真空アーク蒸着装置
【課題】 真空チャンバ内のメンテナンスが容易で、電磁コイル等の磁気コイルの劣化が小さく、ランニングコストが安い装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 プラズマ輸送室２を広くすることを可能にするため、誘導磁場発生部８の少なくとも一部を真空チャンバ１内に取り込むとともに、該誘導磁場発生部８を構成する磁気コイル７をプラズマ輸送室２内に設けた大気空間部６a内に配置するようにした。
【解決手段】 プラズマ輸送室２を広くすることを可能にするため、誘導磁場発生部８の少なくとも一部を真空チャンバ１内に取り込むとともに、該誘導磁場発生部８を構成する磁気コイル７をプラズマ輸送室２内に設けた大気空間部６a内に配置するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品、機械部品、工具、金型等の基材の摩擦係数低減や耐摩耗性を向上するために、基材表面に薄膜を蒸着して形成する真空アーク蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、真空アーク蒸着法は、陽極と陰極の間にアーク放電を生じさせ、陰極材料を蒸発させて基材に蒸着するという薄膜形成方法であり、生産性に優れているという特徴をもつ。
【０００３】
しかし、陰極材料から、直径が数μｍ〜数百μｍにもなる大きな塊りの粗大粒子（これはドロップレットとも呼ばれる。）が飛散し、この粗大粒子が基材に付着して被膜特性が劣化することが知られている。
【０００４】
この粗大粒子による被膜特性の劣化を防止するため、磁気コイル等の磁石により、陰極と基体との間で偏向磁場を発生させ、粗大粒子を除いたプラズマ流だけを偏向磁場に沿って基体方向に輸送して、基体への粗大粒子の付着を防止する蒸着装置が磁気フィルター法として、例えば、特開２００１−３１６０号公報などで提案されている。
【０００５】
しかし、上記の装置では完全に粗大粒子が基体に混入することを防ぐことは難しく、そこで粗大粒子は陰極から直進する性質をもつことから、陰極の対面に粗大粒子補集部を設けて、基体を収納するプロセス室（成膜室）への侵入を抑え、基材への粗大粒子混入をさらに抑えた装置が特開２００２−８８９３号公報で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３１６０号公報
【特許文献２】特開２００２−８８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の従来の装置では、磁場を発生させる電磁コイル等はプラズマ輸送室の真空容器外部に設置されており、このため電磁コイル等の作用を有効に働かすためにはプラズマ輸送室を狭くする必要があり、そのためメンテナンス性が悪く、逆にメンテナンス性を考慮してプラズマ輸送部を広くすると大きな電磁コイル等が必要になりコスト高になる。
【０００８】
また電磁コイル等を真空室内に設置すると、プラズマなどが電磁コイル等に直接照射されて、電磁コイル等の劣化や破損が頻繁に生ずる、などの問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、真空チャンバ内のメンテナンスが容易で、電磁コイル等の磁気コイルの劣化が小さく、ランニングコストが安い装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
プラズマ輸送室を広くすることを可能にするため、誘導磁場発生部の少なくとも一部を真空チャンバ内に取り込むとともに、該誘導磁場発生部を構成する磁気コイルをプラズマ輸送室内に設けた大気空間部内に配設するようにした。
【００１１】
すなわち、本発明は、真空チャンバ内に、アーク放電による蒸発源部と、該蒸発源部から発生したプラズマを輸送するプラズマ輸送室と、該プラズマによって薄膜を被覆する基体を収納する成膜室と、該蒸発源部から発生したプラズマを成膜室へ屈曲輸送するように前記プラズマ輸送室に設けられた磁気コイルからなる誘導磁場発生部と、を備えた真空アーク蒸着装置であって、前記誘導磁場発生部を構成する磁気コイルの少なくとも一部が真空チャンバ内のプラズマ輸送室に設けられた大気空間部内に配設されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
誘導磁場発生部を構成する磁気コイルのすべて、あるいは少なくとも一部を真空チャンバのプラズマ輸送室内に設けるので、プラズマ輸送室を広くすることができ、従ってメンテナンスが容易にできる。また前記磁気コイルはプラズマの当たらない大気空間部内に配置するので、プラズマの影響を受けることがなく、従って劣化しないという効果を奏する。
【００１３】
さらに、誘導磁場発生部の磁気コイルを収める大気空間部内を二重配管として冷却水を通すと、磁気コイルの熱による劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】は本発明の一実施形態を示す平面概略図である。
【図２】は図１のX―X’方向の断面概略図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す平面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明に係る真空アーク蒸着装置の一実施形態を示す平面概略図である。この真空アーク蒸着装置は、図示しない真空排気装置によって真空排気される真空チャンバ１が隔壁４によってプラズマ輸送室２と成膜室３に分けられており、成膜室３の中には成膜しようとする基体９が図示しないホルダに保持されている。
【００１６】
そして、この真空チャンバ１は電気的に接地されている。基体９にはホルダを介して、例えば直流の負のバイアス電圧が印加される。
また、成膜室３には必要に応じてアルゴン等の不活性ガス、窒素等の反応性ガスが導入される。
【００１７】
プラズマ輸送室２の一端には真空アーク放電による蒸発源部５を設けており、この蒸発源部５は陰極（カソード）を有し、陰極とこの例では陽極を兼ねるプラズマ輸送室２との間の真空アーク放電によって、陰極を局部的に溶解させて陰極物質を蒸発させ、陰極物質のプラズマ１０と粗大粒子１１が生成される。なお、蒸発源部５前方に陽極となる電極を配置してもよい。その場合は陰極とこの陽極との間で真空アーク放電が生ずる。
【００１８】
蒸発源部５の陰極は成膜しようとする所望の材料（例えば純金属、合金、カーボン等）からなる。より具体的には、例えばTi、Cr、Mo、W、Al等の純金属、TiAl等の合金、グラファイト（カーボン）からなる。
【００１９】
プラズマ輸送室２内には前記プラズマ１０を誘導磁場によって、図で示すように成膜室３の基体８近傍に屈曲輸送するように、磁気コイル７が複数個配設された誘導磁場発生部８を有している。この実施形態では磁気コイルは3個であり、すべて真空チャンバ１内のプラズマ輸送室２に配置している。この磁気コイル７は図示しない直流の電源によって励磁される電磁コイルである。この磁気コイル７が励磁されることによって磁場が形成され、プラズマが屈曲輸送されるのである。
【００２０】
磁気コイル７は図１のX−X’方向断面概略図である図2に示すように、プラズマ輸送室２内に縦断して設けられ、上下の真空チャンバ上壁２１及び下壁２２に取り付けられた大気空間部6aを形成するパイプ６ｂ内および真空チャンバ１の外側を通し巻回して配設される。これにより、磁気コイル７はプラズマに曝されることがなく、したがって、磁気コイル７の劣化を防ぐことができるのである。
【００２１】
また、プラズマ輸送室２の蒸発源部５に対向する壁面及び側壁面には羽根状の部材で構成されたバッフル１２が設けられており、陰極から発生し直進する性質をもつ粗大粒子１１を捕獲し、成膜室３に飛散しないようにしている。
【００２２】
図３は本発明に係る真空アーク蒸着装置の他の実施形態を示す平面概略図である。この実施形態では複数の磁気コイル７の一部で、しかも磁気コイル７の一部を前記説明したように、プラズマ輸送室２内に縦断して設けた大気空間部６aを形成するパイプ６ｂ内を通し、さらに真空チャンバ１外を通して巻回して配設する例である。
【００２３】
本実施形態では3個の磁気コイル７のから構成される磁気コイル７のうち、1個の磁気コイルの一部分はプラズマ輸送室２内を通る前記パイプ６ｂの大気空間部6aを通して設け、その他の部分は真空チャンバ外に設けている。残りの磁気コイル７はすべて真空チャンバ外に配設している。
【００２４】
なお、この実施形態ではプラズマ輸送室２と成膜室３とはプラズマガイド部１３によって連接している。
【００２５】
なお、以上の実施形態では、磁気コイル７は磁気コイルを直流電流で励磁する電磁コイルとしたが、これに限らず、永久磁石等で構成してもよい。また、磁気コイル７を３個としたがこれに限らず、それ以下又はそれ以上の数の磁気コイルを設けても良いことは勿論のことである。
【００２６】
また、実施形態では真空チャンバ１を縦断するパイプ６ｂを一つの配管としたが、直径の異なるパイプで二重配管としてその隙間部に冷却水を流して大気空間部６aを冷却するようにした方が磁気コイルの熱による損傷を防ぐことが出来るので望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
自動車部品、機械部品、工具、金型等の基体の摩擦係数低減や耐摩耗性を向上するために、基体表面に薄膜を蒸着して形成する蒸着装置として利用できる。
【符号の説明】
【００２８】
１ 真空チャンバ
２ プラズマ輸送室
３ 成膜室
４ 隔壁
５ 蒸発源部
６a 大気空間部
６b パイプ
７ 磁気コイル
８ 誘導磁場発生部
９ 基体
１０ プラズマ
１１ 粗大粒子
１２ バッフル
１３ プラズマガイド
２１ 真空チャンバ上壁
２２ 真空チャンバ下壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品、機械部品、工具、金型等の基材の摩擦係数低減や耐摩耗性を向上するために、基材表面に薄膜を蒸着して形成する真空アーク蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、真空アーク蒸着法は、陽極と陰極の間にアーク放電を生じさせ、陰極材料を蒸発させて基材に蒸着するという薄膜形成方法であり、生産性に優れているという特徴をもつ。
【０００３】
しかし、陰極材料から、直径が数μｍ〜数百μｍにもなる大きな塊りの粗大粒子（これはドロップレットとも呼ばれる。）が飛散し、この粗大粒子が基材に付着して被膜特性が劣化することが知られている。
【０００４】
この粗大粒子による被膜特性の劣化を防止するため、磁気コイル等の磁石により、陰極と基体との間で偏向磁場を発生させ、粗大粒子を除いたプラズマ流だけを偏向磁場に沿って基体方向に輸送して、基体への粗大粒子の付着を防止する蒸着装置が磁気フィルター法として、例えば、特開２００１−３１６０号公報などで提案されている。
【０００５】
しかし、上記の装置では完全に粗大粒子が基体に混入することを防ぐことは難しく、そこで粗大粒子は陰極から直進する性質をもつことから、陰極の対面に粗大粒子補集部を設けて、基体を収納するプロセス室（成膜室）への侵入を抑え、基材への粗大粒子混入をさらに抑えた装置が特開２００２−８８９３号公報で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３１６０号公報
【特許文献２】特開２００２−８８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の従来の装置では、磁場を発生させる電磁コイル等はプラズマ輸送室の真空容器外部に設置されており、このため電磁コイル等の作用を有効に働かすためにはプラズマ輸送室を狭くする必要があり、そのためメンテナンス性が悪く、逆にメンテナンス性を考慮してプラズマ輸送部を広くすると大きな電磁コイル等が必要になりコスト高になる。
【０００８】
また電磁コイル等を真空室内に設置すると、プラズマなどが電磁コイル等に直接照射されて、電磁コイル等の劣化や破損が頻繁に生ずる、などの問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、真空チャンバ内のメンテナンスが容易で、電磁コイル等の磁気コイルの劣化が小さく、ランニングコストが安い装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
プラズマ輸送室を広くすることを可能にするため、誘導磁場発生部の少なくとも一部を真空チャンバ内に取り込むとともに、該誘導磁場発生部を構成する磁気コイルをプラズマ輸送室内に設けた大気空間部内に配設するようにした。
【００１１】
すなわち、本発明は、真空チャンバ内に、アーク放電による蒸発源部と、該蒸発源部から発生したプラズマを輸送するプラズマ輸送室と、該プラズマによって薄膜を被覆する基体を収納する成膜室と、該蒸発源部から発生したプラズマを成膜室へ屈曲輸送するように前記プラズマ輸送室に設けられた磁気コイルからなる誘導磁場発生部と、を備えた真空アーク蒸着装置であって、前記誘導磁場発生部を構成する磁気コイルの少なくとも一部が真空チャンバ内のプラズマ輸送室に設けられた大気空間部内に配設されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
誘導磁場発生部を構成する磁気コイルのすべて、あるいは少なくとも一部を真空チャンバのプラズマ輸送室内に設けるので、プラズマ輸送室を広くすることができ、従ってメンテナンスが容易にできる。また前記磁気コイルはプラズマの当たらない大気空間部内に配置するので、プラズマの影響を受けることがなく、従って劣化しないという効果を奏する。
【００１３】
さらに、誘導磁場発生部の磁気コイルを収める大気空間部内を二重配管として冷却水を通すと、磁気コイルの熱による劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】は本発明の一実施形態を示す平面概略図である。
【図２】は図１のX―X’方向の断面概略図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す平面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明に係る真空アーク蒸着装置の一実施形態を示す平面概略図である。この真空アーク蒸着装置は、図示しない真空排気装置によって真空排気される真空チャンバ１が隔壁４によってプラズマ輸送室２と成膜室３に分けられており、成膜室３の中には成膜しようとする基体９が図示しないホルダに保持されている。
【００１６】
そして、この真空チャンバ１は電気的に接地されている。基体９にはホルダを介して、例えば直流の負のバイアス電圧が印加される。
また、成膜室３には必要に応じてアルゴン等の不活性ガス、窒素等の反応性ガスが導入される。
【００１７】
プラズマ輸送室２の一端には真空アーク放電による蒸発源部５を設けており、この蒸発源部５は陰極（カソード）を有し、陰極とこの例では陽極を兼ねるプラズマ輸送室２との間の真空アーク放電によって、陰極を局部的に溶解させて陰極物質を蒸発させ、陰極物質のプラズマ１０と粗大粒子１１が生成される。なお、蒸発源部５前方に陽極となる電極を配置してもよい。その場合は陰極とこの陽極との間で真空アーク放電が生ずる。
【００１８】
蒸発源部５の陰極は成膜しようとする所望の材料（例えば純金属、合金、カーボン等）からなる。より具体的には、例えばTi、Cr、Mo、W、Al等の純金属、TiAl等の合金、グラファイト（カーボン）からなる。
【００１９】
プラズマ輸送室２内には前記プラズマ１０を誘導磁場によって、図で示すように成膜室３の基体８近傍に屈曲輸送するように、磁気コイル７が複数個配設された誘導磁場発生部８を有している。この実施形態では磁気コイルは3個であり、すべて真空チャンバ１内のプラズマ輸送室２に配置している。この磁気コイル７は図示しない直流の電源によって励磁される電磁コイルである。この磁気コイル７が励磁されることによって磁場が形成され、プラズマが屈曲輸送されるのである。
【００２０】
磁気コイル７は図１のX−X’方向断面概略図である図2に示すように、プラズマ輸送室２内に縦断して設けられ、上下の真空チャンバ上壁２１及び下壁２２に取り付けられた大気空間部6aを形成するパイプ６ｂ内および真空チャンバ１の外側を通し巻回して配設される。これにより、磁気コイル７はプラズマに曝されることがなく、したがって、磁気コイル７の劣化を防ぐことができるのである。
【００２１】
また、プラズマ輸送室２の蒸発源部５に対向する壁面及び側壁面には羽根状の部材で構成されたバッフル１２が設けられており、陰極から発生し直進する性質をもつ粗大粒子１１を捕獲し、成膜室３に飛散しないようにしている。
【００２２】
図３は本発明に係る真空アーク蒸着装置の他の実施形態を示す平面概略図である。この実施形態では複数の磁気コイル７の一部で、しかも磁気コイル７の一部を前記説明したように、プラズマ輸送室２内に縦断して設けた大気空間部６aを形成するパイプ６ｂ内を通し、さらに真空チャンバ１外を通して巻回して配設する例である。
【００２３】
本実施形態では3個の磁気コイル７のから構成される磁気コイル７のうち、1個の磁気コイルの一部分はプラズマ輸送室２内を通る前記パイプ６ｂの大気空間部6aを通して設け、その他の部分は真空チャンバ外に設けている。残りの磁気コイル７はすべて真空チャンバ外に配設している。
【００２４】
なお、この実施形態ではプラズマ輸送室２と成膜室３とはプラズマガイド部１３によって連接している。
【００２５】
なお、以上の実施形態では、磁気コイル７は磁気コイルを直流電流で励磁する電磁コイルとしたが、これに限らず、永久磁石等で構成してもよい。また、磁気コイル７を３個としたがこれに限らず、それ以下又はそれ以上の数の磁気コイルを設けても良いことは勿論のことである。
【００２６】
また、実施形態では真空チャンバ１を縦断するパイプ６ｂを一つの配管としたが、直径の異なるパイプで二重配管としてその隙間部に冷却水を流して大気空間部６aを冷却するようにした方が磁気コイルの熱による損傷を防ぐことが出来るので望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
自動車部品、機械部品、工具、金型等の基体の摩擦係数低減や耐摩耗性を向上するために、基体表面に薄膜を蒸着して形成する蒸着装置として利用できる。
【符号の説明】
【００２８】
１ 真空チャンバ
２ プラズマ輸送室
３ 成膜室
４ 隔壁
５ 蒸発源部
６a 大気空間部
６b パイプ
７ 磁気コイル
８ 誘導磁場発生部
９ 基体
１０ プラズマ
１１ 粗大粒子
１２ バッフル
１３ プラズマガイド
２１ 真空チャンバ上壁
２２ 真空チャンバ下壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に、アーク放電による蒸発源部と、該蒸発源部から発生したプラズマを輸送するプラズマ輸送室と、該プラズマによって薄膜を被覆する基体を収納する成膜室と、該蒸発源部から発生したプラズマを成膜室へ屈曲輸送するように前記プラズマ輸送室に設けられた磁気コイルからなる誘導磁場発生部と、を備えた真空アーク蒸着装置であって、前記誘導磁場発生部を構成する少なくとも一部の前記磁気コイルが前記プラズマ輸送室に設けられた大気空間部に配設されていることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
【請求項１】
真空チャンバ内に、アーク放電による蒸発源部と、該蒸発源部から発生したプラズマを輸送するプラズマ輸送室と、該プラズマによって薄膜を被覆する基体を収納する成膜室と、該蒸発源部から発生したプラズマを成膜室へ屈曲輸送するように前記プラズマ輸送室に設けられた磁気コイルからなる誘導磁場発生部と、を備えた真空アーク蒸着装置であって、前記誘導磁場発生部を構成する少なくとも一部の前記磁気コイルが前記プラズマ輸送室に設けられた大気空間部に配設されていることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１２６４１（Ｐ２０１２−１２６４１Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４８４２８（Ｐ２０１０−１４８４２８）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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