JPH0744080B2 - 金属蒸着処理方法及びその処理炉 - Google Patents
金属蒸着処理方法及びその処理炉Info
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- JPH0744080B2 JPH0744080B2 JP3323412A JP32341291A JPH0744080B2 JP H0744080 B2 JPH0744080 B2 JP H0744080B2 JP 3323412 A JP3323412 A JP 3323412A JP 32341291 A JP32341291 A JP 32341291A JP H0744080 B2 JPH0744080 B2 JP H0744080B2
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- processing
- vapor deposition
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- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- 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
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/541—Heating or cooling of the substrates
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- Plasma Technology (AREA)
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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Description
【0001】
【技術分野】本発明は、処理すべき基板の上へ材料の蒸
着による金属の熱化学処理方法に関する。その方法は、
特に物理蒸着(PVD)方法に関し、イオン衝突処理炉
の第1電極を構成するターゲットの物質が蒸発され、生
成された微粒子が第1電極の電位と異なった電位の第2
電極を構成する基板上に金属を蒸着する蒸着法に関す
る。
着による金属の熱化学処理方法に関する。その方法は、
特に物理蒸着(PVD)方法に関し、イオン衝突処理炉
の第1電極を構成するターゲットの物質が蒸発され、生
成された微粒子が第1電極の電位と異なった電位の第2
電極を構成する基板上に金属を蒸着する蒸着法に関す
る。
【0002】もちろんこの過程の間に、基板は、イオン
衝突によって発生させられた処理熱、炉内部に設けられ
た加熱手段、又はこれらの結合によって、処理温度まで
加熱される。
衝突によって発生させられた処理熱、炉内部に設けられ
た加熱手段、又はこれらの結合によって、処理温度まで
加熱される。
【0003】
【背景技術】今まで、処理温度は、急冷した鋼鉄の焼き
戻し温度を越えるのを避けるため、さらに処理部品の機
械特性の低下を妨げるために500℃のオーダで閾値以
下に保持たれたている。処理部品の固さ、伸引っ張り度
等の機械特性の低下は、この温度を越えたとき、実際に
観測される。また、処理された部分の変形の危険を除去
することや、ターゲット自体及びその蒸発を監視するの
に使用される手段をその許容温度範囲内に維持すること
等が必要である。
戻し温度を越えるのを避けるため、さらに処理部品の機
械特性の低下を妨げるために500℃のオーダで閾値以
下に保持たれたている。処理部品の固さ、伸引っ張り度
等の機械特性の低下は、この温度を越えたとき、実際に
観測される。また、処理された部分の変形の危険を除去
することや、ターゲット自体及びその蒸発を監視するの
に使用される手段をその許容温度範囲内に維持すること
等が必要である。
【0004】ターゲットを溶かすことなく蒸発効率を高
めるためにターゲットの表面での磁場を発生させるマグ
ネトロンを使うとき、この温度限度は重要であった。こ
の場合、炉の内側に生じた処理温度はターゲットの融点
からできる限り離れた処理温度とし、また、マグネトロ
ンの電気回路に損害を与えるような高くない温度とす
る。
めるためにターゲットの表面での磁場を発生させるマグ
ネトロンを使うとき、この温度限度は重要であった。こ
の場合、炉の内側に生じた処理温度はターゲットの融点
からできる限り離れた処理温度とし、また、マグネトロ
ンの電気回路に損害を与えるような高くない温度とす
る。
【0005】さらに、マグネトロンの使用の結果として
生じる利点に反して、閾値以上に温度が上がると、これ
によって、ターゲットからの高エネルギー電子の衝突の
結果として基板の加熱が減少させられる。
生じる利点に反して、閾値以上に温度が上がると、これ
によって、ターゲットからの高エネルギー電子の衝突の
結果として基板の加熱が減少させられる。
【0006】
【発明の目的】本発明の目的は、前述の熱化学処理の質
を改良することにあり、特に蒸着堆積物(厚さ、粗さ)
の規則正しさ、基板に対するその接着性及び時間処理を
改善することにある。他の目的は、以前使用が難しかっ
た、非常に毒性の強い元素の使用を伴った金属ハロゲン
化物の蒸着処理を制御することにある。それは、特に相
互拡散された多層の、又は2元もしくは3元合金の蒸
着、並びに急冷のあとに続く蒸着を可能にすることによ
って、蒸着処理範囲を拡大することに適している。
を改良することにあり、特に蒸着堆積物(厚さ、粗さ)
の規則正しさ、基板に対するその接着性及び時間処理を
改善することにある。他の目的は、以前使用が難しかっ
た、非常に毒性の強い元素の使用を伴った金属ハロゲン
化物の蒸着処理を制御することにある。それは、特に相
互拡散された多層の、又は2元もしくは3元合金の蒸
着、並びに急冷のあとに続く蒸着を可能にすることによ
って、蒸着処理範囲を拡大することに適している。
【0007】
【発明の構成】本発明は、上記効果を成しとげるため
に、以前に説明され受け入れられていたものに反して、
処理温度800℃及び1200℃間の範囲で材料を蒸着
することを提案するものである。この効果を成しとげる
ために、ターゲット及び炉の内側の補助的部材が冷却流
体の流れによっていつも冷やされ、さらに、処理部品が
処理温度に加熱されるとき、ターゲットが固体のまま残
り、蒸発が昇華によりターゲットの表面で起こるように
設計された特別の蒸気発生器を使うことを提案する。
に、以前に説明され受け入れられていたものに反して、
処理温度800℃及び1200℃間の範囲で材料を蒸着
することを提案するものである。この効果を成しとげる
ために、ターゲット及び炉の内側の補助的部材が冷却流
体の流れによっていつも冷やされ、さらに、処理部品が
処理温度に加熱されるとき、ターゲットが固体のまま残
り、蒸発が昇華によりターゲットの表面で起こるように
設計された特別の蒸気発生器を使うことを提案する。
【0008】本発明は、また上記された方法を実行する
処理炉を提供し、この炉はプラズマ補助があるか又はな
い真空炉に装着された1以上の冷却ターゲット蒸気発生
器から構成される。本発明によれば、ターゲットはいつ
も固体状態のままなので、それは、もっとも適当な位置
に垂直もしくは水平に配置される。
処理炉を提供し、この炉はプラズマ補助があるか又はな
い真空炉に装着された1以上の冷却ターゲット蒸気発生
器から構成される。本発明によれば、ターゲットはいつ
も固体状態のままなので、それは、もっとも適当な位置
に垂直もしくは水平に配置される。
【0009】実際、様々な蒸気発生器は、種々の蒸発装
置において、生成された金属蒸気の流れが多方向で、堆
積物の分布ができる限り均一になるように配置される。
置において、生成された金属蒸気の流れが多方向で、堆
積物の分布ができる限り均一になるように配置される。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を添付図を参照しつつ以下に
述べるが、本発明はこれに限定されない。図1に本実施
例の光ディスクの拡大断面部を示す。図1及び2に示さ
れた炉は、真空中のイオン衝突のための熱処理炉であ
る。
述べるが、本発明はこれに限定されない。図1に本実施
例の光ディスクの拡大断面部を示す。図1及び2に示さ
れた炉は、真空中のイオン衝突のための熱処理炉であ
る。
【0011】これは、単一又は2重の金属壁を有する密
閉された包囲体1から構成され、後者の場合、壁間のス
ペースにおける水の循環によって冷却される。包囲体1
の内側は断熱材料で作られたケース2が設けられ、これ
は炉の「実験室3」を画定する。この実験室3内で、処
理部品4は電気伝導性の物質の支持体5上に置かれ、こ
れにはバイアス電圧(例えば、直流の数100ボルトの
パルス電圧)が電気リード線6によって印加される。こ
のリード線6は包囲体1の開口にて封止され包囲体1か
ら電気的に絶縁されている。
閉された包囲体1から構成され、後者の場合、壁間のス
ペースにおける水の循環によって冷却される。包囲体1
の内側は断熱材料で作られたケース2が設けられ、これ
は炉の「実験室3」を画定する。この実験室3内で、処
理部品4は電気伝導性の物質の支持体5上に置かれ、こ
れにはバイアス電圧(例えば、直流の数100ボルトの
パルス電圧)が電気リード線6によって印加される。こ
のリード線6は包囲体1の開口にて封止され包囲体1か
ら電気的に絶縁されている。
【0012】すべての真空熱処理炉内において、包囲体
1の内部の空間は、相対真空(例えば、8×10-3ミリ
バールから10-1ミリバール)を生成する外部のポンプ
ステーション7及び中性又は活性ガスの気体源8に連通
する。処理部品は、ケース2の内壁に担持された黒鉛で
作られた抵抗加熱部材9によって、この例で、400℃
及び1300℃間の処理温度に加熱される。これらは処
理の終りに炉に注入されたガスの流通によって冷やされ
る。ガスは熱交換器を通って、タービン10によって炉
内を循環させられる。この回路は加圧ガス急冷を可能に
するために好適に設計されている。
1の内部の空間は、相対真空(例えば、8×10-3ミリ
バールから10-1ミリバール)を生成する外部のポンプ
ステーション7及び中性又は活性ガスの気体源8に連通
する。処理部品は、ケース2の内壁に担持された黒鉛で
作られた抵抗加熱部材9によって、この例で、400℃
及び1300℃間の処理温度に加熱される。これらは処
理の終りに炉に注入されたガスの流通によって冷やされ
る。ガスは熱交換器を通って、タービン10によって炉
内を循環させられる。この回路は加圧ガス急冷を可能に
するために好適に設計されている。
【0013】この例では、炉には6個の蒸気発生器Gl-G6
が備え付けられる。すなわち、包囲体1の一番上の表面
に載置された2つの水平ターゲット発生器はGl,G2と、
包囲体1の2つの垂直な対向壁に載置された4つの垂直
ターゲット発生器G3、G4、G5、G6である。
が備え付けられる。すなわち、包囲体1の一番上の表面
に載置された2つの水平ターゲット発生器はGl,G2と、
包囲体1の2つの垂直な対向壁に載置された4つの垂直
ターゲット発生器G3、G4、G5、G6である。
【0014】もちろん、発生器それぞれは、包囲体1及
びケース2を通ってターゲット12が実験室3内で処理
部品4の近傍に配置される。炉の内部への出し入れは、
密封断熱ドア11によって行なわれ、このドアはまたケー
ス2のドアを構成する。前述したように、蒸気発生器Gl
-G6、特に垂直ターゲット発生器は、ターゲット12を
構成する金属の昇華を誘導することによって、蒸気相段
階を生成するよう設計されねばならない。
びケース2を通ってターゲット12が実験室3内で処理
部品4の近傍に配置される。炉の内部への出し入れは、
密封断熱ドア11によって行なわれ、このドアはまたケー
ス2のドアを構成する。前述したように、蒸気発生器Gl
-G6、特に垂直ターゲット発生器は、ターゲット12を
構成する金属の昇華を誘導することによって、蒸気相段
階を生成するよう設計されねばならない。
【0015】このために、これらの発生器は、ターゲッ
ト12の表面に亘って動く電気のアークによって金属蒸
気を生成し、金属蒸気を所定の活性ガスと任意に結合さ
せて、基板の上の薄層形態で金属、合金又は窒素化合
物、炭化物又は酸化物のタイプの化合物を合成する電気
アーク蒸発過程を実行できるようなされている。図3に
示すように、発生器Gは、以下のターゲット12、スリ
ーブ13、ブロック16、枝部21、電磁石コイル23、
絶縁チューブ24等からなる。
ト12の表面に亘って動く電気のアークによって金属蒸
気を生成し、金属蒸気を所定の活性ガスと任意に結合さ
せて、基板の上の薄層形態で金属、合金又は窒素化合
物、炭化物又は酸化物のタイプの化合物を合成する電気
アーク蒸発過程を実行できるようなされている。図3に
示すように、発生器Gは、以下のターゲット12、スリ
ーブ13、ブロック16、枝部21、電磁石コイル23、
絶縁チューブ24等からなる。
【0016】柱状のターゲット12は、蒸発させられ
て、処理部品4の上へ堆積、凝縮されるべき材料で作ら
れる。(これは、同一の炉で使うターゲットが1以上の
元素を合併する堆積物を生成するために1以上の金属の
異なった種類であっても良いと理解されなければならな
い。)管状のスリーブ13は支持体構造をなし、このス
リーブ13は一方端14にてターゲット12を同軸に担
持し、さらにこのターゲットによって閉塞され、かつ他
方端にてフランジ15が設けられている。フランジ15
は包囲体1から電気的に絶縁された炉の内部のオリフィ
スに挿入、固定、密封され、スリーブ13を終端してい
る。
て、処理部品4の上へ堆積、凝縮されるべき材料で作ら
れる。(これは、同一の炉で使うターゲットが1以上の
元素を合併する堆積物を生成するために1以上の金属の
異なった種類であっても良いと理解されなければならな
い。)管状のスリーブ13は支持体構造をなし、このス
リーブ13は一方端14にてターゲット12を同軸に担
持し、さらにこのターゲットによって閉塞され、かつ他
方端にてフランジ15が設けられている。フランジ15
は包囲体1から電気的に絶縁された炉の内部のオリフィ
スに挿入、固定、密封され、スリーブ13を終端してい
る。
【0017】ブロック16は電気絶縁材料から作られ、
管状のスリーブ13をフランジ15で閉塞し、電気伝導
性の棒体17を、内部にて通過するように担持する。棒
体17はスリーブ13内部にて同軸に伸長しかつ電気的
にターゲットに連結されている。棒体17は、電気回路
に接続するための手段19を備えた外側端部18を有す
る。棒体17はターゲットの近傍の端部において軸通路
20を有する。
管状のスリーブ13をフランジ15で閉塞し、電気伝導
性の棒体17を、内部にて通過するように担持する。棒
体17はスリーブ13内部にて同軸に伸長しかつ電気的
にターゲットに連結されている。棒体17は、電気回路
に接続するための手段19を備えた外側端部18を有す
る。棒体17はターゲットの近傍の端部において軸通路
20を有する。
【0018】肩部が設けられた枝部21は、管状のスリ
ーブ13及び棒体17の間の空間を2個の部屋22、22’
に分ける。電磁石コイル23は、ターゲット12の近傍に
磁場を生成するため、ターゲット12近隣の部屋22内に
おいて棒体17のまわりに配置される。絶縁チューブ24
は、ブロック16及び枝部21の間において、棒体17
と同軸に部屋22’内にて伸長する。このチューブは棒体
17で中間空間を画定する。中間空間は、棒体17内に
作られたオリフィス25を通って通路20に連通する。
ーブ13及び棒体17の間の空間を2個の部屋22、22’
に分ける。電磁石コイル23は、ターゲット12の近傍に
磁場を生成するため、ターゲット12近隣の部屋22内に
おいて棒体17のまわりに配置される。絶縁チューブ24
は、ブロック16及び枝部21の間において、棒体17
と同軸に部屋22’内にて伸長する。このチューブは棒体
17で中間空間を画定する。中間空間は、棒体17内に
作られたオリフィス25を通って通路20に連通する。
【0019】アーク放電開始装置は、例えば、モリブデ
ン等の難溶解性の金属又はその合金から作られかつ管状
スリーブ13の軸に平行に伸長する励振器電極27を有
する。後者スリーブ13の外側に、電極27はターゲット
12の方へ向け曲げられた終端を有する。励振器電極27
を駆動する機構は、ドライブ要素(アクチュエータ28)
及びアクチュエータロッド29を有する。このアクチュエ
ータ28は炉の外側に配置される。電極27はアクチュエー
タロッド29に取り付けられる。アクチュエータロッド29
は、フランジ15を通過するように密封ベアリング30で
回転自在に摺動自在に載置される。(その密封は密封ベ
ロウズ30により達成される)浮動電位遮断体3lは、ター
ゲット12上で摺動するリングの形態で、例えば、黒
鉛、グラファイトで作られる。遮断体31は管状のスリー
ブ13と同軸の管状の支持体スリーブ32によって担持さ
れる。遮断体31は支持体スリーブ32上で摺動自在であ
る。
ン等の難溶解性の金属又はその合金から作られかつ管状
スリーブ13の軸に平行に伸長する励振器電極27を有
する。後者スリーブ13の外側に、電極27はターゲット
12の方へ向け曲げられた終端を有する。励振器電極27
を駆動する機構は、ドライブ要素(アクチュエータ28)
及びアクチュエータロッド29を有する。このアクチュエ
ータ28は炉の外側に配置される。電極27はアクチュエー
タロッド29に取り付けられる。アクチュエータロッド29
は、フランジ15を通過するように密封ベアリング30で
回転自在に摺動自在に載置される。(その密封は密封ベ
ロウズ30により達成される)浮動電位遮断体3lは、ター
ゲット12上で摺動するリングの形態で、例えば、黒
鉛、グラファイトで作られる。遮断体31は管状のスリー
ブ13と同軸の管状の支持体スリーブ32によって担持さ
れる。遮断体31は支持体スリーブ32上で摺動自在であ
る。
【0020】冷却流体回路は、ブロック16の流入通路
33に連結し棒体17及び絶縁チューブ24の間の中間
空間に放電する流入パイプと、軸通路20及び部屋22
の間の連通をなす棒体17に穿孔された軸スロット34
と、部屋22及び22’の間の連通をなす枝部21の穴
35と、ブロック16にて復帰通路36に連結された復
帰パイプとからなる。
33に連結し棒体17及び絶縁チューブ24の間の中間
空間に放電する流入パイプと、軸通路20及び部屋22
の間の連通をなす棒体17に穿孔された軸スロット34
と、部屋22及び22’の間の連通をなす枝部21の穴
35と、ブロック16にて復帰通路36に連結された復
帰パイプとからなる。
【0021】前述の蒸気発生器は以下のように作動す
る。電気アーク溶接で用いられる種類の電源によって供
給される低い直流電圧(100V以下)の高電流(10
A−400A)は、棒体17そしてターゲット12に印
加される。電極27は、遮断体3lの上の浮動電位によ
ってターゲット12の表面で局在化された電気アーク放
電を生ぜしめる。
る。電気アーク溶接で用いられる種類の電源によって供
給される低い直流電圧(100V以下)の高電流(10
A−400A)は、棒体17そしてターゲット12に印
加される。電極27は、遮断体3lの上の浮動電位によ
ってターゲット12の表面で局在化された電気アーク放
電を生ぜしめる。
【0022】同時に、コイル23(伝導体23’が穴3
5’を通過することによって)は、磁場をターゲット1
2に印加するために励起される。この磁場はプラズマを
閉じ込め、このプラズマはターゲット12の上にアーク
放電移動を制御する。ターゲット12はプラズマ発生器
の陰極を構成し、炉の包囲体1又は抵抗加熱要素9はア
ノードを構成する。
5’を通過することによって)は、磁場をターゲット1
2に印加するために励起される。この磁場はプラズマを
閉じ込め、このプラズマはターゲット12の上にアーク
放電移動を制御する。ターゲット12はプラズマ発生器
の陰極を構成し、炉の包囲体1又は抵抗加熱要素9はア
ノードを構成する。
【0023】処理部品4は蒸着中に、DC数100ボル
トのパルス電圧によって負のバイアスが印加される。上
記の構成によって、全発生器(特にターゲット12及び
電磁石コイル23)は、冷却流体の流通によって冷やされ
る。結果として、ターゲット12の材料の融点により近
づいても、ターゲット12の表面温度をとても高くする
ことができ、発生器の他の部分を相対的に低い温度に保
つことができる。
トのパルス電圧によって負のバイアスが印加される。上
記の構成によって、全発生器(特にターゲット12及び
電磁石コイル23)は、冷却流体の流通によって冷やされ
る。結果として、ターゲット12の材料の融点により近
づいても、ターゲット12の表面温度をとても高くする
ことができ、発生器の他の部分を相対的に低い温度に保
つことができる。
【0024】それ故に3つの過程は、ターゲットで起こ
る。すなわち、過程は、陰極電位及び電界のためにター
ゲット12の上のプラズマを発生させる異常発光放電
と、電極27によって引き起こされるアーク放電と、イオ
ン衝突の強度を増大させかつアーク斑点の同心的高速移
動が得られるようなターゲット12への磁場印加と、の
3つの過程である。
る。すなわち、過程は、陰極電位及び電界のためにター
ゲット12の上のプラズマを発生させる異常発光放電
と、電極27によって引き起こされるアーク放電と、イオ
ン衝突の強度を増大させかつアーク斑点の同心的高速移
動が得られるようなターゲット12への磁場印加と、の
3つの過程である。
【0025】これら3つの作用過程によって、ターゲッ
ト12の表面は猛烈に加熱されて、材料はイオン化ガス
及びアーク放電によってイオンの衝撃の結果としての昇
華によって、ターゲットから放出される。ターゲット1
2から放出された材料は、第1にイオン化ガスの段階輸
送機構によって、炉の中性又は活性な雰囲気に移され
る。電界作用はそれらの間の距離に応じて発生器及び処
理部品4間におよぼされる。特に、側面に配置された発
生器G3-G6では好適である。
ト12の表面は猛烈に加熱されて、材料はイオン化ガス
及びアーク放電によってイオンの衝撃の結果としての昇
華によって、ターゲットから放出される。ターゲット1
2から放出された材料は、第1にイオン化ガスの段階輸
送機構によって、炉の中性又は活性な雰囲気に移され
る。電界作用はそれらの間の距離に応じて発生器及び処
理部品4間におよぼされる。特に、側面に配置された発
生器G3-G6では好適である。
【0026】処理部品4及びアノード間の電位差によっ
て、処理部品4にて第2に異常発光放電が起こる。この
異常発光放電は材料堆積物の再構築及びその接着性を改
善する(拡散現象又は堆積物/基板界面での相互拡散及
びイオン衝突により補助された濃縮現象によって、接着
性が改善される)。これらの現象が、発明による温度範
囲、特に800℃及び1300℃の間の範囲で起こるこ
とが知見された。
て、処理部品4にて第2に異常発光放電が起こる。この
異常発光放電は材料堆積物の再構築及びその接着性を改
善する(拡散現象又は堆積物/基板界面での相互拡散及
びイオン衝突により補助された濃縮現象によって、接着
性が改善される)。これらの現象が、発明による温度範
囲、特に800℃及び1300℃の間の範囲で起こるこ
とが知見された。
【0027】それは、ある蒸着段階の前後に表面処理を
処理部品4に行うことが好ましく、特に、硬度の緩やか
な変化を示す堆積物/基板界面での結合を得、界面域で
の機械強度を制限しかつ優秀な堆積物/基板の接着性を
成しとげるように表面処理を行うことが好ましい。様々
な前処理及びポスト処理の過程a)〜d)は、利用可能
である。
処理部品4に行うことが好ましく、特に、硬度の緩やか
な変化を示す堆積物/基板界面での結合を得、界面域で
の機械強度を制限しかつ優秀な堆積物/基板の接着性を
成しとげるように表面処理を行うことが好ましい。様々
な前処理及びポスト処理の過程a)〜d)は、利用可能
である。
【0028】a) 鋼鉄製の処理部品における0.8パ
ーセントのオーダで集中した表面の炭素豊富化。これは
任意のプラズマ補助による浸炭処理である。 b) 炭素豊富化表面層の生成。これは、0.8パーセ
ント及び2パーセント間の表面炭素の集中で、微細で球
状の炭化物を作ることである。これは、炭化物生成合金
元素(Cr、Mo、W、V、Nb、その他)を包含する鋼鉄に施
される過浸炭処理である。a)処理のように、この処理
は、浸炭された副層を固くするために、同一サイクル中
にて、高温蒸着及び加圧ガスマルテンサイト急冷をなす
ことによって続けることができる。
ーセントのオーダで集中した表面の炭素豊富化。これは
任意のプラズマ補助による浸炭処理である。 b) 炭素豊富化表面層の生成。これは、0.8パーセ
ント及び2パーセント間の表面炭素の集中で、微細で球
状の炭化物を作ることである。これは、炭化物生成合金
元素(Cr、Mo、W、V、Nb、その他)を包含する鋼鉄に施
される過浸炭処理である。a)処理のように、この処理
は、浸炭された副層を固くするために、同一サイクル中
にて、高温蒸着及び加圧ガスマルテンサイト急冷をなす
ことによって続けることができる。
【0029】c) イオン窒化チタン合金の生成。これ
は、高温度で、例えばチタン窒素化合物の蒸着によって
続けることができる。 d) 基板の元素及び膜の元素の間の相互拡散を成しと
げるために、高温の蒸着のあと高温の拡散熱処理を実行
することが有利である。 図4−9は発明による処理方法による実施例を説明す
る。
は、高温度で、例えばチタン窒素化合物の蒸着によって
続けることができる。 d) 基板の元素及び膜の元素の間の相互拡散を成しと
げるために、高温の蒸着のあと高温の拡散熱処理を実行
することが有利である。 図4−9は発明による処理方法による実施例を説明す
る。
【0030】実施例 1(図4) この実施例は、イオン窒化をチタン窒素化合物高温蒸着
に結合させるハイブリッド処理サイクルに関係して、以
下の段階を有する。第1加熱段階a1として真空での5
00℃までの加熱をする。均一化段階b1として500
℃を維持する。
に結合させるハイブリッド処理サイクルに関係して、以
下の段階を有する。第1加熱段階a1として真空での5
00℃までの加熱をする。均一化段階b1として500
℃を維持する。
【0031】第2加熱段階c1として500℃から85
0℃までの加熱をする。イオン窒化段階d1として85
0℃を維持する。加熱段階e1として850℃から90
0℃までの加熱をする。チタン窒素化合物蒸着段階f1
としては900℃を維持する。冷却段階g1として冷却
する。
0℃までの加熱をする。イオン窒化段階d1として85
0℃を維持する。加熱段階e1として850℃から90
0℃までの加熱をする。チタン窒素化合物蒸着段階f1
としては900℃を維持する。冷却段階g1として冷却
する。
【0032】実施例 2(図5) この実施例は、クロム窒素化合物の高温蒸着に続くイオ
ン又は低圧過浸炭と、例えばオーステナイト化及び加圧
ガスマルテンサイト急冷とを有するハイブリッド処理に
関係する。この処理は、Z 38CDV 5 熱処理鋼鉄(例え
ば、熱く鉄を鍛えて型を造ることのための鋼鉄)に適当
であり、以下の段階を有する。
ン又は低圧過浸炭と、例えばオーステナイト化及び加圧
ガスマルテンサイト急冷とを有するハイブリッド処理に
関係する。この処理は、Z 38CDV 5 熱処理鋼鉄(例え
ば、熱く鉄を鍛えて型を造ることのための鋼鉄)に適当
であり、以下の段階を有する。
【0033】第1段階a2として真空での600℃まで
の加熱をする。ある処理時間、維持されその後、100
0℃に加熱する。第2段階b2の過浸炭として1000
℃を維持する。蒸着段階的c2として900℃を維持
(例えば、クロム窒素化合物の蒸着)。オーステナイト
化段階d2として1010℃を維持する。
の加熱をする。ある処理時間、維持されその後、100
0℃に加熱する。第2段階b2の過浸炭として1000
℃を維持する。蒸着段階的c2として900℃を維持
(例えば、クロム窒素化合物の蒸着)。オーステナイト
化段階d2として1010℃を維持する。
【0034】加圧ガス急冷段階e2として急冷する。実施例 3(図6) この実施例は、拡散段階に続く高温ボロン蒸着をイオン
過浸炭に結合させるハイブリッド処理に関係する。この
処理は、段階c3の900℃の間のボロン蒸着と、ボロ
ン炭化物が炭素のボロンに対する移動によって作られる
次段階d3の1000℃の拡散段階とを除いては、前に
述べられた処理と同様である。
過浸炭に結合させるハイブリッド処理に関係する。この
処理は、段階c3の900℃の間のボロン蒸着と、ボロ
ン炭化物が炭素のボロンに対する移動によって作られる
次段階d3の1000℃の拡散段階とを除いては、前に
述べられた処理と同様である。
【0035】実施例 4(図7) この実施例は、高温度クロム蒸着をそれに続く真空拡散
段階に結合するハイブリッド処理に関係し、以下の段階
を有する。第1段階a3として真空での1000℃まで
の加熱及びある定温度時間600℃を維持する。
段階に結合するハイブリッド処理に関係し、以下の段階
を有する。第1段階a3として真空での1000℃まで
の加熱及びある定温度時間600℃を維持する。
【0036】定温度段階b3として1000℃にてクロ
ム蒸着。真空拡散段階c3として980℃を維持する。
加圧ガス急冷段階d3として急冷する。この処理は、Cr
23C6及びCr7C3タイプのクロム炭化物からなる高硬度
(約2000HV)の層を生成する。
ム蒸着。真空拡散段階c3として980℃を維持する。
加圧ガス急冷段階d3として急冷する。この処理は、Cr
23C6及びCr7C3タイプのクロム炭化物からなる高硬度
(約2000HV)の層を生成する。
【0037】実施例 5(図8) この処理は、ボロン蒸着段階b4及び真空拡散段階c
4が、900℃オーダの温度で実行されることを除いて
は、前に述べられたボロン蒸着処理と同様である。この
処理は、FeB及びFe2Bタイプの鉄ホウ化物からなる高硬
度(約2000HV)の層を生成する。
4が、900℃オーダの温度で実行されることを除いて
は、前に述べられたボロン蒸着処理と同様である。この
処理は、FeB及びFe2Bタイプの鉄ホウ化物からなる高硬
度(約2000HV)の層を生成する。
【0038】実施例 6(図9) この実施例は、イオン窒化をそれに続く拡散クロム蒸着
に結合させるハイブリッド処理に関係し、以下の段階を
有する。第1段階a5として真空での580℃までの加
熱をする。イオン窒化段階b5として580℃で維持、
次に900℃までの加熱をする。
に結合させるハイブリッド処理に関係し、以下の段階を
有する。第1段階a5として真空での580℃までの加
熱をする。イオン窒化段階b5として580℃で維持、
次に900℃までの加熱をする。
【0039】クロム蒸着段階c5として900℃で維持
する。拡散段階d5として900℃で維持する。加圧ガ
ス急冷段階として急冷する。この処理はとても高硬度の
クロム層を生成する。実施例 7(図10) この実施例は、炭素道具鋼鉄(carbon tool steel)の
ために、好ましくは続く拡散段階及び加圧ガス急冷を伴
う、黒鉛ターゲットを蒸発若しくは昇華する高温度浸炭
若しくは過浸炭の処理に関係する。
する。拡散段階d5として900℃で維持する。加圧ガ
ス急冷段階として急冷する。この処理はとても高硬度の
クロム層を生成する。実施例 7(図10) この実施例は、炭素道具鋼鉄(carbon tool steel)の
ために、好ましくは続く拡散段階及び加圧ガス急冷を伴
う、黒鉛ターゲットを蒸発若しくは昇華する高温度浸炭
若しくは過浸炭の処理に関係する。
【0040】図10に示すように、この処理は以下の段
階を有する。段階a6として、鋼鉄の性質に応じて、真
空で90O℃−1200℃の温度に加熱する。蒸発又は
昇華段階b6として同時の炭素拡散で(炭化水素ガスベ
クトル(hydrocarbon gas vector)が全くなく)鋼鉄を浸
炭する。
階を有する。段階a6として、鋼鉄の性質に応じて、真
空で90O℃−1200℃の温度に加熱する。蒸発又は
昇華段階b6として同時の炭素拡散で(炭化水素ガスベ
クトル(hydrocarbon gas vector)が全くなく)鋼鉄を浸
炭する。
【0041】加圧ガス急冷段階c6として急冷する。も
ちろん、発明はこれらの実施例に制限されず、多くの他
の堆積物を得ることができる。このために、蒸発させら
れるターゲット構成材料は以下の異なる材料からなる。
ちろん、発明はこれらの実施例に制限されず、多くの他
の堆積物を得ることができる。このために、蒸発させら
れるターゲット構成材料は以下の異なる材料からなる。
【0042】例えば、チタン、ハフニウム、クロム、ニ
ッケル、ボロン又はタングステン等の純粋な金属、固体
炭素(高密度の黒鉛、ガラス状又は熱分解の炭素)、2
元の合金(例えば、Ti-Al、Cr-Al、Cr-Ni、Cr-Ti、Fe-S
i、その他)、多元の複合合金(MCrAlY、NiCoCrAlYTa、
Ti-Hf-Al、その他)である。
ッケル、ボロン又はタングステン等の純粋な金属、固体
炭素(高密度の黒鉛、ガラス状又は熱分解の炭素)、2
元の合金(例えば、Ti-Al、Cr-Al、Cr-Ni、Cr-Ti、Fe-S
i、その他)、多元の複合合金(MCrAlY、NiCoCrAlYTa、
Ti-Hf-Al、その他)である。
【0043】同様に、蒸着段階中に、アルゴン、ヘリウ
ム、水素又は他のガスのような中性ガスがアーク放電を
安定させるために炉に入られるので、イオン化を促進し
又は、正確な作動圧力を成しとげることができる。活性
ガスは蒸着中に注入されて、金属蒸気と結合するため
に、金属窒素化合物、酸化物又は炭化合物タイプの化合
物を形成し、さらに、これらガスの混合物はハイブリッ
ドな炭化窒化物(carbo-nitride)、酸化窒化物(oxi-nitr
ide)、その他を化合物を形成する。
ム、水素又は他のガスのような中性ガスがアーク放電を
安定させるために炉に入られるので、イオン化を促進し
又は、正確な作動圧力を成しとげることができる。活性
ガスは蒸着中に注入されて、金属蒸気と結合するため
に、金属窒素化合物、酸化物又は炭化合物タイプの化合
物を形成し、さらに、これらガスの混合物はハイブリッ
ドな炭化窒化物(carbo-nitride)、酸化窒化物(oxi-nitr
ide)、その他を化合物を形成する。
【0044】
【発明の効果】本発明の金属蒸着処理方法及びその処理
炉によれば、蒸着堆積物(厚さ、粗さ)の規則正しさ、
基板に対するその接着性を改善することができ、時間処
理を短縮できる。金属ハロゲン化物の蒸着処理を制御す
ることができる。相互拡散された多層の合金の蒸着、急
冷をすることによって、蒸着処理範囲を拡大することが
できる。
炉によれば、蒸着堆積物(厚さ、粗さ)の規則正しさ、
基板に対するその接着性を改善することができ、時間処
理を短縮できる。金属ハロゲン化物の蒸着処理を制御す
ることができる。相互拡散された多層の合金の蒸着、急
冷をすることによって、蒸着処理範囲を拡大することが
できる。
【図1】4つの蒸気発生器が設けられた熱処理炉の水平
横断面図である。
横断面図である。
【図2】4つの蒸気発生器が設けられた熱処理炉の垂直
横断面図である。
横断面図である。
【図3】本発明による処理方法を実行するために使用で
きる蒸気発生器の軸上拡大断面図である。
きる蒸気発生器の軸上拡大断面図である。
【図4】本発明による処理方法の1つを示す時間の関数
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
【図5】本発明による処理方法の1つを示す時間の関数
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
【図6】本発明による処理方法の1つを示す時間の関数
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
【図7】本発明による処理方法の1つを示す時間の関数
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
【図8】本発明による処理方法の1つを示す時間の関数
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
【図9】本発明による処理方法の1つを示す時間の関数
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
としての温度をプロットしたグラフ線図である。
【図10】本発明による処理方法の1つを示す時間の関
数としての温度をプロットしたグラフ線図である。
数としての温度をプロットしたグラフ線図である。
1 包囲体1 2 ケース2 3 実験室3 4 処理部品4 10 タービン Gl、G2、G3、G4、G5、G6 蒸気発生器 11 密封断熱ドア 12 ターゲット 13 スリーブ 15 フランジ 16 ブロック 17 棒体 18 外側端部 20 軸通路 21 枝部 22、22’ 部屋 23 電磁石コイル 24 絶縁チューブ 27 励振器電極 28 アクチュエータ 29 アクチュエータロッド 30 密封ベアリング 3l 浮動電位遮断体 32 支持体スリーブ 33 流入通路 34 軸スロット 35 穴
Claims (17)
- 【請求項1】 処理炉の第1電極を構成するターゲット
の物質はイオン衝突によって蒸発させられ、又は電気の
アーク放電によって任意に補助されたイオン衝突によっ
て蒸発させられ、蒸発させられた微粒子が第2電極の電
位の基板の上へ凝縮する金属の熱化学処理の物理蒸着方
法であって、第2電極の電位を第1電極の電位から異な
らしめ、この蒸着中に基板を600℃を越える温度、好
ましくは800℃及び1200℃の間の処理温度に加熱
し、処理炉内のターゲット及びその補助的の部材を冷却
流体流によって絶え間なく冷却し、前記処理温度が到達
されるとき、ターゲットの材料が固体状態に保持され、
ターゲットの表面で起こる蒸発が昇華によって作用され
ることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 ターゲットの材料は、チタン、ハフニウ
ム、クロム、ニッケル、ボロン又はタングステンのよう
な純粋な金属であることを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】 ターゲットの材料は、高密度の黒鉛又は
ガラス状又は熱分解の炭素のような炭素であることを特
徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 ターゲットの材料は、Ti-Al、Cr-Al、Cr
-Ni、Cr-Ti又はFe-Siの2元合金であることを特徴とす
る請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 中性ガスが蒸着段階の間に処理炉に入ら
れることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 活性ガス又はこれら結合が、蒸着段階の
間に炉に入られることを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項7】 表面の処理段階を蒸着段階の先とするこ
とを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 表面の処理は、基板表面を豊富化する炭
素を生成することを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 豊富化することは任意のプラズマ補助で
浸炭処理によって得られることを特徴とする請求項8記
載の方法。 - 【請求項10】 表面の処理は、炭素で過豊富化された
表面の層を生成することを特徴とする請求項7記載の方
法。 - 【請求項11】 表面の処理は、イオン窒化であること
を特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項12】 蒸着段階のあと高温の拡散熱処理をす
ることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項13】 加圧ガス急冷段階を含むことを特徴と
する請求項1記載の方法。 - 【請求項14】 第2電極の電位を第1電極の電位から
異ならしめ、この蒸着中に基板を600℃を越える温
度、好ましくは800℃及び1200℃の間の処理温度
に加熱し、処理炉内のターゲット及びその補助的の部材
を冷却流体流によって絶え間なく冷却し、前記処理温度
が到達されるとき、ターゲットの材料が固体状態に保持
され、ターゲットの表面で起こる蒸発が昇華によって作
用されるように、処理炉の第1電極を構成するターゲッ
トの物質はイオン衝突によって蒸発させられ、又は電気
のアーク放電によって任意に補助されたイオン衝突によ
って蒸発させられ、蒸発させられた微粒子が第2電極の
電位の基板の上へ凝縮する金属の熱化学処理の物理蒸着
方法を実行する処理炉であって、前記処理炉は実験室を
画定する断熱物質のケースを包含する密封された包囲体
とバイアス電圧が印加され処理部品が配置される電気伝
導性物質の支持体とを有し、包囲体の内部の空間はター
ビンにより炉の内側にて循環される中性ガス又は活性ガ
スの分配のための回路と真空ポンプステーションとに連
通し、処理部品はケースの内側にて電気加熱要素によっ
て加熱され、炉は少なくとも1個の蒸気発生器を備え、
ターゲットはケースの内側に処理部品の近傍に配置され
ており、蒸気発生器は、一方端にてターゲットを担持し
ターゲットによって閉塞され、かつ他方端にて炉から電
気的に絶縁された炉の包囲体内部のオリフィスに挿入、
固定、密封されたフランジによって終端された管状のス
リーブの形態の支持体構造と、管状のスリーブ内部にて
同軸に伸長しかつ電気的にターゲット及び電気回路に連
結されかつ軸通路を有する電気伝導性の棒体を、内部に
て通過するように担持してスリーブを閉塞する絶縁物質
のブロックと、ターゲットの近傍において棒体を包囲す
る電磁石コイルと、ブロック中を通過し軸通路に接続さ
れた冷却流体の流入パイプ、軸通路及び中間空間の間並
びに管状のスリーブ及び棒体の間の連通をなしターゲッ
トの近傍にて棒体に設けられたオリフィス、並びにブロ
ックを通過し中間空間へ放電する復帰パイプを有する冷
却回路とからなることを特徴とする処理炉。 - 【請求項15】 発生器は、スリーブ及び棒体の間の空
間を分割する枝部と、ブロック及び枝部間にて伸長し棒
体に同軸に配置された絶縁チューブとを有し、絶縁チュ
ーブ及び棒体の間の空間は流入パイプ及び棒体における
穴を通って軸通路に連通することを特徴とする請求項1
4記載の処理炉。 - 【請求項16】 ターゲットの上のアーク放電を開始す
る可動の電極を有することを特徴とする請求項14記載
の処理炉。 - 【請求項17】 発生器は、ターゲット上で摺動するリ
ング形態の浮動電位の遮断体を有することを特徴とする
請求項14記載の処理炉。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9015331A FR2670218B1 (fr) | 1990-12-06 | 1990-12-06 | Procede de traitement de metaux par depot de matiere, et pour la mise en óoeuvre dudit procede. |
FR9015331 | 1990-12-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04277499A JPH04277499A (ja) | 1992-10-02 |
JPH0744080B2 true JPH0744080B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=9402994
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3323412A Expired - Lifetime JPH0744080B2 (ja) | 1990-12-06 | 1991-12-06 | 金属蒸着処理方法及びその処理炉 |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5278861A (ja) |
EP (1) | EP0489659B1 (ja) |
JP (1) | JPH0744080B2 (ja) |
KR (1) | KR940004902B1 (ja) |
CN (1) | CN1063128A (ja) |
CA (1) | CA2056910A1 (ja) |
DE (2) | DE489659T1 (ja) |
ES (1) | ES2031802T1 (ja) |
FR (1) | FR2670218B1 (ja) |
TW (1) | TW257796B (ja) |
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