JPH0548298B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0548298B2
JPH0548298B2 JP50113685A JP50113685A JPH0548298B2 JP H0548298 B2 JPH0548298 B2 JP H0548298B2 JP 50113685 A JP50113685 A JP 50113685A JP 50113685 A JP50113685 A JP 50113685A JP H0548298 B2 JPH0548298 B2 JP H0548298B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
arc
active surface
anode
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP50113685A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61501328A (ja
Inventor
Sabiaa Ramaringamu
Kei Bao Ki
Kyunfuun Kimu
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.)
UNI MINESOTA ZA
YUNIBAASHITEI OBU MINESOTA ZA
Original Assignee
UNI MINESOTA ZA
YUNIBAASHITEI OBU MINESOTA ZA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UNI MINESOTA ZA, YUNIBAASHITEI OBU MINESOTA ZA filed Critical UNI MINESOTA ZA
Publication of JPS61501328A publication Critical patent/JPS61501328A/ja
Publication of JPH0548298B2 publication Critical patent/JPH0548298B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32055—Arc discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

請求の範囲 １ 陰極の能動的表面と陽極とを用いて対象物上
への材料の真空アークデポジシヨンを行う方法で
あつて、 前記陽極及び前記陰極の能動的表面を収容する
チヤンバ内を真空にすることと、 前記陽極と前記陰極との間に電位差を与え、該
陽極と該陰極との間に電気的アークを生成するこ
とと、 前記陰極に隣接して第一の磁気手段を設け、磁
界を確立すると共に該磁界の強さを、前記陰極の
能動的表面上に於ける前記電気的アークの移動経
路を制御して該アークが前記磁界によつて定めら
れる閉じたアーク軌道を描くようにする強さにす
ることと、 第二の磁気手段を設け、前記第一の磁気手段に
よつて前記能動的表面上に確立された前記磁界を
修正して前記電気的アーク軌道に前記陰極の能動
的表面の少なくとも一部を掃過させることと、 を含み、 前記第一の磁気手段の双方の磁極を、該磁極の
表面が前記能動的表面に実質的に平行になる状態
で前記陰極に隣接して配置し、前記陰極の能動的
表面上に充分な強さの前記能動的表面に平行な磁
界成分を有する磁界によつて前記陽極と前記陰極
との間に前記電気的アークを維持することによ
り、前記電気的アークが前記陰極の能動的表面の
一部を掃過しながら前記陰極上の前記アーク軌道
に沿つた無端経路を連続的に辿るようにすること
を特徴とする方法。
２ 陰極の能動的表面と陽極とを用いて対象物上
への材料の真空アークデポジシヨンを行う方法で
あつて、 前記陽極及び前記陰極の能動的表面を収容する
チヤンバ内を真空にすること、 前記陽極と前記陰極との間に電位差を与え、該
陽極と該陰極との間に電気的アークを生成するこ
とと、 前記陰極に隣接して第一の磁気手段を設け、磁
界を確立すると共に該磁界の強さを、前記陰極の
能動的表面上に於ける前記電気的アークの移動経
路を制御して該アークが前記磁界によつて定めら
れる閉じたアーク軌道を描くようにする強さにす
ることと、 前記磁気手段を前記陰極に対して相対的に移動
できるよう取付け、前記電気的アークの軌道に前
記陰極の能動的表面の少なくとも一部を掃過させ
ることと、 を含み、 前記第一の磁気手段の双方の磁極を、該磁極の
表面が前記能動的表面に実質的に平行になる状態
で前記陰極に隣接して配置し、前記陰極の能動的
表面上に充分な強さの前記能動的表面に平行な磁
界成分を有する磁界によつて前記陽極と前記陰極
との間に前記電気的アークを維持することによ
り、前記電気的アークが前記陰極の能動的表面の
一部を掃過しながら前記陰極上の前記アーク軌道
に沿つた無端経路を連続的に辿るようにすること
を特徴とする方法。
３ 対象物に真空アークデポジシヨンにより材料
を着装するための装置であつて、 対象物を収容する真空チヤンバを有するハウジ
ング手段と、前記チヤンバ内を真空に維持する手
段と、 前記ハウジング手段へ付設された少なくとも一
つの材料デポジシヨンヘツドと、前記ヘツド上に
取り付けられ前記真空チヤンバ内に能動的表面を
有する陰極と、前記真空チヤンバ内に配置された
陽極と、 前記陰極の能動的表面と前記陽極との間に、前
記対象物上に着装して該対象物を被覆する材料を
前記陰極の能動的表面から蒸発される電気的アー
クを発生させる手段と、 前記陰極に隣接して配置され、前記陰極の能動
的表面に沿つて、前記陰極の能動的表面上の前記
電気的アークの移動経路を制御して前記アークが
閉じた軌道を描くようにするのに十分な強さの磁
界を確立する第一の磁気手段と、 前記電気的アークの軌道が前記陰極の能動的表
面の少なくとも一部分を掃過するように前記第一
の磁気手段により前記能動的表面上に生成された
前記磁界を修正する第二の磁気手段と、 を含み、 前記第一の磁気手段が前記陰極に隣接して前記
能動的表面に実質的に平行な極表面を有する相対
する両方の磁極を含み、前記磁界の前記能動的表
面に対して概ね平行な成分が前記陰極の能動的表
面と前記陽極との間に前記電気的アークを維持す
るのに十分な強さを有していることにより、前記
電気的アークが前記能動的表面の前記少なくとも
一部分を掃過しながら前記陰極上の前記アーク軌
道に沿つた無端経路を連続的に辿るようになつて
いることを特徴とする装置。
４ 請求の範囲第３項による装置であつて、前記
第一の磁気手段が、前記磁極の一方を成す中心磁
石と前記磁極の他方を成す環状極片とを含み、こ
れにより確立される前記磁界が外縁を有すると共
に前記中心磁石まで延在し、且前記陰極の能動的
表面を通ると共に前記陰極に実質的に平行な磁界
成分を有しており、前記アーク軌道が前記環状極
片に隣接して生成されることを特徴とする装置。
５ 請求の範囲第３項による装置であつて、前記
第二の磁気手段が前記ハウジング手段の周りに配
置されたコイル手段を含んでいることを特徴とす
る装置。
６ 請求の範囲第３項による装置であつて、前記
第一の磁気手段が、前記陰極に隣接して、該陰極
の能動的表面に実質的に垂直であつて前記電気的
アーク軌道の中心からずれた軸線周りに前記陰極
に対して相対的に回転できるよう取付けられてい
ることを特徴とする装置。
７ 対象物に真空アークデポジシヨンにより材料
を着装するための装置であつて、 対象物を収容する真空チヤンバを有するハウジ
ング手段と、前記チヤンバ内を真空に維持する手
段と、 前記ハウジング手段へ付設された少なくとも一
つの材料デポジシヨンヘツドと、前記ヘツド上に
取り付けられ前記真空チヤンバ内に能動的表面を
有する陰極と、前記真空チヤンバ内に配置された
陽極と、 前記陰極の能動的表面と前記陽極との間に、前
記対象物上に着装して該対象物を被覆する材料を
前記陰極の能動的表面から蒸発させる電気的アー
クを発生させる手段と、 前記陰極に隣接して配置され、前記陰極の能動
的表面に沿つて、前記陰極の能動的表面上の前記
電気的アークの移動経路を制御して前記アークが
閉じた軌道を描くようにするのに十分な強さの磁
界を確立する第一の磁気手段と、 前記アーク軌道が前記陰極の能動的表面の少な
くとも一部分を掃過するように前記第一の磁気手
段を前記陰極に対して相対的に移動することがで
きるように取付ける手段と、 を含み、 前記第一の磁気手段が前記陰極に隣接して前記
能動的表面に実質的に平行な極表面を有する相対
する両方の磁極を含み、前記磁界の前記能動的表
面に対して概ね平行な成分が前記陰極の能動的表
面と前記陽極との間に前記電気的アークを維持す
るのに十分な強さを有していることにより、前記
電気的アークが前記能動的表面の前記少なくとも
一部分を掃過しながら前記陰極上の前記アーク軌
道に沿つた無端経路を連続的に辿るようになつて
いることを特徴とする装置。
技術分野 本発明は、真空中の電気アークにより蒸発させ
た材料のデポジシヨンによつて被覆を着装するた
めのプロセス及び装置に係る。
背景技術 真空アークプロセスは純粋な高融点金属の調製
に使用されてきた。このプロセスの副生物は真空
チヤンバの壁の上の薄い金属膜である。ルーカス
（Lucas）他は出版物「耐火金属膜の新しいデポ
ジシヨン技術（Ａ New Deposition
Technique for Refractory Metal Films）」、米
国真空協会論文集（American Vacuum Society
Transactions）２、1962、第988〜991頁に、ノ
イビウム、タンタル、バナジウム及び鉄の膜のよ
うな耐火金属膜を形成する真空アークデポジシヨ
ン技術を記載している。この技術は真空アークを
機械的に点弧するのに電動機又はハンドレバーを
使用した。陽極と陰極との間を流れる電流は固定
電極から可動電極を短距離だけ迅速に引く離すこ
とにより遮断された。電極間に発生する短いアー
クは蒸気フラツクスを生ずる。この蒸気フラツク
スが基板の上に凝縮して、金属膜を形成した。
真空中の陽極と陰極との間で点弧される電気ア
ークは陰極スポツトを発生する。数アンペアない
し数100アンペアの電流が強い陰極スポツト及び
拡散した陽極スポツトを生ずる。典型的に、アー
クは10ないし25ボルト又はそれ以上の陽極−陰極
間電位差に於いて真空内で持続された。アーク持
続電圧は材料の性質の関数である。実質的な電力
がアーク柱内で消散された。100アンペアの電流
及び20ボルトの電圧に対して、電力消散は2kwで
ある。このようなアーク柱内では、アーク電力の
半分以上が陰極に於いて消散される。残りの大部
分は陽極に於いて消散される。
発生される強い陰極スポツトの寸法は非常に小
さい。陰極スポツトに於ける電流密度は105ない
し107アンペア／cm2のオーダーである。陰極スポ
ツトに於けるアーク継続時間と通常数μsないし数
1000μsの間を変化する。高い局部的な温度が高い
電流密度に起因して生ずる。陰極スポツト温度は
近似的に、陰極を形成する材料の沸点に等しい。
この高い温度に起因して、実質的な蒸気圧力が真
空アークにより発生される。陰極スポツトにより
発生された蒸気は、真空チヤンバ内に置かれた対
象物を被覆し、且つ陽極と陰極との間に点弧され
たアークを持続させるのに用いられる。
スナパー（Snaper）は米国特許第3625848号明
細書で、真空アークを使用してソース材料の薄い
膜で対象物を被覆するための装置を開示してい
る。ソース原子又はイオンのビームが、真空チヤ
ンバ内の被覆されるべきベース又は基板に向けら
れている。ビーム銃はアーク放電を持続させるべ
く配置された陰極及び陽極を有する。陰極と永久
磁石に付設された点弧器電極との間の電流はアー
クを点弧するべく遮断される。これは電流を真空
チヤンバ外に配置されたソレノイドコイルを通し
て流すことにより実現される。ソレノイドコイル
の磁界は点弧器電極に接続されている永久磁石と
相互作用して、陰極−点弧器回路の電流を遮断す
る。この電流遮断は主陽極と陰極との間に持続す
る短いアークを発生する。またソレノイドコイル
の磁界はビーム銃の作動特性に影響を与え、且つ
陰極と陽極との間のアーク電位を増大させる。
サブレブ（Sablev）他は米国特許第3793179号
明細書で、金属蒸着のための装置を開示してい
る。この装置は円板陰極と中空球陽極との間の機
械的アーク点弧器を実現する。ソレノイドアーマ
チユヤ及び点弧器回路は、アークが消弧する時に
は常にアークを自動的に再点弧するように、主ア
ーク回路内に組入れられている。一旦発生された
アークは陰極面上を高速で不規則に運動し得る。
アークスポツトの運動は無秩序且つ無制御であ
る。周期的に、アークスポツトは陰極の縁を通過
することになる。これはアークを消弧する。
陰極面を横切る高速で短寿命のアークスポツト
の運動は蒸気のほかに離散的な金属粒子も発生す
る。対象物の上にデポジツトされた固体金属粒子
は対象物の表面仕上がり及び被覆された膜の品質
を低下させる。薄膜デバイス、記録媒体、光学的
被覆及び摩擦学的被覆のような多くの応用では、
ミクロン寸法の固体粒子の存在は許容されない。
発明の開示 本発明は、真空チヤンバ内に置かれた対象物ま
たは部品の表面上に真空アークデポジシヨンによ
り材料を着装するための方法及び装置に係る。陽
極及び陰極に電気的に接続されている電源は陰極
の能動的表面と陽極との間に電気アークを持続さ
せるべく作動し得る。発生されたアークの経路を
制御して陰極の能動的表面に向かわせるための手
段が設けられている。アークは材料の蒸気を発生
させるべく同一の軌道上を反復して移動するよう
にされる。材料の離散的な粒子の発生は高い融点
を有する材料では排除され、また他の材料では大
幅に減少される。予め定められた軌道に沿つて移
動するように支配されているアークは陰極の能動
的表面から離れ去り得ない。このことは自動的再
点弧の必要をなくす。アーク軌道の制御は、陰極
の能動的表面に対して完全もしくは実質的に平行
な磁界ベクトルを有する磁界を発生させることに
より達成される。アーク柱は陰極の能動的表面に
対してほぼ垂直であり、また与えられる磁界は陰
極の能動的表面に対して平行であり、陰極の付近
のイオンにも電子にも作用するホール（Hall）
力を発生する。このホール力は電子のサイクロイ
ド運動に通じ、また重いイオンは反対方向に運動
する。それらが与えられた磁界の影響のもとに運
動するにつれて、イオンは優勢な電界にも曝され
る。それらは陰極の能動的表面に吸引される。優
勢な電界及び磁界と一致する個所に於て最初の陰
極スポツトの付近で陰極の能動的表面に衝突する
十分な数のイオンは、このスポツトを新しい陰極
スポツトにするため、強い局部的加熱電子放出を
誘起する。この個所に適当に配置された局部的磁
界の存在は引き続いて次の新しい陰極スポツトの
発生に通じ得る。公知のアークデポジシヨン装置
の陰極面上のアークスポツトの無秩序な続発は、
すべての許される陰極スポツトが予め定められた
軌道上に位置する規則的な続発により置換され
る。このことは陰極の能動的表面上のアーク運動
の制御を可能にし、また陰極縁を越える無秩序な
アーク運動に起因する周期的なアーク消弧を排除
する。
本発明の一つの実施態様では、装置は陽極を収
容する真空チヤンバを郭定するハウジング手段を
有する。このハウジング手段上に取付けられたヘ
ツドが陰極を支持する。この陰極は陽極から間隔
をおいて真空チヤンバ内に置かれる能動的表面を
有する。陽極及び陰極に接続されている電源は陰
極の能動的表面と陽極との間の電気アークを発生
し且つ持続させる。陰極に隣接して配置された磁
石手段、例えば永久磁石が、アーク運動の経路を
制御し陰極の能動的表面上に描かれる円のような
郭定された閉じた軌道に沿わせるための磁界を確
立する。磁石手段は制御された運動が可能なよう
にヘツド上に運動可能に取付けられている。磁石
手段の運動は磁石手段により郭定された円弧軌道
をして陰極の能動的表面を掃過させる。ソレノイ
ドコイル又はヘルムホルツコイルシステムの磁界
は、磁石手段により陰極の能動的表面に発生され
る磁界を変更するべく磁石手段の磁界に重畳され
る。コイルを通る電流の方向は陰極の能動的表面
に対して垂直な磁界の強さを強化もしくは弱化す
るべく選定されている。ソレノイドコイル又はヘ
ルムホルツコイルシステムは陰極の能動的表面上
に磁石手段により郭定される円弧軌道に追加的な
制御を行う。このことは陰極の能動的表面上に、
磁石手段のみにより得られる磁界よりも陰極の能
動的表面に対する平行性が一層良好な磁界の発生
を可能にする。
ヘツドは磁石手段を収容する冷却チヤンバを設
けられている。磁石手段は陰極に隣接して冷却チ
ヤンバ内に支えられており、また円形、長方形、
振動的又はこれらの運動の組合わせのような予め
定められた運動に従つて陰極に対して相対的に運
動または掃過し、それによりアークは連続的な制
御されたアーク軌道内を動かされる。水のような
冷却流体が、陰極の十分な制御された冷却を行う
べく冷却チヤンバを通して連続的に動かされる。
本発明は、対象物又は部品の表面への真空アー
クデポジシヨンの方法を含んでいる。真空が陽極
と陰極の能動的表面とを収容するチヤンバ内に確
立される。二つの電源からの電位が、陽極と陰極
との間の電気アークを点弧し且つ持続させるべく
陽極及び陰極に供給される。アークの軌道は、陰
極の能動的表面に対して相対的に磁石手段により
確立される磁界により郭定される。磁石手段は、
それにより郭定される円弧軌道で陰極の能動的表
面を掃過するべく陰極に対して相対的に動かされ
る。磁界は、陰極の能動的表面に対して垂直な磁
界の強さを選択的に強化もしくは弱化するべく、
ソレノイドにより発生される磁界により変更され
得る。ソレノイドは、連続的なアーク軌道内のア
ークの運動を制御する所望の磁界を発生するべく
制御され得る。
材料の真空アークデポジシヨンのための方法及
び装置は半導体の金属化及び集積回路の製造に使
用されている。他の利用は記録媒体、光学的被
覆、光学的記憶媒体、保護被覆及び工具被覆のデ
ポジシヨンを含んでいる。被覆材料は金属、セラ
ミツクス、カーボン、シリコンなどであつてよ
い。被覆はポリマー膜にも着装され得る。膜はそ
の表面に連続的な被覆を着装するべく連続的に動
かされ得る。金属マトリツクス複合物を含む変調
されたマイクロ構造の製造が成就され得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の制御された真空アークによる
材料デポジシヨン装置を一部断面図で示す立面図
である。
第２図は第１図の線２−２に沿う断面図であ
る。
第３図は第２図の線３−３に沿う拡大断面図に
より材料デポジシヨンヘツドを示している。
第４図は第３図の線４−４に沿う断面図であ
る。
第５図は制御された真空アークによる材料デポ
ジシヨン装置とその冷却源及び電源とを示す概要
図である。
第６図は磁界に対して垂直な平面内のイオンの
運動を示す図である。
第７図は陰極の能動的表面上の閉じられている
アーク経路に沿うアークスポツト続発の順序を示
す図である。
第８図は材料デポジシヨンヘツドにより達成さ
れる円形の閉じられているアーク軌道の図であ
る。
第９図は閉じられているアーク軌道の第一の変
形例の図である。
第１０図は閉じられているアーク軌道の第二の
変形例の図である。
第１１図は本発明の制御された真空アークによ
る材料デポジシヨン装置の変形例の側面図であ
る。
第１２図は第１１図の線１２−１２に沿う断面
図である。
発明を実施するための最良の形態 第１図を参照すると、本発明の制御された真空
アークによる材料デポジシヨン装置１０が示され
ている。装置１０は真空チヤンバ１２を囲むハウ
ジング１１を有する。ハウジング１１はほぼ平ら
な底壁１３及び平らな頂壁１４を含んでいる。筒
状部材またはホース１７により底壁１３に接続さ
れている真空源１６はチヤンバ１２内の真空を維
持するべく作動し得る。チヤンバ１２は10-6mm
Hg以下から10-1mmHgまでの圧力に排気されてい
る。
全体として参照符号１８を付されている材料デ
ポジシヨンヘツドは頂壁１４の上に取付けられて
いる。このヘツドは全体として真空チヤンバ１２
内に配置され得る。第３図を参照すると、ヘツド
１８は内向きの環状肩部２１を設けられた環状ボ
デイ１９を有する。ボデイ１９は頂壁１４内の円
形凹み２２のなかに着座する電気絶縁リングであ
る。頂壁１４内の溝のなかに配置されたＯリング
２３はボデイ１９と頂壁１４との間のシーリング
関係を保つ。円板陰極又はターゲツト２４は肩部
２１の上に配置された外向きの環状リツプ２６を
有する。陰極２４はタービンブレードのような対
象物３２を被覆する金属、合金、カーボン又は他
の材料である。底壁１３に付設されている電気絶
縁性支柱３３は真空チヤンバ１２内に対象物を保
持する。他の形式の支柱が真空チヤンバ１２内に
対象物を保持するのに使用され得る。他の形式の
対象物、部品、膜などが真空チヤンバ１２内で陰
極２４の材料により被覆され得る。陰極２４の内
側又は能動的表面２７は頂壁１４の円形開口２８
にわたり延びている。能動的表面２７は真空チヤ
ンバ１２内にある。金属スリーブ２９が開口２８
を囲む頂壁１４内の環状凹み３１のなかに配置さ
れている。スリーブ２９の上縁はスリーブ２９と
ボデイ１９との間に間隙をおいて肩部２１と係合
する。金属スリーブ２９は、ボデイ１９の内側円
筒状表面への被覆フラツクスのデポジシヨンによ
る陰極−陽極間の電気的短絡を防止するべく絶縁
ボデイ１９を遮蔽する。
開口２８内へ延びているリング又は環状陽極３
４は複数個の電気絶縁ブロツク３６，３７及び３
８により頂壁１４の上に取付けられている。他の
手段がハウジング１１上に陽極３４を支えるのに
使用され得る。陽極は代替的に全体として真空チ
ヤンバ１２の内部、頂壁１４の下部及び頂壁１４
の底面に平行に置かれてよい。陽極３４は陰極２
４のほうを向く円形の鋭い縁３５と環状金属スリ
ーブ２９から内方に間隔をおかれた外側円筒状表
面３９とを有する。縁３５は陽極３４の断面内の
鋭角形状により形成されている。鋭い縁３５は陽
極３４上のより少ない被覆を生ずる。リング陽極
の断面形状はほぼ三角形である。この三角形の下
側は切頭されている。陽極３４の下側部分は、そ
の中心開口を通るフラツクスの通路との干渉を最
小化するべく下方且つ外方にテーパ状になつてい
る。また鋭い縁３５と陽極３４の環又はリング形
状とは比較的低い電圧でのアーク点弧を助ける。
導電材料から成る陰極保持器４１はボデイ１９
内へ望遠鏡鏡筒的に入り込み、円板陰極２４を肩
部２１上に保持する。保持器４１は、ボデイ１９
と係合可能な第一のシール又はＯリング４２と、
円板陰極２４の頂面と係合可能な第二のシール又
はＯリング４３とを設けられている。保持器４１
は、水のような冷却液体を流される内側チヤンバ
４７を有する。液体供給管４９は第５図中に示さ
れている供給源５１、例えばポンプからチヤンバ
４７へ液体を供給する。保持器４１に接続されて
いる液体還流管５２は液体を液体供給源５１に還
流させる。液体は円板陰極２４を冷却するべくチ
ヤンバ４７を通じて連続的に流されている。
全体として参照符号５３を付されている磁石装
置がチヤンバ４７のなかに配置されている。磁石
装置５３は陰極２４の能動的表面２７に対して実
質的に平行な磁束ベクトルを有する磁界を発生す
るべく作動可能である。この磁石装置は、円板陰
極２４のほうを向いた開端を有する逆さにされた
カツプ状剤又は極５４を有する。部材５４は陰極
２４の上側又は外側表面に密接して配置された円
筒状フランジ５５を有する軟磁性構造である。円
筒状磁石部材又は極５６が部材５４の頂に付設さ
れている。磁石部材５６の外側表面は環状間隙５
７によりカツプ状部材５４の環状側壁から間隔を
おかれている。カツプ状部材５４は電気絶縁体又
は取付板５８に付設されている。回転可能な軸５
９がチヤンバ４７内へ突出しており、取付板５８
に取付けられている。軸５９はチヤンバ４７内に
取付板５８及び磁石装置５３を回転可能に支え、
また磁石装置を円板陰極２４に隣接する位置に置
く。第５図中に示されている軸５９に連結されて
いる可変速度電動機６１は軸５９の軸線６３の回
りに矢印６２により示されているように軸を回転
させるべく作動可能である。軸５９は頂部材４１
に付設されたスリーブ軸受組立体６４のなかに取
付けられている。磁石装置５３は軸５９の軸線６
３からずらされている磁石軸線６６を有し、それ
により電動機６１による軸５９の回転と共に磁石
装置５３は連続的な円形経路で動かされる。円形
経路は第４図中に参照符号６０を付して示されて
いる。軸線６６は磁石装置５３の対称軸線であ
る。この配置は、アークが陰極２４の能動的表面
２７の内円６５と外円７０との間の領域を掃過す
るように、磁石手段により郭定されるアーク軌道
６０の掃過を可能にする。陰極２４の能動的表面
２７は被覆フラツクス形成面である。磁石装置
は、アークに連続的な所定の長方形経路で陰極２
４の能動的表面２７を掃過させるべく中心軸線６
３の回りを回転される長方形の棒磁石であつてよ
い。磁石装置の他の形状及び回転軸線の適当な選
択がアーク軌道を郭定し且つこれらのアーク軌道
に陰極２４の能動的表面２７を掃過させるのに使
用され得る。電磁石構造が、アーク経路を制御す
る所望の磁界を確立するために、永久磁石装置の
代わりに使用され得る。
軸受組立体６４は軸５９の回転運動を禁止する
ことなく水冷却チヤンバ４７をシールする。水は
導管４９を経て冷却チヤンバ４７に入り、また導
管５２を経て冷却チヤンバ４７から出る。チヤン
バ４７を通る水の流量率の調節により陰極２４の
背面の十分な制御された冷却が行われる。磁石装
置５３の回転はチヤンバ４７内の液体を循環さ
せ、陰極２４の冷却を助ける。
電気コイル又は巻線６８が軸５９の軸線６３と
同心に頂壁１４の上に取付けられている。コイル
６８はヘツド１８を囲んでおり、またほぼ陰極２
４の平面内に置かれている。コイル６８は磁石装
置５３の垂直磁界を相殺又は大幅に減少するべく
作動可能なソレノイドコイルであり、また陰極２
４の能動的表面上に純粋に平行な磁界を発生す
る。磁石装置５３の磁界へのコイル磁界の重畳は
アーク軌道６０の一層厳密な制御を可能にする。
導線６９はコイル６８を第５図中に示されている
制御装置７５及び電源に接続している。制御装置
７５は手動電流制御装置であつてもよいし、コイ
ル６８への供給電流を調節するべくプログラムさ
れ得る計算機制御装置であつてもよい。コイル６
８を流れる電流は、磁石装置５３により陰極２４
の能動的表面２７の上に発生される主磁界を変更
する。コイル６８を流れる電流の方向は陰極２４
の能動的表面２７に対して垂直な磁界の強さを強
化又は弱化するように選定されている。磁石装置
５３の磁界は陰極２４の能動的表面２７に対して
垂直な成分を有する。この磁界成分はソレノイド
６８により発生される磁界の重畳により相殺又は
大幅に減少又は増大され得る。このことはアーク
軌道６０の一層厳密な制御を可能にする。
第二のコイル６８Ａがコイル６８と軸線方向に
整合して底壁１３上に取付けられている。導線６
９Ａは６８Ａを制御装置７５又は制御装置７５Ａ
及び電源に接続している。コイル６８及び６８Ａ
は陰極２４の能動的表面２７の上に発生される磁
界を変更するべくヘルムホルツコイルシステムと
して同時に使用され得る。これは陰極２４の能動
的表面２７上の磁界を制御するための代替的手段
である。
第５図に示されているように、陽極３４は導線
７１により接地点、高圧電源７２及び低圧電源７
３と接続されている。電源７２及び７３の負端子
は陰極保持器４１に通ずる導線７４に接続されて
おり、またそれにより陰極２４を電源７２及び７
３の負電位に接続している。導線７４中の整流器
７６は、高い電圧が電源７２から電源７３へ印加
されるのを阻止する。
ハウジング１１は真空チヤンバ１２内へのアル
ゴン又は他のガス及びガス混合物のような不活性
ガスの導入を可能にする弁７８を有する。第二の
弁７７はチヤンバ１２内の真空圧力を調節又は解
除するのに使用される漏洩弁であつてよい。
使用中、軟磁性部材５４により保持されている
円筒状中心磁石部材５６が円形の対称な閉じられ
た点弧磁界を発生する。陽極３４及び陰極２４の
ジオメトリーは、磁石装置５３により発生される
点弧磁界が、適当な電位差が陽極と陰極との間に
与えられた時に陰極２４と環状陽極３４との間に
発生される電界に対して実質的に垂直であるよう
に選定されている。磁石装置５３は、高い電圧が
陰極２４に与えられた時に能動的陰極表面２７か
ら放出される電子に対する電子トラツプとして使
用される。負電位が陰極２４に与えられている。
陰極２４の付近に磁界が存在しない場合には、弱
い放電が真空チヤンバ内に誘起される。アルゴン
又はクリプトンのような不活性ガスが、自己持続
性のグロー放電を誘起させるべく弁７８を経てチ
ヤンバ１２内へ通される。放電電流はガスの種
類、チヤンバの圧力及び印加電圧の関数である。
電子トラツプが電界及び磁界により形成されてい
る時、濃厚なリング状プラズマが陰極２４の能動
的表面２７の近くに発生される。
アルゴン又は他の重い不活性ガスをチヤンバ１
２内へ通すことにより発生されるリング状プラズ
マは、陰極２４と陽極３４との間に大電流で低電
圧のアーク放電を開始させるのに十分な導電性を
有する。このことは、アルゴンのような重い不活
性ガスを通してチヤンバ１２内の真空圧力を0.1
ないし500×10-3mmHg又はそれ以上に調節し、且
つ電源７２から陰極２４及び陽極３４へ100ボル
トないし数1000ボルトの中程度の負の直流電位を
与えることにより達成される。高電圧で小電流の
直流電源７２及び大電流で低電圧の直流電源７６
から陰極２４及び陽極３４へ同時に給電すること
により、所望の大電流で低電圧の放電を開始させ
る導電性プラズマが発生される。アークが点弧さ
れると直ちに、高圧電源７２は遮断される。発生
されたアークは磁石装置５３及びコイル６８の磁
界により制御され、また無限に自己持続する。ア
ーク軌道は極又は部材５６の形状及び部材５４の
環状構造により定められている。第３図及び第４
図の実施例では、第４図及び第８図中に示されて
いるように、アーク軌道６０は陰極２４の能動的
表面２７上の円形帯である。内向きのベクトル７
０は能動的表面２７と平行な磁界を表す。
アーク軌道６０に沿つて生ずる強いアーク侵食
により陰極２４の能動的表面２７に溝が形成され
る。侵食作用は、軸線６３の回りに磁石装置５３
を回転することによりこの表面に一層均等に分布
する。磁石装置５３の回転は、磁石装置５３によ
り郭定されるアーク軌道６０をして陰極２４の能
動的表面２７上のサイクロイド軌道を追跡させ
る。極５６及び陰極２４の寸法は、アーク軌道、
従つてまた陰極のアーク侵食が陰極２４の能動的
表面２７の第４図中の円６５と円７０との間のリ
ング状領域に限られるように選定されていてよ
い。このリング状領域の内側半径６５は磁界軸線
６６と極５６の形状及び寸法との適当な選定によ
り零にされ得る。
第８図中の円形アーク導及び第９図中の長方形
アーク軌道及び第１０図中の連結された円形のア
ーク軌道は極５６のジオメトリーの適当な変形に
より実現される。三角形及び楕円形のような他の
閉じられているアーク軌道も使用され得る。軌道
６０，７９及び８１のような閉じられているアー
ク軌道を発生するのに必要な条件は第８図、第９
図及び第１０図に示されているように陰極２４の
能動的表面２７に対して平行な連続的に回転する
磁界ベクトル７０の存在である。磁界ベクトルが
閉じられていることのみが必要である。磁石装置
５３により郭定されるアーク軌道の長方形、三角
形、楕円及び他の閉じられている形状はアーク軌
道制御を達成するのに十分である。磁石装置５３
は、非円形アーク軌道が使用される時に陰極表面
上にアーク侵食を一層均等に分布させるべく並進
運動のような適当な運動をさせられてよい。
厳密なアーク軌道制御により、アークにより誘
起される陰極侵食はアーク軌道に限られている。
コイル６８又はコイル６８及び６８Ａにより発生
される適当な大きさの、時間と共に変化する磁界
を使用して、アーク軌道は、均等な陰極侵食を保
証するべく、陰極２４の能動的表面２７の大部分
を掃過するようにされ得る。このことは、磁石装
置５３が回転されない時に高い陰極材料利用効率
を保証する。
第５図に示されているように、対象物３２は、
対象物に正又は負のバイアス電圧を与えるべく作
動可能な独立の電源４０に電気的に接続されてい
る。このバイアス電圧は対象物を覆う被覆材料の
付着又は接着強度を最適化するべく選定されてい
る。電源４０は対象物を清浄化するのに使用され
るスパツタリング電源であつてよい。対象物３２
は一次又は主アークに対する陽極としての役割を
するべく電源７３に接続されていてよい。
第６図はアーク柱８１の付近のイオン運動を示
す図である。アーク柱８１は陰極２４の能動的表
面２７上のスポツト８２から発する。アークスポ
ツト８２から放出された蒸気は点８３で示されて
いるようにイオン化される。点８３で発生された
イオンの一部は真空チヤンバ１２内へ放出され
る。他のイオン８５は陰極２４の能動的表面２７
へ移動し、点８７で新しいアークスポツトを発生
させる。
第７図は陰極の能動的表面上の閉じられている
アーク経路に沿うアークスポツト続発の順序を示
す図である。最初のアークスポツト８２は点８３
で生起するイオン化によるアーク柱８１の出発点
である。アークスポツト続発は参照符号８７ない
し９５により示されている。ベクトルＸ及びは
陰極２４の能動的表面２７の平面を表す。Ｚベク
トルは陰極スポツト８７〜９５から発するアーク
柱を表す。
第１１図及び第１２図を参照すると、本発明の
制御された真空アークによる材料デポジシヨン装
置の変形例が全体として参照符号１００を付して
示されている。装置１００は真空チヤンバ内に置
かれた対象物又は部品に複数の材料を着装するべ
く作動可能である。本装置は真空チヤンバ１０２
を囲む全体として参照符号１０１を付して示され
ているハウジングを有する。ハウジング１０１は
頂壁１０４及び底壁１０６に付設された円筒スリ
ーブ状の側壁１０３を有する。タービンブレード
のような対象物１０７がチヤンバ１０２の中央に
置かれ、絶縁体１０８の上に支えられている。真
空源１０９がチヤンバ１０２を排気するべくホー
ス１１１によりハウジング１０１に接続されてい
る。底壁１０６上に取付けられた弁１１２は真空
チヤンバ１０２にアルゴン又は他のガス及びガス
混合物のような不活性ガスを導くのに使用されて
いる。
三つの材料デポジシヨンヘツド１１３，１１４
及び１１５が側壁１０３の周縁に間隔をおいた部
分の上に取付けられている。側壁１０３は材料デ
ポジシヨンヘツドの各々に対する適当な開口を設
けられている。材料デポジシヨンヘツドの数は変
更され得る。第１２図に示されているように、ヘ
ツド１１３は陽極１１７を収容する開口１１６を
カバーする。ソレノイドコイル１１８がヘツド１
１３を囲んでいる。軸１２１に連結されている電
動機１１９がヘツド１１３内の永久磁石を回転さ
せる。
材料デポジシヨンヘツド１１３，１１４及び１
１５の構造は、第３図及び第５図中に示して説明
したヘツド１８と同一である。ヘツド１８及びコ
イル６８の説明を参照によりここに組入れたもの
とする。ヘツド１１３，１１４及び１１５の陰極
は、対象物１０７上にデポジツトされる被覆材料
が陰極の種々の材料の組合わせであるように、
種々の材料から成つていてよい。材料デポジシヨ
ンヘツド１１３，１１４及び１１５のすべては、
対象物１０７上に所望の被覆を形成するべく同時
に作動し得る。代替的に、ヘツド１１３，１１４
及び１１５の一つ又はそれ以上が、対象物１０７
上に被覆材料の層を形成するべく順次に作動し得
る。アーク柱のアーク経路を制御するヘツド１１
３及びコイル１１８の作動は第１図ないし第１０
図により説明した作動と同一である。真空アーク
により発生された蒸気は、単一又は多重層の金
属、セラミツクス及び半導体被覆をデポジツトす
るべく弁１１２を通じて通された適当なガス又は
ガス混合物と反応し得る。
制御された真空アークによる材料デポジシヨン
装置及び方法の二つの実施例を図示し説明してき
たが、寸法、構造、構造の配置、電気回路及び陽
極及び陰極の材料の変更が本発明から逸脱するこ
となく当業者により行われ得ることは理解されよ
う。本発明は以下の請求の範囲により定義されて
いる。
JP50113685A 1984-03-02 1985-02-27 制御された真空ア−クによる材料デポジション方法及び装置 Granted JPS61501328A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US58584584A 1984-03-02 1984-03-02
US585845 1984-03-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61501328A JPS61501328A (ja) 1986-07-03
JPH0548298B2 true JPH0548298B2 (ja) 1993-07-21

Family

ID=24343205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP50113685A Granted JPS61501328A (ja) 1984-03-02 1985-02-27 制御された真空ア−クによる材料デポジション方法及び装置

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0174977A4 (ja)
JP (1) JPS61501328A (ja)
CA (1) CA1247043A (ja)
WO (1) WO1985003954A1 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4627904A (en) * 1984-05-17 1986-12-09 Varian Associates, Inc. Magnetron sputter device having separate confining magnetic fields to separate targets and magnetically enhanced R.F. bias
US4657619A (en) * 1985-11-29 1987-04-14 Donnell Kevin P O Diverter magnet arrangement for plasma processing system
WO1987005948A1 (en) * 1986-04-04 1987-10-08 Regents Of The University Of Minnesota Arc coating of refractory metal compounds
NL8601824A (nl) * 1986-07-11 1988-02-01 Hauzer Holding Werkwijze en inrichting voor het met een geleidend plasmakanaal ontsteken van een boog.
DE3881256D1 (de) * 1987-03-06 1993-07-01 Balzers Hochvakuum Verfahren und vorrichtungen zum vakuumbeschichten mittels einer elektrischen bogenentladung.
US4902931A (en) * 1987-03-16 1990-02-20 Hauzer Holding B.V. Method and arrangement for mechanically moving of a magnetic field generating device in a cathode arc discharge evaporating device
US5298136A (en) * 1987-08-18 1994-03-29 Regents Of The University Of Minnesota Steered arc coating with thick targets
JPH0674497B2 (ja) * 1987-11-25 1994-09-21 株式会社神戸製鋼所 セラミックス硬質膜被覆方法
GB9615548D0 (en) * 1996-07-24 1996-09-04 Univ Nanyang Cathode arc source and graphite target
US6036828A (en) * 1997-08-30 2000-03-14 United Technologies Corporation Apparatus for steering the arc in a cathodic arc coater
JP4000764B2 (ja) * 2000-09-18 2007-10-31 日新電機株式会社 真空アーク蒸発装置
CZ296094B6 (cs) * 2000-12-18 2006-01-11 Shm, S. R. O. Zarízení pro odparování materiálu k povlakování predmetu
US6936145B2 (en) * 2002-02-28 2005-08-30 Ionedge Corporation Coating method and apparatus
EP3133634B1 (de) * 2015-08-09 2020-09-30 ISA Installations-, Steuerungs- und Automatisierungssystem GmbH Vorrichtung zum zünden einer vakuumbogenentladung und verfahren zu deren anwendung
CN115074678B (zh) * 2022-06-20 2023-05-16 肇庆市科润真空设备有限公司 不锈钢薄板连续镀膜用的多弧靶机构及pvd镀膜装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU307666A1 (ru) * 1968-09-09 1979-01-08 Sablev L P Электродуговой испаритель металлов
US3625848A (en) * 1968-12-26 1971-12-07 Alvin A Snaper Arc deposition process and apparatus
SU363375A1 (ru) * 1970-03-20 1979-01-10 Sablev L P Электродуговой испаритель металлов
US3783231A (en) * 1972-03-22 1974-01-01 V Gorbunov Apparatus for vacuum-evaporation of metals under the action of an electric arc
US3956093A (en) * 1974-12-16 1976-05-11 Airco, Inc. Planar magnetron sputtering method and apparatus
SU711787A1 (ru) * 1978-06-17 1980-10-07 Предприятие П/Я В-8851 Электродуговой испаритель металлов
US4444643A (en) * 1982-09-03 1984-04-24 Gartek Systems, Inc. Planar magnetron sputtering device
US4448799A (en) * 1983-04-21 1984-05-15 Multi-Arc Vacuum Systems Inc. Arc-initiating trigger apparatus and method for electric arc vapor deposition coating systems
US4448659A (en) * 1983-09-12 1984-05-15 Vac-Tec Systems, Inc. Method and apparatus for evaporation arc stabilization including initial target cleaning

Also Published As

Publication number Publication date
EP0174977A1 (en) 1986-03-26
EP0174977A4 (en) 1987-02-12
WO1985003954A1 (en) 1985-09-12
CA1247043A (en) 1988-12-20
JPS61501328A (ja) 1986-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4673477A (en) Controlled vacuum arc material deposition, method and apparatus
US3836451A (en) Arc deposition apparatus
US8387561B2 (en) Method and apparatus for cathodic arc ion plasma deposition
JP3421811B2 (ja) 真空放電蒸着に用いる基板被覆方法およびその装置
JP5160730B2 (ja) ビーム状プラズマ源
US5972185A (en) Cathodic arc vapor deposition apparatus (annular cathode)
JP2571948B2 (ja) 耐火性金属化合物のアークコーティング
US6036828A (en) Apparatus for steering the arc in a cathodic arc coater
JP6101238B2 (ja) 基体を被覆するための被覆装置及び基体を被覆する方法
JPH0548298B2 (ja)
JPH0510422B2 (ja)
JPH01234562A (ja) 陰極アーク放電蒸発装置
JPH01298150A (ja) 工作物のコーティング方法及び装置
JP4989026B2 (ja) 磁界発生装置付き真空アークソース
JP3315114B2 (ja) スパッター被覆処理を実施する方法及びスパッター被覆装置
JPH0122729B2 (ja)
US6009829A (en) Apparatus for driving the arc in a cathodic arc coater
US6391164B1 (en) Deposition of coatings and thin films using a vacuum arc with a non-consumable hot anode
JP2006169630A (ja) 基体上への材料の陰極アーク堆積方法
JP2916972B2 (ja) プラズマ発生方法及びその装置
JPH09256148A (ja) イオンプレーティング装置
US20090242397A1 (en) Systems for controlling cathodic arc discharge
JP2018119185A (ja) マグネトロンスパッタ法による装飾被膜の形成方法
JPH0649628A (ja) ボルタイック アーク ベーパライザー
JPH03170664A (ja) 大粒子の放出を減少させた陰極点を有するアーク放電陰極蒸発方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees