JPH0673155U

JPH0673155U - 長時間の連続運転が可能なホローカソードガン

Info

Publication number: JPH0673155U
Application number: JP1289293U
Authority: JP
Inventors: 征夫井口; 一弘鈴木; 治大久保; 夏木高橋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1994-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】高密度プラズマ雰囲気中での高速成膜が可能
で、かつ長時間の安定したコーティングを実現し得る、
イオンプレーティング用のホローカソードガンを提供す
る。【構成】ＨＣＤ法にてイオンプレーティングを行う際
に被着物の蒸発およびイオン化に供する中空陰極８をそ
なえるホローカソードガンであって、該中空陰極８は、
Ta, Ｗ, Taおよび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種よりなる内側層およびこ
の内側層の外周を覆うグラファイト製の外側層を一体に
組合せ、さらにこの外側層の外周を囲む集束コイル12を
配置し、この集束コイル12を銅製のジャケット14で囲む
構成とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案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う際に被着物の蒸発およびイオン化に供するホローカソードガンに関する。

【０００２】

【従来の技術】

プラズマを利用して、例えばTiN,TiC,Ti(CN)またはCrN 等のセラミックスをコーティングする技術が著しく進歩し、耐磨耗性、耐食性または装飾性等を付与するコーティングに広く利用されている。

【０００３】このプラズマを利用したコーティング法には、ＨＣＤ法、プラズマＣＶＤ法、マグネトロンスパッタ法およびマルティアーク放電法等が知られているが、中でもＨＣＤ法は、イオン化率が20〜40％と極めて高くかつ成膜速度も0.05〜0.5 μ ｍ／min と比較的速いため、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。さらに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、大きな利点がある。

【０００４】この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)およびプレスクール13(1984),No.3,Ｐ．９に解説されている。

【０００５】しかしながら、現在のセラミックコーティングの多くは、工具類や装飾品等の小物に適用され、大表面積を有する材料等には殆ど応用されていない。特に、近年、構造材料の高機能化に対する要請とともに、表面積の大きな材料にセラミックコーティングを施して、その表面を改質することが、益々重要となってきている。

【０００６】表面積の大きな材料にセラミックコーティングを施すには、(1) 高密度プラズマ雰囲気中で高速成膜が可能であること、(2) サブストレイト近傍のごく僅かの熱むらやプラズマ蒸気流むらが発生しないこと、(3) 長時間の安定したコーティングが可能であること、(4) 異常放電時の耐久性、操作性および保守性に優れた装置構造であること、がそれぞれ重要である。

【０００７】考案者らは、上記の要請を満足するため、特開平４−218667号公報において、高密度プラズマ雰囲気中で高速成膜が可能である、横向きまたは斜め下向きに設置した一体型の大容量ＨＣＤガンをそなえるイオンプレーティング装置について、提案した。この装置により、従来よりも約10倍の高速成膜が高密度プラズマ雰囲気中で達成できるようになったが、高速成膜下での大量蒸気流に起因して、長時間の安定したコーティングが実現できないところに問題を残していた。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

そこで、この考案の目的は、高密度プラズマ雰囲気中での高速成膜が可能で、かつ長時間の安定したコーティングを実現し得る、イオンプレーティング用のホローカソードガンを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

考案者らは、先に提案した特開平４−218667号公報を基本にして、長時間の安定したコーティングを実現し得るホローカソードガンの構造について種々検討したところ、電子ビームの発生を制御する集束コイルに問題のあることを見出し、この考案を完成するに到った。

【００１０】この考案は、ＨＣＤ法にてイオンプレーティングを行う際に被着物の蒸発およびイオン化に供する中空陰極をそなえるホローカソードガンであって、該中空陰極は、Ta, Ｗ, Taおよび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種よりなる内側層およびこの内側層の外周を覆うグラファイト製の外側層を一体に組合せ、さらにこの外側層の外周を囲む集束コイルを配置し、この集束コイルを銅製のジャケットで囲んで成る長時間の連続運転が可能なホローカソードガンである。

【００１１】

【作用】

大容量のＨＣＤ法イオンプレーティング装置、すなわち電子ビーム出力が高くプラズマ蒸気流が大量に発生する装置においては、真空槽内にあるサブストレイト以外の部品、例えば電子ビームの向きや蒸発流の向きを制御する集束コイル、さらには真空槽の内壁に、大量の被着物が付着し、これが磁場分布を変化させ、長時間の安定したコーティングを阻害していることが、新たに判明した。特に、ホローカソードガンにおける電子ビームの安定した発生に関与する、ガンの周囲に配置した集束コイルの機能低下が与える悪影響は甚大である。

【００１２】この考案に従うホローカソードガンは、集束コイルを銅製のジャケットで囲むことによって、被着物が集束コイルに直接付着することを防止する。従って、集束コイルが蒸発流に晒されても、集束コイルの機能低下を防ぐことができ、ホローカソードガンは所期した能力を発揮でき、40時間以上を目安とした、長時間の連続運転が可能となる。

【００１３】

【実施例】

さて、図１にこの考案に従うホローカソードガン（以下、ＨＣＤガンと示す）をそなえる、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Ｔi) 、５は高真空引き用の排気口、６は真空槽、７は中空陰極８をそなえるＨＣＤガン、９および10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、11はプラズマビーム、12はＨＣＤガン７の外周に配設した集束コイル、そして13はサブストレイト１の裏側に配置した集束コイルである。

【００１４】ＨＣＤガン７は、軸芯に配置した中空陰極８の外側に集束コイル12を配置して成る。集束コイル12は、内部が水冷される銅管をらせん状に成形したもので、蒸発流内に露出されると、コイル上に被着物が堆積して磁場分布が変化し、プラズマビームを長時間安定して制御することが難しくなるため、銅製のジャケット14 で囲むことによって、集束コイル12と蒸発流との間を遮断することが肝要である。このジャケット14は、肉厚の円筒の周壁内を中空にし、この中空部内に集束コイル12を収容する構造に成り、その両端面の一方のみを開口し、その開口した端面をＨＣＤガン７の基部に固定して組付ける。なお、集束コイル12には、ジャケット14への帯電を防ぐための絶縁コーティングを施してある。

【００１５】また、ＨＣＤガン７の中空陰極８は、グラファイトの外側層８−１と、Ta, Ｗ、LaＢ₆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）よりなる内側層８−２とを一体に組合せてなり、外側層８−１及び内側層８−２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８−２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ＨＣＤ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。

【００１６】なお、図に示したイオンプレーティング装置における、他の集束コイル９および10も、上記の集束コイル12と同様、内部が水冷される銅管から成り、従ってこれらの集束コイル９および10に対しても集束コイル12と同様、銅製のジャケット 15で囲むことによって、集束コイル12と蒸発流との間を遮断することが好ましい。

【００１７】

【考案の効果】

この考案によれば、長時間の安定運転を妨げていた、ＨＣＤガンまわりの集束コイルへの被着物の付着を完全に防止することができ、従って高密度プラズマ雰囲気中での高速成膜を、長時間しかも安定に実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案に従うＨＣＤガンをそなえるイオンプ
レーティング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７ＨＣＤガン８中空陰極８−１外側層８−２内側層９，10，12，13 集束コイル 11 ブラズマビーム 14 ジャケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者鈴木一弘千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)考案者大久保治神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地日本真空技術株式会社内 (72)考案者高橋夏木神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地日本真空技術株式会社内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ＨＣＤ法にてイオンプレーティングを行
う際に被着物の蒸発およびイオン化に供する中空陰極を
そなえるホローカソードガンであって、該中空陰極は、
Ta, Ｗ, Taおよび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種よりなる内側層およびこ
の内側層の外周を覆うグラファイト製の外側層を一体に
組合せ、さらにこの外側層の外周を囲む集束コイルを配
置し、この集束コイルを銅製のジャケットで囲んで成る
長時間の連続運転が可能なホローカソードガン。