JPS62290867A - 薄膜形成装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明はＰＶＤ法（物理的蒸着法）を用いて薄膜を形
成する薄膜形成装置に関するもので、特に筒形部品の筒
内面へ薄膜を形成する薄膜形成装置に係る。

〔従来の技術〕

従来から、金属窒化物、金属炭化物等の薄膜を部品の表
面に形成することにより部品表面の改質（硬度向上、耐
摩耗性向上、副食性向上、摩擦係数低減１色調光沢改善
等）が行われている。このための薄膜形成方法としてＰ
ＶＤ法があり、このＰＶＤ法の中にはアーク放電を利用
した電気アーク蒸着法がある。

この【気アーク蔑着法を使用した薄膜形成装置の一例は
、第２図に示すように、金属製の真空槽１内の略中夫に
金属製の円筒形の被コーティング材２を真空槽１と電気
的に絶縁して配置するとともに、カソードプレート３ａ
の中央部に例えばＴｉからなる慕発材料３ｂを装着した
蒸発源３を真空槽１の側壁に設けた…通孔１ａに真空［
１と電気的に絶縁して配置し、さらにトリガ電極（図示
せず）を真空Ｗ１１と電気的に絶縁しかつ蒸発源３と対
向するように配置している。この場合、貰発源３は被コ
ーティング材２の開口に臨むように配置される。

また、真空槽１には、真空ポンプ（図示せず）と、Ａｒ
などの不活性ガスまたはＮ２などの反応性ガスを供給す
るガス供給部（図示せず）が設けられている。

さらに、蒸発−Ｒ３のカソードプレート３ａにアーク電
源５の陰極を接続するとともに真空Ｗ１１にアーク電源
５の陽極を接続し、真空槽ｌにバイアス電源６の陽極を
接続するとともに被コーティング材２にバイアス電源６
の陰極をＴｒＭＶｔシている。

この薄膜形成装置は、アーク１！を源５によるアーク放
電用電圧によって蒸発源３と真空槽１の内壁との間でア
ーク放電を行わせる。通常は、蒸発源３と真空槽１との
間で直接放電が開始せず、放電を起動させるとともに放
電を維持させる機能を果たすトリガ電極をトリガ駆動装
置（図示せず）によって蒸発源３に一旦接触させて電流
を流し、この後引き離すことにより、種火となるアーク
が蒸発源３とトリガ電極との間で点弧し、このアークに
よって蒸発源３に十分なエネルギが与えられ、蒸発源３
からＴｉなどの金属が蒸発してイオン化され、アークが
蒸発源３と真空槽１の内壁間へ移行する。このアークに
よって定常的に范発源３の茎発材料３ｂの表面のアーク
スポットから金属蒸気が発生してイオン化されてプラズ
マを形成しボンバード処理を施す。

この後ガス供給部からＮ２等の反応ガスが真空槽１内へ
送り込まれると、Ｎ２等もイオン化されることになり、
金属イオン粒子と反応ガスイオン粒子の混在したコーテ
ィング用のプラズマが形成されることになる。破線で囲
んだ斜線ＦａＡはプラズマ領域を示している。

そして、このプラズマ中のイオン粒子が真空槽１と被コ
ーティング材２との間に与えられたバイアス電圧によっ
て円筒形の被コーティング材２の方に引きよせられ、円
筒形の被コーティング材２の筒内面に例えばチタンと窒
素との反応物である窒化チタン（Ｔ　ｉ　Ｎ）薄膜が形
成される。

なお、蒸発源３のカソードプレート３ａには装発材料３
ｂと同軸に位置するドーナツ形の永久磁石７が埋込まれ
ており、この永久磁石７による磁場によってアークスポ
ットを移動させ、蒸発材料３ｂの表面から一様に金属叢
気が発生するようにしている。矢印Ｂは永久磁石７によ
る磁力線を示している。−寺５鎖線Ｃは、バイアス電源
６による被コーティング材２と真空槽」との間の等電位
線を示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図に示した従来の薄膜形成装置では、円筒形の被コ
ーティング材２の筒内面への薄膜形成は、ガス圧にもよ
るが、２０〜４０ｍＴｏｒｒにおいて、開口から概略被
コーティング材２の内径と同程度の深さまで、すなわち
開口周辺だけしか行えない（薄膜形成部位をクロスハツ
チングで示している）。この理由は以下のとおりである
。すなわち、第２図において、等電位線（一点鎖線Ｃで
示す）を見るとわかるように、円筒形の被コーティング
材２の開口の周辺に強い電場が現われ、奥にはないので
、充分なボンバード処理あるいはイオン粒子の引き寄せ
を行えない。

この発明の目的は、筒形の被コーティング材の筒内面全
面に薄膜を形成することができる薄膜形成装置を提供す
ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の薄膜形成装置は、金属製の真空槽と、この真
空槽内にこの真空槽と電気的絶縁状態で配置された金属
製の筒形の被コーティング材と、前記真空槽内に前記真
空槽と電気的絶縁状、籾でかつ前記被コーティング材の
開口に臨むように配置されたアーク放電型の蒸発源と、
この蒸発源にアーク放電用電圧を印加するアーク電源と
、前記被コーティグ材と前記真空槽との間にバイアス電
圧を印加するバイアス電源と、前記真空槽と電気的接続
状態に設けられ、かつ前記被コーティング材の筒内空間
へ前記蒸発源が臨む開口と反対側の開口から進退自在に
挿入される可動の金属製の柱体とを備えている。

〔作用〕

この発明の構成によれば、真空槽と電気的接触状態に金
属製の可動の柱体を設け、この柱体を被コーティング材
の筒内空間へ進退自在に挿入する構成であるため、真空
槽と同電位の柱体が被コーティング材の筒内空間の電場
を歪ませ、柱体の先端付近の等電位線の間隔を狭くする
、すなわち電場を強くすることができ、柱体の先端付近
における被コーティング材の筒内面に対し充分なボンバ
ード処理あるいはイオン粒子の引き寄せを行うことがで
き、その部分に′Ｆ＃膜を効率良く形成することができ
る。したがって柱体の先端を順次被コーティング材の中
心軸方向に移動させることにより被コーティング材の筒
内面全面にわたって一様に薄膜を形成することができる
。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。この
薄膜形成装置は、第１図に示すように、金属製の真空［
１内の略中央に金属製の円筒形の被コーティング材２を
真空槽１と電気的に絶縁して配置するとともに、カソー
ドプレート３ａの中央部に例えばＴｉからなる蒸発材料
３ｂを￥１着した蒸発源３を真空槽１の（ＩＩＩ壁に設
けたｔａ孔１ａに真空槽１と電気的に絶縁して配置し、
さらにトリガ電極（図示せず）を真空槽１と電気的に絶
縁しかつ庫発源３と対向するように配置している。

この場合、蒸発源３は被コーティング材２の開口に富む
ように配置される。

また、真空槽１には、真空ポンプ（図示せず）と、Ａ「
などの不活性ガスまたはき１２などの反応性ガスを供給
するガス供給部（図示せず）が設けられている。

さらに、蒸発源３のカソードプレート３ａにアーク電源
５の陰極を接続するとともに真空槽ｌにアーク電源５の
陽極を接続し、真空槽１にバイアス電源６の陽極を接続
するとともに被コーティング材２にバイアス電源６の陰
極を接続している。

また、真空槽１の外面には、被コーティング材２の中心
軸と巻軸が略平行となる状態で被コーティング材２を包
囲する磁界発生用コイル４を巻装している。

また、真空槽１における貫通孔１ａを設けた側壁と対向
する側壁にｘｉ！孔１ａと同軸に貫通孔１ｂを形成し、
この貫通孔１ｂに金属製の円柱体などの柱体８を通し、
さらにこの柱体８を被コーティング材２の筒内空間へ基
発源３が臨む開口と反対側の開口から進退自在に挿入し
ている。この場合、柱体８は、真空槽１と電気的に接続
され、真空槽１と同電位になっている。なお、真空槽ｌ
と柱体８との間にはシール部材（図示せず）が設けられ
ており、真空槽１内の真空は確保されている。また、第
１図において、ｑｌ線で囲んだ斜線部Ａ′はプラズマ領
域を示し、矢印Ｂ′は磁界発生用コイル４による磁力線
を示し、一点鎖線Ｃ′は、バイアス電ｆＡ６による被コ
ーティング材２と真空槽１および柱体８との間の等電位
線を示している。

この実施例の薄膜形成装置は、真空槽１と電気的接触状
態に金属製の可動の柱体８を設け、この柱体８を被コー
ティング材２の筒内空間へ進退自在に挿入する構成であ
るため、真空槽１と同電位の柱体８が被コーティング材
２の筒内空間の電場を歪ませ、柱体８の先端付近の等電
位線（一点鎖線Ｃ’）の間隔を狭くする、すなわち電場
を強くすることができ、柱体８の先端付近における被コ
ーティング材２の筒内面に対し充分なボンバード処理あ
るいはイオン粒子の引き寄せを行うことができ、その部
分に薄膜を効率良く形成することができる。第１図にお
ける被コーティング材２のクロスハンチング部分が芸着
部位を示している。

したがって柱体８の先端を順次被コーティング材２の中
心軸方向に移動させることにより被コーティング材２の
筒内面全面にわたって一様に良く薄膜を形成することが
できる。

また、被コーティング材２の中心軸と巻軸が平行となる
状態で被コーティング材２を磁界発生用コイル４で包囲
したため、磁界発生用コイル４による磁力線（矢印Ｂ′
で示す）が筒形の被コーティング材２の筒内空間を通る
ことになり、イオン粒子が減速されに（（、被コーティ
ング材２の筒内空間の奥まで入りやすくなる。

なお、上記実施例は、被コーティングけ２が円筒形であ
ったが、これに限らず角筒形であっても同様に筒内面に
薄膜を形成できる。

〔発明の効果〕

この発明の薄膜形成装置によれば、真空槽と電気的接触
状態に金１製の可動の柱体を設け、この柱体を被コーテ
ィング材の筒内空間へ進退自在に挿入する構成であるた
め、真空槽と同電位の柱体が被コーティング材の筒内空
間の電場を歪ませ、柱体の先端付近の等電位線の間隔を
狭くする、すなわち電場を強くすることができ、柱体の
先端付近における被コーティング材の筒内面に対し充分
なボンバード処理あるいはイオン粒子の引き寄せを行う
ことができ、その部分に薄膜を効率良く形成することが
できる。したがって柱体の先端を順次被コーティング材
の中心軸方向に移動させることにより被コーティング材
の筒内面全面にわたって一様にｙ４膜を形成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のＦｉｆｌｊ！形成装置を
示す鷹略断面図、第２図は従来の薄膜形成装置の一例を
示す概略断面図である。 １・・・真空槽、２・・・被コーティング材、３・・・
茅発源、４・・・磁界発生用コイル、５・・・アーク電
源、６・・・バイアス電源、８・・・柱体 特許出願人　　日新１！機株式会社 よ：ｉノＬ″ジ之て＝ｔコづ 第１図 才）２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属製の真空槽と、この真空槽内にこの真空槽と電気的
   絶縁状態で配置された金属製の筒形の被コーティング材
   と、前記真空槽内に前記真空槽と電気的絶縁状態でかつ
   前記被コーティング材の開口に臨むように配置されたア
   ーク放電型の蒸発源と、この蒸発源にアーク放電用電圧
   を印加するアーク電源と、前記被コーティグ材と前記真
   空槽との間にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、
   前記真空槽と電気的接続状態に設けられ、かつ前記被コ
   ーティング材の筒内空間へ前記蒸発源が臨む開口と反対
   側の開口から進退自在に挿入される可動の金属製の柱体
   とを備えた薄膜形成装置。