(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ法を実施するための真空処理装置であって、前記処理装置は、少なくとも１つの真空室を有しており、前記真空室には、陰極及び前記陰極にアーク発生器を通じて電気的に接続可能な陽極から構成されている、低電圧アーク放電（ＮＶＢＥ）を発生させるための装置と、ワークピースを受容及び移動させるための、電気的にバイアス発生器に接続可能なワークピースキャリアと、少なくとも１つの不活性ガス及び／又は反応性ガスのための供給口と、が配置されている真空処理装置において、
前記陽極表面の少なくとも一部がグラファイトインレイまたはグラファイトオーバーレイとして形成されたグラファイト被膜を有していることを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記グラファイト被膜がグラファイトるつぼから蒸発するグラファイトの蒸気に由来していることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記グラファイト被膜が冷却された陽極本体上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記陽極が冷却されない、又は、間接的にのみ冷却されること、あるいは、前記陽極表面間近には冷却装置、特に冷却剤のための冷却穴が設けられていないことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記陽極のグラファイト表面の少なくとも一部が加熱可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記陽極が前記処理装置の１つの面に接して、もしくは１つの面において、又は、前記ワークピースキャリアを包囲して、又は好適には回転対称のワークピースホルダの中心に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項７】
少なくとも２つの陽極が１つの陰極に配設されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項８】
少なくとも２つの陰極が１つの陽極に配設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項９】
前記バイアス発生器は、直流発生器、交流発生器、又は単極もしくは双極パルス発生器であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項１０】
前記アーク発生器は、直流発生器であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項１１】
前記直流発生器は可変制御可能な出力電流を有することを特徴とする請求項１０に記載の真空処理装置。
【請求項１２】
前記直流発生器に平行又は直列に、パルス発生器が接続されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の真空処理装置。
【請求項１３】
前記低電圧アーク放電の陰極は、熱陰極、ＮＶＢアーク陰極、又は中空陰極であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項１４】
前記熱陰極は、少なくとも電熱線を有しており、前記電熱線はシャッタによって前記真空室から離隔された電離箱に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の真空処理装置。
【請求項１５】
前記電熱線は加熱コイルであることを特徴とする請求項１４に記載の真空処理装置。
【請求項１６】
前記ＮＶＢアーク陰極は、少なくとも１つの陰極に接続されたターゲットを有しており、当該ターゲットは前記真空室から、被覆によって光学的に分離されていることを特徴とする請求項１２に記載の真空処理装置。
【請求項１７】
前記ターゲットは前記ワークピースから被覆によって光学的に分離されていることを特徴とする請求項１６に記載の真空処理装置。
【請求項１８】
前記低電圧アーク放電を発生させるための装置が、ヘルムホルツ磁界を発生させるための、１つ又は複数の電磁気コイルに対して軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項１９】
前記処理装置は、伝導性の低い、絶縁性の、及び／又はＤＬＣ様の層を堆積させるためのプラズマＣＶＤ及び／又はＰＶＤ法を実施するための真空コーティング装置であることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項２０】
前記真空室内には、１つ又は複数の蒸発器ソースが配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の真空コーティング装置。
【請求項２１】
前記蒸発器ソースは、スパッタリングソース、特にマグネトロン、アークソース、特に陰極アークソース、電子ビーム蒸発器、グラファイトるつぼの内、１つの装置を有することを特徴とする請求項２０に記載の真空コーティング装置。
【請求項２２】
前記蒸発器ソースには蒸発のために、炭素、金属又は合金、ならびにアルミニウム、ホウ素又はケイ素が材料として配置されていることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の真空コーティング装置。
【請求項２３】
前記合金は周期表ＩＶ、Ｖ又はＶＩ族の元素２つ以上から成る合金であることを特徴とする請求項２２に記載の真空コーティング装置。
【請求項２４】
前記蒸発させるための材料はターゲットとして置かれることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか一項に記載の真空コーティング装置。
【請求項２５】
前記蒸発させるための材料は、高密度かつ高純度なグラファイトであることを特徴とする請求項２０から２４のいずれか一項に記載の真空コーティング装置。
【請求項２６】
前記グラファイトは等方性の構造を有することを特徴とする請求項２５に記載の真空コーティング装置。
【請求項２７】
ワークピースのプラズマ処理を行うための真空処理方法であって、処理装置の真空室内では、低電圧アーク放電（ＮＶＢＥ）が、陰極と前記陰極にアーク発生器を介して電気的に接続される陽極との間で点火されて作動する一方で、前記ワークピースには、バイアス発生器によって基板電圧が印加されるとともに、プロセスガスが少なくとも１つのガスソースによって供給される真空処理方法において、
その表面が少なくとも部分的にグラファイトインレイまたはグラファイトオーバーレイとして形成されたグラファイト被膜を有する熱陽極が用いられることを特徴とする真空処理方法。
【請求項２８】
前記処理方法は、プラズマ援用ヒーティング、エッチング、又はコーティングのステップの内、少なくとも１つのステップを含むことを特徴とする請求項２７に記載の真空処理方法。
【請求項２９】
前記陽極のグラファイト表面の少なくとも一部が加熱され、前記加熱されたグラファイト表面の温度が、前記陽極の伝導性が維持される、及び／又は、絶縁被膜及び／又は絶縁層の堆積が妨げられる温度にまで上昇することを特徴とする請求項２７又は２８に記載の真空処理方法。
【請求項３０】
前記低電圧アーク放電は、磁界を通過するように誘導されることを特徴とする請求項２７から２９のいずれか一項に記載の真空処理方法。
【請求項３１】
前記磁界はヘルムホルツ磁界であることを特徴とする請求項３０に記載の真空処理方法。
【請求項３２】
前記処理方法は、少なくとも伝導性の低い、絶縁性の、及び／又はＤＬＣ様の層をワークピースにコーティングするための真空コーティング方法であることを特徴とする請求項２７から３１のいずれか一項に記載の真空処理方法。
【請求項３３】
コーティング材料は、少なくとも１つのガスソースによって、及び／又は少なくとも１つの蒸発器ソースによって供給されることを特徴とする請求項３２に記載の真空コーティング方法。
【請求項３４】
前記蒸発器ソースによって供給されるコーティング材料は、スパッタリングソース、特にマグネトロンの放電に、アークソース、特に陰極アークソースの放電に、電子ビーム蒸発器の蒸気に、又は、低電圧アーク放電によってグラファイトるつぼから蒸発する材料の蒸気に由来することを特徴とする請求項３３に記載の真空コーティング方法。
【請求項３５】
前記層は、金属、金属合金、金属化合物のグループもしくはグラファイトの内、少なくとも１つの材料から成るターゲットを少なくとも１つ有するスパッタリングソース及び／又は陰極アークソースを作動させることによって堆積することを特徴とする請求項３３又は３４に記載の真空コーティング方法。
【請求項３６】
前記スパッタリングソース及び／又は陰極アークソースの作動は、反応性ガスの供給下において行われることを特徴とする請求項３５に記載の真空コーティング方法。
【請求項３７】
前記層は、炭化水素、シラン、ボラン、ゲルマン及び／又は有機金属化合物のグループの内、少なくとも１つの反応性ガスを供給することによって堆積することを特徴とする請求項３３から３６のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【請求項３８】
前記基板電圧、前記低電圧アーク、及び／又は、前記蒸発器ソースがパルス印加されて作動することを特徴とする請求項３２から３７のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【請求項３９】
マイナスのパルスと比較すると短いプラスのパルスを有する、双極にパルス印加された基板電圧、又は、好適には単極にパルス印加された基板電圧が印加されることを特徴とする請求項３８に記載の真空コーティング方法。
【請求項４０】
アーク出力、基板電圧、及び／又は磁界を変化させることによって、様々な応力を有する層が作製されることを特徴とする請求項３２から３９のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【請求項４１】
前記層は多層として作製されることを特徴とする請求項４０に記載の真空コーティング方法。
【請求項４２】
炭化物、炭窒化物、窒化物、ホウ化物、炭化ホウ素、窒化ホウ素、及び、好適にはそれらと少なくとも１つの周期表ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族遷移金属、アルミニウム及び／又はケイ素との化合物という材料の内、少なくとも１つの材料の層を含む被膜が堆積することを特徴とする請求項３２から４１のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【請求項４３】
前記層が様々な組成の多層被膜として堆積し、各層間の遷移が実施されることを特徴とする請求項３２から４２のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【請求項４４】
前記各層間の遷移は円滑に実施されることを特徴とする請求項４３に記載の真空コーティング方法。
【請求項４５】
少なくとも炭化水素が、ガスソースを通じて供給されることによって、少なくともＤＬＣ層が堆積することを特徴とする請求項３２から４４のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【請求項４６】
グラファイトターゲットを有するスパッタリングソース及び／又は陰極アークソースを作動させることによって、少なくとも１つのＤＬＣ層が堆積することを特徴とする請求項３２から４５のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【請求項４７】
金属又はケイ素を含有する接着層、及び／又は、金属又はケイ素を含有する少なくとも１つの中間層を有するＤＬＣ層が多層被膜として堆積することを特徴とする請求項４５又は４６に記載の真空コーティング方法。
【請求項４８】
ＤＬＣ絶縁層の堆積を防ぐために、少なくとも前記陽極のグラファイト表面が２００℃まで加熱されることを特徴とする請求項４５から４７のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【請求項４９】
前記陽極のグラファイト表面が２５０℃まで加熱されることを特徴とする請求項４８に記載の真空コーティング方法。
【請求項５０】
前記ＤＬＣ層の少なくとも一部が、様々な応力を有する層を含む多層被膜として堆積することを特徴とする請求項４５から４９のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【請求項５１】
請求項４２から４４のいずれか一項に記載の方法に基づいて前記ワークピースに層が堆積した後、請求項４５から５０のいずれか一項に記載の方法に基づいてさらなる層が堆積することを特徴とする請求項４５から５０のいずれか一項に記載の真空コーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピースをプラズマ処理するための、請求項１のおいて書き部分に記載された真空処理装置もしくは請求項２４のおいて書き部分に記載された真空処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日では、機械及びエンジンの製造分野における工具や要素などの様々なワークピースをコーティング、ヒーティング、及びエッチングするための、プラズマを援用する方法は、真空処理方法の中でも大きな場所を占めている。真空コーティング方法に対して、ヒーティング及び／又はエッチングプロセスが先行することが頻繁にあるが、当該プロセスは、前処理、表面活性化、又は被膜の剥離などの特別な用途に単独でも適用可能である。
【０００３】
前記方法は広く普及してはいるものの、方法を実施する間に、絶縁被膜及び／又は伝導性の低い層もしくは絶縁層が、電極表面に堆積する場合には、今日でもやはり当該方法を実施することは困難もしくは複雑である。当該層は、例えばヒーティング及びエッチングプロセス中の表面効果もしくは再スパッタリング効果によって、しかし特に、伝導性の低い層、もしくは絶縁層を堆積させるための真空コーティング方法によって、電極表面に形成可能である。伝導性の低い層もしくは絶縁層の例としては、セラミックス又はサーメットの層が挙げられる。当該層については、以下で詳細に説明を行う。
【０００４】
ＶＤＩ２８４０の表１の第２欄「アモルファスカーボン層」に挙げられているような、ＤＬＣ様の層は、特別な地位を占めている。当該層は堆積方法に応じて、多少導電性を有する層として、又は絶縁層としても作製可能である。
【０００５】
炭素層又は炭素を含有する層を工具及び構造部品に堆積させるために、様々な方法が用いられる。一般的に、真空における作製方法は、層を形成する成分を、ガスを介して真空コーティングシステムに導入した後、プラズマ中で分解するか（ＣＶＤ）、層を形成する固体の気相への変化が直接真空システムにおいて生じるか（ＰＶＤ）、によって区分される。ＰＶＤ法としては、特に、電子ビームや、炭素をターゲットとしたスパッタリングを用いた蒸着プロセスと、アーク蒸着を用いた陰極蒸着とが知られている。前記方法で蒸着した炭素は、原子、イオン、又は、略元素状炭素のクラスターから構成されている。その一方で、ＣＶＤ法では、炭素のソースとして、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４又はＣＨ４などの炭化水素含有ガスを使用することが一般的である。このとき、水素からの炭素の分離は、プラズマ中での解離によって、又は、基板を高温にすることによって行われる。基板を高温にすると、前駆体とも称される反応性ガスは、基板表面で解離する。温度の影響を受けやすいワークピースにダイヤモンド様の層を堆積させるときに、基板が高温になることは、大抵の場合において望ましくないので、前駆体を効率的にプラズマ中で分解するように努められる。ワークピースが不必要に加熱されることを回避するためには、ワークピースへの堆積プロセスの前に、可能な限り単独で、前駆体の分解を行うことも望ましい。結果として、例えば特定の基板電圧や処理圧力などを設定し、層を形成するイオンのエネルギーを導入することによって、ワークピース上の層の特性を、より良く、過熱の危険を冒さずに設定することができる。
【０００６】
これらの要求は、特に特許文献１に記載されているようなダイオードの放電によっては実現不可能である。ここでは、ワークピースもしくは電極としてのワークピースが放電に利用されるので、解離条件は、基板電圧の条件から分離できないからである。
【０００７】
気体状の前駆体をダイオードの放電中で分解することには、要約すると以下の重大な欠点がある。基板はグロー放電の電極として利用されるので、負荷量とワークピースのジオメトリとは、放電及びガスの解離に影響を与え、したがって、層の特性自身に影響を与える。この影響は望ましくない。なぜなら、工業用のコーティング作業では、様々な負荷と、様々なワークピースのジオメトリとを扱わなければならないからである。さらに、上記のように負荷及び基板のジオメトリに従属することによって、プロセスの予測可能性が損なわれるので、プロセスの進行にあたり、費用が余計に必要となる。
【０００８】
ダイオードのグロー放電における、さらなる重要な欠点は、プラズマ密度が低いために、気体状の前駆体を効果的に、すなわち可能な限り完全に分解することができないことにある。それゆえ、経済的なコーティング率を達成するためには、ガスフローを多く必要とする。結果として、圧力はより高くなり、気相反応やダストが形成される危険が増大する。
【０００９】
特許文献２に記載されているように、改善されたダイオードの放電においては、ワークピースのホルダ又は受動的プラズマ増強装置のジオメトリは、プロセスの条件下で中空陰極放電が発生するように構成される。当該中空陰極放電によって、前駆体のさらなる解離が行われる。しかしながら、中空陰極放電はワークピースの間近で行われるために、基板が加熱されてしまうということと、特に、確実な点火及び作動を保証するためには、中空陰極放電をその時々の圧力条件及び基板電圧条件に適応させなければならないということとが欠点となる。結果として、様々な形状のワークピースに合わせて、その都度ワークピースホルダを設計するときに大きな負担を生じるとともに、堆積プロセスのパラメータの選択が制限されるので、ワークピースに過度な熱的負荷をかけないためには、例えばコーティング率を比較的小さく設定するしかない。
【００１０】
それゆえ、上述したように数年前から、気体状の前駆体の解離に利用されるプラズマを、ワークピース上でのエネルギー導入から分離する試みが行われている。
【００１１】
特許文献３には低電圧アーク放電（ＮＶＢＥ）が開示されている。ＮＶＢＥは、単独の陰極室内の熱陰極と陽極との間で行われる。気体状の前駆体は、低電圧アークにおいて活性化するとともに電離するが、それとは別に直流電圧がワークピースに印加され、それによってワークピース上でイオンエネルギーが設定可能となる。当該文献では、供給されたガスの励起領域は、ワークピース上の成長領域から分離される。ただし、当該方法は２つの決定的な欠点を有しているので、全ての場合において工業的に利用できるわけではない。特に、伝導性の低い層又は絶縁層を堆積させたい場合には利用できない。このとき一方では、ワークピース上に絶縁層が堆積し、当該絶縁層によって、プラズマからのイオン衝撃が減少することになる。なぜなら、直流電圧バイアスは、一定の層厚からはもはや有効でないからである。他方で、低電圧アーク放電の陽極も、やはり絶縁層によって被覆される。当該絶縁層によって放電電圧が上昇し、最終的にはアークが不安定になり、直流低電圧アーク放電は停止する。当該文献では、硬質炭素層、すなわちＤＬＣ様の層の堆積が記載されているものの、当該方法は上述した問題点のゆえに、今日までに工業的に定着できなかった。
【００１２】
特許文献４は、全く一般的に、反応性ガスの励起と、ワークピース上での基板電圧の設定との電気的分離の利点について開示している。ここでは、絶縁性の高い層を実現するために、双極基板電圧が用いられている。
【００１３】
特許文献５には、硬質炭素層よりもさらに大きな電気抵抗を有する酸化物及び窒化物などの絶縁層をワークピースに堆積させるためには、単極にパルス印加された基板電圧を、どのように低電圧アーク放電と組み合わせて利用すれば良いかについて記載されている。当該方法においては、冷却るつぼが直流低電圧アーク放電の陽極であり、当該冷却るつぼから、層を形成する材料の金属成分は当該低電圧アーク放電によって蒸発させられる。
【００１４】
絶縁層の表面を、ＮＶＢＥプラズマからの電子衝撃によって再び放電するためには、低電圧アークによって生成かつ印加された独立プラズマと組み合わされたパルス基板電圧で十分ではあるが、ワークピース上で双極基板電圧及び可変パルスを用いて作業する方法も知られている。当該方法は、例えば非特許文献１に記載されている。
【００１５】
特許文献４には特許文献３と同様に、ＰＥＣＶＤの装置及び方法が記載されている。当該方法は、互いに独立して行われる２つの放電に基づいており、非特許文献１とは異なって、可変基板電圧が用いられている。
【００１６】
この間に、ＤＬＣ様の層、特に正方晶層の割合が大きく、それゆえ特に優れた耐磨耗性を有する、水素を含有しない硬質層は、電気的に絶縁性が非常に高いことが明らかになった。当該特性を獲得するためには、特に、基板温度が低いことも決定的に重要である。さらに明らかになっていることには、直流低電圧アークの利用は、気体状前駆体を分解するための非常に効果的な方法である。しかしながら、従来のように冷却された低電圧アーク放電の金属陽極は、短時間の内に、絶縁層に被覆されてしまうので、特にコーティング時間が比較的長い場合には、プロセスが不安定になるということも明らかになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】独国特許発明第１９５１３６１４号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／１１６８８９号パンフレット
【特許文献３】独国特許出願公開第３６１４３８４号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第０９９００６１号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第０４３０８７２号明細書
【特許文献６】欧州特許第１３６２９３１号明細書
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｇｒｉｅｐｅｎｔｒｏｇ著、Ｓｕｒｆａｃｅ＆Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｖｏｌ．７４−７５（１９９５），ｐ．３２６−３３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の課題は、請求項１のおいて書き部分に記載の真空処理装置もしくは請求項２４のおいて書き部分に記載の真空処理方法を提供することにある。それによって、従来装置もしくは方法で低電圧アーク放電を行う際、絶縁被膜、特に絶縁層が陽極表面に形成される危険が存在する場合でも、ワークピースのプラズマ処理を様々な条件下で、特に確実な再現性をもって生産的に行うことが可能になる。従来の真空処理装置もしくは方法の場合、例えば、電子がワークピースに引き寄せられるプラズマヒーティングステップの間、又は、低電圧アーク放電のプラズマからの陽イオンがワークピースに引き寄せられるプラズマエッチングステップの間の絶縁被膜によって、ならびに、コーティングプロセスの間に電極表面に堆積し得る絶縁層によって、プロセスの変動、又はプロセスの停止及び装置部材の破損が生じ得る。なぜなら、プラズマからの電流フローは、比較的狭い面に伝導するか、又はその他のより伝導性の高い面を通して伝導するか、あるいは完全に遮断されるからである。
【００２０】
本発明のさらなる課題は、プラズマ形成の従属状態を、ホルダのジオメトリもしくは受動的プラズマ増強構造部品の追加設置から、可能な限り独立させることにある。それによって、例えば、パルス印加されたグロー放電によってワークピースを処理するプロセスも、安定した状態でフレキシブルに実施することができる。暗部の距離を守るために、その都度ホルダのジオメトリを調整する必要もなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本課題は、請求項１もしくは請求項２４の特徴部分に記載の特徴によって解決される。従属請求項及び後続の明細書部分には、本発明の適切なさらなる実施形態が開示されている。
【００２２】
真空処理装置は、少なくとも１つの真空室を有している。当該真空室には、低電圧アーク放電（ＮＶＢＥ）（ここでは低電圧アーク（ＮＶＢ）と同義の概念として使用されている）を発生させるための装置が配置されている。当該装置は、陰極と、アーク発生器を通じて電気的に陰極と接続可能な陽極と、から構成されている。このとき、少なくとも陽極表面の一部はグラファイトから成るので、高温の動作温度、すなわち熱陽極が可能となる。さらに、室内には、別個のバイアス発生器と電気的に接続可能な、ワークピースを受容し動かすためのワークピースキャリア、ならびに、少なくとも１つの不活性ガス及び／又は反応性ガスの供給口が存在する。
【００２３】
グラファイト陽極としては、様々なタイプが考えられる。例えば、完全にグラファイトから構成されていても良い。このとき、少なくとも表面間近には、冷却装置、特に冷却剤のための冷却穴を設けずに、ＤＬＣ層などの堆積のために、２００℃、好適には２５０℃の最低動作温度を確保している。
【００２４】
別の選択肢としては、グラファイト陽極は単に、グラファイトインレイもしくはグラファイトオーバーレイ又はグラファイトるつぼとして構成されているグラファイト被膜を有するだけでも良い。このために、容易な方法では、グラファイト被膜が銅などから成る従来の冷却された陽極本体に塗布され、間接的に冷却される。
【００２５】
ＤＬＣ層を堆積させる場合、少なくとも層の部分的黒鉛化を実現し、それによって陽極の伝導性を維持するためには、前記陽極でＮＶＢＥの粒子衝突によって得られる温度で十分ではあるが、特に、その他の伝導性の低い層又は絶縁層を作製する場合は、陽極のグラファイト表面を加熱すること、又は、冷却を全く行わないことに利点がある。このとき、追加熱は、例えば陽極もしくはグラファイト被膜に設置された加熱要素、又は、グラファイト表面に向けられたラジエータなどの従来装置によって、確実に行われる。
【００２６】
陽極は、ワークピースキャリアを含んだ、処理装置の１つの面上もしくは面内に、又は、好適には少なくとも略回転対称のワークピースホルダの中心に設置可能である。真空室内でプラズマを均一に拡散させるために、１つの陰極に対して複数の陽極を、又は１つの陽極に対して複数の陰極を配設しても良い。特に高いプラズマ密度が要求される場合、又は、例えばプロセスの信頼性を高めるために予備陰極が設けられる場合には、後者が好ましい。
【００２７】
さらに、低電圧アーク放電を発生させるための装置を、ヘルムホルツ磁界を発生させるための、１つ又は複数の電磁気コイルに対して軸方向に配置することも可能である。それによって、真空室内におけるプラズマの拡散に影響が及ぼされるか、もしくは電離が高まる。例えば、ＮＶＢＥを陽極に集中させることによって、表面などをより強力に加熱すること、あるいはグラファイトるつぼから材料を蒸発させることも可能である。さらに、ワークピースのヒーティングもしくはエッチングといった従来方法を、ＮＶＢによって支援することができる。
【００２８】
ワークピースキャリア及びワークピースに電気信号を印加するためのバイアス発生器として、交流電流、双極パルス発生器を用いることができるが、温度の影響を受けやすいワークピースもしくはコーティングプロセスには、直流又は単極パルス発生器を用いることが好ましい。なぜなら、後者の場合、電子衝撃が欠けているために、ワークピース／層にかかる熱的負荷がより低くなるからである。
【００２９】
低電圧アーク放電（ＮＶＢＥ）を供給するためのアーク発生器として、直流大電流発生器、特に制御可能な出力電流を有する直流発生器が用いられる。加えて、例えばプラズマ密度をさらに増大させるために、パルス発生器を直流発生器と平行又は直列に接続しても良い。
【００３０】
低電圧アーク放電の陰極として、好適にはシャッタによって真空室から離隔された電離箱において、電熱線又は加熱コイルを有する熱陰極、ＮＶＢアーク陰極、あるいは、例えば中空陰極グロー放電を伴う中空陰極又は中空陰極アークを有する電子銃などの中空陰極、を用いることができる。
【００３１】
別の選択肢として、陰極を、少なくとも１つの陰極に接続されたターゲットを有するＮＶＢアーク陰極として構成しても良い。当該ターゲットは被覆によって、真空室から、特にワークピースから、光学的に分離されている。
【００３２】
記載された実施例では、真空処理装置は、プラズマＣＶＤ及び／又はＰＶＤ真空コーティング装置として作動もしくは実施可能である。ＰＥ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ）ＣＶＤプロセスを実施するために、装置をさらに改良せずに使用しても良い。しかしながら、最適な層分けを保証するため、もしくは様々なプロセスガスを導入するためには、容器に１つ又は複数のガスソースを分けて配置するか、あるいは、環状又はランス様のガス供給装置を用いると有利である。
【００３３】
ＰＶＤプロセスを行うために、真空室内に１つ又は複数の蒸発器ソースを配置することができる。蒸発器ソースとして好ましいのは、スパッタリングソースで特にマグネトロン、アークソースで特に陰極アークソース、電子ビーム蒸発器、グラファイトるつぼである。例えば、ただ接着層だけが蒸着させられるか、又は、その他にＰＥＣＶＤ法で作製された層に、層エレメントが付加的に設置される場合、例えば、適切な材料が前記陽極グラファイトるつぼに供給され、ＮＶＢによって蒸発され得る。
【００３４】
一般的に、蒸発器ソースには蒸発のために以下の材料が配置され得る。すなわち、炭素、金属又は合金で特に周期表ＩＶ、Ｖ又はＶＩ族の元素２つ以上から成る合金、ならびにアルミニウム、ホウ素又はケイ素である。当該材料は蒸発器ソースに応じて、ターゲット、ペレット、タブレット、ワイヤなどの形をとる。
【００３５】
グラファイトがスパッタリングソース又はアークソースのターゲットから蒸発させられる場合は、表面の極力均一な腐食を可能にするために、好適には等方性の構造を有する高密度で高純度なグラファイトを用いると有利である。例えば、密度ρ≧１．８で純度クラスＰ３０からのグラファイトは、灰分値が１５ｐｐｍよりも小さく、前記用途に適している。
【００３６】
上述した真空コーティング装置では、少なくとも伝導性の低い層、絶縁層及び／又はＤＬＣ様の層をワークピースにコーティングするための本発明に係る真空コーティング方法も実施することができる。このとき、少なくとも部分的にグラファイトから成る陽極表面が加熱され、それによって少なくともコーティングプロセスの間、絶縁層の堆積が防止されるとともに、十分な伝導性を有する表面が利用できるので、プロセスの安定した進行が確実なものとなる。その結果、基板電圧及び処理圧力を通じて、ワークピース表面におけるエネルギーの状態を調整し、同時にそれとは電気的に絶縁して、反応性ガスを効果的に分解かつ電離するために、低電圧アーク放電を行うことが可能になる。例えば層を形成しないプラズマプロセスの場合、例えばエッチング又はヒーティングプロセスの場合に、反応性ガスとの表面反応又は再スパッタリング効果などによって、陽極表面に絶縁被膜が形成されるときにも、当該方法が有利であるということは、当業者には自明である。
【００３７】
従来のＰＥＣＶＤ法及びＰＥＰＶＤ法では、コーティング方法に先立って、エッチング又はヒーティングプロセスが行われる。このとき明らかとなっていることには、伝導性の低い層、絶縁層又はＤＬＣ様の層が堆積される、このような複合的な方法においては、広範囲の様々な低電圧アーク放電電流のために、金属の熱陽極の寸法を正しく示すことは困難又は不可能である。ヒーティング及び／又はエッチングプロセスには大抵、コーティングのときよりも大きな放電電流が用いられるので、陽極ははるかに大きな熱的負荷を受ける。それゆえ、寸法の決定もしくは冷却に応じては、金属陽極が前処理の間、過度に高温になって蒸発すること、又はコーティング段階の間、伝導性の低い層又は絶縁層によって部分的又は完全に被覆されることがある。この場合、陽極表面が変化し、それに対応して放電パラメータも変化する。金属陽極の場合、不十分な冷却と、陽極の部分的な蒸発の確実な防止との間のバランスを調整及び再現することは難しい。それに対して、前記方法に、本発明に係るグラファイト陽極を用いることは、驚くほど容易であることが明らかになっている。当該グラファイト陽極は、冷却せずに実施されるか、又は、適切により大きく、したがって冷却が不十分になるように実施される。グラファイトは、高温でも非常に小さな蒸気圧を有するので、作製されようとしている層が汚染される危険は存在しない。
【００３８】
このとき、コーティングの種類に応じて、様々なプロセスで、高い表面温度によって伝導性を維持することができる。例えば、熱陽極表面で伝導性被膜に分解されるような、温度の影響を受けやすい層の場合、グラファイト陽極グローはしばしば不要である。例えば、ＤＬＣ、特にｔａＣ層を堆積させる場合、陽極表面への絶縁層の堆積は、プロセス（ＰＥＣＶＤ、スパッタリング、陰極アーク）もしくは反応性ガスに応じて、２００℃から始めて、最高３００℃までで確実に回避可能である。なぜなら、この条件下では、明らかに層の黒鉛化が生じるからである。ここでは、高密度の電子もしくはイオンの衝撃を陽極に付加的に与えることによっても、ｓｐ２結合及びｓｐ３結合などの崩壊が促されるようである。この単純な解決によって、絶縁層のための直流低電圧アーク放電が、初めて安定的に実施可能となった。
【００３９】
驚くべきことに、雰囲気温度に達した後、グラファイト陽極に絶縁層が測定されるようなコーティングプロセスの後でも、層を機械によって削り落とす手間をかけずに、当該陽極を再び使用することができたが、それは、当該陽極が、低電圧アークの点火以前に、上述したような付加的な加熱装置によって加熱された限りにおいてである。この場合、陽極表面の温度を比較的高めに設定しなければならなかった。しかしながら、赤熱の初期である６００〜７００℃の領域では、絶縁性の高いＡｌＮ又はＳｉＮなどの層が形成された後でも、ＮＶＢは確実に点火可能であった。一方、ほとんどの層にとっては、４００℃が下限となっている。
【００４０】
プロセス管理に応じて、コーティング材料は、個別、交互、又は同時に、少なくとも１つのガスソース及び少なくとも１つの蒸発器ソースによって供給される。
【００４１】
従来の方法ではガスソースから、窒素、炭化水素、シラン、ボラン、ゲルマン、層を形成するための窒素化合物又は有機金属化合物、ならびに不活性ガスなどの反応性ガスが供給され得る。当該反応性ガスは、低電圧アーク放電のプラズマによって、効果的に分解かつ電離可能である。同様のことは、すでに電離した粒子が蒸発器ソースを離れた場合、前記蒸発器ソースから供給されたコーティング材料を電離もしくは再電離する可能性にも適用される。
【００４２】
前処理及び／又はコーティングプロセスの間、基板電圧の給電、低電圧アーク、スパッタリング、及び／又はアークソースは、それぞれ上述のように直流電流によって、又はパルスを印加されて作動する。磁界、もしくはヘルムホルツ磁界を通過するように、付加的な低電圧アーク放電を誘導することは、コーティング装置の対称軸において低電圧アーク放電を行う場合には利点がある。
【００４３】
アーク出力、基板電圧、及び／又は磁界を変化させることによって、様々な応力を有する層を、例えば多層として堆積させることができる。例えば、層ごとに異なる応力を有するＤＬＣの多層もやはり、基板電圧もしくはアーク電流を周期的もしくは非周期的に変化させることによって設定可能であった。どちらの措置もイオン衝撃の変化に作用し、したがって、層の傷及び内部応力に影響を与える。
【００４４】
蒸発器ソースを追加することなく、三極管プラズマのみで層を堆積させる場合、炭化水素、シラン、ゲルマン、ボラン及び／又は有機金属化合物のグループから、少なくとも１つの反応性ガスを供給する。
【００４５】
金属、金属合金、炭化物又はホウ化物などの金属化合物から、もしくはグラファイトから成るターゲットを有するスパッタリングソース及び／又は陰極アークソースを作動させる場合、不活性ガスによって、層を作製できる。しかし、やはり多くのケースで、層を形成するために、反応性ガスを付加的に供給するか、あるいは、アークプロセスの場合には専ら反応性ガスを供給することが可能もしくは有利である。
【００４６】
このような方法では、以下の材料の層を少なくとも一層は含む単層被膜又は多層被膜を堆積させることができる。すなわち、炭化物、炭窒化物、窒化物、ホウ化物、炭化ホウ素、窒化ホウ素、及び、それらと好適には少なくとも１つの周期表ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族遷移金属及び／又はアルミニウムもしくはケイ素との化合物である。このような層の例としては、ＳｉＮ、ＡｌＮ、Ｇｅ３Ｎ４、（ＡｌＣｒＳｉ）Ｎ、（ＡｌＣｒＭｅ｛＝Ｍｅｔａｌ｝）Ｎ、（ＡｌＣｒＳｉＭｅ）Ｎ、（ＴｉＳｉ）Ｎ、ｈＢＮ、ｃＢＮ、ＢＣＮ、ＴｉＢＣなどのセラミックスもしくはサーメットの層が挙げられる。また、当該層は、（ＡｌＣｒＳｉ）ＣＮＯ、（ＡｌＣｒＳｉ）ＮＯのように酸素を含んでも良いが、それは、プロセス実施時の酸素分圧が過度に高くない限りにおいてである。分圧が過度に高い場合、陽極のグラファイト表面が傷つく可能性がある。
【００４７】
このとき、各層間の遷移は、原則的には任意に実施することができるが、多くのケースでは、知られている理由から、ガスフロー、反応性ガスの分圧、蒸発器ソース出力、アーク出力、基板電圧などのプロセスパラメータの漸進的又は連続的な変化による円滑な遷移が好まれる。
【００４８】
上述した基板電圧を印加した場合、少なくとも１つの反応性ガス（この場合は炭化水素）を供給することだけで、ＤＬＣ層をＮＶＢＥプラズマ中に作製することも可能である。例えばｔａＣ層のような、特に硬質又は水素に乏しいＤＬＣ層を作製したい場合、それぞれグラファイトターゲットを有するスパッタリング及び／又は陰極アークソースを用いる方法が有利である。驚くべきことに、ここでも、以下に示すように、少なくとも炭化水素を供給することによって、層の硬度を、純粋な不活性ガスプラズマ中での作業に比べて増大させることが可能である。
【００４９】
接着力を高めるため、もしくは層の過度に大きな応力を減少させるために、金属又はケイ素を含有する接着層を有するＤＬＣ層、もしくは少なくとも１つの金属又はケイ素を含有する中間層を有するＤＬＣ層を多層被膜として堆積させても良い。
【００５０】
例えば金属含有層の優れた接着力や粘性といった様々な層の特性を、ＤＬＣ層の特に優れた滑性もしくは硬度と組み合わせる場合、まずは上述のように、例えば炭化物、炭窒化物、窒化物、ホウ化物、炭化ホウ素、又は窒化ホウ素から成る層をワークピース上に設けた後、その上を上述したＤＬＣ層でコーティングすると良い。
【００５１】
以下に、実施例を示す図を用いて、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来技術に基づく陽極を備えた真空コーティング装置を示す図である。
【図２】グラファイトオーバーレイを備えた、適切な陽極を示す図である。
【図３】グラファイトインレイを備えた、適切な陽極を示す図である。
【図４】２つのグラファイト陽極を備えた真空コーティング装置を示す図である。
【図５】プロセスのダイアグラムを示す図である。
【図６】Ｃｒ／ＣｒＣ傾斜被膜を有するＤＬＣ層を示す図である。
【図７】ＤＬＣ／ＳｉＣ多層被膜を有するＤＬＣ層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１は、従来技術に基づく陽極を備えた真空コーティング装置を示している。真空室１内では、コーティング対象のワークピース２が、１つもしくは複数のワークピース保持装置３に取り付けられている。当該保持装置は、部品を少なくとも一回転、必要に応じて二回転４又は三回転５させるための手段を有している。このとき、ワークピース保持装置３は、やはり装置軸６を中心として回転可能なワークピースキャリア７の上に配置されることが多い。
【００５４】
様々なプロセスガスが、図示されていない適切な制御装置によって、ガス供給口８を経由して真空室１内に供給可能である。
【００５５】
高真空に適したポンプ装置９が、真空室にフランジ状に取り付けられている。
【００５６】
イオン及び／又は電子ソース、特にＮＶＢ陰極１０は、例えば装置軸の領域に配置されており、アーク発生器１１のマイナス端子に接続されている。アーク発生器１１のプラス端子は、プロセスのステップに応じて、スイッチ１２を介して、ワークピースキャリア７、もしくはワークピース保持装置３及び当該装置と電気的に接続されているワークピース２（ヒーティングプロセス）、又はＮＶＢ陽極１３（エッチングプロセス、もしくは、必要ならばコーティングプロセスの間も）に接続可能である。
【００５７】
真空室１の壁面には、１つ又は複数の蒸発器ソース１４、好適にはマグネトロン又は電気アーク蒸発器が設置可能である。別の、ここには図示されていない実施例では、蒸発器ソース１４は、陽極に接続されたるつぼとして、真空室１の底面中央に設置されている。このとき、蒸発材料は低電圧アーク１５によって加熱され、気相に変化する。
【００５８】
さらに、電気バイアス発生器１６が付加的に設けられている。当該発生器によって、ワークピースに基板電圧が印加される。
【００５９】
さらに、長手方向のプラズマ空間を貫通する磁界、いわゆるヘルムホルツ磁界を発生させるための電磁気コイル１７が、真空室１の角の向かい合う壁に設置されるとともに、少なくとも１つ、好適には２つの分離した、図示されていない直流電圧ソースによって同方向に印加されることが好ましい。
【００６０】
磁界と、例えばＭＦバイアス発生器によって発生するＭＦプラズマ１８と、を増強もしくはより均一に成形するための付加的な措置として、真空室１の側壁１９に、複数の磁気近接場２１を形成するための磁気系を設置することができる。この場合、近接場を形成するための磁気系は、少なくとも部分的にはマグネトロン磁気系２０として構成されることが好ましい。
【００６１】
コーティング装置の各システムは、ここでは詳細に図示しないプロセス制御によって、相互に関連性を持つようになることが好ましい。
【００６２】
図２は、本発明に係る単一のグラファイト陽極を有する真空コーティング装置を示している。当該装置においては、グラファイトディスクの形をしたグラファイト被膜２２が、従来の平坦な銅陽極の上に載置されている。
【００６３】
低電圧アーク１５内とその間近の領域ではプラズマ密度が非常に高いので、ワークピース２を電気的スパークから防護することも必要である。これは、適切な基板電圧を選択することによって可能となる。この理由から、高い基板電圧を実現しなければならない場合には特に、放電電流が大きいときに双極基板電圧を扱わない方が良い。双極性のバイアスパルスを作動させる場合は、電圧インターバルがプラスである間に、非常に大きな電子流がワークピースに引き寄せられるからである。それによって、少なくともＤＬＣ及びｔａＣの場合、ワークピースが希望に反して加熱され、また、ワークピース上へのスパークが増大する。はるかに慎重なのは、単極にパルス印加された基板電圧の利用である。それによって、低電圧アークからの電子が休止中に、陽イオンによって蓄積された表面電荷を再び放電することが可能になる。パルス休止時間には、ワークピースをアースするか、あるいは浮遊させて作業することができるが、後者の方がより慎重である。パルスと休止との比は、自由に構成可能であり、かつ、プロセスの間、基板電圧と同じく可変であることが望ましい。
【００６４】
これに関連して重要なのは、ワークピース２上でのエネルギー導入も、低電圧アーク１５の放電パラメータを変更することによって可変となるということ、すなわち、例えば一定の基板電圧のために、基板電流とそれに伴う基板出力とが、放電電流を増大又は減少させることによって変更可能であるということである。当該手法は上述のように、同一の化学的組成の層材料による多層構造にも用いられて、例えば応力が厚い層に分散されるとともに、層の強い接着力が得られる。
【００６５】
このとき、低電圧アーク１５は２つの方法で構成可能である。すなわち、外側コイル１７が集束に用いられる場合に、図示したように直線状のソースとして構成するか、又は、処理室全体に渡って分散している拡散プラズマとして、ワークピース２がプラズマ中に浸漬されるように構成する。
【００６６】
図３は、本発明に係る真空処理装置を図示している。当該装置は、ＰＥＣＶＤプロセスのための真空コーティング装置としても作動可能である。当該実施例においては、グラファイト陽極は、従来の冷却された銅るつぼの中に配置されたグラファイトインレイ２２として構成されている。後者は後者で、グラファイトるつぼとして構成しても良い。それによって例えば、ＰＥＣＶＤによって作製された層でコーティングする以前に、金属のタブレットなどを導入することによって、接着層が容易に塗布され得る。さらに、図３では、直流バイアス発生器１６が使用されている。
【００６７】
図４は、本発明に係る真空コーティング装置を図示している。当該装置はグラファイト陽極１３を有しており、２つのＮＶＢ陽極１３及び２３が設置されている。例えばスイッチ１２を介して、アーク発生器のプラス端子は、ＮＶＢグラファイト陽極１３、２２もしくはこの場合環状ＮＶＢグラファイト陽極２２と交互又は同時に接続可能である。ＮＶＢ環状陽極２３の接続によって、磁気コイルを使用しない場合の作動と同様に、プラズマを装置室１に渡って拡散させることができる。均一なＮＶＢプラズマ拡散を最適化するための両方の選択肢は最適化可能であるということは当業者にとって自明である。
【００６８】
図５は、例として、間にインターフェイスを有するＣｒＮ−ＤＬＣ複合層を作製する際のプロセスパラメータの変化を図示している。当該インターフェイスにおいて、２つの異なる層系の特性は、略連続的に相互に適応し合っている。このとき、まずＰＶＤ法で、スパッタリングもしくはアークプロセスなどによってＣｒＮ層を作製した後、インターフェイス層を作製している間に付加的にＰＥＣＶＤプロセスを開始すると同時に、ターゲット出力及び窒素の供給をゼロに至るまで減少させる。最後のプロセスステップは、先行する中間層又はインターフェイス無しに、ワークピース表面に直接適用することも可能である。当該プロセスステップにおいては、層厚を通じて同形のＤＬＣ層を作製するために、一定のパラメータが用いられる。
【００６９】
図６は、図５の場合と同様に作製された、クロム接着層、インターフェイス傾斜層、及びＤＬＣ被覆層から成る多層被膜の破断面を表すＳＥＭ画像である。
【００７０】
図７は、方法例２に基づいて堆積した、異なるＳｉＣ層及びＤＬＣ層の連続から成る多層被膜を図示している。
【００７１】
以下に、本発明に係る方法の進行について、いくつかの例を用いて説明する。
【００７２】
例１から３は、Ｓｉを含有するＤＬＣ層を堆積させる方法を説明するものであり、ＯＣ  Ｏｅｒｌｉｋｏｎ  Ｂａｌｚｅｒｓ  ＡＧ社の改良ＲＣＳ装置を用いて行われた。冷却された銅陽極には、ディスクの形をしたグラファイト被膜が載置された。それによって、極めて単純な方法で、十分な電気的遷移を発生させることができた。同時に、グラファイト表面の冷却は、元の銅陽極に比べて明らかに減少したので、表面の伝導性は、コーティングプロセスの間も維持された。
【実施例１】
【００７３】
例１）Ｓｉ／ＳｉＣから成る中間層を有するＤＬＣを作製するためのプロセス
【００７４】
設置された二回転又は三回転可能な保持装置にワークピースを取り付け、当該保持装置を真空処理装置内に設置した後、処理室を約１０−４ｍｂａｒまで減圧する。
【００７５】
プロセス温度を調整するために、開口シャッタによって離隔された、ＮＶＢ陰極を形成する熱陰極を有する陰極室と、陽極に接続されたワークピースとの間において、低電圧アーク（ＮＶＢ）プラズマがアルゴンおよび水素を含む雰囲気下で点火される。このとき、ワークピースに印加される基板電圧には、さらに単極又は双極パルスが印加されることが好ましい。当該例においては、標準的な輻射加熱器は使用されなかった。
【００７６】
ヒーティングプロセスは、以下のパラメータに基づいて行われた。
ＮＶＢの放電電流：５０Ａ
アルゴンフロー：６０ｓｃｃｍ
水素フロー：３００ｓｃｃｍ
プロセス時間：２０分
【００７７】
次のプロセスステップとして、エッチングが開始される。そのために、フィラメントとグラファイト陽極との間で低電圧アークが作動する。ここでは原則として、直流、パルス印加された直流、あるいは、交流で作動するＭＦ又はＲＦの給電が、ワークピースとアースとの間で行われる。本発明に係る方法のために、以下のエッチングパラメータに基づく二段階のエッチングプロセスが設定された。
【００７８】
第１のステップ：
アルゴンフロー：６５ｓｃｃｍ
水素フロー：８０ｓｃｃｍ
ＮＶＢの放電電流：１００Ａ
基板電圧：単極−５０Ｖ（オン時  １００μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：１５分
【００７９】
第２のステップ：
アルゴンフロー：６５ｓｃｃｍ
水素フロー：８０ｓｃｃｍ
ＮＶＢの放電電流：１００Ａ
基板電圧：単極−２００Ｖ（オン時  １００μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：３０分
【００８０】
次のプロセスステップでは、接着を促進し、層特性を基板材料に適合させるために、ＤＬＣ層及びＳｉ−ＳｉＣ中間層がワークピースにコーティングされる。コーティングのために、低電圧アークが作動する。このとき、低電圧アークの放電電流は、グラファイト陽極の方へ引き寄せられる。コーティングプロセス全体を通じて行われる低電圧アーク放電のパラメータは以下の通りである。
ＮＶＢの放電電流：４０Ａ
アルゴンフロー：６０ｓｃｃｍ
【００８１】
コーティングプロセスの各ステップのために、さらに以下のパラメータが設定された。
【００８２】
Ｓｉ接着層：
シランフロー：３０ｓｃｃｍ
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：３分
【００８３】
ＳｉＣ遷移層：
シランフロー：３０ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍへの直線傾斜
Ｃ２Ｈ２フロー：１５ｓｃｃｍから１２０ｓｃｃｍへの直線傾斜
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：３０分
【００８４】
ＤＬＣ機能層： 
Ｃ２Ｈ２フロー：１２０ｓｃｃｍ
処理圧力：０．３６Ｐａ
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：３０分
【００８５】
上記の方法によって、約１．５μｍの層が堆積した。ワークピースの温度は約２９０℃に達した。
【実施例２】
【００８６】
例２）
当該プロセスでは、ヒーティングステップを省略し、その代わりにエッチングステップを延長した。ここでもまた、前の例と同様に、フィラメントとグラファイト陽極との間で低電圧アークを作動させ、ワークピースに、単極パルス印加されたマイナス基板電圧が印加される。このとき、以下のエッチングパラメータが設定された。
【００８７】
第１のステップ：
アルゴンフロー：６５ｓｃｃｍ
水素フロー：８０ｓｃｃｍ
ＮＶＢの放電電流：５０Ａ
バイアス：単極−５０Ｖ（オン時  １００μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：２５分
【００８８】
第２のステップ：
アルゴンフロー：６５ｓｃｃｍ
水素フロー：８０ｓｃｃｍ
ＮＶＢの放電電流：１００Ａ
バイアス：単極−１５０Ｖ（オン時  １００μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：６０分
【００８９】
次のプロセスステップでは、ワークピースに、ＤＬＣ−ＳｉＣ多層皮膜及びＳｉ−ＳｉＮ−ＳｉＣ中間層がコーティングされる。コーティングのために、低電圧アークの放電電流は、グラファイト陽極の方へ引き寄せられる。低電圧アーク放電のパラメータは例１のように設定される。
【００９０】
コーティングプロセスの各ステップのために、さらに以下のパラメータが設定された。
【００９１】
Ｓｉ接着層：
シランフロー：３０ｓｃｃｍ
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：３分
【００９２】
ＳｉＮ遷移層：
シランフロー：３０ｓｃｃｍ
Ｎ２フロー：１５ｓｃｃｍから１２０ｓｃｃｍへの直線傾斜
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：１５分
【００９３】
ＳｉＣ遷移層：
シランフロー：３０ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍへの直線傾斜
Ｎ２フロー：１２０ｓｃｃｍから０ｓｃｃｍへの直線傾斜（５分以内）
Ｃ２Ｈ２フロー：１５ｓｃｃｍから１２０ｓｃｃｍへの直線傾斜
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：１５分
【００９４】
ＤＬＣ−ＳｉＣ多層機能層：
Ｃ２Ｈ２フロー：１２０ｓｃｃｍ（５分ごと）
シランフロー：３０ｓｃｃｍ（Ｃ２Ｈ２と共に５分ごと）
処理圧力：０．３Ｐａ（Ｃ２Ｈ２）もしくは０．４７Ｐａ（Ｃ２Ｈ２＋ＳｉＨ４）
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：６０分
【００９５】
上記の方法において、二回転させることによって、全体の厚さが約１．５μｍの層がワークピース上で得られた。ワークピースの温度は、約１８０℃に達した。
【実施例３】
【００９６】
例３）
当該プロセスでは、例２と同じく、ヒーティングステップを省略し、その代わりにエッチングステップを延長した。
【００９７】
次のプロセスステップでは、ワークピースにＳｉ−ＳｉＣ中間層がコーティングされ、次にＤＬＣ−Ｓｉ多層皮膜、最後にＤＬＣ層がコーティングされる。コーティングのために、低電圧アークが例１のように作動する。
【００９８】
コーティングプロセスの各ステップのために、さらに以下のパラメータが設定された。
【００９９】
Ｓｉ接着層：
シランフロー：３０ｓｃｃｍ
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：３分
【０１００】
ＳｉＣ遷移層：
シランフロー：３０ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍへの直線傾斜
Ｃ２Ｈ２フロー：１５ｓｃｃｍから１２０ｓｃｃｍへの直線傾斜
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：３０分
【０１０１】
ＤＬＣ−ＳｉＣ多層機能層：
Ｃ２Ｈ２フロー：１２０ｓｃｃｍ（５分ごと）
シランフロー：３０ｓｃｃｍ（Ｃ２Ｈ２と共に５分ごと）
処理圧力：０．３Ｐａ（Ｃ２Ｈ２）もしくは０．４３Ｐａ（Ｃ２Ｈ２＋ＳｉＨ４）
基板電圧：単極−６００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
プロセス時間：６０分
【０１０２】
ＤＬＣ層
Ｃ２Ｈ２フロー：１２０ｓｃｃｍ
基板電圧：単極−８００Ｖ（オン時  １０μｓ／オフ時  １０μｓ）
処理圧力：０．３Ｐａ
プロセス時間：３０分
【０１０３】
上記の方法において、二回転させることによって、全体の厚さが約２μｍの層がワークピース上で得られた（図７を参照のこと）。ワークピースの温度は、約１８０℃に達した。
【０１０４】
例４から８はＤＬＣ層を堆積させる方法を説明するものであり、ＯＣ  Ｏｅｒｌｉｋｏｎ  Ｂａｌｚｅｒｓ  ＡＧ社の改良ＢＡＩ８３０ＤＬＣ装置を用いて行われた。例５及び６においても、冷却された銅陽極には、ただディスクの形をしたグラファイト被膜のみが載置された。このとき、ワークピースは二回転して、ターゲットから６０〜１７５ｍｍの距離において、１０〜１０００ｍｍの高さに設定される。表１には、各プロセスパラメータならびに当該パラメータによって得られる層の特性が詳細に記載されている。
【実施例４】
【０１０５】
例４）
当該例においては、比較のために、従来のプロセスを取り扱った。このとき、すで特許文献６もしくは特許文献２に開示されているように、ヒーティングもしくはエッチング前処理の後、５．０×１０−３〜２．０×１０−２ｍｂａｒの処理圧力において、ワークピース保持装置とタンク壁との間でグロー放電が点火され、作動する。ワークピース保持装置は、グロー放電プラズマを増強する中空陰極放電が内部において燃焼するように設計されている。別の選択肢としては、特許文献２から知られている特定のジオメトリ上の条件が保持される限りにおいて、その他の導電性を有する中空体をプラズマの増強に用いることもできる。
【実施例５】
【０１０６】
例５）及び例７）
これらの本発明に係る例においては、図２と同じく、ワークピースホルダの中心に設置されたグラファイト陽極に低電圧アーク放電が点火され、ヒーティング、エッチング及びコーティングの全プロセスを通じて維持される。ＤＬＣコーティングのために、グラファイトターゲットが設けられた、２つもしくは６つのスパッタリングソースが接続される一方で、ワークピースには、１００Ｖの直流バイアスが印加されている。炭化水素ガスは供給されなかった。電圧をより低くすることによって、ホルダ又は適切に構成された中空体において中空放電が点火されることもない。それによって、取り付けられた装置、特にワークピースキャリア及びワークピース保持装置のジオメトリに対する、プラズマ放電の依存度は、はるかに低くなる。
【実施例６】
【０１０７】
例６）及び例８）
これらの同じく本発明に係る例においても、例５及び７と同様、プロセスは２つもしくは６つのスパッタリングターゲットで行われるが、ここでは少量の炭化水素ガスが付加される。注目すべきことに、それによって、純粋にスパッタリングで作製された層に対して、層の硬度が３倍から４倍になり、それに伴って耐摩耗性も数倍高くなった。
【０１０８】
例５及び７の、炭化水素ガスを用いずに堆積させた層は硬度が低いものの、例えば硬質層の収縮特性及び／又は滑性を向上させるために用いる場合には利点がある。この種の層系を、例えば、例６もしくは８の層と当該層上に堆積する例５もしくは７の層とを組み合わせることによって実現させることは容易である。
【０１０９】
別の選択肢としては、上記のスパッタリングプロセスにおいて、直流スパッタリングの代わりに、交流又はパルス印加されたスパッタリングソースを、例えば二連ソースとして作動させることが考えられる。当該ソースでは、２つのスパッタリングターゲットが、双極パルス発生器における対極の端子と接続されている。さらに、適切に設計されたスパッタ発生器と接続された１つ又は複数のソースも、いわゆるＨＩＰＩＭＳ（Ｈｉｇｈ  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ  Ｐｕｌｓ  Ｉｍｐａｃｔ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法によって作動させることもできる。このとき、所望の出力もしくはターゲット及び層のタイプに応じて、適切なソースに、以下のパラメータ領域内でパルス信号を印加すると有利である。
パルス幅：１０μｓ〜１００ｍｓ
パルス電圧：１００Ｖ〜２ｋＶ
パルス電流：１０Ａ〜１．５ｋＡ
パルス出力：５〜５０ｋＷ
【０１１０】
【表１】
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１）水素含有量はＳＩＭＳを用いて測定された。
２）ＩＳＯ１４５７７−１に準拠する微小層硬度
３）ＶＤＩ３１９８に準拠する接着力
４）層の耐磨耗性を決定するための規格案ＤＩＮ  ＥＮ  １０７１−６：２００６−０１に準拠する磨耗テスト
５）ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ４２８７／８８に準拠する粗度Ｒａ、Ｒｚ
【符号の説明】
【０１１１】
１  真空室
２  ワークピース
３  ワークピース保持装置
４  二回転
５  三回転
６  装置軸
７  ワークピースキャリア
８  ガス供給口
９  ポンプ装置
１０  ＮＶＢ陰極
１１  アーク発生器
１２  スイッチ
１３  ＮＶＢ陽極
１４  蒸発器ソース
１５  低電圧アーク（ＮＶＢ）
１６  バイアス発生器
１７  電磁気コイル
１８  ＭＦプラズマ
１９  室壁
２０  磁気系
２１  磁気近接場
２２  グラファイト被膜
２３  環状ＮＶＢ陽極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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