JPH02194167A - 真空アーク蒸着装置及び方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、切削工具、ベアリング、ギヤ等の耐摩耗性コ
ーチイブ、電子部品、プリント回路、光学、磁気装置等
の分野での被膜形成に使用される真空アーク蒸着装置の
改良に関する。

（従来の技術） 真空アーク蒸着法は、基本的には、真空室内で蒸発源（
陰極）からアーク放電により被膜材料粒子を発生させ、
これをマイナスのバイアス電圧を印加した基板上に堆積
させる方法であり、蒸発源である陰極からは高アーク電
流により高エネルギーのカソード材料原子がプラズマビ
ームとなって放出され、陰極と基板との間にかけられた
電圧により加速され、基板上に被膜が形成されるように
するものである。この真空アーク蒸着法の特長の１つは
、入射粒子のエネルギーが高いため、被膜の密度が高く
、強度および耐久性に優れた膜が得られる点であり、そ
れにもまして工業的に注目されるのは、成膜速度が速く
生産性が高い点である。

真空アーク蒸着法の進歩した従来技術を代表例により補
足説明する。

従来技術例（Ｉ）、特公昭５８−３０３３号。

要約して「真空室内で蒸発源物質とアーク電極との間に
アーク放電を発生させ、蒸発源物質の原子およびイオン
よりなる粒子のビームを射出し、この際１００ボルト以
下の低電圧で約５０〜３００アンペアのアーク放電電流
を供給して各粒子に約１０〜１００電子ボルトの運動エ
ネルギーを与え、上記粒子を基板の表面上に堆積させる
」ことを要旨とし、この方法を実施する装置として、ビ
ームの指向性を高めるために、陽極を円錐台筒状に形成
してビーム指向方向を決定し、その開口度および拡径角
度を制御することによってビーム幅を規制することが開
示され、さらに指向性を高めるために磁界の利用が有効
の旨記載されている。

従来技術例（■）、特公昭５２−１４６９０号。

要約して「冷却床に配置した蒸発源金属陰極、陰極の蒸
発面に放電の陰極点を発生させ゛るトリガ電極、排気室
およびアーク電極を備える真空金属被覆装置において陽
極が外囲器であり、陰極の蒸発面は外囲器内空間に面し
、かつ陰極点保持装置が陰極の蒸発面を制御しかつ陰極
点が陰極の蒸発面から非蒸発面へ転移するのを妨げるよ
うに陰極の近くに配置される」ことを要旨とするもので
、この構造によりアークの安定性、陰極材料利用率を向
上させている。

従来技術例′（■） 前記２特公の開示を含めて従来の真空アーク蒸着技術に
は、陰極蒸発面から発生するイオンや中性子からなるプ
ラズマ粒子の他に、陰極材料の溶融粒子、すなわちプラ
ズマ粒子に較べて大きいマクロパーティクル、マクロド
ロップレフト等が発生し、これが基板上の堆積膜中に混
入して膜表面粗度の悪化、密着力の低下を起こし、また
反応性コーテイング膜の場合には溶融粒子が未反応のま
ま膜中にとり込まれるという問題がある。

この問題を解決する従来技術としては、第１１図の磁界
利用装置があり、すなわち真空アーク蒸発源（ａ）と基
板（ｂ）との間を直角に曲げられソレノイド（Ｃ）が配
置された真空に維持される管路（ｄ）が連結し、発生源
から発生したプラズマはソレノイド（Ｃ）の磁場の作用
のもとに曲がり管路（ｄ）内を曲進して基板（ｂ）まで
導かれるが、溶融粒子は磁場の影響を受けずに直進して
光学的に影となる位置にある基板ら）には到達できず、
こうして溶融粒子を含まぬ良質な被膜の形成が可能であ
るとしている。

従来技術例（■）、特公昭６０−３６４６８号。

この装置は、磁場を利用する真空アーク蒸着装置の他の
１例であって、第１２図に示すように、陰極蒸発面（ｅ
）の前方に管状陽極（ｆ）とその外側にソレノイド（ｇ
）を配し、ソレノイドの蒸発面まわりの部分の単位長さ
当たりの巻数を他の部分の２倍以上とした点に特徴を有
するもので、点線で示すように磁場は陰極に向かって収
束する。

この磁場の大きさおよび形状からする作用によって、ア
ークの安定性と磁場がプラズマを導く効果により効率的
な蒸発物質の利用が実現できるとされている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術例（ＩＩＩ）の真空蒸発装置は、前記の溶融粒
子が被膜中に混入する問題は避けられるが、図示のよう
に装置が大掛かりで、利用空間が狭く、実施制御に困難
があり、有効なコーティングエリアが小さいために、工
業的規模での実施には不向きである。

従来技術例（ＩＶ）は（ＩＩＩ）より実用的になり得る
と思われるが、公告公報８１Ｉ！ｌｌ記載のように、蒸
発物の中性成分の基板への到達は従来技術と同じ七して
おり、従って溶融粒子が被膜中に混入する問題は、従来
技術例（１）（ＩＩ）と同様に、未解決で残されたまま
である。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、従来技術の真空アーク蒸着装置の上記問題点
を解決し、蒸発面からの溶融粒子の混入による被膜の不
良化の問題を最小限にすることが可能であり、しかも工
業的、経済的な装置としての条件を具備し、真空アーク
蒸着技術の特質を支障なく実現するところの改良真空ア
ーク蒸着装置を提供することを目的とする。

この目的に対応する解決手段として、本発明の真空アー
ク蒸着装置は、構成上、真空下においてアーク蒸発源か
ら発生させた被膜形成材料のプラズマを基板に導いて被
膜を形成する真空アーク蒸発法の装置として、アーク蒸
発源の蒸発面の中心軸線上の前方に基板との間の位置に
少なくとも１つの同軸の空心コイルを配備して、コイル
の励磁によりコイル端より漏洩する磁場が中心軸線より
半径方向外向きに発散する距離の位置に前記蒸発面を配
置し、かくして外側へ発散する磁場の半径方向成分によ
って蒸発面上に発生させたアークスポットを高速に周回
させつつ、前記アークスポットにより発生したプラズマ
を磁場の磁力線に沿ってコイル内真空空間を通過させて
基板上に導いて被覆を行うようにしたことを特徴とする
。

（作　用） 本発明装置の技術的根拠を作用原理により装置構成に即
して説明すると、次のとおりである。

一般に、第１図に示すように、空心コイル（１）を励磁
すると、周囲に強磁性物体がない場合、形成される磁場
の磁力線は、コイル内位置（Ｂ）では中心軸線（Ｘ）方
向成分が殆んどとなるが、コイルの両端から離れるに従
って磁力線（７）は軸線（Ｘ）より半径方向外向きに発
散するようになりコイルの外側を大きく迂回してコイル
の反対側の磁力線につながる。

本発明では、真空アーク蒸発源の蒸発面を磁場が外向き
に発散する位置（Ａ）に置き、蒸発したプラズマ流が磁
力線に沿って導かれてコイル内位置（Ｂ）を通過し反対
位置（Ｃ）に設置した基板に到来してコーティングする
ような構成を与える。

第２図はこの構成を真空蒸着装置として模式的に表示し
たもので、非磁性材料の真空チャンバー（２）の管状部
（３）の外側の位置（Ｂ）に配置した空心コイル（１）
との関係において、チャンバー（２）内の位置（Ａ）に
真空アーク蒸発源（４）を蒸発面（５）の中心が中心軸
線（Ｘ）に合致するようにして配置し、位置（Ｃ）に基
板（６）を配置する。（７）は磁力線を示す。（８）は
プラズマ発生アーク閉込めリングである。

一般にプラズマに磁場を印加すると、プラズマは磁力線
に沿った方向に向かい移動しやすく、磁力線に直交する
方向へは移動しにくい性質を持つ。これは、荷電粒子が
磁力のある空間を移動する際、磁力線に巻付く形で運動
するいわゆる「ラーモア旋回運動」の効果による。この
効果で、プラズマを導くには、プラズマ中の電子を磁場
にて導いてやれば、イオンは静電的効果で負電荷の電子
密度の高い部分へと移動するので、電子をトラップ可能
な数十ガウス以上の磁場を印加するとよい。

この結果として、陰極アーク発生源（４）の蒸発面（５
）にて発生したプラズマは図示の磁力線（７）に沿って
流れ基板（６）に到達する。この現象は従来技術例（Ｉ
［）（ＩＶ）でも生ずる筈のものである。

この効果には、基板に向かう溶融粒子を相対的に減少さ
せる働きがある。すなわち、中性の溶融粒子には、この
誘導効果が作用しないのに対して、イオンは選択的に基
板まで導かれるからである。

次に、本発明では、従来技術例（ＩＶ）では磁場が収束
する位置にアーク蒸発源が置かれるのとは対照的に、コ
イル端部よりの磁場の磁力線が半径方向外向きに発散す
る位置にアーク蒸発源を置く。この外側へ向かう磁場は
半径方向成分、すなわち蒸発面と平行な成分を持ち、ア
ーク蒸発源のアークスポットから流出するイオン、電子
と直交し、電磁的な相互反発作用によってアークスポッ
トを強制的に動かすので、アークスポットは蒸発面上を
高速で周回運動する。その結果、アークスポットがある
一ケ所に滞留する時間が短くなり、アークスポットの周
囲の溶融部分の発生が抑制され、蒸発面上から発生する
溶融粒子の発生量を減少しまた溶融粒子径を小形化する
作用を生ずる。

以上の２作用の併立により、本発明では、アークスポッ
トの移動を半径方向外向き磁場成分で高速化して蒸発面
から溶融粒子の混在の少ないプラズマを発生させ、さら
に磁場によってイオンのみを選択的に誘導することによ
り、被膜への溶融流粒子の混入の減少を達成する。

さらに、本発明では、実施上、有利に利用し得る作用と
してプラズマ流が収束状態で得られるという作用がある
。すなわち、プラズマ流は、磁力線に沿って誘導されて
コイル内側の空間位置で蒸発面より小径に一旦収束され
たのち、再び発散してゆく。このとき、もし基板をコイ
ルに接近させて配置すると、小さな面積に高い密度で収
束したプラズマ流でコーティングすることができる。

コーティングする基板は、その形状、大きさ、コーティ
ング個所は限定されない。そこで基板が例えば穴あけド
リルの場合、コーティングが重要なのは刃先のみである
ので、刃先をコイルに接近させて配置して、プラズマ集
束流作用を利用できる。もちろん、広い面積に亘ってコ
ーティングが必要なときは、基板をコイルから相当の距
離を置いて設置して磁場に沿って発散したプラズマ流を
利用すればよい。

プラズマ流の集束性に関しては、先行技術（１）（ＩＩ
）では蒸発したイオンは必然的に蒸発面より拡がって発
散するし、先行技術例（ＩＶ）でもプラズマ流は磁力線
に沿って移動するものの蒸発面より拡がっている。

さらに、本発明で同時に得られる実施上有利な別の作用
としては、アークスポットが蒸発面上を高速で周回運動
することで、アークスポットが蒸発面上をくまなく走り
廻ることから蒸発材料を均一に消耗させ得るという作用
がある。

先行技術（１）（ＩＩ）に関しては、特別な制御を加え
ぬ場合、アークスポットが蒸発面の一部分にのみ滞在し
、当該部分の消耗が進む傾向を示すことがあり、これを
修正するため蒸発材の背面にコイルを配しプレーナマグ
ネトロンスパッタ装置と類似の磁場を形成することで、
アークスポットを強制移動させる方法が知られている。

本発明では、この様な特別な機構を設けなくても、蒸発
材料は均一に消耗される。

（実施例） 以下、本発明を添付図を参照し実施例に即してさらに具
体的に説明する。

第３図は、本発明の真空アーク蒸着装置の１例の要部を
示す。第２図の模式図に準するものであるから、均等部
分に同一符号を記入して指摘し、その説明を援用する。

説明を補足すると、Ｔｉ製の真空アーク蒸発源（４）は
アーク電源（９）のマイナス側に接続され、周囲にＢＮ
製のアーク閉込めリング（８）を配し、電源（９）のプ
ラス側に接続される真空チャンバー（２）と絶縁物００
）を介し絶縁し、水冷機構を有するカソードホルダＯＤ
に取付け、蒸発面を真空チャンバ（２）側の前面に向け
て配置される。０りはアーク点火機構を示す。この図で
は外れて図示されない基板（６）との間にチャンバの管
状部（３）の外側に同じ中心軸線（Ｘ）のちとに配置さ
れる空心電磁コイル（１）はこの例で単一であるが、複
数コイルを配置してもよい。蒸発面で発生したプラズマ
は、コイルの内側の陽極を兼ねる管状部（３）を通りチ
ャンバー内の基板（６）に導かれる。

本例の数値を示せば、蒸発源カソードの蒸発面（５）は
φ１００、コイル（１）の中心径はφ１８４、コイル端
よりカソード蒸発面までの距離は８０ｍｍである。

コイルを３０００ＡＴで励磁した際の磁場形状を第４図
に示し、各部での磁場強度を第１表に単位ガウスで示す
。

第１表 各部磁場強度（単位、ガウス） 第１表から知られるように、カソード蒸発面（５）上で
の磁場の半径方向成分は一様ではない。

すなわち、中心軸線（Ｘ）上では、形状の対称性により
当然０であり周囲に到るに従って大きくなる。ここでは
、蒸発面外径の７０％の３５ｍｍ半径の位置（内外面積
のほぼ等しい）を代表点と見做して作動状況を説明する
。

第４図および第１表から、コイルで励磁された磁力線は
中心軸線（Ｘ）から離れるに従い発散して、カソード蒸
発面では半径方向成分を有することが知られる。

上記の装置で、アーク電源（９）より電力を供給しつつ
アーク点火機構θカにより真空アーク放電を発生させる
と、蒸発面（５）からのプラズマ流が磁力線に沿って導
かれる状況を目視により観察できる。すなわち、蒸発面
より発生したプラズマ流の発光部がコイルの内側で、磁
場に沿った形で、蒸発面の約６０％の径にまで収束した
のち、真空チャンバーの反対側内へと発散する。この時
の蒸発面（５）のアークスポットは高速で円周運動して
いた。

この装置で、ＳＯＳ　３０４ステンレス鋼製の基板（６
）を蒸発面（５）より３５０ｍｍの位置に正対して置き
、作動条件をコイル（１）の励１３０００Ａｔ、アーク
電流１００Ａ、基板バイアス電圧−５０Ｖ、真空チャン
バー（２）内Ｎｔガス圧力１０ｍＴｏｒｒとしてＴｉＮ
被膜の反応性真空アーク蒸着を実施したところ、被膜厚
約２．５μ−で第５図の被膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）写真に示すように溶融粒子の混入の少ない良好なコ
ーティングを行うことができた。第６図の被膜のＳＥＭ
写真は、比較のため、先行技術例（１）（［３に相当す
る従来法に準じ、基板を上記とほぼ同じ蒸着レートが得
られる蒸発面より２００ｍｍの位置に置き、他は同一条
件でコーティングした被膜を示し、これと較べると本発
明によれば顕著に良好な結果が得られることが知られる
。

さらに本発明による被膜と比較例の被膜について、表面
粗さ（Ｒａ値）とＳＥＭ像に基づく画像処理によって直
径０．６μｍ以上の大きさの溶融粒子密度を計数した結
果を第２表に示す。

第２表 □ これから、数量的なデータの上からも、表面粗さの大幅
な改善と溶融粒子数の１７１０近い減少を本発明により
実現できることが知られる。

被膜への溶融粒子の混入を防止し得る先行技術例（Ｉ［
［）と較べれば、本発明の装置は、構造が筒車で小形化
され工業的実施が容易である。

次に、被膜への溶融粒子の混入量と磁場強度との関係を
調べるため、コイルの励磁をＯＡＴ、１０００＾Ｔおよ
び２０００ＡＴに変化させてコーティングを行ったとこ
ろ、励磁を増すに伴って蒸発面のアークスポットの旋回
運動が高速化することが観察され、またそれぞれ第７図
、第８図および第９図の被膜のＳＥＭ写真の結果が得ら
れた。

コイルの励磁なしの場合、第７図の写真のように、溶融
粒子の混入は多いが、２０００＾Ｔ励磁の場合は第９図
の写真のように、溶融粒子の混入が少なく、３０００Ａ
Ｔ励磁の第５図と殆んど変わらぬ結果が得られる。励磁
１０００ＡＴの場合は、第８図の写真のように、第７図
無励磁の場合より溶融粒子の混入は少なくなるものの相
当数残っており、また粒子サイズも大きい、これから励
磁１０００ＡＴと２０００ＡＴとの間で溶融粒子の低減
化が進むことが知られる。　１００ＯＡＴと２０００Ａ
Ｔでの蒸発面上の半径方向成分は、それぞれ約７ガウス
と１３ガウスであるので、この磁場半径方向成分が約１
０ガウスを越えると溶融粒子の低減化が進むものと判断
される。

また本発明においてプラズマを効率よく基板に誘導する
という観点から、励磁電流が成膜レートに及ぼす影響を
調べた結果を第１０図に示す。

第１０図より、励磁強度を増加させるに従って成膜レー
トが増加するが、３０００ＡＴ以上で飽和する傾向があ
ることが知られる。

この現象は、次の物理現象によって傾向を説明できる。

すなわち、磁場の印加によって、電子が磁力線にラーモ
ア運動でトラップされ、磁力線に平行な動きに限定され
るが、この現象が利用できるためには上記のラーモア運
動の半径が実際の装置の大きさ、例えば蒸発面の径に較
べ充分に小さい必要がある。このラーモア半径は式、ｍ
Ｖ上／ｅＢ（ただし、ｍ：電子質量、Ｖ工：電子の速度
、ｅ：電気素量、Ｂ；磁場強度）にて与えられる。すな
わち、ラーモア半径は磁場強度に逆比例するため、励磁
により磁場が強くなれば、ラーモア半径は小さくなり、
電子はより強く磁場にトラップされることとなる。

ここに、例としアークスポットより放出された直後の電
子が放電電圧に相当する約２０ｅＶのエネルギーを持っ
ていたとして、３０００ＡＴで励磁した際の蒸発面近く
での磁場６０ガウスにおいて計算すると、ラーモア半径
は約２．５　ｍである。このラーモア運動の直径を蒸発
面の径と比較するとｌ／２０程度であり、この磁場にお
いては電子は充分にトラップされていると言い得る。

どの程度の磁場を印加すればよいかは、他の実施条件と
の関係により一概に断定するすることは困難であるが、
第１０図から、成膜レートが３０００ＡＴで飽和し、０
〜１００ＯＡＴで急激に向上する傾向があることから判
断すると、少くとも１０００ＡＴ以上の励磁が必要で、
３ＱＯＯＡＴが好適と判断される。本発明では、蒸発面
近辺で磁場が発散により最も弱くなり、ラーモア半径が
最大となるので、この位置での磁場強度で示せば、効率
的な磁場プラズマ誘導を行うには、少なくとも２０ガウ
ス、より好適には６０ガウスの磁場が必要と判断される
。

以上の実施例では蒸発面、コイルは円形として説明して
いるが、各図は断面形と見做して蒸発面およびコイル等
を他の形状、例えば長方形に構成して実施することもで
きる。またコイルの長さ、数によって本発明は限定され
るものではない。

例えば、工業的実用性を失わない範囲で、第３ａ図の管
状部（３）を軸方向に延長し、コイル（１）を軸方向に
長くしたり、あるいはコイルを２個以上並べることも好
ましい。これは第３ａ図の実施例と比べ本質的にかわる
所はないが、プラズマを導く距離が長くなるため、幾何
学的な効果で溶融粒子をさらに減少できる。

また、上記と同様な理由で収束したプラズマビームが得
られるという作用を利用して、コイル（１）の内側の部
分に磁場に沿ってしぼられたプラズマ流の径よりもわず
かに大きな開口を有するオリフィスを設置することも好
ましい。このオリフィスは磁場に導かれたイオンは通過
させ得るのに対し、その幾何学的形状によって誘導効果
の働かぬ中性の溶融粒子に対し大きな遮断効果を有する
からである。

さらに、経済性の観点から好ましい実施の一形態として
、磁場を形成する空心コイルの少なくとも一部分をマー
ク放電電流によって励磁した装置が挙げられる。

第３ｂ図は、この実施形態を模式的に示したものである
。図示番号を第３ａ図と共通にして重複する説明は省略
する。ここでは、空心コイルは（１ａ）と（１ｂ）に分
割されており、空心コイル（１ａ）は図示の通りマーク
電源（９）から供給されるアーク放電電流によって励磁
される。例えばコイルとして３０ターンのものを用意し
、アーク電流１００Ａで真空アーク放電を発生させると
、３０００ＡＴの励磁が可能であり、明らかに第３ａ図
を引用して先に述べた物理現象と同一の作用を有する。

しかも、コイル励磁に特別な電源を必要とせず、システ
ムの簡素化に役立ち経済的である。

コイル（１ｂ）は、必須のものではないがコイル（１ａ
）のみでは放電電流と磁場を独立に制御したい場合に不
便が生じる為これを補うことができる。すなわち、放電
電流で磁場のある割合を励磁しておき、コイル（ｌｂ）
によってこれを補って所定の強度を得る方法をとること
で、制御の独立性を保てる一方で、コイル（１ｂ）の励
磁電源は先の実施例に比べて大幅に小型化でき経済性も
実現できる。

本発明の要点は、溶融粒子の割合を減少させることにあ
るので、もともと溶融粒子が多く発生するＡ１等低融点
の物質を蒸発の材料として選ぶより、ＴｉをはじめＺｒ
５Ｉｆ、　Ｖ　、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｃｒ。

Ｍｏ、　Ｗ等の比較的高融点の金属やこれらを主成分と
した合金を蒸発の材料として選ぶことでより好ましい結
果が得られる。すなわち、もともと溶融粒子が非常に多
い低融点金属の場合、本発明によって溶融粒子を低減さ
せたとしてもなお混入が多゛く、被膜としての実用性に
欠ける一方で、高融点金属の場合もともと溶融粒子の発
生が少ないことに加え、磁場の効果の作用するイオンの
割合が多くなり、全蒸発量のうち基板近くまで導かれる
蒸気の割合が増加するからである。

さらに、上記高融点金属の場合多くはＮ５Ｃ１０の各元
素と結合して高硬度などの高い機能を有する化合物を形
成するので、多くの場合上記高融点金属は窒素、炭化水
素、酸素等の反応性ガスの存在下で蒸着される。蒸発時
に存在する反応ガスは蒸発面に薄いさらに高融点の化合
物層を形成し、溶融粒子の発生を抑制することが当業者
には周知である。このことから、上記高融点金属を蒸発
材料として、反応性ガスを導入しながら行う反応性のコ
ーティングは本発明の実施の最も好適な形態と言える。

発明者がＴｉ、　Ｚｒと窒素ガスとの組合わせにおいて
行った実験では、窒素ガスを徐々に増加させた場合、本
発明と窒素ガスの効果によって、ｌ　ｙａ　Ｔｏｒｒの
窒素分圧をさかいに、大幅に被膜に混入する溶融粒子の
減少を観察した。

さらに、本発明の方法によると、好適な基板バイアス電
圧条件のもとで、溶融粒子が減少しているのみでなく、
被膜の性質そのものも良好なコーティングが可能である
。

すなわち、本発明の実験の過程で本発明によって形成し
た高融点金属の化合物の被膜は、基板バイアス電圧によ
ってその性質を大幅に変化させ、基板バイアス電圧の制
御によって従来得られていた被膜性能の最高水準のもの
が容易に実現できることが判った。

例えば、先に述べた実施例の装置において、基板を蒸発
面から３５０　ｆｆ１ｆｆｌの位置に正対して置き、コ
イル励磁３０００ＡＴ、アーク電流１００Ａ　、　Ｎ、
ガス圧力１０ｍＴｏｒｒ　、基板温度３００〜３５０℃
で形成した２、０〜２．５μｍのＴｉＮ被膜の硬度とＸ
線回折による分析結果を第３表に示す。この結果より知
れる様に、バルク硬度１８００〜２１００ｋｇ／ｍ１１
＋”のＴｉＮに対し、基板バイアス電圧−５０Ｖ〜−１
５０ｖの範囲で２６００〜３１００ｋｇ／ｍｍ”という
非常に硬い真空蒸着法によるＴｉＮ被膜としては最高水
準のものが得られている。さらにＸ線回折結果からも上
記の基板バイアス電圧範囲で、耐摩耗性にすぐれ、切削
工具等の用途に向（とされる（１１１）面に配向した被
膜が得られている。また、特許出願公表昭６３−５０２
１２３号には、ＴｉＮの耐摩耗性についての性能を示す
指標として、（１１１）面と（２００）面からのＸ線回
折強度比１　（１１１）／　Ｉ　（２００）が提案され
、Ｉ　（１１１）／　Ｉ　（２００）　＞７５で良好と
されるが、第３表より知られる通り上記バイアス電圧範
囲は、この評価基準からも良好と判断される。この好適
な基板バイアス電圧範囲は、基板の温度条件や被膜の種
類によって若干変動する性質のものであるが、硬質被膜
用の条件としては一３０Ｖ　〜−２００Ｖが適切であり
、特Ｃ−５０Ｖ〜１５０ｖで好適な結果が得られる。

また、別の例では装飾用途の被膜を形成した。

装飾用途では溶融粒子の混入による表面性状の悪化は美
しい外観にくもりを与えるため、本発明の効果が最も発
揮される用途であるが、さらに加えて、本発明の装置で
コーティングを実施すると、基板バイアス電圧により色
調のコントロールが可能とわかった。例として、前記の
装置で基板を蒸発面から４００〜４５０固の位置に回転
させながら、コイル励磁３０００＾Ｔ、アーク電流６０
Ａ　、　Ｈｚ圧力１０ｍＴｏｒｒで０．５　ｐｍのＴｉ
Ｎ膜を各種基板バイアス電圧で成膜した際の色調を第４
表に示す。この表から知れる様に、本発明の装置では、
−１０Ｖ〜−１００ｖの基板電圧で色調が変化し、容易
に制御可能であった。一方で一１５０ｖを越えると、イ
オンの基板のボンバードメント効果によって、外観のく
もりが発生することもあるため、この例からは、本発明
によって装飾用被膜を形成するには、−１０Ｖ〜１５０
ｖの基板バイアス電圧範囲内で求める色調に合わせ制御
を行うと好ましい結果が得られることが知られる。

第３表 第４表 （発明の効果） 以上のように、本発明によると、真空アーク蒸着におい
て蒸発面からの溶融粒子の混入が最小限のしかも性能面
の良好な被膜を高い成膜レートで形成することができ、
機能、生産性が優れ、また装置が直線軸線のもとで構成
され構造が簡単で経済的な装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明のための空心コイルによる磁
場の形成状況を示す図、３２図は本発明の真空アーク蒸
着装置の構成を模式的に示す図、第３ａ図は本発明の真
空アーク蒸着装置の１例の要部を示す部分拡大縦断側面
図、第３ｂ図は本発明の真空アーク蒸着装置の他側の要
部を示す部分拡大縦断側面図、第４図は本発明において
コイルを励磁した際の磁場分布形状を示す図、第５図は
本発明装置により３０００ＡＴ励磁で形成した被膜の走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、第６図は比較のための
先行技術例により形成した被膜の３８Ｍ写真、第７図は
無励磁の場合の被膜の３８Ｍ写真、第８図は１００ＯＡ
Ｔ励磁の場合の被膜の３８Ｍ写真、第９図は２００ＯＡ
’Ｔ励磁の場合の被膜の３８Ｍ写真、第１Ｏ図は実施例
における横軸の励磁強度と縦軸の成膜レートとの関係を
示す図表、第１１図は従来技術例■の装置の縦断側面図
、第１２図は従来技術例■の装置の縦断側面図である。 （１）　（ｌａ）　（ｌｂ）・・・空心コイル、（２）
・・・真空チャンバー、（３）・・・管状部、（４）・
・・真空アーク蒸発源、（５）・・・蒸発面、（６）・
・・基板、（７）・・・磁力線、（８）・・・アーク閉
込めリング、（９）・・・アーク電源、０（１）・・・
絶縁物、（ＩＩ）・・・カソードホルダ、０２）・・・
アーク点火機構、（×）・・・中心軸線、（Ａ）・・・
磁場発散位置、（Ｂ）・・・コイル内位置、（Ｃ）・・
・反対側磁場発散位置、（ａ）・・・真空アーク蒸発源
、ω）・・・基板、（Ｃ）・・・ソレノイド、（ｄ）・
・・管路、（ｅ）・・・陰極蒸発面、（ｆ）・・・管状
陽極、（（２）・・・ソレノイド。 邦１　図 Ｔ’−７Ｆｒ’ｊｉｈめｌルウ 突、Ｇコイル 真空すｆンベー 第９図 箪１０図 βｌ佑、＠、Ｉ（ＡＴ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空下においてアーク蒸発源から発生させた被膜
   形成材料のプラズマを基板に導いて被膜を形成する真空
   アーク蒸着法の装置として、ケーク蒸発源の蒸発面の中
   心軸線上の前方に基板との間の位置に少なくとも１つの
   同軸線の空心コイルを配備して、コイルの励磁によりコ
   イル端より漏洩する磁場が中心軸線より半径方向外向き
   に発散する距離の位置に前記蒸発面を配置し、かくして
   外側へ発散する磁場の半径方向成分によって蒸発面上に
   発生させたアークスポットを高速に周回運動させつつ、
   前記アークスポットにより発生したプラズマを磁場の磁
   力線に沿ってコイル内真空空間を通過させて基板に導い
   て被覆を行うようにしたことを特徴とする真空アーク蒸
   着装置。
2. （２）前記蒸発面上での発散する磁場の半径方向成分が
   約１０ガウス以上であり、かつ蒸発面上での誘導用磁場
   が２０ガウス以上である特許請求の範囲第１項記載の真
   空アーク蒸着装置。
3. （３）前記蒸発面上での誘導用磁場が約６０ガウスであ
   る特許請求の範囲第２項記載の真空アーク蒸着装置。