JPH04218667A - イオンプレーティング装置 - Google Patents

イオンプレーティング装置

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Publication number
JPH04218667A
JPH04218667A JP7436991A JP7436991A JPH04218667A JP H04218667 A JPH04218667 A JP H04218667A JP 7436991 A JP7436991 A JP 7436991A JP 7436991 A JP7436991 A JP 7436991A JP H04218667 A JPH04218667 A JP H04218667A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crucible
outer layer
ion plating
hcd
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
JP7436991A
Other languages
English (en)
Inventor
Masao Iguchi
征夫 井口
Kazuhiro Suzuki
一弘 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
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Publication of JPH04218667A publication Critical patent/JPH04218667A/ja
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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】
【0001】
【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(Hollow Cat
hode Discharge) 法にてイオンプレー
ティングを行なう際、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イ
オンプレーティング用蒸発装置に関連している。
【0002】
【従来の技術】HCD法によるイオンプレーティング法
はイオン化率がきわめて高いため、その他の方法に従う
イオンプレーティングよりも蒸着膜質が良好で、かつ基
板との密着性にもすぐれている上に、HCD法では反応
ガス流量、真空度、バイアス電圧、基板温度、基板の前
処理など条件が多少変動したとしても容易にしかもスム
ーズな順応がみられるところにも、大きい利点がある。
【0003】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(1984)、粉末および粉末冶金32(19
85)P.55 〜60に解説されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】現在使用されているプ
ラズマ発生用中空陰極すなわちHCDガンは材質がTa
 よりなり、その一本当り耐久寿命が約 100〜15
0hr しかもたず、これをこえてコーティングに使用
できないため非常に高価(一本当り40〜100 万円
)につき、これがコーティング費用の約30〜50%を
占めるので安価で長時間安定して使用できるHCDガン
の開発が望まれている。
【0005】現在のHCD法によるイオンプレーティン
グ法では最初のHCDのビームスタートを容易ならしめ
るように蒸発物質たとえばTiの溶解を起こしやすくす
るため倒立L形に曲げたTaのHCDガンが主に使用さ
れている。このためサブストレイト上にたとえばTiN
 のセラミックコーティングを行なう際にHCDガンの
真上でコーティング膜が薄くなるという欠点があるだけ
でなく、またこのような形状のHCDガンは高温のTi
蒸気流の衝突によってやせ細るという欠点もあった。
【0006】最近発明者らはHCDガンのコストを低減
させるため従来のTaのHCDガンに代わってグラファ
イトHCDガンを開発した。しかしこのグラファイトH
CDガンは従来のTaのそれに比較して製造コストが1
/20〜1/100 になるという利点があるものの、
HCDガンに要求される放電特性、なかでも長時間安定
して使用し得ることの要請には必ずしも最適とはいえな
いことが判明した。
【0007】そこで外側層をグラファイト、内側層には
Ta,W又はLaB6を用いた同心2重層のHCDガン
について検討したことろ、安価であるにも拘わらず放電
特性が良好で、しかも長時間安定して使用でき、HCD
ガンとして画期的と云えることが判った。しかしながら
このような2重層HCDガンは外径が過大になるためH
CDガンの真上に相当するサブストレイト部分のコーテ
ィング膜が薄くなるという傾向がかなり助長され、さら
にこのように大外径のHCDガンを使用するとHCDガ
ンの直上ではガンの赤熱によるサブストレイトへの伝熱
の不均一が起こり、その解決が迫られるに至った。
【0008】また中空陰極のビーム射出方向を蒸発源表
面に対して横向き又は斜め下向きに設定することも可能
であるが、高温のプラズマビームに晒されて中空陰極に
変形が生じ、ビームの均一な発生が困難になる問題があ
る。
【0009】従って上記のような種々の欠点を除去し、
1000A程度又はそれ以上の大容量HCDガンを用い
て大量蒸着を行う、イオンプレーティング装置を提供す
ることが、この発明の目的である。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的は次の事項を
骨子とする構成によって有利に充足される。すなわちこ
の発明は、真空槽内に、蒸発源を収納した複数のるつぼ
と、るつぼに対応するプラズマ発生用の中空陰極、サブ
ストレイトおよび反応ガス導入口とを配置する、HCD
法イオンプレーティング装置において、るつぼの外側に
、るつぼからサブストレートの直近までの蒸気移動径路
を囲む集束コイルを設置し、中空陰極は、Ta, W,
 Ta及びWの複合物そしてLaB6 よりなる群のう
ちから選んだ少なくとも1種よりなる内側層、この内側
層の外周を覆うグラファイトの外側層及びこの外側層の
外周を囲む集束コイルと、さらに軸周りの回転機構及び
軸方向の送出し機構とをそなえ、るつぼ内蒸発源表面に
対し横向き又は斜め下向きのプラズマビーム射出方向を
定めて設置してなるイオンプレーティング用蒸発装置で
ある。
【0011】また中空陰極の外側層の外周を取囲む集束
コイルをセラミックスで被覆するとともに、外側層と離
隔して外側層に一体に固定することは、外側層及び集束
コイル間の放電を防止する上で有利である。
【0012】さらにるつぼ近傍の外側に、プラズマビー
ムを左右・前後に揺動する装置を付設することが、成膜
を均一化するのに有利である。
【0013】
【作用】さて、図1にこの発明のイオンプレーティング
用蒸発装置を用いる、バッチ式のHCD法イオンプレー
ティング装置を模式的に示し、1はサブストレイト、2
は反応ガス導入口、3はるつぼ、4は蒸発源(例えばT
i)、5は高真空引き用の排気口、6は真空槽、7はH
CDガン、8はるつぼ3からサブストレイト1までの蒸
気移動径路を囲む集束コイル、9はプラズマビーム、1
0はHCDガン7の外周に配設した集束コイル、11は
反応ガスの導入管、12はその冷却管、そして13は導
入管11に電圧を印加して反応ガスのイオン化を促進す
る電圧印加装置である。15は揺動装置でプラズマビー
ムを矢印9′のように左右に揺動し、サブストレイト1
に均一に成膜できる。また図3にはこのプラズマビーム
を左右1,1′・前後2,2′に揺動(揺動速度は0.
5 〜100 Hzが適切である)するときの模式図を
示す。すなわち図3に、図1の15のビーム揺動装置の
詳細模式図を示す。プラズマビームを左右に揺動する際
には図3の模式図の1,1′のコイル、上方にプラズマ
ビームを揺動する場合には2,2′のコイルを用いて行
なう。
【0014】HCDガン7はグラファイトの外側層7−
1とこの例でTaの内側層7−2とを一体に組合せてな
り、外側層7−1及び内側層7−2の間は一定の空隙に
て離隔する。さらにこれらの層間での放電も防ぐため、
図示を省略したが、内側層7−2とるつぼ内の蒸発源4
とが通電できるようにしてある。これによってこのHC
D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。なお内側層7−2はTaのほか、W、La
B6 又は、Ta及びWの複合物(高温部はW、低温部
はTaとしたもの)を用いることが可能である。
【0015】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ができ、長時間
安定したプラズマビームの供給が確保できる。ここに送
り機構7−3は、るつぼの中心位置にビームを集束させ
ることができるように、カソードの消耗を考慮して微小
調整ができるようにしてある。すなわちモニターでビー
ムの位置を検知し、それを送り機構7−3にフィードバ
ックする。
【0016】さらにHCDガン7は、中空陰極の軸を中
心とした回転(同図矢印参照)をHCDガン7に与える
回転機構7−4によって、高温のプラズマビーム照射中
に発生する中空陰極の曲がりなどの変形を防止し、長時
間の安定したビーム発生を行う。特に横向きのHCDガ
ンは、カソードの重量で下方に曲がるようになるため、
モニターで位置の検出を行なって、7−4の回転機構に
フィードバックできるようにする。
【0017】なお図中7−5はHCDガンの電源、7−
6はAr ガスの供給口を示す。さらに10は外側層7
−1のまわりの集束コイルである。この集束コイル10
は発生プラズマを細いプラズマビーム9に集束させ、こ
のプラズマビーム9をるつぼ3側の集束コイル8によっ
て下方に90°に曲げてビームを蒸発源4に導く、いわ
ゆるピアス形式になる。このように蒸発源4に対して直
角方向からビームを照射することで蒸発物を真上に立ち
上げ、次いで集束コイル8の内側で蒸発物を真上に導い
てサブストレイト1での均一な蒸着を達成する。
【0018】また図2に示すように、HCDガン7にお
ける外側層7−1のまわりの集束コイル8をセラミック
ス14で一体に覆って絶縁コイルとなし、これをカソー
ドである内側層7−2と一体化することにより、外側層
7−1と集束コイル8との放電を防止することができる
。 なおこの場合はセラミックス14によって蒸気流からの
アタックが内側層7−2に及ばないため、外側層7−1
を省略することも可能である。
【0019】さらにHCDガン7は、Ta, W又はL
aB6 のいずれを用いてもよいが、例えばプラズマが
主に発生する領域、すなわち頭部の高温域をW製に、一
方プラズマ発生の少ない領域、すなわち基部の低温域を
Ta製とすることもできる。
【0020】なおこの発明の装置の適用例としてバッチ
式のイオンプレーティング装置を示したが、大型の連続
式イオンプレーティング装置においても有効で、この場
合サブストレイト、すなわちイオンプレーティングされ
る鋼板は、イオンプレーティング領域に至る入側で順次
真空度をあげた差圧室列を通過し、また出側では順次真
空度を下げた差圧室列を通過してゆくエア・トウ・エア
(Air−to−Air) 方式にて、つまり差圧室相
互間における圧力差を維持しつつ長尺材の連続的な通過
を誘導する差圧シール方式によって容易に実現され得る
【0021】またプラズマビームの発生条件は、加速電
圧:50〜100V, 電流:500 〜5000A,
バイアス電圧:20〜150Vで、サブストレイト温度
:200 〜800 ℃、さらに集束コイル8及び10
は1〜20V, 100〜1500A で励起する。
【0022】
【実施例】C:0.068wt%(以下単に%と示す)
,Si:3.45%, Mn:0.078%, Mo:
0.013%, Se:0.020%, Sb:0.0
25%を含有し残部は事実上Feの組成になる珪素鋼ス
ラブを熱延して 2.0mm厚とした後、950 ℃の
中間焼鈍をはさんで2回の冷間圧延を施して0.20m
m厚の最終冷延板とした。
【0023】その後830 ℃の湿水素中で脱炭・1次
再結晶焼鈍をほどこした後、鋼板表面上にMgO を主
成分とする焼鈍分離剤をスラリー塗布した後850 ℃
から10℃/hで昇温する2次結晶焼鈍後、1200℃
で乾H2 中で5時間純化処理を行った。
【0024】ついで鋼板表面上の酸化物を除去した後、
電解研磨により中心線平均粗さで0.05μm の鏡面
状態とした。
【0025】その後図1に示すこの発明のイオンプレー
ティング装置を用いて、 TiN膜を1μm 厚で形成
するイオンプレーティング処理を長時間(20時間)に
わたり行った。
【0026】なおHCDガンは頭部の高温域をW製、基
部の低温域をTa製とした複合タイプを用い、イオンプ
レーティング処理中は4時間毎に30°の回転及び1m
mの蒸発源側への送出しをそれぞれ行った。
【0027】このときのブラズマ発生条件は加速電圧7
5V、電流1500Aとして、HCDガン回りの集束コ
イル8及びるつぼ回りの集束コイル10励起条件はそれ
ぞれ表1に示すとおりとした。さらに図1に15で示し
た揺動装置を用いて、プラズマビームを30Hzで左右
に揺動した。なおこのときのバイアス電圧は50V、基
板温度は 400℃である。かくして得られた製品の磁
気特性および密着性を表1に併せて示す。
【0028】表  1 *  直径5mmφで180 ゜曲げを行なったときの
はく離の有無。**  中心部と端部の膜厚差を膜厚計
で測定した。表1から明らかなようにこの発明に従う装
置を用いて得られた製品は、被膜の均一性、密着性共に
著しく優れ、これは処理の後半においても同様であった
【0029】
【発明の効果】この発明によればHCD法イオンプレー
ティングによる、高能率下に、均一性の良好で密着性に
すぐれた蒸着膜の大量形成が長時間にわたり可能になる
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のイオンプレーティング装置の模式図
である。
【図2】中空陰極の断面図である。
【図3】ビーム揺動装置の模式図である。
【符号の説明】
1  サブストレイト 2  反応ガス導入口 3  るつぼ 4  蒸発源 5  排気口 6  真空槽 7  HCDガン 7−1  外側層 7−2  内側層 7−3  送り機構 7−4  回転機構 7−5  Ar ガスの供給口 7−6  HCDガンの電源 8,10  集束コイル 9  ブラズマビーム 11  反応ガス導入管 12  冷却管 13  電圧印加装置 14  セラミックス 15  ビーム揺動装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  真空槽内に、蒸発源を収納した複数の
    るつぼと、るつぼに対応するプラズマ発生用の中空陰極
    、サブストレイトおよび反応ガス導入口とを配置する、
    HCD法イオンプレーティング装置において、るつぼの
    外側に、るつぼからサブストレートの直近までの蒸気移
    動径路を囲む集束コイルを設置し、中空陰極は、Ta,
     W, Ta及びWの複合物そしてLaB6 よりなる
    群のうちから選んだ少なくとも1種よりなる内側層、こ
    の内側層の外周を覆うグラファイトの外側層及びこの外
    側層の外周を囲む集束コイルと、さらに軸周りの回転機
    構及び軸方向の送出し機構とをそなえ、るつぼ内蒸発源
    表面に対し横向き又は斜め下向きのプラズマビーム射出
    方向を定めて設置してなるイオンプレーティング装置。
  2. 【請求項2】  請求項1に記載の装置において、中空
    陰極の外側層の外周を取囲む集束コイルをセラミックス
    で被覆するとともに、外側層と離隔して外側層に一体に
    固定したイオンプレーティング用装置。
  3. 【請求項3】  請求項1に記載の装置において、るつ
    ぼ近傍の外側にプラズマビームを左右・前後に揺動する
    装置を付設してなるイオンプレーティング装置。
JP7436991A 1990-04-05 1991-03-15 イオンプレーティング装置 Pending JPH04218667A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7436991A JPH04218667A (ja) 1990-04-05 1991-03-15 イオンプレーティング装置

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2-89046 1990-04-05
JP8904690 1990-04-05
JP7436991A JPH04218667A (ja) 1990-04-05 1991-03-15 イオンプレーティング装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04218667A true JPH04218667A (ja) 1992-08-10

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ID=26415508

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JP7436991A Pending JPH04218667A (ja) 1990-04-05 1991-03-15 イオンプレーティング装置

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JP (1) JPH04218667A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015000988A (ja) * 2013-06-13 2015-01-05 住友重機械工業株式会社 成膜装置
JP2016079456A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 住友重機械工業株式会社 成膜装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015000988A (ja) * 2013-06-13 2015-01-05 住友重機械工業株式会社 成膜装置
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