JPH0881767A - 粉末コーティング装置用ターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大規模の粉末コーティング装置に適したター
ゲットを提供する。 【構成】 複数のターゲットプレート３５_Li，３５_Riを
ロ字型に並べて複数組配置し、ロ字型の周縁部を押え金
具３７_L ，３７_R でハウジングに固定すると共に、ロ字
型の中央部も押え金具３６_L ，３６_R で機械的に拘束す
る。 【効果】 ターゲットプレート３５_Li，３５_Riの変形が
抑制され、原料粉末との間の距離が一定に保たれるの
で、スパッタリング条件が安定化し、一定した品質のコ
ーティング粉末が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に大型化した粉末コ
ーティング装置に適し、回転バレル内の原料粉末が均一
にスパッタリングされるように面積を大きくした粉末コ
ーティング装置用ターゲットに関する。

【０００２】

【従来の技術】金属，セラミックス，プラスチックス等
の粉末粒子に金属皮膜，無機質皮膜等を形成すると、当
初の粉末粒子と異なる特性を与えることができる。たと
えば、タングステン粒子，ダイヤモンド粒子等に銅を被
覆すると、焼結性が向上し、熱伝導性に優れた焼結体が
得られる。また、銅被覆した粉末は、電磁シールド用の
フィラーとしても使用される。粉末粒子にコーティング
を施す手段としては、粉末を懸濁状態にして電気めっき
又は無電解めっきを行う方法，流動状態にした粉末に対
しスパッタリングによって所定の皮膜を形成する方法等
が知られている。本発明者等も、スパッタリングによっ
て粉末をコーティングする装置として、回転バレルを使
用したスパッタリング装置を特開平２−１５３０６８号
公報で紹介した。

【０００３】この粉末コーティング装置は、図１に示す
ように、原料粉末Ｐが収容された減圧加熱処理室１を回
転バレル２に接続し、スパッタリング源３で原料粉末を
スパッタリングコーティングする。原料粉末Ｐは、加熱
コイル１ａを備えた容器１ｂに収容されており、モータ
１ｃで駆動されるスクリューフィーダ１ｄにより、供給
導管１ｅを経て回転バレル２の内部に供給される。供給
導管１ｅは、回転バレル２の一側端面に設けた軸受け１
ｆで支持されている。回転バレル２の内部には、供給導
管１ｅと同心円状に設けられた不活性ガス導入管１ｇが
臨んでいる。回転バレル２は、駆動ロール２ａ及び従動
ロール２ｂで支持されている。駆動ロール２ａは、モー
タ２ｃから動力を受け、回転バレル２を水平軸回りに回
転させる。スパッタリング源３は、供給導管１ｅが挿入
された端面とは反対側の端面で軸受け３ａで気密支持さ
れたアーム３ｂによって回転バレル２内に固定配置され
ており、回転バレル２の軸方向長さより若干短いターゲ
ット３ｃを斜め下向きに配置している。

【０００４】供給導管１ｅから回転バレル２の軸方向端
部に供給された原料粉末Ｐは、回転バレル２の回転に伴
ってバレル軸全長に分配され、回転バレル２の内側底面
上を流動する。Ａｒ等のプラズマによる衝撃でターゲッ
ト３ｃからコーティング材料が叩き出され、回転バレル
２内を飛翔して流動状態にある原料粉末Ｐに被着する。
所定の被覆層が形成されたとき、回転バレル２を開放し
てコーティングされた原料粉末Ｐを取り出す。或いは、
適宜の外部循環経路を付設し、回転バレル２内における
スパッタリングに原料粉末Ｐを繰返し曝すことによっ
て、被覆層の厚みを大きくすることもできる。図１に示
した粉末コーティング装置の生産能力を上げるべく、設
備の大型化を図るとき、実験室規模の装置では考慮され
なかった種々の問題が顕在化する。たとえば、原料粉末
Ｐとターゲット３ｃとの間の距離を一定に保つこと，回
転バレル２内の排気，スパッタリング源３の撓み変形，
回転バレル２が回転しているときの衝撃，回転バレル２
内部の保守・点検等がある。本発明者等は、これらの問
題を解消した大型装置に好適な機構を開発し、そのうち
いくつかを特願平４−９７３７５号，特願平４−９７３
７６号，特願平４−９７３７９号，特願平４−９７３８
０号等で紹介している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】設備規模を大型化した
装置では、１バッチ当りにスパッタリングコーティング
される粉末を多量にし、生産性を向上させる。そのた
め、粉末収容能力が大きな大径の回転バレルが使用され
る。回転バレルの大径化に伴って、多量の原料粉末に見
合った量のコーティング材料がターゲットから飛翔する
ように、ターゲットの面積も大きくなる。ターゲット
は、コーティング材料の供給源であるが、Ａｒ等のプラ
ズマによる衝撃で昇温する。昇温によってターゲット及
び支持部材に熱変形が生じ、ターゲットから回転バレル
の粉末層までの距離が不規則に変動する。その結果、ス
パッタリング条件が変動し、粉末粒子の表面に一定した
コーティング層が形成されなくなる。この傾向は、特に
ターゲットを片持ち状態で回転バレルに挿入する構造を
採用している装置において顕著に現れる。また、回転バ
レルの振動，衝撃等がターゲットに伝播し、ターゲット
から回転バレルの粉末層までの距離を変動させる要因に
もなる。

【０００６】ターゲットの加熱変形は、特願平４−９７
３８０号等で提案したように裏面側に水冷機構を組み込
むことにより、ある程度まで抑えることができる。しか
し、更に大きな面積をもつターゲットを使用する装置で
は、単に水冷機構を組み込んだだけではターゲットの熱
変形を十分に抑えることはできず、異常放電を発生させ
る原因となる。たとえば、回転バレルのサイズ或いは収
容される原料粉末の量に対応して幅広のターゲットを組
み込むとき、ターゲットの幅方向中央部の変形が大き
い。本発明は、このような問題を解消すべく案出された
ものであり、バレル軸方向に複数列のターゲットプレー
トを並べ、各ターゲットプレートを機械的に押さえるこ
とにより、スパッタリングの不安定化を招くことなく、
大径の回転バレルに対応した幅をもつターゲットを提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の粉末コーティン
グ装置用ターゲットは、その目的を達成するため、真空
雰囲気に維持された回転バレル内でスパッタリングによ
り粉末粒子にコーティングを施す装置において、複数の
ターゲットプレートを複数列に並べ、周縁部を金具でハ
ウジング本体に固定すると共に、個々のターゲットプレ
ートの中央部をハウジング本体に固定したことを特徴と
する。また、ターゲットプレート列の裏面側に配置した
マグネットの磁極を、隣接するターゲットプレート列の
裏面側に配置したマグネットの磁極と異なる向きに配向
させることが好ましい。

【０００８】

【実施例】本実施例の粉末コーティング装置は、図２に
示すように、装置本体１０の一側に移動架台２０を配置
し、移動架台２０上にターゲット３０及び粉末分配機構
４０を載置している。装置本体１０は、図３に示すよう
に、回転バレル１１を外筒１２で取り囲んだ二重構造の
真空チャンバーを構成している。装置本体１０は、一側
が移動フランジ１３で閉塞され、他側がターゲット３０
のフランジ３１で閉塞される。回転バレル１１は、外筒
１２側に設けた駆動ギヤ１４と噛み合う従動ギヤ１５が
周面に形成されたフランジ１６を備えており、ギヤ１
４，１５を介して伝達される動力により回転する。回転
バレル１１の底部近傍には、回転バレル１１と同一方向
及び反対方向に揺動する撹拌スクリュー１７が配置され
ている。撹拌スクリュー１７は、回転バレル１１を介し
て伝達される動力により回転し、更に揺動ギヤ１８を介
して伝達される動力により揺動することで、スパッタリ
ング中の原料粉末Ｐを均一に撹拌する。また、スパッタ
リングを一定条件下で行わせるため、回転バレル１１の
外周面に冷却管１９を取り付け、冷却管１９を流れる冷
却水によって回転バレル１１内を温度補償している。

【０００９】外筒１２の上部には、真空排気系５０の吸
引ダクト５１が開口している。装置本体１０の内部は、
真空排気系５０により減圧され、回転バレル１１内がス
パッタリングに適した減圧雰囲気に維持される。移動架
台２０は、図２の上下方向に移動できるように架台２１
に搭載されている。移動架台２０には、図２の左右方向
に関して移動可能にターゲット３０及び粉末分配機構４
０が搭載されている。これにより、ターゲット３０及び
粉末分配機構４０は、回転バレル１１の軸方向及び直交
方向に移動可能となる。移動架台２０，ターゲット３０
及び粉末分配機構４０の移動は、架台２１の側面に設け
た駆動系コントローラ２２で制御される。

【００１０】ターゲット３０は、片持ち状態で回転バレ
ル１１に挿入される。ターゲット本体３２は、図３に示
すように、それぞれ独立した２組のターゲット３２_L 及
び３２_R からなる。左側ターゲット３２_L は、図４に示
すように複数のターゲットプレート３５_L1A ，３５_L2A
・・・３５_L(2n)Aを２列に配列しており、その両端にタ
ーゲットプレート３５_L1B ，３５_L2B が配置され、全体
としてロ字型になっている。ロ字型ターゲットプレート
群の中央は、押え金具３６_L で押さえられ、周縁部が縁
押え金具３７_L でバッキングプレート３８_L （図５ａ）
に固定されている。押え金具３６_L 及び縁押え金具３７
_L は、一つの押え金具が１枚のターゲットプレートを押
えるように、ターゲットプレートの長さに合わせて分割
されている。これにより、各ターゲットプレートは、十
分バッキングプレートに密着し、十分な冷却効果を受け
て熱変形から保護される。

【００１１】右側ターゲット３２_R も、同様に複数のタ
ーゲットプレート３５_R1A ，３５_{R2 A} ・・・３
５_R(2n)A，３５_R1B ，３５_R2B でロ字型に構成され、中
央が押え金具３６_R で押さえられ、周縁部が縁押え金具
３７_R でバッキングプレート３８_R （図５ａ）に固定さ
れている。２組のターゲット３２_R 及び３２_L の裏側に
は、図５（ａ）に示すように、それぞれマグネット４０
_R 及び４０_L が配置されている。図５（ｂ）は、マグネ
ット４０_R 及び４０_L を図５（ａ）の下方からみた状態
を示す。２組のマグネット４０_R 及び４０_L の向かい合
う極性が同じ異なる場合（Ａタイプ）、図６（ａ）に示
す磁場分布が得られる。向かい合う極性が同じ場合（Ｂ
タイプＢ）には、図６（ｂ）の磁場分布となる。この対
比から明らかなように、Ａタイプの方が、マグネット間
の磁場が弱く、磁場の干渉に起因した異常放電が少なく
なることが判る。したがって、本装置においては、マグ
ネット４０_R ，４０_L の配置に関しＡタイプを採用し
た。

【００１２】図２に実線で示した位置は、ターゲット３
０の定位置である。ターゲット３０は、この位置から回
転バレル１１に差し込まれ、スパッタ電源３４からの電
圧が印加される。一点鎖線で示したターゲット３０は、
保守・点検等の作業をするための待機位置にある。ター
ゲット本体３２を装着したハウジング３３は、図３に示
すように片持ち状態で支持され、回転バレル１１の一側
にある開口から回転バレル１１に差し込まれる。粉末分
配機構４０は、機体４１から粉末供給樋４２を片持ち状
態で突出させている。図２で−方向に移動し、支持
フレーム４４で支持された粉末タンク４５の下方に粉末
供給樋４２の基端を位置させる。そして、粉末供給樋４
２を図２の左方向に移動させながら、粉末タンク４５か
ら原料粉末Ｐを粉末供給樋４２に充填する。原料粉末Ｐ
を収容した粉末供給樋４２は、−方向に移動した
後、−方向に沿って回転バレル１１に挿入される。
粉末供給樋４２は、回転バレル１１内の設定位置まで進
入したとき、反転し、軸方向に関し均一な密度分布で原
料粉末Ｐを回転バレル１１に分配する。

【００１３】原料粉末Ｐを回転バレル１１に装入した
後、ターゲット３０が回転バレル１１の軸心に一致する
まで、移動架台２０を図２で−方向に沿って移動さ
せる。これらの動きは、全体的に動力制御盤７１及び駆
動系コントローラ２２でコントロールされ、オペレーシ
ョンボックス７３のモニターで監視される。また、コー
ティングされる原料粉末Ｐは、必要に応じて真空乾燥機
７４で乾燥される。ターゲット３０を−方向に沿っ
て回転バレル１１に差し込み、フランジ３１で外筒１２
の開口端部を気密封止する。なお、定常状態では、外筒
１２の他側にある開口部は、移動フランジ１３によって
気密封止されている。装置本体１０を気密封止した後、
外筒１２内を設定雰囲気圧まで減圧する。そして、スパ
ッタリング電源３４からターゲット３０に電圧を印加
し、常法に従ってスパッタリングを開始する。このと
き、Ａｒ等のプラズマガスによる衝撃や通電によってタ
ーゲット３２_R ，３２_L が昇温するが、ターゲット３２
_R ，３２_Lの中央部が機械的に拘束されているので、昇
温に伴った変形が抑制される。その結果、従来に比較し
て広幅であるにも拘らず、異常放電等を生じることなく
スパッタリング条件が安定化し、高品質のコーティング
粉末が得られる。

【００１４】スパッタリングされた粉末は、粉末回収機
構６０の回収タンク６１に回収される。具体的には、タ
ーゲット３０を回転バレル１１から外した後、粉末供給
樋４２に付設された回収管（図示せず）を回転バレル１
１内に装入する。そして、吸引力によってコーティング
粉末を回収管に吸引し、サイクロン６２で固気分離した
後、回収タンク６１に集める。本実施例では、２９３ｍ
ｍ×９０ｍｍのターゲットプレートを２列に並べ、その
両端に７１ｍｍ×１９０ｍｍのターゲットプレートを配
置し、幅１９０ｍｍ及び長さ１９００ｍｍのターゲット
本体３２_R ，３２_L を構成した。各ターゲット本体３２
_R ，３２_L の中央部及び周縁部を金具３６，３７でハウ
ジング３３に固定した。このターゲット３０を内径９０
０ｍｍの回転バレル１１に挿入し、スパッタリングを１
８時間継続させて粉末コーティングを行った。スパッタ
リング中、ターゲットプレートが７００℃まで昇温した
が、何らのトラブル無く安定条件下でのスパッタリング
が可能であった。９５％の高い歩留りで、一定した品質
を持つコーティング粉末が得られた。比較のため、ター
ゲットプレートの中央部を拘束せずに同じサイズのター
ゲット本体３２を形成し、同様な条件下でスパッタリン
グを行った。この場合には、不安定なグロー放電が観察
され、製品として使用可能なコーティング粉末の歩留り
は３０％に過ぎなかった。

【００１５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、複数列に配列したターゲットプレートの周縁部を金
具でハウジングに固定すると共に、個々のターゲットプ
レートの中央部に対しても機械的拘束力を与えている。
この固定によって、回転バレルの振動や衝撃，スパッタ
リング中の昇温等の影響によるターゲットプレートの変
形が抑制され、安定条件下でのスパッタリングが可能と
なる。そのため、特に大型化した粉末コーティング装置
に適したターゲットとなり、一定した品質をもつコーテ
ィング粉末が高歩留り及び高生産性で製造される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明者等が先に提案した粉末コーティング
装置

【図２】 本発明実施例における粉末コーティング装置
のレイアウト

【図３】 原料粉末をコーティングしている状態をバレ
ル軸方向（ａ）及び直交方向（ｂ）からみた断面図

【図４】 ターゲットプレートを２列配置したターゲッ
ト

【図５】 ターゲットプレートの裏面に配置したマグネ
ットの側面図（ａ）及び底面図（ｂ）

【図６】 同マグネットの向かい合う極性が異なる場合
（ａ）及び同じ場合（ｂ）の磁場分布

【符号の説明】

１１：回転バレル ３０：ターゲット ３１：ター
ゲット本体 ３３：ハウジング ３５_L1，３５_L2・
・・３５_Ln，３５_R1，３５_R2・・・３５_Rn：ターゲット
プレート ３６_L ，３６_R ：押え金具 ３７_L ，３
７_R ：縁押え金具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 城倉 貴史 千葉県市川市高谷新町７番１号 日新製鋼 株式会社新材料研究所内 (72)発明者 河上 浩幸 茨城県日立市国分町１丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空雰囲気に維持された回転バレル内で
   スパッタリングにより粉末粒子にコーティングを施す装
   置において、複数のターゲットプレートを複数列に並
   べ、周縁部を金具でハウジング本体に固定すると共に、
   個々のターゲットプレートの中央部をハウジング本体に
   固定した粉末コーティング装置用ターゲット。
2. 【請求項２】 ターゲットプレート列の裏面側に配置し
   たマグネットの磁極を、隣接するターゲットプレート列
   の裏面側に配置したマグネットの磁極と異なる向きに配
   向させた請求項１記載の粉末コーティング装置用ターゲ
   ット。