[发明专利]电弧离子镀装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过电弧放电使蒸发源离子化并在工件上成膜的电弧离子镀装置。

背景技术

电弧离子镀装置为如下装置，即在真空中将金属材料或陶瓷材料的蒸发源作为阴极(负极)产生电弧放电，由此使蒸发源蒸发的同时作为离子放出，另一方面，对工件(被涂物)外加负偏压，并对该工件表面加速供给离子来进行成膜。作为蒸发源广泛使用钛或铬，并利用于为了提高耐磨性例如在由高速钢或硬质合金、金属陶瓷等构成的切削工具的表面形成Ti、TiAl、CrAl等硬质皮膜的技术中。

这种电弧离子镀装置中，电弧电流集中在蒸发源表面的微小区域，由此该微小区域成为电弧斑点而使蒸发源熔化蒸发。若该电弧斑点滞留，则其滞留部附近的材料不蒸发而熔化并飞散，所以在蒸发源的背部设置磁铁来促进电弧斑点的移动。

在专利文献1中，作为其磁场推荐蒸发源的蒸发面上的磁场强度为5mT(毫特斯拉)以上，电弧电流值为200A以上。并且，推荐磁力线相对于蒸发面上的法线的最大角度θ为60°以下。

另外，专利文献2中，记载有如下内容，即通过形成从蒸发面的中心沿蒸发面的径向的任意线段上的磁通量密度的最小值为4.5mT以上、平均值为8mT以上、标准偏差为3以下的磁场，从而能够提高阴极(负极)的利用效率。

专利文献3中，记载有如下内容，即在靶背面中心配置第1磁铁，在背面的外周部以均等间隔配置磁场为相反极性且具有第1磁铁的磁力的0.5～1倍磁力的6个以上第2磁铁，另外邻接配置与第2磁铁同轴且大致相同外径的环状电磁线圈，控制电弧斑点的可动区域，从而扩大腐蚀区域，并提高靶的寿命。

专利文献1：日本专利第4034563号公报

专利文献2：日本专利公开2009-144236号公报

然而，发现在放电中电弧斑点进入蒸发源表面部以外的现象，由此导致电源停止等，发生无法稳定地放电的问题。

另外，中心部的磁力小于靶的周边部，因此电弧斑点集中在中心部而易产生熔滴，成为损坏薄膜表面的平滑性的原因。

若为了解决这个问题而加大磁力，则存在如下趋势，即工件附近的磁力也变大而来自蒸发源的离子粒子的射程变大，在这期间离子粒子的价数上升，被引入工件的力变大，薄膜的残余应力变大。此时，可以考虑降低施加于工件的偏压即可，但是由于磁力较大，所以即使降低偏压也难以降低残余应力。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种电弧离子镀装置，其可防止电弧斑点进入蒸发源表面部以外的现象，进行稳定的放电，并且提高表面平滑性，形成残余应力的控制性较高的薄膜。

本发明的电弧离子镀装置，其特征在于，蒸发源中不包括从端面向内部预定宽度的端部区域的内侧区域表面的磁通量密度为10～15mT，所述端部区域表面的磁通量密度大于所述内侧区域表面的磁通量密度，并且从所述蒸发源的表面到工件的距离为120～300mm，该距离之间的磁通量密度的绝对值的累计值为260mT·mm以下。

产生于蒸发面的电弧斑点为电子的放出点，所以为了提高蒸发源的利用效率，使电弧斑点在蒸发面的整个区域均衡地来回移动很重要。本发明中，电弧斑点能够在将蒸发面的磁通量密度设为10～15mT的内侧区域表面上高速且任意地来回移动。另外，为了得到将电弧斑点封入其放电区域的效果，作为磁通量密度需在10mT以上。若磁通量密度超过15mT，则有电弧斑点的存在本身明显受限，导致成膜速度明显下降的问题。另外，还产生电弧放电的电压值比通常时上升的问题。

另一方面，由于在蒸发源的端部区域中磁通量密度大于内侧区域表面，所以即使内侧区域表面的电弧斑点欲朝向端部区域，也被端部区域的较强的磁场反弹，返回至内侧区域。因此，能够防止电弧斑点从端部区域进入表面部以外的现象并使其在封入到大致内侧区域内的状态下移动。作为预定宽度优选为距端面1cm的宽度。

由此，能够使蒸发源在面内均匀地蒸发，并提高薄膜表面的平滑性。

另外，由于减小从蒸发源到工件之间的磁通量密度的绝对值的累计值，并使工件附近的磁通量密度变小，所以能够缩短蒸发源的离子粒子的射程。因此，能够抑制离子的价数上升，并降低因对工件的偏压而引起的离子牵制效应，其结果，轻松控制薄膜的残余应力。

在本发明的电弧离子镀装置中，在所述蒸发源的背面以相比于周边部使蒸发源的表面的磁通量密度集中于中央部并变大的方式设置中央磁铁，在蒸发源的半径方向外侧设置极性相反的双层环状磁铁即可。