JP2017101279A - Arc type film deposition apparatus and film deposition method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an arc type film deposition technique capable of stably depositing a smooth DLC film by suppressing discharge of pulverized particles from a cathode during arc discharge when depositing a DLC film using an arc type film deposition apparatus.SOLUTION: An arc type film deposition apparatus for sublimating carbon from an arc spot 31 formed on a cathode surface by arc discharge using a cathode material having carbon used as a principal component to deposit a carbon film having carbon used as a principal component on the surface of a base material comprises: cathode holding means for holding a cathode 4; base material holding means for holding the base material; a vacuum chamber having the housed cathode holding means and base material holding means; and means for setting the temperature of a region in the vicinity of the arc spot of the cathode 4 to a temperature of at least 500-3000°C during film deposition.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、金型、自動車部品、工具等の基材の表面にカーボンを主成分とする薄膜を成膜するアーク式成膜装置および前記アーク式成膜装置を用いた成膜方法に関する。   The present invention relates to an arc type film forming apparatus for forming a thin film mainly composed of carbon on the surface of a substrate such as a mold, an automobile part, or a tool, and a film forming method using the arc type film forming apparatus.

一般にDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜と呼ばれるカーボンを主成分とする硬質炭素膜は、低摩擦性および耐溶着性に優れた材料として近年注目されている。このようなDLC膜は、カーボン原料として炭化水素ガスを使用して成膜される水素含有のDLC膜と、カーボン原料として固体カーボンを使用して成膜される水素フリーのDLC膜とに大別され、この内でも、特に、水素フリーのDLC膜は、高硬度で耐熱性が高く、また、油中における摩擦係数が小さいため、レンズ成形用の金型、自動車部品、工具等の基材の表面処理膜として使用されている。   In general, a hard carbon film mainly composed of carbon called a DLC (diamond-like carbon) film has attracted attention as a material excellent in low friction and welding resistance. Such DLC films are roughly classified into hydrogen-containing DLC films formed using hydrocarbon gas as a carbon material and hydrogen-free DLC films formed using solid carbon as a carbon material. Among these, in particular, the hydrogen-free DLC film has high hardness and high heat resistance, and also has a small coefficient of friction in oil, so that it can be used for base materials such as molds for lens molding, automobile parts, and tools. Used as a surface treatment film.

このような水素フリーのDLC膜は、一般にスパッタ法やアーク法を用いて成膜されているが、スパッタ法では生産性を上げることが難しく、また、成膜されたDLC膜の膜質も十分とは言えなかったため、近年では、アーク法を用いた成膜が好ましく行なわれている(例えば特許文献1参照)。   Such a hydrogen-free DLC film is generally formed by using a sputtering method or an arc method, but it is difficult to increase productivity by the sputtering method, and the film quality of the formed DLC film is sufficient. In recent years, film formation using the arc method has been preferably performed (see, for example, Patent Document 1).

特開2014−62326号公報JP 2014-62326 A

しかしながら、アーク式成膜装置を用いて基材表面にDLC膜を成膜した場合、成膜時、アーク放電中に陰極から直径数μm〜数百μmの大きな粒子(粉砕粒子)が放出されて、成膜中のDLC膜に取り込まれて、平滑であるべきDLC膜の表面が粗くなってしまうことがある。   However, when a DLC film is formed on the surface of a substrate using an arc type film forming apparatus, large particles (pulverized particles) having a diameter of several μm to several hundred μm are discharged from the cathode during arc discharge during film formation. In some cases, the surface of the DLC film to be smooth is roughened by being taken into the DLC film being formed.

このような粉砕粒子が取り込まれたDLC膜が成膜されたレンズ成形用の金型を用いてレンズを成形すると、成形後のレンズにピンホールが形成されてしまいレンズの品質が低下する恐れがある。このため、ダクトや磁場を用いて、DLC膜内に粉砕粒子が取り込まれることを抑制するための技術として、FVA(Filtered Vacuum Arc)法が開発され、実用化されているが、ダクトや磁場を設けることで装置が高価となる上、成膜レートが従来のアーク法の1/5程度と遅くなるという問題点があった。   If a lens is molded using a mold for molding a lens on which a DLC film incorporating such pulverized particles is formed, a pinhole may be formed in the molded lens, which may reduce the quality of the lens. is there. For this reason, the FVA (Filtered Vacuum Arc) method has been developed and put into practical use as a technique for suppressing the incorporation of pulverized particles into the DLC film using a duct or a magnetic field. The provision of the apparatus increases the cost of the apparatus and slows the film formation rate to about 1/5 that of the conventional arc method.

また、ピストンリング、バルブリフター、ピストンピンなどの自動車部品や工具等にDLC膜を成膜する際に粉砕粒子が取り込まれると、その粉砕粒子が剥離の起点となり、自動車部品や工具等の品質の低下を招く恐れがある。   In addition, when pulverized particles are taken in when a DLC film is formed on automobile parts and tools such as piston rings, valve lifters, and piston pins, the pulverized particles become the starting point of peeling, and the quality of automobile parts and tools, etc. There is a risk of lowering.

また、一般的には粉砕粒子をラップ等で取り除くという処理も行なわれているが、余分な工数(コスト)がかかるという問題がある。   Further, generally, a process of removing the pulverized particles by lapping or the like is also performed, but there is a problem that an extra man-hour (cost) is required.

そこで、本発明は、アーク式成膜装置を用いてDLC膜を成膜するに際して、アーク放電中に陰極から粉砕粒子が放出されることを抑制することにより、平滑なDLC膜を安定して成膜することができるアーク式成膜技術を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention stably forms a smooth DLC film by suppressing the release of pulverized particles from the cathode during arc discharge when forming the DLC film using an arc type film forming apparatus. It is an object of the present invention to provide an arc type film forming technique capable of forming a film.

本発明者は、上記課題の解決について検討するにあたって、まず、粉砕粒子の放出のメカニズムについて詳細に検討を行い、この粉砕粒子がアーク放電中の陰極においてアークスポットとその周辺の部分との間で大きな温度差が生じることにより発生していることを見出した。   In examining the solution of the above problems, the present inventor first examines in detail the release mechanism of pulverized particles, and the pulverized particles are between the arc spot and the surrounding portion at the cathode during arc discharge. It was found that this occurred due to a large temperature difference.

図7は従来のアーク式成膜装置の陰極に形成されたアークスポット近傍の様子を模式的に示す断面図である。図7に示すように、一般に真空アーク蒸着法においては、アーク放電によって陰極4の表面にアークスポット31が形成され、このアークスポット31の高温によってカーボンが昇華して、昇華したカーボン44が基材(図示省略)の表面に蒸着されることによりDLC膜が成膜される。   FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of an arc spot formed on the cathode of a conventional arc type film forming apparatus. As shown in FIG. 7, in general, in the vacuum arc deposition method, an arc spot 31 is formed on the surface of the cathode 4 by arc discharge, and carbon is sublimated by the high temperature of the arc spot 31, and the sublimated carbon 44 is formed on the base material. A DLC film is formed by vapor deposition on the surface (not shown).

このとき、アーク法では、比較的大きな電流(30〜200A)がアークスポット31に集中するため、3000℃を超える高温になって陰極4のカーボンを昇華させるが、アークスポット直近部分41の周囲42は通常陰極4の裏面側から水冷されているため、アークスポット直近部分41の周囲42の温度は一般的に500℃以下に留まっており、アークスポット31との間で大きな温度差が生じる。   At this time, in the arc method, since a relatively large current (30 to 200 A) is concentrated on the arc spot 31, the temperature of the cathode 4 is sublimated at a high temperature exceeding 3000 ° C. Is normally cooled with water from the back side of the cathode 4, the temperature around the arc spot nearest portion 41 generally remains at 500 ° C. or less, and a large temperature difference with the arc spot 31 occurs.

そして、このような大きな温度差がアークスポット直近部分41とその周囲42という隣り合った領域で生じると、そこに大きな熱歪みが生じてクラックの発生を招いてしまう。そして、このようなクラックの発生は陰極4の粉砕を招いて、粉砕されたカーボンが粉砕粒子43として放出され、アークスポット31の周辺から火花(スパーク)が発生する。   When such a large temperature difference occurs in the adjacent region of the arc spot closest portion 41 and its surroundings 42, a large thermal distortion occurs in the region, causing cracks. The occurrence of such cracks causes the cathode 4 to be pulverized, and the pulverized carbon is released as pulverized particles 43, so that sparks are generated around the arc spot 31.

本発明者は、上記の知見に基づき、陰極4全体が高温になっていれば、アークスポット直近部分41と周囲42との間に生じる温度差が小さくなって、粉砕粒子43やスパークの発生(以下、単に「粉砕粒子の発生」という)を抑制することができると考え、具体的に陰極4における温度をどの程度にしておけば、粉砕粒子43の発生が抑制されるのか、種々の実験と検討を行った。   Based on the above findings, the present inventor has found that if the temperature of the entire cathode 4 is high, the temperature difference generated between the arc spot closest portion 41 and the surrounding 42 is reduced, and the generation of pulverized particles 43 and sparks ( Hereinafter, it is considered that the generation of the pulverized particles 43) can be suppressed, and various experiments are conducted to determine how much the temperature at the cathode 4 is specifically set to suppress the generation of the pulverized particles 43. Study was carried out.

その結果、少なくとも従来、粉砕粒子43が発生していた部分、即ち、アークスポット31近傍の領域が、500〜3000℃、好ましくは1000〜3000℃という高温になっていれば、陰極4の表面にアークスポット31が形成された際にアークスポット直近部分41と周囲42との間に大きな温度差が生じず、粉砕粒子43の発生が抑制され、平滑なDLC膜、具体的には、表面粗さ(十点平均粗さ)が0.5μm以下というDLC膜を安定して成膜できることが分かった。そして、本発明者は成膜中の少なくとも陰極4のアークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にできるようなアーク式成膜装置について検討を進めた。   As a result, at least the portion where the pulverized particles 43 have been generated, that is, the region in the vicinity of the arc spot 31, is at a high temperature of 500 to 3000 ° C, preferably 1000 to 3000 ° C. When the arc spot 31 is formed, a large temperature difference does not occur between the portion 41 immediately adjacent to the arc spot and the surrounding 42, the generation of the pulverized particles 43 is suppressed, and a smooth DLC film, specifically, surface roughness. It was found that a DLC film having a (ten-point average roughness) of 0.5 μm or less can be stably formed. Then, the inventor has studied an arc type film forming apparatus capable of setting the temperature of the region near the arc spot of the cathode 4 during film formation to 500 to 3000 ° C.

また、上記のように陰極4のうち少なくともアークスポット31近傍の領域を高温にすることができるアーク式成膜装置を用いた場合、アーク放電によってアークスポット31近傍のカーボンを短時間で容易に昇華させることができるため、アークスポット31をスムーズに移動させることができ、また、陰極4のカーボンが均等に消費されて陰極4の利用効率を上昇させることができることが分かった。   Further, as described above, when an arc type film forming apparatus capable of increasing the temperature of at least the area near the arc spot 31 in the cathode 4 is used, the carbon near the arc spot 31 is easily sublimated in a short time by arc discharge. Therefore, it has been found that the arc spot 31 can be moved smoothly, and that the carbon of the cathode 4 is evenly consumed and the utilization efficiency of the cathode 4 can be increased.

なお、ここでいうアークスポット近傍の領域とは、加熱しなければ粉砕が発生する場所であり、陰極材料やアーク放電の条件により異なるが、図8に示すように、概ねアークスポット31の中心から半径3mm以内、深さ3mm以内の領域である。   Here, the region near the arc spot is a place where pulverization occurs unless heated, and varies depending on the cathode material and arc discharge conditions. However, as shown in FIG. It is an area within a radius of 3 mm and a depth of 3 mm.

但し、アークスポットは、磁場や陰極の表面状態により移動していくため、新しい移動先が既に高温になっていることが好ましく、高温領域は大きい方が好ましい。実質的な放電面全体が高温になっていることが最も好ましい。   However, since the arc spot moves according to the magnetic field and the surface state of the cathode, it is preferable that the new destination is already at a high temperature, and it is preferable that the high temperature region is large. Most preferably, the substantial entire discharge surface is hot.

請求項1、2に係る発明は、以上の知見に基づくものであり、請求項1に記載の発明は、
カーボンを主成分とする陰極材料を用いてアーク放電を行うことにより、前記陰極表面に形成されたアークスポットから前記カーボンを昇華させて、基材表面にカーボンを主成分とする炭素膜を成膜するアーク式成膜装置であって、
前記陰極を保持する陰極保持手段と、
前記基材を保持する基材保持手段と、
前記陰極保持手段および前記基材保持手段が収容された真空チャンバーとを備えており、
成膜中、少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にする手段を備えていることを特徴とするアーク式成膜装置である。
The inventions according to claims 1 and 2 are based on the above knowledge, and the invention according to claim 1
By performing arc discharge using a cathode material mainly composed of carbon, the carbon is sublimated from the arc spot formed on the cathode surface, and a carbon film mainly composed of carbon is formed on the substrate surface. Arc type film forming apparatus
Cathode holding means for holding the cathode;
Substrate holding means for holding the substrate;
A vacuum chamber containing the cathode holding means and the substrate holding means,
An arc type film forming apparatus comprising means for setting a temperature of at least a region near the arc spot of the cathode to 500 to 3000 ° C. during film formation.

そして、請求項2に記載の発明は、
成膜中の少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度を1000〜3000℃にする手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載のアーク式成膜装置である。
And the invention of Claim 2 is
2. The arc type film forming apparatus according to claim 1, further comprising means for setting a temperature of at least a region of the cathode near the arc spot during film formation to 1000 to 3000 ° C. 3.

次に、本発明者は、少なくとも陰極4のアークスポット近傍の領域の温度を上記した温度にする具体的な手段について実験と検討を行い、大きく分けて、以下に示す2つの手段が好ましく採用できることを見出した。   Next, the present inventor conducted experiments and studies on specific means for setting the temperature of the region near the arc spot of the cathode 4 to the above-described temperature, and broadly divided, the following two means can be preferably adopted. I found.

まず、第1の手段としては、陰極を外部から加熱する加熱手段を設ける。即ち、外部からの加熱によってアーク放電時に少なくとも陰極のアークスポット近傍の領域が高温に加熱されていれば、成膜中の陰極においてアークスポット直近部分とその周囲との間の温度差を小さくして、粉砕粒子の発生を抑制することができる。   First, as a first means, a heating means for heating the cathode from the outside is provided. That is, if at least the area near the arc spot of the cathode is heated to a high temperature during arc discharge by external heating, the temperature difference between the immediate vicinity of the arc spot and the surrounding area is reduced in the cathode during film formation. The generation of pulverized particles can be suppressed.

請求項3に記載の発明は、上記の知見に基づいたものであり、
少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域を加熱して前記陰極の温度を500〜3000℃にする加熱手段を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアーク式成膜装置である。
Invention of Claim 3 is based on said knowledge,
The arc-type film formation according to claim 1 or 2, further comprising heating means for heating at least a region of the cathode in the vicinity of the arc spot to bring the temperature of the cathode to 500 to 3000 ° C. Device.

そして、上記した陰極を外部から加熱する具体的な加熱手段としては、ヒーターによる加熱が最も好適であることが分かったが、誘導加熱装置、電子ビーム加熱装置およびレーザー加熱装置においても、同じ効果が期待できる。   As a specific heating means for heating the above-described cathode from the outside, it has been found that heating by a heater is most suitable. However, the same effect can be obtained in an induction heating device, an electron beam heating device, and a laser heating device. I can expect.

即ち、請求項4に記載の発明は、
前記加熱手段が、前記陰極を外部から加熱するヒーターであることを特徴とする請求項3に記載のアーク式成膜装置である。
That is, the invention described in claim 4
4. The arc type film forming apparatus according to claim 3, wherein the heating means is a heater for heating the cathode from the outside.

加熱手段としてヒーターを用いた場合、陰極の温度制御を容易に行うことができるため好ましい。また、ヒーターと陰極とを接続して、ヒーターに流れる電流を陰極にも流すことにより、一つの電源でヒーター加熱とアーク放電の両方を行うこともできる。   When a heater is used as the heating means, it is preferable because temperature control of the cathode can be easily performed. Moreover, both heater heating and arc discharge can be performed with one power source by connecting the heater and the cathode and causing the current flowing through the heater to flow through the cathode.

また、請求項5に記載の発明は、
前記加熱手段が、前記陰極を誘導加熱する誘導加熱装置であることを特徴とする請求項3に記載のアーク式成膜装置である。
The invention according to claim 5
4. The arc-type film forming apparatus according to claim 3, wherein the heating means is an induction heating apparatus that induction-heats the cathode.

誘導加熱装置は、離れた位置からでも陰極を加熱することができるため、設置位置の自由度が高くなり、上記したヒーターを設けることが難しい場合でも好ましく用いることができる。   Since the induction heating apparatus can heat the cathode even from a remote position, the degree of freedom of the installation position becomes high, and it can be preferably used even when it is difficult to provide the heater described above.

また、請求項6に記載の発明は、
前記加熱手段が、前記陰極に電子ビームを照射して前記陰極を加熱する電子ビーム加熱装置であることを特徴とする請求項3に記載のアーク式成膜装置である。
The invention according to claim 6
4. The arc type film forming apparatus according to claim 3, wherein the heating means is an electron beam heating apparatus that irradiates the cathode with an electron beam to heat the cathode.

上記した誘導加熱装置と同様に、電子ビーム加熱装置も、離れた位置から陰極を加熱することができる。   Similar to the induction heating device described above, the electron beam heating device can also heat the cathode from a remote location.

また、請求項7に記載の発明は、
前記加熱手段が、前記陰極にレーザー光を照射して前記陰極を加熱するレーザー加熱装置であることを特徴とする請求項3に記載のアーク式成膜装置である。
The invention according to claim 7
The arc heating film forming apparatus according to claim 3, wherein the heating means is a laser heating apparatus that irradiates the cathode with laser light to heat the cathode.

レーザー加熱装置についても、上記した誘導加熱装置や電子ビーム加熱装置と同様に、離れた位置から陰極を加熱できる。   As for the laser heating device, the cathode can be heated from a distant position as in the induction heating device and the electron beam heating device.

上記した第1の手段の外部からの陰極の加熱は容易ではあるが、加熱手段を設けるためアーク式成膜装置の大型化やコストの増大を招きやすい。そこで、本発明者は、次に、第2の手段として、外部から陰極を加熱するのではなく、アーク放電によって陰極自体に生じた熱で陰極を加熱する陰極の自己加熱によって少なくとも陰極のアークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にする手段について考えた。   Although the heating of the cathode from the outside of the first means described above is easy, the provision of the heating means tends to increase the size and cost of the arc type film forming apparatus. Therefore, the present inventor then, as a second means, does not heat the cathode from the outside, but at least the arc spot of the cathode by self-heating of the cathode which heats the cathode with the heat generated in the cathode itself by arc discharge. A means for setting the temperature in the nearby region to 500 to 3000 ° C. was considered.

例えば、アークスポット31近傍のアークスポット直近部分41ではカーボンの昇華温度(3500℃程度)以上まで陰極4が昇温するため、このアークスポット直近部分41における熱により陰極4全体が加熱される。さらに、陰極4は、アーク電流による抵抗発熱によっても全体が加熱される。   For example, since the cathode 4 is heated to a temperature higher than or equal to the sublimation temperature of carbon (about 3500 ° C.) in the vicinity 41 of the arc spot near the arc spot 31, the entire cathode 4 is heated by the heat in the portion 41 near the arc spot. Furthermore, the whole of the cathode 4 is also heated by resistance heating due to the arc current.

そして、これら陰極4の自己加熱による熱を少なくとも陰極4のアークスポット近傍の領域に留めて陰極4を500〜3000℃にすることができれば、新たな加熱手段を外部に設けなくても、アークスポット直近部分41の周囲42を高温に加熱することが可能となり、装置の大型化を招くことがない。   If the cathode 4 can be heated to 500 to 3000 ° C. by keeping the heat generated by self-heating of the cathode 4 at least in the vicinity of the arc spot of the cathode 4, the arc spot can be obtained without providing new heating means outside. It becomes possible to heat the periphery 42 of the nearest part 41 to high temperature, and the enlargement of an apparatus is not caused.

請求項8〜10に係る発明は、上記の知見に基づくものであり、請求項8に記載の発明は、
前記陰極の自己加熱によって、少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度が500〜3000℃となるように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアーク式成膜装置である。
The invention according to claims 8 to 10 is based on the above knowledge, and the invention according to claim 8
The arc type composition according to claim 1 or 2, wherein a temperature of at least a region in the vicinity of the arc spot of the cathode is 500 to 3000 ° C by self-heating of the cathode. It is a membrane device.

そして、請求項9に記載の発明は、
前記陰極の自己加熱が、前記アークスポットにおいて発生した熱により行われることを特徴とする請求項8に記載のアーク式成膜装置である。
The invention according to claim 9 is:
9. The arc type film forming apparatus according to claim 8, wherein the self-heating of the cathode is performed by heat generated in the arc spot.

また、請求項10に記載の発明は、
前記陰極の自己加熱が、アーク電流により発生した抵抗発熱により行われることを特徴とする請求項8に記載のアーク式成膜装置である。
The invention according to claim 10 is
The arc-type film forming apparatus according to claim 8, wherein the self-heating of the cathode is performed by resistance heating generated by an arc current.

そして、上記した陰極の自己加熱によって少なくとも陰極のアークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にする具体的な手法としては、まず、従来の一般的な陰極よりも細い陰極を用いることが考えられる。このような細い陰極を使用した場合、アークスポットで発生した熱が細い陰極に溜まるため、アークスポットで発生した熱のみで陰極を十分高温にすることができる。また、細い陰極の場合には抵抗が大きくなるため、アーク電流による抵抗発熱で陰極を十分に加熱することができる。そして、実験の結果、少なくとも陰極のアークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にするには、陰極として直径20mm以下の円柱状の陰極が用いられていればよいことが分かった。   As a specific method for setting the temperature of the region near the arc spot of the cathode to 500 to 3000 ° C. by self-heating of the cathode described above, it is first considered to use a cathode that is thinner than a conventional general cathode. It is done. When such a thin cathode is used, the heat generated at the arc spot is accumulated in the thin cathode, so that the cathode can be sufficiently heated only by the heat generated at the arc spot. In addition, since the resistance increases in the case of a thin cathode, the cathode can be sufficiently heated by resistance heating due to an arc current. As a result of the experiment, it was found that a columnar cathode having a diameter of 20 mm or less should be used as the cathode in order to set the temperature of at least the region near the arc spot of the cathode to 500 to 3000 ° C.

即ち、請求項11に記載の発明は、
前記陰極が、直径20mm以下の円柱状の陰極であることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置である。
That is, the invention according to claim 11
The arc type film forming apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein the cathode is a columnar cathode having a diameter of 20 mm or less.

また、陰極として多孔質の陰極を用いた場合には、空孔の存在により、同じ太さの陰極であっても陰極の実体積が小さくなり、アークスポットで発生した熱が実体積の小さな陰極に溜る一方で、空孔の存在により抵抗が大きくなるため、アーク電流による抵抗発熱により陰極を十分に加熱することができる。また、空孔の存在により、陰極における熱伝導が低下するため、アークスポットで発生した熱が陰極材内部に逃げにくくなり、発生した熱を有効に利用することができる。   In addition, when a porous cathode is used as the cathode, the actual volume of the cathode is reduced even if the cathode has the same thickness due to the presence of the pores, and the heat generated at the arc spot is a cathode with a small actual volume. On the other hand, since the resistance increases due to the presence of the holes, the cathode can be sufficiently heated by the resistance heat generated by the arc current. In addition, since the heat conduction at the cathode is reduced due to the presence of the holes, it is difficult for the heat generated at the arc spot to escape into the cathode material, and the generated heat can be used effectively.

即ち、請求項12に記載の発明は、
前記陰極が多孔質の陰極であることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置である。
That is, the invention according to claim 12
The arc type film forming apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein the cathode is a porous cathode.

また、一般的なアーク式成膜装置には、アーク放電中の温度上昇によって陰極全体が溶融あるいは昇華して陰極保持手段から脱落することを防止するために、陰極を冷却するための冷却手段が設けられている。しかし、本発明のようにDLC膜を成膜する際には陰極の昇華温度が高いため、陰極を冷却する必要性が低い。   Also, a general arc type film forming apparatus has a cooling means for cooling the cathode in order to prevent the entire cathode from melting or sublimating due to temperature rise during arc discharge and falling off from the cathode holding means. Is provided. However, when the DLC film is formed as in the present invention, since the sublimation temperature of the cathode is high, the necessity for cooling the cathode is low.

このため、この冷却手段を制御して、陰極の冷却を従来よりも弱めれば、陰極自体の温度を従来よりも高温にすることができ、少なくとも陰極のアークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にすることができる。   For this reason, if the cooling means is controlled to make the cooling of the cathode weaker than before, the temperature of the cathode itself can be made higher than before, and at least the temperature in the vicinity of the arc spot of the cathode is set to 500 to It can be 3000 degreeC.

請求項13に係る発明は、上記した知見に基づくものであり、
前記陰極を冷却する冷却手段と、少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度が500〜3000℃となるように前記冷却手段を制御する冷却制御手段とを備えていることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置である。
The invention according to claim 13 is based on the above knowledge,
A cooling means for cooling the cathode, and a cooling control means for controlling the cooling means so that a temperature of at least a region in the vicinity of the arc spot of the cathode is 500 to 3000 ° C. The arc-type film forming apparatus according to any one of Items 8 to 10.

なお、上記した陰極を外部から加熱する加熱手段を設けて陰極を昇温させる第1の手段と、陰極の自己加熱によって陰極を昇温させる第2の手段は組み合わせて使用することもできる。   The first means for raising the temperature of the cathode by providing a heating means for heating the cathode from the outside and the second means for raising the temperature of the cathode by self-heating of the cathode can be used in combination.

即ち、請求項14に記載の発明は、
前記陰極を加熱する加熱手段による熱と、前記陰極の自己加熱によって発生する熱を併用することにより少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度が500〜3000℃となるように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアーク式成膜装置である。
That is, the invention according to claim 14
By combining the heat generated by the heating means for heating the cathode and the heat generated by the self-heating of the cathode, the temperature of at least the area near the arc spot of the cathode is set to 500 to 3000 ° C. An arc type film forming apparatus according to claim 1 or 2, wherein

そして、請求項15に記載の発明は、
前記陰極を加熱する加熱手段が、ヒーター、誘導加熱、電子ビーム加熱、レーザー加熱のいずれかであり、
前記陰極の自己加熱が、前記アークスポットにおいて発生した熱および/または前記陰極の抵抗発熱により行なわれることを特徴とする請求項14に記載のアーク式成膜装置である。
The invention according to claim 15 is:
The heating means for heating the cathode is any one of a heater, induction heating, electron beam heating, laser heating,
15. The arc type film forming apparatus according to claim 14, wherein the self-heating of the cathode is performed by heat generated at the arc spot and / or resistance heating of the cathode.

次に、陰極の利用効率を従来よりも向上させるという観点から、陰極の周囲に磁界を発生させる磁界発生手段を設け、所定の向きに磁界を生じさせることが好ましい。具体的には、一般に、円柱状の陰極を用いたアーク式成膜装置の場合、図6に示すように、アーク放電中におけるアークスポット31は、陰極4の先端Tから根本(図示省略)に向かって陰極4の側面をスパイラル状に移動する。このとき、アークスポット31が通過した部分のカーボンのみが昇華してDLC膜の成膜に用いられ、通過しなかった部分のカーボンは昇華せずDLC膜の成膜に用いられない。このため、円柱状の陰極4を用いたアーク式成膜装置の場合、陰極4の利用効率は低く留まっていた。   Next, from the viewpoint of improving the utilization efficiency of the cathode, it is preferable to provide a magnetic field generating means for generating a magnetic field around the cathode to generate the magnetic field in a predetermined direction. Specifically, in general, in the case of an arc type film forming apparatus using a columnar cathode, as shown in FIG. 6, the arc spot 31 during arc discharge extends from the tip T of the cathode 4 to the root (not shown). The side surface of the cathode 4 is moved spirally. At this time, only the portion of the carbon through which the arc spot 31 has passed is sublimated and used for forming the DLC film, and the portion of the carbon that has not passed through is not sublimated and is not used for forming the DLC film. For this reason, in the case of an arc-type film forming apparatus using the columnar cathode 4, the utilization efficiency of the cathode 4 remains low.

これに対して、図5に示すように、アーク式成膜装置に磁界発生手段としてのコイル12を設けて、陰極4の軸方向と磁力線Mとのなす角度θが陰極4の先端T側が鋭角になるように磁界を生じさせた場合、アークスポットは角度θが鋭角になっている方向に向けて移動する性質があるため、アークスポットが陰極4の先端Tに留まり、陰極4の先端T側から順次カーボンが消費される。この結果、陰極4の利用効率を従来よりも向上させることができる。なお、磁界発生手段として図5では、コイル12を用いているが、これに限定されず、永久磁石を用いてもよい。   On the other hand, as shown in FIG. 5, a coil 12 as a magnetic field generating means is provided in the arc type film forming apparatus, and the angle θ formed between the axial direction of the cathode 4 and the magnetic force lines M is an acute angle on the tip T side of the cathode 4. When the magnetic field is generated so that the arc spot has a characteristic that the arc spot moves in a direction in which the angle θ is an acute angle, the arc spot stays at the tip T of the cathode 4 and the tip T side of the cathode 4 Carbon is consumed sequentially. As a result, the utilization efficiency of the cathode 4 can be improved as compared with the prior art. In FIG. 5, the coil 12 is used as the magnetic field generating means. However, the present invention is not limited to this, and a permanent magnet may be used.

請求項16に記載の発明は、上記の知見に基づいたものであり、
前記陰極が円柱状の陰極であり、
前記円柱状の陰極の軸方向と磁力線とのなす角度が、前記陰極の先端側が鋭角になるように磁界を生じさせる磁界発生手段を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置である。
The invention according to claim 16 is based on the above knowledge,
The cathode is a cylindrical cathode;
16. The magnetic field generating means for generating a magnetic field so that an angle formed between an axial direction of the columnar cathode and a line of magnetic force is an acute angle on the tip side of the cathode is provided. It is an arc type film-forming apparatus of any one item.

また、円柱状の陰極を用いる場合には、この陰極を基材に向けて送り出す送り出し機構を設けることが好ましい。これにより、アーク放電により陰極が短くなった際に陰極を送り出すことができ、安定したアーク放電を長時間持続させることができる。   Further, when a cylindrical cathode is used, it is preferable to provide a delivery mechanism that feeds the cathode toward the substrate. Thereby, when a cathode becomes short by arc discharge, a cathode can be sent out and stable arc discharge can be maintained for a long time.

即ち、請求項17に記載の発明は、
前記円柱状の陰極を前記基材に向けて送り出す送り出し機構を備えていることを特徴とする請求項16に記載のアーク式成膜装置である。
That is, the invention according to claim 17
The arc-type film forming apparatus according to claim 16, further comprising a delivery mechanism that delivers the cylindrical cathode toward the base material.

また、請求項18に記載の発明は、
カーボンを主成分とする陰極にアーク放電を行うことにより、前記陰極表面に形成されたアークスポットから前記カーボンを蒸発させて、基材表面にカーボンを主成分とする炭素膜を成膜するアーク式成膜方法であって、
少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にしながら前記炭素膜を成膜することを特徴とする成膜方法である。
The invention according to claim 18
An arc type in which a carbon film mainly composed of carbon is formed on the surface of a base material by evaporating the carbon from an arc spot formed on the surface of the cathode by performing arc discharge on the cathode mainly composed of carbon. A film forming method comprising:
In the film forming method, the carbon film is formed at a temperature of at least 500 to 3000 ° C. in the vicinity of the arc spot of the cathode.

また、請求項19に記載の発明は、
請求項1ないし請求項17のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置を用いて、
少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にしながら前記炭素膜を成膜することを特徴とする成膜方法である。
The invention as set forth in claim 19
Using the arc-type film forming apparatus according to any one of claims 1 to 17,
In the film forming method, the carbon film is formed at a temperature of at least 500 to 3000 ° C. in the vicinity of the arc spot of the cathode.

請求項18および請求項19に記載の発明においては、上記したように、成膜に際して粉砕粒子の発生が抑制されるため、平滑なDLC膜を安定して成膜することができる。また、陰極の利用効率を上昇させることもできる。   In the inventions according to claims 18 and 19, as described above, since the generation of pulverized particles is suppressed during film formation, a smooth DLC film can be stably formed. Moreover, the utilization efficiency of a cathode can also be raised.

本発明によれば、アーク式成膜装置を用いてDLC膜を成膜するに際して、アーク放電中に陰極から粉砕粒子が放出されることを抑制することにより、平滑なDLC膜を安定して成膜することができるアーク式成膜技術を提供することができる。   According to the present invention, when a DLC film is formed using an arc type film forming apparatus, a smooth DLC film is stably formed by suppressing the release of pulverized particles from the cathode during arc discharge. An arc-type film forming technique capable of forming a film can be provided.

本発明の一実施の形態に係るアーク式成膜装置の基本的な構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the basic composition of the arc type film-forming apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係るアーク式成膜装置におけるアークスポット近傍の様子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the mode of the arc spot vicinity in the arc type film-forming apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態に係るアーク式成膜装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the arc type film-forming apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically an example of the cathode of the arc type film-forming apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態に係るアーク式成膜装置の磁界発生手段を説明する図である。It is a figure explaining the magnetic field generation | occurrence | production means of the arc type film-forming apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 従来のアーク式成膜装置におけるアークスポットの移動を説明する図である。It is a figure explaining the movement of the arc spot in the conventional arc type film-forming apparatus. 従来のアーク式成膜装置におけるアークスポット近傍の様子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the mode of the arc spot vicinity in the conventional arc type film-forming apparatus. アークスポット近傍の領域を説明する図である。It is a figure explaining the area | region of an arc spot vicinity.

以下、実施の形態に基づき、図面を参照しつつ本発明を説明する。具体的には、先ず、アーク式成膜装置の基本的な構成について説明し、その後、本発明の特徴部分である成膜中の陰極の温度について説明をし、その後、成膜方法について説明する。   Hereinafter, based on an embodiment, the present invention will be described with reference to the drawings. Specifically, first, the basic configuration of the arc-type film forming apparatus will be described, then the temperature of the cathode during film forming, which is a characteristic part of the present invention, will be described, and then the film forming method will be described. .

[1]アーク式成膜装置
1.基本的な構成
最初に、本実施の形態に係るアーク式成膜装置の基本的な構成について説明する。図1は本実施の形態に係るアーク式成膜装置の基本的な構成を示す概略図である。
[1] Arc type film forming apparatus Basic Configuration First, the basic configuration of the arc type film forming apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an arc type film forming apparatus according to the present embodiment.

本発明に用いられるアーク式成膜装置10の基本的な構成は、従来のアーク式成膜装置と同様である。具体的には、アーク式成膜装置10は、真空チャンバー1と、基材保持手段2と、陰極保持手段3と、陰極4と、電源6、7と、トリガー電極8を備えている。なお、図1中の符号5はシャッターであり、9は抵抗である。   The basic configuration of the arc type film forming apparatus 10 used in the present invention is the same as that of the conventional arc type film forming apparatus. Specifically, the arc type film forming apparatus 10 includes a vacuum chamber 1, a substrate holding means 2, a cathode holding means 3, a cathode 4, power supplies 6 and 7, and a trigger electrode 8. In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a shutter and 9 denotes a resistor.

(1)真空チャンバー
真空チャンバー1には排気口11が設けられており、排気口11に連結されたターボ分子ポンプやロータリーポンプなどの排気手段(図示省略)によって真空チャンバー1の内部を真空排気することができる。また、真空チャンバー1は電気的にアースされている。
(1) Vacuum chamber The vacuum chamber 1 is provided with an exhaust port 11, and the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated by an exhaust means (not shown) such as a turbo molecular pump or a rotary pump connected to the exhaust port 11. be able to. The vacuum chamber 1 is electrically grounded.

(2)基材および基材保持手段
基材保持手段2は、真空チャンバー1内に収容されており、成膜対象となる基材20を保持する。また、基材保持手段2は真空チャンバー1と絶縁されている。なお、図1においては、1つの基材20を保持する基材保持手段2を示しているが、複数の基材を保持することができるような基材保持手段を用いることもできる。
(2) Base material and base material holding means The base material holding means 2 is accommodated in the vacuum chamber 1 and holds the base material 20 as a film formation target. The substrate holding means 2 is insulated from the vacuum chamber 1. In addition, in FIG. 1, although the base material holding means 2 which hold | maintains the one base material 20 is shown, the base material holding means which can hold | maintain a some base material can also be used.

(3)陰極および陰極保持手段
陰極保持手段3は、真空チャンバー1内に収容されており、基材保持手段2に保持された基材20と対向するように陰極4を保持できるように構成されている。なお、陰極4はカーボンを主成分とする材料で構成されており、等方性黒鉛、異方性黒鉛、多孔質黒鉛、C/Cコンポジットなどを用いることができる。また、これらの粉体の集合体に替えて、グラッシーカーボンやパイロカーボンを用いてもよい。このようなグラッシーカーボンやパイロカーボンを用いることにより、スパークや粉砕粒子の発生をより適切に抑制することができる。
(3) Cathode and cathode holding means The cathode holding means 3 is accommodated in the vacuum chamber 1 and is configured to hold the cathode 4 so as to face the base material 20 held by the base material holding means 2. ing. The cathode 4 is made of a material mainly composed of carbon, and isotropic graphite, anisotropic graphite, porous graphite, C / C composite, or the like can be used. Further, glassy carbon or pyrocarbon may be used instead of these powder aggregates. By using such glassy carbon or pyrocarbon, the generation of sparks and pulverized particles can be more appropriately suppressed.

(4)電源
このアーク式成膜装置10においては、基材保持手段2に電源6が接続されており、基材保持手段2を介して基材20に負の電圧を印加できるように構成されている。同様に、陰極保持手段3にも電源7が接続されており、陰極保持手段3を介して陰極4に負の電圧を印加できるように構成されている。
(4) Power source In this arc type film forming apparatus 10, a power source 6 is connected to the base material holding means 2, and a negative voltage can be applied to the base material 20 through the base material holding means 2. ing. Similarly, a power source 7 is also connected to the cathode holding means 3 so that a negative voltage can be applied to the cathode 4 via the cathode holding means 3.

(5)トリガー電極
トリガー電極8は、先端が陰極4の先端と対向するように取り付けられている。トリガー電極8は、例えばモリブデン(Mo)から構成されており、負の電圧が印加された陰極4にトリガー電極8の先端を接触させることにより、陰極4と真空チャンバー1との間でアーク放電を発生させることができる。
(5) Trigger electrode The trigger electrode 8 is attached so that the tip thereof faces the tip of the cathode 4. The trigger electrode 8 is made of, for example, molybdenum (Mo), and an arc discharge is generated between the cathode 4 and the vacuum chamber 1 by bringing the tip of the trigger electrode 8 into contact with the cathode 4 to which a negative voltage is applied. Can be generated.

(6)磁界発生手段
また、アークスポットの移動を制御するために磁界発生手段、例えば図5に示すコイル12が設けられていることが好ましい。このコイル12は、磁力線Mと陰極4の側面とのなす角度θが、陰極4の先端T側が鋭角になるように陰極4の周囲に磁界を発生させるように構成されている。
(6) Magnetic field generating means In order to control the movement of the arc spot, it is preferable to provide a magnetic field generating means, for example, the coil 12 shown in FIG. The coil 12 is configured to generate a magnetic field around the cathode 4 such that an angle θ formed between the magnetic lines of force M and the side surface of the cathode 4 is an acute angle on the tip T side of the cathode 4.

前記したように、このような磁界を生じさせる磁界発生手段を設けた場合、アークスポットは磁力線Mが鋭角になっている方向に向けて移動する性質があるため、アークスポットが陰極4の先端に留まり、陰極4の先端T側から順次カーボンを消費させることができ、陰極4の利用効率を従来よりも向上させることができる。   As described above, when the magnetic field generating means for generating such a magnetic field is provided, the arc spot moves in the direction in which the magnetic lines of force M are at an acute angle, so the arc spot is at the tip of the cathode 4. The carbon can be consumed sequentially from the tip T side of the cathode 4, and the utilization efficiency of the cathode 4 can be improved as compared with the conventional case.

2.成膜中の陰極の温度について
次に、本発明の特徴部である成膜中の陰極の温度について説明する。図2は本実施の形態に係るアーク式成膜装置におけるアークスポット近傍の様子を模式的に示す断面図である。
2. Next, the temperature of the cathode during film formation, which is a feature of the present invention, will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state in the vicinity of an arc spot in the arc type film forming apparatus according to the present embodiment.

本実施の形態に係るアーク式成膜装置は、少なくとも、従来、粉砕粒子43が発生していた部分、即ち、陰極4のアークスポット31近傍の領域での温度を500〜3000℃(好ましくは1000〜3000℃)にする手段を備えていることを特徴とする。これにより、図2に示すアークスポット31近傍のアークスポット直近部分41とその周囲42との温度差を小さくして、アークスポット直近部分41の周囲42において発生する熱歪みを小さくすることができる。この結果、熱歪みによるクラックの発生を防止し、粉砕粒子43(図7参照)の発生を抑制することができる。なお、陰極4のカーボンの昇華温度(3500℃程度)を考慮して、成膜中の陰極4の温度は3000℃以下に設定される。   In the arc-type film forming apparatus according to the present embodiment, the temperature at least in the portion where the pulverized particles 43 are conventionally generated, that is, in the region near the arc spot 31 of the cathode 4 is 500 to 3000 ° C. (preferably 1000 ° C.). -3000 ° C.). Thereby, the temperature difference between the arc spot closest portion 41 in the vicinity of the arc spot 31 shown in FIG. 2 and its surrounding 42 can be reduced, and the thermal strain generated in the periphery 42 of the arc spot closest portion 41 can be reduced. As a result, generation of cracks due to thermal strain can be prevented, and generation of pulverized particles 43 (see FIG. 7) can be suppressed. In consideration of the carbon sublimation temperature (about 3500 ° C.) of the cathode 4, the temperature of the cathode 4 during film formation is set to 3000 ° C. or lower.

本実施の形態においては、アークスポット直近部分41とその周囲42との温度差を小さくする手段として、陰極4を外部から加熱する加熱手段を設ける手段と、陰極4を自己加熱によって昇温させる手段の少なくとも一方の手段を用いて、成膜中の少なくとも陰極4のアークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にする。以下、各々の手段の具体的な例を説明する。   In the present embodiment, as means for reducing the temperature difference between the arc spot closest portion 41 and its surroundings 42, means for providing a heating means for heating the cathode 4 from the outside, and means for raising the temperature of the cathode 4 by self-heating. Using at least one of the above means, the temperature of at least the area near the arc spot of the cathode 4 during film formation is set to 500 to 3000 ° C. Hereinafter, specific examples of each means will be described.

(1)加熱手段の場合
先ず、陰極4を外部から加熱する加熱手段を設けて、少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域の温度を500〜3000℃にする手段の具体例について説明する。
(1) In the case of heating means First, a specific example of means for providing a heating means for heating the cathode 4 from the outside so that the temperature of at least the region near the arc spot 31 of the cathode 4 is 500 to 3000 ° C will be described.

(a)ヒーター
陰極4を外部から加熱する加熱手段としては、例えばヒーターが挙げられる。このヒーターとしては、例えば、電熱線を利用したヒーターを用いることができる。このようなヒーターは、構造が簡単で温度制御も容易であるため、少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域を500〜3000℃に確実に加熱することができ、好ましく用いることができる。なお、加熱手段としてヒーターを用いる場合には、例えば、陰極保持手段3にヒーターを内蔵させて陰極保持手段3を介して陰極4を加熱する方法など挙げられる。
(A) Heater Examples of the heating means for heating the cathode 4 from the outside include a heater. As this heater, for example, a heater using a heating wire can be used. Since such a heater has a simple structure and easy temperature control, at least a region in the vicinity of the arc spot 31 of the cathode 4 can be reliably heated to 500 to 3000 ° C. and can be preferably used. In addition, when using a heater as a heating means, the method of heating the cathode 4 via the cathode holding means 3 by incorporating a heater in the cathode holding means 3 is mentioned, for example.

(b)誘導加熱装置
次に、加熱手段として誘導加熱装置を用いることもできる。この誘導加熱装置としては、周知の誘導加熱装置を用いることができる。加熱手段として誘導加熱装置を用いる場合、加熱手段を陰極4から離れた位置に設置しても、少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域を500〜3000℃に加熱できるため、アーク式成膜装置10の構造上、ヒーターなどを設けることが難しい場合に好ましく用いることができる。
(B) Induction heating apparatus Next, an induction heating apparatus can also be used as a heating means. As this induction heating device, a known induction heating device can be used. When an induction heating apparatus is used as the heating means, even if the heating means is installed at a position away from the cathode 4, at least a region in the vicinity of the arc spot 31 of the cathode 4 can be heated to 500 to 3000 ° C. 10 can be preferably used when it is difficult to provide a heater or the like.

(c)電子ビーム加熱装置
次に、加熱手段として電子ビーム加熱装置を用いることもできる。電子ビーム加熱装置を用いる場合には、電子銃を真空チャンバー内に設けて、この電子銃から電子ビームを陰極に照射することによって陰極を加熱する。この電子ビーム加熱装置についても、誘導加熱装置と同様に、離れた位置から陰極4を加熱できるため、設置位置の自由度が高い。
(C) Electron Beam Heating Device Next, an electron beam heating device can be used as the heating means. In the case of using an electron beam heating device, an electron gun is provided in a vacuum chamber, and the cathode is heated by irradiating the cathode with an electron beam from the electron gun. As with the induction heating device, this electron beam heating device can also heat the cathode 4 from a distant position, and thus has a high degree of freedom in installation position.

(d)レーザー加熱装置
加熱手段としてレーザー加熱装置を用いた場合も、上記と同様に、離れた位置から陰極を加熱できるため好ましい。
(D) Laser heating device A laser heating device is also preferably used as the heating means because the cathode can be heated from a distant position as described above.

(2)陰極の自己加熱による場合
次に、上記したような加熱手段を別途設けることなく、陰極4の自己加熱により陰極4の温度を500〜3000℃にする手段について説明する。この手段においては、アークスポット31で発生した熱やアーク電流による陰極4の抵抗発熱など、アーク放電中に陰極4で生じた熱により陰極4自体を加熱し、少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域の温度を500〜3000℃にする。以下、具体的な手段について説明する。
(2) Case of Self-Heating of Cathode Next, a means for setting the temperature of the cathode 4 to 500 to 3000 ° C. by self-heating of the cathode 4 without separately providing a heating means as described above will be described. In this means, the cathode 4 itself is heated by heat generated at the cathode 4 during arc discharge, such as heat generated at the arc spot 31 and resistance heat generation of the cathode 4 due to arc current, and at least near the arc spot 31 of the cathode 4. The region temperature is 500-3000 ° C. Hereinafter, specific means will be described.

(a)直径が細い陰極の使用
従来のアーク式成膜装置においては、図4に示すような円柱状の陰極4を用いる場合、陰極4の直径Dを50〜70mmにしている。しかし、この陰極4を従来よりも細くして直径Dを20mm以下にすると、アークスポットで発生した熱が細い陰極に溜まるため、アークスポットで生じた熱により少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域の温度を500〜3000℃にすることができる。
(A) Use of a cathode having a small diameter In a conventional arc-type film forming apparatus, when a cylindrical cathode 4 as shown in FIG. 4 is used, the diameter D of the cathode 4 is set to 50 to 70 mm. However, if the cathode 4 is made thinner than the conventional one and the diameter D is 20 mm or less, the heat generated at the arc spot is accumulated in the thin cathode, so that at least the area near the arc spot 31 of the cathode 4 due to the heat generated at the arc spot. The temperature can be set to 500 to 3000 ° C.

具体的には、従来のように直径D50〜70mmの一般的な陰極4を用いた場合、アークスポット31(図7参照)で生じた熱は陰極4の広い範囲に分散するため、陰極4が昇温しにくい。このため、陰極4の温度が500℃以下になってアークスポット直近部分41とその周囲42との間に大きな温度差が生じてクラックの発生を招きやすい。   Specifically, when a general cathode 4 having a diameter D of 50 to 70 mm is used as in the prior art, the heat generated at the arc spot 31 (see FIG. 7) is dispersed in a wide range of the cathode 4, so that the cathode 4 It is difficult to raise the temperature. For this reason, the temperature of the cathode 4 becomes 500 ° C. or less, and a large temperature difference is generated between the arc spot closest portion 41 and its periphery 42, and cracks are likely to occur.

これに対して、直径D20mm以下という細い陰極4を用いた場合は、上記したようにアークスポットで発生した熱が細い陰極に溜まるため、アークスポット31(図2参照)で生じた熱によって、少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域を500〜3000℃に昇温させることができる。なお、陰極4の直径Dは5mm以下であるとより好ましく、3mm以下であるとさらに好ましい。   On the other hand, when the thin cathode 4 having a diameter D of 20 mm or less is used, the heat generated at the arc spot is accumulated in the thin cathode as described above, so that at least the heat generated at the arc spot 31 (see FIG. 2) The region near the arc spot 31 of the cathode 4 can be heated to 500 to 3000 ° C. In addition, the diameter D of the cathode 4 is more preferably 5 mm or less, and further preferably 3 mm or less.

また、直径D20mm以下という細い陰極4を用いた場合、アーク電流が流れる際の断面積が小さくなるため、従来の太さの陰極を用いた場合よりも抵抗が高くなる。これにより、アーク電流が陰極4に流れた際に陰極4を十分に発熱させることができる。   In addition, when the thin cathode 4 having a diameter D of 20 mm or less is used, the cross-sectional area when the arc current flows is small, so that the resistance is higher than when a conventional cathode having a thickness is used. Thereby, when the arc current flows to the cathode 4, the cathode 4 can sufficiently generate heat.

このように、直径D20mm以下という細い陰極4を用いることにより、アークスポット31で発生した熱と、陰極4の抵抗発熱により陰極4全体を昇温させて500〜3000℃に容易にすることができる。   As described above, by using the thin cathode 4 having a diameter D of 20 mm or less, the temperature of the entire cathode 4 can be increased by the heat generated in the arc spot 31 and the resistance heat generation of the cathode 4, and the temperature can be easily increased to 500 to 3000 ° C. .

細い円柱状の陰極4を用いる場合、円柱状の陰極4の一端を保持するような陰極保持手段3(図3参照)が用いられるが、このときの陰極保持手段3に、円柱状の陰極4を基材20に向けて順次送り出す送り出し機構を設けることが好ましい。これにより、陰極が短くなった際に適宜送り出すことができるようになり、陰極4を交換する回数を減らして、安定したアーク放電を長時間持続させることができる。   When the thin columnar cathode 4 is used, a cathode holding unit 3 (see FIG. 3) that holds one end of the columnar cathode 4 is used, and the columnar cathode 4 is used as the cathode holding unit 3 at this time. It is preferable to provide a delivery mechanism that sequentially feeds the substrate toward the substrate 20. As a result, when the cathode is shortened, it can be sent out appropriately, and the number of times of replacing the cathode 4 can be reduced, and stable arc discharge can be sustained for a long time.

(b)多孔質陰極の使用
陰極の自己加熱により陰極を500〜3000℃にする手段としては、陰極4に多孔質の陰極を用いることも好ましい。このよう多孔質の陰極を用いた場合には、同じ太さであっても、空孔により陰極の実体積が小さくなるため、上記した細い陰極を用いた場合と同様に、アークスポットにおいて生じる熱と、アーク電流による抵抗発熱の両方で陰極4を昇温させることができ、少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域の温度を500〜3000℃に容易にすることができる。
(B) Use of Porous Cathode As a means for bringing the cathode to 500 to 3000 ° C. by self-heating of the cathode, it is also preferable to use a porous cathode for the cathode 4. When such a porous cathode is used, even if it is the same thickness, the actual volume of the cathode is reduced by the pores. In addition, the temperature of the cathode 4 can be raised by both resistance heating due to the arc current, and the temperature of at least the region in the vicinity of the arc spot 31 of the cathode 4 can be easily set to 500 to 3000 ° C.

(c)冷却手段の制御
また、上記した各手段に替えて、一般的なアーク式成膜装置に設けられている陰極の冷却手段を制御して、少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域の温度を500〜3000℃にすることも1つの手段である。
(C) Control of cooling means In place of each of the above-described means, the cooling means for the cathode provided in a general arc type film forming apparatus is controlled so that at least the area near the arc spot 31 of the cathode 4 is controlled. Setting the temperature to 500 to 3000 ° C is one means.

具体的には、一般的なアーク式成膜装置には、アーク放電中の温度上昇によって陰極全体が溶融あるいは昇華して陰極保持手段から脱落することを防止するために、陰極を冷却するための冷却手段が設けられている。   Specifically, in a general arc type film forming apparatus, in order to prevent the entire cathode from being melted or sublimated due to temperature rise during arc discharge and falling off from the cathode holding means, Cooling means are provided.

しかし、このような陰極の脱落は、前記したように、比較的に融点が低い金属材料(Tiなど)を陰極に用いた場合に生じるものであり、本発明のようにDLC膜を成膜する際には昇華温度の高いカーボンを主成分とする陰極が用いられるため、陰極を冷却する必要性が低い。   However, as described above, such a dropout of the cathode occurs when a metal material (such as Ti) having a relatively low melting point is used for the cathode, and a DLC film is formed as in the present invention. In this case, since a cathode mainly composed of carbon having a high sublimation temperature is used, the necessity for cooling the cathode is low.

このため、DLC膜を成膜する際に、この冷却手段による冷却の程度を従来よりも弱めるように制御すれば、陰極の温度を従来よりも高くすることができる。   For this reason, when the DLC film is formed, the temperature of the cathode can be made higher than before by controlling the degree of cooling by the cooling means to be weaker than before.

[2]アーク式成膜方法
次に、上記構成のアーク式成膜装置を用いて行う本実施の形態に係るアーク式成膜方法について説明する。先ず、図1に示すようなアーク式成膜装置を用いた成膜方法の内、従来の成膜方法と同様である成膜方法の概要について説明した後、本発明の成膜方法の特徴的な部分について説明する。
[2] Arc Type Film Forming Method Next, an arc type film forming method according to the present embodiment performed using the arc type film forming apparatus having the above configuration will be described. First, an outline of a film forming method using the arc type film forming apparatus as shown in FIG. 1 which is the same as the conventional film forming method will be described, and then the characteristic of the film forming method of the present invention will be described. The important part will be described.

1.成膜方法の概要
先ず、陰極4を陰極保持手段3にセットすると共に、基材20を基材保持手段2にセットした後、真空チャンバー1内を排気して所定の真空度(10−4〜10−3Pa)にする。
1. Outline of Film Forming Method First, the cathode 4 is set in the cathode holding means 3 and the base material 20 is set in the base material holding means 2, and then the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to a predetermined degree of vacuum (10 −4 to 10 −3 Pa).

次に、電源6から基材20に負のバイアス電圧(0〜−300V)を印加し、電源7から陰極4に(−15〜−50V)の負の電圧を印加する。   Next, a negative bias voltage (0 to −300 V) is applied from the power source 6 to the substrate 20, and a negative voltage (−15 to −50 V) is applied from the power source 7 to the cathode 4.

そして、トリガー電極8の先端を陰極4に接触させた後に離間させる。これにより、真空チャンバー1と陰極4との間にアーク放電(80A程度)を生じさせる。これにより、陰極4にアークスポット31が形成され、このアークスポット31において陰極4のカーボンが昇華する。   And after making the front-end | tip of the trigger electrode 8 contact the cathode 4, it leaves | separates. Thereby, arc discharge (about 80 A) is generated between the vacuum chamber 1 and the cathode 4. Thereby, an arc spot 31 is formed on the cathode 4, and the carbon of the cathode 4 is sublimated in the arc spot 31.

この状態で、シャッター5を開くことによって、昇華したカーボンが基材20の表面に蒸着してDLC膜が成膜される。   In this state, when the shutter 5 is opened, the sublimated carbon is deposited on the surface of the substrate 20 to form a DLC film.

2.本実施の形態に係るアーク式成膜方法の特徴
本実施の形態においては、上記した成膜中の少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域の温度を500〜3000℃にすることにより、図2に示すように、アークスポット31近傍のアークスポット直近部分41と、その周囲42との温度差を小さくして、熱歪みによるクラックの発生を抑制し、粉砕粒子の放出を抑制する。
2. Features of Arc Type Film Forming Method According to the Present Embodiment In the present embodiment, the temperature of the region in the vicinity of the arc spot 31 of the cathode 4 during the film formation described above is set to 500 to 3000 ° C. As shown in FIG. 2, the temperature difference between the arc spot closest portion 41 in the vicinity of the arc spot 31 and the surrounding 42 is reduced to suppress the generation of cracks due to thermal distortion and to suppress the release of pulverized particles.

例えば、上記したヒーター等の加熱手段を用いて陰極4の温度を500〜3000℃にする場合には、トリガー電極8の先端を陰極4に接触させる前に加熱手段を稼働させ、アーク放電の開始前に少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域の温度を500〜3000℃に予め昇温させる。これにより、アークスポット31近傍のアークスポット直近部分41と、その周囲42との温度差を小さくした状態でアーク放電を行うことができるため、クラックによる粉砕粒子の放出を抑制することができる。   For example, when the temperature of the cathode 4 is set to 500 to 3000 ° C. using the heating means such as the heater described above, the heating means is operated before the tip of the trigger electrode 8 is brought into contact with the cathode 4 to start arc discharge. Prior to this, the temperature of at least the area near the arc spot 31 of the cathode 4 is preliminarily raised to 500 to 3000 ° C. Thereby, since arc discharge can be performed in a state where the temperature difference between the arc spot closest portion 41 in the vicinity of the arc spot 31 and its surroundings 42 is reduced, the release of pulverized particles due to cracks can be suppressed.

また、陰極4の自己加熱により少なくとも陰極4のアークスポット31近傍の領域の温度を500〜3000℃にする場合には、例えば、図4に示す直径Dが20mm以下の細い陰極4を取り付けてアーク放電を開始する。そして、アークスポット31で発生した熱とアーク電流による抵抗発熱によって陰極4全体が昇温するが、このときに細い陰極が使用されているため、発生した熱が細い陰極に留まり、十分高温にすることができる。   Further, when the temperature of at least the area near the arc spot 31 of the cathode 4 is set to 500 to 3000 ° C. by self-heating of the cathode 4, for example, a thin cathode 4 having a diameter D of 20 mm or less shown in FIG. Start discharging. The temperature of the entire cathode 4 is raised by the heat generated at the arc spot 31 and the resistance heat generated by the arc current. At this time, since the thin cathode is used, the generated heat stays at the thin cathode and is sufficiently heated. be able to.

そして、陰極4が500℃以上になった時点で、シャッター5を開いて成膜を開始する。これにより、成膜中の陰極4において、アークスポット直近部分41とその周囲42との温度差を小さくしてクラックによる粉砕粒子の放出を抑制することができる。   When the cathode 4 reaches 500 ° C. or higher, the shutter 5 is opened and film formation is started. Thereby, in the cathode 4 during film formation, it is possible to reduce the temperature difference between the arc spot closest portion 41 and its surroundings 42 and suppress the release of pulverized particles due to cracks.

そして、上記のように粉砕粒子の放出を抑制することにより、基材上に平滑なDLC膜を安定して成膜することができるため、例えば、レンズ成形用の金型においてはピンホールが少なく、高品質のレンズの成形が可能となり、また、ピストンリング、バルブリフター、ピストンピンなどの自動車部品や工具等においては、剥離の起点となる粉砕粒子が取り込まれることが防止されるため、長期間に亘って品質の低下を招かない。   Further, since the smooth DLC film can be stably formed on the substrate by suppressing the release of the pulverized particles as described above, for example, in a lens mold, there are few pinholes. High quality lenses can be molded, and in automobile parts and tools such as piston rings, valve lifters, piston pins, etc., it is possible to prevent pulverized particles from starting from being taken in. It does not cause deterioration in quality over a long period of time.

[1]実験1
実験1においては、陰極を加熱する加熱手段としてヒーターを設け、成膜中の陰極をヒーターで加熱して、粉砕粒子の放出を抑制することができる陰極の温度を調べた。
[1] Experiment 1
In Experiment 1, a heater was provided as a heating means for heating the cathode, and the cathode during film formation was heated with the heater, and the temperature of the cathode capable of suppressing the release of pulverized particles was examined.

1.実験例1〜4
具体的には、従来のアーク式成膜装置にヒーターを設置して、表1に示す陰極の温度となるように制御して実験例1〜4を行った。なお、ヒーター温度以外の具体的な成膜条件は以下の通りにした。
1. Experimental Examples 1-4
Specifically, Experimental Examples 1 to 4 were performed by installing a heater in a conventional arc type film forming apparatus and controlling the temperature so as to be the cathode temperature shown in Table 1. Specific film forming conditions other than the heater temperature were as follows.

陰極 :長さ 30mm
直径 50mm
基材 :テスト用の基材(高速度工具鋼製)
真空度 :1×10−3Pa
バイアス電圧 :−50V
アーク電圧 :−20V
アーク放電電流 :50A
成膜時間 :20min
Cathode: Length 30mm
Diameter 50mm
Base material: Base material for testing (made of high-speed tool steel)
Degree of vacuum: 1 × 10 −3 Pa
Bias voltage: -50V
Arc voltage: -20V
Arc discharge current: 50A
Deposition time: 20 min

2.評価
(1)陰極の温度
各実験例において、赤外放射温度計を用いて、成膜中の陰極の温度を測定した。結果を表1に示す。
2. Evaluation (1) Cathode Temperature In each experimental example, the temperature of the cathode during film formation was measured using an infrared radiation thermometer. The results are shown in Table 1.

(2)DLC膜の表面粗さ
各実験例において成膜されたDLC膜について、表面粗さ計を用いて表面形状を測定し、測定結果に基づいて表面粗さ(十点平均粗さ)を算出した。結果を表1に示す。
(2) Surface roughness of DLC film For the DLC film formed in each experimental example, the surface shape is measured using a surface roughness meter, and the surface roughness (ten-point average roughness) is determined based on the measurement result. Calculated. The results are shown in Table 1.

(3)火花放出量の観察
アーク放電中の陰極のアークスポットの周辺から火花が放出される量を目視で観察した。結果を表1に示す。
(3) Observation of spark discharge amount The amount of spark discharge from the periphery of the cathode arc spot during arc discharge was visually observed. The results are shown in Table 1.

Figure 2017101279
Figure 2017101279

表1より、ヒーターにより陰極を加熱して、成膜中の陰極の温度を500℃以上にした実験例2〜4では、成膜されたDLC膜の表面粗さが、陰極の温度を500℃未満にした実験例1よりも小さくなっていることが分かる。このことから、ヒーターを用いて、成膜中の陰極の温度を500℃以上にすることにより、クラックによる粉砕粒子の放出を適切に抑制できることが確認できた。なお、カーボンの昇華温度を考慮すると、成膜中の陰極4の温度の上限は3000℃である。   From Table 1, in Experimental Examples 2 to 4 in which the cathode was heated by a heater and the temperature of the cathode during film formation was 500 ° C. or higher, the surface roughness of the formed DLC film was 500 ° C. It turns out that it is smaller than the experimental example 1 made less. From this, it was confirmed that the release of pulverized particles due to cracks can be appropriately suppressed by setting the temperature of the cathode during film formation to 500 ° C. or higher using a heater. In consideration of the sublimation temperature of carbon, the upper limit of the temperature of the cathode 4 during film formation is 3000 ° C.

また、陰極の温度を1000℃にした実験例4においては、表面粗さが実験例2、3よりも顕著に小さくなっていることが分かる。このことから、成膜時の陰極の温度は1000℃以上が好ましいことが分かる。   It can also be seen that in Experimental Example 4 in which the temperature of the cathode was 1000 ° C., the surface roughness was significantly smaller than in Experimental Examples 2 and 3. This shows that the temperature of the cathode during film formation is preferably 1000 ° C. or higher.

また、陰極を500℃以上に加熱している実験例2〜4では、実験例1よりも火花の放出量が少なくなっており、スパークの発生を抑制できることが確認できた。   Further, in Experimental Examples 2 to 4 in which the cathode was heated to 500 ° C. or higher, the amount of sparks emitted was smaller than in Experimental Example 1, and it was confirmed that the occurrence of sparks could be suppressed.

[2]実験2
実験2においては、陰極4の自己加熱によって粉砕粒子の放出を抑制することができるかについて実験を行った。
[2] Experiment 2
In Experiment 2, an experiment was conducted as to whether the release of pulverized particles can be suppressed by self-heating of the cathode 4.

1.実験例5〜9
具体的には、陰極4の直径がそれぞれ異なるアーク式成膜装置を用いて、DLC膜の成膜を行った(実験例5〜9)。具体的には、表2に示すように、陰極4の直径について、実験例5〜9でそれぞれ異ならせて5種類の成膜を行った。
1. Experimental Examples 5-9
Specifically, a DLC film was formed using arc type film forming apparatuses having different diameters of the cathode 4 (Experimental Examples 5 to 9). Specifically, as shown in Table 2, five types of film formation were performed by varying the diameter of the cathode 4 in each of Experimental Examples 5 to 9.

陰極 :長さ30mmの焼結カーボン
基材 :テスト用の基材(高速度工具鋼製)
真空度 :1×10−3Pa
バイアス電圧 :−50V
アーク電圧 :−20V
アーク電流 :50A
成膜時間 :5min
Cathode: Sintered carbon with a length of 30 mm Base material: Base material for testing (made of high-speed tool steel)
Degree of vacuum: 1 × 10 −3 Pa
Bias voltage: -50V
Arc voltage: -20V
Arc current: 50A
Deposition time: 5 min

2.評価
実験1と同じ方法を用いて、陰極の温度、成膜後のDLC膜の表面粗さを測定すると共に、火花の放出量を観察した。結果を表2に示す。
2. Evaluation Using the same method as in Experiment 1, the cathode temperature and the surface roughness of the DLC film after film formation were measured, and the amount of sparks emitted was observed. The results are shown in Table 2.

Figure 2017101279
Figure 2017101279

表2より、陰極の直径が20mm以下の実験例5〜実験例7では、成膜中の陰極が500℃以上に加熱されていることが分かり、また、陰極の直径が小さくなるに従って、成膜中の陰極の温度が高くなっていることが分かる。   From Table 2, it can be seen that in Experimental Examples 5 to 7 where the cathode diameter is 20 mm or less, the cathode during film formation is heated to 500 ° C. or more, and as the cathode diameter decreases, film formation occurs. It can be seen that the temperature of the inside cathode is high.

そして、実験例5〜7においては、実験例8、9に比べて成膜されたDLC膜の表面粗さが小さくなっており、陰極の直径が小さい方が、成膜されたDLC膜の表面粗さが小さくなっていることが分かる。また、火花の放出量も少なくなっていることが分かる。このことから、直径が20mm以下の陰極を用いることにより陰極の温度を500℃以上にすることができ、クラックによる粉砕粒子の放出を適切に抑制できることが確認できた。   In Experimental Examples 5 to 7, the surface roughness of the formed DLC film is smaller than in Experimental Examples 8 and 9, and the surface of the formed DLC film has a smaller cathode diameter. It can be seen that the roughness is reduced. It can also be seen that the amount of sparks released is also reduced. From this, it was confirmed that by using a cathode having a diameter of 20 mm or less, the temperature of the cathode can be increased to 500 ° C. or more, and the release of pulverized particles due to cracks can be appropriately suppressed.

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。   While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications can be made to the above-described embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.

1 真空チャンバー
2 基材保持手段
3 陰極保持手段
4 陰極
5 シャッター
6、7 電源
8 トリガー電極
9 抵抗
10 アーク式成膜装置
11 排気口
12 コイル
20 基材
31 アークスポット
41 アークスポット直近部分
42 アークスポット直近部分の周囲
43 粉砕粒子
44 昇華したカーボン
D 陰極の直径
M 磁力線
T 陰極の先端
θ 陰極の軸方向と磁力線のなす角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Base material holding means 3 Cathode holding means 4 Cathode 5 Shutter 6, 7 Power supply 8 Trigger electrode 9 Resistance 10 Arc type film-forming apparatus 11 Exhaust port 12 Coil 20 Base material 31 Arc spot 41 Arc spot immediate part 42 Arc spot Around the nearest part 43 Grinding particles 44 Sublimated carbon D Cathode diameter M Magnetic field line T Cathode tip θ Angle between the axial direction of the cathode and the magnetic field line

Claims (19)

カーボンを主成分とする陰極材料を用いてアーク放電を行うことにより、前記陰極表面に形成されたアークスポットから前記カーボンを昇華させて、基材表面にカーボンを主成分とする炭素膜を成膜するアーク式成膜装置であって、
前記陰極を保持する陰極保持手段と、
前記基材を保持する基材保持手段と、
前記陰極保持手段および前記基材保持手段が収容された真空チャンバーとを備えており、
成膜中、少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にする手段を備えていることを特徴とするアーク式成膜装置。
By performing arc discharge using a cathode material mainly composed of carbon, the carbon is sublimated from the arc spot formed on the cathode surface, and a carbon film mainly composed of carbon is formed on the substrate surface. Arc type film forming apparatus
Cathode holding means for holding the cathode;
Substrate holding means for holding the substrate;
A vacuum chamber containing the cathode holding means and the substrate holding means,
An arc type film forming apparatus comprising means for setting a temperature of at least a region of the cathode near the arc spot to 500 to 3000 ° C. during film formation.
成膜中の少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度を1000〜3000℃にする手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載のアーク式成膜装置。   2. The arc type film forming apparatus according to claim 1, further comprising means for setting a temperature in a region in the vicinity of the arc spot of the cathode at least 1000 to 3000 [deg.] C. during film formation. 少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域を加熱して前記陰極の温度を500〜3000℃にする加熱手段を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film formation according to claim 1 or 2, further comprising heating means for heating at least a region of the cathode in the vicinity of the arc spot to bring the temperature of the cathode to 500 to 3000 ° C. apparatus. 前記加熱手段が、前記陰極を外部から加熱するヒーターであることを特徴とする請求項3に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film forming apparatus according to claim 3, wherein the heating means is a heater for heating the cathode from the outside. 前記加熱手段が、前記陰極を誘導加熱する誘導加熱装置であることを特徴とする請求項3に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film forming apparatus according to claim 3, wherein the heating unit is an induction heating apparatus that induction-heats the cathode. 前記加熱手段が、前記陰極に電子ビームを照射して前記陰極を加熱する電子ビーム加熱装置であることを特徴とする請求項3に記載のアーク式成膜装置。   4. The arc type film forming apparatus according to claim 3, wherein the heating means is an electron beam heating apparatus that irradiates the cathode with an electron beam to heat the cathode. 前記加熱手段が、前記陰極にレーザー光を照射して前記陰極を加熱するレーザー加熱装置であることを特徴とする請求項3に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film forming apparatus according to claim 3, wherein the heating means is a laser heating apparatus that heats the cathode by irradiating the cathode with laser light. 前記陰極の自己加熱によって、少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度が500〜3000℃となるように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアーク式成膜装置。   The arc type composition according to claim 1 or 2, wherein a temperature of at least a region in the vicinity of the arc spot of the cathode is 500 to 3000 ° C by self-heating of the cathode. Membrane device. 前記陰極の自己加熱が、前記アークスポットにおいて発生した熱により行われることを特徴とする請求項8に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film forming apparatus according to claim 8, wherein the self-heating of the cathode is performed by heat generated in the arc spot. 前記陰極の自己加熱が、アーク電流により発生した抵抗発熱により行われることを特徴とする請求項8に記載のアーク式成膜装置。   9. The arc type film forming apparatus according to claim 8, wherein the self-heating of the cathode is performed by resistance heating generated by an arc current. 前記陰極が、直径20mm以下の円柱状の陰極であることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置。   The arc type film forming apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein the cathode is a columnar cathode having a diameter of 20 mm or less. 前記陰極が多孔質の陰極であることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置。   The arc type film-forming apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein the cathode is a porous cathode. 前記陰極を冷却する冷却手段と、少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度が500〜3000℃となるように前記冷却手段を制御する冷却制御手段とを備えていることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置。   A cooling means for cooling the cathode, and a cooling control means for controlling the cooling means so that a temperature of at least a region in the vicinity of the arc spot of the cathode is 500 to 3000 ° C. The arc type film-forming apparatus of any one of Claims 8 thru | or 10. 前記陰極を加熱する加熱手段による熱と、前記陰極の自己加熱によって発生する熱を併用することにより少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度が500〜3000℃となるように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアーク式成膜装置。   By combining the heat generated by the heating means for heating the cathode and the heat generated by the self-heating of the cathode, the temperature of at least the area near the arc spot of the cathode is set to 500 to 3000 ° C. 3. An arc type film forming apparatus according to claim 1, wherein the arc type film forming apparatus is provided. 前記陰極を加熱する加熱手段が、ヒーター、誘導加熱、電子ビーム加熱、レーザー加熱のいずれかであり、
前記陰極の自己加熱が、前記アークスポットにおいて発生した熱および/または前記陰極の抵抗発熱により行なわれることを特徴とする請求項14に記載のアーク式成膜装置。
The heating means for heating the cathode is any one of a heater, induction heating, electron beam heating, laser heating,
The arc-type film forming apparatus according to claim 14, wherein the self-heating of the cathode is performed by heat generated at the arc spot and / or resistance heating of the cathode.
前記陰極が円柱状の陰極であり、
前記円柱状の陰極の軸方向と磁力線とのなす角度が、前記陰極の先端側が鋭角になるように磁界を生じさせる磁界発生手段を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置。
The cathode is a cylindrical cathode;
16. The magnetic field generating means for generating a magnetic field so that an angle formed between an axial direction of the columnar cathode and a line of magnetic force is an acute angle on the tip side of the cathode is provided. The arc-type film-forming apparatus of any one of Claims.
前記円柱状の陰極を前記基材に向けて送り出す送り出し機構を備えていることを特徴とする請求項16に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film forming apparatus according to claim 16, further comprising a delivery mechanism that delivers the columnar cathode toward the substrate. カーボンを主成分とする陰極にアーク放電を行うことにより、前記陰極表面に形成されたアークスポットから前記カーボンを蒸発させて、基材表面にカーボンを主成分とする炭素膜を成膜するアーク式成膜方法であって、
少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にしながら前記炭素膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
An arc type in which a carbon film mainly composed of carbon is formed on the surface of a base material by evaporating the carbon from an arc spot formed on the surface of the cathode by performing arc discharge on the cathode mainly composed of carbon. A film forming method comprising:
A film forming method comprising forming the carbon film while maintaining a temperature of at least 500 to 3000 ° C. in a region near the arc spot of the cathode.
請求項1ないし請求項17のいずれか1項に記載のアーク式成膜装置を用いて、
少なくとも前記陰極の前記アークスポット近傍の領域の温度を500〜3000℃にしながら前記炭素膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
Using the arc-type film forming apparatus according to any one of claims 1 to 17,
A film forming method comprising forming the carbon film while maintaining a temperature of at least 500 to 3000 ° C. in a region near the arc spot of the cathode.
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