JPH0310064A - 窒化物膜の形成方法 - Google Patents
窒化物膜の形成方法Info
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- JPH0310064A JPH0310064A JP14379989A JP14379989A JPH0310064A JP H0310064 A JPH0310064 A JP H0310064A JP 14379989 A JP14379989 A JP 14379989A JP 14379989 A JP14379989 A JP 14379989A JP H0310064 A JPH0310064 A JP H0310064A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、たとえば切削工具など耐摩耗性被覆膜など
として用いられる窒化チタン膜などのような窒化物膜の
形成方法に関するものである。
として用いられる窒化チタン膜などのような窒化物膜の
形成方法に関するものである。
第１図は真空アーク蒸着法に用いられる真空アーク放電
型Ｐ Ｖ Ｄ （Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔ４ｏｎ）装置を示す概念図である。排気口
２から図外の真空ポンプなどによって排気された真空容
器１にはガス導入口９から窒素ガスが導入され、そのガ
ス圧が０．５〜５０５Ｔｏｒｒとなるようにされる。真
空容器１内では、窒化物膜を形成すべき基材４がホルダ
５に固定されて配置され、この基材４に対向して前記窒
化物膜を構成するＴｌなどの金属からなる陰極３が設け
られている。陰極３の近傍にはトリガ電極８が設けられ
ており、このトリガ電極８と陰極３との間にはアーク電
源６からのアーク電圧が印加されている。
型Ｐ Ｖ Ｄ （Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔ４ｏｎ）装置を示す概念図である。排気口
２から図外の真空ポンプなどによって排気された真空容
器１にはガス導入口９から窒素ガスが導入され、そのガ
ス圧が０．５〜５０５Ｔｏｒｒとなるようにされる。真
空容器１内では、窒化物膜を形成すべき基材４がホルダ
５に固定されて配置され、この基材４に対向して前記窒
化物膜を構成するＴｌなどの金属からなる陰極３が設け
られている。陰極３の近傍にはトリガ電極８が設けられ
ており、このトリガ電極８と陰極３との間にはアーク電
源６からのアーク電圧が印加されている。
成膜に当たっては、トリガ電極８を陰極３に接触／離間
させてアーク放電を生じさせ、これによりトリガ電極８
と同電位となっている真空容器ｌと陰極３との間でのア
ーク放電を起こさせる。このアーク放電により、陰極３
を構成する金属が渾発してイオン化し、このイオン化し
た金属は、陰８ｉｉｉ３とホルダ５との間にバイアス１
ｌｔｆｉ７から与えられたバイアス電圧により加速され
て、基材４の表面に導かれる。このようにして、陰極３
を構成する金属とガス導入口９からの窒素ガスとの反応
を基材４の表面で生じさせることにより、基材４表面に
窒化物膜が形成される。この窒化物膜は、金属イオンが
加速されて基材４の表面に導かれるため、基材４に対し
て良好な密着性ををするものとなり、また高い成膜速度
で形成することができる。
させてアーク放電を生じさせ、これによりトリガ電極８
と同電位となっている真空容器ｌと陰極３との間でのア
ーク放電を起こさせる。このアーク放電により、陰極３
を構成する金属が渾発してイオン化し、このイオン化し
た金属は、陰８ｉｉｉ３とホルダ５との間にバイアス１
ｌｔｆｉ７から与えられたバイアス電圧により加速され
て、基材４の表面に導かれる。このようにして、陰極３
を構成する金属とガス導入口９からの窒素ガスとの反応
を基材４の表面で生じさせることにより、基材４表面に
窒化物膜が形成される。この窒化物膜は、金属イオンが
加速されて基材４の表面に導かれるため、基材４に対し
て良好な密着性ををするものとなり、また高い成膜速度
で形成することができる。
〔発明が解決しようとする課題］
陰極３と真空容器１との間でアーク放電が生じる場合、
陰極３の近傍の陰極点と呼ばれる領域で金属が溶融・暴
発するが、この蒸発した金属は大部分は前述のようにイ
オン化する。ところが暴発した金属の中には一部中性原
子が存在し、この中性原子の溶融粒子（ドロップレット
）が基材４方向に飛来して、基材４の表面に付着すると
、基材４表面に形成された窒化物膜表面の粗度が劣化す
る。すなわち前記ドロンブレットの付着により、基材４
の表面には数μｍ径の粒子が点在することになる。この
ため、基材４がたとえばＶＴＲなどの回転シリンダなど
のように磁気テープなどに摺接して用いられるものなど
である場合には、磁気テープを傷付けることになるなど
の問題が生しることになる。
陰極３の近傍の陰極点と呼ばれる領域で金属が溶融・暴
発するが、この蒸発した金属は大部分は前述のようにイ
オン化する。ところが暴発した金属の中には一部中性原
子が存在し、この中性原子の溶融粒子（ドロップレット
）が基材４方向に飛来して、基材４の表面に付着すると
、基材４表面に形成された窒化物膜表面の粗度が劣化す
る。すなわち前記ドロンブレットの付着により、基材４
の表面には数μｍ径の粒子が点在することになる。この
ため、基材４がたとえばＶＴＲなどの回転シリンダなど
のように磁気テープなどに摺接して用いられるものなど
である場合には、磁気テープを傷付けることになるなど
の問題が生しることになる。
この発明の目的は、表面粗度が格段に向上されるように
して良好な窒化物膜の形成が行われるようにした窒化物
膜の形成方法を提供することである。
して良好な窒化物膜の形成が行われるようにした窒化物
膜の形成方法を提供することである。
この発明では、前述の第１図に示した構成による真空ア
ーク蒸着法において、ガス導入口９からは窒素ガスとと
もに酸素ガスが導入される。
ーク蒸着法において、ガス導入口９からは窒素ガスとと
もに酸素ガスが導入される。
第１図に示された構成によって、陰極３からの金属材料
の蒸着中に、真空容器ｌ内にＡ、ｒやＨｅなどの不活性
ガス、窒素ガス、または酸素ガスなどを適量導入すると
、この導入されたガスにより陰極３の表面が汚染され、
これにより陰極３を構成する金属材料の仕事関数が低下
してアーク放電が生じ易くなる。このため、陰極３では
、ガスを導入しない場合に比較して陰極点の数が多くな
り、これによって陰極点１個当たりの電流が小さくなる
。これにより蒸発する粒子の大きさが小さくなることに
なる。この結果、基材４表面に付着するドロップレット
の大きさが小さくなり、基材４表面の窒化物膜の表面の
粗度が向上される。
の蒸着中に、真空容器ｌ内にＡ、ｒやＨｅなどの不活性
ガス、窒素ガス、または酸素ガスなどを適量導入すると
、この導入されたガスにより陰極３の表面が汚染され、
これにより陰極３を構成する金属材料の仕事関数が低下
してアーク放電が生じ易くなる。このため、陰極３では
、ガスを導入しない場合に比較して陰極点の数が多くな
り、これによって陰極点１個当たりの電流が小さくなる
。これにより蒸発する粒子の大きさが小さくなることに
なる。この結果、基材４表面に付着するドロップレット
の大きさが小さくなり、基材４表面の窒化物膜の表面の
粗度が向上される。
このような効果は、真空容器ｌに導入されるガスの種類
により異なるのであるが、窒素ガスとともに１Ｍｆｆ１
の酸素ガスを導入した場合に著しいことが本件発明者に
よって見出されている。すなわち、真空容器ｌ内に窒素
ガスとともに酸素ガスを導入することにより、基材４の
表面に良好な窒化物膜を形成させることができる。
により異なるのであるが、窒素ガスとともに１Ｍｆｆ１
の酸素ガスを導入した場合に著しいことが本件発明者に
よって見出されている。すなわち、真空容器ｌ内に窒素
ガスとともに酸素ガスを導入することにより、基材４の
表面に良好な窒化物膜を形成させることができる。
上記窒素ガスとともに導入される酸素ガスが多量である
場合には、基材４の表面に形成される膜は酸素を多く含
んだものとなり、また陰極３が酸素を吸収して絶縁物化
し、安定したアーク放電を行わせることができなくなる
という問題が生じる。
場合には、基材４の表面に形成される膜は酸素を多く含
んだものとなり、また陰極３が酸素を吸収して絶縁物化
し、安定したアーク放電を行わせることができなくなる
という問題が生じる。
また、酸素ガスが少ない場合には、基材４表面に付着す
るドロンプレットの大きさを充分に小さくすることがで
きなくなり、窒化物膜の表面粗度を充分に良好なものと
することができない。
るドロンプレットの大きさを充分に小さくすることがで
きなくなり、窒化物膜の表面粗度を充分に良好なものと
することができない。
このような理由から、真空容器ｌに導入される酸素ガス
の流量は、窒素ガスおよび酸素ガスの各分圧をそれぞれ
Ｐｕｔ、 Ｐｏ、とした場合に、ＰＭｔ≧５ Ｘ １
０−’Ｔｏｒｒ であって、酸素ガスの分圧ＰＯｚがｌＸｌ０−’〜ｌ
Ｘ １０−”Ｔｏｒｒの範囲であり、かつＰ （） ｚ
＜ Ｋ Ｐ ｄｉ なる条件が満たされることが好ましい。
の流量は、窒素ガスおよび酸素ガスの各分圧をそれぞれ
Ｐｕｔ、 Ｐｏ、とした場合に、ＰＭｔ≧５ Ｘ １
０−’Ｔｏｒｒ であって、酸素ガスの分圧ＰＯｚがｌＸｌ０−’〜ｌ
Ｘ １０−”Ｔｏｒｒの範囲であり、かつＰ （） ｚ
＜ Ｋ Ｐ ｄｉ なる条件が満たされることが好ましい。
第１図に示すＰＶＤ装置により、下記の条件で基材表面
に窒化チタン膜を成膜した。
に窒化チタン膜を成膜した。
陰極 ：Ｔｌ
基材 ： ５ＫＨ５１（千Ｕチン系高速度工具鋼鋼材
）（表面粗さＲ□８０．２μｍ） ガス圧カニ ｌ Ｘ Ｉ Ｑ−’〜３ Ｘ Ｉ ０−
３Ｔｏｒｒアーク電流：６０Ａ バイアス電圧ニー２ｏｏｖ 膜厚：ｌＩＩｍ このような条件下で、窒素ガスの分圧Ｐ Ｗ ｚと酸素
ガスの分圧Ｐｏ、とを変化させて成膜を行った場合の、
基材表面の粗度の測定結果が第２図に示されている。こ
の第２図において、表面粗さに関しては、シンボル’Ｏ
Ｊが最大高さＲ□８が０，５μｍ以下であることを示し
、シンボル「Δ」がＲ１、が１〜３４ｍであることを示
している。またシンボル「・」は形成された膜がチタン
の酸化物が主体の膜であったことを示し、シンボル「×
」は真空容器１と陰極３との間のアーク放電が安定に行
えなかったことを示している。
）（表面粗さＲ□８０．２μｍ） ガス圧カニ ｌ Ｘ Ｉ Ｑ−’〜３ Ｘ Ｉ ０−
３Ｔｏｒｒアーク電流：６０Ａ バイアス電圧ニー２ｏｏｖ 膜厚：ｌＩＩｍ このような条件下で、窒素ガスの分圧Ｐ Ｗ ｚと酸素
ガスの分圧Ｐｏ、とを変化させて成膜を行った場合の、
基材表面の粗度の測定結果が第２図に示されている。こ
の第２図において、表面粗さに関しては、シンボル’Ｏ
Ｊが最大高さＲ□８が０，５μｍ以下であることを示し
、シンボル「Δ」がＲ１、が１〜３４ｍであることを示
している。またシンボル「・」は形成された膜がチタン
の酸化物が主体の膜であったことを示し、シンボル「×
」は真空容器１と陰極３との間のアーク放電が安定に行
えなかったことを示している。
この第２図に示された測定結果から、第２図において二
点鎖線で囲まれた領域Ｓでは表面粗度の良好な窒化チタ
ン膜が形成されることが理解される。すなわち、窒素ガ
スの分圧Ｐ／／２が５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ以上で、かつ
酸素ガスの分圧ＰＯ２がｌ Ｘ １０−’〜Ｉ Ｘ １
０−”Ｔｏｒｒの範囲であり、かつＰ Ｏｚ ＜ ＋／
２Ｐ Ｍ ２ である場合には窒化チタンを生体とした良好な窒化チタ
ン膜が形成される。
点鎖線で囲まれた領域Ｓでは表面粗度の良好な窒化チタ
ン膜が形成されることが理解される。すなわち、窒素ガ
スの分圧Ｐ／／２が５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ以上で、かつ
酸素ガスの分圧ＰＯ２がｌ Ｘ １０−’〜Ｉ Ｘ １
０−”Ｔｏｒｒの範囲であり、かつＰ Ｏｚ ＜ ＋／
２Ｐ Ｍ ２ である場合には窒化チタンを生体とした良好な窒化チタ
ン膜が形成される。
なお、第２図の領域Ｓにおける膜は、真空容器１内に窒
素ガスのみを導入した場合に比較して色調がやや褐色で
あり、かつ膜中に比較的多くの酸素が含有されており、
その硬さは化学量論組成がＴｉＮである膜と同程度であ
る。
素ガスのみを導入した場合に比較して色調がやや褐色で
あり、かつ膜中に比較的多くの酸素が含有されており、
その硬さは化学量論組成がＴｉＮである膜と同程度であ
る。
以上のようにこの発明の窒化物膜の形成方法によれば、
表面粗度が格段に向上された、すなわち表面が滑らかな
良好な窒化物膜を基材表面に形成することができるよう
になる。これによって、たとえば窒化物膜で被覆した基
材が磁気テープなどに摺接する部材などとして用いられ
る場合などには、磁気テープに損傷を与えることが防が
れる。
表面粗度が格段に向上された、すなわち表面が滑らかな
良好な窒化物膜を基材表面に形成することができるよう
になる。これによって、たとえば窒化物膜で被覆した基
材が磁気テープなどに摺接する部材などとして用いられ
る場合などには、磁気テープに損傷を与えることが防が
れる。
第１図は真空アーク放電型ＰＶＤ装置の基本的な構成を
示す概念図、第２図はこの発明の一実施例に従って形成
した窒化チタン膜の表面粗度と窒素ガスおよび酸素ガス
の各分圧との関係を示す図である。 １・・・真空容器、３・・・陰極、４・・・基材、９・
・・ガス導入口
示す概念図、第２図はこの発明の一実施例に従って形成
した窒化チタン膜の表面粗度と窒素ガスおよび酸素ガス
の各分圧との関係を示す図である。 １・・・真空容器、３・・・陰極、４・・・基材、９・
・・ガス導入口
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 真空容器と金属材料で構成した陰極との間のアーク放
電により、前記陰極から前記金属材料の金属イオンを生
じさせ、この金属イオンと前記真空容器内に導入した窒
素ガスとの反応により基材表面に前記金属材料の窒化物
膜を形成させる窒化物膜の形成方法において、 前記真空容器内に窒素ガスとともに酸素ガスを導入する
ことを特徴とする窒化物膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14379989A JPH0310064A (ja) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | 窒化物膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14379989A JPH0310064A (ja) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | 窒化物膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0310064A true JPH0310064A (ja) | 1991-01-17 |
Family
ID=15347252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14379989A Pending JPH0310064A (ja) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | 窒化物膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0310064A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101676389B1 (ko) * | 2015-12-18 | 2016-11-18 | 김강민 | 환기장치 내장형 모자 |
-
1989
- 1989-06-05 JP JP14379989A patent/JPH0310064A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101676389B1 (ko) * | 2015-12-18 | 2016-11-18 | 김강민 | 환기장치 내장형 모자 |
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