JP2003342717A - Vacuum arc deposition system and film deposition method using it - Google Patents
Vacuum arc deposition system and film deposition method using itInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば切削工具な
どの表面に、絶縁性皮膜を成膜するために用いられる真
空アーク方式蒸着装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum arc type vapor deposition apparatus used for forming an insulating film on the surface of a cutting tool or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、真空アーク放電によって蒸発
材の蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させて皮膜形成材料
物質イオンを含むプラズマを生成させ、このプラズマ中
の皮膜形成材料物質イオンと反応性ガスとを反応させて
なる絶縁性物質を基体表面に蒸着する真空アーク方式蒸
着装置は一般的によく知られている。ところで、真空ア
ーク放電によって蒸発材の蒸発面から皮膜形成材料を蒸
発させるときには、この蒸発面に形成されるアークスポ
ットから皮膜形成材料物質の微小な溶融粒子であるマク
ロパーティクルが放出されることになるが、このマクロ
パーティクルが成膜される皮膜へ混入してしまうと、皮
膜の平滑性を損ねるだけでなく、密着力の低下を引き起
こし皮膜が剥離しやすくなることから、マクロパーティ
クルの皮膜への混入量をできる限り低減することが要求
されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a film forming material is evaporated from the evaporation surface of an evaporating material by a vacuum arc discharge to generate a plasma containing film forming material ions, and the film forming material ions in the plasma are reacted with a reactive gas. A vacuum arc type vapor deposition apparatus for vapor-depositing an insulative substance obtained by reacting with a substrate is generally well known. By the way, when the film-forming material is evaporated from the evaporation surface of the evaporation material by the vacuum arc discharge, macro particles, which are fine molten particles of the film-forming material substance, are emitted from the arc spot formed on the evaporation surface. However, if these macro particles are mixed in the film to be formed, not only will the smoothness of the film be impaired, but also the adhesion will be reduced and the film will be easily peeled off. It is required to reduce the amount as much as possible.
【0003】このような要求をもとに、例えば、特開平
2−194167号公報に開示されたような真空アーク
方式蒸着装置が提案されている。これは、真空チャンバ
ーの所定位置の開口部に対して、真空アーク方式蒸発源
が取り付けられたものであり、真空チャンバー内には成
膜すべき基体が収容されるとともに、真空アーク方式蒸
発源内には蒸発材がその略円形をなす蒸発面を基体側に
向けるように収容されている。そして、蒸発材と基体と
の間に位置するように、蒸発材における蒸発面と略同軸
状に空心コイルが配置されており、この空心コイルの磁
力線は、蒸発面から前方側(基体側)に向かって、一旦
収束してから径方向外方側に発散するようにして真空チ
ャンバー内に至るようになっている。Based on such requirements, for example, a vacuum arc system vapor deposition apparatus as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-194167 has been proposed. This is one in which a vacuum arc evaporation source is attached to the opening at a predetermined position of the vacuum chamber. Is accommodated so that the evaporating material has its substantially circular evaporation surface facing the substrate side. An air-core coil is arranged substantially coaxially with the evaporation surface of the evaporation material so as to be located between the evaporation material and the base material, and the magnetic force lines of the air-core coil are located on the front side (base material side) from the evaporation surface. Toward the inside of the vacuum chamber, they converge once and then diverge outward in the radial direction.
【0004】このような真空アーク方式蒸着装置では、
真空アーク放電によって、蒸発材の蒸発面から皮膜形成
材料を蒸発させて皮膜形成材料物質イオンを含むプラズ
マを生成させると、このプラズマが空心コイルの磁力線
によって真空チャンバー内に配置された基体にまで誘導
される。あらかじめ同じ真空チャンバー内に反応性ガス
を導入しておき、この反応性ガスとプラズマ中の皮膜形
成材料物質イオンとが反応して、基体の表面に皮膜が成
膜されるのである。このとき、真空アーク放電によるア
ークスポットから放出された電荷をもたないマクロパー
ティクルは、空心コイルの磁力線による誘導効果を受け
ないので、一旦収束してから発散するような磁力線を用
いることにより、マクロパーティクルに対して皮膜形成
材料物質イオンを選択的に基体まで導くことができて、
基体表面に成膜される皮膜に混入するマクロパーティク
ルが低減される。In such a vacuum arc type vapor deposition apparatus,
The vacuum arc discharge evaporates the film-forming material from the evaporation surface of the evaporating material to generate plasma containing film-forming material ions, and the plasma is induced by the magnetic field lines of the air-core coil to the substrate arranged in the vacuum chamber. To be done. A reactive gas is introduced into the same vacuum chamber in advance, and the reactive gas reacts with the ions of the film-forming material substance in the plasma to form a film on the surface of the substrate. At this time, since the macroparticles without electric charge emitted from the arc spot by the vacuum arc discharge do not receive the induction effect by the magnetic field lines of the air-core coil, by using magnetic field lines that converge and then diverge, It is possible to selectively guide the film forming material substance ions to the particles to the substrate,
Macro particles mixed in the film formed on the surface of the substrate are reduced.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような真空アーク方式蒸着装置では、皮膜形成材料物質
イオンを含むプラズマを誘導するための磁力線を生じさ
せる空心コイルが、蒸発材と基体との間に配置されてい
ることから、必然的に蒸発材と基体との間隔が大きくな
り、生成されたプラズマを効率よく基体にまで誘導して
導くことができないので、成膜速度を十分に得ることが
できず、生産性を向上させることが困難であった。However, in the vacuum arc type vapor deposition apparatus as described above, the air-core coil for generating the magnetic force lines for inducing the plasma containing the film-forming material substance ions is provided between the evaporation material and the substrate. Since it is arranged in the above, the gap between the evaporation material and the substrate is inevitably large, and the generated plasma cannot be efficiently guided and guided to the substrate, so that a sufficient film formation rate can be obtained. It was difficult to improve productivity.
【0006】また、基体表面への成膜に際して、真空チ
ャンバー内に反応性ガスを導入し、この反応性ガスとプ
ラズマ中の皮膜形成材料物質イオンとを反応させてなる
絶縁性物質を基体表面に蒸着して絶縁性皮膜を成膜する
ような反応性コーティングが行われる場合、上記の真空
アーク方式蒸着装置のような空心コイルの配置では、そ
の磁力線が、蒸発面において、この蒸発面の前方側に向
かうにしたがい径方向内方側に収束する方向に延びるよ
う設定されるために、蒸発面の外周部分からの放電が減
少してしまい、この蒸発面が外周部分から絶縁性物質に
よって次第に覆われていって、しばらくすると、真空ア
ーク放電が持続しなくなるという問題があった。When forming a film on the surface of the substrate, a reactive gas is introduced into the vacuum chamber, and an insulating substance formed by reacting the reactive gas with the ions of the film-forming material in the plasma is deposited on the surface of the substrate. When reactive coating such as vapor deposition to form an insulating film is performed, in the arrangement of the air-core coil as in the above-mentioned vacuum arc vapor deposition apparatus, the magnetic lines of force on the evaporation surface are in front of this evaporation surface. The discharge from the outer peripheral portion of the evaporation surface is reduced, and the evaporation surface is gradually covered with the insulating material from the outer peripheral portion, because the discharge surface is set to extend in the radial inward direction. After a while, there was a problem that the vacuum arc discharge would not continue.
【0007】なお、特開平11−36063号公報に開
示されているように、蒸発材の周囲に空心コイルを配置
することによって、蒸発面において、前方側に向かうに
したがい蒸発面と略直交する方向に延びる、あるいは、
前方側に向かうにしたがい径方向外方側に発散する方向
に延びるような磁力線を生じさせた真空アーク方式蒸着
装置もあるが、これを用いた場合でも、成膜速度が十分
に得られないという問題が残ってしまう。As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-36063, an air-core coil is arranged around the evaporation material so that the evaporation surface extends in a direction substantially orthogonal to the evaporation surface toward the front side. To, or
There is also a vacuum arc system vapor deposition device that produces magnetic lines of force that extend in a direction that diverges outward in the radial direction as it goes to the front side, but even if this is used, the film formation rate is not sufficiently obtained. The problem remains.
【0008】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、マクロパーティクルの少ない皮膜の成膜速度を高め
ることができるとともに、絶縁性皮膜の成膜においても
安定した真空アーク放電を長時間持続させることができ
る真空アーク方式蒸着装置及びこれを用いた成膜方法を
提供することを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to increase the film formation rate of a film containing few macro particles and to maintain a stable vacuum arc discharge for a long time even when forming an insulating film. It is an object of the present invention to provide a vacuum arc vapor deposition apparatus that can be used and a film forming method using the same.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決して、
このような目的を達成するために、本発明による真空ア
ーク方式蒸着装置は、真空アーク放電によって、蒸発材
の蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させて皮膜形成材料物
質イオンを含むプラズマを生成させ、このプラズマ中の
前記皮膜形成材料物質イオンと反応性ガスとを反応させ
てなる絶縁性物質を基体表面に蒸着する真空アーク方式
蒸着装置であって、前記蒸発材と前記基体との間に、前
記蒸発面と略同軸状に第1の空心コイルが配置されてい
るとともに、前記蒸発材の周囲に、前記蒸発面と略同軸
状に第2の空心コイルが配置されていて、前記第2の空
心コイルの磁力線が、前記蒸発面において、前方側に向
かうにしたがい前記蒸発面と略直交する方向に延びる、
あるいは、前方側に向かうにしたがい径方向外方側に発
散する方向に延びるように設定されていることを特徴と
するものである。このような構成とすると、蒸発材と基
体との間に第1の空心コイルが配置されているため、こ
の第1の空心コイルの磁力線による誘導効果によって、
電荷をもたないマクロパーティクルに対して皮膜形成材
料物質イオンを選択的に基体まで導いて、基体表面に成
膜される皮膜に混入するマクロパーティクルを低減する
ことができる。加えて、蒸発材の周囲に第2の空心コイ
ルが配置されて、その磁力線が、蒸発面において、前方
側に向かうにしたがい蒸発面と略直交する方向に延び
る、あるいは、前方側に向かうにしたがい径方向外方側
に発散する方向に延びるように設定されていることか
ら、蒸発面の外周部分からの放電が減少せず、この蒸発
面が外周部分から絶縁性物質によって次第に覆われてい
くことがないので、安定した真空アーク放電を長時間に
亘って継続していくことができる。さらには、生成され
たプラズマが、蒸発材の周囲に配置された第2の空心コ
イル及び蒸発材と基体との間に配置された第1の空心コ
イルの磁力線によって、効率よく基体にまで誘導されて
導かれていくので、その成膜速度を高めることも可能と
なる。[Means for Solving the Problems] By solving the above problems,
In order to achieve such an object, the vacuum arc vapor deposition apparatus according to the present invention, by vacuum arc discharge, to evaporate the film-forming material from the evaporation surface of the evaporation material to generate plasma containing film-forming material substance ions, A vacuum arc vapor deposition apparatus for depositing an insulating substance formed by reacting the film-forming material substance ions in this plasma with a reactive gas, wherein the vapor arc type vapor deposition device comprises: The first air-core coil is arranged substantially coaxially with the evaporation surface, and the second air-core coil is arranged substantially coaxially with the evaporation surface around the evaporation material. The magnetic field lines of the coil extend in the evaporation surface in a direction substantially orthogonal to the evaporation surface as it goes toward the front side.
Alternatively, it is characterized in that it is set so as to extend in a direction diverging outward in the radial direction toward the front side. With such a configuration, since the first air-core coil is arranged between the evaporating material and the substrate, the induction effect of the magnetic field lines of the first air-core coil causes
It is possible to selectively guide the film forming material ions to the substrate with respect to the macroparticles having no electric charge, and reduce the macroparticles mixed in the film formed on the surface of the substrate. In addition, the second air-core coil is arranged around the evaporating material, and the magnetic field lines thereof extend in a direction substantially orthogonal to the evaporating surface on the evaporating surface toward the front side, or toward the front side. Since it is set to extend outward in the radial direction, the discharge from the outer peripheral part of the evaporation surface does not decrease, and this evaporation surface is gradually covered by the insulating material from the outer peripheral part. Therefore, stable vacuum arc discharge can be continued for a long time. Further, the generated plasma is efficiently guided to the base body by the magnetic field lines of the second air-core coil arranged around the evaporation material and the first air-core coil arranged between the evaporation material and the base material. Therefore, it is possible to increase the film formation rate.
【0010】また、本発明においては、前記蒸発材の後
方に、第3のコイルが、前記蒸発面と略同軸状に配置さ
れていることが好ましく、このような構成とすると、第
3のコイルの磁力線によって、真空アーク放電によるア
ークスポットを蒸発面上で高速に周回移動させることに
より、蒸発材を効率よく消耗できる。Further, in the present invention, it is preferable that a third coil is disposed behind the evaporation material in a substantially coaxial manner with the evaporation surface. With such a configuration, the third coil is arranged. By moving the arc spot due to the vacuum arc discharge at a high speed on the evaporation surface by the magnetic lines of force, the evaporation material can be efficiently consumed.
【0011】また、本発明による成膜方法は、本発明の
真空アーク方式蒸着装置を用いて、基体表面に絶縁性皮
膜を成膜することを特徴とするから、マクロパーティク
ルの少ない皮膜の成膜速度を高めるとともに、絶縁性皮
膜の成膜においても安定した真空アーク放電を長時間持
続させることができる。The film forming method according to the present invention is characterized in that an insulating film is formed on the surface of a substrate by using the vacuum arc system vapor deposition apparatus of the present invention. In addition to increasing the speed, stable vacuum arc discharge can be maintained for a long time even when forming an insulating film.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付し
た図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施形
態による真空アーク方式蒸着装置の概略説明図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a vacuum arc type vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
【0013】本実施形態による真空アーク方式蒸着装置
は、図1に示すように、基体Sが収容された真空チャン
バー1の所定位置に形成された開口部に対して、真空ア
ーク方式蒸発源10が取り付けられたものであり、この
真空アーク方式蒸発源10は、略円筒状をなす小径部2
と、小径部2の外方側に一段拡径するようにして連結さ
れた略円筒状をなす大径部3とを有していて(小径部2
と大径部3とからなる略多段円筒状をなすプラズマダク
トを有していて)、小径部2が上記の真空チャンバー1
の開口部に取り付けられている。As shown in FIG. 1, in the vacuum arc vapor deposition apparatus according to the present embodiment, a vacuum arc vaporization source 10 is provided at an opening formed in a predetermined position of a vacuum chamber 1 in which a substrate S is accommodated. The vacuum arc evaporation source 10 is attached to the small diameter portion 2 having a substantially cylindrical shape.
And a large-diameter portion 3 having a substantially cylindrical shape and connected to the outside of the small-diameter portion 2 so as to expand the diameter by one step (small-diameter portion 2
And a large-diameter portion 3 having a substantially multi-stage cylindrical plasma duct), and the small-diameter portion 2 has the above-mentioned vacuum chamber 1
Is attached to the opening.
【0014】大径部3における小径部2との連結部分と
反対側には、略リング状をなす絶縁部材(図示略)を介
して、略円板状をなすホルダ4が装着されていて、さら
に、このホルダ4の中央部に略円板状をなす例えばAl
などからなる蒸発材5が取り付けられていることによ
り、蒸発材5が、その略円形をなす蒸発面5Aを真空チ
ャンバー1側に向けるようにして、大径部3内に収容さ
れている。なお、この略円形をなす蒸発面5Aの軸線O
を、蒸発面5Aの前方側に向かって延長すると、大径部
3及び小径部2の中心を通過して、真空チャンバー1内
に収容された基体S付近に到達するようになっており、
基体Sが蒸発面5Aの軸線O上付近に位置させられてい
る。実際には、真空チャンバー1内に収容される基体S
は、軸線O上の一点を中心に回転移動させられるのであ
り、この回転移動中に軸線O上を通過するように配置さ
れている。On the side of the large-diameter portion 3 opposite to the connecting portion with the small-diameter portion 2, a substantially disc-shaped holder 4 is mounted via a substantially ring-shaped insulating member (not shown). Further, in the center portion of the holder 4, for example, Al having a substantially disc shape is formed.
Since the evaporation material 5 made of, for example, is attached, the evaporation material 5 is housed in the large-diameter portion 3 such that the substantially circular evaporation surface 5A faces the vacuum chamber 1 side. In addition, the axis O of the evaporation surface 5A having the substantially circular shape
Is extended toward the front side of the evaporation surface 5A, it passes through the centers of the large diameter portion 3 and the small diameter portion 2 to reach the vicinity of the substrate S housed in the vacuum chamber 1,
The substrate S is located near the axis O of the evaporation surface 5A. In reality, the substrate S contained in the vacuum chamber 1
Can be rotated about a point on the axis O, and are arranged so as to pass on the axis O during this rotation.
【0015】また、真空チャンバー1はアーク電源(図
示略)のプラス側に接続され、かつ、ホルダ4がアーク
電源のマイナス側に接続されており、これにより、真空
チャンバー1とこの真空チャンバー1と同電位の小径部
2及び大径部3とを陽極とし、ホルダ4に取り付けられ
た蒸発材5を陰極とする真空アーク放電が行われるよう
になっている。The vacuum chamber 1 is connected to the plus side of an arc power source (not shown), and the holder 4 is connected to the minus side of the arc power source, whereby the vacuum chamber 1 and this vacuum chamber 1 are connected. A vacuum arc discharge is performed in which the small-diameter portion 2 and the large-diameter portion 3 having the same potential are used as an anode and the evaporation material 5 attached to the holder 4 is used as a cathode.
【0016】そして、略円筒状をなす小径部2の外周側
には、この小径部2を周回するように、すなわち、蒸発
材5と真空チャンバー1内に収容された基体Sとの間に
位置するように、略リング状をなす第1の空心コイル6
が、その軸線を蒸発面5Aの軸線Oと略一致させて配置
されている。この第1の空心コイル6に励磁電流を流し
たときに発生する磁力線X1は、蒸発面5Aの前方にお
いて、軸線O方向の前方側に向かうにしたがって(蒸発
面5Aから基体S側へ向かうにしたがって)、小径部2
の手前からいったん収束しつつ、この小径部2を通過し
た後、径方向外方側に発散するようにして真空チャンバ
ー1内に至るように設定されている。On the outer peripheral side of the small-diameter portion 2 having a substantially cylindrical shape, the small-diameter portion 2 is positioned so as to circulate the small-diameter portion 2, that is, between the evaporation material 5 and the substrate S housed in the vacuum chamber 1. So that the first air-core coil 6 has a substantially ring shape.
However, the axis line thereof is arranged to be substantially coincident with the axis line O of the evaporation surface 5A. A magnetic field line X1 generated when an exciting current is passed through the first air-core coil 6 is located in front of the evaporation surface 5A, toward the front side in the direction of the axis O (from the evaporation surface 5A toward the substrate S side. ), Small diameter part 2
It is set so that it converges from the front side, passes through the small diameter portion 2, and then diverges outward in the radial direction to reach the inside of the vacuum chamber 1.
【0017】また、略円筒状をなす大径部3の外周側に
は、この大径部3の最外方部分を周回するように、すな
わち、蒸発材5の周囲に、略リング状をなす第2の空心
コイル7が、その軸線を蒸発面5Aの軸線Oと略一致さ
せて配置されている。この第2の空心コイル7に励磁電
流を流したときに発生する磁力線X2は、蒸発面5Aに
おいて、蒸発面5Aから軸線O方向の前方側に向かうに
したがい蒸発面5Aと略直交する方向に延びる、あるい
は、蒸発面5Aから軸線O方向の前方側に向かうにした
がい径方向外方側に発散する方向に延びるように設定さ
れている。On the outer peripheral side of the large-diameter portion 3 having a substantially cylindrical shape, a substantially ring-like shape is formed so as to circulate the outermost portion of the large-diameter portion 3, that is, around the evaporation material 5. The second air-core coil 7 is arranged so that its axis is substantially aligned with the axis O of the evaporation surface 5A. A magnetic field line X2 generated when an exciting current is passed through the second air-core coil 7 extends in the evaporation surface 5A in a direction substantially orthogonal to the evaporation surface 5A as it goes from the evaporation surface 5A toward the front side in the direction of the axis O. Alternatively, it is set so as to extend in a direction diverging radially outward as it goes from the evaporation surface 5A toward the front side in the direction of the axis O.
【0018】さらに、蒸発材5の後方、すなわち、大径
部3に装着されたホルダ4の外方側には、第3のコイル
が、その軸線を蒸発面5Aの軸線Oと略一致させて配置
されている。Further, on the rear side of the evaporation material 5, that is, on the outer side of the holder 4 mounted on the large diameter portion 3, a third coil has its axis substantially aligned with the axis O of the evaporation surface 5A. It is arranged.
【0019】また、図示はしないが、アーク電源のプラ
ス側には、トリガー電極を備えた機械式のアーク点火機
構が接続されており、このトリガー電極を、蒸発材5の
蒸発面5Aに対して、接触・非接触させることにより、
蒸発面5Aにアークスポットを有する真空アーク放電を
点弧させるようになっている。さらに、図示はしない
が、真空チャンバー1には、例えばN2などの反応性ガ
スを導入するための反応性ガス導入手段と、真空チャン
バー1内を所定の真空度に保つための排気手段と、基体
Sに負の電圧を印加するためのバイアス電源とが接続さ
れている。Although not shown, a mechanical arc ignition mechanism having a trigger electrode is connected to the positive side of the arc power source, and this trigger electrode is connected to the evaporation surface 5A of the evaporation material 5. , By contacting / non-contacting,
A vacuum arc discharge having an arc spot on the evaporation surface 5A is ignited. Further, although not shown, the vacuum chamber 1 is provided with a reactive gas introducing means for introducing a reactive gas such as N 2, and an exhausting means for keeping the inside of the vacuum chamber 1 at a predetermined vacuum degree. A bias power supply for applying a negative voltage to the substrate S is connected.
【0020】このような真空アーク方式蒸着装置を用い
て、基体Sの表面に絶縁性皮膜を成膜するには、まず、
真空チャンバー1内を排気手段によって所定の真空度に
保った状態にしてから、アーク点火機構を作動して真空
アーク放電を点弧させ、蒸発材5を陰極として真空アー
ク放電を発生させる一方、第1,2の空心コイル6,7
及び第3の空心コイル8に直流の励磁電流を流して、こ
れらコイル6,7,8の磁力線を発生させる。To form an insulating film on the surface of the substrate S using such a vacuum arc type vapor deposition apparatus, first,
After the inside of the vacuum chamber 1 is kept at a predetermined degree of vacuum by the exhaust means, the arc ignition mechanism is operated to ignite the vacuum arc discharge to generate the vacuum arc discharge with the evaporation material 5 as the cathode. 1, 2 coreless coils 6, 7
And, a direct-current exciting current is passed through the third air-core coil 8 to generate magnetic lines of force in these coils 6, 7, 8.
【0021】励磁電流を流すことによって、蒸発材5と
基体Sとの間に配置された第1の空心コイル6は、蒸発
面5Aの前方において、軸線O方向の前方側に向かうに
したがって、小径部2の手前からいったん収束しつつ、
この小径部2を通過した後、径方向外方側に発散するよ
うにして真空チャンバー1内に至るように設定された磁
力線X1を発生させる。By passing an exciting current, the first air-core coil 6 arranged between the evaporation material 5 and the substrate S has a smaller diameter in front of the evaporation surface 5A toward the front side in the direction of the axis O. While converging from the front of part 2,
After passing through the small diameter portion 2, the magnetic force lines X1 are set so as to diverge outward in the radial direction and reach the inside of the vacuum chamber 1.
【0022】同じく、励磁電流を流すことによって、蒸
発材5の周囲に配置された第2の空心コイル7は、蒸発
面5Aにおいて、蒸発面5Aから軸線O方向の前方側に
向かうにしたがい蒸発面5Aと略直交する方向に延び
る、あるいは、蒸発面5Aから軸線O方向の前方側に向
かうにしたがい径方向外方側に発散する方向に延びるよ
うに設定された磁力線X2を発生させる。Similarly, when an exciting current is passed, the second air-core coil 7 arranged around the evaporating material 5 has an evaporating surface on the evaporating surface 5A from the evaporating surface 5A toward the front side in the direction of the axis O. The magnetic field lines X2 are set so as to extend in a direction substantially orthogonal to 5A or to extend outward in the radial direction along the direction from the evaporation surface 5A to the front side in the axis O direction.
【0023】そして、真空アーク放電によって生成され
た、蒸発面5Aに形成されるアークスポットから放出さ
れた皮膜形成材料物質イオンと電子とからなるプラズマ
が、上記の磁力線X1,X2に沿って、小径部2内を通
過して基体Sに誘導されて導かれていく。つまり、電子
が磁力線に巻きつくようにして磁力線X1,X2に沿っ
て基体Sにまで導かれ、その電子の流れによって皮膜形
成材料物質イオンも負のバイアス電圧を印加した基体S
に導かれるようになっている。Then, the plasma, which is generated by the vacuum arc discharge and is composed of the film forming material ions and electrons emitted from the arc spot formed on the evaporation surface 5A, has a small diameter along the magnetic lines X1 and X2. It passes through the inside of the portion 2 and is guided and guided by the substrate S. That is, the electrons are guided to the substrate S along the magnetic lines of force X1 and X2 so as to be wound around the magnetic lines of force, and the film-forming material ions also have a negative bias voltage applied by the flow of the electrons.
Is being led to.
【0024】このプラズマ中の皮膜形成材料物質イオン
は、真空チャンバー1内に反応性ガス導入手段によって
導入された反応性ガスと反応して絶縁性物質となり、こ
れが、基体Sの表面に堆積していくことによって、基体
Sの表面に、例えばAlNなどの絶縁性皮膜が成膜され
る。The film forming material substance ions in the plasma react with the reactive gas introduced by the reactive gas introducing means into the vacuum chamber 1 to become an insulating substance, which is deposited on the surface of the substrate S. As a result, an insulating film such as AlN is formed on the surface of the substrate S.
【0025】上記のような構成とされた本実施形態によ
る真空アーク方式蒸着装置によれば、蒸発材5と基体S
との間に第1の空心コイル6が配置されて、その磁力線
X1が、小径部2の手前からいったん収束しつつ、この
小径部2を通過してから発散するように設定されている
ため、電荷をもたないマクロパーティクルが磁力線X1
による誘導効果を受けず直進して、その多くが例えば大
径部3内に付着して、基体Sにまで到達する量が減少す
る。つまり、電荷を持たないマクロパーティクルに対し
てターゲット材料物質イオンを選択的に基体Sまで導く
ことで、基体Sの表面に成膜される絶縁性皮膜に混入す
るマクロパーティクルの量を低減することができ、か
つ、表面の平滑性を高めた絶縁性皮膜を得ることができ
る。According to the vacuum arc vapor deposition apparatus of the present embodiment having the above-mentioned structure, the evaporation material 5 and the substrate S are
Since the first air-core coil 6 is disposed between and, the magnetic field lines X1 are set to converge once from the front of the small diameter portion 2 and diverge after passing through the small diameter portion 2, Macro particles without electric charge are magnetic field lines X1
The straight traveling without receiving the guiding effect due to, most of them adhere to the large diameter portion 3, for example, and the amount reaching the substrate S decreases. That is, the amount of macro particles mixed in the insulating film formed on the surface of the substrate S can be reduced by selectively guiding the target material substance ions to the macro particles having no charge to the substrate S. It is possible to obtain an insulating film having improved surface smoothness.
【0026】また、蒸発材5の周囲に第2の空心コイル
7が配置されて、その磁力線X2が、蒸発面5Aにおい
て、前方側に向かうにしたがい蒸発面5Aと略直交する
方向に延びる、あるいは、前方側に向かうにしたがい径
方向外方側に発散する方向に延びるように設定されてい
るため、略円形をなす蒸発面5Aの外周部分からの放電
が減少することがなくなり、蒸発面5Aがその外周部分
から絶縁性物質によって次第に覆われていくこともなく
なるので、安定した真空アーク放電を長時間に亘って継
続していくことができる。Further, the second air-core coil 7 is arranged around the evaporation material 5, and the magnetic field line X2 thereof extends in the evaporation surface 5A in a direction substantially orthogonal to the evaporation surface 5A as it goes forward. , The discharge from the outer peripheral portion of the evaporation surface 5A having a substantially circular shape does not decrease because the evaporation surface 5A has a substantially circular shape and extends in the direction diverging outward in the radial direction. Since the outer peripheral portion is not gradually covered with the insulating material, stable vacuum arc discharge can be continued for a long time.
【0027】さらに、真空アーク放電によって生成され
るプラズマが、蒸発材5の周囲に配置された第2の空心
コイル7及び蒸発材5と基体Sとの間に配置された第1
の空心コイル6の磁力線X1,X2によって、効率的に
基体Sにまで誘導されて導かれていくので、基体Sの表
面への絶縁性皮膜の成膜速度を高め、生産性の向上を図
ることができる。Further, the plasma generated by the vacuum arc discharge causes the second air-core coil 7 arranged around the evaporation material 5 and the first air-cooling coil arranged between the evaporation material 5 and the substrate S
Since the magnetic field lines X1 and X2 of the air-core coil 6 efficiently guide and guide them to the substrate S, it is possible to increase the deposition rate of the insulating film on the surface of the substrate S and to improve the productivity. You can
【0028】加えて、本実施形態においては、蒸発材5
の後方に、第3のコイル8が配置されていることで、こ
の第3のコイル8の磁力線により、真空アーク放電によ
って蒸発面5A上に形成されるアークスポットを、この
蒸発面5A上で高速に周回移動させることができるの
で、蒸発材5を効率よく使用することができる。In addition, in the present embodiment, the evaporation material 5
By arranging the third coil 8 on the rear side of, the arc spot formed on the evaporation surface 5A by the vacuum arc discharge is rapidly generated on the evaporation surface 5A by the magnetic line of force of the third coil 8. Since it can be orbitally moved, the evaporation material 5 can be efficiently used.
【0029】以上説明したように、このような真空アー
ク方式蒸着装置を用いて、基体Sの表面へ絶縁性皮膜を
成膜するときには、安定した真空アーク放電を長時間に
亘って継続でき、かつ、マクロパーティクルの混入の少
ない絶縁性皮膜の成膜速度を高めることができるのであ
る。As described above, when an insulating film is formed on the surface of the substrate S by using such a vacuum arc type vapor deposition apparatus, stable vacuum arc discharge can be continued for a long time, and Thus, it is possible to increase the film formation rate of the insulating film with less inclusion of macro particles.
【0030】[0030]
【発明の効果】本発明によれば、蒸発材と基体との間に
第1の空心コイルが配置されているため、この第1の空
心コイルの磁力線による誘導効果で、電荷をもたないマ
クロパーティクルに対して皮膜形成材料物質イオンを選
択的に基体まで導いて、基体表面に成膜される皮膜に混
入するマクロパーティクルを低減し、平滑性の高い絶縁
性皮膜を成膜することができる。また、蒸発材の周囲に
第2の空心コイルが配置されて、その磁力線が、蒸発面
において、前方側に向かうにしたがい蒸発面と略直交す
る方向に延びる、あるいは、前方側に向かうにしたがい
径方向外方側に発散する方向に延びるように設定されて
いることから、蒸発面の外周部分からの放電が減少せ
ず、この蒸発面が外周部分から絶縁性物質によって次第
に覆われていくことがないので、安定した真空アーク放
電を長時間に亘って継続することができる。さらに、生
成されたプラズマが、蒸発材の周囲に配置された第2の
空心コイル及び蒸発材と基体との間に配置された第1の
空心コイルの磁力線によって、効率よく基体にまで誘導
されて導かれていくので、その成膜速度を高めて、生産
性の向上を図ることが可能となる。According to the present invention, since the first air-core coil is arranged between the evaporating material and the substrate, the magnetic field lines of the first air-core coil induce the macro effect that does not have electric charges. It is possible to selectively guide the film forming material substance ions to particles to the substrate, reduce macroparticles mixed in the film formed on the surface of the substrate, and form an insulating film having high smoothness. Further, the second air-core coil is arranged around the evaporation material, and the magnetic field lines thereof extend in a direction substantially orthogonal to the evaporation surface on the evaporation surface toward the front side, or the diameter of the magnetic field lines increases toward the front side. Since it is set to extend in the direction diverging outward, the discharge from the outer peripheral part of the evaporation surface does not decrease, and this evaporation surface may be gradually covered from the outer peripheral part by the insulating material. Therefore, stable vacuum arc discharge can be continued for a long time. Further, the generated plasma is efficiently guided to the base body by the magnetic lines of force of the second air-core coil arranged around the evaporation material and the first air-core coil arranged between the evaporation material and the base body. Since it is guided, it becomes possible to improve the productivity by increasing the film forming speed.
【図1】 本発明の実施形態による真空アーク方式蒸
着装置の概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of a vacuum arc vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
1 真空チャンバー 2 小径部 3 大径部 4 ホルダ 5 蒸発材 5A 蒸発面 6 第1の空心コイル 7 第2の空心コイル 8 第3のコイル 10 アーク方式蒸発源 O 蒸発面の軸線 S 基体 X1 第1のコイルの磁力線 X2 第2のコイルの磁力線 1 vacuum chamber 2 Small diameter part 3 Large diameter part 4 holder 5 evaporation material 5A evaporation surface 6 First air-core coil 7 Second air-core coil 8 third coil 10 Arc type evaporation source O Axis of evaporation surface S substrate X1 Magnetic field line of the first coil X2 Magnetic field line of the second coil
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 暁裕 兵庫県明石市魚住町金ヶ崎西大池179番地 1 エムエムシーコベルコツール株式会社 内 (72)発明者 田中 裕介 兵庫県明石市魚住町金ヶ崎西大池179番地 1 エムエムシーコベルコツール株式会社 内 Fターム(参考) 4K029 BA58 BD05 CA04 DD06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Akihiro Kondo No.179 Kanegasaki Nishioike, Uozumi Town, Akashi City, Hyogo Prefecture 1 MC Kobelco Tool Co., Ltd. Within (72) Inventor Yusuke Tanaka No.179 Kanegasaki Nishioike, Uozumi Town, Akashi City, Hyogo Prefecture 1 MC Kobelco Tool Co., Ltd. Within F-term (reference) 4K029 BA58 BD05 CA04 DD06
Claims (3)
発面から皮膜形成材料を蒸発させて皮膜形成材料物質イ
オンを含むプラズマを生成させ、このプラズマ中の前記
皮膜形成材料物質イオンと反応性ガスとを反応させてな
る絶縁性物質を基体表面に蒸着する真空アーク方式蒸着
装置であって、 前記蒸発材と前記基体との間に、前記蒸発面と略同軸状
に第1の空心コイルが配置されているとともに、 前記蒸発材の周囲に、前記蒸発面と略同軸状に第2の空
心コイルが配置されていて、 前記第2の空心コイルの磁力線が、前記蒸発面におい
て、前方側に向かうにしたがい前記蒸発面と略直交する
方向に延びる、あるいは、前方側に向かうにしたがい径
方向外方側に発散する方向に延びるように設定されてい
ることを特徴とする真空アーク方式蒸着装置。1. A vacuum arc discharge evaporates a film-forming material from an evaporation surface of an evaporating material to generate plasma containing film-forming material substance ions, and the film-forming material substance ions in the plasma and a reactive gas. Is a vacuum arc vapor deposition apparatus for depositing an insulating substance obtained by reacting the above with a substrate, and a first air-core coil is arranged between the vaporizer and the substrate, substantially coaxially with the vaporization surface. In addition, a second air-core coil is arranged around the evaporation material substantially coaxially with the evaporation surface, and the magnetic lines of force of the second air-core coil are directed toward the front side on the evaporation surface. Therefore, it is set so as to extend in a direction substantially orthogonal to the evaporation surface, or to extend in a direction diverging outward in the radial direction as it goes forward. apparatus.
装置において、 前記蒸発材の後方に、第3のコイルが、前記蒸発面と略
同軸状に配置されていることを特徴とする真空アーク方
式蒸着装置。2. The vacuum arc vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein a third coil is arranged behind the evaporation material substantially coaxially with the evaporation surface. Method vapor deposition equipment.
アーク方式蒸着装置を用いて、基体表面に絶縁性皮膜を
成膜することを特徴とする成膜方法。3. A film forming method, wherein an insulating film is formed on the surface of a substrate by using the vacuum arc vapor deposition apparatus according to claim 1 or 2.
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---|---|---|---|---|
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- 2002-05-27 JP JP2002152871A patent/JP2003342717A/en active Pending
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