JP2005054230A - 真空アーク蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カソード前方のダクト内に磁界を形成する真空アーク蒸着装置において、ダクト内面の堆積物に起因する好ましくない粒子が被成膜物体に到達することを抑制し、それだけ良質の膜を形成する。
【解決手段】 カソード１１を含む蒸発源１と、被成膜物体Ｗを支持するホルダ４と、カソード材料構成元素を含む膜をホルダ４に支持される被成膜物体Ｗに形成するために蒸発源１においてイオン化されたカソード材料を物体Ｗへ向け導く磁場形成コイル３１が付設されたダクト３とを含んでおり、ダクト３は、真空アーク放電により発生するプラズマ中の粒子がダクト内面の堆積物Ｄに衝突することで発生するスパッタ粒子がホルダへ向かうことを抑制するフィン状部材５を有している真空アーク蒸着装置Ａ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車部品、各種機械の部品、各種工具や、自動車部品、機械部品等の成形に用いる金型等の成形用型等の物体に耐摩耗性、摺動性、耐蝕性等のうち少なくとも一つを向上させるなどのための薄膜を形成することに利用できる真空アーク蒸着装置に関する。

真空アーク蒸着装置は減圧雰囲気下においてアノード（陽極）とカソード（陰極）との間に真空アーク放電を生じさせ、該アーク放電によりカソード材料を蒸発させてイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料を被成膜物体へ飛翔させて該物体上に薄膜を形成するものである。アノードとカソードとの間に真空アーク放電を発生させ、該アーク放電によりカソード材料をイオン化する部分は、一般に、蒸発源とか、真空アーク蒸発源と称されている。真空アーク蒸着装置はプラズマＣＶＤ装置などと比べると成膜速度が大きく、膜生産性の点で優れている。

かかる真空アーク蒸着装置においては、カソード材料の蒸発によって生じる巨大溶融粒子（マクロ粒子とか、ドロップレットとも言われている）が被成膜物体に到達付着することを抑制するため、カソード前方に配置したダクト内に磁界を発生させ、該磁界により、カソード・アノード間の真空アーク放電により発生するプラズマをそのプラズマの広がりに対して狭い領域に集束させ、かくして得られる高密度プラズマ領域で巨大溶融粒子を分解することで、被成膜物体への巨大溶融粒子の飛来を抑制することが提案されている（特開平５−１７１４２７号公報、特開平１１−３６０６３号公報参照）。

また、磁場を用いて巨大溶融粒子の被成膜物体への付着を抑制する真空アーク蒸着装置として偏向磁場型の真空アーク蒸着装置も知られている。偏向磁場型真空アーク蒸着装置は、例えば、特開平２００２−２９４４３３号公報に開示されているように、蒸発源によりイオン化されたカソード材料を被成膜物体を支持するホルダへ向け飛翔させる偏向磁場が永久磁石や磁場形成用コイルにて形成される湾曲フイルターダクトを含んでいる。

偏向磁場が形成される湾曲フィルターダクトは、荷電粒子であるイオン化されたカソード材料を偏向磁場により選択的にダクトに沿って偏向させて被成膜物体へ導くことができる一方、電気的に中性であるため、或いはたとえ帯電していても質量が非常に大きいため磁場により偏向させることができない粗大粒子については湾曲したダクトの内壁に衝突させ、被成膜物体へ飛来、付着することを抑制する。

特開平５−１７１４２７号公報 特開平１１−３６０６３号公報 特開平２００２−２９４４３３号公報

しかしながら、いずれにしても、カソード前方のダクト内に磁界を形成する真空アーク蒸着装置においては、蒸発源から蒸発した粒子がダクト内面に多く付着するようになる。さらに、プラズマ中の高速粒子がダクト内面の堆積物に衝突することで該堆積物がスパッタされ、発生したスパッタ粒子が成膜室内に飛ばされて被成膜物体表面に付着するようになる。このような状態で膜形成を続けると、スパッタ粒子が付着した部分が巨大隆起状部になったり、その部分が剥離脱落して大きい凹部が形成されたりする。

形成される膜の中にかかる巨大隆起状部や大きい凹部が一つでもあると、過酷な物体使用環境においては、該膜により該物体に与えられるべき耐摩耗性等の特性が著しく低下し、該物体の長期信頼性確保の妨げとなったり、かかる部分が不良発生原因になることから該物体は不良品とみなされてしまう。

このような問題は、例えば、クロムをカソード材料とする前記タイプの真空アーク蒸着装置を利用して窒素ガス雰囲気中で自動車部品や各種機械部品表面に耐焼き付き性、摺動性に優れた窒化クロム膜を形成しようとする場合に、ダクト内面の堆積物からのスパッタ粒子によるそれら部品への付着物の発生が顕著である。硬質クロムめっきの代替技術として１０μｍ以上の膜厚が必要な場合には特に問題になってくる。

そこで本発明は、カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、被成膜物体を支持するホルダと、該カソード材料構成元素を含む膜を該ホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダへ向け導く磁場形成部材が付設されたダクトとを含む真空アーク蒸着装置であって、ダクト内面の堆積物に起因する好ましくない粒子が被成膜物体に到達することを抑制でき、それだけ良質の膜を形成できる真空アーク蒸着装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は次の第１、第２の真空アーク蒸着装置を提供する。
（１）第１の真空アーク蒸着装置
カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、被成膜物体を支持するホルダと、該カソード材料構成元素を含む膜を該ホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダに支持される被成膜物体へ向け導く磁場形成部材が付設されたダクトとを含んでおり、前記真空アーク放電により発生するプラズマ中の粒子が該ダクト内面の堆積物に衝突することで発生する該堆積物のスパッタ粒子が前記ホルダに支持される被成膜物体へ向かうことを抑制する少なくとも一つのフィン状部材が該ダクト内面に立設されている真空アーク蒸着装置。

（２）カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、被成膜物体を支持するホルダと、該カソード材料構成元素を含む膜を該ホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダに支持される被成膜物体へ向け導く磁場形成部材が付設されたダクトとを含んでおり、前記ダクトの内面は、前記真空アーク放電により発生するプラズマ中の粒子が該ダクト内面の堆積物に衝突することで発生する該堆積物のスパッタ粒子が前記ホルダに支持される被成膜物体へ向かうことを抑制する多孔状面に形成されている真空アーク蒸着装置。

第１、第２のいずれの真空アーク蒸着装置においても、真空アーク放電により蒸発せしめられ、イオン化されたカソード材料を含むプラズマが磁場形成部材により形成されるダクト内の磁場により集束し、その後被成膜物体への膜形成のために適度に広がり、イオン化されたカソード材料の飛翔方向がホルダに支持される被成膜物体へ向け制御される。

磁場によりプラズマが集束した高密度プラズマ領域においては、その領域へ飛来することがあるカソード材料の巨大溶融粒子が該高密度プラズマにより分解され、それだけ被成膜物体への巨大溶融粒子の飛来を抑制して被成膜物体上に良質の膜を形成することができる。

また、膜形成処理に伴って、蒸発源から蒸発した粒子がダクト内面に付着、堆積し、該堆積物がプラズマ中の高速粒子の衝突によりスパッタされるが、該スパッタ粒子は、第１の装置においてはダクト内面に立設したフィン状部材によりホルダ上の被成膜物体への飛行が抑制され、第２の装置においては堆積しようとする粒子がダクト内面の孔に補足されやすく、さらにそのスパッタ粒子も該孔に止まったり、ダクト内面の凹凸に遮られるなどしてホルダ上の被成膜物体への飛行が抑制され、かくして第１、第２のいずれの装置においてもスパッタ粒子の被成膜物体への到達が抑制され、それだけ良質の膜を形成することができる。

第１、第２のいずれの真空蒸着装置においても、磁場形成部材は、永久磁石からなるものでも、通電により磁場を形成する磁場形成コイルでも、これらの組み合わせでもよい。 また、ダクトは真っ直ぐなものでも、湾曲したものでもよい。

第１の装置におけるフィン状部材の代表例はダクトの内周面に沿う環状のものである。かかるフィン状部材はダクト内面に一つだけ、例えばダクトの前記ホルダに臨む端部内に一つだけ設けられているだけでもよいが、ダクト内面に複数段に設けられてもよい。

第２の装置におけるダクトの多孔状内面は、ダクトと一体的に形成されたものでも、ダクト基体の内面に後付けされたものでもよい。かかるダクトの多孔状内面としては、例えば、繊維状体を絡ませ圧縮したフェルト状材料、繊維状体を織る、編む等してなるメッシュ状材料、不織布、金属又は非金属からなる多孔質材料、これらにカソード材料と馴染みのよいカソード材料元素を含む材料を含ませた又はそのような材料で被覆した材料で形成されているものを例示できる。これら材料は例えばダクト基体内面に後付けすればよい。

前記ホルダは、１又は２以上の被成膜物体を静止状態で支持するだけのものでもよいが、被成膜物体がその周面に全体的に又は略全体的に膜形成すべき物体であるような場合には、１又は２以上の被成膜物体を支持して、定位置の軸線のまわりに回動可能なものでもよい。さらに、複数の物体を支持するホルダの場合は、各物体を該定位置軸線のまわりに公転させつつ自転もさせるものでもよい。

前記ホルダが１又は２以上の被成膜物体を支持して定位置の軸線のまわりに回動可能なものである場合、前記フィン状部材のダクト内面に対する角度及び該フィン状部材のダクト内面からの高さとして次のものを例示できる。
(1) ダクト内面に対する立ち上がり角度について
フィン状部材は、蒸発源及びホルダを該定位置軸線の方向からみた状態で、前記カソードの蒸発面の端から前記ホルダ上の被成膜物体の各部が該ホルダの回動により描く円（多数ある）のうち最大の円へ引いた接線に対し９０°以下の角度で前記カソード側へ傾斜するように前記ダクト内面から立ち上がる。

なお、カソード上の真空アーク放電点は一点に固定されるのではなく、カソードの蒸発面をあちらこちらと移動する。よって前記最大円へ引く接線のカソード上の基点をカソード蒸発面の端としている。カソード蒸発面の端とは、前記定位置軸線の方向から見た状態のカソード蒸発面が示す直線の両端のうちいずれか一方の端であるが、ホルダは通常ダクトの該ホルダに臨む開口に対し前記定位置軸線の方向からみたとき左右にずれることなく対称的に配置されるから、該両端のうちいずれの端でもよい。該蒸発面端から前記最大円に引ける接線は２本あるが前記接線はそのうちカソード蒸発面の中心部と定位置軸線とを結ぶ線に対し該蒸発面端と同じ側において引かれる接線である。

(2) ダクト内面からの高さについて。
フィン状部材のダクト内面からの高さは、前記蒸発源及び該ホルダを前記軸線の方向からみた状態で、粒子が、前記ホルダ上の被成膜物体の各部が該ホルダの回動により描く円のうち最大の円へ前記カソードの蒸発面の端から引いた接線の方向に飛行し、前記ホルダ内面又はその延長面により全反射して進行するとした場合の該全反射後の該粒子の飛行を阻止できる高さである。

前記ダクト及びフィン状部材は前記被成膜物体への成膜中、浮遊電位又は正電位に維持してもよい。そうすることで、ダクト内面の堆積物をスパッタしようとするプラズマ中の粒子（主としてプラスにインオ化されたカソード材料）が堆積物に近づかなくなったり、強くは衝突し難くなり、スパッタ粒子の発生がそれだけ抑制される。
同様の理由で、前記ダクト及びフィン状部材は前記被成膜物体への成膜中、前記真空アーク放電により発生するプラズマに対し正電位に維持してもよい。

以上説明したように本発明によると、カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、被成膜物体を支持するホルダと、該カソード材料構成元素を含む膜を該ホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダに支持される被成膜物体へ向け導く磁場形成部材が付設されたダクトとを含む真空アーク蒸着装置であって、ダクト内面の堆積物に起因する好ましくない粒子が被成膜物体に到達することを抑制でき、それだけ良質の膜を形成できる真空アーク蒸着装置を提供することができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は真空アーク蒸着装置の１例を上方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。 この装置Ａは、蒸発源１、成膜室２、蒸発源１と成膜室２を接続するダクト３及び成膜室２内に設置された被成膜物体Ｗを支持するホルダ４を備えている。

蒸発源１は、カソード１１、トリガー電極１２、アーク放電用電源１３等を備えている。ダクト３の後部にはカソード装着部３０が形成されており、カソード１１は該装着部３０に絶縁部材１４を介して装着されている。

カソード１１は形成しようとする膜に応じて選択した材料で形成される。このカソードに対するアノードはここでは接地された成膜室２がこれを兼ねている。なお、アノードについては、例えば図１に鎖線で示すようにダクト３内においてカソード１１の端部を囲むアノードＡＮを設ける等してもよい。

トリガー電極１２はダクト３内においてカソード１１の端面（蒸発面）１１１に臨んでおり、図示を省略した往復駆動装置によりカソード蒸発面に対し接触離反可能である。図１においては、トリガー電極１２はカソード１１を貫通しているかの如く示されているが、カソード１１を貫通しているのではなく、図１には現れていないカソード周囲の壁体に往復動可能に通されている。

アーク放電用電源１３はカソード１１とアノードとの間にアーク放電用電圧を印加できるように、また、カソード１１とアノード間のアーク放電を誘発するためにカソード１１とトリガー電極１２との間にトリガー用電圧を印加できるように、カソード１１等に配線接続されている。トリガー電極１２はアーク電流が流れないように抵抗１５を介して接地されている。

ダクト３は一方では既述のように絶縁部材１４を介してカソード１１が装着されており、他方では絶縁部材２１を介して成膜室２に接続されている。ダクト３には磁場形成用コイル３１が周設されており、該コイルは電源３２に接続されている。該電源から通電することで、ダクト３に後述するプラズマ集束のための磁場を形成できる。

成膜室２には、排気装置２２が接続されており、これにより成膜室２内及びこれに連通する前記ダクト３内を所定の成膜圧に減圧維持することができる。成膜室２には、成膜用のガスを必要に応じて導入するガス導入部２３も設けられている。

ホルダ４は、図１に示す例では、図示省略の駆動装置により回転駆動可能の縦軸４１と、これに支持された回転台４２と、回転台４２上に立設され、図示省略の連動機構により回転台の回転に連動して公転しつつ自転する複数本の被成膜物体支持軸４３を備えたものである。縦軸４１は定位置にあり、従ってホルダ４は全体として縦軸４１の上下方向の定位置回転中心軸線ＣＬのまわりに回転でき、該ホルダ４に搭載された物体Ｗの各部は回転台４２の回転により円を描く。物体Ｗの各部が描く円は多数あるが、図１、図２にはそのうち最大円ＭＣを示してある。

再びダクト３にもどる。ダクト３はその成膜室２への開口部或いはそれに近い部位の内面に環状のにフィン状部材５が立設されている。このフィン状部材５は、ダクト３内面の堆積物Ｄ（図２参照）のスパッタ粒子がホルダ（ホルダ上の物体Ｗ）へ向かうことを抑制するものである。該スパッタ粒子は、後述するようにホルダ４に支持される被成膜物体Ｗ表面にカソード１１の材料構成元素を含む薄膜を形成するためにカソード１１とアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにプラズマ化し、イオン化されたカソード材料を被成膜物体Ｗへ飛翔させるときに、プラズマ中の粒子がダクト３内面の堆積物Ｄに衝突することで発生する。

フィン状部材５は、蒸発源１及びホルダ４を上方から前記軸線ＣＬの方向に見た状態で、カソード蒸発面１１１の端、すなわち、上方から見たときの蒸発面を示す直線１１１Ｌ（図２参照）の端ａ（又はｂ）のそれぞれから前記最大円ＭＣへ引いた接線Ｌａ（又はＬｂ）に対し９０°以下の角度α（接線に垂直なラインから角度β）でカソード１１側へ傾斜するようにダクト３内面に立設されている。その結果、それには限定されないが本例では、フイン状部材５はダクト３の内面に垂直に立設されている。なお、ここではホルダ４はこれに臨むダクト３の開口部に対し、上方から前記軸線ＣＬの方向に見たとき左右対称に配置されており、蒸発面１１１の端としてａを選択しても、ｂを選択しても前記角度α（角度β）は同じである。また、接線Ｌａ（又はＬｂ）に関して言えば、蒸発面端ａ（又はｂ）から最大円ＭＣに引ける接線は２本あるがそのうちカソード蒸発面の中心と定位置軸線ＣＬとを結ぶ線Ｌｏに対し該蒸発面端と同じ側において引かれる接線である。

フィン状部材５のダクト３内面からの高さｈは、図２に示すように、プラズマ中の粒子が前記接線Ｌａ（又はＬｂ）の方向に飛行し、ダクト３内面又はその延長面３ｓにより全反射してＸ（又はＸ’）方向に進行するとした場合の該全反射後の該粒子の飛行を阻止できる高さである。

ダクト３及びフィン状部材５はここでは被成膜物体Ｗへの膜形成中、ダクト内面の堆積物のスパッタ粒子の発生を抑制すべくプラズマ中のプラスイオンの接近、到達を抑制できるように浮遊電位に維持される。なお、ダクト３及びフィン状部材５は、同様の目的で、膜成形中、正電位に維持されても、プラズマ電位に対し正電位に維持されてもよい。

以上説明した図１に示す真空アーク蒸着装置Ａによると、次のようにして被成膜物体Ｗ上にカソード構成材料元素を含む薄膜を形成することができる。
まず、ホルダ４上に被成膜物体Ｗを搭載する。次いで排気装置２２を運転して成膜室２及びダクト３内から排気し、それらを成膜圧力まで減圧する。

また、ホルダ４上の被成膜物体Ｗには、必要に応じ、膜形成用イオンを引き寄せるためのバイアス電圧を図示省略の電源から印加してもよい。成膜中、ホルダ４上の物体Ｗは回転台４２の回転により公転させつつ自転させる。

かかる状態で、蒸発源１におけるトリガー電極１２をカソード１１の蒸発面１１１に接触させ、引き続き引き離す。これにより電極１２とカソード１１間に火花が発生し、これが引き金となってアノード（成膜室２）とカソード１１との間に真空アーク放電が誘発される。このアーク放電によりカソード材料が加熱され、カソード材料が蒸発し、さらにカソード１１前方にイオン化カソード材料を含むプラズマが形成され始める。

また、磁場形成コイル３１へ電源３２から通電してダクト３内に磁場を形成しておく。さらに、必要に応じ成膜室２内へ膜構成元素を含む所定量のガスを導入する。
蒸発源１において生成された前記プラズマは磁場形成コイル３１により形成されたダクト内磁場により集束し、その後被成膜物体への膜形成のために適度に広がり、イオン化されたカソード材料が被成膜物体Ｗへ向け飛翔し、かくしてカソード材料に基づく、或いはカソード材料と導入されるガスとに基づく薄膜が各物体Ｗの表面に形成される。

この成膜中、ダクト３内の磁場によりプラズマが集束した高密度プラズマ領域においては、その領域へ飛来することがあるカソード材料の巨大溶融粒子が該高密度プラズマにより分解され、それだけ被成膜物体Ｗへの巨大溶融粒子の飛来を抑制して被成膜物体上に良質の膜を形成することができる。

また、膜形成処理に伴って、蒸発源１から蒸発した粒子がダクト内面に付着、堆積し、該堆積物Ｄがプラズマ中の高速粒子の衝突によりスパッタされるが、該スパッタ粒子は、ダクト３内面に立設したフィン状部材５によりホルダ４上の被成膜物体Ｗへの飛行が抑制され、かくしてスパッタ粒子の被成膜物体Ｗへの到達が抑制され、それだけ良質の膜を形成することができる。

以上説明した装置Ａではフィン状部材５は１枚設けられているだけであるが、図３に示すように、ダクト３内面に複数段に立設してもよい。また、かかるフィン状部材５に代えて、図４に示すようにダクト内面を多孔状面５０に形成してもよい。図４に示す例では、多孔材料５００をダクト基体内面に接着して多孔状面が形成されている。かかる多孔材料としては、既述のとおり、フェルト状材料、メッシュ状材料、不織布、金属又は非金属からなる多孔質材料、これらにカソード材料と馴染みのよいカソード材料元素を含む材料を含ませた又はそのような材料で被覆した材料を採用できる。多孔状ダクト内面も、浮遊電位、正電位或いはプラズマ電位に対し正電位に維持されてもよい。

このように内面が多孔状内面５０に形成されたダクト３を採用すると、蒸発源１から蒸発した粒子がダクト内面の孔に補足されやすく、また、そのスパッタ粒子も該孔に止まったり、ダクト内面の凹凸に遮られるなどしてホルダ４上の被成膜物体Ｗへの飛行が抑制され、かくしてスパッタ粒子の被成膜物体への到達が抑制され、それだけ良質の膜を形成することができる。

また、以上説明した真空アーク蒸着装置Ａにおいては、ダクト３は真っ直ぐ延びたものであるが、図５に示す真空アーク蒸着装置Ｂのように、湾曲したダクト３’を採用してもよい。かかるダクト３’を採用するときにも、該ダクト３’に磁場形成コイル３１’を周設し、これに電源３２’から通電することでダクト内に磁場を形成することができる。また、ダクト内面の堆積物のスパッタ粒子の進行を妨げるためにダクト内面にフィン状部材を立設したり、ダクト内面を多孔状面に形成しておけばよい。図示の例ではフィン状部材５’がダクト３’の出口部分内面に立設されている。

参考までに物体支持ホルダの他の例を図６及び図７を参照して説明しておく。図６のホルダ４’は、回転台４２’上に複数のチャック４４を等中心角度間隔で放射状に配設したものである。各チャック４４に被成膜物体である例えば工具Ｗ’を保持させて回動させることができる。このホルダの場合、物体Ｗ’の各部が描く円のうち最大円ＭＣ’は搭載された工具Ｗ’の先端が描く円となる。

図６のホルダ４”は、回転台４２’上に被成膜物体Ｗ”を搭載して回転させることができるもので、この場合の物体”の各部が描く円のうち最大円ＭＣ”は搭載された物体Ｗ”の角ＰやＱが描く円となる。図６のホルダが物体Ｗ”を回転させるものでないとき、図２における接線ＬａやＬｂに相当するものは、カソード蒸発面端から物体Ｗ”の最も外側の部分（本例では角ＰやＱ）に引いた線である。

次に、図１に示すタイプの真空アーク蒸着装置において被成膜物体表面に窒化クロム膜を形成した実験例１及び比較実験例１並びに窒化チタン膜を形成した実験例２及び比較実験例２について説明する。

実験例１：実験条件
カソード：クロムカソード
蒸着面 ６４ｍｍ径の円形蒸着面
アーク電流：１５０アンペア
ダクト：材質 ステンレススチール（ＳＵＳ３１６）
直径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍ
ダクト内磁場強さ：７００Ｏｅ（エルステッド）
フィン状部材：ダクト内面に垂直に環状に立設。 個数 １個
材質 ステンレススチール（ＳＵＳ３１６）
厚さ２ｍｍ、高さ５ｍｍ
フィン状部材電位：浮遊電位
成膜室内導入ガス：窒素ガス 導入量 ０．５リットル／分
成膜圧力：１．０Ｐａ
被成膜物体：材質 高速度鋼（ＳＫＨ５１）
直径５０ｍｍ×厚さ５ｍｍ
個数 １００個
膜厚：各物体 ５μｍ

比較実験例１：実験条件
フィン状部材を設けなかった点を除いて実験例１と同じ。

実験例２：実験条件
カソード：チタンカソード
蒸着面 ６４ｍｍ径の円形蒸着面
アーク電流：１００アンペア
ダクト：材質 ステンレススチール（ＳＵＳ３１６）
直径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍ
ダクト内磁場強さ：８００Ｏｅ（エルステッド）
フィン状部材：ダクト内面に垂直に環状に立設。 個数 １個 材質 ステンレススチール（ＳＵＳ３１６）
厚さ２ｍｍ、高さ８ｍｍ
フィン状部材電位：浮遊電位
成膜室内導入ガス：窒素ガス 導入量 ０．５リットル／分
成膜圧力：２．０Ｐａ
被成膜物体：材質 ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）
直径１００ｍｍ×厚さ２ｍｍ
個数 １００個
膜厚：各物体 ４μｍ

比較実験例２：実験条件
フィン状部材を設けなかった点を除いて実験例２と同じ。

実験結果評価：形成された膜に０．５ｍｍ径以上の付着物や凹部のある不良品の数を調べたところ、
実験例１では１００個中０個であったが、比較実験例１では１００個中付着物のある物５個、凹部のある物２個であった（不良品合計７個／１００個）。
実験例２では１００個中０個であったが、比較実験例２では１００個中付着物のある物１個、凹部のある物１個であった（不良品合計２個／１００個）。
これら実験結果からフィン状部材がダクト内面の堆積物のスパッタ粒子が被成膜物体へ到達することを十分妨げていることが分かる。

本発明は、例えば自動車部品、各種機械の部品、各種工具や、自動車部品、機械部品等の成形に用いる金型等の成形用型等の物体に耐摩耗性、摺動性、耐蝕性等のうち少なくとも一つを向上させるなどのための良質の薄膜を形成することに利用できる。

真空アーク蒸着装置の１例を上方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。 フィン状部材の立設角度、高さを説明する図である。 ダクトの他の例を示す断面図である。 ダクトのさらに他の例を示す断面図である。 真空アーク蒸着装置の他の例を示す図である。 被成膜物体支持ホルダの他の例を示す図である。 被成膜物体支持ホルダのさらに他の例を示す図である。

符号の説明

Ａ 真空アーク蒸着装置
１ 蒸発源
１１ カソード
１１１ カソード蒸発面
１１１Ｌ 上方から見たとき蒸発面が示す直線
ａ、ｂ 蒸発面端
１２ トリガー電極
１３ アーク放電用電源
１４ 絶縁部材
１５ 抵抗
２ 成膜室
２１ 絶縁部材
２２ 排気装置
２３ ガス導入部
３ ダクト
３０ カソード装着部
３ｓ ダクト内面の延長面
３１ 磁場形成用コイル
３２ 電源
ＡＮ アノード
４ ホルダ
４１ 縦軸
ＣＬ 定位置の軸線
４２ 回転台
４３ 被成膜物体支持軸
Ｗ 被成膜物体
ＭＣ 物体Ｗが描く最大円
５ フィン状部材
α フィン状部材の立設角度
β 粒子の全反射角度
Ｌｏ カソード蒸発面の中心と定位置軸線ＣＬとを結ぶ線
ｈ フィン状部材の高さ
Ｄ ダクト内面の堆積物
Ｌａ、Ｌｂ 接線
５０ ダクトの多孔状内面
５００ 多孔材料
Ｂ 真空アーク蒸着装置
３’ 湾曲ダクト
３１’ 磁場形成コイル
３２’ 電源
４’、４” ホルダ
４２’、４２”
４４ チャック
Ｗ’ 工具
Ｗ” 被成膜物体
ＭＣ’、ＭＣ” 物体が描く最大円
Ｐ、Ｑ 物体Ｗ”の角

Claims (6)

1. カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、被成膜物体を支持するホルダと、該カソード材料構成元素を含む膜を該ホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダに支持される被成膜物体へ向け導く磁場形成部材が付設されたダクトとを含んでおり、前記真空アーク放電により発生するプラズマ中の粒子が該ダクト内面の堆積物に衝突することで発生する該堆積物のスパッタ粒子が前記ホルダに支持される被成膜物体へ向かうことを抑制する少なくとも一つのフィン状部材が該ダクト内面に立設されていることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
2. 前記ホルダは１又は２以上の被成膜物体を支持して定位置の軸線のまわりに回動可能であり、前記フィン状部材は、前記蒸発源及び該ホルダを該軸線の方向からみた状態で、前記ホルダ上の被成膜物体の各部が該ホルダの回動により描く円のうち最大の円へ前記カソードの蒸発面の端から引いた接線に対し９０°以下の角度で前記カソード側へ傾斜するように前記ダクト内面に立設されている請求項１記載の真空アーク蒸着装置。
3. 前記ホルダは１又は２以上の被成膜物体を支持して定位置の軸線のまわりに回動可能であり、前記フィン状部材の前記ダクト内面からの高さは、前記蒸発源及び該ホルダを該軸線の方向からみた状態で、粒子が、前記ホルダ上の被成膜物体の各部が該ホルダの回動により描く円のうち最大の円へ前記カソードの蒸発面の端から引いた接線の方向に飛行し、前記ホルダ内面又はその延長面により全反射して進行するとした場合の該全反射後の該粒子の飛行を阻止できる高さである請求項１又は２記載の真空アーク蒸着装置。
4. 前記ダクト及びフィン状部材は前記被成膜物体への成膜中、浮遊電位又は正電位に維持される請求項１、２又は３記載の真空アーク蒸着装置。
5. 前記ダクト及びフィン状部材は前記被成膜物体への成膜中、前記真空アーク放電により発生するプラズマに対し正電位に維持される請求項１、２又は３記載の真空アーク蒸着装置。
6. カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、被成膜物体を支持するホルダと、該カソード材料構成元素を含む膜を該ホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダに支持される被成膜物体へ向け導く磁場形成部材が付設されたダクトとを含んでおり、前記ダクトの内面は、前記真空アーク放電により発生するプラズマ中の粒子が該ダクト内面の堆積物に衝突することで発生する該堆積物のスパッタ粒子が前記ホルダに支持される被成膜物体へ向かうことを抑制する多孔状面に形成されていることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
   

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