JPH03294473A

JPH03294473A - イオンプレーティング装置

Info

Publication number: JPH03294473A
Application number: JP9410090A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Suzuki; 一弘鈴木; Masao Iguchi; 征夫井口; Yasuhiro Kobayashi; 康宏小林
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-04-11
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1991-12-25

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ｌｃ［）　　（Ｈｏｌｌｏｗ　Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｄｉ
ｓｃｈａｒｇｅ）法にてイオンプレーティングを行う際
、蒸着膜の均一性、密着性にとくに優れた膜形成を高い
付着効率の下で可能にするための装置に関する。

（従来の技術）金属及びセラミックス膜を被成する技術としては、溶射
法、湿式めっき法、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法等がある。こ
の中でＰＶＤ法は高温（７００℃以上）雰囲気や有毒性
ガスを使用することなしに密着性のよい膜が得られると
ころに特徴がある。

中でもＨＣＤ法は、高密度プラズマが生成され易いため
、金属及びセラミックス膜を密着性よく被成できかつ、
反応性イオンプレーティング処理に適しており化学量論
的なセラミックス膜を安定して形成できる。

ＨＣＤ法イオンプレーティング装置について、特開平１
−２４０６４６号および２６８８６３号公報には、集束
コイルを蒸発経路に配し、この集束コイルにて発生した
磁場によりるつぼから蒸発した蒸発物を効率よく基板上
に集めることが記載されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら集束コイルは蒸発流の障害物となりやすい
上、集束コイルを支持している絶縁物に蒸発物が付着し
て絶縁不良を引起こし、異常放電が発生して機器の破損
をまねくおそれがある。またコイル間に蒸発物が付着す
ることによって短絡がおこり、磁場の強さの経時的減少
によってビームや蒸発イオンの集積度が低下する。さら
に長尺物を連続コーティングする場合は、搬送方向の蒸
気流等の障害となり、成膜速度低下の原因となることも
ある。これは広大物の固定コーティングにおいても同様
で、被処理物の周辺部の著しい成膜速度低下の要因とな
る。

上記の問題を解決するため、コイル高さをるつぼ高さと
同じにして蒸気流の経路から外したり、特開昭５８−７
３７７０号公報に示されるように、永久磁石をるつぼや
チャンバー内に組入れたりする等の試みもなされた。し
かしながらいずれの手法も、蒸発源場面での垂直方向の
磁場の強さは維持されるものの、蒸発源及び基板間に働
く垂直磁場が弱くなり、その磁力線も拡散して大部分が
るつぼ底部に向かうため、蒸発物イオンの基板への集積
度が低下し、成膜速度や膜質の低下をまねく。さらに、
永久磁石の場合はその場での磁場の強さの制御ができず
、プラズマビームの集積度等を変化させることはできな
い。

（発明が解決しようとする課題）そこでこの発明は、高速成膜の下に長時間の安定稼働を
達成し得るイオンプレーティング装置を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段）発明者らはＨＣＤ法イオンプレーティング装置に関し種
々の検討を行った結果、極間に空隙部を有する電磁石を
用い、その空隙部にるつぼと基板を設置することによっ
て上記の問題を解決できることを確認し、この発明を完
成するに到った。

すなわちこの発明は、真空槽内に、蒸発源を収容したる
つぼと、中空陰極及び基板とを配置するイオンプレーテ
ィング装置において、真空槽内に設置した電磁石の極間に設けた空隙部に、る
つぼ及び基板を配置してなるイオンプレーティング装置
である。

この発明に従うイオンプレーティング装置を第１図に示
す。

図中１は真空チャンバーであり、排気口２から、図示し
ない真空ポンプにより初期真空度（約１Ｏ−５ｔｏｒｒ
台）までの排気がなされる。３はホローカソードでその
内部で発生させたプラズマを利用して電子ビームを放出
し、るつぼ４内の蒸発源５を加熱そして蒸発し、同時に
その蒸発物をイオン化する。このときのイオン化率は５
０％以上となる。６はスティンガーロッドであり、ホロ
ーカソード３を支持するとともに、プラズマソースガス
（Ａｒ）とビーム電力を供給する。

そして７はビーム電源、８は反応ガスを導入する反応ガ
ス導入口、９は基板、１０はバイアス電源で、基板９に
負の電圧を印加し、蒸発イオン及び反応ガスイオンを加
速し、基板９上に密着性よく反応性膜を被成するのに役
立てる。なお反応ガスを用いない被膜の場合には、反応
ガス導入口は必要ないのはもちろんである。

また１１はるつぼ４（蒸発源５）、ホローカソード３及
び基板９を配置する空隙部１２を有する磁心、１３はこ
の磁心１１に付帯させた励磁コイルであり、この励磁コ
イル１３に励磁コイル電源１４より直流電流を供給し、
磁心１１を励磁して電磁石とする。

さらにこの発明に従うイオンプレーティング装置の他の
例を第２図に示す。この装置は長尺物のイオンプレーテ
ィングのため、第１図の装置にコイルの払出及び巻取装
置を付設したもので、したがって第１図の装置と同じ働
きをするものには同一番号を付した。図中１５は払出ロ
ール、１６は巻取ロール、１７は加熱ヒーターであり、
基板９を払出ロール１５より払出し、加熱ヒーター１７
にて予備加熱を施してから、イオンプレーティングによ
る被膜被成後巻底ロール１６にて巻取る。

（作　用）さて上記のイオンプレーティング装置において、励磁コ
イル１３によって発生させた磁力線は磁心１１の一方の
極と他方の極との間の空隙部１２を通り、したがって磁
力線は空隙部１２に配したるつぼ４、蒸発源５及び基板
９をそれぞれ通る。すると電子ビームや蒸発物イオン及
び反応ガスイオンは、空隙部１２にて、これら磁力線に
からみつき、ローレンツ力を受けながら磁力線のまわり
を磁力線に沿ってらせん状の運動をしながら、空隙部１
２に働く磁場によって、電子ビームはるつぼ４内の蒸発
源５に、一方蒸発物イオン及び反応ガスイオンは基板９
に、それぞれ集積することになる。

特に電磁石を用いることによって、磁力線がるつぼ４及
び基板９に集中するため、るつぼ４及び基板９のそれぞ
れの垂直方向磁場は強くなり、電子ビーム及び蒸発物イ
オン等の集束度を高めることができ、蒸着効率の向上に
よって成膜速度は高速化する。

しかも蒸発経路に集束コイルを配した場合と異なり、蒸
気流や蒸発イオン等の障害となるものがないため、長尺
物の連続コーティングや大面積の基板の固定コーティン
グの際においても、成膜速度の向上や膜厚分布の均一化
をはかれる。

さらに蒸発物の付着というものがないため、絶縁物の絶
縁不良による短絡や異常放電の発生、そしてコイル間短
絡による磁場の変化によるプラズマ電子ビームの特性変
化や、成膜速度及び膜質の経時変化が皆無となる。

またこの発明は金属膜成膜、セラミックス膜成膜のいづ
れも適応できる。

（実施例）１施璽工第１図（発明例）及び、第３図（比較例１）に示す装置
、さらに第３図の装置に集束コイル１８をはずして第４
図又は第５図に示するつぼを適用した装置（比較例２及
び３）を、それぞれ表１に示す各仕様において用い、さ
らに下記に示す共通条件下で、ステンレス鋼板　（ＪＩ
Ｓ規格；５ＵＳ３０４．０．２　Ｘ３００　Ｘ３００＋
＋＋ａ＋　）にＴｉＮの被膜を被成した。

ここに第３図の装置は、第１図の装置における電磁石に
代えて、集束コイル１８をるつぼ４と基板９との間に設
置したもので、その他の構成は第１図の装置と同様であ
り、また第４図はるつぼ４の周りの集束コイル１８の高
さを低くしたもの及び、第５図は集束コイル１８に代え
てるつぼ４内部に永久磁石１８を組込んだものである。

表　　１記ビーム出カニ　１００ＯＡ、５０Ｖ基板印加電圧；５０ｖ真空度（作動時）　　：　８　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ反応
ガス（Ｎ２）量：　１０００ｓｃｃ■るつぼ：高さ１０
０＋ｕｎ、径８０ｍｍΦるつぼ一基板距離：５００請ｍ蒸発源湯面上垂直磁場：　１００Ｇａｕｓｓまた両装置
における、るつぼ４内の蒸発源５の場面の広がりを同じ
にするため、つまり電子ビームの広がりが同じとなるよ
うに、るつぼ４直上の磁場の強さを同じとした。さらに
基板は両装置とも固定とし、第３図の装置における集束
コイル１８底面とるつぼ４底面は一致させた。

第６図に成膜速度分布を示すように、この発明に従う適
合例においては、比較例１〜３よりも高い成膜速度が得
られた。比較例１はるつぼ直上では適合例とほぼ同等な
成膜速度が得られているものの、端部の成膜速度の著し
い低下がみられる。

これは集束コイルが蒸気流及びイオン流の障害となるか
らである。比較例２及び３は基板上の垂直磁場が弱く、
磁力線も拡散するため蒸発イオンが発散してしまい低い
成膜速度しか得られなかった。

以上より、電磁石を利用するイオンプレーティング装置
ではより高い成膜速度が均一に得られることがわかる。

ｚ隻尉ｌ第２図による連続イオンプレーティング装置で、ステン
レス鋼板（ＪＩＳ規格；５Ｕｓ３ｏ４．０．２　ｔｘ５
００　ｗ）にＴｉＮ被膜を、下記に従って被成した（適
合例）。

記ビーム出カニ　１００ＯＡ、５０Ｖ基板印加電圧：５０ｖ真空度（作動時）　：　８　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ反応ガ
ス（Ｎ２）量：　１５００ｓｃｃ＋ａるつぼ：高さ１０
０ｍｍ、径８０＋ｗ＋ｏΦるつぼ一基板距離：　５００
ｍｍ蒸発源湯面上垂直磁場：　１００Ｇａｕｓｓまた比較と
して、第２図の装置において電磁石に代えて集束コイル
をるつぼと基板との間に設置した装置を用いて、上記と
同様の条件下で同様の処理を行った。なお集束コイルの
仕様は、２００ｓ＋ｍΦＸ１８ＴＸ３０Ｐ（表１参照）
である。

第７図に成膜速度分布を示すように、第２図の装置を使
用した場合は、ＴｉＮが搬送速度が２　＋ｓ／＋ｗｉｎ
にて平均２．５μｌ厚でコーティングされていることが
わかる。これに対して集束コイルをるつぼ周囲に設置し
た装置（比較例）を用いた場合は、同図に示すように成
膜速度は低く、この発明の装置は比較例よりも高い成膜
が可能である。

さらに第８図にその時の成膜速度の経時変化を示すよう
に、適合例では成膜速度がほぼ一定しているのに対し、
比較例では成膜速度が徐々に減少している。

また比較例では、異常放電もしばしば発生してそれによ
るスプラッシュが鋼板に付着した。しかもコーテイング
後には集束コイルの大量の付着物を除去する作業が必要
となった。

（発明の効果）この発明によって、ホローカソード法イオンプレーティ
ング装置の高速成膜化、長時間の安定稼働化及び保守の
簡略化を達成できるため、ホローカソード法イオンプレ
ーティングによる金属及びセラミックス被膜の工業化を
容易に達成し得る。

【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模
式図、第２図はこの発明に従う別のイオンプレーティング装置
の模式図、第３図は従来のイオンプレーティング装置の横築１図第６及び７図は基板幅方向の成膜速度分布を示すグラフ
、第８図は成膜速度の経時変化を示すグラフである。１・・・真空チアンバー　　２・・・排気口３・・・ホ
ローカソード　　４・・・るつぼ５・・・蒸発源　　　
　　　６・・・スティンガーロッド７・・・ビーム電源
　　　　８・・・反応ガス導入口９・・・基板　　　　
　　　１０・・・バイアス電源１１・・・磁心　　　　
　　　１２・・・空隙部１３・・・励磁コイル　　　　
１４・・・励磁コイル電源１５・・・払出ロール　　　
　１６・・・巻取ロール１７・・・加熱ヒーター第２図１３９９第５図第６図１ｎ［（順厚（μｍ）Ｎ　　　　　　（ＪＪ手続補正書（方式）１、事件の表示平成　２年２、発明の名称イオンプレーティング装置３、補正をする者事件との関係４１００第松願許植

Claims

【特許請求の範囲】

１．真空槽内に、蒸発源を収容したるつぼと、中空陰極
及び基板とを配置するイオンプレーティング装置におい
て、真空槽内に設置した電磁石の極間に設けた空隙部に、るつぼ及び基板を配置してなるイオンプレー
ティング装置。