JPH0310061A - 酸化物膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野〕 本発明は、基体にチタン等の酸化物膜を形成する模化物
摸の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、切削工具、金型あるいはめがねフレーム等の硬度
、耐摩耗性、電気絶縁性等の向上を図るため、真空アー
ク蒸着法と呼ばれる酸化物膜の形成方法にエリ、ＴｉＯ
ｘ膜等の酸化物膜をコーチイン■ グすることが行われている。

このコーティングを行う場合、真空容器内にチタン（＝
Ｔｉ）、クロム（＝Ｃ’ｒ）、アルミ（＝Ａｊ！　）等
の金属材のカソードと、コーティング対象の基体が対向
配置され、かつ酸素ガス（＝０２がスノが導入される。

そして、カソード、容器間のアーク電圧の印加により、
アーク放電が発生してカソードの金属材が加熱蒸発され
ると同時に、アークプラズマによって蒸発した金属が陽
イオン化される。

さらに、金属イオンが、直流の負電圧又は高周波電圧で
バイアスされた基体に飛行する。

このとき、金属イオンと雰囲気の酸素ガスとが基体表面
上で反応し、金属イオンが酸化されて基体に酸化物膜が
蒸着形成され、コーティングが行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来の形成方法においては、酸素ガス雰囲気中でア
ーク放電に基く金属イオンの生成を行うため、とくに酸
素ガスの導入量が多い場合、ア〜り放電中にカソードの
金属材が酸素ガス全吸収し、表面に’ｒｌ　−Ｑ、　Ｃ
ｒ−０，Ａｊ！−０等の酸化物膜が形成されてカソード
が絶縁化され、アーク放電を安定に維持することが困難
になる。

したがって、２０００〜３０００″Ａ程度の極めて薄い
膜厚の成膜に限るか、容器内の酸素ガス圧をラーク放電
が持続し易いほぼ１０　〜１０　　Ｔｏｒｒの極めて狭
い範囲内で制御するかしなければならず、膜厚。

成膜制御範囲が限られ、所望の膜厚２組成の酸化物膜を
形成することができない問題点がある。

本発明は、膜厚、成膜制御範囲の制限全緩和し、所望の
模厚１組成の酸化物膜の形成が行えるようにすること勿
目的とする。

〔課題？解決する次めの手段〕

前記目的を達成するために、本発明の酸化物膜の形成方
法は、真空容器内のカソードの金楓材ケアーク放電で加
熱蒸発してイオン化し、金鵜イオン全基体に蒸着して金
属＠を形成した後、前記容器内に酸素ガス全導入して前
記基体と前記容器の内壁との間でグロー放電を発生し、
酸累イオン葡前記金属膜に注入して前記金属膜を酸化す
るという技術的手段を講じる。

〔作用〕

前記の形成方法の場合、アーク放電に基く金属イオンの
蒸着形成中には、酸素ガスが導入されず、アーク放電が
安定に維持されて任意の膜厚の金属膜が基体に形成され
る。

さらに、金属膜の形成後に、酸素ガス雰囲気中の基体、
容器間のグロー放電にエリ、酸素ガスが金属膜に注入さ
れ、熱拡散反応で金属膜が酸化され、酸化物膜が形成さ
れる。

このとき、容器内の酸素ガス圧はアーク放電の持続範囲
エリ高圧力範囲、すなわち１０　〜１Ｏ−５Ｔｏｒｒ内
でよい。

したがって、流量調整に基く酸素ガス圧の制御が容易に
行え、均一組成の酸化物膜の製造が容易に行える。

〔実施例〕

ｌ実施例について、第１図ないし第３口金診照して以下
に説明する。

第１図において、（１）は接地電位の真空容器、（２）
はカソード、（３）は基体、（４）は真空ポンプである
。

＋５１．　（６１は陽極が接地された直流のアーク電源
。

バイアス電源であり、陰極がカソード（２）、基体（３
）に接続されている。

（７）は容器（１）に設けられたガス導入口、（８）は
Ｏ，ガスのガスボンベでアル。

そして、基体（３）ラステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の
板材とし、基体（３）に高抵抗の絶縁性膜として３μの
ＴｉＯｘ膜をコーティングする場合、第２図の工程Ａ〜
Ｆが頓に施される。

すなわち、工程ＡＫよＯＴｉのカソード（２）に対向す
る工うに基体（３）が容ａ　（＋）内に設置される。

つぎに、工程Ｂにエリポンプ（４）ヲ用いて容器（１１
内がアーク放電の発生する圧力（〜ｌ　０−５Ｔｏｒｒ
　）に排気保持される。

ま友、アーク電源（５）が所望のアーク１流（＝８０Ａ
）に調整されるとともに、バイアス電源（６）が所望の
バイアス電圧（＝−１０ＱＶ）に調整される。

そして、カソード＋２＋、６ｇ（１）の内壁の間でア−
ク放電が発生し、カソード（２）のＴｉが加熱蒸発され
ると同時に、陽イオン化されたＴｉイオンが生成される
。

さらに、Ｔｉイオンが基体（３）に飛行して蒸着し、基
体（３）がＴｉ）ＩＭでコーティングされる。

つぎに、所望の膜厚（＝３μ）のＴｉ膜が形成されると
、工程Ｃに移行し、ガスボンベ（８）のＯ，ガスがガス
導入口（７）から容器（り内に導入される。

このとき、彷ガスの導入量は、導入口（７）、ボンベ（
８）の弁調整等にエリ、容器（り内のＯ！ガス圧がグロ
ー放電の発生するほぼ１０−１〜１０　’Ｔｏｒｒの範
囲内になるように制御すればよい。

さらに、工程りによりバイアス電源（６）が可変されて
バイアス電圧がグロー放電の電圧（＝−４５０Ｖ）に変
更され、基体（３）、容器（１１の内壁の間で直流グロ
ー放電が発生する。

このグロー放電の処理をＴｉ膜の膜厚に応じた時間９例
えば３μで６０分間施すことにエリ、０．ガスがＴｉ膜
に注入され、このとき、グミ−放電で基体（３）が約４
８０℃に加熱され、熱拡散反応によりＴｉ膜が酸化され
てＴｉＯ！ｌｉＪが形成される。

そして、グロー放電の処理後、工程Ｅにより０２ガスの
導入が停止されるとともに両電源（５１，（６１がオフ
され、基体（３）が自然冷却される。

さらに、冷却後に工程Ｆに移行し、基体（３）が容器ｆ
ｌ＋から取出され、基体（３）のコーティングが終了す
る。

そして、グロー放電の処理前、後の基体（３）の成膜組
成をＸ線光電子分光法で分析した結果、処理前は第３図
（ａｌに示すようにＴｉ膜が形成され、処理後は同図（
ｂｌに示すようにＴＩＯ！膜が形成されていることが確
められた。

また、前記実施例では、基体（３）をバイアス電源（６
）で直流バイアスしたが、とくにμ単位の厚膜の絶縁性
膜を形成する際は、帯電（チャージアップ）に基く絶縁
破壊から膜を保護するため、バイアス電源（６）の代わ
りに第１図の破線の高周波遡源（９）。

電力整合回路αＧを設け、基体（３）ヲ高周波バイアス
してもよい。

なお、電力整合回路α１はＬＣ共振回路からなり、高周
波電源（６）からの入射電力が最大になり、かつ高周波
電源（６）に戻る電力が最小になるように、コンデンサ
が可変調整される。

そして、カソード（２）の金属材、基体（３）の材質及
びアーク放電、グロー放電の条件等は実記例に限定され
るものではない。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明した工うに構成されているため、以
下に記載する効果を奏する。

最初に酸素ガスを導入することなく、アーク放電でカソ
ードの金属材全加熱蒸発してイオン化し、基体に金属膜
全形成するため、アーク放電中にカソードが絶縁化され
ず、任意の膜圧の金属膜が形成される。

つぎに、酸素ガス全導入して基体と容器の内壁との間で
グロー放電を発生し、酸素ガス全金属膜に注入して酸化
するため、従来のアーク放電蒸着法エリ容器内の酸素ガ
ス圧を高くすることができ、酸素ガス圧の制御が容易に
行え、所望の関厚１組成の酸化物膜を°形成することが
できる。。

そして、酸素ガス圧を高くすることにエリ、酸素ガスの
導入制御等の簡素化が図れる利点も生じる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の酸化物膜の形成方法の１実施例？示し、
第１図は装置のブロック図、第２図は処理工程の説明図
、第３図（ａｌ、　（ｂｌはグロー放電前。 後の基体の成膜特性図である。 （１１・真空容器、（２）−・・カソード、（３）・・
・基体、（５）−・・アーク電源、（６）・・・バイア
ス電源、（カ・・・ガス導入口、（８）・・・ガスボン
ベ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　真空容器用内のカソードの金属材をアーク放電で加
   熱蒸発してイオン化し、金属イオンを基体に蒸着して金
   属膜を形成した後、前記容器内に酸素ガスを導入して前
   記基体と前記容器の内壁との間でグロー放電を発生し、
   酸素イオンを前記金属膜に注入して前記金属膜を酸化す
   ることを特徴とする酸化物膜の形成方法。