JPH01240646A - 大量蒸着用ｈｃｄ法イオンプレーティング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はイオンプレーティング装置、なかでもいわゆ
るＨＣＤ　ＣＨｏｌｌｏｗ　Ｃａｔｈｏｄｅ旧ｓｃｈａ
ｒｇｅ）法にてイオンプレーティングを行う際、良好な
膜質の被膜形成を可能にするための大量蒸着用ＨＣＤ法
イオンプレーティング装置に関する。

（従来の技術） プラズマを利用したイオンブレーティンク法カＴｉＮ＋
　ＴｉＣ＋　Ｔｉ（ＣＮ）等のセラミックコーティング
に適用されている。イオンプレーティング法としては、
ＨＣＤ法、ＥＢ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）＋Ｒ
Ｆ　（Ｒａｄｉ。

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）法、マルティ・アーク法およびア
ーク放電法等の手法が実施されている。

これらの手法の中でＨＣＤ法はイオン化率が２０〜４０
％と高く、また成膜速度も０．０５〜０．５　μｍ／＋
＋ｔｎと比較的速いため、ＴｉＮ＋　ＴｉＣ，Ｔｉ（Ｃ
Ｎ）あるいはＣｒＮなどのセラミックコーティングに広
く利用されている。特にＨＣＤ法はＮ２ガス流量、真空
度、バイアス電圧、基板温度、基板の前処理などの要件
が少々ｉ化しても容易かつスムーズにセラミックコーテ
ィングを行うことができる利点がある。

すなわち、ＨＣＤ法によるイオンプレーティングに関し
ては、金属表面技術３５　（１）　ｐ１６〜２４　（１
９８４）、粉末および粉末冶金３２　（１９８５）ρ５
５〜６０に解説されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで最近では、建築材等に用いる大表面積の鋼板に
ついても耐食性“や装飾性あるいは耐摩耗性の改善のた
めにホローカソード法の利用が試みられているが、現状
では実用化にまでは至っていない。というのはこのよう
な鋼板では、ｌ）、鋼板とセラミック被膜との密着性が
良好であること ２）、大表面積に均一にセラミック被膜をコーティング
できること、 ３）、セラミック被膜の膜質が良好であること、４）、
耐食性に優れていること、 などが要求されるが、従来のホローカソード法では上記
のような条件を充分に満足することはできなかったから
である。

上記の条件を満足するには、蒸発物質のイオン化率を高
めて高速成膜を行う必要がある。

さて従来ＨＣＤガンの容量が３０ＯＡあるいは５０ＯＡ
程度の常用のイオンプレーティング装置における成膜速
度は、例えばＴｉＮコーティングで０．０５〜０．５μ
ｍ　／ｌｌｌ１ｎ程度であり、またこのときイオン化率
も高々３０〜４０％程度であったのに対し、近年成膜速
度を数μｍ　／ｗｉｎ程度まで上げるため、１００ＯＡ
あるいは１５０ＯＡ程度にも大容量の蒸発用ＨＣＤガン
の開発が進み、このようにＨＣＤガンを大容量化すると
イオン化率が５０％以上となってイオンプレーティング
による膜質が大幅に向上するという利点がある。　　゛ ところがこのような大容量のＨＣＤガンを用いて、例え
ばＴｉＮの成膜を行う場合、溶解したＴｉのイオン化率
は大幅に向上するが、反応ガスとしてＮ２を単に真空槽
内に導入したのでは良好な膜質のＴｉＮ被膜は得難＜、
Ｎ２ガスのイオン化もはかる必要があった。

そこでこの発明は、上記のような種々の問題を排除し、
蒸発物質のイオン化のみならず反応ガスのイオン化をも
促進し得るイオンプレーティング装置について提案する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 発明者らは膜質の良好な被膜を形成するための条件につ
いて種々検討したところ、■大容量のＨＣＤガンを用い
ると成膜の高速化およびイオン化率の上昇をはかれるこ
と、■集束コイルをるつぼ近傍から基板直近までに配設
することによって集束コイル内で良好なプラズマ蒸気流
を作り出せること、さらに■高速成膜となった場合反応
ガスのイオン化を促進するホローカソードが必要となる
、との知見を得てこの発明を完成するに至った。

すなわちこの発明は、真空槽内に、蒸発用物質を収容し
たるつぼ、蒸発用物質に電子ビームを照射して、溶解、
蒸発させると同時に蒸発物質をイオン化させるホローカ
ソード、サブストレイトおよび反応ガス導入口を配置す
る、ＩＩｃＤ法イオソイオンプレーティング装置て、さ
らに、るつぼからサブストレイトの直近までの蒸発物質
移動径路を取囲む集束コイルと、蒸発物質移動径路にお
ける反応ガスのイオン化を促進する反応ガスイオン化用
ホローカソードとを配置してなる大量蒸着用ＨＣＤ法イ
オンプレーティング装置である。

また実施に当り、反応ガスイオン化ホローカソードは管
と細線を筒状に巻いて成形したスパイラル管との組合わ
せになることが有利に適合する。

（作　用） この発明に従うイオンプレーティング装置は、大量の蒸
発用物質を溶解、蒸発させると同時に蒸発物質をイオン
化させるホローカソードとは別に、反応ガスのイオン化
を促進するホローカソードを設け、さらに蒸発物質移動
径路を集束コイルで取囲むことによって、蒸発物質およ
び反応ガスのイオン化促進を同時に達成し、成膜の高速
化と膜質の向上とを実現する。

（実施例） 第１図にこの発明に従うイオンプレーティング装置を示
す。

図中１は物質の蒸発とこの蒸発物質のイオン化を同時に
行う蒸発用ホローカソード、すなわちＩＩｃＤガン、２
はるつぼ、３は蒸発用物質、４は集束コイル、５は反応
ガスイオン化用ホローカソード、６は帯電用冷却板、７
はサブストレイト（基板）、８は蒸発物質の蒸気流、９
はイオン化した反応ガス流、１０は真空槽、そして１１
は反応ガス導入口である。

集束コイル４はるつぼ２からサブストレイト７の直近ま
での蒸発物質移動径路を取囲んで設置し、集束コイル４
内に良好なプラズマ状態を実現する。

反応ガスイオン化用ホローカソード５は、真空槽１０内
に反応ガスを導入する反応ガス導入口１１に接続する導
入管の役目を担い、同時にこの反応ガスのイオン化を促
進するものである。

なお反応ガスイオン化用ホローカソード５を反応ガス導
入口１１に接続させずに、反応ガス導入口１１に新たに
導入管を接続してもよい。

ここで蒸着用の物質を溶解しイオン化するＩＩｃＤガフ
１（７）容量は１０００〜３０００Ａ　、５０〜１５０
Ｖテ、一方反応ガスイオン化用ホローカソード５の容量
は５０〜５００＾、５〜５０Ｖ程度が有利に適合する。

次に第２図に、反応ガスイオン化用ホローカソードの別
層様を示す。

同図（ａ）に示す反応ガスイオン化用ホローカソードは
、真空槽１０内に挿入して設置した管５ａとこの管５ａ
の先端に取付けた、細線を筒状に巻いてなる２層構造の
スパイラル管５ｂとを組合わせたもので、管５ａは通常
の反応ガス導入管であってもホローカソードであっても
よい。

同図０））に示す反応ガスイオン化用ホローカソードは
、管５ａの端面を真空槽１０の内壁面と一致させて設置
し、スパイラル管５ｂを内壁面から延設したものである
。

反応ガスの漏れを防ぐには同図（ａ）に示した態様が有
利であり、高温になる先端をスパイラル管５ｂとしてい
るためその交換も容易となる。

上記のようにホローカソードにスパイラル管を適用すれ
ば、通常のホローカソードに比較して内壁に凹凸を多数
付与でき、反応ガスのイオン化が促進される利点がある
。

なおスパイラル管５ｂを構成する細線の径は０．１〜５
鵬程度が好適であり、その間隔は可能な限り小さくして
細線を接触させることが望ましい。さらに細線の材質に
は、Ｔａ、　Ｗ、　Ｍｏが有利に適合する。

また第３図（ａ）、　（ｂ）は実施に好適な反応ガスイ
オン化ホローカソードを示し、同図（ａ）は第２図（ａ
）に示したホローカソードを複数組合わせた例、同図（
ｂ）は大表面積のサブストレイトへの蒸着に適した、シ
ート状に成形した例、をそれぞれ示す。

さらに実際のイオンプレーティングについて具体的に述
べると、従来のＩＩｃＤ法イオソイオンプレーティング
装置速度が０．０５〜０．５μｍ　／ｆｆｌ１ｎ程度で
あったのに対し、この発明装置では１〜６μｓ　／ｓｉ
ｎ以上と従来に比べて数倍〜数十倍の成膜速度が得られ
る。

またイオン化率についても、従来が２０〜４０％程度で
あったのに対し、５０％以上と大幅に向上した。

次に第１図に示したイオンプレーティング装置を用いて
、実際にＴｉＮ被膜を形成させたときの成膜速度とイオ
ン化率について調べた結果を、従来例と比較して述べる
。

蒸発用＋１ｃＤガン：加速電圧８８ｖ１加速電流１５０
０Ａ、反応ガスイオン化用ホローカソード：電圧３０Ｖ
、ホローカソード電流３００Ａの条件下にＴｆＮ被膜を
形成させたところ、３．５μＩｌ／ｌｌ１ｎの成膜速度
でイオン化率５５％を得た。

上記の値は従来のＨＣＤ法による成膜速度０．５μｍ／
５ｈｉｎおよびイオン化率３０％に比較してきわめて優
れたものである。

（発明の効果） かくしてこの発明装置を用いれば、高いイオン化率でか
つ高成膜速度の下に、イオンプレーティングを実施する
ことができ、また形成される被膜の膜質も向上し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従うイオンプレーティング装置の
好適例を示す模式図、 第２図（ａ）、　（ｂ）および第３図（ａ）、　（ｂ）
は反応ガスイオン他用ホローカソードの構成を示す模式
図である。 ■・・・蒸発用＋１ＣＤガン　　２・・・るつぼ３・・
・蒸発用物質　　　　４・・・集束コイル５・・・反応
ガスイオン化用ホローカソード６・・・帯電用冷却板　
　　７・・・サブストレイト８・・・蒸気流 ９・・・イオン化した反応ガス流 １０・・・真空槽 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 代理人弁理士　　杉　村　暁　秀 同　　弁　　理　　士　　　　杉　　　村　　　興　　
　作第１図 ７４ｒプズト１イト 第２図 （ａ） （ｂ） （ａ）　　　　　　　　（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空槽内に、蒸発用物質を収容したるつぼ、蒸発用
   物質に電子ビームを照射して、溶解、蒸発させると同時
   に蒸発物質をイオン化させるホローカソード、サブスト
   レイトおよび反応ガス導入口を配置する、ＨＣＤ法イオ
   ンプレーティング装置であって、 さらに、るつぼからサブストレイトの直近 までの蒸発物質移動径路を取囲む集束コイルと、蒸発物
   質移動径路における反応ガスのイオン化を促進する反応
   ガスイオン化用ホローカソードとを設置してなる大量蒸
   着用ＨＣＤ法イオンプレーティング装置。 ２、反応ガスイオン化ホローカソードは、管と細線を筒
   状に巻いて成形したスパイラル管との組合わせになる特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。