JP3514127B2 - 粗大ドロップレットの少ない金属化合物薄膜の形成を可能とするアーク式イオンプレーティング装置 - Google Patents
粗大ドロップレットの少ない金属化合物薄膜の形成を可能とするアーク式イオンプレーティング装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、基板表面に蒸着
形成される金属化合物薄膜における粗大ドロップレット
の形成がきわめて少なく、これによって薄膜表面が平滑
性のすぐれたものになることから、実用に際してすぐれ
た薄膜性能を発揮するようになる金属化合物薄膜の形成
を可能とするアーク式イオンプレーティング装置に関す
るものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、一般に半導体素子の構成薄膜の形
成や、切削工具および耐摩工具などの耐摩耗性向上を目
的とした硬質被覆層の形成にアーク式イオンプレーティ
ング装置が用いられ、かつこれらの構成薄膜や硬質被覆
層として、Ｔｉの炭化物薄膜、窒化物薄膜、および炭窒
化物薄膜、さらにＴｉとＡｌの複合窒化物薄膜および複
合炭窒化物薄膜［以下、それぞれＴｉＣ薄膜、ＴｉＮ薄
膜、ＴｉＣＮ薄膜、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ薄膜、および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ薄膜で示す］などの金属化合物薄膜が適
用されていることも良く知られている。また、アーク式
イオンプレーティング装置において、金属化合物薄膜
が、図２に概略説明図で示される通り、真空チャンバ１
を陽極、水冷の金属ターゲット２を陰極とし、トリガ３
により放電を開始して金属ターゲット２の表面にアーク
放電を起させ、このアーク放電により前記金属ターゲッ
ト２の表面から金属粒子群を蒸発させ、この蒸発金属粒
子群を、前記金属ターゲット２の外周にそって同心配置
したリング状電磁石４の磁力で集束した状態で、真空チ
ャンバ内を通過させ、この間に雰囲気ガスと反応させて
金属化合物粒子とし、これを基体５の表面に蒸着させて
薄膜６とすることにより形成されることも知られてい
る。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】一方、近年のアーク式
イオンプレーティング装置を用いた金属化合物薄膜の形
成は、省力化および省エネ化の面から高速成膜の傾向に
あり、通常の成膜では約１μｍ／ｈｒ程度の成膜速度が
１．５倍以上、望ましくは３倍以上の速度での高速成膜
が検討されているが、上記の従来アーク式イオンプレー
ティング装置では、成膜速度を速くすると、金属ターゲ
ット表面から蒸発する金属粒子群の粒径が粗大化し、こ
の粗大化は成膜速度が速くなるほど顕著なものとなり、
この結果金属化合物薄膜には前記粗大蒸発金属粒子が原
因の粗大なドロップレット（一般に直径：０．５μｍ以
上のものが粗大ドロップレットと言われている）が数多
く出現し、表面粗さが著しく低下するようになり、一方
金属化合物薄膜には、半導体素子や、切削工具および耐
摩工具などへの適用に際して、その表面が平滑であれば
あるほど薄膜性能を十分に発揮するようになることか
ら、表面平滑性が望まれるものであり、したがってこの
ような表面粗さの低下は金属化合物薄膜特性の低下をも
たらすことになり、かかる理由で高速成膜による金属化
合物薄膜の形成は困難であるのが現状である。 【０００４】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来アーク式イオンプレ
ーティング装置に着目し、この装置での高速成膜を可能
ならしめるべく研究を行った結果、図１に概略説明図で
示される通り、図２の従来アーク式イオンプレーティン
グ装置におけるリング状電磁石４を第一リング状電磁石
とし、この第一リング状電磁石４に所定間隔離れた位置
に、前記第一リング状電磁石の磁力よりも４００ガウス
以上大きな磁力の第二リング状電磁石Ａを同心配置する
と、この第二リング状電磁石Ａの磁力が、前記第一リン
グ状電磁石４の磁力により集束された蒸発金属粒子群の
うちの粗大粒子を微細化するように作用することから、
高速成膜によって金属ターゲット２の表面から蒸発する
金属粒子が粗大化しても前記第一および第二リング状電
磁石を通過した時点の蒸発金属粒子群は微細に、かつ整
粒化したものになり、この結果蒸発金属粒子群の真空チ
ャンバ１を通過する間の雰囲気ガスとの反応が均一に行
われるようになり、基板５の表面に蒸着形成された金属
化合物薄膜６は、粗大な蒸発金属粒子が原因の直径：
０．５μｍ以上の粗大なドロップレットの形成が著しく
抑制されることから、表面平滑性のすぐれたものになる
という研究結果が得られたのである。 【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、アーク放電により金属ターゲット
表面より金属粒子群を蒸発させ、この蒸発金属粒子群を
真空チャンバ内を通過する間に雰囲気ガスと反応させ
て、金属化合物薄膜として基板表面に蒸着させるアーク
式イオンプレーティング装置において、 （ａ）上記蒸発金属粒子群を磁力により集束するための
第一リング状電磁石を、上記金属ターゲットの外周にそ
って同心配置し、 （ｂ）上記第一リング状電磁石の磁力で集束した上記蒸
発金属粒子群のうちの粗大粒子を、前記第一リング状電
磁石の磁力よりも４００ガウス以上大きな磁力で微細化
して、蒸発金属粒子群の整粒化を行うための第二リング
状電磁石を、前記第一リング状電磁石から所定間隔離れ
た位置に、かつ前記第一リング状電磁石と同心に配置し
てなる、粗大ドロップレットの少ない金属化合物薄膜の
形成を可能とするアーク式イオンプレーティング装置に
特徴を有するものである。 【０００６】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明の装置を実施例
により具体的に説明する。図１に示される通り、金属タ
ーゲット２の外周にそって第一リング状電磁石４を同心
配置し、この第一リング状電磁石４と所定間隔離れた位
置に、第二リング状電磁石Ａを前記第一リング状電磁石
４と同心に配置した構造の本発明アーク式イオンプレー
ティング装置を用い、これに前記金属ターゲット２とし
て、いずれも直径：１００ｍｍ×厚さ：１６ｍｍの寸法
を有する金属Ｔｉ板およびＴｉ−Ａｌ合金（原子比で、
Ｔｉ／Ａｌ＝１／１）板を水冷した状態でセットし、表
１に示される条件、すなわち高速成膜条件で直径：１０
０ｍｍ×厚さ：３０ｍｍの寸法を有する超硬合金基板５
の表面に金属化合物薄膜６を形成した。この結果得られ
た金属化合物薄膜をそれぞれ本発明薄膜１〜５とした。
また、比較の目的で図２の従来アーク式イオンプレーテ
ィング装置を用い、第二リング状電磁石Ａを設置しない
以外は、同じく表１に示される通り上記の本発明条件と
それぞれ同一の条件で、同じく各種の金属化合物薄膜６
を形成した。この場合得られた金属化合物薄膜を表１に
示される通りそれぞれ従来薄膜１〜５とした。 【０００７】この結果得られた各種薄膜の表面の任意５
個所を、光学顕微鏡で観察して、面積：１ｍｍ2 当りに
存在する直径：０．５μｍ以上の粗大ドロップレットの
数、および粗大ドロップレットの最大径を測定し、さら
に同じく表面粗さ（ＲａおよびＲｍａｘ）を測定した。
これらの測定結果を表２に示した。 【０００８】 【表１】 【０００９】 【表２】【００１０】 【発明の効果】表１、２に示される結果から、本発明装
置によれば、成膜速度が１．５μｍ／ｈｒ以上の高速成
膜にもかかわらず、直径が０．５μｍ以上の粗大ドロッ
プレットの形成がきわめて少なく、表面平滑性のすぐれ
た金属化合物薄膜を形成することができるのに対して、
従来装置で形成された金属化合物薄膜においては、上記
の高速成膜では粗大ドロップレットの形成は避けられ
ず、この結果形成された金属化合物薄膜の表面平滑性は
劣ったものになることが明らかである。上述のように、
この発明の装置によれば、粗大ドロップレットの形成が
きわめて少なく、表面平滑性のすぐれた金属化合物薄膜
を高速成膜で形成することができるので、半導体素子
や、切削工具および耐摩工具などへの適用に際して、薄
膜形成の省力化および省エネ化を十分満足に図ることが
できるなど工業上有用な効果をもたらすものである。
形成される金属化合物薄膜における粗大ドロップレット
の形成がきわめて少なく、これによって薄膜表面が平滑
性のすぐれたものになることから、実用に際してすぐれ
た薄膜性能を発揮するようになる金属化合物薄膜の形成
を可能とするアーク式イオンプレーティング装置に関す
るものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、一般に半導体素子の構成薄膜の形
成や、切削工具および耐摩工具などの耐摩耗性向上を目
的とした硬質被覆層の形成にアーク式イオンプレーティ
ング装置が用いられ、かつこれらの構成薄膜や硬質被覆
層として、Ｔｉの炭化物薄膜、窒化物薄膜、および炭窒
化物薄膜、さらにＴｉとＡｌの複合窒化物薄膜および複
合炭窒化物薄膜［以下、それぞれＴｉＣ薄膜、ＴｉＮ薄
膜、ＴｉＣＮ薄膜、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ薄膜、および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ薄膜で示す］などの金属化合物薄膜が適
用されていることも良く知られている。また、アーク式
イオンプレーティング装置において、金属化合物薄膜
が、図２に概略説明図で示される通り、真空チャンバ１
を陽極、水冷の金属ターゲット２を陰極とし、トリガ３
により放電を開始して金属ターゲット２の表面にアーク
放電を起させ、このアーク放電により前記金属ターゲッ
ト２の表面から金属粒子群を蒸発させ、この蒸発金属粒
子群を、前記金属ターゲット２の外周にそって同心配置
したリング状電磁石４の磁力で集束した状態で、真空チ
ャンバ内を通過させ、この間に雰囲気ガスと反応させて
金属化合物粒子とし、これを基体５の表面に蒸着させて
薄膜６とすることにより形成されることも知られてい
る。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】一方、近年のアーク式
イオンプレーティング装置を用いた金属化合物薄膜の形
成は、省力化および省エネ化の面から高速成膜の傾向に
あり、通常の成膜では約１μｍ／ｈｒ程度の成膜速度が
１．５倍以上、望ましくは３倍以上の速度での高速成膜
が検討されているが、上記の従来アーク式イオンプレー
ティング装置では、成膜速度を速くすると、金属ターゲ
ット表面から蒸発する金属粒子群の粒径が粗大化し、こ
の粗大化は成膜速度が速くなるほど顕著なものとなり、
この結果金属化合物薄膜には前記粗大蒸発金属粒子が原
因の粗大なドロップレット（一般に直径：０．５μｍ以
上のものが粗大ドロップレットと言われている）が数多
く出現し、表面粗さが著しく低下するようになり、一方
金属化合物薄膜には、半導体素子や、切削工具および耐
摩工具などへの適用に際して、その表面が平滑であれば
あるほど薄膜性能を十分に発揮するようになることか
ら、表面平滑性が望まれるものであり、したがってこの
ような表面粗さの低下は金属化合物薄膜特性の低下をも
たらすことになり、かかる理由で高速成膜による金属化
合物薄膜の形成は困難であるのが現状である。 【０００４】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来アーク式イオンプレ
ーティング装置に着目し、この装置での高速成膜を可能
ならしめるべく研究を行った結果、図１に概略説明図で
示される通り、図２の従来アーク式イオンプレーティン
グ装置におけるリング状電磁石４を第一リング状電磁石
とし、この第一リング状電磁石４に所定間隔離れた位置
に、前記第一リング状電磁石の磁力よりも４００ガウス
以上大きな磁力の第二リング状電磁石Ａを同心配置する
と、この第二リング状電磁石Ａの磁力が、前記第一リン
グ状電磁石４の磁力により集束された蒸発金属粒子群の
うちの粗大粒子を微細化するように作用することから、
高速成膜によって金属ターゲット２の表面から蒸発する
金属粒子が粗大化しても前記第一および第二リング状電
磁石を通過した時点の蒸発金属粒子群は微細に、かつ整
粒化したものになり、この結果蒸発金属粒子群の真空チ
ャンバ１を通過する間の雰囲気ガスとの反応が均一に行
われるようになり、基板５の表面に蒸着形成された金属
化合物薄膜６は、粗大な蒸発金属粒子が原因の直径：
０．５μｍ以上の粗大なドロップレットの形成が著しく
抑制されることから、表面平滑性のすぐれたものになる
という研究結果が得られたのである。 【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、アーク放電により金属ターゲット
表面より金属粒子群を蒸発させ、この蒸発金属粒子群を
真空チャンバ内を通過する間に雰囲気ガスと反応させ
て、金属化合物薄膜として基板表面に蒸着させるアーク
式イオンプレーティング装置において、 （ａ）上記蒸発金属粒子群を磁力により集束するための
第一リング状電磁石を、上記金属ターゲットの外周にそ
って同心配置し、 （ｂ）上記第一リング状電磁石の磁力で集束した上記蒸
発金属粒子群のうちの粗大粒子を、前記第一リング状電
磁石の磁力よりも４００ガウス以上大きな磁力で微細化
して、蒸発金属粒子群の整粒化を行うための第二リング
状電磁石を、前記第一リング状電磁石から所定間隔離れ
た位置に、かつ前記第一リング状電磁石と同心に配置し
てなる、粗大ドロップレットの少ない金属化合物薄膜の
形成を可能とするアーク式イオンプレーティング装置に
特徴を有するものである。 【０００６】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明の装置を実施例
により具体的に説明する。図１に示される通り、金属タ
ーゲット２の外周にそって第一リング状電磁石４を同心
配置し、この第一リング状電磁石４と所定間隔離れた位
置に、第二リング状電磁石Ａを前記第一リング状電磁石
４と同心に配置した構造の本発明アーク式イオンプレー
ティング装置を用い、これに前記金属ターゲット２とし
て、いずれも直径：１００ｍｍ×厚さ：１６ｍｍの寸法
を有する金属Ｔｉ板およびＴｉ−Ａｌ合金（原子比で、
Ｔｉ／Ａｌ＝１／１）板を水冷した状態でセットし、表
１に示される条件、すなわち高速成膜条件で直径：１０
０ｍｍ×厚さ：３０ｍｍの寸法を有する超硬合金基板５
の表面に金属化合物薄膜６を形成した。この結果得られ
た金属化合物薄膜をそれぞれ本発明薄膜１〜５とした。
また、比較の目的で図２の従来アーク式イオンプレーテ
ィング装置を用い、第二リング状電磁石Ａを設置しない
以外は、同じく表１に示される通り上記の本発明条件と
それぞれ同一の条件で、同じく各種の金属化合物薄膜６
を形成した。この場合得られた金属化合物薄膜を表１に
示される通りそれぞれ従来薄膜１〜５とした。 【０００７】この結果得られた各種薄膜の表面の任意５
個所を、光学顕微鏡で観察して、面積：１ｍｍ2 当りに
存在する直径：０．５μｍ以上の粗大ドロップレットの
数、および粗大ドロップレットの最大径を測定し、さら
に同じく表面粗さ（ＲａおよびＲｍａｘ）を測定した。
これらの測定結果を表２に示した。 【０００８】 【表１】 【０００９】 【表２】【００１０】 【発明の効果】表１、２に示される結果から、本発明装
置によれば、成膜速度が１．５μｍ／ｈｒ以上の高速成
膜にもかかわらず、直径が０．５μｍ以上の粗大ドロッ
プレットの形成がきわめて少なく、表面平滑性のすぐれ
た金属化合物薄膜を形成することができるのに対して、
従来装置で形成された金属化合物薄膜においては、上記
の高速成膜では粗大ドロップレットの形成は避けられ
ず、この結果形成された金属化合物薄膜の表面平滑性は
劣ったものになることが明らかである。上述のように、
この発明の装置によれば、粗大ドロップレットの形成が
きわめて少なく、表面平滑性のすぐれた金属化合物薄膜
を高速成膜で形成することができるので、半導体素子
や、切削工具および耐摩工具などへの適用に際して、薄
膜形成の省力化および省エネ化を十分満足に図ることが
できるなど工業上有用な効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のアーク式イオンプレーティング装置
の概略説明図である。 【図２】従来のアーク式イオンプレーティング装置の概
略説明図である。 【符号の説明】 １ 真空チャンバ ２ 金属ターゲット ３ トリガ ４ 第一リング状電磁石 Ａ 第二リング状電磁石 ５ 基板 ６ 金属化合物薄膜
の概略説明図である。 【図２】従来のアーク式イオンプレーティング装置の概
略説明図である。 【符号の説明】 １ 真空チャンバ ２ 金属ターゲット ３ トリガ ４ 第一リング状電磁石 Ａ 第二リング状電磁石 ５ 基板 ６ 金属化合物薄膜
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 アーク放電により金属ターゲット表面よ
り金属粒子群を蒸発させ、この蒸発金属粒子群を真空チ
ャンバ内を通過する間に雰囲気ガスと反応させて、金属
化合物薄膜として基板表面に蒸着させるアーク式イオン
プレーティング装置において、 （ａ）上記蒸発金属粒子群を磁力により集束するための
第一リング状電磁石を、上記金属ターゲットの外周にそ
って同心配置し、 （ｂ）上記第一リング状電磁石の磁力で集束した上記蒸
発金属粒子群のうちの粗大粒子を、前記第一リング状電
磁石の磁力よりも４００ガウス以上大きな磁力で微細化
して、蒸発金属粒子群の整粒化を行うための第二リング
状電磁石を、前記第一リング状電磁石から所定間隔離れ
た位置に、かつ前記第一リング状電磁石と同心に配置し
たこと、 を特徴とする粗大ドロップレットの少ない金属化合物薄
膜の形成を可能とするアーク式イオンプレーティング装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20327598A JP3514127B2 (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 粗大ドロップレットの少ない金属化合物薄膜の形成を可能とするアーク式イオンプレーティング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20327598A JP3514127B2 (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 粗大ドロップレットの少ない金属化合物薄膜の形成を可能とするアーク式イオンプレーティング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000034561A JP2000034561A (ja) | 2000-02-02 |
| JP3514127B2 true JP3514127B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=16471360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20327598A Expired - Lifetime JP3514127B2 (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 粗大ドロップレットの少ない金属化合物薄膜の形成を可能とするアーク式イオンプレーティング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3514127B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4085593B2 (ja) * | 2001-03-29 | 2008-05-14 | 日新電機株式会社 | 真空アーク蒸着装置 |
| DE102007015587A1 (de) * | 2007-03-29 | 2008-10-02 | Gühring Ohg | Abscheidung nahezu "Droplet" freier Verschleißschutzschichten mittels kathodischem Arc-Beschichtungsverfahren |
| KR101200785B1 (ko) | 2007-10-12 | 2012-11-13 | 히타치 쓰루 가부시키가이샤 | 경질 피막 피복 부재, 및 그 제조 방법 |
| JP5648532B2 (ja) * | 2011-02-28 | 2015-01-07 | 三菱マテリアル株式会社 | アークイオンプレーティング装置 |
| JP7205709B2 (ja) * | 2017-10-12 | 2023-01-17 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP7132548B2 (ja) * | 2019-01-31 | 2022-09-07 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP7144747B2 (ja) * | 2019-02-20 | 2022-09-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP7217866B2 (ja) * | 2019-03-19 | 2023-02-06 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
-
1998
- 1998-07-17 JP JP20327598A patent/JP3514127B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000034561A (ja) | 2000-02-02 |
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