JPH10204635A - Ion beam generating device - Google Patents

Ion beam generating device

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JPH10204635A
JPH10204635A JP474697A JP474697A JPH10204635A JP H10204635 A JPH10204635 A JP H10204635A JP 474697 A JP474697 A JP 474697A JP 474697 A JP474697 A JP 474697A JP H10204635 A JPH10204635 A JP H10204635A
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JP
Japan
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ion beam
metal
electrode
ion
plasma
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Kouichirou Akari
孝一郎 赤理
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion beam generating device capable of generating plasma for executing ion plating and generating an ion beam for executing ion implantation from one arc discharge. SOLUTION: In an ion beam generating device 10 provided with a metal evaporating source 7, by generating arc between an anode and a cathode, evaporating and plasmatizing a constituting metal of the cathode and an inducing electrode part 8 provided with an accelerating electrode 16 and an earth electrode for inducing metal ionization from plasma, a moving device 17 moving the accelerating electrode to a position distance from the passage of the plasma and a switch 21 switching the earth electrode from an earthed state to an nonearthed state are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入とイオ
ンプレーティングの両方に用いることができるイオンビ
ーム発生装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam generator which can be used for both ion implantation and ion plating.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、イオン注入とイオンプレーティン
グの両方を行うことができる装置として、図3に示すよ
うなダイナミックミキシング装置が知られている。この
ダイナミックミキシング装置は、アノードとカソードと
の間でアーク放電を発生させることにより、カソードの
構成金属を蒸発、プラズマ化させるアーク放電式の金属
蒸発源と、同様にアーク放電によってカソード構成金属
のイオンをイオンビームとして引き出すアーク放電式の
イオンビーム発生装置(イオン注入用)を真空容器中に
備えたものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a dynamic mixing apparatus as shown in FIG. 3 has been known as an apparatus capable of performing both ion implantation and ion plating. This dynamic mixing device generates an arc discharge between an anode and a cathode, thereby evaporating and converting the constituent metal of the cathode into a plasma, and an ion source of the constituent metal of the cathode by the arc discharge. Is provided in a vacuum vessel with an arc discharge type ion beam generator (for ion implantation) for extracting the ion beam as an ion beam.

【0003】このダイナミックミキシング装置は、
(1)イオンプレーティングにより皮膜形成後、イオン
注入を行い皮膜表層の改質、(2)イオン注入を前処理
として実施後、イオンプレーティングによる皮膜の形
成、(3)さらに、イオンプレーティングとイオン注入
を同時に行うダイナミックミキシングによる皮膜の形成
が可能なものである。
[0003] This dynamic mixing device
(1) After forming a film by ion plating, ion implantation is performed to modify the surface layer of the film, and (2) after ion implantation is performed as a pretreatment, a film is formed by ion plating. (3) Further, ion plating is performed. A film can be formed by dynamic mixing in which ion implantation is performed simultaneously.

【0004】このダイナミックミキシング装置の構成を
説明する。図3において、26は真空容器であり、この
真空容器26の下方に被コーティング物27が回転台2
8に載置されている。回転台28はバイアス電源29に
接続され、被コーティング物27は回転台28を介して
バイアス電圧が印加され負電位とされている。図中、3
2は真空容器26内を排気する排気口である。真空容器
26の右上側にアーク放電式の金属蒸発源31が、左上
側には、アーク放電式のイオンビーム発生装置30が取
り付けられている。
[0004] The configuration of this dynamic mixing device will be described. In FIG. 3, reference numeral 26 denotes a vacuum vessel.
8. The turntable 28 is connected to a bias power supply 29, and a bias voltage is applied to the object to be coated 27 via the turntable 28 so that the object 27 is set to a negative potential. In the figure, 3
An exhaust port 2 exhausts the inside of the vacuum vessel 26. An arc discharge type metal evaporation source 31 is mounted on the upper right side of the vacuum vessel 26, and an arc discharge type ion beam generator 30 is mounted on the upper left side.

【0005】アーク放電式の金属蒸発源31は、皮膜材
料となる金属からなるターゲット36がカソードとして
アーク用電源35の陰極に接続され、アノード37がア
ーク用電源35の陽極に接続されている。この金属蒸発
源31において、点弧装置(図示せず)をカソード36
に接触させてアーク放電を生じさせると、アークスポッ
トにて、カソード36が局部的に蒸気化し、さらに、金
属蒸気の大部分はアーク放電で生じた熱電子との衝突に
よりプラズマ化する。このプラズマ中の正イオン(金属
イオンが主)をバイアス電圧が印加されて負電位とされ
た被コーティング物27に導き、皮膜が形成される。
[0005] The metal discharge source 31 of the arc discharge type has a target 36 made of a metal as a coating material as a cathode connected to a cathode of an arc power supply 35, and an anode 37 connected to an anode of the arc power supply 35. In this metal evaporation source 31, an ignition device (not shown) is connected to a cathode 36.
When an arc discharge is caused by contact with the cathode, the cathode 36 is locally vaporized at an arc spot, and most of the metal vapor is turned into plasma by collision with thermoelectrons generated by the arc discharge. Positive ions (mainly metal ions) in the plasma are guided to the coating target 27 which is set to a negative potential by applying a bias voltage to form a film.

【0006】イオンビーム発生装置30は、アークチャ
ンバ40の側端に、アーク用電源41の陰極に接続され
た金属イオン源用のカソード42と点弧のためのトリガ
電極(アノード)43とが設けられ、アークチャンバ4
0のカソード42に対抗する側に引出し電極部44が形
成されている。イオンビーム発生装置30は、引出し電
極部44が真空容器26側になるように取り付けられて
いる。このような構成を有するイオンビーム発生装置3
0において、トリガ電極43でカソード42を点弧して
アーク放電を生じさせるとアークスポットからカソード
を構成する金属が蒸発かつプラズマ化し、このプラズマ
中から金属イオンのみが引出し電極部44にて加速さ
れ、高エネルギーのイオンビームとなって発射される。
In the ion beam generator 30, a cathode 42 for a metal ion source connected to a cathode of an arc power supply 41 and a trigger electrode (anode) 43 for ignition are provided at a side end of an arc chamber 40. And the arc chamber 4
An extraction electrode section 44 is formed on the side opposite to the cathode 42 of the zero. The ion beam generator 30 is mounted such that the extraction electrode unit 44 is on the vacuum vessel 26 side. Ion beam generator 3 having such a configuration
At 0, when the cathode 42 is ignited by the trigger electrode 43 to cause an arc discharge, the metal constituting the cathode evaporates and turns into plasma from the arc spot, and only metal ions are extracted from the plasma and accelerated by the electrode portion 44. It is launched as a high energy ion beam.

【0007】(1)のイオンプレーティングによる皮膜
形成後にイオン注入による皮膜表層の改質の場合につい
て説明する。金属蒸発源31のカソード36の固体金属
から直接蒸発させた金属イオンが真空容器26の下方の
被コーティング物27に達し、被コーティング物27の
表面に皮膜を形成する。その後、金属蒸発源31の稼働
を止め、イオンビーム発生装置30を稼働させ、所定の
金属イオンビームを前記被コーティング物27上の皮膜
に照射してイオン注入を行うものである。
A description will be given of (1) the case of modifying the surface layer of a film by ion implantation after forming the film by ion plating. The metal ions directly evaporated from the solid metal of the cathode 36 of the metal evaporation source 31 reach the object to be coated 27 below the vacuum vessel 26 and form a film on the surface of the object to be coated 27. Thereafter, the operation of the metal evaporation source 31 is stopped, the ion beam generator 30 is operated, and a predetermined metal ion beam is applied to the coating on the object to be coated 27 to perform ion implantation.

【0008】次に、(2)イオン注入を前処理として実
施後、イオンプレーティングによる皮膜の形成の場合に
ついて説明する。金属イオンビーム発生装置30を先に
稼働させて、金属イオンビームを被コーティング物27
の表面に照射して、被コーティング物27の表面の前処
理を行う。その後、金属蒸発源31で発生させた金属イ
オンにより前記被コーティング物27の表面に皮膜を形
成させるものである。
Next, the case of (2) forming a film by ion plating after performing ion implantation as pretreatment will be described. The metal ion beam generator 30 is operated first, and the metal ion beam is
To perform a pretreatment of the surface of the article to be coated 27. Thereafter, a film is formed on the surface of the object to be coated 27 by the metal ions generated by the metal evaporation source 31.

【0009】また、(3)のイオンプレーティングとイ
オン注入を同時に行うダイナミックミキシングでは、金
属イオンビーム発生装置30と金属蒸発源31の両方を
同時に稼働させ、真空容器26の下方の被コーティング
物27の表面改質を行うものである。
In the dynamic mixing (3) in which ion plating and ion implantation are performed simultaneously, both the metal ion beam generator 30 and the metal evaporation source 31 are operated at the same time, and the coating object 27 below the vacuum vessel 26 is operated. The surface is modified.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ダイナミックミキシング装置は、アーク放電という同一
作用、原理を金属蒸発源とイオンビーム発生装置で用い
ながら、別々の装置でアーク放電を発生させているた
め、装置の複雑化や装置のコストアップにつながる問題
がある。特に、(1)のイオンプレーティングによる皮
膜形成後にイオン注入による皮膜表層の改質や(2)前
処理としてのイオン注入実施後にイオンプレーティング
による皮膜形成のような、イオンプレーティングとイオ
ン注入とを連続的に行うプロセスの場合には、アーク放
電式の金属蒸発源とアーク放電式のイオンビーム発生装
置を、同時に使用しないので、余分な放電装置を持つこ
とになり装置のコストアップになる。
However, the conventional dynamic mixing apparatus uses the same operation and principle of arc discharge in a metal evaporation source and an ion beam generator, but generates arc discharge in separate apparatuses. However, there is a problem that the apparatus becomes complicated and the cost of the apparatus increases. In particular, ion plating and ion implantation, such as (1) reforming of the surface layer of the film by ion implantation after the formation of the film by ion plating and (2) formation of the film by ion plating after the ion implantation as a pretreatment, are performed. In the case of a process in which the process is carried out continuously, an arc discharge type metal evaporation source and an arc discharge type ion beam generator are not used at the same time, so that an extra discharge device is required and the cost of the device is increased.

【0011】そこで本発明は、このような事情に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、1つの
アーク放電から、イオンプレーティングを行うためのプ
ラズマの発生とイオン注入を行うためのイオンビームの
発生の両方が可能な、イオンビーム発生装置を提供する
ものである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to generate plasma for performing ion plating and perform ion implantation from one arc discharge. The present invention provides an ion beam generator capable of generating both ion beams.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項1記載の発明は、アノー
ドとカソードとの間でアークを発生させることにより、
カソードの構成金属を蒸発、プラズマ化する金属蒸発源
と、プラズマから金属イオンのみ引き出すために加速電
極とアース電極とを設けてなる引出し電極部とを備えて
なるイオン発生装置源において、前記加速電極を前記プ
ラズマの流路から離れた位置へ移動させる移動装置と前
記アース電極を接地と非接地とを切替えるスイッチとを
備えてなることを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 of the present invention is characterized in that an arc is generated between an anode and a cathode.
A metal evaporation source for evaporating a constituent metal of the cathode to form a plasma; and an extraction electrode unit including an extraction electrode provided with an acceleration electrode and a ground electrode for extracting only metal ions from the plasma. And a switch that switches the ground electrode between ground and non-ground.

【0013】加速電極を前記イオン化した金属の流路か
ら離れた位置へ移動させる移動装置とアース電極を接地
から非接地へと切替えるスイッチとを備えることによっ
て、1つのアーク放電発生源を用いて、カソードの構成
金属の金属イオンビームを生成できると共に、金属プラ
ズマのまま取り出しイオンプレーティングを可能とする
ものである。この結果、イオンプレーティングとイオン
注入を連続的に行うプロセスについては、1つの発生源
で実施でき、装置の簡略化やコストダウンが可能となる
ものである。
[0013] By providing a moving device for moving the accelerating electrode to a position away from the ionized metal flow path and a switch for switching the ground electrode from ground to non-ground, one arc discharge source can be used. A metal ion beam of the metal constituting the cathode can be generated, and the metal plasma can be extracted as it is and ion plating can be performed. As a result, a process in which ion plating and ion implantation are performed continuously can be performed by one source, and the apparatus can be simplified and the cost can be reduced.

【0014】また請求項2記載の発明は、請求項1記載
の発明の構成に、イオンビーム発生装置のイオン出口と
金属蒸発源との間に、発生したプラズマを被コーティン
グ物の方へ誘導するための磁場印加装置を備えてなるこ
とを特徴とするものである。イオン化した金属の輸送効
率を高め、イオンプレーティングの際の成膜速度の向上
を可能とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the generated plasma is guided between the ion outlet of the ion beam generator and the metal evaporation source toward the object to be coated. And a magnetic field applying device for the purpose. The purpose of the present invention is to increase the transport efficiency of ionized metal and to increase the film forming rate during ion plating.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図示例と
ともに説明する。図1は、本発明の実施の形態であるイ
オンビーム発生装置の構成並びに、このイオンビーム発
生装置と,イオンプレーティング又は/およびイオン注
入用の真空容器との組立状態を示す図である。図2は、
本発明の別の実施の形態であるイオンビーム発生装置の
構成を示す図である。まず、本発明の実施の形態を説明
する。図1において、本発明のイオンプレーティングが
できるイオンビーム発生装置10は、イオンプレーティ
ング又は/およびイオン注入用の真空容器1の左上側に
組立られている。このイオンビーム発生装置10は、ア
ーク放電により金属プラズマを発生するためのカソード
11、トリガ電極(アノード)12、アーク用電源14
と、イオンビームを生成するための引出し電極部8、及
び加速電源15等から構成されている。引出し電極部8
は、加速電極16とアース電極18からなる2枚式であ
り、多孔又はスリット型の引出し口を有している。イオ
ンビーム発生装置の特徴として、加速電極16は、これ
を直線的に往復運動又はスイング式に出し入れするため
の加速電極駆動装置17(本発明の実施の形態では直線
的に往復運動の加速電極駆動装置を示す。)に接続され
ている。また、アース電極18は真空容器1とは絶縁材
20で絶縁され、切替スイッチ21によりアース電位と
フローティング電位が選べる構造になっている。前記真
空容器1の下方に被コーティング物3が回転台2に載置
されている。回転台2はバイアス電源6に接続され、被
コーティング物3は回転台2を介してバイアス電圧が印
加され負電位とされている。図中、4は真空容器1内を
排気する排気口であり、5は真空容器1内へ反応ガス
(酸素ガス、窒素ガス、炭化水素系ガス等)を供給する
供給口である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to illustrated examples. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ion beam generator according to an embodiment of the present invention and an assembled state of the ion beam generator and a vacuum vessel for ion plating or / and ion implantation. FIG.
It is a figure showing composition of an ion beam generator which is another embodiment of the present invention. First, an embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, an ion beam generator 10 capable of performing ion plating according to the present invention is assembled on the upper left side of a vacuum vessel 1 for ion plating and / or ion implantation. The ion beam generator 10 includes a cathode 11, a trigger electrode (anode) 12, and an arc power source 14 for generating metal plasma by arc discharge.
And an extraction electrode section 8 for generating an ion beam, an acceleration power supply 15, and the like. Extraction electrode part 8
Is a two-piece system including an acceleration electrode 16 and a ground electrode 18 and has a porous or slit-shaped outlet. As a feature of the ion beam generator, the accelerating electrode 16 is an accelerating electrode driving device 17 for linearly reciprocating or swinging the accelerating electrode 16 (in the embodiment of the present invention, the accelerating electrode driving device is linearly reciprocating. The device is shown.) Further, the ground electrode 18 is insulated from the vacuum vessel 1 by an insulating material 20, and has a structure in which a changeover switch 21 can select a ground potential and a floating potential. An object to be coated 3 is placed on the turntable 2 below the vacuum vessel 1. The turntable 2 is connected to a bias power supply 6, and a bias voltage is applied to the object to be coated 3 via the turntable 2 so as to be at a negative potential. In the figure, reference numeral 4 denotes an exhaust port for exhausting the inside of the vacuum vessel 1, and reference numeral 5 denotes a supply port for supplying a reaction gas (oxygen gas, nitrogen gas, hydrocarbon-based gas, etc.) into the vacuum vessel 1.

【0016】本発明のイオンビーム発生装置10の作動
について説明する。本装置をイオン注入のためのイオン
ビームの発生に用いる場合(A)は、加速電極16を、
アース電極18と正対した位置に配置する。このアース
電極18はアース電位とした状態にあり、次に加速電源
15により所定の加速電圧(10〜100kV)を加速
電極16とアークチャンバー13に印加させる。そして
同時にアーク用電源14によりトリガ電極(アノード)
12とカソード11との間にアークを点弧させ、アーク
放電を発生させ、カソードを構成する金属を蒸発させか
つプラズマ化させる。このプラズマが加速電極16に達
すると、加速電極16とアース電極18間の加速電圧に
よって、金属イオンのみが加速され、金属イオンビーム
として真空容器1側へ入射する。
The operation of the ion beam generator 10 of the present invention will be described. When the present apparatus is used for generating an ion beam for ion implantation (A), the accelerating electrode 16 is
It is arranged at a position facing the ground electrode 18. The earth electrode 18 is at the earth potential, and then a predetermined acceleration voltage (10 to 100 kV) is applied to the acceleration electrode 16 and the arc chamber 13 by the acceleration power supply 15. At the same time, a trigger electrode (anode) is activated by the arc power supply 14.
An arc is ignited between the cathode 12 and the cathode 11, an arc discharge is generated, and the metal constituting the cathode is evaporated and turned into plasma. When the plasma reaches the accelerating electrode 16, only the metal ions are accelerated by the accelerating voltage between the accelerating electrode 16 and the earth electrode 18, and are incident on the vacuum vessel 1 as a metal ion beam.

【0017】また、本装置をイオンプレーティング装置
として用いる場合(B)は、加速電極16を加速電極駆
動装置17により、前記加速電極駆動装置17内に移動
させ、カソード11とアーク電極18間のプラズマ流路
上から外れた位置に配置する。さらに、アース電極18
の電位を切替スイッチ21により接地しないフローティ
ング電位に切り換える。このとき、加速電圧を加速電極
16に印加しない状態(加速電源15は作動させない)
にする。次に、トリガ電極(アノード)12でカソード
11を点弧してアーク放電を発生させると、カソードを
構成する金属が、蒸発し、かつプラズマ状態となる。こ
のプラズマを、アーク電極18の開口部を通して、真空
容器1側へと拡散させる。このとき、アーク電極18が
フローティング電位に切り換えられているので、金属イ
オンのプラズマがアース電極18を通過する際、このプ
ラズマのロスを抑制することができる。
When the present apparatus is used as an ion plating apparatus (B), the accelerating electrode 16 is moved into the accelerating electrode driving apparatus 17 by the accelerating electrode driving apparatus 17 so that the distance between the cathode 11 and the arc electrode 18 is increased. It is arranged at a position off the plasma flow path. Further, the ground electrode 18
Is switched by the changeover switch 21 to a floating potential that is not grounded. At this time, no acceleration voltage is applied to the acceleration electrode 16 (the acceleration power supply 15 is not operated).
To Next, when the cathode 11 is ignited by the trigger electrode (anode) 12 to generate an arc discharge, the metal constituting the cathode evaporates and enters a plasma state. This plasma is diffused toward the vacuum vessel 1 through the opening of the arc electrode 18. At this time, since the arc electrode 18 is switched to the floating potential, loss of the plasma of metal ions when the plasma passes through the ground electrode 18 can be suppressed.

【0018】以上説明した様に、本発明のイオンビーム
発生装置を用いることによって、イオン注入後イオンプ
レーティング又は、イオンプレーティング後イオンとを
連続的に行うことができる。例えば、イオン注入後イオ
ンプレーティングする場合は、加速電極をアース電極と
正対した位置に配置し、このアース電極はアース電位に
した状態で、加速電極を印加した後、アーク放電を行い
イオン注入(A)を実施する。次に、イオンプレーティ
ング(B)では、加速電極を加速電極駆動装置内に移動
させ、アース電極をフローティング電位に切替えアーク
放電を行うことになる。イオンプレーティング後イオン
注入する場合は、この逆の操作を行うことになる。な
お、本発明のイオンビーム発生装置を用いてイオン注入
又は、イオンプレーティングをそれぞれ単独で行っても
よい。
As described above, by using the ion beam generator of the present invention, it is possible to continuously perform ion plating after ion implantation or ions after ion plating. For example, when ion plating is performed after ion implantation, the acceleration electrode is arranged at a position facing the ground electrode, and the ground electrode is set to the ground potential. (A) is performed. Next, in the ion plating (B), the accelerating electrode is moved into the accelerating electrode driving device, the earth electrode is switched to the floating potential, and arc discharge is performed. When ion implantation is performed after ion plating, the reverse operation is performed. Note that ion implantation or ion plating may be performed independently using the ion beam generator of the present invention.

【0019】さらに、本発明のイオンビーム発生装置を
用いて、イオンプレーティングによる化合物皮膜を形成
することができる。ガス供給部5は、真空容器1の外の
図示しないガスボンベと、ガス供給量を調節する流量コ
ントローラに接続されており、前記ガス供給部へ反応ガ
ス(酸素ガス、窒素ガス、炭化水素ガス等)が供給され
る。カソードを構成する金属(例えばTi)からなるイ
オンが、被コーティング物近傍でガス供給部から供給さ
れる反応ガス(例えば窒素ガス)と反応し、被コーティ
ング物表面に化合物薄膜(この場合TiN)を形成する
ことができる。このとき、カソードを構成する金属と反
応ガスの種類を変化させることにより、各種金属の酸化
物、窒化物、炭化物およびこれら化合物の複合物の薄膜
を形成することができる。このときのガス圧力は、操業
条件や、化合物の組成比にもよるが、約10-5〜10-4
Pa程度で通常行われる。
Further, a compound film can be formed by ion plating using the ion beam generator of the present invention. The gas supply unit 5 is connected to a gas cylinder (not shown) outside the vacuum vessel 1 and a flow controller for adjusting a gas supply amount, and supplies a reaction gas (oxygen gas, nitrogen gas, hydrocarbon gas, etc.) to the gas supply unit. Is supplied. Ions made of a metal (for example, Ti) constituting the cathode react with a reaction gas (for example, nitrogen gas) supplied from a gas supply unit near the object to be coated, and a compound thin film (in this case, TiN) is formed on the surface of the object to be coated. Can be formed. At this time, by changing the kind of the metal and the reaction gas constituting the cathode, a thin film of oxides, nitrides, carbides and composites of these compounds can be formed. The gas pressure at this time depends on the operating conditions and the composition ratio of the compound, but is about 10 -5 to 10 -4.
It is usually performed at about Pa.

【0020】さらに、本発明のイオンビーム発生装置を
用いてイオンプレーティングを行った場合の被コーティ
ング物の皮膜の表面粗度は、従来のアーク放電式イオン
プレーティング装置のものに比べ、良好な表面粗度が得
られた。従来のイオンプレーティング装置では、アーク
放電時に発生するカソード金属の溶融粒子が被コーティ
ング物のところまで飛来し、皮膜中に混入して皮膜の表
面粗度を悪化させる場合があった。しかし、本発明のイ
オンビーム発生装置では、アース電極が電気的に中性の
溶融粒子の通過を抑制する効果があり、アーク放電時に
発生する金属溶融粒子の被コーティング物への到達を減
少させ、皮膜表面粗度の改善を達成することができた。
Further, the surface roughness of the film of the object to be coated when ion plating is performed using the ion beam generator of the present invention is better than that of a conventional arc discharge type ion plating apparatus. Surface roughness was obtained. In a conventional ion plating apparatus, there is a case where molten particles of a cathode metal generated at the time of arc discharge fly to an object to be coated and mix into the film to deteriorate the surface roughness of the film. However, in the ion beam generator of the present invention, the earth electrode has the effect of suppressing the passage of electrically neutral molten particles, and reduces the reach of the metal molten particles generated during arc discharge to the object to be coated, An improvement in the film surface roughness could be achieved.

【0021】次に、本発明の別の実施の形態を図2によ
り説明する。図2は、本発明のイオンビーム発生装置1
0に、イオン化した金属イオンのプラズマを移動させる
ための磁場印加装置22を配設したものである。イオン
ビーム発生装置10のイオン出口9と金属蒸発源7との
間で、引出し電極部8をはさんだ外周部の両側の位置に
2個のマグネットコイル(磁場印加装置)22を配設
し、プラズマの流路に沿った磁場を形成させる。この磁
場のかけ方は、2つのマグネットコイル22を同方向に
図2に示すような磁力線23となるように励磁する。こ
の結果、カソードから発生した金属イオンを含むプラズ
マは、前記マグネットコイルの磁場の誘導効果によって
真空容器1側へ輸送されやすくなり、イオンプレーティ
ングによる成膜速度を向上させることができ、イオンプ
レーティングの成膜効率の改善が図れた。なお、磁場の
強度はカソード面上で中心軸に沿った磁場成分が20G
程度以上であれば、金属イオンのプラズマを誘導でき
る。金属イオンがビーム状に流れるとそれ自体で磁場を
発生するが、コイルによって発生させる磁場成分を20
G程度以上にすれは、無視できるレベルなるからであ
る。また、磁場を励磁するマグネットコイルの数は必要
に応じて3個以上にしてもよい。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an ion beam generator 1 according to the present invention.
At 0, a magnetic field applying device 22 for moving a plasma of ionized metal ions is provided. Two magnet coils (magnetic field applying devices) 22 are disposed between the ion outlet 9 of the ion beam generator 10 and the metal evaporation source 7 on both sides of the outer peripheral portion with the extraction electrode portion 8 therebetween. To form a magnetic field along the flow path. This magnetic field is applied so that the two magnet coils 22 are excited in the same direction so as to have magnetic lines of force 23 as shown in FIG. As a result, the plasma containing the metal ions generated from the cathode is easily transported to the vacuum vessel 1 side by the effect of inducing the magnetic field of the magnet coil, and the film forming speed by the ion plating can be improved. The film formation efficiency was improved. The strength of the magnetic field is such that the magnetic field component along the central axis on the cathode surface is 20 G
If it is at least about, the plasma of metal ions can be induced. When metal ions flow in the form of a beam, a magnetic field is generated by itself.
This is because if it exceeds G, the level becomes negligible. Further, the number of magnet coils for exciting the magnetic field may be three or more as necessary.

【0022】なお、本発明のイオンビーム発生装置は本
実施の形態により限定されるものでなく、イオンプレー
ティング装置、イオン注入装置として単独で用いいても
よい。
The ion beam generator of the present invention is not limited by the present embodiment, and may be used alone as an ion plating device or an ion implantation device.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1記載の発明は、1つのアーク放電発生源を用いて、
カソードの構成金属の金属イオンビームを生成できると
共に、金属イオンのプラズマのまま取り出すことも可能
となり、イオンプレーティングとイオン注入を連続的に
行うプロセスにおいては、装置の簡略化やコストダウン
を可能とするものである。また、本発明の装置は、イオ
ン注入、イオンプレーティングを1つの装置ででき、皮
膜形成は金属皮膜だけでなくセラミックス皮膜も形成で
きる。さらに、本発明の装置をイオンプレーティング装
置として用いる場合には、アース電極が電気的に中性の
溶融粒子の通過を抑制し、アーク放電時に発生する金属
溶融粒子の被コーティング物への到達を減少させること
により、皮膜の表面粗度の改善を可能とするものであ
る。
As described above, the invention of claim 1 of the present invention uses one arc discharge source,
In addition to generating a metal ion beam of the constituent metal of the cathode, it is also possible to extract the metal ion as it is in the plasma, making it possible to simplify the apparatus and reduce costs in the process of continuous ion plating and ion implantation. Is what you do. The apparatus of the present invention can perform ion implantation and ion plating with one apparatus, and can form not only a metal film but also a ceramic film. Further, when the apparatus of the present invention is used as an ion plating apparatus, the earth electrode suppresses the passage of electrically neutral molten particles, and prevents the metal molten particles generated at the time of arc discharge from reaching the object to be coated. By reducing the thickness, the surface roughness of the coating can be improved.

【0024】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明の効果に加え、イオン化した金属を移動させるための
磁場印加装置を配設することによりイオンプレーティン
グによる成膜速度を向上させることを可能とするもので
ある。この結果、イオンプレーティング装置ととしての
成膜効率を高めることを可能とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, a film forming speed by ion plating is improved by disposing a magnetic field applying device for moving ionized metal. Is made possible. As a result, it is possible to increase the film forming efficiency as an ion plating apparatus.

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

【図1】本発明の実施の形態であるイオンビーム発生装
置の構成並びに、このイオンビーム発生装置と,イオン
プレーティング又は/およびイオン注入用の真空容器と
の組立状態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ion beam generator according to an embodiment of the present invention and an assembled state of the ion beam generator and a vacuum vessel for ion plating or / and ion implantation.

【図2】本発明の別の実施の形態であるイオンビーム発
生装置の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an ion beam generator according to another embodiment of the present invention.

【図3】従来のダイナミックミキシング装置の概要を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a conventional dynamic mixing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2 回転台 3 被コーティング物 4 排気口 5 ガス供給口 6 バイアス電源 7 金属蒸発源 8 引出し電極部 9 イオン出口 10 イオンビーム発生装置 11 カソード 12 トリガ電極(アノード) 13 アークチャンバー 14 アーク用電源 15 加速電源 16 加速電極 17 加速電極駆動装置 18 アーク電極 19 絶縁材 20 絶縁材 21 切替スイッチ 22 マグネットコイル(磁場印加装置) 23 磁力線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Turntable 3 Coating object 4 Exhaust port 5 Gas supply port 6 Bias power supply 7 Metal evaporation source 8 Extraction electrode part 9 Ion outlet 10 Ion beam generator 11 Cathode 12 Trigger electrode (anode) 13 Arc chamber 14 Arc Power supply 15 Acceleration power supply 16 Acceleration electrode 17 Acceleration electrode driving device 18 Arc electrode 19 Insulating material 20 Insulating material 21 Changeover switch 22 Magnet coil (magnetic field applying device) 23 Magnetic field lines

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アノードとカソードとの間でアークを発
生させることにより、カソードの構成金属を蒸発、プラ
ズマ化する金属蒸発源と、このプラズマから金属イオン
を引き出すために加速電極とアース電極とを設けてなる
引出し電極部とを備えてなるイオンビーム発生装置にお
いて、 前記加速電極を前記プラズマの流路から離れた位置へ移
動させる移動装置と、 前記アース電極を接地と非接地とを切替えるスイッチと
を備えてなることを特徴とするイオンビーム発生装置。
An arc is generated between an anode and a cathode to evaporate a constituent metal of the cathode and convert the metal to a plasma, and an acceleration electrode and an earth electrode for extracting metal ions from the plasma. An ion beam generator comprising: an extraction electrode unit provided; a moving device that moves the acceleration electrode to a position away from the plasma flow path; and a switch that switches the ground electrode between ground and non-ground. An ion beam generator, comprising:
【請求項2】 イオンビーム発生装置のイオン出口と金
属蒸発源との間に、プラズマを誘導するための磁場印加
装置を備えてなることを特徴とする請求項1記載のイオ
ンビーム発生装置。
2. The ion beam generator according to claim 1, further comprising a magnetic field applying device for inducing plasma between the ion outlet of the ion beam generator and the metal evaporation source.
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