JPH0477074B2 - - Google Patents
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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イング装置、なかで
もいわゆるHCD（Hollow Cathode Discharge）
法にてイオンプレーテイングを行う際、良好な膜
質の被膜形成を可能にするための大量蒸着用
HCD法イオンプレーテイング装置に関する。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) This invention relates to an ion plating device, particularly a so-called HCD (Hollow Cathode Discharge).
For large-volume deposition to enable the formation of films with good film quality when performing ion plating using the method.
Regarding HCD method ion plating equipment.
（従来の技術）
プラズマを利用したイオンプレーテイング法が
TiN，TiC，Ti（CN）等のセラミツクコーテイ
ングに適用されている。イオンプレーテイング法
としては、HCD法、EB（Electron Beam）＋RF
（Radio Frequency）法、マルテイ・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。(Conventional technology) Ion plating method using plasma
It is applied to ceramic coatings such as TiN, TiC, and Ti(CN). Ion plating methods include HCD method, EB (Electron Beam) + RF
Techniques such as (Radio Frequency) method, Maltei arc method, and arc discharge method are being implemented.
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0.05〜0.5μm／
minと比較的速いため、TiN，TiC，Ti（CN）あ
るいはCrNなどのセラミツクコーテイングに広く
利用されている。特にHCD法はN2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
ラミツクコーテイングを行うことができる利点が
ある。 Among these methods, the HCD method has an ionization rate of 20
~40%, which is high, and the deposition rate is 0.05~0.5μm/
Because it is relatively fast (min), it is widely used for ceramic coatings such as TiN, TiC, Ti(CN), or CrN. In particular, the HCD method has the advantage of being able to perform ceramic coating easily and smoothly even if the requirements such as N 2 gas flow rate, degree of vacuum, bias voltage, substrate temperature, and substrate pretreatment change slightly.
すなわち、HCD法によるイオンプレーテイン
グに関しては、金属表面技術35〔１〕p16〜24
（1984）、粉末および粉末冶金32（1985）p55〜60
に解説されている。 In other words, regarding ion plating using the HCD method, see Metal Surface Technology 35 [1] p16-24.
(1984), Powder and Powder Metallurgy 32 (1985) p55–60
It is explained in
（発明が解決しようとする課題）
ところで最近では、建築材等に用いる大表面積
の鋼板についても耐食性や装飾性あるいは耐摩耗
性の改善のためにホローカソード法の利用が試み
られているが、現状では実用化にまでは至つてい
ない。というのはこのような鋼板では、
１ 鋼板とセラミツク被膜との密着性が良好であ
ること
２ 大表面積に均一にセラミツク被膜をコーテイ
ングできること、
３ セラミツク被膜の膜質が良好であること、
４ 耐食性に優れていること、
などが要求されるが、従来のホローカソード法で
は上記のような条件を充分に満足することはでき
なかつたからである。(Problems to be Solved by the Invention) Recently, attempts have been made to utilize the hollow cathode method to improve the corrosion resistance, decorative properties, and abrasion resistance of steel plates with large surface areas used as construction materials, etc. However, the current situation is However, it has not yet been put into practical use. This is because such steel sheets: 1. have good adhesion between the steel sheet and the ceramic coating, 2. can coat a large surface area with the ceramic coating uniformly, 3. have good film quality of the ceramic coating, and 4. have excellent corrosion resistance. This is because the conventional hollow cathode method could not fully satisfy the above conditions.
上記の条件を満足するためには、蒸発物質のイ
オン化率を高めて高速成膜を行う必要がある。 In order to satisfy the above conditions, it is necessary to increase the ionization rate of the evaporated substance and perform high-speed film formation.
さて従来HCDガンの容量が300Aあるいは500A
程度の常用のイオンプレーテイング装置における
成膜速度は、例えばTiNコーテイングで0.05〜
0.5μm／min程度であり、またこのときイオン化
率も高々30〜40％程度であつたのに対し、近年成
膜速度を数μm／min程度まで上げるため、
1000Aあるいは1500A程度にも大容量の蒸発用
HCDガンの開発が進み、このようにHCDガンを
大容量化するとイオン化率が50％以上となつてイ
オンプレーテイングによる膜質が大幅に向上する
という利点がある。 Now, the capacity of conventional HCD guns is 300A or 500A.
For example, the film formation rate in a commonly used ion plating device is 0.05 ~ 0.05 for TiN coating.
At this time, the ionization rate was about 30 to 40% at most, but in recent years, the film formation rate has been increased to about several μm/min.
For large capacity evaporation of around 1000A or 1500A
As the development of HCD guns progresses, increasing the capacity of HCD guns has the advantage of increasing the ionization rate to over 50% and greatly improving film quality through ion plating.
ところがこのような大容量のHCDガンを用い
て、例えばTiNの成膜を行う場合、溶解したTi
のイオン化率は大幅に向上するが、反応ガスとし
てN2を単に真空槽内に導入したのでは良好な膜
質のTiN被膜は得難く、N2ガスのイオン化もは
かる必要があつた。 However, when using such a large-capacity HCD gun to form a TiN film, for example, the dissolved Ti
However, it is difficult to obtain a TiN film with good quality by simply introducing N 2 as a reaction gas into the vacuum chamber, so it was necessary to ionize the N 2 gas as well.
そこでこの発明は、上記のような種々の問題を
排除し、蒸発物質のイオン化のみならず反応ガス
のイオン化をも促進し得るイオンプレーテイング
装置について提案することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to propose an ion plating apparatus that eliminates the various problems described above and can promote not only the ionization of evaporated substances but also the ionization of reaction gases.
（課題を解決するための手段）
発明者らは膜質の良好な被膜を形成するための
条件について種々検討したところ、大容量の
HCDガンを用いると成膜の高速化およびイオン
化率の上昇をはかれること、集束コイルをるつ
ぼ近傍から基板直近までに配設することによつて
集束コイル内で良好なプラズマ蒸気流を作り出せ
ること、さらに高速成膜となつた場合反応ガス
のイオン化を促進するホローカソードが必要とな
る、との知見を得てこの発明を完成するに至つ
た。(Means for solving the problem) The inventors investigated various conditions for forming a film with good film quality, and found that
By using an HCD gun, it is possible to speed up film formation and increase the ionization rate, and by arranging the focusing coil from near the crucible to close to the substrate, a good plasma vapor flow can be created within the focusing coil. This invention was completed based on the knowledge that high-speed film formation requires a hollow cathode that promotes ionization of the reaction gas.
すなわちこの発明は、真空槽内に、蒸発用物質
を収容したるつぼ、蒸発用物質に電子ビームを照
射して、溶解、蒸発させると同時に蒸発物質をイ
オン化させるホローカソード、サブストレイトお
よび反応ガス導入口を配置する、HCD法イオン
プレーテイング装置において、さらに、るつぼか
らサブストレイトの直近までの蒸発物質移動径路
を取囲む集束コイルと、蒸発物質移動径路におけ
る反応ガスのイオン化を促進する反応ガスイオン
化用ホローカソードとを配置してなる大量蒸着用
HCD法イオンプレーテイング装置である。 That is, this invention includes a crucible containing a substance for evaporation in a vacuum chamber, a hollow cathode for ionizing the evaporation substance by irradiating the substance for evaporation with an electron beam to melt and evaporate the substance, a substrate, and a reaction gas inlet. In the HCD method ion plating apparatus, which is equipped with For mass deposition by arranging a cathode and
This is an HCD method ion plating device.
また実施に当り、反応ガスイオン化ホローカソ
ードは管と細線を筒状に巻いて成形したスパイラ
ル管との組合わせになることが有利に適合する。 Further, in practice, it is advantageous that the reactive gas ionizing hollow cathode is a combination of a tube and a spiral tube formed by winding a thin wire into a cylindrical shape.
（作用）
この発明に従うイオンプレーテイング装置は、
大量の蒸発用物質を溶解、蒸発させると同時に蒸
発物質をイオン化させるホローカソードとは別
に、反応ガスのイオン化を促進するホローカソー
ドを設け、さらに蒸発物質移動径路を集束コイル
で取囲むことによつて、蒸発物質および反応ガス
のイオン化促進を同時に達成し、成膜の高速化と
膜質の向上とを実現する。(Function) The ion plating device according to the present invention has the following features:
In addition to the hollow cathode that dissolves and evaporates a large amount of evaporation material and simultaneously ionizes the evaporation material, a hollow cathode that promotes ionization of the reaction gas is provided, and the evaporation material transfer path is further surrounded by a focusing coil. At the same time, the ionization of the evaporated substance and the reaction gas is promoted, thereby realizing faster film formation and improved film quality.
（実施例）
第１図にこの発明に従うイオンプレーテイング
装置を示す。(Example) FIG. 1 shows an ion plating apparatus according to the present invention.
図中１は物質の蒸発とこの蒸発物質のイオン化
を同時に行う蒸発用ホローカソード、すなわち
HCDガン、２はるつぼ、３は蒸発用物質、４は
集束コイル、５は反応ガスイオン化用ホローカソ
ード、６は帯電用冷却板、７はサブストレイト
（基板）、８は蒸発物質の蒸気流、９はイオン化し
た反応ガス流、１０は真空槽、そして１１は反応
ガス導入口である。 1 in the figure is a hollow cathode for evaporation that simultaneously evaporates a substance and ionizes the evaporated substance, i.e.
HCD gun, 2 is a crucible, 3 is an evaporation substance, 4 is a focusing coil, 5 is a hollow cathode for reactant gas ionization, 6 is a cooling plate for charging, 7 is a substrate, 8 is a vapor flow of the evaporation substance, 9 is an ionized reaction gas flow, 10 is a vacuum chamber, and 11 is a reaction gas inlet.
集束コイル４はるつぼ２からサブストレイト７
の直近までの蒸発物質移動径路を取囲んで設置
し、集束コイル４内に良好なプラズマ状態を実現
する。 Focusing coil 4 moves from crucible 2 to substrate 7
The focusing coil 4 is installed so as to surround the evaporation material transfer path up to the immediate vicinity of the focusing coil 4, thereby realizing a good plasma state within the focusing coil 4.
反応ガスイオン化用ホローカソード５は、真空
槽１０内に反応ガスを導入する反応ガス導入口１
１に接続する導入管の役目を担い、同時にこの反
応ガスのイオン化を促進するものである。 The hollow cathode 5 for reactant gas ionization has a reactant gas inlet 1 for introducing the reactant gas into the vacuum chamber 10.
1, and at the same time promotes the ionization of this reaction gas.
なお反応ガスイオン化用ホローカソード５を反
応カス導入口１１に接続させずに、反応ガス導入
口１１に新たに導入管を接続してもよい。 Note that a new introduction pipe may be connected to the reaction gas introduction port 11 without connecting the reaction gas ionization hollow cathode 5 to the reaction scum introduction port 11.
ここで蒸着用の物質を溶解しイオン化する
HCDガン１の容量は1000〜3000A、50〜150Vで、
一方反応ガスイオン化用ホローカソード５の容量
は50〜500A、５〜50V程度が有利に適合する。 Here, the substance for deposition is dissolved and ionized.
The capacity of HCD gun 1 is 1000~3000A, 50~150V,
On the other hand, the capacity of the hollow cathode 5 for ionizing the reactive gas is preferably approximately 50 to 500 A and 5 to 50 V.
次に第２図に、反応ガスイオン化用ホローカソ
ードの別態様を示す。 Next, FIG. 2 shows another embodiment of the hollow cathode for reactant gas ionization.
同図ａに示す反応ガスイオン化用ホローカソー
ドは、真空槽１０内に挿入して設置した管５ａと
この管５ａの先端に取付けた、細線を筒状に巻い
てなる２層構造のスパイラル管５ｂとを組合わせ
たもので、管５ａは通常の反応ガス導入管であつ
てもホローカソードであつてもよい。 The hollow cathode for reactant gas ionization shown in FIG. The tube 5a may be a normal reaction gas introduction tube or a hollow cathode.
同図ｂに示す反応ガスイオン化用ホローカソー
ドは、管５ａの端面を真空槽１０の内壁面と一致
させて設置し、スパイラル管５ｂを内壁面から延
設したものである。 The hollow cathode for ionizing a reactant gas shown in FIG. 1B is installed such that the end surface of a tube 5a is aligned with the inner wall surface of a vacuum chamber 10, and a spiral tube 5b is extended from the inner wall surface.
反応ガスの漏れを防ぐには同図ａに示した態様
が有利であり、高温になる先端をスパイラル管５
ｂとしているためその交換も容易となる。 In order to prevent leakage of the reaction gas, the embodiment shown in FIG.
b, making it easy to replace.
上記のようにホローカソードにスパイラル管を
適用すれば、通常のホローカソードに比較して内
壁に凹凸を多数付与でき、反応ガスのイオン化が
促進される利点がある。 When a spiral tube is applied to a hollow cathode as described above, the inner wall can be provided with many irregularities compared to a normal hollow cathode, which has the advantage of promoting ionization of the reaction gas.
なおスパイラル管５ｂを構成する細線の径は
0.1〜５mm程度が好適であり、その間隔は可能な
限り小さくして細線を接触させることが望まし
い。さらに細線の材質には、Ta，Ｗ，Moが有利
に適合する。 The diameter of the thin wire that constitutes the spiral tube 5b is
Approximately 0.1 to 5 mm is suitable, and it is desirable to make the interval as small as possible so that the thin wires are in contact with each other. Furthermore, Ta, W, and Mo are advantageously suitable as materials for the thin wire.
また第３図ａ，ｂは実施に好適な反応ガスイオ
ン化ホローカソードを示し、同図ａは第２図ａに
示したホローカソードを複数組合わせた例、同図
ｂは大表面積のサブストレイトへの蒸着に適し
た、シート状に成形した例、をそれぞれ示す。 In addition, Figures 3a and 3b show hollow cathodes for reactive gas ionization suitable for implementation, Figure 3a is an example of a combination of multiple hollow cathodes shown in Figure 2a, and Figure 3b is an example of a substrate with a large surface area. Examples of molded sheets suitable for vapor deposition are shown below.
さらに実際のイオンプレーテイングについて具
体的に述べると、従来のHCD法イオンプレーテ
イング装置の成膜速度が0.05〜0.5μm／min程度
であつたのに対し、この発明装置では１〜6μm／
min以上と従来に比べて数倍〜数十倍の成膜速度
が得られる。 Furthermore, to talk more specifically about actual ion plating, the film formation rate of the conventional HCD method ion plating apparatus was about 0.05 to 0.5 μm/min, whereas the film formation rate of this invention's device was 1 to 6 μm/min.
min or more, which is several times to several tens of times faster than conventional methods.
またイオン化率についても、従来が20〜40％程
度であつたのに対し、50％以上と大幅に向上し
た。 The ionization rate has also been significantly improved to over 50%, compared to the conventional 20-40%.
次に第１図に示したイオンプレーテイング装置
を用いて、実際にTiN被膜を形成させたときの
成膜速度とイオン化率について調べた結果を、従
来例と比較して述べる。 Next, we will discuss the results of investigating the film formation rate and ionization rate when actually forming a TiN film using the ion plating apparatus shown in FIG. 1, and compare them with conventional examples.
蒸発用HCDガン：加速電圧88V、加速電流
1500A、反応ガスイオン化用ホローカソード：電
圧30V、ホローカソード電流300Aの条件下に
TiN被膜を形成させたところ、3.5μm／minの成
膜速度でイオン化率55％を得た。 HCD gun for evaporation: acceleration voltage 88V, acceleration current
1500A, hollow cathode for reactant gas ionization: under the conditions of voltage 30V and hollow cathode current 300A
When a TiN film was formed, an ionization rate of 55% was obtained at a film formation rate of 3.5 μm/min.
上記の値は従来のHCD法による成膜速度
0.5μm／minおよびイオン化率30％に比較してき
わめて優れたものである。 The above values are the film formation speed using the conventional HCD method.
This is extremely superior compared to the ionization rate of 0.5 μm/min and 30%.
（発明の効果）
かくしてこの発明装置を用いれば、高いイオン
化率でかつ高成膜速度の下に、イオンプレーテイ
ングを実施することができ、また形成される被膜
の膜質も向上し得る。(Effects of the Invention) Thus, by using the apparatus of the present invention, ion plating can be performed at a high ionization rate and at a high film formation rate, and the quality of the formed film can also be improved.
第１図は、この発明に従うイオンプレーテイン
グ装置の好適例を示す模式図、第２図ａ，ｂおよ
び第３図ａ，ｂは反応ガスイオン化用ホローカソ
ードの構成を示す模式図である。
１……蒸発用HCDガン、２……るつぼ、３…
…蒸発用物質、４……集束コイル、５……反応ガ
スイオン化用ホローカソード、６……帯電用冷却
板、７……サブストレイト、８……蒸気流、９…
…イオン化した反応ガス流、１０……真空槽。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a preferred example of an ion plating apparatus according to the present invention, and FIGS. 2a, b and 3 a, b are schematic diagrams showing the configuration of a hollow cathode for ionizing a reactive gas. 1... HCD gun for evaporation, 2... Crucible, 3...
... Evaporation substance, 4... Focusing coil, 5... Hollow cathode for reactant gas ionization, 6... Cooling plate for charging, 7... Substrate, 8... Vapor flow, 9...
...Ionized reactant gas stream, 10...vacuum chamber.
Claims (1)
蒸発用物質に電子ビームを照射して、溶解、蒸発
させると同時に蒸発物質をイオン化させるホロー
カソード、サブストレイトおよび反応ガス導入口
を配置する、HCD法イオンプレーテイング装置
であつて、 さらに、るつぼからサブストレイトの直近まで
の蒸発物質移動径路を取囲む集束コイルと、蒸発
物質移動径路における反応ガスのイオン化を促進
する反応ガスイオン化用ホローカソードとを設置
してなる大量蒸着用HCD法イオンプレーテイン
グ装置。 ２ 反応ガスイオン化ホローカソードは、管と細
線を筒状に巻いて成形したスパイラル管との組合
わせになる特許請求の範囲第１項に記載の装置。[Claims] 1. A crucible containing a substance for evaporation in a vacuum chamber;
The HCD method ion plating apparatus is equipped with a hollow cathode, a substrate, and a reaction gas inlet for ionizing the evaporated material by irradiating the material to be evaporated with an electron beam to melt and evaporate the material. An HCD method ion plating device for mass deposition, which is equipped with a focusing coil that surrounds the evaporative mass transfer path up to the substrate, and a hollow cathode for ionizing the reactive gas that promotes ionization of the reactive gas in the evaporative mass transfer path. . 2. The device according to claim 1, wherein the reactive gas ionization hollow cathode is a combination of a tube and a spiral tube formed by winding a thin wire into a cylindrical shape.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6370788A JPH01240646A (en) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | Ion plating apparatus for mas vapor deposition by hcd method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6370788A JPH01240646A (en) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | Ion plating apparatus for mas vapor deposition by hcd method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01240646A JPH01240646A (en) | 1989-09-26 |
| JPH0477074B2 true JPH0477074B2 (en) | 1992-12-07 |
Family
ID=13237116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6370788A Granted JPH01240646A (en) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | Ion plating apparatus for mas vapor deposition by hcd method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01240646A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1279238B1 (en) * | 1995-06-19 | 1997-12-09 | Galileo Vacuum Tec Spa | CONTINUOUS EVAPORATION SYSTEM WITH PLASMA-ASSISTED OXIDATION, TO DEPOSIT METAL OXIDES ON PLASTIC FILMS UNDER VACUUM |
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-
1988
- 1988-03-18 JP JP6370788A patent/JPH01240646A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01240646A (en) | 1989-09-26 |
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