JP3318336B2 - 物品を直流アーク放電支援下の反応で処理する方法及び装置 - Google Patents

物品を直流アーク放電支援下の反応で処理する方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物品を直流アーク放電
支援下の反応で処理する方法とそのための真空処理装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】上述の種類の方法及びこの種の装置は、
スイス国特許出願公開第664768号明細書から知ら
れている。米国特許第4851254号明細書には、物
品又は材料にプラズマ支援の反応性コーティングを行う
方法が記載されており、この方法においては、真空容器
内の直ぐ近くで隣接する2つの電極間で、100V以下
の低電圧と50A〜100Aの大きさの比較的高いアー
ク電流で直流アーク放電が維持される。
【0003】コーティングすべき物品は、カソード/ア
ノード区間の外側でアーク放電に対して平行に絶縁状態
で配置される。少なくとも部分的に反応する操作ガス
は、アノード/カソード区間に関して処理すべき物品と
反対側にある管を通してプラズマに添加噴射される。
【0004】プラズマ化学的な方法においては、反応区
域はほぼプラズマ帯域の周囲に限定され、その範囲は自
由な距離長さの大きさである。これはまた、圧力の逆数
に比例する。しかし反応区域を延ばすために圧力を低下
させることは一般には不可能である。というのはそれに
よって反応物の濃度も低下するからである。従ってこの
方法は、短いアノード/カソード区間に隣接する表面領
域が小さく、かつ反応性の操作ガスが点状に噴射される
ことによって、小さな表面しかコーティングできないと
いう欠点を有する。
【0005】米国特許第4859490号からは、物品
にプラズマ支援の反応性コーティングを行う他の方法が
知られている。この場合には容器内に、自由状態で高温
カソードフィラメントが設けられ、これに関してプラス
のアノード電位を印加された格子と、高温フィラメント
に関して格子と反対側に格子に関してカソード電位に接
続された電極が設けられ、その上に処理すべき物品が載
置される。
【0006】高温フィラメントと格子の間に形成される
プラズマ内でほとんど反応させられるガスは、容器の中
央で高温フィラメントに向けて噴射される。反応性のガ
スはまず高温フィラメントを通過しなければならず、高
温フィラメントと反応するという欠点がある。それによ
ってフィラメントにより物品のコーティングプロセスが
邪魔され、高温フィラメントの寿命が著しく低減されて
しまう。
【0007】例として、炭化水素/水素混合ガスからな
るダイヤモンド層の堆積を挙げる。その場合に無反応性
金属からなるフィラメントの増炭はこの種の装置に関し
ては非常に急激に進行するので、1〜3回のコーティン
グサイクルで破壊によりだめになってしまう。このこと
は管理された製造という観点からは受け入れられないも
のである。他のガスにおいても、白熱ないし水素化物あ
るいは珪化物の形成として同様な問題が生じる。
【0008】後から挙げたこれら二つの文献の欠点は、
冒頭で述べた文献において次のようにして取除かれる。
すなわちこの文献からはアノードとカソードの間で低電
圧直流アーク放電を発生させることが知られており、こ
の区間に荷電粒子、電子及びイオンが導入され、それに
よって低いアーク電圧でアノードとカソード間でアーク
を維持することが可能になり、その電極は米国特許第4
851254号明細書に示されたものよりも互いにもっ
と離れている。
【0009】米国特許第4859490号明細書とは異
なり、例えば熱的に放出される電子は容器内ではなく、
容器の外側で発生され、開口接続装置を通して容器内へ
供給されることにより、処理プロセスによる高温フィラ
メントの材料の汚染ないし寿命の低下が防止される。
【0010】スイス国特許出願公開第664768号明
細書に記載の方法の欠点は、まず処理容器の端縁領域に
おいて反応に供される反応性ガスによって操作ガスが線
状に広がり、ないしは容器の内部空間にその容積全体に
わたって不均一な放電ないしプラズマ分布が生じること
である。
【0011】このことは多くの処理プロセスにおいて障
害となり、その実施を妨げている。それぞれのプラズマ
化学的反応には所定のプラズマ密度、すなわち反応を行
わせる場所における電荷担体の最小立体密度が必要であ
る。これは、スイス国特許出願公開第664768号明
細書の装置では径方向に急激に減少している。この問題
はアーク出力を上げることでは解決できない。アークプ
ラズマ内での基板の加熱は、特に照射線からエネルギー
の供給を受ける。その径方向の広がりは妨げられない。
それによって出力を高くする場合には、基板の熱的な負
荷は堆積に必要なプラズマ密度よりずっと増加する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、最後
に説明した好ましいアーク発生に基づいて、上述の欠点
を除去することである。
【0013】
【発明の開示】そのためには、反応区域内の少なくとも
所定の面に沿っての処理効果の分布が、操作ガスを導入
部の領域に関する配分を前もって定めることによって少
なくとも部分的に決定されることを特徴とする種類の第
一の処理方法と、反応区域内の少なくとも所定の面に沿
ての処理効果の分布が、容器内でアーク放電少な
くとも二次元的配分を前もって定めることによって決
定されることを特徴とする第二の処理方法と、そしてこ
れらの方法の特徴を併せもつ最適な処理方法が優れてい
る。
【0014】同様に、操作ガスの導入装置が領域に関し
配分された複数の導入開口部を含むことを特徴とする真
空処理装置、あるいは、粒子流用の開口接続装置、少
なくとも二次元的に配分されたアーク放電を発生させる
ため、容器内部空間へ向う複数の分配開口部を含むこと
を特徴とする真空処理装置が優れており、これらの装置
の特徴を併せもつ最適な装置が優れている。
【0015】上述の方法及び上述の装置の好ましい態様
が従属請求項18あるいは2035に定義されて
おり、また以下の説明で明らかにされる。
【0016】特に、容器の外部で発生されて容器のアノ
ード/カソード区間へ供給された荷電粒子によって低電
圧アーク放電を空間的に配分して発生させることによっ
て、イオン化密度が大きく、受容できるエネルギー密度
を有する空間的に広いプラズマを形成することが可能に
なり、これは例えばアーク電圧<105Vで、アークは
30cmより大きい区間にわたる。これから、電流密度
が1平方メートル当り数百Aの場合、アノード/カソー
ド区間は1平方メートル当り数百kAになる。その場合
にプラズマ内の温度は900度以下で、800度かそれ
より低くすることができ、このことは特に操作ガスを容
器内に配分して導入することと併せて、大面積の物品あ
るいは多数の個別物品の処理を可能とする。温度が比較
的低く、エネルギー密度が高いことによって、熱に敏感
な物品又は材料にもコーティングを行うことができ、こ
のことは長い間困難であり、処理すべき物品又は材料を
強力に冷却しなければできなかったものである。
【0017】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図1は、本発明の方法の第一の態様を説明するため
に、本発明の処理室の第一の態様を概略図示するもので
ある。
【0018】真空処理容器1内のホルダ3上には処理す
べき物品5が、一つあるいは図に示すように複数の加工
物として載置される。ホルダ3は、処理すべき物品を載
置する載置面(この態様では載置平面EG ) を形成す
る。容器1には、ホルダ3と、従って載置面EG と対向
して、反応ガスもしくは混合反応ガスと共に操作ガスあ
るいは混合操作ガスRを導入する導入装置7が設けられ
ている。
【0019】導入装置7のプレート11には平面的に配
分された導入開口部9が形成され、これには圧力平衡室
13から給気が行われ、圧力平衡室にはプレート11に
関して容器1の反応区域Vと反対側で一つあるいは複数
の供給管15から給気が行われる。
【0020】この図に示した態様においては、ホルダ3
はテーブル状に形成され、絶縁材17によって容器の殻
に支持されている。ホルダ3の下方には、容器1の排気
を行い、かつ処理プロセスの間ガス状の反応生成物ない
し使用済みの操作ガスを吸引する吸引管19が設けられ
ている。
【0021】開口マスク21を通して容器1の反応区域
Vと連通する高温カソード室23が設けられており、そ
の中に直接あるいは間接的に加熱される高温カソード2
5が配置されている。容器1内には、開口マスク21と
対向してアノード27が設けられている。
【0022】この図に概略的に示すように、高温カソー
ド25とアノード27に、アーク放電Bを維持するのに
必要な直流電圧が直流電圧発生器29によって印加され
る。電気的に加熱を行う場合には、高温カソード25の
加熱は発電器31によって行われる。この発電器は直流
発電器でもあるいは交流発電器でもよく、場合によって
はその後段に分離変圧器が設けられる。
【0023】原則として、カソード用のどのような実施
形態も、安定な運転条件下に十分大きな流れを生ずる限
りは適当である。とりわけ、イオン化室23は中空のカ
ソードで代用することができる。
【0024】別の態様では、イオン化室はスパーク室と
して形成される。これは図3に概略的に図示されてい
る。この種の構造の実際の詳細は、蒸着技術で使用され
ており、公知であって、例えばドイツ国特許出願公開3
413701号明細書に記載されており、それがこの明
細書にまとめられている。図3には、水冷のカソード2
6と、絶縁材28と、マスク30と、そして室壁32を
有するこの種のスパーク室が示されている。アノードは
室内に配置されている。
【0025】スパーク室などのカソード室をコーティン
グ室Pから分離するマスク30ないし21は、室から出
る金属蒸気がコーティング室へ流出せず、電子がコーテ
ィング室内でアノードに行き着けるように形成されなけ
ればならない。
【0026】圧力平衡室13の容積は、管15を通して
供給されるガスの圧力が導入開口部9に関して均一に分
配されるような大きさであって、流入開口部の分布によ
り、また流動断面と軸方向の長さによって、従って流れ
の抵抗と連通方向によって、容器1内にガスをほぼ指向
性をもって所望のように分配することができるように設
定される。
【0027】この図に示した態様においては、プレート
11の開口部9を均一に配分しかつ同一に形成すること
によって、ホルダ3に向けられたほぼ均一なガス流が得
られる。反応区域Vに導入された操作ガスの一部は時間
と共に反応する割合が増し、使用済みの操作ガスは管1
9を通して吸引される。
【0028】操作ガスを配分して導入し、かつこの導入
のほぼ中央に吸引管19を配置することによって、反応
区域V内に一点鎖線で示す平面E2 に沿ってそれぞれ未
使用の操作ガスと使用済みの操作ガスがほぼ同一の割合
となる。処理すべき材料がホルダ3によって同一の面上
に位置決めされることによって、少なくともこの面に対
して等距離にある物品の表面において処理効率が均一に
なる。
【0029】導入開口部9を上述のように向けかつ形成
することと、吸引管の配置とによって、上述の等分布面
2 の形態が決定され、これは図に示した態様において
は互いに平行な平面である。この図の態様においては、
小さい容積の領域においてだけアーク放電Bが維持され
るので、その作用は反応区域V全体で等しくはならな
い。
【0030】所定のコーティングの要求される際に、ア
ーク放電Bの不均一なプラズマ分布をガスを不均一に導
入することによって補償でき、あるいは不均一なプラズ
マ分布は何の役割も果たさない。と言うのは、とにかく
反応ガスを過剰にして操作するからである。その場合に
は、不均一な層分布を補償すればよく、これは例えば小
さい物品又は材料の場合には遊星スピンドルを有する回
転ケージを用いて行うことができる。
【0031】容器1は、好ましくはその全面が処理プロ
セスの影響を受けない材料から形成され、通常はステン
レス鋼で形成される。特殊な場合には、容器1の壁は石
英ガラスあるいはセラミック材料から形成することもで
きる。
【0032】一つの態様においては、ホルダ3と、従っ
て物品とは、絶縁支柱17で保持されるように、所定の
電位に接続されず、浮動電位で運転されるので、電位は
反応区域V内の電位の分布に一致することができる。そ
れによって材料の処理温度は、材料をアノード電位に接
続する場合よりも低下する。
【0033】このようにして、アークプラズマ支援の反
応方法によって、最初の段階で大面積を所望のように処
理することが可能になる。例示の方法で発生されるアー
ク放電は、距離の長い低電圧放電であって、数Paの圧
力で例えば150V以下の低い直流電圧で、驚くべきこ
とに混合操作ガスのイオン化エネルギーの大きさの電圧
で、維持される。
【0034】反応区域内で反応に供されるガスが高温カ
ソード25と接触して、その材料が処理プロセスに影響
を与え、一緒に反応してしまい、それによって寿命が著
しく短縮されることを防止するために、カソード室23
内には好ましくは導管33を通して洗浄ガスが導入され
る。その場合に、カソード室23内の圧力は、反応区域
V内の操作ガスよりわずかに高く調節され、それによっ
てカソード室23からガスが流出する。
【0035】高温カソードによって低電圧放電を行う場
合には、中性のプラズマ流がイオン化室からコーティン
グ室へ流出することが重要であり、従って電子とイオン
の数は同一である。いずれの場合にも洗浄ガスとして
は、プロセスに適合したガスが導入され、通常は貴ガス
である。
【0036】このようにして発生された低電圧アークに
よって、高い電子温度で、200℃〜1000℃の比較
的ガス温度の低いプラズマが発生される。それによっ
て、破線で示すように材料をアノードとカソードの間に
配置することができ、このことは物品温度を低くして大
きなプラズマ密度を必要とする処理プロセスにとっては
非常に好ましいことである。
【0037】図2には、図1のホルダ3の一部が示され
ている。すでに説明したように、ホルダ3の周りは浮動
電位で支配されることにより、反応区域V内の電位分布
に従って電位Φ3 が発生する。図1に示す装置の別の態
様においては、ホルダ3は好ましくは分岐回路35によ
って、抵抗素子37を介して基準電位、例えばアノード
電位と接続される。それによって、反応区域V内のイン
ピーダンス関係と抵抗素子37の値に応じて抵抗素子を
介して電位差が生じ、それによって運転される電流Iは
ホルダとそれに伴って物品の温度を制御する温度制御量
として使用される。
【0038】あるいはまた、物品の電位を、アーク電流
から分離して、調節可能な電圧源39によって反応区域
V内のアノード電位とカソード電位の間で調節すること
もできる。この方法は特に、物品温度の微調節あるいは
制御に適している。「熱電流」値Iを調節するために、
操作点を中心に抵抗値が調節される。
【0039】放電から分離して材料電位を調節すること
により、物品温度を調節することもできる。幾つかのプ
ロセスに関しては、好ましくは成長する層に電子が照射
される。もたらされる電子流の制御はアナログ的に行わ
れる。すなわち、流出する電流Iが電子流を示す基準と
なり、抵抗ないし基板電位の直接的な変位によって変化
させることができる。
【0040】当業者には自明のことであるが、温度制御
を行うためにホルダ3の温度を検出して、それに対応す
る電気信号を目標値と比較し、それぞれ調節変数として
の抵抗素子37の抵抗値及び/又は電圧源39の電圧値
を制御する。
【0041】処理プロセスの間の目標値の変更によっ
て、物品の温度を調節し、所定の時間特性に従って制御
することができる。
【0042】図1に示す配置に基づいて、次のように発
展させることが可能である。すなわち、・操作ガスを所
望のように配分して導入する代わりに、あるいはそれに
加えて、長い低電圧アーク放電を所望のように配分して
発生させること。・処理すべき物品を多数の分布面E2
上に配置することによって反応区域Vの容積の利用率を
著しく増大させること。
【0043】吸引部19は中央に配置する必要はなく、
周辺に及び/又は分配して配置することができる。
【0044】図4でもって、この図に概略的に示す本発
明の装置を用いる本発明の別の方法を説明する。この態
様においては、ガスの導入が所望のように配分されるの
ではなく、アーク放電が配分される。
【0045】図4に示す構成部品で、すでに図1の態様
で説明されているものには同一の番号が付されている。
【0046】この態様では処理容器1は立方体として形
成され、この処理容器には端部に固定された、孔を有す
る供給管41を介して操作ガスRが供給されるようにな
っており(この態様では平面的に配分されない)、処理
容器1には容器1の直方体の壁に沿って延びる高温カソ
ード室23aが設けられている。その中には、平面状に
配分できるように、一つ又は複数の高温カソード25が
設けられている。
【0047】カソード室23a(これは分割され、所定
の分離された室とすることもできることは言うまでもな
い)は、マスク21aの多数の開口部を介して容器1の
反応区域Vと接続されている。容器1内には、マスク2
1aと対向して長方形あるいは正方形のアノード27a
が配置されている。コーティングすべき物品5を保持す
るホルダ格子3が放電方向に対して横方向に設けられて
おり、吸引管19は操作ガス供給管41と向き合った直
方体側壁に配置されている。多数のアーク放電(この態
様では平面的に配分される)によって、操作ガス供給管
が平面的に配分しないにも拘らず、幾つかのコーティン
グ必要条件にとって充分に均一のコーティングが平面E
B に沿ってなされる。この態様においてもコーティング
の均一性は、放電を所望のように配分することによって
変化させることができる。符号E 3 で示すものは、アノ
ード/カソード区間が均一に配分されかつ均一に運転さ
れる場合に、プラズマ密度がほぼ一定になる面である。
【0048】それぞれ個々のあるいは群を形成したアノ
ード/カソード区間を平面的あるいは立体的に所望のよ
うに配分し、及び/又は作動させることによって、反応
区域V内の立体的なプラズマ分布を変化させることがで
きる。従って、反応性の処理プロセスの場合、ないしは
そのために前述の長い低電圧放電を用いる場合には、立
体的な効果の分布は、操作ガスを所望の大面積に配分す
ることによって、あるいはアーク放電を立体的に所望の
ように配分することによって調節されるので、所望の処
理配分で大面積の材料あるいは同時に多数の物品を処理
することができ、これは三次元でも行うことができる。
アーク放電は、図3に関連して示した種類のスパーク室
を用いて配分して発生させることもできる。
【0049】説明するまでもないことであるが、図1と
図4に示す本発明の二つの方法を組み合わせることがで
き、その場合にはガスを平面的に所望のように導入する
と共にアーク放電も立体的に所望のように配分する。次
にこの種の装置を好ましい具体例を用いて説明する。な
お、当業者には、図1と4を組み合わせて考えれば、二
つの方法の組合せの原理はすぐに理解できるものであ
る。
【0050】アノード/カソード区間と導入及び排出に
よって実質的に決定されるガス消費方向とが同一あるい
は反対向きである場合には、図1ないし4に示すよう
な、上述の、まず二次元的な同一の効果分布を、その後
三次元的な同一の分布に移行することが明らかにされて
いる。
【0051】図5にはこの方法の原理が示されており、
ここではアーク放電Bは高温カソード部23bとアノー
ド部27bの間で容器1bの反応区域Vb のほとんどの
容積領域において、操作ガスの導入と吸引との間で決定
される反応ガスの消費方向V R と同一方向Cにおいて行
われる。次にこの種の好ましい態様を示す。それは図
1、4及び5に示す方法を組み合わせたものである。
【0052】図6には、第一の変形例の基本的な構成が
示されている。容器1には、例えば石英からなる円筒壁
2が設けられている。壁2によって画される反応区域V
の一方は、新しい操作ガスRを導入する孔9を有する導
入装置7によって閉鎖されている。流出方向に関して上
流側で、電気的に絶縁を行う壁部分8とアノードプレー
ト27cとによって圧力均衡室13が形成され、この場
合に新しい操作ガスRは中央の連通部16を有する供給
導管15aを介して、アノードプレート27cを通して
圧力平衡室13へ導入される。
【0053】容器の軸線Aに対して実質的に垂直に設け
られた面上に複数の物品支持体ないし基材支持体格子3
aが配置される。導入装置7に関して反応区域Vの他の
側は、概略図示するアーク放電Bのための流出マスク2
1cを有するマスクプレート24によって閉鎖されてい
る。
【0054】次に、マスクプレート24に連続して高温
カソード室23cが設けられ、その中の例えば周辺には
熱電流IH で直接加熱される高温カソードフィラメント
25cが周回して設けられている。図示していないが、
アノードプレート27cと高温カソード25cの間に低
電圧発生器が接続されている。高温カソード25cの領
域には洗浄ガス導管33cが接続されており、それによ
って洗浄ガス、例えばアルゴンが、高温カソード領域へ
導入される。
【0055】高温カソード25cの領域へ導入されるガ
スによって、カソードは処理プロセスの影響から保護さ
れる。それによって高温カソードの寿命が著しく向上す
る。
【0056】この図に示す態様においては、高温カソー
ド25cは、径方向に向いた開口部42を有する同軸の
マスク40によって包囲されている。それによって、中
央に向けて圧力に差をつけることができる。
【0057】カソード室23cの前面はカバー部材44
によって閉鎖されており、その中央には吸引管19cが
設けられている。マスクプレート24は冷却されるが
(図示せず)、例えばタンタルや耐熱性のセラミックな
ど耐熱材料から形成することもできる。好ましくはマス
ク40も同様な材料から形成される。
【0058】場合によっては、導入装置7は直接アノー
ドとして接続することもできる。すなわプロセスによ
って、開口部を備えた金属のプレートとして製作された
導入装置7を使用できる場合である。
【0059】すでに説明したように、操作ガスRは好ま
しくは均一に配分された導入開口部9を通して反応区域
Vへ導入される。アーク放電は、例えば同じように配分
された開口マスク21cからアノード27cまでガス導
入装置7の開口部9を介して維持される。同時に、ガス
状の反応生成物は開口マスク21cを通り、アーク放電
の電子流と反対の流れで、かつカソード室23cの中央
領域を通って吸引管19cから流出する。
【0060】加工物は、例えば無電位で運転され、ある
いは温度制御のために図2を用いて説明したように分岐
回路を介して基準電位あるいは制御電圧源に接続され
る、基板支持体格子3a上に載置される。
【0061】図7には、本発明の処理室の目下最も好ま
しいとされる態様が示されている。その説明にあたって
は、すでに説明した部品ないし集成体にはすでに使用し
た参照符号が使用される。
【0062】壁2を有する本来の容器1の片側はガス導
入装置7によって閉鎖されれている。操作ガス用の導入
開口部9を有する導入プレート11(石英から形成する
ことができる)の後方には、比較的大口径の孔を有する
冷却されるアノードプレート50がプレート11に関し
て距離をおいてかつ絶縁されて配置されている。ガスを
良好に分配するために、アノードプレート50からさら
に離れて、別の孔あきプレート52が配置されている。
中央の操作ガス供給管15aの中央には、アノード用の
電気供給線54が設けられている。
【0063】ここでは、圧力配分室は二つの分配プレー
ト52と11の間の2段階の圧力にまたがって形成され
る。アノードプレート50は、操作ガスについてはでき
るだけ妨げにならないように「透過性」に形成され、そ
れによって操作ガスの流れを阻害しないとともに、この
ガスによる影響もできるだけ受けないようにされる。
【0064】このような配置によって、ここでは同一に
形成されているガス導入開口部9においてガスが最適に
均一に分配され、同時にアノード50の冷却が保証され
る。
【0065】場合によっては、加熱棒58を容器1の外
側に配置することもでき、あるいはそれぞれ能率の要請
に応じて冷却される遮蔽板を設けることもできる。
【0066】さらに、場合によっては容器の外側に、か
つアノード/カソード区間に対して同軸に電磁コイル6
0を設けることもでき、それにより直流磁場あるいは交
流磁場によって物品支持体3aのある反応区域V内のプ
ラズマ分布を最適にすることができる。
【0067】本来の容器は、場合によって設けられる加
熱手段58と共に外壁62によって包囲される。
【0068】図8には、本発明の処理室が概略図示され
ており、この処理室においては概略図示する導入部68
を通して導入される洗浄ガスの吸引と、すでに説明した
ように供給部15を通して導入される操作ガスの吸引は
周辺で行われる。ここではすでに使用した参照符号が使
用され、従ってこの図に示す装置は当業者には自明のも
のである。
【0069】マスク及び分配プレート24の開口部を所
定のように形成することによって、イオン化室ないしカ
ソード室内に処理室より高い圧力が形成される。それに
よってガスを特に効果的にイオン化することができる。
イオン化室23c内のガスがほとんど貴ガスであること
によって、カソードの寿命は著しく向上する。
【0070】材料支持体3a上に配置された処理すべき
物品が符号4で示され、符号70で示すものは、供給管
15を介して供給される操作ガスと、供給管68を介し
て供給される洗浄ガスの流量調整器である。吸引は吸引
管72で行われる。
【0071】現在までのところ、次に示す寸法が比較的
臨界的なものであることが明らかにされている。 ・マスクプレート24の開口部21cの分布密度D21: D21≧10/m2 、好ましくはD21≧50/m2 ・マスクプレート24の開口部21cの直径Φ21: 1mm≦Φ21≦8mm ・プレート7の開口部9の密度D9 : D9 ≧500/m2 、好ましくはD9 ≧2000/m2 ・分配プレート7の開口部9の直径Φ9 : 0.5mm≦Φ9 ≦10mm
【0072】図9には、本発明の装置の電気的に運転さ
れる装置部分が概略的に示されている。これには、一つ
あるいは図示のように複数の高温カソード25、一つあ
るいは複数のアノード27、処理すべき物品を保持する
一つあるいは複数の物品支持体3が設けられている。
【0073】処理プロセスを最適化するために、次に示
す複数の量が調節される。 ・複数の高温カソードが設けられる場合には、その運転
温度(高温カソードが直接加熱される場合にはその熱電
流)を、アーク放電分布を最適にするために、例えば選
択的に調節することができる。これは運転温度制御ユニ
ット46によって行われる。
【0074】・複数のアノード27と複数の高温カソー
ド25が設けられる場合、及び一つの高温カソードと複
数のアノード、ないし一つのアノードと複数の高温カソ
ードが設けられる場合には、アノード/カソード電圧U
KAの低電圧値を、制御ユニット48で例えば選択的に調
節して、アーク放電分布を最適にすることができる。
【0075】・この態様では少なくとも部分的に導電材
料から形成されている物品支持体3の運転電位を、選択
的な調節ユニット54において(図2に示す電圧源39
によって及び/又は同図の分岐回路35における抵抗値
の調節によって)少なくとも変化させて、特に物品支持
体温度ないし成長する層の電子照射を微調節する。
【0076】低電圧アークプラズマ支援の反応方法を実
施する、図に示した処理装置は、例えば150V以下の
低いアノード/カソード電圧で作動し、例えば4000
A/m2 という物品支持体面積当り大きな放電電流で運
転することができ、ほぼ900℃以下の低い処理温度が
得られる。低い処理温度で高いプラズマ密度を利用する
ことによって、多くの目的に使用することができる。
【0077】上述の方法あるいはそのための装置は、原
則的にはアークプラズマ支援の反応処理方法に適してい
るが、特にこの種のコーティング方法に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の第一の態様ないし本発明の方法
の第一の態様を概略的に示す断面図である。
【図2】図1に示す処理すべき物品のホルダを用いて
の、それ自体発明性を有する温度制御方法を示す図であ
る。
【図3】代替として使用されるスパーク室内の、図1に
示す部品の一部を概略図示する断面図である。
【図4】本発明の第二の装置と、それに関する本発明の
第二の方法を概略的に示す部分破断斜視図である。
【図5】図1と図4に示す方法の組合せを概略的に説明
する図である。
【図6】図5の方法に基づく、本発明の装置の好ましい
態様の概略断面図である。
【図7】現在のところ最も好ましいものである、図6に
示す装置の詳細を示す断面図である。
【図8】図5に示す原理に基づく、一部は図6と図7に
示す態様と一致する本発明の装置の別の態様を概略的に
示す図である。
【図9】本発明の装置の電気的に運転される部分と本発
明による調節ないし制御方式を示す図である。
【符号の説明】
7…ガス導入装置 9…導入開口部 11…孔あきプレート 15…供給管 19、19c…吸引管 21、21a、21c…開口マスク 23、23c…高温カソード室 24…マスクプレート 25、25c…カソード 27、27a、27c…アノード 41…孔あき供給管 50アノードプレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダイクシンガー ヘルムート スイス国,ツェーハー−7323 バンク ス,メルサーシュトラーセ(番地なし) (56)参考文献 特開 昭62−294160(JP,A) 特開 平3−215671(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 B01J 19/08 H01L 21/205 H01L 21/302 H01L 21/31 - 21/32 H05H 1/48

Claims (37)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物品の表面の少なくとも一部を直流アー
    ク放電支援下の反応で処理する方法であって、少なくと
    も部分的に反応性である操作ガスとしてのガスないし混
    合ガスを物品を入れた排気される容器内に導入し、この
    容器からガス状の反応生成物を取り出す処理方法であ
    り、更に、荷電粒子流をこの容器内に供給しそしてそれ
    によりそこに150V以下の放電電圧の直流アーク放電
    を維持する処理方法であって、少なくとも当該物品の前
    もって定められた表面領域に沿っての、当該処理効果
    の分布を、操作ガスの当該容器への導入部の二次元的な
    分布を前もって定めることによって及び/又は当該容器
    内での2以上のアーク放電の少なくとも二次元的な配分
    を前もって定めることよって少なくとも部分的に制御
    ることを特徴とする、物品を直流アーク放電支援下の反
    応で処理する方法。
  2. 【請求項2】 供給される荷電粒子が熱電子放出によっ
    て発生されることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 熱的に電子を放出する装置、容器内で
    放電用の電極として、好ましくはそのためのカソードと
    して使用ることを特徴とする請求項1又は2記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 所定の面が操作ガス導入部の領域に関す
    る配合に関して等距離に選択され、この配分が実質的に
    均一な配分であることを特徴とする請求項1から3のい
    ずれか一つに記載の方法。
  5. 【請求項5】 操作ガス導入部の領域に関する配分が平
    的な配合であることを特徴とする請求項1から4のい
    ずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項6】 操作ガス導入部の配分が、供給管部分を
    有する多数の導入開口部で行われ、その断面積及び/又
    は管部分の長さ及び/又は供給圧力及び/又は排出方向
    を選択的に設定することによって当該操作ガス導入部の
    配分決定ることを特徴とする請求項1から5のいず
    れか一つに記載の方法。
  7. 【請求項7】 導入部と吸引部が、当該処理方法の非運
    転状態においてそれらの間で強制されるガス流が容器の
    内部容積の大部分において実質的に平行かつ好ましくは
    均一であるように配置されることを特徴とする請求項1
    から6のいずれか一つに記載の方法。
  8. 【請求項8】 物品が容器内の位置を異にする少なくと
    も二つの面上に配置されることを特徴とする請求項1
    ら7のいずれか一つに記載の方法。
  9. 【請求項9】 アーク放電が、荷電粒子流を複数の開口
    部を通して容器内へ供給することと導入部に対向する少
    なくとも1の電極によって発生されることを特徴とす
    る請求項からまでのいずれか一つに記載の方法。
  10. 【請求項10】 熱電子を放出する装置の領域でガス流
    を発生させることによって、処理プロセスによる装置の
    損傷を少なくとも実質的に減少させることを特徴とする
    請求項からまでのいずれか一つに記載の方法。
  11. 【請求項11】 放電のためのアノード/カソード区間
    の方向が、導入と吸引により実質的に決定される操
    作ガスの方向に対して平行に選択されることを特徴とす
    る請求項1から10までのいずれか一つに記載の方法。
  12. 【請求項12】 吸引が平面的に配分して行われること
    を特徴とする請求項1から11までのいずれか一つに記
    載の方法。
  13. 【請求項13】 容器に関して操作ガスの導入流及び/
    又は排出流に関する配分のための装置アーク放電の電
    極として使用ることを特徴とする請求項1から12
    でのいずれか一つに記載の方法。
  14. 【請求項14】 アーク放電のための電極の少なくとも
    一つが操作ガス導入あるいは吸引のための分配装置に
    よって容器内部から分離されることを特徴とする請求項
    1から13までのいずれか一つに記載の方法。
  15. 【請求項15】 物品が容器内で電位に接続されずに配
    置されることを特徴とする請求項1から14までのいず
    れか一つに記載の方法。
  16. 【請求項16】 物品が抵抗手段を介して所定の電位と
    接続されることを特徴とする請求項1から15までのい
    ずれか一つに記載の方法。
  17. 【請求項17】 物品を介して流出する電流の変化によ
    って物品の温度温度制御回路で調節又は設定し、あ
    るいは物品に当たる荷電粒子、特に電子の流れ調節
    ることを特徴とする請求項15又は16記載の方法。
  18. 【請求項18】 物品の電位がアノード電位とカソード
    電位の間で定められ、好ましくは物品温度を調節するた
    め、及び/又は物品に当たる荷電粒子、特に電子の流れ
    を調節するために設定されることを特徴とする請求項1
    から17までのいずれか一つに記載の方法。
  19. 【請求項19】 真空容器と、この真空容器に連通して
    少なくとも部分的に当該容器内で反応に供される操作ガ
    スを導入するガス導入装置と、ガス状の反応生成物を吸
    により取り出すための装置と、荷電粒子流を当該容器
    内に供給する開口接続装置と、当該容器内で放電電圧が
    150V以下の直流アーク放電を発生させる電極装置と
    を有する真空処理装置であって、操作ガスの導入装置が
    領域に沿って二次元的に配分された複数の導入開口部
    (9)を含むこと、及び/又は当該荷電粒子流用の開口
    接続装置が、複数の開口部(21a、21c)であっ
    て、それにより当該容器内に上記放電電圧を有する少な
    くとも二次元的に配分されたパターンの直流アーク放電
    を発生させる複の開部を含むことを特徴とする真空
    処理装置。
  20. 【請求項20】 開口接続装置(21、21a、21
    c)を介して容器内部空間(V)から分離され、粒子
    流を発生させるために熱的に電子を放出する装置(2
    5、25c)が設けられることを特徴とする請求項19
    記載の装置。
  21. 【請求項21】 電子を放出する装置が直接あるいは間
    接的に加熱される高温カソードであることを特徴とする
    請求項20記載の装置。
  22. 【請求項22】 高温カソードが電極装置の電極、好ま
    しくはカソードであることを特徴とする請求項21記載
    の装置。
  23. 【請求項23】 電子を放出する装置が室(23、23
    c)内に配置され、これにガス供給装置(33、33
    c)が連通することを特徴とする請求項20から22
    でのいずれか一つに記載の装置。
  24. 【請求項24】 導入装置(7、41)と吸引装置(1
    9、19c、72)が、アーク放電のための電極(25
    c、27c、50)を形成し、かつ、導入装置と吸引装
    置の間のガス流とアノード/カソード区間が実質的に
    行であるように配置されることを特徴とする請求項19
    から23までのいずれか一つに記載の装置。
  25. 【請求項25】 導入装置(7)あるいは吸引装置に孔
    あきプレート(11)が設けられ、この孔あきプレート
    が同時に電極の一つであることを特徴とする請求項19
    から24までのいずれか一つに記載の装置。
  26. 【請求項26】 導入装置(7)あるいは吸引装置に、
    室(13)の一方側を閉鎖する孔あきプレート(11)
    が設けられ、放電用の電極(50)の一つがその中ある
    いはそれに接して配置されることを特徴とする請求項
    から25までのいずれか一つに記載の装置。
  27. 【請求項27】 粒子流のための開口接続装置に孔あき
    プレート(24)が設けられることを特徴とする請求項
    19から26までのいずれか一つに記載の装置。
  28. 【請求項28】 孔あきプレート(24)が導入装置あ
    るいは吸引装置の少なくとも一部であって、それによっ
    て孔あきプレートを通して粒子流及びガスが流れること
    を特徴とする請求項22記載の装置。
  29. 【請求項29】 装置が軸対称、好ましくは円筒状に形
    成され、端に導入装置と吸引装置を有し、同様に配置
    された放電用の電極装置を有することを特徴とする請求
    19から28までのいずれか一つに記載の装置。
  30. 【請求項30】 処理物品を保持する少なくとも一つの
    ホルダが、電位に接続された装置部分に関して絶縁され
    て設けられることを特徴とする請求項19から29まで
    のいずれか一つに記載の装置。
  31. 【請求項31】 処理物品を保持する少なくとも一つの
    ホルダが、抵抗素子を介して電位に接続されて設けられ
    ることを特徴とする請求項19から29までのいずれか
    一つに記載の装置。
  32. 【請求項32】 抵抗素子が調節可能であることを特徴
    とする請求項31記載の装置。
  33. 【請求項33】 抵抗素子が、物品の温度制御回路内
    の、あるいは物品温度の温度制御装置内の、あるいは物
    品に当たる電子流の調節素子であることを特徴とする請
    求項32記載の装置。
  34. 【請求項34】 少なくとも一つの物品ホルダが設けら
    れ、この物品ホルダが制御可能な電圧源を介して基準電
    位に接続されることを特徴とする請求項19から29
    及び請求項31から33までのいずれか一つに記載の
    装置。
  35. 【請求項35】 電圧源が物品温度を制御又は調節する
    調節素子であることを特徴とする請求項34記載の装
    置。
  36. 【請求項36】 工作物の少なくとも表面部分を真空加
    工処理するための方法であって、 (a)真空室内のアノード装置とカソード装置との間に
    直流電圧を印加してア ノード装置とカソード装置との間
    の放電空間に電場を生じさせることにより直流プラズマ
    放電を発生させる工程、 (b)放電空間へ荷電粒子を供給する工程、 (c)放電空間へ未使用の反応性ガスを連続的に導入す
    る工程、 (d)放電空間からガスとガス状反応生成物を連続的に
    取り出す工程、 (e)工程(c)において導入する未使用の反応性ガス
    の流れ方向を、この流れ方向が直流アーク放電空間に対
    応しそしてアノード装置とカソード装置との間にある想
    像線に対して実質的に平行となり、そしてその際、反応
    性ガスをカソード装置とアノード装置の一方に隣接する
    領域に導入してカソード装置とアノード装置のもう一方
    に隣接する領域で取り出してそれにより流れ方向を制御
    するように制御する工程、 (f)工作物の表面部分をプラズマ放電と未使用の反応
    性ガスとにさらすように工作物を配置する工程、 を含む真空加工処理方法。
  37. 【請求項37】 真空室と、加工用ガスを導入する開口
    部と、これに向き合うガス排出用の開口部と、プラズマ
    放電区間を定める直流カソード及びアノード装置とを含
    み、ガスを導入する開口部とガス排出用の開口部とが、
    それらの間のガスの流れをプラズマ放電区間に対して平
    行にしている真空処理装置。
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