[发明专利]真空电弧蒸镀法及装置、用该法制造的薄膜、物品及产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空电弧蒸镀法、真空电弧蒸镀装置及使用真空电弧蒸镀法制造的薄膜及物品。

背景技术

等离子化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)法、真空蒸镀法、溅镀(sputtering)法、真空电弧蒸镀法等使用等离子的表面处理方法被广泛用作在工具、模具、滑动材料等的表面形成耐磨性(abrasion resistance)皮膜的方法，且在机械零件及电子零件等领域也被广泛地利用。

其中，真空电弧蒸镀法是如下成膜方法，即，使阳极与阴极之间产生电弧放电(arc discharge)，使阴极材料蒸发并蒸镀于基材，该方法不只等离子密度高，离子化率也远高于其他溅镀法，例如在其他溅镀法等的情况下为1％以下，相对于此，所述方法的离子化率为60％～70％。

因此，真空电弧蒸镀法具有如下特征：容易控制膜应力，而且可以在表面处理用基材与所需的薄膜之间的界面有效地形成混合层而形成密接性(adhesion)极高的薄膜，此外，生产性也优秀，所以多用于切削工具、滑动零件等(例如专利文献1)。

将真空电弧蒸镀装置的基本构成示于图5。如图5所示，真空电弧蒸镀装置包括真空室(vacuum chamber)1、阴极2、基材3、电源4、电源7、垫板(packing plate)6、电流导入端子8、及基材架(holder)9。于此，电源4是经由基材架9对基材3施加负电位的电源，电源7是经由电流导入端子8对保持于垫板6的阴极2施加负电位的电源。另外，这些电源使用的是直流电源或脉冲电源。此外，真空室1被保持为接地电位。

使用所述构成的真空电弧蒸镀装置的成膜以如下方式进行。首先，在通过电源7被赋予了负电位的阴极2与接地的真空室1之间产生电弧放电而形成等离子5，使阴极材料从阴极2的表面蒸发而使阴极材料离子化。已离子化的阴极材料被投入加偏压为负电位的基材3的表面而在基材3上成膜。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2012-92380号公报

发明内容

发明要解决的课题

在如上所述的真空电弧蒸镀法中，近年来，为了降低成本，尝试将阴极设为更大口径进行成膜，但因为在大口径的阴极表面难以使阴极材料的消耗保持均匀，所以有如下担忧：阴极的利用效率降低反而导致涂布成本(coating cost)上升。

因此，本发明的课题在于提供一种真空电弧蒸镀技术，即便在使用大口径的阴极的情况下，也能使阴极表面的阴极材料均匀地消耗而提升阴极的利用效率，从而降低涂布成本。

解决课题的手段

本发明人针对在以往的真空电弧蒸镀技术中，使用大口径的阴极的情况下，难以在阴极表面使阴极材料的消耗保持均匀的原因，基于各种实验，进行了锐意研究。结果了解到在以往的真空电弧蒸镀技术中，使用大口径的阴极的情况下，是由于无法准确地控制电弧斑点(arc spot)，才难以实现阴极材料的均匀消耗。

也就是说，在使用大口径的阴极的情况下，必须使用磁场更准确地控制电弧斑点，因此有在阴极的背面侧中心位置附近配置磁场产生机构的情况。图6(a)、图6(b)是说明这种磁场产生机构的配置的一例的图，磁场产生机构11配置在阴极2的背面侧中心位置附近，且通过旋转而准确地控制电弧斑点。另外，在图6中，图6(a)是侧视图，图6(b)是图6(a)的A-A＇箭视图。

然而，在以这种方式将磁场产生机构11配置于阴极2的背面侧中心位置附近的情况下，与图5的情况不同，如图7所示，无法在垫板6或阴极2的中央附近配置用来从电源7对阴极2施加负电位的电流导入端子8。

如所述那样，在电流导入端子未配置在阴极的中央附近的情况下，放电电流流入到电流导入端子时产生的磁场会漏出至阴极表面。而且，如果所述漏出的磁场强，便会给磁场产生机构形成的用来控制电弧斑点的磁场带来影响，使得电流导入端子附近产生磁场的局部变化。具体来说，因两种磁场干扰，用来控制电弧斑点的磁场局部地变弱，电弧斑点的速度比其他部位慢，所述部位的阴极材料的消耗加剧。

结果，电弧斑点的控制变得不准确，难以在阴极表面实现阴极材料的均匀的消耗，阴极的利用效率降低。

因此，本发明人通过各种实验锐意研究了如下方法，即，利用放电电流，减弱在电流导入端子的附近产生并漏出至阴极的表面侧的磁场，而减小对利用磁场产生机构形成的磁场的影响。