JPH03158478A - 基体をコーテイングする方法および装置 - 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】 本発明は、電気的手段により蒸気相にもたらされる物質
で基体をコーティングする方法に関する。

蒸気相からの物質を基体上に析出させることは塗装技術
および基体の表面変換の分野において周知である．一般
的に云えば、基体に移動すべき母材がこの基体に領域で
加熱され、そして先ず溶融状態に、次いで蒸気相に変換
される。この物質はこのようにして二相の変換、すなわ
ち、固相から液相、次いで液相から気相への変換を受け
る。

コーティングは一般に真空中で行われ、かつ通常は比較
的高い真空で引いて供給源から基体へ蒸気の移転を行わ
ねばならない。

初期のシステムは誘導加熱を利用して上述の相変換を行
うことができる。

特別な問題が、半導体用途のシリコンウェーハの製造に
用いる石英るつぼに関して生じて来た。

その中で元素態のケイ素が溶融されるこの種のるつぼは
一般に石英から成り、そしてそれは、元素態ケイ素を溶
融するために用いる誘導コイル内の支持用炭素ジャケッ
ト中に保持される。それで単結晶のケイ素結晶核はるつ
ぼのケイ素メルト（溶誘物）中に下降して行き、そして
制御下で冷却されるケイ素棒をゆっくりと引上げ、その
結果単結晶生成物がウェーハに切断される。この種のる
つぼは、元素態ケイ素の溶融のために、そして減圧工程
中に長時間にわたり、その軟化点に近い高温におよび溶
融ケイ素により攻撃される可能性のある温度に保持され
ることになる。これがるつぼの劣化を生じ、かつ製造さ
れるウェーハ内への望まし《ない不純物導入のおそれを
生じる。

従って半導体分野では、その耐用年数を増加させるよう
にこの種のるつぼを保護する方法が長い間探し求められ
て来た。

もう一つの問題はセラミックスへの金属の塗布である．
多くの金属はセラミックス上へ塗布可能であるが、タン
グステンおよびチタンのような耐熱金属はこれまで余り
満足できない方法で適用されて来たし、そして実際止金
ての場合にこれまで利用されて来た方法では密着性に問
題が生じている。

本発明の目的は、比較的低いエネルギーコストにおいて
、そして改良された均一性をもって、大面積および／ま
たは複雑な形状の基本上に物質を蒸着させる方法を提供
することにある。

更に本発明の目的は、複雑および／または大面積表面を
高速コーティングする方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、耐用年数を増加させるように
半導体分野で用いられているタイプの石英るつぼを保護
するための改良された方法を提供することにある。

更に他の本発明の目的は、セラミックスに金属コーティ
ングを設け、それによって従来技術のシステムを特徴づ
ける不十分な密着性の問題を回避する改良された方法を
提供することにある。

これらの目的および以下に述べるところから明らかとな
るであろうその他の目的は下記の蒸着方法において本発
明により達成される。この蒸着方法は、特に大面積表面
の析出物が蒸着用物質から成る細長い電極を、真空中の
電極の長さの実質的部分を覆う塗布すべき基体の表面と
横方向に近接させ、そして電極に加えられる３０乃至６
０ボルトの電圧によりアーク電流が５０乃至９０アンペ
アとなるようにこの電極の一端と対向電極との間にアー
クを飛ばすことにより形成可能であるという発見に基づ
いている。

驚（べきことに、２本の電極が離れているときにアーク
を一度飛ばすと、そのアーク、アークの一部またはアー
クにより生成された熱効果が長い電極の周りにらせん状
に現われ、そして一般に徐々に対向電極から離れてゆ（
らせん形パターンで電極を構成する物質の蒸発を生ずる
ように思われる。

アークが２本の電極間のスペースに限定されることはな
く、むしろ長い電極の長さの領域に向かって対向電極か
ららせん形に離れて行く構成要素乃至効果を有するもの
であり、これが最大の導電率は、アークの主要部分が限
定されると思われる２本の電極間の線上に直接存在して
いるらしいという事実にも拘らず、更に対向電極から移
動するのは非常に驚（べきことである。この効果は、長
い電極、すなわち析出電極が、元は均一な断面を有して
いるにも拘わらず、対向電極に向かうテーパーが現われ
ること、および析出電極の素材から基体上への被膜が析
出電極のアーク衝突面から可成りの距離において観察さ
れ得るという事実によって明らかである。

実際、この効果は暫くの間存在し続け、その後に原アー
クの消弧が続くので、周期的に電極を接触および分離し
てアークを発生させ、次いでそれを消滅させる。

本発明の特徴によれば、点弧電極から離れて蒸着すべき
物質から成る電極の端部に、物質供給電極の温度を通常
８００’Ｆ乃至１０００’Ｆの範囲内に保持するように
制御される手段が設けられ、前記物質が物質供給電極か
ら蒸発する本発明のより低い電圧、より低い電流および
温度条件下の速度は初期システムの蒸発速度の１．５乃
至２．０倍に増加させることができる。実用上、全ての
金属、合金、炭化物およびケイ化物が物質供給電極を調
製するために利用可能である。金属および他の合金に加
えて炭化物、ホウ化物、ケイ化物および窒化物を基体上
に析出させることができる。

析出すべき物質の蒸発速度が本発明のより低いエネルギ
ーの利用によって増加する理由は完全には理解されない
が、アークの移動は物質供給電極のより広い領域を覆う
別のプールされた溶融相に拡がって、事実上薄膜形成に
際して溶融金属を蒸発させることが可能である。

本発明の他の特徴のよれば、上に述べた原理は合成樹脂
への金属コーティングの適用に際して利用されるが、こ
れらの合金樹脂は電子構成部品用のキャビネットまたは
ハウジングの形状のものである。基体は、本発明により
適用可能な大面積塗布により影響を受けないので、本発
明は電子構成部品に用いることのできる合成樹脂キャビ
ネットまたはハウジングの内部を塗装するのに利用した
とき、その被膜は電磁シールドを形成するので非常に有
利であることが判明したのは最も驚くべきことである。

本発明は純粋ケイ素コーティングまたはその他の保護コ
ーティング、たとえば炭化ケイ素、窒化ケイ素または窒
化ホウ素を、半導体分野において溶融ケイ素から引上げ
られるべき単結晶バーの製造に際して、ケイ素の溶融に
これまで利用されて来た石英るつぼの内部表面に塗布す
ると非常に効果的であることが判明したのもまた、非常
に驚くべきことである。更に本発明はセラミックスに対
し金属コーティングを適用するに際しても利用すること
ができ、これはたとえ適用金属が従来セラミック基体に
適用するのが困難であったニッケル、タングステン、チ
タン、タンタル等の耐熱金属であっても改良された密着
性をもって利用可能である。実際上、凡ゆるセラミック
基体を本発明の目的のために利用することができるが、
石英るつぼおよびセラミック基体の場合には、表面がコ
ーティングを受けるようにサンドブラストを掛けたり、
他のブラスト−粗面化処置を施すことが好ましい。

ここで用いられる術語「サンドブラスト」は、表面に対
して研磨粒状体を吹きつけることを意味しており、これ
らの研磨粒状体は一般に金属粒子、炭化ケイ素、窒化ケ
イ素、ダイアモンド微粉、酸化鉄、二酸化ケイ素または
粗面化可能な他の如何なる物質であってもよい。移動用
気体は空気または他の全ての入手可能な気体であればよ
い。両ケース共、更に基体を減圧室内で、または減圧室
内への導入に４ζで金属の融点未満の温度に予熱すると
よい。しかし、予熱温度は少なくとも数百度であるべき
である。

セラミックコーティングは本発明に従って、異なった金
属好ましくは高度に導電性かつ非常に耐熱性の金属から
成る２本の電極を好ましくはセラミック本体である基体
に近接させ、そして電極と基体を収容する真空排気室内
でこれらの電極間にアークを飛ばすことにより行われる
。本発明によれば、先ず電極には相対的極性、すなわち
一方には正の極性が付与されるのに対し、他方には負の
極性が付与され、これら電極の一方から選択的に金属が
析出するが、同時に少量のこの後者金属が第２の電極上
に析出するものと思われる。

次に極性を逆にすると、金属が第２電極から優先的に蒸
発するが、当初は第１電極からの少量の金属を包含して
おり、これらがその上に析出する結果、２層の界面にお
いて金属の混合組成物が形成される。

高導電率金属、特に銅であるが、金も銀もセラミック基
体に適用したとき、密着性、特にこれに対し導電性エレ
メントをはんだ付けあるいは溶接後または中の密着性に
関して従来出会う短所は、高導電率金属の適用に先立っ
て、セラミックを比較的小さい厚さをもって耐熱金属で
塗布し、そして被膜のこの中間層を順次導電性金属で塗
布すれば、除去することができる。

より詳細には、耐熱金属としてタングステン、モリブデ
ン、チタンまたはジルコニウムの厚さ、すなわち５乃至
１０ミクロンの被膜を支持体上に析出させ、その後嗣、
銅合金、金、銀、または若干の他の非耐熱金属、すなわ
ち用いられている耐熱金属の沸点よりも実質的に低い沸
点を有する金属から成るより大きい厚さ、すなわち０．
００１乃至０．０２インチ（約０．０２５〜０．０５ｍ
ｍ１の被膜を適用するのは可能であることが判明した。

本発明による２電極法を用いれば、一方の電極を耐熱金
属として、そして他方の電極を非耐熱金属として構成す
ることが可能となり、そして蒸着中に電極の極性を調整
することにより析出する特定金属の制御のできることが
判明した。

本発明により、薄い耐熱金属被膜を銅被膜とセラミック
基体との間に適用すると、他の全ての点は均等で基体か
ら被膜を分離するのに要する力に関して密着性を１００
倍以上増加させ得ることが見出された。

本発明によりセラミック支持体を利用することができ、
またマスキング技法を用いて析出物を凡ゆる所望のパタ
ーンに形成することも保証される。

本発明の重要な特徴によれば、基体と近接させる２本の
電極の一方は、他方の電極との整列から移動させ、かつ
置換電極により置換えることが可能であり、そして後者
を用いて反覆される方法が第３電極の金属の少ないとも
一層を第２層上に付加的に析出する。

本発明の上記および他の目的、特徴および効果は添付図
面を参照する下記の説明からより容易に明らかとなろう
。

第１図には、本発明により支持体上に鏡面状保護被膜を
得るため若しくは、耐熱性および耐熱金属を含む各種金
属または金属合金を蒸発させて、その被膜を基体に適用
するための簡単なアーク法を利用する装置が示されてい
る。

第１図から明らかなように、基本装置は、第６図示の減
圧室に類似の図示しない減圧室を備えることができ、こ
の室内において金属電極ｌは電極供給装置７により電極
本体２に向かって供給されて溶融金属のブール３が形成
され、これに対しアーク４が飛ばされる。

電極本体２は取付具すなわちホルダー５内に保持され、
そして直流電源から符号８で示される慣用のアーク安定
回路を経由して電極１および本体２を横切ってアーク電
流が供給される。

比較的小さく横断面の電極１は、この電極の過熱を阻止
する温度調節器６を備えるのが有利であることが判明し
ている 本体２の横断面は電極ｌのそれよりも実質的に大きいの
で、ブール３は本体２のその場所に形成された凹所１１
に生成される。

夾胤■ユ 電極１およびチタン、アルミニウム、タングステン、タ
ンタルまたは銅から成る本体２を用いる第１図の装置は
、温度５０００＠乃至７０００”Ｆでアークを飛ばして
ブール３の金属の蒸気を発生するが、このブールは基体
ｌＯに対しｌＯ乃至１５ｃｍの距離を横切り、そして金
属の被膜をその上に形成する。ブール３は電極１および
２により提供される金属の混合物により形成することが
でき、それによって２本の電極の金属から成る合金を基
体上に析出させる。好ましくは電極はチタンから構成さ
れ、一方溶融金属は優勢にアルミニウム、タングステン
、タンタルまたは銅から成っている。

第１図の装置は実質的な偏向を伴わないで炭化物の保護
被膜を生成する非るつぼ（ｎｏｎｃｒｕｃｉｂｌｅ）法
において、また基体上にケイ化物被膜を形成させるため
、あるいは炭化物またはケイ化物、更に炭化ケイ素層で
さえも基体上に形成させるために利用することができる
。基体上に炭化ケイ素−炭化タングステン層を析出させ
るためには電極２を黒鉛、そして電極１をケイ化タング
ステンから構成する。減圧は当初１０−’トールに引き
、そして１０１トール以下に保持する。直流アーク発生
電圧は１００ボルト、そしてアーク電流は１５０アンペ
アである。析出物は約０．２ｇ／分の速度で生成する。

この場合、第１図の装置を再び通常の減圧室内で用いる
が、電極ｌはケイ素または炭素で構成することができる
のに対し、電極２はそのケイ化物または炭化物を形成す
べき金属から構成され、基体上へのケイ素の蒸着の場合
には、またケイ素から構成することができる。

たとえば、炭化ケイ素を気体ｌＯ上へ蒸着させたい場合
には、電極ｌはケイ素から成っていればよいのに対し、
電極２は炭素ブロックであり、その中にケイ素のブール
３と可溶化した炭素を受ける。

蒸気は基体に移行し、そしてその上に炭化ケイ素層とし
て蒸着される。基体はチタンであればよく、そして基体
上に形成される析出物はケイ化チタンおよび炭化チタン
の混合物であればよい。

あるいＮよ、電極ｌがケイ素または炭素から構成され、
そして電極本体２がチタンから構成される場合には、炭
化またはケイ化チタンを異なった組成から成る基体上に
蒸着させることができる。

僅かな酸化性雰囲気を減圧室内に供給すれば、二酸化ケ
イ素析出物が基体上に形成される。

第１図の装置は明らかに半導体の製造に際して特に効果
的である。

温度調節器６は電極１の長さに沿って２台設けてもよ（
、そして付加的な温度調節器は電極本体２に付いて設け
てその過熱を阻止をすることができる。

電極１または本体２のいずれかがケイ素から構成され、
そして他方が炭素から構成されるときには、その反応に
よって炭化ケイ素が生成され、そして元のケイ素および
炭素よりも高い純度をもって析出する。

両電極がケイ素から構成される場合には、半導体のコー
ティングに特に望ましいように、高密度シリカおよびケ
イ素析出物を得ることができる。

第２図の装置は第１図のものと類似であるが、若干具な
った原理の下で作動する。すなわち、蒸発は少なくとも
部分的に湿潤上部電極１０１から行われる。

この図において、第１図のエレメントに対応するものに
は１００位の数字のみ異なる対応した参照数字を用いる
ものとする。

第２図において、電極供給装置１０７は垂直往復装置１
１２と連結されるが、これは電極１０１の先端を電極本
体１０２内に形成された溶融金属のブール１０３中に周
期的に浸すように電極ｌｏｔに矢印１１４方向の往復運
動を付与するものである。

アーク１０４を再点弧するためにこのプールから引上げ
ると、電極１０１上の溶融金属から成る被膜１１３は蒸
発し、そして析出物は基体１１０上に形成される。

電極本体１０２はホルダー１０５内に示され、そしてア
ーク電流の供給は説明した方法に従って直流電源１０９
と安全装置１０８とによって行われ、また電源１０１は
温度調節器１０６を備えている。

このシステムは、先の例の変形に際して、電極１０１が
チタンから構成され、そしてブール１０３がアルミニウ
ムから成る場合に特に効果的である。

第３図に示されるのは本発明の一実施例であり、この場
合蒸気はるつぼ２１７の下方に配置された基体２１０上
に蒸着されるものであるが、るつぼは溶融金属２０３を
含む上部開放リング状であり、ホルダーもしくはフレー
ム２０５中に装着されている。

ここで上部電極２０１は球形部分の形状を有しており、
これはレフレクタ−として機能し、その結果、アーク２
０４を電極２０１とるつぼ２１７内メルトとの間に点弧
すると、蒸気は矢印２１９により示されるように上方へ
進み、次に下方へ反射されて矢印２１８で示されるよう
に基体２１０上に集中される。

直流電源２０９はここではアーク安定装置２０８を経由
して電極２０１およびるつぼ２１７間に接続され、そし
てロッド２１６上に装着された上部電極２０−１は供給
装置２０７により垂直に位置決めされ、一方蒸発金属を
覆う電極２０１の位置を調整する補助機構２１５により
水平に位置決めされている。

この実施態様において、電極２０１はチタン、モリブデ
ンまたはタングステンから構成されればよく、一方、溶
融金属はアルミニウムまたは銅から構成され、そしてる
つぼ２１７は黒鉛から成っていてもよい。

第４図には本発明の他の実施態様が示されており、この
場合、蒸気は下方に流れて基体３１０上に析出する。

この場合、溶融金属３０３を容れた上部開放るつぼ３１
７には別の溶融金属を符号３２２で示されるとりへまた
は他の供給源から、あるいはるつぼ３１７内で溶融され
る固体金属から供給することができる。後者の固体金属
は補助手段、たとえば誘導加熱装着３２３によって加熱
することができ、そしてそれはホルダー３０５内に支、
持されている。

るつぼ３１７の底部には開口３２１が設けられており、
ここから溶融金属の液滴が現われ、これらの液滴は電極
３０１とるつぼ３１７の底部との間に点弧されるアーク
３０４により蒸発されるものである。

アークの領域における温度は補助誘導装置３２４により
制御することができ、また電極３０１は冷却エレメント
３０６によって表わされるように冷却することができる
。

電極３０１は電極ホルダー３０７によりるつぼ３１７に
向かって供給され、またアークは直流電源３０９に接続
されたアーク安定装置３０８により保持される。

本実施態様において、溶融金属は銅であってもよい。

補助装置３２４の代りに、コーティングすべき基体をこ
の位置に、たとえばチタンリングの形状で設けてもよ（
、これは被膜の状態で蒸気を集めることができるもので
ある。

第５図の実施態様は溶融金属が閉鎖空間内で形成された
ときにそれを蒸発させるものであり、この蒸気は開口４
２５を経由して基体４１０上に放出される。

この場合、液体のプールはホルダー４０５により支持さ
れる電極４０２を、この電極４０２内の中央穿孔４２６
を経由して電極供給装置４０７により対向電極４０１を
供給することによって、溶融させることにより生成され
、またこの電極４０１は室内を形成する絶縁スリーブ４
２７を通過する。温度調節器４０６はアーク４０４に隣
接する２本の電極の周りに同軸的に設置されて開口４２
５の前方領域の過熱を阻止する。析出物は基体４１０上
に形成される。

電流はアーク安定装置４０８および直流電源４０９を経
由して、先に説明した方法により電極間に供給される。

第６図は先に説明した原理を用いる、反射性、耐食、保
護および半導体タイプ金属、ケイ化物ならびに炭化物被
膜を蒸着されるための小型ボルタアーク装置を示してい
る。

この装置は、このポータプルユニットを容易に運搬可能
とするようにハンドル５３０をその上端に形成した減圧
室５００を含んで構成される。

この室内には中空球体５１７が設けられており、その下
部は溶融金属５０３用のるつぼを形成し、内部は高温耐
熱（耐火）材料、たとえば酸化アルミニウムによりコー
ティングされている。

この球体の上部には５３１において、浴から反射される
熱を該浴に集中して送り返えす反射層が塗布されている
。

アーク５０４は電極５０１と浴５０３との間に点弧され
、この電極はその電極物質が消耗するにつれて浴に向か
ってユニット５０７によって供給される。

別の金属、例えば固体状のものは浴にロッド５３２とし
て供給されるが、このロッドもまた供給装置５３３′に
接続されているので、浴が消耗すると別の金属がこれに
対し供給される。

電極５０１および浴５０３は、先に説明した方法により
アーク安定装置および直流電源の対向端子に接続される
。

管状電極５０２はロッド５３２を取巻いている。

アダプタ５３６の下部には符号５３３で示されるように
エアポンプが設けられており、このエアポンプは中空球
体５１７を収容する室、ならびに真空ホース５３４およ
び弁５３５を経由して、外方に拡がり、かつ中空球体５
１７の横方向開口５２５に連結可能なアダプタ５３６を
減圧する。

室５００は加熱コイル５３７を設けて形成され、室に対
する望ましくない蒸気の凝縮を防止する。

開口５２５とアダプタ５３６との間には真空ロック５３
８および異なった形状および寸法を有する各種アダプタ
を保持するための装着装置５３９が設けられている。

アダプタ５３６はまた真空ガスケット５４０と共に形成
され、それによってアダプタはコーティングすべき基体
５１０に対して支えることができる。

第６図に示す小型ユニットはコーティングすべき基体５
１０の場所へ運ばれ、そして適切なアダプタ５３６が取
付具５３９および塗布すべき基体５１０の表面に対して
押圧されるガスケット５４０上に装着される。アーク電
流が供給され、そして装置はエアポンプ５３３により減
圧され、それによって金属を溶融し、かつ浴５０３を中
空球体内に形成する。次にゲート５３８が開放され、そ
して球体５１７の内部とアダプタ５３６との間に保持さ
れた弁５３５により制御されるとおりの差圧によって少
な（とも部分的に蒸気を基体５１０上に進ませるもので
ある。

実用上、如何なる部位の如何なる製品もコーティング可
能であり、また異なった形状および寸法の各種アダプタ
の使用は複雑な形の物体の塗装ですら、それらが用いら
れるべき領域からその物体を移動させることなく、可能
とする。この装置はダクト等の内側に被膜を施すために
用いられるように折たたみ可能となっている。

図面に示される装置はアダプタ５３６なしで、宇宙にお
ける人間もしくは装具のための推進体として利用するこ
とができる。

アークが発生したら、使用者は単にゲート５３８を開放
して開口５２５から流れを放出し、そして逆方向に推進
を行えばよい。宇宙における真空は装置にとって自然の
真空をもたらすので。

エアポンプ５３３は全く必要とし、ない。実用的には宇
宙応用において見出される几ゆる廃棄物が容器５１７内
で利用されて、この種の推進力を発生させることができ
る。

第７図には本発明の一実施態様が示されており、これは
先に説明した特徴と上に展開した概念とを組合わせるも
のである。

コーティング６１０’を、複雑な形状の基体を形成する
管６１０の内表面６１０ａ上に蒸着させるために用いる
ことができる本装置において、対応する形状を有する原
料供給用電極６０２が基体６０２ａ上の管の中央に装着
され、そしてこれは温度調節器６０６の誘導加熱コイル
６０６ａを備えており、この温度調節器にはサーモカッ
プル６０６ｂまたは類似の温度センサであって、原料供
給電極の温度を、８００乃至１０００”Ｆの範囲内で一
定に維持するために慣用のフィードバック制御回路によ
り電極の温度に応答するものを設けてもよい。

先の実施態様におけるように、基体およびその上に蒸着
すべき物質源は減圧室６００内に封入されるが、これは
ｉｏ−”トールに減圧すればよく、そうすれば蒸着を１
０−’トールの圧力で行うことができる。

物質供給電極６０２の端部にはアーク点弧用電極６０１
が設けられており、これは電気的に制御された往復駆動
機構６０７により電極２に向かい、かつこれから離れる
往復運動を行うことができる。

往復駆動機構は零電流検出器６０７ａに応答して操作す
ることが可能なので、アーク電流が完全に衰退すると、
電極６０１は左方へ移されて電極６０２の端部６０２ａ
と接触状態になり、次いでアークの再確立のために引離
される。アーク電流は脈動直流電源６０９およびこれを
横断するアーク安定装置６０８によってもたらされ、ア
ーク電流およびアーク電圧のパラメータは、これらの回
路エレメントによって５０乃至９０アンペアおよび３０
乃至６０ボルトの範囲内に調節される。

実際に一度アークが飛ばされたことを示す装置を用いる
と、アークそれ自体、蒸発効果または他の電磁的な現象
が矢印Ａで示すように、物質供給電［！６０２の全長に
わたるアーク点弧位置および蒸着が起こる場所に一般に
らせん形すなわちスパイラル状に進行するように思われ
るが、前記物質供給電極はこの現象を、すなわち長さを
越えて被り、その場所でアークが衰退するまでそれは有
効である。

電極６０２からの物質損失は第７図中の点鎖線６０２ｂ
で示すようにそれを徐々にテーバのついた形状に変形さ
れる。

このテーパーが基体からの電極の後退を生ずるという事
実は何ら重大な問題を生じない。それは最大の析出物が
最大の後退領域であり、従ってそれが基体に沿って進行
すると、最終的な被膜は非常に均一となるからである。

本発明の装置は、非常に薄いコーテイング物質をもって
感温物質コーティングするに際して特に有用である。こ
れはこのコーティングが特に迅速であり、そして基体を
顕著に加熱することな（、蒸着を行うことができるから
である。

Ｋ１血１ 図示の形状を有する銅電極６０２が支持体管中に支持体
からの電極６０２当初間隔約１０ｃｍをもって設置され
る。Ｎ極は温度９００　”Ｆ　（約４８２℃）に維持し
て、アークを先に述べた方法において一端に点弧する。

アーク電流は約７０アンペアであり、そしてアークを形
成するために電極６０１を引離した後に印加される電圧
は約４０ボルトである。これらの条件下での電極６０２
からの蒸発速度は実施例１における蒸発速度を超える。

第８図には、ケイ素の溶融に用いるタイプの石英るつぼ
７１０にケイ素コーティング７１０’を適用するための
構成が示されており、ケイ素のメルトからケイ素の単結
晶バーを引上げることができ、これは引続（シリコンウ
ェー八へのスライス用であり、また半導体産業において
用いられるものである。本発明によれば、るつぼの内表
面はサンドブラストを掛けられ、そしてるつぼは減圧室
内に配置される前に、たとえば温度２００乃至６００℃
に予熱される。一対のケイ紫電ｆｉ７０１および７０２
はるつぼ内で互いに近接配置されており、符号６０７で
示したようなタイプの電極往復装置を利用し、電極は矢
印７０７ａおよび７０７ｂで示すように合わさり、次に
分離し、その結果それらの電極は接触し、次いで引離さ
れてアークを点弧する。既に説明したタイプのものであ
ってもよい電源は７０９で示される。再びアーク電流は
５０乃至９０アンペア、そしてアーク電圧は約３０乃至
６０ボルトであればよい、特にケイ素を、たとえば第７
図の実施態様に用いられたのと類似の方法により最初に
加熱した場合には、可成り均一で、非常に密着性の良い
ケイ素コーティングが得られる。

窒素雰囲気がアークの領域に放出された場合には、析出
物は窒化ケイ素ＳｉＮ４から成る。電極の一方が炭素か
ら構成される場合には、炭化ケイ素析出物が形成される
。どんな基体を、純粋Ｓｔまたは上述したその他のコー
ティングの一種類で被覆するためにも同一のシステムを
用いることができる。最初のアークが生成された後、電
極を冷却することができる。

第９図にはセラミック基体８１０の大面積コーティング
用の装置が示されており、これは減圧室内への導入に先
立って、その被膜受容表面をサンドブラストした後、基
体の下面に沿うバーナ８２０の移動により最初に予熱し
てもよい。電極８０１は耐熱金属またはニッケルから構
成されればよく、そしてこれはアクチュエータ８０７を
経由して、これも同一の金属から構成されてよい対面電
極８０２と接触するように押され、かつそれから離れる
ように引込められる。

電源は８０９により示される。電極はここではトラック
８２１上に装着され、そして基体に沿って移動されるの
で、アークは反覆的に点弧され、かつアークが全アッセ
ンブリを収容する減圧室内で電極８０１に沿って移行す
る結果、基体の全表面が第７図に説明した原理を利用し
てコーティングされる。

及嵐皿ユ 第９図に示した原理により作動する装置を用いると、タ
ングステン電極を使用して、酸化アルミニウムプレート
が、厚さｌ乃至２ミルのタングステンでコーティングさ
れる。最大電極間隔約４ｍｍについてアーク電流は５０
アンペア、アーク電圧は４０ボルトである。電極の直径
は約１ｃｍであった。タングステンのコーティングはア
ルミナプレートに対し高度な密着性を有していた。

第１０図は本発明の方法を実施するための装置を非常に
図式的な状態で示している。この装置は、吸引ポンプ１
０１１により所望程度の真空、通常１０−ｓ乃至１０−
’トールに減圧できる室１０１Ｏを含んで構成される。

この室内に、図示しない方法により、セラミック基体１
０１２を配置し、そしてこれは図式的に１０１３により
示されるマスクにより遮蔽されるので、コーティングは
マスク内の窓１０１４により規定される領域内にのみ生
成させることができる。

減圧室内では、コーティングすべき基体の一部が一対の
電極、すなわち銅電極１０１５およびタングステン電極
１０１６に近接配置され、これらの電極には電磁モータ
（ソレノイド）１０１７および１０１８のような装置が
設けられていて、アークを点弧するためにこれら電極を
簡単に接触させ、次いでそれらを引離して分離させる。

装置１０１７および１０１８を周期的に励磁するパルサ
は符号１０１９により示されている。

電源は、整流器１０２１に接続されている交流電源１０
２０を含んで構成され、そしてこの整流器は転極器１０
２２を備えており、これはタイマー１０２３の制御の下
で電極１０１５および１０１６の極性を逆にすることが
できるものである。

正の極性とした銅電極１０１５および負の極性としたタ
ングステン１０１６を用いる操作において、電極を接触
させてタングステンを優先的に蒸発させ、その結果タン
グステンをマスク１０１３の窓１０１４を経由して基体
上に析出させた後、空隙の間に３０乃至１００アンペア
の電流を４０乃至１００ボルトで通過させることにより
アークを飛ばすことができる。コーティングの期間はタ
イマー１０２３により制御され、これは、厚さにおいて
ミクロンのオーダーのコーティングが行われた後、極性
を逆転させるので、銅電極１０１５は今や負の極性に転
じ、一方タングステン電極１０１６は正の極性とされ、
その結果銅が電極１０１５から蒸発され、そして基体上
に蒸着される。

第１１図から理解できるように、得られた物品は、たと
えば酸化アルミニウムから成る基体１０３０を備えてお
り、これは銅コーテイング１０３２を載置しているが、
より薄い耐熱金属コーティング１０３１によって区分さ
れている。

夫血Ｊｌ 説明した原理を利用して、電流約７０アンペア、電圧８
０ボルト、そして真空約１０１トールとすれば、酸化ア
ルミニウムプレートは、厚さ約８ミクロンのタングステ
ンと、約０．００２インチの厚さの銅でコーティングさ
れる。密着圧が測定され、このコーティングに関しては
５００乃至７００ｊ２ｂ／ｉｎ”　　（約３５〜約４９
Ｋｇ／ｃｍ”）（被膜を除去するのに要する力）である
ことが判明している。同一条件下で同一厚さの銅コーテ
イングを同一基体に施すと、密着性はわずか６乃至８ｊ
２ｂ／ｉｎ”（約０．４２〜約０．５６Ｋｇ／ｃｍ”　
）となる。直接の銅対セラミック接合は、ハンダ接続を
行ったときの機械的および熱的影響の双方について敏感
であることが見出されており、−力木発明により形成さ
れた銅／タングステン接触によれば、このような過敏性
は全く見られなかった。

タングステンをモリブデン、チタンおよびジルコニウム
で置換し、そしてこれらの耐熱金属を互いに組合わせ、
かつタングステンを中間層とすることにより実用上同一
の結果を得ることができた。

同様に、高度の密着性が、ニッケル、金、銀およびそれ
ら相互から成る合金と銅とにより得られた。

第１２図は第１０図の装置の変形であり、この場合ポン
プ１１１１により減圧される室１１１０は、複数の金属
によりコーティングされるべきセラミック基体１１１２
を収容している。この場合、通常の電極１１１６および
バルサ／タイマー１１１９により駆動される、そのアク
チュエータ１１１８の他に、夫々銅と金から成る一対の
対抗電極１１１５および１１１５ａが夫々各アクチュエ
ータ１１１７および１１１７ａを備えている。

対向電極アッセンブリは駆動機構を有するトラック１１
２４上に設けられており、この駆動機構は一点鎖線によ
るその移動位置における電極１１１５の図示により例示
されるように２本の電極を左方へ移動させることができ
るものである。

勿論、その移動位置において、電極１１１５ａは通常１
１１６と整列する。第１０図に関連して説明したように
、転極器１１２２がここでもまた、設けられており、ま
た装置は整流器１１２１を経由する交流線路１１２０か
ら付勢される。

この操作の態様において、いったん室が減圧されると、
アクチュエータ１１１７および１１１８は作動されて電
極１１１５および１１１６を共に移動させ、そしてそれ
らを離してアークを点弧させるが、タングステンの電極
１１１６は正の極性とされ、一方銅の電極は負の極性と
される。

この方法を、タングステンの最初のコーティングが所望
の厚さとなるまで、説明した方法により継続する。

第１３図から理解できるように、この方法はタングステ
ン電極１０１６の浸蝕をもたらすだけではなく、それは
また銅電極１０１５上に少量の析出物１１２５をもたら
す。

極性を逆転して、すなわち銅電極１０１５を正の極性と
し、一方タングステン電極を負の極性として、アークを
点弧し、そして蒸発を銅電極から行わせれば、第１３図
に厚みを拡大しであるタングステン析出物１１２５が銅
と共に蒸発し、その結果混合タングステン／銅析出物が
接合面として生成される。

第１４図には、たとえば１１３１で示されるタングステ
ン層によりコーティングされている基体１１１２が示さ
れている。次に、電極１１１５と１１１６との間へのア
ーク点弧による上記の生成を継続することにより銅コー
テイング１１３２を適用する前に混合され、またはタン
グステン１１１２６が前記基体に施される。

銅コーテイングが所望の厚さに達したとき、電極アッセ
ンブリ１１１５．１１１７を左方へ移行させてアッセン
ブリ１１１５ａ、１１１７ａと置換し、アークを電極１
１１５ａ、１１１６間に飛ばして銅コーテイング上に金
の１ｉｌ１３３を析出させる。

制御器１１２７を電極移動装置１１２４、パルサ／タイ
マー１１１９および転極器１１２２のために設けてもよ
く、プログラムしたマイクロプロセッサにより制御して
、所望の層厚さが達成されたとき極性の逆転および電極
の切換えを行うようにしてもよい。

去」１江旦 銅電極を全電極で置換えた他は実施例４の方法を実施す
る。同一の真空および類似のアーク点弧を用いたとき、
銅蒸着で列挙した条件下で金の５ミクロンのオーダーの
範囲におけるフラチツコーティングが銅コーテイング上
に析出した。

密着性は減少せず、かつ得られた金層はマクロ電子目的
にとって理想的な接触となることが判明した。銅および
タングステン間の界面についての研究は、銅電極からの
タングステン微量析出物の蒸発が確認される混合転移部
１１２６を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様により蒸着を行うための装
置を示す立面における線図、第２図は他の装置を示す類
似の図であるが、この場合真空蒸着した物質が垂直方向
往復電極上に集められる線図、第３図は金属のプールの
下方に配置された基体上に物質を蒸着させる装置を線図
状に示す垂直断面図、第４図は本発明の他の実施態様を
示す第３図に類似の断面図、第５図は本発明のよる基体
す上に物質を蒸着させる他の装置を示す軸方向横断面図
、第６図は本発明の方法を実施するための非常にコンパ
クトな小型装置を示す軸方向横断面図、第７図は本発明
を実施するための他の装置を示す線図的横断面、第８図
は本発明の、半導体ウェーハ製造に用いる石英るつぼコ
ーティングへの適用を示す線図的断面図、第９図は本発
明によるセラミック支持体に対する大面積コーティング
の適用を示す更に他の装置に関する線図、第１０図は本
発明によるセラミックコーティング法を実施するための
装置を示す線図、第１１図は本発明の生成物をより大き
な比率で描いた横断面図、第１２図は第１０図に類似す
るが、本発明を実施するための他の装置を示す線図、第
１３図は第２層着手前の第１層に関する金属の蒸着の間
に得られる効果を示す概略側面図、そして第１４図は第
２層の場合の生成物による横断面図である。 ｌ・・・金属電極、２，１０２・・・電極本体、３゜１
０３・・・プール、４，１０４，３０４，４０４゜５０
４・・・アーク、６，１０６，４０６，６０６・・・温
度調節器、７，１０７，２０７，４０７・・・電極供給
装置、１０，２１０，３１０，４１０゜５１０．６０２
ａ、１０３０・・・基体、１０１゜２０１−・・上部電
極、１０９，２０９，３０９゜４０９・・・直流電源、
１１２・・・垂直往復装置、２１７．３１７・・・るつ
ぼ、３０１，４０２゜５０１．８０１，１０１５，１０
１６，１１１５゜１１１５ａ、１１１６・・・電極、７
１０・・・石英るつぼ、８１０，１０１２．１１１２・
・・セラミック基体、１０１０・・・室。

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック物質に耐火性金属の薄層を設ける工程
   と、 その後セラミック物質を前記層に対し結合させる工程と
   を備えたセラミックに前記物質を結合させる方法。
2. （２）前記物質が高導電率金属である特許請求の範囲第
   １項記載の方法。
3. （３）前記高導電率金属が銅、金、銀またはそれらの合
   金である特許請求の範囲第２項記載の方法。
4. （４）前記耐火性金属がタングステン、モリブデン、チ
   タン、ジルコニウムまたは合金あるいはそれら組合せで
   ある特許請求の範囲第３項記載の方法。
5. （５）前記耐火性金属が前記基体にミクロンのオーダー
   の厚さで設けられ、そして前記金属が略０．００１乃至
   ０．０２インチの厚さで設けられる特許請求の範囲第４
   項記載の方法。
6. （６）前記高導電率金属が略０．００１乃至０．００２
   インチの厚さで設けられ、そして前記耐熱金属が５乃至
   １０ミクロンの層をもって設けられる特許請求の範囲第
   ５項記載の方法。
7. （７）前記高導電率金属が銅であり、そして前記耐火性
   金属がタングステンである特許請求の範囲第６項記載の
   方法。
8. （８）前記金属の夫々は減圧室内で一対の電極間にアー
   クを飛ばして各金属を前記電極の一方から蒸発させるも
   のである特許請求の範囲第６項記載の方法。
9. （９）前記耐火性金属から成る電極を前記高導電率金属
   から成る電極と近接させ、前記電極同志を接触させ、か
   つ引離して前記アークを飛ばし、そして前記両電極は当
   初一方向において正および負の極性を付与されて最初は
   前記耐火性金属を前記基体上に蒸着させ、その後極性を
   逆転して前記高導電率金属を前記基体上に蒸着させる特
   許請求の範囲第８項記載の方法。
10. （１０）第１層においてセラミック基体に密着せしめら
    れた薄い耐火性金属と、前記第１層に密着せしめられた
    高導電率金属からなる第２の比較的厚い層とを備えるセ
    ラミック基体とを含んで構成されることを特徴とするセ
    ラミック体。
11. （１１）第１の金属から成る第１電極を第２の金属から
    成る第２電極と互いに近接させ、そして基体に室内で前
    記電極を蒸気収容関係をもって蒸着させる工程と、 前記室を減圧する工程と、 一方の電気的極性を前記第１電極に、そして他方の電気
    的極性を前記第２電極に適用して、前記第１電極から選
    択的に金属を蒸発させ、かつそれを前記基体上に蒸着さ
    せながら前記減圧室内で前記両電極間にアークを飛ばす
    工程と、 その後、前記両電極の極性を逆転し、かつそれら電極間
    にアークを飛ばして前記第２電極から金属を、先に前記
    基体上に蒸着した前記第１電極からの金属上に選択的に
    蒸着する工程と、 その後、前記電極の一方を置換電極と近接させ、そして
    前記置換電極と前記室内の電極の前記一方との間にアー
    クを飛ばして前記置換電極からの金属を蒸発させ、かつ
    それを前記基体上の前記第２電極の金属から成る前記層
    上に蒸着させる工程とを含んで成ることを特徴とする基
    体上に多層金属被膜を形成する方法。
12. （１２）前記基体がセラミックである特許請求の範囲第
    １１項記載の方法。
13. （１３）前記第１電極が耐熱金属から構成される特許請
    求の範囲第１１項記載の方法。
14. （１４）前記耐熱金属がタングステン、モリブデン、チ
    タン、ジルコニウムおよび合金ならびにそれらの組合せ
    から成る群から選択される特許請求の範囲第１３項記載
    の方法。
15. （１５）前記第２および置換電極の少なくとも一方が、
    ニッケル、銅、金、銀およびそれらの合金から成る群か
    ら選択された金属から構成される特許請求の範囲第１１
    項記載の方法。
16. （１６）前記第１電極の金属から成る層がミクロンのオ
    ーダーの厚みにおいて適用され、そして前記第２および
    置換電極の一方により形成される層が０．００１乃至０
    ．０２インチの厚さを有する特許請求の範囲第１１項記
    載の方法。
17. （１７）異なった金属から成る一対の電極を、室内にお
    かれた基体と近接させる工程と、 前記室を減圧する工程と、 前記電極の一方に一つの極性を、そして前記電極の他方
    に反対の電気的極性を付与し、そしてそれらを接触かつ
    引離して電極の前記一方から物質を蒸発させ、かつ蒸発
    させた物質を第１層中の前記基体上に蒸着させ、この場
    合前記物質の一部分を同時に前記電極の他方上に移行さ
    せる工程と、その結果、前記電極の電気的極性を逆転さ
    せ、そしてアークをそれらの間に飛ばして前記部分を包
    含する前記他方の電極から物質を蒸発させ、かつ前記両
    電極からの物質より成る混合層を、転移層として、前記
    第１層上に蒸着させ、その後前記第２電極からの物質を
    前記転移層上に蒸着させる工程と を含んで成ることを特徴とする基体をコーティングする
    方法。
18. （１８）前記基体がセラミックである特許請求の範囲第
    １７項記載の方法。
19. （１９）電極の前記一方の物質が耐熱金属である特許請
    求の範囲第１７項記載の方法。
20. （２０）前記耐熱金属がタングステン、モリブデン、ジ
    ルコニウムまたは合金あるいはそれらの組合せである特
    許請求の範囲第１９項記載の方法。
21. （２１）前記他方の電極がニッケル、銅、金、銀または
    それらの合金から構成される特許請求の範囲第１７項記
    載の方法。
22. （２２）電極の前記一方がタングステンから構成される
    特許請求の範囲第１７項記載の方法。
23. （２３）前記他方の電極をその後、電極の前記一方との
    整列から移行させ、そして置換電極により置換え、それ
    に対し前記室内でアークを飛ばして物質を前記他方の電
    極の前記物質上に更に蒸着させる特許請求の範囲第１７
    項記載の方法。
24. （２４）室と、 前記室を減圧するための機構と、 前記室内に位置してコーティングされるように配置され
    た基体と、 前記室内で互いに近接された一対の第１電極と、前記電
    極に対し、電位を付与する機構であって、この場合前記
    電極の一方は一つの電気的極性を有し、そして電極の他
    方は反対の電気的極性を有するものと、 前記電極を接近させ、かつそれらを引離して前記電極間
    にアークを飛ばし、第１層における前記基体上への蒸着
    のために電極の前記一方の物質を選択的に蒸発させる機
    構と、 前記電極上の極性を逆転させ、それにより前記電極がア
    ークを発生し、電極の前記他方から前記第１層上に選択
    的に物質を蒸着する機構と、前記室内において最初に述
    べた電極の一方を置換電極で自動的に置き換え、そして
    アークを最初に述べた電極の残りの一方と前記置換電極
    との間に飛ばして、前記置換電極の物質を選択的に前記
    基体上に蒸着する機構と を含んで構成されることを特徴とする前記特許請求の範
    囲の各項のいずれかに記載の基体を多層コーティングす
    る装置。
25. （２５）前記特許請求の範囲第２〜２３項のいずれか１
    項に記載の方法によりつくられた物体。