JPS61501328A

JPS61501328A - 制御された真空ア−クによる材料デポジション方法及び装置

Info

Publication number: JPS61501328A
Application number: JP50113685A
Authority: JP
Inventors: ラマリンガム，サビアー; キ，ケイ・バオ; キム，キユンフーン
Original assignee: リ−ジェンツ・オブ・ザ・ユニヴァ−シティ・オブ・ミネソタ
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1985-02-27
Publication date: 1986-07-03
Also published as: EP0174977A1; EP0174977A4; JPH0548298B2; WO1985003954A1; CA1247043A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】制御された真空アークによる材料デポジション方法及び装置技術分野本発明は、真空中の電気アークにより茎発させた材料のデポジションによって被覆を着装するためのプロセス及び装置に係る。

背景技術真空アークプロセスは純粋な高融点金属の調製に使用されてきた。このプロセスの副生物は真空チャンバの壁の上の薄い金１１ｆｆである。ルーカス（Ｌｕｃａｓ）他は出版物「耐火金属膜の新しいデポジション技術（Ａ　Ｎｅｗ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｔｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｆｉｌｍｓ）　Ｊ　、米国真空協会論文集（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｖａｃｕｕｍ　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ）　２．１９６２、第９８８〜９９１頁に、ノイビウム、タンタル、バナジウム及び鉄の膜のような耐火金Ｎ膜を形成する真空アークデポジション技術を記載している。この技術は真空アークを機械的に点弧するのに電動機又はハンドレバーを使用しな、陽極と陰極との間を流れる電流は固定電極から可動電極を短距離だけ迅速に引く離すことにより遮断された。

電極間に発生する短いアークは凛気フランクスを生ずる。

この蒸気フラックスが基板の上に凝縮して、金属膜を形成した。

真空中の陽極と陰極との間で点弧される電気アークは陰極スポットを発生する。

数アンペアないし数１００アンペアの電流が強い陰極スポット及び拡散した陽極スポットを生ずる。典型的に、アークはｌＯないし２５ボルト又はそれ以上の陽極−陰極間型位差に於いて真空内で持続された、アーク持続電圧は材料の性質の関数である。実質的な電力がアーク柱内で消散された。１００アンペアの電流及び２０ポルトの電圧に対して、電力消散は２ｋＷである。このようなアーク柱内では、アーク電力の半分以上が陰極に於いて消散される。残りの大部分は陽極に於いて消散される。

発生される強い陰極スポットの寸法は非常に小さい、陰極スボ７）に於ける電流密度は１０’ないし１０７アンペア／ｃ１１２のオーダーである。陰極スポットに於けるアーク１に続時間と通常数μｓないし数１０００μｓの間を変化す陰極スポット温度は近（以的に、陰極を形成する材料の沸点に等しい、この高い温度に起因して、実質的な蒸気圧力が真空アークにより発生される。陰極スポットにより発生された蒸気は、真空チャンバ内に置かれた対象物を被覆し。

且つ陽極と陰極との間に点弧されたアークを持続させるのに用いられる。

スナバ−（Ｓｎａｐｅｒ）は米国特許第３．６２５．８４８号明細書で、真空アークを使用してソース材料の薄い膜で対象物を被覆する。ための装置を開示している。ソース原子又はイオンのビームが、真空チャンバ内の被覆されるべきベース又は基板に向けられている。ビーム銃はアーク放電を持続させるべく配置された陰極及び陽極を有する。陰極と永久磁石に付設された点弧器電極との間の電流はアークを点弧するべく遮断される。これは電流を夏空チャンバ外に配置されたソレノイドコイルを通して流すことにより実現される。ソレノイドコイルの磁界は点弧器電極に接続されている永久磁石と相互作用して、陰極一点弧器回路の電流を遮断する、この電流遮断は主陽極と陰極との間に持続する短いアークを発生する。またソレノイドコイルの磁界はビーム銃の作動特性に影響を与え、且つ陰極と陽極との間のアーク電位を増大させる。

サプレブ（Ｓａｂｌｅｖ）他は米国特許第３，７９３，１７９号明細書で、金属蒸着のための装置を開示している。この装置は円板陰極と中空球陽極との間の機械的アーク点弧器を実現する、ソレノイドアーマチュア及び点弧器回路は、アークが消弧する時には常にアークを自動的に再点弧するように、主アーク回路内に組入れられている。一旦発生されたアークは陰極面上を高速で不規則に運動し得る。アークスポットの運動は無秩序且つ無制御である０周期的に、アークスポットは陰極の縁を通過することになる。これはアークを消弧する。

陰極面を横切る高速で短寿命のアークスポットの運動は電気のほかに離散的な金属粒子も発生する。対象物の上にデポジットされた固体全屈粒子は対象物の表面仕上がり及び被覆された膜の品質を低下させる。薄膜デバイス、記録媒体、光学的被覆及び摩擦学的被覆のような多くの応用では、ミクロン寸法の固体粒子の存在は許容されない。

発明の開示本発明は、真空チャンバ内に置かれた対象物または部品の表面上にス空アークデボジシテンにより材料を着装するための方法及び装置に係る。陽極及び陰極に電気的に接続されている電源は陰極の能動的表面と陽極との間に電気アークを持続させるべく作動し得る０発生されたアークの経路を制御して陰極の能動的表面に向かわせるための手段が設けられている。アークは材料の蒸気を発生させるべく同一の軌道上を反復して移動するようにされる。材料の離散的な粒子の発生は高い融点を有する材料では排除され、また他の材料では大幅に減少される。予め定められた軌道に沿って移動するように支配されているアークは陰極の能動的表面から離れ去り得ない、このことは自動的再点弧の必要をなくす、アーク軌道の制御は、陰極の能動的表面に対して完全もしくは実質的に平行な磁界ベクトルを有する磁界を発生させることにより達成される°、アーク柱は陰極の能動的表面に対してほぼ垂直であり、また与えられる磁界は陰極の能動的表面に対して平行であり、陰極の付近のイオンにも電子にも作用するホール（Ｈａｌｌ）力を発生する。このホール力は電子のサイクロイド運動に通じ、また重いイオンは反対方向に運動する。それらが与えられた磁界の影響のもとに運動するにつれて、イオンは優勢な電界にも曝される。それらは陰極の能動的表面に吸引される。優勢な電界及び磁界と一致する個所に於て最初の陰掻スボ７）の付近で陰極の能動的表面に衝突する十分な数のイオンは、このスポットを新しい陰極スポットにするため、強い局部的加熱電子放出を誘起する。この（置所に適当に配置された局部的磁界の存在は引き続いて次の新しい陰極スポットの発生に通じ得る。公知のアークデボジシラン装置の陰極面上のアークスポットの無秩序な続発は、すべての許される陰極スポットが予め定められた軌道上に位置する規則的な続発により置換される。このことは陰極の能動的表面上のアーク運動の制御を可能にし、また陰極縁を越える無秩序なアーク運動に起因する周期的なアーク消弧を排除する。

本発明の一つの実施態様では、装置は陽極を収容する真空チャンバを郭定するハウジング手段を有する。このハウジング手段上に取付けられたヘッドが陰極を支持する。この陰極は陽極から間隔をおいて夏空チャンバ内に置かれる能動的表面を存する。陽極及び陰極に接続されている電源は陰極の能動的表面と陽極との間の電気アークを発生し且つ持続させる。陰極に隣接して配置された磁石手段、例えば永久磁石が、アークの運動の経路を制御し陰極の能動的表面上に描かれる円のような郭定された閉じた軌道に沿わせるための磁界を確立する。磁石手段は制御された運動が可能なようにヘッド上に運動可能に取付けられている。磁石手段の運動は磁石手段により郭定された円弧軌道をして陰極の能動的表面を掃過させる。ソレノイドコイル又はヘルムホルツコイルシステムの磁界は、磁石手段により陰極の能動的表面に発生される磁界を変更するべく磁石手段の磁界に重畳される。コイルを通るｉｉ流の方向は陰極の能動的表面に対して垂直な磁界の強さを強化もしくは弱化するべく選定されている。ソレノイドコイル又はヘルムホルツコイルシステムは陰極の能動的表面上に磁石手段により郭定される円弧軌道に追加的な制御を行う、このことは陰極の能動的表面上に、磁石手段のみにより得られる磁界よりも陰極の能動的表面に対する平行性が一層良好な磁界の発生を可能にする。

ヘッドは磁石手段を収容する冷却チャンバを設けられている。磁石手段は陰極にｖＪ接して冷却チャンバ内に支えられており、また円形、長方形、振動的又はこれらの運動の、組合わせのような予め定められた運動に従って陰極に対して相対的に運動または掃過し、それによりアークは連続的な制御されたアーク軌道内を動かされる。水のような冷却流体が、陰極の十分な制御された冷却を行うべく冷却チャンバを通して連続的に動かされる。

本発明は、対象物又は部品の表面への真空アークデボジシランの方法を含んでいる。真空が陽極と陰極の能動的表面とを収容するチャンバ内に確立される。二つの電源からの電位が・陽極と陰極との間の電気アークを点弧し且つ持続させるべく陽極及び陰極に供給される。アークのｉｌＬ道は、陰極の能動的表面に対して相対的に磁石手段により確立される磁界により郭定される。磁石手段は、それにより郭定される円弧軌道で陰極の能動的表面を掃過するべく陰極に対して相対的に動かされる。磁界は、陰極の能動的表面に対して垂直な磁界の強さを選択的に強化もしくは弱化するべく、ソレノイドにより発生される磁界により変更され得る。ソレノイドは、連続的なアーク軌道内のアークの運動を制御する所望の磁界を発生するべく制御され得る。

材料の真空アークデボジシランのための方法及び装置は半導体の金属化及び集積回路の製造に使用されている。他の利用は記録媒体、光学的被覆、光学的記憶媒体、保護被金属、セラミックス、カーボン、シリコンなどであってよい、被覆はポリマー襖にも着装され得る。膜はその表面に連続的な被覆を着装するべく連続的に動かされ得る。金属マトリックス複合物を含む変圀されたマイクロ構造の製造が成就され得る。

図面の簡単な説明第１図は本発明の制御された真空アークによる材料デポジション装置を一部断面図で示す立面図である。

第２図は第１図の線２−２に沿う断面図である。

第３図は第２図の線３−３に沿う拡大断面図により材料デポジシランヘッドを示している。

第４図は第３図の線４・４に沿う断面図である。

第５図は制御された真空アークによる材料デボジシラン装置とその冷却源及び電源とを示す概要図である。

第６図は磁界に対して垂直な平面内のイオンの運動を示す図である。

第７図は陰極の能動的表面上の閉じられているアーク経路に沿うアークスポット続発の順序を示す図である。

第８図は材料デポジションヘッドにより達成される円形の閉じられているアーク軌道の図である。

第９図は閉じられているアーク軌道の第一の変形例の図である。

第１０図は閉じられているアーク軌道の第二の変形例の図である。

第１１図は本発明の制御された真空アークによる材料デボジシラン装置の変形例の側面図である。

第１２図は第１１図の線１２−１２に沿う断面図である。

発明を実施するための最良の形態第１図を参照すると、本発明の制御された真空アークによる材料デポジション装置１０が示されている。装置１０は真空チャンバ１２を囲むハウジング１１を有する。ハウジング１１はほぼ平らな底壁１３及び平らな頂壁１４を含んでいる。

筒状部材またはホース１７により底壁１３に接続されている真空＃１１６はチャンバ１２内の真空を維持するべく作動し得る。チャンバ１２は１０−６龍Ｈｇ以下から１０−’ｌ自Ｈｇまでの圧力に排気されている。

全体として参照符号１８を付されている材料デボジシランヘッドは頂壁１４の上に取付けられている。このヘッドは全体として真空チャンバ１２内に配置され得る。第３図を参照すると、ヘッド１８は内向きの環状肩部２１を設けられた環状ボディ１９を存する。ボディ１９は頂壁１４内の円形凹み２２のなかに着座する電気絶縁リングである。

頂壁１４内の溝のなかに配置された０リング２３はボディ１９と頂壁１４との間のシーリング関係を保つ０円板陰極又はターゲット２４は肩部２１の上に配置された外向きの環状リップ２６を有する。陰極２４はタービンブレードのような対象物３２を被覆する金属、合金、カーボン又は他の材料である。底壁１３に付設されている電気絶縁性支柱３３′は真空チャンバ１２内に対象物を保持する。他の形式の支柱が真空チャンバ１２内に対象物を保持するのに使用され得る。他の形式の対象物、部品、膜などが真空チャンバ１２内で陰極２４の材料により被覆され得る。陰極２４の内側又は能動的表面２７は頂壁１４の円形開口２８にわたり延びている。能動的表面２７は真空チャンバ１２内にある。金属スリーブ２９が開口２８を囲む頂壁１４内の環状凹み３１のなかに配置されている。スリーブ２９の上縁はスリーブ２９とボディ１９との間に間隙をおいて肩部２１と係合する。金属スリーブ２９は、ボディ１９の内側円筒状表面への被覆フラフクスのデポジションによる陰極−陽極間の電気的短絡を防止するべく絶縁ボディ１９を遮蔽する。

開口２８内＾延びているリング又は環状陽極３４は複数個の電気絶縁ブロック３６．３７及び３８により頂壁１４の上に取付けられている。他の手段がハウジング１１上に陽極３４を支えるのに使用され得る。陽極は代替的に全体として真空チャンバ１２の内部、頂壁１４の下部及び頂壁１４の底面に平行に置かれてよい、陽極３４は陰極２４のほうを向く円形の鋭い縁３５と環状金属スリーブ２９から内方に間隔をおかれた外側円筒状表面３９とを有する。縁３５は陽極３４の断面内の鋭角形状により形成されている、鋭い縁３５は陽極３４上のより少ない被覆を生ずる。リング陽極の断面形状はほぼ三角形である。この三角形の下側は切頭されている。陽極３４の下側部分は、その中心開口を通るフラックスの通路との干渉を最小化するべく下方且つ外方にテーパ状になっている。また鋭い縁３５と陽極３４の環又はリング形状とは比較的低い電圧でのアーク点弧を助ける。

導電材料から成る陰極保持器４１はボディ１９内へ望遠鏡鏡筒的に入り込み、円板陰極２４を肩部２１上に保持する。保持器４１は、ボディ１９と係合可能な第一のシール又は○リング４・２と、円板陰極２４の頂面と係合可能な第二のシール又は○リング４３とを設けられている。保持器４１は、水のような冷却液体を流される内（１リチヤンバ４７を有する。液体供給管４９は第５図中に示されている供給源５１、例えばポンプからチャンバ４７へ液体を供給する、保持器４１に接続されている液体還流管５２は液体を液体供給源５１に還流させる。液体は円板陰極２４を冷却すルヘ＜チャンバ４７を通じて連続的に流されている。

全体として参照符号５３を付されている磁石装置がチャンバ４７のなかに配置されている。磁石装置５３は陰極２４の能動的表面２７に対して実質的に平行な磁束ベクトルを有する磁界を発生するべく作動可能である。この磁石装置は、円板陰極２４のほうを向いた開端を存する逆さにされたカップ状部材又は極５４を有する０部材５４は陰極２４の上側又は外側表面に密接して配置された円筒状フランジ５５を有する軟磁性構造である０円筒状磁石部材又は極５６が部材５４の頂に付設されている。磁石部材５６の外側表面は環状間隙５７によりカップ状部材５４の環状側壁から間隔をおかれている。カップ状部材５４は電気絶縁体又は取付板５８に付設されている０回転可能な軸５９がチャンバ４７内へ突出しており、取付板５８に取付けられている。！１１１５９はチャンバ４７内に取付板５８及び磁石装置５３を回転可能に支え、また磁石装置を円板陰極２４に隣接する位置に置く、第５図中に示されている軸５９に連結されている可変速度電動機６１は軸５９の軸線６３の回りに矢Ｂ］６２により示されているように軸を回転させるべく作動可能である。軸５９は頂部材４１に付設されたスリーブ軸受組立体６４のなかに取付けられている。磁石装置５３は軸５９の軸線６３からずらされている磁石軸線６６を存し、それにより電動機６１による軸５９の回転と共に磁石装置５３は連続的な円形経路で動かされる０円形経路は第４図中に参照符号６０を付して示されている。軸線６６は磁石装置５３の対称軸線である。この配置は、アークが陰極２４の能動的表面２７の内円６５と外円７０との間の領域を掃過するように、磁石手段により郭定されるアーク軌道６０の掃過を可能にする。陰極２４の能動的表面２７は被覆フランクス形成面である。磁石装置は、アークに連続的な所定の長方形経路で陰極２４の能動的表面２７を掃過させるべく中心軸線６３の回りを回転される長方形の棒磁石であってよい、磁石装置の他の形状及び回転軸線の適当な選択がアーク軌道を郭定し且つこれらのアーク軌道に陰極２４の能動的表面２７を掃過させるのに使用され得る、電磁石構造が、アーク経路を制御する所望の磁界を確立するために、永久磁石装置の代わりに使用され得る。

軸受組立体６４は軸５９の回転運動を禁止することな（水冷却チャンバ４７をシールする。水は導管４９を経て冷却チャンバ４７に入り、また導管５２を経て冷却チャンバ４７から出る。チャンバ４７を通る水のｆＲ量率の調節により陰極２４の背面の十分な制御面された冷却が行われる。磁石装置５３の回転はチャンバ４７内の液体を循環させ、陰極２４の冷却を助ける。

電気コイル又は巻線６８が軸５９の軸線６３と同心に頂壁１４の上に取付けられている。コイル６８はヘッド１８を囲んでおり、またほぼ陰極２４の平面内に１かれている、コイル６８は磁石装置５３の垂直磁界を相殺又は大幅に減少するべく作動可能なソレノイドコイルであり、また陰極２４の能動的表面上に純粋に平行な磁界を発生する。磁石装置５３の磁界へのコイル磁界の重畳はアーク軌道６０の−１厳密な制御を可能にする。導線６９はコイル６８を第５図中に示されている制御装置Ｚ７５及び電源に接続している。制御装置７５は手動電流制御装置であってもよいし、コイル６８への供給電流を調節するべくプログラムされ得る計算機制御装置であってもよい、コイル６８を流れる電流は、磁石装置５３により陰極２４の能動的表面２７の上に発生される主磁界を変更する。コイル６８を流れる電流の方向は陰極２４の能動的表面２７に対して垂直な磁界の強さを強化又は弱化するように選定されている。磁石装置５３の磁界は陰極２４の能動的表面２７に対して垂直な成分を有する。この磁界成分はソレノイド６８により発生される磁界の重畳により相殺又は大幅に減少又は増大され得る。このことはアーク軌道６０の一屡厳密な制御を可能にする。

第二のコイル６８Ａがコイル６８と軸線方向に整合して底壁１３上に取付けられている。導線６９Ａは６８Ａを制御装置７５又は制御装置７５Ａ及び電源に接続している。

コイル６８及び６８Ａは陰極２４の能動的表面２７の上に発生される磁界を変更するべくヘルムホルツコイルシステムとして同時に使用され得る。これは陰極２４の能動的表面２７上の磁界を制御するための代替的手段である。

第５図に示されているように、陽極３４は導線７１により接地点、高圧電源７２及び低圧電源７３と接続されている。電源７２及び７３の負端子は陰極保持器４１に通ずる導線７４に接続されており、またそれにより陰極２４を電源７２及び７３の負電位に接続している。導線７４中の整流器７６は、高い電圧が電源７２から電源７３へ印加されるのを阻止する。

ハウジング１１は真空チャンバ１２内へのアルゴン又は他のガス及びガス混合物のような不活性ガスの導入を可能にする弁７８を有する。第二の弁７７はチャンバ１２内の夏空圧力を調節又は解除するのに使用される＠洩弁であってよい。

使用中、軟磁性部材５４により保持されている円筒状中心磁石部材５６が円形の対称な閉じられた点弧磁界を発生する。陽極３４及び陰極２４のジオメトリ−は、磁石装置５３により発生される点弧磁界が、適当な電位差が陽極と陰極との間に与えられた時に陰極２４と環状陽極３４との定されている。磁石装面５３は、高い電圧が陰極２４に与えられた時に能動的陰極表面２７から放出される電子に対する電子トラップとして使用される。負電位が陰極２４に与えられている。陰極２４の付近に磁界が存在しない場合には、弱い放電が真空チャンバ内に誘起される。アルゴン又はクリプトンのような不活性ガスが、自己持続性のグロー放電を誘起させるべく弁７８を経てチャンバ１２内へ通される。放電電流はガスの種類、チャンバの圧力及び印加電圧の関数である。電子トラップが電界及び磁界により形成されている時、濃厚なリング状プラズマが陰極２４の能動的表面２７の近くに発生される。

アルゴン又は他の重い不活性ガスをチャンバ１２内へ通すことにより発生されるリング状プラズマは、陰極２４と陽極３４との間に大Ｎ流で低電圧のアーク放電を開始させるのに十分な導電性を有する。このことは、アルゴンのよ０、工ないし５００Ｘ１０−’＋ｕＨｇ又はそれ以上に調節し、且つ電源７２から陰極２４及び陽極３４へ１００ボルトないし数１０００ボルトの中程度の負の直流電位を与えることにより達成される。高電圧で小電流の直流電源７２及び大電流で低電圧の直流型ｆＲ７６から陰極２４及び陽極３４へ同時に給電することにより、所望の大電流で低電圧の放電を開始させる４電性プラズマが発生される。アークが点弧されると直ちに、高圧電源７２は遮断される０発生されたアークは磁石装置５３及びコイル６８の磁界により制御され、また無限に自己持続する。アーク軌道は極又は部材５６の形状及び部材５４の環伏構造により定められている。第３図及び第４図の実施例では、第４図及び第８図中に示されているように、アーク軌道６０は陰極２４の能動的表面２７上の円形帯である。内向きのベクトル７０は能動的表面２７と平行な磁界を表す。

アーク軌１ｔ６０に沿って生ずる強いアーク侵食により陰極２４の能動的表面２７に溝が形成される。侵食作用は、軸線６３の回りに磁石装置５３を回転することによりこの表面に一層均等に分布する。磁石装置５３の回転は、磁石装置５３により郭定されるアーク軌道６０をして陰極２４の能動的表面２７上のサイクロイド軌道を追跡させる。極５６及び陰極２４の寸法は、アーク８を道、従ってまた陰極のアーク侵食が陰極２４の能動的表面２７の第４図中の円６５と円７０との間のリング状領域に限られるように選定されていてよい、このリング状領域の内側半径６５は磁界軸線６６と極５６の形状及び寸法との適当な選定により零にされ得る。

第８図中の円形アーク軌道及び第９図中の長方形アーク軌道及び第１Ｏ図中の連結された円形のアーク軌道は極５６のジオメトリ−の適当な変形により実現される。三角形及びＪＷ円形のような他の閉じられているアーク軌道も使用され得る。軌道６０．７９及び８１のような閉じられているアーク！Ｉｔ道を発生するのに必要な条件は第８図、第９図及び第１０図に示されているように陰極２４の能動的表面２７に対して平行な連続的に回転する磁界ベクトル７０の存在である。

磁界ベクトルが閉じられていることのみが必　′要である。磁石装置５３により郭定されるアーク軌道の長方形、三角形、楕円及び他の閉じられている形状はアーク軌道制御を達成するのに十分である。磁石装置５３は、非円形アークＣｌｔ道が使用される時に陰極表面上にアーク浸食を一層均等に分布させるべく並進運動のような適当な運動をさせられてよい。

厳密なアーク軌道制御により、アークにより誘起される陰極浸食はアーク軌道に限られている。コイル６８又はコイル６８及び６８Ａにより発生される適当な大きさの、時間と共に変化する磁界を使用して、アーク軌道は、均等な陰極侵食を保証するべく、陰極２４の能動的表面２７の大部分を掃過するようにされ得る。

このことは、磁石装置５３が回転されない時に高い陰極材料利用効率を保証する。

第５図に示されているように、対象物３２は、対象物に正又は負のバイアス電圧を与えるべく作動可能な独立の電源４０に電気的に接続されている。このバイアス電圧は対象物を覆う被覆材料の付着又は接着強度を最通化するべく選定されている。電源４０は対象物を清浄化するのに使用されるスパッタリング電源であってよい、対象物３２は一次又は主アークに対する陽極としての役割をするべく電源７３に接続されていてよい。

第６図はアーク柱８１の付近のイオン運動を示す図である。アーク柱８１は陰極２４の能動的表面２７上のスポット８２から発する。アークスポット８２から放出された蒸気は点８３で示されているようにイオン化される１点８３で発生されたイオンの一部は真空チャンバ１２内へ放出される。他のイオン８５は陰極２４の能動的表面２７へ移動し、点８７で新しいアークスポットを発生させる。

第７図は陰極の能動的表面上の閉じられているアーク経路に沿うアークスポット続発の順序を示す図である。最初のアークスポット８２は点８３で生起するイオン化によるアーク柱８１の出発点である。アークスポット続発は参照符号８７ないし９５により示されている。ベクトルＸ及びＩは陰８ｉ２４の能動的表面２７の平面を表す、２ベクトルは陰極スポット８７〜９５から発するアーク柱を表す。

第１１図及び第１２図を参照すると、本発明の制御された真空アークによる材料デポジシラン装置の変形例が全体として参照符号１００を付して示されている。

装置１００は真空チャンバ内に置かれた対象物又は部品に複数の材料を着装するべく作動可能である０本装置は真空チャンバ１０２を囲む全体として参照符号１０１を付して示されているハウジングを有する。ハウジング１０１は頂壁１０４及び底壁１０６に付設された円筒スリーブ状のｆ、１１璧１０３ををする。タービンブレードのような対象物１０７がチャンバ１０２の中央に置かれ、絶縁体１０８の上に支えられている。真空ｔＡＩＯ９がチャンバ１０２を排気するべくホース１１１によりハウジング１０１に接続されている。底壁１０６上に取付けられた弁１１２は真空チャンバ１０２にアルゴン又は他のガス及びガス混合物のような不活性ガスを導くのに使用されている。

三つの材料デポジションへフド１１３．１１４及び１１５が側壁１０３の周縁に間隔をおいた部分の上に取付けられている。側壁１０３は材料デポジシランヘッドの各々に対する適当な開口を設けられている。材料デポジションヘッドの数は変更され得る。第１２図に示されているように、ヘッド１１３は陽極１１７を収容する開口１１６をカバーする。ソレノイドコイル１１８がヘッド１１３を囲んでいる。軸１２１に連結されている電動機１１９がヘッドｌ材料デポジションヘッド１１３．１１４及び１１５の構造は、第３図及び第５図中に示して説明したヘッド１８と同一である。ヘッド１８及びコイル６８の説明を参照によりここに組入れたものとする。ヘッド１１３．１１４及び１１５の陰極は、対象物１０７上にデポジットされる被覆材料が陰極の種々の材料の組合わせであるように、種々の材料から成っていてよい、材料デポジシッンヘンド１１３．１１４及び１１５のすべては、対象物１０７上に所望の被覆を形成するべく同時に作動し得る０代替的に、ヘッド１１３．１１４及び１１５の一つ又はそれ以上が、対象物１０７上に被覆材料の層を形成するべく順次に作動し得る、アーク柱のアーク経路を制御するヘッド１１３及びコイル１１８の作動は第１図ないし第１０図により説明した作動と同一である。真空アークにより発生された蒸気は、単−又は多重層の金泥、セラミックス及び半“導体被覆をデポジットするべく弁１１２を通じて通された過当なガス又はガス混合物と反応し得る。

制御された真空アークによる材料デポジシラン装置及び方法の二つの実施例を図示し説明してきたが、寸法、構造、構造の配置、電気回路及び陽極及び陰極の材料の変更が本発明から逸脱することなく当業者により行われ得ることは理解されよう０本発明は以下の請求の範囲により定義されている。

１１１“＾″Ｌ″ＫＰＣ？１０５８５１００３４２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）陰極の能動的表面及び陽極を用い、対象物上への材料の真空アークデポジションを行う方法に於て、陽極及び陰極の能動的表面を収容するチャンバ内に真空を確立する過程と、前記陽極と陰極との間に電気的アークを確立し且つ維持するべく前記陽極及び陰極に互いに逆極性の電位を与える過程と、制御された電気的アークの軌道を生じさせる過程と、前記陰極に対して相対的に磁界を移動させることにより前記の制御された電気的アークの軌道により前記陰極の前記能動的表面を掃過する過程とを含んでいることを特徴とする方法。
（２）対象物に真空アークデポジションにより材料を着装するための装置に於て、対象物を収容する真空チャンバを有するハウジング手段と、前記チャンバ内に真空を維持するための手段と、前記ハウジング手段に付設された少なくとも一つの材料デポジションヘッドと、前記ヘッドの上に取付けられており前記真空チャンバ内に能動的表面を有する陰極と、前記真空チャンバ内に置かれた陽極手段と、電気的アークにより蒸発されかつ前記対象物の上にデボジットされる能動的表面の間に前記電気的アークを発生し且つ持続するための手段と、前記陰極の前記能動的表面とほぼ平行な磁界を確立するべく前記陰極に隣接して置かれており前記電気的アークを前記陰極の前記能動的表面に対して相対的に連続的に制御されたアーク軌道で運動させる磁石手段と、前記陰極に対して相対的に前記磁石手段を運動させるべく作動可能な前記ヘッド手段の上に前記磁石手段を連動可能に取付ける手段とを含んでおり、それによりアーク軌道が前記陰極の前記能動的表面を掃過することを特徴とする装置。
（３）対象物に真空アークデポジションにより材料を着装するための装置に於て、対象物を収容する真空チャンバを有するハウジング手段と、前記チャンバ内に真空を維持するための手段と、前記ハウジング手段に付設された少なくとも一つの材料デポジションヘッドと、前記ヘッドの上に取付けられており前記真空チャンバ内に能動的表面を有する陰極と、前記真空チャンバ内に置かれた陽極手段と、前記能動的表面の材料を電気的アークにより蒸発させ且つ前記対象物の上にデポジットするべく前記陰極の前記能動的表面と前記陽極手段との間に前記電気的アークを発生し且つ持続させるための手段と、前記陰極の前記能動的表面とほぼ平行な磁界を確立し前記電気的アークを閉じられているアーク軌道に沿って移動させる第一の手段と、前記アーク軌道をして前記陰極の前記能動的表面を連続的に掃過させるため前記磁界を制御するべく作動可能な第二の手段とを含んでいることを特徴とする装置。
（４）能動的表面を有する陰極と、真空チャンバ内に置かれた陽極手段と、前記陰極の前記能動的表面と前記陽極との間に電気的アークを発生させるための手段とを用いて対象物に真空アークデボジションにより材料を着装するための装置に於て、閉じられているアーク軌道に沿って前記電気的アークを移動させるための磁界を確立するべく前記陽極に隣接して置かれている第一の手段と、前記陽極に対して相対的に運動可能に前記第一の手段を取付ける第二の手段とを含んでおり、それにより前記第一の手段の前記磁界が電気的アーク軌道をして前記陰極の前記能動的表面を連続的に掃過させることを特徴とする装置。