DE102015111102A1

DE102015111102A1 - Filmausbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015111102A1
Application number: DE102015111102.0A
Authority: DE
Inventors: Takayasu Sato; Yoji Sato; Kazutaka Tachibana
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2016-01-14
Also published as: JP2016020518A; CN105316628A; CN105316628B; US9966234B2; JP6044602B2; US20160013027A1

Abstract

Eine Filmausbildungsvorrichtung weist eine zylindrische Verdampfungsquelle (1), Schließbauteile (2A, 2B) und eine Hilfselektrode (3) auf. Die zylindrische Verdampfungsquelle (1) ist gestaltet, um ein Werkstück (W) in einem Innenraum der Verdampfungsquelle (1) unterzubringen. Die zylindrische Verdampfungsquelle (1) ist gestaltet, um Ionen von der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) durch eine Lichtbogenentladung derart abzugeben, dass die Ionen an einer Oberfläche des Werkstücks (W) angelagert werden. Die Schließbauteile (2A, 2B) schließen den Innenraum. Die Hilfselektrode (3) ist entlang einer Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) angeordnet. Die Hilfselektrode (3) ist gestaltet, um geerdet zu sein oder um mit einer positiven Spannung versehen zu sein, sodass Elektronen des Innenraums zu der Hilfselektrode (3) strömen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die folgende Erfindung bezieht sich auf eine Filmausbildungsvorrichtung, welche zum Beispiel für ein Lichtbogenionenplattierverfahren verwendet wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Lichtbogenionenplattier-(hiernach als "AIP" (arc ion plating) abgekürzt)-Verfahren ist ein Ionenplattierverfahren, in dem ein Feststoff unter Verwendung einer Vakuumlichtbogenentladung verdampft wird. In diesem Verfahren ist die Ionisierungsrate des verdampften Materials hoch und ein Film mit einer überlegenen Adhäsion kann ausgebildet werden.
In dem AIP-Verfahren wird eine Vakuumlichtbogenentladung veranlasst, zwischen einem Ziel (Verdampfungsquelle), welches eine Kathode ist, und einer Anode in einem Vakuum aufzutreten, um ein Material auf einer Zielfläche aufzudampfen und zu ionisieren, und Ionen werden auf einer Werkstückfläche abgelagert, auf die eine negative Vorspannung aufgebracht ist, wodurch ein Film bzw. eine Schicht ausgebildet wird.
In einer Film- bzw. Schichtausbildungsvorrichtung des Stands der Technik, welche verwendet wird, um einen Film unter Verwendung des AIP-Verfahrens auszubilden, wie in 6 gezeigt ist, bilden eine zylindrische Verdampfungsquelle 901 und Schließflächen von Schließbauteilen 902 einen Behälter, in dem die Schließbauteile dem Inneren der Verdampfungsquelle 901 ermöglichen, ein geschlossener Raum zu sein. In diesem Behälter wird in einem Vakuum die Verdampfungsquelle veranlasst, Ionen abzugeben, um einen Film auf einer Oberfläche eines Werkstücks W auszubilden, das in dem Container bzw. Behälter angeordnet ist (zum Beispiel Bezug nehmend auf die Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2013-36106 ( JP 2013-36106 A )).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In der Filmausbildungsvorrichtung, die in JP 2013-36106 A offenbart ist, kann dann, wenn ein dünner Film bzw. eine Dünnschicht auf der Oberfläche des Werkstücks durch ein Veranlassen der Verdampfungsquelle, in dem Container in einem Vakuum bzw. Unterdruck Ionen abzugeben, ausgebildet wird, die Filmausbildungseffizienz mit einer einfachen Konfiguration verbessert werden. In dieser Film- bzw. Schichtausbildungsvorrichtung wird die Verdampfungsquelle als die Kathode in einer zylindrischen Form ausgebildet und Öffnungen von dieser werden mit den Schließbauteilen geschlossen. Zum Beispiel werden die Schließbauteile geerdet und arbeiten als die Anode. Deshalb strömen Elektronen, die in dem Container erzeugt werden, zu den Schließbauteilen, um einen Strom zu erzeugen. Deshalb können die Schließbauteile durch die Joulesche Erwärmung auf eine hohe Temperatur erwärmt werden. In diesem Fall kann sich zum Beispiel ein Dichtmaterial zwischen den Schließbauteilen und der Verdampfungsquelle aufgrund der Wärme verschlechtern.
Die Erfindung bietet eine Filmausbildungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Joulesche Wärme nieder zu halten, die in den Schließbauteilen erzeugt wird, welche einen Innenraum einer zylindrischen Verdampfungsquelle schließen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Film- bzw. Schichtausbildungsvorrichtung eine zylindrische Verdampfungsquelle, Schließbauteile und eine Hilfselektrode auf. Die zylindrische Verdampfungsquelle ist gestaltet, um ein Werkstück in einem Innenraum der Verdampfungsquelle unterzubringen bzw. zu beherbergen. Die zylindrische Verdampfungsquelle ist gestaltet, um Ionen von der Verdampfungsquelle durch eine Lichtbogenentladung derart abzugeben, dass die Ionen auf einer Fläche bzw. Oberfläche des Werkstücks abgelagert werden. Die Schließbauteile schließen den inneren Raum bzw. den Innenraum. Die Hilfselektrode ist entlang einer Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle angeordnet. Die Hilfselektrode ist gestaltet, um geerdet zu sein oder mit einer positiven Spannung derart beaufschlagt zu sein, dass Elektronen des Innenraums zu der Hilfselektrode strömen.
In der Filmausbildungsvorrichtung gemäß dem Aspekt ist der Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle ein geschlossener Raum, welcher durch die Schließbauteile geschlossen wird, in welchem Ionen, die von der Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle erzeugt werden, durch eine Bogenentladung abgegeben bzw. entladen werden. Der Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle kann veranlasst werden, in einem Hochvakuumzustand zu sein, unter Verwendung von zum Beispiel einer geeigneten Vakuumvorrichtung. Ein Material der zylindrischen Verdampfungsquelle ist gemäß einem Material eines auf dem Werkstück auszubildenden Films ohne eine besondere Beschränkung ausgewählt. Zum Beispiel kann Ti (Titan), Cr (Chrom) oder W (Wolfram) verwendet werden. Unter Verwendung einer geeigneten Gaszuführeinrichtung kann zum Beispiel ein Prozessgas, wie zum Beispiel N₂ (Stickstoff), Ar (Argon) oder Kohlenwasserstoff zu dem Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle in einem Hochvakuumzustand zugeführt werden.
Die Schließbauteile sind durch ein Aufbringen einer Entladungsspannung von einer externen Stromzufuhr zu der zylindrischen Verdampfungsquelle und ein Aufbringen einer Vorspannung von einer Vorspannungszuführeinrichtung zu dem Werkstück, das in dem Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle untergebracht ist, geerdet. Als ein Ergebnis wird eine Lichtbogenentladung veranlasst, zwischen der zylindrischen Verdampfungsquelle als einer Kathode und den Schließbauteilen als einer Anode derart aufzutreten, dass ein Strom mit hoher Leistungsdichte an einer Bogenentladungsstelle der Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle konzentriert wird und Ionen abgegeben bzw. entladen werden. Zu diesem Zeitpunkt werden nebenbei Ionen in den Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle emittiert. Wenn die Ionen auf der Oberfläche des Werkstücks in dem Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle abgelagert werden, um einen Film darauf auszubilden, strömen die Elektronen, die zu dem Innenraum hin emittiert werden, zu den Schließbauteilen.
Zum Beispiel wird in der Filmausbildungsvorrichtung des Stands der Technik, die in JP 2013-36106 A offenbart ist, die in 6 gezeigt ist, die geerdete Anode von lediglich den Schließbauteilen 902 ausgebildet, welche die Verdampfungsquelle 901 schließen. Deshalb ist der Bereich der Anode unzureichend und eine lange Entladungsdauer kann instabil werden. Außerdem strömen die Elektronen e des Innenraums der Verdampfungsquelle 901 intensiv zu den Schließbauteilen 902, um einen Strom derart zu erzeugen, dass die Schließbauteile 902 durch eine Joulesche Erwärmung erwärmt werden. Als ein Ergebnis werden die Schließbauteile 902 auf eine hohe Temperatur aufgrund einer langen Entladungsdauer erwärmt und ein Dichtbauteil, wie zum Beispiel ein O-Ring oder eine Dichtung (Teflonbahn), welche ein Vakuum zwischen den Schließbauteilen 902 und der Verdampfungsquelle 901 beibehält, kann durch eine Wärme beschädigt werden.
Andererseits ist in der Filmausbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Hilfselektrode, die es den Elektronen ermöglicht, von dem Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle auszuströmen, entlang der Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle angeordnet. Das heißt, zum Beispiel ist die Hilfselektrode geerdet oder mit einer positiven Spannung beaufschlagt, welche geringer als eine Spannung der zylindrischen Verdampfungsquelle ist, um so als die Anode wie in dem Fall der Schließbauteile zu funktionieren. Außerdem, falls die Hilfselektrode nicht vorgesehen ist, nehmen die Schließbauteile einen Teil der strömenden Elektronen auf. Als ein Ergebnis verringert sich die Menge der Elektronen, die zu den Schließbauteilen strömt, verringert sich der Betrag eines Stroms, der in den Schließbauteilen erzeugt wird, und kann der Betrag einer Jouleschen Wärme, die in den Schließbauteilen erzeugt wird, niedergehalten bzw. unterdrückt werden.
In der Film- bzw. Schichtausbildungsvorrichtung gemäß dem Aspekt kann die zylindrische Verdampfungsquelle eine Kathode sein. Die Schließbauteile und die Hilfselektrode können Anoden mit einer internen Kühlungsstruktur sein. Als ein Ergebnis wird die Fläche der Anode vergrößert, um aufgrund der Hilfselektrode größer als jene des Stands der Technik zu sein, und eine Lichtbogenentladung in dem Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle kann stabil werden.
Die Hilfselektrode kann einen Gasdurchgang aufweisen, welcher ein Prozessgas zu dem Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle zuführt. Als ein Ergebnis ist der Gasdurchgang entlang der Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle derart angeordnet, dass Elektroden wahrscheinlich dort hin strömen, und die Hilfselektrode und Umfangsbauteile von dieser, welche wahrscheinlich auf eine relativ hohe Temperatur erwärmt werden, werden aktiv durch das Prozessgas gekühlt, was einen Temperaturanstieg unterdrücken bzw. niederhalten kann. Das heißt, der Gasdurchgang zum Zuführen des Prozessgases funktioniert als die interne Kühlungsstruktur der Schließbauteile und der Hilfselektrode. Entsprechend kann die thermische Deformation bzw. Wärmedeformation der Hilfselektrode und deren Umfangsbauteile effektiv unterdrückt werden. Außerdem kann der Schaden eines Dichtbauteils und dergleichen verhindert werden, welche ein Vakuum nahe der Hilfselektrode beibehalten. Zum Beispiel kann die Wärmewiderstandstemperatur eines Dichtbauteils, wie zum Beispiel eines O-Rings oder einer Dichtung, verringert werden.
Außerdem kann die Hilfselektrode ein Gasentladungsloch des Gasdurchgangs nahe einer Bogenentladungsstelle der zylindrischen Verdampfungsquelle haben, sodass das Prozessgas zu einem Bereich nahe der Bogenentladungsstelle der Verdampfungsquelle zugeführt werden kann. Als ein Ergebnis kann in dem Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle in einem Hochvakuumzustand ein Plasma effizient in dem Bereich nahe der Bogenentladungsstelle erzeugt werden, um eine Bogenentladung bzw. Lichtbogenentladung stabil zu machen.
Im vorliegenden Fall kann zum Beispiel ein Prozessgas, das C₂H₂ (Acetylen) enthält, verwendet werden, wenn Ti oder eine Ti-Legierung als das Material der Verdampfungsquelle verwendet wird. Als ein Ergebnis wird wahrscheinlich TiC (Titancarbit) mit einem höheren Schmelzpunkt als jenem von Ti an der Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle produziert. Aufgrund einer Lichtbogenentladung, werden nicht lediglich Ionen eines Metallmaterials der zylindrischen Verdampfungsquelle, sondern auch Tropfen, welche geschmolzene Metallpartikel sind, zu dem Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle hin entladen bzw. abgegeben. Wenn diese Tropfen in den Film bzw. die Schicht auf der Oberfläche des Werkstücks eingearbeitet werden, kann sich die Oberflächenrauheit des Films bzw. der Schicht verschlechtern. Jedoch, wenn TiC mit einem höheren Schmelzpunkt als jenem von Ti an der Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle produziert wird, kann die Partikelgröße der Tröpfchen, die aus TiC hergestellt sind, kleiner als jene der Tropfen werden, die aus Ti sind. Entsprechend kann die Oberflächenrauheit des Films bzw. der Schicht an dem Werkstück verringert werden.
Ein Schild- bzw. Abschirmbauteil kann zwischen der zylindrischen Verdampfungsquelle und der Hilfselektrode angeordnet werden, um eine Entladung dazwischen zu verhindern. Wenn die Hilfselektrode als die Anode entlang der Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle als der Kathode angeordnet wird, sind die Anode und die Kathode nahe genug aneinander, um eine direkte Entladung zu verursachen. Als ein Ergebnis können Ionen eines Metallmaterials, das die zylindrische Verdampfungsquelle bildet, ineffizient an der Oberfläche des Werkstücks abgelagert werden. Deshalb können durch das Abschirmbauteil, das eine Entladung zwischen der zylindrischen Verdampfungsquelle und der Hilfselektrode verhindert, Ionen eines Metallsmaterials, das die zylindrische Verdampfungsquelle bildet, effizient an der Oberfläche des Werkstücks abgelagert werden.
Im vorliegenden Fall kann das Abschirmbauteil von der zylindrischen Verdampfungsquelle und der Hilfselektrode isoliert sein. Zum Beispiel kann das Abschirmbauteil an der Hilfselektrode, der zylindrischen Verdampfungsquelle oder den Schließbauteilen durch ein Isolierbauteil mit elektrisch isolierenden Eigenschaften fixiert sein. Im vorliegenden Fall ist das Abschirmbauteil nicht geerdet. Als ein Ergebnis ist das Abschirmbauteil elektrisch von der zylindrischen Verdampfungsquelle und der Hilfselektrode isoliert, sodass das Potential vorgesehen sein kann, um das gleiche wie jenes des Plasmas des Innenraums der zylindrischen Verdampfungsquelle zu sein, und eine Entladung zwischen der zylindrischen Verdampfungsquelle und der Hilfselektrode kann effizient verhindert werden.
In der Film- bzw. Schichtausbildungsvorrichtung gemäß dem Aspekt funktioniert die Hilfselektrode als die Anode wie in dem Fall der Schließbauteile. Außerdem, falls die Hilfselektrode nicht vorgesehen ist, nehmen die Schließbauteile einen Teil der strömenden Elektronen auf. Als ein Ergebnis verringert sich die Menge der Elektronen, die zu den Schließbauteilen strömen, verglichen mit einer Filmausbildungsvorrichtung des Stands der Technik, verringert sich der Betrag eines Stroms, der in den Schließbauteilen erzeugt wird, und kann der Betrag einer Jouleschen Wärme unterdrückt bzw. niedergehalten werden, die in den Schließbauteilen erzeugt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Signifikanz von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch eine Ausführungsform einer Film- bzw. Schichtausbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Teil der Filmausbildungsvorrichtung zeigt, die in 1 gezeigt ist;
3A ist ein schematisches Diagramm, das Tröpfchen zeigt, die aus TiC hergestellt sind;
3B ist ein schematisches Diagramm, das Tröpfchen zeigt, die aus Ti hergestellt sind;
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein Modifikationsbeispiel der Filmausbildungsvorrichtung zeigt, die in 2 gezeigt ist;
5A ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel einer Hilfselektrode zeigt;
5B ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel der Hilfselektrode zeigt;
5C ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel der Hilfselektrode zeigt;
5D ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel einer Hilfselektrode zeigt; und
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Filmausbildungsvorrichtung des Stands der Technik zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hiernach wird eine Filmausbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung basierend auf einer Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch eine Ausführungsform einer Film- bzw. Schichtausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Erfindung zeigt. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Teil der Filmausbildungsvorrichtung 100 zeigt, die in 1 gezeigt ist.
Die Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Erfindung weist Folgendes auf:
Eine zylindrische Verdampfungsquelle 1, die einen Innenraum 1A zum Unterbringen eines Werkstücks W hat; und Schließbauteile 2A, 2B, die den Innenraum 1A schließen, in dem Ionen i, welche von der Verdampfungsquelle 1 durch eine Bogenentladung bzw. Lichtbogenentladung abgegeben bzw. entladen werden, auf einer Fläche bzw. Oberfläche des Werkstücks W abgelagert werden, um einen Film bzw. eine Schicht darauf auszubilden. Die Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Erfindung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfselektrode 3 entlang der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 angeordnet ist, in der die Hilfselektrode 3 geerdet ist oder mit einer positiven Spannung beaufschlagt ist, sodass Elektronen e des Innenraums 1A der Verdampfungsquelle 1 zu der Hilfselektrode 3 strömen können. Hiernach wird die Ausführungsform der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Erfindung beschrieben werden.
Zum Beispiel ist die Verdampfungsquelle 1 in einer zylindrischen Form ausgebildet und hat in sich den Innenraum 1A. Ein Material der Verdampfungsquelle 1 ist gemäß einem Material eines auf der Oberfläche des Werkstücks W auszubildenden Films ausgewählt. Zum Beispiel kann ein Metallmaterial, wie zum Beispiel Ti (Titan), Cr (Chrom) oder W (Wolfram) verwendet werden. In der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform wird Ti als das Material der Verdampfungsquelle 1 verwendet. Die Verdampfungsquelle 1 ist mit einer externen Leistungszufuhr bzw. Stromzufuhr ES verbunden. Deshalb wird ein Entladungsstrom zu der Verdampfungsquelle 1 zugeführt und Ionen i eines Metallmaterials werden zu dem Innenraum 1A durch eine Lichtbogenentladung abgegeben bzw. entladen. Die Verdampfungsquelle 1 hat eine Öffnung an beiden Enden in einer Höhenrichtung, das heißt, an beiden Enden in einer Richtung, die sich entlang einer zentralen Achse bzw. Mittelachse C bewegt. Die Verdampfungsquelle 1 ist nicht auf eine zylindrische Form begrenzt. Zum Beispiel kann die Verdampfungsquelle 1 in einer zylindrischen Form mit einer beliebigen Querschnittsform, wie zum Beispiel einer elliptischen Form, einer rechtwinkligen Form oder einer polygonalen Form ausgebildet sein oder kann in einer zylindrischen Form mit einem Boden ausgebildet sein, die eine Öffnung an lediglich einem Ende hat.
Die Schließbauteile 2A, 2B sind plattenförmige Bauteile, welche Öffnungen der zylindrischen Verdampfungsquelle 1 abdichten, um so den Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 zu schließen. Die Schließbauteile 2A, 2B sind zum Beispiel aus einem leitfähigen Metallmaterial ausgebildet. Die Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform weist ein Paar von Schließbauteilen 2A, 2B auf, welche eine obere und eine untere Öffnung der Verdampfungsquelle 1 schließen. Ein isolierendes Dichtbauteil 4 mit Isoliereigenschaften und Dichteigenschaften ist zwischen dem oberen Schließbauteil 2A und der Verdampfungsquelle 1 angeordnet und das gleiche isolierende Dichtbauteil (nicht gezeigt) ist zwischen dem unteren Schließbauteil 2B und der Verdampfungsquelle 1 angeordnet. Als ein Ergebnis sind das obere und das untere Schließbauteil 2A, 2B und die Verdampfungsquelle 1 voneinander isoliert und sind abgedichtet.
Das obere und das untere Schließbauteil 2A, 2B sind jeweils geerdet. Wenn die Verdampfungsquelle 1 in einer zylindrischen Form mit Boden ausgebildet ist, weist die Filmausbildungsvorrichtung 100 lediglich entweder das Schließbauteil 2A oder das Schließbauteil 2B auf, welches geerdet ist und eine Öffnung von einem Ende der Verdampfungsquelle 1 abdichtet. Der Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1, der durch die Schließbauteile 2A, 2B und die isolierenden Dichtbauteile 4 geschlossen ist, um ein geschlossener Raum zu sein, wird unter Verwendung von zum Beispiel einer geeigneten Vakuumvorrichtung (nicht gezeigt) veranlasst, in einem Hochvakuumzustand zu sein. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, ist eine elektromagnetische Spule radial außerhalb des oberen und des unteren Schließbauteils 2A, 2B angeordnet oder ist oberhalb des oberen Schließbauteils 2A oder unterhalb des unteren Schließbauteils 2B angeordnet. Als ein Ergebnis wird ein magnetisches Feld, das eine elektromagnetische Kraft auf die Ionen i in eine Richtung zu der radialen Mitte der Verdampfungsquelle 1 aufbringt, erzeugt, indem die Ionen i zu dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 hin abgegeben werden.
Die Hilfselektrode 3 ist in dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 untergebracht, die durch die Schließbauteile 2A, 2B geschlossen ist. Die Hilfselektrode 3 ist zum Beispiel aus einem leitfähigen Metallmaterial oder einer Legierung von diesem, wie zum Beispiel Au (Gold), Ag (Silber), Cu (Kupfer) oder Al (Aluminium) ausgebildet. Zum Beispiel ist die Hilfselektrode 3 geerdet oder ist mit einer externen Stromzufuhr verbunden, um mit einer vorbestimmten positiven Spannung beaufschlagt zu sein. Als ein Ergebnis strömen die Elektronen e, die in dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 vorhanden sind, zu der Hilfselektrode 3. Zum Beispiel kann die Hilfselektrode 3 an einer unteren Fläche des oberen Schließbauteils 2A unter Verwendung eines geeigneten Verfahrens fixiert sein.
Zum Beispiel ist die Hilfselektrode 3 in einer zylindrischen Form mit einer Mittelachse C, die parallel zu der Mittelachse C der Verdampfungsquelle 1 ist, und ist in dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 beherbergt. Als ein Ergebnis ist die Hilfselektrode 3 entlang der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 angeordnet. In der Ausführungsform ist die Hilfselektrode 3 zylindrisch wie in dem Fall der Verdampfungsquelle 1 und hat eine Mittelachse C, die mit der Verdampfungsquelle 1 gemein ist. Die Hilfselektrode 3 ist angeordnet, um nahe der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 zu sein. Zum Beispiel wird der Außendurchmesser der Hilfselektrode 3, die innerhalb der Verdampfungsquelle 1 angeordnet ist, gesteuert, um 1/2 oder mehr als der Innendurchmesser der Verdampfungsquelle 1 zu sein. Als ein Ergebnis kann die Hilfselektrode 3 angeordnet sein, um nahe der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 zu sein.
Die Hilfselektrode 3 gemäß der Ausführungsform weist einen Gasdurchgang 3a auf, der Prozessgas G zu dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 zuführt.
Der Gasdurchgang 3a hat ein Gaseinleitungsloch 3b an einem oberen Ende von einer Seitenfläche der Hilfselektrode 3 und hat ein Gasabgabeloch 3c an einem unteren Ende der Hilfselektrode 3. Eine Leitung bzw. ein Rohr 5 für die Zufuhr des Prozessgases G von einer geeigneten Gaszuführeinrichtung (nicht gezeigt) ist mit dem Gaseinleitungsloch 3b verbunden. Als ein Ergebnis ist der Gasdurchgang 3a gestaltet, um ein beliebiges Prozessgas G zu dem Innenraum 1A zuzuführen. Zum Beispiel führt die Leitung bzw. das Rohr 5 luftdicht durch das isolierende Dichtbauteil 4 hindurch und ist an das Gaseinleitungsloch 3b gefügt bzw. damit verbunden. Die Leitung bzw. das Rohr 5 kann außerhalb der Verdampfungsquelle 1 wassergekühlt sein.
Als das Prozessgas G, das von der Gaszuführeinrichtung zu dem Gaseinleitungsloch 3b durch die Leitung 5 zugeführt wird, kann zum Beispiel ein Gas, wie zum Beispiel N₂ (Stickstoff), Ar (Argon) oder Kohlenwasserstoff verwendet werden. Außerdem, wenn das Material der Verdampfungsquelle 1 zum Beispiel Ti oder eine Ti-Legierung ist, ist es wünschenswert, dass das Prozessgas G C₂H₂ (Acetylen) enthält. Da das Material der Verdampfungsquelle 1 der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform Ti ist, enthält das Prozessgas G C₂H₂.
Zum Beispiel kann der Gasdurchgang 3a eine stetige bzw. fortlaufende ringförmige Nutform über den gesamten Umfang der Hilfselektrode 3 haben. Alternativ können mehrere Gasdurchgänge 3a angeordnet sein, um parallel zu der Mittelachse C der Hilfselektrode 3 bei einem vorbestimmten Intervall über den gesamten Umfang der Hilfselektrode 3 zu sein. Zum Beispiel kann in dem erstgenannten Gasdurchgang 3a das Gasabgabeloch 3c eine stetige ringförmige Öffnung über den gesamten Umfang der Hilfselektrode 3 sein. Alternativ können in dem später genannten Gasdurchgang 3 die Gasabgabelöcher 3c mehrere Öffnungen sein, die über den gesamten Umfang der Hilfselektrode 3 bei einem vorbestimmten Intervall angeordnet sind.
Zum Beispiel ist die Hilfselektrode 3 vorgesehen, um sich von dem oberen Schließbauteil 2a entlang der Mittelachse der zylindrischen Verdampfungsquelle 1 nach unten hin zu erstrecken. Als ein Ergebnis hat die Hilfselektrode 3 das Gasabgabeloch 3c des Gasdurchgangs 3a nahe einer Lichtbogenstelle AS der Verdampfungsquelle 1, sodass das Prozessgas G zu einem Bereich nahe der Lichtbogenstelle AS der Verdampfungsquelle 1 zugeführt wird, das heißt, zu der Lichtbogenstelle AS und deren Nahbereich.
In der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform ist ein Abschirmbauteil 6 zwischen der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 angeordnet, um eine Entladung dazwischen zu verhindern. Das Abschirm- bzw. Schildbauteil 6 ist zum Beispiel aus einem Metallmaterial wie zum Beispiel rostfreiem Stahl ausgebildet. In der Ausführungsform ist das Abschirmbauteil 6 in einer zylindrischen Form wie in dem Fall der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 ausgebildet und hat einen Durchmesser, der geringer als der Innendurchmesser der Verdampfungsquelle 1 und mehr als der Außendurchmesser der Hilfselektrode 3 ist.
Das Abschirmbauteil 6 ist elektrisch von der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 isoliert. Insbesondere ist zum Beispiel das Abschirmbauteil 6 an dem isolierenden Dichtbauteil 4 zwischen der Verdampfungsquelle 1 und dem Schließbauteil 2a fixiert und daran gehalten. Das heißt, das Abschirmbauteil 6 ist zwischen der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 durch das isolierende Bauteil angeordnet. Wenn es bestimmt wird, dass ein Entladungsrisiko zwischen der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 gering ist, wird das Abschirmbauteil 6 nicht notwendigerweise vorgesehen.
Hiernach werden die Effekte der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform beschrieben.
Um einen Film bzw. eine Schicht auf der Oberfläche des Werkstücks W unter Verwendung der Filmausbildungsvorrichtung 100 auszubilden, wird zuerst das Werkstück W in dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 untergebracht und der Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 wird durch das obere und das untere Schließbauteil 2A, 2B durch das isolierende Dichtbauteil 4 geschlossen. Als ein Ergebnis wird zum Beispiel die Hilfselektrode 3, die an der unteren Fläche des oberen Schließbauteils 2A fixiert ist, entlang der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 angeordnet. Außerdem wird das Abschirmbauteil 6, das an dem isolierenden Dichtbauteil 4 fixiert ist, zwischen der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 angeordnet. Außerdem wird das Werkstück W durch eine geeignete Haltestruktur (nicht gezeigt) gehalten und ist mit der Vorspannungszuführung bzw. -versorgung BS in einem Zustand eines elektrisch Isoliertseins von dem oberen und dem unteren Schließbauteil 2A, 2B und der Verdampfungsquelle 1 verbunden.
Als Nächstes wird in einem Zustand, in dem der Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 veranlasst wird, unter Verwendung der Vakuumvorrichtung in einem Hochvakuumzustand zu sein, das Prozessgas G von der Gaszuführeinrichtung zu dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 durch den Gasdurchgang 3a der Hilfselektrode 3 zugeführt. Unter Verwendung der Vorspannungszuführeinrichtung BS wird eine Vorspannung von zum Beispiel –300 V bis –500 V auf das Werkstück W aufgebracht. Unter Verwendung der externen Leistungszufuhreinrichtung bzw. Stromzufuhreinrichtung ES wird eine Spannung von zum Beispiel ungefähr 30 V auf die Verdampfungsquelle 1 aufgebracht und ein Entladungsstrom von ungefähr 55 A wird zu der Verdampfungsquelle 1 zugeführt. Außerdem werden die Schließbauteile 2A, 2B und die Hilfselektrode 3 geerdet.
Als ein Ergebnis tritt eine Lichtbogenentladung derart auf, dass ein Strom mit hoher Ladungsdichte an der Lichtbogenstelle AS der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 konzentriert wird und die Ionen i des Metallmaterials der Verdampfungsquelle 1 werden entladen und an der Oberfläche des Werkstücks W abgelagert, um einen Film bzw. eine Schicht darauf auszubilden. Wenn die Ionen i von der Verdampfungsquelle 1 durch eine Lichtbogenentladung abgegeben werden, werden simultan Elektronen e emittiert.
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Filmausbildungsvorrichtung 900 des Stands der Technik zeigt, die der vergrößerten Querschnittsansicht der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform entspricht, die in 2 gezeigt ist.
In der Filmausbildungsvorrichtung 900 des Stands der Technik strömen die Elektronen e, die von der Verdampfungsquelle 901 durch eine Lichtbogenentladung emittiert werden, intensiv zu den Schließbauteilen 902, um einen Strom derart zu erzeugen, dass die Schließbauteile 902 durch eine Joulesche Erwärmung erwärmt werden. Als ein Ergebnis werden die Schließbauteile 902 aufgrund einer langen Entladungsdauer auf eine hohe Temperatur erwärmt und ein Dichtbauteil, wie zum Beispiel ein O-Ring oder eine Dichtung (Teflonbahn), das ein Vakuum zwischen den Schließbauteilen 902 und der Verdampfungsquelle 901 beibehält, kann durch die Wärme beschädigt werden. Außerdem ist die geerdete Anode durch lediglich die Schließbauteile 902 ausgebildet. Deshalb ist der Bereich der Anode unzureichend und eine lange Zeitdauer einer Entladung kann instabil werden.
Andererseits ist in der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform die Hilfselektrode 3, die es den Elektronen e ermöglicht, von dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 auszuströmen, entlang der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 angeordnet. Das heißt, die Hilfselektrode 3 ist geerdet, um als die Anode zu wirken bzw. zu arbeiten wie in dem Fall der Schließbauteile 2A, 2B. Außerdem, falls die Hilfselektrode 3 nicht vorgesehen ist, nehmen die Schließbauteile 2A, 2B einen Teil der strömenden Elektronen e auf. Als ein Ergebnis verringert sich verglichen mit dem Stand der Technik die Menge der Elektronen e, die zu den Schließbauteilen 2A, 2B strömen, verringert sich der Betrag eines Stroms, der in den Schließbauteilen 2A, 2B erzeugt wird, und kann der Betrag einer Jouleschen Wärme niedergehalten bzw. unterdrückt werden, die in den Schließbauteilen 2A, 2B erzeugt wird.
Anstelle eines Geerdetseins kann die Hilfselektrode 3 mit einer positiven Spannung beaufschlagt werden, die geringer als eine Spannung ist, die auf die Verdampfungsquelle 1 aufgebracht wird. In diesem Fall werden die Elektronen e an der Hilfselektrode 3 derart konzentriert, dass eine größere Menge der Elektronen e von dem Innenraum 1a der Verdampfungsquelle 1 zu der Hilfselektrode 3 strömen kann.
Das heißt, in der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform bildet die Verdampfungsquelle 1 die Kathode und bilden die Schließbauteile 2A, 2B und die Hilfselektrode 3 die Anode. Als ein Ergebnis wird die Fläche der Anode vergrößert, um größer als jene des Stands der Technik aufgrund der Hilfselektrode 3 zu sein, und eine Lichtbogenentladung in dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 kann gestaltet werden, um stabil zu sein. Das heißt, die Hilfselektrode 3 ist an einer Position nahe der Lichtbogenstelle AS als eine Anode vorgesehen, die geerdet ist oder ein positives Potential hat. Als ein Ergebnis strömen die Elektronen b gleichmäßig und eine Lichtbogenentladung wird stabil.
Außerdem weist die Hilfselektrode 3 einen Gasdurchgang 3a auf, der ein Prozessgas G zu dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 zuführt. Als ein Ergebnis ist der Gasdurchgang entlang der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 derart angeordnet, dass die Elektronen g wahrscheinlich dorthin strömen, und die Hilfselektrode 3 und deren Nahbereichsbauteile, welche wahrscheinlich auf eine relativ hohe Temperatur erwärmt werden, werden durch das Prozessgas G aktiv gekühlt, was einen Temperaturanstieg unterdrücken kann. Als ein Ergebnis wird die Hilfselektrode 3 als die Anode luftgekühlt, kann der Schaden und die thermische Deformation des isolierenden Dichtbauteils 4, das um die Hilfselektrode 3 herum angeordnet ist, verhindert werden und kann der Schaden und die thermische Deformation der Hilfselektrode 3 als die Anode und der Schließbauteile 2A und 2B verhindert werden. Das heißt, der Gasdurchgang 3a für die Zufuhr des Prozessgases G funktioniert als eine interne Kühlstruktur bzw. Kühlungsaufbau der Schließbauteile 2A, 2B und der Hilfselektrode 3.
Ursprünglich tritt in dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 in einem Hochvakuumzustand eine Wärmeleitung durch die Konvektion des Prozessgases G nicht auf. Jedoch, durch ein Veranlassen des Prozessgases G, durch das Innere der Hilfselektrode 3 als die Anode zu strömen, wird das Prozessgas G durch Konvektion zirkuliert, um eine Wärmeleitung in der Hilfselektrode 3 zu verursachen, was einen Temperaturanstieg der Hilfselektrode 3 unterdrücken kann. Entsprechend können die thermische Deformation und ein Schaden der Hilfselektrode 3 und der Umfangsbauteile von dieser bzw. Nahbereichsbauteile von dieser, wie zum Beispiel das isolierende Dichtbauteil 4, effizient niedergehalten werden. Außerdem kann die Wärmewiderstandstemperatur des isolierenden Dichtbauteils 4, wie zum Beispiel ein O-Ring oder eine Dichtung, verringert werden.
Ferner wird das Rohr bzw. die Leitung 5, die das Prozessgas G zu dem Gasdurchgang 3a zuführt, in einem äußeren Raum der Verdampfungsquelle 1 gekühlt. Als ein Ergebnis kann die Leitung 5 gekühlt werden und kann die Hilfselektrode 3 durch die Leitung 5 gekühlt werden. Außerdem wird das Prozessgas G, das durch das Innere der Leitung 5 strömt, gekühlt und der Kühlungseffekt der Hilfselektrode 3 kann aufgrund des Prozessgases G verbessert werden.
Die Hilfselektrode 3 hat das Gasabgabeloch 3c des Gasdurchgangs 3a nahe der Lichtbogenstelle AS der Verdampfungsquelle 1, sodass das Prozessgas G zu der Lichtbogenstelle AS der Verdampfungsquelle 1 zugeführt wird. Als ein Ergebnis kann in dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 in einem Hochvakuumzustandplasma effizient in dem Bereich nahe der Lichtbogenstelle AS effizient erzeugt werden, um eine Lichtbogenentladung stabil zu machen.
Aufgrund einer Lichtbogenentladung werden nicht lediglich die Ionen i und die Elektronen g des Metallmaterials der Verdampfungsquelle 1, sondern auch Tröpfchen, welche Metallpartikel sind, zu dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 hin abgegeben, indem die Metallpartikel durch ein Schmelzen des Metallmaterials der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 und einem Verstreuen des geschmolzenen Metallmaterials, um verfestigt zu werden, erhalten werden. Wenn diese Tröpfchen in den Film auf der Oberfläche des Werkstücks W eingearbeitet werden, kann die Oberflächenrauheit des Films sich verschlechtern.
3A ist ein schematisches Diagramm, das Tröpfchen d, die aus TiC hergestellt sind, an der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 zeigt. 3B ist ein schematisches Diagramm, das Tröpfchen D, die aus Ti hergestellt sind, an der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 zeigt.
In der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform wird unter Verwendung von Ti als das Material der Verdampfungsquelle 1 das Prozessgas G, das C₂H₂ enthält, von dem Gasdurchgang 3a der Hilfselektrode 3 zugeführt. C₂H₂ wird durch Plasma zersetzt und eine Reaktion von C₂H₂ → 2C + H₂ tritt auf. Deshalb tritt an der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 eine Reaktion von Ti + C → TiC auf und TiC mit einem höheren Schmelzpunkt als jenem von Ti wird wahrscheinlich an der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 hergestellt. Wenn TiC an der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 produziert wird, verringern sich Menge und Bereich des Metallmaterials, das durch die Lichtbogenentladung geschmolzen ist, und ein Schmelzenbad verringert sich verglichen mit Ti. Entsprechend kann dann, wenn TiC an der Innenwandfläche 1A der Verdampfungsquelle 1 erzeugt wird, die Partikelgröße der Tröpfchen d, die ungeschmolzene Partikel enthalten, geringer als jene der Tröpfchen D, die aus Ti produziert sind, gemacht werden.
Auf diese Weise kann durch ein Reduzieren der Partikelgröße der Tröpfchen d die Oberflächenrauheit des Films bzw. der Schicht des Werkstücks W reduziert werden. Zum Beispiel, wenn eine arithmetische Mittelrauheit Ra eines Films, der kein C₂H₂ enthält, ungefähr 0,1 ist, wird durch ein Zuführen von C₂H₂ dort hinzu die arithmetische Mittelrauheit Ra auf ungefähr 0,06 verringert und die Oberflächenrauheit des Films kann um ungefähr 40 % reduziert werden. Außerdem wird die Kontamination der Verdampfungsquelle 1 und der Schließbauteile 2A, 2B, die durch die Tröpfchen verursacht wird, niedergehalten, können die angehafteten Tröpfchen leicht entfernt werden und kann die Frequenz bzw. Häufigkeit des Entfernens verringert werden.
Die Hilfselektrode 3 als die Anode ist entlang der Innenwandfläche 1a der Verdampfungsquelle 1 als der Kathode angeordnet. Zum Beispiel wird eine Potentialdifferenz von ungefähr 30 V zwischen der Anode und der Kathode erzeugt. Typischerweise tritt eine Glimmentladung nicht zwischen der Hilfselektrode 3 und der Verdampfungsquelle 1 auf. Jedoch kann aufgrund von einigen abnormalen Situationen eine Glimmentladung auftreten. Wenn eine direkte Entladung auf diese Weise auftritt, können die Ionen i des Metallmaterials, das die Verdampfungsquelle 1 bildet, ineffizient an der Oberfläche des Werkstücks W angelagert bzw. abgelagert werden.
Jedoch ist in der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform das Abschirmbauteil 6 zwischen der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 angeordnet, um eine Entladung dazwischen zu verhindern. Als ein Ergebnis können durch das Abschirmbauteil 6, das eine Entladung zwischen der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 verhindert, die Ionen i des Metallmaterials, das die Verdampfungsquelle 1 bildet, effizient an der Oberfläche des Werkstücks W abgelagert werden.
Im vorliegenden Fall ist das Abschirmbauteil 6 an der Hilfselektrode 3 und der Verdampfungsquelle 1 durch das isolierende Dichtbauteil 4 mit den elektrisch isolierenden Eigenschaften fixiert und ist nicht geerdet. Als ein Ergebnis ist das Abschirmbauteil 6 elektrisch von der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 isoliert, sodass das Potential vorgesehen sein kann, um das gleiche wie jenes des Plasmas des Innenraums 1A der Verdampfungsquelle 1 zu sein, und eine Entladung zwischen der Verdampfungsquelle 1 und der Hilfselektrode 3 kann effizient verhindert werden.
Hier zuvor wurde die Filmausbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung im Detail basierend auf der Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist eine spezifische Konfiguration nicht auf die Ausführungsform begrenzt und Designänderungen und dergleichen, welche innerhalb eines Bereichs gemacht werden, der nicht von dem Schutzumfang der Erfindung abweicht, sind in der Enderfindung enthalten bzw. umfasst.
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die zu 2 korrespondiert, die ein Modifikationsbeispiel der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsform zeigt.
Eine Filmausbildungsvorrichtung 200 gemäß dem Modifikationsbeispiel ist von der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsform darin verschieden, dass ein Observationsfenster 7 zwischen dem oberen Schließbauteil 2A und dem isolierenden Dichtbauteil 4 vorgesehen ist. Die anderen Konfigurationen der Filmausbildungsvorrichtung 200 gemäß dem Modifikationsbeispiel sind die gleichen wie jene der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsform. Deshalb sind die gleichen Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen repräsentiert und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Zum Beispiel ist das Observationsfenster 7, das aus einem hitzebeständigen und transluzentem bzw. durchsichtigem Material ausgebildet ist, an einem Teil eines zylindrischen Hauptabschnitts 7A vorgesehen, der aus einem Metallmaterial hergestellt bzw. ausgebildet ist. Zum Beispiel sind der zylindrische Hauptabschnitt 7A und das Observationsfenster 7 an dem oberen Schließbauteil 2A fixiert. Durch ein Vorsehen des Observationsfensters 7 auf diese Weise kann der Filmausbildungszustand auf der Oberfläche des Werkstücks W überprüft werden und der Kontaminationszustand der Flächen der Verdampfungsquelle 1 und des Schließbauteils 2A, 2B kann überprüft werden.
Außerdem weist in der vorangehenden Beschreibung die Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsform die zylindrische Hilfselektrode 3 den Gasdurchgang 3a auf. Jedoch ist die Konfiguration der Hilfselektrode 3 nicht auf die Konfiguration der vorangehend beschriebenen Ausführungsform begrenzt. Das heißt, die Hilfselektrode 3 muss den Gasdurchgang 3a nicht haben. In diesem Fall kann eine Düse und dergleichen, welche das Prozessgas G zu dem Innenraum 1A der Verdampfungsquelle 1 zuführt, separat vorgesehen sein.
Außerdem, wenn die Hilfselektrode 3 den Gasdurchgang 3a nicht aufweist, um zum Beispiel einen Wärmewiderstand zu verbessern, kann ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt anders als Mo (Molybdän), wie zum Beispiel W (Wolfram), Ta (Tantal) oder Nb (Niob); eine hitzeresistente Legierung von diesem, wie zum Beispiel HASTELLOY (Handelsbezeichnung), INCONEL (Handelsbezeichnung), oder NiCrAlY; und eine leitfähige Keramik, wie zum Beispiel WC (Wolframcarbid), TiN, Cermet oder Graphit als das Material der Hilfselektrode 3 verwendet werden. Außerdem kann als die Hilfselektrode 3 ein Elektrodenmaterial, wie zum Beispiel Al mit einer Oberfläche, die mit einem hochleitfähigen Metall, wie zum Beispiel Au, Ag oder Cu plattiert ist, verwendet werden.
5A bis 5D sind perspektivische Ansichten, die Modifikationsbeispiele der Hilfselektrode 3 zeigen, die in der Filmausbildungsvorrichtung 100 gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsform enthalten ist.
Wie in 5A gezeigt ist, können mehrere Nuten 3d an dem Außenumfang der Hilfselektrode 3 ausgebildet sein. Als ein Ergebnis kann der Dehnungsbetrag während einer thermischen Deformation verringert werden und eine Wärmeableitung kann verbessert werden. Der gleiche Effekt kann erlangt werden durch ein Vorsehen von mehreren Schlitzen anstelle der Nuten 3d.
Wie in 5B gezeigt ist, kann die Dicke der Hilfselektrode 3 in der Dickenrichtung geändert werden, das heißt, entlang der Mittelachse C. In diesem Fall kann durch ein Erhöhen der Dicke zu einem Ende hin, das mit Plasma in Kontakt kommt, das heißt, einem Ende nahe der Lichtbogenstelle AS die thermische Deformation der Hilfselektrode 3 niedergehalten bzw. unterdrückt werden.
Wie in 5C gezeigt ist, können konvexe und konkave Abschnitte an der Oberfläche der Hilfselektrode 3 unter Verwendung von zum Beispiel einem Kugelstrahlen ausgebildet sein. Als ein Ergebnis kann die Wärmeableitung der Hilfselektrode 3 verbessert werden. Außerdem, wie in 5D gezeigt ist, kann anstelle einer zylindrischen Form die Hilfselektrode 3 eine Form haben, in der mehrere stabförmige, säulenförmige oder nadelförmige Abschnitte um einen Kreis herum angeordnet sind. Als ein Ergebnis kann die Wärmeableitung der Hilfselektrode 3 verbessert werden und die Menge eines verwendeten Materials kann niedergehalten werden.
In der Beschreibung der vorangehend beschriebenen Ausführungsform sind die obere und die untere Öffnung der zylindrischen Verdampfungsquelle 1 durch die Schließbauteile 2A, 2B geschlossen und die Hilfselektrode 3 ist neben dem oberen Schließbauteil 2A angeordnet. Jedoch kann die Hilfselektrode 3 umgekehrt und an dem unteren Schließbauteil 2B fixiert sein. Außerdem kann die Hilfselektrode 3 an sowohl dem oberen Schließbauteil 2A als auch dem unteren Schließbauteil 2B vorgesehen sein. Das heißt, die Hilfselektrode 3 kann an einem beliebigen von dem oberen und dem unteren Schließbauteil 2A, 2B angeordnet werden.
Eine Filmausbildungsvorrichtung weist eine zylindrische Verdampfungs- bzw. Bedampfungsquelle (1), Schließbauteile (2A, 2B) und eine Hilfselektrode (3) auf. Die zylindrische Verdampfungsquelle (1) ist gestaltet, um ein Werkstück (W) in einem Innenraum der Verdampfungsquelle (1) unterzubringen. Die zylindrische Verdampfungsquelle (1) ist gestaltet, um Ionen von der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) durch eine Lichtbogenentladung derart abzugeben, dass die Ionen an einer Oberfläche des Werkstücks (W) angelagert werden. Die Schließbauteile (2A, 2B) schließen den Innenraum. Die Hilfselektrode (3) ist entlang einer Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) angeordnet. Die Hilfselektrode (3) ist gestaltet, um geerdet zu sein oder um mit einer positiven Spannung versehen zu sein, sodass Elektronen des Innenraums zu der Hilfselektrode (3) strömen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-36106 A [0004, 0005, 0010]

Claims

Filmausbildungsvorrichtung, die Folgendes aufweist: eine zylindrische Verdampfungsquelle (1), die gestaltet ist, um ein Werkstück (W) in einem Innenraum der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) zu beherbergen, wobei die zylindrische Verdampfungsquelle (1) gestaltet ist, um Ionen von der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) durch eine Lichtbogenentladung abzugeben, sodass die Ionen an einer Oberfläche des Werkstücks (W) abgelagert werden; Schließbauteile (2A, 2B), die gestaltet sind, um den Innenraum zu schließen; und eine Hilfselektrode (3), die entlang einer Innenwandfläche der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) angeordnet ist, wobei die Hilfselektrode (3) gestaltet ist, um geerdet zu sein oder um mit einer positiven Spannung versehen zu werden, sodass Elektronen des Innenraums zu der Hilfselektrode (3) strömen.
Filmausbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zylindrische Verdampfungsquelle (1) eine Kathode ist, und die Schließbauteile (2A, 2B) und die Hilfselektrode (3) Anoden mit einer inneren Kühlungsstruktur sind.
Filmausbildungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hilfselektrode (3) einen Gasdurchgang (3a) aufweist, der Prozessgas zu dem Innenraum zuführt.
Filmausbildungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Hilfselektrode (3) ein Gasabgabeloch des Gasdurchgangs (3a) nahe einer Lichtbogenstelle der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) hat, sodass das Prozessgas zu einem Bereich nahe der Lichtbogenstelle zugeführt wird.
Filmausbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Material der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) Titan oder eine Titanlegierung ist, und der Gasdurchgang (3) gestaltet ist, um ein Gas, das Acetylen enthält, als das Prozessgas zuzuführen.
Filmausbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit: einem Abschirmbauteil (6), das zwischen der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) und der Hilfselektrode (3) derart angeordnet ist, dass eine Entladung zwischen der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) und der Hilfselektrode (3) verhindert wird.
Filmausbildungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Abschirmbauteil (6) von der zylindrischen Verdampfungsquelle (1) und der Hilfselektrode (3) isoliert ist.