JPH1068068A - 化合物薄膜の形成方法 - Google Patents
化合物薄膜の形成方法Info
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- JPH1068068A JPH1068068A JP24433196A JP24433196A JPH1068068A JP H1068068 A JPH1068068 A JP H1068068A JP 24433196 A JP24433196 A JP 24433196A JP 24433196 A JP24433196 A JP 24433196A JP H1068068 A JPH1068068 A JP H1068068A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アーク式蒸発源の陰極からのドロップレット
の飛散を抑制して、平滑性の高い化合物薄膜を形成する
ことができる方法を提供する。 【解決手段】 アーク式蒸発源１４の陰極１６に、元
素周期表の４Ａ族金属、５Ａ族金属もしくは６Ａ族金属
の窒化物、または、これらの金属同士の合金の窒化物
を用いる。
の飛散を抑制して、平滑性の高い化合物薄膜を形成する
ことができる方法を提供する。 【解決手段】 アーク式蒸発源１４の陰極１６に、元
素周期表の４Ａ族金属、５Ａ族金属もしくは６Ａ族金属
の窒化物、または、これらの金属同士の合金の窒化物
を用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば工具、金
型、装飾品等の耐摩耗性を向上させること等に用いられ
るものであって、いわゆるアーク式イオンプレーティン
グ法によって基材の表面に、元素周期表の４Ａ、５Ａも
しくは６Ａ族金属またはこれら同士と反応性ガスとが化
合した化合物薄膜を形成する方法に関し、より具体的に
は、アーク式蒸発源の陰極からのドロップレットの飛散
を抑制して化合物薄膜表面の平滑性を向上させる方法に
関する。
型、装飾品等の耐摩耗性を向上させること等に用いられ
るものであって、いわゆるアーク式イオンプレーティン
グ法によって基材の表面に、元素周期表の４Ａ、５Ａも
しくは６Ａ族金属またはこれら同士と反応性ガスとが化
合した化合物薄膜を形成する方法に関し、より具体的に
は、アーク式蒸発源の陰極からのドロップレットの飛散
を抑制して化合物薄膜表面の平滑性を向上させる方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】アーク式イオンプレーティング法は、ア
ーク放電によって陰極を溶解させるアーク式蒸発源を用
いて、真空容器内に反応性ガスを導入すると共に基材に
０または負のバイアス電圧を印加した状態で、基材の表
面に、陰極構成物質と反応性ガスとが化合した化合物薄
膜を形成する方法であり、薄膜の密着性、生産性等の点
で優れた薄膜形成方法である。
ーク放電によって陰極を溶解させるアーク式蒸発源を用
いて、真空容器内に反応性ガスを導入すると共に基材に
０または負のバイアス電圧を印加した状態で、基材の表
面に、陰極構成物質と反応性ガスとが化合した化合物薄
膜を形成する方法であり、薄膜の密着性、生産性等の点
で優れた薄膜形成方法である。
【０００３】このようなアーク式イオンプレーティング
法において、基材の表面に、元素周期表の４Ａ、５Ａも
しくは６Ａ族金属またはこれら同士と反応性ガスとが化
合した化合物薄膜を形成するには、例えば図１に示すよ
うな装置を用いる。
法において、基材の表面に、元素周期表の４Ａ、５Ａも
しくは６Ａ族金属またはこれら同士と反応性ガスとが化
合した化合物薄膜を形成するには、例えば図１に示すよ
うな装置を用いる。
【０００４】この装置は、図示しない真空排気装置によ
って真空排気される真空容器２と、この真空容器２内に
設けられていて基材８を保持するホルダ１０と、この基
材８に向くように真空容器２の壁面に取り付けられたア
ーク式蒸発源１４とを備えている。
って真空排気される真空容器２と、この真空容器２内に
設けられていて基材８を保持するホルダ１０と、この基
材８に向くように真空容器２の壁面に取り付けられたア
ーク式蒸発源１４とを備えている。
【０００５】アーク式蒸発源１４は、陰極１６と陽極兼
用の真空容器２（但し陽極を設ける場合もある）との間
のアーク放電によって陰極１６を局部的に溶解させて陰
極物質１８を蒸発させるものである。陰極１６と真空容
器２との間には、直流のアーク電源２０から、前者を負
側にして、例えば数十Ｖ〜数百Ｖ程度のアーク放電電圧
が印加される。これによって、陰極１６に例えば数十Ａ
〜３００Ａ程度のアーク電流を流せるようにしている。
陰極１６は、元素周期表の４Ａ族金属（即ちＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ）、５Ａ族金属（即ちＶ、Ｎｂ、Ｔａ）もしく
は６Ａ族金属（即ちＣｒ、Ｍｏ、Ｗ）またはこれら同士
の合金から成る。
用の真空容器２（但し陽極を設ける場合もある）との間
のアーク放電によって陰極１６を局部的に溶解させて陰
極物質１８を蒸発させるものである。陰極１６と真空容
器２との間には、直流のアーク電源２０から、前者を負
側にして、例えば数十Ｖ〜数百Ｖ程度のアーク放電電圧
が印加される。これによって、陰極１６に例えば数十Ａ
〜３００Ａ程度のアーク電流を流せるようにしている。
陰極１６は、元素周期表の４Ａ族金属（即ちＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ）、５Ａ族金属（即ちＶ、Ｎｂ、Ｔａ）もしく
は６Ａ族金属（即ちＣｒ、Ｍｏ、Ｗ）またはこれら同士
の合金から成る。
【０００６】真空容器２内には、ガス導入口４から、上
記陰極物質１８と反応して化合物を形成する反応性ガス
６が導入される。この反応性ガス６は、具体的には窒
素、酸素および炭素の内の一つ以上の元素を含むガス、
より具体的には窒素ガス、酸素ガス、炭化水素系ガスま
たはこれらの混合ガス等である。
記陰極物質１８と反応して化合物を形成する反応性ガス
６が導入される。この反応性ガス６は、具体的には窒
素、酸素および炭素の内の一つ以上の元素を含むガス、
より具体的には窒素ガス、酸素ガス、炭化水素系ガスま
たはこれらの混合ガス等である。
【０００７】ホルダ１０およびそれに保持された基材８
には、直流のバイアス電源２２から、例えば、−２００
０Ｖ程度以下の、より具体的には０Ｖ〜−１０００Ｖ程
度のバイアス電圧が印加される。
には、直流のバイアス電源２２から、例えば、−２００
０Ｖ程度以下の、より具体的には０Ｖ〜−１０００Ｖ程
度のバイアス電圧が印加される。
【０００８】成膜時は、真空容器２内を例えば１×１０
-5Ｔｏｒｒ以下になるまで真空排気した後、真空容器２
内に上記のような反応性ガス６を導入すると共に、基材
８にバイアス電源２２から例えば−数百Ｖ程度のバイア
ス電圧を印加した状態で、アーク式蒸発源１４において
アーク放電を行わせる。それによって、陰極１６から陰
極物質１８が蒸発させられる。この陰極物質１８の一部
はイオン化しており、それは、０または負のバイアス電
圧が印加された基材８に引き付けられて衝突すると共
に、周りの反応性ガス６と反応し、それによって基材８
の表面に化合物薄膜が形成される。バイアス電圧が０Ｖ
であっても、基材８に負のバイアス電圧を印加した場合
と同様に化合物薄膜が形成されるのは、次の理由によ
る。即ち、アーク放電熱によって陰極１６が溶融し、金
属原子、金属粒子等が陰極１６から飛び出すが、金属原
子は電子と衝突して金属イオンになり、これが陰極近傍
で正の電位のクラウドを形成するため、基材８に印加さ
れるバイアス電圧が０Ｖであっても、陰極１６と基材８
間で電位勾配が生じ、この電位勾配によって金属イオン
は基材８に向けて引きつけられ加速されて基材８に衝突
すると共に、その際に周りの反応性ガスと反応し、それ
によって基材８の表面に化合物薄膜が形成される。基材
８に０Ｖのバイアス電圧を印加するということは、具体
的には、バイアス電源２２の出力電圧を０Ｖにすること
であり、換言すれば基材８にバイアス電圧を印加しない
ことであり、従ってこの場合はバイアス電源２２を設け
ずに基材８を単に接地（アース）しておいても良い。
-5Ｔｏｒｒ以下になるまで真空排気した後、真空容器２
内に上記のような反応性ガス６を導入すると共に、基材
８にバイアス電源２２から例えば−数百Ｖ程度のバイア
ス電圧を印加した状態で、アーク式蒸発源１４において
アーク放電を行わせる。それによって、陰極１６から陰
極物質１８が蒸発させられる。この陰極物質１８の一部
はイオン化しており、それは、０または負のバイアス電
圧が印加された基材８に引き付けられて衝突すると共
に、周りの反応性ガス６と反応し、それによって基材８
の表面に化合物薄膜が形成される。バイアス電圧が０Ｖ
であっても、基材８に負のバイアス電圧を印加した場合
と同様に化合物薄膜が形成されるのは、次の理由によ
る。即ち、アーク放電熱によって陰極１６が溶融し、金
属原子、金属粒子等が陰極１６から飛び出すが、金属原
子は電子と衝突して金属イオンになり、これが陰極近傍
で正の電位のクラウドを形成するため、基材８に印加さ
れるバイアス電圧が０Ｖであっても、陰極１６と基材８
間で電位勾配が生じ、この電位勾配によって金属イオン
は基材８に向けて引きつけられ加速されて基材８に衝突
すると共に、その際に周りの反応性ガスと反応し、それ
によって基材８の表面に化合物薄膜が形成される。基材
８に０Ｖのバイアス電圧を印加するということは、具体
的には、バイアス電源２２の出力電圧を０Ｖにすること
であり、換言すれば基材８にバイアス電圧を印加しない
ことであり、従ってこの場合はバイアス電源２２を設け
ずに基材８を単に接地（アース）しておいても良い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】アーク式蒸発源を用い
る上記ような成膜方法は、アークで直接陰極１６を溶
解させるため、しかもアーク電流を容易に大きくするこ
とができるため、生産性が高い、アーク式蒸発源１４
から蒸発させられる陰極物質１８中には、イオン化した
粒子が大きな割合で含まれており、それを０または負の
バイアス電圧によって基材８に向けて加速して基材８に
衝突させることができるため、密着性の高い薄膜の形成
が可能である、という利点を有している反面、陰極１６
から細かい陰極物質１８と共に大きな塊の陰極物質（こ
れはドロップレットと呼ばれる）も同時に発生し、これ
が基材表面に飛来して付着するため、薄膜表面の平滑性
が悪い（即ち薄膜の表面粗度が悪い）、という欠点を有
している。また、このドロップレット部分の密着性が弱
く、これが耐摩耗性や耐食性に悪影響を及ぼすという問
題もある。
る上記ような成膜方法は、アークで直接陰極１６を溶
解させるため、しかもアーク電流を容易に大きくするこ
とができるため、生産性が高い、アーク式蒸発源１４
から蒸発させられる陰極物質１８中には、イオン化した
粒子が大きな割合で含まれており、それを０または負の
バイアス電圧によって基材８に向けて加速して基材８に
衝突させることができるため、密着性の高い薄膜の形成
が可能である、という利点を有している反面、陰極１６
から細かい陰極物質１８と共に大きな塊の陰極物質（こ
れはドロップレットと呼ばれる）も同時に発生し、これ
が基材表面に飛来して付着するため、薄膜表面の平滑性
が悪い（即ち薄膜の表面粗度が悪い）、という欠点を有
している。また、このドロップレット部分の密着性が弱
く、これが耐摩耗性や耐食性に悪影響を及ぼすという問
題もある。
【００１０】そこでこの発明は、アーク式蒸発源の陰極
からのドロップレットの飛散を抑制して、平滑性の高い
化合物薄膜を形成することができる方法を提供すること
を主たる目的とする。
からのドロップレットの飛散を抑制して、平滑性の高い
化合物薄膜を形成することができる方法を提供すること
を主たる目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の化合物薄膜の
形成方法は、前記アーク式蒸発源の陰極に、元素周期表
の４Ａ、５Ａもしくは６Ａ族金属の窒化物またはこれら
の金属同士の合金の窒化物を用いることを特徴とする。
形成方法は、前記アーク式蒸発源の陰極に、元素周期表
の４Ａ、５Ａもしくは６Ａ族金属の窒化物またはこれら
の金属同士の合金の窒化物を用いることを特徴とする。
【００１２】上記のようないわゆる高融点金属またはそ
れら同士の合金の窒化物は、いずれも導電性の化合物で
あるため、それらをアーク式蒸発源の陰極として使用す
ることができる。
れら同士の合金の窒化物は、いずれも導電性の化合物で
あるため、それらをアーク式蒸発源の陰極として使用す
ることができる。
【００１３】しかもこのような高融点金属の窒化物また
はそのような金属同士の合金の窒化物は、元の高融点金
属等よりも更に融点が高いので、それらを陰極に用いた
場合、アークによる溶融部が陰極表面で多数に細かく分
散される。その結果、陰極表面での粗大溶融部の発生が
抑制され、ドロップレットの発生および飛散が抑制され
る。従って、基材の表面に平滑性の高い化合物薄膜を形
成することができる。
はそのような金属同士の合金の窒化物は、元の高融点金
属等よりも更に融点が高いので、それらを陰極に用いた
場合、アークによる溶融部が陰極表面で多数に細かく分
散される。その結果、陰極表面での粗大溶融部の発生が
抑制され、ドロップレットの発生および飛散が抑制され
る。従って、基材の表面に平滑性の高い化合物薄膜を形
成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明に係る化合物薄膜の形成
方法の実施においても、例えば図１に示した装置を用い
る。但し、そのアーク式蒸発源１４の陰極１６の材料が
前述した従来例とは異なる。
方法の実施においても、例えば図１に示した装置を用い
る。但し、そのアーク式蒸発源１４の陰極１６の材料が
前述した従来例とは異なる。
【００１５】即ち、この発明に係る方法では、上記陰極
１６に、元素周期表の４Ａ族金属（即ちＴｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ）、５Ａ族金属（即ちＶ、Ｎｂ、Ｔａ）もしくは６
Ａ族金属（即ちＣｒ、Ｍｏ、Ｗ）の窒化物（例えばＴｉ
Ｎ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、
ＭｏＮ、ＷＮ）、または、これら金属同士の合金（例
えばＴｉＺｒ）の窒化物（例えばＴｉＺｒＮ）を用い
る。
１６に、元素周期表の４Ａ族金属（即ちＴｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ）、５Ａ族金属（即ちＶ、Ｎｂ、Ｔａ）もしくは６
Ａ族金属（即ちＣｒ、Ｍｏ、Ｗ）の窒化物（例えばＴｉ
Ｎ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、
ＭｏＮ、ＷＮ）、または、これら金属同士の合金（例
えばＴｉＺｒ）の窒化物（例えばＴｉＺｒＮ）を用い
る。
【００１６】陰極１６の材料以外のもの、例えば真空容
器２内に導入する反応性ガス６の種類、基材８に印加す
るバイアス電圧の大きさ等は、前述した従来例の場合と
同様である。
器２内に導入する反応性ガス６の種類、基材８に印加す
るバイアス電圧の大きさ等は、前述した従来例の場合と
同様である。
【００１７】上記のようないわゆる高融点金属またはそ
れら同士の合金の窒化物は、いずれも導電性の化合物で
あるため、それらをアーク式蒸発源１４の陰極１６とし
て使用することができる。導電性でなければ、それに電
流を流すことができないので、陰極１６として使用する
ことはできない。
れら同士の合金の窒化物は、いずれも導電性の化合物で
あるため、それらをアーク式蒸発源１４の陰極１６とし
て使用することができる。導電性でなければ、それに電
流を流すことができないので、陰極１６として使用する
ことはできない。
【００１８】しかもこのような高融点金属の窒化物また
はそのような金属同士の合金の窒化物は、元の高融点金
属等よりも更に融点が高い（例えば、Ｔｉの融点が約１
９００℃であるのに対してＴｉＮのそれは約２９００
℃）ので、それを陰極１６に用いた場合、アークによる
溶融部が陰極表面で多数に細かく分散される。その結
果、陰極表面での粗大溶融部の発生が抑制され、ドロッ
プレットの発生および飛散が抑制される。従って、基材
８の表面に平滑性の高い、即ち表面粗度の良好な化合物
薄膜を形成することができる。
はそのような金属同士の合金の窒化物は、元の高融点金
属等よりも更に融点が高い（例えば、Ｔｉの融点が約１
９００℃であるのに対してＴｉＮのそれは約２９００
℃）ので、それを陰極１６に用いた場合、アークによる
溶融部が陰極表面で多数に細かく分散される。その結
果、陰極表面での粗大溶融部の発生が抑制され、ドロッ
プレットの発生および飛散が抑制される。従って、基材
８の表面に平滑性の高い、即ち表面粗度の良好な化合物
薄膜を形成することができる。
【００１９】
【実施例】図１に示したような装置を用いて、アーク式
蒸発源１４の陰極１６の材料および真空容器２内に導入
する反応性ガス６を様々に変えて成膜を行った結果を表
１にまとめて示す。
蒸発源１４の陰極１６の材料および真空容器２内に導入
する反応性ガス６を様々に変えて成膜を行った結果を表
１にまとめて示す。
【００２０】その場合、陰極１６の直径はいずれも１０
０ｍｍとし、基材８には高速度鋼製平板を用い、真空容
器２内を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下になるまで真空排気し
た後、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧−２００Ｖ、
真空容器２内のガス分圧を表１中に示すとおりで、膜厚
が１μｍになるまで成膜を行った。もっとも、アーク電
流とガス圧はアーク放電が維持できる範囲の値であれば
良く、例えばアーク電流は３０Ａ〜３００Ａ程度、ガス
圧は１×１０-5Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ程度あれば良い。
基材８に印加する０または負のバイアス電圧の大きさ
（絶対値）は、例えば２０００Ｖ程度以下であれば良
い。
０ｍｍとし、基材８には高速度鋼製平板を用い、真空容
器２内を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下になるまで真空排気し
た後、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧−２００Ｖ、
真空容器２内のガス分圧を表１中に示すとおりで、膜厚
が１μｍになるまで成膜を行った。もっとも、アーク電
流とガス圧はアーク放電が維持できる範囲の値であれば
良く、例えばアーク電流は３０Ａ〜３００Ａ程度、ガス
圧は１×１０-5Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ程度あれば良い。
基材８に印加する０または負のバイアス電圧の大きさ
（絶対値）は、例えば２０００Ｖ程度以下であれば良
い。
【００２１】
【表１】 ○：良、×：不可
【００２２】この表から分かるように、陰極材料に、高
融点金属またはそれら同士の合金そのものを用いた比較
例１〜７に比べて、そのような金属または合金の窒化物
を用いた実施例１〜７においては、いずれも、膜の最大
表面粗さおよび平均表面粗さが小さく、表面粗度の良好
な、即ち表面の平滑性の高い化合物薄膜を形成すること
ができた。
融点金属またはそれら同士の合金そのものを用いた比較
例１〜７に比べて、そのような金属または合金の窒化物
を用いた実施例１〜７においては、いずれも、膜の最大
表面粗さおよび平均表面粗さが小さく、表面粗度の良好
な、即ち表面の平滑性の高い化合物薄膜を形成すること
ができた。
【００２３】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記の
ような高融点金属の窒化物またはそのような金属同士の
合金の窒化物は、元の高融点金属等よりも更に融点が高
いので、それを陰極に用いることによって、アークによ
る溶融部が陰極表面で多数に細かく分散される。その結
果、陰極表面での粗大溶融部の発生が抑制され、ドロッ
プレットの発生および飛散が抑制される。従って、基材
の表面に平滑性の高い化合物薄膜を形成することができ
る。
ような高融点金属の窒化物またはそのような金属同士の
合金の窒化物は、元の高融点金属等よりも更に融点が高
いので、それを陰極に用いることによって、アークによ
る溶融部が陰極表面で多数に細かく分散される。その結
果、陰極表面での粗大溶融部の発生が抑制され、ドロッ
プレットの発生および飛散が抑制される。従って、基材
の表面に平滑性の高い化合物薄膜を形成することができ
る。
【００２４】その結果、高い寸法精度を必要とする部品
への被膜が可能になる、表面に光沢が生まれ装飾品への
利用可能性が拡大する、薄膜表面の凹凸が減り摩擦が低
減されるので被膜品の耐摩耗性が向上する、等の更なる
効果を奏することができる。
への被膜が可能になる、表面に光沢が生まれ装飾品への
利用可能性が拡大する、薄膜表面の凹凸が減り摩擦が低
減されるので被膜品の耐摩耗性が向上する、等の更なる
効果を奏することができる。
【図１】アーク式イオンプレーティング法によって基材
表面に化合物薄膜を形成する装置の一例を示す断面図で
ある。
表面に化合物薄膜を形成する装置の一例を示す断面図で
ある。
２ 真空容器 ６ 反応性ガス ８ 基材 １４ アーク式蒸発源 １６ 陰極 １８ 陰極物質 ２２ バイアス電源
Claims (1)
- 【請求項１】 アーク放電によって陰極を溶解させるア
ーク式蒸発源を用いて、真空容器内に反応性ガスを導入
すると共に基材に０または負のバイアス電圧を印加した
状態で、基材の表面に、元素周期表の４Ａ、５Ａもしく
は６Ａ族金属またはこれら同士の合金と反応性ガスとが
化合した化合物薄膜を形成する方法において、前記アー
ク式蒸発源の陰極に、元素周期表の４Ａ、５Ａもしくは
６Ａ族金属の窒化物またはこれらの金属同士の合金の窒
化物を用いることを特徴とする化合物薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24433196A JPH1068068A (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | 化合物薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24433196A JPH1068068A (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | 化合物薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068068A true JPH1068068A (ja) | 1998-03-10 |
Family
ID=17117126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24433196A Pending JPH1068068A (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | 化合物薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1068068A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102312196A (zh) * | 2010-07-07 | 2012-01-11 | 中国科学院金属研究所 | 移动式弧光放电离子镀膜设备及其应用 |
-
1996
- 1996-08-26 JP JP24433196A patent/JPH1068068A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102312196A (zh) * | 2010-07-07 | 2012-01-11 | 中国科学院金属研究所 | 移动式弧光放电离子镀膜设备及其应用 |
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