JPH0258349B2 - - Google Patents
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- JPH0258349B2 JPH0258349B2 JP28685185A JP28685185A JPH0258349B2 JP H0258349 B2 JPH0258349 B2 JP H0258349B2 JP 28685185 A JP28685185 A JP 28685185A JP 28685185 A JP28685185 A JP 28685185A JP H0258349 B2 JPH0258349 B2 JP H0258349B2
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/46—Sputtering by ion beam produced by an external ion source
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、真空蒸着の技術に係り、特に、イオ
ン化プラズマ塗装によつて被膜を形成する方法及
びこの方法を実施する装置に係る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to the art of vacuum deposition, and more particularly to a method of forming a coating by ionized plasma coating and an apparatus for carrying out this method.
本発明は、複雑な組成及び複雑な被膜の物品を
処理する時に種々の材料（導電性、電流抵抗性、
誘電性、保護性）を溶融、エツチング又は塗装す
ることによつて例えば被膜を形成するような真空
蒸着技術に最も効果的に適用できる。ここに開示
する方法により、本発明のイオン化プラズマ式の
塗装装置において処理された物品は、電子、冶金
及び光学の分野で広くしようすることができる。 The present invention allows the use of a variety of materials (conductive, current-resistive,
They are most effectively applied to vacuum deposition techniques, such as forming coatings by melting, etching or painting (dielectric, protective). Articles treated in the ionized plasma coating apparatus of the present invention by the methods disclosed herein can be widely used in the electronic, metallurgical, and optical fields.
従来の技術
物品に被膜を塗布する時には、物品の品質が重
要であると同時に、使用する技術の生産性や、使
用する装置の性能信頼性や、物品がどれ程品質管
理及び監視されるかといつたことが重要となる。
これらは、全て、装置の設計と、選択した処理方
法とによつて決まる。Prior Art When applying a coating to an article, the quality of the article is important, as well as the productivity of the technology used, the performance reliability of the equipment used, and the extent to which the article is quality controlled and monitored. It is important that
These all depend on the equipment design and the chosen processing method.
デントン・バキユーム（Denton Vacuum）に
よつて市販されている薄膜を真空蒸着する装置が
知られている（1972年６月、ロシア、モスクワ、
TsNIIElektronikaで出版されたレビユーズ・オ
ブ・エレクトロニツク・シリーズ：生産及びプラ
ントのための技術及び管理、薄膜を付着するベレ
ジン・エム・アイ技術及び装置（Reviews of
Electronics.Series：Technology and
Management of Production and Plant.
Berezin M.I.Technology and Equioment for
Applying Thin Films）第９（30）巻を参照され
たい。 A commercially available device for vacuum deposition of thin films is known from Denton Vacuum (June 1972, Moscow, Russia;
Reviews of Electronics Series published in TsNIIElektronika: Technology and Management for Production and Plants, Reviews of Verezin MI Technology and Equipment for Depositing Thin Films
Electronics.Series：Technology and
Management of Production and Plant.
Berezin MITechnology and Equipment for
Applying Thin Films) Volume 9 (30).
この公知の装置は、３つの主たる要素、即ち、
機械的なポンプ及び拡散ポンプを有する真空系統
と、塗装室と、監視及び制御系統とを備えてい
る。機械的なポンプは、塗装室を予め排気すると
共に、拡散ポンプの出口に真空状態を形成するよ
うに作動される。ポンピングされるガスの分子を
作用流体の蒸気噴射中に拡散する原理を用いた拡
散ポンプは、真空室を10-4ないし10-6paという希
薄状態に排気する。 This known device consists of three main elements:
It includes a vacuum system with mechanical and diffusion pumps, a coating room, and a monitoring and control system. The mechanical pump is operated to pre-evacuate the coating chamber and create a vacuum at the outlet of the diffusion pump. Diffusion pumps, which use the principle of diffusing molecules of the pumped gas during a vapor injection of a working fluid, pump a vacuum chamber to a lean state of 10 -4 to 10 -6 pa.
この真空蒸着装置の重大な欠点は、拡散ポンプ
によつて排気された真空室にオイルの分子が入り
込むことである。処理空間において、オイル分子
が基板に沈降すると、被膜を汚し、物品に対する
被膜の付着を妨げ、更に、オイルが残留ガスに接
触した時には、ガスが酸化されると共に、その排
気特性が失われる。 A significant drawback of this vacuum deposition system is that oil molecules enter the vacuum chamber evacuated by the diffusion pump. In the processing space, oil molecules settle on the substrate, contaminating the coating and preventing its adhesion to the article, and furthermore, when the oil comes into contact with the residual gas, the gas is oxidized and loses its evacuation properties.
更に、拡散ポンプの作動には、オイルを予熱す
ることが含まれる。 Additionally, operation of the diffusion pump includes preheating the oil.
更に、アルミニウム及びその合金の薄膜を蒸着
する装置も知られている。（1980年、ロシア、電
子業界／雑誌（Electronics Industry／
Magazin）第５巻、第52から54までに頁に掲載
された「Elektronnaya Promyshlennost」を参
照されたい）。10000／ｓの平均作動速度（空気
で）を有する拡散ポンプのまわりに形成された排
気系統は、１時間当たり6.6×10-5pa以上の残留
圧力を作用室に発生する。最初の排気は、２つの
機械的なポンプによつて行なわれる。作用空間を
オイル蒸気の逆流から保護するために種々の手段
が組み込まれる。 Furthermore, apparatuses for depositing thin films of aluminum and its alloys are also known. (1980, Russia, Electronics Industry/Magazine
See "Elektronnaya Promyshlennost" published in Vol. 5, pp. 52-54). An evacuation system formed around a diffusion pump with an average operating speed (in air) of 10000/s generates a residual pressure in the working chamber of more than 6.6×10 -5 pa per hour. Initial evacuation is performed by two mechanical pumps. Various measures are incorporated to protect the working space from backflow of oil vapor.
これらの手段の中で、蒸気の反発性の低いオイ
ルを機械的ポンプ及び拡散ポンプが使用され、前
部ラインに組み込まれた作用容積３の窒素充填
トラツプが使用され、更に、容積６の骨格型冷
凍トラツプが使用され、液体窒素の自動供給源が
拡散ポンプと高真空カツトオフゲートとの間に含
まれる。真空室の空気は、２段階で予め排気さ
れ、即ち、機械的なポンプで66.5ないし13.3paの
残留圧力まで排気され（ポンピング除去される空
気の流れによつて前部ラインから作用室へのオイ
ル蒸気の侵入を阻止するようにして）そして拡散
ポンプで（13.3ないし1.3）×10-1paの範囲にわた
つてバイパスラインを経て排気される。次いで、
高真空ゲートを開きそしてバイパスラインのバル
ブを閉じた状態で最終的なポンピングが行なわれ
る。 Among these means, mechanical pumps and diffusion pumps with low vapor repulsion oils are used, nitrogen-filled traps with a working volume of 3 installed in the front line, and in addition skeletal type traps with a volume of 6 are used. A cryotrap is used and an automatic source of liquid nitrogen is included between the diffusion pump and the high vacuum cutoff gate. The air in the vacuum chamber is pre-evacuated in two stages, i.e. mechanically pumped to a residual pressure of 66.5 to 13.3 pa (oil pumped out from the front line to the working chamber by the pumped-out air flow). ) and evacuated via a bypass line over a range of (13.3 to 1.3) x 10 -1 pa using a diffusion pump. Then,
Final pumping is performed with the high vacuum gate open and the bypass line valve closed.
真空蒸着による被膜形成プロセスは、次のよう
に行なわれる。 The film formation process by vacuum evaporation is carried out as follows.
真空室内に基板を装填し、拡散ポンプを加熱
し、真空室から空気をポンピングし、基板を加熱
しそして塗装を実行する。 Load the substrate into the vacuum chamber, heat the diffusion pump, pump air from the vacuum chamber, heat the substrate, and perform the coating.
この装置の欠点は、排気された真空室内にオイ
ルの分子が侵入し、作用真空（10-5pa）に達する
のに相当の時間（約１時間）を必要とし、オイル
蒸気の逆流に対して作用室を保護する装置が複雑
であり、且つ、液体窒素を相当に入力しなければ
ならないことである。又、装置の処理容量が比較
的低いことも重大な欠点である。 The disadvantage of this device is that oil molecules enter the evacuated vacuum chamber, it takes a considerable amount of time (approximately 1 hour) to reach the working vacuum (10 -5 pa), and there is no backflow of oil vapor. The device for protecting the working chamber is complex and requires a considerable input of liquid nitrogen. The relatively low processing capacity of the device is also a significant drawback.
技術的な要旨が本発明に最も近い公知技術は、
イオン化プラズマ塗装方法及びイオン化プラズマ
塗装装置である（1983年、ロシア、電子業界／雑
誌（Electronics Industry／Magazin）第５巻、
第50−52に頁に掲載された「Elektronnaya
Promyshlennost」を参照されたい）。 The known technology whose technical gist is closest to the present invention is
Ionized plasma coating method and ionized plasma coating device (1983, Russia, Electronics Industry/Magazin, Vol. 5,
"Elektronnaya" published on pages 50-52
(See "Promyshlennost").
イオン化プラズマ式の塗装装置は、アルゴン及
び空気の注入手段と通信する真空室を備え、この
真空室は、４つの円筒状の室と、イオン化プラズ
マ塗装源とを収容している。この真空室には、高
排気ユニツトが接続され、このユニツトは、機械
的なポンプと、低温ポンプと、補助的なマグネト
ロンポンプとを備え、更に、真空室には、アルゴ
ン注入手段が接続されている。イオン化プラズマ
塗装方法は、この装置において、次のように実行
される。 The ionized plasma coating apparatus includes a vacuum chamber in communication with argon and air injection means and containing four cylindrical chambers and an ionized plasma coating source. Connected to this vacuum chamber is a high evacuation unit comprising a mechanical pump, a cryo-pump and an auxiliary magnetron pump, and further connected to the vacuum chamber is an argon injection means. There is. The ionized plasma coating method is carried out in this apparatus as follows.
塗装されるべき１つ又は複数の物品を４つの円
筒室のうちの１つに装填する。機械的なポンプ及
び低温ポンプによつて真空室から活性ガスをポン
ピングし、６×10-4paの圧力とする。その後、機
械的なポンプをオフにし、補助的なマグネトロン
ポンプを作動する。次いで、アルゴンを５×
10-1paの圧力まで注入し、塗装を実行する。作用
ガス（アルゴン）の所要圧力は、アルゴン注入手
段を作動することにより塗装工程全体にわたつて
維持される。 Load one or more articles to be painted into one of the four cylindrical chambers. The active gas is pumped from the vacuum chamber by a mechanical pump and a cryo-pump to a pressure of 6×10 −4 pa. Then turn off the mechanical pump and activate the auxiliary magnetron pump. Then add argon 5x
Inject to a pressure of 10 -1 pa and carry out painting. The required pressure of the working gas (argon) is maintained throughout the coating process by activating the argon injection means.
この公知装置及びイオン化プラズマ式の塗装方
法の欠点は、構造が複雑で且つかさばり、真空室
から活性ガスをポンピングするのに時間がかゝ
り、然も、真空室に所要のアルゴン圧力を維持す
るのが困難なことである。これは、機械的なポン
プを長時間作動しなければならないと共に、維持
すべき高真空状態を形成する主たるソースである
低温ポンプを連続的に作動しなければならず、更
には、装置の部品の修理及び交換が複雑で、塗装
された被膜の品質の監視が複雑なことによるもの
である。以上の欠点から、装置の生産性は比較的
低くなり、蒸着した被膜の質が不充分なものとな
る。 The disadvantages of this known device and of the ionized plasma coating method are that it is complex and bulky, requires a long time to pump the active gas from the vacuum chamber, and maintains the required argon pressure in the vacuum chamber. This is difficult. This requires mechanical pumps to be operated for long periods of time, cryogenic pumps, which are the main source of the high vacuum conditions that must be maintained, to be operated continuously, and furthermore, parts of the equipment must be operated continuously. This is due to the complexity of repair and replacement and the complexity of monitoring the quality of the painted coating. The above disadvantages result in a relatively low productivity of the device and an unsatisfactory quality of the deposited coating.
発明が解決しようとする問題点
本発明の目的は、イオン化プラズマ塗装方法及
びこの方法を実施する装置であつて、ポンピング
ユニツトの設計上の変更と、方法操作の変更とに
より、高い効率で被膜を付着できると共にその質
を高めることができる一方、マグネトロンで開始
される高周波清掃及び物品の塗装中に不活性ガス
の純度を監視できるようにする方法及び装置を提
供することである。Problems to be Solved by the Invention The object of the present invention is to provide an ionized plasma coating method and an apparatus for carrying out the method, which provide coatings with high efficiency by changes in the design of the pumping unit and changes in the method operation. The object of the present invention is to provide a method and a device that allows the purity of the inert gas to be monitored during magnetron-initiated high-frequency cleaning and painting of articles, while being able to deposit and improve its quality.
この目的は、物品を真空室に装填し、真空室か
ら活性ガスをポンピング除去して予備真空レベル
とし、予備真空ポンプを切断し、真空室から活性
ガスをポンピング除去して作用真空レベルとし、
そして不活性ガス雰囲気中で物品に被膜を塗装す
るイオン化プラズマ式の塗装方法であつて、真空
室から活性ガスをポンピング除去して作用真空レ
ベルとする前に、不活性ガスの注入を行ない、物
品に被膜を塗装した後、真空室からの活性ガスの
ポンピング除去を遮断して、ここに空気を注入
し、その後真空室からの空気の排気を６ないし
66paの圧力まで行なうことを特徴とする方法に
よつて達成される。 The purpose is to load the article into the vacuum chamber, pump out the active gas from the vacuum chamber to a pre-vacuum level, disconnect the pre-vacuum pump, pump out the active gas from the vacuum chamber to a working vacuum level, and
This is an ionized plasma coating method in which the coating is applied to the article in an inert gas atmosphere, and the inert gas is injected before the active gas is pumped out of the vacuum chamber to reach the working vacuum level. After coating the film, the pumping removal of the active gas from the vacuum chamber is cut off, air is injected here, and then the air is exhausted from the vacuum chamber for 6 to 60 minutes.
This is achieved by a method characterized by working up to a pressure of 66 pa.
又、この目的は、イオン化プラズマ源を収容す
る真空室と、物品を収容する手段と、カツトオフ
バルブを経て真空室に接続された予備真空ポンプ
と、真空室に接続されたマグネトロンポンプを含
む高真空ユニツトと、真空室に空気を入れる注入
手段と、マグネトロンポンプに接続された導入ガ
スの注入手段とを具備するイオン化プラズマ式の
塗装方法を実施する装置であつて、上記マグネト
ロンポンプが、更に別のカツトオフバルブを経て
真空室に接続され、マグネトロンポンプには、残
留雰囲気を監視する手段が設けられていることを
特徴とする装置によつて達成される。 This purpose also includes a vacuum chamber containing an ionizing plasma source, means for containing the articles, a preliminary vacuum pump connected to the vacuum chamber via a cut-off valve, and a magnetron pump connected to the vacuum chamber. An apparatus for carrying out an ionized plasma coating method comprising a vacuum unit, an injection means for introducing air into a vacuum chamber, and an introduction gas injection means connected to a magnetron pump, the magnetron pump further comprising: This is achieved by a device connected to the vacuum chamber via a cut-off valve, characterized in that the magnetron pump is provided with means for monitoring the residual atmosphere.
真空室は、物品を高周波で予め清掃する装置を
収容するのが便利である。更に、真空室は、物品
を加熱する装置を収容するのが便利である。 Conveniently, the vacuum chamber houses a device for radiofrequency pre-cleaning of the articles. Additionally, the vacuum chamber conveniently houses equipment for heating the article.
ここに開示する方法は、マグネトロンポンプの
始動を容易にし、不活性ガスを節約し、マグネト
ロンポンプの始動圧力を高め、相当のガス負荷に
おいても活性ガスのポンピング率を高くすること
ができ、然も、活性ガスのポンピングと不活性ガ
スのポンピングとを微細に選択することができ
る。更に、マグネトロンポンプの寿命が延ばされ
ると共に、その作動の信頼性及び利便さが確保さ
れる。 The method disclosed herein facilitates magnetron pump starting, conserves inert gas, increases magnetron pump starting pressure, and allows high active gas pumping rates even at significant gas loads; , active gas pumping and inert gas pumping can be finely selected. Furthermore, the lifetime of the magnetron pump is extended, and reliability and convenience of its operation are ensured.
ここに開示する方法を実施する場合には、マグ
ネトロンポンプの開始状態即ち作動状態が維持さ
れると共に、真空室を高い速度で排気することが
でき、然も、機械的ポンプの作動時間が最少とさ
れる。 When implementing the method disclosed herein, the magnetron pump remains in its starting or operating state and the vacuum chamber can be evacuated at a high rate while minimizing the operating time of the mechanical pump. be done.
高排気ユニツトに組み込まれたマグネトロンポ
ンプは、ポンプの開始圧力を高めることができ、
活性ガスを高い率でポンピングすることができ、
相当のガス負荷においてもこれらの高いポンピン
グ率を維持することができ、然も、不活性ガスの
ポンピングと活性ガスのポンピングとを厳密に選
択することができる。マグネトロンポンプは、長
い寿命を発揮すると共に、信頼性が高く、且つ、
操作が容易である。 A magnetron pump integrated into a high displacement unit can increase the starting pressure of the pump,
Active gas can be pumped at a high rate,
These high pumping rates can be maintained even at considerable gas loads, yet the pumping of inert gas and active gas can be precisely selected. Magnetron pumps have a long lifespan, are highly reliable, and
Easy to operate.
カツトオフバルブを経て真空室に接続されたマ
グネトロンポンプは、その作動状態を維持でき、
真空室から活性ガスを高い率でポンピングできる
一方、マグネトロンポンプ及び機械的なポンプの
両方の寿命を延ばすことができる。 The magnetron pump connected to the vacuum chamber through the cut-off valve can maintain its operating state.
High rates of active gas pumping from the vacuum chamber can be achieved while extending the life of both magnetron and mechanical pumps.
マグネトロンポンプのハウジングに接続された
不活性ガスの注入手段は、マグネトロンポンプの
始動を容易にすると共に、不活性ガスを節約でき
るようにする。 An inert gas injection means connected to the housing of the magnetron pump facilitates starting the magnetron pump and makes it possible to save inert gas.
残留雰囲気を監視する手段に組み合わされたマ
グネトロンポンプは、活性ガスが充分にポンピン
グ除去された時を判断できると共に、被膜塗装工
程中にそれらの注入を制御することができる。 A magnetron pump combined with a means for monitoring the residual atmosphere can determine when the active gases have been sufficiently pumped out and can control their injection during the coating process.
物品を高周波マグネトロンで清掃する装置を収
容する上記装置の真空室は、１回の工程で清掃を
行なえるようにし、生産性を高めると共に、塗装
された被膜の質を高めることができる。 The vacuum chamber of the device, which houses the device for high-frequency magnetron cleaning of articles, allows cleaning to be carried out in a single step, increasing productivity and improving the quality of the applied coating.
塗装されるべき物品を加熱する装置を収容する
真空系統は、素早くガス抜きできるようにすると
共に、被膜の質を高めることができる。 A vacuum system containing equipment for heating the article to be coated allows for quick degassing and can improve the quality of the coating.
実施例
本発明によるイオン化プラズマ塗装装置は、イ
オン化プラズマ塗装源２を収容する真空室１（第
１図及び第２図）を備え、上記イオン化プラズマ
源はシヤフト４の助けにより真空室１の後部カバ
ー３に取り付けられる。真空室１は、更に、塗装
されるべき物品を位置設定する手段も備え、この
手段は、塗装さるべき物品６を取り付けるように
この真空室１内に同軸的に受け入れられるドラム
５を含んでいる。このドラム５は、シヤフト８の
助けにより真空室１の前部カバー７に取り付けら
れ、駆動装置９に作動的に接続される。ドラム５
と真空室１の隣接壁とのスペースは、塗装さるべ
き物品の清掃を高周波マグネトロンで開始する装
置１０と、これらの物品を加熱する装置１１とを
収容する。塗装さるべき物品を高周波で清掃する
装置１０は、マグネトロンの形式であり、そのタ
ーゲツトは、ドラム５に取り付けられた塗装さる
べき物品である。マグネトロンは、高周波（マイ
クロ波）電圧発生器（図示せず）から給電され
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The ionizing plasma coating apparatus according to the invention comprises a vacuum chamber 1 (FIGS. 1 and 2) containing an ionizing plasma coating source 2, said ionizing plasma source being connected to the rear cover of the vacuum chamber 1 with the aid of a shaft 4. Can be attached to 3. The vacuum chamber 1 further comprises means for positioning the article to be coated, the means comprising a drum 5 coaxially received within the vacuum chamber 1 for mounting the article 6 to be coated. . This drum 5 is attached to the front cover 7 of the vacuum chamber 1 with the aid of a shaft 8 and is operatively connected to a drive 9 . drum 5
The space between and the adjacent wall of the vacuum chamber 1 accommodates a device 10 for starting the cleaning of the articles to be painted with a high-frequency magnetron, and a device 11 for heating these articles. The device 10 for high frequency cleaning of articles to be painted is in the form of a magnetron, the target of which is the article mounted on a drum 5 to be painted. The magnetron is powered by a high frequency (microwave) voltage generator (not shown).
塗装さるべき物品を加熱する装置１１は、直流
電源（図示せず）によつて給電される一般のラン
プ型のヒータである。 The device 11 for heating the article to be painted is a common lamp-type heater powered by a DC power source (not shown).
真空室１は、空気を注入する手段１２及びサー
モカツプル圧力計１３と連通すると共に、カツト
オフバルブ１５を経て予備排気ポンプ１４と連通
する。 The vacuum chamber 1 communicates with means for injecting air 12 and with a thermocouple pressure gauge 13 and, via a cut-off valve 15, with a pre-evacuation pump 14.
更に、真空室１には、高真空ユニツトが接続さ
れ、このユニツトは、マグネトロンポンプ１６及
びバツフル１７を組み込んでおり、マグネトロン
ポンプ１６の接続部には、アクチユエータ１９に
よつて作動されるカツトオフバルブ１８が取り付
けられる。 Furthermore, a high vacuum unit is connected to the vacuum chamber 1, and this unit incorporates a magnetron pump 16 and a buffer 17, and a cut-off valve operated by an actuator 19 is connected to the connection of the magnetron pump 16. 18 is attached.
マグネトロンポンプ１６（第１図）のハウジン
グは、カソードとして働くチタンターゲツト２
１、永久磁石系２２及びアノード２３を有するマ
グネトロン２０と、残留雰囲気を監視する装置２
４とを収容し、この装置は、ミラー系２５を含ん
でいる。 The housing of the magnetron pump 16 (FIG. 1) has a titanium target 2 which acts as a cathode.
1. A magnetron 20 having a permanent magnet system 22 and an anode 23, and a device 2 for monitoring residual atmosphere.
4, and the device includes a mirror system 25.
ミラー系２５は、プラズマの入射及び反射の色
を揃えるミラー（図示せず）を含む。ミラー系２
５によつて反射された像、即ち、プラズマの色
は、観察装置に向けられる。この系のミラーは、
ダスト層の付着から保護される。マグネトロンポ
ンプ１６は、不活性ガス注入手段２６と連通して
いる。 The mirror system 25 includes a mirror (not shown) that aligns the incident and reflected plasma colors. Mirror type 2
The image reflected by 5, ie the color of the plasma, is directed to a viewing device. This type of mirror is
Protected from dust layer adhesion. The magnetron pump 16 communicates with an inert gas injection means 26.
動 作
イオンプラズマ塗装方法は、上記したイオンプ
ラズマ塗装装置によつて、次のように行なわれ
る。Operation The ion plasma coating method is performed as follows using the above-mentioned ion plasma coating apparatus.
真空室１の前部カバー７（第１図）を開け、塗
装さるべき物品６をドラム５に配置し、その後、
カバー７をもう一度閉じる。真空室１及びマグネ
トロンポンプ１６から次のようなシーケンスで空
気をポンピング除去する。予備排気ポンプ１４を
オンにし、そのカツトオフバルブ１５を開き、ア
クチユエータ１９を作動してマグネトロンポンプ
のカツトオフバルブ１８を開く。予備排気ポンプ
１４をオンにするまで、空気注入手段１２及び不
活性ガス注入手段２６を閉じる。真空室１内の圧
力が約0.3ないし1.0Paに減圧された状態で、予備
排気ポンプ１４のカツトオフバルブ１５を閉じ、
ポンプ１４をオフにし、不活性ガスの注入手段２
６を作動して不活性ガスを１ないし10Paの圧力
まで注入し、その後、不活性ガス注入手段２６を
閉じる。真空室１内の圧力をサーモカツプル圧力
計１３で読む。アクチユエータ１９を作動して、
マグネトロンポンプのカツトオフバルブ１８を閉
じる。チタンターゲツト２１を有するマグネトロ
ン２０に作用電圧を印加し、放電電流を1.0ない
し1.2Aにセツトする。マグネトロン２０は、次
のように作動する。アノード２３に対してカソー
ドとして働くターゲツト２１に負の電位を印加し
た時には、非均一な電磁界が交差する領域がカソ
ード２１付近に形成される。この領域に現われる
電子は、交差電磁界（永久磁石系２２によつて磁
界が発生されそしてチタンターゲツト２１とアノ
ード２３との間に電界が発生される）により複雑
な動きをするように駆動され、不活性ガス（アル
ゴン）の分子との激しい衝突を繰り返すことによ
つて（イオン化）捕えられる。その結果、イオン
化プラズマの環状ゾーンがチタンターゲツト２１
の表面上に形成される。放電によつて生じる正の
イオンは、チタンターゲツト２１に向かつて加速
されて、その表面の腐食領域に衝突し、チタン粒
子を放出させる。これらの粒子は、化学的に活性
なものであるから、残留ガスの分子（O2、N2、
H2、H2O、CO、CO2等）と非可逆的に結合し、
酸化物、炭化物、水酸化物、窒化物、等を形成す
る。これらは、マグネトロンポンプ１６の水冷室
に沈降する。放出されたチタン粒子が残留ガスの
分子と結合してマグネトロンポンプ１６の室の水
冷壁に付着する現象により、30ないし40分以内
に、不活性ガス（アルゴン）以外の全てのガスが
排気され、イオン化プラズマによつて物品に被膜
を塗装するのに特に適した状態が生じる。不活性
アルゴン以外の全てのガスが排気された時には、
残留雰囲気を監視する装置２４により、チタンタ
ーゲツト２１の表面上に緑がかつた青いプラズマ
グローが開始する時として指示される。マグネト
ロンポンプ１６のカツトオフバルブ１８は、アク
チユエータ１９によつて助けられ、真空室１及び
マグネトロンポンプ１６内の圧力が等しくされ、
残留ガスが真空室から排気される。マグネトロン
ポンプ１６のカツトオフバルブ１８が開いた時に
は、チタンターゲツト２１の表面上のグローが紫
がかつた赤に変わり、５ないし６分以内に、緑が
かつた青い色に復帰する。この緑がかつた青いプ
ラズマグローは、不活性ガス（アルゴン）以外の
活性ガスが真空室１から充分に排気されたことを
指示する。この段階において、放電電流を0.2な
いし0.3Aに下げて、チタンターゲツト２１の材
料の消耗を少なくするのが実際的である。不活性
ガス（アルゴン）がマグネトロンポンプ１６に導
入された状態では、チタンスパツタリング率が確
保される。チタンターゲツト２１の面とマグネト
ロンポンプ１６の壁との間隔を、スパツタされる
チタン粒子の自由走行の長さより数倍大きくする
ことにより、チタン粒子と残留ガスの粒子との衝
突の確率が高くされ、30000／ｓまでの高い排
気率を確保することができる。チタンターゲツト
２１を有するマグネトロン２０の作用電圧は、
400−500Vに保持され、チタンターゲツト２１の
材料を侵食することによつてアルゴンが放出され
るという現象が排除される。チタンターゲツト２
１及びマグネトロンポンプ１６のハウジングの壁
を水冷することにより、それらの過熱及び高いチ
タンスパツタリング率でのガスの放出が防止さ
れ、大きなガス負荷においてもマグネトロン２０
の安定した性能が確保される。真空室１から残留
ガスが排気された状態では、その圧力が0.050な
いし0.1Paまで下がり、不活性ガスの注入手段２
６が作動されて、不活性ガス（アルゴン）が0.1
ないし1.0Paの作用圧力まで注入される。シヤフ
ト８上のドラム５を回転させるために駆動装置９
が作動される。物品加熱系統１１がオンにされ
る。物品６は、高周波マグネトロンで開始される
清掃装置１０により５ないし10分間清掃され、次
いで、イオン化プラズマ塗装源２が作動されて、
物品６に被膜が形成される。 Open the front cover 7 (FIG. 1) of the vacuum chamber 1, place the article 6 to be coated on the drum 5, and then
Close cover 7 again. Air is pumped out from the vacuum chamber 1 and the magnetron pump 16 in the following sequence. The pre-evacuation pump 14 is turned on, its cut-off valve 15 is opened, and the actuator 19 is actuated to open the magnetron pump cut-off valve 18. The air injection means 12 and the inert gas injection means 26 are closed until the pre-evacuation pump 14 is turned on. With the pressure inside the vacuum chamber 1 reduced to approximately 0.3 to 1.0 Pa, close the cut-off valve 15 of the preliminary exhaust pump 14,
The pump 14 is turned off and the inert gas injection means 2 is turned off.
6 to inject the inert gas to a pressure of 1 to 10 Pa, and then close the inert gas injection means 26. The pressure inside the vacuum chamber 1 is read with a thermocouple pressure gauge 13. Activating the actuator 19,
Close the cut-off valve 18 of the magnetron pump. A working voltage is applied to the magnetron 20 with the titanium target 21 and the discharge current is set at 1.0 to 1.2A. Magnetron 20 operates as follows. When a negative potential is applied to the target 21 acting as a cathode with respect to the anode 23, a region where non-uniform electromagnetic fields intersect is formed near the cathode 21. The electrons appearing in this region are driven into complex movements by crossed electromagnetic fields (a magnetic field is generated by the permanent magnet system 22 and an electric field is generated between the titanium target 21 and the anode 23). It is trapped (ionized) by repeated violent collisions with molecules of an inert gas (argon). As a result, an annular zone of ionized plasma is formed on the titanium target 21.
formed on the surface of The positive ions generated by the discharge are accelerated towards the titanium target 21 and collide with the corroded area on its surface, causing titanium particles to be released. Since these particles are chemically active, they can absorb residual gas molecules (O 2 , N 2 ,
H 2 , H 2 O, CO, CO 2 , etc.).
Forms oxides, carbides, hydroxides, nitrides, etc. These settle in the water chamber of the magnetron pump 16. Due to the phenomenon that the released titanium particles combine with the residual gas molecules and adhere to the water-cooled wall of the chamber of the magnetron pump 16, all gases except the inert gas (argon) are evacuated within 30 to 40 minutes. Conditions are created that are particularly suitable for applying coatings to articles with ionized plasmas. When all gases except inert argon have been exhausted,
A residual atmosphere monitoring device 24 indicates when a greenish blue plasma glow begins on the surface of the titanium target 21. The cut-off valve 18 of the magnetron pump 16 is assisted by an actuator 19 to equalize the pressure in the vacuum chamber 1 and the magnetron pump 16;
Residual gas is evacuated from the vacuum chamber. When the cutoff valve 18 of the magnetron pump 16 is opened, the glow on the surface of the titanium target 21 changes to a purplish red color and returns to a greenish blue color within 5 to 6 minutes. This greenish blue plasma glow indicates that the active gas other than the inert gas (argon) has been sufficiently exhausted from the vacuum chamber 1. At this stage, it is practical to reduce the discharge current to 0.2 to 0.3 A to reduce the consumption of titanium target 21 material. With inert gas (argon) introduced into the magnetron pump 16, a titanium sputtering rate is ensured. By making the distance between the surface of the titanium target 21 and the wall of the magnetron pump 16 several times larger than the free running length of the sputtered titanium particles, the probability of collision between the titanium particles and the residual gas particles is increased, A high exhaust rate of up to 30000/s can be secured. The working voltage of the magnetron 20 with titanium target 21 is:
It is held at 400-500V to eliminate the phenomenon of argon being released by eroding the material of the titanium target 21. Titanium target 2
1 and the walls of the housing of the magnetron pump 16 prevent their overheating and release of gas at high titanium sputtering rates, and the magnetron 20 is prevented even under large gas loads.
This ensures stable performance. When the residual gas is exhausted from the vacuum chamber 1, the pressure drops to 0.050 to 0.1 Pa, and the inert gas injection means 2
6 is activated and inert gas (argon) is 0.1
It is injected to a working pressure of 1.0Pa to 1.0Pa. A drive 9 for rotating the drum 5 on the shaft 8
is activated. Article heating system 11 is turned on. The article 6 is cleaned for 5 to 10 minutes by the cleaning device 10 starting with a high frequency magnetron, then the ionizing plasma coating source 2 is activated,
A coating is formed on the article 6.
物品６が塗装されると、アクチユエータ１９が
作動されて、マグネトロンポンプ１６のカツトオ
フバルブ１６を閉じる。真空室１は、注入手段１
２によつて空気を注入することによつて非密封状
態とされ、マグネトロン２０がオフにされ、物品
６を取り出すようにする。その後の被膜塗装サイ
クル中には、チタンターゲツト２１を取り換えね
ばらない時、マグネトロンポンプ１６の密封状態
が破壊された時、或いは、他の非常事態の時しか
マグネトロンポンプ１６の予備排気は必要とされ
ない。マグネトロンポンプ１６の始動状態が維持
される場合には、真空室１の圧力を６ないし
66Paに減圧するに必要な３ないし５分の間予備
排気ポンプ１４を作動した後、５ないし６分で、
真空室１を素早く完全に排気することができる。 Once the article 6 has been painted, the actuator 19 is actuated to close the cut-off valve 16 of the magnetron pump 16. Vacuum chamber 1 includes injection means 1
2 by injecting air, the magnetron 20 is turned off and the article 6 is removed. During subsequent coating cycles, pre-evacuation of the magnetron pump 16 is only required when the titanium target 21 has to be replaced, when the seal of the magnetron pump 16 is broken, or in other emergency situations. . If the magnetron pump 16 is maintained in the starting state, the pressure in the vacuum chamber 1 is increased to 6 or
After operating the pre-evacuation pump 14 for 3 to 5 minutes necessary to reduce the pressure to 66 Pa, 5 to 6 minutes later,
The vacuum chamber 1 can be quickly and completely evacuated.
一般的に機械的なポンプである予備排気ポンプ
１４を10分以上作動させ、その後、真空室１内の
圧力を6Paより低い値まで減圧した場合には、機
械的なポンプからのオイルが真空室１に入り込ん
で塗装の質に影響することが考えられる。一方、
真空室１が66Pa以上の圧力に排気された時にマ
グネトロンポンプ１６のカツトオフバルブ１８が
開いたとすれば、マグネトロン２０の作用負荷に
影響が及び、マグネトロンポンプ１６のポンピン
グ率が低下し、チタンターゲツト２１の材料が著
しく消耗することになる。 If the pre-evacuation pump 14, which is generally a mechanical pump, is operated for more than 10 minutes, and then the pressure inside the vacuum chamber 1 is reduced to a value lower than 6 Pa, oil from the mechanical pump will leak into the vacuum chamber. 1 and may affect the quality of the coating. on the other hand,
If the cut-off valve 18 of the magnetron pump 16 opens when the vacuum chamber 1 is evacuated to a pressure of 66 Pa or more, the working load of the magnetron 20 will be affected, the pumping rate of the magnetron pump 16 will decrease, and the titanium target 21 material will be significantly consumed.
効 果
以上の説明から、ここに開示するイオン化プラ
ズマ塗装方法を本発明のイオン化プラズマ塗装装
置で実施することにより、活性ガスを高い率でポ
ンピング除去することができ、相当なガス負荷に
おいても高いポンピング率を維持でき、然も、活
性ガスと不活性ガスのポンピング除去を厳密に選
択できることが明らかである。Effects From the above explanation, by implementing the ionized plasma coating method disclosed herein with the ionized plasma coating apparatus of the present invention, active gas can be pumped and removed at a high rate, and even with a considerable gas load, high pumping efficiency can be achieved. It is clear that the rate can be maintained and yet the pumping removal of active and inert gases can be precisely selected.
更に、ここに開示するイオン化プラズマ塗装方
法を本発明のイオン化プラズマ塗装装置で実施す
ることにより、高質な被膜を高い生産率で物品に
付着することができ、ポンピング手段の寿命を延
ばすことができ、信頼性のある性能及び操作容易
性を確保することができる。 Further, by implementing the ionized plasma coating method disclosed herein with the ionized plasma coating apparatus of the present invention, a high quality coating can be applied to articles at a high production rate, and the life of the pumping means can be extended. , reliable performance and ease of operation can be ensured.
第１図は、本発明によるイオン化プラズマ塗装
装置を概略的に示す図、そして第２図は、第１図
の−線に沿つた断面図である。
１……真空室、２……イオン化プラズマ塗装
源、３……真空室の後部カバー、４……支持シヤ
フト、５……ドラム、６……塗装さるべき物品、
７……真空室の前部カバー、８……シヤフト、９
……駆動装置、１０……物品を高周波マグネトロ
ンで清掃する装置、１１……物品加熱装置、１２
……空気注入手段、１３……サーモカツプル圧力
計、１４……予備真空ポンプ、１５……カツトオ
フバルブ、１６……マグネトロンポンプ、１７…
…バツフル、１８……カツトオフバルブ、１９…
…アクチユエータ、２０……マグネトロン、２１
……マグネトロンのチタンターゲツト、２２……
マグネトロンの永久磁石系、２３……マグネトロ
ンのアノード、２４……残留雰囲気監視装置、２
４……ミラー系、２６……不活性ガスの注入手
段。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an ionized plasma coating apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line -- in FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vacuum chamber, 2... Ionized plasma coating source, 3... Rear cover of the vacuum chamber, 4... Support shaft, 5... Drum, 6... Article to be coated.
7...Front cover of the vacuum chamber, 8...Shaft, 9
...driving device, 10...device for cleaning articles with a high-frequency magnetron, 11... article heating device, 12
... Air injection means, 13 ... Thermocouple pressure gauge, 14 ... Preliminary vacuum pump, 15 ... Cut-off valve, 16 ... Magnetron pump, 17 ...
...Batsuful, 18...Cut-off valve, 19...
...Actuator, 20...Magnetron, 21
...Magnetron titanium target, 22...
Permanent magnet system of magnetron, 23... Anode of magnetron, 24... Residual atmosphere monitoring device, 2
4...Mirror system, 26...Inert gas injection means.
Claims (1)
性ガスをポンピング除去して予備真空レベルと
し、予備真空ポンプ１４を切断し、真空室１から
活性ガスをポンピング除去して作用真空レベルと
し、そして不活性ガス雰囲気中で物品６に被膜を
塗装するイオン化プラズマ式の塗装方法におい
て、真空室１から活性ガスをポンピング除去して
作用真空レベルとする前に、不活性ガスの注入を
行ない、物品６に被膜を塗装した後、真空室１か
らの活性ガスのポンピング除去を遮断して、ここ
に空気を注入し、その後真空室１からの空気の排
気を６ないし66paの圧力まで行なうことを特徴
とする方法。 ２ イオン化プラズマ塗装源を収容する真空室１
と、物品を収容する手段と、カツトオフバルブ１
５を経て真空室１に接続された予備真空ポンプ１
４と、真空室１に接続されたマグネトロンポンプ
１６を含む高真空ユニツトと、真空室１に空気を
入れる注入手段１２と、マグネトロンポンプ１６
に接続された導入ガスの注入手段２６とを具備す
る特許請求の範囲第１項に記載のイオン化プラズ
マ式の塗装方法を実施する装置において、上記マ
グネトロンポンプ１６は、更に別のカツトオフバ
ルブ１８を経て真空室１に接続され、マグネトロ
ンポンプには、残留雰囲気を監視する手段２４が
設けられていることを特徴とする装置。 ３ 上記真空室１に収容された物品を高周波マグ
ネトロンで清掃する装置１０を更に備えた特許請
求の範囲第２項に記載の装置。 ４ 上記真空室１に収容された物品を加熱する装
置１１を備えた特許請求の範囲第２項又は第３項
に記載の装置。[Claims] 1. Loading the article 6 into the vacuum chamber 1, pumping and removing active gas from the vacuum chamber 1 to obtain a preliminary vacuum level, disconnecting the preliminary vacuum pump 14, and pumping and removing the active gas from the vacuum chamber 1. In an ionized plasma coating process in which the coating is applied to the article 6 in an inert gas atmosphere, the inert gas is After the gas is injected and the coating is applied to the article 6, the pumping removal of the active gas from the vacuum chamber 1 is cut off, air is injected here, and the air is then exhausted from the vacuum chamber 1 at 6 to 66 Pa. A method characterized by applying pressure up to . 2 Vacuum chamber 1 containing an ionized plasma coating source
, means for accommodating the article, and a cut-off valve 1
Preparatory vacuum pump 1 connected to vacuum chamber 1 via 5
4, a high vacuum unit including a magnetron pump 16 connected to the vacuum chamber 1, an injection means 12 for introducing air into the vacuum chamber 1, and a magnetron pump 16.
In the apparatus for carrying out the ionized plasma coating method according to claim 1, the magnetron pump 16 further includes a cut-off valve 18. device, characterized in that the magnetron pump is provided with means 24 for monitoring the residual atmosphere. 3. The device according to claim 2, further comprising a device 10 for cleaning the articles housed in the vacuum chamber 1 with a high-frequency magnetron. 4. The apparatus according to claim 2 or 3, comprising a device 11 for heating an article housed in the vacuum chamber 1.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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- 1985-12-19 JP JP28685185A patent/JPS61157677A/en active Granted
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