JPH01268863A - 蒸着効率の高いイオンプレーティング処理方法 - 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、いわゆるＨＣＤ　（Ｈｏｌｌｏｗ　Ｃａｔ
ｈｏｄｅＤｉｓｃｈａｒｇｅ）法によるイオンプレーテ
ィング処理を用いて、例えば、鋼板、ガラス、その地帯
状基板等に均一性および密着性に優れた被膜を高い蒸着
効率の下で形成する方法に関する。

（従来の技術） プラズマを利用したイオンプレーティング法が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　Ｂｅａｓｔ）　＋
　ＲＰ（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　ａ　ｍ／
ｌｌｌ１ｎと比較的速いため、ＴｉＮ、　ＴｉＣ，Ｔｉ
（ＣＮ）あるいはＣｒＮなと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Ｎｔ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
要件が少々変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）　Ｐ、１６〜２４（１
９８４）、粉末および粉末冶金３２　（１９８５）　Ｐ
、５５〜６０に解説されている。

（発明が解決しようとする課題） 現行のＨＣＤ法イオンプレーティングにおいては、蒸発
物質の大半が真空槽の内壁、カソードまたはるつぼ等に
付着するため蒸着効率が１０〜１５％程度と低く、また
真空槽内の清掃を高い頻度で行わなければならない。さ
らに蒸着効率が悪いと基板と蒸発物質との密着性が問題
となり、したがって蒸着効率を高めて被膜の密着性を向
上することがイオンプレーティング処理における重要な
課題となっている。

そこでこの発明は、高い蒸着効率のイオンプレーティン
グ処理方法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） この発明は、反応ガスを導入した真空槽内において、る
つぼに収容した蒸発用物質をホローカソードガンによっ
て溶解、蒸発させると同時にイオン化させ、基板に被膜
を形成するに当り、るつぼから基板の直近にわたって配
設した集束コイルの内側を蒸発物質の移動径路とし、さ
らにこの集束コイルに正電圧を印加することを特徴とす
る蒸着効率の高いイオンプレーティング処理方法である
。

（作　用） 次にこの発明の基礎となった実験結果について説明する
。

低炭素冷延鋼板（０，３ｔｍ厚）の表面を脱脂後、電解
研磨により中心線平均粗さで０．０５μｍの鏡面状態に
仕上げ、ついで第１図の装置を用いてＴｉＮ膜（１，５
μ層厚）を、加速電圧：５０Ｖ、加速電流：５００＾、
バイアス電圧：４０ｖおよび集束コイル電圧＝６０Ｖに
て形成した。なお図中１は基板、２は反応ガス導入口、
３はるつぼ、４は蒸発用物質、５は排気口、６は真空槽
、７はＨＣＤガン、８はるつぼ３から基板１直近にわた
る蒸発物質の移動径路を囲むように配設した集束コイル
で、集束コイル８は電圧付加導線９を介して正電圧が印
加されている。

また同様の実験を、第２図に示す従来のＨＣＤ法イオン
プレーティング装置を用いて上記と同様の条件（ただし
集束コイルには電圧を印加せず）にて行った。

表１に、イオンプレーティング処理中の蒸着効率および
得られたＴｉＮ膜の密着性について調べた結果をそれぞ
れ示す。

表　　　１ 本９０°曲げを２回繰り返し行ったときのはく離の有無
本本（被着量／蒸発量）Ｘ１００ 同表から、この発明に従う方法（Ａ）の蒸着効率は現行
の方法（Ｂ）に比べ著しく高く、また得られた製品の被
膜密着性も良好であることがわかる。

蒸着効率および被膜密着性の向上した理由は、集束コイ
ルの内側を蒸発物質の移動径路とし、さらにこの集束コ
イルに正電圧を印加することによって集束コイルの内側
、すなわち蒸発物質の移動径路内を良好なプラズマ状態
とし、基板に蒸発物質を優先的に付着させ得る環境を実
現したことにある。

なお集束コイルに印加する電圧は、１０〜１００ｖ程度
が好適である。

また第３図にこの発明の実施に直接使用するイオンプレ
ーティング装置を模式図で示す。この装置はＨＣＤガン
からの電子ビームをほぼ直角に曲げるようにしたもので
、図示のＨＣＤガン７はグラファイトの外側層７−１と
この例でＴａを用いた内側層７−２の組合せになり外側
−内側の眉間は一定の空隙を設けて、隔絶する。また層
間の放電も防ぐため図示を省略したが内側層７−２とる
つぼ３の溶解物質とが通電できるようにしである。これ
によってこのＨＣＤガンの異常放電が少なくなり、かつ
ガンの長寿命化が達成される。

またＨＣＤガン７は送り機構７−３により常にるつぼ３
との距離を一定に保つことによって長時間安定したプラ
ズマビームの供給が確保できる。なお図中７−４はＨＣ
Ｄガンの電源、７−５はＡｒガスの供給口を示す。

１０はＨＣＤガン７のまわりの集束コイルで、この集束
コイル１０により発生プラズマを細いプラズマビーム１
１に集束させる。次に細いビームに集束されたプラズマ
ビーム１１はるつぼ３のまわりの集束コイル８により磁
場を上から下の方向に作用させ、図に点線で示すように
溶融物に向かって直角方向に曲げて照射に供するのであ
る。このよ・うな直角方向に照射されたプラズマビーム
は蒸発物質を真上に向かって蒸発させ、蒸発物質は集束
コイル８内を移動径路とし基板１に至り基板１に均一に
蒸着される。

さらに図中１２は反応ガスに対する電圧印加装置で、冷
却管１３およびＴａ製の導入管１４をそなえ、導入管１
４に電圧を印加することによって反応ガスのイオン化を
促進し得る。

（実施例） 、支族籠上 Ｃ：　０．０３９％、Ｓｔ　：　３．３６％、Ｍｎ　：
　０．０６６％、ＭＯ：０．０１３％、Ｓｅ　：　０．
０２５％およびＳｂ　：　０．０２６％を含有する珪素
鋼熱延板（２，２ｍｇ厚）を９５０°Ｃでの中間焼鈍を
はさむ２回の冷間圧延を施して０．２０ｍ＋＋厚の最終
冷延板とした。ついで８２０″Ｃの湿水素中で脱炭を兼
ねる１次再結晶焼鈍を施した後、鋼板表面上にＡｐｚｏ
ｓ（６ｓ％）およびＭｇＯ（３５％）を主成分とする焼
鈍分離剤を塗布し、その後８５０　”Ｃで５０時間の２
次再結晶焼鈍を施した後、１２００°Ｃの乾水素中で工
０時間の純化焼鈍を施し、ついで鋼板表面上の酸化物を
酸洗により除去し電解研磨により中心線平均粗さで０．
０４μ■の鏡面状態に仕上げた。

そして第１図の装置（ＨＣＤ条件：加速電圧５０Ｖ、加
速電流５００Ａ、集束コイルへの正電圧ニア０Ｖ、真空
度：　７　Ｘｌ０−’ｔｏｒｒ）を用いてＴｉＮを１．
Ｏａｔｍ厚で形成した。

そのときの蒸着効率は４０％で、得られた製品に２０ｍ
５＋φでの１８０°曲げを行っても被膜のはく離は全く
なく、また製品の磁気特性はＢ、。＝１．９２７゜１、
／、。＝０．６８Ｎ／ｋｇであった。

実ｍ側 Ｃ：　０．０３５％、Ｍｎ　：　０．３６％、Ｐ　：　
０．００９％およびＳ　：　０．０１１％を含有する低
炭素冷延鋼板（０，５ｍｍ厚）の表面を脱脂した後、電
解研磨により中心線平均粗さで０．０６μｍの鏡面状態
に仕上げ、ついで第３図の装置（ＨＣＤ条件：加速電圧
８０Ｖ、加速電流１０００Ａ、集束コイルへの正電圧：
６０Ｖ、真空度＝５×１１１’ｔｏｒｒ）を用いて鋼板
表面に５ｉｓＮａ被膜（１，５μｍ厚）を形成した。こ
のときの蒸着効率は６０％で、得られた製品は、９０°
曲げを２回繰り返して行ってもはく離はなかった。

（発明の効果） この発明によれば、蒸発物質の移動径路を良好なプラズ
マ状態とすることによって蒸着効率を高め、よって被膜
の密着性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に適用するイオンプレーティング装置
の模式図、 第２図は従来のイオンプレーティング装置の模式図、 第３図はこの発明に適用する別のイオンプレーティング
装置の模式図である。 １・・・基板　　　　　　　２・・・反応ガス導入口３
・・・るつぼ　　　　　　４・・・蒸着用物質５・・・
排気口　　　　　　６・・・真空槽７・・・ＨＣＤガン
　　　　　８，１０・・・集束コイル１１・・・プラズ
マビーム　　１２・・・電圧印加装置１３・・・冷却管
　　　　　　１４・・・導入管特許出願人　　川崎製鉄
株式会社 ＠１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、反応ガスを導入した真空槽内において、るつぼに収
   容した蒸発用物質をホローカソードガンによって溶解、
   蒸発させると同時にイオン化させ、基板に被膜を形成す
   るに当り、るつぼから基板の直近にわたって配設した集
   束コイルの内側を蒸発物質の移動径路とし、さらにこの
   集束コイルに正電圧を印加することを特徴とする蒸着効
   率の高いイオンプレーティング処理方法。