JPH089775B2 - Ion plating method and apparatus - Google Patents

Ion plating method and apparatus

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JPH089775B2
JPH089775B2 JP2324317A JP32431790A JPH089775B2 JP H089775 B2 JPH089775 B2 JP H089775B2 JP 2324317 A JP2324317 A JP 2324317A JP 32431790 A JP32431790 A JP 32431790A JP H089775 B2 JPH089775 B2 JP H089775B2
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JP
Japan
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hood
crucible
electrode
evaporation material
vapor
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JP2324317A
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洋 木部
博 影近
関口  毅
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日本鋼管株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、イオンプレーティング方法および装置に係
り、特に広幅基板に高速で成膜するのに好適なイオンプ
レーティング方法および装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion plating method and apparatus, and more particularly to an ion plating method and apparatus suitable for forming a film on a wide substrate at a high speed.

[従来技術] 近年、広幅の鋼板、例えば冷延鋼板にドライプロセス
皮膜を形成し、付加価値を高めることが試みられてい
る。なかでも皮膜の密着性、緻密性に優れ、かつ生産性
の高い方法としてイオンプレーティングが注目されてい
る。イオンプレーティングで生産性を上げるには皮膜材
料を高速で蒸発させる必要があり、材料の加熱源として
は高出力の電子銃が有利である。しかしながら、高速で
蒸発した材料を安定して高いイオン化率でイオン化する
には多くの技術的困難が伴ない、未だ広幅の鋼板に工業
的規模で適用し得る方法は確立していない。
[Prior Art] In recent years, it has been attempted to increase the added value by forming a dry process film on a wide steel plate, for example, a cold rolled steel plate. Among them, ion plating is attracting attention as a method having excellent adhesion and denseness of the coating and high productivity. In order to improve productivity by ion plating, it is necessary to evaporate the coating material at high speed, and a high-power electron gun is advantageous as a heating source for the material. However, there are many technical difficulties in stably ionizing a material evaporated at a high speed with a high ionization rate, and a method applicable to a wide steel sheet on an industrial scale has not been established yet.

特公昭57−57553号では、加熱源として電子銃を用
い、電極を坩堝近傍に配置してイオン化率を高め、膜質
の向上を図る方法を提案している。しかしこの方法は、
高速成膜時に放電が不安定になるため、小規模なバッチ
処理にしか適用できず、広幅坩堝を使って大面積の帯板
に高速でイオンプレーティングすることは困難である。
Japanese Patent Publication No. 57-57553 proposes a method in which an electron gun is used as a heating source and an electrode is arranged in the vicinity of the crucible to increase the ionization rate and improve the film quality. But this method
Since the discharge becomes unstable during high-speed film formation, it can be applied only to small-scale batch processing, and it is difficult to perform high-speed ion plating on a large-area strip plate using a wide crucible.

特開昭57−155369号では、蒸発粒子を坩堝上方のフー
ドにより集束した後、フード上部に配置された正電極と
熱電子放出用のフィラメントによりイオン化する方法が
提案されている。これによれば高速成膜時にも安定した
放電が得られるが、フィラメントの消耗が激しく、実生
産用の連続装置には適用できない。
Japanese Patent Laid-Open No. 155369/1982 proposes a method in which vaporized particles are focused by a hood above the crucible and then ionized by a positive electrode and a filament for thermionic emission arranged above the hood. According to this, a stable discharge can be obtained even at high-speed film formation, but the filament is heavily consumed and cannot be applied to a continuous device for actual production.

特開昭63−45365号は、第3図に概略を示すように、
坩堝3全体を上方に開口部8を持つ内部室6で覆い、開
口部8より噴出する蒸気流を開口部8上方にある正電極
9でイオン化する方法が提案されている。この方法によ
れば、高速成膜時にも安定した放電が得られ、長時間の
操業にも耐え得る。ところが、内部室6上方の電極9は
坩堝3からの距離が遠いため、蒸発材4から発生する熱
電子を十分に加速することができず、このため蒸発粒子
のイオン化率が不充分で、特に高速成膜時にイオン化率
が著しく低下してしまう問題があった。
Japanese Patent Laid-Open No. 63-45365 discloses, as shown in FIG.
A method has been proposed in which the entire crucible 3 is covered with an internal chamber 6 having an opening 8 above, and the vapor flow ejected from the opening 8 is ionized by a positive electrode 9 above the opening 8. According to this method, stable discharge can be obtained even during high-speed film formation, and long-time operation can be endured. However, since the electrode 9 above the inner chamber 6 is far from the crucible 3, it is not possible to sufficiently accelerate the thermoelectrons generated from the evaporation material 4, so that the ionization rate of the evaporation particles is insufficient, and There is a problem that the ionization rate is significantly reduced during high-speed film formation.

[発明が解決しようとする技術的課題] 本発明は上記従来技術の問題点を解消するためになさ
れたもので、その目的とするところは、帯板、特に広幅
帯板に高速かつ安定して、しかも高いイオン化率でイオ
ンプレーティングして、優れた膜質を得るイオンプレー
ティング方法および装置を提供するものである。
[Technical Problem to be Solved by the Invention] The present invention has been made in order to solve the problems of the above-mentioned prior art, and its object is to provide a strip plate, particularly a wide strip plate at high speed and stably. Moreover, the present invention provides an ion plating method and apparatus that obtains excellent film quality by performing ion plating at a high ionization rate.

[課題を解決する手段] 本発明者等は、蒸気目的に沿って鋭意研究した結果、
電子銃で坩堝内の蒸発材料を加熱蒸発させ、同蒸気流を
正電圧を印加した電極でイオン化するに当って、坩堝上
方に蒸気流を収束させるためのフードを置き、その内部
に上記電極を置くことにより、高速成膜時にも放電を安
定化し、かつイオン化率を向上させられることを見出だ
し、本発明を完成したものである。
[Means for Solving the Problems] The inventors of the present invention have conducted extensive studies in accordance with the purpose of steam, and as a result,
When the evaporation material in the crucible is heated and evaporated by an electron gun, and the vapor flow is ionized by the electrode to which a positive voltage is applied, a hood for converging the vapor flow is placed above the crucible, and the electrode is placed inside the hood. It has been found that, by placing it, the discharge can be stabilized and the ionization rate can be improved even during high-speed film formation, and the present invention has been completed.

[作用] すなわち、坩堝上方にフードを設置し、その内部に正
電極を設置することにより、蒸気流の拡散が防がれ、特
に高速蒸発時の蒸発材表面状態による蒸気の乱れが抑制
されるため放電が安定する。さらに高速成膜時に蒸発材
表面の蒸気圧が著しく向上し、そのため蒸発材表面から
発生する熱電子の平均自由行程が短くなっても、電極が
坩堝表面に近づけることが可能なため、なお十分に熱電
子を加速することが可能となり、高いイオン化率を維持
することができる。
[Operation] That is, by installing a hood above the crucible and installing a positive electrode inside the hood, diffusion of the vapor flow is prevented, and turbulence of the vapor due to the surface state of the vaporizer during high-speed evaporation is suppressed. Therefore, the discharge is stable. Furthermore, the vapor pressure on the surface of the evaporation material is significantly improved during high-speed film formation, and even if the mean free path of the thermoelectrons generated from the surface of the evaporation material is shortened, the electrode can be brought closer to the crucible surface, so it is still sufficient. It becomes possible to accelerate thermoelectrons, and a high ionization rate can be maintained.

[実施例] 以下、本発明を第1図に示す実施例を参照して説明す
る。図示するイオンプレーティング装置は、真空雰囲気
を保持する真空槽1内に配置されており、その内部上方
を帯板11が貫通して走行するようになっている。真空槽
1内の下部には坩堝3が配置され、この中に蒸発材料M
が入っている。蒸発材料4には、Ni,Co,Fe,Ti,Zr,Ta,V,
Hf,などとともにCr,Mn,Mgなどが挙げられる。真空槽1
の片側には電子銃12が装着され、電子ビーム7を蒸気材
料4の表面に照射するようになっている。坩堝3と帯板
11との間にはフード5が配置され、このフード5は電子
ビーム7が通る側部を一部開口し、かつ上部に開口部8
を有している。フード5内部には電極9が配置され、こ
の電極9は四角枠形状に形成されている。電極9は直流
電源13の正極側に、坩堝3は直流電源13の負極側に接続
されている。
[Embodiment] The present invention will be described below with reference to an embodiment shown in FIG. The illustrated ion plating device is arranged in a vacuum chamber 1 that holds a vacuum atmosphere, and a strip plate 11 penetrates and runs above the inside thereof. A crucible 3 is arranged in the lower part of the vacuum chamber 1, and the evaporation material M is placed in the crucible 3.
Is included. The evaporation material 4 includes Ni, Co, Fe, Ti, Zr, Ta, V,
Cr, Mn, Mg, etc. are mentioned together with Hf, etc. Vacuum tank 1
An electron gun 12 is mounted on one side of the so as to irradiate the surface of the vapor material 4 with the electron beam 7. Crucible 3 and strip
The hood 5 is disposed between the hood 5 and the hood 5, and the hood 5 has a part of the side through which the electron beam 7 passes and an opening 8 at the top.
have. An electrode 9 is arranged inside the hood 5, and the electrode 9 is formed in a rectangular frame shape. The electrode 9 is connected to the positive electrode side of the DC power supply 13, and the crucible 3 is connected to the negative electrode side of the DC power supply 13.

この装置では、中に配置された坩堝3内の蒸発材料4
に電子銃12から電子ビーム7を照射して、この蒸発材料
4を加熱して蒸発させる。そして電極9に正電圧に印加
して、蒸発材料4から発生した熱電子により、蒸気流を
イオン化する。イオン化された蒸気は、フード5で集束
され、フード5上部開口部8を通って、上方にある帯板
11に付着する。
In this device, the evaporation material 4 in the crucible 3 placed inside
The electron beam 12 is emitted from the electron gun 12 to heat and evaporate the evaporation material 4. Then, by applying a positive voltage to the electrode 9, the vapor flow is ionized by the thermoelectrons generated from the evaporation material 4. The ionized vapor is focused in the hood 5, passes through the hood 5 upper opening 8 and is above the strip.
Attach to 11.

この装置では、坩堝3上方にフード5を設けているの
で、蒸気流の拡散が防止され、特に高速蒸発時の蒸発材
表面状態による蒸気の乱れが抑制され、その結果、放電
が安定する。さらにフード5内部に電極9を設置してい
るので、電極9を電子ビームの妨害にならない範囲で可
能なかぎり蒸発材料4に近付けることができる。このた
め、高速成膜時に、蒸発材料表面に発生する熱電子の平
均自由行程が短くなっても、なお十分に電子を加速する
ことが可能になり、高いイオン化率を維持することがで
きる。
In this device, since the hood 5 is provided above the crucible 3, the diffusion of the vapor flow is prevented, and the turbulence of the vapor due to the surface state of the evaporant during high-speed evaporation is suppressed, and as a result, the discharge is stabilized. Further, since the electrode 9 is installed inside the hood 5, the electrode 9 can be brought as close as possible to the evaporation material 4 within a range where it does not interfere with the electron beam. Therefore, even when the mean free path of the thermoelectrons generated on the surface of the evaporation material becomes short during high-speed film formation, the electrons can be sufficiently accelerated and a high ionization rate can be maintained.

第2図は第1図に示す装置を用いた場合の成膜速度と
イオン化率の関係を、第3図に示す装置を用いた場合と
比較して示したグラフである。この場合、蒸発材料とし
てTiを用い、電子銃出力は40〜150KWの間で変化させ
た。電極に印加した電圧は+40〜+50Vであった。イオ
ン化率は基板に流れた電流値から計算した。第2図か
ら、従来法は成膜速度が上がるに従って、急激にイオン
化率が低下するのに対し、本発明は高速成膜時にも、従
来法に比べ高いイオン化率を維持することができること
が分かる。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the film formation rate and the ionization rate when the apparatus shown in FIG. 1 is used, compared with the case where the apparatus shown in FIG. 3 is used. In this case, Ti was used as the evaporation material, and the electron gun output was changed between 40 and 150 KW. The voltage applied to the electrodes was +40 to + 50V. The ionization rate was calculated from the current value flowing through the substrate. From FIG. 2, it can be seen that the ionization rate sharply decreases as the film formation rate increases in the conventional method, whereas the present invention can maintain a higher ionization rate than the conventional method even during high-speed film formation. .

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、帯板、特に広
幅帯板にイオンプレーティングするに当って、高速成膜
時にも放電が安定し、かつ高いイオン化率で成膜が可能
となる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, when ion-plating a strip plate, particularly a wide strip plate, the discharge is stable even at a high-speed film formation, and the film is formed with a high ionization rate. Is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係るイオンプレーティング装置の概
略図、第2図は第1図に示す本発明に係る装置を用いた
場合の成膜速度とイオン化率の関係を、従来の装置を用
いた場合と比較して示した図、第3図は従来のイオンプ
レーティング装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an ion plating apparatus according to the present invention, and FIG. 2 shows the relationship between the film formation rate and the ionization rate when the apparatus according to the present invention shown in FIG. 3 and FIG. 3 which are shown in comparison with the case where the conventional ion plating apparatus is used.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】走行する帯板にイオンプレーティングする
方法において、坩堝に入れた蒸発材料を電子銃のビーム
で加熱蒸発させて蒸気流を発生させる工程と、発生した
蒸気流をフードで集束させる工程と、上記フード内にあ
る電極に坩堝に対して正電極を印加し、蒸発材料から発
生した熱電子により上記蒸気流をイオン化する工程と、
集束させイオン化した蒸気流をフードの上方を走行する
帯板に付着せしめる工程とを具備した、イオンプレーテ
ィング方法。
1. A method of ion-plating a running strip, which comprises heating and evaporating an evaporation material placed in a crucible with a beam of an electron gun to generate a vapor flow, and concentrating the generated vapor flow with a hood. A step of applying a positive electrode to the crucible to the electrode in the hood, and ionizing the vapor flow by thermoelectrons generated from the evaporation material;
Depositing a focused and ionized vapor stream onto a strip running above the hood.
【請求項2】走行する帯板にイオンプレーティングする
装置において、蒸発材料を入れた坩堝と、この坩堝内の
蒸発材料を加熱蒸発して蒸気流を形成する電子銃と、蒸
気坩堝の上方に配置され、上記蒸気流を集束させるフー
ドと、上記フード内に配置された電極と、この電極に坩
堝に対して正電極を印加する電源とを具備して、フード
の上方を走行する帯板にイオン化した蒸気流を付着させ
るようにしたイオンプレーティング装置。
2. A device for ion-plating a running strip, a crucible containing an evaporation material, an electron gun for heating and evaporating the evaporation material in the crucible to form a vapor flow, and an upper part of the vapor crucible. A strip that is disposed above the hood and has a hood that focuses the vapor flow, an electrode that is disposed in the hood, and a power source that applies a positive electrode to the crucible to the electrode. An ion plating device designed to attach an ionized vapor stream.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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