JP2018031058A - Arc type film deposition apparatus and film deposition method - Google Patents

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尚登 岡崎
Naoto Okazaki
尚登 岡崎
勝則 東海
Katsunori Tokai
勝則 東海
慎也 藤井
Shinya Fujii
慎也 藤井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an arc type film deposition technique enabled to deposit a smooth DLC film stably by suppressing that disintegrated particles discharged from a cathode during an arc discharge from being taken into a DLC film being formed.SOLUTION: An arc type film deposition apparatus comprises: cathode holding means for holding a rod-shaped cathode; substrate holding means for holding a substrate; a vacuum chamber, in which the cathode holding means and substrate holding means are accommodated; an arc electric source connected between the cathode and an anode; discharge starting means for establishing an arc spot on the outer circumference of a rod-shaped cathode; and magnetic field generating means arranged in an annular shape around a cathode for generating a magnetic field, in which magnetic lines extend along the axial direction of the cathode, and is constituted to form a carbon film on the substrate surface by generating an arc spot on the outer circumference of the cathode thereby to sublimate the carbon on the outer circumference of the cathode. The carbon on the outer circumference of the cathode is sublimated, the distance of the arc discharge is made longer as the arc spot comes closer to the root of the cathode.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金型、自動車部品、工具等の基材の表面にカーボンを主成分とする薄膜を成膜するアーク式成膜装置および前記アーク式成膜装置を用いた成膜方法に関する。   The present invention relates to an arc type film forming apparatus for forming a thin film mainly composed of carbon on the surface of a substrate such as a mold, an automobile part, or a tool, and a film forming method using the arc type film forming apparatus.

一般にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜と呼ばれるカーボンを主成分とする硬質炭素膜は、低摩擦性および耐溶着性に優れた材料として近年注目されている。このようなＤＬＣ膜は、カーボン原料として炭化水素ガスを使用して成膜される水素含有のＤＬＣ膜と、カーボン原料として固体カーボンを使用して成膜される水素フリーのＤＬＣ膜とに大別され、この内でも、特に、水素フリーのＤＬＣ膜は、高硬度で耐熱性が高く、また、油中における摩擦係数が小さいため、レンズ成形用の金型、自動車部品、工具等の基材の表面処理膜として使用されている。   In general, a hard carbon film mainly composed of carbon called a DLC (diamond-like carbon) film has attracted attention as a material excellent in low friction and welding resistance. Such DLC films are roughly classified into hydrogen-containing DLC films formed using hydrocarbon gas as a carbon material and hydrogen-free DLC films formed using solid carbon as a carbon material. Among these, in particular, the hydrogen-free DLC film has high hardness and high heat resistance, and also has a small coefficient of friction in oil, so that it can be used for base materials such as molds for lens molding, automobile parts, and tools. Used as a surface treatment film.

このような水素フリーのＤＬＣ膜は、一般にスパッタ法を用いて成膜されているが、スパッタ法では生産性を上げることが難しく、また、成膜されたＤＬＣ膜の膜質も十分とは言えなかったため、近年では、アーク法を用いた成膜が好ましく用いられている（例えば特許文献１参照）。   Such a hydrogen-free DLC film is generally formed by sputtering, but it is difficult to increase productivity by sputtering, and the film quality of the formed DLC film is not sufficient. Therefore, in recent years, film formation using the arc method is preferably used (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１４−６２３２６号公報JP 2014-62326 A

しかしながら、アーク式成膜装置を用いて基材表面にＤＬＣ膜を成膜した場合、成膜時、アーク放電中に陰極から直径数μｍ〜数百μｍの大きな粒子（粉砕粒子、マクロパーティクル）が放出されて、成膜中のＤＬＣ膜に取り込まれて、本来平滑であるべきＤＬＣ膜の表面が、図１４に示すように、粗くなってしまうことがある。   However, when a DLC film is formed on the surface of a substrate using an arc type film forming apparatus, large particles (milled particles, macro particles) having a diameter of several μm to several hundred μm from the cathode during arc discharge during film formation. The surface of the DLC film that is released and taken into the DLC film being formed and should be smooth may become rough as shown in FIG.

このような粉砕粒子が取り込まれて表面が粗くなったＤＬＣ膜が成膜されたレンズ成形用の金型を用いてレンズを成形すると、成形後のレンズにピンホールが形成されてしまいレンズの品質が低下する恐れがある。このため、ダクトや磁場を用いて、ＤＬＣ膜内に粉砕粒子が取り込まれることを抑制するための技術として、ＦＶＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ）法が開発され、実用化されているが、ダクトや磁場を設けることで装置が高価となる上、成膜レートが従来のアーク法の１／５程度と遅くなるという問題点があった。   When a lens is molded using a lens molding die having a DLC film that has been roughened by incorporating such pulverized particles, pinholes are formed in the molded lens, resulting in lens quality. May decrease. For this reason, the FVA (Filtered Vacuum Arc) method has been developed and put into practical use as a technique for suppressing the incorporation of pulverized particles into the DLC film using a duct or a magnetic field. The provision of the apparatus increases the cost of the apparatus and slows the film formation rate to about 1/5 that of the conventional arc method.

また、ピストンリング、バルブリフター、ピストンピンなどの自動車部品や工具等にＤＬＣ膜を成膜する際に粉砕粒子が取り込まれると、その粉砕粒子が剥離の起点となり、自動車部品や工具等の品質の低下を招く恐れがある。   In addition, when pulverized particles are taken in when a DLC film is formed on automobile parts and tools such as piston rings, valve lifters, and piston pins, the pulverized particles become the starting point of peeling, and the quality of automobile parts and tools, etc. There is a risk of lowering.

また、粉砕粒子をラップ等で取り除くという処理も行なわれているが、余分な工数（コスト）がかかるという問題がある。   Further, a process of removing the pulverized particles by lapping or the like is also performed, but there is a problem that extra man-hours (cost) are required.

そこで、本発明は、アーク式成膜装置を用いてＤＬＣ膜を成膜するに際して、アーク放電中に陰極から放出された粉砕粒子が成膜中のＤＬＣ膜に取り込まれることを抑制することにより、平滑なＤＬＣ膜を安定して成膜することができるアーク式成膜技術を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention, when forming a DLC film using an arc-type film forming apparatus, by suppressing the pulverized particles released from the cathode during arc discharge from being taken into the DLC film being formed, It is an object of the present invention to provide an arc type film forming technique capable of stably forming a smooth DLC film.

本発明者は、上記課題の解決について検討するにあたって、まず、粉砕粒子の放出のメカニズムについて詳細に検討を行った。   In examining the solution of the above problems, the present inventor first examined in detail the mechanism of release of pulverized particles.

図１５は従来の真空アーク蒸着法を説明する側面図である。一般に真空アーク蒸着法においては、図１５に示すようにアーク放電によって陰極４の先端に高温のアークスポットＸが形成され、このアークスポットＸの高温によって陰極４のカーボンが昇華し、昇華したカーボンＰが対向する基材２０の表面に蒸着されることによりＤＬＣ膜が成膜される。   FIG. 15 is a side view for explaining a conventional vacuum arc deposition method. In general, in the vacuum arc deposition method, as shown in FIG. 15, a high temperature arc spot X is formed at the tip of the cathode 4 by arc discharge, and the carbon of the cathode 4 is sublimated by the high temperature of the arc spot X. Is deposited on the surface of the opposing substrate 20 to form a DLC film.

本発明者は、従来の真空アーク蒸着法においては、基材２０の表面に向けて粉砕粒子４３が放出されているために基材２０に成膜されたＤＬＣ膜に粉砕粒子４３が取り込まれていると考え、これを防止するためには、アークスポットＸを陰極４の外周面に生じさせて成膜を行えばよいと考えた。   In the conventional vacuum arc deposition method, the present inventor has taken the pulverized particles 43 into the DLC film formed on the substrate 20 because the pulverized particles 43 are released toward the surface of the substrate 20. In order to prevent this, it was considered that the film formation may be performed by generating the arc spot X on the outer peripheral surface of the cathode 4.

そして実験の結果、図１に示すように、アークスポットＸを陰極４の外周面に生じさせた場合、粉砕粒子４３は基材２０の表面に向けては放出されないため、ＤＬＣ膜に粉砕粒子４３が取り込まれず、図２に示すような平滑なＤＬＣ膜を成膜することができることが確認できた。   As a result of the experiment, as shown in FIG. 1, when the arc spot X is generated on the outer peripheral surface of the cathode 4, the pulverized particles 43 are not released toward the surface of the base material 20, and thus the pulverized particles 43 are formed on the DLC film. It was confirmed that a smooth DLC film as shown in FIG. 2 could be formed.

しかしながら、上記のような成膜方法の実施に際しては、以下に示すような種々の問題を解決する必要があることが分かったため、本発明者はさらに実験と検討を行った。なお、図１は陰極の外周面にアークスポットを生じさせる真空アーク蒸着法を模式的に示す側面図であり、図２は上記した真空アーク蒸着法により成膜されたＤＬＣ膜の表面状態を示す写真である。   However, since it has been found that it is necessary to solve various problems as described below when implementing the film forming method as described above, the present inventor further conducted experiments and studies. FIG. 1 is a side view schematically showing a vacuum arc vapor deposition method for generating an arc spot on the outer peripheral surface of the cathode, and FIG. 2 shows a surface state of a DLC film formed by the vacuum arc vapor deposition method described above. It is a photograph.

即ち、アーク放電を開始させる際に用いられる放電開始手段としてのトリガー電極が陰極に接触する位置を、従来の陰極の先端部から外周面に変更してアーク放電を行った場合には、アークスポットＸを陰極の外周面に生じさせることができ、粉砕粒子４３が基材２０に向けて放出されなくなるが、図１に示すように、アークスポットＸにおいて昇華したカーボンＰも、基材２０に向けて飛散しないため、成膜効率が著しく低下してしまう。   That is, when arc discharge is performed by changing the position where the trigger electrode as a discharge start means used when starting arc discharge contacts the cathode from the tip of the conventional cathode to the outer peripheral surface, X can be generated on the outer peripheral surface of the cathode, and the pulverized particles 43 are not released toward the substrate 20, but the carbon P sublimated at the arc spot X is also directed toward the substrate 20 as shown in FIG. Therefore, the film formation efficiency is significantly reduced.

そこで、本発明者は、成膜に際して、図３に示すように、陰極４の軸方向に沿った磁力線Ｇが生じるような磁場を陰極４の周囲に印加することを考えた。即ち、この磁場の存在により、アークスポットＸにおいて昇華したカーボンＰは、磁力線Ｇに沿って移動して、飛散方向が基材（図示省略）の方向に変更されるため、アークスポットＸを陰極４の外周面に生じさせながら成膜を行った場合でも、十分な成膜効率を確保することができると考えた。なお、図３は本実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す斜視図である。   Therefore, the present inventor has considered applying a magnetic field that generates a magnetic force line G along the axial direction of the cathode 4 as shown in FIG. That is, the carbon P sublimated at the arc spot X due to the presence of this magnetic field moves along the magnetic field lines G, and the scattering direction is changed to the direction of the base material (not shown). It was considered that sufficient film formation efficiency could be ensured even when film formation was performed on the outer peripheral surface of the film. FIG. 3 is a perspective view showing the periphery of the cathode of the arc type film forming apparatus according to the present embodiment.

しかし、実際に、アークスポットＸを陰極４の外周面に生じさせ、陰極４の周囲に磁場を印加させると、昇華したカーボンＰの飛散方向を基材の方向にすることはできたが、陰極４の先端側から根元側に向かって陰極４の外周面をスパイラル状に移動するアークスポットＸの移動速度が非常に速く、一瞬にして陰極４の根元に到達して放電が終了してしまうため、継続して成膜を行うことができなかった。   However, when the arc spot X is actually generated on the outer peripheral surface of the cathode 4 and a magnetic field is applied to the periphery of the cathode 4, the scattering direction of the sublimated carbon P can be made the direction of the base material. The arc spot X moving in a spiral shape on the outer peripheral surface of the cathode 4 from the tip end side to the root side of the cathode 4 has a very high moving speed, and reaches the root of the cathode 4 in an instant, and the discharge ends. The film could not be continuously formed.

図４は本実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す断面図である。図４において、アークスポットＸが、陰極４の先端側（図４中の点Ａ）にある場合と、陰極４の根元側（図４中の点Ｂ）にある場合とでは、アーク電源７からの距離は先端側の点Ａの方が長くなる。そして、陰極４を構成するカーボン材の電気抵抗はゼロではないため、アーク電源７からの距離が短い根元側の点Ｂの方が抵抗値が小さくなる。そして、アークスポットＸは、抵抗値が少なくなる方向に移動する性質を有している。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing the periphery of the cathode of the arc type film forming apparatus according to the present embodiment. In FIG. 4, when the arc spot X is on the tip side of the cathode 4 (point A in FIG. 4) and on the base side of the cathode 4 (point B in FIG. 4), the arc power source 7 Is longer at point A on the tip side. And since the electrical resistance of the carbon material which comprises the cathode 4 is not zero, the resistance value becomes small in the point B of the base side with a short distance from the arc power supply 7. FIG. The arc spot X has a property of moving in a direction in which the resistance value decreases.

そこで、本発明者は、このようなアークスポットＸの根元側への移動を抑制して、十分な成膜が可能なアーク放電を維持するための手段について種々の検討と実験を行った結果、陰極４の周囲に環状の電位調整筒３２を設けることにより十分なアーク放電を維持できることが分かった。   Therefore, the present inventor conducted various examinations and experiments on means for suppressing such movement of the arc spot X to the base side and maintaining arc discharge capable of sufficient film formation, It has been found that a sufficient arc discharge can be maintained by providing an annular potential adjusting cylinder 32 around the cathode 4.

具体的には、この電位調整筒３２は、接地Ｇ１、Ｇ２を介してアーク電源７に電気的に接続されており、電位調整筒３２と接地Ｇ２との接続の途中に抵抗３３が設けられている。   Specifically, the potential adjusting cylinder 32 is electrically connected to the arc power source 7 via the grounds G1 and G2, and a resistor 33 is provided in the middle of the connection between the potential adjusting cylinder 32 and the ground G2. Yes.

電位調整筒３２の材質としては金属導体が好ましく使用でき、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）などを挙げることができる。このような電位調整筒３２を設けた場合、アーク放電の最中に、電位調整筒３２には幾らか電子が流入する一方で抵抗が繋がれているため、通常０〜１０Ｖ程度の負の電圧に維持される。そして、このように負の電圧の電位調整筒には、接地Ｇ２と比較して電子が流入しにくくなるため、アーク放電時、大部分の電子は電位調整筒３２を回避して、接地Ｇ２に流れる。   As a material of the potential adjusting cylinder 32, a metal conductor can be preferably used, and examples thereof include stainless steel (SUS304). When such a potential adjusting cylinder 32 is provided, during the arc discharge, since some electrons flow into the potential adjusting cylinder 32 and the resistance is connected, a negative voltage of about 0 to 10 V is usually set. Maintained. In this way, electrons are less likely to flow into the potential adjustment cylinder having a negative voltage as compared to the ground G2, so that during arc discharge, most of the electrons avoid the potential adjustment cylinder 32 and connect to the ground G2. Flowing.

図５は、この電位調整筒３２を設けて行うアーク放電を説明する図である。通常、電流は抵抗の少ない回路を流れようとするため、抵抗３３が接続された電位調整筒３２を設けた場合、図５に示すように、アーク放電Ｅ１は陰極４と電位調整筒３２との間には生じず、電位調整筒３２を迂回して陰極４と陽極５０との間に生じる。   FIG. 5 is a diagram for explaining arc discharge performed by providing the potential adjusting cylinder 32. Usually, since the current tends to flow through a circuit with low resistance, when the potential adjusting cylinder 32 connected to the resistor 33 is provided, the arc discharge E1 is caused between the cathode 4 and the potential adjusting cylinder 32 as shown in FIG. It occurs between the cathode 4 and the anode 50, bypassing the potential adjusting cylinder 32.

そして、このままアーク放電を継続してアークスポットＸが陰極４の根元側に移動した場合、電位調整筒３２の根元側の開口部は封止板３４で塞がれているため、根元側のアークスポットＸからは電位調整筒３２を大きく迂回するようにアーク放電Ｅ２が生じる。このような電位調整筒３２を大きく迂回するアーク放電Ｅ２が生じると、空中を通過するアーク放電の抵抗が高くなるため、電位調整筒３２を迂回する距離を短くしようとアークスポットＸを陰極４の先端側に移動させようとする力が働く。   When the arc discharge is continued and the arc spot X moves to the base side of the cathode 4, the opening on the base side of the potential adjusting cylinder 32 is closed with the sealing plate 34, so that the arc on the base side is closed. An arc discharge E2 is generated from the spot X so as to largely bypass the potential adjusting cylinder 32. When such an arc discharge E2 that largely bypasses the potential adjusting cylinder 32 is generated, the resistance of the arc discharge passing through the air becomes high. Force to move to the tip side works.

このアークスポットＸを陰極４の先端側に移動させようとする力によって、アークスポットＸを陰極４の根元側に移動させる力が緩和されて、アークスポットの根元側への移動速度を遅くすることができる。この結果、アークスポットＸを陰極４の外周面に生じさせても、陰極４のカーボン材を適切な速度で昇華させることができるため、安定した成膜を継続して行うことができるようになる。   The force to move the arc spot X to the tip side of the cathode 4 reduces the force to move the arc spot X to the root side of the cathode 4 and slows the moving speed of the arc spot to the root side. Can do. As a result, even if the arc spot X is generated on the outer peripheral surface of the cathode 4, the carbon material of the cathode 4 can be sublimated at an appropriate speed, so that stable film formation can be continuously performed. .

なお、上記においては、放電開始手段としてトリガー電極を挙げたが、レーザー光源を放電開始手段として使用してもよい。   In the above description, the trigger electrode is used as the discharge starting unit. However, a laser light source may be used as the discharge starting unit.

請求項１、２に記載の発明は上記の知見に基づくものであり、請求項１に記載の発明は、
カーボンを主成分とする陰極と、陽極との間にアーク放電を生じさせることにより、前記陰極表面に形成されたアークスポットから前記カーボンを昇華させて、基材表面にカーボンを主成分とする炭素膜を成膜するアーク式成膜装置であって、
棒状の陰極を保持する陰極保持手段と、
前記基材を保持する基材保持手段と、
前記陰極保持手段および前記基材保持手段が収容された真空チャンバーと、
前記陰極と陽極との間に接続されたアーク電源と、
前記棒状の陰極の外周面にアークスポットを生じさせる放電開始手段と、
前記棒状の陰極の周囲に環状に配置されて、磁力線が前記陰極の軸方向に沿った磁場を発生させる磁場発生手段とを備えており、
前記陰極の外周面にアークスポットを生じさせて、前記陰極の外周面のカーボンを昇華させることにより、前記基材表面に炭素膜を成膜するように構成されており、
前記陰極の外周面のカーボンを昇華させる際、前記アークスポットが前記陰極の根元に近付くにつれて、前記アーク放電の距離が長くなるように構成されていることを特徴とするアーク式成膜装置である。 The invention described in claims 1 and 2 is based on the above knowledge, and the invention described in claim 1
Carbon that is mainly composed of carbon on the surface of the base material is produced by sublimating the carbon from the arc spot formed on the surface of the cathode by causing arc discharge between the cathode composed mainly of carbon and the anode. An arc type film forming apparatus for forming a film,
A cathode holding means for holding a rod-shaped cathode;
Substrate holding means for holding the substrate;
A vacuum chamber containing the cathode holding means and the substrate holding means;
An arc power source connected between the cathode and the anode;
A discharge starting means for generating an arc spot on the outer peripheral surface of the rod-shaped cathode;
A magnetic field generating means arranged in a ring around the rod-shaped cathode and generating a magnetic field with magnetic lines of force along the axial direction of the cathode;
An arc spot is generated on the outer peripheral surface of the cathode, and a carbon film is formed on the substrate surface by sublimating carbon on the outer peripheral surface of the cathode.
An arc-type film forming apparatus configured to increase the distance of the arc discharge as the arc spot approaches the base of the cathode when carbon on the outer peripheral surface of the cathode is sublimated. .

そして、請求項２に記載の発明は、
前記棒状の陰極の周囲に配置された環状の部材であり、前記陽極と前記アーク電源との接続における抵抗値よりも抵抗値が高くなるように前記アーク電源に電気的に接続された電位調整筒を備えていることを特徴とする請求項１に記載のアーク式成膜装置である。 And the invention of Claim 2 is
An electric potential adjusting cylinder which is an annular member arranged around the rod-shaped cathode and is electrically connected to the arc power supply so that a resistance value is higher than a resistance value in connection between the anode and the arc power supply The arc-type film forming apparatus according to claim 1, comprising:

そして、さらに検討したところ、絶縁材料を用いて筒状に作製された絶縁筒であっても、電位調整筒を設けた場合と同様に、陰極の外周面のカーボンを昇華させる際、アークスポットが陰極の根元に近付くにつれて、アーク放電の距離が長くなるようにでき、陰極のカーボン材を適切な速度で昇華させて、安定した成膜を継続して行うことができることが分かった。そして、絶縁筒としては、金属を用いて電気的に絶縁された状態で筒状に作製された絶縁筒も同様に使用できることが分かった。   And when further examined, even in the case of an insulating tube made of an insulating material in a cylindrical shape, an arc spot is generated when carbon on the outer peripheral surface of the cathode is sublimated, as in the case where the potential adjusting tube is provided. It has been found that the distance of arc discharge can be increased as the cathode is approached, and the carbon material of the cathode can be sublimated at an appropriate rate to continuously perform stable film formation. And as an insulation cylinder, it turned out that the insulation cylinder produced in the cylinder shape in the state electrically insulated using the metal can be used similarly.

請求項３に記載の発明は、上記知見に基づいたものであり、
前記棒状の陰極の周囲に配置された環状の部材であり、絶縁材料または金属を用いて、電気的に絶縁された状態で筒状に作製された絶縁筒を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーク式成膜装置である。 Invention of Claim 3 is based on the said knowledge,
An annular member disposed around the rod-shaped cathode, comprising an insulating cylinder made into a cylindrical shape in an electrically insulated state using an insulating material or metal. An arc type film forming apparatus according to item 1 or claim 2.

そして、上記した筒状の電位調整筒３２や絶縁筒の陰極４の根元側の開口部は、さらに、封止板３４により塞がれていることが好ましい。   The opening on the base side of the cylindrical potential adjusting cylinder 32 and the cathode 4 of the insulating cylinder is preferably closed by a sealing plate 34.

即ち、請求項４に記載の発明は、
さらに、前記電位調整筒または前記絶縁筒の前記陰極の根元側の開口部を塞ぎ、前記陰極との間で通電しないように構成された封止板を備えていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のアーク式成膜装置である。 That is, the invention described in claim 4
3. The sealing device according to claim 2, further comprising: a sealing plate configured to close an opening on a base side of the cathode of the potential adjusting cylinder or the insulating cylinder so as not to energize the cathode. Alternatively, the arc type film forming apparatus according to claim 3.

そして、上記アーク式成膜装置においては、成膜装置の構成が複雑になることを防止するという観点から、真空チャンバーがアーク電源に接続されて、陽極として用いられることが好ましい。   And in the said arc type film-forming apparatus, from a viewpoint of preventing that the structure of a film-forming apparatus becomes complicated, it is preferable that a vacuum chamber is connected to an arc power supply and used as an anode.

請求項５に記載の発明は上記の知見に基づくものであり、
前記真空チャンバーが、前記アーク電源に接続されており、前記陽極として用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置である。 Invention of Claim 5 is based on said knowledge,
The arc-type film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the vacuum chamber is connected to the arc power source and used as the anode.

しかし、本発明者が、さらに成膜された炭素膜の平滑性を高めるという観点から検討を行ったところ、中心部に開口部が設けられた板状の陽極を、陰極と基材との間に配置させた場合、陰極の外周面のカーボンを昇華させる際、アークスポットが陰極の根元に近付くにつれて、アーク放電の距離が長くなるようにでき、陰極のカーボン材を適切な速度で昇華させて、安定した成膜を継続して行うことができるだけでなく、炭素膜の平滑性をより高めることができ、好ましいことが分かった。   However, the present inventor further studied from the viewpoint of improving the smoothness of the carbon film formed, and found that a plate-like anode having an opening at the center was formed between the cathode and the substrate. When the carbon on the outer peripheral surface of the cathode is sublimated, the arc discharge distance increases as the arc spot approaches the base of the cathode, and the cathode carbon material is sublimated at an appropriate speed. It was found that not only can stable film formation be continued, but also the smoothness of the carbon film can be further improved, which is preferable.

なお、開口部の大きさとしては、直径３０〜１５０ｍｍの開口部であることが好ましい。開口部の直径が３０ｍｍ未満の場合には成膜速度が極端に低下する恐れがあり、一方、直径が１５０ｍｍを超えた場合には炭素膜の平滑性の改善効果が極端に低下する恐れがある。   In addition, as a magnitude | size of an opening part, it is preferable that it is an opening part 30-150 mm in diameter. If the diameter of the opening is less than 30 mm, the film forming speed may be extremely reduced. On the other hand, if the diameter exceeds 150 mm, the effect of improving the smoothness of the carbon film may be extremely reduced. .

請求項６、７に記載の発明は上記の知見に基づくものであり、請求項６に記載の発明は、
前記陽極が、中心部に開口部が設けられた板状の陽極であり、前記陽極が前記陰極と前記基材との間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置である。 The inventions according to claims 6 and 7 are based on the above findings, and the invention according to claim 6
6. The anode according to claim 1, wherein the anode is a plate-like anode having an opening at the center, and the anode is disposed between the cathode and the substrate. It is an arc type film-forming apparatus of any one item.

そして、請求項７に記載の発明は、
前記陽極に設けられた開口部が、直径３０〜１５０ｍｍの開口部であることを特徴とする請求項６に記載のアーク式成膜装置である。 And the invention of Claim 7 is
The arc-type film forming apparatus according to claim 6, wherein the opening provided in the anode is an opening having a diameter of 30 to 150 mm.

次に、本発明者は、上記した構成のアーク式成膜装置において、より効率的な成膜を行うために種々の検討を行った。例えば、陰極の外周面をアークスポットが一度通過するだけでは、陰極のカーボン材が昇華する量は僅かであり、このようなアークスポットが一度通過した陰極を使用済みとすることは陰極のカーボンの利用効率の面から好ましくない。   Next, the inventor conducted various studies in order to perform more efficient film formation in the arc type film forming apparatus having the above-described configuration. For example, the amount of sublimation of the carbon material of the cathode is small if the arc spot only passes once through the outer peripheral surface of the cathode. It is not preferable from the aspect of utilization efficiency.

そこで、本発明者は、アークスポットが陰極の根元まで移動して消滅するまでアーク放電を継続させるのではなく、所定の時間で放電の停止と開始を繰り返すことを考えた。これにより、一度アークスポットが通過した箇所に、再度アークスポットを通過させてカーボン材を昇華させることができるため、陰極のカーボンの利用効率を向上させることができる。なお、この放電の停止と開始の繰り返し周期は２秒から２分間の間が好ましい。   Therefore, the present inventor considered not to continue the arc discharge until the arc spot moves to the base of the cathode and disappears, but to repeatedly stop and start the discharge at a predetermined time. Thereby, since the carbon material can be sublimated by allowing the arc spot to pass again at the location where the arc spot has once passed, the utilization efficiency of carbon of the cathode can be improved. In addition, the repetition period of the stop and start of this discharge is preferably between 2 seconds and 2 minutes.

請求項８に記載の発明は、上記の知見に基づいたものであり、
前記アーク放電の開始と停止を所定の時間で繰り返すように制御する放電制御部を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置である。 Invention of Claim 8 is based on said knowledge,
The arc-type film forming apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a discharge control unit that controls the start and stop of the arc discharge to repeat at a predetermined time. is there.

また、上記したアーク式成膜装置においては、磁場発生手段と電位調整筒とを一体化させてもよい。具体的には、磁場発生手段として磁場を生じさせるコイルを用い、このコイルを収容するコイル筐体を、図５に示す電位調整筒３２のように接地Ｇ１、Ｇ２を介してアーク電源７と接続させ、抵抗３３を設けることにより、コイル筐体を電位調整筒として使用することができる。これにより、成膜装置の構成が複雑になることを防止することができる。なお、前記した通り、絶縁筒を用いても電位調整筒と同様の機能を発揮させることができる。   Further, in the arc type film forming apparatus described above, the magnetic field generating means and the potential adjusting cylinder may be integrated. Specifically, a coil that generates a magnetic field is used as the magnetic field generating means, and the coil housing that houses the coil is connected to the arc power source 7 via the grounds G1 and G2 as in the potential adjusting cylinder 32 shown in FIG. By providing the resistor 33, the coil housing can be used as a potential adjusting cylinder. This can prevent the configuration of the film forming apparatus from becoming complicated. As described above, even if an insulating cylinder is used, the same function as that of the potential adjusting cylinder can be exhibited.

即ち、請求項９に記載の発明は、
前記磁場発生手段として、コイルが用いられており、
前記電位調整筒として、前記コイルを収容するコイル筐体が用いられていることを特徴とする請求項２ないし請求項８のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置である。 That is, the invention described in claim 9
A coil is used as the magnetic field generating means,
The arc type film forming apparatus according to any one of claims 2 to 8, wherein a coil casing that houses the coil is used as the potential adjusting cylinder.

また、本発明のアーク式成膜装置においては、陰極を真空チャンバー内に送り出す送り出し機構を設けることが好ましい。これにより、アーク放電により陰極が短くなった際に陰極を送り出すことができ、安定したアーク放電を長時間持続させることができる。   Moreover, in the arc-type film-forming apparatus of this invention, it is preferable to provide the sending-out mechanism which sends out a cathode into a vacuum chamber. Thereby, when a cathode becomes short by arc discharge, a cathode can be sent out and stable arc discharge can be maintained for a long time.

即ち、請求項１０に記載の発明は、
前記棒状の陰極を前記真空チャンバー内に送り出す送り出し機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置である。 That is, the invention according to claim 10 is
10. The arc-type film forming apparatus according to claim 1, further comprising a feed-out mechanism that feeds the rod-shaped cathode into the vacuum chamber.

また、上記したような送り出し機構を設けた場合には、複数本の陰極を保持した連装手段をさらに設けることが好ましい。これにより、成膜中の陰極を使い終わった際に、送り出し機構に予備の陰極を送り出して供給することができ、複数本分の陰極による成膜を連続して行うことができるため、従来よりも厚膜のＤＬＣ膜の成膜が容易になる。   Further, in the case where the delivery mechanism as described above is provided, it is preferable to further provide connecting means for holding a plurality of cathodes. As a result, when the cathode during film formation is used up, a spare cathode can be sent out and supplied to the delivery mechanism, and film formation with a plurality of cathodes can be continuously performed. Also, a thick DLC film can be easily formed.

即ち、請求項１１に記載の発明は、
複数本の予備の陰極を保持しており、前記送り出し機構に向けて、前記予備の陰極を供給するように構成されている連装手段を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のアーク式成膜装置である。 That is, the invention according to claim 11
11. The arc according to claim 10, further comprising connecting means configured to hold a plurality of spare cathodes and to supply the spare cathodes toward the delivery mechanism. This is a film forming apparatus.

なお、図５における抵抗３３の抵抗値Ｒは０Ωを超え５Ω以下が好ましく、より好ましくは０．０１〜５Ωである。これにより、電位調整筒３２を迂回するアーク放電Ｅ１、Ｅ２を適切に生じさせることができる。   Note that the resistance value R of the resistor 33 in FIG. 5 is preferably more than 0Ω and not more than 5Ω, and more preferably 0.01 to 5Ω. Thus, arc discharges E1 and E2 that bypass the potential adjusting cylinder 32 can be appropriately generated.

即ち、請求項１２に記載の発明は、
前記電位調整筒と前記アーク電源との接続における抵抗値が、０Ωを超え５Ω以下に設定されていることを特徴とする請求項２ないし請求項１１のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置である。 That is, the invention according to claim 12
The arc-type film formation according to any one of claims 2 to 11, wherein a resistance value in connection between the potential adjusting cylinder and the arc power source is set to be more than 0Ω and not more than 5Ω. Device.

そして、上記したアーク式成膜装置を用いることにより、基材上に平滑なＤＬＣ膜を成膜することができる。このようなアーク式成膜方法は、先ず、陰極の外周面にアークスポットを生じさせ、アークスポットを陰極の先端側から根元側に向かって移動させながら陰極の外周面のカーボンを昇華させた後、昇華させたカーボンの飛散方向を基板方向に変えさせることにより、カーボンを基材表面に付着させて平滑なＤＬＣ膜を成膜することができる。   A smooth DLC film can be formed on the substrate by using the arc type film forming apparatus described above. Such an arc-type film forming method first generates an arc spot on the outer peripheral surface of the cathode, and then sublimates carbon on the outer peripheral surface of the cathode while moving the arc spot from the tip side of the cathode toward the base side. By changing the scattering direction of the sublimated carbon to the substrate direction, a smooth DLC film can be formed by attaching carbon to the surface of the base material.

即ち、請求項１３に記載の発明は、
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置を用いて、
前記陰極の外周面にアークスポットを生じさせ、前記アークスポットを前記陰極の先端側から根元側に向かって移動させることにより、前記陰極の外周面のカーボンを昇華させて、前記基材表面に炭素膜を成膜することを特徴とするアーク式成膜方法である。 That is, the invention according to claim 13 is
Using the arc-type film forming apparatus according to any one of claims 1 to 12,
An arc spot is generated on the outer peripheral surface of the cathode, and the arc spot is moved from the tip side toward the root side of the cathode, thereby sublimating carbon on the outer peripheral surface of the cathode, and carbon on the substrate surface. An arc-type film forming method characterized by forming a film.

本発明によれば、アーク式成膜装置を用いてＤＬＣ膜を成膜するに際して、アーク放電中に陰極から放出された粉砕粒子が成膜中のＤＬＣ膜に取り込まれることを抑制することにより、平滑なＤＬＣ膜を安定して成膜することができるアーク式成膜技術を提供することができる。   According to the present invention, when forming a DLC film using an arc type film forming apparatus, by suppressing the pulverized particles released from the cathode during arc discharge from being taken into the DLC film being formed, An arc type film forming technique capable of stably forming a smooth DLC film can be provided.

陰極の外周面にアークスポットを生じさせる真空アーク蒸着法を説明する側面図である。It is a side view explaining the vacuum arc vapor deposition method which produces an arc spot on the outer peripheral surface of a cathode. 陰極の外周面にアークスポットを生じさせる真空アーク蒸着法により成膜されたＤＬＣ膜の表面状態を示す写真である。It is a photograph which shows the surface state of the DLC film formed into a film by the vacuum arc vapor deposition method which produces an arc spot on the outer peripheral surface of a cathode. 本発明の一実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the cathode periphery of the arc type film-forming apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cathode periphery of the arc type film-forming apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態において、電位調整筒を設けて行うアーク放電を説明する断面図である。In one embodiment of the present invention, it is a cross-sectional view for explaining arc discharge performed by providing a potential adjusting cylinder. 本発明の一実施の形態に係るアーク式成膜装置の基本的な構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the basic composition of the arc type film-forming apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cathode periphery of the arc type film-forming apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態において送り出し機構が設けられたアーク式成膜装置の陰極周辺を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the cathode periphery of the arc-type film-forming apparatus provided with the delivery mechanism in one embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cathode periphery of the arc type film-forming apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態において、電位調整筒を設けて行うアーク放電を説明する断面図である。In other embodiment of this invention, it is sectional drawing explaining the arc discharge performed by providing an electric potential adjustment cylinder. 本発明の他の実施の形態に係るアーク式成膜装置の基本的な構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the fundamental structure of the arc type film-forming apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cathode periphery of the arc type film-forming apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態において送り出し機構が設けられたアーク式成膜装置の陰極周辺を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the cathode periphery of the arc-type film-forming apparatus provided with the delivery mechanism in other embodiment of this invention. 従来の真空アーク蒸着法により成膜されたＤＬＣ膜の表面状態を示す写真である。It is a photograph which shows the surface state of the DLC film formed into a film by the conventional vacuum arc evaporation method. 従来の真空アーク蒸着法を説明する側面図である。It is a side view explaining the conventional vacuum arc vapor deposition method.

以下、実施の形態に基づき、図面を参照しつつ本発明を説明する。   Hereinafter, based on an embodiment, the present invention will be described with reference to the drawings.

Ａ．第１の実施の形態
本実施の形態においては、アーク式成膜装置として、従来のアーク式成膜装置と基本的に同様の構成を有するアーク式成膜装置を用いている。 A. First Embodiment In this embodiment, an arc type film forming apparatus having basically the same configuration as a conventional arc type film forming apparatus is used as an arc type film forming apparatus.

はじめに、アーク式成膜装置について基本的な構成および本発明の特徴部分について説明をし、その後、このアーク式成膜装置を用いた成膜方法について説明する。   First, the basic configuration of the arc type film forming apparatus and the features of the present invention will be described, and then a film forming method using the arc type film forming apparatus will be described.

［１］アーク式成膜装置
１．基本的な構成
最初に、本実施の形態に係るアーク式成膜装置の基本的な構成について説明する。図６は本実施の形態に係るアーク式成膜装置の基本的な構成を示す概略断面図である。 [1] Arc type film forming apparatus Basic Configuration First, the basic configuration of the arc type film forming apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of the arc-type film forming apparatus according to the present embodiment.

本発明に用いられるアーク式成膜装置１０の基本的な構成は、従来のアーク式成膜装置と同様である。具体的には、アーク式成膜装置１０は、真空チャンバー１と、基材保持手段２と、陰極保持手段３と、陰極４と、基材用の電源６と、アーク電源７と、トリガー電極８（放電開始手段）を備えている。なお、図６中の符号９はトリガー電極８の抵抗である。   The basic configuration of the arc type film forming apparatus 10 used in the present invention is the same as that of the conventional arc type film forming apparatus. Specifically, the arc-type film forming apparatus 10 includes a vacuum chamber 1, a substrate holding unit 2, a cathode holding unit 3, a cathode 4, a substrate power source 6, an arc power source 7, and a trigger electrode. 8 (discharge starting means). Note that reference numeral 9 in FIG. 6 denotes the resistance of the trigger electrode 8.

（１）真空チャンバー
真空チャンバー１には排気口１１が設けられており、排気口１１に連結されたターボ分子ポンプやロータリーポンプなどの排気手段（図示省略）によって真空チャンバー１の内部を真空排気することができる。 (1) Vacuum chamber The vacuum chamber 1 is provided with an exhaust port 11, and the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated by an exhaust means (not shown) such as a turbo molecular pump or a rotary pump connected to the exhaust port 11. be able to.

また、本実施の形態における真空チャンバー１は電気的にアースされていると共に、アーク電源７に電気的に接続されている。これにより、真空チャンバー１が陽極となり、陰極４と真空チャンバー１の壁面との間でアーク放電が生じてアークスポットが形成されるように構成されている。   In addition, the vacuum chamber 1 in the present embodiment is electrically grounded and electrically connected to the arc power source 7. Thereby, the vacuum chamber 1 serves as an anode, and arc discharge is generated between the cathode 4 and the wall surface of the vacuum chamber 1 to form an arc spot.

（２）基材および基材保持手段
基材保持手段２は、真空チャンバー１内に収容されており、成膜対象となる基材２０を保持する。また、基材保持手段２は真空チャンバー１と絶縁されている。なお、図６においては、１つの基材２０を保持する基材保持手段２を示しているが、複数の基材２０を保持することができるような基材保持手段を用いることもできる。 (2) Base material and base material holding means The base material holding means 2 is accommodated in the vacuum chamber 1 and holds the base material 20 as a film formation target. The substrate holding means 2 is insulated from the vacuum chamber 1. In FIG. 6, the substrate holding means 2 that holds one substrate 20 is shown, but a substrate holding means that can hold a plurality of substrates 20 can also be used.

（３）陰極および陰極保持手段
陰極保持手段３は、真空チャンバー１内に収容されており、基材保持手段２に保持された基材２０と対向するように陰極４を保持できるように構成されている。なお、陰極４はカーボンを主成分とする材料で構成されており、等方性黒鉛、異方性黒鉛、多孔質黒鉛、Ｃ／Ｃコンポジットなどを用いることができる。 (3) Cathode and cathode holding means The cathode holding means 3 is accommodated in the vacuum chamber 1 and is configured to hold the cathode 4 so as to face the base material 20 held by the base material holding means 2. ing. The cathode 4 is made of a material mainly composed of carbon, and isotropic graphite, anisotropic graphite, porous graphite, C / C composite, or the like can be used.

（４）電源
このアーク式成膜装置１０においては、基材保持手段２に基材用の電源６が接続されており、基材保持手段２を介して基材２０に負の電圧を印加できるように構成されている。同様に、陰極保持手段３には、アーク電源７が接続されており、陰極保持手段３を介して陰極４に負の電圧を印加できるように構成されている。 (4) Power Supply In this arc type film forming apparatus 10, the substrate power supply 6 is connected to the substrate holding means 2, and a negative voltage can be applied to the substrate 20 via the substrate holding means 2. It is configured as follows. Similarly, an arc power supply 7 is connected to the cathode holding means 3 so that a negative voltage can be applied to the cathode 4 via the cathode holding means 3.

２．本実施の形態に係るアーク式成膜装置の特徴部分
本実施の形態に係るアーク式成膜装置は、上記した基本的な構造の下に、以下の特徴的な構造を備えている。 2. Characteristic part of arc type film forming apparatus according to the present embodiment The arc type film forming apparatus according to the present embodiment has the following characteristic structure under the basic structure described above.

（１）放電開始手段
本実施の形態に係るアーク式成膜装置は、放電開始手段としてのトリガー電極８を備えており、負の電圧が印加された陰極４にトリガー電極８の先端を接触させることにより、接触位置にアークスポットを生じさせて、陰極４と陽極である真空チャンバー１との間でアーク放電を発生させる点においては、従来の装置と同様であるが、トリガー電極８が陰極４に接触する位置が、陰極４の先端から陰極４の外周面に変更されている点において従来の装置と異なる。 (1) Discharge start means The arc-type film forming apparatus according to this embodiment includes a trigger electrode 8 as a discharge start means, and makes the tip of the trigger electrode 8 contact the cathode 4 to which a negative voltage is applied. As a result, an arc spot is generated at the contact position, and arc discharge is generated between the cathode 4 and the vacuum chamber 1 as the anode. Is different from the conventional apparatus in that the position of contact with the cathode 4 is changed from the tip of the cathode 4 to the outer peripheral surface of the cathode 4.

これにより、図３に示すように陰極４の外周面にアークスポットを生じさせ、アークスポットＸから放出された粉砕粒子４３が基材２０に向けて飛散しないようにすることができる。   Thereby, as shown in FIG. 3, an arc spot is generated on the outer peripheral surface of the cathode 4, and the pulverized particles 43 emitted from the arc spot X can be prevented from scattering toward the base material 20.

なお、トリガー電極８としては、従来と同様に、例えば、モリブデン（Ｍｏ）から構成されたトリガー電極を用いることができる。   In addition, as the trigger electrode 8, the trigger electrode comprised from molybdenum (Mo) can be used like the past, for example.

また、放電開始手段としては、上記したトリガー電極に替えて、レーザー光源を用いてもよい。レーザー光源からレーザー光を負の電圧が印加された陰極に照射させることにより、照射位置にアークスポットを生じさせて、陰極と陽極である真空チャンバーとの間でアーク放電を発生させることができる。   Further, as the discharge starting means, a laser light source may be used instead of the trigger electrode described above. By irradiating the cathode to which a negative voltage is applied with laser light from a laser light source, an arc spot can be generated at the irradiation position, and arc discharge can be generated between the cathode and the vacuum chamber as the anode.

（２）磁場発生手段
磁場発生手段３１は、棒状の陰極４の周囲に環状に配置された部材であり、図３に示すように、磁力線Ｇが陰極４の軸方向に沿った磁場を発生させる。これにより、アークスポットにおいて昇華させたカーボンＰを基材２０に向けて飛散させて基材２０の表面に付着させることができる。なお、この磁場発生手段３１は、環状で一体に形成された部材に限定されず、複数の磁石を陰極に対して放射状に配置して環状に形成させた部材であってもよい。 (2) Magnetic Field Generating Unit The magnetic field generating unit 31 is a member arranged in a ring around the rod-like cathode 4 and generates a magnetic field in which the magnetic lines of force G are along the axial direction of the cathode 4 as shown in FIG. . Thereby, the carbon P sublimated at the arc spot can be scattered toward the base material 20 and attached to the surface of the base material 20. The magnetic field generating means 31 is not limited to an annular and integrally formed member, and may be a member formed by annularly arranging a plurality of magnets with respect to the cathode.

本実施の形態においては、磁場発生手段３１としてコイルからなる電磁石が用いられており、このコイルがコイル筐体に収容されている。   In the present embodiment, an electromagnet made of a coil is used as the magnetic field generating means 31, and this coil is housed in a coil casing.

（３）電位調整筒
図６に示すように、本実施の形態では、上記したコイルを収納するためのコイル筐体が電位調整筒３２として用いられている。このような電位調整筒３２を設けた場合、前記したように、アーク放電の最中に、電位調整筒３２には幾らか電子が流入する一方で抵抗が繋がれているため、通常０〜１０Ｖ程度の負の電圧に維持される。そして、このように負の電圧の電位調整筒には、接地Ｇ２と比較して電子が流入しにくくなるため、アーク放電時、大部分の電子は電位調整筒３２を回避して、接地Ｇ２に流れる。 (3) Potential Adjustment Cylinder As shown in FIG. 6, in the present embodiment, a coil housing for housing the above-described coil is used as the potential adjustment cylinder 32. When such a potential adjusting cylinder 32 is provided, as described above, since some electrons flow into the potential adjusting cylinder 32 and the resistance is connected during arc discharge, it is normally 0 to 10V. Maintained at a negative voltage of the order. In this way, electrons are less likely to flow into the potential adjustment cylinder having a negative voltage as compared to the ground G2, so that during arc discharge, most of the electrons avoid the potential adjustment cylinder 32 and connect to the ground G2. Flowing.

具体的には、この電位調整筒３２は、棒状の陰極４の周囲に配置されると共に、接地Ｇ１、Ｇ２を介してアーク電源７に電気的に接続された環状の部材である。そして、電位調整筒３２と接地Ｇ２とを接続する回路には抵抗３３が設けられている。これにより、電位調整筒３２は、陽極である真空チャンバー１とアーク電源７との接続における抵抗値よりも高い抵抗値でアーク電源７と電気的に接続される。   Specifically, the potential adjusting cylinder 32 is an annular member that is disposed around the rod-like cathode 4 and is electrically connected to the arc power source 7 through the grounds G1 and G2. A resistor 33 is provided in a circuit connecting the potential adjusting cylinder 32 and the ground G2. Thereby, the potential adjusting cylinder 32 is electrically connected to the arc power source 7 with a resistance value higher than the resistance value in the connection between the vacuum chamber 1 serving as the anode and the arc power source 7.

また、この電位調整筒３２の陰極４の根元側の開口部は、封止板３４により塞がれていることが好ましい。この封止板３４は、陰極４に対して通電しないように構成されており、例えば、アルミナセラミックや耐熱プラスチックなどの絶縁物によって形成されている。なお、封止板３４には、他の部材と接触する箇所に絶縁処理が施された金属板を用いることもできる。   Further, the opening on the base side of the cathode 4 of the potential adjusting cylinder 32 is preferably closed by a sealing plate 34. The sealing plate 34 is configured not to energize the cathode 4 and is formed of an insulator such as alumina ceramic or heat-resistant plastic. Note that the sealing plate 34 may be a metal plate that has been subjected to insulation treatment at locations that come into contact with other members.

図５に示すように、このような電位調整筒３２を設けることにより、上記したように、電位調整筒３２の陰極４先端側の開口部を通って、電位調整筒３２を迂回するようなアーク放電Ｅ１、Ｅ２を、陰極４と陽極５０（図１では真空チャンバー１）との間に生じさせることができる。これにより、アークスポットＸには、電位調整筒３２を迂回する距離を短くしようとする陰極４の先端側への力が働く。   As shown in FIG. 5, by providing such a potential adjusting cylinder 32, an arc that bypasses the potential adjusting cylinder 32 through the opening on the tip end side of the cathode 4 of the potential adjusting cylinder 32 as described above. Discharges E1 and E2 can be generated between the cathode 4 and the anode 50 (the vacuum chamber 1 in FIG. 1). As a result, the arc spot X exerts a force toward the tip side of the cathode 4 that attempts to shorten the distance bypassing the potential adjusting cylinder 32.

この結果、アークスポットＸを陰極４の根元側に移動させる力が緩和されて、アークスポットの根元側への移動速度を遅くすることができる。これにより、アークスポットＸを陰極４の外周面に生じさせても、陰極４のカーボン材を適切な速度で適切に昇華させることができるため、安定した成膜を継続して行うことができるようになる。   As a result, the force for moving the arc spot X to the base side of the cathode 4 is relaxed, and the moving speed of the arc spot to the base side can be reduced. Thereby, even if the arc spot X is generated on the outer peripheral surface of the cathode 4, the carbon material of the cathode 4 can be appropriately sublimated at an appropriate speed, so that stable film formation can be continuously performed. become.

なお、電位調整筒３２と接地Ｇ２との間に設けられた抵抗３３の抵抗値は、０Ωを超え５Ω以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１〜５Ωである。これにより、電位調整筒３２を迂回するようなアーク放電Ｅ１、Ｅ２を適切に生じさせることができる。   The resistance value of the resistor 33 provided between the potential adjusting cylinder 32 and the ground G2 is preferably more than 0Ω and not more than 5Ω, more preferably 0.01 to 5Ω. Thereby, arc discharges E1 and E2 that bypass the potential adjusting cylinder 32 can be appropriately generated.

上記においては、電位調整筒による効果について説明したが、前記したように、絶縁材料または金属を用いて、電気的に絶縁された状態で筒状に作製された絶縁筒であっても、電位調整筒を設けた場合と同様に、陰極の外周面のカーボンを昇華させる際、アークスポットが陰極の根元に近付くにつれて、アーク放電の距離が長くなるようにでき、陰極のカーボン材を適切な速度で昇華させて、安定した成膜を継続して行うことができる。なお、この場合、絶縁筒と接地Ｇ２との間に抵抗を設ける必要がない。   In the above, the effect of the potential adjusting cylinder has been described. However, as described above, even if the insulating cylinder is formed in a cylindrical shape in an electrically insulated state using an insulating material or metal, the potential adjusting cylinder is used. As with the tube, when sublimating the carbon on the outer peripheral surface of the cathode, the arc discharge distance can be increased as the arc spot approaches the base of the cathode, and the carbon material of the cathode can be moved at an appropriate speed. By performing sublimation, stable film formation can be continuously performed. In this case, it is not necessary to provide a resistance between the insulating cylinder and the ground G2.

［２］アーク式成膜方法
次に、上記構成のアーク式成膜装置を用いて行う本実施の形態に係るアーク式成膜方法について図６に基づいて説明する。 [2] Arc Type Film Forming Method Next, an arc type film forming method according to the present embodiment performed using the arc type film forming apparatus having the above configuration will be described with reference to FIG.

先ず、陰極４を陰極保持手段３にセットすると共に、基材２０を基材保持手段２にセットした後、真空チャンバー１内を排気して所定の真空度（１０−４〜１０−３Ｐａ）にする。 First, the cathode 4 is set in the cathode holding means 3 and the base material 20 is set in the base material holding means 2, and then the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to a predetermined degree of vacuum (10 −4 to 10 −3 Pa). To.

次に、基材用の電源６から基材２０に負のバイアス電圧（０〜−３００Ｖ）を印加し、アーク電源７から陰極４に（−１５〜−５０Ｖ）の負の電圧を印加する。   Next, a negative bias voltage (0 to −300 V) is applied to the base material 20 from the power source 6 for the base material, and a negative voltage (−15 to −50 V) is applied to the cathode 4 from the arc power source 7.

そして、放電開始手段であるトリガー電極８の先端を陰極４の先端側の外周面に接触させた後に離間させる。これにより、真空チャンバー１と陰極４との間にアーク放電（６０Ａ程度）を生じさせる。これにより、陰極４の外周面にアークスポットＸが形成され、このアークスポットＸにおいて陰極４のカーボンが昇華する。   Then, the tip of the trigger electrode 8 serving as a discharge starting means is brought into contact with the outer peripheral surface on the tip side of the cathode 4 and then separated. Thereby, arc discharge (about 60 A) is generated between the vacuum chamber 1 and the cathode 4. Thereby, an arc spot X is formed on the outer peripheral surface of the cathode 4, and the carbon of the cathode 4 is sublimated in the arc spot X.

このとき、陰極４の外周面に生じたアークスポットＸは、陰極４の先端側から根元側に向かってスパイラル状に移動するが、上記したように電位調整筒３２を迂回するようなアーク放電が生じて、アークスポットＸが陰極４の根元側に向かって移動する際の速度が低下するため、アーク放電を継続して行うことができる。   At this time, the arc spot X generated on the outer peripheral surface of the cathode 4 moves in a spiral shape from the tip side to the base side of the cathode 4, but arc discharge that bypasses the potential adjusting cylinder 32 as described above. As a result, the speed at which the arc spot X moves toward the base side of the cathode 4 decreases, so that arc discharge can be continued.

そして、図３に示すように、アークスポットＸにおいて昇華したカーボンＰは、磁場発生手段３１から生じた磁場により飛散方向が基材２０に向けて変更されて、対向する基材２０（図６参照）に向かって飛散して、基材２０の表面にＤＬＣ膜を成膜する。一方、アークスポットＸにおいて発生した粉砕粒子４３は基材２０に向かわずに電位調整筒３２の内周面に付着する。   As shown in FIG. 3, the carbon P sublimated at the arc spot X is changed in the scattering direction toward the base material 20 by the magnetic field generated from the magnetic field generating means 31, and faces the base material 20 (see FIG. 6). ) To form a DLC film on the surface of the substrate 20. On the other hand, the pulverized particles 43 generated at the arc spot X adhere to the inner peripheral surface of the potential adjusting cylinder 32 without going to the base material 20.

このように、本実施の形態によれば、アーク式成膜装置を用いてＤＬＣ膜を成膜するに際して、アーク放電中に陰極から放出された粉砕粒子が成膜中のＤＬＣ膜に取り込まれることを抑制することができるため、基材上に平滑なＤＬＣ膜を安定して成膜することができる。   As described above, according to the present embodiment, when the DLC film is formed using the arc type film forming apparatus, the pulverized particles released from the cathode during the arc discharge are taken into the DLC film being formed. Therefore, a smooth DLC film can be stably formed on the substrate.

［３］その他の態様
１．放電制御部
上記した構造のアーク式成膜装置においては、アーク放電の開始と停止を所定の時間で繰り返すように制御する放電制御部を備えていることが好ましい。具体的には、図６に示すように、陰極４の先端付近の外周面にトリガー電極８を接触させてアーク放電を開始した後、所定の時間（２秒〜２分）が経過してアークスポットが根元側にある程度移動した時点で放電を停止させる。そして、再び陰極４の先端付近の外周面にトリガー電極８を接触させてアーク放電を繰り返す。 [3] Other aspects Discharge control unit
The arc-type film forming apparatus having the above-described structure preferably includes a discharge control unit that controls the start and stop of arc discharge to repeat at a predetermined time. Specifically, as shown in FIG. 6, after the arc discharge is started by bringing the trigger electrode 8 into contact with the outer peripheral surface near the tip of the cathode 4, a predetermined time (2 seconds to 2 minutes) elapses and the arc is Discharge is stopped when the spot has moved to the root side to some extent. Then, the trigger electrode 8 is brought into contact with the outer peripheral surface near the tip of the cathode 4 again to repeat arc discharge.

このように、所定の時間で放電の停止と開始を繰り返すことにより、一度アークスポットが通過した箇所に、再度アークスポットを通過させてカーボン材を昇華させることができるため、図７に示すように陰極４のカーボン材を効率良く消費することができる。   Thus, by repeating the stop and start of the discharge at a predetermined time, the carbon material can be sublimated by passing the arc spot again to the place where the arc spot has passed once, as shown in FIG. The carbon material of the cathode 4 can be consumed efficiently.

２．送り出し機構
また、本発明のアーク式成膜装置においては、図８に示すように、陰極４を真空チャンバー１（図６参照）内に送り出す送り出し機構を設けることが好ましい。図８は本発明の他の実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す斜視図である。具体的には、送り出し機構は、陰極４の一方の端部４ａに接する棒状の部材を備えており、この棒状の部材により陰極４を真空チャンバー１内に押し出すように構成されている。これにより、アーク放電により陰極４が短くなった際に陰極４を送り出すことができ、安定したアーク放電を長時間持続させることができる。 2. Delivery Mechanism In the arc-type film forming apparatus of the present invention, it is preferable to provide a delivery mechanism for delivering the cathode 4 into the vacuum chamber 1 (see FIG. 6), as shown in FIG. FIG. 8 is a perspective view showing the vicinity of the cathode of an arc type film forming apparatus according to another embodiment of the present invention. Specifically, the delivery mechanism includes a rod-shaped member that is in contact with one end 4 a of the cathode 4, and is configured to push the cathode 4 into the vacuum chamber 1 by this rod-shaped member. Thereby, when the cathode 4 becomes short by arc discharge, the cathode 4 can be sent out, and stable arc discharge can be maintained for a long time.

３．連装手段
さらに、図８に示すように、陰極４を使い終わった際に予備の陰極４ｂを供給して成膜が継続されるように構成された連装手段が設けられていることが好ましい。具体的には、図８に示す装置では、使用中の陰極４の上方に予備の陰極４ｂが４本保持されており、成膜が進んで陰極４を使い終わった際に、上記した送り出し機構が後退すると共に、予備の陰極４ｂの内の一本が下方に送り出されるように構成されている、これにより、陰極４を使い終わった際に、予備の陰極４ｂを送り出し機構に供給して、供給された予備の陰極４ｂを用いて成膜を再開することにより、複数本分の陰極を用いた連続的な成膜を行うことができる。 3. Further, as shown in FIG. 8, it is preferable that a continuous means configured to supply the spare cathode 4b and continue the film formation when the cathode 4 is used up is preferably provided. Specifically, in the apparatus shown in FIG. 8, four spare cathodes 4b are held above the cathode 4 in use, and when the cathode 4 has been used after film formation has progressed, the above-described delivery mechanism is provided. Is configured so that one of the spare cathodes 4b is sent out downward, so that when the cathode 4 is used up, the spare cathode 4b is supplied to the delivery mechanism, By restarting film formation using the supplied spare cathode 4b, continuous film formation using a plurality of cathodes can be performed.

Ｂ．第２の実施の形態
本実施の形態においては、アーク式成膜装置として、中心部に開口部が設けられた板状の陽極が、陰極と基材との間に配置されているアーク式成膜装置を用いている。なお、以下においては、本実施の形態における特徴部分であるこの中心部に開口部が設けられた陽極について、重点的に説明する。 B. Second Embodiment In the present embodiment, as an arc type film forming apparatus, an arc type film forming apparatus in which a plate-like anode having an opening at the center is disposed between a cathode and a substrate. A membrane device is used. In the following description, the anode having an opening at the center, which is a characteristic part of the present embodiment, will be described mainly.

図９は、本実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す断面図である。図１０は、本実施の形態において、電位調整筒を設けて行うアーク放電を説明する断面図である。図１１は、本実施の形態に係るアーク式成膜装置の基本的な構成を示す概略断面図である。図１２は、本実施の形態に係るアーク式成膜装置の陰極周辺を示す断面図である。図１３は、本実施の形態において送り出し機構が設けられたアーク式成膜装置の陰極周辺を示す斜視図である。なお、図１３では中心部に開口部が設けられて外形が円盤状の陽極を用いているが、外形は円盤状に限定されない。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing the vicinity of the cathode of the arc-type film forming apparatus according to the present embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining arc discharge performed by providing a potential adjusting cylinder in the present embodiment. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of the arc-type film forming apparatus according to the present embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view showing the periphery of the cathode of the arc type film forming apparatus according to the present embodiment. FIG. 13 is a perspective view showing the vicinity of the cathode of the arc-type film forming apparatus provided with the feeding mechanism in the present embodiment. In FIG. 13, an anode having an opening at the center and having a disk shape is used, but the outer shape is not limited to a disk shape.

図１１に示すように、本実施の形態に係るアーク式成膜装置１０は、中心部に開口部が設けられて円盤状に形成された陽極５０が真空チャンバー１を介してアーク電源７と接続されて、陰極と基材との間に配置されている点を除いては、第１の実施の形態に示したアーク式成膜装置と同様の構成となっている。   As shown in FIG. 11, the arc-type film forming apparatus 10 according to the present embodiment is connected to an arc power source 7 through a vacuum chamber 1 in which an anode 50 having an opening at the center is formed in a disc shape. In addition, the configuration is the same as that of the arc-type film forming apparatus shown in the first embodiment except that it is arranged between the cathode and the substrate.

このような陽極５０を使用した場合も、第１の実施の形態と同様に、陰極４の外周面にアークスポットを生じさせて、アークスポットから放出された粉砕粒子が基材２０に向けて飛散しないようにすることができる。   Even when such an anode 50 is used, an arc spot is generated on the outer peripheral surface of the cathode 4 as in the first embodiment, and the pulverized particles emitted from the arc spot are scattered toward the substrate 20. You can avoid it.

そして、本実施の形態においても、陰極４の外周面のカーボンを昇華させる際、図１０に示すように、アークスポットＸが陰極４の根元に近付くにつれて、アーク放電Ｅ１の距離が長くなるようにできるため、アークスポットＸが陰極４の根元側に向かって移動する際の速度が低下して、アーク放電を継続して行うことができる。   Also in the present embodiment, when the carbon on the outer peripheral surface of the cathode 4 is sublimated, as shown in FIG. 10, the distance of the arc discharge E1 increases as the arc spot X approaches the root of the cathode 4. Therefore, the speed at which the arc spot X moves toward the base side of the cathode 4 is reduced, and arc discharge can be continuously performed.

また、本実施の形態においても、図１１に示すように、陰極４の先端付近の外周面に放電開始手段としてのトリガー電極８を接触させてアーク放電を開始した後、所定の時間（２秒〜２分）が経過してアークスポットが根元側にある程度移動した時点で放電を停止させ、再び陰極４の先端付近の外周面にトリガー電極８を接触させてアーク放電を繰り返して、一定時間毎に放電の停止と開始を繰り返すことにより、一度アークスポットが通過した箇所に、再度アークスポットを通過させてカーボン材を昇華させることができるため、図１２に示すように陰極４のカーボン材を効率良く消費することができる。   Also in the present embodiment, as shown in FIG. 11, a trigger electrode 8 serving as a discharge start means is brought into contact with the outer peripheral surface near the tip of the cathode 4 to start arc discharge, and then a predetermined time (2 seconds). The discharge is stopped when the arc spot has moved to the root side to some extent after a lapse of ~ 2 minutes), and the trigger electrode 8 is brought into contact with the outer peripheral surface near the tip of the cathode 4 again to repeat the arc discharge at regular intervals. By repeatedly stopping and starting the discharge, the carbon material of the cathode 4 can be efficiently used as shown in FIG. It can be consumed well.

本実施の形態において、アークスポットにおいて昇華したカーボンは、図１３に示すように、磁場発生手段３１から生じた磁場により飛散方向が基材２０に向けて変更されて、対向する基材２０に向かって飛散するが、その際、陽極５０の開口部を通過して基材２０の表面にＤＬＣ膜を成膜する。一方、アークスポットＸ（図９参照）において発生した粉砕粒子４３は基材２０に向かわずに電位調整筒３２の内周面に付着する。この結果、成膜された炭素膜の平滑性を効果的に高めることができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 13, the carbon sublimated at the arc spot has its scattering direction changed toward the base material 20 by the magnetic field generated by the magnetic field generating means 31, and is directed toward the opposing base material 20. At that time, a DLC film is formed on the surface of the substrate 20 through the opening of the anode 50. On the other hand, the pulverized particles 43 generated at the arc spot X (see FIG. 9) adhere to the inner peripheral surface of the potential adjusting cylinder 32 without going to the base material 20. As a result, the smoothness of the formed carbon film can be effectively improved.

なお、陽極５０の開口部の直径は３０〜１５０ｍｍであることが好ましい。開口部の直径が３０ｍｍ未満の場合には成膜速度が極端に低下する恐れがあり、一方、直径が１５０ｍｍを超えた場合には炭素膜の平滑性の改善効果が極端に低下する恐れがある。   In addition, it is preferable that the diameter of the opening part of the anode 50 is 30-150 mm. If the diameter of the opening is less than 30 mm, the film forming speed may be extremely reduced. On the other hand, if the diameter exceeds 150 mm, the effect of improving the smoothness of the carbon film may be extremely reduced. .

そして、本実施の形態では、陽極が陰極と基材との間に配置されているため、陰極の外周面のカーボンを昇華させる際、アークスポットが陰極の根元に近付くにつれて、アーク放電の距離が長くなり、必ずしも電位調整筒を設けなくてもよい。   In this embodiment, since the anode is disposed between the cathode and the base material, when sublimating the carbon on the outer peripheral surface of the cathode, the arc discharge distance increases as the arc spot approaches the base of the cathode. The potential adjustment cylinder is not necessarily provided.

本実施例においては、陰極の外周面にアークスポットを生じさせて基材にＤＬＣ膜を成膜する実施例と、従来と同様に陰極の先端にアークスポットを生じさせてＤＬＣ膜を成膜する比較例とを実施し、成膜後のＤＬＣ膜の平滑性を調べた。   In the present embodiment, an arc spot is generated on the outer peripheral surface of the cathode to form a DLC film on the substrate, and an arc spot is generated on the tip of the cathode to form a DLC film as in the conventional case. The comparative example was implemented and the smoothness of the DLC film after film-forming was investigated.

１．実施例および比較例
（１）実施例
具体的には、図１１に示すアーク式成膜装置を用いて、陰極４の外周面にアークスポットを生じさせながら基材２０の表面にＤＬＣ膜を成膜した。また、３０秒毎にアーク放電の停止と開始を繰り返しながら１２０分間成膜を行った。 1. Example and Comparative Example (1) Example Specifically, a DLC film was formed on the surface of the base material 20 while generating an arc spot on the outer peripheral surface of the cathode 4 using the arc type film forming apparatus shown in FIG. Filmed. In addition, film formation was performed for 120 minutes while repeatedly stopping and starting arc discharge every 30 seconds.

なお、他の具体的な成膜条件は以下の通りである。
陰極の長さ ：３００ｍｍ
陰極の直径 ：１０ｍｍ
陰極の材料 ：焼結カーボン
陽極の開口部の直径 ：１００ｍｍ
基材 ：ＳＨＫ５１（高速度工具鋼鋼材）
磁場発生手段が形成する磁力 ：約５０ガウス
コイル筐体（電位調整筒） ：２Ωの抵抗を介して接地に接続
陰極の送り出し速度 ：１ｍｍ／分
真空チャンバーの真空度 ：１×１０−３Ｐａ
基材に印加するバイアス電圧 ：−５０Ｖ
アーク放電電流 ：６０Ａ Other specific film forming conditions are as follows.
Cathode length: 300 mm
Cathode diameter: 10 mm
Cathode material: Sintered carbon Anode opening diameter: 100 mm
Base material: SHK51 (High-speed tool steel)
Magnetic force generated by the magnetic field generating means: about 50 gauss Coil casing (potential adjustment cylinder): Connected to ground through a resistance of 2Ω Cathode feed speed: 1 mm / min Vacuum chamber vacuum: 1 × 10 −3 Pa
Bias voltage applied to substrate: -50V
Arc discharge current: 60A

（２）比較例
従来のアーク式成膜装置を用いて、通常の成膜を行ったことを除いて、実施例と同じ条件でＤＬＣ膜を製膜した。即ち、比較例では、陰極の先端にアークスポットを生じさせて、１本分の陰極の成膜を連続して６０分間行った。 (2) Comparative Example A DLC film was formed under the same conditions as in the example except that ordinary film formation was performed using a conventional arc type film forming apparatus. That is, in the comparative example, an arc spot was generated at the tip of the cathode, and the film formation of one cathode was continuously performed for 60 minutes.

２．評価
（１）ＤＬＣ膜の面粗度
各実験例において成膜されたＤＬＣ膜について、表面粗さ計を用いて表面形状を測定し、測定結果に基づいて面粗度（最大高さ）Ｒｚを算出した。 2. Evaluation (1) Surface roughness of DLC film For the DLC film formed in each experimental example, the surface shape was measured using a surface roughness meter, and the surface roughness (maximum height) Rz was determined based on the measurement result. Calculated.

（２）成膜速度
成膜後のＤＬＣ膜の厚みを測定し成膜速度（μｍ／ｈ）を求めた。 (2) Film formation speed The thickness of the DLC film after film formation was measured to determine the film formation speed (μm / h).

（３）可能最大膜厚
実施例の装置の陰極４周辺に、図８に示すような送り出し機構と連装機構を設け、５本分の陰極による成膜を連続して行い、成膜後のＤＬＣ膜の厚みを測定し、測定結果を可能最大膜厚とした。 (3) Maximum possible film thickness A delivery mechanism and a connection mechanism as shown in FIG. 8 are provided around the cathode 4 of the apparatus of the embodiment, and film formation with five cathodes is continuously performed. The thickness of the film was measured and the measurement result was taken as the maximum possible film thickness.

上記した（１）〜（３）の評価の結果を表１に示す。   Table 1 shows the results of the above evaluations (1) to (3).

実施例におけるアーク放電を観察したところ、アークスポットの根元側への移動速度が遅くなっており、アークスポットＸを陰極４の外周面に生じさせているにも拘らず、安定した成膜が継続して行われていることが確認できた。   Observation of arc discharge in the example shows that the moving speed of the arc spot to the base side is slow, and the stable film formation is continued despite the generation of the arc spot X on the outer peripheral surface of the cathode 4. It was confirmed that this was done.

また、表１より、比較例に比べて実施例では成膜後のＤＬＣ膜の面粗度が小さくなっており、陰極の外周面にアークスポットを生じさせながらアーク放電を行うことにより、アーク放電中に陰極から放出された粉砕粒子が成膜中のＤＬＣ膜に取り込まれることが抑制されて、安定して平滑なＤＬＣ膜が成膜されていることが確認できた。   Further, from Table 1, the surface roughness of the DLC film after film formation is smaller in the embodiment than in the comparative example, and arc discharge is performed by generating arc spots on the outer peripheral surface of the cathode. It was confirmed that the pulverized particles emitted from the cathode were taken into the DLC film being formed, and a stable and smooth DLC film was formed.

成膜速度については、実施例が比較例に比べて遅くなっていることが分かるが、実用上問題となるほどではなかった。   As for the film formation rate, it can be seen that the example is slower than the comparative example, but it is not a problem in practical use.

可能最大膜厚については、実施例のように連装手段を用いた場合には、陰極１本分の厚み（５μｍ）の成膜が限界であった従来技術と異なり、複数本分の成膜を連続して行うことにより、１０μｍまでの成膜が可能であることが分かる。   Regarding the maximum possible film thickness, unlike the conventional technique in which the film thickness of one cathode (5 μm) is the limit when using the continuous means as in the embodiment, the film deposition for a plurality of films is possible. It can be seen that film formation up to 10 μm is possible by carrying out continuously.

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。   While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications can be made to the above-described embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.

１ 真空チャンバー
２ 基材保持手段
３ 陰極保持手段
４ 陰極
４ａ 陰極の端部
４ｂ 予備の陰極
６ 基材用の電源
７ アーク電源
８ トリガー電極
９ トリガー電極の抵抗
１０ アーク式成膜装置
１１ 排気口
２０ 基材
３１ 磁場発生手段
３２ 電位調整筒
３３ 抵抗
３４ 封止板
４３ 粉砕粒子
５０ 陽極
Ａ、Ｂ アークスポットの位置
Ｅ１、Ｅ２ アーク放電
Ｇ 磁力線
Ｇ１、Ｇ２ 接地
Ｐ 昇華したカーボン
Ｘ アークスポット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Base material holding means 3 Cathode holding means 4 Cathode 4a End of cathode 4b Spare cathode 6 Power source for base material 7 Arc power source 8 Trigger electrode 9 Resistance of trigger electrode 10 Arc type film forming apparatus 11 Exhaust port 20 Substrate 31 Magnetic field generating means 32 Potential adjusting cylinder 33 Resistance 34 Sealing plate 43 Grinding particle 50 Anode A, B Arc spot position E1, E2 Arc discharge G Magnetic field line G1, G2 Ground P Sublimated carbon X Arc spot

Claims (13)

カーボンを主成分とする陰極と、陽極との間にアーク放電を生じさせることにより、前記陰極表面に形成されたアークスポットから前記カーボンを昇華させて、基材表面にカーボンを主成分とする炭素膜を成膜するアーク式成膜装置であって、
棒状の陰極を保持する陰極保持手段と、
前記基材を保持する基材保持手段と、
前記陰極保持手段および前記基材保持手段が収容された真空チャンバーと、
前記陰極と陽極との間に接続されたアーク電源と、
前記棒状の陰極の外周面にアークスポットを生じさせる放電開始手段と、
前記棒状の陰極の周囲に環状に配置されて、磁力線が前記陰極の軸方向に沿った磁場を発生させる磁場発生手段とを備えており、
前記陰極の外周面にアークスポットを生じさせて、前記陰極の外周面のカーボンを昇華させることにより、前記基材表面に炭素膜を成膜するように構成されており、
前記陰極の外周面のカーボンを昇華させる際、前記アークスポットが前記陰極の根元に近付くにつれて、前記アーク放電の距離が長くなるように構成されていることを特徴とするアーク式成膜装置。 Carbon that is mainly composed of carbon on the surface of the base material is produced by sublimating the carbon from the arc spot formed on the surface of the cathode by causing arc discharge between the cathode composed mainly of carbon and the anode. An arc type film forming apparatus for forming a film,
A cathode holding means for holding a rod-shaped cathode;
Substrate holding means for holding the substrate;
A vacuum chamber containing the cathode holding means and the substrate holding means;
An arc power source connected between the cathode and the anode;
A discharge starting means for generating an arc spot on the outer peripheral surface of the rod-shaped cathode;
A magnetic field generating means arranged in a ring around the rod-shaped cathode and generating a magnetic field with magnetic lines of force along the axial direction of the cathode;
An arc spot is generated on the outer peripheral surface of the cathode, and a carbon film is formed on the substrate surface by sublimating carbon on the outer peripheral surface of the cathode.
An arc type film forming apparatus configured to increase the distance of the arc discharge as the arc spot approaches the base of the cathode when carbon on the outer peripheral surface of the cathode is sublimated. 前記棒状の陰極の周囲に配置された環状の部材であり、前記陽極と前記アーク電源との接続における抵抗値よりも抵抗値が高くなるように前記アーク電源に電気的に接続された電位調整筒を備えていることを特徴とする請求項１に記載のアーク式成膜装置。   An electric potential adjusting cylinder which is an annular member arranged around the rod-shaped cathode and is electrically connected to the arc power supply so that a resistance value is higher than a resistance value in connection between the anode and the arc power supply The arc-type film forming apparatus according to claim 1, comprising: 前記棒状の陰極の周囲に配置された環状の部材であり、絶縁材料または金属を用いて、電気的に絶縁された状態で筒状に作製された絶縁筒を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーク式成膜装置。   An annular member disposed around the rod-shaped cathode, comprising an insulating cylinder made into a cylindrical shape in an electrically insulated state using an insulating material or metal. The arc type film forming apparatus according to claim 1 or 2. さらに、前記電位調整筒または前記絶縁筒の前記陰極の根元側の開口部を塞ぎ、前記陰極との間で通電しないように構成された封止板を備えていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のアーク式成膜装置。   3. The sealing device according to claim 2, further comprising: a sealing plate configured to close an opening on a base side of the cathode of the potential adjusting cylinder or the insulating cylinder so as not to energize the cathode. Or the arc-type film-forming apparatus of Claim 3. 前記真空チャンバーが、前記アーク電源に接続されており、前記陽極として用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the vacuum chamber is connected to the arc power source and used as the anode. 前記陽極が、中心部に開口部が設けられた板状の陽極であり、前記陽極が前記陰極と前記基材との間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置。   6. The anode according to claim 1, wherein the anode is a plate-like anode having an opening at the center, and the anode is disposed between the cathode and the substrate. The arc-type film-forming apparatus of any one of Claims. 前記陽極に設けられた開口部が、直径３０〜１５０ｍｍの開口部であることを特徴とする請求項６に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film forming apparatus according to claim 6, wherein the opening provided in the anode is an opening having a diameter of 30 to 150 mm. 前記アーク放電の開始と停止を所定の時間で繰り返すように制御する放電制御部を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film forming apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a discharge control unit that controls the start and stop of the arc discharge to repeat at a predetermined time. 前記磁場発生手段として、コイルが用いられており、
前記電位調整筒として、前記コイルを収容するコイル筐体が用いられていることを特徴とする請求項２ないし請求項８のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置。 A coil is used as the magnetic field generating means,
The arc type film forming apparatus according to any one of claims 2 to 8, wherein a coil casing that houses the coil is used as the potential adjusting cylinder. 前記棒状の陰極を前記真空チャンバー内に送り出す送り出し機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film forming apparatus according to any one of claims 1 to 9, further comprising a delivery mechanism for delivering the rod-shaped cathode into the vacuum chamber. 複数本の予備の陰極を保持しており、前記送り出し機構に向けて、前記予備の陰極を供給するように構成されている連装手段を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のアーク式成膜装置。   11. The arc according to claim 10, further comprising connecting means configured to hold a plurality of spare cathodes and to supply the spare cathodes toward the delivery mechanism. Type film deposition system. 前記電位調整筒と前記アーク電源との接続における抵抗値が、０Ωを超え５Ω以下に設定されていることを特徴とする請求項２ないし請求項１１のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置。   The arc-type film formation according to any one of claims 2 to 11, wherein a resistance value in connection between the potential adjusting cylinder and the arc power source is set to be more than 0Ω and not more than 5Ω. apparatus. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のアーク式成膜装置を用いて、
前記陰極の外周面にアークスポットを生じさせ、前記アークスポットを前記陰極の先端側から根元側に向かって移動させることにより、前記陰極の外周面のカーボンを昇華させて、前記基材表面に炭素膜を成膜することを特徴とするアーク式成膜方法。 Using the arc-type film forming apparatus according to any one of claims 1 to 12,
An arc spot is generated on the outer peripheral surface of the cathode, and the arc spot is moved from the tip side toward the root side of the cathode, thereby sublimating carbon on the outer peripheral surface of the cathode, and carbon on the substrate surface. An arc-type film forming method characterized by forming a film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021021098A (en) * 2019-07-25 2021-02-18 日本アイ・ティ・エフ株式会社 Amorphous hard carbon film and method for depositing the same
JP7209355B2 (en) 2019-07-25 2023-01-20 日本アイ・ティ・エフ株式会社 Amorphous hard carbon film and its deposition method

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