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Info
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
- Discharge Heating (AREA)
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
っての処理効果の分布が、容器内で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。
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
っての処理効果の分布が、容器内で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が、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。
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が、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２〜１８あるいは２０〜３５に定義されて
おり、また以下の説明で明らかにされる。
が従属請求項２〜１８あるいは２０〜３５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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Ｅ2 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。
することと、吸引管の配置とによって、上述の等分布面
Ｅ2 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。すなわちプロセスによ
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。
ドとして接続することもできる。すなわちプロセスによ
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
明による調節ないし制御方式を示す図である。
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)
- 【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、当該処理の効果
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す
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。 - 【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。 - 【請求項３】 熱的に電子を放出する装置を、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
して使用することを特徴とする請求項１又は２記載の方
法。 - 【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。 - 【請求項５】 操作ガス導入部の領域に関する配分が平
面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。 - 【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
配分を決定す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。 - 【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。 - 【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か
ら７のいずれか一つに記載の方法。 - 【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つの電極によって発生されることを特徴とす
る請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。 - 【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２から９までのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１１】 放電のためのアノード／カソード区間
の方向が、導入部と吸引部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。 - 【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。 - 【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をアーク放電の電
極として使用することを特徴とする請求項１から１２ま
でのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１４】 アーク放電のための電極の少なくとも
一つが操作ガスの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。 - 【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。 - 【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。 - 【請求項１７】 物品を介して流出する電流の変化によ
って、物品の温度を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、特に電子の流れを調節す
ることを特徴とする請求項１５又は１６記載の方法。 - 【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。 - 【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
引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
を発生させる複数の開口部を含むことを特徴とする真空
処理装置。 - 【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）から分離されて、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。 - 【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。 - 【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。 - 【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ま
でのいずれか一つに記載の装置。 - 【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平
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。 - 【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。 - 【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１
９から２５までのいずれか一つに記載の装置。 - 【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。 - 【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。 - 【請求項２９】 装置が軸対称、好ましくは円筒状に形
成され、端部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
項１９から２８までのいずれか一つに記載の装置。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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ま
で及び請求項３１から３３までのいずれか一つに記載の
装置。 - 【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。 - 【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。 - 【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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|---|---|---|---|
| DE40292681 | 1990-09-14 | ||
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| JP (1) | JP3318336B2 (ja) |
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