JPH0645870B2 - 真空中で材料を蒸発する方法および装置 - Google Patents
真空中で材料を蒸発する方法および装置Info
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- 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
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- 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
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- C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
- C23C14/046—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 一般に、本発明は、真空アーク放電において発生した電
子衝撃により蒸発すべき材料を加熱することにより、真
空中または低い圧力で材料を蒸発するための方法および
装置に関する。
子衝撃により蒸発すべき材料を加熱することにより、真
空中または低い圧力で材料を蒸発するための方法および
装置に関する。
従来の技術 真空中または低いガス圧で材料を蒸発するのには、若干
の方法が公知である。殊に、これらの方法は表面の被覆
に広く使用される。この目的のために、蒸発源が真空室
中に位置ぎめされ、被覆すべき基体は真空源に対し若干
の距離に位置ぎめされる。被覆は、基体の所望の表面へ
の蒸気の付着によつて達成される。蒸発すべき材料を耐
熱るつぼに入れる装置は周知である。このるつぼは、種
々の方法で、たとえばジュール効果または誘導によつて
加熱することができる。
の方法が公知である。殊に、これらの方法は表面の被覆
に広く使用される。この目的のために、蒸発源が真空室
中に位置ぎめされ、被覆すべき基体は真空源に対し若干
の距離に位置ぎめされる。被覆は、基体の所望の表面へ
の蒸気の付着によつて達成される。蒸発すべき材料を耐
熱るつぼに入れる装置は周知である。このるつぼは、種
々の方法で、たとえばジュール効果または誘導によつて
加熱することができる。
他の方法は、陰極スパツタに基づくものである。
電子衝撃による材料の蒸発のためには、熱線条陰極を有
する電子ビーム蒸発器が広く使用される。かかる装置に
おいては、十分な蒸発に必要な電力密度は、熱線条から
蒸発すべき材料の小さい面積上へ放射される電子を加速
および集束することによつて得られる。しばしば、この
電子ビームは磁場の作用により湾曲路に強制される。こ
の方法の欠点は、むしろ低い電流（たとえば１Ａ）およ
び電子の高いエネルギー（たとえば１０KeV）である。
これらの事実のために、蒸発器中で電子と残留ガスまた
は材料蒸気との間ではほとんど反応は起きない。しか
し、電子と残留ガスまたは蒸気との反応（解離、励起お
よびイオン化を生じる）は、高品質の被膜を得るために
極めて望ましい。また、電子銃内の火花発生を防ぐため
および熱線条陰極の破壊を防ぐためには、ガス圧を１０
-4mbより下に維持しなければならない。
する電子ビーム蒸発器が広く使用される。かかる装置に
おいては、十分な蒸発に必要な電力密度は、熱線条から
蒸発すべき材料の小さい面積上へ放射される電子を加速
および集束することによつて得られる。しばしば、この
電子ビームは磁場の作用により湾曲路に強制される。こ
の方法の欠点は、むしろ低い電流（たとえば１Ａ）およ
び電子の高いエネルギー（たとえば１０KeV）である。
これらの事実のために、蒸発器中で電子と残留ガスまた
は材料蒸気との間ではほとんど反応は起きない。しか
し、電子と残留ガスまたは蒸気との反応（解離、励起お
よびイオン化を生じる）は、高品質の被膜を得るために
極めて望ましい。また、電子銃内の火花発生を防ぐため
および熱線条陰極の破壊を防ぐためには、ガス圧を１０
-4mbより下に維持しなければならない。
これらの欠点を除去するために、熱冷陰極を用いる中空
陰極放電に基づく電子ビーム蒸発器が開発された〔バン
（C.T.Wan）、チヤンバース（D.L.Chambers）およびカ
ールミハイル（D.C.Carmichael）、ジャーナル・オブ・
バキユーム・サイエンス・アンド・テクノロジイ（Jour
n. of Vacuum Science and Technology)、第８巻No.８、
第９９頁以降（１９７１年）〕。上記の電子ビーム蒸発
器とは異なり、これらの装置は１０-4mbより上の圧力で
運転することができる。しかし、熱中空陰極のみが所望
の電流電圧特性を示すが、なお重大な欠点が存在する： (1)放電は点弧し難い、(2)陰極材料はスパツタされ、被
膜が汚染され、(3)放電を維持するために周囲作業ガス
雰囲気が必要である。周囲ガスは反応性被膜を得るのに
は有用であるが、多くの場合得られる被膜の品質を減少
する。中空陰極蒸発器は工業的実地には使用されない。
他の方法は、低圧アーク放電からの電子による陰極の衝
撃に基づくものである〔米国特許第4197175号（１９８
０年）〕。この放電は、蒸発室から分離されかつアパー
チヤを通して蒸発室と連絡している室中に置かれた熱線
条陰極と、蒸発室中に置かれた陽極との間で持続する。
蒸発すべき材料は、陽極に接続される。作動の間、熱陰
極室中へガスが連続的に導入され、該ガスはアパーチヤ
を通つて蒸発室中へ膨脹する。蒸発室から出るガスを連
続的に吸入排出することにより、２つの室の間で異なる
圧力が維持される。この機構によつて、熱陰極室中のガ
ス圧はアーク放電を持続するのに十分高い（２・10-2m
b）が、蒸発室中のガス圧は１桁低い。作動の間、アー
ク放電は上述したアパーチヤを通して燃焼し、陽極に向
けられる。さらに、アパーチヤによつて既に絞られた放
電は、適切な磁場の作用によつて蒸発すべき陽極材料の
小さい点に集束される。代表的な数値は、約０．２cm2
の陽極点上への５〜８KWの電力入力である。中空陰極放
電の場合におけるように、低圧アークにより蒸発した材
料の高い活性化が得られる。他面において、双方の放電
は周囲作業ガスによつて持続される。残留ガスなしで
は、放電の作動は不可能である。この理由で、これらの
方法は有利に、TiNのような反応性被膜をつくるのに使
用される。純粋な被膜を得るためには、多くの場合周囲
ガスの存在は不利である。
陰極放電に基づく電子ビーム蒸発器が開発された〔バン
（C.T.Wan）、チヤンバース（D.L.Chambers）およびカ
ールミハイル（D.C.Carmichael）、ジャーナル・オブ・
バキユーム・サイエンス・アンド・テクノロジイ（Jour
n. of Vacuum Science and Technology)、第８巻No.８、
第９９頁以降（１９７１年）〕。上記の電子ビーム蒸発
器とは異なり、これらの装置は１０-4mbより上の圧力で
運転することができる。しかし、熱中空陰極のみが所望
の電流電圧特性を示すが、なお重大な欠点が存在する： (1)放電は点弧し難い、(2)陰極材料はスパツタされ、被
膜が汚染され、(3)放電を維持するために周囲作業ガス
雰囲気が必要である。周囲ガスは反応性被膜を得るのに
は有用であるが、多くの場合得られる被膜の品質を減少
する。中空陰極蒸発器は工業的実地には使用されない。
他の方法は、低圧アーク放電からの電子による陰極の衝
撃に基づくものである〔米国特許第4197175号（１９８
０年）〕。この放電は、蒸発室から分離されかつアパー
チヤを通して蒸発室と連絡している室中に置かれた熱線
条陰極と、蒸発室中に置かれた陽極との間で持続する。
蒸発すべき材料は、陽極に接続される。作動の間、熱陰
極室中へガスが連続的に導入され、該ガスはアパーチヤ
を通つて蒸発室中へ膨脹する。蒸発室から出るガスを連
続的に吸入排出することにより、２つの室の間で異なる
圧力が維持される。この機構によつて、熱陰極室中のガ
ス圧はアーク放電を持続するのに十分高い（２・10-2m
b）が、蒸発室中のガス圧は１桁低い。作動の間、アー
ク放電は上述したアパーチヤを通して燃焼し、陽極に向
けられる。さらに、アパーチヤによつて既に絞られた放
電は、適切な磁場の作用によつて蒸発すべき陽極材料の
小さい点に集束される。代表的な数値は、約０．２cm2
の陽極点上への５〜８KWの電力入力である。中空陰極放
電の場合におけるように、低圧アークにより蒸発した材
料の高い活性化が得られる。他面において、双方の放電
は周囲作業ガスによつて持続される。残留ガスなしで
は、放電の作動は不可能である。この理由で、これらの
方法は有利に、TiNのような反応性被膜をつくるのに使
用される。純粋な被膜を得るためには、多くの場合周囲
ガスの存在は不利である。
さらに、真空アーク中での陰極スポット蒸発を使用する
方法が公知である（英国特許第１３２２６７０号明細
書）。真空アークは、高度真空中に最初に置かれた２つ
の電極間の放電である。通常、放電は陰極材料の蒸発お
よびイオン化によつて持続される。これら放電の特性的
特徴は、いわゆる陰極点である。これらは、電流に依存
して、陰極の比較的冷たい表面上に１つまたは若干の明
るくかつ急速に動く点である。放電のほとんど全部の電
流が、陰極点に集中されて１０5〜１０7Ａ／cm2の電流
密度が生じる。この高い電力集中が陰極材料の強い浸食
をもたらす。浸食された材料はイオン化された金属蒸気
ならびに多数の非常に小さい溶融液滴からなる。この機
構は、上述した陰極材料のスパツタに密接に関連してい
る。この放電を実施するのに周囲作業ガスは必要でない
が、この方法は２つの重大な欠点を示す：(1)この放電
は非常に不安定で、非常に高い電流を必要とするかまた
は頻繁に再点弧しなければならない〔ギルモア（A.S.Gi
lmour Jr.）およびロツクウツド（D.L.Lockwood）、プ
ロシーデイングス・オブ・ザ・アイ・エー・エー・エー
（Proceedings of the IEEE）、第６０巻、No.８、第９
７７頁（１９７２年）；コゼン（J.D.Cobine）およびフ
アラル（G.A.Farrall）、ジヤーナル・オブ・アプライ
ド・フイジクス（Journ.of Ap.pl.Physics）第３１巻、
No.１２、第２２９６頁（１９６０年）〕。(2)高い速度
で陰極から出る溶融液滴は被覆された表面を覆うピンホ
ールを生じる。
方法が公知である（英国特許第１３２２６７０号明細
書）。真空アークは、高度真空中に最初に置かれた２つ
の電極間の放電である。通常、放電は陰極材料の蒸発お
よびイオン化によつて持続される。これら放電の特性的
特徴は、いわゆる陰極点である。これらは、電流に依存
して、陰極の比較的冷たい表面上に１つまたは若干の明
るくかつ急速に動く点である。放電のほとんど全部の電
流が、陰極点に集中されて１０5〜１０7Ａ／cm2の電流
密度が生じる。この高い電力集中が陰極材料の強い浸食
をもたらす。浸食された材料はイオン化された金属蒸気
ならびに多数の非常に小さい溶融液滴からなる。この機
構は、上述した陰極材料のスパツタに密接に関連してい
る。この放電を実施するのに周囲作業ガスは必要でない
が、この方法は２つの重大な欠点を示す：(1)この放電
は非常に不安定で、非常に高い電流を必要とするかまた
は頻繁に再点弧しなければならない〔ギルモア（A.S.Gi
lmour Jr.）およびロツクウツド（D.L.Lockwood）、プ
ロシーデイングス・オブ・ザ・アイ・エー・エー・エー
（Proceedings of the IEEE）、第６０巻、No.８、第９
７７頁（１９７２年）；コゼン（J.D.Cobine）およびフ
アラル（G.A.Farrall）、ジヤーナル・オブ・アプライ
ド・フイジクス（Journ.of Ap.pl.Physics）第３１巻、
No.１２、第２２９６頁（１９６０年）〕。(2)高い速度
で陰極から出る溶融液滴は被覆された表面を覆うピンホ
ールを生じる。
一般の文献中には、基礎物理学ならびに真空アークの適
用に関する多数の刊行物を見出すことができる。広範な
記載は、ラフテイ（J.M.Laffety）著バキユーム・アー
クス・セオリー・アンド・アプリケーシヨン（Vacuum a
rcs,Theory and Application）、発行者ジヨン・ウイリ
イ・アンド・サンズ社（１９８０年）に見出すことがで
きる。周知の真空アークは、上述した陰極点、即ち陰極
の比較的冷たい表面上を明るく、急速に動く点を特徴と
する。これらの点において、放電を持続するための電子
ならびに蒸気が発生する。通常、この放電は非常に不安
定で、数分の１秒で消える。この性質のため、真空アー
クは主に高電流遮断器に適用された。陽極蒸発をもたら
す陽極現象は、数1000Aより上の非常に高い電流に対し
て知られているにすぎない〔ミラー（H.C.Miller）、ア
イ・エー・エー・エー・トランザクシヨン・オン・プラ
ズマ・サイエンス（IEEE Transaction on Plasma Scien
ce）、第ＰＳ−１１巻、No.２、第７６頁（１９８３
年〕。すべての電流技術的努力の目的は陽極蒸発をさけ
ることである。それというのもこの効果は遮断器の破損
を生じるからである。
用に関する多数の刊行物を見出すことができる。広範な
記載は、ラフテイ（J.M.Laffety）著バキユーム・アー
クス・セオリー・アンド・アプリケーシヨン（Vacuum a
rcs,Theory and Application）、発行者ジヨン・ウイリ
イ・アンド・サンズ社（１９８０年）に見出すことがで
きる。周知の真空アークは、上述した陰極点、即ち陰極
の比較的冷たい表面上を明るく、急速に動く点を特徴と
する。これらの点において、放電を持続するための電子
ならびに蒸気が発生する。通常、この放電は非常に不安
定で、数分の１秒で消える。この性質のため、真空アー
クは主に高電流遮断器に適用された。陽極蒸発をもたら
す陽極現象は、数1000Aより上の非常に高い電流に対し
て知られているにすぎない〔ミラー（H.C.Miller）、ア
イ・エー・エー・エー・トランザクシヨン・オン・プラ
ズマ・サイエンス（IEEE Transaction on Plasma Scien
ce）、第ＰＳ−１１巻、No.２、第７６頁（１９８３
年〕。すべての電流技術的努力の目的は陽極蒸発をさけ
ることである。それというのもこの効果は遮断器の破損
を生じるからである。
発明が解決しようとする問題点 本発明方法は、新規タイプの真空アーク、低電流におけ
る陽極真空アークを使用する。このタイプのアークの存
在は、普通の意味ならびに現存する理論的研究とは著し
く相違する。
る陽極真空アークを使用する。このタイプのアークの存
在は、普通の意味ならびに現存する理論的研究とは著し
く相違する。
周知の真空アーク放電においては、陰極だけが有効であ
り、アーク放電を持続するのに必要な材料および電子
は、陰極点において発生する。陰極で浸食された材料は
周壁上で迅速に凝縮するため、このタイプのアークは非
常に不安定であつて、普通は短時間内に消弧する。
り、アーク放電を持続するのに必要な材料および電子
は、陰極点において発生する。陰極で浸食された材料は
周壁上で迅速に凝縮するため、このタイプのアークは非
常に不安定であつて、普通は短時間内に消弧する。
本発明の問題は、上述した欠点をさけ、工業的に簡単に
実施することのできる電子ビーム蒸発法を提供すること
である。本発明は極めて種種の用途に使用することがで
き、同時に、蒸気を高度に活性化しかえきれいな真空条
件における蒸発が反応性雰囲気中への蒸発のように可能
であることを確保する。
実施することのできる電子ビーム蒸発法を提供すること
である。本発明は極めて種種の用途に使用することがで
き、同時に、蒸気を高度に活性化しかえきれいな真空条
件における蒸発が反応性雰囲気中への蒸発のように可能
であることを確保する。
問題点を解決するための手段 蒸発すべき材料を、真空蒸発器内に置かれた陰極と陽極
との間に持続される真空アーク放電中に発生した電子で
衝撃することにより真空蒸発器内で材料を蒸発させる本
発明方法は、 陰極と陽極とを真空室中で位置ぎめし、蒸発すべき材料
を蒸発室中で陽極またはその一部として接続し、真空ア
ーク放電の冷陰極表面上の陰極点において放電の自己持
続のための電子を発生させ、該真空放電では電圧を１０
０Ｖよりも下の電圧および少なくとも１Ａの電流を維持
し、陽極の表面を材料の蒸発に十分な入力を得るために
放電において発生した電子で衝撃し、アーク放電を実質
的に陽極で蒸発した材料の蒸気中で維持することを特徴
とする。
との間に持続される真空アーク放電中に発生した電子で
衝撃することにより真空蒸発器内で材料を蒸発させる本
発明方法は、 陰極と陽極とを真空室中で位置ぎめし、蒸発すべき材料
を蒸発室中で陽極またはその一部として接続し、真空ア
ーク放電の冷陰極表面上の陰極点において放電の自己持
続のための電子を発生させ、該真空放電では電圧を１０
０Ｖよりも下の電圧および少なくとも１Ａの電流を維持
し、陽極の表面を材料の蒸発に十分な入力を得るために
放電において発生した電子で衝撃し、アーク放電を実質
的に陽極で蒸発した材料の蒸気中で維持することを特徴
とする。
本発明の基礎的な物理的背景は、新規タイプのアーク放
電、低電流における陽極真空アークの発展である。電
極、殊に陽極の適当な構造によつて陽極蒸発は放電を安
定にする。この陽極蒸発は陽極の表面における点状構造
において行なわれる。これらの点は、高度にイオン化さ
れた金属蒸気からなるプラズマジエツトの発生源であ
る。この点形成がこのタイプの放電の特徴であり、それ
自体は外部操作、たとえば磁場なしに出現する。この陽
極における自己集束のため、陽極における小さい面積へ
の電力の入力は、陽極材料の迅速な蒸発および活性化を
非常に高度なものにする。陽極点形成を生じる物理的理
由は現在までは知られていない。
電、低電流における陽極真空アークの発展である。電
極、殊に陽極の適当な構造によつて陽極蒸発は放電を安
定にする。この陽極蒸発は陽極の表面における点状構造
において行なわれる。これらの点は、高度にイオン化さ
れた金属蒸気からなるプラズマジエツトの発生源であ
る。この点形成がこのタイプの放電の特徴であり、それ
自体は外部操作、たとえば磁場なしに出現する。この陽
極における自己集束のため、陽極における小さい面積へ
の電力の入力は、陽極材料の迅速な蒸発および活性化を
非常に高度なものにする。陽極点形成を生じる物理的理
由は現在までは知られていない。
陽極における蒸発速度は、陽極におけるよりもはるかに
高い。それで、この新規タイプのアーク放電は、陽極で
蒸気発生が生じる限り安定であり、放電は蒸発した材料
の適当な置換によつて長時間維持することができる。電
極の適当な構造および寸法によつて、アーク放電は、
（蒸発すべき材料に依存して）１０〜４０Ａの間で、放
電中の電圧降下３０Ｖ〜４０Ｖで操作することができ
る。高度に活性化された、蒸発せる陽極材料はアーク放
電を維持するだけでなく、金属蒸気製造のためおよび被
覆の目的に極めて種々の適用形で使用することができ
る。
高い。それで、この新規タイプのアーク放電は、陽極で
蒸気発生が生じる限り安定であり、放電は蒸発した材料
の適当な置換によつて長時間維持することができる。電
極の適当な構造および寸法によつて、アーク放電は、
（蒸発すべき材料に依存して）１０〜４０Ａの間で、放
電中の電圧降下３０Ｖ〜４０Ｖで操作することができ
る。高度に活性化された、蒸発せる陽極材料はアーク放
電を維持するだけでなく、金属蒸気製造のためおよび被
覆の目的に極めて種々の適用形で使用することができ
る。
それで、本発明方法により、材料を陽極に接続し、該材
料を、点形式で作動する陰極と蒸発する陽極との間で持
続する陽極真空アーク放電において発生した電子で衝撃
し、これによつて放電の自持続のための作業ガスを得る
ことが提案される。高度に活性化された材料蒸気は多く
の目的に使用することができる。
料を、点形式で作動する陰極と蒸発する陽極との間で持
続する陽極真空アーク放電において発生した電子で衝撃
し、これによつて放電の自持続のための作業ガスを得る
ことが提案される。高度に活性化された材料蒸気は多く
の目的に使用することができる。
材料を蒸発させる本発明方法の主たる用途は、真空被覆
プラントにおける表面の被覆であるが、真空中で材料を
蒸発させる本発明方法は多くの他の目的、たとえばゲツ
タランプおよび金属蒸気レーザーに適用することもでき
る。
プラントにおける表面の被覆であるが、真空中で材料を
蒸発させる本発明方法は多くの他の目的、たとえばゲツ
タランプおよび金属蒸気レーザーに適用することもでき
る。
陽極真空アークは、種々の方法で点弧することができ
る。点弧に先立ち、周囲ガス圧をポンプで少なくとも１
０-1mbの値に排気すべきである。クリーン真空条件が望
ましい場合には、高度真空またはむしろ超高度真空にお
けるアークの点弧および作業が有利である。アーク放電
の点弧は、アーク電力供給を所定値に設定し、陰極と陽
極とを短時間接触させることによつて達成することがで
きる。この技術のほかに、トリガ真空ギヤツプの点弧か
ら公知のすべての他の技術、たとえば陽極または陰極の
いずれかに接続された第３の電極および陽極と陰極との
間の間隙中へのプラズマの放射を有効に使用することが
できる。さらに、アークは十分な圧力の雰囲気中でガス
放電として点弧することができ、真空放電への転換は蒸
発室からガスをポンプで排気することによつて達成する
ことができる。安全な点弧のためには、放電の開始時に
短かい高電流インパルスが有利である。
る。点弧に先立ち、周囲ガス圧をポンプで少なくとも１
０-1mbの値に排気すべきである。クリーン真空条件が望
ましい場合には、高度真空またはむしろ超高度真空にお
けるアークの点弧および作業が有利である。アーク放電
の点弧は、アーク電力供給を所定値に設定し、陰極と陽
極とを短時間接触させることによつて達成することがで
きる。この技術のほかに、トリガ真空ギヤツプの点弧か
ら公知のすべての他の技術、たとえば陽極または陰極の
いずれかに接続された第３の電極および陽極と陰極との
間の間隙中へのプラズマの放射を有効に使用することが
できる。さらに、アークは十分な圧力の雰囲気中でガス
放電として点弧することができ、真空放電への転換は蒸
発室からガスをポンプで排気することによつて達成する
ことができる。安全な点弧のためには、放電の開始時に
短かい高電流インパルスが有利である。
本発明方法を実施する間の蒸発速度は、アーク電流を変
えることによつて簡単に変えることができる。同一蒸発
室中で、同じかまたは異なる蒸発性材料を備えた複数の
陽極からの蒸発も可能である。この場合には、陽極を小
さい抵抗によつて互いに電気的に分離するのが有用であ
る。これらの陽極は同時にもしくは均一または異なる電
気的条件下に使用することができる。陽極は、個々の遮
断器を用いて容易に接続および遮断することができる。
複数の陽極を、１つまたは若干の陰極とともに使用する
ことができる。２つ以上の蒸発源からの蒸気の同時蒸着
は、合金を製造するための工具でもある。
えることによつて簡単に変えることができる。同一蒸発
室中で、同じかまたは異なる蒸発性材料を備えた複数の
陽極からの蒸発も可能である。この場合には、陽極を小
さい抵抗によつて互いに電気的に分離するのが有用であ
る。これらの陽極は同時にもしくは均一または異なる電
気的条件下に使用することができる。陽極は、個々の遮
断器を用いて容易に接続および遮断することができる。
複数の陽極を、１つまたは若干の陰極とともに使用する
ことができる。２つ以上の蒸発源からの蒸気の同時蒸着
は、合金を製造するための工具でもある。
被覆すべき基材には、可変電位、有利に陽極に対して負
の電位を適用することができる。この電位は、種々の被
覆法において被膜の品質を改良するのに有用である。さ
らに、真空アークの陽極または陰極は、蒸発室の壁に対
して任意の電位に設定することができる。
の電位を適用することができる。この電位は、種々の被
覆法において被膜の品質を改良するのに有用である。さ
らに、真空アークの陽極または陰極は、蒸発室の壁に対
して任意の電位に設定することができる。
さらに、陰極を、陽極において蒸発した同じ材料からつ
くるのが有用である。他面において、該材料以外の陰極
は、アーク点弧の直後に蒸発した陽極材料によつて被覆
される。こうして、得られる被覆の陰極材料による汚染
は、アークの点弧の直後しか起りえない。
くるのが有用である。他面において、該材料以外の陰極
は、アーク点弧の直後に蒸発した陽極材料によつて被覆
される。こうして、得られる被覆の陰極材料による汚染
は、アークの点弧の直後しか起りえない。
本発明方法を実施する間、陽極ならびに陰極は被覆すべ
き基体に対して移動させることができる。これは、被覆
法の間の基体上の陰影（Shadow）を防ぐのに有用であ
る。
き基体に対して移動させることができる。これは、被覆
法の間の基体上の陰影（Shadow）を防ぐのに有用であ
る。
さらに、被覆された基体が陰極点からの溶融液滴により
衝撃されるのを防ぐために、陰極を適当なシールドで取
囲むのが有用である。
衝撃されるのを防ぐために、陰極を適当なシールドで取
囲むのが有用である。
陽極の構造上の詳細は種々の方法で実施することはでき
るが、原則的には陽極の活性部分は蒸発すべき材料を支
持する耐熱性金属からなる。双方の電極、即ち陽極およ
び陰極は適当に冷却するのが有利である。長時間作動に
は、蒸発した材料の補充が必要である。この問題は、た
とえば陽極の一部として耐熱性管を使用することによつ
て解決することができる。蒸発した材料は、管内の可動
金属線によつて置換される。
るが、原則的には陽極の活性部分は蒸発すべき材料を支
持する耐熱性金属からなる。双方の電極、即ち陽極およ
び陰極は適当に冷却するのが有利である。長時間作動に
は、蒸発した材料の補充が必要である。この問題は、た
とえば陽極の一部として耐熱性管を使用することによつ
て解決することができる。蒸発した材料は、管内の可動
金属線によつて置換される。
本発明方法により、多数の材料を蒸発させることがで
き、実際にすべての固体表面を被覆する目的のために使
用することができる。得られる被膜は均一で、ピンホー
ルがなくかつすぐれた付着を示す。蒸着速度は高い。た
とえばアルミニウムを用い２０Ａで距離３０cmでは、蒸
着速度は約０．１μ／ｓである。この場合、全アークへ
の電力入力は０．７KW（２０Ａ，３５Ｖ）にすぎない。
低い電力入力および高い蒸着速度のため、被覆される基
体の熱応力は低い。このため、本発明方法は殊にプラス
チツクの金属被覆のために有用である。低い熱応力は、
ろうそくをアルミニウムで被覆することによつて立証さ
れた。被覆法後に、ろうの表面に溶融が検出されなかつ
た。
き、実際にすべての固体表面を被覆する目的のために使
用することができる。得られる被膜は均一で、ピンホー
ルがなくかつすぐれた付着を示す。蒸着速度は高い。た
とえばアルミニウムを用い２０Ａで距離３０cmでは、蒸
着速度は約０．１μ／ｓである。この場合、全アークへ
の電力入力は０．７KW（２０Ａ，３５Ｖ）にすぎない。
低い電力入力および高い蒸着速度のため、被覆される基
体の熱応力は低い。このため、本発明方法は殊にプラス
チツクの金属被覆のために有用である。低い熱応力は、
ろうそくをアルミニウムで被覆することによつて立証さ
れた。被覆法後に、ろうの表面に溶融が検出されなかつ
た。
有利に１０-4mbの周囲ガス圧での金属の蒸発のほかに、
本発明方法は、反応性被覆のためにも適用することがで
きる。たとえば窒化チタン層をつくるためには、金属チ
タンを本発明方法により１０-2mbの周囲窒素雰囲気中で
蒸発させる。窒素は、蒸発室内で付加的放電によつて活
性化される。チタン蒸気と窒素との間の化学反応によ
り、基体上に黄金色のTiN層を得ることができる。かか
る層は、たとえば強い機械的応力にさらされる表面にお
ける耐摩耗性被膜として有用である。
本発明方法は、反応性被覆のためにも適用することがで
きる。たとえば窒化チタン層をつくるためには、金属チ
タンを本発明方法により１０-2mbの周囲窒素雰囲気中で
蒸発させる。窒素は、蒸発室内で付加的放電によつて活
性化される。チタン蒸気と窒素との間の化学反応によ
り、基体上に黄金色のTiN層を得ることができる。かか
る層は、たとえば強い機械的応力にさらされる表面にお
ける耐摩耗性被膜として有用である。
特殊な用途では、本発明方法は管や穿孔の内壁を被覆す
るのに使用することができる。これは、穿孔または管内
で真空密に動かすことのできる円板上に陽極ならびに陰
極を取付けることによつて可能にすることができる。２
つの円板および２つの円板の間の穿孔または管の内壁が
蒸発室を形成する。円板は電気および真空接続部を含有
している。
るのに使用することができる。これは、穿孔または管内
で真空密に動かすことのできる円板上に陽極ならびに陰
極を取付けることによつて可能にすることができる。２
つの円板および２つの円板の間の穿孔または管の内壁が
蒸発室を形成する。円板は電気および真空接続部を含有
している。
発明の効果 要するに、本発明方法は次の特徴によりすぐれている： −高い蒸着速度および低い電力入力、 −被覆される表面の低い熱応力、 −得られる被膜が均質で、ピンホールがなくかつすぐれ
た付着を示す、 −簡単かつ経済的実施、 −陽極点に電子を集束するのに外部操作が不要、 −蒸発せる材料が高度に活性化される、 −被覆法は非常に高い真空中ならびに高い周囲雰囲気中
で可能である、 −蒸発源の小さい寸法、従つて高い移動度、たとえば、
本発明方法は管の内壁の被覆のために適用することがで
きる、 −異なる蒸発源の同時使用による合金の製造可能性、 −異なる蒸発源の順次蒸発による“サンドイツチ被膜”
の製造可能性。
た付着を示す、 −簡単かつ経済的実施、 −陽極点に電子を集束するのに外部操作が不要、 −蒸発せる材料が高度に活性化される、 −被覆法は非常に高い真空中ならびに高い周囲雰囲気中
で可能である、 −蒸発源の小さい寸法、従つて高い移動度、たとえば、
本発明方法は管の内壁の被覆のために適用することがで
きる、 −異なる蒸発源の同時使用による合金の製造可能性、 −異なる蒸発源の順次蒸発による“サンドイツチ被膜”
の製造可能性。
最後に、本発明方法と他の公知方法との広範な比較を記
載する。本発明方法の根底をなす基本的な物理的機構
は、電子衝撃による材料の蒸発である。しかし他面にお
いて、上述したすべての方法（本発明方法をも包含す
る）は、陽極に接続された材料を衝撃する電子を発生さ
せる物理的機構が異なる。古典的電子ビーム蒸発器は、
熱線条陰極により放出される電子を使用する。これらの
電子は、高い電圧により加速され、生じた蒸気または残
留ガスを活性化することなく陽極を衝撃する。他の２つ
の方法は、任圧ガス放電に基づくものである。１つの方
法は電子を発生させるのに熱中空陰極を使用するが、こ
れらの電子は２番目の方法（米国特許第４１９７１７５
号）における熱線条陰極において発生する。
載する。本発明方法の根底をなす基本的な物理的機構
は、電子衝撃による材料の蒸発である。しかし他面にお
いて、上述したすべての方法（本発明方法をも包含す
る）は、陽極に接続された材料を衝撃する電子を発生さ
せる物理的機構が異なる。古典的電子ビーム蒸発器は、
熱線条陰極により放出される電子を使用する。これらの
電子は、高い電圧により加速され、生じた蒸気または残
留ガスを活性化することなく陽極を衝撃する。他の２つ
の方法は、任圧ガス放電に基づくものである。１つの方
法は電子を発生させるのに熱中空陰極を使用するが、こ
れらの電子は２番目の方法（米国特許第４１９７１７５
号）における熱線条陰極において発生する。
どちらの場合にも、電子とガス原子との間の融通性のな
い衝突により熱陰極から放出される電子を倍加するの
に、陰極領域における高いガス圧が必要である。こうし
て、熱線条単独からの電子放出により可能であるよりも
はるかに高い電流が陽極に発生する。陽極に接続された
材料の蒸発のために十分な電力密度を得るために、電子
ビームを磁場により陽極上の小さい面積に集束する。放
電の代表的作動値は、１００Ｖ、１００Ａの程度であ
り、平均電力入力は１０KWの程度である。
い衝突により熱陰極から放出される電子を倍加するの
に、陰極領域における高いガス圧が必要である。こうし
て、熱線条単独からの電子放出により可能であるよりも
はるかに高い電流が陽極に発生する。陽極に接続された
材料の蒸発のために十分な電力密度を得るために、電子
ビームを磁場により陽極上の小さい面積に集束する。放
電の代表的作動値は、１００Ｖ、１００Ａの程度であ
り、平均電力入力は１０KWの程度である。
本発明方法を実施する間、陽極を衝撃する電子は真空ア
ーク放電において発生する。第一に、放電を持続するた
めに作業ガスは全く必要でない。しかし、必要な場合に
は、周囲ガス雰囲気中で真空アーク放電を作動すること
もできる。高度真空条件下で、陽極真空アークそれ自体
は、陽極の蒸発による作動ガスを発生する。第二に、陽
極は、実際に破壊しえないコンパクトな金属円板からな
る。第三に、陽極点の形成は本発明方法において使用さ
れる陽極真空アークの根本的特徴である。蒸発すべき材
料への十分に高い電力集中は、陽極における放電の自己
集束機構によつて確保される。ガス放電とは異なり、電
子ビームを蒸発すべき材料に集中するのにたとえば磁場
のような外部操作は必要でない。こうして、純粋な金属
蒸気プラズマの発生が可能である。第１図に、本発明方
法に必要な代表的電力入力は１KWより下である。この値
は、他の方法の値よりもはるかに下であり、被覆すべき
基体の熱応力は著しく減少する。最後に、使用される真
空アークは、被覆の目的（英国特許第１３２２６７０号
明細書）には陰極点機構に基づく限り、陽極は不活性で
ある。基礎的陰極点機構は、久しい以前から被覆の目的
に使用されたスパツタの効果に密接に関連している。
ーク放電において発生する。第一に、放電を持続するた
めに作業ガスは全く必要でない。しかし、必要な場合に
は、周囲ガス雰囲気中で真空アーク放電を作動すること
もできる。高度真空条件下で、陽極真空アークそれ自体
は、陽極の蒸発による作動ガスを発生する。第二に、陽
極は、実際に破壊しえないコンパクトな金属円板からな
る。第三に、陽極点の形成は本発明方法において使用さ
れる陽極真空アークの根本的特徴である。蒸発すべき材
料への十分に高い電力集中は、陽極における放電の自己
集束機構によつて確保される。ガス放電とは異なり、電
子ビームを蒸発すべき材料に集中するのにたとえば磁場
のような外部操作は必要でない。こうして、純粋な金属
蒸気プラズマの発生が可能である。第１図に、本発明方
法に必要な代表的電力入力は１KWより下である。この値
は、他の方法の値よりもはるかに下であり、被覆すべき
基体の熱応力は著しく減少する。最後に、使用される真
空アークは、被覆の目的（英国特許第１３２２６７０号
明細書）には陰極点機構に基づく限り、陽極は不活性で
ある。基礎的陰極点機構は、久しい以前から被覆の目的
に使用されたスパツタの効果に密接に関連している。
本発明による真空蒸発装置は、その中で１０-2〜１０-4
ミリバールの真空を生成するためポンプ装置に接続され
た蒸発室、蒸発室内に配置された陽極および冷陰極を有
し、これにより陽極は蒸発すべき材料を支持し、陰極は
冷陰極面に陰極点を発生させることができ、かつ陽極お
よび陰極に接続された電力供給源を有し、これにより陰
極と陽極の間に、少なくとも１Ａの放電電流および１０
０Ｖより小さい放電電圧で陽極真空アーク放電が持続さ
れるようにしたことを特徴とする。
ミリバールの真空を生成するためポンプ装置に接続され
た蒸発室、蒸発室内に配置された陽極および冷陰極を有
し、これにより陽極は蒸発すべき材料を支持し、陰極は
冷陰極面に陰極点を発生させることができ、かつ陽極お
よび陰極に接続された電力供給源を有し、これにより陰
極と陽極の間に、少なくとも１Ａの放電電流および１０
０Ｖより小さい放電電圧で陽極真空アーク放電が持続さ
れるようにしたことを特徴とする。
若干のすぐれた実施態様の説明 下記に、本発明方法および本発明方法を実施するのに適
当な若干の装置を、添付図面につき詳述する。
当な若干の装置を、添付図面につき詳述する。
第１図及び第２図は、底が円板１２で閉じられ、頂部が
継手のまわりを移動可能の蓋１３によつて閉じられてい
るステンレス鋼管１１からなる被覆装置１０を示す。管
ないしは容器１１は、管１５を介して真空ポンプ装置１
６に接続されている。陰極１７は壁１１ａに固定され、
壁１１と陰極１７との間の電気絶縁は絶縁材１８によつ
て達成される。陰極は冷却液通路により冷却することが
でき、該通路は冷却媒体の入口１９および出口１９ａに
接続されている。陰極の内端部は、壁１１ａに固定され
たセラミツクシールド２０によつて取囲まれている。陰
極１７に向合つて、絶縁材２２により壁１１ｂから電気
的に絶縁されている陽極２１が存在する。また、冷却媒
体用の入口２３および出口２４も存在する。陰極１７に
最も近い陽極の端部は耐熱金属からなり、それに蒸発す
べき材料２５が接続されている。
継手のまわりを移動可能の蓋１３によつて閉じられてい
るステンレス鋼管１１からなる被覆装置１０を示す。管
ないしは容器１１は、管１５を介して真空ポンプ装置１
６に接続されている。陰極１７は壁１１ａに固定され、
壁１１と陰極１７との間の電気絶縁は絶縁材１８によつ
て達成される。陰極は冷却液通路により冷却することが
でき、該通路は冷却媒体の入口１９および出口１９ａに
接続されている。陰極の内端部は、壁１１ａに固定され
たセラミツクシールド２０によつて取囲まれている。陰
極１７に向合つて、絶縁材２２により壁１１ｂから電気
的に絶縁されている陽極２１が存在する。また、冷却媒
体用の入口２３および出口２４も存在する。陰極１７に
最も近い陽極の端部は耐熱金属からなり、それに蒸発す
べき材料２５が接続されている。
真空アークを点弧するために、陰極１７および／または
陽極２１は、二重矢印２６および27によりそれぞれ示し
たように移動可能である。点弧のためには、陽極２５の
端部および陰極30の表面を短時間接触させねばならな
い。他の点弧装置も第１図に包含されている。これは、
二重矢印２９の方向に移動可能な補助陽極２８からな
る。通常、アーク放電を点弧するためには移動可能電極
１７および／または２１か、または補助電極が必要であ
る。もちろん、補助陽極２８の代りに、補助陰極を使用
することもできる。
陽極２１は、二重矢印２６および27によりそれぞれ示し
たように移動可能である。点弧のためには、陽極２５の
端部および陰極30の表面を短時間接触させねばならな
い。他の点弧装置も第１図に包含されている。これは、
二重矢印２９の方向に移動可能な補助陽極２８からな
る。通常、アーク放電を点弧するためには移動可能電極
１７および／または２１か、または補助電極が必要であ
る。もちろん、補助陽極２８の代りに、補助陰極を使用
することもできる。
電極１７および２１の上方には、被覆すべき基体用の支
持物３７が存在する。この支持物は棒３６によつて動か
すことができ、アーク放電は、シヤツタ３５により分離
することができる。被覆プロセスに先立つて基体を清浄
にするのは、電極３８と３９との間のグロー放電によつ
て可能である。管４３を経て弁４４によつて容器11中へ
ガスを導入することができる。シールド41および４２
は、金属での被覆のために絶縁材18および２２が破損す
るのを防止する。４０は真空計である。
持物３７が存在する。この支持物は棒３６によつて動か
すことができ、アーク放電は、シヤツタ３５により分離
することができる。被覆プロセスに先立つて基体を清浄
にするのは、電極３８と３９との間のグロー放電によつ
て可能である。管４３を経て弁４４によつて容器11中へ
ガスを導入することができる。シールド41および４２
は、金属での被覆のために絶縁材18および２２が破損す
るのを防止する。４０は真空計である。
第３図には、プラズマガンによりアーク放電を点弧する
方法が示されている。これは、孔32を有するプラスチツ
ク円板３１、電気絶縁33aを有する内部電極３３、およ
び第２の電極３４を有する毛管放電装置からなる。２０
〜３０KVの高電圧パルスが、孔の内部に、電極３４を通
つて陰極表面３０と陽極２５との間の間隙中へ延びるプ
ラズマを発生する。
方法が示されている。これは、孔32を有するプラスチツ
ク円板３１、電気絶縁33aを有する内部電極３３、およ
び第２の電極３４を有する毛管放電装置からなる。２０
〜３０KVの高電圧パルスが、孔の内部に、電極３４を通
つて陰極表面３０と陽極２５との間の間隙中へ延びるプ
ラズマを発生する。
第４図は、電極のすぐれた実施態様を詳細に示す。陰極
１７はたとえば直径２０mmの円板からなり、冷却された
支持物１７′に取付けられている。陽極の冷却された支
持物２１は、直径２mmの２つのタングステン棒４５およ
び４６を有する。蒸発すべき材料２５は棒４５および４
６に接続されている。陽極の他の構造においては、棒４
５および４６は、蒸発すべき材料２５を有するるつぼ４
５ａに代えられている。第４図において棒４５と４６が
交叉する目的は、交叉点近くに蒸発すべき溶融した材料
の滴を固定するためである。
１７はたとえば直径２０mmの円板からなり、冷却された
支持物１７′に取付けられている。陽極の冷却された支
持物２１は、直径２mmの２つのタングステン棒４５およ
び４６を有する。蒸発すべき材料２５は棒４５および４
６に接続されている。陽極の他の構造においては、棒４
５および４６は、蒸発すべき材料２５を有するるつぼ４
５ａに代えられている。第４図において棒４５と４６が
交叉する目的は、交叉点近くに蒸発すべき溶融した材料
の滴を固定するためである。
電極１７および２１の支持物は、陽極真空アークを作動
するために適当な電力供給源への電気的接続体としても
役立つ。
するために適当な電力供給源への電気的接続体としても
役立つ。
第５図は、棒４５が材料２５のらせん形線材を有する、
陽極の他の実施形を示す。
陽極の他の実施形を示す。
第６図には、放電の長時間作動に適当な陽極が示されて
おり、蒸発した材料は管２７を通つて矢印４７の方向に
置換される。
おり、蒸発した材料は管２７を通つて矢印４７の方向に
置換される。
第７図は、管４９の内壁４８を被覆するのに適当な装置
を示す。２つの円板５１および５２は電極１７および２
１を有する。円板は、１つまたは若干の棒５０によつて
互いに連結され、シール５３および５４によつて取囲ま
れている。電気およびポンプの接続は、線５５，５６お
よび５０によつて可能になつている。蒸発室は、２つの
円板５１と５２との間で管４８の内壁によつて形成され
る。長い管の全内壁を被覆するためには、この装置を円
板の１つに結合されたかぎ５７に固定されたコード５８
により管の内部に沿つて動かすことができる。
を示す。２つの円板５１および５２は電極１７および２
１を有する。円板は、１つまたは若干の棒５０によつて
互いに連結され、シール５３および５４によつて取囲ま
れている。電気およびポンプの接続は、線５５，５６お
よび５０によつて可能になつている。蒸発室は、２つの
円板５１と５２との間で管４８の内壁によつて形成され
る。長い管の全内壁を被覆するためには、この装置を円
板の１つに結合されたかぎ５７に固定されたコード５８
により管の内部に沿つて動かすことができる。
第８図及び第９図は、円筒形の箱５９、底６０および蓋
６１からなる、本発明方法による装置を示す。陰極１７
およびシールド２０は底に固定され、陽極２１は蓋に固
定されている。被覆すべき基体３７，３７ａ等は、円筒
形の支持物６３上に取付けられ、該支持物は容易に蒸発
室中へ入れるかまたはこれから取出すことができる。
６１からなる、本発明方法による装置を示す。陰極１７
およびシールド２０は底に固定され、陽極２１は蓋に固
定されている。被覆すべき基体３７，３７ａ等は、円筒
形の支持物６３上に取付けられ、該支持物は容易に蒸発
室中へ入れるかまたはこれから取出すことができる。
第１０図は、陽極２１が底に固定され、陰極１７が蓋に
固定されていることを除き、本発明方法の類似の実施例
を示す。被覆すべき基体37，３７ａ等はプラスチツク支
持物６３の内部に存在する。この支持物６３はいつか交
換することができ、蒸発室１０が蒸発した材料によつて
被覆されるのを防止する。
固定されていることを除き、本発明方法の類似の実施例
を示す。被覆すべき基体37，３７ａ等はプラスチツク支
持物６３の内部に存在する。この支持物６３はいつか交
換することができ、蒸発室１０が蒸発した材料によつて
被覆されるのを防止する。
第１１図は、箔を被覆するため本発明方法を適用するの
に適当な装置を示す。この垂直断面図に、蓋６５を有す
る箱６４を認めることができる。若干の陰極１７，１７
ａ，１７ｂおよび陽極２１，２１ａ，２１ｂは箱の相対
する壁に取付けられている。壁６６および６７は被覆す
べき箔７０，７０ａの入口および出口を有し、該箔はそ
れぞれローラ７１，７１ａおよび７２，７２ａによつて
動かされる。壁７３，７３ａは互いに放電を分離する。
に適当な装置を示す。この垂直断面図に、蓋６５を有す
る箱６４を認めることができる。若干の陰極１７，１７
ａ，１７ｂおよび陽極２１，２１ａ，２１ｂは箱の相対
する壁に取付けられている。壁６６および６７は被覆す
べき箔７０，７０ａの入口および出口を有し、該箔はそ
れぞれローラ７１，７１ａおよび７２，７２ａによつて
動かされる。壁７３，７３ａは互いに放電を分離する。
第１２図は同じ装置の上面図を示す。さらに、どのよう
にして複数の陽極を同時に、または必要に応じ、順次
に、陽極２１，２１ａ，２１ｂに接続されたスイツチを
開閉することによつて作動しうるかが略示されている。
にして複数の陽極を同時に、または必要に応じ、順次
に、陽極２１，２１ａ，２１ｂに接続されたスイツチを
開閉することによつて作動しうるかが略示されている。
例１ アルミニウム被膜、たとえば平滑なプラスチツク表面上
にミラーをつくるために、電極１７および２１を第４図
から認めうるように製造し、直流電源に接続した。被覆
すべき基体を支持物３７上に固定し、ポンプ系１６を用
いて、蒸発装置１０を１０-4mbの圧力に排気した。被覆
プロセスに先立ち、基体を注意深く脱脂し、最後に電極
３８と３９との間で点弧されるグロー放電によつて清浄
にした。この目的のために、弁４４を開いて、ポンプ運
転の間、蒸発室中に約０．１mbのアルゴンガス圧を生成
せしめた。弁４４を閉じ、アルゴンガス圧を約１０-4mb
に下げた後、電極端部２５と３０とを広範に接触させ、
所定位置に引戻した。真空アーク放電の点弧の際に、陰
極３０の表面に特徴的な陰極点が現われ、瞬時にアルミ
ニウム２５が溶融し、殊にアークのまわりのアークプラ
ズマが青菫色に変わる。この色はアルミニウム蒸気プラ
ズマに代表的なもので、蒸発した陽極材料の適正作動を
指示する。たとえばアークを銅または鉄で作動した場合
には、アークプラズマは緑色で現われ、クロムでは青色
に着色する。作動の間陰極表面３０で生成した溶融金属
滴が、被覆される表面に衝突するのを防ぐため特別な配
慮をした。これは、シールド１７ａ内の陰極表面３０の
適当な位置によつて可能であつた。アーク電流は２５Ｖ
であり、放電の電圧降下は３５Ｖであつた。１０秒内
に、陽極２５から２０cm離れて置かれたプラスチツク基
体の表面は、均質で、ピンホールがなくかつ鏡状のアル
ミニウム被膜で覆われていた。得られる被膜は厚さ約
０．２μであり、すぐれた付着を示した。
にミラーをつくるために、電極１７および２１を第４図
から認めうるように製造し、直流電源に接続した。被覆
すべき基体を支持物３７上に固定し、ポンプ系１６を用
いて、蒸発装置１０を１０-4mbの圧力に排気した。被覆
プロセスに先立ち、基体を注意深く脱脂し、最後に電極
３８と３９との間で点弧されるグロー放電によつて清浄
にした。この目的のために、弁４４を開いて、ポンプ運
転の間、蒸発室中に約０．１mbのアルゴンガス圧を生成
せしめた。弁４４を閉じ、アルゴンガス圧を約１０-4mb
に下げた後、電極端部２５と３０とを広範に接触させ、
所定位置に引戻した。真空アーク放電の点弧の際に、陰
極３０の表面に特徴的な陰極点が現われ、瞬時にアルミ
ニウム２５が溶融し、殊にアークのまわりのアークプラ
ズマが青菫色に変わる。この色はアルミニウム蒸気プラ
ズマに代表的なもので、蒸発した陽極材料の適正作動を
指示する。たとえばアークを銅または鉄で作動した場合
には、アークプラズマは緑色で現われ、クロムでは青色
に着色する。作動の間陰極表面３０で生成した溶融金属
滴が、被覆される表面に衝突するのを防ぐため特別な配
慮をした。これは、シールド１７ａ内の陰極表面３０の
適当な位置によつて可能であつた。アーク電流は２５Ｖ
であり、放電の電圧降下は３５Ｖであつた。１０秒内
に、陽極２５から２０cm離れて置かれたプラスチツク基
体の表面は、均質で、ピンホールがなくかつ鏡状のアル
ミニウム被膜で覆われていた。得られる被膜は厚さ約
０．２μであり、すぐれた付着を示した。
例２ 極めて種々の材料を、金属の蒸発に好適である本発明方
法によつて蒸発させることができた。これらのうちに
は、Al，Si，Ti，Ｖ，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，P
d，Ag，CdおよびAuがある。一般に、高い蒸気圧を有す
る材料は、低い蒸気圧を有する材料よりも高いアーク電
流を必要とする。たとえばCdで放電を作動するためには
１０Ａのアーク電流で十分であつたが、TiまたはPtには
３５Ａよりも大きいアーク電流が有利である。
法によつて蒸発させることができた。これらのうちに
は、Al，Si，Ti，Ｖ，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，P
d，Ag，CdおよびAuがある。一般に、高い蒸気圧を有す
る材料は、低い蒸気圧を有する材料よりも高いアーク電
流を必要とする。たとえばCdで放電を作動するためには
１０Ａのアーク電流で十分であつたが、TiまたはPtには
３５Ａよりも大きいアーク電流が有利である。
反応性蒸気、たとえばTiNの蒸着を得るためには、アー
ク放電を約１０-2mbの周囲N2雰囲気中で作動した。
ク放電を約１０-2mbの周囲N2雰囲気中で作動した。
添付図面は本発明方法を実施するのに適当な装置の実施
例を示すもので、第１図は本発明による装置の垂直断面
図であり、第２図は第１図における装置の上面図、第３
図は第１図に示したものとは別の点弧装置を有する装置
の垂直断面図であり、第４図は陽極および陰極の構造を
示す断面図であり、第４Ａ図は他の陽極の断面図であ
り、第５図および第６図は他の可能な陽極構造を示す垂
直断面図であり、第７図は管およびボアホールの内壁を
被覆するのに適当な本発明による装置の断面図であり、
第８図は本発明方法を実施するのに適当な他の被覆装置
の垂直断面図であり、第９図は第８図の装置の上面図で
あり、第１０図は本発明方法を実施するのに適当な他の
被覆装置の垂直断面図であり、第１１図は本発明による
他の被覆装置の垂直断面図であり、第１２図は第１１図
の装置の上面図である。 １０……被覆装置、１１……ステンレス鋼管、12……円
板、１３……蓋、１４……継手、１５……管、16……真
空ポンプ装置、１７，１７ａ，１７ｂ……陰極、１８…
…絶縁材、１９……入口、１９ａ……出口、２０……シ
ールド、２１，２１ａ，２１ｂ……陽極、２２……絶縁
材、２３……入口、２４……出口、２５……陽極、２
６，２７……二重矢印、２８……補助陽極、２９……二
重矢印、３０……陰極、３１……プラスチツク円板、３
２……孔、３３，３４……電極、３５……シヤツタ、３
６……棒、３７，３７ａ……被覆される基体、３８，３
９……電極、４０……真空計、４１，４２……シール
ド、４３……管、４４……弁、４５，４６……棒、４７
……矢印、４８……内壁、４９……管、５０……棒、５
１，５２……円板、５３，５４……シール、５７……か
ぎ、５８……コード、59……円筒形箱、６０……底、６
１……蓋、６３……支持物、６４……箱、６５……蓋、
６６，６７……壁、70，７０ａ……箔、７１，７１ａ，
７２，７２ａ……ローラ、７３，７３ａ……壁
例を示すもので、第１図は本発明による装置の垂直断面
図であり、第２図は第１図における装置の上面図、第３
図は第１図に示したものとは別の点弧装置を有する装置
の垂直断面図であり、第４図は陽極および陰極の構造を
示す断面図であり、第４Ａ図は他の陽極の断面図であ
り、第５図および第６図は他の可能な陽極構造を示す垂
直断面図であり、第７図は管およびボアホールの内壁を
被覆するのに適当な本発明による装置の断面図であり、
第８図は本発明方法を実施するのに適当な他の被覆装置
の垂直断面図であり、第９図は第８図の装置の上面図で
あり、第１０図は本発明方法を実施するのに適当な他の
被覆装置の垂直断面図であり、第１１図は本発明による
他の被覆装置の垂直断面図であり、第１２図は第１１図
の装置の上面図である。 １０……被覆装置、１１……ステンレス鋼管、12……円
板、１３……蓋、１４……継手、１５……管、16……真
空ポンプ装置、１７，１７ａ，１７ｂ……陰極、１８…
…絶縁材、１９……入口、１９ａ……出口、２０……シ
ールド、２１，２１ａ，２１ｂ……陽極、２２……絶縁
材、２３……入口、２４……出口、２５……陽極、２
６，２７……二重矢印、２８……補助陽極、２９……二
重矢印、３０……陰極、３１……プラスチツク円板、３
２……孔、３３，３４……電極、３５……シヤツタ、３
６……棒、３７，３７ａ……被覆される基体、３８，３
９……電極、４０……真空計、４１，４２……シール
ド、４３……管、４４……弁、４５，４６……棒、４７
……矢印、４８……内壁、４９……管、５０……棒、５
１，５２……円板、５３，５４……シール、５７……か
ぎ、５８……コード、59……円筒形箱、６０……底、６
１……蓋、６３……支持物、６４……箱、６５……蓋、
６６，６７……壁、70，７０ａ……箔、７１，７１ａ，
７２，７２ａ……ローラ、７３，７３ａ……壁
Claims (30)
- 【請求項１】冷陰極と陽極との間で接続される真空アー
ク放電において発生した電子の衝撃によって蒸発すべき
材料を加熱することにより真空蒸発器中で材料を蒸発さ
せる方法において、陰極と陽極とを真空室中で位置ぎめ
し、蒸発すべき材料を蒸発室中で陽極またはその一部と
して接続し、真空アーク放電の冷陰極表面上の陰極点に
おいて放電の自己持続のための電子を発生させ、該真空
放電では電圧を１００Ｖよりも下の電圧および少なくと
も１Ａの電流を維持し、陽極の表面を材料の蒸発に十分
な電力入力を得るために放電において発生した電子で衝
撃し、アーク放電を実質的に陽極で蒸発した材料の蒸気
中で維持することを特徴とする真空中で材料を蒸発する
方法。 - 【請求項２】アーク放電の電流を変えることにより蒸発
の速度を変える、特許請求の範囲第１項記載の真空蒸発
器中で材料を蒸発する方法。 - 【請求項３】真空アーク放電の作動の間蒸発すべき材料
を陽極に供給する、特許請求の範囲第１項記載の真空蒸
発器中で材料を蒸発する方法。 - 【請求項４】複数の陽極を使用して、同じかまたは異な
る電気的条件下で、複数の蒸発源から同時に蒸発を行
う、特許請求の範囲第１項記載の真空蒸発器中で材料を
蒸発する方法。 - 【請求項５】複数の陽極を使用して、同じかまたは異な
る電気的条件下で、複数の蒸発源から順次に蒸発を行
う、特許請求の範囲第１項記載の真空蒸発器中で材料を
蒸発する方法。 - 【請求項６】陰極および陽極を蒸発室から電気的に絶縁
し、電極をアースされた蒸発室の電位とは異なる電位に
維持する、特許請求の範囲第１項記載の真空蒸発器中で
材料を蒸発する方法。 - 【請求項７】被覆すべき基体を、蒸発した材料中で持続
される独立の放電により、陽極の電位とは異なる電位に
維持する、特許請求の範囲第１項記載の真空蒸発器中で
材料を蒸発する方法。 - 【請求項８】蒸発源および複数の蒸発源を、真空アーク
放電の作動の間、被覆される基体に対して移動させる、
特許請求の範囲第１項記載の真空蒸発器中で材料を蒸発
する方法。 - 【請求項９】真空アーク放電の安全点弧を確保するた
め、点弧の間、アーク電流に１００Ａよりも大きい短い
電流インパルスを重ねる、特許請求の範囲第１項記載の
真空蒸発器中で材料を蒸発する方法。 - 【請求項１０】蒸発室中に反応性ガスを含有する雰囲気
を維持する、特許請求の範囲第１項記載の真空蒸発器中
で材料を蒸発する方法。 - 【請求項１１】蒸発室中にガス混合物からなる雰囲気を
維持する、特許請求の範囲第１項、または、第１０項記
載の真空蒸発器中で材料を蒸発する方法。 - 【請求項１２】ガス雰囲気を、蒸発室内の付加的ガス放
電によって活性化する、特許請求の範囲第１項、第１０
項または第１１項記載の真空蒸発器中で材料を蒸発する
方法。 - 【請求項１３】その中で１０-2〜１０-4ミリバールの真
空を生成するためポンプ装置に接続された蒸発室、蒸発
室内に配置された陽極および冷陰極を有し、これにより
陽極は蒸発すべき材料を支持し、陰極は冷陰極面に陰極
点を発生させることができ、かつ陽極および陰極に接続
された電力供給源を有し、これにより陰極と陽極の間
に、少なくとも１Ａの放電電流および１００Ｖより小さ
い放電電圧で陽極真空アーク放電が持続されるようにし
たことを特徴とする真空蒸発装置。 - 【請求項１４】蒸発室中で被覆すべき基体を支持するた
めの支持装置を有する、特許請求の範囲第１３項記載の
真空蒸発器。 - 【請求項１５】陽極真空アークの作動の間、蒸発装置中
にガス雰囲気を維持する装置を有する、特許請求の範囲
第１３項記載の真空蒸発器。 - 【請求項１６】蒸発室内で陰極および／または陽極を移
動させる装置を有する、特許請求の範囲第１３項記載の
真空蒸発器。 - 【請求項１７】陽極真空アーク放電を点弧するための可
動補助電極を有する、特許請求の範囲第１３項記載の真
空蒸発器。 - 【請求項１８】陽極と陰極との間の間隙中へプラズマを
放射することにより、陽極真空アーク放電を点弧するた
めの装置を有する、特許請求の範囲第１３項記載の真空
蒸発器。 - 【請求項１９】放電作動の間、陽極および陰極の支持物
を冷却するための装置を有する、特許請求の範囲第１３
項記載の真空蒸発器。 - 【請求項２０】被覆される基体に陰極から来る材料が衝
突するのを防ぐために陰極のまわりにシールドを有す
る、特許請求の範囲第１３項記載の真空蒸発器。 - 【請求項２１】陽極で蒸発した材料を置換する装置を有
する、特許請求の範囲第１３項記載の真空蒸発器。 - 【請求項２２】蒸発源と被覆すべき基体との間にシャッ
タを有する、特許請求の範囲第１３項記載の真空蒸発
器。 - 【請求項２３】被覆プロセスに先立ちグロー放電を作動
する装置を有する、特許請求の範囲第１３項記載の真空
蒸発器。 - 【請求項２４】独立放電の電力供給源に接続されている
支持装置を有する、特許請求の範囲第１３項記載の真空
蒸発器。 - 【請求項２５】その壁が部分的に管または穿孔の内壁か
らなる蒸発室を形成する装置および管および穿孔の内壁
を被覆するため管または穿孔の内部に沿って陽極真空ア
ーク放電を移動させる装置を有する、特許請求の範囲第
１３項記載の真空蒸発器。 - 【請求項２６】蒸発室内に配置された複数の陽極を有す
る、特許請求の範囲第１３項記載の真空蒸発器。 - 【請求項２７】蒸発室内に配置された複数の陰極を有す
る、特許請求の範囲第１３項記載の真空蒸発器。 - 【請求項２８】蒸発室を通って移動する基体を被覆する
装置を有し、該基体は適当なロックゲートを通って蒸発
室に出入りする、特許請求の範囲第１３項記載の真空蒸
発器。 - 【請求項２９】回転する間基体を被覆するための回転支
持装置を有する、特許請求の範囲第１３項記載の真空蒸
発器。 - 【請求項３０】放電において荷電粒子の通路に影響を与
えるため、蒸発室内の磁場発生のための向合って配置さ
れた磁場コイルを有する、特許請求の範囲第１３項記載
の真空蒸発器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3413891A DE3413891C2 (de) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | Verfahren und Vorrichtung zur Materialverdampfung in einem Vakuumbehälter |
| DE3413891.9 | 1984-04-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60255973A JPS60255973A (ja) | 1985-12-17 |
| JPH0645870B2 true JPH0645870B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=6233438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60076859A Expired - Lifetime JPH0645870B2 (ja) | 1984-04-12 | 1985-04-12 | 真空中で材料を蒸発する方法および装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4917786A (ja) |
| EP (1) | EP0158972B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0645870B2 (ja) |
| DE (2) | DE3413891C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11610760B2 (en) | 2018-04-20 | 2023-03-21 | Plansee Composite Materials Gmbh | Vacuum arc source |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63103959A (ja) * | 1986-10-21 | 1988-05-09 | Fuji Electric Co Ltd | ガスセンサ |
| JPH01152259A (ja) * | 1987-12-09 | 1989-06-14 | Nissin Electric Co Ltd | 銅またはその合金のコーティング方法 |
| JPH01234557A (ja) * | 1988-03-16 | 1989-09-19 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 熱線反射板及びその製造方法 |
| JPH0435413Y2 (ja) * | 1988-04-30 | 1992-08-21 | ||
| EP0361265A1 (de) * | 1988-09-29 | 1990-04-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Herstellung von dünnen Schichten eines Hochtemperatur-Supraleiters (HTSL) durch ein plasmaaktiviertes PVD-Verfahren |
| DE3941202A1 (de) * | 1989-12-14 | 1990-06-07 | Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen | Verfahren zur erzeugung von schichten aus harten kohlenstoffmodifikationen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
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