フィルタ6を追加したものであ
る。磁気フィルタ6は、真空容器1に接続されて容器内
に連通する湾曲輸送管60の周囲にコイル61を巻き回
し、該コイルに電源62を接続したものである。電源6
2からコイル61に通電することで湾曲磁場を形成でき
る。なお、湾曲磁場は永久磁石を用いて形成してもよ
い。真空アーク蒸発源3は輸送管60の容器1から遠い
方の端部に設けられている。装置Aにおける第2真空ア
ーク蒸発源3’は除かれている。その他の点は図1に示
す装置Aと実質上同構成であり、装置Aと実質上同じ部
分については装置Aにおけると同じ参照符号を付してあ
る。
The thin film forming apparatus B shown in FIG. 3 is obtained by adding a magnetic filter 6 to the apparatus A shown in FIG. The magnetic filter 6 is configured such that a coil 61 is wound around a curved transport pipe 60 connected to the vacuum vessel 1 and communicating with the inside of the vessel, and a power supply 62 is connected to the coil. Power supply 6
By applying a current to the coil 61 from 2, a bending magnetic field can be formed. The bending magnetic field may be formed using a permanent magnet. The vacuum arc evaporation source 3 is provided at an end of the transport pipe 60 remote from the container 1. The second vacuum arc evaporation source 3 'in the device A is omitted. The other points are substantially the same as those of the device A shown in FIG. 1, and the substantially same parts as those of the device A are denoted by the same reference numerals as those of the device A.

【0084】図1に示す薄膜形成装置Aによると次のよ
うに基体W上に目的とする薄膜を形成できる。
According to the thin film forming apparatus A shown in FIG. 1, a target thin film can be formed on the substrate W as follows.

【0085】一つの方法おいては、第1真空アーク蒸発
源3における陰極物質31として目的とする薄膜を構成
する原子(例えば炭素原子)を主として含む物質を用
い、第2真空アーク蒸発源3’における陰極物質31’
として目的とする薄膜を構成する原子(例えば炭素原
子)及び該原子とは異なる第2の原子であって基体Wに
馴染み易い、結合し易い第2の原子(例えばシリコン原
子)を含む物質(例えば炭化シリコン)を用いる。
In one method, as the cathode material 31 in the first vacuum arc evaporation source 3, a material mainly containing atoms (for example, carbon atoms) constituting a target thin film is used, and the second vacuum arc evaporation source 3 'is used. Cathode material 31 'in
A substance (for example, a silicon atom) which contains an atom (for example, a carbon atom) constituting a target thin film and a second atom (for example, a silicon atom) which is a second atom different from the atom and which is easily adapted to the substrate W and is easily bonded. (Silicon carbide) is used.

【0086】被成膜基体Wをホルダ11上に設置し、排
気装置2によって容器1内を膜形成に必要な所定の減圧
雰囲気状態に設定する。
The substrate W on which the film is to be formed is set on the holder 11, and the inside of the container 1 is set to a predetermined reduced pressure atmosphere necessary for film formation by the exhaust device 2.

【0087】真空アーク蒸発源3’においてアーク電源
32’から陰極物質31’に電圧を印加して真空アーク
放電させ、これにより陰極物質31’由来のプラズマを
形成する一方、バイアス電圧印加電源4からホルダ11
を介して基体Wに中間膜形成用バイアス電圧を印加す
る。該バイアス電圧として、例えば直流負電圧又はパル
ス状負電圧又はパルス状負電圧と直流負電圧を重畳した
電圧を印加する。
In the vacuum arc evaporation source 3 ′, a voltage is applied from the arc power supply 32 ′ to the cathode material 31 ′ to cause a vacuum arc discharge, thereby forming a plasma derived from the cathode material 31 ′. Holder 11
, A bias voltage for forming an intermediate film is applied to the substrate W. As the bias voltage, for example, a DC negative voltage, a pulsed negative voltage, or a voltage obtained by superposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage is applied.

【0088】かくしてプラズマ中のイオンが基体Wに引
き寄せられ、基体W上に、目的とする薄膜を構成する原
子及び該原子とは異なる第2の原子を含む密着性良好な
中間膜(例えば炭化シリコン中間膜)MF(図2参照)
が形成される。
Thus, the ions in the plasma are attracted to the substrate W, and on the substrate W, an intermediate film having good adhesion containing atoms constituting the target thin film and a second atom different from the atoms (for example, silicon carbide) Intermediate film) MF (see FIG. 2)
Is formed.

【0089】引き続き真空アーク蒸発源3’を停止する
一方、真空アーク蒸発源3においてアーク電源32から
陰極物質31に電圧を印加して真空アーク放電させ、こ
れにより陰極物質31由来のプラズマを形成し、電源4
から基体Wに目的とする薄膜形成用のバイアス電圧を印
加する。該バイアス電圧として、直流負電圧又はパルス
状負電圧又はパルス状負電圧と直流負電圧を重畳した電
圧を印加する。
While the vacuum arc evaporation source 3 ′ is stopped, a voltage is applied from the arc power source 32 to the cathode material 31 in the vacuum arc evaporation source 3 to cause a vacuum arc discharge, thereby forming a plasma derived from the cathode material 31. , Power supply 4
Then, a bias voltage for forming a target thin film is applied to the substrate W. As the bias voltage, a DC negative voltage, a pulsed negative voltage, or a voltage obtained by superimposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage is applied.

【0090】かくしてプラズマ中のイオンが基体Wに引
き寄せられ、基体W上に、目的とする薄膜(例えば炭素
膜)CF(図2参照)が形成される。薄膜(例えば炭素
膜)CFは中間膜(例えば炭化シリコン中間膜)MFに
良く密着し、延いては基体Wへの密着性が良好である。
Thus, the ions in the plasma are attracted to the substrate W, and a desired thin film (for example, a carbon film) CF (see FIG. 2) is formed on the substrate W. The thin film (for example, carbon film) CF adheres well to the intermediate film (for example, silicon carbide intermediate film) MF, and thus has good adhesion to the substrate W.

【0091】もう一つの方法おいては、第2真空アーク
蒸発源3’に代えてガス供給装置5を用いる。第1真空
アーク蒸発源3における陰極物質31として目的とする
薄膜を構成する原子(例えば炭素原子)を主として含む
物質を用い、ガス供給装置5から供給するガスとして、
目的とする薄膜を構成する原子とは異なる第2の原子で
あって基体Wに馴染み易い、結合し易い第2の原子(例
えばシリコン原子)を含むガス(例えばテトラメチルシ
ラン)を用いる。
In another method, a gas supply device 5 is used instead of the second vacuum arc evaporation source 3 '. As the cathode substance 31 in the first vacuum arc evaporation source 3, a substance mainly containing atoms (for example, carbon atoms) constituting a target thin film is used.
A gas (for example, tetramethylsilane) containing a second atom (for example, silicon atom) which is a second atom different from an atom constituting the target thin film and which is easily adapted to the substrate W and is easily bonded is used.

【0092】被成膜基体Wをホルダ11上に設置し、排
気装置2によって容器1内を減圧させる。ガス供給装置
5から所定量のガスを容器1内へ供給し、容器1内に所
定の減圧ガス雰囲気を形成する。
The substrate W on which the film is to be formed is placed on the holder 11, and the inside of the container 1 is depressurized by the exhaust device 2. A predetermined amount of gas is supplied from the gas supply device 5 into the container 1 to form a predetermined reduced-pressure gas atmosphere in the container 1.

【0093】真空アーク蒸発源3においてアーク電源3
2から陰極物質31に電圧を印加してガス雰囲気中で真
空アーク放電させ、これにより陰極物質31及び該ガス
由来のプラズマを形成する一方、電源4からホルダ11
を介して基体Wに中間膜形成用のバイアス電圧を印加す
る。該バイアス電圧として、例えば直流負電圧又はパル
ス状負電圧又はパルス状負電圧と直流負電圧を重畳した
電圧を印加する。
In the vacuum arc evaporation source 3, the arc power source 3
2, a voltage is applied to the cathode material 31 to cause a vacuum arc discharge in a gas atmosphere, thereby forming the cathode material 31 and plasma derived from the gas, while the power source 4 supplies the holder 11
, A bias voltage for forming an intermediate film is applied to the substrate W. As the bias voltage, for example, a DC negative voltage, a pulsed negative voltage, or a voltage obtained by superposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage is applied.

【0094】かくしてプラズマ中のイオンが基体Wに引
き寄せられ、基体W上に、目的とする薄膜を構成する原
子及び該原子とは異なる第2の原子を含む密着性良好な
中間膜(例えば炭化シリコン中間膜)MFが形成され
る。この中間膜形成においてはガス供給量を次第に減少
させて第2原子含有量が次第に減少した中間膜を形成し
てもよい。
Thus, the ions in the plasma are attracted to the substrate W, and on the substrate W, an intermediate film (for example, silicon carbide) containing atoms constituting the target thin film and a second atom different from the atoms having good adhesion. An intermediate film MF is formed. In forming the intermediate film, the gas supply amount may be gradually reduced to form an intermediate film in which the second atom content is gradually reduced.

【0095】引き続きガス供給装置5からのガス供給量
を減じるか又はガス供給を停止して真空アーク蒸発源3
においてアーク電源32から陰極物質31に電圧を印加
して真空アーク放電させ、これにより主として陰極物質
31由来のプラズマを形成する一方、電源4から基体W
に目的とする薄膜形成用のバイアス電圧を印加する。該
バイアス電圧として、直流負電圧又はパルス状負電圧又
はパルス状負電圧と直流負電圧を重畳した電圧を印加す
る。
Subsequently, the gas supply amount from the gas supply device 5 is reduced or the gas supply is stopped, and the vacuum arc evaporation source 3
In the above, a voltage is applied from the arc power source 32 to the cathode material 31 to cause a vacuum arc discharge, thereby forming plasma mainly derived from the cathode material 31, while the power source 4 supplies the substrate W
, A bias voltage for forming a thin film is applied. As the bias voltage, a DC negative voltage, a pulsed negative voltage, or a voltage obtained by superimposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage is applied.

【0096】かくしてプラズマ中のイオンが基体Wに引
き寄せられ、基体W上に、目的とする薄膜(例えば炭素
膜)CF(図2参照)が形成される。薄膜(例えば炭素
膜)CFは中間膜(例えば炭化シリコン膜)MFに良く
密着し、延いては基体Wへの密着性が良好である。
Thus, the ions in the plasma are attracted to the substrate W, and a desired thin film (for example, a carbon film) CF (see FIG. 2) is formed on the substrate W. The thin film (for example, carbon film) CF adheres well to the intermediate film (for example, silicon carbide film) MF, and thus has good adhesion to the substrate W.

【0097】前記いずれの方法を実施する場合でも、か
かる中間膜MF及び目的とする薄膜CFの形成におい
て、必要に応じてホルダ11を回転させることで基体W
を回転させてもよい。
In any of the above-described methods, in forming the intermediate film MF and the target thin film CF, the holder W is rotated as necessary to form the substrate W.
May be rotated.

【0098】図3に示す薄膜形成装置Bによると次のよ
うに基体W上に目的とする薄膜を形成できる。
According to the thin film forming apparatus B shown in FIG. 3, a target thin film can be formed on the substrate W as follows.

【0099】一つの方法おいては、第1真空アーク蒸発
源3における陰極物質31として目的とする薄膜を構成
する原子(例えば炭素原子)を主として含む物質を用い
る。ガス供給装置5から供給するガスとして不活性ガス
を用いる。
In one method, a material mainly containing atoms (for example, carbon atoms) constituting a target thin film is used as the cathode material 31 in the first vacuum arc evaporation source 3. An inert gas is used as a gas supplied from the gas supply device 5.

【0100】被成膜基体Wをホルダ11上に設置し、排
気装置2によって容器1内を減圧させる。ガス供給装置
5から所定量の不活性ガスを容器1内へ供給し、容器1
内に所定の減圧不活性ガス雰囲気を形成する。
The substrate W for film formation is set on the holder 11, and the inside of the container 1 is depressurized by the exhaust device 2. A predetermined amount of inert gas is supplied from the gas supply device 5 into the container 1,
A predetermined reduced pressure inert gas atmosphere is formed therein.

【0101】磁気フィルタ6においてコイル61に電源
62から通電して湾曲輸送管60内に湾曲磁場を形成す
る。
In the magnetic filter 6, the coil 61 is energized from the power supply 62 to form a bending magnetic field in the bending transport pipe 60.

【0102】真空アーク蒸発源3においてアーク電源3
2から陰極物質31に電圧を印加して不活性ガス雰囲気
中で真空アーク放電させ、これにより陰極物質31及び
不活性ガス由来のプラズマを形成する一方、バイアス電
圧印加電源4からホルダ11を介して基体Wにクリーニ
ング用バイアス電圧を印加する。該バイアス電圧とし
て、例えば直流負電圧又はパルス状負電圧又はパルス状
負電圧と直流負電圧を重畳した電圧を印加する。
In the vacuum arc evaporation source 3, the arc power source 3
2 to apply a voltage to the cathode material 31 to cause a vacuum arc discharge in an inert gas atmosphere, thereby forming a plasma derived from the cathode material 31 and the inert gas. A cleaning bias voltage is applied to the substrate W. As the bias voltage, for example, a DC negative voltage, a pulsed negative voltage, or a voltage obtained by superposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage is applied.

【0103】かくして、湾曲磁場の作用で粗大粒子の基
体Wへの到達を抑制しつつ、プラズマ中の不活性ガスイ
オンを基体Wに衝突させ、基体Wの表面をスパッタクリ
ーニングする。
Thus, the inert gas ions in the plasma are made to collide with the substrate W while the coarse particles are prevented from reaching the substrate W by the action of the bending magnetic field, and the surface of the substrate W is sputter-cleaned.

【0104】引き続き、真空アーク蒸発源3において陰
極物質31に電圧印加したまま、ガス供給装置5からの
不活性ガス供給量を減じるか又はガス供給を停止して基
体Wへ印加するバイアス電圧をミキシング層形成用バイ
アス電圧とする(クリーニング用バイアス電圧と同じで
もよい)。該バイアス電圧として、例えば直流負電圧又
はパルス状負電圧又はパルス状負電圧と直流負電圧を重
畳した電圧を印加する。
Subsequently, while the voltage is applied to the cathode material 31 in the vacuum arc evaporation source 3, the supply amount of the inert gas from the gas supply device 5 is reduced or the gas supply is stopped to mix the bias voltage applied to the substrate W. The bias voltage is used for forming a layer (may be the same as the bias voltage for cleaning). As the bias voltage, for example, a DC negative voltage, a pulsed negative voltage, or a voltage obtained by superposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage is applied.

【0105】かくして、湾曲磁場の作用で粗大粒子の基
体Wへの到達が抑制されつつ、基体W上に、基体材料と
目的とする薄膜の構成原子(例えば炭素原子)を含む物
質とのミキシング層MX(図4参照)が密着性よく形成
される。
Thus, while the coarse particles are prevented from reaching the substrate W by the action of the bending magnetic field, a mixing layer of the substrate material and the substance containing the constituent atoms (for example, carbon atoms) of the target thin film is formed on the substrate W. MX (see FIG. 4) is formed with good adhesion.

【0106】さらに引き続き、真空アーク蒸発源3にお
いて陰極物質31に電圧印加したまま、ガス供給装置5
からの不活性ガス供給量をさらに減じるか又はガス供給
を停止して基体Wへ印加するバイアス電圧を目的とする
薄膜CF(図4参照)を形成するためのバイアス電圧と
する。該バイアス電圧として、例えば直流負電圧又はパ
ルス状負電圧又はパルス状負電圧と直流負電圧を重畳し
た電圧を印加する。
Further, while the voltage is applied to the cathode material 31 in the vacuum arc evaporation source 3, the gas supply device 5
The supply amount of the inert gas from the substrate is further reduced or the gas supply is stopped, and the bias voltage applied to the substrate W is set as the bias voltage for forming the target thin film CF (see FIG. 4). As the bias voltage, for example, a DC negative voltage, a pulsed negative voltage, or a voltage obtained by superposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage is applied.

【0107】かくして、湾曲磁場の作用で粗大粒子の基
体Wへの到達が抑制されつつ、目的とする薄膜(例えば
炭素膜)CFが基体Wのミキシング層MF上に形成され
る。薄膜CFはミキシング層MXに良く密着し、延いて
は基体Wへの密着性が良好である。
Thus, the target thin film (for example, carbon film) CF is formed on the mixing layer MF of the base W while the coarse particles are prevented from reaching the base W by the action of the bending magnetic field. The thin film CF adheres well to the mixing layer MX, and thus has good adhesion to the substrate W.

【0108】もう一つの方法おいては、ガス供給装置5
から、目的とする薄膜を構成する原子とは異なる第2の
原子であって前記のミキシング層MXに馴染みのよい、
結合し易い第2原子(例えばシリコン原子)を含む中間
膜形成用ガス(例えばテトラメチルシラン)を不活性ガ
スに代えて供給できるようにもしておく。
In another method, the gas supply device 5
Therefore, it is a second atom different from the atoms constituting the target thin film and is familiar to the mixing layer MX.
An intermediate film forming gas (for example, tetramethylsilane) containing a second atom (for example, silicon atom) which is easily bonded can be supplied instead of the inert gas.

【0109】前記一つの方法で説明したと同様に基体の
スパッタクリーニング処理を行い、次いでガス供給装置
5からのガス供給を前記中間膜形成用ガス供給に切り換
え、基体Wへミキシング層形成用バイアス電圧を印加す
る。かくして湾曲磁場の作用で粗大粒子の基体Wへの到
達が抑制されつつ、薄膜を構成する原子(例えば炭素原
子)及び前記第2原子(例えばシリコン原子)を含む物
質と基体材料とのミキシング層(MX)が形成される。
In the same manner as described in the above one method, the substrate is subjected to the sputter cleaning treatment, and then the gas supply from the gas supply device 5 is switched to the intermediate film formation gas supply, and the mixing layer formation bias voltage is applied to the substrate W. Is applied. Thus, while the coarse particles are prevented from reaching the substrate W by the action of the bending magnetic field, a mixing layer (substrate material) containing a substance containing the atoms (for example, carbon atoms) and the second atoms (for example, silicon atoms) constituting the thin film ( MX) is formed.

【0110】引き続き、真空アーク蒸発源3において陰
極物質31に電圧印加したまま、ガス供給装置5から中
間膜形成用ガスを供給し、基体Wへ中間膜形成用バイア
ス電圧を印加する。このバイアス電圧は次の薄膜形成用
バイアス電圧と同じでもよい。該バイアス電圧として、
例えば直流負電圧又はパルス状負電圧又はパルス状負電
圧と直流負電圧を重畳した電圧を印加する。
Subsequently, while the voltage is applied to the cathode material 31 in the vacuum arc evaporation source 3, an intermediate film forming gas is supplied from the gas supply device 5, and an intermediate film forming bias voltage is applied to the substrate W. This bias voltage may be the same as the next thin film forming bias voltage. As the bias voltage,
For example, a DC negative voltage, a pulsed negative voltage, or a voltage obtained by superimposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage is applied.

【0111】かくして、湾曲磁場の作用で粗大粒子の基
体Wへの到達が抑制されつつ、前記ミキシング層MX上
に中間膜(例えば炭化シリコン中間膜)MF(図5参
照)が密着性よく形成される。この中間膜MFは目的と
する薄膜CF(図5参照)に馴染みのよい薄膜構成原子
とミキシング層MXに馴染みのよい第2原子とを含んで
いる。なお、この中間膜形成においてはガス供給量を次
第に減少させて第2原子含有量が次第に減少した中間膜
を形成してもよい。
Thus, an intermediate film (for example, a silicon carbide intermediate film) MF (see FIG. 5) is formed on the mixing layer MX with good adhesion while suppressing the coarse particles from reaching the substrate W by the action of the bending magnetic field. You. This intermediate film MF contains thin film constituent atoms familiar to the target thin film CF (see FIG. 5) and second atoms familiar to the mixing layer MX. In the formation of the intermediate film, the gas supply amount may be gradually reduced to form an intermediate film in which the second atom content is gradually reduced.

【0112】さらに引き続き、真空アーク蒸発源3にお
いて陰極物質31に電圧印加したまま、ガス供給装置5
からのガス供給を停止して基体Wへ印加するバイアス電
圧を目的とする薄膜CF(図5参照)を形成するための
バイアス電圧とする。該バイアス電圧として、例えば直
流負電圧又はパルス状負電圧又はパルス状負電圧と直流
負電圧を重畳した電圧を印加する。
Subsequently, while the voltage is applied to the cathode material 31 in the vacuum arc evaporation source 3, the gas supply device 5
The supply of gas from the substrate is stopped and the bias voltage applied to the substrate W is set as the bias voltage for forming the target thin film CF (see FIG. 5). As the bias voltage, for example, a DC negative voltage, a pulsed negative voltage, or a voltage obtained by superposing a pulsed negative voltage and a DC negative voltage is applied.

【0113】かくして、湾曲磁場の作用で粗大粒子の基
体Wへの到達が抑制されつつ、目的とする薄膜(例えば
炭素膜)CFが中間膜(例えば炭化シリコン中間膜)M
F上に形成される。薄膜CFは中間膜MFに良く密着
し、延いては基体Wへの密着性が良好である。
Thus, the target thin film (for example, carbon film) CF is converted to the intermediate film (for example, silicon carbide intermediate film) M while the coarse particles are prevented from reaching the substrate W by the action of the bending magnetic field.
Formed on F. The thin film CF adheres well to the intermediate film MF, and thus has good adhesion to the substrate W.

【0114】なお、この薄膜形成において、クリーニン
グ処理、ミキシング層形成処理を省略し、中間膜形成処
理及び薄膜形成処理を実施して基体Wに密着性のよい薄
膜を形成することもできる。
In this thin film formation, the cleaning process and the mixing layer forming process can be omitted, and the intermediate film forming process and the thin film forming process can be performed to form a thin film having good adhesion to the substrate W.

【0115】前記いずれの方法を実施する場合でも、か
かるクリーニング処理、ミキシング層形成処理、中間膜
形成処理、薄膜形成処理において、必要に応じてホルダ
11を回転させることで基体Wを回転させてもよい。
In any of the above-described methods, in the cleaning process, the mixing layer forming process, the intermediate film forming process, and the thin film forming process, the substrate W may be rotated by rotating the holder 11 as necessary. Good.

【0116】次に金属基体の1例であるクロムモリブデ
ン鋼(JIS:SCM415)からなる基体W上に炭素
薄膜を形成する実験例について説明する。 (1) 実験例1 第2真空アーク蒸発源3’を使用せず、ガス供給装置5
からテトラメチルシランを供給できるようにした薄膜形
成装置Aを使用し、次の条件で第1工程、第2工程を実
施して基体上に炭素膜を形成した。
Next, an experimental example in which a carbon thin film is formed on a substrate W made of chromium molybdenum steel (JIS: SCM415), which is an example of a metal substrate, will be described. (1) Experimental Example 1 Gas supply device 5 without using second vacuum arc evaporation source 3 '
The first step and the second step were performed under the following conditions using a thin film forming apparatus A capable of supplying tetramethylsilane from a substrate, thereby forming a carbon film on the substrate.

【0117】第1工程、第2工程のいずれも第1真空ア
ーク蒸発源3の陰極物質31はグラファイトであり、ア
ーク電流100Aとして真空アーク放電を発生させる。
また基体Wへ印加するバイアス電圧は−100Vの直流
負電圧である。 (第1工程) 真空容器1内雰囲気:テトラメチルシランの5×10-1
Pa雰囲気 炭化シリコン中間膜を成膜速度70nm/minで厚さ
500nm形成。 (第2工程) 真空容器1内雰囲気:テトラメチルシランの導入を停止
して5×10-3Pa以下に維持。
In both the first step and the second step, the cathode material 31 of the first vacuum arc evaporation source 3 is graphite, and generates a vacuum arc discharge with an arc current of 100A.
The bias voltage applied to the substrate W is a negative DC voltage of -100V. (First step) Atmosphere in vacuum vessel 1: 5 × 10 −1 of tetramethylsilane
Pa atmosphere A silicon carbide intermediate film is formed to a thickness of 500 nm at a film forming rate of 70 nm / min. (Second step) Atmosphere in the vacuum vessel 1: The introduction of tetramethylsilane was stopped and kept at 5 × 10 −3 Pa or less.

【0118】中間膜上に炭素膜を成膜速度70nm/m
inで厚さ500nm形成。 (2) 実験例2 実験例1において、第1工程の中間膜形成に際し、真空
容器1内にテトラメチルシランの5×10-1Pa雰囲気
を形成し、その後6×10-2Pa/minの割合でテト
ラメチルシランの導入量を減少し、最終的に該導入を停
止して傾斜質の炭化シリコン中間膜を平均成膜速度60
nm/minで厚さ500nm形成。
A carbon film is formed on the intermediate film at a deposition rate of 70 nm / m.
500 nm thick in. (2) Experimental Example 2 In Experimental Example 1, when forming the intermediate film in the first step, an atmosphere of 5 × 10 -1 Pa of tetramethylsilane was formed in the vacuum vessel 1, and then the atmosphere of 6 × 10 -2 Pa / min was formed. The introduction amount of tetramethylsilane is reduced in proportion, and the introduction is finally stopped to form a graded silicon carbide intermediate film at an average film forming rate of 60%.
500 nm thick at nm / min.

【0119】その他は実験例1と同じにして最終的に炭
素膜を成膜速度50nm/minで厚さ500nm形
成。 (3) 実験例3 ガス供給装置5からテトラメチルシランを供給できるよ
うにした薄膜形成装置Bを使用し、次の条件で第1工
程、第2工程を実施して基体上に炭素膜を形成した。
The other conditions were the same as in Experimental Example 1, and finally a carbon film was formed at a film formation rate of 50 nm / min and a thickness of 500 nm. (3) Experimental Example 3 Using a thin film forming apparatus B capable of supplying tetramethylsilane from the gas supply apparatus 5, a first step and a second step are performed under the following conditions to form a carbon film on the substrate. did.

【0120】第1工程、第2工程のいずれも第1真空ア
ーク蒸発源3の陰極物質31はグラファイトであり、ア
ーク電流100Aとして真空アーク放電を発生させる。
また基体Wへ印加するバイアス電圧は−100Vの直流
負電圧である。 (第1工程) 真空容器1内雰囲気:テトラメチルシランの5×10-1
Pa雰囲気を形成し、その後6×10-2Pa/minの
割合でテトラメチルシランの導入量を減少し、最終的に
該導入を停止。
In both the first step and the second step, the cathode material 31 of the first vacuum arc evaporation source 3 is graphite, and a vacuum arc discharge is generated with an arc current of 100A.
The bias voltage applied to the substrate W is a negative DC voltage of -100V. (First step) Atmosphere in vacuum vessel 1: 5 × 10 −1 of tetramethylsilane
After forming a Pa atmosphere, the introduction amount of tetramethylsilane was reduced at a rate of 6 × 10 −2 Pa / min, and the introduction was finally stopped.

【0121】傾斜質の炭化シリコン中間膜を平均成膜速
度60nm/minで厚さ500nm形成。 (第2工程)実験例1と同じにして最終的に炭素膜を成
膜速度50nm/minで厚さ500nm形成。 (4) 実験例4 ガス供給装置5からアルゴンガス、テトラメチルシラン
を選択的に供給できるようにした薄膜形成装置Bを使用
し、次の条件で第1〜第4工程を実施して基体上に炭素
膜を形成した。
A graded silicon carbide intermediate film is formed at a thickness of 500 nm at an average film forming speed of 60 nm / min. (Second step) A carbon film was finally formed at a film formation rate of 50 nm / min and a thickness of 500 nm in the same manner as in Experimental Example 1. (4) Experimental Example 4 Using the thin film forming apparatus B capable of selectively supplying argon gas and tetramethylsilane from the gas supply apparatus 5, the first to fourth steps were performed under the following conditions to form a substrate. Then, a carbon film was formed.

【0122】各工程において第1真空アーク蒸発源3の
陰極物質31はグラファイトであり、アーク電流100
Aとして真空アーク放電を発生させる。また基体Wへ印
加するバイアス電圧は−100Vの直流負電圧である。 (第1工程) 真空容器1内雰囲気:アルゴンガスの5×10-1Pa雰
囲気 基体Wをアルゴンインオンでスパッタクリーニング。 (第2工程)アルゴンガス導入を停止し、容器1内雰囲
気圧を5×10-3Pa以下とした後、テトラメチルシラ
ンを導入して容器1内雰囲気圧を5×10-1Paとして
炭素とシリコンと基体材料とのミキシング層を基体Wに
形成。 (第3工程) 真空容器1内雰囲気:テトラメチルシランの5×10-1
Pa雰囲気を形成し、その後6×10-2Pa/minの
割合でテトラメチルシランの導入量を減少し、最終的に
該導入を停止。
In each step, the cathode material 31 of the first vacuum arc evaporation source 3 is graphite, and the arc current 100
As A, a vacuum arc discharge is generated. The bias voltage applied to the substrate W is a negative DC voltage of -100V. (First Step) Atmosphere in the vacuum vessel 1: 5 × 10 -1 Pa atmosphere of argon gas The substrate W was sputter-cleaned by argon on. (Second step) After the introduction of argon gas was stopped and the atmospheric pressure in the container 1 was reduced to 5 × 10 −3 Pa or less, tetramethylsilane was introduced to adjust the atmospheric pressure in the container 1 to 5 × 10 −1 Pa, and carbon And a mixing layer of silicon and a base material are formed on the base W. (Third step) Atmosphere in vacuum vessel 1: 5 × 10 −1 of tetramethylsilane
After forming a Pa atmosphere, the introduction amount of tetramethylsilane was reduced at a rate of 6 × 10 −2 Pa / min, and the introduction was finally stopped.

【0123】傾斜質の炭化シリコン中間膜を平均成膜速
度60nm/minで、厚さ500nm形成。 (第4工程) 真空容器1内雰囲気:ガス導入を停止して5×10-2
a以下に維持。
A graded silicon carbide intermediate film is formed at an average deposition rate of 60 nm / min and a thickness of 500 nm. (Fourth step) Atmosphere in vacuum vessel 1: 5 × 10 -2 P after stopping gas introduction
Keep below a.

【0124】中間膜上に炭素膜を成膜速度50nm/m
inで厚さ500nm形成。
A carbon film is formed on the intermediate film at a deposition rate of 50 nm / m.
500 nm thick in.

【0125】なお、以上のほか、実験例1において第1
工程を省略し、その他は実験例1と同様にして炭素膜を
形成する比較実験例も行った。
In addition to the above, the first example in Experimental Example 1
A comparative experimental example in which a carbon film was formed in the same manner as in Experimental Example 1 except the steps was omitted.

【0126】以上説明した実験例1〜4、比較実験例に
より得られた膜についてスクラッチ試験機による密着性
の評価を行った。評価結果を次に示す。臨界荷重の値が
大きいほど基体との密着性が良好であることを示してい
る。
The films obtained in Experimental Examples 1 to 4 and Comparative Experimental Example described above were evaluated for adhesion by a scratch tester. The evaluation results are shown below. The higher the value of the critical load, the better the adhesion to the substrate.

【0127】 この評価結果から本発明によると、密着性良好な薄膜を
形成できることか分かる。
[0127] From these evaluation results, it can be seen that according to the present invention, a thin film having good adhesion can be formed.

【0128】[0128]

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、各
種膜の形成に適用でき、基体への膜密着性に優れるとと
もに膜生産性の点でも優れた薄膜形成方法及び装置を提
供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method and an apparatus for forming a thin film which can be applied to the formation of various films and have excellent film adhesion to a substrate and excellent film productivity. it can.

【0129】また本発明によると、基体への膜密着性に
優れるとともに膜生産性の点でも優れた薄膜形成方法及
び装置、特に炭素薄膜の形成方法及び装置を提供するこ
とができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a method and an apparatus for forming a thin film, particularly a method and an apparatus for forming a carbon thin film, which are excellent in film adhesion to a substrate and excellent in film productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】薄膜形成装置の1例の基本構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an example of a thin film forming apparatus.

【図2】本発明に係る薄膜形成方法及び装置により得ら
れる薄膜例を示す図である。
FIG. 2 is a view showing an example of a thin film obtained by a thin film forming method and apparatus according to the present invention.

【図3】薄膜形成装置の他の例の基本構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration of another example of the thin film forming apparatus.

【図4】本発明に係る薄膜形成方法及び装置により得ら
れる薄膜の他の例を示す図である。
FIG. 4 is a view showing another example of a thin film obtained by the method and apparatus for forming a thin film according to the present invention.

【図5】本発明に係る薄膜形成方法及び装置により得ら
れる薄膜のさらに他の例を示す図である。
FIG. 5 is a view showing still another example of a thin film obtained by the method and apparatus for forming a thin film according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A、B 薄膜形成装置 1 真空容器 2 排気装置 3 第1真空アーク蒸発源 30 絶縁部材 31 陰極物質 32 電源 3’第2真空アーク蒸発源 30’ 絶縁部材 31’ 陰極物質 32’ 電源 4 バイアス電圧印加電源 5 ガス供給装置 6 磁気フィルタ 60 湾曲輸送管 61 コイル 62 電源 W 基体 MF 中間膜 CF 目的とする膜 MX ミキシング層 A, B Thin film forming apparatus 1 Vacuum container 2 Exhaust device 3 First vacuum arc evaporation source 30 Insulation member 31 Cathode material 32 Power supply 3 'Second vacuum arc evaporation source 30' Insulation member 31 'Cathode material 32' Power supply 4 Bias voltage application Power supply 5 Gas supply device 6 Magnetic filter 60 Curved transport pipe 61 Coil 62 Power supply W Base MF Intermediate film CF Target film MX Mixing layer

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成
方法であり、 前記基体上に真空アーク蒸着法により中間膜を形成する
第1の工程と、 前記第1の工程により形成される中間膜上に該第1の工
程に引き続いて真空アーク蒸着法により前記目的とする
薄膜を形成する第2の工程とを含み、 前記第1の工程においては、真空アーク放電を起こさせ
る陰極物質として炭素原子及びシリコン原子を含む物質
を用い、該陰極物質から真空アーク放電させて該陰極物
質由来のプラズマを発生させ、該プラズマのもとで炭化
シリコン中間膜を形成し、 前記第2の工程においては、真空アーク放電を起こさせ
る陰極物質として炭素原子を主として含む物質を用い、
該陰極物質から真空アーク放電させて該陰極物質由来の
プラズマを発生させ、該プラズマのもとで前記目的とす
る薄膜として炭素薄膜を形成することを特徴とする薄膜
形成方法。
1. A thin film forming method for forming a target thin film on a base, comprising: a first step of forming an intermediate film on the base by a vacuum arc vapor deposition method; and an intermediate step formed by the first step. A second step of forming the target thin film on the film by a vacuum arc vapor deposition method subsequent to the first step, wherein the first step comprises carbon as a cathode material for causing a vacuum arc discharge. Using a substance containing atoms and silicon atoms, performing a vacuum arc discharge from the cathode substance to generate plasma derived from the cathode substance, forming a silicon carbide intermediate film under the plasma, and in the second step, , Using a material mainly containing carbon atoms as a cathode material for causing vacuum arc discharge,
A method for forming a thin film, comprising: generating a plasma derived from the cathode material by performing a vacuum arc discharge from the cathode material; and forming a carbon thin film as the target thin film under the plasma.
【請求項2】基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成
方法であり、 前記基体上に真空アーク蒸着法により中間膜を形成する
第1の工程と、 前記第1の工程により形成される中間膜上に該第1の工
程に引き続いて真空アーク蒸着法により前記目的とする
薄膜を形成する第2の工程とを含み、 前記第1の工程においては、真空アーク放電を起こさせ
る陰極物質として炭素原子を含む物質を用い、シリコン
原子を含むガス又はシリコン原子及び炭素原子を含むガ
スの雰囲気中で該陰極物質から真空アーク放電させて該
陰極物質及びガス由来のプラズマを発生させ、該プラズ
マのもとで炭化シリコン中間膜を形成し、 前記第2の工程においては、真空アーク放電を起こさせ
る陰極物質として炭素原子を主として含む物質を用い、
該陰極物質から真空アーク放電させて該陰極物質由来の
プラズマを発生させ、該プラズマのもとで前記目的とす
る薄膜として炭素薄膜を形成することを特徴とする薄膜
形成方法。
2. A thin film forming method for forming a target thin film on a base, comprising: a first step of forming an intermediate film on the base by a vacuum arc vapor deposition method; and an intermediate step formed by the first step. A second step of forming the target thin film on the film by a vacuum arc vapor deposition method subsequent to the first step, wherein the first step comprises carbon as a cathode material for causing a vacuum arc discharge. Using a material containing atoms, a vacuum arc discharge is generated from the cathode material in an atmosphere of a gas containing silicon atoms or a gas containing silicon atoms and carbon atoms to generate plasma derived from the cathode material and gas, and And forming a silicon carbide intermediate film, and in the second step, a substance mainly containing carbon atoms is used as a cathode substance for causing vacuum arc discharge,
A method for forming a thin film, comprising: generating a plasma derived from the cathode material by performing a vacuum arc discharge from the cathode material; and forming a carbon thin film as the target thin film under the plasma.
【請求項3】前記第1の工程及び第2の工程のそれぞれ
において、前記陰極物質からのアーク放電により形成さ
れるプラズマを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを
用い、該磁気フィルタにより前記基体への粗大粒子の到
達を抑制する請求項1又は2記載の薄膜形成方法。
3. In each of the first step and the second step, a magnetic filter that bends a plasma formed by an arc discharge from the cathode material with a magnetic field is used, and the magnetic filter applies a coarse filter to the base. 3. The method for forming a thin film according to claim 1, wherein the arrival of particles is suppressed.
【請求項4】基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成
方法であり、 不活性ガス雰囲気中で前記目的とする薄膜を構成する原
子を含む陰極物質から真空アーク放電させて該不活性ガ
ス及び陰極物質由来のプラズマを発生させるとともに前
記基体にクリーニング用バイアス電圧を印加し、該プラ
ズマを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを用いて前
記基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達を抑制しつつ
前記基体を該プラズマによりスパッタクリーニングする
クリーニング工程と、 前記スパッタクリーニング時よりも前記不活性ガスの供
給量を減じるか又は該不活性ガスの供給を停止し、前記
陰極物質から真空アーク放電させて該陰極物質由来のプ
ラズマを発生させるとともに前記基体にミキシング層形
成用バイアス電圧を印加し、該プラズマを磁場によって
湾曲させる磁気フィルタを用いて前記基体への陰極物質
由来の粗大粒子の到達を抑制しつつ該プラズマのもとで
該基体に該基体と陰極物質由来の薄膜構成原子を含んだ
物質とのミキシング層を形成するミキシング層形成工程
と、 前記ミキシング層形成工程時よりも前記不活性ガスの供
給量を減じるか又は該不活性ガスの供給を停止し、前記
陰極物質から真空アーク放電させて該陰極物質由来のプ
ラズマを発生させるとともに前記基体に薄膜形成用バイ
アス電圧を印加し、該プラズマを磁場によって湾曲させ
る磁気フィルタを用いて前記基体への陰極物質由来の粗
大粒子の到達を抑制しつつ該プラズマのもとで前記ミキ
シング層上に前記目的とする薄膜を形成する薄膜形成工
程とを含むことを特徴とする薄膜形成方法。
4. A thin film forming method for forming a target thin film on a substrate, comprising: performing a vacuum arc discharge from a cathode material containing atoms constituting the target thin film in an inert gas atmosphere; While generating a plasma derived from the cathode material, applying a cleaning bias voltage to the substrate, and using a magnetic filter that bends the plasma with a magnetic field, the base material is suppressed while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate. A cleaning step of performing sputter cleaning with the plasma; or reducing the supply amount of the inert gas or stopping the supply of the inert gas from the time of the sputter cleaning, and performing a vacuum arc discharge from the cathode material to form the cathode material. And a bias voltage for forming a mixing layer is applied to the substrate. A substance containing thin film-constituting atoms derived from the cathode material and the substrate under the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate using a magnetic filter that bends the magnetic field by a magnetic field. A mixing layer forming step of forming a mixing layer with, and reducing or stopping the supply of the inert gas than at the time of the mixing layer forming step, and causing a vacuum arc discharge from the cathode material. Generating a plasma derived from the cathode material and applying a bias voltage for forming a thin film to the substrate, and suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate using a magnetic filter that bends the plasma by a magnetic field. And forming a thin film of interest on the mixing layer under the plasma.
【請求項5】前記陰極物質として主として炭素原子を含
む物質を用い、前記ミキシング層形成工程では基体と炭
素を含んだ物質のミキシング層を形成し、前記薄膜形成
工程では炭素薄膜を形成する請求項4記載の薄膜形成方
法。
5. The method according to claim 1, wherein a material mainly containing carbon atoms is used as the cathode material, a mixing layer of a substrate and a material containing carbon is formed in the mixing layer forming step, and a carbon thin film is formed in the thin film forming step. 5. The method for forming a thin film according to 4.
【請求項6】基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成
方法であり、 不活性ガス雰囲気中で前記目的とする薄膜を構成する原
子を含む陰極物質から真空アーク放電させて該不活性ガ
ス及び陰極物質由来のプラズマを発生させるとともに前
記基体にクリーニング用バイアス電圧を印加し、該プラ
ズマを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを用いて前
記基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達を抑制しつつ
前記基体を該プラズマによりスパッタクリーニングする
クリーニング工程と、 前記薄膜を構成する原子及び該原子とは異なる第2の原
子を含む物質とスパッタクリーニングされた基体とのミ
キシング層並びに前記薄膜を構成する原子及び該原子と
は異なる該第2の原子を含む、該ミキシング層上の中間
膜を形成するミキシング層及び中間膜形成工程と、 前記中間膜上に前記目的とする薄膜を形成する薄膜形成
工程とを含み、 前記ミキシング層及び中間膜形成工程においては、前記
薄膜を構成する原子とは異なる第2の原子を含むミキシ
ング層及び中間膜形成用のガスの雰囲気中で前記陰極物
質から真空アーク放電させて該ガス及び陰極物質由来の
プラズマを発生させるとともに前記基体にミキシング層
形成用バイアス電圧及び中間膜形成用バイアス電圧をこ
の順序で順次印加し、該プラズマを磁場によって湾曲さ
せる磁気フィルタを用いて前記基体への陰極物質由来の
粗大粒子の到達を抑制しつつ前記基体に該プラズマのも
とでミキシング層及び中間膜を順次形成し、 前記薄膜形成工程では前記陰極物質から真空アーク放電
させて該陰極物質由来のプラズマを発生させるとともに
前記基体に薄膜形成用バイアス電圧を印加し、該プラズ
マを磁場によって湾曲させる磁気フィルタを用いて前記
基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達を抑制しつつ該
プラズマのもとで前記中間膜上に前記目的とする薄膜を
形成することを特徴とする薄膜形成方法。
6. A thin film forming method for forming a target thin film on a substrate, comprising: performing a vacuum arc discharge from a cathode material containing atoms constituting the target thin film in an inert gas atmosphere; While generating a plasma derived from the cathode material, applying a cleaning bias voltage to the substrate, and using a magnetic filter that bends the plasma with a magnetic field, the base material is suppressed while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate. A cleaning step of sputter cleaning with the plasma; a mixing layer of a substance containing the atoms constituting the thin film and a second atom different from the atoms with a substrate subjected to the sputter cleaning; and the atoms constituting the thin film and the atoms A mixing layer and an intermediate layer forming an intermediate film on the mixing layer, wherein the mixing layer includes the second atom different from the second atom. A forming step, and a thin film forming step of forming the target thin film on the intermediate film, wherein the mixing layer and the intermediate film forming step include a second atom different from an atom constituting the thin film. A vacuum arc discharge is generated from the cathode material in an atmosphere of a gas for forming a mixing layer and an intermediate film to generate plasma derived from the gas and the cathode material, and a bias voltage for forming a mixing layer and a bias voltage for forming an intermediate film are formed on the substrate. Are sequentially applied in this order, and the mixing layer and the intermediate film are applied to the base under the plasma while suppressing the arrival of the coarse particles derived from the cathode material to the base using a magnetic filter that bends the plasma by a magnetic field. Are sequentially formed, and in the thin film forming step, a vacuum arc discharge is performed from the cathode material to generate plasma derived from the cathode material. Applying a bias voltage for forming a thin film to the substrate, using a magnetic filter that bends the plasma by a magnetic field, while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate while the intermediate film is formed under the plasma. A method for forming a thin film, wherein the target thin film is formed thereon.
【請求項7】前記陰極物質として主として炭素原子を含
む物質を用い、前記ミキシング層及び中間膜形成工程で
は、ミキシング層及び中間膜形成用ガスとしてシリコン
原子を含むガス又は炭素原子及びシリコン原子を含むガ
スを用い、ミキシング層として炭素原子及びシリコン原
子を含む物質と基体とのミキシング層を形成し、中間膜
として炭化シリコン中間膜を形成し、前記薄膜形成工程
では前記目的とする薄膜として炭素膜を形成する請求項
6記載の薄膜形成方法。
7. A material mainly containing carbon atoms as the cathode material, and in the step of forming the mixing layer and the intermediate film, a gas containing silicon atoms or a carbon atom and a silicon atom is used as a gas for forming the mixing layer and the intermediate film. Using a gas, a mixing layer of a substance containing carbon atoms and silicon atoms as a mixing layer and a substrate is formed, a silicon carbide intermediate film is formed as an intermediate film, and the carbon film is formed as the target thin film in the thin film forming step. The method for forming a thin film according to claim 6, wherein the thin film is formed.
【請求項8】基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成
装置であり、 被成膜基体を設置する真空容器と、 前記真空容器内に設置された基体に中間膜を形成するた
めの第1真空アーク蒸発源と、 前記第1真空アーク蒸発源により形成される中間膜上に
前記目的とする薄膜を形成するための第2真空アーク蒸
発源と、 前記基体に膜形成用バイアス電圧を印加するためのバイ
アス電圧印加装置とを備えており、 前記第1真空アーク蒸発源は、真空アーク放電を起こさ
せる陰極物質として炭素原子及びシリコン原子を含む中
間膜形成用陰極物質を有し、 前記第2真空アーク蒸発源は、真空アーク放電を起こさ
せる陰極物質として炭素原子を主として含む薄膜形成用
陰極物質を有し、 前記バイアス電圧印加装置は前記基体に、中間膜形成時
には中間膜形成用バイアス電圧を、薄膜形成時には薄膜
形成用バイアス電圧を印加でき、 前記第1真空アーク蒸発源において前記陰極物質から真
空アーク放電させることで該陰極物質由来のプラズマを
形成し、該プラズマのもとで、前記バイアス電圧印加装
置から中間膜形成用バイアス電圧を印加される前記基体
上に炭化シリコン中間膜を形成でき、 前記第2真空アーク蒸発源において前記陰極物質から真
空アーク放電させることで該陰極物質由来のプラズマを
形成し、該プラズマのもとで、前記バイアス電圧印加装
置から薄膜膜形成用バイアス電圧を印加される前記基体
上の中間膜上に炭素薄膜を形成できることを特徴とする
薄膜形成装置。
8. A thin film forming apparatus for forming a target thin film on a substrate, comprising: a vacuum container for setting a substrate on which a film is to be formed; and a first container for forming an intermediate film on the substrate set in the vacuum container. A vacuum arc evaporation source; a second vacuum arc evaporation source for forming the target thin film on an intermediate film formed by the first vacuum arc evaporation source; and applying a film forming bias voltage to the substrate. And a first vacuum arc evaporation source having a cathode material for forming an intermediate film containing carbon atoms and silicon atoms as a cathode material for causing a vacuum arc discharge; The vacuum arc evaporation source has a cathode material for forming a thin film mainly containing carbon atoms as a cathode material for causing a vacuum arc discharge. A bias voltage for film formation, a bias voltage for thin film formation can be applied at the time of thin film formation, and a plasma derived from the cathode material is formed by performing a vacuum arc discharge from the cathode material in the first vacuum arc evaporation source. Originally, a silicon carbide intermediate film can be formed on the substrate to which a bias voltage for forming an intermediate film is applied from the bias voltage applying device, and a vacuum arc discharge is performed from the cathode material in the second vacuum arc evaporation source. A plasma derived from the cathode material is formed, and under the plasma, a carbon thin film can be formed on an intermediate film on the substrate to which a bias voltage for forming a thin film is applied from the bias voltage applying device. Thin film forming equipment.
【請求項9】基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形成
装置であり、 被成膜基体を設置する真空容器と、 前記真空容器内に設置された基体に中間膜及び前記目的
とする薄膜を形成するための真空アーク蒸発源と、 前記基体に膜形成用バイアス電圧を印加するためのバイ
アス電圧印加装置と、 前記真空容器内に前記薄膜を構成する原子とは異なる第
2の原子を含むガスを供給するガス供給装置とを備えて
おり、 前記真空アーク蒸発源は、真空アーク放電を起こさせる
陰極物質として炭素原子を主として含む前記中間膜及び
前記薄膜形成用の陰極物質を有し、 前記バイアス電圧印加装置は前記基体に、中間膜形成時
には中間膜形成用バイアス電圧を、薄膜形成時には薄膜
形成用バイアス電圧を印加でき、 前記ガス供給装置は、シリコン原子を含むガス又はシリ
コン原子及び炭素原子を含むガスを供給でき、 前記真空アーク蒸発源において前記陰極物質から真空ア
ーク放電させるとともに前記ガス供給装置から真空容器
内に所定量の前記ガスを供給することで該陰極物質及び
ガス由来のプラズマを形成し、前記基体に前記バイアス
電圧印加装置から中間膜形成用バイアス電圧を印加する
ことで該プラズマのもとで前記基体上に炭化シリコン中
間膜を形成でき、 次いで、前記真空アーク蒸発源において前記陰極物質か
ら真空アーク放電させて該陰極物質由来のプラズマを形
成し、前記基体に前記バイアス電圧印加装置から薄膜形
成用のバイアス電圧を印加することで該プラズマのもと
で該基体の前記中間膜上に炭素薄膜を形成できることを
特徴とする薄膜形成装置。
9. A thin film forming apparatus for forming a target thin film on a substrate, comprising: a vacuum container for setting a substrate on which a film is to be formed; and an intermediate film and the target thin film on a substrate set in the vacuum container. A vacuum arc evaporation source for forming, a bias voltage applying device for applying a film forming bias voltage to the substrate, and a gas containing a second atom different from the atoms constituting the thin film in the vacuum vessel The vacuum arc evaporation source has the intermediate film mainly containing carbon atoms and the cathode material for forming the thin film as a cathode material for causing a vacuum arc discharge, and the bias The voltage application device can apply a bias voltage for forming an intermediate film to the base when forming an intermediate film, and a bias voltage for forming a thin film when forming a thin film. A gas containing silicon atoms and carbon atoms can be supplied, and a vacuum arc discharge is performed from the cathode material in the vacuum arc evaporation source, and a predetermined amount of the gas is supplied from the gas supply device into a vacuum vessel. Forming a plasma derived from a cathode material and a gas, and applying a bias voltage for forming an intermediate film from the bias voltage applying device to the substrate to form a silicon carbide intermediate film on the substrate under the plasma; A vacuum arc discharge from the cathode material in the vacuum arc evaporation source to form plasma derived from the cathode material, and applying a bias voltage for forming a thin film from the bias voltage applying device to the substrate to reduce the plasma. Wherein the carbon thin film can be formed on the intermediate film of the substrate.
【請求項10】前記真空アーク蒸発源は、陰極物質から
真空アーク放電によって形成されるプラズマを磁場によ
って湾曲させ、前記基体への粗大粒子の到達を抑制する
磁気フィルタを含んでいる請求項8又は9記載の薄膜形
成装置。
10. The vacuum arc evaporation source includes a magnetic filter that curves plasma formed by vacuum arc discharge from a cathode material by a magnetic field and suppresses the arrival of coarse particles to the substrate. 10. The thin film forming apparatus according to 9.
【請求項11】基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形
成装置であり、 被成膜基体を設置する真空容器と、 前記真空容器内に設置された基体をクリーニングし、該
クリーニング基体にミキシング層を形成し、該ミキシン
グ層上に前記目的とする薄膜を形成するための真空アー
ク蒸発源と、 前記基体にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧
印加装置と、 前記真空容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給
装置とを備えており、前記真空アーク蒸発原は、真空ア
ーク放電を起こさせる陰極物質として前記薄膜の構成原
子を含む陰極物質を有するとともに該陰極物質からの真
空アーク放電により発生するプラズマを磁場によって湾
曲させ、前記基体への粗大粒子の到達を抑制する磁気フ
ィルタを含んでおり、 前記バイアス電圧印加装置は前記基体に、前記基体クリ
ーニング時にはクリーニング用バイアス電圧を、前記ミ
キシング層形成時にはミキシング層形成用バイアス電圧
を、前記薄膜形成時には薄膜形成用バイアス電圧を印加
でき、 前記真空アーク蒸発源は、前記不活性ガス供給装置から
真空容器内に所定量供給される不活性ガス雰囲気中で陰
極物質から真空アーク放電させて該不活性ガス及び陰極
物質由来のプラズマを発生させ、前記バイアス電圧印加
装置からクリーニング用バイアス電圧を印加される前記
基体を、前記磁気フィルタによる基体への陰極物質由来
の粗大粒子の到達抑制下に該プラズマによりスパッタク
リーニングでき、 前記スパッタクリーニング時よりも前記不活性ガス供給
装置からの不活性ガス供給量を減じるか又は該不活性ガ
ス供給を停止した状態下に、陰極物質から真空アーク放
電させて該陰極物質由来のプラズマを発生させ、前記バ
イアス電圧印加装置からミキシング層形成用バイアス電
圧を印加される前記基体に、前記磁気フィルタによる基
体への陰極物質由来の粗大粒子の到達抑制下に該プラズ
マのもとで該基体と陰極物質由来の薄膜構成原子を含む
物質とのミキシング層を形成でき、 前記ミキシング層形成時よりも前記不活性ガス供給装置
からの不活性ガス供給量を減じるか又は該不活性ガス供
給を停止した状態下に、陰極物質から真空アーク放電さ
せて該陰極物質由来のプラズマを発生させ、前記バイア
ス電圧印加装置から薄膜形成用バイアス電圧を印加され
る前記基体の前記ミキシング層上に、前記磁気フィルタ
による基体への陰極物質由来の粗大粒子の到達抑制下に
該プラズマのもとで前記目的とする薄膜を形成できるこ
とを特徴とする薄膜形成装置。
11. A thin film forming apparatus for forming a target thin film on a substrate, comprising: a vacuum container for setting a substrate on which a film is to be formed; and cleaning the substrate set in the vacuum container; A vacuum arc evaporation source for forming the target thin film on the mixing layer, a bias voltage applying device for applying a bias voltage to the substrate, and an inert gas in the vacuum container. An inert gas supply device for supplying, the vacuum arc evaporation source has a cathode material containing the constituent atoms of the thin film as a cathode material for causing vacuum arc discharge, and a vacuum arc discharge from the cathode material. A magnetic filter for curving generated plasma by a magnetic field to suppress arrival of coarse particles to the base; Can apply a cleaning bias voltage to the substrate when cleaning the substrate, a mixing layer formation bias voltage when forming the mixing layer, and a thin film formation bias voltage when forming the thin film. A vacuum arc discharge is generated from the cathode material in an inert gas atmosphere supplied from the active gas supply device into the vacuum vessel in a predetermined amount to generate plasma derived from the inert gas and the cathode material. The substrate to which a bias voltage is applied can be sputter-cleaned by the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate by the magnetic filter. The supply amount of the active gas was reduced or the supply of the inert gas was stopped. Under the condition, a vacuum arc discharge is generated from the cathode material to generate plasma derived from the cathode material, and the base to which the bias voltage for mixing layer formation is applied from the bias voltage applying device is applied to the base by the magnetic filter. A mixing layer of the substrate and a material containing thin-film constituent atoms derived from the cathode material can be formed under the plasma while suppressing arrival of coarse particles derived from the material, and the inert gas supply device can be formed more than when the mixing layer is formed. While reducing the amount of inert gas supplied from the apparatus or while stopping the supply of the inert gas, a vacuum arc discharge is generated from the cathode material to generate plasma derived from the cathode material, and the bias voltage applying device uses the bias voltage applying device to form a thin film. On the mixing layer of the substrate to which a bias voltage is applied, while suppressing arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate by the magnetic filter, Thin film forming apparatus characterized by under the plasma to form a thin film to the object.
【請求項12】前記真空アーク蒸発源は前記陰極物質と
して主として炭素原子を含む物質を有しており、前記ミ
キシング層として基体と炭素を含む物質とのミキシング
層を、前記目的とする薄膜として炭素膜を形成できる請
求項11記載の薄膜形成装置。
12. The vacuum arc evaporation source has a material mainly containing carbon atoms as the cathode material, a mixing layer of a substrate and a material containing carbon as the mixing layer, and a carbon layer as the target thin film. 12. The thin film forming apparatus according to claim 11, which can form a film.
【請求項13】基体に目的とする薄膜を形成する薄膜形
成装置であり、 被成膜基体を設置する真空容器と、 前記真空容器内に設置された基体をクリーニングし、該
クリーニング基体にミキシング層を形成し、該ミキシン
グ層上に中間膜を形成し、該中間膜上に前記目的とする
薄膜を形成するための真空アーク蒸発源と、 前記基体にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧
印加装置と、 前記真空容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給
装置と、 前記薄膜を構成する原子及び該原子とは異なる第2の原
子を含む物質と基体とのミキシング層並びに前記薄膜を
構成する原子及び該原子とは異なる該第2の原子を含
む、該ミキシング層上の中間膜を形成するための、ミキ
シング層及び中間膜形成用のガスを前記真空容器内に供
給するミキシング層及び中間膜形成用ガス供給装置とを
備えており、 前記真空アーク蒸発原は、真空アーク放電を起こさせる
陰極物質として前記薄膜の構成原子を含む陰極物質を有
するとともに該陰極物質からの真空アーク放電により発
生するプラズマを磁場によって湾曲させ、前記基体への
粗大粒子の到達を抑制する磁気フィルタを含んでおり、 前記バイアス電圧印加装置は前記基体に、前記基体クリ
ーニング時にはクリーニング用バイアス電圧を、前記ミ
キシング層形成時にはミキシング層形成用バイアス電圧
を、前記中間膜形成時には中間膜形成用バイアス電圧
を、前記薄膜形成時には薄膜形成用バイアス電圧を印加
でき、 前記真空アーク蒸発源は、前記不活性ガス供給装置から
真空容器内に所定量供給される不活性ガス雰囲気中で陰
極物質から真空アーク放電させて該不活性ガス及び陰極
物質由来のプラズマを発生させ、前記バイアス電圧印加
装置からクリーニング用バイアス電圧を印加される前記
基体を、前記磁気フィルタによる基体への陰極物質由来
の粗大粒子の到達抑制下に該プラズマによりスパッタク
リーニングでき、 前記ミキシング層及び中間膜形成用ガス供給装置から真
空容器内に所定量供給されるミキシング層及び中間膜形
成用ガスの雰囲気中で陰極物質から真空アーク放電させ
て該ガス及び陰極物質由来のプラズマを発生させ、前記
バイアス電圧印加装置からミキシング層形成用バイアス
電圧を、引き続き中間膜形成用バイアス電圧を順次印加
される前記基体に、前記磁気フィルタによる基体への陰
極物質由来の粗大粒子の到達抑制下に該プラズマのもと
で前記ミキシング層及び前記中間膜を順次形成でき、 陰極物質から真空アーク放電させて該陰極物質由来のプ
ラズマを発生させ、前記バイアス電圧印加装置から薄膜
形成用バイアス電圧を印加される前記基体上の前記中間
膜上に、前記磁気フィルタによる基体への陰極物質由来
の粗大粒子の到達抑制下に該プラズマのもとで前記目的
とする薄膜を形成できることを特徴とする薄膜形成装
置。
13. A thin film forming apparatus for forming a target thin film on a substrate, comprising: a vacuum container for installing a substrate on which a film is to be formed; cleaning a substrate provided in the vacuum container; Forming an intermediate film on the mixing layer, a vacuum arc evaporation source for forming the target thin film on the intermediate film, and a bias voltage applying device for applying a bias voltage to the substrate An inert gas supply device that supplies an inert gas into the vacuum vessel; a mixing layer formed of a substance containing the atoms constituting the thin film and a second atom different from the atoms; A gas for forming a mixing layer and an intermediate film for forming an intermediate film on the mixing layer, the gas including an atom to be mixed and the second atom different from the atom; The vacuum arc evaporation source has a cathode material containing the constituent atoms of the thin film as a cathode material for causing vacuum arc discharge, and a vacuum from the cathode material. The plasma generated by the arc discharge is curved by a magnetic field, and includes a magnetic filter that suppresses the arrival of coarse particles to the substrate.The bias voltage applying device applies a cleaning bias voltage to the substrate when cleaning the substrate. The mixing layer forming bias voltage can be applied at the time of forming the mixing layer, the intermediate film forming bias voltage can be applied at the time of forming the intermediate film, and the thin film forming bias voltage can be applied at the time of forming the thin film. Cathode substance in an inert gas atmosphere supplied in a predetermined amount from the supply device into the vacuum vessel And generating a plasma derived from the inert gas and the cathode material by performing vacuum arc discharge from the substrate. The plasma can be sputter-cleaned while suppressing the arrival of particles, and a vacuum is applied from the cathode material in an atmosphere of a predetermined amount of the mixing layer and the intermediate film forming gas supplied into the vacuum vessel from the mixing layer and the intermediate film forming gas supply device. An arc discharge is performed to generate plasma derived from the gas and the cathode material, and a bias voltage for mixing layer formation and a bias voltage for intermediate film formation are successively applied from the bias voltage application device to the substrate to which the bias voltage for intermediate film formation is sequentially applied. Under the above plasma under the plasma, the coarse particles derived from the cathode material are prevented from reaching the substrate. A kissing layer and the intermediate film can be sequentially formed; a vacuum arc discharge is generated from the cathode material to generate plasma derived from the cathode material; and the intermediate voltage on the substrate to which a bias voltage for thin film formation is applied from the bias voltage application device. A thin film forming apparatus, wherein the target thin film can be formed on the film under the plasma while suppressing the arrival of coarse particles derived from the cathode material to the substrate by the magnetic filter.
【請求項14】前記真空アーク蒸発源は前記陰極物質と
して主として炭素原子を含む物質を有しており、前記ミ
キシング層及び中間層形成用ガス供給装置はシリコン原
子を含むガス又は該シリコン原子及び炭素原子を含むガ
スを供給でき、前記ミキシング層として炭素原子及びシ
リコン原子を含む物質と基体とのミキシング層を、前記
中間膜として炭化シリコン中間膜を、前記目的とする薄
膜として炭素膜を形成できる請求項13記載の薄膜形成
装置。
14. The vacuum arc evaporation source has a material mainly containing carbon atoms as the cathode material, and the gas supply device for forming the mixing layer and the intermediate layer comprises a gas containing silicon atoms or a gas containing silicon atoms and carbon atoms. A gas containing atoms can be supplied, and a mixing layer of a substance containing carbon atoms and silicon atoms and a substrate can be formed as the mixing layer, a silicon carbide intermediate film can be formed as the intermediate film, and a carbon film can be formed as the target thin film. Item 14. A thin film forming apparatus according to item 13.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004111294A1 (en) * 2003-06-13 2004-12-23 Nissin Electric Co., Ltd. Deflection magnetic field type vacuum arc vapor deposition device
US8500967B2 (en) 2003-07-08 2013-08-06 Fuji Electric Co., Ltd. Vacuum arc evaporation apparatus and method, and magnetic recording medium formed thereby

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